圆捆机捆绳机构的设计与试验研究

摘要

农作物秸秆是宝贵的可再生资源，但秸秆结构疏松、密度小、分布分散、季节性强，导致其收集、运输及贮存困难，因此秸秆打捆收获非常必要。圆捆机作为秸秆收获的关键设备，具有结构相对简单、配套动力较小、价格较低等优点，在国内外得到广泛应用。但我国自主研发的中小型钢辊式圆捆机所收获的秸秆捆，在运输贮存过程中存在易于膨胀松散等问题，主要原因捆绳机构的绕绳方式不合理，为此本文设计了与其相配套的捆绳机构，并对其进行深入的分析与试验研究，为圆捆机捆绳机构的设计及研发提供理论依据与技术支持。主要研究如下:
　　(1)利用万能试验机对圆捆机专用麻绳进行拉伸特性试验研究，试验结果表明:试验选取的3因素对捆绳的最大拉力和伸长率的影响顺序相同，贡献率顺序均为:绳数＞绳长＞加载速度，绳数对试验结果响应最显著，绳长与加载速度对拉伸性能的影响相差不大。3因素对最大拉力和伸长率的影响规律为:随绳长的增加，捆绳的最大拉力缓慢下降，伸长率先减小后趋于平稳;随着绳数的增加，捆绳的最大拉力和伸长率均呈现二次抛物线性增加;随加载的增加，捆绳的最大拉力缓慢下降，伸长率缓慢减小。试验结果为圆捆机捆绳机构的设计提供依据。
　　(2)利用钢辊式圆捆机试验台，测定完整稻秆在试验条件下的卷压应力变化规律，并拟合其应力松弛方程。完整稻秆在该试验条件下的最大卷压应力平均为7.15 kPa、平衡卷压应力为2.38 kPa，卷捆完成20 s后适合捆绳机构的放绳捆绕。测定结果表明:卷捆刚完成时秸秆捆卷压应力达到最大值，不宜立即放绳捆绕，随后卷压应力随时间不断下降最后趋于平衡，平衡卷压应力是秸秆捆膨胀变形的内在因素。测定结果为捆绳机构的设计及放绳时间的调整提供参考。
　　(3)针对钢辊式圆捆机设计捆绳机构，该机构主要由机架、导绳板、导绳轮、传动系统、导轮组合以及座板等组成。利用Solidworks三维建模软件构建捆绳机构各零件的三维模型，并对捆绳机构进行虚拟装配以及零件干涉检查，在装配体的基础上，详细介绍了机构的工作过程及其关键零部件的设计建模过程。捆绳机构的设计为机构的试验研究提供技术支持。
　　(4)按照预定的捆绳机构结构参数，简化机构模型，并导入ADAMS虚拟样机中建立仿真模型，添加约束和运动副，双驱动运行模型，拟合捆绳机构相对秸秆捆的运动在秸秆捆表面留下的运动轨迹。将仿真结果与捆绳预试验测量值对比分析，发现两结果误差控制在3％以内，结果说明仿真轨迹拟合度极高，捆绳机构的设计合理，机构的关键参数对绕绳轨迹有重要影响，为捆绳机构试验因素选择提供依据。
　　(5)利用钢辊式圆捆机试验台，进行捆绳机构的试验研究，确定目标函数秸秆捆不规则度Dk、秸秆捆膨胀率Pk、捆绳消耗量Gs与各试验因素之间的关系。在试验范围内，各因素对秸秆捆不规则度贡献率大小顺序为:安装距离、圈数、导绳轮半径;对膨胀率的贡献率大小顺序为:安装距离、导绳轮半径、圈数;对捆绳消耗量贡献率大小顺序为:导绳轮半径、圈数、安装距离。通过响应曲面分析法，建立了各试验因素与评价指标的响应曲面模型，确定了捆绳机构的优化参数组合:圈数为2圈、导绳轮半径为70 mm、安装距离为62 mm。在优化参数组合下，秸秆捆的不规则度为3.23％，膨胀率为4.72％，捆绳消耗量为2.93 kg/t。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 研究的目的与意义

1．1．1 课题研究背景

1．1．2 圆捆机捆绳机构研究的目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 研究内容和技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

2 捆绳拉伸特性及秸秆捆力学特性

2．1 捆绳拉伸特性研究

2．1．1 试验准备

2．1．2 拉伸试验结果与分析

2．2 秸秆捆力学特性研究

2．2．1 膨胀变形产生的原因

2．2．2 卷压应力测定试验

2．2．3 试验结果及分析

2．3 小结

3 圆捆机捆绳机构设计与仿真

3．1 捆绳机构的设计

3．1．1 捆绳机构的整体设计

3．1．2 捆绳机构工作过程

3．1．3 捆绳机构运动参数分析

3．2 捆绳机构关键部件的设计

3．2．1 传动齿轮的设计

3．2．2 传动链轮的设计

3．2．3 导绳板的设计

3．2．4 导绳轮的设计

3．2．5 捆绳机构机架的设计

3．2．6 导轮组合的设计

3．3 基于ADAMS的捆绳机构动态仿真分析

3．3．1 ADAMS虚拟样机简介

3．3．2 建立捆绳机构的仿真模型

3．3．3 ADAMS仿真结果与分析

3．4 小结

4 圆捆机捆绳机构的试验研究

4．1 试验准备

4．1．1 试验装置

4．1．2 试验材料与条件

4．1．3 试验方法

4．2 试验结果与分析

4．2．1 不规则度

4．2．2 膨胀率

4．2．3 捆绳消耗量

4．3 参数优化

4．4 田间试验验证

4．5 小结

5 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文