秸稈打捆機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

王會(huì)

摘 要：我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，小麥秸稈的合理利用是我國面臨的一大問題，因?yàn)槊磕甓紩?huì)因?yàn)榻斩捓靡l(fā)一系列的問題。本設(shè)計(jì)將打捆機(jī)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)變成橢圓齒輪驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)臂式打捆機(jī)構(gòu)，不僅能提高工作效率，還能提高運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。

關(guān)鍵詞：打捆機(jī);轉(zhuǎn)臂式打捆機(jī)構(gòu);橢圓齒輪;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TH136 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）04-0047-02

Structure Design of Straw Bale

WANG Hui

（School of Mechanical and Electronical Engineering， Dezhou University，Dezhou Shandong 253023）

Abstract： China is a large agricultural country， and the use of wheat straw has become a big problem， because every year a series of problems caused by the use of straw. In this design， the crank and rocker mechanism of the baler was transformed into a rotary arm baling mechanism driven by elliptical gears， which could not only improve the working efficiency， but also improved the motion stability.

Keywords： baling machine;rotary arm type bundling mechanism;elliptic gears;structural design

農(nóng)村的機(jī)械動(dòng)力都是小型機(jī)械，相比發(fā)達(dá)國家的機(jī)械化作業(yè)，不僅受機(jī)械化水平低的影響，而且受土地面積的影響。因此，決定了國外的機(jī)械化大田地作業(yè)并不適合我國農(nóng)村。我國對秸稈打捆機(jī)的設(shè)計(jì)開發(fā)較國外晚一些。使用初期，我國一方面從發(fā)達(dá)國家引進(jìn)撿拾壓捆機(jī);另一方面開始自行研制開發(fā)打捆機(jī)。20世紀(jì)80年代初期，我國已能生產(chǎn)自主研發(fā)的打捆機(jī)，并且投入市場使用。目前，國家對可再生資源的開發(fā)和再利用的重視度越來越高，國內(nèi)市場對秸稈這種可再生資源的需求也在逐漸提高，生產(chǎn)高效秸稈打捆機(jī)的企業(yè)也越來越多，特別是農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)都在研制和開發(fā)各種類型的秸稈打捆機(jī)。國內(nèi)秸稈打捆機(jī)主要生產(chǎn)企業(yè)有中機(jī)美諾和上海世達(dá)爾等。我國收獲機(jī)械在性能方面的可靠性偏低，但是配套設(shè)備市場需求量巨大，國內(nèi)只有少量的企業(yè)生產(chǎn)摟集設(shè)備，其他與打捆相機(jī)關(guān)設(shè)備的都依賴進(jìn)口[1]。因此，研發(fā)符合我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的秸稈收獲機(jī)械也是農(nóng)用機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢。

1 打捆機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 動(dòng)力傳動(dòng)路線及工作原理

打捆機(jī)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

第一條傳動(dòng)路線：由鏈輪傳入輸入軸，經(jīng)過錐齒輪傳入中心軸，再通過輸入卡爪將動(dòng)力傳遞給11（圖1）。

第二條傳動(dòng)路線：由鏈輪將動(dòng)力傳遞給軸，通過錐齒輪傳遞給中心軸，再通過中心齒輪和惰輪傳給輸出軸，最后通過爪座到后爪傳遞給前爪（見圖1）。

打捆機(jī)的工作原理：在打捆機(jī)的齒輪箱體里安裝5個(gè)模數(shù)相同、幾何尺寸也相同的橢圓齒輪，橢圓齒輪的回轉(zhuǎn)中心都分布在橢圓齒輪的焦點(diǎn)上，而且其相位都一樣。工作時(shí)，作為原動(dòng)件齒輪箱繞中心輪的回轉(zhuǎn)中心轉(zhuǎn)動(dòng)，另一個(gè)原動(dòng)件中心輪，則通過齒輪箱和爪座的不等速轉(zhuǎn)動(dòng)的合成，使爪按照一定的軌跡運(yùn)動(dòng)，這個(gè)軌跡就是打捆秸稈需要的軌跡[2]。

1.2 打捆機(jī)構(gòu)動(dòng)力傳入系統(tǒng)

可根據(jù)打捆機(jī)的生產(chǎn)需要，確定其需要的主要設(shè)計(jì)的性能參數(shù)。秸稈的調(diào)節(jié)長度為0.5～1.2m，每次喂入量在0.7～0.9kg/次，純工作小時(shí)生產(chǎn)率：1 650～2 100kg/h。選用功率為18.5kW，滿載轉(zhuǎn)速為2 930r/min，型號(hào)為Y16L-2的Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)。

傳入系統(tǒng)包括主動(dòng)鏈輪、從動(dòng)鏈輪、滾子鏈、輸入軸、兩個(gè)錐齒輪、輸入卡爪、輸出卡爪和兩個(gè)滑動(dòng)軸承座。滾子鏈傳動(dòng)是依靠鏈輪的輪齒和鏈節(jié)的嚙合傳遞運(yùn)動(dòng)，鏈傳動(dòng)能在惡劣環(huán)境中能正常工作，成本低，使用壽命長。從動(dòng)鏈輪是直接焊接在輸入軸上，而輸入軸的支撐為兩個(gè)滑動(dòng)軸承。兩個(gè)滑動(dòng)軸承的軸承座通過螺栓連接固定在機(jī)箱的箱體上。錐齒輪采用的平鍵連接進(jìn)行周向的固定。軸向固定采用的是軸肩、軸端擋片以及緊定螺釘。輸入卡爪是直接焊接在中心軸上，輸出卡爪是通過螺栓、螺母和齒輪箱進(jìn)行連接[3]。

1.3 定位系統(tǒng)

秸稈打捆機(jī)的定位系統(tǒng)是由端蓋、橢圓齒輪箱定位板、定位銷以及爪座定位擋板等組成。根據(jù)機(jī)箱上兩個(gè)有角度要求的定位銷孔和橢圓齒輪箱定位板上兩銷孔的位置來保證橢圓齒輪箱的定位板的起始安裝角度。由于定位板上的兩孔和卡爪爪座相連，而爪座卡爪和輸出軸相對位置也是固定的，而且輸出軸位置、橢圓齒輪箱已經(jīng)確定。因此，可根據(jù)定位板的位置確定橢圓齒輪箱的位置，保證齒輪箱初始安裝的精確度。

為保證前爪和后爪相對于橢圓齒輪箱的位置確定不變，將爪座定位擋板和爪座焊接在一起。同時(shí)要保證爪座中心線的角度和爪座定位板中心線之間的位置關(guān)系。橢圓齒輪箱定位板和爪座定位擋板的位置角度應(yīng)該相同，從而能保證爪的初始安裝的精確性。

1.4 傳動(dòng)系統(tǒng)

橢圓齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)由五個(gè)橢圓齒輪、安裝齒輪用的軸、支撐的滾動(dòng)軸承以及齒輪箱等部分組成。橢圓齒輪傳動(dòng)與圓柱齒輪相比，具有傳動(dòng)副的結(jié)構(gòu)位置緊湊、剛性好、傳動(dòng)平穩(wěn)、可靠性高等特點(diǎn);同時(shí)，可根據(jù)設(shè)計(jì)要求的變傳動(dòng)比進(jìn)行有規(guī)律的精確的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)為五個(gè)模數(shù)相同、結(jié)構(gòu)尺寸相同的橢圓齒輪，依次互相嚙合，安裝在橢圓齒輪箱的箱體里。根據(jù)橢圓齒輪運(yùn)動(dòng)規(guī)律的要求，確定橢圓的長半軸a=70mm，橢圓的短半軸b=30mm。根據(jù)橢圓齒輪的設(shè)計(jì)要求，齒輪齒數(shù)是奇數(shù)。因此，確定齒輪的齒數(shù)為35齒，模數(shù)為4mm。

齒輪箱中是以中心齒輪所在的軸的軸線為對稱中心，左右兩個(gè)齒輪和相應(yīng)的軸對稱安裝。安裝齒輪的軸根據(jù)安裝及定位要求設(shè)計(jì)成階梯軸，用軸肩對軸上的零件進(jìn)行軸向定位。安裝卡爪的兩個(gè)輸出軸結(jié)構(gòu)相同，軸頭部分要設(shè)有螺紋以便軸向固定[4]。

1.5 執(zhí)行系統(tǒng)

打捆機(jī)的執(zhí)行系統(tǒng)由爪座卡爪、爪座、前爪和后爪幾部分組成。動(dòng)力通過輸出軸傳給爪座卡爪，最后傳遞給爪座帶動(dòng)前爪、后爪進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。其中，輸入卡爪和中心軸焊接在一起，并將傳入的運(yùn)動(dòng)傳遞到輸出卡爪上，然后再傳遞給機(jī)箱。兩側(cè)定位各不相同，一側(cè)通過焊接定位在中心軸上;另一側(cè)和軸定位。上下左右對稱位置分別設(shè)置4個(gè)寬為20mm，并且相對軸心對稱度為0.025的槽，這樣能和輸出卡爪卡死。輸出卡爪的設(shè)置要對應(yīng)輸入卡爪的4個(gè)寬為20mm的槽，使得凸出的槽能和輸入卡爪卡死，并且將輸入卡爪的運(yùn)動(dòng)傳遞到輸出卡爪，中間有直徑為50mm的孔和特殊形狀的孔，能夠與輸出軸配合傳遞運(yùn)動(dòng)。左側(cè)端面及圓周用于和橢圓齒輪箱定位擋板固定及定位。再通過螺栓與橢圓齒輪箱連接，接著將運(yùn)動(dòng)傳遞給齒輪箱。

通過結(jié)構(gòu)可求出爪尖到爪座上用于安裝前爪的中間螺栓的長度，然后再確定寬度、高度。后爪可以用同樣的方法求出尺寸。考慮到安裝時(shí)的干涉問題，可改變后爪的形狀，將后爪通過螺栓連接固定在前爪上。

2 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的橢圓齒輪驅(qū)動(dòng)的秸稈打捆機(jī)構(gòu)在工作時(shí)能改善打捆機(jī)對秸稈的通過時(shí)間的掌控。在橢圓齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)的一定角度范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使卡爪能對秸稈進(jìn)行摟取停頓的時(shí)間較長，從而能摟取更多的秸稈，同時(shí)在卡爪摟取動(dòng)作結(jié)束后，能快速返回。這樣可保證打捆機(jī)構(gòu)工作時(shí)間變長。本設(shè)計(jì)能改善打捆機(jī)的性能，提高工作效率，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，具有一定的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]濮良貴，陳國定，吳立言.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].9版.北京：高等教育出版社，2013.

[2]劉煬，袁媛，韓江.高階變性橢圓類非圓齒輪副設(shè)計(jì)與仿真[J].機(jī)械傳動(dòng)，2014（12）：37-40.

[3]張國政，韓江，劉有余.高階橢圓齒輪加工方法及理論[J].計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)，2014（5）：1106-1113.

[4]成大仙.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M].5版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.