自走式牧草青貯聯(lián)合裝袋機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

1、第30卷第19期農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)Vol.30No.19302014年10月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringOct.2014自走式牧草青貯聯(lián)合裝袋機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)萬(wàn)其號(hào)12，王德成1※，王光輝1，宮澤奇1，白陽(yáng)1（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，北京100083；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所農(nóng)業(yè)部草地資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，呼和浩特010010）摘要：針對(duì)目前中國(guó)牧草收貯設(shè)備不

2、能將盛產(chǎn)期的牧草切割后直接裝袋而造成的運(yùn)輸成本高、工序多、營(yíng)養(yǎng)損失大等問(wèn)題，提出了將牧草在田間進(jìn)行收割、粉碎、裝袋、扎口聯(lián)合作業(yè)的青貯保存方法，并設(shè)計(jì)了一種自走式牧草青貯聯(lián)合裝袋機(jī)。該文描述了機(jī)器的總體設(shè)計(jì)方案，并對(duì)輸送粉碎裝置、牧草粉碎后螺旋擠壓等裝置進(jìn)行了設(shè)計(jì)，確定了其關(guān)鍵參數(shù)值。該研究進(jìn)行了含水率為78%的牧草試驗(yàn)，機(jī)器前進(jìn)的平均速度為2.3ms、割茬高度為5～15mm，螺旋壓縮比為2:1，臨界旋轉(zhuǎn)速度為99rmin，樣機(jī)能夠順利

3、工作，裝袋的密度能達(dá)到320kgm3，裝袋平均時(shí)間為30s每袋。機(jī)型的設(shè)計(jì)不僅能夠提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，方便取飼喂養(yǎng)，而且為青貯牧草的收獲存儲(chǔ)提供了新的方法。關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機(jī)械；設(shè)計(jì)；收獲；青貯；裝袋；圓盤(pán)切割；滾筒粉碎；螺旋擠壓doi：10.3969j.issn.10026819.2014.19.004中圖分類(lèi)號(hào)：S225.8文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：10026819(2014)19003008萬(wàn)其號(hào)，王德成，王光輝，等.自走式牧草青貯聯(lián)合裝袋

4、機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2014，30(19)：30－37.WanQihaoWangDechengWangGuanghuietal.Designexperimentofselfpropelledgrasssilagecombinedbaggingmachine[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)20

5、1430(19):30－37.(inChinesewithEnglishabstract)0引言青貯是將青綠飼料經(jīng)切碎后，在密閉缺氧的條件下將青貯原料中的碳水化合物（主要是糖類(lèi)）變成以乳酸為主的有機(jī)酸控制發(fā)酵而長(zhǎng)期貯存的一種飼草調(diào)制技術(shù)[1]。青綠飼料適時(shí)青貯，不僅可以減少養(yǎng)分損失，而且能保持營(yíng)養(yǎng)成分，便于長(zhǎng)期保存，對(duì)牲畜的生長(zhǎng)發(fā)育有良好的促進(jìn)作用[2]。國(guó)外對(duì)青貯機(jī)的研究始于20世紀(jì)，主要以Claas、NewHoll、JohnDeer

6、e等大企業(yè)工程師設(shè)計(jì)和改進(jìn)大型青貯機(jī)械為主[36]。萬(wàn)霖等[79]對(duì)4QZR30型牽引式青貯飼料收獲機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究，叢宏斌等[1011]開(kāi)發(fā)了4YQK2型莖稈青貯打捆玉米收獲機(jī)。這類(lèi)器具主要是將田間收獲的青秸稈或撿拾的牧草切斷后直接拋送到拖車(chē)上，然后進(jìn)行窖貯或塔貯。針對(duì)目前中國(guó)收貯設(shè)備不能直接將牧草切斷收稿日期：20140518修訂日期：20141011基金項(xiàng)目：公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專(zhuān)項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助（201203024）作者簡(jiǎn)介：萬(wàn)其號(hào)

7、，男，內(nèi)蒙古人，博士，主要從事草業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)及輔助分析研究。北京中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，100083。Email：wanqihao204@※通信作者：王德成，男，北京人，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院副院長(zhǎng)，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事草業(yè)機(jī)械工程技術(shù)研究。北京中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，100083。Email：wdc@cau.中國(guó)農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)會(huì)員：王德成（E041200213S）后裝袋而造成的運(yùn)輸成本高、工序多、營(yíng)養(yǎng)損失大等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了自走式牧草青貯聯(lián)合裝袋機(jī)

8、。以期能夠?qū)⑻镩g盛產(chǎn)期的牧草切割、粉碎、裝袋并自動(dòng)扎口，降低后續(xù)青貯的勞動(dòng)強(qiáng)度，且直接裝袋的新鮮牧草便于運(yùn)輸、貯存、飼喂，其青貯方式能夠滿(mǎn)足現(xiàn)代養(yǎng)殖業(yè)的需求。1總體結(jié)構(gòu)及性能參數(shù)自走式牧草青貯聯(lián)合裝袋機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包含行走裝置、切割裝置、輸送裝置、粉碎裝置、攪拌壓實(shí)裝置、自動(dòng)扎口裝置等。工作過(guò)程主要是利用圓盤(pán)割刀對(duì)青貯牧草進(jìn)行收割、收割后牧草在粉碎滾刀作用下進(jìn)行粉碎，然后拋送至儲(chǔ)料倉(cāng)，在儲(chǔ)料倉(cāng)內(nèi)噴灑青貯劑并通過(guò)一對(duì)橫向槳葉式

9、絞龍攪拌推送至料箱的一側(cè)，豎直螺旋裝置將粉碎牧草裝入青貯袋中，裝袋后的物料再通過(guò)氣動(dòng)裝置對(duì)物料進(jìn)行二次壓實(shí)，壓實(shí)的物料利用氣動(dòng)扎口裝置扎口封裝，這樣能夠保證裝袋的物料不漏氣，起到青貯的目的。該機(jī)具的性能設(shè)計(jì)參數(shù)如表1所示。該機(jī)由中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)設(shè)計(jì)，委托石家莊鑫農(nóng)機(jī)械有限公司加工，并在中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)石家莊實(shí)習(xí)基地進(jìn)行了試驗(yàn)，筆者主要參與了整機(jī)的設(shè)計(jì)、制造及試驗(yàn)。農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)2014年32粉碎滾刀的粉碎能力決定著牧草的輸送量，粉碎滾刀切碎器在切

10、碎物料時(shí)，既要能夠順利切碎物料，又要省力，對(duì)刀片的損傷小。設(shè)計(jì)刀輥寬度480mm，刀輥直徑550mm，設(shè)計(jì)滾筒轉(zhuǎn)速為1600rmin。直刃切刀切割物料，切割合速度與垂直于刀刃的法向速度的夾角即滑切角越大，滑切越省力。設(shè)計(jì)滾刀式切碎器，螺旋角β為5，切割刃角γ為20，安裝傾斜角ψ為57，動(dòng)刀片人字形排列2排32把。青飼料切斷長(zhǎng)度pl=5～40mm，切碎器的轉(zhuǎn)速nq=1600rmin，切碎器的動(dòng)刀片數(shù)z=16代入設(shè)計(jì)喂入速度為：60000d

11、pwnzlv=（5）式中：lp為青飼料切碎段長(zhǎng)度，mm；vw為喂入輥的喂入速度，mms；nq為切碎器的轉(zhuǎn)速，rmin；z為切碎器上動(dòng)刀片數(shù)。計(jì)算得喂入輥的喂入速度為2.1～17.1ms。為了提高作物莖稈的抓取能力，前喂入輥、中喂入輥均為帶鋸齒葉片，前喂入輥直徑為240～360mm，選取300mm，中喂入輥直徑215～300mm，選取260mm[12]。后上、后下喂入輥兼有喂入和壓緊作用，喂入器的喂入作用是依靠轉(zhuǎn)動(dòng)的喂入輥對(duì)物料的摩擦推力

12、，如圖3所示，如果假設(shè)喂入前物料的厚是A，經(jīng)喂入輥擠壓后的厚度等于輥間間隙a；在喂入過(guò)程中物料沒(méi)有推力，僅靠喂入輥的摩擦力，為了使物料產(chǎn)生喂入移動(dòng)，須保證：2cos2singfNNαα（6）即?α（7）式中：N為喂入輥對(duì)牧草的正壓力，N；φ為輥面對(duì)牧草的摩擦角，()；fg為輥對(duì)牧草的的摩擦系數(shù)；α為上下輥的回轉(zhuǎn)中心與正壓力的夾角，()。注：N為喂入輥對(duì)牧草的正壓力，N；fg為輥面對(duì)牧草的的摩擦系數(shù)；α為上下輥的回轉(zhuǎn)中心與正壓力的夾角，(

13、)；r為喂入輥?zhàn)钚“霃?，mm；A為物料喂入前的厚度mm；a為物料喂入后的厚度，mm；μ為物料通過(guò)喂入輥時(shí)的壓縮系數(shù)。Note:NisapositivefeedrollerpressureonpastureNfgisthecoefficientoffrictionoftherollersurfacefageαisanglebetweentherotationcenteroftherollerspositivepressure().rist

14、hefeedingrollerminimumradiusmmAisthethicknessofthefagebefefeedingmmaisthethicknessofthefageafterfeedingmmμisfagecompressionfactthroughthefeedroller.圖3喂入器攫取分析Fig3Feedergrabanalysis喂入輥只要滿(mǎn)足了?α的喂入基本條件就能順利的驅(qū)動(dòng)牧草向后運(yùn)動(dòng)。喂入輥中心距：122

15、cos2oorarAα==（8）所以22(1cos2)4sinAaAarαα??==?（9）將α?=帶入上式。即min2a4sinAr??=（10）式中：rmin為喂入輥?zhàn)钚“霃剑琺m。取A為50mm，a為15mm，μ為0.3；α為20通過(guò)計(jì)算可得rmin=74.7mm，該機(jī)根據(jù)結(jié)構(gòu)選取的r=90mm由于喂入輥的線速度為2.1～17.1ms，計(jì)算其轉(zhuǎn)速為222～753rmin，可通過(guò)液壓調(diào)速裝置實(shí)現(xiàn)速度的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。為了適應(yīng)牧草的輸送，不

16、至于出現(xiàn)輸送牧草的堆積，對(duì)前喂入輥、中喂入輥、后喂入輥速度特性要匹配，也就是后端喂入輥的輸送的線速度要大于前端喂入輥的喂入線速度，且輸送裝置的后端喂入輥轉(zhuǎn)動(dòng)要先于前端喂入輥轉(zhuǎn)動(dòng)，所以輸送物料裝置的傳動(dòng)是由后輥帶動(dòng)前輥進(jìn)行，后喂入輥旋轉(zhuǎn)90后的輸送傳動(dòng)如示意圖4所示。1.后上喂入輥2.后下喂入輥3.下喂入輥齒輪4.介輪齒輪5.介輪鏈輪6.中喂入輥7.中喂入輥輸入端齒輪8.前喂入輥齒輪9.前喂入輥10.前喂入輥輸出端齒輪11.萬(wàn)向聯(lián)軸器12

17、.齒輪箱1.Upperrearfeedingroller2.Lowerrearfeedingroller3.Lowerrearfeedingrollergear4.Mediumgear5.Mediumchainwheel6.Intermediatefeedingroller7.Intermediatefeedingrollerinputchainwheel8.Frontfeedingrollerchainwheel9.Frontfeed