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谷物聯合收割機配套打捆機喂入機構設計

鄒城市農業(yè)機械化學校張鳳娟

近幾年，谷物聯合收割機配套打捆機技術正在悄然興起，以其價格較低、結構簡單、無須機具二次進地、無須動力機械牽引、操作方便、可靠性高等特點逐漸受到廣大農民的認可。喂入裝置是其關鍵組成部分，直接影響到能否形成秸稈草捆，本文以該裝置的設計為重點，對幾種形式的喂入裝置進行剖析。經過對比發(fā)現，因受到空間結構的限制，以滾筒式喂入裝置較為合理。

秸稈；聯合收割機；配套打捆機；喂入裝置；設計

1　引言

我國秸稈資源豐富，據相關部門和專家估算，2015年我國主要農作物秸稈可收集資源量為9億噸，其中，谷物秸稈產量占1/3左右。谷物秸稈是重要的生物質能源，除了做肥料、飼料，還可以做工業(yè)原料，具有一定的商業(yè)價值。充分利用好谷物秸稈，不僅能夠改善環(huán)境，還能增加農民的收入，提高農民生活水平，符合科學發(fā)展觀的發(fā)展要求，符合建設資源節(jié)約型國家的實際需要。

秸稈作為日常燃料的功能逐漸消失，且收獲機械通常把谷物秸稈直接拋撒或粉碎在田間，不做收集處理。在小型秸稈撿拾打捆技術已經成熟的今天，為了趕農時，減少機具進地次數及作業(yè)成本，一般也不會對秸稈進行收集利用。隨著秸稈綜合利用技術的逐步成熟及相關產業(yè)的興起，谷物秸稈被拋在田間直接還田的做法已經不能完全適應農業(yè)與環(huán)境發(fā)展的要求。

在這種背景下，聯合收割機配套打捆機應運而生。配套打捆機主要由減速機、秸稈通道、喂入裝置、捆繩裝置、密度調節(jié)裝置、成捆室、捆繩箱等部件組成。其中，喂入機構是關系到秸稈草捆形成的關鍵部件。

2　設計要求

谷物聯合收割機配套打捆機以其價格較低、結構簡單、無須機具二次進地、無須動力機械牽引、操作方便、可靠性高等特點逐漸受到了廣大農民的認可。其設計應遵循“保證工作性能，簡化機具結構，降低生產成本”的原則。而喂入機構的設計在遵循總體原則的同時，還要注意以下幾點：

（1）在設計過程中，可借助撿拾喂入打捆機喂入機構的原理，簡化設計過程。

（2）喂入機構是秸稈通道和壓縮活塞之間的工作部件，工作過程中不得與配合部件之間有干擾。

（3）受結構空間限制，喂入機構所占空間要小，但同時必須要保證喂入作業(yè)的通暢和質量。

（4）為簡化結構，減少動力機械設置，喂入機構的動力通過聯合收割機的某個裝置提供。

3　結構形式設計方案

與牽引式或自走式打捆機不同，配套打捆機的秸稈喂入并不是通過撿拾機構加喂入機構完成，而是通過設置秸稈通道，使從谷物聯合收割機的出草口噴出的秸稈通過通道直接進入打捆機的進料口。

在多數情況下，從上向下喂入物料可以借助物料自身的重力，但在配套打捆機中，秸稈自重較輕，且僅依靠聯合收割機風機吹出的力量很難將秸稈全部吹入打捆機，尤其是秸稈較多時，打捆機進料口特別容易堵塞，還會有部分秸稈在活塞進行壓捆動作時進入到活塞軌道上，造成活塞運動受阻。

在秸稈通道中設置喂入機構，由喂入機構將噴入通道的秸稈撥送到壓縮活塞前方。這種結構不僅簡化了打捆機結構，節(jié)省了整機占用空間的大小，同時也保證了秸稈質量（不存在撿拾雜質問題）。下面，就喂入機構的結構形式進行探討和剖析，并為配套打捆機選擇合理的喂入機構形式。

3.1撥叉喂入機構

撥叉喂入機構以其適應性強、輸送喂入效果好等特點被廣泛應用于各種形式的撿拾打捆機中。喂入機構工作時，撥叉在撿拾器的后上方將撿拾器向后上方拋送的物料沿著弧形滑道向壓縮室喂入口輸送，最終將物料輸送進壓縮室內，然后迅速回到撿拾器后上方進入工作狀態(tài)。圖1為撥叉喂入機構圖。

圖1　撥叉喂入機構

在驅動鏈輪的帶動下，曲柄帶動偏心軸繞曲柄軸轉動，偏心軸上的撥叉隨著偏心軸轉動。在撥送物料時，撥叉頂端距離曲柄軸線較遠，在物料撥送完成后，撥叉頂端回縮，距離軸線較近，從而避免和壓縮室及活塞等發(fā)生干擾。

這種結構形式利用曲柄連桿原理，設計簡單，但必須要注意的是，輸送過程中撥叉勻速運動，物料均勻且平穩(wěn)無顫動。同時，撥叉頂端距離弧形滑道貼近，保證運送的物料可全部進入壓縮室。此外，撥叉在將物料送入壓縮室時的歸位動作要迅速，以保證在不影響活塞工作的同時，也不和活塞有任何干擾或碰撞。

還有一種雙撥叉喂入機構，即在偏心軸的圓周上與單撥叉成一定角度（小于180°）再設置一組撥叉，是單撥叉喂入機構優(yōu)化后的產物，機構運動簡圖如圖2所示。優(yōu)化后的撥叉喂入機構喂入量增大，效率更高，可靠性更好。

圖2　雙撥叉喂入機構

3.2螺旋切碎式喂入機構

滾筒式螺旋喂入機構具有工作負荷均勻、切碎質量好、機器振動小的特點，但這種結構同樣需要配置專門的拋送裝置，如撿拾器。這種形式的喂入機構一般帶有切碎功能，常見于國外進口的大中型圓捆機中，如圖3所示。

圖3　螺旋切碎式喂入機構

在螺旋式切碎喂入機構中，轉軸上安裝有多個并列的喂入圓盤，每個喂入圓盤圓周上分布著2～3個喂入撥叉，且各個喂入圓盤上的喂入撥叉之間呈V型螺旋狀排列。這種結構能保證高喂入能力，使物料持續(xù)接觸撥叉，即使在作業(yè)喂入不均勻時，也能穩(wěn)定喂入撥叉的負載。

3.3偏心滾筒式喂入機構

這種形式的喂入機構由撥叉喂入機構演變而來，繼承了撥叉喂入機構設計簡單的特點，所不同的是，該機構添加了撥草滾筒，如圖4所示。該機構由撥草筒軸、撥草滾筒、撥叉、偏心軸、偏心連桿、動力輸入軸、驅動鏈輪等組成。由撥草筒軸、偏心軸、偏心連桿、動力輸入軸組成的偏心機構使撥叉在撥草滾筒中伸縮運動，且隨著撥草滾筒做圓周運動。

這種機構一般用于上喂入的打捆中。采用上喂入結構時，因秸稈自喂入機構上方下降，會造成秸稈覆蓋喂入機構，導致喂入機構卡死的后果，因此，在喂入機構的外部應該設置一種阻擋裝置。作為阻力最小型阻擋裝置，圓筒是最佳的選擇。但為了保證撥叉的正常運動，必須在撥草筒軸的對應圓周面上開出相應的撥叉伸出孔。

圖4　偏心滾筒式喂入機構

在該喂入機構工作時，當撥叉隨著撥草滾筒轉到起始位置時，靠近秸稈通道一端的撥叉伸出撥草滾筒距離最長，接收聯合收割機出草口吹出來的秸稈，然后順時針轉動，將秸稈向壓縮室進口輸送，同時撥叉在撥草滾筒外面的裸露長度縮短，當撥叉運行到壓縮室附近時，完全縮回到撥草滾筒內部；而與之呈180°角分布的另外一組撥叉伸縮方向與之相反。

3.4壓入式喂入機構

在上喂入形式中，還有一種可以考慮的結構形式，那就是壓入式喂入，這種喂入形式在固定式打捆機或壓塊機中也極少見。就是通過某種形狀的壓入裝置，自上而下將物料壓入壓縮室口，在活塞進行壓縮運動前，快速提升到起始位置，準備下一次喂入工作。

3.5配套打捆機喂入機構形式

考慮到僅僅依靠單種形式的喂入機構難以實現配套打捆機喂入要求，因此，考慮采取組合式喂入機構形式。

在秸稈通道中設置偏心滾筒式喂入機構，將聯合收割機出草口噴出的秸稈撥送至壓縮室口，伸出撥草滾筒的撥叉縮回，另一端的撥叉開始撥送秸稈。但在試驗中發(fā)現撥叉將谷物秸稈撥送到壓縮室口后，由于秸稈質量輕，有時秸稈會堵在壓縮室進口處。基于這種情況，還應增加一種壓入裝置，使壓縮室口處的秸稈能順利到達活塞前方。

在打捆機壓縮室口處設置秸稈壓入裝置。該裝置具有秸稈壓入和攔截雙重功能，活塞在壓縮室口處準備執(zhí)行壓捆動作之前，該裝置執(zhí)行下壓動作，將秸稈推送至活塞前方，便于活塞執(zhí)行壓捆動作；在活塞執(zhí)行壓捆動作開始時，該裝置將部分進料口封住，阻止秸稈進入，然后該裝置執(zhí)行上提動作，直到活塞返程到進料口端準備下個壓捆動作時，該裝置下壓。喂入裝置上下往復直線運動，配合喂入輥完成秸稈喂入工作，保證活塞順利完成秸稈壓捆工作。

4　動力來源

為減少動力機械的配置，配套打捆機的動力來源于聯合收割機，而聯合收割機上最近且最適合的動力源是滾筒軸。但聯合收割機的滾筒軸轉速較高，需要設置減速機將轉速降低到合適值。而喂入裝置的動力是直接由減速機動力輸出鏈輪經過鏈傳動提供給喂入裝置驅動鏈輪的，從而保證了喂入裝置工作的可靠性。

5　結束語

鑒于谷物聯合收割機配套打捆機的特殊性，其喂入裝置的設計需要考慮到多種因素。添加了撥草滾筒的撥叉喂入機構在保證喂入工作的同時，避免了秸稈覆蓋整個喂入裝置；秸稈壓入裝置則在保證將壓縮室口的秸稈壓入壓縮室的同時，還具有秸稈攔截功能，保證活塞在進行壓縮作業(yè)時，不會有秸稈掉入活塞后方。從聯合收割機滾筒傳遞出來的動力經減速后直接驅動喂入裝置，為其提供了可靠的動力保障。這種設計完全可以滿足配套打捆機的工作要求，簡單實用。