袁正華

（上海世達(dá)爾現(xiàn)代農(nóng)機(jī)有限公司，上海市 200245）

0 引言

2021年中央1號(hào)文件《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于全面推進(jìn)鄉(xiāng)村振興加快農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化的意見(jiàn)》中提出“鼓勵(lì)發(fā)展青貯玉米等優(yōu)質(zhì)飼草飼料”內(nèi)容。打捆包膜機(jī)作為青貯優(yōu)質(zhì)飼料裹包制作的先進(jìn)農(nóng)機(jī)裝備，已經(jīng)越來(lái)越受市場(chǎng)和農(nóng)機(jī)戶(hù)歡迎。

打捆包膜一體機(jī)主要通過(guò)固定作業(yè)方式，拖拉機(jī)或電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力源，把松散或細(xì)段的牧草、青貯玉米等飼草料，通過(guò)投料倉(cāng)進(jìn)入到輸送裝置，然后投入到圓捆機(jī)的腔體內(nèi)，通過(guò)滾筒皮帶的帶動(dòng)、纏網(wǎng)，飼草料成為結(jié)實(shí)的網(wǎng)包圓捆，最后通過(guò)搬運(yùn)裝置，到達(dá)包膜裝置，完成纏膜作業(yè)，變成密封的纏膜捆包。

1 基本構(gòu)造和主要功能部件研究

1）打捆包膜一體機(jī)按草料流動(dòng)方向來(lái)看，主要包含草料倉(cāng)總成、輸送喂入裝置、捆包成型裝置、搬運(yùn)裝置、包膜裝置等五大功能部件。該機(jī)各功能裝置的運(yùn)轉(zhuǎn)，由液壓驅(qū)動(dòng)、機(jī)械傳動(dòng)、電器控制等系統(tǒng)，通過(guò)編程控制，互相制約，協(xié)調(diào)實(shí)施。

如圖1所示，草料倉(cāng)總成由料倉(cāng)和水平輸送機(jī)構(gòu)組成，草料進(jìn)入料倉(cāng)通過(guò)水平輸送機(jī)構(gòu)向后方運(yùn)送。

圖1 打捆包膜一體機(jī)

輸送喂入裝置由傾斜輸送機(jī)構(gòu)和水平喂入機(jī)構(gòu)兩段組成，草料進(jìn)到傾斜輸送機(jī)構(gòu)上，逐步均勻地通過(guò)水平喂入機(jī)構(gòu)將草料喂入捆包成型裝置的內(nèi)腔。

捆包成型裝置由布置成圓形的滾筒組和纏網(wǎng)機(jī)構(gòu)組成。滾筒組形成一個(gè)圓形內(nèi)腔，松散的草料在滾筒高速運(yùn)轉(zhuǎn)下變成緊密的草捆，然后通過(guò)纏網(wǎng)機(jī)構(gòu)，將草捆纏上網(wǎng)，形成不易散捆的包。

搬運(yùn)裝置將完成捆包的草捆運(yùn)送到包膜裝置里，通過(guò)液壓系統(tǒng)傳遞動(dòng)力，由鏈輪和鏈板組成。

包膜裝置由轉(zhuǎn)臺(tái)、包膜機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)臂等組成，草捆進(jìn)入包膜裝置，回轉(zhuǎn)臂將薄膜纏繞到草捆上，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)臺(tái)的旋轉(zhuǎn)并按照設(shè)定包膜層數(shù)進(jìn)行包膜作業(yè)，層數(shù)達(dá)到要求時(shí)，停止包膜，轉(zhuǎn)臺(tái)翻轉(zhuǎn)，草捆滾落至地面，形成需要的密封良好纏膜捆包。

2）本機(jī)液壓系統(tǒng)由輸送器閥組、上料閥組、捆包閥組、網(wǎng)機(jī)構(gòu)閥組、搬運(yùn)輸送器閥組、包膜閥組、齒輪泵、油箱、冷卻器等組成。

草料倉(cāng)總成的水平輸送機(jī)構(gòu)由輸送器閥組系統(tǒng)來(lái)控制動(dòng)作。本閥組系統(tǒng)機(jī)能符號(hào)如圖2所示，由閥塊、電磁換向閥、溢流閥、液壓馬達(dá)等組成。電磁換向閥最大工作流量40 L/min，最大工作壓力35 MPa；溢流閥最大工作流量30 L/min，調(diào)節(jié)范圍18～35 MPa。

圖2 輸送器閥組系統(tǒng)

輸送喂入裝置由上料閥組系統(tǒng)控制動(dòng)作、調(diào)節(jié)速度。本閥組系統(tǒng)機(jī)能符號(hào)如圖3所示，由閥塊、溢流閥、比例調(diào)速閥、壓力補(bǔ)償器、電磁換向閥、節(jié)流閥、液控單向閥、分流集流閥、液壓馬達(dá)、油缸等組成。溢流閥最大工作流量200 L/min，調(diào)節(jié)范圍1～35 MPa；比例調(diào)速閥最大工作壓力21 MPa，流量調(diào)節(jié)范圍1～28 L/min。

圖3 上料閥組系統(tǒng)

捆包成型裝置由捆包閥組、網(wǎng)機(jī)構(gòu)閥組等兩個(gè)系統(tǒng)協(xié)同作用進(jìn)行各項(xiàng)動(dòng)作，完成草捆成型、纏網(wǎng)、放捆等系列連續(xù)動(dòng)作。捆包閥組系統(tǒng)機(jī)能符號(hào)如圖4所示，由閥塊、電磁換向閥、溢流閥、壓力傳感器、單向節(jié)流閥、液控單向閥、蓄能器、比列溢流閥、油缸等組成。蓄能器容積為0.75 L，預(yù)充壓力40 bar，與液壓油缸一起作用，起到保壓功能，草捆成型時(shí)保持草捆密度穩(wěn)定。網(wǎng)機(jī)構(gòu)閥組由閥塊、溢流閥、電磁換向閥、液控單向閥、壓力傳感器、單向節(jié)流閥、馬達(dá)等組成。溢流閥調(diào)壓范圍2～21 MPa，初始設(shè)定壓力為12 MPa。

圖4 搬運(yùn)輸送器閥組系統(tǒng)

搬運(yùn)裝置由搬運(yùn)輸送器閥組系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)作控制。本閥組系統(tǒng)由閥塊、電磁換向閥、溢流閥、馬達(dá)等組成。馬達(dá)選用BMR-400，排量400 cc/rev，最大輸出扭矩38 daNm。

包膜裝置由包膜閥組系統(tǒng)控制整個(gè)包膜過(guò)程每個(gè)動(dòng)作的運(yùn)轉(zhuǎn)。本閥組系統(tǒng)由閥塊、液控單向閥、電磁換向閥、節(jié)流閥、單向閥、馬達(dá)、液壓油缸等組成。馬達(dá)選用排量250 cc/rev，最大輸出扭矩38 daNm。

3）電器控制系統(tǒng)由顯示器、控制器、傳感器和遙控器等組成，如圖5所示。接收顯示器操作指令并控制電磁閥開(kāi)啟或關(guān)閉，以達(dá)到自動(dòng)控制一體機(jī)執(zhí)行送料、送網(wǎng)、切網(wǎng)、后機(jī)架打開(kāi)、后機(jī)架關(guān)閉和包膜等動(dòng)作。

圖5 電器控制系統(tǒng)

顯示器選用型號(hào)RT0500，系統(tǒng)分自動(dòng)模式（AUTO）和手動(dòng)模式（MANUAL），通過(guò)按鍵切換，自動(dòng)模式下，顯示屏中間顯示整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，綠色表示正常，黃色表示注意，紅色表示錯(cuò)誤；當(dāng)某個(gè)部件出現(xiàn)問(wèn)題后，蜂鳴器報(bào)警并在相應(yīng)位置顯示紅色。

手動(dòng)模式下，通過(guò)按鍵來(lái)切換執(zhí)行哪個(gè)部件，顯示屏顯示當(dāng)前要操作的部件并顯示藍(lán)色，按鍵執(zhí)行部件的上下動(dòng)作，同時(shí)相應(yīng)箭頭顯示藍(lán)色。

顯示頁(yè)面可顯示當(dāng)前操作模式、轉(zhuǎn)速、打包數(shù)量等。

控制器選用型號(hào)RT-T172，接收傳感器信息并將接收到的信息通過(guò)計(jì)算顯示在顯示屏上?？刂破鞴δ苣K輸出47個(gè)、輸入36個(gè)、輸出電源8個(gè)、現(xiàn)場(chǎng)總線8個(gè)。

輸送喂入裝置部位有電感傳感器，捆包成型裝置部位除液壓系統(tǒng)的壓力傳感器外，還有角度傳感器、電磁傳感器、電感傳感器等，包膜裝置部位有角度傳感器、電磁傳感器、光電傳感器等。

電感傳感器選用Telemecanique 電器的XS118BLPAM12型、電磁傳感器選用歐姆龍公司的GLS-S1型、角度傳感器選用Novotechnik公司的SP2800型、光電傳感器選用型號(hào)為PZM-71P型、壓力傳感器選用型號(hào)為L(zhǎng)VC1134GG1400型。

遙控器由無(wú)線發(fā)射器和無(wú)線接收器組成，無(wú)線發(fā)射器選用BEB型8點(diǎn)按鍵式，防護(hù)等級(jí)IP65；無(wú)線接收器選用型號(hào)R11C-2，24路繼電器和12路PWM輸出。

2 一體機(jī)作業(yè)試驗(yàn)、檢測(cè)

樣機(jī)完成后，經(jīng)過(guò)廠內(nèi)試運(yùn)轉(zhuǎn)后，分別在河南和甘肅兩省進(jìn)行了場(chǎng)地作業(yè)試驗(yàn)。

2.1 作業(yè)試驗(yàn)情況

在河南省鄧州市，作業(yè)對(duì)象是青貯玉米，濕度在63%，切斷長(zhǎng)為20～40 mm。單個(gè)捆包重量平均為830 kg，單個(gè)捆包完成時(shí)間平均為4 min。作業(yè)中，檢查底板輸送器、供給輸送器、成型室捆包、網(wǎng)包機(jī)構(gòu)、搬運(yùn)輸送器、包膜機(jī)構(gòu)等各工作部件，功能和性能良好；監(jiān)測(cè)齒輪箱油溫、液壓油溫等，均在可控范圍內(nèi)；試驗(yàn)中，調(diào)試電器和液壓控制系統(tǒng)，解決捆包未纏網(wǎng)、后機(jī)架就自動(dòng)打開(kāi)等問(wèn)題。

經(jīng)過(guò)作業(yè)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)樣機(jī)作業(yè)效率未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，市場(chǎng)要求完成單個(gè)捆包作業(yè)時(shí)間為3 min左右。樣機(jī)需要進(jìn)一步改善，主要原因分析和改進(jìn)對(duì)策如下：

1）草料進(jìn)入成型室的邏輯控制不合理。改進(jìn)對(duì)策是捆包腔體滿(mǎn)料后追料30秒后，再下網(wǎng)纏網(wǎng)。

2）成型室的皮帶在草料充滿(mǎn)后進(jìn)料不暢，這樣延長(zhǎng)了作業(yè)時(shí)間。改進(jìn)對(duì)策是降低草料供給量，追加滿(mǎn)料完成按鈕。

3）成型室前、后、上部漏料嚴(yán)重。改進(jìn)對(duì)策是調(diào)整各部輸送能力和優(yōu)化程序設(shè)置值。

經(jīng)過(guò)以上改善，樣機(jī)繼續(xù)作業(yè)試驗(yàn)。在甘肅省慶陽(yáng)市，作業(yè)對(duì)象是青貯玉米，濕度在70%，切斷長(zhǎng)為30 mm左右。單個(gè)捆包重量平均為960 kg，單個(gè)捆包完成時(shí)間平均為2.9 min，基本滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。

2.2 產(chǎn)品主要技術(shù)規(guī)格

1）名稱(chēng)：打捆包膜一體機(jī)；

2）掛接方式：固定式；

3）配套動(dòng)力型式：拖拉機(jī)或電動(dòng)機(jī)；

4）適用草捆直徑：1 150 mm；

5）適用草捆長(zhǎng)度：1 200 mm；

6）卷壓滾筒數(shù)量：17個(gè)；

7）膜架數(shù)量：2個(gè)。

2.3 產(chǎn)品性能檢測(cè)結(jié)果

經(jīng)過(guò)以上作業(yè)試驗(yàn)，公司邀請(qǐng)農(nóng)機(jī)檢測(cè)機(jī)構(gòu)在甘肅定西市，對(duì)樣機(jī)各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行了檢測(cè)。物料含水率70%，單個(gè)捆包重量平均達(dá)1 010 kg，詳細(xì)性能檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 性能檢測(cè)結(jié)果

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)兩年的技術(shù)研發(fā)，樣機(jī)進(jìn)行了作業(yè)試驗(yàn)和性能檢測(cè)，打捆包膜一體機(jī)研制基本達(dá)到了試驗(yàn)研究的目的。由于樣機(jī)投入成本高，制造成本接近200萬(wàn)元，場(chǎng)地準(zhǔn)備、物料準(zhǔn)備、作業(yè)季節(jié)等作業(yè)試驗(yàn)條件比較苛刻，樣機(jī)的實(shí)地可靠性試驗(yàn)沒(méi)有充分進(jìn)行。將來(lái)還要進(jìn)行如下工作和研究：

1）在小批量生產(chǎn)中，提高機(jī)械、液壓、電器控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，解決因此產(chǎn)生的作業(yè)效率不高的問(wèn)題。

2）繼續(xù)研究捆包成型裝置，改善進(jìn)料口結(jié)構(gòu)，提高物料進(jìn)入的效率，以此進(jìn)一步提高整機(jī)作業(yè)效率。

3）捆包成型后，研究用拉伸膜對(duì)草捆纏繞成捆，替換目前使用的網(wǎng)纏繞結(jié)構(gòu)，滿(mǎn)足大型農(nóng)場(chǎng)飼喂牛羊的特殊市場(chǎng)需求。