任建磊

（中國鐵建重工集團股份有限公司，湖南 長沙 410100）

0 引言

隨著生活水平的不斷提高，人們對牛、羊奶制品和肉蛋類的需求量不斷增加，因此需進一步發(fā)展牛羊飼養(yǎng)業(yè)及飼料作物的生產(chǎn)，而牧草類飼料的全機械化收獲是其中最重要的環(huán)節(jié)。牧草飼料作為牲畜口糧儲備的重要品類之一，可有效解決奶牛、羊等飼草季節(jié)性不足的問題。成捆牧草青貯飼料既可節(jié)省牧草存貯空間和草料運輸成本，又可調(diào)整草料供應(yīng)周期，減少秸稈焚燒污染，對農(nóng)業(yè)良性循環(huán)發(fā)展有一定的積極作用[1-3]。然而牧草加工機械化水平的落后不僅浪費了大量人力資源，還浪費了大量的生物資源，因此，提升牧草加工機械水平可提升牧草利用率，降低畜牧喂養(yǎng)成本，全面實現(xiàn)畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展。如何提升牧草機械化收獲技術(shù)，將散落的牧草秸稈高效收集轉(zhuǎn)運起來是當(dāng)前必須要解決的問題之一，在此背景下，急需研發(fā)出一款高效率、高質(zhì)量、多功能秸稈打捆設(shè)備。

1 整機結(jié)構(gòu)及工作原理

9YFG-2400牽引式大方捆壓捆機可對玉米、小麥、蘆葦、甘蔗和苜蓿等多種農(nóng)作物秸稈進行自動撿拾和打捆，該機集成草捆成型系統(tǒng)和草捆捆包計量系統(tǒng)，可監(jiān)控單個草捆的重量以及對打捆包數(shù)進行實時計數(shù)，是我公司自主研發(fā)的高性能6道繩草捆成型裝備。

1.1 整機結(jié)構(gòu)

9YFG-2400牽引式大方捆壓捆機主要由底盤行走系統(tǒng)、草料喂入系統(tǒng)、草料撿拾切碎系統(tǒng)、動力傳遞系統(tǒng)、草捆打結(jié)機構(gòu)、草料壓縮系統(tǒng)、外圍件、草捆成型室、草料放置裝置及液壓電氣控制系統(tǒng)等組成，是一種高可靠性多功能牧草打捆裝備，具體結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 9YFG-2400大方捆壓捆機結(jié)構(gòu)

1.2 工作原理

拖拉機將動力由輸出軸傳遞給9YFG-2400大方捆壓捆機，在拖拉機的牽引下實現(xiàn)對物料的撿拾，其有效撿拾寬度可達2400mm。當(dāng)物料通過前端撿拾系統(tǒng)時物料流會進入草料喂入系統(tǒng)，隨后進行一定的預(yù)壓縮，當(dāng)壓力達到預(yù)先設(shè)定值時，物料流被送入草捆成型室，經(jīng)壓縮系統(tǒng)反復(fù)壓縮形成一定密度的草捆。當(dāng)物料壓縮到設(shè)定長度后壓縮室上的計量輪會被草捆撥動回轉(zhuǎn)，打結(jié)機構(gòu)開始對草捆進行捆繩打結(jié)，打結(jié)完成后經(jīng)壓縮系統(tǒng)進一步擠壓排出至草捆放置裝置。進行下一個循環(huán)后，草捆放置裝置的草捆被排至地面從而完成物料打捆成型的全機械化過程。

2 壓縮系統(tǒng)設(shè)計及整機參數(shù)

2.1 壓縮系統(tǒng)設(shè)計

壓縮系統(tǒng)作為9YFG-2400大方捆壓捆機核心部件，主要由齒輪箱、曲柄連桿、壓縮焊接件及電氣元件等組成，其結(jié)構(gòu)如圖2。壓縮焊接件采用高強度薄板件拼焊成型，保證了在較大反推力作用下不變形。齒輪箱采用1個輸入端5個輸出端3組速比設(shè)計，其速比分別為X-Y速比為1：20，X-W速比為1：2.24，X-Z速比為4.88：1，齒輪箱額定轉(zhuǎn)速n=1000r/min，額定功率P=191.2kW，由公式T=9550×P/n計算得扭矩T=1825.96N·m。輸出W軸與輸入X軸偏移角度為47°，位于齒輪箱上端，連接液壓泵為整機液壓系統(tǒng)提供動力，輸出Y軸連接活塞曲柄連桿為壓縮系統(tǒng)提供動力，輸出Z軸連接喂入與撿拾系統(tǒng)，通過齒輪箱分流來實現(xiàn)整機動力的傳遞，內(nèi)部傳動路線如圖3。

圖2 壓縮系統(tǒng)組件示意

圖3 齒輪箱內(nèi)部傳動路線示意

2.2 整機參數(shù)

9YFG-2400大方捆壓捆機主要參數(shù)如下：

3 技術(shù)創(chuàng)新及特點

（1）配備大馬力拖拉機，滿足各個部件功率需求的同時也可最大限度地實現(xiàn)機具的利用率。

（2）采用無凸輪盤彈齒滾筒式撿拾裝置的設(shè)計，減少零部件，降低整機質(zhì)量，提升工作可靠性。彈齒選擇柔性材料，降低對牧草的擊打和沖擊力，保留其營養(yǎng)價值。

（3）采用雙曲柄—連桿—活塞機械式壓縮機構(gòu)，保證對物料進行快速穩(wěn)定地壓縮，連桿安裝內(nèi)置壓力傳感器，可監(jiān)測工作壓力的大小，以便調(diào)節(jié)。

（4）配備國際知名品牌打結(jié)器，打結(jié)穩(wěn)定可靠、打結(jié)器使用壽命長。配備集中潤滑系統(tǒng)，潤滑頻次可調(diào)，確保打結(jié)器高效運行，采用橫置貫流風(fēng)機，保證了打結(jié)成功率。每個草捆6道繩捆結(jié)，保證了成型后的草捆不松散，便于后續(xù)轉(zhuǎn)運。

（5）通過傳感器信息采集、數(shù)據(jù)無線傳輸以及人機交互PLC等模塊實現(xiàn)打捆機的精準計算控制，ISOB US與CAN的兼容設(shè)計可匹配不同拖拉機品牌。

（6）繩箱采用單邊15捆繩的裝配空間，可滿足長時間連續(xù)作業(yè)需求。

4 試驗及結(jié)論

9YFG-2400大方捆壓捆機于2022年10月在長沙工廠成功下線，后續(xù)經(jīng)廠內(nèi)調(diào)試試驗后轉(zhuǎn)廠至湖南岳陽市進行田間測試。依據(jù)國家標(biāo)準GB/T25423規(guī)定完成田間試驗，試驗結(jié)果如表1。

表1 草捆測量參數(shù)

試驗表明：9YFG-2400大方捆壓捆機各關(guān)鍵部件工作穩(wěn)定，所成型捆包滿足密度值大于220 kg/m3的設(shè)計要求，6道繩雙捆結(jié)保證了成型后的捆包不易松散，滿足行業(yè)標(biāo)準。

針對市場上對高性能牧草加工設(shè)備的需求研制了9YFG-2400大方捆壓捆機。該機采用50次/min活塞沖程設(shè)計，作業(yè)效率高，活塞最大推力值55 t，滿足成型草捆密度值需求，達到了設(shè)計目標(biāo)。