大中型方捆捡拾打捆机整机原理研究
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１
利用相当于再造一个农业。秸秆蕴藏着丰富的能量和 营养物质，其热值约为标准煤的５０％，蛋白质含量 约５％，纤维素含量约３０％，还含有一定量的钙、磷 等矿物质，其营养价值相当于粮食的２５％，是重要 的可再生生物质资源。１ ｏ。我国年产农作物秸秆７亿ｔ 以上，其中麦稻秸秆每年产量为３亿ｔ左右，而每年 的秸秆物料因不能及时收集储运而废弃约２亿ｔ，折 合１亿ｔ标准煤，不仅浪费资源而且造成环境污 染‘川。 我国农作物秸秆资源丰富，但是秸秆物料松散、 密度小，收集、运输困难，根据实际需要，把秸秆打 成高密度的捆包后再储存或运输，是降低秸秆原料收 集储运成本、促进秸秆规模化工业利用的关键。据测 算，如果将松散秸秆打成高密度捆包，平均密度可以 增大４倍左右，相应储存空间只需打捆前的１／４，打 捆后的运输成本相应降低７０％左右。把农业生物质 秸秆打成高密度的捆包后再储运，是降低商业化成
中图分类号：￥２２５．８ 文献标识码：Ａ
文章编号：２０９５—１７９５（２０１３）０４—００９５—０４
Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｌａｒｇｅ ａｎｄ
Ｙａｎ Ｘｉａｏｈｕｉｌ．Ｌｉ
Ｍｉｄｄｌｅ Ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ Ｂａｌｅｒ
Ｓｈｕｈｕｉｌ，Ｌｕ
Ｓｈｕｊｕｎｌ。Ｙａｎｇ Ｊｕｎｔａｉｌ，Ｊｉｎｇ Ｑｕａｎｒｏｎ９１，Ｍａ Ｊｉａ０１，Ｚｈｏｕ
筒的中心轴线成一定的倾斜角度，当捡拾滚筒和喂入
搅龙同时转动时，捡拾滚筒内侧的弹齿和喂人搅龙的 叶片恰好不干涉，满足了预压缩室对物料喂入的要 求。
４喂料形式选择
目前国外预压喂料有拨叉式、连续螺旋刀片式和
１．万向传动轴２．飞轮３．输出轴Ｉ
轴１１Ｉ ６．链轮 ４．输出轴Ⅱ
５．输出
断续螺旋刀片式３种形式，如图５所示。
填料系统位置关系
ａ主画面
ｂ．打捆工作画面
图７
打捆机设置与故障显示控制系统
Ｆｉｇ．７
Ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｏｆ ｂＭｅｒ
７
三维液压密度控制系统设计
该系统由拖拉机液压输出系统与打捆机液压系统
图６物料预压缩填料模拟图
Ｆｉｇ．６ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｐｒｅ—ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ
ｗａｓ
ａｓ
ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ
ｗａｓ
ｏｂｊｅｃｔ，ｉｔｓ
ｂａｓｉｃ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｗａｓ
ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｄｅ—
ｗａｓ
ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ ａｍｏｎｇ ｐａｒｔｓ
ｗａｓ
ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｐｉｃｋｉｎｇ ｕｐ ｔｒａｃｋ ｄｉｓｋ ｏｆБайду номын сангаасｂａｌｅｒ
ｃｒｏｓｓ
ｓｔｕｄｉｅｄ． ａｎｄ
３捡拾轨道盘轨迹研究
在捡拾过程中，捡拾器的弹齿将田地上的物料捡 起并向后输送，由于物料的条铺跨度大，捡拾宽度大
万方数据
燕晓辉等：大中型方捆捡拾打捆机整机原理研究
９７
外，还对物料有匀料作用。由于捡拾台螺旋送来的物 料在预压口侧壁前端形成堆积，需要对其进行匀料， 因此采用断续螺旋刀片式预压喂料结构。 断续螺旋刀片式预压喂料与定刀的结合，可对物 料进行揉切。物料脆弱时，定刀可将物料切断，物料 粗实柔韧时，定刀对物料进行揉搓，当物料的柔韧力 大予定刀的支撑弹簧力时，定刀绕刀轴旋转并藏人定 刀盒内，让出填料喂人通道，使物料不受阻碍地喂入 到预压室内。
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｌａｒｇｅ
ａｎｄ
ｍｅｄｉｕｍ，Ｂａｌｅｒ，Ｐｉｃｋｉｎｇ ｕｐ，Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ
０
引言
农作物秸秆占农作物产出物的５１％左右，收集
本、提高秸秆规模化利用率的关键。研制开发适于麦 稻秸秆打捆的大中型方捆捡拾打捆机，能够提升我国 打捆机科技水平和国际竞争力，为我国正在蓬勃发展 的秸秆生物质规模化工业利用等领域提供关键技术和 配套设备，具有重大的经济效益和社会效益。
Ｗｅｎｐｉｎ９２
（Ｊ．Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅ咖ｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ；
２，Ｍｏｄｅｒｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｌａｒｇｅ ａｎｄ ｍｅｄｉｕｍ．ｓｉｚｅｄ ｓｑｕａｒｅ ｂａｌｅ ｐｉｃｋｕｐ ｂａｌｅｒ ｓｉｇｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｅ Ｆｏｒ
２打捆机正时运动关系确定
大中型方捆成型机压缩打捆工艺流程为捡拾、喂 入、填料、压缩和打结。捡拾和喂入为圆周运动，填 料、压缩和打结为往复运动，在动力传动过程中，各 工序动作必须配合协调、前后衔接。动力输入通过减 速器传递至压缩机构，机械式成捆过程中，填料、压 缩和穿针打结动作需协调一致才能完成自动打结成 捆，而一致的时序性要通过统一的输出轴动力输出决 定，并且在曲柄轴至填料机构、穿针打结机构的最终
摘
要：以大中型方捆捡拾打捆机为研究对象，介绍了其基本结构组成，对整机设计原理进行了研究。分析了打捆机
各部件相位耦合关系；进行了打捆机捡拾轨道盘轨迹研究；针对不同的作业原料，选择合适的喂料形式；研究了大截 面均匀布料和整机自动控制系统设计原理，为大中型打捆机整机设计奠定基础。
关键词：大中型；打捆机；捡拾；原理
于压缩室物料喂人口，因此，需要在捡拾弹齿轴后配 置喂入搅龙，将捡拾滚筒捡拾的物料快速推到预压缩
秸秆捆包，液压密度控制系统可以对捆包密度进行实 时监控。
室喂入口，便于物料实现预压缩。 为实现上述功能，首先进行弹齿轨迹研究，根据 弹齿轨迹设计捡拾轨道盘，使其满足物料流在捡拾过 程中顺畅，避免运行的弹齿阻挡物流通道，引起物料
１２．预压缩室 １０．穿针 １５．滚筒动刀 １１．行
图３
Ｆｉｇ．３
打捆机各部件相位耦合关系
Ｒｅｌａｔｉｏｎ ａｍｏｎｇ ｐａｒｔｓ ｏｆ ｂａｌｅｒ
１３．填料机构
１４．定刀
图１
Ｆｉｇ．１
大中型方捆捡拾打捆机基本结构
Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｌａｒｇｅ ａｎｄ ｍｉｄｄｌｅ ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ ｂａｌｅｒ
ａｎｄ ｐａｃｋｉｎｇ
组成液压油路，通过ＰＬＣ的活塞压力信号反馈控制 液压电磁阀，调整三维密度油缸压力，达到控制打捆
万方数据
万方数据
在喂料口，由喂入滚筒将物料源源不断地喂人预 压缩室。由于预压缩室顶端的挡料保持指挡住了物料 的出口，物料将填满预压缩室，并形成一定的密度。 当预压缩室物料密度达到预定值时，机械式压力传感 器发出指令，同时驱动填料叉和挡料保持指运行。挡 料保持指在曲柄旋转３００时，完全打开预压室顶端的 物料通道，这时填料叉沿垂直预压室弧线方向将要插 入预压室内。之后，曲柄再旋转９０。，填料叉快速地 将预压后的物料填送到主压缩室活塞的前端，完成了 大截面的均匀布料。为大捆型打捆机压缩成捆的密度 均匀一致创造了条件，保证了大捆型打捆机的密实成 捆规整性。根据填料叉的模拟轨迹，进行预压缩系统 各部件的关系布置，如图６ｂ所示。再做出各部件的 模型，为大打捆机的总体布置提供依据及条件。大方 捆打捆机预压填料模拟图如图６ｃ所示。 通过先预压缩、再采用机械压实的两级压缩过 程，不仅解决了秸秆松散物料规整成型、密度均匀一 致性的问题，同时提高了打捆设备的适应性和可靠 性。
图２
Ｆｉｇ．２
打捆机整机正时传动系统示意
Ｄｒｉｖｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｂａｌｅｒ ｔｉｍｉｎｇ
在活塞的一个回转行程内，需要同时布置预压结 构厚度和大针运行的弦厚，同时应避免物料压缩大针 引起的变形。还应保证大针在上死位附近，打结机构 快速的打上两个死结，因而，送料机构、大针和打结 机构等运转部件的相位耦合关系十分重要，图３为各 部件相位耦合关系。
堵塞，从而降低捡拾效率。捡拾滚筒和喂入搅龙的结 构示意图和运行轨迹如图４所示。
图４
Ｆｉｇ．４
捡拾轨道轨迹及结构示意
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
Ｔｒａｃｋ ｄｉｓｋ ａｎｄ
ｏｆ ｐｉｃｋｉｎｇ ｕｐ
速比一致。因此根据预压填料机构、压缩机构、打结 器等工作的时序，来布置整机的动力传动。动力传动 系统示意如图２所示。 从图４中可以看出，捡拾滚筒上的弹齿安装与滚
大中型方捆捡拾打捆机基本结构
大中型方捆捡拾打捆机主要包括自动捡拾机构、
碎断喂料机构、预压填料机构、高密度规整成型压缩 机构、自动打结机构、压力反馈自动控制系统、传动 相位正时及动力匹配设计和自动退料机构８个部分， 如图１所示。 打捆机由拖拉机牵引作业，拖拉机动力输出轴提 供动力，由传动系统将动力传递到捡拾、填料、压缩 及穿针打结各环节。工作时物料被捡拾机构从田间捡 起，由喂料机构喂人预压缩室，当预压缩室内物料达 到设定的预压物料量时，预压保持机构释放，预压缩 室顶部夹持板移开，填料机构将预压物料填人压缩室 进行二次压实，达到设定捆长后，捆长控制机构触动 穿针打结系统工作，进行穿针打结，形成规整压缩的
自动控制系统设计
因不同物料在不同的收获时间有不同含水率，而
不同的含水率对于物料成型压力不同，因此对设备的 机械作用大小不一样。如物料的含水率过大，会造成 压缩过程中物料密度过大，堵塞在压缩室内致使压缩 室变形。因此根据物料状态的随机变化，需要对机器 作业状态进行实时监控，以准确判断故障发生位置的 自动控制系统。该系统包括各传动部位的感应元件、 工控机和显示屏等。机手通过显示屏可以直接调整和 监视打捆机工作状态，判定故障位置、记录用户信息 和查阅作业历史等。采用超越式、摩擦式滑动离合器 和安全剪切螺栓等保障机器运行安全，如图７所示。
６
５大截面均匀布料原理
大中型方捆捡拾打捆机与目前国内的小型打捆设 备的主要区别在于捆型截面尺寸大，而获得捆型规 整、密度均匀的大截面草捆难度大，因此采用预压缩 获得草片再二次压缩成捆的方式实现在大截面上均匀 布料。由预压缩室、填料叉和挡料保持指联合实现大 截面均匀布料功能。３个部件联合运动，需要确定各 部件的运动相位关系，图３中显示了填料叉（送料） 上行和下行与物料压缩的相位关系。而填料叉在运行 过程中既要完成预压草片，又要满足草片送人压缩室 后在退回过程中不与压缩活塞相撞，同时送出的草片 在活塞到达之前不会因自身重力作用下落，造成草片 发生较大变形，从而影响草片的密度和规整度。因此 确定填料叉的运行轨迹很重要，如图６ａ所示。
第３卷第４期
２０１３年７月
农业
工程
Ｖ０１．３
Ｎｏ．４
Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｊｕｌ．２０１３
大中型方捆捡拾打捆机整机原理研究
燕晓辉１，李树君１，杨军太１，景全荣１，马
（１．中国农业机械化科学研究院，北京１０００８３；
娇１，周树辉１，陆文平２
２．现代农装科技股份有限公司，北京１０００８３）
收稿日期：２０１３—０６—０２修回日期：２０１３－０６－３０
基金项目：国家能源应用技术研究及工程示范项目（项目编号：ＮＹ２０１３０４０１）
作者简介：燕晓辉，工程师，硕士，主要从事生物质能装备研究。Ｅｍａｉｌ：ｙｘｈ８２０１＠１２６．ｔｏｍ
万方数据
１．机架２．主传动轴３．捡拾器４．齿轮箱５．压缩活塞６．打 结器７．压缩室８．捆长控制机构９．液压缸 走轮
ａｕｔｏ—
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｆｅｅｄｉｎｇ ｆｏｒｍ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ
ｗｅｒｅ
ｓｅｌｅｃｔｅｄ．Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｅｑｕａｌｉｔｙ ｄｅｎｓｉｔｙ ｉｎ ｌａｒｇｅ
ｓｅｃｔｉｏｎ
ｍａｔｉｃ
ｓｔｕｄｉｅｄ
ｓｏ
ａｓ
ｔｏ
ｌａｙ ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｌａｒｇｅ ａｎｄ ｍｅｄｉｕｍ—ｓｉｚｅｄ ｂｕｎｄｌｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ．
Ｆｉｇ．５ ａ．拨叉式 ｂ．连续螺旋刀片式 ｃ断绥螺旋刀片式
图５国外预压喂料形式
Ｆｅｅｄｉｎｇ ｆｏｒｍ ｏｆ ｐｒｅ—ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ａｂｒｏａｄ
拨叉式预压填料结构简单，适合麦、稻和羊草等 短秸秆的填料喂入，但喂人量较小。连续螺旋刀片式 预压喂料结构虽有揉切功能，但还有向预压侧壁单向 推送的作用，容易引起物料在预压室口的不均匀喂 入，影响预压的均匀性。断续螺旋刀片式预压填料结 构通过断续改变螺旋的方向，除对物料具有揉切功能
利用相当于再造一个农业。秸秆蕴藏着丰富的能量和 营养物质，其热值约为标准煤的５０％，蛋白质含量 约５％，纤维素含量约３０％，还含有一定量的钙、磷 等矿物质，其营养价值相当于粮食的２５％，是重要 的可再生生物质资源。１ ｏ。我国年产农作物秸秆７亿ｔ 以上，其中麦稻秸秆每年产量为３亿ｔ左右，而每年 的秸秆物料因不能及时收集储运而废弃约２亿ｔ，折 合１亿ｔ标准煤，不仅浪费资源而且造成环境污 染‘川。 我国农作物秸秆资源丰富，但是秸秆物料松散、 密度小，收集、运输困难，根据实际需要，把秸秆打 成高密度的捆包后再储存或运输，是降低秸秆原料收 集储运成本、促进秸秆规模化工业利用的关键。据测 算，如果将松散秸秆打成高密度捆包，平均密度可以 增大４倍左右，相应储存空间只需打捆前的１／４，打 捆后的运输成本相应降低７０％左右。把农业生物质 秸秆打成高密度的捆包后再储运，是降低商业化成
中图分类号：￥２２５．８ 文献标识码：Ａ
文章编号：２０９５—１７９５（２０１３）０４—００９５—０４
Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｌａｒｇｅ ａｎｄ
Ｙａｎ Ｘｉａｏｈｕｉｌ．Ｌｉ
Ｍｉｄｄｌｅ Ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ Ｂａｌｅｒ
Ｓｈｕｈｕｉｌ，Ｌｕ
Ｓｈｕｊｕｎｌ。Ｙａｎｇ Ｊｕｎｔａｉｌ，Ｊｉｎｇ Ｑｕａｎｒｏｎ９１，Ｍａ Ｊｉａ０１，Ｚｈｏｕ
筒的中心轴线成一定的倾斜角度，当捡拾滚筒和喂入
搅龙同时转动时，捡拾滚筒内侧的弹齿和喂人搅龙的 叶片恰好不干涉，满足了预压缩室对物料喂入的要 求。
４喂料形式选择
目前国外预压喂料有拨叉式、连续螺旋刀片式和
１．万向传动轴２．飞轮３．输出轴Ｉ
轴１１Ｉ ６．链轮 ４．输出轴Ⅱ
５．输出
断续螺旋刀片式３种形式，如图５所示。
填料系统位置关系
ａ主画面
ｂ．打捆工作画面
图７
打捆机设置与故障显示控制系统
Ｆｉｇ．７
Ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｏｆ ｂＭｅｒ
７
三维液压密度控制系统设计
该系统由拖拉机液压输出系统与打捆机液压系统
图６物料预压缩填料模拟图
Ｆｉｇ．６ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｐｒｅ—ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ
ｗａｓ
ａｓ
ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ
ｗａｓ
ｏｂｊｅｃｔ，ｉｔｓ
ｂａｓｉｃ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｗａｓ
ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｄｅ—
ｗａｓ
ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ ａｍｏｎｇ ｐａｒｔｓ
ｗａｓ
ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｐｉｃｋｉｎｇ ｕｐ ｔｒａｃｋ ｄｉｓｋ ｏｆБайду номын сангаасｂａｌｅｒ
ｃｒｏｓｓ
ｓｔｕｄｉｅｄ． ａｎｄ
３捡拾轨道盘轨迹研究
在捡拾过程中，捡拾器的弹齿将田地上的物料捡 起并向后输送，由于物料的条铺跨度大，捡拾宽度大
万方数据
燕晓辉等：大中型方捆捡拾打捆机整机原理研究
９７
外，还对物料有匀料作用。由于捡拾台螺旋送来的物 料在预压口侧壁前端形成堆积，需要对其进行匀料， 因此采用断续螺旋刀片式预压喂料结构。 断续螺旋刀片式预压喂料与定刀的结合，可对物 料进行揉切。物料脆弱时，定刀可将物料切断，物料 粗实柔韧时，定刀对物料进行揉搓，当物料的柔韧力 大予定刀的支撑弹簧力时，定刀绕刀轴旋转并藏人定 刀盒内，让出填料喂人通道，使物料不受阻碍地喂入 到预压室内。
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｌａｒｇｅ
ａｎｄ
ｍｅｄｉｕｍ，Ｂａｌｅｒ，Ｐｉｃｋｉｎｇ ｕｐ，Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ
０
引言
农作物秸秆占农作物产出物的５１％左右，收集
本、提高秸秆规模化利用率的关键。研制开发适于麦 稻秸秆打捆的大中型方捆捡拾打捆机，能够提升我国 打捆机科技水平和国际竞争力，为我国正在蓬勃发展 的秸秆生物质规模化工业利用等领域提供关键技术和 配套设备，具有重大的经济效益和社会效益。
Ｗｅｎｐｉｎ９２
（Ｊ．Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅ咖ｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ；
２，Ｍｏｄｅｒｎ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｃｏ．，Ｌｔｄ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｌａｒｇｅ ａｎｄ ｍｅｄｉｕｍ．ｓｉｚｅｄ ｓｑｕａｒｅ ｂａｌｅ ｐｉｃｋｕｐ ｂａｌｅｒ ｓｉｇｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｃｈｉｎｅ Ｆｏｒ
２打捆机正时运动关系确定
大中型方捆成型机压缩打捆工艺流程为捡拾、喂 入、填料、压缩和打结。捡拾和喂入为圆周运动，填 料、压缩和打结为往复运动，在动力传动过程中，各 工序动作必须配合协调、前后衔接。动力输入通过减 速器传递至压缩机构，机械式成捆过程中，填料、压 缩和穿针打结动作需协调一致才能完成自动打结成 捆，而一致的时序性要通过统一的输出轴动力输出决 定，并且在曲柄轴至填料机构、穿针打结机构的最终
摘
要：以大中型方捆捡拾打捆机为研究对象，介绍了其基本结构组成，对整机设计原理进行了研究。分析了打捆机
各部件相位耦合关系；进行了打捆机捡拾轨道盘轨迹研究；针对不同的作业原料，选择合适的喂料形式；研究了大截 面均匀布料和整机自动控制系统设计原理，为大中型打捆机整机设计奠定基础。
关键词：大中型；打捆机；捡拾；原理
于压缩室物料喂人口，因此，需要在捡拾弹齿轴后配 置喂入搅龙，将捡拾滚筒捡拾的物料快速推到预压缩
秸秆捆包，液压密度控制系统可以对捆包密度进行实 时监控。
室喂入口，便于物料实现预压缩。 为实现上述功能，首先进行弹齿轨迹研究，根据 弹齿轨迹设计捡拾轨道盘，使其满足物料流在捡拾过 程中顺畅，避免运行的弹齿阻挡物流通道，引起物料
１２．预压缩室 １０．穿针 １５．滚筒动刀 １１．行
图３
Ｆｉｇ．３
打捆机各部件相位耦合关系
Ｒｅｌａｔｉｏｎ ａｍｏｎｇ ｐａｒｔｓ ｏｆ ｂａｌｅｒ
１３．填料机构
１４．定刀
图１
Ｆｉｇ．１
大中型方捆捡拾打捆机基本结构
Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｌａｒｇｅ ａｎｄ ｍｉｄｄｌｅ ｒｅｃｔａｎｇｕｌａｒ ｂａｌｅｒ
ａｎｄ ｐａｃｋｉｎｇ
组成液压油路，通过ＰＬＣ的活塞压力信号反馈控制 液压电磁阀，调整三维密度油缸压力，达到控制打捆
万方数据
万方数据
在喂料口，由喂入滚筒将物料源源不断地喂人预 压缩室。由于预压缩室顶端的挡料保持指挡住了物料 的出口，物料将填满预压缩室，并形成一定的密度。 当预压缩室物料密度达到预定值时，机械式压力传感 器发出指令，同时驱动填料叉和挡料保持指运行。挡 料保持指在曲柄旋转３００时，完全打开预压室顶端的 物料通道，这时填料叉沿垂直预压室弧线方向将要插 入预压室内。之后，曲柄再旋转９０。，填料叉快速地 将预压后的物料填送到主压缩室活塞的前端，完成了 大截面的均匀布料。为大捆型打捆机压缩成捆的密度 均匀一致创造了条件，保证了大捆型打捆机的密实成 捆规整性。根据填料叉的模拟轨迹，进行预压缩系统 各部件的关系布置，如图６ｂ所示。再做出各部件的 模型，为大打捆机的总体布置提供依据及条件。大方 捆打捆机预压填料模拟图如图６ｃ所示。 通过先预压缩、再采用机械压实的两级压缩过 程，不仅解决了秸秆松散物料规整成型、密度均匀一 致性的问题，同时提高了打捆设备的适应性和可靠 性。
图２
Ｆｉｇ．２
打捆机整机正时传动系统示意
Ｄｒｉｖｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｂａｌｅｒ ｔｉｍｉｎｇ
在活塞的一个回转行程内，需要同时布置预压结 构厚度和大针运行的弦厚，同时应避免物料压缩大针 引起的变形。还应保证大针在上死位附近，打结机构 快速的打上两个死结，因而，送料机构、大针和打结 机构等运转部件的相位耦合关系十分重要，图３为各 部件相位耦合关系。
堵塞，从而降低捡拾效率。捡拾滚筒和喂入搅龙的结 构示意图和运行轨迹如图４所示。
图４
Ｆｉｇ．４
捡拾轨道轨迹及结构示意
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
Ｔｒａｃｋ ｄｉｓｋ ａｎｄ
ｏｆ ｐｉｃｋｉｎｇ ｕｐ
速比一致。因此根据预压填料机构、压缩机构、打结 器等工作的时序，来布置整机的动力传动。动力传动 系统示意如图２所示。 从图４中可以看出，捡拾滚筒上的弹齿安装与滚
大中型方捆捡拾打捆机基本结构
大中型方捆捡拾打捆机主要包括自动捡拾机构、
碎断喂料机构、预压填料机构、高密度规整成型压缩 机构、自动打结机构、压力反馈自动控制系统、传动 相位正时及动力匹配设计和自动退料机构８个部分， 如图１所示。 打捆机由拖拉机牵引作业，拖拉机动力输出轴提 供动力，由传动系统将动力传递到捡拾、填料、压缩 及穿针打结各环节。工作时物料被捡拾机构从田间捡 起，由喂料机构喂人预压缩室，当预压缩室内物料达 到设定的预压物料量时，预压保持机构释放，预压缩 室顶部夹持板移开，填料机构将预压物料填人压缩室 进行二次压实，达到设定捆长后，捆长控制机构触动 穿针打结系统工作，进行穿针打结，形成规整压缩的
自动控制系统设计
因不同物料在不同的收获时间有不同含水率，而
不同的含水率对于物料成型压力不同，因此对设备的 机械作用大小不一样。如物料的含水率过大，会造成 压缩过程中物料密度过大，堵塞在压缩室内致使压缩 室变形。因此根据物料状态的随机变化，需要对机器 作业状态进行实时监控，以准确判断故障发生位置的 自动控制系统。该系统包括各传动部位的感应元件、 工控机和显示屏等。机手通过显示屏可以直接调整和 监视打捆机工作状态，判定故障位置、记录用户信息 和查阅作业历史等。采用超越式、摩擦式滑动离合器 和安全剪切螺栓等保障机器运行安全，如图７所示。
６
５大截面均匀布料原理
大中型方捆捡拾打捆机与目前国内的小型打捆设 备的主要区别在于捆型截面尺寸大，而获得捆型规 整、密度均匀的大截面草捆难度大，因此采用预压缩 获得草片再二次压缩成捆的方式实现在大截面上均匀 布料。由预压缩室、填料叉和挡料保持指联合实现大 截面均匀布料功能。３个部件联合运动，需要确定各 部件的运动相位关系，图３中显示了填料叉（送料） 上行和下行与物料压缩的相位关系。而填料叉在运行 过程中既要完成预压草片，又要满足草片送人压缩室 后在退回过程中不与压缩活塞相撞，同时送出的草片 在活塞到达之前不会因自身重力作用下落，造成草片 发生较大变形，从而影响草片的密度和规整度。因此 确定填料叉的运行轨迹很重要，如图６ａ所示。
第３卷第４期
２０１３年７月
农业
工程
Ｖ０１．３
Ｎｏ．４
Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｊｕｌ．２０１３
大中型方捆捡拾打捆机整机原理研究
燕晓辉１，李树君１，杨军太１，景全荣１，马
（１．中国农业机械化科学研究院，北京１０００８３；
娇１，周树辉１，陆文平２
２．现代农装科技股份有限公司，北京１０００８３）
收稿日期：２０１３—０６—０２修回日期：２０１３－０６－３０
基金项目：国家能源应用技术研究及工程示范项目（项目编号：ＮＹ２０１３０４０１）
作者简介：燕晓辉，工程师，硕士，主要从事生物质能装备研究。Ｅｍａｉｌ：ｙｘｈ８２０１＠１２６．ｔｏｍ
万方数据
１．机架２．主传动轴３．捡拾器４．齿轮箱５．压缩活塞６．打 结器７．压缩室８．捆长控制机构９．液压缸 走轮
ａｕｔｏ—
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｆｅｅｄｉｎｇ ｆｏｒｍ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ
ｗｅｒｅ
ｓｅｌｅｃｔｅｄ．Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｅｑｕａｌｉｔｙ ｄｅｎｓｉｔｙ ｉｎ ｌａｒｇｅ
ｓｅｃｔｉｏｎ
ｍａｔｉｃ
ｓｔｕｄｉｅｄ
ｓｏ
ａｓ
ｔｏ
ｌａｙ ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｌａｒｇｅ ａｎｄ ｍｅｄｉｕｍ—ｓｉｚｅｄ ｂｕｎｄｌｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ．
Ｆｉｇ．５ ａ．拨叉式 ｂ．连续螺旋刀片式 ｃ断绥螺旋刀片式
图５国外预压喂料形式
Ｆｅｅｄｉｎｇ ｆｏｒｍ ｏｆ ｐｒｅ—ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ａｂｒｏａｄ
拨叉式预压填料结构简单，适合麦、稻和羊草等 短秸秆的填料喂入，但喂人量较小。连续螺旋刀片式 预压喂料结构虽有揉切功能，但还有向预压侧壁单向 推送的作用，容易引起物料在预压室口的不均匀喂 入，影响预压的均匀性。断续螺旋刀片式预压填料结 构通过断续改变螺旋的方向，除对物料具有揉切功能