秸秆饲料收获机割台结构设计与切割器力学分析

第40卷第6期2019年6月

Vol.40No.6

Jun.2019中国农机化学报

Journal of Chinese Agricultural Mechanization

DOI：10.13733/j.jcam.issn.2095-5553.2019.06.01

秸秆饲料收获机割台结构设计与切割器力学分析

陈立东1,田可庆1,李学永2,杜凤宝彳，张春雷S谢虎§

(1.河北科技师范学院机电工程学院.河北秦皇岛,066600； 2.唐山鑫万达实业股份有限公司，河北唐山，063504；

3.滦南县生产力促进中心，河北滦南,063504；

4.滦南县职业教育中心，河北滦南，063504；

5.农业农村部南京农业机械化研究所，南京市,210014)

摘要：针对我国现有青贮饲料收割机械割台效率低、适应性较差、饲料损失率大和缺乏大割台的技术问题•研发设计一台

用于自走式秸秆饲料收获机的4.5m的可折叠割台，建立切割器、扶合器、安全离合器、喂入滚筒等模型，利用ANSYS Workbench软件对切割器进行仿真分析。结果表明：4.5m可折叠割台机动性强、适应性好、切碎均匀性达到95.95%,满足农户需求。

关键词：秸秆饲料收获机；割台；切割器；有限元分析

中图分类号:S255.8文献标识码：A文章编号：2095-5553(2019)06-0001-05

陈立东，田可庆，李学永，杜凤宝，张春雷，谢虎.秸秆饲料收获机割台结构设计与切割器力学分析[J1中国农机化学报，2019,40(6)：01-04,10

Chen Lidong,Tian Keqing,Li Xueyong,Du Fengbao,Zhang Chunlei,Xie Hu.Structural design and mechanical analysis of the cutter of straw feed harvester[J].Journal of Chinese Agricultural Mechanization,2019,40(6):01—04,10

0引言

近年来，国内秸秆饲料收获机械发展迅速，秸秆压捆机、自走式青饲料收获机等中小型秸秆收获装备技术水平得到了显著提高，对畜牧业的可持续发展起到了重要作用。随着畜牧业的快速发展，养殖场对大型秸秆饲料收获机械需求逐年增加。国内一些学者对收获机割台进行了深入的研究，代其春⑴等对苜蓿压扁收割机割台进行了研究，设计了往复式切割器及“人”字型条纹凸缘橡胶辐压扁机构，实现了切割、压扁、集条工序一体化；王进华⑵等人对自走式青贮饲料收获机矮秆割台喂入机理进行了研究，得出了拨禾轮结构与运动参数最优方案；魏万成⑷等人设计了一种携有辅助脱粒装置、气流清理装置和仿生切割装置的胡麻收获割台，并进行了输送气流场分析，其切割效果优与传统的标准型切割器；唐斌⑷等对工业大麻用小型立式割台切割器运动分析与仿真，得到了割刀的位移、速度和加速度的变化规律；刘晓⑹等对青饲料收获机割台扶禾器、分禾器、锯盘、输送滚筒、碾压喂入装置和物料切碎抛送装置等部件进行了设计优化；申屠留芳⑷等对叶类蔬菜收获机割台机构进行了设计，所设计的机构能够满足实际需要并且和理论特性相符；郑美云⑺等对木薯茎秆切割铺放装置进行了设计与运动学分析，得到了木薯茎秆夹持输送过程中的运动学模型。国内学者对秸秆饲料收获割台的研究主要集中在3m 以内，4.5m以上大型割台国内还处于空白。因此，亟待开发4.5m以上的大型可折叠割台，以满足大型收获机割台配套问题。

1总体结构及工作原理

割台是自走式秸秆饲料收获机的关键部件，其性能直接影响收获机的工作效率和可靠性及稳定性。

4.5m以上割台采用液压折叠式总体结构，主要由传动系统、切割辐总成、喂入辐、分禾器、扶禾装置等组成，其中切割棍总成包括6个矮立辐切割滚筒，其结构如图1所示。

割台作业时，两侧的分禾器将待割与未割的作物秸秆分离，分禾叉将待割作物秸秆向圆盘式切割器进行引导，将被切割器切割后的秸秆由每组相向旋转的切割辗输送到前喂入滚筒，最后在后喂入滚筒的作用下经碾压

收稿日期：2019年1月4日修回日期：2019年1月19日

*基金项目：国家重点研发计划资助项目(2016YFD0701304—03)；河北省科技计划项目(17227201D)；唐山市秸秆饲料收获机械技术创新团队资助项目；河北省光伏组件制造装备技术创新中心资助项目

第一作者：陈立东，男,1973年生，河北唐山人，硕士，教授;研究方向为机械创新设计与试验。E-mail：624841213@

2中国农机化学报2019年喂入装置进入切碎装置进行后续的切碎和抛送工作⑻o

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图1大型割台总体结构

Fig.1Overall structure of large cutting table

1.变速箱

2.切割滚筒

3.梳齿板

4.切割器

5.分禾叉

6.分禾器

7.副机架&主机架9.扶禾器10.挂架

11.后喂入滚筒12.前喂入滚筒

2关键零部件的三维设计

2.1动力传动系统的设计

割台的动力系统由两个主变速箱、2个后喂入滚筒变速箱、2个前喂入滚筒变速箱以及6个切割银变速箱组成，其结构如图2所示。收获机发动机的动力经过输出轴传递给右侧主变速箱，右侧主变速箱经传动轴将动力传输到左侧主变速箱以及采用锥齿轮传动给右侧后喂入滚筒，此时动力分为左侧传输以及右侧传输，由于两侧传输系统相同，故仅以右侧传输系统予以说明，动力由右侧主变速箱通过锥齿轮传动到主机架右侧主传动轴，主机架右侧主传动轴再将动力依次传递给2个切割辐变速箱和一个前喂入滚筒变速箱，由于割台为折叠式，所以主机架右侧主传动轴通过牙嵌式离合器将动力传给右侧副机架的副传动轴，右侧副机架副传动轴再将动力传递给右侧末端的切割辑总成变速箱。

1.主变速箱

2.后喂人滚筒变速箱

3.前喂人滚筒变速箱

4.牙嵌式离合黠

5.切割程变速箱

6.主机架传动轴

7.副机架传动轴2.2切割器的设计

切割器是秸秆饲料收获机械中用于切割作物秸秆的关键部件，作业方式的不同，可分为往复式、圆盘式、甩刀式切割器⑷。根据切割速度和切割器特点等因，采用由集束支架、护刃器割刀、割刀轴组成，其结构如图3所示。割刀做圆周运动，作业速度在10〜25km/h,惯性力容易平衡、振动较小，适用于牧草、青饲料、粗杆作物等的圆盘式切割器。

图3切割器

Fig.3Cutter

2.3分禾器的设计

分禾器位于割台的左右两侧，收获机作业时，分禾器将作物秸秆分开，实现不对行收获。若分合器设计不合理，容易将秸秆推倒，加大秸秆损失率。本设计为锥形分禾器，其结构如图4所示。

图4锥形分禾器

Fig.4Conical divider

2.4安全离合器的设计

安全离合器对于喂入滚筒及变速箱的可靠性至关重要。本设计采用径向销式安全离合器，由径向销、外壳、轮毂、弹簧、弹性挡圈等组成，其结构如图5所示。通过轮毂轴心的渐开线内花键与变速箱齿轮上的渐开线外齿轮进行啮合传递转矩，轮毂外围加工有均匀分布的径向销孔，径向销一侧为斜削型结构，另一侧有弹簧孔，弹簧放入径向销弹簧孔，一并放入轮毂的径向销孔内，通过弹簧的弹力实现径向销的伸缩。外壳内部为均匀分布的梯形凹槽，外壳内部均匀分布的梯形凹槽与径向销接触，通过齿轮传递的转矩使径向销T型结构与梯形凹槽产生挤压力，当转矩逐渐增大时，挤压力也将逐渐大于两者间的摩擦力，径向销侧滑出梯形凹槽，起到防止过载致使喂入滚筒的喂入齿或变速箱内齿轮折断的作用。

图5径向销式安全离合器

Fig.5Radial pin safety clutch

1.弹性挡圈

2.轮毂

3.弹簧

4.径向销5

.外壳