锯盘式秸秆粉碎还田机研制与试验

【摘要】：目前广泛应用的玉米秸秆粉碎还田机主要有锤爪式、Y型甩刀式和直刀式，工作中经常带土粉碎，锤爪、刀片磨损严重，导致功耗增大，粉碎质量下降。为此，在山东省小麦产业技术体系经费资助下，借鉴稻麦联合收获机锯盘式秸秆切碎装置的工作原理，研制了锯盘式玉米秸秆粉碎还田机。 通过调查分析现有玉米秸秆粉碎还田机的主要技术参数，确定了锯盘式玉米秸秆粉碎还田机的设计方案。整机主要由茎秆切割滚刀、捡拾器、主动锯盘、从动锯盘、动力传递系统、机架等组成。工作时，先由滚刀将玉米茎秆从根部割断，玉米茎秆经捡拾器喂入锯盘刀。主、从锯盘刀反向旋转，将喂入的秸秆剪切、粉碎后均匀抛撒到地表，一次可粉碎3行玉米。由于秸秆离地切碎，锯盘起到了支撑作用，所以锯盘磨损较轻，机器功耗也有所降低。 在分析研究稻麦联合收获机秸秆切碎还田装置结构和工作参数的基础上，拟定了锯盘刀设计方案。锯盘刀为直刃平板式，分主动锯盘和从动锯盘。主动锯盘共有28片，从动圆盘刀56片，通过螺栓和间隔套管分别固定在主、从刀轴上。主动锯盘间隔50mm，从动锯盘与主动锯盘交错排列，以保证秸秆切段的均匀性。采用锯盘式切割器，结构简单，维修更换方便。锯盘的抓取能力和切碎能力强、工作平稳，克服了锤爪、甩刀冲击力大、载荷波动、功耗高等缺点，且重切、漏切率低、切碎长度均匀，对不同含水量的秸秆具有较好的适应性。 为了避免带土切碎，在锯盘前面设计了弹齿式捡拾器，主要由弹齿、轨道和弹齿滚筒等组成。为了优化捡拾器的结构参数和运动参数，采用虚拟样机设计方法，并使用Pro/Mechanica模块，对弹齿进行疲劳分析和运动仿真，获得弹齿速度、加速度和轨道受力等变化曲线，分析了参数之间的关系及影响，提高了设计精度和研制效率。捡拾器工作时可随地表浮动，确保不带土、不漏拾，提高秸秆还田的质量。 在对整机和关键零部件进行设计、计算和仿真分析的基础上，绘制了样机图样，并在山东省泰安市丰泰机械有限公司进行了样机试制，在山东农业大学试验站对样机进行了田间试验。结果表明，样机主要性能指标达到了设计要求。针对捡拾器弹齿、滑道的制作以及整体装配质量差、试验中经常出现故障的问题，设计了定齿对辊式捡拾器，并结合现有还田机秸秆粉碎机构的特点，完成了样机的改进设计。 【关键词】：玉米秸秆 还田机 捡拾器 锯盘刀
【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：S224.29
【目录】：

• 中文摘要7-8
• Abstract8-10
• 1 引言10-17
• 1.1 研究目的和意义10-11
• 1.2 国内外技术现状11-15
• 1.2.1 国内秸秆还田机现状11-13
• 1.2.2 国外秸秆还田机现状13-14
• 1.2.3 我国秸秆还田机的发展方向14-15
• 1.3 课题的主要研究内容15
• 1.4 研究方法与技术路线15-17
• 1.4.1 研究方法15
• 1.4.2 技术路线15-17
• 2 锯盘式玉米秸秆还田机的设计17-46
• 2.1 总体方案17-18
• 2.1.1 整机结构与工作原理17-18
• 2.1.2 主要工作参数18
• 2.2 滚刀的设计18-22
• 2.2.1 滚刀的结构18-19
• 2.2.2 滚刀工作原理19-22
• 2.3 捡拾器设计22-32
• 2.3.1 捡拾器的研究现状22-23
• 2.3.2 捡拾器设计方法23-24
• 2.3.3 捡拾器的结构与工作原理24-25
• 2.3.4 轨道的设计25-26
• 2.3.4.1 轨道的设计参数25-26
• 2.3.4.2 轨道内弹齿的运动状态26
• 2.3.5 弹齿的设计26-29
• 2.3.5.1 弹齿的计算26-27
• 2.3.5.2 弹齿的疲劳分析27-29
• 2.3.6 捡拾器运动仿真29-32
• 2.3.6.1 捡拾器仿真目的29
• 2.3.6.2 仿真软件简介29-30
• 2.3.6.3 捡拾器仿真分析30-32
• 2.4 切碎装置的设计32-44
• 2.4.1 切割原理33
• 2.4.2 锯盘刀33-40
• 2.4.3 锯盘刀刀轴的设计与分析40-44
• 2.4.3.1 锯盘刀轴的参数40-41
• 2.4.3.2 锯盘刀轴的强度计算41-42
• 2.4.3.3 锯盘刀轴固有频率分析42-44
• 2.5 动力传动系统设计44-46
• 2.5.1 传动方案确定44
• 2.5.2 皮带轮的选择及传动比计算44-46
• 3 样机试制与试验46-53
• 3.1 样机试制46
• 3.2 样机田间试验46-53
• 3.2.1 田间试验目的46-47
• 3.2.2 样机田间试验条件47
• 3.2.3 剪切长度合格率试验47-49
• 3.2.3.1 试验方法47-48
• 3.2.3.2 试验结果48
• 3.2.3.3 试验结果分析48-49
• 3.2.4 留茬高度试验49-50
• 3.2.4.1 留茬高度试验方法49
• 3.2.4.2 试验结果49-50
• 3.2.5 剪切长度均匀性试验50-53
• 3.2.5.1 试验测定方法50-51
• 3.2.5.2 田间试验测试数据51-53
• 4 样机的改进设计53-61
• 4.1 总体方案53-54
• 4.2 喂入装置的设计54-56
• 4.2.1 喂入装置结构与工作原理54-56
• 4.2.1.1 喂入装置计算54-56
• 4.3 粉碎装置的设计56-61
• 4.3.1 粉碎装置结构56
• 4.3.2 L 型甩刀仿真分析56-58
• 4.3.3 甩刀布置方案58-61
• 5 结论与展望61-62
• 5.1 结论61
• 5.2 创新点61
• 5.3 展望61-62
• 参考文献62-66
• 附录66-68
• 致谢68-69
• 攻读学位期间发表论文情况69

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