丘陵山地小型圆捆机自动缠网装置设计与试验

doi:10.12398/j.issn.2096-7217.2024.02.007

摘要/Abstract

摘要：

随着农业科技发展，农作物秸秆利用更加多元化，其需求量也随之增加。为解决丘陵山地小型圆捆机存在的草捆易散落、缠网层数不可调、自动化程度低等缺点，对圆捆机的缠网装置进行了模块化设计，包括送网机构、切网机构、检测机构以及控制电路的设计，对送网机构进行了力学分析，加工制造样机并完成试验验证。该装置通过检测机构检测运行参数，经控制器处理后向送网机构和切网机构发出相应的执行指令，从而实现了送网、缠网和切网的自动化作业，并实现了缠网层数可调。在缠网时，其摩擦限矩组件对丝网施加拉力，使丝网缠绕更加紧实，经力学分析得出丝网拉力大小取决于压紧弹簧弹力，可通过调节压紧弹簧改变丝网拉力大小，并提供了相应的调节方法。性能试验结果表明：该装置性能稳定，工作可靠，可对 $Φ$ 500 mm×700 mm的干草捆进行自动缠网作业，丝网布满草捆侧面，无漏缠现象；在缠网层数为3层时，缠网成功率为95%，抗摔率为83.3%；在缠网层数为4层时，缠网成功率为100%，抗摔率为90%；在缠网层数为5层时，缠网成功率和草捆抗摔率均为100%。设计了一种丘陵山地小型圆捆机自动缠网装置，经试验验证，作业机性能稳定可靠，满足设计要求。在缠网层数为3层时，平地作业性价比最高，丘陵山地作业时，需根据作业坡度，调至4~5层。

关键词: 丘陵山地, 圆捆机, 缠网装置, 自动控制, 摩擦限矩

Abstract:

With the development of agricultural science and technology， the utilization of crop straw has become more diversified， and its demand has also increased. This paper aims to solve the disadvantages of small round baler in hills and mountainous areas， such as easy scattering of bales， unadjustable number of net layers and low degree of automation. The net-wrapping device was modularized， including the design of the net feeding mechanism， the net cutting mechanism， the detection mechanism and the control circuit， and the mechanical analysis of the net feeding mechanism was carried out. The operation parameters of the device are detected by the detection device， and send to corresponding execution instructions to the feeding mechanism and cutting mechanism after processing by the controller， thus realizing the automatic operation of feeding， winding and cutting， and realizing the adjustable number of winding layers. When the net is wrapped， the friction torque limit component exerts tension on the net， so that the net is more tightly wound， the mechanical analysis found that the net tension depends on the compression spring elasticity， and the corresponding adjustment method is provided. The performance test results show that the device has stable performance and reliable operation. It can automatically wrap the hay bale of $Φ$ 500 mm×700 mm. The wire net covers the side of the bale without leakage and entangling. When the number of layers is 3， the success rate is 95% and the anti-fall rate is 83.3%. When the number of layers is 4， the success rate of wrapping is 100%， and the anti-fall rate is 90%. When the number of net layers is 5， the success rate of net-wrapping and the anti-fall rate of bale are 100%. This paper designed a small automatic net-wrapping mechanism for small round baler in hills and mountains areas， the test verified that the performance of the machine is stable and reliable， meet the design requirements. When the number of layers is 3， the cost performance of flat operation is the highest， and when the operation is hilly and mountainonous areas， it needs to be adjusted to 4-5 layers to the slope of the operation.

Key words: hilly and mountainous areas, round baler, net-wrapping mechanism, automatic control, friction limiting moment

中图分类号:

S225.8

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图/表 13

图1 自动缠网装置功能框图

Figure 1 Functional block diagram of automatic net-wrapping mechanism

图2 自动缠网装置结构示意图1.光电接近开关2.数据检测板　3.压簧　4.展网辊5.从动送网辊6.主动送网辊　7.机架　8.摩擦限矩组件　9.刀杆10.切网刀11.电缸固定架　12.切网电缸　13.压网橡胶条

Figure 2 Structure diagram of automatic net-wrapping mechanism

图3 自动缠网装置作业过程

Figure 3 Automatic net-wrapping mechanism operation process

表1 自动缠网装置技术参数

Table 1 Technical parameters of automatic winding device

项目	参数
适用草捆长度/mm	700
缠网层数/层	2~8层（可调）
送网速度/(m·s^-1)	0.25
驱动方式	电动
所需功率/W	300
质量/kg	22

图4 自动缠网装置控制结构图

Figure 4 Control structure chart of automatic net-wrapping mechanism

图5 自动缠网装置控制流程图

Figure 5 Control flow chart of automatic net-wrapping mechanism

图 6 丝网运动分析图1.从动送网辊2.主动送网辊　3.丝网　4.丝网辊

Figure 6 Motion analysis diagram of net

图7 主动送网辊结构示意图1.从动轴2.橡胶管　3.主动送网滚筒　4.驱动轴

Figure 7 Structure diagram of active net roller

图8 从动送网辊结构示意图1.轴承2.从动送网滚筒　3.从动送网辊轴

Figure 8 Structure diagram of driven net roller

图9 摩擦限矩组件结构示意图1.驱动盘2.滑动轴承　3.摩擦片　4.驱动链轮　5.摩擦垫6.压紧弹簧　7.预紧螺栓

Figure 9 Structure diagram of friction torque limiting component

图10 主动送网辊受力分析图1.从动送网辊2.主动送网辊　3.丝网　4.丝网辊

Figure 10 Force analysis diagram of active feed roller

图11 草捆缠网效果图

Figure 11 Straw bale net-wrapping effect

表2 自动缠网装置性能试验结果

Table 2 Performance test results of automatic net-wrapping mechanism

缠网层数 $e$ /层	时间t/s	缠网成功率测试			草捆抗摔率测试
缠网层数 $e$ /层	时间t/s	缠网数 $I c$ /捆	失败数 $I f$ /捆	成功率 $S s$ /%	摔捆数 $I s$ /捆	摔散数 $I d$ /捆	抗摔率 $S k$ /%
2	3.2	20	6	70	14	9	35.7
3	4.3	20	1	95	18	3	83.3
4	5.3	10	0	100	10	1	90
5	6.4	10	0	100	10	0	100

表2 自动缠网装置性能试验结果

Table 2 Performance test results of automatic net-wrapping mechanism

缠网层数 $e$ /层	时间t/s	缠网成功率测试			草捆抗摔率测试
缠网层数 $e$ /层	时间t/s	缠网数 $I c$ /捆	失败数 $I f$ /捆	成功率 $S s$ /%	摔捆数 $I s$ /捆	摔散数 $I d$ /捆	抗摔率 $S k$ /%
2	3.2	20	6	70	14	9	35.7
3	4.3	20	1	95	18	3	83.3
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