自走式秸秆收获打捆机设计探讨

自走式秸秆收获打捆机设计探讨

梁东敏 ,王文博 ,陈振凯

中国一拖集团有限公司    河南洛阳    471000

摘要：自走式秸秆收获打捆机是现代农业生产中应用的关键设备，主要应用与秸秆类作物的收获作业。本文针对自走式秸秆收获打捆机设计进行分析研究，文章中简要分析自走式秸秆收获打捆机设计研究课题的背景，同时也分析4KZ-2000型号自走式秸秆收获打捆机的设计要点，分析该收获打捆机的问题，同时进行设计改进，最终完成打捆机的设计改进。

关键字；自走式；秸秆收获打捆机；设计

秸秆收获打捆机主要应用与秸秆作物收获，如玉米、小麦、棉花等作物。带有秸秆的作物，其秸秆并不是废品，具有能源回收的价值。所以，在现代农业生产中，要求在秸秆作物生产中，对秸秆进行收集。所以，研究自走式秸秆收获打捆机是现代秸秆农作物生产的关键工作，对于农业生产效率提升也有关键的作用。

1.自走式秸秆收获打捆机设计研究背景

自走式秸秆收获打捆机设计是现代秸秆农作物生产研究的重要作用，该装置的研究是现代农业生产、环保农业发展的必然要求。

①现代化农业正在朝向自动化方向发展，农业机械化、自动化以及智能化是发展的主要方向。而秸秆收获工作是秸秆作物种植的关键工作。如，我国玉米、小麦、黄豆以及棉花等作物，都有秸秆产生，每年我国农业需要处理的秸秆达到亿万吨。而如果采用人工收获的方式，收获效率较慢、浪费人力资源。所以，在现代化农业生产中，设计了自走式秸秆收获打捆机设计，该装置能够自动打捆、自动行进，极大提高了秸秆打捆工作效率。

②现代化农业生产过程中，秸秆的回收利用也比较关键，是环保农业发展的需求。传统秸秆作物生产中，部分农业处理中，选择对秸秆进行焚烧处理，造成了大气环境污染现象。而自走式秸秆收获打捆机设计应用，能够提升打捆效率，农户不必对秸秆进行焚烧处理，可以使用打捆装置打捆之后，储存使用，减少了污染问题。

2.自走式秸秆收获打捆机设计要点——以4KZ-2000型号为例

当前，自走式秸秆收获打捆机设计已经成为现代农业设计的主要方向。本文在研究过程中，针对4KZ-2000型号的自走式秸秆收获打捆机进行了设计分析。

（1）整体结构设计分析

4KZ-2000型号在设计过程中，其总体结构设计非常合理。其主要结构包括切割装置、捡拾装置、收割台、输送管、驾驶室、喂入机构、发动机、打结器、压捆室、草捆托板、机架、后导向轮、前驱动轮、压实器等结构。

在4KZ-2000型号自走式秸秆收获打捆机应用过程中，驾驶室主要完成收获机的自走控制。捡拾装置将秸秆拾起，并且将秸秆直接送入到收割台，收割台内的切割装置将秸秆切割，切割完成之后送入到压捆结构，压实之后利用打结装置进行打捆。最后，草捆托板的作用力下完成打捆控制。

（2）主要结构设计

4KZ-2000型号的工作原理相对比较简单，而实现自动打捆主要是依靠各结构模块完成，所以各结构的综合设计非常关键，以下是对该型号自走式秸秆收获打捆机的应用进行分析。

①捡拾装置。该装置是完成秸秆获取的首要装置。在4KZ-2000型号自走式秸秆收获打捆机设计过程中，设计应用偏心式的捡拾装置。该装置设计中，主要包括轮轴、辐盘和辐条等，同时轮轴设计为偏心圆环形式。设计完成后，保证捡拾装置具有自动调整高度的能力。在设计中，压板上也安装有弹齿结构。

②收割台结构。收割台装置在应用过程中，采用螺旋输送式装置，收割台左右两端设置螺旋叶片，能够将秸秆收割到切割装置中。切割装置在设计中，符合标准二级割刀装置，割刀利用液压进行驱动，在切割过程中，使用摆环式切割原理。

③割刀速度控制。在割刀应用过程中，割刀速度控制也非常关键。是整个割刀控制的重要环节，割刀速度过低容易造成秸秆切割不整齐等相应问题。所以，在实际的切割速度控制中，设计应用变频速度控制器，根据秸秆数量多少完成切割速度管理。

④压捆室截面和草捆长度设计。在本次结构设计应用过程中，完成压捆室界面和草捆长度设计应用十分关键。4KZ-2000型号自走式草捆机设计过程中，设计压捆宽度为470mm、高度设计为360mm。草捆设计中，长度为300-1300mm可调。在压捆室的喂入高度设计过程中，要求压捆室喂入高度应该小于长度，以防止出现倒立压捆现象。所以，综合设计压捆室的高度为580mm。

⑤完成打捆结构设计。在整个打捆环节施工应用中，需要完成打捆的总结结构设计应用。打结机构是本机的关键部件，本机采用D型软绳打结器，结构可靠，成本低，且能很好地满足运输和贮运的要求。
（3）参数设计分析

在4KZ-2000型号自走式打捆机设计过程中，其主要参数设计是根据现代秸秆作物的打捆需求完成的综合设计，在打捆装置设计中，主要完成配套动力、草捆截面、压实器行程、生产效率、工作速度的设计，确保工艺设计应用更加合理。也能够确保4KZ-2000型号自走式打捆机设计应用良好。以下表1为该型号打捆机的主要工作参数设计。

表1  打捆机装置的主要参数设计

4KZ-2000型号自走式打捆机设计过程中，按照高效应用、安全应用等原则，完成了设计，本次分析过程中，主要分析了打捆机的结构设计、原理设计以及参数设计，而在具体的打捆机设计中，更应该遵循实际情况，完成打捆机装置的应用设计。

3.自走式秸秆收获打捆机设计改进

4KZ-2000型号自走式打捆机是现代农业生产中应用的主要装置，该装置具有秸秆打捆功能。而在本文的设计研究过程中发现，4KZ-2000型号自走式打捆机在打捆收获过程中，其工作量相对比较小、工作速度比较慢、一个小时能够收割10-13亩不足以满足现代打捆机收获需求。所以，在本文研究过程中，针对4KZ-2000型号自走式打捆机的结构进行了优化改进。主要的改进原理是针对切割模块、压实压缩模块进行改进。

①4KZ-2000型号自走式打捆机设计改进过程中，对秸秆收获切割模块进行了重新优化设计。设计过程中，传统的割刀工作效率较低。重新优化设计中，采用滚筒式铡切结构，该结构在应用过程中主要应用有铡切滚筒形式、铡切刀以及定刀结构。在滚筒式铡切结构应用过程中，能够实现旋转式的切割，不仅能够确保切割整齐，同时也能够控制切断长度[1]。

②4KZ-2000型号自走式打捆机设计改进过程中，完成了压缩模块改进。传统的压缩装置，压缩完成后，压缩密度较大，同时不够紧实，经常出现打捆松动的现象。所以，在设计优化过程中，要求完成压实模块改进。压缩机结构改进中，采用曲柄滑块压缩装置，主要包括曲柄、连杆以及压缩活塞等结构。压缩活塞采用液压提供动力，最大压缩力能够达到125000N，从而提升了压缩的效率，也可以实现打捆紧固化[2]。

③4KZ-2000型号自走式打捆机设计改进之后，为了验证设计的合理性，本次研究过程中，建立了4KZ-2000型号自走式打捆机的应用实验，主要选择某地块进行秸秆打捆工作效率对比。将实验地块平均分为两部分，分别采用4KZ-2000型号自走式打捆机和改造后的打捆机进行打捆对比。以下是整个实验的分析研究。

A本次实验开展中，选择棉花田地为试验田。以下为试验田参数分析，将试验田一分为二，进行实验对比[3]。

表2  棉花试验台参数

B在本次实验开展过程中，主要设计了5次打捆实验，针对改进前后的4KZ-2000型号自走式打捆机棉杆回收率、压缩打捆数量、打捆密度、成捆率进行了对比分析。

第一组实验中，改进前打捆机棉杆回收率为87.4%、改进后棉杆回收率为93.7%；改进前压缩打捆个数为8.7个/min、改进后压缩打捆个数为12.4个/min；改进前压缩打捆密度为127.7kg/m³、改进后压缩打捆密度为147.2kg/m³；改进前成捆率为87.3%、改进后成捆率为97.4%。

第二组实验中，改进前打捆机棉杆回收率为90.2%、改进后棉杆回收率为94.3%；改进前压缩打捆个数为8.4个/min、改进后压缩打捆个数为13.4个/min；改进前压缩打捆密度为126.5kg/m³、改进后压缩打捆密度为153.2kg/m³；改进前成捆率为89.3%、改进后成捆率为98.4%。

第三组实验中，改进前打捆机棉杆回收率为85.1%、改进后棉杆回收率为96.7%；改进前压缩打捆个数为8.9个/min、改进后压缩打捆个数为14.4个/min；改进前压缩打捆密度为131.7kg/m³、改进后压缩打捆密度为151.2kg/m³；改进前成捆率为90.1%、改进后成捆率为98.4%[4]。

第四组实验中，改进前打捆机棉杆回收率为87.1%、改进后棉杆回收率为93.4%；改进前压缩打捆个数为8.1个/min、改进后压缩打捆个数为12.2个/min；改进前压缩打捆密度为124.5kg/m³、改进后压缩打捆密度为148.1kg/m³；改进前成捆率为87.6%、改进后成捆率为96.4%[5]。

结束语

通过本文对4KZ-2000型号自走式秸秆打捆机优化设计之后，打捆机的工作效率全面提升，希望本文的设计研究能够对现代自走式收获打捆机的设计应用有所帮助。

参考文献

[1]廖培旺, 禚冬玲, 付春香,等. 自走式棉秆联合收获打捆机改进设计与试验[J]. 中国农机化学报, 2021, 42(7):7-7

[2]刘金文. 基于物联网秸秆打捆机自动控制系统研究[J]. 农业科学, 2021, 4(3):38-39.

[3]季立仁, 李乐, 李布青,等. 现行主流秸秆打捆机的核心构件的结构设计分析[J]. 中国设备工程, 2021(20):2-2

[4]李翼南. 中联农机打造秸秆综合利用整体解决方案[J]. 农机科技推广, 2020(12):1-1

[5]颜新鹏, 赵研科, 蔡登辉,等. 全喂入履带自走式收获打捆一体机设计[J]. 拖拉机与农用运输车, 2020, 47(4):3-3