發(fā)布時(shí)間：2020-06-01 18:53

【摘要】：秸稈資源是重要的可再生能源,其具有相當(dāng)可觀的開發(fā)和利用價(jià)值。近些年來,一方面,畜牧業(yè)發(fā)展迅速,飼料需求量加大;另一方面,大量農(nóng)作物秸稈被焚燒,導(dǎo)致環(huán)境污染問題嚴(yán)重,出現(xiàn)了大量的霧霾,使得人、牲畜、環(huán)境之間的矛盾加劇。因此,秸稈資源的回收和利用具有重要的社會意義和生態(tài)意義。目前,國內(nèi)的打捆機(jī)多為彈齒滾筒式,其在撿拾水稻、小麥等長度較短、質(zhì)地較軟的秸稈時(shí)性能良好,但是在撿拾玉米、高粱等長度較長、質(zhì)地較硬的作物秸稈時(shí),傳統(tǒng)的打捆機(jī)撿拾裝置存在強(qiáng)度不夠可靠、捆包里秸稈尺寸過、帶土量大影響牲畜直接食用的問題,因此,研究和設(shè)計(jì)適合玉米等硬質(zhì)作物秸稈的打捆機(jī)撿拾裝置,解決秸稈尺寸大、帶土量大等問題,具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文通過對國內(nèi)外打捆機(jī)及撿拾裝置研究成果進(jìn)行分析和總結(jié),設(shè)計(jì)了一種集撿拾粉碎一體的秸稈打捆機(jī)撿拾粉碎裝置,對撿拾粉碎裝置的關(guān)鍵部件進(jìn)行了設(shè)計(jì),對其作業(yè)機(jī)理進(jìn)行了理論分析,對撿拾粉碎裝置進(jìn)行了仿真分析,完成撿拾粉碎裝置的田間性能試驗(yàn)。本研究為秸稈打捆機(jī)撿拾粉碎裝置的應(yīng)用提供參考。研究主要內(nèi)容及結(jié)論如下:(1)對秸稈打捆機(jī)撿拾粉碎裝置的整體結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行闡述分析,對撿拾粉碎裝置進(jìn)行三維實(shí)體建模,確定裝置的整體結(jié)構(gòu)和基本參數(shù),對撿拾粉碎部件的材質(zhì)進(jìn)行了選型,對主要工作部件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì),對撿拾粉碎裝置的作業(yè)機(jī)理進(jìn)行了理論分析,為撿拾粉碎裝置的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。(2)為提高秸稈撿拾粉碎打捆機(jī)的作業(yè)性能,建立錘爪不同排列方案的三維模型,將所設(shè)計(jì)的不同排列方案的三維裝配體導(dǎo)入到ADAMS軟件中進(jìn)行仿真分析,選出最佳的排列方案。(3)為檢查秸稈打捆機(jī)撿拾粉碎裝置的可靠性,對T型定刀進(jìn)行了有限元靜力學(xué)分析,通過分析應(yīng)力云圖和位移云圖,得到總的應(yīng)力最大值為27.997MPa,遠(yuǎn)小于其材質(zhì)65Mn的許用應(yīng)力(570MPa),可靠性穩(wěn)定,滿足使用要求。對撿拾輥裝配體進(jìn)行了模態(tài)分析,得出前6階固有頻率和振型,固有頻率范圍為89.702~409.68Hz,遠(yuǎn)大于作業(yè)時(shí)的激振頻率30~33.3Hz,因此機(jī)器不會因共振而損壞。(4)采用二次回歸正交旋轉(zhuǎn)中心組合的試驗(yàn)方案,對秸稈打捆機(jī)撿拾粉碎裝置進(jìn)行田間作業(yè)試驗(yàn),分析各試驗(yàn)因素對指標(biāo)影響規(guī)律及最優(yōu)參數(shù)組合。結(jié)果表明:各因素對撿拾損失率影響的主次順序?yàn)閾焓拜佫D(zhuǎn)速、離地高度、前進(jìn)速度;對粉碎長度合格率影響的主次順序?yàn)榍斑M(jìn)速度、撿拾輥轉(zhuǎn)速、離地高度。(5)通過Design-Expert8.0.6軟件的優(yōu)化模塊,對試驗(yàn)指標(biāo)的回歸模型進(jìn)行優(yōu)化求解,得出最優(yōu)參數(shù)組合,即離地高度為160.5mm,撿拾輥轉(zhuǎn)速為2182r/min,前進(jìn)速度為2.5km/h,相對應(yīng)的撿拾損失率為0.53%,秸稈粉碎長度合格率為98.37%。對秸稈打捆機(jī)裝置粉碎裝置的最優(yōu)工作參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果表明:撿拾損失率平均值為1.21%,粉碎長度合格率平均值為97.42%,與優(yōu)化結(jié)果誤差不大,滿足秸稈打捆機(jī)的作業(yè)性能要求。
【圖文】：

世界上許多國家在秸稈資源的綜合利用方面比較完善，尤其是發(fā)達(dá)國家，基本不會將秸稈廢棄焚燒。在歐美國家，由于人口較少，秸稈資源中，大約有2/3用于直接還田，有少量的秸稈被用做飼料。在美國，有68%的秸稈被直接還田[7]。相對于美國而言，英國秸稈還田量更大，達(dá)到了73%[8]。日本環(huán)海，主要種植水稻，其多于2/3的水稻秸稈直接還田，也有1/5的秸稈用作飼料[9]。相比于其他發(fā)達(dá)國家，韓國的秸稈資源達(dá)到了更好的利用，80%以上的秸稈資源用作飼料，只有20%用于還田[10]。從國外的秸稈資源利用情況來看，秸稈回收利用是一項(xiàng)比較復(fù)雜的作業(yè)過程，原因是秸稈的種類多，研制適合各種秸稈的收獲機(jī)具比較困難，因此許多國家都將大部分秸稈廢棄或者直接還田，秸稈廢棄和秸稈還田不利于秸稈的分解，還會帶來一系列環(huán)境問題[11-13]。以玉米秸稈為例，玉米經(jīng)過收貨機(jī)收獲之后，秸稈散落在田間，其根部未完全斷開，且密度分布較低，規(guī)模利用和高效利用都很困難，因此大多數(shù)玉米秸稈并沒得到充分利用。秸稈的收儲是機(jī)遇也是挑戰(zhàn)，因此，實(shí)現(xiàn)秸稈的高效處理、回收利用、以及全面機(jī)械化具有重要意義。綜上所述，，農(nóng)作物秸稈資源的回收利用必將成為國家建設(shè)中一個(gè)重要項(xiàng)目，其潛在的效益巨大，生產(chǎn)適合秸稈收獲的機(jī)具也將是適應(yīng)國家有關(guān)政策的趨勢，未來秸稈資源將會被更多的利用。在實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物秸稈產(chǎn)業(yè)化回收利用的過程中，收集是首要解決的問題，秸稈散亂狀態(tài)下裝車，收集起來占地空間較大，如圖 1-1 所示。這樣的運(yùn)輸狀態(tài)非常不穩(wěn)定，運(yùn)輸效率低，成本較高，這些問題一直以來都制約著秸稈能源化的利用。

圖 1-2 秸稈打捆Fig. 1-2 Bale of straw為了應(yīng)對畜牧業(yè)的發(fā)展以及工業(yè)發(fā)展對秸稈資源的需求，秸稈打捆機(jī)逐漸進(jìn)入了人們的視野，世界各大公司看到了打捆機(jī)巨大的發(fā)展前景，加大了打捆機(jī)研發(fā)方面的資金投入，打捆機(jī)被大量的研制生產(chǎn)，至此，秸稈打捆機(jī)問世了。有了秸稈打捆機(jī)，農(nóng)作物秸稈便有了比較先進(jìn)的收獲方法，秸稈運(yùn)輸起來更加便捷，也方便儲存。打捆機(jī)能夠提高秸稈收集效率，減少秸稈收獲過程中的損失。1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1 打捆機(jī)種類打捆機(jī)有不同的作業(yè)方式，從打捆機(jī)工作方式劃分，打捆機(jī)有兩種類型，即固定式打捆機(jī)和移動式打捆機(jī)。固定式打捆機(jī)，指的是打捆機(jī)不動，人工將秸稈放入打捆機(jī)打捆；而移動式打捆機(jī)指的是可以被牽引的打捆機(jī)。相比固定式打捆機(jī)，移動式打捆機(jī)比較常見。從打捆后的秸稈捆包類型上劃分，打捆機(jī)有方捆機(jī)和圓捆機(jī)兩種。方捆機(jī)對各種長短秸稈適應(yīng)性強(qiáng)，經(jīng)方捆打捆機(jī)打捆后的秸稈密度大，體積小，搬運(yùn)方便，便于機(jī)械化裝卸；圓捆機(jī)常適
【學(xué)位授予單位】：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S22

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