一种夹持链式新疆棉秆起拔机的设计.pdf

江苏农机化 2023.4摘要：棉秆的回收利用对于棉花产业发展至关重要。本文针对新疆棉花（66+10）cm 的宽窄行种植模式，设计了一种夹持链式新疆棉秆起拔机。该机具采用波浪齿状的夹持链条对棉秆进行夹持起拔，并辅以拨秆轮和导向板来收获棉秆。通过对起拔机主要部件的受力计算，并运用 Simulation 对起拔机关键部件进行静力学仿真分析，得到了主要部件的应力、应变分析图。结果显示：起拔链条的最大应力为 341.6 MPa，低于材料屈服强度极限；最大形变位移为 0.34 mm，符合材料强度要求。本文提供了一种新颖的棉秆起拔机设计方案，可为新疆棉花收获机械研发提供理论依据和技术支撑。关键词：新疆棉秆；宽窄行种植；夹持链；导向板起拔机0引言我国是棉花生产及消费大国，新疆是我国棉花的主要产区。2022年我国棉花总产量 597.7万 t，其中新疆棉花产量 539.1 万 t，占全国棉花总产量的 90.2。棉秆是棉花的主要副产品，可用作工业板材、造纸、制肥原料，火力发电燃料，食用菌基料等1，广泛应用于工业、农业、畜牧业、能源和环保等领域2，研发适合新疆棉花（66+10）cm种植模式的棉秆收获机械可以提高棉秆的综合利用率，促进新疆棉花产业可持续发展。按作业方式划分，我国现有的棉秆收获机可分为对行收获和不对行收获两大类。对行收获的机型有齿盘式、对辊式和铲切式等，不对行收获的机型有剪切式、刀辊式等3。具有代表性的机具包括新疆农业科学院农业机械化研究所研制的 4MC-4 型铲切式秸秆收获机、天津市农业机械推广总站研制的 4MG-2 型齿盘式拔棉秆机、中国农机院研制的 4MG-275 型自走式棉秆联合收获机等4-5。齿盘式和对辊式棉秆收获机作业时拨秆部件的回转半径大，适用于行距较宽的种植模式，局限性较大；铲切式棉秆收获机适用于棉花宽窄行种植模式，但能耗大，易磨损，还会破坏地膜；剪切式和刀辊式棉秆收获机存在作业后根茬一种夹持链式新疆棉秆起拔机的设计王振腾亚森江白克力*宋玲3结论1）设计了一种适合于大豆玉米带状复合种植免耕播种的对行条带破茬旋耕装置。该装置由机架、三点悬挂装置、中央传动箱、侧边传动箱、随地仿形耕深调节轮、挡土板、对行旋耕刀、分草板等组成，结构简单，安装方便，可靠性高。设计全新的传动系统，采用定制的对行旋耕直刀和半弧形分草板，解决了黏土地破茬入土难和秸秆堵塞拖堆的难题。2）田间试验表明：带对行旋耕装置的播种机 大 豆 平 均 播 深 为 29.7 mm，玉 米 平 均 播 深 为45.1 mm，符合大豆玉米最佳播深要求。播种过程中能够保持播深一致，更有利于出苗，玉米大豆的出苗率分别为 91和 86。能够实现匀苗、壮苗，有利于增产增效。（作者单位：1.江苏省农垦农业发展股份有限公司黄海分公司2.江苏省农垦农业发展股份有限公司现代农业研究院）（收稿日期：2023-03-24）11江苏农机化 2023.4留在田间的问题，不利于残膜回收、播种和整地等作业。国外研制的棉秆收获机对棉秆的种植行距均有一定的要求，适用于一年一作、等间距大单行种植，不适用于新疆（66+10）cm 宽窄行种植模式。针对上述问题，本文设计了一种夹持链式新疆棉秆起拔机，该机具利用波浪齿状的夹持链条对棉秆进行夹持起拔，并采用拨秆轮和导向板辅助棉秆收获，适用于新疆棉花（66+10）cm 宽窄行种植模式，可为新疆棉秆起拔机具的研发提供参考。1机具结构及工作原理1.1 新疆棉花的种植农艺新疆棉花（66+10）cm 宽窄行种植模式如图 1所示。棉秆株高 50120 cm，棉秆株距 810 cm，棉秆行距66 cm+10 cm，土壤湿度为2030，棉秆根系的平均长度为232 mm。1.2 整机结构如图 2 所示，夹持链式新疆棉秆起拔机主要由机架、锥齿轮减速机构、三点悬挂机构、起拔链轮组合和拨秆轮组合等工作模块组成。锥齿轮减速器的主要作用是完成拖拉机输出动力的传递；三点悬挂机构的主要作用是将机具悬挂于拖拉机上；起拔链轮组合的主要作用是完成对棉秆的起拔；拨秆轮组合的主要作用是使两排棉秆错开进入机具，使起拔链条能够有效地起到夹持起拔的作用，增加起拔成功率；遮挡板的主要作用是防止棉秆的枝干被前方工作的起拔链条破坏；导向板的主要作用是将完成起拔的棉秆堆积于田地中央，方便后续的作业。夹持链式新疆棉秆起拔机主要设计参数见表 1。1.3 工作原理图 3 为夹持链式新疆棉秆起拔机工作示意图。工作前，需将机具通过三点悬挂机构安装在拖拉机上，调整好合适的工作位置后，启动发动机开始工作。机具通过锥齿轮减速器实现第一级减速，然后通过侧边链轮减速机构实现第二级减速，带动起拔链轮组合和拨秆轮组合旋转。如图 3 所示，机具在拖拉机的带动下以速度V前进，棉秆先在第一拨秆轮和第二拨秆轮的作用下错开进入链条夹持部位，然后，在起拔链条和起拔链条的夹持起拔作用下被连根拔起。起拔出来的棉秆在导向板的作用下堆积于田地中央。1.三 点 悬 挂 机 构2.锥 齿 轮 减 速 器3.机 架4.遮挡板5.拨秆轮组合6.起拔链轮组合7.导向板8.侧边链轮减速机构图 2夹持链式新疆棉秆起拔机结构示意图12345678参数整机尺寸（长宽高）/（mmmmmm）作业速度/（ms-1）作业行数/行行距/cm驱动形式挂接形式数值2 3001 8001 20012266拖拉机前动力输出轴驱动悬挂式表 1夹持链式新疆棉秆起拔机的主要设计参数图 1新疆棉花（66+10）cm 宽窄行种植模式12江苏农机化 2023.42主要零部件的设计2.1 起拔链轮组合的结构设计起拔链轮组合是棉秆起拔机的关键部件之一，主要作用是对棉秆进行夹持、起拔，并完成棉秆的部分输送。如图 4 所示，起拔链轮组合主要由第二主动链轮、第二被动链轮、第三主动链轮、第三被动链轮、起拔链条和起拔链条组成。该部件与水平面倾斜形成一个 16 的起拔角度，便于棉秆的起拔。作业时，可以通过改变拖拉机前悬挂的倾斜角度调整机具的起拔角度。起拔链条如图 5 所示。起拔链条由起拔链条和起拔链条组成。起拔链条相互配合的一面呈波浪齿状，以扩大链条与棉秆的接触面，增大棉秆受到的起拔力，让起拔更有效。2.2 起拔过程分析棉秆初始夹持受力情况如图 6 所示。作业时，棉秆在拨秆轮的作用下进入链条夹持部位，被起拔链条和起拔链条夹紧。棉秆主要受到起拔链条施加的夹持力F1和F1所带来的摩擦力f1，以及起拔链条施加的夹持力F2和F2所带来的摩擦力f2的作用。f1=F1f2=F2式中：棉秆与起拔链条的摩擦因数。将夹持力和摩擦力沿水平方向分解，棉秆向后运动的条件是：F2sinf1+f2cos即F2sinF完成起拔后，起拔链条对棉秆起输送作用，棉秆被向后运输至脱离链条，此时棉秆主要受到重力G和夹持力F1和F2的作用。3关键零部件的仿真分析在本机具中起拔链条为主要作业部件，因此，本 文 以 关 键 零 部 件 起 拔 链 条 为 例，利 用SolidWorkssimulation 软件对其受力情况进行了分析和仿真。因模型复杂，故将模型简化为起拔链条和起拔链条中实施起拔作业的一段。起拔力的大小约为 821 N，夹持力的大小约为 800 N。靠近前端位置的链节受到起拔力和夹持力共同作用，其余链节只受到夹持力的作用。静力学算例运行结果如图 8、图 9所示。根据分析结果可知，起拔链条最大应力为 341.6 MPa，低于材料45钢的屈服强度极限355 MPa，起拔链条最大变形位移为 0.34 mm，因此起拔链条的材料选用合理。4结论1）本文针对新疆棉花（66+10）cm 宽窄行种植模式设计了一种新型的夹持链式新疆棉秆起拔机。该机具利用链条对棉秆进行夹持起拔，并采用拨秆轮和导向板辅助棉秆收获，可以一次性完成两行棉秆的起拔作业。2）利用 SolidWorkssimulation 软件对起拔链条进行静力学分析。结果表明，起拔链条的最 大 应 力 和 最 大 变 形 位 移 分 别 为 341.6 MPa，0.34 mm，符合设计要求。3）本文设计的夹持链式新疆棉秆起拔机，能提高新疆棉花秸秆的回收利用效率，可为新疆棉花收获机械研发提供参考。参考文献：1贺小伟，刘金秀，李传峰，等.我国棉秆机械收获技术现状分析及对策研究J.中国农机化学图 8起拔链条应力分析图图 9起拔链条位移分析图（5）1.棉秆2.起拔链条3.起拔链条图 7棉秆起拔受力示意图213NTF1614江苏农机化 2023.4摘要：文章介绍了农用柴油机“国四”排放标准及排放控制技术，分析了“国四”农机推广应用现状及制约因素，并针对存在的难点问题提出相应的对策与建议。关键词：“国四”排放；非道路移动机械；模块化设计；农机推广0引言随着农业生产的快速发展和农机化水平的不断提高，我国农机保有量迅猛增长，与之相对应的尾气污染物排放量也相应增加。与此同时，我国环保监管也日趋严格，非道路移动机械尾气处理标准逐步提高1。2014 年 5 月 16 日，原环境保护部、原国家质量监督检验检疫总局发布 GB208912014 非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法（中国第三、四阶段），规定自 2015 年 10 月 1 日起，第三阶段排放标准正式实施1（其中农用机械于 2016 年 12 月 1 日实施）。2020 年 12 月 28 日，生态环境部发布 非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法（中国第三、四阶段）（GB 208912014）修改单 及其配套技术规范 非道路柴油移动机械污染物排放控制技术要求（HJ 10142020），对 2014 版标准中第四阶段相关内容做了补充，规定自 2022 年 12 月 1 日起，全面实施第四阶段排放标准1，即“国四”排放标准。1“国四”排放限值“国四”排放标准新增了 NRTC 瞬态循环工况等测试项目，同时规定了对 560 kW 以上发动机的相关要求，并且对非道路移动机械的尾气排放的后处理提出更高要求。非道路移动机械用柴油机排放污染物第四阶段排放限值见表 1。2非道路移动机械尾气排放控制技术现有的农用柴油机“国四”排放控制技术大致可分为机外净化技术和机内净化技术2。机外净化技术主要有氧化催化技术（DOC）、颗粒物捕集技术（DPF）以及选择性催化还原技术（SCR）；现阶段“国四”农机推广的难点与对策研究陈松1赵慧强1黄盛杰2郑巍2农 机 推 广报，2019，40(3):1925.2张国忠，周勇，沈茂，等.链条滑轨式棉柴夹持起拔机构设计与仿真C/2011 年中国农业工程年会论文集.重庆：中国农业工程学会，2011:355361.3张佳喜，叶菲.我国棉花秸秆收获装备现状分析J.农机化研究,2011,33(8):241244.4芮照钰，张佳喜，蔡佳麟，等.皮带夹持式拔棉秆装置设计与试验J.农机化研究，2023，45(3):190196.5刘玉龙，郭辉，李林，等.夹持链式棉花秸秆拔取割台的研制J.新疆农机化，2017(3):1011，15.基金项目：新疆维吾尔自治区青年科学基金(2022D01B91)。*通讯作者：亚森江白克力。E-mail：yas-（作者单位：新疆农业大学机电工程学院）（收稿日期：2023-07-13）15