牧草彈齒滾筒撿拾機研究
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本文作者：王文明、王春光 單位：內蒙古農業大學機電工程學院、邢臺職業技術學院機電系
國內外彈齒滾筒式撿拾裝置發展狀況
1國外彈齒滾筒式撿拾裝置發展狀況
國外彈齒滾筒式撿拾裝置多用于撿拾壓捆機上，分段收獲的聯合收獲機上也有應用。國外對于撿拾壓捆機的研制起步較早，牧草機具的發展主要始于近代，距今已有100多年的歷史［2］。目前，在牧草壓捆機領域處于領先水平的主要有美國、德國、澳大利亞和英國等。其中，具有代表性的公司有美國的紐荷蘭公司、約翰．迪爾公司，德國的克拉斯公司、韋利格爾公司、法爾公司、澳大利亞的皮•埃爾公司、吉爾公司和英國的霍華德公司等。各個公司生產的彈齒滾筒式撿拾裝置的結構大致相同，他們生產的產品品種齊全、系列完整，可與不同的小方捆撿拾壓捆機、圓捆卷捆機、大方捆撿拾壓捆機和撿拾集垛車等匹配，不僅適用于各種牧草，而且還可用于撿拾各種秸稈。各個公司產品的工作原理至今沒有大的變化，但其都在提高性能、可靠性和操作舒適性等方面下功夫，同時也逐步完善微電子技術在其上的應用［3－4］。美國紐荷蘭公司的產品對不同作物的適應性極佳，其撿拾裝置彈齒采用曲線結構，而不是直線結構，可將普通撿拾裝置無法拾起的短小作物撿拾干凈［5］。德國的撿拾裝置寬度為1．55～2．2m不等，撿拾裝置由液壓裝置操縱，牽引拖拉機上的計算機可控制液壓機構，也適用于不同物料［6］。德國克拉斯公司的撿拾裝置彈齒前端采用了獨特的鉤形設計，確保了撿拾率，拉繩牽引至拖拉機駕駛室，使得撿拾裝置升降十分方便［7］。美國約翰迪爾公司的撿拾裝置主要采用了小間距的彈齒式設計，可保證密度高、幅寬大的草條充分撿拾喂入，位于彈齒上方的小間距齒條壓草桿可防止草葉及斷桿四處飛濺造成損失［8］。德國韋立格爾公司撿拾裝置的驅動部分增加了一個摩擦式安全離合器，這是它們的專利;德國法爾公司在撿拾裝置傳動上采用雙作用安全裝置;美國紐荷蘭公司采用寬型撿拾裝置，并采用“流動式撥叉”喂入機構和“轉子式”喂入結構以實現無堵塞的喂入［9］。總之，國外彈齒滾筒式撿拾裝置發展至今日趨成熟，各個公司都有其自主知識產權的技術和產品。為改善撿拾裝置的適應性，提高撿拾能力，降低撿拾遺漏率，撿拾裝置彈齒間距普遍縮小到61～71mm，全部采用彎型彈齒，撿拾裝置的調節都改為駕駛員在拖拉機座位上操作，有一些使用了液壓調節器，安全保護機構更加齊全、靈敏、可靠。國外對彈齒滾筒式撿拾裝置的產品介紹較多，但其理論分析文章尚不多見。前蘇聯的波波夫曾用圖解法對撿拾裝置的結構參數和工作性能進行了定性分析，并認為其是一個連桿機構［10］。
2國內彈齒滾筒式撿拾裝置發展狀況
我國的撿拾壓捆機大多為彈齒滾筒式撿拾裝置，撿拾裝置大多為仿制國外機型。我國牧業機械工業起步較晚。1978年9月，呼和浩特畜牧機械研究所等單位研制了我國第一臺小方草捆撿拾壓捆機9KJ－142型［11］。到20世紀90年代，國外的摟、捆、裝、運等牧草收獲機械陸續進入我國牧草種植基地，但價格昂貴。近些年，國內牧草機械已進入快速發展階段，已研制成功并投產多種型號的彈齒滾筒式撿拾裝置。由于我國彈齒滾筒式撿拾裝置大多為仿制國外的不同機型研制，其結構參數和凸輪滑道廓線形狀多種多樣。就凸輪滑道廓線形狀來說有兩類:一類是心臟形，如中國農業科學院草原所的9KJ－1．7型方捆機、9JS－1．6散草撿拾車等，但廓線段數也不盡相同，有的是7段圓弧組成，有的是6段或4段圓弧組成;另一類形似豆形，其中由一段直線和幾段圓弧組成，如機械工業部呼和浩特畜牧機械研究所的9KJA－1．4型方捆機。學者們對機構的性質認識很不一致。1980年和1981年，農機部呼和浩特畜牧機械研究所的孫康杰和王英用“圖解法”分別對韋立格爾－180型圓捆機撿拾裝置和新荷蘭－850型圓捆機撿拾裝置的運動軌跡進行了分析，認為其是“曲柄擺桿機構”，并建立了彈齒尖端運動的數學模型，但未知數較多，無法應用于設計;1991年，吉林工學院的盛凱、曾南宏采用“解析法”分析了彈齒滾筒式撿拾器，認為其是一個“反轉的擺動從動件盤形凸輪機構”，也建立了彈齒尖端運動的數學模型［12］。
從試驗研究方面來講，很多學者針對特定機型參數進行過分析，對一定機型撿拾裝置的撿拾效果都做過大量的試驗，認為各機型均可以滿足撿拾要求。2001年，中國農業大學的王國權等對芬蘭Junkkary公司圓捆打捆機進行了國產化設計，并應用ADAMS對此機型的撿拾器進行了動力學仿真分析，得到了機器運轉過程中速度、加速度的變化情況，并對樣機進行了試驗測定。試驗表明，機器撿拾裝置工作效率高，秸稈損失率小［13］。2006年，中國農機院呼和浩特分院的王振華、張俊國針對9YFQ－1．9型方捆機撿拾裝置的工作參數進行了分析，分析表明機器的結構參數完全能滿足各種情況下的撿拾作業要求，并經過田間試驗證明該撿拾裝置的漏損率非常小，完全可以避免牧草在地面堆積和漏撿［14］。2008年，新疆農科院農機化所的王學農等基于Solidworkds對殘膜撿拾滾筒進行了3D設計及運動仿真，初步找出了弧型撿膜齒滿足要求的排列布置、滾筒轉速和合理的入土深度等工作參數［15］。2010年，內蒙古農業大學的烏吉斯古楞應用Inventor軟件對特定機器參數進行了計算機分析，并對撿拾器的轉速、機器的前進速度、彈齒尖端離地高度對撿拾器工作性能的影響進行了試驗研究［16］。我國的彈齒滾筒式撿拾裝置多數為仿制國外機型，對撿拾裝置的設計和參數的選擇還沒有形成方法，很多學者只對參數的設計做過定性分析，并沒有給出設計方法，分析時多用解析法和圖解法分析，也有些學者嘗試用計算機進行了輔助分析［17－21］。但對彈齒滾筒式撿拾裝置的工作要求認識，具體要求為:漏撿損失小，即應該把留茬上的所有草料或莖稈撿拾干凈，在留茬上沒有遺留的草料或莖稈;破碎損失小，即在撿拾過程中不要撕破豆科草料最有營養價值的細嫩葉片;結構緊湊，動作均勻性好、連續性好，即撿拾的物料應無阻礙地輸送到機器的下一個工作部件;功率損耗小。吉林工學院的盛凱認為:彈齒滾筒式撿拾裝置工作時彈齒相對于滾筒的擺動規律及變化速度、加速度對彈齒的工作性能有很大的影響，其合理的選擇是至關重要的，而擺動規律不是單一的規律，而是由多種規律組合而成的［10］。
存在的主要問題
1產品適應性差，標準化程度基礎差
我國研制的彈齒滾筒式撿拾裝置大多不能適應多種作物使用，有的針對幾種牧草設計，有的針對秸稈撿拾設計，缺乏適應性強的撿拾裝置，且各種彈齒滾筒式撿拾裝置參數多種多樣，各種之間互無聯系，不成系列，各部件尤其是易損件之間不能互換，修理維護不方便。
2設計方法繁鎖，精度低
我國的彈齒滾筒式撿拾裝置多數為仿制國外機型，在設計時多采用傳統圖解法和解析法對其進行分析，方法繁鎖且精度低，沒有建立起真正實用的數學模型，不能采用先進的設計方法來研究完善撿拾裝置的設計。尤其對于主要控制彈齒運動、影響撿拾質量的凸輪滑道廓線的設計，還沒有形成可用于實際的設計方法。
3技術含量低，使用可靠性不高
我國在彈齒滾筒式撿拾裝置研制時缺乏自主知識產權，已定型的撿拾裝置大部分屬于國外20世紀80年代以前的水平，近些年基本沒有什么改進。關鍵部件的技術性能沒有突破，制約了撿拾裝置的發展。我國使用條件差，使用可靠性顯得尤為重要。使用時故障多，設計機理不清晰，性能不能得到發揮，制約了草原機械的使用。特別是在退耕還草后，優質牧草及苜蓿草大量種植，急需撿拾壓方捆、壓圓捆等機械設備，但是國內生產質量仍不過關。
發展對策及建議
1進一步提高機具適應性
我國牧草品種復雜，地區差別很大，有些農區除了要撿拾稻草、秸稈，還要撿拾鮮草。要用盡量少的機型滿足各地區的不同要求，要進一步研制開發可適用于多種作物的撿拾裝置。
2進一步完善撿拾裝置標準
目前我國在撿拾裝置方面的設計標準不完善，使得撿拾裝置的通用性和互換性差。為此，應提高機具零部件的通用性和互換性，規范生產市場，制定統一的產品標準，避免重復研究。
3加大科研投入力度
我國的彈齒滾筒式撿拾裝置多數為仿制國外機型，設計機理不清晰，致使在使用過程中出現問題不能對癥解決，嚴重制約了機械的使用。另外，彈齒滾筒式撿拾裝置機構復雜，設計和工藝要求難度大。因此，應加大在這方面科研的投入力度，保證技術創新資金，專項用于這方面的研制、試驗和推廣等科研項目。同時，采取多種優惠政策，加大設備的購置補貼等，加快機具的推廣使用。
4提高制造質量
可靠性應當作為機具的主要指標，在保證使用可靠性的前提下再考慮其他性能指標和結構的先進性。目前彈齒滾筒式撿拾裝置的一些易損件可靠性差，使用者感到麻煩，使產品沒有競爭力。為此，應在設計上力求結構簡單，易于調整，并有足夠的安全系數;另一方面，應進一步提高產品質量。
結論
我國草地資源豐富，畜牧業更是農業的重要組成部分，采用撿拾壓捆機收獲牧草，對增加牧草的貯存量和提高牧草的利用價值，促進我國畜牧業大力發展具有很大的現實意義。我國還是一個農業大國，小麥和水稻種植面積廣，在其上茬作物收獲后，田間存留大量的秸稈及根茬，對秸稈的加工需要大量彈齒滾筒式撿拾裝置。綜上所述，應及時了解國外先進機具生產技術和經驗，因地制宜，研究和探討適合我國的彈齒滾筒式撿拾裝置，以加快我國這方面機械產業化的步伐，適應市場需求。
