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1、东北林业大学 硕士学位论文 饲草压捆机的设计及结构分析 姓名：刘志杰 申请学位级别：硕士 专业：机械设计及理论 指导教师：于建国 20040101 摘要 发展饲草业具有巨大的经济效益、社会效益和生态效益，但在其商品化生产 过程中，首先遇到的是这些物料松散，容积密度小，收集、运输困难。因此，本 文进行了饲草压捆机的设计。 本文首先讨论了饲草压缩理论的研究与进展，特别是饲草压缩过程及压缩力 的变化及计算，为压捆机的设计提供了理论支持。 本文在现有机具的基础上，根据我国的实际需要，综合考虑了现有饲草压缩 理论，运用现代设计方法对压捆机进行了改进设计。此外，本文以设计的压捆机 为依据，对压捆机的使用进
2、行了效益分析。 为缩短设计周期，提高设计质量，本文还运用大型商业软件M A T L A B S i m u i i n k 对压捆机的压缩机构进行了动态仿真，为设计获得了重要的数据a 将M A T L A B 引入 机械机构设计中，提高了设计的质量和速度，具有重要的理论价值，S i m u l i n k 的 可视化结果便于观察研究，大大方便了设计人员，提高设计效率。 此外，本文用P r o E n g i n e e r 和A N S Y S 进行了结构的装配、运动干涉检查以及 有限元分析。使设计者在正式生产前对其开发的产品样机机构运动特性有更清晰 的认识，提高产品开发的成功率。 关键字：饲
3、草压捆机； 动态仿真： M A T L A B S i m u l i n k ；P r o E ；A N S Y S ：有限元 束经作考、导师劂怠 勿全文公布 A b s t r a c t D e v e l o p i n gt h ef o r a g eg r a s si n d u s t r yp o s s e s s e sg i a n te c o n o m i ce f f e c t ，s o c i a l b e n e f i ta n de c o l o g i c a lb e n e f i t B u ti nh i sc o m m o d i
4、t i z a t i o n p r o d u c t i o np r o c e s s w e f i r s t l yc o m e a c r o s st h a tt h em a t e r i a l sa r el o o s e ，a n dv o l u m e d e n s i t yi ss m a l l ，a n di ti s d i f f i c u l tt oc o l l e c ta n d t r a n s p o r t S ow e h a v ec a r r i e do nt h ed e s i g no f t h eh
5、a y b a l e r T h er e s e a r c ha n d p r o g r e s so fh a yc o m p r e s s i n gt h e o r yh a sf i r s t l yb e e nd i s c u s s e di n t h i sp a p e r , a n d e s p e c i a l l yt h eh a yc o m p r e s s i o np r o c e s sa n dt h ec h a n g ea n dc a l c u l a t i o n o f c o m p r e s s i n
6、 g f o r c e I tp r o v i d e st h e o r ys u p p o r tf o rt h e d e s i g no f t h eh a y b a l e r A c c o r d i n gt o o u rc o u n t r y Sr e a ln e e d sa n dh a v i n gt h o u g h to v e rt h ee x i s t e dh a y c o m p r e s s i n gt h e o r y , t h eh a yb a l e ri sd e s i g n e da n di m
7、p r o v e db yu s i n gt h em o d e m d e s i g nm e t h o do nt h eb a s i so f e x i s t e dm a c h i n e sa n dt o o l s I na d d i t i o n ，t h i sp a p e rh a s c a r r i e do nt h eb e n e f i c i a la n a l y s i so ft h eh a yb a l e ro nt h eb a s i so ft h ed e s i g n e db a l e r , t o o
8、 ， F o r s h o r t e n i n gt h ed e s i g n i n gc y c l e ，r a i s i n gt h ed e s i g n i n gq u a l i t y , t h i sp a p e rc a r r i e s o nt h e d y n a m i c s i m u l m i o no ft h e c o m p r e s s i n g m e c h a n i s m u s i n gl a r g e s c a l e c o m m e r c i a ls o f t w a r eM A T
9、L A B S i m u l i n k np r o v i d e si m p o r t a n td a t af o rt h e d e s i g n L e a d i n gM A T L A B i n t ot h em e c h a n i c a ld e s i g nh a sr a i s e dt h eq u a l i t ya n ds p e e do f d e s i g na n dp o s s e s s e si m p o r t a n tt h e o r yv a l u e T h ev i s u a lr e s u l
10、 to fS i n m l i n ks i m u l a t i o n i se a s yt oo b s e r v ea n dc o n v e n i e n tt od e s i g n e ra n d g r e a t l y r a i s e st h ed e s i g ne f f i c i e n c y I na d d i t i o n ，t h i sp a p e ru n d e r t a k e sa s s e m b l ya n dm o t i o ni n t e r f e r e n c ec h e c ka sw e
11、l l a st h ef i n i t ee l e m e n t a n a l y s i so f t h eb a l e rm e c h a n i s mw i t hP r o E n g i n e e ra n dA N S Y S T h i sm a k e st h ed e s i g n e rh a v em o l ed i s t i n c t k n o w l e d g et o t h em e c h a n i s mr u n n i n g p r o p e r t y o fd e v e l o p e dp r o d u c
12、 tp r o t o t y p eb e f o r ef o r m a l p r o d u c t i o n ，a n dr a i s e st h e s u c c e s s f u lr a t eo f p r o d u c t d e v e l o p m e n t K e yw o r d s ：H a yb a l e r , D y n a m i cS i m u l a t i o n ，M A T L A B S i m u l i n k ，P r o E ， A N S Y S ，F E A 饲草压捆机的鼓计及结构分析 l 绪论 1 1 问题的
13、提出 我国草原辽阔，类型繁多，资源丰富，是巨大的天然宝藏。据统计，我国共有各类天然 草地面积约3 9 3 亿h m 2 ，占国土面积的4 1 7 ，仅次于澳大利亚，居世界第二位，同时也是 秸杆资源最为丰富的国家之一，每年生产6 4 亿多t 的秸杆“。 近年来，由于各牧场的牲畜存栏量不断增加，而相应的管理政策又相对滞后，还有自然 条件的恶化，即使在牧草比较丰富的牧区，季节性的饲草缺乏现象也很严重。2 0 0 0 年初，我 国内蒙古、新疆共有1 2 个地( 州) 6 0 个县出现的“白灾”使3 0 万头受灾牲畜死亡，主要原 因是由于饲料缺乏的饥饿所致，很显然解决这个问题的有效措施就是为这些牧草缺乏
14、或季节 缺草的地区准备充足的越冬饲草饲料：另一方面我国草业发展带有比较突出的地域性特点， 牧草种植基地大多位于黄河流域及华北、西北，而牧草销售市场多位于华东、华南的奶牛、 肉牛饲养密集区。由于草场分布不均，部分地区因季节性牧草过剩得不到合适的处置而被废 弃，浪费了资源，也污染了草原。3 。不仅如此，近年来随着畜牧业的迅速发展，中国加入W T O ， 周边的许多国家，像韩国、日本都是饲料资源短缺的国家，国际市场对牧草、秸杆等饲料的 需求会大幅增加。加入W T O ，我国资源成本相对较高的种植业面积可能会适当减少，种植业 比较效益下降将促使土地资源和农业生产结构向畜牧业、草业等方面调整，牧草生产和
15、加下 产业将面临新的机遇。因此，加快我国的牧草、秸杆的产业化进程，能为我国增加出口创汇， 成为国民经济大产业，这在发达国家如美国、加拿大等已得到证实“1 。 在牧草、秸杆等纤维物料的商品化生产过程中，首先遇到的问题是这些物料松散，容积 密度小，收集、运输困难，运输时亏吨现象严重；这些物料无论在储存还是运输时，都占用 很大的空间，面临严重的运输成本压力。由此可见，把饲草打成高密度的革捆后再储存或运 输，是降低饲草成本的重要步骤。据中国农业大学成套设备所的实验设计，饲草打捆平均密 度可以增大1 0 倍左右，而运输成本可降低7 0 左右，可见饲草压捆机的商业效益是十分显 著的”3 。 1 2 国内外
16、研究现状及发展趋势 1 2 1 饲草压缩理论的研究概况 压缩理论是饲草料压捆、压饼、压块等机具设计的理论依据，具有重要的价值。 1 ：= = = ：= ：= 耋垦些兰堑兰燮生坐堡丝奎 1 9 3 8 年西德学者斯卡维特( S k a l w e i t ) 首次开始研究纤维物料在压缩过程中的压缩机理。 他通过在密闭容器内以低速压缩牧草，来研究压缩力和压缩后牧草容积密度之间的关系，并 得出了如下压缩力和压缩后物料容积密度之间的规律： P = c y ”( 1 - 1 ) 式中：p 一压缩力k # c m 2 ： 丫压缩后物料的密度k g m 3 ； c ：丛： 聆 P o 初始压缩力k # c m 2 ； Y o _ 一物料的初始密度k g m 3 ； m 是试验系数。 1 9 5 9 年西德另一位学者麦威斯( M e w e s ) 通过实验研究分析斯卡维特( S k a l w e i t ) 所得 出的数学模型，根据分析研究，他对斯卡维特的结论给予肯定，同时，他认为纤维物
