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新型自走式玉米青贮饲料收获机研发及产业化项目为内蒙古自治区科技重大专项,项目的科技人员主要由项目承担单位赤峰市宁城长明机械有限公司的研发中心的研发人员及中国农业机械化科学研究院、中国农业大学、内蒙古自治区畜牧业装备工程技术研究院、内蒙古农业大学、赤峰工业职业技术学院、赤峰巨昌机械有限公司的专家和工程技术人员构成,目前国内使用的专业青贮机大型产品3.5米割幅以上都是进口产品,国内没有企业能够生产。中型产品2.5米-3.5米割幅国外产品比较少,主要是由于国外青贮收获机主攻大型产品,中型产品没能换代更新,国外这一类产品大多都技术过时,产品不同程度存在缺陷。2.5米割幅以下小型产品,由于效率低,经济性差,不受购机户欢迎。我国从70年代开始就对青饲料收获机的需求日益迫切,为此中国农业机械化科学研究院从70年代开始研制青饲料收获机,设计了我国第一种型号的牵引式青饲料收获机“9QS—10”型及第一种型号的悬挂式青饲料收获机“9QS—5”型机型。此后,一些农机生产企业陆续开始走仿制、吸收、研发的路子,日前国内中型产品主要有中机美诺9265、新疆牧神3000、石家庄美迪、北京德乐等。因青贮机械在国内起步较晚,产品均存在不同缺陷,主要是在关键技术上未能取得突破:一是在割台设计上存在技术缺陷,无法应对田间杂草和半青秸秆,容易造成缠绕;二是喂入不均匀,切碎效果不理想;三是车身结构复杂、庞大,动力损耗严重,故障率高;四是自动化水平低。
一、主要研究内容及技术路线
1.主要研究内容。研发了一种适合我国农艺要求的,集安全、高效、智能于一身的新型自走式玉米青贮饲料收获机,该机可一次性完成玉米青贮饲料不对行切割、输送、切碎、抛送装车作业。(1)研究设计玉米青贮饲料的收割装置、喂入装置、切碎装置、抛送装置。割幅2800cm,切碎滚筒直径660mm,茎秆切碎长度5-40mm长度随意可调,物料出口速度55m/s,抛送筒左右旋转角度90°,生产率 0.67-1.33hm2/h。(2)研究设计底盘部分(行走装置、制动装置、传动装置、转向装置、动力输出装置、液压系统)电器设备、发动机。发动机功率260HP,作业速度0-22km/h,行驶速度0-40km/h。(3)根据人体工程学原理设计舒适、安全、智能的驾驶室及作业操纵装置。空气减震座椅。通过多功能集成操纵杆上的不同按钮,不仅控制行进速度、行进方向、还可控制割台和抛送装置等工作装置。通过驾驶室内的不同显示屏,可监视各部分的作业效果,故障诊断及维护提示。(4)利用计算机控制技术及磁、电原理研究设计各部分的感应、监测、智能控制系统及防异物喂入系统。感应器的灵敏度可自行调节,喂入辊最快可在千分之一秒之内停止。
2.技术路线。(1)由项目组专家及技术骨干集体研究,提出总体设计方案,确定该产品定位标准,最后项目组领导和公司领导共同批准,确定总体设计方案。项目小组于2013年5确定了该产品的总体设计方案:开发一种适合我国农艺要求的、集不对行收割、输送、切碎、抛送装车功能于一身的的新型自走式玉米青贮饲料收获机,该机具备动力高效、智能控制、自动化化程度高、自行开道、不对行切割、自动磨刀、强制喂入、切段长度可调、防堵塞、防异物喂入、驾驶和操纵舒适方便、人性化设计的特点。(2)由项目组共同研究确定整机结构方案和主要参数,2013年10月份确定了该产品的整机结构方案:割台采用圆盘式切割器,由德国krone公司协助制造,智能控制系统由德国krone公司协助设计制造,切碎装置采用大直径切碎滚筒、多刀片倾斜排列式切碎器。(3)项目组采用分工设计的方法对各部分的结构进行设计,整个设计过程采用计算机进行动力学,运动学分析,如不符合需对设计方案、图纸进行更改,直到合理后,才可绘制零件图,装配图。各部分设计完成后再对整个样机进行整合设计。最后完成整个样机的设计。(4)样机制造,除了发动机、前桥和后桥部分外购之外,其余各部分均由我公司自行生产制造。样机制造完成后,在小批量生产过程中减少了外购件的数量,这样可以充分提高设备的利用率,以降低产品制造成本。(5)样机测试试验,由国内知名研究单位协助测试各个部分的性能,整机试验由内蒙古农牧业机械试验鉴定总站协助试验。(6)通过样机试验发现样机的不足与缺陷,进而对样机进行改进,再进一步通过试验验证样机的性能,同时对生产工艺流程和工装设备进行优化。(7)样机性能达到要求后,准备小批量生产。项目实施准备、资金筹集安排,厂房改造、勘察设计和设备订货、设备制造,施工准备。小批量生产、投入使用达到预期效果后,进行新产品鉴定。最后建设生产线。
二、项目创新性
(1)采用先进的圆盘切割器,实现真正意义上的不对行切割。(2)采用大马力发动机作强劲动力,打破国内机型普遍动力不足,效率低下的局面。(3)喂入机构的设计:为了简化结构,喂入机构采用两个上喂入轮、三个下喂入轮来输送物料。(4)采用滚筒式、多刀片倾斜排列式切碎器,可有效防止物料堵塞,保障连续顺畅的物料流。(5)采用高强度、高耐磨性复合材料刀具,提高切割水平,保障收割装置和切碎装置高效运转,提高可靠性。(6)设有物料二次加速抛送机构,采用加速风机加速,物料出口速度可达50m/s以上,抛送距离远,便于物料接取,不受有风天气的影响,可有效减少抛送物料过程中的损失。(7)加大了后轮轮距,增强了整机的稳定性。(8)将电子控制系统,液压系统及机械操作系统有机地结合在一起,提高了整机的操控性。(9)利用计算机控制系统及摄像头对关键作业部件的作业状态进行监控。(10)驾驶室采用人体工程学原理设计,具有静音、防尘、安全、舒适、智能化程度高的特点,全新外观设计,美观实用。(11)中央自动润滑系统保证机器在工作中自动对所有旋转部件进行充分的润滑,同时根据不同部件的转速与磨损量决定润滑脂供应量,延长机器使用寿命,提高可靠性。
1.技术指标完成情况。研制成功的4QZ-280型自走式青贮饲料收获机严格按照项目任务书规定的基本参数和性能指标进行设计的,达到了设计要求。4QZ-280型基本参数及性能指标如下: 三、成果指标
(1)专利。获得实用新型3项:青贮饲料收获机割台退草装置专利号:201420621109.2。青贮饲料收获机喂入压实装置专利号:201420611809.3。轴承座专利号:201420647155.X。申请发明专利3项(已受理):青贮饲料收获机割台退草装置专利申请号:201410576989.0。青贮饲料收获机喂入压实装置专利申请号:201410564558.2。轴承座专利申请号:201410607980.1。(2)技术标准:项目承担单位自行编制出了饲料收获机生产加工机械操作规程(操作卡片);编制了《4QZ-280型自走式青贮饲料收获机使用说明书》;制定了《青贮饲料收获机企业标准》。
四、发展前景
该机具结构新颖:采用了薄型塔轮式割台设计,该割台喂入均匀,割茬低、能收割轻微倒伏秸秆;在割台上采用了两个逆向塔齿状退草轮、可有效防止杂草缠绕塔轮;采用两个大浮动喂入辊,保证了喂入顺畅不堵塞;加速器采用梳齿状抛送叶片,在抛送的同时,将饲料二次打碎、揉搓;浮动辊的动力传动采用弯连杆传动,解决了浮动辊动力传动困难的难题,简化了传动过程,减少了故障发生率。该机具主要用于青(黄)贮玉米、高粱等作物的不对行收获。既适用于农牧场的大面积作业,亦可用于农牧民种植户的小面积作业,适用范围广,适用性强,具有广阔的发展前景。
五、存在的问题及今后改进意见
该项目虽然已按项目任务书圆满完成,但在项目开发过程中仍然存在些许不足之处,还需在今后的工作中逐步完善。
1.存在的问题。(1)由于是第一次承担自治区科技重大专项项目,缺乏相应的经验,在各个环节的衔接方面做的不是非常完美,公司各部门给予的配合力度略显不足。(2)4QZ-280型自走式青贮饲料收获机的使用可靠性还需进一步加强,在使用中偶尔会出现链条断裂、轴承损坏现象。(3)4QZ-280型自走式青贮饲料收获机现正处于小批量试制阶段,售后服务的力量目前有点薄弱。(4)国家投入的专项资金太少。由于该项目所需资金量较大,国家财政投入的资金所占比例较小,不到企业自筹部分的十分之一,企业自筹部分太大,无形中加重了企业的财务负担,难免会在一定程度上影响企业其他方面的资金需求。(5)市场开发方面,由于现阶段是小批量试制阶段,在市场开发方面下的力度还不够大,只在自治区小范围内进行了试验试推广。
2.改进意见。(1)在今后的重大产品开发项目工作中,要总结经验,充分协调和调动公司所有部门的力量,要充分聚合农机战略联盟的技术力量,对技术关键和技术难点进行联合攻克,以缩短开发时间,提高产品开发效率。(2)首批试制的10台,使用中偶尔会出现小故障,是新产品开发过程中不可避免出现的现象。今年试制的50台产品已针对使用中出现的故障进行了优化改进,今年产品的故障率会进一步降低。通过以后的不断优化改进,争取将产品的使用可靠性大幅度提高,使产品在可靠性方面战胜国内其他厂家,从而增强产品的市场竞争力。
(作者单位:赤峰工业职业技术学院 内蒙古长明机械股份有限公司)
作者简介
曹毅杰,男,(1962-)高级工程师,主要研究机械设计与制造。
李绍华,男(1982-)助理工程师,主要研究农机制造。
康秀川,男,(1970-)助理工程师,主要研究畜牧机械.
一、主要研究内容及技术路线
1.主要研究内容。研发了一种适合我国农艺要求的,集安全、高效、智能于一身的新型自走式玉米青贮饲料收获机,该机可一次性完成玉米青贮饲料不对行切割、输送、切碎、抛送装车作业。(1)研究设计玉米青贮饲料的收割装置、喂入装置、切碎装置、抛送装置。割幅2800cm,切碎滚筒直径660mm,茎秆切碎长度5-40mm长度随意可调,物料出口速度55m/s,抛送筒左右旋转角度90°,生产率 0.67-1.33hm2/h。(2)研究设计底盘部分(行走装置、制动装置、传动装置、转向装置、动力输出装置、液压系统)电器设备、发动机。发动机功率260HP,作业速度0-22km/h,行驶速度0-40km/h。(3)根据人体工程学原理设计舒适、安全、智能的驾驶室及作业操纵装置。空气减震座椅。通过多功能集成操纵杆上的不同按钮,不仅控制行进速度、行进方向、还可控制割台和抛送装置等工作装置。通过驾驶室内的不同显示屏,可监视各部分的作业效果,故障诊断及维护提示。(4)利用计算机控制技术及磁、电原理研究设计各部分的感应、监测、智能控制系统及防异物喂入系统。感应器的灵敏度可自行调节,喂入辊最快可在千分之一秒之内停止。
2.技术路线。(1)由项目组专家及技术骨干集体研究,提出总体设计方案,确定该产品定位标准,最后项目组领导和公司领导共同批准,确定总体设计方案。项目小组于2013年5确定了该产品的总体设计方案:开发一种适合我国农艺要求的、集不对行收割、输送、切碎、抛送装车功能于一身的的新型自走式玉米青贮饲料收获机,该机具备动力高效、智能控制、自动化化程度高、自行开道、不对行切割、自动磨刀、强制喂入、切段长度可调、防堵塞、防异物喂入、驾驶和操纵舒适方便、人性化设计的特点。(2)由项目组共同研究确定整机结构方案和主要参数,2013年10月份确定了该产品的整机结构方案:割台采用圆盘式切割器,由德国krone公司协助制造,智能控制系统由德国krone公司协助设计制造,切碎装置采用大直径切碎滚筒、多刀片倾斜排列式切碎器。(3)项目组采用分工设计的方法对各部分的结构进行设计,整个设计过程采用计算机进行动力学,运动学分析,如不符合需对设计方案、图纸进行更改,直到合理后,才可绘制零件图,装配图。各部分设计完成后再对整个样机进行整合设计。最后完成整个样机的设计。(4)样机制造,除了发动机、前桥和后桥部分外购之外,其余各部分均由我公司自行生产制造。样机制造完成后,在小批量生产过程中减少了外购件的数量,这样可以充分提高设备的利用率,以降低产品制造成本。(5)样机测试试验,由国内知名研究单位协助测试各个部分的性能,整机试验由内蒙古农牧业机械试验鉴定总站协助试验。(6)通过样机试验发现样机的不足与缺陷,进而对样机进行改进,再进一步通过试验验证样机的性能,同时对生产工艺流程和工装设备进行优化。(7)样机性能达到要求后,准备小批量生产。项目实施准备、资金筹集安排,厂房改造、勘察设计和设备订货、设备制造,施工准备。小批量生产、投入使用达到预期效果后,进行新产品鉴定。最后建设生产线。
二、项目创新性
(1)采用先进的圆盘切割器,实现真正意义上的不对行切割。(2)采用大马力发动机作强劲动力,打破国内机型普遍动力不足,效率低下的局面。(3)喂入机构的设计:为了简化结构,喂入机构采用两个上喂入轮、三个下喂入轮来输送物料。(4)采用滚筒式、多刀片倾斜排列式切碎器,可有效防止物料堵塞,保障连续顺畅的物料流。(5)采用高强度、高耐磨性复合材料刀具,提高切割水平,保障收割装置和切碎装置高效运转,提高可靠性。(6)设有物料二次加速抛送机构,采用加速风机加速,物料出口速度可达50m/s以上,抛送距离远,便于物料接取,不受有风天气的影响,可有效减少抛送物料过程中的损失。(7)加大了后轮轮距,增强了整机的稳定性。(8)将电子控制系统,液压系统及机械操作系统有机地结合在一起,提高了整机的操控性。(9)利用计算机控制系统及摄像头对关键作业部件的作业状态进行监控。(10)驾驶室采用人体工程学原理设计,具有静音、防尘、安全、舒适、智能化程度高的特点,全新外观设计,美观实用。(11)中央自动润滑系统保证机器在工作中自动对所有旋转部件进行充分的润滑,同时根据不同部件的转速与磨损量决定润滑脂供应量,延长机器使用寿命,提高可靠性。
1.技术指标完成情况。研制成功的4QZ-280型自走式青贮饲料收获机严格按照项目任务书规定的基本参数和性能指标进行设计的,达到了设计要求。4QZ-280型基本参数及性能指标如下: 三、成果指标
(1)专利。获得实用新型3项:青贮饲料收获机割台退草装置专利号:201420621109.2。青贮饲料收获机喂入压实装置专利号:201420611809.3。轴承座专利号:201420647155.X。申请发明专利3项(已受理):青贮饲料收获机割台退草装置专利申请号:201410576989.0。青贮饲料收获机喂入压实装置专利申请号:201410564558.2。轴承座专利申请号:201410607980.1。(2)技术标准:项目承担单位自行编制出了饲料收获机生产加工机械操作规程(操作卡片);编制了《4QZ-280型自走式青贮饲料收获机使用说明书》;制定了《青贮饲料收获机企业标准》。
四、发展前景
该机具结构新颖:采用了薄型塔轮式割台设计,该割台喂入均匀,割茬低、能收割轻微倒伏秸秆;在割台上采用了两个逆向塔齿状退草轮、可有效防止杂草缠绕塔轮;采用两个大浮动喂入辊,保证了喂入顺畅不堵塞;加速器采用梳齿状抛送叶片,在抛送的同时,将饲料二次打碎、揉搓;浮动辊的动力传动采用弯连杆传动,解决了浮动辊动力传动困难的难题,简化了传动过程,减少了故障发生率。该机具主要用于青(黄)贮玉米、高粱等作物的不对行收获。既适用于农牧场的大面积作业,亦可用于农牧民种植户的小面积作业,适用范围广,适用性强,具有广阔的发展前景。
五、存在的问题及今后改进意见
该项目虽然已按项目任务书圆满完成,但在项目开发过程中仍然存在些许不足之处,还需在今后的工作中逐步完善。
1.存在的问题。(1)由于是第一次承担自治区科技重大专项项目,缺乏相应的经验,在各个环节的衔接方面做的不是非常完美,公司各部门给予的配合力度略显不足。(2)4QZ-280型自走式青贮饲料收获机的使用可靠性还需进一步加强,在使用中偶尔会出现链条断裂、轴承损坏现象。(3)4QZ-280型自走式青贮饲料收获机现正处于小批量试制阶段,售后服务的力量目前有点薄弱。(4)国家投入的专项资金太少。由于该项目所需资金量较大,国家财政投入的资金所占比例较小,不到企业自筹部分的十分之一,企业自筹部分太大,无形中加重了企业的财务负担,难免会在一定程度上影响企业其他方面的资金需求。(5)市场开发方面,由于现阶段是小批量试制阶段,在市场开发方面下的力度还不够大,只在自治区小范围内进行了试验试推广。
2.改进意见。(1)在今后的重大产品开发项目工作中,要总结经验,充分协调和调动公司所有部门的力量,要充分聚合农机战略联盟的技术力量,对技术关键和技术难点进行联合攻克,以缩短开发时间,提高产品开发效率。(2)首批试制的10台,使用中偶尔会出现小故障,是新产品开发过程中不可避免出现的现象。今年试制的50台产品已针对使用中出现的故障进行了优化改进,今年产品的故障率会进一步降低。通过以后的不断优化改进,争取将产品的使用可靠性大幅度提高,使产品在可靠性方面战胜国内其他厂家,从而增强产品的市场竞争力。
(作者单位:赤峰工业职业技术学院 内蒙古长明机械股份有限公司)
作者简介
曹毅杰,男,(1962-)高级工程师,主要研究机械设计与制造。
李绍华,男(1982-)助理工程师,主要研究农机制造。
康秀川,男,(1970-)助理工程师,主要研究畜牧机械.