打捆包膜一体机的研究与试制

袁正华

（上海世达尔现代农机有限公司，上海市 200245）

0 引言

2021年中央1号文件《中共中央国务院关于全面推进乡村振兴加快农业农村现代化的意见》中提出“鼓励发展青贮玉米等优质饲草饲料”内容。打捆包膜机作为青贮优质饲料裹包制作的先进农机装备，已经越来越受市场和农机户欢迎。

打捆包膜一体机主要通过固定作业方式，拖拉机或电动机提供动力源，把松散或细段的牧草、青贮玉米等饲草料，通过投料仓进入到输送装置，然后投入到圆捆机的腔体内，通过滚筒皮带的带动、缠网，饲草料成为结实的网包圆捆，最后通过搬运装置，到达包膜装置，完成缠膜作业，变成密封的缠膜捆包。

1 基本构造和主要功能部件研究

1）打捆包膜一体机按草料流动方向来看，主要包含草料仓总成、输送喂入装置、捆包成型装置、搬运装置、包膜装置等五大功能部件。该机各功能装置的运转，由液压驱动、机械传动、电器控制等系统，通过编程控制，互相制约，协调实施。

如图1所示，草料仓总成由料仓和水平输送机构组成，草料进入料仓通过水平输送机构向后方运送。

图1 打捆包膜一体机

输送喂入装置由倾斜输送机构和水平喂入机构两段组成，草料进到倾斜输送机构上，逐步均匀地通过水平喂入机构将草料喂入捆包成型装置的内腔。

捆包成型装置由布置成圆形的滚筒组和缠网机构组成。滚筒组形成一个圆形内腔，松散的草料在滚筒高速运转下变成紧密的草捆，然后通过缠网机构，将草捆缠上网，形成不易散捆的包。

搬运装置将完成捆包的草捆运送到包膜装置里，通过液压系统传递动力，由链轮和链板组成。

包膜装置由转台、包膜机构、回转臂等组成，草捆进入包膜装置，回转臂将薄膜缠绕到草捆上，经过转台的旋转并按照设定包膜层数进行包膜作业，层数达到要求时，停止包膜，转台翻转，草捆滚落至地面，形成需要的密封良好缠膜捆包。

2）本机液压系统由输送器阀组、上料阀组、捆包阀组、网机构阀组、搬运输送器阀组、包膜阀组、齿轮泵、油箱、冷却器等组成。

草料仓总成的水平输送机构由输送器阀组系统来控制动作。本阀组系统机能符号如图2所示，由阀块、电磁换向阀、溢流阀、液压马达等组成。电磁换向阀最大工作流量40 L/min，最大工作压力35 MPa；溢流阀最大工作流量30 L/min，调节范围18～35 MPa。

图2 输送器阀组系统

输送喂入装置由上料阀组系统控制动作、调节速度。本阀组系统机能符号如图3所示，由阀块、溢流阀、比例调速阀、压力补偿器、电磁换向阀、节流阀、液控单向阀、分流集流阀、液压马达、油缸等组成。溢流阀最大工作流量200 L/min，调节范围1～35 MPa；比例调速阀最大工作压力21 MPa，流量调节范围1～28 L/min。

图3 上料阀组系统

捆包成型装置由捆包阀组、网机构阀组等两个系统协同作用进行各项动作，完成草捆成型、缠网、放捆等系列连续动作。捆包阀组系统机能符号如图4所示，由阀块、电磁换向阀、溢流阀、压力传感器、单向节流阀、液控单向阀、蓄能器、比列溢流阀、油缸等组成。蓄能器容积为0.75 L，预充压力40 bar，与液压油缸一起作用，起到保压功能，草捆成型时保持草捆密度稳定。网机构阀组由阀块、溢流阀、电磁换向阀、液控单向阀、压力传感器、单向节流阀、马达等组成。溢流阀调压范围2～21 MPa，初始设定压力为12 MPa。

图4 搬运输送器阀组系统

搬运装置由搬运输送器阀组系统进行动作控制。本阀组系统由阀块、电磁换向阀、溢流阀、马达等组成。马达选用BMR-400，排量400 cc/rev，最大输出扭矩38 daNm。

包膜装置由包膜阀组系统控制整个包膜过程每个动作的运转。本阀组系统由阀块、液控单向阀、电磁换向阀、节流阀、单向阀、马达、液压油缸等组成。马达选用排量250 cc/rev，最大输出扭矩38 daNm。

3）电器控制系统由显示器、控制器、传感器和遥控器等组成，如图5所示。接收显示器操作指令并控制电磁阀开启或关闭，以达到自动控制一体机执行送料、送网、切网、后机架打开、后机架关闭和包膜等动作。

图5 电器控制系统

显示器选用型号RT0500，系统分自动模式（AUTO）和手动模式（MANUAL），通过按键切换，自动模式下，显示屏中间显示整个系统运行状态，绿色表示正常，黄色表示注意，红色表示错误；当某个部件出现问题后，蜂鸣器报警并在相应位置显示红色。

手动模式下，通过按键来切换执行哪个部件，显示屏显示当前要操作的部件并显示蓝色，按键执行部件的上下动作，同时相应箭头显示蓝色。

显示页面可显示当前操作模式、转速、打包数量等。

控制器选用型号RT-T172，接收传感器信息并将接收到的信息通过计算显示在显示屏上。控制器功能模块输出47个、输入36个、输出电源8个、现场总线8个。

输送喂入装置部位有电感传感器，捆包成型装置部位除液压系统的压力传感器外，还有角度传感器、电磁传感器、电感传感器等，包膜装置部位有角度传感器、电磁传感器、光电传感器等。

电感传感器选用Telemecanique 电器的XS118BLPAM12型、电磁传感器选用欧姆龙公司的GLS-S1型、角度传感器选用Novotechnik公司的SP2800型、光电传感器选用型号为PZM-71P型、压力传感器选用型号为LVC1134GG1400型。

遥控器由无线发射器和无线接收器组成，无线发射器选用BEB型8点按键式，防护等级IP65；无线接收器选用型号R11C-2，24路继电器和12路PWM输出。

2 一体机作业试验、检测

样机完成后，经过厂内试运转后，分别在河南和甘肃两省进行了场地作业试验。

2.1 作业试验情况

在河南省邓州市，作业对象是青贮玉米，湿度在63%，切断长为20～40 mm。单个捆包重量平均为830 kg，单个捆包完成时间平均为4 min。作业中，检查底板输送器、供给输送器、成型室捆包、网包机构、搬运输送器、包膜机构等各工作部件，功能和性能良好；监测齿轮箱油温、液压油温等，均在可控范围内；试验中，调试电器和液压控制系统，解决捆包未缠网、后机架就自动打开等问题。

经过作业试验，发现样机作业效率未达到设计要求，市场要求完成单个捆包作业时间为3 min左右。样机需要进一步改善，主要原因分析和改进对策如下：

1）草料进入成型室的逻辑控制不合理。改进对策是捆包腔体满料后追料30秒后，再下网缠网。

2）成型室的皮带在草料充满后进料不畅，这样延长了作业时间。改进对策是降低草料供给量，追加满料完成按钮。

3）成型室前、后、上部漏料严重。改进对策是调整各部输送能力和优化程序设置值。

经过以上改善，样机继续作业试验。在甘肃省庆阳市，作业对象是青贮玉米，湿度在70%，切断长为30 mm左右。单个捆包重量平均为960 kg，单个捆包完成时间平均为2.9 min，基本满足市场需求。

2.2 产品主要技术规格

1）名称：打捆包膜一体机；

2）挂接方式：固定式；

3）配套动力型式：拖拉机或电动机；

4）适用草捆直径：1 150 mm；

5）适用草捆长度：1 200 mm；

6）卷压滚筒数量：17个；

7）膜架数量：2个。

2.3 产品性能检测结果

经过以上作业试验，公司邀请农机检测机构在甘肃定西市，对样机各项性能指标进行了检测。物料含水率70%，单个捆包重量平均达1 010 kg，详细性能检测结果见表1。

表1 性能检测结果

3 结语

通过两年的技术研发，样机进行了作业试验和性能检测，打捆包膜一体机研制基本达到了试验研究的目的。由于样机投入成本高，制造成本接近200万元，场地准备、物料准备、作业季节等作业试验条件比较苛刻，样机的实地可靠性试验没有充分进行。将来还要进行如下工作和研究：

1）在小批量生产中，提高机械、液压、电器控制系统的稳定性，解决因此产生的作业效率不高的问题。

2）继续研究捆包成型装置，改善进料口结构，提高物料进入的效率，以此进一步提高整机作业效率。

3）捆包成型后，研究用拉伸膜对草捆缠绕成捆，替换目前使用的网缠绕结构，满足大型农场饲喂牛羊的特殊市场需求。