一種對數螺線式圓捆成形裝置及方法
2023-08-04 04:09:41
專利名稱：一種對數螺線式圓捆成形裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種圓捆打捆機及其成形方法，特別是關於一種對數螺線式圓捆成形 裝置及方法。
背景技術：
圓捆打捆機是將物料製成圓柱形捆狀物的加工機械，其工作過程是把物料輸送餵 入機具，旋轉壓縮成圓捆，並採用網或繩包卷圓捆。圓捆打捆機的優點是結構簡單，使用調 整方便，物料適用性廣，但與方捆打捆機相比，還存在著作業效率低的缺點，因此，如何提高 圓捆打捆機的作業效率及作業可靠性，對圓捆打捆機的普及和推廣有著重要意義。通過對現有圓捆打捆機的分析研究發現餵入物料時發生擁堵現象，以及圓捆成 形速度慢是影響圓捆打捆機作業質量和作業效率的主要原因。圓捆打捆機的核心部件是成 形艙，其功能是使物料在成形艙的內腔中不斷旋轉，逐漸形成圓捆。傳統的成形艙中，不論 壓捆部件採取何種形式，所有壓捆部件圍成的內腔都為圓柱形，該成形艙的結構簡單，便於 加工，但物料從餵入到成形過程中，橫截面積急劇變小，從而發生餵入困難、擁堵、餵入口零 部件損壞等現象。採用傳統的圓捆成形方法，圓捆在壓制過程中物料因被壓縮而產生的蠕 變能不斷積聚，而不能得到釋放，導致成捆所需要的動力急劇增大，損壞傳動部件。由於圓 捆打捆機的餵入均勻性和壓捆阻力變化對打捆機圓捆成形具有重大影響，因此，要求餵入 儘量均勻，壓捆阻力變化均勻。
發明內容
針對上述問題，本發明的目的是提供一種物料餵入均勻、順暢，圓捆成形過程中動 力輸入波動小的對數螺線式圓捆成形裝置及方法。為實現上述目的，本發明採取以下技術方案一種對數螺線式圓捆成形裝置，其特 徵在於它包括設置在機架上的對數螺線式餵料機構、對數螺線式成形艙和液壓機構，所述 成形艙的輸入端位於所述餵料機構的輸出端；所述餵料機構包括由動力設備驅動的驅動 輪、主導輪、若干從導輪和圍繞各輪設置的一輸送帶；所述主導輪和各所述從導輪支撐的所 述輸送帶為一段對數螺線形工作表面；所述成形艙包括對稱設置的兩艙壁，所述兩艙壁頂 端轉動設置在所述機架上；所述兩艙壁上對稱設置有一導軌，導軌呈對數螺線連接扇形圓 弧線形；在所述導軌外側的所述兩艙壁之間設置有與所述導軌的弧線對應的若干外導輪， 所述兩艙壁頂端前方的機架上設置有一動力設備驅動的主動鏈輪；所述兩艙壁的末端設 置有一從動鏈輪，所述主動鏈輪與所述從動鏈輪通過兩根鏈條嚙合連接，兩所述鏈條分別 設置在所述主動鏈輪和從動鏈輪的兩軸端，且限位於各所述外導輪與所述導軌之間的間隙 內；兩所述鏈條之間設置有一系列壓捆單元，各所述壓捆單元之間緊密搭接；所述液壓機 構包括分別鉸接在所述兩艙壁外側機架上的液壓缸，兩所述液壓缸另一端的活塞杆分別鉸 接在相應一側的所述艙壁上。所述壓捆單元為燕尾形鏈式壓捆單元，每一所述燕尾形鏈式壓捆單元包括一截面呈燕尾形的壓捆板，所述壓捆板的兩端均設置有連接相應一側所述鏈條上鏈片的連接板。兩所述活塞杆與兩所述艙壁的鉸接處均設置有液壓缸安全鎖。所述餵料機構中，所述輸送帶沿主導輪和各從導輪到成形艙輸入端的方向形成的 對數螺線形工作表面特徵如下假設x-o-y是以成形艙內預形成的圓捆中心為坐標原點ο 的坐標系，則對數螺線形工作表面和其延長線在x-o-y面內的交線符合下述曲線方程ρ = ke9cotA其中，ρ為極半徑，表示對數螺線形工作表面和其延長線上的任意點距離圓捆在 x-o-y面中心的距離；k為表徵該對數螺線曲率特性的參數，通過物料壓縮實驗獲得；θ是 極半徑P與坐標軸ο-χ的夾角。λ為該對數螺線上的任意切線與極半徑P的夾角；上式
中，令m = cotX，則/l = arctan丄，曲線上任意點的曲率半徑為ζ，i = 1，2，3 ·，構
msin λ
造其直角坐標系下的參數方程可得χ = kem9C0S θy = kem0sin θ根據上述參數方程，並代入一定的θ角，即可得到構成對數螺線形工作表面的主 導輪和各從導輪的(x，y)坐標位置。所述成形艙中，導軌的對數螺線段的軌跡具有以下特徵假設x-o-y是以圓捆中 心為坐標原點ο的坐標系，導軌的對數螺線形段在x-o-y面的投影符合下述曲線方程ρ 『 = k' e' θ' cotA'其中，ρ'為極半徑，表示導軌的對數螺線形段上的任意點距離圓捆在x-o-y面 中心的距離；k'為表徵該對數螺線曲率特性的參數，通過物料壓縮實驗獲得；θ 『為極半 徑ρ 『與坐標軸O-X的夾角。λ 『為該對數螺線上任意切線與極半徑P 『的夾角；上式
中，令m' = cot λ 『，則A^arctani7,該對數螺線上任意點的曲率半徑為= 1，
msin λ
2,3 ·，構造其直角坐標系下的參數方程可得χ = k' em' θ' cos θ 『y = k' em' θ' sin θ 『根據上述參數方程，並代入一定的θ 『角，即可得到各外導輪的(X，y)坐標位 置；α' =90° -λ'，α'表示各壓捆單元組成的對數螺線形工作面與物料的摩擦角；且 α 『 ^ Ψ, Ψ為物料與壓捆板單元的自鎖摩擦角。一種上述裝置的對數螺線式圓捆成形方法，其包括以下步驟1)物料通過餵料機 構的輸送帶餵入，通過對數螺線式的工作表面將物料初次壓縮後，送入成形艙；2)物料落 入成形艙底部，動力設備驅動主動鏈輪通過鏈條帶動從動鏈輪轉動，物料通過鏈條上的壓 捆單元的摩擦力向上運動進入對數螺線形的物料壓縮段，接受二次壓縮；幻物料繼續進入 扇形的圓捆保持段，隨著物料的不斷餵入、壓實，最後形成圓捆；4)圓捆成形並通過設置在 成形艙外部的裹網機構或者捆繩機構進行裹網或捆繩後，主動鏈輪停轉，幻液壓缸驅動活 塞杆升起，帶動成形艙撐起，使成形艙內的圓捆放出落下，一個作業循環完成。本發明由於採取以上技術方案，其具有以下優點1、本發明的餵料機構由於設置 了對數螺線形工作表面，對數螺線形工作表面與成形艙之間具有恆定的餵入角，因此，能夠 使物料均勻進入成形艙，可解決物料餵入擁堵問題。2、本發明由於採用對數螺線式成形艙和燕尾形壓捆板，物料在成形艙內被壓縮旋轉時，嚴格控制的摩擦角保證了物料與壓捆板 自鎖，避免了相對滑動，提高了打捆效率，減少打捆的動力消耗，減少作業故障。3、本發明 由於在兩鏈條之間設置有燕尾形鏈式壓捆單元，且相鄰的燕尾形鏈式壓捆單元在工作過程 中，相互搭接，提高了成形艙的嚴密性，減少了物料損失，而且凸起的燕尾具有增加摩擦力 的作用。4、本發明成形艙的壓縮段由於具有對數螺線形導軌，這種特定、獨特的形狀使物料 在餵入、成形時摩擦受力方向與運動方向所夾角度不變，從而達到餵料順暢、圓捆成形過程 中動力輸入波動小的目的。本發明結構設計巧妙，操作方便，可廣泛用於物料打捆過程中。
圖1是本發明裝置結構示意2是本發明餵料機構結構示意3是本發明成形艙結構示意4是本發明成形艙導軌及外導輪安裝位置示意5是本發明燕尾形鏈式壓捆板結構示意6是本發明物料餵料、成形軌跡示意圖
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進行詳細的描述。如圖1所示，本發明裝置包括設置在機架上的對數螺線式餵料機構1和對數螺線 式成形艙2，成形艙2設置在餵料機構1的輸出端。如圖1、圖2所示，餵料機構1包括一由動力設備驅動的驅動輪11、一主導輪12、若 幹從導輪13和圍繞各輪設置的一輸送帶14。驅動輪11、主導輪12和各從導輪13分別通 過一導輪軸平行設置在機架上；其中，各從導輪13位於主導輪12的斜下方，且呈對數螺線 軌跡排列，直至排列到成形艙2的輸入端。輸送帶14從主導輪12到成形艙2輸入端的方 向通過各從導輪13支撐形成一段對數螺線形工作表面15，對數螺線形工作表面15與成形 艙2內預形成的圓捆形成一個恆定的餵入角。上述實施例中，從導輪13至少設置有三個。如圖1、圖3、圖4所示，成形艙2包括兩艙壁21、若干外導輪22、一從動鏈輪23和 一由動力設備驅動的主動鏈輪24。兩艙壁21對稱設置，每一艙壁21分別由一扇形體和一對數螺線形體合成於一體， 艙壁21的外緣弧度為一扇形線和一對數螺線形成的曲線(如圖4所示)，其中對數螺線形 段為物料壓縮段25，扇形體段為圓捆保持段26。兩艙壁21的頂端通過轉軸27轉動設置在 機架上。兩艙壁21相對的兩側面上分別設置有一與扇形體同心的扇形凸臺觀。兩扇形凸 臺觀外側的艙壁上分別設置有一導軌四，兩導軌四的弧度均與艙壁21的外緣弧度一致， 為對數螺線連接扇形圓弧線形。若干外導輪22沿艙壁21的外緣弧度平行間隔設置在導軌四外側的兩艙壁21之 間，各外導輪22的兩軸端分別與相應一側的艙壁21連接。從動鏈輪23設置在兩艙壁21的末端，其兩軸端分別連接相應一側的艙壁21，且從 動鏈輪23與各外導輪22平行。
主動鏈輪M設置在兩艙壁21頂端前方的機架上。主動鏈輪M與從動鏈輪23平 行，且通過兩根鏈條30嚙合連接，兩鏈條30分別設置在主動鏈輪M和從動鏈輪23的兩軸 端，兩鏈條30分別限位於各外導輪22與相應導軌四之間的間隙內，形成與艙壁21外緣弧 度一致的對數螺線連接扇形圓弧線形。兩鏈條30之間設置有一系列壓捆單元31，每個壓捆單元31之間緊密搭接，每個壓 捆單元31的兩端分別對應設置在相應一側鏈條30的鏈片上。兩鏈條30在導軌四與外導 輪22形成的間隙間傳動，從而使壓捆單元31在成形艙2的內側形成一個與導軌四弧度相 同的運行軌跡，即對數螺線連接扇形圓弧線形，其中，對數螺線段為物料壓縮段25，扇形段 為圓捆保持段26。在工作過程中，一系列壓捆單元在主動鏈輪M的驅動下隨鏈條30沿導 軌四運動壓縮物料，直至圓捆成形並裹網後停止運動。由於每個壓捆單元31之間緊密搭 接，因此，可有效阻止物料洩漏，減少了打捆損失。如圖5所示，壓捆單元31可以為燕尾形鏈式壓捆單元，每一燕尾形鏈式壓捆單元 包括一截面呈燕尾形的壓捆板32，壓捆板32的兩端均設置有連接相應一側鏈條30上的鏈 片的連接板33，連接板33與鏈片之間通過鉚釘連接。上述實施例中，在滿足實際工作傳動性能的條件下，壓捆單元31中的壓捆板截面 也可以採用其他形狀，例如工字型、槽形等。如圖3所示，成形艙2的兩艙壁21外側設置有液壓機構4，液壓機構4包括分別鉸 接在兩艙壁21外側機架上的液壓缸41，兩液壓缸41另一端的活塞杆42分別鉸接在成形艙 2相應一側的艙壁21上，兩活塞杆42與兩艙壁21的鉸接處均設置有液壓缸安全鎖43，以 用於機具維修時的安全防護。如圖6所示，餵料機構1中的輸送帶14沿主導輪12和各從導輪13到成形艙2輸 入端的方向形成的對數螺線形工作表面15滿足以下特徵假設x-o-y是以成形艙2內預形 成的圓捆中心為坐標原點ο的坐標系，則對數螺線形工作表面15和其延長線151在x-o-y 面內的交線符合下述曲線方程ρ = ke9cotA其中，ρ為極半徑，表示對數螺線形工作表面15和其延長線151上的任意點距離 圓捆在x-o-y面中心的距離；k為表徵該對數螺線曲率特性的參數，通過物料壓縮實驗獲 得；θ是極半徑P與坐標軸ο-χ的夾角。λ為該對數螺線上的任意切線與極半徑P的夾
角。上式中，令！！！⑶^，則
權利要求
1.一種對數螺線式圓捆成形裝置，其特徵在於它包括設置在機架上的對數螺線式 餵料機構、對數螺線式成形艙和液壓機構，所述成形艙的輸入端位於所述餵料機構的輸出 端；所述餵料機構包括由動力設備驅動的驅動輪、主導輪、若干從導輪和圍繞各輪設置的 一輸送帶；所述主導輪和各所述從導輪支撐的所述輸送帶為一段對數螺線形工作表面；所述成形艙包括對稱設置的兩艙壁，所述兩艙壁頂端轉動設置在所述機架上；所述兩 艙壁上對稱設置有一導軌，導軌呈對數螺線連接扇形圓弧線形；在所述導軌外側的所述兩 艙壁之間設置有與所述導軌的弧線對應的若干外導輪，所述兩艙壁頂端前方的機架上設置 有一動力設備驅動的主動鏈輪；所述兩艙壁的末端設置有一從動鏈輪，所述主動鏈輪與所 述從動鏈輪通過兩根鏈條嚙合連接，兩所述鏈條分別設置在所述主動鏈輪和從動鏈輪的兩 軸端，且限位於各所述外導輪與所述導軌之間的間隙內；兩所述鏈條之間設置有一系列壓 捆單元，各所述壓捆單元之間緊密搭接；所述液壓機構包括分別鉸接在所述兩艙壁外側機架上的液壓缸，兩所述液壓缸另一端 的活塞杆分別鉸接在相應一側的所述艙壁上。
2.如權利要求1所述的一種對數螺線式圓捆成形裝置，其特徵在於所述壓捆單元為 燕尾形鏈式壓捆單元，每一所述燕尾形鏈式壓捆單元包括一截面呈燕尾形的壓捆板，所述 壓捆板的兩端均設置有連接相應一側所述鏈條上鏈片的連接板。
3.如權利要求1所述的一種對數螺線式圓捆成形裝置，其特徵在於兩所述活塞杆與 兩所述艙壁的鉸接處均設置有液壓缸安全鎖。
4.如權利要求2所述的一種對數螺線式圓捆成形裝置，其特徵在於兩所述活塞杆與 兩所述艙壁的鉸接處均設置有液壓缸安全鎖。
5.如權利要求1或2或3或4所述的一種對數螺線式圓捆成形裝置，其特徵在於所 述餵料機構中，所述輸送帶沿主導輪和各從導輪到成形艙輸入端的方向形成的對數螺線形 工作表面特徵如下假設x-o-y是以成形艙內預形成的圓捆中心為坐標原點ο的坐標系，則 對數螺線形工作表面和其延長線在x-o-y面內的交線符合下述曲線方程P = ke0cotA其中，P為極半徑，表示對數螺線形工作表面和其延長線上的任意點距離圓捆在 x-o-y面中心的距離；k為表徵該對數螺線曲率特性的參數，通過物料壓縮實驗獲得；θ是 極半徑P與坐標軸ο-χ的夾角。λ為該對數螺線上的任意切線與極半徑P的夾角；上式中，令m = cotX，則/l = arctan丄，曲線上任意點的曲率半徑為ζ，i = 1，2，3 ·，構msin λ造其直角坐標系下的參數方程可得χ = kem0 cos θy = kem0sin θ根據上述參數方程，並代入一定的θ角，即可得到構成對數螺線形工作表面的主導輪 和各從導輪的(x，y)坐標位置。
6.如權利要求1或2或3或4所述的一種對數螺線式圓捆成形裝置，其特徵在於所述 成形艙中，導軌的對數螺線段的軌跡具有以下特徵假設x-o-y是以圓捆中心為坐標原點ο 的坐標系，導軌的對數螺線形段在x-o-y面的投影符合下述曲線方程其中，P'為極半徑，表示導軌的對數螺線形段上的任意點距離圓捆在x-o-y面中心 的距離；k'為表徵該對數螺線曲率特性的參數，通過物料壓縮實驗獲得；θ 『為極半徑 P 『與坐標軸ο-χ的夾角。λ 『為該對數螺線上任意切線與極半徑P 『的夾角；上式中，令m' = cot λ 『，則/L' = arctan々，該對數螺線上任意點的曲率半徑為= 1，2，3·，msin λ構造其直角坐標系下的參數方程可得χ = k' em' θ' cos θ 『y = k' em' θ' sin θ 『根據上述參數方程，並代入一定的θ 『角，即可得到各外導輪的(X，y)坐標位置； α' =90° -λ'，α'表示各壓捆單元組成的對數螺線形工作面與物料的摩擦角；且 α 『 ^ Ψ, Ψ為物料與壓捆板單元的自鎖摩擦角。
7.如權利要求5所述的一種對數螺線式圓捆成形裝置，其特徵在於所述成形艙中，導 軌的對數螺線段的軌跡具有以下特徵假設x-o-y是以圓捆中心為坐標原點ο的坐標系，導 軌的對數螺線形段在x-o-y面的投影符合下述曲線方程P 『 = k' e' θ' cotA'其中，P'為極半徑，表示導軌的對數螺線形段上的任意點距離圓捆在x-o-y面中心 的距離；k'為表徵該對數螺線曲率特性的參數，通過物料壓縮實驗獲得；θ 『為極半徑 P 『與坐標軸ο-χ的夾角。λ'為該對數螺線上任意切線與極半徑P 『的夾角；上式中，令m' = cot λ 『，則l/L^arctan+，該對數螺線上任意點的曲率半徑為= 1，2，msin λ3 ·，構造其直角坐標系下的參數方程可得χ = k' em' θ' cos θ 『y = k' em' θ' sin θ 『根據上述參數方程，並代入一定的θ 『角，即可得到各外導輪的(X，y)坐標位置； α' =90° -λ'，α'表示各壓捆單元組成的對數螺線形工作面與物料的摩擦角；且 α 『 ^ Ψ, Ψ為物料與壓捆板單元的自鎖摩擦角。
8.—種如權利要求1 7所述裝置的對數螺線式圓捆成形方法，其包括以下步驟1)物料通過餵料機構的輸送帶餵入，通過對數螺線式的工作表面將物料初次壓縮後， 送入成形艙；2)物料落入成形艙底部，動力設備驅動主動鏈輪通過鏈條帶動從動鏈輪轉動，物料通 過鏈條上的壓捆單元的摩擦力向上運動進入對數螺線形的物料壓縮段，接受二次壓縮；3)物料繼續進入扇形的圓捆保持段，隨著物料的不斷餵入、壓實，最後形成圓捆；4)圓捆成形並通過設置在成形艙外部的裹網機構或者捆繩機構進行裹網或捆繩後，主 動鏈輪停轉，5)液壓缸驅動活塞杆升起，帶動成形艙撐起，使成形艙內的圓捆放出落下，一個作業循 環完成。
全文摘要
本發明涉及一種對數螺線式圓捆成形裝置及方法，其特徵在於它包括設置在機架上的對數螺線式餵料機構、對數螺線式成形艙和液壓機構；餵料機構包括驅動輪、主導輪、若干從導輪和圍繞各輪設置的一輸送帶；主導輪和各從導輪支撐的輸送帶為一段對數螺線形工作表面；成形艙包括對稱轉動設置在機架上的兩艙壁；兩艙壁上對稱設置有一對數螺線連接扇形圓弧線形的導軌；導軌外側的兩艙壁之間設置有與導軌的弧線對應的若干外導輪；兩艙壁頂端前方設置的主動鏈輪與兩艙壁末端設置的從動鏈輪通過兩根鏈條嚙合連接，兩鏈條分別限位於各外導輪與導軌之間的間隙內；兩鏈條之間緊密搭接一系列壓捆單元；液壓機構包括鉸接在機架上的兩液壓缸，兩液壓缸另一端的活塞杆分別鉸接在相應的艙壁上。
文檔編號B65B27/12GK102133935SQ201110000408
公開日2011年7月27日 申請日期2011年1月4日 優先權日2011年1月4日
發明者王光輝, 王德成, 高東明 申請人:中國農業大學