棉秸稈揉絲粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計范文

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摘要：

棉秸稈的綜合利用越來越得到人們的重視。棉秸稈利用的重要一個環(huán)節(jié)就是粉碎。目前錘片式秸稈粉碎機(jī)是應(yīng)用較為廣泛的一種秸稈粉碎機(jī)，但是影響秸稈粉碎機(jī)的參數(shù)很多，其中刀軸的轉(zhuǎn)速及錘片的數(shù)量等對其性能有很大影響。為此在理論設(shè)計分析的基礎(chǔ)上，通過場地粉碎試驗兩者相結(jié)合，得到棉秸稈粉碎機(jī)的最優(yōu)參數(shù)組合，為棉秸稈揉絲粉碎機(jī)的設(shè)計提供理論基礎(chǔ)，為棉秸稈的綜合利用奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：

秸稈；粉碎機(jī)；錘片；優(yōu)化

目前，全國棉花種植面積約為6Mhm2，每年棉稈產(chǎn)量約為30Mt，新疆棉花種植面積約占全國的35％。棉花秸稈在傳統(tǒng)的利用模式是，一部分棉花秸稈被直接粉碎還田，但由于棉花秸稈表層非常堅硬，棉花秸稈的根部木質(zhì)化較高，粉碎還田的棉稈轉(zhuǎn)年不易腐爛，培肥地力效果不佳，并且嚴(yán)重影響下茬播種效果，還有土傳病害的問題，不同程度地對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成影響。其余大部分秸稈未被利用而被付之一炬。近年來隨著棉稈造紙、造板、發(fā)電、氣化及油化等技術(shù)的廣泛應(yīng)用，棉稈資源商品化需求量迅猛增加，棉稈粉碎加工技術(shù)需求日益提高。搞好棉花秸稈的綜合利用，加快推進(jìn)棉花秸稈綜合利用，實現(xiàn)棉花秸稈的資源化和商品化，對國家促進(jìn)資源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)和農(nóng)民增收的重大意義［13］。棉秸稈的綜合利用大多數(shù)的用途必須經(jīng)過粉碎這個環(huán)節(jié)，尤其作牲畜飼料，要求粉碎后的物料質(zhì)地柔軟、粉碎細(xì)膩、適口性好，從而使牲畜咀嚼更容易，解決了牛羊等反芻動物在采食時過多消耗體能的問題，還解決了物料的浪費，提高了采食率和消化率。這樣就要求秸稈粒度盡可能的小、絲化率盡可能高，而市場上現(xiàn)有的棉秸桿揉絲粉碎機(jī)對長料秸稈需要先切斷才能進(jìn)行粉碎，粉碎力度及揉絲效果較差。常見的粉碎機(jī)分為以下三種：（1）對輥式粉碎機(jī)，其原理是利用一對相對旋轉(zhuǎn)的圓柱體進(jìn)行鋸切、研磨，具有生產(chǎn)率高、功率低、調(diào)節(jié)方便的優(yōu)點。（2）齒爪式粉碎機(jī)，其原理是利用高速旋轉(zhuǎn)的齒爪擊碎物料，具有體積小、重量輕、粒度細(xì)的特點。（3）錘片式粉碎機(jī)，其原理為利用高速旋轉(zhuǎn)的錘片來擊碎物料，具有結(jié)構(gòu)簡單、通用性強(qiáng)、生產(chǎn)率高等特點。本文在研學(xué)了鍘草機(jī)和粉碎機(jī)等機(jī)型的特點后改進(jìn)設(shè)計出的一種新型棉秸稈粉碎機(jī)具，采取擠壓—切斷—粉碎工藝，利用對輥對棉秸稈進(jìn)行擠壓，兩個旋轉(zhuǎn)刀片對棉秸稈進(jìn)行切斷，然后采用錘片作為主要粉碎部件進(jìn)行粉碎，通過改變錘片數(shù)及旋轉(zhuǎn)速度，進(jìn)行對比試驗，得出最佳工作參數(shù)。

1結(jié)構(gòu)及工作原理

棉秸稈揉絲粉碎機(jī)主要由輸送裝置、對輥擠壓裝置、切斷粉碎裝置、動力傳動裝置、機(jī)架及行走輪組成，如圖1所示。輸送裝置采用鏈?zhǔn)捷斔蛶?，粉碎裝置包含切斷刀、錘片、篩網(wǎng)等部件。輸送裝置與對輥擠壓裝置相連，依次緊跟著是切斷粉碎裝置，對輥位于切斷粉碎裝置的進(jìn)料口處，均固定在機(jī)架上。篩網(wǎng)位于粉碎室內(nèi)，離錘片最頂端有一定的距離，錘片架上均布六根錘片軸，間隔三根錘片軸為一組。錘片由隔套隔開，兩組錘片相間分布，避免干涉，提高粉碎效率。作業(yè)時，棉秸稈放入輸送裝置，輸送至對輥，初步進(jìn)行擠壓，然后進(jìn)過切斷輸送到粉碎室里，錘片在粉碎室里帶動秸稈在篩網(wǎng)上反復(fù)揉搓，直至粉碎到一定的粒度，通過篩網(wǎng)孔落入粉碎室下部，再經(jīng)由錘片轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的風(fēng)將其吹出粉碎室，完成整個棉秸稈的粉碎過程。

2秸稈揉絲粉碎機(jī)工作過程的理論分析

2．1對輥直徑的確定對輥外形設(shè)計為溝槽形，由于溝槽型對輥對秸稈的抓取能力較強(qiáng)，同時擠壓效果也較好。對輥直徑是影響輸送棉秸稈及擠壓棉秸稈的關(guān)鍵參數(shù)。對輥直徑越小，輸送棉秸稈的傳動比也就越小，整機(jī)的結(jié)構(gòu)相對也就越緊湊；但對輥直徑太小則易發(fā)生秸稈輸送打滑、纏繞等問題，結(jié)果就是輸送不了秸稈。因此要滿足輸送秸稈及擠壓秸稈，對輥直徑必須滿足。

2．2錘片形狀及分布分析1）錘片形狀：錘片的形狀有很多種，其中矩形和梯狀錘片使用最廣［7］。梯狀錘片應(yīng)用較為廣泛的原因是棉秸稈揉碎主要靠錘片棱角和篩網(wǎng)的搓擦實現(xiàn)［8］，錘片的棱角越多越容易揉搓。但過多棱角提高加工成本，同時影響刀片強(qiáng)度。選用如圖2所示的錘片。2）錘片厚度：棉秸稈在粉碎室內(nèi)主要受到兩個作用，一是錘片對棉秸稈的沖擊作用，二是秸稈在篩網(wǎng)上的劇烈摩擦。錘片在工作時，主要受到棉秸稈對其的正面沖擊。由錘片厚度方向?qū)斩捠┘蛹羟辛?，所以錘片的厚度對粉碎效果有直接影響。錘片過厚，導(dǎo)致接觸面積過大，所需要的能量過大。錘片過薄，強(qiáng)度不夠，易磨損，后期維護(hù)費用過高。所以在不影響錘片使用壽命的情況下，采用較薄的錘片，選用4～5mm的錘片。3）錘片的數(shù)量：錘片越多，單位時間內(nèi)對秸稈的作用次數(shù)增加；但由于粉碎室內(nèi)空間限制，同時考慮動平衡的要求，在單位體積內(nèi)的錘片數(shù)量盡可能的多。錘片架上均布六根錘片軸，間隔三根錘片軸為一組。錘片由隔套隔開。這樣，每根錘片軸上有2～4個錘片，整個粉碎室內(nèi)共有12～24個錘片，如圖3所示。

2．3錘片運動分析由粉碎機(jī)破碎原理可知，物料進(jìn)入粉碎機(jī)后，主要受到錘片與篩面之間的劇烈摩擦而破碎，同時大量棉秸稈沒有貼近篩網(wǎng)，這樣就近似考慮錘片在進(jìn)行無支撐切割。建立圖4所示速度合成圖。

2．4粉碎腔體尺寸確定粉碎室的外徑尺寸對于整機(jī)設(shè)計有關(guān)鍵作用。

2．5輸送裝置速度分析輸送帶的速度應(yīng)該滿足粉碎的速度，速度過高堵塞，速度過低則造成了能耗的浪費。根據(jù)設(shè)計要求，粉碎機(jī)的粉碎效率是Ec＝800kg／h，這根據(jù)能量守恒。

3秸稈揉絲粉碎機(jī)工作過程的試驗分析

在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所試制工廠門口空地處進(jìn)行了必要的試驗驗證和分析，試驗材料是當(dāng)年樹枝修剪下的樹枝，質(zhì)地與棉秸稈近似，篩網(wǎng)采用直徑為10mm的篩網(wǎng)，并且不做更換。

3．1試驗?zāi)康谋驹囼炛饕孕藜粝聛淼臉渲樵囼瀸ο?，針對不同的錘片數(shù)量及不同的刀軸的旋轉(zhuǎn)速度，進(jìn)行粉碎試驗，根據(jù)粉碎的效果及粒度的大小等指標(biāo)的情況，參見圖5。找到最佳的刀軸旋轉(zhuǎn)速度及錘片數(shù)量，為棉秸稈的設(shè)計改進(jìn)提供依據(jù)。

3．2儀器使用的儀器有DSX型電腦篩選器電腦篩選器、手持式測速儀，數(shù)據(jù)分析軟件為spss9．0。

3．3試驗因素將刀軸轉(zhuǎn)速及錘片數(shù)量作為試驗因素，通過更換帶輪來調(diào)節(jié)刀軸的轉(zhuǎn)速，錘片數(shù)量則通過拆裝來調(diào)整，試驗因素表如表1所示。

3．4試驗結(jié)果與討論直接觀察是指對實驗結(jié)果不進(jìn)行計算而直接根據(jù)觀察實驗結(jié)果來確定較好實驗條件的方法，通過直接觀察法總結(jié)出的結(jié)果不一定是最優(yōu)，但一定是較優(yōu)結(jié)果［12］，因此通過直接觀察，可以看出，影響粉碎效果的主要因素為錘片的數(shù)量，其次才是刀軸的轉(zhuǎn)速，得出在A1B1粉碎粒度較小及粉碎的效率較高，試驗表及結(jié)果如表2所示。

4結(jié)論

1）新型棉秸稈粉碎機(jī)具，采取擠壓—切斷—粉碎工藝，增加對輥有助于粉碎后形成絲狀，非常適合作為飼料使用。2）在理論計算及試驗中得出，刀片的數(shù)量的多少對粉碎的效率有很大的影響，棉秸稈粉碎機(jī)在刀軸旋轉(zhuǎn)速度為3500r／min、錘片數(shù)量為24片時有較佳的粉碎效果及效率，棉秸稈粉碎后的物料平均粒度達(dá)到3．8mm。

作者：喻晨 張麗 趙志艷 李有志 張海春 蔣永新 張佳喜 單位：新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所 新疆烏魯木齊眾凱達(dá)機(jī)電有限公司