小型秸稈粉碎機設計研究范文

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摘要:秸稈作為生物質能并加以利用，對減輕溫室效應和改善生態環境具有顯著成效。在此基礎之上，對現有的秸稈粉碎機進行了分析和再創新，研發一種小型鍘切式秸稈粉碎機。對秸稈粉碎刀具進行了優化設計，利用直切碎刀和彎切碎刀對秸稈進行不同程度的粉碎，使得粉碎效果更佳。

關鍵詞：生物質能；秸稈；粉碎機；刀具

隨著全球環境問題的日益突出和化石類能源的逐步消耗，人們對能源問題越來越重視。我國作為人口和農業大國，如今對于新能源的開發與利用也愈發重視。生物質能是綠色植物通過光合作用將太陽能轉化為生物的化學能，清潔可再生，是世界第四大能源。開發和利用生物質能，減少化石能源的使用，對降低溫室氣體的排放量、緩解能源危機和保護環境起到了重要的作用。

1秸稈生物質開發的意義

秸稈屬于農作物收獲后的廢棄物，同時也是一種常見的生物質能。我國每年產生的秸稈數量龐大，年產量約為7億噸，其中一部分用于還田、畜牧和造紙等。但是，由于農作物秸稈分布廣、物質形態不規則，使得收集、運輸、貯藏、利用等變得較為困難，處理成本大大上升。每到秋收時節，大部分秸稈會被廢棄或大量焚燒，產生大量煙塵，造成了環境污染和資源的浪費[1]。因此，將秸稈作為生物質能再利用，不僅降低了環境污染，而且在利用過程中硫氮化物排放較少，是一種充分利用生物質能的科學方法；同時，生物質能再生過程中由于光合作用會吸收二氧化碳氣體并釋放氧氣，減輕了溫室效應，改善了生態環境[2]。大部分的秸稈在利用前是需要進行粉碎處理的，只有當秸稈顆粒符合一定要求時，才可用于進一步開發和利用。因此，秸稈粉碎機的研究和設計對生物質能的開發與利用具有重要的意義。

2秸稈粉碎機的發展現狀

目前，我國農作物秸稈綜合利用技術主要是切碎處理。根據秸稈的處理方式不同，我國機械化秸稈切碎主要包括秸稈整株切碎技術、秸稈粉碎切碎技術、根茬粉碎及耕翻切碎技術和聯合作業切碎技術[3]。秸稈粉碎機有鍘切式粉碎機、錘片式粉碎機、揉切式粉碎機以及組合式粉碎機等[4]。通過剪切、擠壓、擊碎、碰撞、揉搓等方式，可實現玉米秸稈、小麥秸稈、豆稈等農作物秸稈的粉碎。鍘切式粉碎機集剪切、揉搓、磨碎等功能于一體，結構簡單、操作便捷、能耗低且生產效率高[5]。錘片式粉碎機適應性廣泛、生產率高，首先對秸稈進行捶打，得到一定程度的秸稈粉碎物，然后將物料以較高速度拋向粉碎室內的齒板和篩片，通過碰撞和搓擦得到進一步粉碎[6]。揉切式是秸稈在高速旋轉的錘片和鋸齒下，揉切成柔軟蓬松的絲狀段[7]。組合式粉碎機是將剪切、擠壓、擊碎、碰撞、揉搓等功能組合為一體，通過動刀和定刀的剪切、錘片的擊打、錘片與篩網和齒板間的碰撞摩擦、以及鋸齒板的撕裂等共同作用，實現對秸稈的粉碎[8]。雖然我國在大型秸稈粉碎技術上相對成熟，粉碎機的種類也較多，但是從現有的機型適應性、能耗和產量、經濟性以及物料的粉碎效果等方面來看，還是有很多需要完善的地方，所以，研究小型秸稈粉碎機的創新設計對我國生物質能源的開發和農業的可持續發展具有重要意義。

3秸稈粉碎機的結構設計

目前，鍘切式秸稈粉碎機在我國使用的較多，但是大多數粉碎機粉碎后的顆粒度比較大，不能很好地將秸稈得到進一步的開發和再利用。此外，一些粉碎機的粉碎刀具磨損較大，對粉碎效果造成影響，進而導致處理成本的上升。因此，本文將在現有粉碎機的基礎上進行創新研究，設計機型相對較小，結構簡便、能耗低、生產效率較高的新型秸稈粉碎機。

3.1總體設計

此小型秸稈粉碎機使用鍘切式，包括驅動電機3、皮帶輪4、V型帶5、秸稈粉碎桶1、轉動軸8、軸承及軸承支撐桿11、直切碎刀10、彎切碎刀9、固定支撐架6、驅動電機安裝座2，以及驅動電機集成的遙控開關等，如圖1所示。該小型秸稈粉碎機增加了操作的便利性和安全性，減少了工作量，一個人就可以操作。由圖1可知：在秸稈粉碎桶1里面安裝有高速旋轉的彎切碎刀9和直切碎刀10，通過這兩種刀具的有機組合來進行秸稈切碎，在彎切碎刀9和直切碎刀10的共同作用下完成粉碎過程。其工作過程是：驅動電機3將動力傳遞到帶輪4，通過V型帶5帶動皮帶輪4旋轉（大帶輪7和轉軸8通過鍵連接），刀具安裝在轉動軸8上面，通過皮帶輪4的旋轉帶動刀具的旋轉進行切割。在切割過程中碎屑由于重力作用往下掉落，落入地面；同時該裝置運轉時機器會震動，進一步提高了碎屑的排出效率。

3.2切碎刀設計

由圖2所示的裝置俯視圖中可以看出，切碎刀具采用二種不同類型的刀具。圖3(a)為大尺寸直切碎刀，當秸稈放入機體時，由于直切碎刀在高速旋轉，秸稈相對禁止不動，刀具可輕松將秸稈切塊，此外該種刀具這樣的結構也便于批量制造以及刀具刃口的研磨。圖3(b)所示的為彎切碎刀，利用刀具的彎角形狀實現更大的切割線程，更有利于秸稈的切割，彎切碎刀工作效率高，加工也不是太難，制造上也易實現。3.3創新性分析1）與傳統的秸稈粉碎機相比，本文所述的小型鍘切式秸稈粉碎機機型較小，所占空間相對較少，整體重量相對較輕，有利于在田邊地頭裝載作業，機動靈活，同時本文所提出的小型粉碎機結構簡單，易于裝配，增加了操作的便利性和安全性，減少了人員作業的工作量，降低了成本。2）小型粉碎機裝有兩種不同類型的刀具，一種是大尺寸直刀，另一種是彎形切碎刀。兩種刀具裝在同一根轉動軸上，直切碎刀排列在粉碎桶的上部，彎切碎刀則排列在下方。通過這種優化的刀具排列方式，將秸稈進一步粉碎，從而使得秸稈的粉碎效果更佳，提高了工作效率[9]。3）由于秸稈纖維呈豎直長條狀，若順著纖維方向切割會導致機器設備尺寸增大，利用鍘切式使機體尺寸相對較小，另外長條形的纖維容易鉸入刀具轉軸，從纖維垂直方向切入可細化顆粒，更有利于秸稈的降解還田以及再利用。通過上述的創新性設計，使該秸稈粉碎機易于農民上手操作，切割效率高，改善了農作物殘余物的處理效率；此秸稈粉碎機在工作過程中，運行平穩，刀具纏繞發生率較低。

4結語

隨著我國農業資源的不斷發展，對秸稈粉碎機的創新性研發要求也在不斷提高，產品需求也在增加。利用小型粉碎機進行秸稈粉碎，使得秸稈顆粒直徑符合農作物生產及返田要求，便于產品投入使用。小型秸稈粉碎機能夠提高粉碎效率，減少刀具磨損，降低產品制造成本，有利于秸稈等生物質能的開發和利用，對緩解能源危機、減輕溫室效應、改善生態環境具有重要意義。

[參考文獻]

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[9]涂建平，徐雪紅，夏忠義.秸稈還田機刀片及刀片優化排列的研究[J].農機化研究，2003，（2）：102-104.

作者：劉志凱 何慶 林春杰 單位：江蘇理工學院機械工程學院