滾筒式鍘草機的改進

摘 要：針對9ZC-460型鍘草機在工作中出現的生產效率不高、能耗較大等問題進行了研究，特提出在鍘草機進行物料切割時采取斜切、縱向歪切和喂入口雙定刀的方法，用于提高切割性能。根據9ZC-460型鍘草機工作特點作了詳細的分析。在此基礎上提出改進措施，為鍘草機的設計與新產品的開發提供理論依據。

關鍵詞：鍘草機；分析；措施

中圖分類號：F324.9 文獻標識碼：A

引言

目前在市場上觀察到的鍘草機主要有兩大類：第一類是盤刀式鍘草機，第二類是滾刀式鍘草機。不管是哪一種類型，都不同程度的存在一些問題，能耗較大，生產效率不高，影響到鍘草機的總體使用效果。但是鍘草機的使用，確實解決了一些原本難以利用的農業纖維物料、灌木類飼用物料得以應用，大大提高了牲畜對物料的采食率、適口性和消化吸收率，尤其是鍘切后進行青貯效果更為明顯，質量有所提高，從而廣開了飼料資源，為畜牧業的快速發展提供基礎。

1 物料切碎的機理

物料的切碎是依靠外力的作用，克服固體物料內部的凝聚力而使物料斷裂或破裂的一種過程。也就是將農業纖維物料通過上述方法切碎成具有一定長度的物料段。要想達到這一過程，可以通過對物料施加作用力壓斷，也可以采用對物料進行剪切的方法加以實現。

2 鍘草機的基本情況

為了充分開發農業纖維物料，目前市場上出現了各種不同類型的鍘草機，主要有如下兩種形式。盤刀式鍘草機，工作中利用圓弧形刀片對物料進行切割，然后依靠圓盤上的拋送葉片將切碎的物料沿拋送筒拋出機外，這種類型的鍘草機多數應用在中大型的機型上，其主要特點是除切割物料作用以外，還可以進行物料的拋送。滾刀式鍘草機，工作中利用矩形直刃、弧形刃刀片對物料進行切割，其特點是工作中無拋送裝置，多數應用在中小型的機型上。由于切割方式與結構上的差異，盤刀式鍘草機相對滾刀式鍘草機在能耗上要大，工作中刀盤對空氣有強烈的擾動，隨之帶來振動和噪音加大，但是切割性能比較好。而滾刀式鍘草機結構比較緊湊，動刀磨刃特性和自磨刃特性較好，在大型青飼料收獲機上多數采用滾刀式的切碎方式。目前使用的鍘草機多數可以滿足生產上的要求，但由于在設計當中缺乏對性能參數的優化，導致切割性能欠佳，生產效率不高，相對能耗較大。鑒于這種情況，有必要在現有基礎上對鍘草機進行一定的改進，全面提高切割性能。

9ZC-460型鍘草機是內蒙古自治區科委創新引導資金項目的一部分，是內蒙古農業大學自主創新并得到廣泛推廣應用的機器，課題組于2008年研究并投入生產，經過幾年的市場銷售和用戶使用，得到了用戶青睞。但也反映出一定的問題。9ZC-460型鍘草機是以滾刀式切碎器為主的一種機型（見圖1），工作時上喂入輥2、下喂入輥3作方向相反的轉動，物料1被拉入兩輥之間被壓緊送入，由滾筒5上的動刀片6配合定刀片4將其鍘切成一定長度的碎段，用于牲畜直接飼喂、青貯或后續產品的生產。可是在物料切碎的過程中不同程度存在著一些問題，影響到設備的使用性能與進一步推廣和應用。

3 切碎器工作分析

根據研究分析，9ZC- 460型鍘草機在作業過程當中物料是沿著動刀片垂直方向進入切碎區進行切割，是一種沿物料橫向正切的切割方式（見圖2.a），開始時莖稈被刀刃擠壓然后開始切割。由于作物莖稈特殊的纖維結構阻力，在切割時此力的大小與切割方向有關，也就是說：切割阻力和功耗與割刀相對莖稈的位置有關。據克拉馬連科（Kramarenko）的測定，采用斜切及縱向歪切（見圖2.b.c）切割阻力可以減少30-40%，功耗也可以降低很多，縱向歪切的阻力約降低60%。由此可見，9ZC-460型鍘草機或目前許多使用的鍘草機其切割方向都可以進行適當的改變，用于提高功效。

在鍘草機研究的過程中，多數強調動刀的刃口曲線與切割滑切角、喂入口與動刀片回轉中心相對位置關系的研究，而忽視了喂入物料層厚度對其切割的影響，尤其是切割阻力、能耗。下面分析物料進入喂入口動刀橫向正切莖稈的過程，鍘草機上的物料層是由長方形ABCD喂入口連續喂入的（見圖3），隨著旋轉滾筒的轉動，動刀片沿物料層開始進行切割，首先對喂入口左上側的物料進行擠壓切割，然后陸續由動刀將物料推向定刀底刃配合切割。從喂入口區域的整個切割過程分析，大致分為兩個階段：第一個階段（開始階段）物料受到動刀對它的擠壓，完全依靠刀片刃口的鋒利程度與慣性力作用將其壓切斷，相當于無支撐切割，切割速度對其影響比較大；第二階段（終了階段）物料受到動、定刀片的配合切割將其割斷，相當于有支撐切割，切割速度在一定范圍內對其影響不是太大。據上述分析，鍘草機在工作過程中，引起生產效率不高，耗能較大的原因之一是由于大量物料在切割過程中屬壓切斷，導致切割性能不佳。

4 鍘草機的改進措施

在目前開發與推廣應用的9ZC-460型鍘草機基礎上，針對上述分析結果，對鍘草機的切碎器在結構上進行一定的改進，并在此基礎上試驗研究，為鍘草機設計提供理論基礎。

4.1 喂入口方向

將9ZC-460型鍘草機原喂料方向進行調整，使物料莖稈進入方向與動刀切割平面偏置一定的角度，產生斜切的效果，用于減少切割阻力，改善切割性能。

4.2 定刀底刃形狀

目前多數的鍘草機底刃（定刀）采用的形狀為矩形，即動刀切割平面沿矩形底刃垂直切割，是一種橫向正切的方式。本研究將其改為 圖3的形狀，作業中使物料延水平方向向上傾斜一定角度，產生縱向歪切的效果，提高切割性能。

4.3 喂入口增設定刀

在9ZC-460型鍘草機原喂入口中部增加一把定刀片，使物料進入切碎室時分為上下兩層，從而減少第一階段物料切割層厚度，變部分無支撐切割轉變成有支撐切割，有效提高物料的切割性能。

結論

通過分析研究，提出將目前鍘草機橫向正切物料改為斜切及縱向歪切，且在工作中存在兩個作業段，意在探明切割規律，便于有針對性的進行理論研究。為高性能鍘草機的設計提供基礎，也為鍘草機在生產上發揮更大作用創造條件。

參考文獻

[1]行業標準-機械.鍘草機.試驗方法.呼和浩特畜牧機械研究所，1999-08-06.

[2]汪萬東.鍘草機.2011-02-09.