一種煙草拔稈機切碎裝置的設(shè)計研究

張武金，孫松林,2，李軍政,2，張利峰,2，楊彪,2，尋真福,2

(1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué) 工學(xué)院，湖南 長沙410128；2.湖南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機械裝備工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙410128)

煙稈做為煙草收獲后的重要副產(chǎn)品,具有很多用途，比如煙稈可以用來制備活性炭，可以從中提取低聚木糖、果膠等高附加值的化學(xué)原料，提取后的廢渣也可以用于造板、造紙、生產(chǎn)肥料及生物質(zhì)能源等方面。我國煙葉的種植面積為141.2萬hm2，每年收獲后產(chǎn)生的煙稈大約為305萬t，在這環(huán)境日益惡化和資源短缺的今天，煙桿的充分利用具有很重要的現(xiàn)實意義。由于我國在煙稈收獲方面的機械化程度低，煙草收獲后，一個是被隨意棄在煙田中，一個是就地焚燒。煙稈中寄生有大量病菌，如不及時清理，會影響來年煙葉的生長。廢棄煙稈資源沒有得到有效利用，反而嚴重地污染了環(huán)境。為了充分利用廢棄的煙稈資源，根據(jù)實際的需要,筆者在機動的煙草拔稈機上設(shè)計了一種小型圓盤式雙滾筒切碎裝置，這裝置也適用于其他秸稈的切碎。具有適應(yīng)性強，效率高，成本低，質(zhì)量好，質(zhì)量輕，安全和可靠性高等特點，能夠滿足農(nóng)藝需求。

1 結(jié)構(gòu)和工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)

切碎裝置主要結(jié)構(gòu)包括：切碎筒、切碎軸、切刀、軸承、下導(dǎo)流板、拉力調(diào)節(jié)彈簧、回送機構(gòu)和動力系統(tǒng)。切刀和切碎軸通過焊接連在一起，切碎軸豎直安裝在拔稈裝置的末端，一端通過軸承與動力系統(tǒng)連接。動刀分別在左右兩個軸上排列,均勻交錯地對稱安裝在切碎裝置的滾筒體上,每個軸上6片,均勻地分布于筒體上。負責煙稈的切碎和斷稈的拋送。在滾筒體的上方設(shè)置有煙稈回送機構(gòu),回送裝置由彈簧和軸組成，將滾筒上方?jīng)]有被切到的煙稈送回切碎裝置繼續(xù)切碎。具有結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、工作可靠的特點，如圖1所示。

1.2 工作原理

切碎裝置的工作原理就是以電動機作為動力，動力由皮帶輪傳送到主變速箱，再通過主變速箱將動力傳送到副變速箱，經(jīng)過副變速箱將動力分成兩部分輸出，其中一部分動力通過鏈輪和齒輪傳動到煙稈的拔稈部分，另一部分動力通過錐齒輪傳動到切碎裝置。拔稈部分的動力將煙稈通過雙排夾持鏈輪將煙稈運送到位于拔稈部分末端的切碎裝置,切刀在動力系統(tǒng)的帶動下逆時針旋轉(zhuǎn)，拔稈部分運送過來的煙稈通過切刀被切碎，同時切碎裝置上方未被切到的煙稈部分，經(jīng)由設(shè)計的回送機構(gòu)再次送入切碎裝置繼續(xù)切碎。經(jīng)過切碎的煙稈由于慣性從切碎裝置下方落入收集箱里。

圖1 切碎裝置結(jié)構(gòu)圖

2 主要參數(shù)的設(shè)計

2.1 切碎滾筒參數(shù)的設(shè)計

（1）滾筒轉(zhuǎn)速的確定。目前國內(nèi)有各種型號的秸稈切碎裝置，所設(shè)計的滾筒回轉(zhuǎn)直徑也各有不同，本設(shè)計為了使機構(gòu)緊湊合理，質(zhì)量輕，體積小，滾筒的直徑設(shè)計為220mm，滾筒的長度設(shè)計為600mm。查閱煙稈、玉米等作物的秸稈的相關(guān)資料表明，切斷煙稈等作物秸稈的線速度不能低于13.6m/s。由此可得滾筒的轉(zhuǎn)速應(yīng)該滿足如下公式

式中：n為切碎滾筒的轉(zhuǎn)速，r/min；v為切碎滾筒的線速度，m/s；D為滾筒的回轉(zhuǎn)直徑，m。根據(jù)上述結(jié)果滾筒的轉(zhuǎn)速取：n=1200r/min。

（2）切碎裝置的動平衡計算。根據(jù)國家標準GB/T 9239.1-2006上的要求，刀軸與刀片裝配后的動平衡精度為G6.3級。下面對滾筒進行動平衡計算，由如下公式得：

滾筒的許用不平衡重量積的上限，由如下公式可得：

已知滾筒軸的直徑為100mm,切刀延切刀軸的軸向均勻分布，所以切刀軸的平衡基面和滾筒的重心對稱，所以根據(jù)下式可以求得切刀軸兩端的兩個基面上的許用不平衡量m1和m2：

式中：d為切刀軸的直徑，mm；m1、m2為許用不平衡量，kg。

2.2 切碎軸參數(shù)的設(shè)計

（1）切碎軸上刀片間距的確定。切碎軸上刀片間的距離是根據(jù)煙稈切碎長度確定的，而煙稈的切碎長度是由幾個因素共同決定的，包括：煙稈的喂入速度，切碎軸的轉(zhuǎn)速，切碎軸上的刀片的片數(shù)。其切碎長度可以由下式表示：

式中：L為刀片間距，即煙稈切斷長度，mm；v為切碎滾筒的線速度，m/s；n為切碎滾筒的轉(zhuǎn)速，r/min；z為切碎筒上刀片的片數(shù)。上式中，v=13.6m/s，n=1200r/min，z=6，代入上式可得：L=（60000×13.6）/（1200×6）=113.3mm,即刀片間的間距為113.3mm。

（2）刀片厚度和材料的確定。對于切斷煙稈之類的堅硬的秸稈，切碎刀片應(yīng)該具有一定的厚度，如果刀片太薄，剛性不夠，可能導(dǎo)致卷刃和崩刃的情況，影響正常工作，所以刀片的厚度應(yīng)取4～5mm為宜，這里取5mm。

因為煙稈莖較粗和比較堅硬，所以刀片的刃口不但要比較鋒利，而且還需要具有較強的抗沖擊和振動性能。這就要求刀片的材料具有足夠的強度，韌性和耐磨性，通過熱處理可以使刀片刃口的硬度達到35～55HRC，根據(jù)上述要求,查農(nóng)業(yè)機械設(shè)計手冊可以將刀片材料選為,對其進行熱處理，表面硬度可達30～40HRC，芯部硬度可達，刀片的齒高為5mm。

根據(jù)上述設(shè)計，切碎裝置做為煙稈切碎的主要部件，其結(jié)構(gòu)如圖2所示：

圖2 齒軸焊合

3 主要技術(shù)指標

根據(jù)上述的設(shè)計和分析，設(shè)計的圓盤式雙滾筒式切碎裝置的主要技術(shù)規(guī)格如表1所示。

表1 圓盤刀式切碎裝置主要的技術(shù)規(guī)格

4 結(jié)語

（1）該切碎裝置設(shè)計方案合理、結(jié)構(gòu)緊湊、使用可靠，質(zhì)量輕巧，造價低，主要用于煙稈的切碎，也可以用于棉花、麥類等作物秸稈的直接切碎。

（2）該切碎裝置和拔稈部分配套使用，可以完成煙稈的拔取與切碎兩個工作。 為確保結(jié)構(gòu)緊湊和煙稈切碎時安全可靠，該切碎裝置設(shè)置在拔稈部分的末端，整體結(jié)構(gòu)采用立式結(jié)構(gòu)。實踐證明，該設(shè)計能夠滿足煙稈等硬質(zhì)秸稈的切碎拋送任務(wù)，滿足各項使用要求。

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