秸稈飼料裝袋機(jī)的設(shè)計(jì)

甄軍 郭偉宏 史增錄 蔡睿 郭輝呂全貴

摘要：將秸稈回收加工成飼料是秸稈綜合利用的有效途徑之一。針對現(xiàn)有裝袋機(jī)存在的問題，設(shè)計(jì)一種可實(shí)現(xiàn)秸稈飼料壓縮的裝袋機(jī)。介紹該機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理，闡述關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算分析，為秸稈飼料裝袋機(jī)的改進(jìn)提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：秸稈；裝袋機(jī)；結(jié)構(gòu)；原理；設(shè)計(jì)；計(jì)算

中圖分類號：S226.9 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1161（2018）04-0021-03

我國是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國，也是秸稈生產(chǎn)大國。秸稈在我國主要用于生活燃料，同時(shí)也用于秸稈還田、飼料加工、能源材料等方面。我國秸稈處理的主要手段是露天焚燒，不僅造成大量資源浪費(fèi)，而且造成環(huán)境污染，引發(fā)許多社會問題。隨著我國人口不斷增多和動物飼料日益減少矛盾的不斷擴(kuò)大，將秸稈回收加工成飼料已成為農(nóng)牧業(yè)發(fā)展的必然趨勢。秸稈在回收、存放及飼料加工的過程中需要進(jìn)行裝袋處理，目前這一環(huán)節(jié)主要依賴人工完成，生產(chǎn)成本高、效率低，使秸稈回收再利用受到極大限制。為解決該問題，設(shè)計(jì)一種秸稈飼料裝袋機(jī)。

1 秸稈飼料裝袋機(jī)的結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 總體結(jié)構(gòu)

秸稈飼料裝袋機(jī)主要由機(jī)架、減速電機(jī)、電磁離合器、傳動機(jī)構(gòu)、撥料機(jī)構(gòu)、螺旋輸送機(jī)構(gòu)、壓緊機(jī)構(gòu)、卸料機(jī)構(gòu)及其他部件組成，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 工作原理

工作時(shí)，將飼料收集袋的袋口套在裝袋機(jī)的套筒上，秸稈飼料從進(jìn)料口喂入進(jìn)料箱，電動機(jī)通過皮帶驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)，主軸與螺旋輸送機(jī)構(gòu)之間用離合器聯(lián)接，以驅(qū)動螺旋輸送軸轉(zhuǎn)動，螺旋輸送軸帶動螺旋葉片轉(zhuǎn)動，同時(shí)主軸通過鏈條帶動撥叉軸轉(zhuǎn)動，撥叉軸帶動撥料齒轉(zhuǎn)動，進(jìn)行秸稈物料的撥送。當(dāng)離合器閉合時(shí)，主軸驅(qū)動螺旋絞龍?jiān)跉?nèi)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，秸稈飼料不斷地被推出，在氣動裝置的作用下袋內(nèi)的秸稈飼料被擠壓至一定長度，離合器自鎖機(jī)構(gòu)自動打開，螺旋絞龍停止送料，將卸料板壓下取出成品，然后更換套筒上的飼料收集袋，氣動裝置利用氣壓的調(diào)節(jié)恢復(fù)原位，離合器再次閉合，絞龍繼續(xù)工作，完成秸稈飼料裝袋的一個(gè)周期過程。

2 關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)

2.1 輸送裝置

秸稈飼料裝袋機(jī)的輸送裝置由方形軸套、料倉、撥叉、軸承座、套筒、螺旋輸送器等組成（如圖2所示）。輸送裝置的主要作用是使飼料從進(jìn)料口經(jīng)過撥叉攪拌堆積至螺旋推動器處，之后由螺旋推動器將飼料擠壓輸送至套筒前部完成裝袋工作。

2.2 壓緊裝置

壓緊裝置由擋板、托板、限位滑軌、氣缸等組成（如圖3所示），整個(gè)壓緊裝置由氣缸控制伸縮進(jìn)程，氣動回路包括擋板、支撐桿、氣缸、儲氣瓶等（如圖4所示）。壓緊裝置的主要作用是在秸稈飼料被螺旋推送器推出后進(jìn)行壓緊工作，使裝袋機(jī)達(dá)到質(zhì)量要求。

2.3 機(jī)具主要技術(shù)參數(shù)

秸稈飼料裝袋機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)見表1。

3 主要部件的計(jì)算與分析

3.1 進(jìn)料箱容積

進(jìn)料箱的容積影響裝袋性能。裝袋前秸稈容重為180 kg/m3，裝袋后容重為400 kg/m3，裝一袋所需秸稈質(zhì)量為30 kg，根據(jù)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊料倉中物料質(zhì)量需滿足下列公式：

m料倉=1.5m袋 （1）

式中：m料倉為料倉中可裝物料質(zhì)量，kg；m袋為袋中可裝物料質(zhì)量，kg。

計(jì)算可得：m料倉=45（kg）。

進(jìn)料箱的體積為：

v=m料倉/ρ （2）

式中：v為進(jìn)料箱的體積；ρ為料倉中物料密度。

計(jì)算可得：v=0.25（m3）。

3.2 螺旋輸送裝置參數(shù)

當(dāng)螺旋片圓周速度小于0.80 m/s時(shí)，殼槽的上部是敞開的，輸送器傾角一般不大于20 °。

根據(jù)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊可知以下數(shù)據(jù)：螺旋外徑D為200～400 mm；螺旋厚度δ為1～3 mm；螺旋轉(zhuǎn)速n為60～400 r/min；螺距S為（0.8～1.0）D；螺旋軸直徑d為20～80 mm；徑向間隙λ為8～10 mm；充滿系數(shù)ψ為0.3～0.4。

3.2.1 螺旋輸送器的生產(chǎn)率 螺旋輸送器的生產(chǎn)率按下列公式計(jì)算：

Q=■×60ψSnrc （3）

式中：Q為螺旋輸送器的生產(chǎn)率；D為螺旋外徑，取374 mm；n為螺旋轉(zhuǎn)速，取200 r/min；S為螺距，取300 mm；d為螺旋軸直徑，取80 mm；λ為徑向間隙，取8 mm；c為傾斜輸送系數(shù)，取1；r為被輸送物料容重，取0.4 t/m3；ψ為充滿系數(shù)，取0.4。

計(jì)算可得：Q=2.11（t/h）。

3.2.2 螺旋輸送器的輸送功率 螺旋輸送器在工作過程中受到物料與槽間的摩擦消耗功率、物料與葉片間的摩擦消耗功率、空軸軸承處摩擦消耗功率、傾斜輸送功率、軸承摩擦功率，以及物料顆粒間的相對功率。其所需總功率按下列公式計(jì)算：

N總=■[KK0（N1+N2+N4）+N3+N5）] （4）

式中：K取1.6；K0取3；N1為物料與槽間的摩擦消耗功率；N2為物料與葉片間的摩擦消耗功率；N3為空軸軸承處摩擦消耗功率；N4為傾斜輸送功率；N5為軸承摩擦功率。

計(jì)算可得：N總=0.45（kW）。

3.3 氣動裝置

氣動已知條件：活塞桿伸長量為600 mm，運(yùn)動速度為0.35 m/s，工作壓力為0.1 MPa，氣缸缸徑為100 mm。氣缸推力按下列公式計(jì)算：

FT=（0.65-0.40）D2P×106 （5）

式中：FT為氣缸推力；D為氣缸缸徑，取0.1 m；P為氣缸工作壓力，取0.1 MPa。

計(jì)算可得FT=650（N）。

4 結(jié)論

該秸稈飼料裝袋機(jī)采用離合器控制螺旋推送器的工作與停止，使螺旋推送器有工作間歇，提高了螺旋輸送器的使用壽命與效率；采用氣動壓緊，比現(xiàn)有裝袋機(jī)裝

袋質(zhì)量更好，物料不再松散，節(jié)約了成本；采用撥叉攪拌物料，防止物料架空，避免在螺旋輸送器形成空隙，造成無意義的浪費(fèi)。

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