《農業機械學》課程實踐教學案例研究

馬軍民 宋華 吳勁鋒 張煒 黃曉鵬

摘要：為提高農機專業學生的創新能力，結合當前國內畜牧養殖業對全株玉米青貯飼料需求的增加而與之配套的機械化加工機具缺少的現狀，采用全株青貯玉米籽粒破碎試驗臺架的實際案例進行實踐教學的模式，分析了影響青貯玉米籽粒破碎的技術參數，提出了該試驗臺架的總體設計。以培養大學生的創新意識，提高農機專業本科生的創新設計能力，進而達到培養創新型專門人才的要求。

關鍵詞：教學模式;全株青貯;籽粒破碎;試驗臺架

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）17-0301-02

1引言

《農業機械學》課程是農業機械化及其自動化專業本科階段學習的主要專業課之一，隨著世界農業工程科技的進步，我國的農業機械化科技及農機的生產已進入快速發展階段，農業機械創新設計對農機專業的畢業生提出了新的要求。農業機械設計與實驗是《農業機械學》課程講述農業機械開發與研制的一般規律、進行實踐教學的基礎內容。為提高農機專業學生的創新能力，采用全株青貯玉米籽粒破碎試驗臺架的總體設計——實際案例的模式進行教學。該實踐教學模式可以用來培養農機專業學生創新意識，提高農機專業本科生的創新設計能力，為培養創新型專業人才打好基礎。

2選題意義

近年來，隨著國家持續推進“糧改飼”試點工作以來，至2018年，我國的糧改飼種植面積已突破1300萬畝，青貯玉米成為主要推廣種植的作物，全株玉米青貯飼料已成為我國草食家畜重要的飼料來源之一，高品質玉米青貯飼料的需求將隨著我國畜牧養殖業的迅猛發展越來越大。但由于我國的全株玉米青貯飼料產業起步晚，與之配套的收獲及加工機具有待進一步完善。籽粒破碎是全株青貯玉米飼料品質提升、全株青貯玉米產業發展的關鍵技術之一，是當前全株玉米青貯飼料加工機具必備的部件。研究表明，全株青貯玉米籽粒破碎程度及青貯原料的切割程度對飼料的發酵品質影響極大，因此，設計出高效、可靠的青貯玉米籽粒破碎裝置，對提升全株青貯玉米飼料品質、發展全株青貯玉米產業具有實際意義

3全株青貯玉米籽粒破碎試驗臺架的總體設計

3.1全株青貯玉米籽粒破碎試驗臺架功能分析

全株青貯玉米籽粒破碎試驗臺架具有動力部件、傳動部件、執行部件和控制部件，各部件間相互配合，組成一個完整的功能系統。這個系統具備的功能有主功能、動力功能、控制功能，如圖1所示。

（1）主功能。全株青貯玉米籽粒破碎試驗臺架系統的主要目標是實現籽粒破碎和秸稈的破節揉絲，為實現這個目標，還需要有喂入、切碎、拋送等子功能的相互配合。

（2）動力功能。為試驗臺架的各部件在實驗中提供恒定的或可變的動力。

（3）控制功能。為尋求試驗臺架各參數的最佳組合，需要在試驗過程中不斷調整參數值，控制功能使試驗臺架的工作狀態保持平穩、可靠的運行。

（4）環境條件。主要包括了試驗臺架所在地的電力供給、全株青貯玉米特性等相關實驗條件。

3.2總體設計方案及其結構簡圖

全株青貯玉米籽粒破碎試驗臺架是在室內工作，選擇由電動機提供動力，因此在設計時要考慮供電系統的穩定性;同時，還應考慮常用全株青貯玉米品種及其物理、力學特性。針對牛、羊飼喂時對青貯飼料的不同需求，且在尋求試驗臺架各參數的最佳組合的過程中，各參數要能夠不斷調整，初步確定全株青貯玉米籽粒破碎試驗臺架由喂入部件、切碎部件、籽粒破碎部件3個部分組成，如圖2所示。

該方案的工作過程為：在喂入電機的驅動下，喂入部件中輸送帶上的全株玉米經上下兩排喂入輥被強制喂人由切碎電機帶動的切碎部件中進行初次切碎，同時由切碎部件將初次切碎的物料拋送進入由破碎電機驅動的籽粒破碎部件中進行二次籽粒破碎及秸稈破節揉絲，最后混合物料通過籽粒破碎部件料口拋撒出出來。根據試驗臺架的工作過程，選定切碎滾筒一喂人速度之比、籽粒破碎輥的線速度、倆輥最小間隙、動輥預緊力、齒形、相對速差幾個參數為可變參數，以籽粒破碎率為目標函數，尋求達到最佳籽粒破碎效果的最優參數組合。

4參數控制

4.1切碎滾筒一喂入速度之比

切碎滾筒轉速與物料喂人速度之比決定了物料的合格切碎長度。切碎滾筒由切碎電機驅動，考慮其整體較大的轉動慣量，切碎電機選擇普通交流電機，并配置啟動穩流電柜，切刀轉速經一級增扭減速的帶傳動后保持恒定不變。整個喂人部件由喂入電機通過帶傳動驅動，其中輸送帶和兩對喂入輥之間的速比恒定，輸送帶和喂入輥之間由鏈傳動驅動;為了使切碎滾筒一喂入速度之比可變，在切刀轉速情況下，選擇喂入電機為變頻電機，通過調控其頻率達到改變物料的喂人速度，進而改變切碎滾筒一喂入速度之比的目的。

4.2籽粒破碎輥的線速度

籽粒破碎部件由破碎電機驅動，破碎輥的線速度在輥直徑及傳動皮帶輪傳動比確定時，選擇破碎電機為變頻電機，可控制調整破碎輥的線速度。

4.3相對速差

指倆破碎輥的線速度差值，在破碎輥直徑及破碎電機轉速固定時，可通過更換不同傳動比的傳動皮帶輪來調整。

4.4破碎輥最小間隙

為提高不同喂人量籽粒破碎的適應性，破碎輥設計為一動一定，定輥軸承座與籽粒破碎部件相對位置固定，動輥軸承座可沿設置在籽粒破碎部件上的固定滑道滑動，靠壓簧的壓力回位。破碎輥最小間隙通過動輥軸承座的位置變換調整，由定位螺釘確定。

4.5動輥預緊力

動輥預緊力即動輥回位壓簧的彈力，采用動輥軸承座與機架間的彈簧彈力大小來控制調整。

4.6齒形

破碎輥的齒形選擇鋸齒形結構，為了對比不同齒形結構對破碎率的影響，設計了兩種齒形結構‘“：一種是鋸齒形碾壓輥;另一種是帶螺旋槽的鋸齒形碾壓輥，如圖3、圖4所示。

5全株青貯玉米籽粒破碎試驗臺架的總體配置

全株青貯玉米籽粒破碎試驗臺架總體設計時，其整機總體配置應滿足：根據青貯玉米飼料的工藝要求，保證喂入、切碎拋送、籽粒破碎的各個加工過程要連續、流暢;根據試驗臺架的整體結構特點，正確配置其重心位置，保證其平穩運行;配置時，應使整機操作簡單，調整方便;整機外形美觀。根據總體配置要求，全株青貯玉米籽粒破碎試驗臺架配置如圖5所示。

6結語

以全株青貯玉米籽粒破碎試驗臺架的總體設計為案例，結合當前國內畜牧養殖業對高品質全株玉米青貯飼料需求的增加，而與之配套的機械化加工機具及其針對全株玉米青貯飼料加工機械設計基礎理論研究缺少的現狀，提出了影響青貯玉米籽粒破碎的技術參數，完成了對全株青貯玉米籽粒破碎試驗臺架的總體配置設計，這種用以培養農機專業學生創新意識，提高農機專業本科生的創新設計能力的實踐教學模式，是為培養創新型專門人才而做出的一種實踐教學方法的創新。