簡述一種玉米秸稈破碎機的設計

承德石油高等專科學校 電氣與電子系 河北 承德 067000

我國耕地面積較大，秸稈資源十分豐富，開發價值極大。作為一種可再生資源，農作物秸稈是非常好的飼料原料。提高農業作物的秸稈綜合的利用效率，是目前發展高產量、優質、高效農業生產的重要途徑。合理地開發利用秸稈，已經發展成為了農業生產回收資源利用的新課題[1]。本課題設計了一款小型玉米秸稈破碎機，該破碎機是將玉米秸稈粉碎，以利用其作為牲畜飼料。它是一種在玉米聯合收割機以外使用的機械，作業的對象是收獲完玉米之后的秸稈，能夠很好地彌補手工粉碎的麻煩，功率也比較低，節約電能，適用于中小型的養殖戶，有很好的使用前景。

1 總體設計

1.1 總體結構

該玉米秸稈破碎機主要由動力傳動機構、箱體、工作部件等組成。本設計的結構形式為立式結構，刀軸水平配置，粉碎刀安裝在轉軸上。動力源為電動機，電動機通過減速器與大帶輪相連接。然后將動力傳送給工作部件。

1.2 工作原理

在該機工作時，電動機輸出軸傳遞的動力經萬向節傳遞給變速齒輪箱，齒輪箱傳遞動力到帶輪。在進行秸稈破碎工作的過程中，電機軸通過聯軸器、大小帶輪兩級的傳動后，帶動刀軸上的甩刀高速旋轉。當秸稈進到粉碎腔體內后，同時受到刀具的剪切、搓擦和撕拉的作用，從而得到粉碎。

2 動力傳動設計

2.1 電動機的選型與參數計算

一般大中型的玉米秸稈破碎機動力裝置為柴油機，但是整個結構比較笨重不方便搬運，能量損耗較大。本設計為小型破碎機，動力裝置選用電動機，提高了該機器的便捷性。電動機應有適當的容量來滿足要求，如果所選的電動機功率太大，必然會因容量不能充分利用而增加成本，造成功率的浪費；相反，如果容量太小，就無法保證破碎機的正常工作質量，或使電動機長期處于過載工作狀態，導致電動機的壽命減少。考慮到功率儲備以及傳遞過程中的功率損失，選擇的電動機的功率必須大于破碎機的使用功率。

設計選擇三相異步電動機，其結構簡單，工作可靠，價格低廉，維護方便，適用于不易燃，不易爆，無腐蝕性氣體和無特殊要求的機械。

經多次試驗測定，電動機工作所需要的有效功率Pw約為13kW，帶輪傳動效率，滾動軸承傳動效率[2]，即：

由電動機至運輸帶的傳動總效率為：

電機所需的工作功率：

因載荷平穩，電動機額定功率只需略大于P0即可，根據三相異步電動機的典型技術數據，選電動機的額定功率為15kW。本設計擬采用Y160M-4型電動機。

2.2 各軸功率、轉矩的分配與計算

3 箱體結構設計

3.1 入口、出口設計

考慮填裝的效率和安全性能，破碎機的入口的設計如下：采用5o的斜坡，利用重力的作用使填裝的秸稈能夠順利地進入粉碎腔內而不會發生倒滑（往粉碎倉相反的方向滑動）。由于玉米秸稈的長度較大，入口底盤相對較長，盡量使秸稈能夠較完整的在底盤上滑動。

從安全的角度講，入口的側板能夠防止秸稈在切割與撕扯的過程中與粉碎腔的壁面發生擠壓，造成秸稈對人體的敲打。有了側板會使秸稈相對比較順滑。另外較長的底板設計也是考慮到防止工作者將手深入到粉碎腔而造成的人體傷害。

粉碎機的出口主要考慮的原因同樣是以下幾個：秸稈的及時排出、安全性能、流暢性。把玉米秸稈看成流體，根據流體力學的性質，急彎能夠增加湍流的發生[3]，在設計入口和出口與腔體的連接部位采用的是相切位置關系，這樣不會由于急彎、直角等部位使秸稈發生阻塞。秸稈順利的排出依靠的主要是重力，以及甩刀產生的離心力。

3.2 腔體設計

粉碎腔是玉米秸稈破碎機最主要的工作部位，粉碎的過程就發生在該部位。該部位主要考慮的因素是粉碎過程中的安全性和流暢性。由于殼體的保護以及出入口的設計使安全問題得到了很大的保證，所以該部位的設計中將工作的流暢性作為設計重點。把玉米秸稈看成流體，根據流體力學的性質，急彎能夠增加湍流的發生[3]，與出入口設計類似，在腔體內部設計時盡量避免急彎和直角，這樣不會發生阻塞。

4 主要工作部件設計

4.1 粉碎刀的工作原理

粉碎刀是該機的核心工作部件。粉碎刀輥的轉速，甩刀的配制方式及數量是直接影響秸稈粉碎性能的主要參數。甩刀數量越多，甩刀的線速度越大，對秸稈的粉碎效果越好。考慮動力的匹配以及作業的安全性，選用了臥式結構，將錘爪式甩刀按螺旋線均勻分布在刀軸上。

甩刀的排列方式會對刀輥轉動時的平衡，物料在粉碎室內的分布狀態等產生極大的影響。因此，甩刀在刀輥上的排列方式，應能夠保證物料在粉碎室內均勻分布，不向任何一側推移，并且能夠讓轉軸保持動平衡。常見的排列方式有螺旋線的排列、對稱式排列、交錯平衡式排列等三種方式[4]。本機選用對稱式排列方式。

4.2 粉碎刀的選擇與安裝

甩刀的刀型選擇的是Y型刀，它的優點是緩解了甩刀拐角處的集中應力；刀片的功率消耗小，Y型刀能夠斜切粉碎秸稈，能夠達到省力的效果。進料口在破碎機頂部，出料口在破碎機底部。刀片為對稱排列，需粉碎的物料通過與本機相配的喂料器由頂部進料口喂入，經進料導向板從左邊或右邊進入粉碎室，在高速旋轉的錘片打擊和作用下物料逐漸被粉碎，并在離心力和重力作用下穿過篩孔，從底座出料口排出。粉碎工作部件的旋轉方向與機具前進方向相反。

甩刀的工作環境較為潮濕惡劣，常常和秸稈、泥土等接觸，需要有很強的耐磨性和抗沖擊韌性。考慮以上因素，參考相關資料，本機選用20CrMnTi型甩刀。甩刀設計的切割直徑是226mm，甩刀的與腔體最小的最小間隙是7mm。這樣既能保證甩刀在工作過程中的流暢性，又不至于使破碎的秸稈從縫隙中漏掉。

5 破碎機主要參數

結合以上分析，破碎機主要參數如下：

外形尺寸：85×75×120。粉碎軸轉速(轉/分)：4500r/min。粉碎刀數(片) Y型刀：8。切碎長度：≤10cm。配套功率：1500W。切碎合格率：≥90%。

6 結束語

本文提出了一種小型的玉米秸稈破碎機的設計方案，主要對破碎機的電氣部分、傳動部分、結構部分等進行了設計，對主要零部件進行了理論分析和計算，確定了基本參數。設計了獨特的粉碎結構，在使用低功率電動機的基礎上，使玉米秸稈能夠被充分粉碎，節約了能源，降低了成本。