煙草打頂循環一體機結構設計

閆曉海，肖夢月

（濰坊理工學院，山東 濰坊 262500）

1 研究背景及意義

煙草種植是中國農業經濟發展中非常重要的一部分，每年都為中國帶來可觀的經濟效益。作為一種經濟作物，煙草打頂期需要對植株進行打頂,從而抑制頂端生長素使植株的縱向生長。煙草打頂作業主要以人工剪切，人工打頂存在植株參差不齊、效率低下以及葉片損傷等問題，嚴重影響煙葉的生產質量。

現研制一種煙草打頂循環一體機，通過升降裝置改變打頂作業高度，研磨打頂產生的殘余，并將殘渣加工成殺蟲液、飼料、農家肥等循環利用，減輕殘余物自然降解產生的病蟲害，避免了經濟上的浪費，實現了生態的有利結合。

2 煙草打頂循環一體機結構及工作原理

煙草打頂循環一體機主要由煙草打頂系統1、研磨系統2、過濾收集系統3、導流收集系統4和升降系統5等5個部分組成，見圖1。其中打頂系統通過割刀的旋轉將煙芽切下，實現打頂；隨之煙芽被傳送至收攏結構，并通過傳送帶運輸到研磨系統；研磨系統與打頂系統相連接，主要是針對打頂殘存的煙葉、煙桿研磨破碎進行固液分離化；過濾收集系統將液態殘存物進行過濾、收集，并通過后續發酵制作沼氣或殺蟲劑；導流收集系統主將固態的殘余物進行收集；升降系統通過改變打頂機高度，改變打頂位置，保證打頂精確化。

圖1 碳、氮、磷化學計量學分析Fig.1 The stoichiometric analysis of carbon,nitrogen and phosphorus

圖1 煙草打頂循環一體機整機結構Fig.1 The overall structure of tobacco topping and circulation machine

3 煙草打頂循環一體機結構設計

3.1 打頂系統

打頂系統主要由大刀盤2、鋸齒形刀片8、傳動軸1、凹型口3、螺母9、前收攏板5、彈簧6、擋板7、后收攏板4等9個部分組成，見圖2。其中大刀盤4、傳動軸1、螺母9共同組成切割器。凹型口3位于該機械的縱向最前端采用凹型體結構，切割時可以對植株居中切入；大刀盤2安裝在傳動軸上，設計要求轉動靈活，切除的煙草頂部要均勻無刮痕。考慮到煙草植株的莖稈質地較硬，選用鋸片形式的圓盤割刀。根據煙草植株的生長情況、打頂的整齊性、工作的穩定性等因素，采用水平旋轉切割[1]。

圖2 煙草打頂循環一體機打頂研磨系統Fig.2 The topping and grinding system of tobacco topping and circulating integrated machine

大刀盤2機身厚度為10 mm，中心孔半徑為25 mm。根據煙葉植株頂部的水平投影距離，回轉半徑設置為120 mm，可以有效地切割煙草莖稈。鋸齒形刀片8的滑切角為40°。刀片的刀刃上設計成鋸齒型，有利于切斷秸稈，提高切割效率。鋸齒型刀片8主要將大刀盤2切下的煙芽打碎，因此上面布滿了許多齒形刀刃。當刃口沿材料切向滑移時，這些齒的齒端在切割材料纖維上一方面做向前的鋸齒切割運動，另一方面做向下的鋸齒切割運動，兩方面聯合作用，植株材料更容易被打碎[2]。

擋板7、彈簧6、前置收攏板5、后置收攏板4組成煙芽收攏裝置。煙草打頂后產生的殘存莖稈雜亂無序，通過收攏裝置，可以有效地將殘存煙稈規整，便于后續的研磨加工。

3.2 研磨系統

打頂后產生的殘存莖稈由傳送帶12傳送至粗研磨裝置，將其打碎成片狀煙草物料，再由傳送帶13傳送到精度研磨部分，在精度研磨裝置的加工下，片狀煙草物料進一步被加工為顆粒狀，分離為殘渣和汁液，為循環再利用系統的工作做好初步準備，見圖3。

傳送導流部分在整個研磨系統中起著非常關鍵的作用，主要包括粗研磨部分的傳送帶12、粗研磨與精度研磨之間的過渡傳送帶13、傳送帶14。粗研磨部分的傳送裝置可以連接打頂系統和精度研磨部分，利用自身的結構特點，平穩運送打頂產生的葉片與莖稈，通過傳送帶下方支架上安裝的縱向齒形刀片11，對物料進行初步的粗加工，為后面的工序做好充分的準備。粗研磨部分由傳送帶12、支撐架10和縱向齒形刀片11三部分組成。縱向齒形刀片11固定在支撐架10上，便于控制旋刀的旋切方向。

精度研磨部分主要是由五個圓柱齒形刀片15、半封閉加壓蓋16。精度研磨部分是將將粗研磨后的塊狀煙草物料進一步研磨成碎末狀殘渣并擠出煙草汁液的關鍵部分。通過多個圓柱齒輪刀片的切割，使物料得到充分的研磨，為后續的回收利用部分做好準備。

3.3 過濾收集系統

液態殘存物過濾收集系統主要由粗過濾裝置17、精過濾裝置18、液態殘存物收集裝置19和液態殘存物導流管20四部分組成，見圖3。殘存物粗過濾裝置主要在精研磨系統的下方，一端通過焊接方式焊接在精研磨系統的下方，另一端采用傾斜焊接的方式與殘存物精過濾裝置構成45度角；殘存物精過濾裝置在殘存物粗過濾裝置的下方，采用固定焊接方式焊接在殘存物收集盒的頂端；導流管位于液態殘存物收集盒的正下方。當殘存物被研磨導出后經過殘存物粗過濾裝置進行粗過濾，將其中較大的葉片莖稈進行篩選，而液態殘存物會經過粗過濾的孔滴落到殘存物精過濾裝置上進一步過濾，徹底將固態殘存物清除，剩下的液態殘存物會經過液態殘存物收集盒繼而收集到液態殘存物收集箱中，對殘余液回收箱中的液體用于制造殺蟲劑。

圖3 煙草打頂循環一體機過濾收集導流系統Fig.3 The filtration,collection and diversion system of tobacco topping and circulation integrated machine

3.4 導流收集系統

導流收集系統包括導流板22、固態傳送帶21和收集箱23，見圖3。固態殘存物導流裝置在殘存物粗過濾裝置17的右方，通過焊接方式焊接在殘存物粗過濾裝置18的側壁上；固態殘存物收集盒在導流板22的右方，通過焊接方式焊接在導流板的側壁上；當殘存物被研磨導出后經過殘存物粗過濾裝置粗過濾，將其中過大的葉片進行篩選，將固態殘存物會經過殘存物粗過濾裝置17滑落到導流板上，隨后這些固態殘存物經導流板經過固態傳送帶22到固態殘存物收集箱23中。

打頂殘存物堆積在田間發酵過程中，會在殘存物中產生大量病蟲害，破壞煙草生長，降低煙草的質量和產量，通過對殘存煙葉的收集和集中處理，實現循環再利用[3]。固態回收品可用作沼氣發酵或通過發酵處理后作為飼料。最終實現資源的再利用，提高資源利用率[4]。

4 結論

本文所設計的煙草打頂循環一體機，主要用于對團棵期的植株進行打頂，對于所產生的殘余物進行固液化分離，對于固態的產物進行循環再利用主要用于飼料和農家肥，對于液態的殘余物用于殺蟲劑的生產。該機械有效的提高了煙草產量和葉片質量，提高了作業效率，同時促進煙草種植的良性發展。