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(zhǎng)沙410128；2.湖南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備工程技術(shù)研究中心，湖南 長(zhǎng)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(lái)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(guó)煙葉的種植面積為141.2萬(wàn)hm2，每年收獲后產(chǎn)生的煙稈大約為305萬(wàn)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(shí)意義。由于我國(guó)在煙稈收獲方面的機(jī)械化程度低，煙草收獲后，一個(gè)是被隨意棄在煙田中，一個(gè)是就地焚燒。煙稈中寄生有大量病菌，如不及時(shí)清理，會(huì)影響來(lái)年煙葉的生長(zhǎng)。廢棄煙稈資源沒(méi)有得到有效利用，反而嚴(yán)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(shí)際的需要,筆者在機(jī)動(dòng)的煙草拔稈機(jī)上設(shè)計(jì)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(qiáng)，效率高，成本低，質(zhì)量好，質(zhì)量輕，安全和可靠性高等特點(diǎn)，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(jī)構(gòu)和動(dòng)力系統(tǒng)。切刀和切碎軸通過(guò)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(guò)軸承與動(dòng)力系統(tǒng)連接。動(dòng)刀分別在左右兩個(gè)軸上排列,均勻交錯(cuò)地對(duì)稱安裝在切碎裝置的滾筒體上,每個(gè)軸上6片,均勻地分布于筒體上。負(fù)責(zé)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(jī)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(diǎn)，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(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，動(dòng)力由皮帶輪傳送到主變速箱，再通過(guò)主變速箱將動(dòng)力傳送到副變速箱，經(jīng)過(guò)副變速箱將動(dòng)力分成兩部分輸出，其中一部分動(dòng)力通過(guò)鏈輪和齒輪傳動(dòng)到煙稈的拔稈部分，另一部分動(dòng)力通過(guò)錐齒輪傳動(dòng)到切碎裝置。拔稈部分的動(dòng)力將煙稈通過(guò)雙排夾持鏈輪將煙稈運(yùn)送到位于拔稈部分末端的切碎裝置,切刀在動(dòng)力系統(tǒng)的帶動(dòng)下逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，拔稈部分運(yùn)送過(guò)來(lái)的煙稈通過(guò)切刀被切碎，同時(shí)切碎裝置上方未被切到的煙稈部分，經(jīng)由設(shè)計(jì)的回送機(jī)構(gòu)再次送入切碎裝置繼續(xù)切碎。經(jīng)過(guò)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(jì)

2.1 切碎滾筒參數(shù)的設(shè)計(jì)

（1）滾筒轉(zhuǎn)速的確定。目前國(guó)內(nèi)有各種型號(hào)的秸稈切碎裝置，所設(shè)計(jì)的滾筒回轉(zhuǎn)直徑也各有不同，本設(shè)計(jì)為了使機(jī)構(gòu)緊湊合理，質(zhì)量輕，體積小，滾筒的直徑設(shè)計(jì)為220mm，滾筒的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)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?。簄=1200r/min。

（2）切碎裝置的動(dòng)平衡計(jì)算。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9239.1-2006上的要求，刀軸與刀片裝配后的動(dòng)平衡精度為G6.3級(jí)。下面對(duì)滾筒進(jìn)行動(dòng)平衡計(jì)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(duì)稱，所以根據(jù)下式可以求得切刀軸兩端的兩個(gè)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(jì)

（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(zhǎng)度確定的，而煙稈的切碎長(zhǎng)度是由幾個(gè)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(zhǎng)度可以由下式表示：

式中：L為刀片間距，即煙稈切斷長(zhǎng)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(duì)于切斷煙稈之類的堅(jiān)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?yàn)闊煻捛o較粗和比較堅(jiān)硬，所以刀片的刃口不但要比較鋒利，而且還需要具有較強(qiáng)的抗沖擊和振動(dòng)性能。這就要求刀片的材料具有足夠的強(qiáng)度，韌性和耐磨性，通過(guò)熱處理可以使刀片刃口的硬度達(dá)到35～55HRC，根據(jù)上述要求,查農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可以將刀片材料選為,對(duì)其進(jìn)行熱處理，表面硬度可達(dá)30～40HRC，芯部硬度可達(dá)，刀片的齒高為5mm。

根據(jù)上述設(shè)計(jì)，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(biāo)

根據(jù)上述的設(shè)計(jì)和分析，設(shè)計(jì)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(yǔ)

（1）該切碎裝置設(shè)計(jì)方案合理、結(jié)構(gòu)緊湊、使用可靠，質(zhì)量輕巧，造價(jià)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(gè)工作。 為確保結(jié)構(gòu)緊湊和煙稈切碎時(shí)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(shí)踐證明，該設(shè)計(jì)能夠滿足煙稈等硬質(zhì)秸稈的切碎拋送任務(wù)，滿足各項(xiàng)使用要求。

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[5]中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院.農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社，2007.