劉慶剛，王朝陽，許 智,2，于新奇，李洪濤

（1.河北科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，石家莊 050018；2.河北省特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，石家莊 050001）

0 引言

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，能源問題日漸突出[1,2]。生物質(zhì)能作為一種廣泛分布的可再生能源，越來越受到人們的重視[3～5]。生物質(zhì)能的主要來源是農(nóng)作物秸稈，然而，農(nóng)作物秸稈由于其自身的特點(diǎn)，難以運(yùn)輸和儲藏，為此人們設(shè)計(jì)了一系列的生物質(zhì)秸稈回收利用裝置，其中最為關(guān)鍵的設(shè)備就是秸稈打捆機(jī)[6～8]。

秸稈打捆機(jī)是一種用于將生物質(zhì)秸稈進(jìn)行收集、破碎、壓縮、捆扎的設(shè)備，經(jīng)秸稈打捆機(jī)處理以后的生物質(zhì)秸稈體積大大縮減，可以方便進(jìn)行運(yùn)輸、儲存和應(yīng)用。目前，秸稈打捆機(jī)的研究與開發(fā)是生物質(zhì)能源利用領(lǐng)域的一個(gè)重要課題，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)采用柔性撿拾機(jī)構(gòu)和風(fēng)機(jī)輸送物料的新型秸稈打捆機(jī)，對于促進(jìn)生物質(zhì)能源的回收利用具有一定的意義。

1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的秸稈打捆機(jī)主要由甩刀撿拾機(jī)構(gòu)、風(fēng)機(jī)拋送喂料機(jī)構(gòu)、滑塊式壓縮機(jī)構(gòu)和打結(jié)機(jī)構(gòu)等四部分組成，如圖1所示。其最主要的特點(diǎn)在于采用了柔性撿拾、粉碎機(jī)構(gòu)和風(fēng)機(jī)拋送機(jī)構(gòu)兩個(gè)方面。相對于傳統(tǒng)的秸稈回收裝置，這種拋送喂料式秸稈打捆機(jī)具有撿拾機(jī)構(gòu)不易損壞、喂料機(jī)構(gòu)不易阻塞兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

本文所設(shè)計(jì)的打捆機(jī)需要一臺拖拉機(jī)牽引工作，并為打捆機(jī)提供動力。其主要傳動結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 拋送喂料式秸稈打捆機(jī)結(jié)構(gòu)圖

圖2 傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

如圖2所示，變速機(jī)箱2的作用是將拖拉機(jī)主軸輸出轉(zhuǎn)速降低到合適數(shù)值，然后分別用于驅(qū)動橫向和縱向兩個(gè)傳動鏈。橫向傳動鏈主要包括撿拾機(jī)構(gòu)的甩刀軸、喂料機(jī)構(gòu)的絞龍軸以及用于提供輸送動力的拋送葉片?？v向傳動鏈包括第二皮帶傳送機(jī)構(gòu)3、減速箱4、齒輪機(jī)構(gòu)9、第一鏈傳動6、第二鏈傳動8，主要用于驅(qū)動壓縮機(jī)構(gòu)壓塊的往復(fù)運(yùn)動和打捆機(jī)構(gòu)的運(yùn)動。

在傳動機(jī)構(gòu)的驅(qū)動下，甩刀軸帶動Y型甩刀轉(zhuǎn)動，將秸稈收入打捆機(jī)，依靠甩刀的高速運(yùn)動將進(jìn)入撿拾機(jī)構(gòu)生物秸稈破碎，并推送至喂料機(jī)構(gòu)的集料箱之中。集料箱主要用于收集、緩沖破碎的生物秸稈，進(jìn)入集料箱的生物質(zhì)秸稈依靠絞龍和推送葉片進(jìn)入拋送裝置，拋送裝置的主要零部件是一個(gè)拋送葉片，拋送葉片一方面將由絞龍和輸送葉片運(yùn)送的生物質(zhì)秸稈物料拋入喂料筒，另一方面，高速旋轉(zhuǎn)的葉片驅(qū)動空氣推動喂料筒中的生物質(zhì)秸稈物料進(jìn)入壓縮室。在壓縮室內(nèi)，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)將生物質(zhì)秸稈物料壓縮成尺寸合適的方形捆，經(jīng)打結(jié)機(jī)構(gòu)打結(jié)以后送出打捆機(jī)。

2 撿拾機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的打捆機(jī)一般采用固定式撿拾機(jī)構(gòu)，撿拾機(jī)構(gòu)剛性較大，容易阻塞，過載時(shí)容易折斷。本設(shè)計(jì)采用柔性撿拾機(jī)構(gòu)，主要用于撿拾和破碎的Y型甩刀與甩刀軸之間柔性連接，不易發(fā)生阻塞，過載時(shí)也不易折斷。此外，Y型甩刀還可以起到破碎物料的作用，不用專門設(shè)計(jì)破碎機(jī)構(gòu)。

本設(shè)計(jì)采用Y型甩刀式撿拾機(jī)構(gòu)，主要由Y型甩刀、導(dǎo)向板、側(cè)立板、皮帶輪機(jī)構(gòu)和橫向傳動軸等組成，如圖3所示。

圖3 甩刀式撿拾機(jī)構(gòu)

這種撿拾結(jié)構(gòu)主要依靠Y型甩刀的高速運(yùn)動撿拾、破碎和輸送物料，因此Y型甩刀的幾何形狀和在甩刀軸上的布置方式至關(guān)重要。布置過于稀疏，撿拾和破碎效果不佳；布置過于密集，物料破碎后過于細(xì)小，難以打結(jié)，且功率消耗急劇增加。因此，針對不同的秸稈性質(zhì)，應(yīng)該設(shè)計(jì)不同形式的甩刀，采用不同的甩刀布置形式。

3 喂料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的喂料機(jī)構(gòu)一般采用撥叉、絞龍或者兩者的組合結(jié)構(gòu)，其主要缺點(diǎn)在于對結(jié)構(gòu)的運(yùn)動配合精度要求較高，當(dāng)物料量過大時(shí)容易發(fā)生阻塞。本設(shè)計(jì)采用一種拋送喂料裝置，其設(shè)計(jì)理念參考了秸稈粉碎機(jī)的拋出裝置。如圖4所示，主要包括絞龍、導(dǎo)向板、喂料筒、喂料風(fēng)機(jī)、集料箱五部分。

圖4 風(fēng)機(jī)拋送式喂料機(jī)構(gòu)

如圖4所示，絞龍和導(dǎo)向板主要用于物料的水平輸送，物料的垂直輸送主要依靠喂料風(fēng)機(jī)的葉片拋送和風(fēng)壓完成。由于設(shè)置了集料箱，物料的輸送速度可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，有效防止了物料阻塞發(fā)生。另一方面，由于采用了拋送喂料裝置，喂料筒內(nèi)空間較大，也有可以有效預(yù)防阻塞發(fā)生。

4 壓縮打結(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

壓縮和打捆機(jī)構(gòu)對于設(shè)備整體至關(guān)重要，如果壓縮不實(shí)或者打捆不牢，容易發(fā)生散捆造成運(yùn)輸困難。此外，壓縮機(jī)構(gòu)和打結(jié)結(jié)構(gòu)的聯(lián)動也是壓縮和打捆機(jī)構(gòu)要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。

如圖5所示，本設(shè)計(jì)采用技術(shù)相對成熟的曲柄連桿推動壓縮滑塊的壓縮方式。壓縮和打捆機(jī)構(gòu)主要由壓捆室、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、壓縮塊和打結(jié)機(jī)構(gòu)等組成。進(jìn)入壓縮室的物料在壓縮塊的推動下逐漸被壓縮，當(dāng)達(dá)到預(yù)定的壓縮力和壓塊尺寸時(shí)，打結(jié)結(jié)構(gòu)開始工作，打結(jié)針穿線，打捆，完成壓縮打捆工作。

圖5 壓縮打捆機(jī)構(gòu)

壓縮塊結(jié)構(gòu)由壓縮塊1和擋料板2組成，如圖6所示。當(dāng)壓縮塊向前滑動壓縮過程中，擋料板緊隨壓縮塊滑動，阻擋秸稈碎料從喂料筒進(jìn)入壓縮塊后部的壓捆室。

圖6 壓縮結(jié)構(gòu)

5 結(jié)論

本文針對傳動打捆機(jī)中，撿拾和喂料機(jī)構(gòu)容易發(fā)生阻塞的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種撿拾甩刀與甩刀軸柔性連接的撿拾機(jī)構(gòu)，操作彈性大，不易阻塞和折斷；同時(shí)改進(jìn)了物料的垂直輸送方式，引入了拋送風(fēng)機(jī)，采用拋送葉片的離心力和風(fēng)壓完成物料的垂直輸送工作，克服了載荷過大時(shí)喂料箱容易發(fā)生阻塞的缺點(diǎn)。

[1]譚建生.從德國能源轉(zhuǎn)型看我國清潔能源發(fā)展[J].開放導(dǎo)報(bào),2017,(3):40-44.

[2]李凡,許昕,代永瑋.金磚國家可再生能源政策比較研究[J].亞太經(jīng)濟(jì),2017,(3):63-67.

[3]常世彥,康利平.國際生物質(zhì)能可持續(xù)發(fā)展政策及對中國的啟示[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2017,33(11):1-10.

[4]胡敏,于鳳文,洪機(jī)劍,等.5種生物質(zhì)基本性質(zhì)分析[J].西北林學(xué)院學(xué)報(bào)2017,32(3):52-55.

[5]耿愛欣,楊紅強(qiáng).生物質(zhì)能源替代化石能源的成本有效性拓展模型—基于時(shí)間價(jià)值視角[J].資源開發(fā)與市場,2017,33(5):533-539.

[6]趙婉寧,操子夫,楊雨林,等.玉米秸稈打捆機(jī)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù),2014,34(9):39-40.

[7]郭漢兵,吳玲,顧開聯(lián).自驅(qū)式秸稈打捆機(jī)的優(yōu)點(diǎn)及推廣措施[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2015,(14):196-196,200.

[8]潘世強(qiáng),操子夫,趙婉寧,等.基于Solidworks玉米秸稈打捆機(jī)的設(shè)計(jì)[J].中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào),2016,37(6):31-34.