劉彬 周鳳芳 茹煜

摘要：針對(duì)植物修剪枝葉雜亂、占用空間、資源浪費(fèi)等問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種價(jià)格低廉、操作簡(jiǎn)單、能修剪枝葉并實(shí)現(xiàn)粉碎與分離的枝葉分離粉碎機(jī)，介紹總體架構(gòu)、工作原理、關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)，樣機(jī)試驗(yàn)結(jié)果表明：枝葉分離粉碎后的碎片體積大小基本相等，不同桿徑的枝葉均能有效粉碎，能實(shí)現(xiàn)枝碎片及葉碎片的分離，但存在分離不徹底、工作噪音大等問(wèn)題，有待進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：枝葉分離裝置;粉碎機(jī);結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：S776? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1674-1161（2022）01-0027-03

收稿日期：2021-10-15

基金項(xiàng)目：江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金項(xiàng)目（CX（18）1007B02）

作者簡(jiǎn)介：劉 彬（1996—），男，在讀研究生，主要從事農(nóng)林植保技術(shù)與裝備方面的研究工作。

通信作者：茹 煜（1973—），女，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事農(nóng)林植保技術(shù)與裝備研究工作。

目前，對(duì)道路綠化、小區(qū)植被、果園樹(shù)林等樹(shù)木進(jìn)行修剪時(shí)，枝條與樹(shù)葉或聚積在一起，雜亂交錯(cuò)、占用空間，或簡(jiǎn)單剪碎灑落在土里，很少將枝葉進(jìn)行收集處理和廢物利用。事實(shí)上，樹(shù)葉可用作食草動(dòng)物飼料，枝條能作為板材和造紙制漿原料，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)植物資源的再利用。對(duì)枝條與樹(shù)葉進(jìn)行有效分離，是一項(xiàng)必要的作業(yè)環(huán)節(jié)。完成分離作業(yè)的機(jī)具主要為梳刷式分離機(jī)，這種機(jī)具種類(lèi)多，修剪枝葉大小不一，對(duì)于桿徑不同的樹(shù)木，其枝葉分離過(guò)程中易出現(xiàn)分離不徹底或無(wú)法使用的情況。對(duì)此，設(shè)計(jì)一種價(jià)格低廉、操作簡(jiǎn)單、能修剪枝葉并實(shí)現(xiàn)粉碎與分離功能的枝葉分離粉碎機(jī)，以期為園藝修剪和資源利用提供實(shí)用機(jī)具。

1 枝葉分離粉碎機(jī)總體設(shè)計(jì)與工作原理

若使粉碎和分離作業(yè)達(dá)到預(yù)期效果，所設(shè)計(jì)的枝葉分離粉碎機(jī)必須達(dá)到進(jìn)料穩(wěn)定可靠、枝葉分離徹底、枝葉粉碎充分的效果，并設(shè)置可靠的防護(hù)裝置以保證操作者的人身安全。

1.1 總體結(jié)構(gòu)

枝葉分離粉碎機(jī)主要由機(jī)架、動(dòng)力傳動(dòng)裝置、刀盤(pán)、進(jìn)料腔、粉碎腔、風(fēng)選腔、輸送帶等部分組成，如圖1所示。機(jī)架用于安裝和固定各類(lèi)部件;工作腔布置在機(jī)架上，其上部為進(jìn)料腔，下部是粉碎腔，粉碎腔聯(lián)通風(fēng)選腔;風(fēng)選腔設(shè)有軸流風(fēng)機(jī)，軸流風(fēng)機(jī)設(shè)置在風(fēng)選腔的進(jìn)風(fēng)口上;風(fēng)選腔與下方的枝碎片出料口及側(cè)邊的葉碎片出料口相連接，枝碎片的出料口連接輸送帶;動(dòng)力傳動(dòng)裝置布置在機(jī)架上，電機(jī)動(dòng)力通過(guò)帶傳動(dòng)傳遞給主要執(zhí)行部件刀盤(pán)。

1.2 工作原理

枝葉分離粉碎機(jī)的工作原理是先對(duì)修剪枝葉直接粉碎后進(jìn)行分離篩選，再對(duì)已分離的枝葉進(jìn)行篩選。由于枝條與樹(shù)葉密度不同，相同體積下可通過(guò)風(fēng)機(jī)對(duì)粉碎的枝葉進(jìn)行分離篩選。具體流程是將枝葉喂入進(jìn)料口工作腔，由刀盤(pán)刀具粉碎枝葉，經(jīng)工作腔下軸流風(fēng)機(jī)對(duì)枝條與樹(shù)葉進(jìn)行風(fēng)選分離，樹(shù)葉從側(cè)邊出口吹出，枝條掉落在傳送帶上。

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 進(jìn)料腔

進(jìn)料腔結(jié)構(gòu)如圖2所示。

進(jìn)料斗設(shè)在進(jìn)料口外口上，位于整體結(jié)構(gòu)的側(cè)面，幅寬大于70 cm。采用外張結(jié)構(gòu)，既便于進(jìn)料和保證進(jìn)料量，又可作為防護(hù)裝置以保證操作者的安全。進(jìn)料口下方設(shè)有料滑臺(tái)，由固定端向工作腔上腔體傾斜向下，這樣既有助于順利進(jìn)料，保障枝葉不會(huì)直接掉落，也能保證刀盤(pán)與枝葉充分接觸完成切削，保證切削效率。

2.2 粉碎腔

粉碎腔結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

枝葉經(jīng)進(jìn)料腔到粉碎腔，經(jīng)刀盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)切削枝葉，切削后密度較大的枝碎片和密度較小的葉碎片落入風(fēng)選腔進(jìn)行風(fēng)選分離。粉碎部件由刀盤(pán)和主軸構(gòu)成，主軸上設(shè)有刀盤(pán)軸肩，用以軸向限位。主軸軸階外螺紋與鎖緊圓螺母、防松圓螺母構(gòu)成螺紋副，鎖緊圓螺母將刀盤(pán)鎖靠于刀盤(pán)軸肩，防松圓螺母用于防止鎖緊圓螺母松動(dòng)，以保證刀盤(pán)與刀盤(pán)主軸可靠連接。

刀盤(pán)結(jié)構(gòu)及刀片安裝方式見(jiàn)圖4和圖5，主傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)如圖6所示。

螺釘將刀片安裝在盤(pán)片上，用于固定刀片位置并調(diào)整刀片軸向伸出量，以適應(yīng)削物料大小變化。刀片磨損后，可通過(guò)刀片槽對(duì)刀片重新打磨繼續(xù)使用。主電機(jī)通過(guò)軸心距調(diào)節(jié)裝置固定在機(jī)架上，主動(dòng)帶輪鍵連接于主電機(jī)軸，帶動(dòng)從動(dòng)帶輪旋轉(zhuǎn)。從動(dòng)帶輪與粉碎腔內(nèi)的刀盤(pán)主軸同軸心同角速度。移動(dòng)調(diào)整裝置實(shí)質(zhì)是緊固螺栓螺母副，用以將主電機(jī)緊固在機(jī)架導(dǎo)軌槽內(nèi)，便于調(diào)節(jié)電機(jī)主軸和刀盤(pán)主軸之間的軸心距，保證適當(dāng)?shù)钠埦o度。

2.3 風(fēng)選腔

風(fēng)選腔結(jié)構(gòu)如圖7所示。

枝葉經(jīng)粉碎腔粉碎后進(jìn)入風(fēng)選腔，由軸流風(fēng)機(jī)進(jìn)行風(fēng)選分離。在風(fēng)力作用下，密度較小的葉碎片因偏離自由落體路徑幅度較大而被吹到側(cè)出料口，排出工作腔，集中收納。密度較大的枝碎片因偏離自由落體路徑幅度較小而由下出料口排出工作腔。風(fēng)選腔側(cè)壁上設(shè)有中空的進(jìn)風(fēng)管，連通風(fēng)選腔。風(fēng)機(jī)安裝在進(jìn)風(fēng)口外端支架上，側(cè)出料口內(nèi)口下沿和下出料口均位于進(jìn)風(fēng)管底板下方。

2.4 出料運(yùn)輸裝置

出料運(yùn)輸裝置結(jié)構(gòu)如圖8所示。

輸送裝置設(shè)在下出料口下方，用于承接枝碎片并將其輸送至收納區(qū)。支架設(shè)在機(jī)架內(nèi)，支架上的副電機(jī)通過(guò)主動(dòng)帶輪和從動(dòng)帶輪分別驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輥、從動(dòng)輥，帶動(dòng)輸送帶環(huán)繞旋轉(zhuǎn)。

2.5 機(jī)架

機(jī)架由鋼板焊接而成，用以支撐傳動(dòng)系統(tǒng)、切削系統(tǒng)、帶傳動(dòng)張緊調(diào)節(jié)裝置等部件。機(jī)架內(nèi)部有足夠的空間，可放置水平傳送帶，支撐風(fēng)選風(fēng)機(jī)。機(jī)架設(shè)有加強(qiáng)筋，采用三角形固定方式。機(jī)架部件通過(guò)螺栓或焊接方式進(jìn)行聯(lián)結(jié)。

3 試驗(yàn)效果與討論

樣機(jī)試制完成后，在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行作業(yè)試驗(yàn)。結(jié)果表明：枝葉分離粉碎后，兩個(gè)出口的碎片體積大小基本相等，這有助于碎片的后續(xù)處理。對(duì)不同桿徑的枝葉均能有效粉碎，效率較高。借助軸流風(fēng)機(jī)對(duì)枝碎片及葉碎片進(jìn)行風(fēng)選，能實(shí)現(xiàn)枝碎片及葉碎片的分離，但存在分離不徹底的現(xiàn)象。此外，粉碎的枝葉沒(méi)有按照既定的出料口全部排出，有些會(huì)附著在機(jī)體上，對(duì)帶動(dòng)力傳輸及底部輸送帶工作產(chǎn)生不利影響。帶傳動(dòng)及軸流風(fēng)機(jī)噪音大，影響操作人員健康，有待進(jìn)一步完善設(shè)計(jì)。59156049-A679-405E-BDDA-9DA9837ADFE6

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Study on the Design of Branch and Leaf Separation Mill

LIU Bin， ZHOU Fengfang， RU Yu*

（College of Mechanical and Electronic Engineering，Nanjing Forestry University，Nanjing Jiangsu 210037， China）

Abstract：In view of the problems of disorderly pruning， space occupation and resource waste of plants， a kind of branch and leaf separation mill with low price and simple operation was designed， which can prune branches and leaves and realize crushing and separation. The overall structure， working principle and key component design were introduced. The prototype test results showed that： After the separation and crushing of branches and leaves， the size of the fragments is basically the same. Branches and leaves with different rod diameters can be effectively crushed to achieve the separation of branches and leaves， but there are problems such as incomplete separation and high noise， which need to be further improved.

Key words： branch and leaf separation device;mill;structural design59156049-A679-405E-BDDA-9DA9837ADFE6