張永麗，吳 迪

（遼寧軌道交通職業(yè)學(xué)院 遼寧 沈陽 110023）

1 基礎(chǔ)參數(shù)研究對于土石料堆取機械具有重要意義

在農(nóng)機具研究中，不能僅僅停留在純機械性能的參數(shù)研究，比如，種子玉米脫粒機，如果僅從脫粒機的轉(zhuǎn)速等機械參數(shù)出發(fā)，研究脫粒部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的[1]。需要從玉米籽粒的生物學(xué)特性出發(fā)，研究剪切特性、壓力損傷等因素，從而最終討論影響脫粒特性的因素，找到脫粒機的最優(yōu)設(shè)計參數(shù)[2]。

物料性能的研究對于土石料堆取機械有著重要的意義。土壤的物理性質(zhì)與其黏性、含水量及外界環(huán)境都有關(guān)系，農(nóng)業(yè)機械學(xué)中對于土壤含水量研究的重要性與散體物料的濕度一樣，是散體物料的重要性能參數(shù)。物料的附著力和流動性是土石料堆取機械的重要性能參數(shù)。

2 附著力與散體物料的流動力

2.1 物料的凝聚力和附著力

在農(nóng)業(yè)機械學(xué)中，當(dāng)土壤與耕作部件表面的摩擦力和附著力大于土壤的凝聚力和土粒之間的摩擦力時，耕作部件的工作表面就會粘土，工作表面粘土就會增加牽引阻力。而土壤的附著力并非定值，它隨著含水量的變化而變化。在一定濕度條件下，當(dāng)附著力達到最大值，附著力反而下降[3]。

那么，當(dāng)土石料堆取機械在料場中時，如圖1 所示，現(xiàn)場物料為鐵精粉原料，正常含水率為8%左右，上述物料含水率達到了15%，物料間的凝聚力增強，黏性增大，導(dǎo)致設(shè)備在運轉(zhuǎn)過程中，黏性比較大的物料附著在取料裝置上，如圖2 所示。

圖1 含水率很大時的混合料

圖2 取料裝置附著物料

在種子玉米脫粒機及花生脫殼機的設(shè)計中，需要兼顧考慮到整機脫粒、脫殼效率與玉米、花生脫粒、脫殼損傷的問題，有些玉米脫粒機、花生脫殼機均采用了減少沖擊的柔性脫粒裝置，比如，脫粒滾筒和脫殼裝置采用了橡膠材質(zhì)[4]。

那么，在土石料堆取機械中，為了避免取料裝置取料過程中附著物料，針對含水率比較大的物料，取料裝置與物料接觸的角度應(yīng)該更加大，同時取料裝置應(yīng)優(yōu)先考慮選用陶瓷襯板或不銹鋼材質(zhì)襯板。通過上述辦法可以降低整機設(shè)備的驅(qū)動力。

2.2 物料的流動能力

物料的內(nèi)摩擦角和黏聚力是散體流動性能的兩個基本物理量，內(nèi)摩擦角的變化是反應(yīng)散體流動性的重要參數(shù)。散體物料的濕度、表面粗糙程度對散體的內(nèi)摩擦角有很大的影響。礦石塊體之間存在或大或小的黏聚力，但黏聚力的強度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于礦石本身的強度。對于單塊礦巖，它往往表現(xiàn)出固體的特性，而對于整個散體物料來說，它則會更多的表現(xiàn)出液體的性質(zhì)，散體物料具有固體和液體的雙重物理力學(xué)屬性[5]。

如圖3 和圖4 所示，現(xiàn)場物料為石灰石原料，由于物料產(chǎn)地不同，通過破碎裝置破碎后，物料的粒度和形狀不同，導(dǎo)致相同的取料裝置在不同產(chǎn)區(qū)的相同物料情況下，設(shè)備運行差別很大。物料流動性差別非常明顯，圖3 可以看出，物料與取料裝置接觸面非常平滑，設(shè)備運轉(zhuǎn)時受力較?。粓D4 可以看出，物料與取料裝置接觸面凹凸不平，取料裝置進入料堆內(nèi)部，設(shè)備運轉(zhuǎn)時受力很大。

圖3 粒度均勻石灰石與取料裝置

圖4 粒度不均勻石灰石與取料裝置

如圖5 所示，為了適應(yīng)不同粒度的物料，取料裝置上需要設(shè)置具有耙送物料的耙齒，耙齒均勻布置在取料耙架的表面，耙齒的長度設(shè)置150～200 mm為宜，取料能力較小時，耙齒可以采用可調(diào)整連接裝置，耙齒的材質(zhì)要根據(jù)實際物料的硬度和粒度決定，常規(guī)物料設(shè)置為耐磨鋼為宜。取料裝置在取料過程中，避免耙架接觸物料，只通過耙齒疏松物料，利用物料的自身流動性，使物料源源不斷地沿著料堆表面流下。為了避免取料裝置取料過程進入料堆內(nèi)部，取料裝置的角度應(yīng)設(shè)為可調(diào)式，取料裝置的角度一般要大于物料的堆積角度5°，根據(jù)現(xiàn)場實際物料的摩擦角大小進行調(diào)整，確保取料裝置位于物料流動表面，降低整機設(shè)備的驅(qū)動力。

圖5 取料裝置需要設(shè)置特殊耙料裝置

3 結(jié) 語

本文從生物學(xué)特性、力學(xué)特性及核心部件的材料材質(zhì)特性的研究出發(fā)，討論土石料堆取機械中基礎(chǔ)參數(shù)對機械性能影響的意義，并明確提出了避免土石料堆取機械防止物料附著的方法，優(yōu)先考慮選用陶瓷襯板或不銹鋼材質(zhì)襯板，同時闡述了確保物料流動性與摩擦角的重要關(guān)系，指出了可以通過實驗室的小劑量實驗獲取相關(guān)數(shù)據(jù)后，現(xiàn)場實測，從而得到經(jīng)驗參數(shù)。

機械服務(wù)于生活，更來源于生活。小到隨處可見的生產(chǎn)生活設(shè)備：面條機、剝殼器、電飯鍋配套的飯勺、玉米脫粒機、花生脫殼機等；大到飛機、潛水艇等，無處不在的農(nóng)業(yè)機械的仿生原理。農(nóng)業(yè)機械的結(jié)構(gòu)、原理包含了很多方面的內(nèi)容，包括了對土壤的物理性質(zhì)、強度、堅實度、含水量、抗剪強度、凝聚力和附著力的研究；包括農(nóng)機具結(jié)構(gòu)原理、工作過程、外形曲線及運動分析[6]。土石料堆取機械中對于仿生學(xué)的研究還屬空白，有必要開展進一步的研究。