切碎装置

切碎装置（共4篇）

切碎装置 篇1

1 切碎机切碎装置的优化选择

在诸多种类的切碎机中, 能量的消耗与切碎方式密切有关。饲料切碎方法分为砍切和剪切2种:砍切是指动刀与定刀刃线同时重合, 滚筒式直置式动刀与直置式定刀切碎就是采用这种方法;剪切是指动刀与定刀刃线交叉相遇, 从而形成剪切。剪切比砍切消耗的能量要低。在铡草机中, 滚筒式较圆盘式传动简单, 在生产率和切断长度相同的情况下, 滚筒式铡草机所需的功率比圆盘式约减少1 5%, 所以, 一般小型铡草机大多采用滚筒式。滚筒式铡草机的动刀一般采用圆柱面螺旋线刀刃, 这种弯曲母线的动刀刃与一直母线定刀刃配合工作, 产生良好的剪切性能。但弯曲动刀刃的制造较困难, 而且磨刃也不便。

滚筒式铡草机也有采用直线刀刃作为动刀与轴中心线斜交作圆锥面运转的, 为了获得一定的滑切角, 此时的定刀刃线不再属于动刀刃工作面的母线, 容易造成不等隙剪切, 从而导致切碎质量的下降和能耗增加。因此, 如何合理采用直线刀副实现无隙滑切, 成为滚筒式铡草机设计的焦点问题。

在滚筒式饲料切碎机的结构没计中, 动刀、定刀位置参数是切碎机的核心, 它决定着切碎机的性能。定刀位置参数是指在切碎滚筒圆周上的位置和定刀上表面与水平的相互位置, 同一线族的两支母线相遇时, 会全线同时重合, 造成砍切;只有异族母线相遇时, 才有可能交叉形成剪切。

2 异族直母线刀副原理

如图1是单叶双曲面异族直母线刀副原理图。当一直线刀刃m m1与轴中心线O X既不平行又不相交而是偏置一定距离e, 并倾斜一定角度λ绕轴中心线回转时, 其回转面即是一单叶双曲面) , 其方程为:y2+z2-x2t a n2λ=e2。当y=e时, 其方程为:z2-x2ta n2λ=0, 此时方程有2个解, 即z-x·tanλ=0和z+x·t anλ=0, 这样便获得单叶双曲面的一异族直母线。这二线恰形成一剪切角θ=2λ。

z-x·ta nλ=0可做动刀刃线, z+x·t anλ=0可做定刀刃线。

3 异族直母线刀副在设计中的应用

在铡草机中采用单叶双曲面的一对异族直母线为剪刀副, 其结构为:动刀固定在一回转体上, 其刀刃线与回转轴中心 (X轴) 之间空间夹角为λ, 动刀刃线与回转轴中心线距离为e。动刀刃线应在距中心为e的垂直面内, 满足z-x·t a nλ=0;定刀刃线轨迹为:y2+z2-x2t a n2λ=e2, 此方程为一单叶双曲面, 每个垂直X轴的截面均为圆。当x=0时, 曲面的咽喉截面y2+z2=e2为半径最小的圆。而定刀应倾斜安装, 但定刀倾斜会给喂入带来麻烦。

在实际中, 由于刀较短, 动刀所形成的曲面的曲率较小, 故定刀安装成在一水平面内带有定曲率的曲线为定刀刃线。

9 P-2 5 0型饲料切碎机就是这样处理的, 实践证明, 该机切碎效果很好。在该机中, e=1 6 4 m m, 动刀两端回转半径R=1 6 5.5 m m, λ=1 0。, 剪切角θ=2 0。。定刀水平放置, 刃线与回转中心线在同一水平面内, 且满足曲线y2-x2t a n2λ=e2。其他参数:配套动力3 kW, 主轴转速1 200～1 500 r/min, 生产率2 000 kg/h (干料) 和4 000 kg/h (青料) , 切段长1 2 m m。

4 结语

采用单叶双曲面异族直母线为剪刀副, 可节省能耗, 解决铡草机直刃化问题, 给制造和磨刀带来方便, 同时还可实现无隙滑切, 减少了超长率和斜茬率, 提高了切碎质量, 并在9 P-2 5 0型饲料切碎机的应用实践中得到验证。

切碎装置 篇2

由于黑龙江省的玉米在秋季成熟时含水率高达30%以上, 为了保证玉米直接联合收获的作业质量, 黑龙江垦区大都在冰冻之后才开始进行玉米直收作业。否则, 玉米收获机的脱粒环节会对玉米子粒造成大量破损。但是, 随着近年来黑龙江垦区玉米种植面积的扩大, 传统的冰冻之后再进行玉米直收作业的方法, 占据大面积的土地无法进行秋整地作业, 减少了秋整地作业面积, 而秋整地作业又是保证次年作物产量的重要条件之一。为解决上述传统玉米收获技术存在的问题, 近年来黑龙江垦区采用了玉米割晒收获技术, 在保证玉米秋季及时收获的同时, 又扩大了可以进行秋整地的面积, 为次年农业生产创造了条件。但是, 由于结构设计上的缺陷, 整株玉米茎秆放铺量大, 玉米果穗割晒后脱水效率低, 晾晒质量差, 不利于后续的拾禾作业。

针对上述现有技术存在的问题, 我们研究了一种新型的玉米茎秆分段截取切碎割晒装置, 使割晒后的玉米果穗脱水快, 且便于后续的拾禾脱粒作业。

2主要结构及工作原理

玉米茎秆分段截取切碎割晒装置包括拨禾轮总成和带有输送带的割台总成, 在拨禾轮总成后方与割台总成后侧上方部位处, 沿割台总成的横向且向前侧倾斜地配装由快速辊和慢速辊构成的辊组。在辊组上方对应倾斜配装可调翼板, 差速推运器横向配装在辊组前端部下方与割台总成后侧部上方之间。辊组的下端分别装有快速辊和慢速辊下拨齿;辊组上端分别装有快速辊和慢速辊上拨齿;快速辊及慢速辊上依次相互交错间隔地配装有刀盘与主拨齿。快速辊转动方向与慢速辊转动方向相反 (如图1所示) 。

1.可调翼板2.差速推运器3.输送带4.快速辊下拨齿5.慢速辊下拨齿6.慢速辊主拨齿7.慢速辊8.快速辊9.慢速辊刀盘10.快速辊刀盘11.快速辊主拨齿12.快速辊上拨齿13.慢速辊上拨齿

作业时拨禾轮总成将作物拨向可调翼板, 慢速辊主拨齿将作物拨送到对转的慢速辊和快速辊上, 由慢速辊刀盘和快速辊刀盘将作物果穗以上部分进行切割 (这部分茎秆被切成15cm的小段) , 再由快速辊和慢速辊上的拨齿将切碎的小段拨出还田。果穗及果穗以下茎秆完整部分由慢速辊下拨齿和快速辊下拨齿拨向差速推运器, 差速推运器带动茎秆相对割台总成的输送带输送方向逆向运动, 同时翻下落到割台总成和输送带上。在台面茎秆输送当中, 茎秆形成了外张斜角。输送带旋转将茎秆抛送到地面上, 形成具有外张角度、整齐连续的禾铺。至此完成了茎秆截取割晒的全过程。

3主要技术指标

该玉米茎秆分段截取切碎割晒装置可配套联合收割机和大功率拖拉机进行割晒作业, 也可作为自走式玉米割晒机的割台。配套发动机功率:59kW;工作幅宽:4.2m (不对行) ;割茬高度:30～50cm;放铺宽度:1.8～2.2m;作业效率:3hm2/h;最高作业速度:8km/h。

4主要性能特点

切碎装置 篇3

关键词：玉米摘穗,茎秆切碎,甩刀,拉茎刀辊,圆盘刀辊,比较分析

0 引言

玉米是我国第二大粮食作物,其产量约占我国粮食产量的30%[1]。玉米的收获过程包括果穗的收集和茎秆的处理。其中,茎秆切碎装置是玉米收获机的重要组成部分,茎秆切碎还田不仅避免焚烧茎秆造成的资源浪费和环境污染,还能提高土壤有机质含量,实现农业的可持续发展。

目前,我国研制的玉米收获机摘穗与茎秆切碎还田作业大多数是由摘穗装置和茎秆切碎还田机各自独立完成,造成玉米收获机结构较复杂,功耗较大。

1 玉米摘穗-茎秆切碎复合型收获装置

玉米摘穗-茎秆切碎复合型收获装置将果穗收获和茎秆切碎合二为一。该项技术发展到现在,主要有3种类型的玉米收获装置,即甩刀式、拉茎刀辊式和圆盘刀辊式。

1.1 甩刀式

甩刀式玉米摘穗-茎秆切碎复合型收获装置是在玉米割台拉茎辊下方安装一组与拉茎辊平行或成一夹角的甩刀片,用于切碎茎秆。刀片的数量有2片或3片两种,如图1所示。其工作原理是:玉米植株经分禾器分禾后,由拨禾轮向后输送;茎秆经甩刀切断后,在拉茎辊的作用下向下运动,并经甩刀片切碎直接还田;摘下的果穗经输送装置进入果穗箱。

1.割台 2.玉米植株 3.甩刀

甩刀式玉米摘穗-茎秆切碎一体化技术在我国也得到了实际的运用,具有代表性的是山东理工大学张道林等研制出的无链式玉米收获秸秆还田装置[2],见图2所示。该装置在机械动力学仿真软件ADAMS环境中进行了甩刀和茎秆切割仿真分析,并对甩刀式摘穗与茎秆切碎复合作业装置进行了初步研究[3]。

1.2 拉茎刀辊式

拉茎刀辊式玉米摘穗-茎秆切碎一体化技术源于20世纪80年代美国和意大利等国家[3]。拉茎刀辊式玉米摘穗-茎秆切碎复合型收获装置是将拉茎辊设计成具有拉茎和秸秆切断功能,主要有两种结构形式:一是以Geringhoff公司生产的MS CornStar(见图3所示)为代表;二是在此理论基础上做的简化,以PC400型玉米摘穗切茎台[4](见图4所示)为代表。

1.拉茎刀辊 2.摘穗板 3玉米植株

1.分禾器 2.果穗输送链 3.摘穗板4.拉茎刀辊 5.定刀 6.侧板

其工作原理:玉米植株在拉茎刀辊前端螺旋的引导下,被槽形动刀抓取,运动到第1把定刀时,切离地面;在轴向推力和轴向拉力的作用下,沿螺旋线作复合运动,一面沿着拉茎刀辊作轴向运动,另一面随拉茎刀辊转动;茎秆在此过程中被切碎抛撒还田。当果穗运动到摘穗板处,由于直径比摘穗板间隙大,因此被摘下。

1.3 圆盘刀辊式

圆盘刀辊式玉米摘穗-茎秆切碎一体化技术在我国还没有得到实际的应用,在国外也处于起步阶段。圆盘刀辊式玉米摘穗-茎秆切碎复合型收获装置(见图5所示)是将装有一定数量的圆盘刀的刀辊安装在拉茎辊的下方,并嵌入拉茎辊中完成茎秆切碎作业。该装置的工作原理是:玉米植株经分禾器分禾后,由直径不同的两个拉茎辊向下拉动,植株底部由拉茎辊端部的螺旋刀片切断,同时嵌在拉茎辊下方的圆盘刀将拉下的茎秆切碎并撒还田。

为使茎秆切碎长度满足还田的要求,圆盘刀片的间隔不能过大,间隔过小则会导致碎茎秆不宜排出,抛撒效果差、容易造成堵塞,根据已有经验,圆盘刀片间隔一般定为30mm,刀片直径在90～120mm之间,作业时刀辊倾角为20°～30°,见图6所示。

1.摘穗板 2.大拉茎辊 3.圆盘刀辊 4.小拉茎辊

2 3种复合型收获装置的分析与比较

通过资料分析,国内外典型的3种玉米摘穗-茎秆切碎复合型玉米收获机的性能参数见表1所示。

根据我国农业行业标准《NY/T 500-2002秸秆还田机作业质量》要求,玉米与高粱等作物秸秆粉碎合格长度不大于100mm。从表1可以看出,除了圆盘刀辊式玉米收获机,其余两种都符合标准。事实上,圆盘刀辊式玉米收获机在国外能够很好地完成玉米秸秆的还田作业,并能达到基本的要求。

中国农业大学宋卫唐等人通过建立数学模型,对国外的PC400型拉茎刀辊式玉米摘穗切茎台[4]的工作原理和工作过程进行了研究,对其工作过程进行了动力学分析,并分析和讨论了茎秆的切碎长度,发现前倾和后倾的茎秆基本上是在拉茎刀辊全长范围内进行切碎的,切碎段比较短些。垂直于拉茎刀辊轴线喂入的茎秆切碎质量较差,有时能够出现1 500mm左右长的茎秆未被切断的现象,而茎秆梢部的切碎段长度较短。

通过表1还可以得知,拉茎刀辊和圆盘刀辊均只需以800r/min左右的转速即可达到切碎茎秆并还田的目的,这表明拉茎刀辊式和圆盘刀辊式复合型收获装置完成茎秆切碎还田的功耗相当低。据资料显示圆盘刀辊式玉米收获机作业时,单行茎秆切碎所消耗的功率为1.8～2.2kW。而根据张超凡等人对4YW-2型玉米收获机的研究发现,还田机在完成茎秆切碎作业时的动力消耗最大占到输出动力的54%[6]。所以从能耗方面分析,发展玉米摘穗-茎秆切碎一体化技术是十分必要的,对于发展资源节约型社会,倡导低碳生活具有重要的意义。另外,由于拉茎刀辊和圆盘刀辊在工作时转速较低,所以其机具在作业时的安全性非常高。

由于圆盘刀辊式玉米摘穗茎秆切碎复合型收获装置结构上的创新设计,即圆盘刀需嵌入两个拉茎辊中旋转,所以拉茎辊的设计(见图7所示)与传统的拉茎辊不同,需要给圆盘刀留出间隙,因此拉茎辊加工制造的成本相对较高。

甩刀式复合型收获机作业时,甩刀的转速需要达到2 000r/min以上,因此没能很好地解决能耗和安全问题,但是简单易实现的结构设计使甩刀式玉米摘穗-茎秆切碎一体化技术最先在我国得到了运用,例如上文提到的立辊式摘穗与茎秆切碎装置。随着甩刀式复合型玉米收获机在国内外的推广,也暴露出一些技术上的问题,除了较高的能耗外,石头等地面上的硬物导致刀片的损坏过快、损坏的刀片具有很高的危险性以及机具行进速度受限等问题都是限制其进一步推广的因素。

3 玉米摘穗-茎秆切碎一体化技术发展现状

目前,我国玉米收获机茎秆切碎作业普遍采用两种方式:一是采用摘穗装置后加茎秆切碎装置,使玉米收获机的结构复杂,功耗大;二是摘穗后,茎秆进行二次切碎,收割成本较高。玉米摘穗-茎秆切碎一体化技术在我国尚处于初步了解阶段。除上文提到的无链式玉米收获秸秆还田装置外,山东理工大学张道林教授早期研制的立辊式摘穗与茎秆切碎装置[7]也是该项技术的代表性应用。然而,目前我国的玉米摘穗-茎秆切碎割台大部分还是从国外引进。

4 结束语

玉米联合收获机需要一次性完成玉米摘穗、茎秆切碎还田或回收及玉米汇集剥皮等工作,造成机具结构复杂,被动的大型化。玉米摘穗-茎秆切碎一体化技术将玉米摘穗和茎秆切碎两项作业合二为一,简化了装置,极大地降低了动力消耗,促使玉米联合收获机向小型化与节能化方向发展。

虽然在分析中,玉米摘穗-茎秆切碎一体化技术还存在需要改善的地方和限制其推广的因素,但是玉米摘穗-茎秆切碎一体化技术具有很大的现实意义,其将成为今后我国玉米收获机械化技术研究的热点。各科研院所和农机企业应加快消化吸收国外先进的玉米摘穗-茎秆切碎一体化技术,特别是拉茎刀辊式和圆盘刀辊式玉米摘穗-茎秆切碎一体化技术,通过引进消耗吸收再创新,缩小与国外的差距,推动我国玉米收获机械化技术的快速发展。

参考文献

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[4]宋卫堂,封俊.PC400型拉茎刀辊式玉米摘穗切茎台[J].农业机械化学报,2000,31(4):36-39.

[5]Carl geringhoff vertriebsgesellschaft-erntevors a..tze&ernte-technologien der zukunft[EB/OL](2011-08-12).http://www.geringhoff.eu/de/.

[6]张超凡,师清翔.遥测系统在玉米秸秆粉碎功耗田间测试中的应用[J].农业工程学报,2007,23(2):112-116.

[7]张道林,孙永进.立式玉米收获机的摘穗茎秆切碎复合装置:中国,03271472.6[P].2004-09-29.

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[9]卢建平.拨指式玉米收获茎秆切碎还田一体化技术研究[D].淄博:山东理工大学,2008.

切碎装置 篇4

棉秆属于硬茎秆物料,木质化程度高,韧皮纤维含量丰富。目前,通用的秸秆粉碎设备在对棉秆的切碎过程中,由于切碎粒度大、韧皮纤维无法切断而易造成堵刀现象;加之切碎刀具磨损较快,造成棉秆切碎质量降低、能耗增大和切碎效率下降。因此,针对目前通用切碎设备粉碎棉秆所存在的问题,有必要对切碎装置的切割刀具进行切割原理分析和动力学分析,以便设计出一种更适合于棉秆粉碎的切碎装置。

目前,切碎装置主要分为滚筒式、盘刀式和销钉式3种类型。盘刀式切碎器主要缺陷是传动复杂、结构不紧凑、圆盘刚度较差以及切割过程中滑切角变化幅度较大,导致切割阻力矩急剧变化,峰值均较高,功耗增加,且刀轴负荷不均匀,回转稳定性差,导致切割质量变坏[1];销钉式切碎器性能受秸秆湿度影响很大,湿度提高时,能量比耗直线增加,生产率也急剧下降。因此,盘刀式和销钉式切碎器应用渐少。滚筒式切碎器结构紧凑,滚筒上可安装较多的动刀,滚筒在较低转速时仍可获得较短的切碎段;滚筒上的动刀速度一致,切碎质量较好;滚筒式切碎器还具有安装方便、易于刃磨等优点。因此,本机采用滚筒式切碎器。

1 切碎装置的类型与结构

1.1 类型切碎装置的类型和刀片形状设计合理与否直接关系到功耗高低与切碎质量,同时直接影响到设备的作业效率和作业效果。

滚筒式切碎器由滚筒轴、刀轮盘和动刀片组成,刀片的刃线都在一个空间曲面上。常见的滚筒式切碎器主要有螺旋滚筒式、直刃斜装滚筒式和平板滚筒式3种。其中,平板滚筒式切碎器是20世纪80年代国外迅速推广的一种新型切碎器,其动定刀都是平直的,但是动刀刃线实际上是螺旋线的一段,其滑切角沿滚筒长度方向是变化的[2]。平板滚筒式切碎器的设计刀片具有良好的切碎和抛送功能,刀片的制造、磨刃和间隙调整方便。本研究在对棉秆特性深入研究及试验的基础上,选择平板滚筒式切碎器。

1.2 结构

棉秆联合收获机的平板滚筒式切碎装置为有定刀、有支撑的切割装置,主要由动刀、切碎滚筒体、凹板和定刀组件组成(如图1所示)。

1.输入带轮 2.动刀 3.切碎滚筒体

动刀分两组排列,每组6片,均以水平6°分布于筒体上。切碎滚筒体圆周直径为0.6m,滚筒筒体动刀在筒体上为斜排列,分左右交错对称布置在滚筒体上,使得动刀在切碎棉秆时以滑切方式将棉秆切碎到所要求的长度,从而减少功率消耗,改善切碎质量。滚筒在以1 165r/min速度正常工作时,同时也有抛送物料的作用,使得切碎后的棉秆物料以36.58m/s的速度进入抛送筒。

2 切碎装置的动力学分析和主要技术参数

2.1 动力学分析

2.1.1 滑切角

在切割过程中,动刀片与棉秆相互作用而所产生的运动关系如图2所示。

直刃刀的刀片是以滑切方式切入棉秆,其刃线与切割半径之间的夹角θ称为滑切角。为了保证动刀片有滑切,其刃线至回转中心O应具有一定的偏心距c[3]。刀刃上一给定点绕点O以速度v旋转,速度v的切向分量和径向分量分别为vt与vn。经分析,滑切角θ与速度v的关系式为

tg$\theta =\frac{v{}_{\text{t}}}{v{}_{\text{n}}}=\frac{c}{(r{}^2-c{}^2){}^{\frac{1}{2}}}$ (1)

式中 tgθ—滑切系数。

由式(1)可知,动刀片从切割开始到结束,其滑切角随着切割点外移及切割半径r的增加而逐渐减小。在滑切角一定范围之内,滑切程度越大,切割越省力,刀片滑切角为20°～60°[4]。

2.1.2 圆周力

切割过程的动力学分析如图3所示。

刀片的圆周力P可表示为

$\begin{array}{l}{\rm P}={\rm P}{}_1+{\rm P}{}_2={\rm N}\cos \theta +{\rm T}\sin \theta \\ =pL\text{c}\text{o}\text{s}\theta +\mu {\rm N}\sin \theta =pL(\cos \theta +\sin \theta )\end{array}$

(2)

式中 N—作用于刀刃上的法向阻力;

T—作用于刀刃上的切向力;

p—动刀片单位长度上的切割阻力;

μ—刀片与棉秆之间的摩擦系数。

滑切可以减少刀片与棉秆的摩擦力,使合力与位移矢量不在一条直线上,即θ≠δ。随着刀片切割半径增大和滑切角减小,切割阻力增大,直刃型刀片切割阻力矩也随之增大。因此,增大滑切角度可大大减少法向阻力。

2.2 主要技术参数的确定

2.2.1 推挤角ψ和摩擦角δ

切碎器动刀刃(或其切线)与定刀刃(或其切线)在切割点的夹角称作推挤角。不推挤滑出棉秆以保证正常切割的前提为

ψ≤δ1+δ2 (3)

式中 ψ—推挤角;

δ1—动刀对棉秆的摩擦角;

δ2—定刀对棉秆的摩擦角。

切割过程中ψ是变化的,因此要求其最大推挤角ψ满足式(3)条件。通常取δ1=32°,δ2=18°,故ψ一般小于50°。

2.2.2 刃磨角

刃磨角指刀刃磨刃面与背面之夹角,其对切割比功(切割每单位面积断面秸秆所消耗的能量)有很大影响。研究证明,随刃磨角的增大,切割比功也增大。刃磨角过小时,又不耐磨,常用的刃角为15°～30°。对于单叶双曲面平板直刃滚筒式切碎器,如果切割前角比较大,动刀的刃磨角在刃线方向上是变化的[5]。另外,刃线与主轴的夹角也是影响刃磨角变化的重要因素。经过试验研究,本机选用刃磨角为25°。

2.2.3 刀片隙角γ与切割前角ζ

滚筒式切碎器的安装方案如图4所示。由图4可知,刀片隙角γ与切割前角ζ的关系如下

由式(4)可以看出,隙角与切割前角是相互制约的。如果刀片隙角γ很小,则切割前角ζ过大,使棉秆层在喂入过程中与动刀片前平面的摩擦效应增大;相反,刀片隙角γ很大时,切割前角ζ较小,导致刀片迎风面积增加,对棉秆层回弹阻力增大,出现冲击效应,使转子减速,功耗增加,这是由于棉秆在较大面积上摩擦刀片平面的缘故。此外,有部分棉秆被后推以后再被切断,也会使功耗增加[6]。因此,本机选用γ=25°,ζ=65°。

2.2.4 定刀的配置高度

切碎滚筒工作时,棉秆由喂入辊压缩并夹持送入,棉秆压缩后的厚度与生产率有关。压缩后的棉秆有一中间面,从理论上分析,若滚筒轴中心的安装面刚好与棉秆的中间面重合,则中间面以上的棉秆切割时将首先被动刀向外推送,处于中间面的棉秆被动刀直接切割;而中间面以下的棉秆被动刀向内拉送,推拉棉秆的情况均等,切割棉秆平均长度均匀。基于以上分析,定刀刃的位置高于棉秆的中心面时,动刀对棉秆的推送作用大于拉送作用;定刀刃的位置低于棉秆的中心面时,动刀对棉秆的拉送作用大于推送作用。这两种情况都会引起超长率和剪切功率上升[2]。切碎滚筒喂入口的配置尺寸关系见图5所示。

滚筒式切碎器要求动刀在切割棉秆时不阻碍棉秆的喂入。为了满足该要求,必须使滚筒轴的旋转中心O高于定刀,此高度H[6]为

${\rm H}=h+R\frac{V{}_{\text{u}}}{V{}_{\text{y}}}$ (5)

式中 h—棉秆层厚度(m);

R—滚筒半径(m);

Vy—动刀刀刃处的速度(m/s);

Vu—棉秆的喂入速度(m/s)。

此处,h取喂入棉秆层高度的1/2,即h=25mm,R=300mm,Vu=3.2m/s。

$V{}_{\text{y}}=R\omega =R\frac{n\text{π}}{30}=0.3\frac{1165\times 3.14}{30}=36.58$(m/s)。

将上述数据代入式(5),得出H=51mm。

2.2.5 切碎长度的确定lc

理论切碎长度是指在相邻刀片两次切断动作之间喂入装置的进给量。理论切割长度可通过改变喂入装置的速度或切碎器上的刀片数目进行调整,第3个可变因素是切碎器的速度。理论切碎长度可由下式表示[7]

$l{}_{\text{c}}=\frac{60\cdot V{}_{\text{w}}}{n{}_{\text{d}}\cdot {\rm Z}{}_{\text{d}}}$ (6)

式中 lc—理论切碎长度(m);

Vw—喂入速度(m/s);

nd—切碎器转速(r/min);

Zd—动刀数量。

其中,喂入辊外圆直径D1=0.13m,喂入辊转速为nw=470rpm=8.766r/min,切碎滚筒转速nd=1 165r/min,切碎滚筒圆周上均布6片刀,所以喂入辊的喂入速度vw=nwπD1/60=3.2m/s。

考虑到喂入辊的打滑因素,实际切碎长度为

$l{}_{\text{c}}=\frac{60\cdot V{}_{\text{w}}}{n{}_{\text{d}}\cdot {\rm Z}{}_{\text{d}}}(1-\epsilon )=\frac{60\times 3.2}{1165\times 6}\times 0.95=0.027(7)$

式中 ε—打滑系数,一般取ε=0.05～0.07,棉秆属于硬秸秆,打滑现象不明显,取ε=0.05。

只有当秸秆笔直地喂入时,实际切碎长度方能接近理论切碎长度。当切碎晾晒后的作物或其它未排列好的秸秆时,实际切碎长度可能平均比理论调节值大1倍,其中包括一些比理论调节值长数倍的切断。具体确定切碎长度应遵循这样的原则:粗硬秸秆应切得更短,细软秸秆可稍长些[8]。综合考虑,设计理论棉秆切碎长度为27mm。

2.2.6 滚筒直径D

设计拟定动刀刃线两端点上线速度为36.58m/s,滚筒转速为1 165r/min,则滚筒直径可推导为

$v=\frac{D}{2}\omega =\frac{D}{2}\frac{n{}_{\text{d}}\text{π}}{30}$

则$D=\frac{60v{}_y}{n{}_{\text{d}}\text{π}}=\frac{60\times 36.58}{1165\times 3.14}=0.6$(m) (8)

设计采用动刀刃线最大回转直径为:D=600mm。

2.2.7 滚筒长度L

为了保证喂入的顺畅,切碎滚筒的长度一般应大于喂入口宽度20～60mm。根据前面得到的喂入口宽度b=700mm,考虑到切割滚筒与机架等部件的结构关系,确定滚筒长度为L=720mm。

3 试验结果与分析

3.1 试验条件

选用天津市西青区棉秆作为切碎装置性能试验的材料,棉花品种为“丰抗一号”,棉秆平均含水率为24.3%～51.9%,棉秆平均株长1 100mm,棉秆直径12mm。

3.2 试验内容与方法

通过对切碎装置的性能试验,主要检测切碎装置的切碎长度的合格率,检验其切碎效果是否达到设计要求。棉秆的设计要求为不大于5cm的切碎合格率ηm≥90%,切碎长度合格率ηm的计算公式为

$\eta {}_m=\frac{m}{{\rm M}}\times 100\%=\frac{{\rm M}-m^{\prime }}{{\rm M}}\times 100\%$ (9)

式中 ηm—切碎长度合格率(%);

m—合格棉秆总质量(g);

M—抽样棉秆总质量(g);

m′—不合格棉秆总质量(g)。

3.3 试验结果与分析

棉秆的切碎长度是衡量棉秆联合收获机切碎装置性能的重要指标。现对切碎棉秆取样5次,计算平均值,具体数据如表1所示。将数据代入式(9)计算得到切碎长度合格率为92.56%,达到了切碎装置的设计要求。

4 结论

1)棉秆联合收获机的切碎装置采用平板滚筒式切碎器。动刀在筒体上斜排列,使得动刀在切碎棉秆时以滑切方式将棉秆切碎到要求的长度。在切碎棉秆时,节省动力,切碎质量高。对切碎装置进行了动力学分析,并确定了其主要技术参数。

2)通过对棉秆切碎长度合格率试验分析可以看出,切碎装置的切碎性能达到了设计要求。该切碎装置具有切碎性能好、切割阻力矩均匀、整机振动小以及工作可靠等优点。

摘要：鉴于当前棉秆分散、收储季节性强的特点,现有小型棉秆收集设备已满足不了棉秆工业化利用的要求,因而研究开发了适应我国棉秆收集现状的棉秆联合收获机。其中,切碎装置为整机的关键部件。对棉秆联合收获机切碎装置的类型和结构进行研究,设计了适合棉秆切碎的平板滚筒式切碎器,并对切碎装置进行了动力学分析,确定其理论切碎长度为27mm,切碎滚筒直径为600mm,滚筒长度为720mm,转速为1 165r/min。试验结果表明:该切碎装置具有切碎性能好、切碎质量高以及工作可靠等优点。

关键词：棉秆联合收获机,切碎,抛送

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