風(fēng)引出料一體化粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)

王明友等

摘要：為滿足軟質(zhì)秸稈和硬質(zhì)高纖維物料規(guī)?；鬯榈纳a(chǎn)需要，并克服單一切碎機(jī)、粉碎機(jī)的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種帶風(fēng)引出料裝置的切粉一體化組合式秸稈粉碎機(jī)，實(shí)現(xiàn)了硬質(zhì)高纖維秸稈的強(qiáng)制喂入。結(jié)果表明，軟質(zhì)秸稈可直接通過粉碎裝置喂料口喂入，無需切碎，平均生產(chǎn)率為1.27 kg/h，噸料電耗為32.0 kW·h；硬質(zhì)高纖維秸稈需通過帶有強(qiáng)制喂料輥的切碎裝置后進(jìn)行先切后粉，平均生產(chǎn)率為0.67 kg·h，噸料電耗為60.5 kW·h。該機(jī)器具有性能穩(wěn)定、安全可靠、物料適應(yīng)性強(qiáng)和操作環(huán)境無粉塵等優(yōu)點(diǎn)，性能滿足設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：生物質(zhì)；物料；粉碎；一體化

中圖分類號(hào)：S220.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2014）16-3917-04

Abstract： To meet crushing production of soft straw at large scale and straw with hard and high fiber materials and overcome shortcoming of a single cutter and shredder， a straw shredder having a equipment with material elicitation using wind was developed. It was a combined straw shredder with cutting and crushing integrated in one and realized force feeding straw with hard and high fiber. The results showed that soft straw can directly feed into feed throat without cutting. The efficiency average was 1.27 kg/h and consumption of electricity per ton was 32.0 kW·h. Straw with hard and high fiber should feed into shredding mechanism with force feeding roll to automatically crush. The efficiency average was 0.67 kg/h and consumption of electricity per ton was 60.5 kW·h. The machine was stable， safe and reliable， with strong adaptability of materials， operating environment without dust and so on. The property of the machine meets with design requirements.

Key words： biomass； material； grind； integration

隨著傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)變以及經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的發(fā)展，農(nóng)村能源、飼料結(jié)構(gòu)均發(fā)生了深刻變化，傳統(tǒng)的秸稈利用途徑發(fā)生了歷史性的轉(zhuǎn)變[1]。目前，我國農(nóng)作物秸稈的能源化、飼料化、基料化和肥料化等利用方式均為研究熱點(diǎn)[2-5]，而這些都需要對(duì)農(nóng)作物秸稈原料進(jìn)行粉碎預(yù)處理后再進(jìn)行利用[6]。因此，規(guī)?；鬯樘幚硎寝r(nóng)作物秸稈開發(fā)利用及產(chǎn)業(yè)化的重要環(huán)節(jié)。其中，玉米秸稈、油菜秸稈、稻麥稈等農(nóng)作物秸稈硬度小、易破碎，屬于軟質(zhì)秸稈類，適用的農(nóng)作物秸稈粉碎鍘草機(jī)、粉碎機(jī)種類較多，通過選型能夠滿足秸稈“五化”預(yù)處理的要求[7，8]；另一類秸稈如棉稈、葵花稈以及果樹剪枝等生物質(zhì)原料，具有高蠟質(zhì)、長纖維、木質(zhì)化程度較高等特點(diǎn)，因此韌性好、抗破碎能力強(qiáng)[9]，這類農(nóng)林廢棄物不適應(yīng)現(xiàn)有錘片式粉碎機(jī)的粉碎要求。

因此，針對(duì)硬質(zhì)高纖維秸稈粉碎時(shí)出現(xiàn)錘片裂紋與二次作業(yè)時(shí)帶來的能耗增加問題，本研究研制了帶有風(fēng)引出料裝置的切粉一體化粉碎機(jī)，并在切碎裝置喂料口處安裝強(qiáng)制喂料與壓實(shí)輥，以解決硬質(zhì)高纖維秸稈在喂入時(shí)的不穩(wěn)定問題。切碎后的物料通過導(dǎo)向槽風(fēng)送到粉碎室內(nèi)進(jìn)行錘片揉搓粉碎，軟質(zhì)秸稈無需切碎直徑從粉碎裝置喂料口處進(jìn)行喂料粉碎，符合篩孔直徑的物料經(jīng)篩網(wǎng)到集料裝置，并與風(fēng)引出料裝置相連，將粉碎好的物料強(qiáng)制引出到帆布袋內(nèi)集中裝袋，可使作業(yè)環(huán)境極大地改善。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

根據(jù)軟質(zhì)秸稈和硬質(zhì)高纖維秸稈粉碎工藝的不同，本研究研制了帶風(fēng)引出料裝置的一體化通用類物料粉碎機(jī)。帶風(fēng)引出料裝置的一體化粉碎機(jī)主電機(jī)動(dòng)力為37.0 kW，風(fēng)引出料輸送電機(jī)動(dòng)力為5.5 kW，整機(jī)主要由強(qiáng)制喂入壓實(shí)裝置、切碎裝置、粉碎裝置、風(fēng)引出料裝置等4大部分組成，包括機(jī)架、切碎室、粉碎室、導(dǎo)向槽、強(qiáng)制喂料與壓實(shí)輥、電機(jī)、皮帶盤等結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

1.2 工作原理

帶風(fēng)引出料裝置的切粉一體化粉碎機(jī)由一臺(tái)電機(jī)帶動(dòng)完成切斷與粉碎兩道工序作業(yè)，其粉碎機(jī)可單獨(dú)作業(yè)。對(duì)硬質(zhì)高纖維物料進(jìn)行作業(yè)時(shí)，由人工將棉稈、桑枝條等硬質(zhì)高纖維物料輸送至切碎裝置喂料口，安裝于喂料口處的強(qiáng)制喂料與壓實(shí)輥將硬質(zhì)高纖維秸稈強(qiáng)制喂入并壓實(shí)，此時(shí)切碎裝置上的切刀進(jìn)行切碎。切碎過后的物料通過連接與切碎裝置和粉碎裝置上的導(dǎo)向槽，將切碎過后的物料導(dǎo)向粉碎室內(nèi)進(jìn)行錘片的打擊、揉搓，直至符合篩網(wǎng)直徑要求的粉碎細(xì)度物料排出。通過篩網(wǎng)后的物料首先進(jìn)入集料室內(nèi)，然后通過風(fēng)引輸送到帆布袋內(nèi)進(jìn)行集料收集。當(dāng)粉碎軟質(zhì)秸稈時(shí)，此時(shí)不需要切碎裝置切斷。

2 關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)

2.1 強(qiáng)制喂料裝置endprint

對(duì)棉稈、桑枝條等木質(zhì)素與纖維素含量較高的物料進(jìn)行喂入切斷時(shí)，在切斷裝置喂料口處設(shè)計(jì)了帶有強(qiáng)制喂料壓實(shí)機(jī)構(gòu)的自動(dòng)喂料扒進(jìn)裝置，如圖2所示。切碎裝置主軸轉(zhuǎn)速通過減速器、分離手柄將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為32∶1，此時(shí)動(dòng)力通過萬向節(jié)帶動(dòng)強(qiáng)制扒進(jìn)喂料壓實(shí)輥對(duì)硬質(zhì)高纖維秸稈強(qiáng)制喂入切碎裝置內(nèi)。當(dāng)切碎不同直徑物料時(shí)，通過復(fù)位彈簧對(duì)扒進(jìn)壓實(shí)輥進(jìn)行復(fù)位。此裝置很好地保證了硬質(zhì)高纖維生物質(zhì)物料輸送的均勻性、連續(xù)性，并能實(shí)現(xiàn)切碎喂料的主動(dòng)、安全、連續(xù)、均勻。

2.2 切斷裝置

硬質(zhì)高纖維物料強(qiáng)制入切斷裝置后，被切屑刀盤切屑成長度為20～30 mm的碎段。切屑刀盤作為粉碎機(jī)的關(guān)鍵部件之一，其作用是將木質(zhì)類物質(zhì)原料切削成細(xì)片狀，因此切削刀盤的轉(zhuǎn)速、切削刀等參數(shù)對(duì)切削力和切削功率都有很大影響[10]。在刀盤上布置切削刀時(shí)要考慮滿足削片的條件，要保證連續(xù)切削、最小功率、 速度， 在切碎裝置中刀盤上有2把切削刀，呈直線排列，每個(gè)刀片通過3個(gè)螺釘固定在圓盤上。

我國常見的盤式削片機(jī)轉(zhuǎn)速一般在500～3 500 r/min[11]。對(duì)于盤式削片機(jī)，生產(chǎn)率與削片機(jī)主軸轉(zhuǎn)速成正比；對(duì)于粉碎設(shè)備而言，為了使錘片將切削出來的細(xì)木片進(jìn)行充分粉碎，要求粉碎機(jī)構(gòu)具有較高的轉(zhuǎn)速。但因切斷裝置只進(jìn)行切碎作業(yè)，如轉(zhuǎn)速過高，很容易造成切刀鈍化及高轉(zhuǎn)速下的切刀切割硬質(zhì)秸稈時(shí)斷裂，因此在優(yōu)先確定粉碎裝置轉(zhuǎn)速及生產(chǎn)率的前提下，通過與連接粉碎裝置的皮帶輪進(jìn)行動(dòng)力傳遞，兼顧切屑裝置和粉碎裝置的轉(zhuǎn)速要求。在優(yōu)先確定粉碎裝置轉(zhuǎn)速下，綜合考慮， 切碎主軸轉(zhuǎn)速為粉碎轉(zhuǎn)速的1/2倍，即為925 r/min。

2.3 粉碎裝置

被切碎后的物料通過切碎裝置和粉碎裝置上的導(dǎo)向槽，將切碎過后的物料導(dǎo)向粉碎室內(nèi)進(jìn)行錘片打擊、揉搓，最終達(dá)到粉碎要求后通過風(fēng)引出料裝置輸出。粉碎裝置結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括皮帶輪、軸承、主軸、銷軸、錘片、機(jī)架和機(jī)座。主軸由固定在機(jī)座上的軸承支承，電動(dòng)機(jī)通過皮帶盤帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)；錘架板安裝在主軸上，在遠(yuǎn)離其回轉(zhuǎn)中心的一端沿圓周方向開有均布的銷孔，銷孔內(nèi)安裝有銷軸；銷軸上安裝了小隔套，由小隔套將錘片分隔開，錘片空套在銷軸上，通過主軸的高速回轉(zhuǎn)帶動(dòng)錘片對(duì)物料進(jìn)行撞擊，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的粉碎。

同時(shí)，經(jīng)過對(duì)國內(nèi)外錘片式粉碎機(jī)型的分析對(duì)比，結(jié)合配套動(dòng)力、加工要求，初選錘片數(shù)量為128片，沿錘板架圓周均布4組銷軸，每根銷軸上安裝32片錘片。常用的錘片排列方式有螺旋線排列、對(duì)稱排列和對(duì)稱交錯(cuò)排列[12]。為保證轉(zhuǎn)子平衡、錘片磨損均勻，本研究中采用對(duì)稱排列方式。

3 粉碎機(jī)的實(shí)際應(yīng)用

為檢驗(yàn)帶風(fēng)引出料裝置的切粉一體化粉碎機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)是否滿足設(shè)計(jì)要求，包括生產(chǎn)率、噸料電耗、噪聲、粉塵濃度等，將粉碎機(jī)應(yīng)用于實(shí)際試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)軟質(zhì)秸稈采用玉米稈、油菜稈、麥稈等。因秸稈存放時(shí)間較長，平均含水率均在10%以下。硬質(zhì)高纖維秸稈采用棉稈與桑枝條等，平均直徑在4～6 cm，含水率平均在10%左右。

3.1 試驗(yàn)條件與方法

試驗(yàn)方法參照國標(biāo)GB/T6971-2007[13]《飼料粉碎機(jī)試驗(yàn)方法》進(jìn)行，測(cè)定參數(shù)主要包括生產(chǎn)率、功耗、噪聲、粉塵濃度等。在農(nóng)作物秸稈合作社基地對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了性能試驗(yàn)。試驗(yàn)儀器主要有PZ96-P3型三相功率表、TES-1351型聲級(jí)計(jì)、JS-360型電子秒表、JJ1000型電子天平、Raytek ST60型紅外線測(cè)溫儀等。

3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

按照以上方法和條件，根據(jù)GB/T 6971-2007《飼料粉碎機(jī)試驗(yàn)方法》國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試規(guī)格、重復(fù)次數(shù)及數(shù)據(jù)采集方式，計(jì)算出各項(xiàng)測(cè)試數(shù)據(jù)和工況參數(shù)。其中，數(shù)據(jù)中的噸料電耗為主電機(jī)所消耗電能，噪聲為整機(jī)6個(gè)不同方位時(shí)的平均值， 數(shù)據(jù)處理結(jié)果如表2所示。

經(jīng)檢測(cè)軟質(zhì)秸稈進(jìn)行粉碎試驗(yàn)時(shí)，生產(chǎn)率均以超過1.2 kg/h，噸料電耗控制在33 kW/h內(nèi)，其中玉米秸稈噸料電耗最低，主要為試驗(yàn)所用玉米秸稈為整桿式，提高了單位時(shí)間內(nèi)喂入量。測(cè)得噪聲都控制在86 dB（A）以內(nèi)，符合JB/T9822.1-1999規(guī)定粉碎機(jī)噪聲不大于93 dB（A）的要求。同時(shí)，采用風(fēng)引出料布袋裝袋的方式后工作環(huán)境的粉塵濃度平均在4.0 mg/m3，工作環(huán)境大為改善，完全滿足NY/T1554-2007規(guī)定粉碎機(jī)粉塵濃度不大于10 mg/m3的要求。在對(duì)硬質(zhì)高纖維物料進(jìn)行先切后粉試驗(yàn)時(shí)，隨著物料木質(zhì)素含量的增加，能耗與噪聲增加，生產(chǎn)率與粉塵濃度降低。物料中棉稈生產(chǎn)率為0.72 kg/h，桑枝條為0.62 kg/h，但噸料電耗分別為56.4 kW·h和64.6 kW·h。噪聲提高的主要原因是切刀在進(jìn)行切斷物料時(shí)所發(fā)出的瞬間聲響提高而引起。灰塵濃度與軟質(zhì)物料相比平均降低了1.5 mg/m3，說明硬質(zhì)高纖維物料粉碎后的密度大于軟質(zhì)秸稈，致使粉料不易飄散。

4 結(jié)論

1）設(shè)計(jì)了帶風(fēng)引出料裝置的切粉一體化粉碎機(jī)，解決了硬質(zhì)高纖維秸稈粉碎時(shí)出現(xiàn)錘片裂紋及分次作業(yè)工序帶來的能耗增加問題，且在切碎裝置喂料口出帶有強(qiáng)制喂料與壓實(shí)輥，以解決硬質(zhì)高纖維秸稈在喂入時(shí)不穩(wěn)定問題，并通過風(fēng)引出料裝置將物料強(qiáng)制引出到帆布袋內(nèi)進(jìn)行收集裝袋，作業(yè)環(huán)境大大改善。

2）軟質(zhì)秸稈試驗(yàn)結(jié)果表明，物料直接送入粉碎內(nèi)進(jìn)行錘片粉碎，機(jī)器運(yùn)行平穩(wěn)，平均生產(chǎn)率達(dá)到1.27 kg/h，噸料電耗平均為32.0 kW·h，作業(yè)時(shí)的粉塵濃度不超過4.5 mg/m3，軸承溫升小于20 ℃，符合設(shè)計(jì)要求。

3）硬質(zhì)高纖維生物質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果表明，物料先經(jīng)切碎裝置切碎后再進(jìn)入粉碎室內(nèi)粉碎。與軟質(zhì)秸稈相比，硬質(zhì)高纖維物料的生產(chǎn)率明顯降低，平均生產(chǎn)率為0.67 kg/h，噸料電耗為60.5 kW·h，作業(yè)時(shí)的粉塵濃度均在3.65 mg/m3，各項(xiàng)指標(biāo)也符合設(shè)計(jì)要求。

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[13] JB/T9822.1-1999，錘片式飼料粉碎機(jī)技術(shù)條件[S].

（責(zé)任編輯 屠 晶）endprint

對(duì)棉稈、桑枝條等木質(zhì)素與纖維素含量較高的物料進(jìn)行喂入切斷時(shí)，在切斷裝置喂料口處設(shè)計(jì)了帶有強(qiáng)制喂料壓實(shí)機(jī)構(gòu)的自動(dòng)喂料扒進(jìn)裝置，如圖2所示。切碎裝置主軸轉(zhuǎn)速通過減速器、分離手柄將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為32∶1，此時(shí)動(dòng)力通過萬向節(jié)帶動(dòng)強(qiáng)制扒進(jìn)喂料壓實(shí)輥對(duì)硬質(zhì)高纖維秸稈強(qiáng)制喂入切碎裝置內(nèi)。當(dāng)切碎不同直徑物料時(shí)，通過復(fù)位彈簧對(duì)扒進(jìn)壓實(shí)輥進(jìn)行復(fù)位。此裝置很好地保證了硬質(zhì)高纖維生物質(zhì)物料輸送的均勻性、連續(xù)性，并能實(shí)現(xiàn)切碎喂料的主動(dòng)、安全、連續(xù)、均勻。

2.2 切斷裝置

硬質(zhì)高纖維物料強(qiáng)制入切斷裝置后，被切屑刀盤切屑成長度為20～30 mm的碎段。切屑刀盤作為粉碎機(jī)的關(guān)鍵部件之一，其作用是將木質(zhì)類物質(zhì)原料切削成細(xì)片狀，因此切削刀盤的轉(zhuǎn)速、切削刀等參數(shù)對(duì)切削力和切削功率都有很大影響[10]。在刀盤上布置切削刀時(shí)要考慮滿足削片的條件，要保證連續(xù)切削、最小功率、 速度， 在切碎裝置中刀盤上有2把切削刀，呈直線排列，每個(gè)刀片通過3個(gè)螺釘固定在圓盤上。

我國常見的盤式削片機(jī)轉(zhuǎn)速一般在500～3 500 r/min[11]。對(duì)于盤式削片機(jī)，生產(chǎn)率與削片機(jī)主軸轉(zhuǎn)速成正比；對(duì)于粉碎設(shè)備而言，為了使錘片將切削出來的細(xì)木片進(jìn)行充分粉碎，要求粉碎機(jī)構(gòu)具有較高的轉(zhuǎn)速。但因切斷裝置只進(jìn)行切碎作業(yè)，如轉(zhuǎn)速過高，很容易造成切刀鈍化及高轉(zhuǎn)速下的切刀切割硬質(zhì)秸稈時(shí)斷裂，因此在優(yōu)先確定粉碎裝置轉(zhuǎn)速及生產(chǎn)率的前提下，通過與連接粉碎裝置的皮帶輪進(jìn)行動(dòng)力傳遞，兼顧切屑裝置和粉碎裝置的轉(zhuǎn)速要求。在優(yōu)先確定粉碎裝置轉(zhuǎn)速下，綜合考慮， 切碎主軸轉(zhuǎn)速為粉碎轉(zhuǎn)速的1/2倍，即為925 r/min。

2.3 粉碎裝置

被切碎后的物料通過切碎裝置和粉碎裝置上的導(dǎo)向槽，將切碎過后的物料導(dǎo)向粉碎室內(nèi)進(jìn)行錘片打擊、揉搓，最終達(dá)到粉碎要求后通過風(fēng)引出料裝置輸出。粉碎裝置結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括皮帶輪、軸承、主軸、銷軸、錘片、機(jī)架和機(jī)座。主軸由固定在機(jī)座上的軸承支承，電動(dòng)機(jī)通過皮帶盤帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)；錘架板安裝在主軸上，在遠(yuǎn)離其回轉(zhuǎn)中心的一端沿圓周方向開有均布的銷孔，銷孔內(nèi)安裝有銷軸；銷軸上安裝了小隔套，由小隔套將錘片分隔開，錘片空套在銷軸上，通過主軸的高速回轉(zhuǎn)帶動(dòng)錘片對(duì)物料進(jìn)行撞擊，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的粉碎。

同時(shí)，經(jīng)過對(duì)國內(nèi)外錘片式粉碎機(jī)型的分析對(duì)比，結(jié)合配套動(dòng)力、加工要求，初選錘片數(shù)量為128片，沿錘板架圓周均布4組銷軸，每根銷軸上安裝32片錘片。常用的錘片排列方式有螺旋線排列、對(duì)稱排列和對(duì)稱交錯(cuò)排列[12]。為保證轉(zhuǎn)子平衡、錘片磨損均勻，本研究中采用對(duì)稱排列方式。

3 粉碎機(jī)的實(shí)際應(yīng)用

為檢驗(yàn)帶風(fēng)引出料裝置的切粉一體化粉碎機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)是否滿足設(shè)計(jì)要求，包括生產(chǎn)率、噸料電耗、噪聲、粉塵濃度等，將粉碎機(jī)應(yīng)用于實(shí)際試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)軟質(zhì)秸稈采用玉米稈、油菜稈、麥稈等。因秸稈存放時(shí)間較長，平均含水率均在10%以下。硬質(zhì)高纖維秸稈采用棉稈與桑枝條等，平均直徑在4～6 cm，含水率平均在10%左右。

3.1 試驗(yàn)條件與方法

試驗(yàn)方法參照國標(biāo)GB/T6971-2007[13]《飼料粉碎機(jī)試驗(yàn)方法》進(jìn)行，測(cè)定參數(shù)主要包括生產(chǎn)率、功耗、噪聲、粉塵濃度等。在農(nóng)作物秸稈合作社基地對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了性能試驗(yàn)。試驗(yàn)儀器主要有PZ96-P3型三相功率表、TES-1351型聲級(jí)計(jì)、JS-360型電子秒表、JJ1000型電子天平、Raytek ST60型紅外線測(cè)溫儀等。

3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

按照以上方法和條件，根據(jù)GB/T 6971-2007《飼料粉碎機(jī)試驗(yàn)方法》國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試規(guī)格、重復(fù)次數(shù)及數(shù)據(jù)采集方式，計(jì)算出各項(xiàng)測(cè)試數(shù)據(jù)和工況參數(shù)。其中，數(shù)據(jù)中的噸料電耗為主電機(jī)所消耗電能，噪聲為整機(jī)6個(gè)不同方位時(shí)的平均值， 數(shù)據(jù)處理結(jié)果如表2所示。

經(jīng)檢測(cè)軟質(zhì)秸稈進(jìn)行粉碎試驗(yàn)時(shí)，生產(chǎn)率均以超過1.2 kg/h，噸料電耗控制在33 kW/h內(nèi)，其中玉米秸稈噸料電耗最低，主要為試驗(yàn)所用玉米秸稈為整桿式，提高了單位時(shí)間內(nèi)喂入量。測(cè)得噪聲都控制在86 dB（A）以內(nèi)，符合JB/T9822.1-1999規(guī)定粉碎機(jī)噪聲不大于93 dB（A）的要求。同時(shí)，采用風(fēng)引出料布袋裝袋的方式后工作環(huán)境的粉塵濃度平均在4.0 mg/m3，工作環(huán)境大為改善，完全滿足NY/T1554-2007規(guī)定粉碎機(jī)粉塵濃度不大于10 mg/m3的要求。在對(duì)硬質(zhì)高纖維物料進(jìn)行先切后粉試驗(yàn)時(shí)，隨著物料木質(zhì)素含量的增加，能耗與噪聲增加，生產(chǎn)率與粉塵濃度降低。物料中棉稈生產(chǎn)率為0.72 kg/h，桑枝條為0.62 kg/h，但噸料電耗分別為56.4 kW·h和64.6 kW·h。噪聲提高的主要原因是切刀在進(jìn)行切斷物料時(shí)所發(fā)出的瞬間聲響提高而引起?；覊m濃度與軟質(zhì)物料相比平均降低了1.5 mg/m3，說明硬質(zhì)高纖維物料粉碎后的密度大于軟質(zhì)秸稈，致使粉料不易飄散。

4 結(jié)論

1）設(shè)計(jì)了帶風(fēng)引出料裝置的切粉一體化粉碎機(jī)，解決了硬質(zhì)高纖維秸稈粉碎時(shí)出現(xiàn)錘片裂紋及分次作業(yè)工序帶來的能耗增加問題，且在切碎裝置喂料口出帶有強(qiáng)制喂料與壓實(shí)輥，以解決硬質(zhì)高纖維秸稈在喂入時(shí)不穩(wěn)定問題，并通過風(fēng)引出料裝置將物料強(qiáng)制引出到帆布袋內(nèi)進(jìn)行收集裝袋，作業(yè)環(huán)境大大改善。

2）軟質(zhì)秸稈試驗(yàn)結(jié)果表明，物料直接送入粉碎內(nèi)進(jìn)行錘片粉碎，機(jī)器運(yùn)行平穩(wěn)，平均生產(chǎn)率達(dá)到1.27 kg/h，噸料電耗平均為32.0 kW·h，作業(yè)時(shí)的粉塵濃度不超過4.5 mg/m3，軸承溫升小于20 ℃，符合設(shè)計(jì)要求。

3）硬質(zhì)高纖維生物質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果表明，物料先經(jīng)切碎裝置切碎后再進(jìn)入粉碎室內(nèi)粉碎。與軟質(zhì)秸稈相比，硬質(zhì)高纖維物料的生產(chǎn)率明顯降低，平均生產(chǎn)率為0.67 kg/h，噸料電耗為60.5 kW·h，作業(yè)時(shí)的粉塵濃度均在3.65 mg/m3，各項(xiàng)指標(biāo)也符合設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)：

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[10] 魯曉初，南效景，劉曼茹，等.新系列錘片式飼料粉碎機(jī)幾個(gè)技術(shù)參數(shù)的選擇[J].飼料工業(yè)，1994，15（12）：19-21.

[11] 王永志，王躍勇，劉東玲，等.造粒用秸稈粉碎機(jī)的研究與開發(fā)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2009（1）：157-159.

[12] 俞佳芝，余泳昌，朱星賢，等.4Q-1.5型秸稈粉碎機(jī)主要工作部件參數(shù)確定與校核[J].農(nóng)機(jī)化研究，2006（9）：74-79.

[13] JB/T9822.1-1999，錘片式飼料粉碎機(jī)技術(shù)條件[S].

（責(zé)任編輯 屠 晶）endprint

對(duì)棉稈、桑枝條等木質(zhì)素與纖維素含量較高的物料進(jìn)行喂入切斷時(shí)，在切斷裝置喂料口處設(shè)計(jì)了帶有強(qiáng)制喂料壓實(shí)機(jī)構(gòu)的自動(dòng)喂料扒進(jìn)裝置，如圖2所示。切碎裝置主軸轉(zhuǎn)速通過減速器、分離手柄將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為32∶1，此時(shí)動(dòng)力通過萬向節(jié)帶動(dòng)強(qiáng)制扒進(jìn)喂料壓實(shí)輥對(duì)硬質(zhì)高纖維秸稈強(qiáng)制喂入切碎裝置內(nèi)。當(dāng)切碎不同直徑物料時(shí)，通過復(fù)位彈簧對(duì)扒進(jìn)壓實(shí)輥進(jìn)行復(fù)位。此裝置很好地保證了硬質(zhì)高纖維生物質(zhì)物料輸送的均勻性、連續(xù)性，并能實(shí)現(xiàn)切碎喂料的主動(dòng)、安全、連續(xù)、均勻。

2.2 切斷裝置

硬質(zhì)高纖維物料強(qiáng)制入切斷裝置后，被切屑刀盤切屑成長度為20～30 mm的碎段。切屑刀盤作為粉碎機(jī)的關(guān)鍵部件之一，其作用是將木質(zhì)類物質(zhì)原料切削成細(xì)片狀，因此切削刀盤的轉(zhuǎn)速、切削刀等參數(shù)對(duì)切削力和切削功率都有很大影響[10]。在刀盤上布置切削刀時(shí)要考慮滿足削片的條件，要保證連續(xù)切削、最小功率、 速度， 在切碎裝置中刀盤上有2把切削刀，呈直線排列，每個(gè)刀片通過3個(gè)螺釘固定在圓盤上。

我國常見的盤式削片機(jī)轉(zhuǎn)速一般在500～3 500 r/min[11]。對(duì)于盤式削片機(jī)，生產(chǎn)率與削片機(jī)主軸轉(zhuǎn)速成正比；對(duì)于粉碎設(shè)備而言，為了使錘片將切削出來的細(xì)木片進(jìn)行充分粉碎，要求粉碎機(jī)構(gòu)具有較高的轉(zhuǎn)速。但因切斷裝置只進(jìn)行切碎作業(yè)，如轉(zhuǎn)速過高，很容易造成切刀鈍化及高轉(zhuǎn)速下的切刀切割硬質(zhì)秸稈時(shí)斷裂，因此在優(yōu)先確定粉碎裝置轉(zhuǎn)速及生產(chǎn)率的前提下，通過與連接粉碎裝置的皮帶輪進(jìn)行動(dòng)力傳遞，兼顧切屑裝置和粉碎裝置的轉(zhuǎn)速要求。在優(yōu)先確定粉碎裝置轉(zhuǎn)速下，綜合考慮， 切碎主軸轉(zhuǎn)速為粉碎轉(zhuǎn)速的1/2倍，即為925 r/min。

2.3 粉碎裝置

被切碎后的物料通過切碎裝置和粉碎裝置上的導(dǎo)向槽，將切碎過后的物料導(dǎo)向粉碎室內(nèi)進(jìn)行錘片打擊、揉搓，最終達(dá)到粉碎要求后通過風(fēng)引出料裝置輸出。粉碎裝置結(jié)構(gòu)如圖4所示，包括皮帶輪、軸承、主軸、銷軸、錘片、機(jī)架和機(jī)座。主軸由固定在機(jī)座上的軸承支承，電動(dòng)機(jī)通過皮帶盤帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)；錘架板安裝在主軸上，在遠(yuǎn)離其回轉(zhuǎn)中心的一端沿圓周方向開有均布的銷孔，銷孔內(nèi)安裝有銷軸；銷軸上安裝了小隔套，由小隔套將錘片分隔開，錘片空套在銷軸上，通過主軸的高速回轉(zhuǎn)帶動(dòng)錘片對(duì)物料進(jìn)行撞擊，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的粉碎。

同時(shí)，經(jīng)過對(duì)國內(nèi)外錘片式粉碎機(jī)型的分析對(duì)比，結(jié)合配套動(dòng)力、加工要求，初選錘片數(shù)量為128片，沿錘板架圓周均布4組銷軸，每根銷軸上安裝32片錘片。常用的錘片排列方式有螺旋線排列、對(duì)稱排列和對(duì)稱交錯(cuò)排列[12]。為保證轉(zhuǎn)子平衡、錘片磨損均勻，本研究中采用對(duì)稱排列方式。

3 粉碎機(jī)的實(shí)際應(yīng)用

為檢驗(yàn)帶風(fēng)引出料裝置的切粉一體化粉碎機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)是否滿足設(shè)計(jì)要求，包括生產(chǎn)率、噸料電耗、噪聲、粉塵濃度等，將粉碎機(jī)應(yīng)用于實(shí)際試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)軟質(zhì)秸稈采用玉米稈、油菜稈、麥稈等。因秸稈存放時(shí)間較長，平均含水率均在10%以下。硬質(zhì)高纖維秸稈采用棉稈與桑枝條等，平均直徑在4～6 cm，含水率平均在10%左右。

3.1 試驗(yàn)條件與方法

試驗(yàn)方法參照國標(biāo)GB/T6971-2007[13]《飼料粉碎機(jī)試驗(yàn)方法》進(jìn)行，測(cè)定參數(shù)主要包括生產(chǎn)率、功耗、噪聲、粉塵濃度等。在農(nóng)作物秸稈合作社基地對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了性能試驗(yàn)。試驗(yàn)儀器主要有PZ96-P3型三相功率表、TES-1351型聲級(jí)計(jì)、JS-360型電子秒表、JJ1000型電子天平、Raytek ST60型紅外線測(cè)溫儀等。

3.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

按照以上方法和條件，根據(jù)GB/T 6971-2007《飼料粉碎機(jī)試驗(yàn)方法》國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的測(cè)試規(guī)格、重復(fù)次數(shù)及數(shù)據(jù)采集方式，計(jì)算出各項(xiàng)測(cè)試數(shù)據(jù)和工況參數(shù)。其中，數(shù)據(jù)中的噸料電耗為主電機(jī)所消耗電能，噪聲為整機(jī)6個(gè)不同方位時(shí)的平均值， 數(shù)據(jù)處理結(jié)果如表2所示。

經(jīng)檢測(cè)軟質(zhì)秸稈進(jìn)行粉碎試驗(yàn)時(shí)，生產(chǎn)率均以超過1.2 kg/h，噸料電耗控制在33 kW/h內(nèi)，其中玉米秸稈噸料電耗最低，主要為試驗(yàn)所用玉米秸稈為整桿式，提高了單位時(shí)間內(nèi)喂入量。測(cè)得噪聲都控制在86 dB（A）以內(nèi)，符合JB/T9822.1-1999規(guī)定粉碎機(jī)噪聲不大于93 dB（A）的要求。同時(shí)，采用風(fēng)引出料布袋裝袋的方式后工作環(huán)境的粉塵濃度平均在4.0 mg/m3，工作環(huán)境大為改善，完全滿足NY/T1554-2007規(guī)定粉碎機(jī)粉塵濃度不大于10 mg/m3的要求。在對(duì)硬質(zhì)高纖維物料進(jìn)行先切后粉試驗(yàn)時(shí)，隨著物料木質(zhì)素含量的增加，能耗與噪聲增加，生產(chǎn)率與粉塵濃度降低。物料中棉稈生產(chǎn)率為0.72 kg/h，桑枝條為0.62 kg/h，但噸料電耗分別為56.4 kW·h和64.6 kW·h。噪聲提高的主要原因是切刀在進(jìn)行切斷物料時(shí)所發(fā)出的瞬間聲響提高而引起?；覊m濃度與軟質(zhì)物料相比平均降低了1.5 mg/m3，說明硬質(zhì)高纖維物料粉碎后的密度大于軟質(zhì)秸稈，致使粉料不易飄散。

4 結(jié)論

1）設(shè)計(jì)了帶風(fēng)引出料裝置的切粉一體化粉碎機(jī)，解決了硬質(zhì)高纖維秸稈粉碎時(shí)出現(xiàn)錘片裂紋及分次作業(yè)工序帶來的能耗增加問題，且在切碎裝置喂料口出帶有強(qiáng)制喂料與壓實(shí)輥，以解決硬質(zhì)高纖維秸稈在喂入時(shí)不穩(wěn)定問題，并通過風(fēng)引出料裝置將物料強(qiáng)制引出到帆布袋內(nèi)進(jìn)行收集裝袋，作業(yè)環(huán)境大大改善。

2）軟質(zhì)秸稈試驗(yàn)結(jié)果表明，物料直接送入粉碎內(nèi)進(jìn)行錘片粉碎，機(jī)器運(yùn)行平穩(wěn)，平均生產(chǎn)率達(dá)到1.27 kg/h，噸料電耗平均為32.0 kW·h，作業(yè)時(shí)的粉塵濃度不超過4.5 mg/m3，軸承溫升小于20 ℃，符合設(shè)計(jì)要求。

3）硬質(zhì)高纖維生物質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果表明，物料先經(jīng)切碎裝置切碎后再進(jìn)入粉碎室內(nèi)粉碎。與軟質(zhì)秸稈相比，硬質(zhì)高纖維物料的生產(chǎn)率明顯降低，平均生產(chǎn)率為0.67 kg/h，噸料電耗為60.5 kW·h，作業(yè)時(shí)的粉塵濃度均在3.65 mg/m3，各項(xiàng)指標(biāo)也符合設(shè)計(jì)要求。

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