《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)》課程實(shí)踐教學(xué)案例研究

馬軍民 宋華 吳勁鋒 張煒 黃曉鵬

摘要：為提高農(nóng)機(jī)專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新能力，結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)畜牧養(yǎng)殖業(yè)對(duì)全株玉米青貯飼料需求的增加而與之配套的機(jī)械化加工機(jī)具缺少的現(xiàn)狀，采用全株青貯玉米籽粒破碎試驗(yàn)臺(tái)架的實(shí)際案例進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)的模式，分析了影響青貯玉米籽粒破碎的技術(shù)參數(shù)，提出了該試驗(yàn)臺(tái)架的總體設(shè)計(jì)。以培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，提高農(nóng)機(jī)專業(yè)本科生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，進(jìn)而達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新型專門人才的要求。

關(guān)鍵詞：教學(xué)模式;全株青貯;籽粒破碎;試驗(yàn)臺(tái)架

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9944（2019）17-0301-02

1引言

《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)》課程是農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化專業(yè)本科階段學(xué)習(xí)的主要專業(yè)課之一，隨著世界農(nóng)業(yè)工程科技的進(jìn)步，我國的農(nóng)業(yè)機(jī)械化科技及農(nóng)機(jī)的生產(chǎn)已進(jìn)入快速發(fā)展階段，農(nóng)業(yè)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)對(duì)農(nóng)機(jī)專業(yè)的畢業(yè)生提出了新的要求。農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)是《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)》課程講述農(nóng)業(yè)機(jī)械開發(fā)與研制的一般規(guī)律、進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)的基礎(chǔ)內(nèi)容。為提高農(nóng)機(jī)專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新能力，采用全株青貯玉米籽粒破碎試驗(yàn)臺(tái)架的總體設(shè)計(jì)——實(shí)際案例的模式進(jìn)行教學(xué)。該實(shí)踐教學(xué)模式可以用來培養(yǎng)農(nóng)機(jī)專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，提高農(nóng)機(jī)專業(yè)本科生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，為培養(yǎng)創(chuàng)新型專業(yè)人才打好基礎(chǔ)。

2選題意義

近年來，隨著國家持續(xù)推進(jìn)“糧改飼”試點(diǎn)工作以來，至2018年，我國的糧改飼種植面積已突破1300萬畝，青貯玉米成為主要推廣種植的作物，全株玉米青貯飼料已成為我國草食家畜重要的飼料來源之一，高品質(zhì)玉米青貯飼料的需求將隨著我國畜牧養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展越來越大。但由于我國的全株玉米青貯飼料產(chǎn)業(yè)起步晚，與之配套的收獲及加工機(jī)具有待進(jìn)一步完善。籽粒破碎是全株青貯玉米飼料品質(zhì)提升、全株青貯玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，是當(dāng)前全株玉米青貯飼料加工機(jī)具必備的部件。研究表明，全株青貯玉米籽粒破碎程度及青貯原料的切割程度對(duì)飼料的發(fā)酵品質(zhì)影響極大，因此，設(shè)計(jì)出高效、可靠的青貯玉米籽粒破碎裝置，對(duì)提升全株青貯玉米飼料品質(zhì)、發(fā)展全株青貯玉米產(chǎn)業(yè)具有實(shí)際意義

3全株青貯玉米籽粒破碎試驗(yàn)臺(tái)架的總體設(shè)計(jì)

3.1全株青貯玉米籽粒破碎試驗(yàn)臺(tái)架功能分析

全株青貯玉米籽粒破碎試驗(yàn)臺(tái)架具有動(dòng)力部件、傳動(dòng)部件、執(zhí)行部件和控制部件，各部件間相互配合，組成一個(gè)完整的功能系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)具備的功能有主功能、動(dòng)力功能、控制功能，如圖1所示。

（1）主功能。全株青貯玉米籽粒破碎試驗(yàn)臺(tái)架系統(tǒng)的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)籽粒破碎和秸稈的破節(jié)揉絲，為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，還需要有喂入、切碎、拋送等子功能的相互配合。

（2）動(dòng)力功能。為試驗(yàn)臺(tái)架的各部件在實(shí)驗(yàn)中提供恒定的或可變的動(dòng)力。

（3）控制功能。為尋求試驗(yàn)臺(tái)架各參數(shù)的最佳組合，需要在試驗(yàn)過程中不斷調(diào)整參數(shù)值，控制功能使試驗(yàn)臺(tái)架的工作狀態(tài)保持平穩(wěn)、可靠的運(yùn)行。

（4）環(huán)境條件。主要包括了試驗(yàn)臺(tái)架所在地的電力供給、全株青貯玉米特性等相關(guān)實(shí)驗(yàn)條件。

3.2總體設(shè)計(jì)方案及其結(jié)構(gòu)簡圖

全株青貯玉米籽粒破碎試驗(yàn)臺(tái)架是在室內(nèi)工作，選擇由電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，因此在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性;同時(shí)，還應(yīng)考慮常用全株青貯玉米品種及其物理、力學(xué)特性。針對(duì)牛、羊飼喂時(shí)對(duì)青貯飼料的不同需求，且在尋求試驗(yàn)臺(tái)架各參數(shù)的最佳組合的過程中，各參數(shù)要能夠不斷調(diào)整，初步確定全株青貯玉米籽粒破碎試驗(yàn)臺(tái)架由喂入部件、切碎部件、籽粒破碎部件3個(gè)部分組成，如圖2所示。

該方案的工作過程為：在喂入電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，喂入部件中輸送帶上的全株玉米經(jīng)上下兩排喂入輥被強(qiáng)制喂人由切碎電機(jī)帶動(dòng)的切碎部件中進(jìn)行初次切碎，同時(shí)由切碎部件將初次切碎的物料拋送進(jìn)入由破碎電機(jī)驅(qū)動(dòng)的籽粒破碎部件中進(jìn)行二次籽粒破碎及秸稈破節(jié)揉絲，最后混合物料通過籽粒破碎部件料口拋撒出出來。根據(jù)試驗(yàn)臺(tái)架的工作過程，選定切碎滾筒一喂人速度之比、籽粒破碎輥的線速度、倆輥?zhàn)钚￠g隙、動(dòng)輥預(yù)緊力、齒形、相對(duì)速差幾個(gè)參數(shù)為可變參數(shù)，以籽粒破碎率為目標(biāo)函數(shù)，尋求達(dá)到最佳籽粒破碎效果的最優(yōu)參數(shù)組合。

4參數(shù)控制

4.1切碎滾筒一喂入速度之比

切碎滾筒轉(zhuǎn)速與物料喂人速度之比決定了物料的合格切碎長度。切碎滾筒由切碎電機(jī)驅(qū)動(dòng)，考慮其整體較大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，切碎電機(jī)選擇普通交流電機(jī)，并配置啟動(dòng)穩(wěn)流電柜，切刀轉(zhuǎn)速經(jīng)一級(jí)增扭減速的帶傳動(dòng)后保持恒定不變。整個(gè)喂人部件由喂入電機(jī)通過帶傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)，其中輸送帶和兩對(duì)喂入輥之間的速比恒定，輸送帶和喂入輥之間由鏈傳動(dòng)驅(qū)動(dòng);為了使切碎滾筒一喂入速度之比可變，在切刀轉(zhuǎn)速情況下，選擇喂入電機(jī)為變頻電機(jī)，通過調(diào)控其頻率達(dá)到改變物料的喂人速度，進(jìn)而改變切碎滾筒一喂入速度之比的目的。

4.2籽粒破碎輥的線速度

籽粒破碎部件由破碎電機(jī)驅(qū)動(dòng)，破碎輥的線速度在輥直徑及傳動(dòng)皮帶輪傳動(dòng)比確定時(shí)，選擇破碎電機(jī)為變頻電機(jī)，可控制調(diào)整破碎輥的線速度。

4.3相對(duì)速差

指倆破碎輥的線速度差值，在破碎輥直徑及破碎電機(jī)轉(zhuǎn)速固定時(shí)，可通過更換不同傳動(dòng)比的傳動(dòng)皮帶輪來調(diào)整。

4.4破碎輥?zhàn)钚￠g隙

為提高不同喂人量籽粒破碎的適應(yīng)性，破碎輥設(shè)計(jì)為一動(dòng)一定，定輥軸承座與籽粒破碎部件相對(duì)位置固定，動(dòng)輥軸承座可沿設(shè)置在籽粒破碎部件上的固定滑道滑動(dòng)，靠壓簧的壓力回位。破碎輥?zhàn)钚￠g隙通過動(dòng)輥軸承座的位置變換調(diào)整，由定位螺釘確定。

4.5動(dòng)輥預(yù)緊力

動(dòng)輥預(yù)緊力即動(dòng)輥回位壓簧的彈力，采用動(dòng)輥軸承座與機(jī)架間的彈簧彈力大小來控制調(diào)整。

4.6齒形

破碎輥的齒形選擇鋸齒形結(jié)構(gòu)，為了對(duì)比不同齒形結(jié)構(gòu)對(duì)破碎率的影響，設(shè)計(jì)了兩種齒形結(jié)構(gòu)‘“：一種是鋸齒形碾壓輥;另一種是帶螺旋槽的鋸齒形碾壓輥，如圖3、圖4所示。

5全株青貯玉米籽粒破碎試驗(yàn)臺(tái)架的總體配置

全株青貯玉米籽粒破碎試驗(yàn)臺(tái)架總體設(shè)計(jì)時(shí)，其整機(jī)總體配置應(yīng)滿足：根據(jù)青貯玉米飼料的工藝要求，保證喂入、切碎拋送、籽粒破碎的各個(gè)加工過程要連續(xù)、流暢;根據(jù)試驗(yàn)臺(tái)架的整體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，正確配置其重心位置，保證其平穩(wěn)運(yùn)行;配置時(shí)，應(yīng)使整機(jī)操作簡單，調(diào)整方便;整機(jī)外形美觀。根據(jù)總體配置要求，全株青貯玉米籽粒破碎試驗(yàn)臺(tái)架配置如圖5所示。

6結(jié)語

以全株青貯玉米籽粒破碎試驗(yàn)臺(tái)架的總體設(shè)計(jì)為案例，結(jié)合當(dāng)前國內(nèi)畜牧養(yǎng)殖業(yè)對(duì)高品質(zhì)全株玉米青貯飼料需求的增加，而與之配套的機(jī)械化加工機(jī)具及其針對(duì)全株玉米青貯飼料加工機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論研究缺少的現(xiàn)狀，提出了影響青貯玉米籽粒破碎的技術(shù)參數(shù)，完成了對(duì)全株青貯玉米籽粒破碎試驗(yàn)臺(tái)架的總體配置設(shè)計(jì)，這種用以培養(yǎng)農(nóng)機(jī)專業(yè)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)，提高農(nóng)機(jī)專業(yè)本科生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力的實(shí)踐教學(xué)模式，是為培養(yǎng)創(chuàng)新型專門人才而做出的一種實(shí)踐教學(xué)方法的創(chuàng)新。