青貯玉米螺旋缺口鋸齒型揉絲破碎輥設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

耿端陽 牟孝棟 孫延成 張仰猛 李華彪 姜慧新

(1.山東理工大學(xué)農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院， 淄博 255000； 2.山東省農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)推廣站， 濟(jì)南 250100；3.山東省畜牧總站， 濟(jì)南 250022)

0 引言

我國現(xiàn)有玉米青貯機(jī)存在秸稈絲化率低、揉搓效果差等問題，嚴(yán)重影響了青貯玉米的后期發(fā)酵，導(dǎo)致其粗纖維、半纖維素和木質(zhì)素等降解和轉(zhuǎn)化效果下降。故開展青貯玉米揉搓破碎裝備及技術(shù)的研究，對提高青貯飼料適口性、促進(jìn)秸稈發(fā)酵、加快養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，具有重要意義。

國內(nèi)外學(xué)者對青貯玉米的揉搓破碎做了較多研究。CHEVANAN等[1]對玉米秸稈進(jìn)行了剪切、抗拉和壓縮試驗(yàn)，得出了玉米秸稈的剪切和壓縮變化曲線，且沒有屈服強(qiáng)度；LISOWSKI等[2-3]采用數(shù)值模擬的方法對玉米秸稈切斷和揉搓過程功耗變化進(jìn)行了研究，建立了數(shù)學(xué)模型；任冬梅[4]開發(fā)了不同旋向的組合式秸稈揉搓裝置，證明了形成“S曲線”揉搓行程，更利于秸稈揉絲破碎；蘇宏煜[5]在錘片式揉絲機(jī)的基礎(chǔ)上增加了壓扁擠絲機(jī)構(gòu)，先預(yù)壓擠扁再揉絲，提高了揉搓質(zhì)量和秸稈絲化率；ZHANG等[6]建立了玉米秸稈離散元模型，開展了拉伸過程力學(xué)特性研究，得出了玉米秸稈的法向剛度系數(shù)、切向剛度系數(shù)、法向粘合系數(shù)及切向粘合系數(shù)；尚坦等[7-8]研究了秸稈揉搓絲化的結(jié)構(gòu)變化規(guī)律，建立了絲狀秸稈流流體模型，確定了揉搓盤的最佳轉(zhuǎn)速和最大承載喂入速度；薛飛[9]設(shè)計(jì)了一種破碎間隙可調(diào)的碟盤式揉搓破碎裝置，不僅絲化效果好而且提高了工作效率；張鋒偉等[10]對玉米秸稈進(jìn)行了壓縮和剪切試驗(yàn)，建立了玉米秸稈離散元模型，基于錘片式揉絲機(jī)，通過仿真與臺架試驗(yàn)相結(jié)合的方法，得出了玉米秸稈揉絲破碎過程的力學(xué)特性。

根據(jù)上述研究結(jié)論，結(jié)合當(dāng)前秸稈揉絲破碎的研究現(xiàn)狀，本文采用可視化、參數(shù)化的新型研究手段，借助離散元法建立玉米秸稈離散元模型，利用虛擬試驗(yàn)與臺架試驗(yàn)相結(jié)合的方法探索螺旋分布缺口鋸齒型破碎輥對青貯玉米秸稈的揉絲效果，為改善青貯玉米秸稈揉絲破碎效果和青貯機(jī)揉搓輥設(shè)計(jì)提供理論參考。

1 試驗(yàn)臺結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

青貯玉米秸稈揉絲破碎試驗(yàn)臺由預(yù)壓縮喂入裝置、切斷裝置、揉絲破碎裝置、排料拋送裝置、動力傳動裝置等部分組成，如圖1所示；揉絲破碎裝置是青貯玉米收獲機(jī)的核心部分，由兩個(gè)揉搓破碎輥(圖2)組成，兩輥的轉(zhuǎn)速不同形成差速效果且轉(zhuǎn)向相反，實(shí)現(xiàn)了對青貯玉米秸稈的差速擠壓、揉搓和剪切破碎，有效提高了秸稈絲化效果。

輥齒各參數(shù)見圖2，借鑒國內(nèi)外破碎輥設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)以及《農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》，確定鋒面傾角α取值范圍為5°～20°，鈍面傾角β取值范圍為30°～70°，內(nèi)錐角γ=α+β+360/m，m為齒數(shù)，為使輥齒能達(dá)到擠壓、揉搓和剪切的作用，參考文獻(xiàn)[1-6]及《農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》，本文設(shè)計(jì)鋒面傾角α為8°，鈍面傾角β為50°，齒尖寬度δ為2 mm；齒頂圓半徑為Rb，齒根圓半徑為Ra，齒高μ=Rb-Ra，τ為齒間距，齒數(shù)m為

(1)

1.2 工作原理

青貯玉米秸稈揉絲破碎試驗(yàn)臺工作時(shí)，玉米秸稈經(jīng)喂入口(見圖1)由浮動齒型喂入輥?zhàn)ト『皖A(yù)壓縮，之后在速度遞增、間隙遞減的浮動式喂入輥的作用下，實(shí)現(xiàn)莖稈姿態(tài)的調(diào)直、輸送和夾持，提高了莖稈姿態(tài)的一致性；進(jìn)而在喂入輥夾持和定刀的支持下，實(shí)現(xiàn)秸稈的定長切斷并拋到由兩個(gè)差速揉搓破碎輥組成的揉搓破碎裝置中，由于破碎間隙遠(yuǎn)小于秸稈直徑且在差速作用下，最終實(shí)現(xiàn)對小段秸稈的擠壓、揉搓絲化并破碎；破碎輥轉(zhuǎn)速較大，可由慣性力將已揉搓破碎好的物料拋出機(jī)外，最終完成對玉米秸稈的揉搓破碎。

2 揉搓破碎輥設(shè)計(jì)

2.1 揉搓破碎機(jī)理分析

首先對秸稈的揉搓破碎機(jī)理進(jìn)行分析，如圖3所示，常規(guī)齒型破碎輥的破碎裝置由兩個(gè)破碎輥組成，當(dāng)兩輥呈一定間隙并排，做高速、差速、反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，可以起到將秸稈送入、擠壓、揉搓、剪切的效果；又因?yàn)檩価X有鋒面和鈍面之分，可以將其分為4種組合方式，即鋒面對鋒面、鈍面對鋒面、鋒面對鈍面和鈍面對鈍面，各組合具體的破碎分析效果如圖4所示，其中R為破碎輥內(nèi)圈半徑，mm；n為破碎輥轉(zhuǎn)速，r/min，且n2>n1；t為有效破碎間隙，mm；F為輥齒剪切力，N；f為齒面對物料的摩擦力，N。

不同的組合方式可達(dá)到不同的破碎效果：鋒面對鋒面，剪切作用強(qiáng)，對物料破碎作用強(qiáng)，不利于莖稈的揉搓絲化；鈍面對鋒面，快輥破碎齒鈍面向上，慢輥破碎齒鋒面向下，適合加工硬而脆的物料；鋒面對鈍面，主要是擠壓和揉搓，伴隨剪切效果，適合韌性較大的物料；鈍面對鈍面，擠壓作用最強(qiáng)，剪切作用最弱，破碎緩和，粉末多。由于玉米秸稈屬于外裹堅(jiān)韌表皮的纖維結(jié)構(gòu)，加之揉搓前已經(jīng)被切斷為2～3 cm的莖稈段，所以只要實(shí)現(xiàn)表皮的絲化即可，顯然鋒面對鈍面方案更適合玉米秸稈的揉搓絲化。

對于玉米秸稈的揉絲破碎，螺旋缺口鋸齒型破碎輥較常規(guī)齒型破碎輥的優(yōu)點(diǎn)在于，輥齒上具有螺旋環(huán)繞式三角缺口。工作時(shí)，兩輥的轉(zhuǎn)速較高且差速比在20%～40%之間，在差速作用下對物料揉搓破碎的同時(shí)還通過三角缺口在橫向上對物料進(jìn)行剪切，其剪切過程如圖5a所示，由于ω2>ω1，下方缺口沿螺旋線橫向移動的速度vx2較快，即vx2>vx1，其中揉搓輥首端缺口沿橫向運(yùn)動到末端需要的時(shí)間和速度分別為

(2)

(3)

式中t′——首端缺口沿橫向運(yùn)動到末端的時(shí)間，s

v——缺口橫向運(yùn)動速度，m/s

Q——缺口螺旋圈數(shù)

L——輥?zhàn)娱L度，m

在t1時(shí)刻，上缺口沿螺旋線向右移動，下缺口沿螺旋線向左移動；在t2時(shí)刻，兩缺口相遇對夾在中間的物料進(jìn)行縱向剪切，物料在此刻的空間受力情況如圖5b所示，在空間的9個(gè)方向都受到力的作用，其中G為物料重力，N；Fx1、Fx2為輥齒缺口對物料的剪切力，N；fx1、fx2為輥齒缺口對物料的摩擦力，N；Fy1、Fy2為輥齒對物料的剪切力，N；fy1、fy2為輥齒對物料的摩擦力，N。可見螺旋缺口鋸齒型破碎輥可大大提高玉米秸稈的揉絲和破碎效果。

2.2 螺旋缺口鋸齒型揉搓破碎輥參數(shù)設(shè)計(jì)

破碎輥?zhàn)鳛榍噘A收獲機(jī)的核心部件，其輥?zhàn)拥拇笮∨c輥齒的形狀參數(shù)對玉米秸稈的揉搓破碎效果起著至關(guān)重要的作用，直接決定飼料品質(zhì)。破碎輥各參數(shù)范圍選定參考《農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》及文獻(xiàn)[2-15]。

2.2.1破碎輥直徑確定

常規(guī)齒型破碎輥的直徑一般在210～230 mm之間(如圖6b)，使得有效破碎截面積較小，制約了作業(yè)效率和破碎質(zhì)量，本文設(shè)計(jì)的螺旋缺口鋸齒型破碎輥的輥?zhàn)又睆竭_(dá)到250 mm(如圖6a)，可大幅提高工作效率，輥?zhàn)娱L度相同為L，兩種輥的有效揉搓面積S分別為

(4)

其中

(5)

式中S1——輥A有效揉搓面積,mm2

S2——輥B有效揉搓面積,mm2

h1——輥A有效破碎長度，mm

h2——輥B有效破碎長度，mm

R1——輥A半徑,mm

R2——輥B半徑,mm

t——有效破碎間隙，mm

z——兩輥齒頂圓間隙，mm

兩種輥的有效揉搓面積比為

(6)

當(dāng)R1=250 mm，R2=210 mm時(shí)，S1/S2≈1.1，工作效率可提高10%，滿足青貯收獲機(jī)的工作需求。

2.2.2破碎輥齒參數(shù)確定

考慮到常規(guī)三角形輥齒雖然對物料的破碎效果較好，但耐磨性和揉搓效果差。為確保玉米秸稈能在兩差速破碎輥的揉搓下實(shí)現(xiàn)破碎和揉絲，并能保證輥齒工作的可靠性和耐磨性，本文輥齒材料為合金工具鋼9SiCr，為了提高其耐磨性和使用壽命，表面采取鍍鉻處理。輥齒設(shè)計(jì)成鋸齒形，齒面分為鋒面和鈍面，當(dāng)兩輥齒組合為鋒面對鈍面時(shí)，揉搓破碎過程伴隨擠壓、揉搓和剪切作用，可將韌性較好的玉米秸稈破碎和絲化。

螺旋缺口參數(shù)如圖7所示，考慮到對玉米秸稈的剪切和防堵效果，根據(jù)文獻(xiàn)[4-6]和《農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》要求，本文三角缺口高定為s=3 mm，寬為l2=2.5 mm，單齒寬度l1與三角缺口寬l2比值為2∶1，輥?zhàn)涌傞L為L=600 mm，螺旋圈數(shù)Q=L/(l1+l2)=80，螺旋線傾角為φ，揉搓間隙為ξ。

在輥齒上添加螺旋三角缺口，可在實(shí)現(xiàn)縱向擠壓、揉搓和剪切的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對秸稈的橫向剪切，大幅度提高作業(yè)效率和揉搓質(zhì)量，滿足青貯收獲機(jī)的高效率、高質(zhì)量要求。

3 離散元仿真

玉米秸稈的揉搓破碎可基于離散元法(Discrete element method，DEM)進(jìn)行仿真模擬試驗(yàn)，離散元法適用于模擬離散顆粒組合體在準(zhǔn)靜態(tài)或動態(tài)條件下的變形及破碎分析，可采用Hertz-Mindin with Bonding模型將小顆粒粘結(jié)成試驗(yàn)所需的玉米秸稈模型，然后在破碎輥的作用下，可直觀地觀察玉米秸稈模型的揉搓破碎情況，便于數(shù)據(jù)采集和記錄，方便對青貯玉米秸稈揉絲試驗(yàn)研究與分析。

3.1 接觸模型

顆粒粘結(jié)模型(Bonded particle model，BPM)最開始是為了解決巖石破碎問題，由POTYONDY和CUNDALL于2004年提出[15]。當(dāng)相鄰兩顆粒A與B接觸或靠近，并且兩顆粒球心之間的距離小于最大粘結(jié)半徑時(shí)，兩顆粒就會發(fā)生平行粘結(jié)，并在接觸位置形成相交區(qū)域L，最終顆粒粘結(jié)成一個(gè)整體。當(dāng)外界作用力大于顆粒間粘結(jié)力時(shí)，粘結(jié)鍵將發(fā)生破碎，之后兩顆粒分離。顆粒粘結(jié)模型如圖8所示。

3.2 顆粒模型

本文所用玉米秸稈為種植面積較廣的鄭單958，隨機(jī)選取100根玉米秸稈并切段，從切斷裝置送入揉搓破碎裝置的秸稈已經(jīng)被切成2～4 cm的小段，采用游標(biāo)卡尺重復(fù)測量小段玉米秸稈的尺寸參數(shù)取平均值。在UG 10.0中按照測量值繪制秸稈的三維模型，考慮到秸稈的本身生物結(jié)構(gòu)，為了更好的開展揉搓破碎分析(若填充顆粒過大，破碎效果將下降)與減少計(jì)算機(jī)仿真時(shí)間(若填充顆粒較小，則仿真時(shí)間過長)，將模型導(dǎo)入EDEM中，由于秸稈外表皮韌性和強(qiáng)度較高，選用半徑為0.52 mm的小球填充秸稈的外表皮；秸稈內(nèi)部的髓芯韌性和強(qiáng)度較低，選用半徑為1.30 mm的小球填充秸稈的外表皮，形成秸稈的離散模型，每段秸稈由2 038個(gè)半徑為0.52 mm的小球和525個(gè)半徑為1.30 mm的小球填充而成，生成BPM模型，各小球之間通過粘結(jié)鍵形成一個(gè)整體，如圖9所示。

3.3 仿真參數(shù)

考慮到仿真模擬需要，揉搓破碎輥選用合金工具鋼，將物性參數(shù)導(dǎo)入到EDEM中。根據(jù)文獻(xiàn)[10，13]，并結(jié)合玉米秸稈的壓縮和剪切試驗(yàn)，得出玉米秸稈和合金工具鋼的力學(xué)參數(shù)和碰撞恢復(fù)系數(shù)，如表1。為更詳細(xì)地觀察玉米秸稈揉搓破碎過程和記錄破碎數(shù)據(jù)，將EDEM中更新和存儲時(shí)步設(shè)置為1×10-4s。試驗(yàn)前對100組試驗(yàn)秸稈切段進(jìn)行含水率測定，秸稈的平均含水率為71.3%，開展玉米秸稈的縱向壓縮試驗(yàn)和橫向剪切試驗(yàn)，得到玉米秸稈的力學(xué)變化規(guī)律、最大壓縮與剪切力，根據(jù) BPM 粘結(jié)模型理論，采用法向剛度和切向剛度換算公式得到玉米秸稈的粘結(jié)參數(shù)，并在離散元軟件中進(jìn)行反復(fù)壓縮和剪切試驗(yàn)并調(diào)試獲得最終參數(shù)，結(jié)果見表2。

表1 玉米秸稈物性參數(shù)Tab.1 Physical properties of corn stalk

3.4 仿真試驗(yàn)與結(jié)果分析

3.4.1揉絲破碎過程數(shù)值模型

玉米秸稈揉搓破碎的離散元仿真試驗(yàn)如圖10所示，通過顆粒工廠和顆粒替換生成玉米秸稈切段，并立即在顆粒間添加Bond粘結(jié)鍵形成顆粒粘結(jié)模型，在兩輥的差速作用下完成揉搓破碎，并對試驗(yàn)數(shù)據(jù)和破碎情況進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄。

表2 玉米秸稈粘結(jié)參數(shù)Tab.2 Corn stalk binding parameters

3.4.2試驗(yàn)過程

為探究破碎輥的最優(yōu)設(shè)計(jì)參數(shù)，選取對玉米秸稈揉搓破碎效果影響較大的輥齒齒數(shù)、兩輥差速比、缺口螺旋圈數(shù)和主動輥轉(zhuǎn)速(快輥轉(zhuǎn)速)作為試驗(yàn)因素，以秸稈絲化率(秸稈絲化率是指破碎程度達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)的秸稈質(zhì)量占總質(zhì)量的百分比)為試驗(yàn)考察指標(biāo)，分析四因素對揉搓破碎性能的影響，其中缺口螺旋圈數(shù)為0的是對照組，即常規(guī)齒形破碎輥。在參數(shù)選取時(shí)，考慮到破碎要求和機(jī)器最大功率的限制，破碎間隙取3 mm、轉(zhuǎn)速最大取5 000 r/min。開展二次旋轉(zhuǎn)正交仿真試驗(yàn)，試驗(yàn)因素及編碼如表3所示[4-10]。采用Design-Expert 軟件中的Box-Behnken試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法開展正交試驗(yàn)，并進(jìn)行試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分析，以玉米秸稈絲化率作為試驗(yàn)考核指標(biāo)，正交方案與結(jié)果如表4所示，X1、X2、X3、X4為因素編碼值。

表3 試驗(yàn)因素與編碼Tab.3 Test factors and codes

3.4.3破碎揉絲性能評價(jià)指標(biāo)

由于秸稈的破碎絲化過程較為復(fù)雜，且物料破碎后的大小、長短不一，需要制定秸稈破碎絲化合格標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)《全株玉米制作青貯飼料機(jī)械揉搓質(zhì)量評價(jià)技術(shù)規(guī)范》與青貯玉米收獲機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，當(dāng)玉米秸稈破碎后的長度不超過35 mm，寬度不超過5 mm時(shí)，即為合格。本文就秸稈的揉搓破碎效果采用賓州篩篩分后進(jìn)行了分類，種類包括小型物料、標(biāo)準(zhǔn)物料、未完全破碎物料，共3種。仿真試驗(yàn)結(jié)束后對絲化效果進(jìn)行分類，如圖11所示。

表4 正交試驗(yàn)方案與結(jié)果Tab.4 Orthogonal test scheme and results

在試驗(yàn)過程中，每個(gè)玉米秸稈切段模型都由2 563個(gè)顆粒粘結(jié)而成，共生成12 175個(gè)Bond粘結(jié)鍵，平均每個(gè)顆粒有4.75個(gè)粘結(jié)鍵相連接，粘結(jié)形式分為接觸粘結(jié)和非接觸粘結(jié)，分別占比78.5%和21.5%，可見模型粘結(jié)相當(dāng)牢固，仿真試驗(yàn)的可靠性較高。

3.4.4破碎性能分析

利用Design-Expert軟件進(jìn)行多元回歸擬合和方差分析，結(jié)果如表5所示。秸稈絲化率Y回歸模型的顯著性水平P<0.001，表明該回歸模型顯著性水平高，失擬項(xiàng)顯著性水平P>0.25，表明回歸模型擬合效果好。剔除不顯著項(xiàng)，得到秸稈絲化率編碼值回歸模型為

表5 回歸模型方差分析Tab.5 Regression model analysis of variance

Y=83.59+4.54X1+3.37X2+2.22X3+7.68X4

(7)

根據(jù)方差F可以判斷各參數(shù)對秸稈絲化率的影響程度，4個(gè)參數(shù)的影響程度由大到小依次為主動輥轉(zhuǎn)速、輥齒齒數(shù)、兩輥差速比、缺口螺旋圈數(shù)。通過仿真正交試驗(yàn)確定最優(yōu)參數(shù)組合為：破碎輥齒數(shù)163.66、差速比31.86%、缺口螺旋圈數(shù)76.02、主動輥轉(zhuǎn)速4 948.57 r/min，此參數(shù)組合下的籽粒破碎率為93.88%。

4 驗(yàn)證試驗(yàn)

為驗(yàn)證仿真試驗(yàn)結(jié)果的可行性，在自行研制的試驗(yàn)臺上開展了臺架驗(yàn)證試驗(yàn)，試驗(yàn)過程及破碎效果如圖12所示。在青貯玉米秸稈收獲試驗(yàn)臺參數(shù)可調(diào)范圍內(nèi)，選擇一組最接近最優(yōu)組合參數(shù)進(jìn)行臺架試驗(yàn)：破碎輥齒數(shù)166、差速比30%、缺口螺旋圈數(shù)80、主動輥轉(zhuǎn)速5 000 r/min，在此參數(shù)組合下開展驗(yàn)證試驗(yàn)；并開展一組對照試驗(yàn)，采用常規(guī)齒型破碎輥，破碎輥齒數(shù)166、差速比30%、主動輥轉(zhuǎn)速5 000 r/min，所選參數(shù)同上組。玉米品種的選擇與秸稈測量一致，為鄭單958，籽粒含水率在69.5%～71.3%之間。

啟動機(jī)器，當(dāng)機(jī)器的各裝置達(dá)到指定轉(zhuǎn)速并穩(wěn)定后，每次投放10根玉米秸稈到輸送口，兩次之間投放間隔為2 s，以保證秸稈喂入的均勻性和連續(xù)性，每組試驗(yàn)進(jìn)行2 min，重復(fù)3次，每組試驗(yàn)結(jié)束后，采用賓州篩對破碎秸稈進(jìn)行集中分類并稱量，上篩孔徑為19 mm，中篩孔徑為8 mm，下篩孔徑為4 mm。統(tǒng)計(jì)并記錄每組試驗(yàn)結(jié)果，得出試驗(yàn)組秸稈絲化率的平均值為91.12%，仿真試驗(yàn)與臺架試驗(yàn)的相對誤差為3.03%，符合青貯玉米秸稈絲化率要求；對照組秸稈絲化率的平均值為84.20%，試驗(yàn)組比對照組秸稈絲化率高8.22%，結(jié)果表明，螺旋缺口鋸齒型破碎輥可大幅度提高秸稈的絲化率，滿足青貯玉米秸稈收獲機(jī)的作業(yè)要求。秸稈揉搓絲化效果及分類如圖13所示，共分為3類：小型物料(占比為38.37%)、標(biāo)準(zhǔn)物料(占比為52.75%)、未完全破碎物料(占比為8.88%)，與仿真試驗(yàn)得到的物料分類結(jié)果基本一致。

5 結(jié)論

(1)研制了青貯玉米秸稈揉搓破碎試驗(yàn)臺，設(shè)計(jì)了螺旋缺口鋸齒型破碎輥，對其進(jìn)行了揉搓破碎機(jī)理分析，并對輥齒參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，得出當(dāng)兩輥齒鋒面對鈍面并配合螺旋缺口時(shí)，可以同時(shí)達(dá)到對秸稈的擠壓、揉搓和剪切效果，適合揉搓破碎韌性較大的玉米秸稈。

(2)建立了由玉米髓芯和玉米外皮組成的玉米秸稈粘結(jié)模型，開展了基于離散元軟件EDEM的正交試驗(yàn)，探尋結(jié)構(gòu)參數(shù)對玉米秸稈揉絲破碎性能的影響，仿真試驗(yàn)結(jié)果表明，刀齒數(shù)、破碎間隙和刀輥轉(zhuǎn)速對破碎性能影響顯著，參考仿真結(jié)果選出最優(yōu)組合參數(shù)為：破碎輥齒數(shù)166、差速比30%、缺口螺旋圈數(shù)80、主動輥轉(zhuǎn)速5 000 r/min。此時(shí)，揉搓破碎裝置對秸稈的仿真絲化效果最好。

(3)對破碎后的秸稈按照長短和大小進(jìn)行分類，結(jié)果表明臺架試驗(yàn)與仿真試驗(yàn)的秸稈破碎大小分布規(guī)律一致。對仿真優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了樣機(jī)試驗(yàn)，結(jié)果表明：秸稈絲化率為91.12%，仿真試驗(yàn)與臺架試驗(yàn)結(jié)果的相對誤差為3.03%。

(4)開展了對照試驗(yàn)，結(jié)果表明螺旋缺口鋸齒型破碎輥對玉米秸稈的絲化率較常規(guī)齒型破碎輥提高8.22%，可提高揉絲破碎效率和質(zhì)量，滿足青貯玉米秸稈收獲機(jī)的作業(yè)要求。