玉米秸稈粉碎柔絲除塵收集機的設計與研究

河北雙天機械制造有限公司 李江波 王海波 由雪輝

前言

玉米是世界三大糧食作物之一，是世界上公認的黃金食品。玉米秸稈粉碎柔絲除塵收集機是一種能把玉米秸稈粉碎收集并拋送到集草車的機械，該機由秸稈粉碎機、絞龍輸送裝置、風機拋送裝置、二次粉碎裝置、拋料筒、地輪支撐軸組合而成，是把玉米秸稈收集、粉碎、除塵柔絲拋送的作業(yè)步驟有機地結(jié)合起來的多功能作業(yè)機具。一次進地，可完成對秸稈的收集、粉碎、除塵、柔絲加工成牲畜可以直接食用的秸稈飼草，或用于電廠發(fā)電的生物燃料。使用本機具收獲秸稈減少了以往人們把秸稈收集、裝車、運回家后再次用粉碎機粉碎秸稈的繁雜程序。降低了人們收獲秸稈的勞動強度，提高了收獲秸稈效率，且降低了在收獲秸稈過程中粉塵對人身體的傷害。因此，發(fā)展機械化秸稈收集機械具有重要的經(jīng)濟價值，利用機械化種植收割必將成為一種趨勢。

1 玉米秸稈粉碎柔絲除塵收集機的功用及特點

1.1 玉米秸稈粉碎柔絲除塵收集機的功用介紹

國內(nèi)現(xiàn)有的秸稈收獲作業(yè)一部分是人砍、肩扛、人力裝車、效率低、傳統(tǒng)的作業(yè)模式，一部分是采用現(xiàn)有的機械進行收集粉碎，這種作業(yè)模式有功能單一、收獲后有的秸稈含土量大、有的秸稈粉碎程度不夠的缺點，以上兩種方法收集到的秸稈，都不能直接成為牲畜養(yǎng)殖戶的秸稈飼料和生物電廠用的生物燃料。還要投入額外的人力物力把收獲的秸稈再次粉碎和除塵，才能滿足喂養(yǎng)牲畜的需要，達到電廠生物燃料質(zhì)量要求。

玉米秸稈粉碎柔絲除塵收集機是多種功能集成的玉米秸稈收集粉碎除塵柔絲機械，它不但能把地里散放的秸稈全部高效的收集起來，還能夠在一次作業(yè)中完成粉碎，除塵，柔絲、拋送作業(yè)。應用該機械作業(yè)不但可以節(jié)省勞動成本，提高生產(chǎn)效率，收集完成后的秸稈還可以當作飼料、生物燃料，提高了莖稈的利用率，增加了農(nóng)民和機具用戶的收益同時也能避免焚燒秸稈對環(huán)境的污染，從而更好地保護了自然環(huán)境。使得廣大的用戶能夠接受種機械，對該機械的推廣應用起到積極作用。該機械的獨特結(jié)構(gòu)與完備的工作性能，極具競爭力的價格與簡便的維護必將會受到廣大用戶的青睞。

1.2 玉米秸稈粉碎柔絲除塵收集機主要參數(shù)

產(chǎn)品規(guī)格表項目 單位 設計值型號名稱 / 4JS-350秸稈收集機工作狀態(tài)外形尺寸（長×寬×高）mm 4200×4110×4000配套動力及功率 kW 132.3～183.8配套動力輸出軸轉(zhuǎn)速 r/min 720/1000結(jié)構(gòu)型式 / 后懸掛式作業(yè)速度 m/s 0.56～1.39作業(yè)幅寬 m 3.5收集器形式 / 錘爪式輸送器形式 / 攪龍螺旋橫向輸送拋送器形式 / 風機

2 整機的結(jié)構(gòu)布局功用

2.1 玉米秸稈粉碎柔絲除塵收集機機械結(jié)構(gòu)簡介

玉米秸稈粉碎柔絲除塵收集機機械簡圖如下圖1所示

圖1

玉米秸稈粉碎柔絲除塵收集機主要包括機殼部分（1）、前部的粉碎軸（2）、粉碎軸驅(qū)動帶輪（3）、主機懸掛架（4）、動力輸入箱體（5）、加強斜拉桿（6）、二次粉碎機殼總成（7）、拋料筒固定座（8）、拋料筒（9）、二次粉碎軸（10）、拋送風機機殼（11）、拋送風扇（12）、后牽引架（13）、底輪調(diào)節(jié)軸（14）、后部變速箱（15）、十字傳動軸（16）攪龍軸（17）。

拋送風機總成結(jié)構(gòu)如圖3所示。拋送風扇（12）在后部變速箱（15）提供的動力下高速旋轉(zhuǎn)形成了強勁的拋送風力，它把攪龍軸（17）收集并送到拋送風機（11、12）中的秸稈拋送到二次粉碎總成（7、10）。

圖3 （粉碎刀軸）

二次粉碎柔絲總成結(jié)構(gòu)如圖2所示。它的動力來源是風扇軸（12)后端固定的皮帶輪通過皮帶驅(qū)動二次粉碎軸（10）高速旋轉(zhuǎn)，通過動刀和定刀（19）的交叉相對運動，對秸稈進行二次破碎柔絲，使秸稈變碎，呈現(xiàn)纖維狀。

圖2

2.2 傳動系統(tǒng)工作原理

本機具和拖拉機的懸掛架連接，動力來源于拖拉機后輸出，通過萬向節(jié)傳動軸連接輸入箱體（5）通過十字傳動軸（16），粉碎軸驅(qū)動帶輪(3)向后變速箱體（15）前部部粉碎軸（2）提供動力。高速旋轉(zhuǎn)的前部粉碎軸（2）把作物秸稈從地里撿拾，秸稈在機殼定刀和粉碎軸動刀的相互作用下進行第一次粉碎，拋入到機殼(1)后部由絞龍軸，初步粉碎的秸稈在這里通過攪龍底殼的圓孔進行把其中的沙土清理出去。秸稈通過攪龍軸（17）的正反葉片收集并集中到中部通過攪龍軸（17）中部的撥板送到拋送風機（11、12）中。拋送風扇（12）在后部變速箱（15）提供的動力下高速旋轉(zhuǎn)形成了強勁的拋送風力，把第一次粉碎后的秸稈送到二次粉碎總成（7、10）。由二次粉碎機殼（7）的定刀和二次粉碎軸（10）的動刀對秸稈進行第二次破碎，并通過拋料筒送入集草車中。

3 主要功能的設計、工作原理

3.1 撿拾功能

本機具殼體內(nèi)設有粉碎刀軸，刀軸上安裝錘爪刀起到撿拾效果。粉碎刀軸高速旋轉(zhuǎn)在殼體喂入口處產(chǎn)生負壓，機具向前行走，秸稈受負壓的影響及錘爪刀的強行喂入進入殼體內(nèi)。錘爪刀橫向截面積大，旋轉(zhuǎn)可以產(chǎn)生更多的風力，撿拾效果好。東北區(qū)域多為壟溝種植結(jié)構(gòu)，粉碎刀軸設計為長刀加短刀的形式。刀軸對應壟溝位置設計3組長刀，回轉(zhuǎn)半徑比短刀大100mm，保證錘爪刀作業(yè)時刀尖與壟臺、壟溝的距離基本一致。這樣在錘爪刀不打土的情況下這種結(jié)構(gòu)可以更全面、更有效地進行秸稈撿拾。

圖4 （第一風機粉碎）

3.2 粉碎揉絲

機具設有多級粉碎裝置：粉碎刀軸、第一風機粉碎、第二風機粉碎。殼體一側(cè)裝有皮帶輪，通過箱體傳遞的動力驅(qū)動粉碎刀軸高速旋轉(zhuǎn)。粉碎刀軸將秸稈撿拾進入殼體，秸稈沿殼體內(nèi)壁移動，遇到殼體內(nèi)定刀受阻，定刀與錘爪刀交叉，錘爪刀高速旋轉(zhuǎn)給秸稈提供動力與定刀形成剪刀形式對秸稈進行剪切、撕裂，完成第一級粉碎。秸稈經(jīng)攪龍進入第一風機，第一風機入口處裝有板式合金刀片，殼體上焊有定刀。第一風機帶動合金刀片旋轉(zhuǎn)與定刀形成約15°夾角，形成一個剪刀結(jié)構(gòu)對通過的秸稈進行剪切。第一風機殼體上設有齒形定刀，齒形定刀有利于秸稈的切斷，方便下一步秸稈拋送進入第二風機。風機帶動秸稈高速旋轉(zhuǎn)與齒形定刀形成交叉剪切，將第一級粉碎后的長秸稈再次進行破碎。秸稈經(jīng)第一風機拋送進入第二風機，第二風機內(nèi)設有板式定刀，定刀與第二風機刀片交叉，間隙5~6mm，間隙比前兩級粉碎小一倍，對前兩級粉碎后的秸稈進行破碎揉絲。完成后經(jīng)拋料筒送入集草車。

各級粉碎都是通過動刀高速旋轉(zhuǎn)，定刀阻擋秸稈，動刀對秸稈進行撕拉、撞擊、揉絲。

以動力輸出540r/min為例：

粉碎刀軸轉(zhuǎn)速540*41/16*340/200=2352r/min，線速度0.5ΠX2352/60≈61.5m/s。

第一風機轉(zhuǎn)速540*42/17=1334r/min，線速度0.9ΠX1334/60≈62.8m/s

第二風機轉(zhuǎn)速1334*350/130=3591r/min，線速度0.49ΠX3591/60≈92m/s。

3.3 除塵

秸稈收集有一部分會用于牲畜的飼養(yǎng)。此種用途對秸稈的含土量要求比較高，含土量高會影響牲畜的進食，秸稈收集過程中需要把粉碎刀軸旋轉(zhuǎn)帶動的塵土、顆粒排除出去，達到牲畜飼養(yǎng)的要求。秸稈通過粉碎刀軸高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性與風力進入攪龍底殼內(nèi)。攪龍部分主要用于秸稈的除塵與傳送。由攪龍底殼、攪龍罩板、攪龍上蓋板幾部分組成，這幾部分設有15圓孔用來除塵。圓孔太大容易造成細秸稈的流失，太小除塵效果達不到理想要求。攪龍底殼圓孔通過攪龍高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生向下的風力將塵土、顆粒排出。攪龍高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的風力將秸稈吹散，土顆粒因重量會下沉到攪龍底殼，從而通過圓孔達到除塵目的。粉碎刀軸旋轉(zhuǎn)會產(chǎn)生向后的風力，強勁的風力會把塵土通過攪龍罩板、攪龍上蓋板向外吹出同樣起到了除塵的目的。

4 總結(jié)

本機具在作業(yè)過程把秸稈的收集、多級粉碎、除塵、柔絲、拋送的多種作業(yè)功能集中到一起簡化了秸稈回收工作中的操作步驟降低了人們的勞動強度，提高了工作效率。不管是用于喂養(yǎng)牲畜，還是當作電廠生物燃料都能滿足使用要求，會成為秸稈收集作業(yè)的滿意產(chǎn)品。