枝葉分離粉碎機設(shè)計研究

劉彬 周鳳芳 茹煜

摘要：針對植物修剪枝葉雜亂、占用空間、資源浪費等問題，設(shè)計一種價格低廉、操作簡單、能修剪枝葉并實現(xiàn)粉碎與分離的枝葉分離粉碎機，介紹總體架構(gòu)、工作原理、關(guān)鍵部件設(shè)計，樣機試驗結(jié)果表明：枝葉分離粉碎后的碎片體積大小基本相等，不同桿徑的枝葉均能有效粉碎，能實現(xiàn)枝碎片及葉碎片的分離，但存在分離不徹底、工作噪音大等問題，有待進一步完善設(shè)計。

關(guān)鍵詞：枝葉分離裝置;粉碎機;結(jié)構(gòu)設(shè)計

中圖分類號：S776? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：1674-1161（2022）01-0027-03

收稿日期：2021-10-15

基金項目：江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金項目（CX（18）1007B02）

作者簡介：劉 彬（1996—），男，在讀研究生，主要從事農(nóng)林植保技術(shù)與裝備方面的研究工作。

通信作者：茹 煜（1973—），女，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事農(nóng)林植保技術(shù)與裝備研究工作。

目前，對道路綠化、小區(qū)植被、果園樹林等樹木進行修剪時，枝條與樹葉或聚積在一起，雜亂交錯、占用空間，或簡單剪碎灑落在土里，很少將枝葉進行收集處理和廢物利用。事實上，樹葉可用作食草動物飼料，枝條能作為板材和造紙制漿原料，進而實現(xiàn)植物資源的再利用。對枝條與樹葉進行有效分離，是一項必要的作業(yè)環(huán)節(jié)。完成分離作業(yè)的機具主要為梳刷式分離機，這種機具種類多，修剪枝葉大小不一，對于桿徑不同的樹木，其枝葉分離過程中易出現(xiàn)分離不徹底或無法使用的情況。對此，設(shè)計一種價格低廉、操作簡單、能修剪枝葉并實現(xiàn)粉碎與分離功能的枝葉分離粉碎機，以期為園藝修剪和資源利用提供實用機具。

1 枝葉分離粉碎機總體設(shè)計與工作原理

若使粉碎和分離作業(yè)達到預(yù)期效果，所設(shè)計的枝葉分離粉碎機必須達到進料穩(wěn)定可靠、枝葉分離徹底、枝葉粉碎充分的效果，并設(shè)置可靠的防護裝置以保證操作者的人身安全。

1.1 總體結(jié)構(gòu)

枝葉分離粉碎機主要由機架、動力傳動裝置、刀盤、進料腔、粉碎腔、風(fēng)選腔、輸送帶等部分組成，如圖1所示。機架用于安裝和固定各類部件;工作腔布置在機架上，其上部為進料腔，下部是粉碎腔，粉碎腔聯(lián)通風(fēng)選腔;風(fēng)選腔設(shè)有軸流風(fēng)機，軸流風(fēng)機設(shè)置在風(fēng)選腔的進風(fēng)口上;風(fēng)選腔與下方的枝碎片出料口及側(cè)邊的葉碎片出料口相連接，枝碎片的出料口連接輸送帶;動力傳動裝置布置在機架上，電機動力通過帶傳動傳遞給主要執(zhí)行部件刀盤。

1.2 工作原理

枝葉分離粉碎機的工作原理是先對修剪枝葉直接粉碎后進行分離篩選，再對已分離的枝葉進行篩選。由于枝條與樹葉密度不同，相同體積下可通過風(fēng)機對粉碎的枝葉進行分離篩選。具體流程是將枝葉喂入進料口工作腔，由刀盤刀具粉碎枝葉，經(jīng)工作腔下軸流風(fēng)機對枝條與樹葉進行風(fēng)選分離，樹葉從側(cè)邊出口吹出，枝條掉落在傳送帶上。

2 關(guān)鍵部件設(shè)計

2.1 進料腔

進料腔結(jié)構(gòu)如圖2所示。

進料斗設(shè)在進料口外口上，位于整體結(jié)構(gòu)的側(cè)面，幅寬大于70 cm。采用外張結(jié)構(gòu)，既便于進料和保證進料量，又可作為防護裝置以保證操作者的安全。進料口下方設(shè)有料滑臺，由固定端向工作腔上腔體傾斜向下，這樣既有助于順利進料，保障枝葉不會直接掉落，也能保證刀盤與枝葉充分接觸完成切削，保證切削效率。

2.2 粉碎腔

粉碎腔結(jié)構(gòu)見圖3。

枝葉經(jīng)進料腔到粉碎腔，經(jīng)刀盤轉(zhuǎn)動切削枝葉，切削后密度較大的枝碎片和密度較小的葉碎片落入風(fēng)選腔進行風(fēng)選分離。粉碎部件由刀盤和主軸構(gòu)成，主軸上設(shè)有刀盤軸肩，用以軸向限位。主軸軸階外螺紋與鎖緊圓螺母、防松圓螺母構(gòu)成螺紋副，鎖緊圓螺母將刀盤鎖靠于刀盤軸肩，防松圓螺母用于防止鎖緊圓螺母松動，以保證刀盤與刀盤主軸可靠連接。

刀盤結(jié)構(gòu)及刀片安裝方式見圖4和圖5，主傳動裝置結(jié)構(gòu)如圖6所示。

螺釘將刀片安裝在盤片上，用于固定刀片位置并調(diào)整刀片軸向伸出量，以適應(yīng)削物料大小變化。刀片磨損后，可通過刀片槽對刀片重新打磨繼續(xù)使用。主電機通過軸心距調(diào)節(jié)裝置固定在機架上，主動帶輪鍵連接于主電機軸，帶動從動帶輪旋轉(zhuǎn)。從動帶輪與粉碎腔內(nèi)的刀盤主軸同軸心同角速度。移動調(diào)整裝置實質(zhì)是緊固螺栓螺母副，用以將主電機緊固在機架導(dǎo)軌槽內(nèi)，便于調(diào)節(jié)電機主軸和刀盤主軸之間的軸心距，保證適當(dāng)?shù)钠埦o度。

2.3 風(fēng)選腔

風(fēng)選腔結(jié)構(gòu)如圖7所示。

枝葉經(jīng)粉碎腔粉碎后進入風(fēng)選腔，由軸流風(fēng)機進行風(fēng)選分離。在風(fēng)力作用下，密度較小的葉碎片因偏離自由落體路徑幅度較大而被吹到側(cè)出料口，排出工作腔，集中收納。密度較大的枝碎片因偏離自由落體路徑幅度較小而由下出料口排出工作腔。風(fēng)選腔側(cè)壁上設(shè)有中空的進風(fēng)管，連通風(fēng)選腔。風(fēng)機安裝在進風(fēng)口外端支架上，側(cè)出料口內(nèi)口下沿和下出料口均位于進風(fēng)管底板下方。

2.4 出料運輸裝置

出料運輸裝置結(jié)構(gòu)如圖8所示。

輸送裝置設(shè)在下出料口下方，用于承接枝碎片并將其輸送至收納區(qū)。支架設(shè)在機架內(nèi)，支架上的副電機通過主動帶輪和從動帶輪分別驅(qū)動主動輥、從動輥，帶動輸送帶環(huán)繞旋轉(zhuǎn)。

2.5 機架

機架由鋼板焊接而成，用以支撐傳動系統(tǒng)、切削系統(tǒng)、帶傳動張緊調(diào)節(jié)裝置等部件。機架內(nèi)部有足夠的空間，可放置水平傳送帶，支撐風(fēng)選風(fēng)機。機架設(shè)有加強筋，采用三角形固定方式。機架部件通過螺栓或焊接方式進行聯(lián)結(jié)。

3 試驗效果與討論

樣機試制完成后，在實驗室進行作業(yè)試驗。結(jié)果表明：枝葉分離粉碎后，兩個出口的碎片體積大小基本相等，這有助于碎片的后續(xù)處理。對不同桿徑的枝葉均能有效粉碎，效率較高。借助軸流風(fēng)機對枝碎片及葉碎片進行風(fēng)選，能實現(xiàn)枝碎片及葉碎片的分離，但存在分離不徹底的現(xiàn)象。此外，粉碎的枝葉沒有按照既定的出料口全部排出，有些會附著在機體上，對帶動力傳輸及底部輸送帶工作產(chǎn)生不利影響。帶傳動及軸流風(fēng)機噪音大，影響操作人員健康，有待進一步完善設(shè)計。59156049-A679-405E-BDDA-9DA9837ADFE6

參考文獻

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Study on the Design of Branch and Leaf Separation Mill

LIU Bin， ZHOU Fengfang， RU Yu*

（College of Mechanical and Electronic Engineering，Nanjing Forestry University，Nanjing Jiangsu 210037， China）

Abstract：In view of the problems of disorderly pruning， space occupation and resource waste of plants， a kind of branch and leaf separation mill with low price and simple operation was designed， which can prune branches and leaves and realize crushing and separation. The overall structure， working principle and key component design were introduced. The prototype test results showed that： After the separation and crushing of branches and leaves， the size of the fragments is basically the same. Branches and leaves with different rod diameters can be effectively crushed to achieve the separation of branches and leaves， but there are problems such as incomplete separation and high noise， which need to be further improved.

Key words： branch and leaf separation device;mill;structural design59156049-A679-405E-BDDA-9DA9837ADFE6