小型秸稈粉碎機設計研究

小型秸稈粉碎機設計研究小型秸稈粉碎機設計研究 2019/03/21 摘要:秸稈作為生物質(zhì)能并加以利用，對減輕溫室效應和改善生態(tài)環(huán)境具有顯著成效。在此基礎之上，對現(xiàn)有的秸稈粉碎機進行了分析和再創(chuàng)新，研發(fā)一種小型鍘切式秸稈粉碎機。對秸稈粉碎刀具進行了優(yōu)化設計，利用直切碎刀和彎切碎刀對秸稈進行不同程度的粉碎，使得粉碎效果更佳。關鍵詞：生物質(zhì)能；秸稈；粉碎機；刀具隨著全球環(huán)境問題的日益突出和化石類能源的逐步消耗，人們對能源問題越來越重視。我國作為人口和農(nóng)業(yè)大國，如今對于新能源的開發(fā)與利用也愈發(fā)重視。生物質(zhì)能是綠色植物通過光合作用將太陽能轉(zhuǎn)化為生物的化學能，清潔可再生，是世界第四大能源。開發(fā)和利用生物質(zhì)能，減少化石能源的使用，對降低溫室氣體的排放量、緩解能源危機和保護環(huán)境起到了重要的作用。1秸稈生物質(zhì)開發(fā)的意義秸稈屬于農(nóng)作物收獲后的廢棄物，同時也是一種常見的生物質(zhì)能。我國每年產(chǎn)生的秸稈數(shù)量龐大，年產(chǎn)量約為7億噸，其中一部分用于還田、畜牧和造紙等。但是，由于農(nóng)作物秸稈分布廣、物質(zhì)形態(tài)不規(guī)則，使得收集、運輸、貯藏、利用等變得較為困難，處理成本大大上升。每到秋收時節(jié)，大部分秸稈會被廢棄或大量焚燒，產(chǎn)生大量煙塵，造成了環(huán)境污染和資源的浪費1。因此，將秸稈作為生物質(zhì)能再利用，不僅降低了環(huán)境污染，而且在利用過程中硫氮化物排放較少，是一種充分利用生物質(zhì)能的科學方法；同時，生物質(zhì)能再生過程中由于光合作用會吸收二氧化碳氣體并釋放氧氣，減輕了溫室效應，改善了生態(tài)環(huán)境2。大部分的秸稈在利用前是需要進行粉碎處理的，只有當秸稈顆粒符合一定要求時，才可用于進一步開發(fā)和利用。因此，秸稈粉碎機的研究和設計對生物質(zhì)能的開發(fā)與利用具有重要的意義。2秸稈粉碎機的發(fā)展現(xiàn)狀目前，我國農(nóng)作物秸稈綜合利用技術主要是切碎處理。根據(jù)秸稈的處理方式不同，我國機械化秸稈切碎主要包括秸稈整株切碎技術、秸稈粉碎切碎技術、根茬粉碎及耕翻切碎技術和聯(lián)合作業(yè)切碎技術3。秸稈粉碎機有鍘切式粉碎機、錘片式粉碎機、揉切式粉碎機以及組合式粉碎機等4。通過剪切、擠壓、擊碎、碰撞、揉搓等方式，可實現(xiàn)玉米秸稈、小麥秸稈、豆稈等農(nóng)作物秸稈的粉碎。鍘切式粉碎機集剪切、揉搓、磨碎等功能于一體，結(jié)構(gòu)簡單、操作便捷、能耗低且生產(chǎn)效率高5。錘片式粉碎機適應性廣泛、生產(chǎn)率高，首先對秸稈進行捶打，得到一定程度的秸稈粉碎物，然后將物料以較高速度拋向粉碎室內(nèi)的齒板和篩片，通過碰撞和搓擦得到進一步粉碎6。揉切式是秸稈在高速旋轉(zhuǎn)的錘片和鋸齒下，揉切成柔軟蓬松的絲狀段7。組合式粉碎機是將剪切、擠壓、擊碎、碰撞、揉搓等功能組合為一體，通過動刀和定刀的剪切、錘片的擊打、錘片與篩網(wǎng)和齒板間的碰撞摩擦、以及鋸齒板的撕裂等共同作用，實現(xiàn)對秸稈的粉碎8。雖然我國在大型秸稈粉碎技術上相對成熟，粉碎機的種類也較多，但是從現(xiàn)有的機型適應性、能耗和產(chǎn)量、經(jīng)濟性以及物料的粉碎效果等方面來看，還是有很多需要完善的地方，所以，研究小型秸稈粉碎機的創(chuàng)新設計對我國生物質(zhì)能源的開發(fā)和農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。3秸稈粉碎機的結(jié)構(gòu)設計目前，鍘切式秸稈粉碎機在我國使用的較多，但是大多數(shù)粉碎機粉碎后的顆粒度比較大，不能很好地將秸稈得到進一步的開發(fā)和再利用。此外，一些粉碎機的粉碎刀具磨損較大，對粉碎效果造成影響，進而導致處理成本的上升。因此，本文將在現(xiàn)有粉碎機的基礎上進行創(chuàng)新研究，設計機型相對較小，結(jié)構(gòu)簡便、能耗低、生產(chǎn)效率較高的新型秸稈粉碎機。3.1總體設計此小型秸稈粉碎機使用鍘切式，包括驅(qū)動電機3、皮帶輪4、V型帶5、秸稈粉碎桶1、轉(zhuǎn)動軸8、軸承及軸承支撐桿11、直切碎刀10、彎切碎刀9、固定支撐架6、驅(qū)動電機安裝座2，以及驅(qū)動電機集成的遙控開關等，如圖1所示。該小型秸稈粉碎機增加了操作的便利性和安全性，減少了工作量，一個人就可以操作。由圖1可知：在秸稈粉碎桶1里面安裝有高速旋轉(zhuǎn)的彎切碎刀9和直切碎刀10，通過這兩種刀具的有機組合來進行秸稈切碎，在彎切碎刀9和直切碎刀10的共同作用下完成粉碎過程。其工作過程是：驅(qū)動電機3將動力傳遞到帶輪4，通過V型帶5帶動皮帶輪4旋轉(zhuǎn)（大帶輪7和轉(zhuǎn)軸8通過鍵連接），刀具安裝在轉(zhuǎn)動軸8上面，通過皮帶輪4的旋轉(zhuǎn)帶動刀具的旋轉(zhuǎn)進行切割。在切割過程中碎屑由于重力作用往下掉落，落入地面；同時該裝置運轉(zhuǎn)時機器會震動，進一步提高了碎屑的排出效率。3.2切碎刀設計由圖2所示的裝置俯視圖中可以看出，切碎刀具采用二種不同類型的刀具。圖3(a)為大尺寸直切碎刀，當秸稈放入機體時，由于直切碎刀在高速旋轉(zhuǎn)，秸稈相對禁止不動，刀具可輕松將秸稈切塊，此外該種刀具這樣的結(jié)構(gòu)也便于批量制造以及刀具刃口的研磨。圖3(b)所示的為彎切碎刀，利用刀具的彎角形狀實現(xiàn)更大的切割線程，更有利于秸稈的切割，彎切碎刀工作效率高，加工也不是太難，制造上也易實現(xiàn)。3.3創(chuàng)新性分析1）與傳統(tǒng)的秸稈粉碎機相比，本文所述的小型鍘切式秸稈粉碎機機型較小，所占空間相對較少，整體重量相對較輕，有利于在田邊地頭裝載作業(yè)，機動靈活，同時本文所提出的小型粉碎機結(jié)構(gòu)簡單，易于裝配，增加了操作的便利性和安全性，減少了人員作業(yè)的工作量，降低了成本。2）小型粉碎機裝有兩種不同類型的刀具，一種是大尺寸直刀，另一種是彎形切碎刀。兩種刀具裝在同一根轉(zhuǎn)動軸上，直切碎刀排列在粉碎桶的上部，彎切碎刀則排列在下方。通過這種優(yōu)化的刀具排列方式，將秸稈進一步粉碎，從而使得秸稈的粉碎效果更佳，提高了工作效率9。3）由于秸稈纖維呈豎直長條狀，若順著纖維方向切割會導致機器設備尺寸增大，利用鍘切式使機體尺寸相對較小，另外長條形的纖維容易鉸入刀具轉(zhuǎn)軸，從纖維垂直方向切入可細化顆粒，更有利于秸稈的降解還田以及再利用。通過上述的創(chuàng)新性設計，使該秸稈粉碎機易于農(nóng)民上手操作，切割效率高，改善了農(nóng)作物殘余物的處理效率；此秸稈粉碎機在工作過程中，運行平穩(wěn)，刀具纏繞發(fā)生率較低。4結(jié)語隨著我國農(nóng)業(yè)資源的不斷發(fā)展，對秸稈粉碎機的創(chuàng)新性研發(fā)要求也在不斷提高，產(chǎn)品需求也在增加。利用小型粉碎機進行秸稈粉碎，使得秸稈顆粒直徑符合農(nóng)作物生產(chǎn)及返田要求，便于產(chǎn)品投入使用。小型秸稈粉碎機能夠提高粉碎效率，減少刀具磨損，降低產(chǎn)品制造成本，有利于秸稈等生物質(zhì)能的開發(fā)和利用，對緩解能源危機、減輕溫室效應、改善生態(tài)環(huán)境具有重要意義。參考文獻1鮑振博，方帆，靳登超，等.組合式秸稈生物質(zhì)粉碎機的設計J.農(nóng)機化研究，2016，（5）：255-258.2李美華，俞國勝.生物質(zhì)燃燒成型技術研究現(xiàn)狀J.木材加工機械，2005，（2）：36-40.3李曉旭.玉米秸稈切斷一體機的設計研究J.木材加工機械，2013，（3）：9-12.4于海燕，劉向陽.秸稈飼料加工機械現(xiàn)狀及發(fā)展J.糧油加工與食品機械，2003，（6）：53-55.5柴民杰，李磊，李金民.我國秸稈的利用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析J.硅谷，2009，（19）：158.6黃勇.錘片式粉碎機的調(diào)試、維護及保養(yǎng)J.機械工程師，2006，（3）：159-160.7祖宇，一種高效節(jié)能秸稈粉碎機的研制D.長春：吉林農(nóng)業(yè)大學，2012.8汪莉萍.復合式秸稈粉碎機設計方法理論研究D.哈爾濱：東北林業(yè)大學，2010.9涂建平，徐雪紅，夏忠義.秸稈還田機刀片及刀片優(yōu)化排列的研究J.農(nóng)機化研究，2003，（2）：102-104.