小型秸稈粉碎機(jī)設(shè)計(jì)研究

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1、小型秸稈粉碎機(jī)設(shè)計(jì)研究 小型秸稈粉碎機(jī)設(shè)計(jì)研究 2019/03/21 摘要:秸稈作為生物質(zhì)能并加以利用，對(duì)減輕溫室效應(yīng)和改善生態(tài)環(huán)境具有顯著成效。在此基礎(chǔ)之上，對(duì)現(xiàn)有的秸稈粉碎機(jī)進(jìn)行了分析和再創(chuàng)新，研發(fā)一種小型鍘切式秸稈粉碎機(jī)。對(duì)秸稈粉碎刀具進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用直切碎刀和彎切碎刀對(duì)秸稈進(jìn)行不同程度的粉碎，使得粉碎效果更佳。 關(guān)鍵詞：生物質(zhì)能；秸稈；粉碎機(jī)；刀具 隨著全球環(huán)境問(wèn)題的日益突出和化石類(lèi)能源的逐步消耗，人們對(duì)能源問(wèn)題越來(lái)越重視

2、。我國(guó)作為人口和農(nóng)業(yè)大國(guó)，如今對(duì)于新能源的開(kāi)發(fā)與利用也愈發(fā)重視。生物質(zhì)能是綠色植物通過(guò)光合作用將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為生物的化學(xué)能，清潔可再生，是世界第四大能源。開(kāi)發(fā)和利用生物質(zhì)能，減少化石能源的使用，對(duì)降低溫室氣體的排放量、緩解能源危機(jī)和保護(hù)環(huán)境起到了重要的作用。 1秸稈生物質(zhì)開(kāi)發(fā)的意義 秸稈屬于農(nóng)作物收獲后的廢棄物，同時(shí)也是一種常見(jiàn)的生物質(zhì)能。我國(guó)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(yùn)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(shí)節(jié)，大部分秸稈會(huì)被廢棄或大量焚燒，

3、產(chǎn)生大量煙塵，造成了環(huán)境污染和資源的浪費(fèi)[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(guò)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(xué)方法；同時(shí)，生物質(zhì)能再生過(guò)程中由于光合作用會(huì)吸收二氧化碳?xì)怏w并釋放氧氣，減輕了溫室效應(yīng)，改善了生態(tài)環(huán)境[2]。大部分的秸稈在利用前是需要進(jìn)行粉碎處理的，只有當(dāng)秸稈顆粒符合一定要求時(shí)，才可用于進(jìn)一步開(kāi)發(fā)和利用。因此，秸稈粉碎機(jī)的研究和設(shè)計(jì)對(duì)生物質(zhì)能的開(kāi)發(fā)與利用具有重要的意義。 2秸稈粉碎機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 目前，我國(guó)農(nóng)作物秸稈綜合利用技術(shù)主要是切碎處理。根據(jù)秸稈的處理方式不同，我國(guó)機(jī)械化秸稈切碎主要包括秸稈整株

4、切碎技術(shù)、秸稈粉碎切碎技術(shù)、根茬粉碎及耕翻切碎技術(shù)和聯(lián)合作業(yè)切碎技術(shù)[3]。秸稈粉碎機(jī)有鍘切式粉碎機(jī)、錘片式粉碎機(jī)、揉切式粉碎機(jī)以及組合式粉碎機(jī)等[4]。通過(guò)剪切、擠壓、擊碎、碰撞、揉搓等方式，可實(shí)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(jī)集剪切、揉搓、磨碎等功能于一體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作便捷、能耗低且生產(chǎn)效率高[5]。錘片式粉碎機(jī)適應(yīng)性廣泛、生產(chǎn)率高，首先對(duì)秸稈進(jìn)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(guò)碰撞和搓擦得到進(jìn)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(jī)是將剪切、擠壓、擊碎、碰

5、撞、揉搓等功能組合為一體，通過(guò)動(dòng)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(shí)現(xiàn)對(duì)秸稈的粉碎[8]。雖然我國(guó)在大型秸稈粉碎技術(shù)上相對(duì)成熟，粉碎機(jī)的種類(lèi)也較多，但是從現(xiàn)有的機(jī)型適應(yīng)性、能耗和產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)性以及物料的粉碎效果等方面來(lái)看，還是有很多需要完善的地方，所以，研究小型秸稈粉碎機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)對(duì)我國(guó)生物質(zhì)能源的開(kāi)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(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 目前，鍘切式秸稈粉碎機(jī)在我國(guó)使用的較多，但是大多數(shù)粉碎機(jī)粉碎后的顆粒度比較大，不能很好地將秸稈得到進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)和再利用。此外，一些粉碎機(jī)的粉碎刀具磨損較大，

6、對(duì)粉碎效果造成影響，進(jìn)而導(dǎo)致處理成本的上升。因此，本文將在現(xiàn)有粉碎機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新研究，設(shè)計(jì)機(jī)型相對(duì)較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便、能耗低、生產(chǎn)效率較高的新型秸稈粉碎機(jī)。 3.1總體設(shè)計(jì) 此小型秸稈粉碎機(jī)使用鍘切式，包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)3、皮帶輪4、V型帶5、秸稈粉碎桶1、轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)電機(jī)安裝座2，以及驅(qū)動(dòng)電機(jī)集成的遙控開(kāi)關(guān)等，如圖1所示。該小型秸稈粉碎機(jī)增加了操作的便利性和安全性，減少了工作量，一個(gè)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(guò)這兩種刀具的有機(jī)組合來(lái)進(jìn)行秸稈切

7、碎，在彎切碎刀9和直切碎刀10的共同作用下完成粉碎過(guò)程。其工作過(guò)程是：驅(qū)動(dòng)電機(jī)3將動(dòng)力傳遞到帶輪4，通過(guò)V型帶5帶動(dòng)皮帶輪4旋轉(zhuǎn)（大帶輪7和轉(zhuǎn)軸8通過(guò)鍵連接），刀具安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)軸8上面，通過(guò)皮帶輪4的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)刀具的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行切割。在切割過(guò)程中碎屑由于重力作用往下掉落，落入地面；同時(shí)該裝置運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)器會(huì)震動(dòng)，進(jìn)一步提高了碎屑的排出效率。 3.2切碎刀設(shè)計(jì) 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(lèi)型的刀具。圖3(a)為大尺寸直切碎刀，當(dāng)秸稈放入機(jī)體時(shí)，由于直切碎刀在高速旋轉(zhuǎn)，秸稈相對(duì)禁止不動(dòng)，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

8、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(shí)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(shí)現(xiàn)。3.3創(chuàng)新性分析1）與傳統(tǒng)的秸稈粉碎機(jī)相比，本文所述的小型鍘切式秸稈粉碎機(jī)機(jī)型較小，所占空間相對(duì)較少，整體重量相對(duì)較輕，有利于在田邊地頭裝載作業(yè)，機(jī)動(dòng)靈活，同時(shí)本文所提出的小型粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jī)裝有兩種不同類(lèi)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(dòng)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(guò)這種優(yōu)化的刀具排列方式，

9、將秸稈進(jìn)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(zhǎng)條狀，若順著纖維方向切割會(huì)導(dǎo)致機(jī)器設(shè)備尺寸增大，利用鍘切式使機(jī)體尺寸相對(duì)較小，另外長(zhǎng)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(xì)化顆粒，更有利于秸稈的降解還田以及再利用。通過(guò)上述的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，使該秸稈粉碎機(jī)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(jī)在工作過(guò)程中，運(yùn)行平穩(wěn)，刀具纏繞發(fā)生率較低。 4結(jié)語(yǔ) 隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)資源的不斷發(fā)展，對(duì)秸稈粉碎機(jī)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(jī)進(jìn)行秸稈粉碎，使得秸稈顆粒直徑符合農(nóng)

10、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(jī)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(kāi)發(fā)和利用，對(duì)緩解能源危機(jī)、減輕溫室效應(yīng)、改善生態(tài)環(huán)境具有重要意義。 [參考文獻(xiàn)] [1]鮑振博，方帆，靳登超，等.組合式秸稈生物質(zhì)粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)機(jī)化研究，2016，（5）：255-258. [2]李美華，俞國(guó)勝.生物質(zhì)燃燒成型技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].木材加工機(jī)械，2005，（2）：36-40. [3]李曉旭.玉米秸稈切斷一體機(jī)的設(shè)計(jì)研究[J].木材加工機(jī)械，2013，（3）：9-12.

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