0、引言
    我國農(nóng)作物秸稈數(shù)量大、種類多、分布廣，每年秸稈產(chǎn)量7億噸左右。而大部分生物質(zhì)原料在開發(fā)利用前期都需要進行粉碎加工處理，以便進一步加工利用。粉碎機的研制在國內(nèi)外已有幾十年的歷史，主要集中在飼料粉碎和農(nóng)作物秸稈切碎等方面，粉碎機具種類與粉碎方式也多種多樣，但是現(xiàn)有的粉碎設備在產(chǎn)量、能耗以及機具的壽命和操作安全性等方面還有許多不完善的地方，不能很好地滿足各類生物質(zhì)粉碎作業(yè)的要求。為了解決提高生產(chǎn)率、降低能耗和對多種物料的適應性等問題，確定從揉切工作部件、機器喂入方式和尺寸等方面進行研究，設計一款集成了切碎和揉搓粉碎為一體的秸稈粉碎機。
1、9FR-66型秸稈粉碎機的基本結構和原理
1.1基本結構
   秸稈粉碎機結構如圖1所示。主要由機架、錘片轉子總成、切碎器部件、進料機構、輸送裝置、主軸及傳動系統(tǒng)等組成。
 
1.2工作原理
    粉碎機的工作原理是：電動機通過皮帶輪將動力傳遞到主軸4上，帶動粉碎錘片組件6和切碎動刀架8在箱體內(nèi)高速旋轉，進料口處的物料借助于進料機構10的強制拉動作用，以及粉碎機尾部的風機l的共同作用不斷地進入粉碎室進行切碎、錘片粉碎、篩片13不斷地進行篩分，較小較輊的物料脫離高速圓周運動的軌道通過篩片13進入出料口，而較大較重的物料則繼續(xù)留在粉碎室內(nèi)被粉碎。
2、主要技術參數(shù)的確定
2.1喂入機構參數(shù)的確定
    秸稈粉碎機喂入裝置的功用，是將秸稈以一定的速度向切碎裝置送進，并夾持住物料以利切斷，為了保證切整齊，要求喂料過程中秸稈層無相對滑動，并在物料厚度變化時，保證夾緊物料。喂入裝置由輸送部分、上下喂人輥、喂人輥壓緊調(diào)節(jié)機構等組成。設計時，根據(jù)本機具的特點，將上下喂人輥設計成帶有溝槽的型式，以加大喂入輥對物料的抓取能力，對喂人輥的轉速、直徑、溝槽深度等參數(shù)進行了精心選擇。
    (1)喂入口大小的確定。喂入口的大小在一定程度上決定生產(chǎn)率的大小，取喂入口大小，a =200mm，b=75mm。
    (2)進料輥子直徑的設計。喂入輥直徑越小，喂入傳動比也就越小，機器結構也就越緊湊。但當直徑過小時，將產(chǎn)生打滑、纏繞，甚至不能輸送物料。因此，喂人輥最小半徑的確定應以能輸送物料為前提。根據(jù)喂人輥工作過程分析，得出喂入輥半徑為：
r=（a-h）/2（1-cos2a）
    式中：h為被壓縮后物料層厚度（h =20mm）；μ為物料層通過喂人輥時的壓縮系數(shù)(0.3～0.7)，本機取0.35；物料層與輥的摩擦角(160～320)，本機取30°；A-喂入帶上物料層厚度，A=h/μ=57mm。則喂入輥子的直徑D=75mm。

    (3)壓緊機構的設計。本機采用張力彈簧式加壓機構，如圖3所示。

上喂入輥對物料有一定的壓力，該壓力隨著物料厚度的增加而增加，當物料厚度超過一定值時，上喂入輥的張力彈簧被頂起。這樣保證了喂人輥軸的平行度，降低功耗，減少磨損，延長機器的使用壽命。
2.2切碎器參數(shù)的確定
    切碎器是秸稈粉碎機的重要工作部件之一。它的參數(shù)設計是否合理，對切碎質(zhì)量、功率消耗以及機器運轉情況均勻程度有直接影響。
    (1)切碎方式的選擇。根據(jù)試驗，主軸轉速900～1450r/min時，各種類型刀刃切碎物料時的生產(chǎn)率增加是不同的，直刃刀增加較快閣。所以本機設計選用直刃刀切碎。
    (2)刀盤大小確定。喂人口的尺寸為a=200mm，b=75mm，喂入口內(nèi)側對回轉中心的水平距離（側距）c為110mm，則：刀盤直徑為660mm，
    (3)動、定刀組件。切碎刀盤是粉碎機工作的主要部件之一，其上安裝4把刀片，動刀片末端的線速度必須同時滿足加工質(zhì)量和生產(chǎn)率的要求，其值一般在38～80m/s范圍內(nèi)。本機設計取為42m/s。動、定刀間隙在很大程度上決定了切料是否順利以及生產(chǎn)率的大小，該間隙不宜太大，亦不宜太小，間隙以2～3mm左右為宜。
    切碎長度計算。切碎長度是切碎機主要性能指標之一，機器工作時，秸稈被喂人輥卷入切碎機構的速度v=nπD/60 (m/s)，切碎器每秒切碎次數(shù)kn/60，則理論的切碎長度：
L=V/Kn₁/60
    式中：k為動刀片數(shù)(k=4)；i為切碎器主軸與喂入轉速之傳動比(i=2.945)；D-喂人輥直徑(D=75mm)；e為打滑系數(shù)，一般取e=0.05～0.07。則切碎長度z=D =20mm。
2.3揉搓部件的參數(shù)確定
    (1)錘片組件。錘片是該粉碎機最主要的，也是最易磨損的工作部件，錘片組件借助銷軸連接在錘片架上。其形狀和材質(zhì)以及加工工藝對粉碎效率和工作質(zhì)量均有影響。該設計的關鍵是在矩形錘片的一端增加了四片小錘片，增加了錘片對物料的打擊，提高了粉碎效率。而影響打擊和粉碎次數(shù)的主要因素是錘片的數(shù)量、錘片末端的線速度、轉子的轉數(shù)相錘片外端面到揉搓室內(nèi)壁間的間隙大小。本機設計錘片的工作直徑為0.66m，錘片末端的線速度為42m/s。
    (2)主軸轉速。由公式v=nπD/60*1000，計算n=1215r/min。
    (3)粉碎室寬度的確定。粉碎室寬度B與其轉子直徑D之積可以參照粉碎機的經(jīng)驗公式求得：
B·D=K2*N/V
式中：B為粉碎室寬度(mm)；D為轉子直徑，660mm；V為錘片末端線速度(v=42m/s)；K為經(jīng)驗系數(shù)，一般取K產(chǎn)0.55～0,75，本文取0.65；N-配套動力為17kW。經(jīng)計算得：B=400mm。
    (4)錘片數(shù)目。參考錘片式飼料粉碎機，該機錘片數(shù)目Z由下式確定：
    z=k₁B/e
    式中：B為揉搓室寬度（400mm）；e為錘片厚度(5mm)；k為錘片配置鏹度系數(shù)（k1=0.28～0.42）；通過上式計算得z=22～34。該機設計為24把錘片，分4組按螺旋式安裝在錘片架的4根銷軸上。
    (5)齒條的設計。齒條在揉搓過程中輔助錘片增加了打擊效果，它對沿軸向移動的秸稈起到了一定的支承和阻流作用。支承作用使錘片對秸稈的打擊由無支承狀態(tài)變?yōu)橛兄С袪顟B(tài)，有利于錘片將物料打成碎片；阻流作用使秸稈沿軸向運動呈波動狀態(tài)，有利于秸稈揉成絲狀。耳前很多粉碎機和揉搓機具上采用了鑄鐵或厚鋼板制成的整體式齒板，揉搓效果較好。齒條的高度、排列密度和方向是影響齒條作用的主要參數(shù)。本機設計選取齒條高度在15mm．排列方向上采用與錘片螺旋相同的方向四。
    (6)錘齒間隙。錘片外端面到粉碎室內(nèi)壁間的間隙影響加工物料的合格率。間隙過大，物料在加工室內(nèi)做環(huán)流運動時，遭受錘片打擊的機會少；間隙過小，物料遭受錘片打擊的機會增多，使加工的物料過細過碎，錘片端部的摩擦阻力增大，功耗增大。目前國內(nèi)揉搓機的錘片外端面到揉搓室內(nèi)壁間的間隙取值范圍約為5~
22mm，推薦間隙值為8—14mm．本機設計取值lOmm。
    (7)篩片。篩板的開孔率也是很重要的因素，開孔率大，篩分能力強，產(chǎn)量高，粒度均勻。如圖4所示，正三角形底邊為t，篩孔直徑為d，則開孔率為
2xπd²/(4x3t²)=48%。

3傳動機構設計
    該機具使用一臺電機。要使刀軸、上下喂入輥、輸送軸能夠同時運轉，且達到國家標準要求的轉速，傳動路線的設計至關重要。我們采用的第一級傳動由電機帶動刀軸，為三角皮帶傳動，并可保證刀軸轉速在1215r/min。以下二級傳動由刀軸上的小錐齒輪帶動大錐齒輪，改變了傳動方向；三級傳動由大錐齒輪軸的小齒輪帶動另一個大齒輪，該軸可使下喂入輥轉動，在大齒輪軸上安裝萬向節(jié)，可以使進料輥子上下輕松的浮動，進而使進料比較方便控制；上喂入輥由第四級齒輪傳動帶動其轉動。
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