0、前言
    我國(guó)具有豐富的農(nóng)作物秸稈資源，每年生產(chǎn)的農(nóng)作物秸稈約5億噸，其中可作飼料的有3.5億噸，它是我國(guó)廣大農(nóng)區(qū)飼養(yǎng)牲畜的主要飼料。我國(guó)目前農(nóng)作物秸稈的利用率還很低，很多農(nóng)民將收獲后的農(nóng)作物秸稈燒掉，既造成資源浪費(fèi)又污染了環(huán)境。因此，不斷開(kāi)發(fā)飼草加工機(jī)械，提高農(nóng)作物秸稈的利用率，對(duì)發(fā)展節(jié)糧效益型畜牧業(yè)具有重要意義。
    滾筒式鍘草機(jī)在飼草加工機(jī)械上廣泛應(yīng)用，滾筒式鍘草機(jī)的動(dòng)刀一般采用螺旋式，它具有工作負(fù)荷均勻、切碎質(zhì)量好、機(jī)器振動(dòng)小的特點(diǎn)。但是，螺旋刀要求制造精度高，且滾筒的拋送能力弱，一般需要配裝專(zhuān)門(mén)的拋送裝置。
    為了進(jìn)一步提高滾筒式鍘草機(jī)的工作質(zhì)量，我們研制了一種新型滾筒式鍘草機(jī)：93ZT - 500型鍘草機(jī)，對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、動(dòng)定刀的配置關(guān)系、拋送裝置、超負(fù)荷安全保護(hù)裝置等進(jìn)行了試驗(yàn)研究，以下對(duì)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)技術(shù)問(wèn)題及試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，供有關(guān)設(shè)計(jì)人員參考。
1、總體方案與性能指標(biāo)
    該機(jī)由輸送裝置、喂入裝置、切碎滾筒、拋送裝置、機(jī)架等組成。輸送裝置采用鏈板式輸送器；切碎滾筒安裝四把螺旋動(dòng)刀進(jìn)行切碎作業(yè)；喂入裝置為棘齒式喂入輥，上喂入輥為浮動(dòng)式，下喂入輥傳動(dòng)軸上安裝有牙嵌式安全離合器，超負(fù)荷時(shí)離合器自動(dòng)打滑切斷喂入輥的動(dòng)力傳遞。更換滾筒和下喂入輥傳動(dòng)軸上的齒輪，可改變喂入速比，實(shí)現(xiàn)切草長(zhǎng)度的變更。
    該機(jī)的生產(chǎn)率為500kg/h(麥桔、谷草)和1500kg/h(青貯玉米稈)；超長(zhǎng)率<7%;破節(jié)率>55%；斜茬率<5%;該機(jī)可實(shí)現(xiàn)12mm、18mm，24mm和36mm四種切草長(zhǎng)度；配套電機(jī)功率2.2kW，電機(jī)轉(zhuǎn)速1430r/min。
2、動(dòng)刀螺旋角的確定
    采用螺旋動(dòng)刀主要是使鍘草機(jī)工作時(shí)有一個(gè)合理的滑切角，減少切碎物料時(shí)的剪切功率，同時(shí)延長(zhǎng)每一把動(dòng)刀的切割時(shí)間，使整個(gè)工作過(guò)程負(fù)荷均勻，減少機(jī)器的振動(dòng)，提高切碎質(zhì)量。我國(guó)目前螺旋動(dòng)刀的螺旋角一般取值范圍為18°-30°，滾筒式鍘草機(jī)動(dòng)刀的螺旋角與滑切角相等，螺旋角愈大滑切速度愈大，切斷物料愈省力。為滿(mǎn)足動(dòng)刀與定刀能穩(wěn)定鉗住莖稈實(shí)現(xiàn)切割，螺旋角不能超過(guò)極限鉗住角。影響極限鉗住角的主要因素為作物品種、莖稈含水率和動(dòng)定刀的鋒利程度。通過(guò)我們測(cè)定，動(dòng)定刀鋒利時(shí)，干谷草的極限鉗住角為：有包葉時(shí)34°- 36°，無(wú)包葉時(shí)25°- 28°;干麥草的極限鉗住角為：有包葉時(shí)27°- 28°，無(wú)包葉時(shí)25°- 26°;青貯玉米稈(含水率65% - 78%)的極限鉗住角為：有包葉時(shí)44°-46°，無(wú)包葉時(shí)40° - 42°。當(dāng)動(dòng)定刀刃磨鈍時(shí)，以上作物秸稈的極限鉗住角一般減小8°- 12°。由于我國(guó)目前生產(chǎn)的滾筒式鍘草機(jī)一般以切碎干飼草為主，兼顧青飼草加工，所以動(dòng)刀的螺旋角應(yīng)以干飼草加工的極限鉗住角進(jìn)行設(shè)計(jì)。
    通過(guò)對(duì)螺旋角為15°、20°、25°和30°的動(dòng)刀進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，從綜合性能分析，螺旋角取200較為合適，可兼顧干、青飼草的加工，超長(zhǎng)率和破節(jié)率均可滿(mǎn)足國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
3、定刀配置高度
    鍘草機(jī)工作時(shí)，物料由喂入輥壓縮并夾持送入切碎滾筒，物料壓縮后的厚度與生產(chǎn)率和物料的品種有關(guān)。壓縮后的物料有一中間面，從理論分析，若滾筒軸中心的安裝面剛好與物料的中間面重合，則中間面以上的物料切割時(shí)將首先被動(dòng)刀向外推送，處于中間面的物料被動(dòng)刀直接切割，而中間面以下的物料被動(dòng)刀向內(nèi)拉送，推拉物料的情況均等，切草平均長(zhǎng)度較均勻�；�于以上分析，定刀刃的位置高于物料的中心面時(shí)動(dòng)刀對(duì)物料的推送作用大于拉送作用，定刀刃的位置低于物料的中心面線(xiàn)時(shí)動(dòng)刀對(duì)物料的拉送作用大于推送作用，這兩種情況都會(huì)引起超長(zhǎng)率和剪切功率上升。
    由于影響超長(zhǎng)率的因素很多，難于用純理論分析方法解決定刀配置高度，因此我們進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)。定刀刃位于滾筒中心線(xiàn)以下為20mm、30mm、40mm和50mm四種情況，切碎干飼草的生產(chǎn)率為0.4-1.2t/h，試驗(yàn)結(jié)果表明，在以上情況下，定刀的最佳配置高度應(yīng)為20mm，此時(shí)的功率消耗低，綜合性能指標(biāo)最好。
4、超負(fù)荷安全裝置的設(shè)計(jì)
    由于鍘草機(jī)工作時(shí)均采用人工送料，喂入的不均勻性必然存在，易出現(xiàn)滾筒堵塞，造成機(jī)件損壞，因此，鍘草機(jī)應(yīng)有超負(fù)荷安全保護(hù)裝置。目前，我國(guó)生產(chǎn)的大型鍘草機(jī)都設(shè)置超負(fù)荷安全保護(hù)裝置，型式一般為離合器及喂入輥反轉(zhuǎn)裝置，出現(xiàn)超負(fù)荷時(shí)，板動(dòng)離合器手柄，停止喂入輥轉(zhuǎn)動(dòng)，再板動(dòng)離合器手柄使喂入輥反轉(zhuǎn)，將堵塞物料退出。為簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)，我國(guó)小型鍘草機(jī)一般不設(shè)置安全保護(hù)裝置，給用戶(hù)帶來(lái)很大不便，若采用超負(fù)荷安全裝置，多為安全保護(hù)鍵，當(dāng)負(fù)荷達(dá)到某一值時(shí)，保護(hù)鍵會(huì)自動(dòng)剪斷，要重新更換新的保護(hù)鍵后才能開(kāi)機(jī)工作，該方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力，影響生產(chǎn)率的提高。
    為了克服以上缺點(diǎn)，我們?cè)谖谷胼佒鲃?dòng)軸上設(shè)置了牙嵌式安全離合器，動(dòng)力經(jīng)牙嵌式安全離合器傳給下喂入輥軸，喂入量超負(fù)荷時(shí)牙嵌離合器自動(dòng)打滑，切斷喂入輥的傳動(dòng)力，停止物料喂入。通過(guò)調(diào)節(jié)牙嵌式安全離合器的壓緊彈簧可以改變其預(yù)緊力，確定超負(fù)荷安全保護(hù)力，對(duì)不同物料的切碎作業(yè)調(diào)節(jié)使用方便，機(jī)構(gòu)制造成本低，便于用戶(hù)使用。
5、拋送裝置的設(shè)計(jì)
    物料經(jīng)滾筒切碎后，一般由拋送裝置拋出機(jī)外，以減輕人工清理的勞動(dòng)量。滾筒式鍘草機(jī)常用的拋送裝置有兩種型式，一種是在滾筒上安裝拋送葉片，滾筒在切碎物料的同時(shí)將被切碎物料拋出，該方式使?jié)L筒結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為了保證物料的拋送距離，要求滾筒轉(zhuǎn)速較高，功率消耗大。另一種方式是在滾筒軸的一側(cè)串聯(lián)一個(gè)風(fēng)機(jī)，切碎的物料由滾筒下方滑至風(fēng)機(jī)后由風(fēng)扇葉片拋出，為了保證物料的拋送距離，風(fēng)機(jī)直徑較大。
    本設(shè)計(jì)在滾筒的后下方直接配置拋送風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)為四葉片離心式，為了保證物料的拋送距離，由滾筒軸經(jīng)膠帶傳動(dòng)并使風(fēng)機(jī)升速，將切碎的物料直接拋送到機(jī)器的后方，該配置方式工藝流暢，傳動(dòng)簡(jiǎn)便，整機(jī)功耗小。該配置的技術(shù)關(guān)鍵是保證物料順利進(jìn)入風(fēng)機(jī)。因風(fēng)機(jī)工作時(shí)沿風(fēng)殼形成了一個(gè)氣流環(huán)，滾筒下方的碎草在氣流環(huán)的作用下不易進(jìn)入風(fēng)機(jī)，為解決這一問(wèn)題，必須將滾筒下的滑板配置在與氣流環(huán)的切線(xiàn)方向以下，并使滑板的傾角大與物料與鋼板的磨擦角。根據(jù)我們的試驗(yàn)，滑板的傾角應(yīng)大于250。本設(shè)計(jì)的風(fēng)機(jī)葉輪直徑為240mm，風(fēng)機(jī)與滾筒等寬(250mm)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速1076r/min，風(fēng)機(jī)葉片線(xiàn)速度為13 .5m/s，物料拋送距離達(dá)1.8m，滿(mǎn)足了用戶(hù)的使用要求。
6、定刀刃口形狀的設(shè)計(jì)
    我國(guó)滾筒式鍘草機(jī)的定刀有兩種型式，一種為開(kāi)刃定刀，另一種為矩形定刀。矩形定刀由4mm -6mm錳鋼板制成，工作刃角70° ～75°;另一種為矩形定刀，由白口鐵或工具鋼制成，斷面為矩形，矩形定刀的主要特點(diǎn)是四條棱邊均可作為定刀刃，當(dāng)一條定刃磨鈍后，通過(guò)翻轉(zhuǎn)定刀用另一棱邊作為定刀刃。因矩形定刀的工作刃角為90°，刃角不鋒利，切割功耗大，工作質(zhì)量差。矩形定刀在我國(guó)滾筒式鍘草機(jī)和輪刀式鍘草機(jī)上應(yīng)用較廣，筆者認(rèn)為，這一現(xiàn)象的出現(xiàn)與我國(guó)生產(chǎn)廠家在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面采取簡(jiǎn)單模仿的習(xí)慣相關(guān)，并無(wú)進(jìn)行深入的對(duì)比試驗(yàn)研究。
    我們對(duì)以上兩種定刀進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，矩形定刀的斷面為20mm×20mm，材料為T(mén)8工具鋼，加工后進(jìn)行熱處理；開(kāi)刃定刀采用65Mn鋼板制造，鋼板厚4mm,刃角750，并對(duì)刃口進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。對(duì)谷草、麥草和青貯玉米稈進(jìn)行切碎試驗(yàn)，試驗(yàn)表明，矩形定刀比開(kāi)刃定刀的剪切功率平均高17.5%，其它工作指標(biāo)（超長(zhǎng)率、斜茬率等）均明顯低于開(kāi)刃定刀。說(shuō)明矩形定刀性能低劣，在新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中不應(yīng)再采用。


相關(guān)粉碎機(jī)鍘草機(jī)產(chǎn)品：
1、鍘草機(jī)
2、秸稈粉碎機(jī)
3、秸稈揉搓機(jī)