棉秸秆揉丝粉碎机的结构设计范文

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摘要：

棉秸秆的综合利用越来越得到人们的重视。棉秸秆利用的重要一个环节就是粉碎。目前锤片式秸秆粉碎机是应用较为广泛的一种秸秆粉碎机，但是影响秸秆粉碎机的参数很多，其中刀轴的转速及锤片的数量等对其性能有很大影响。为此在理论设计分析的基础上，通过场地粉碎试验两者相结合，得到棉秸秆粉碎机的最优参数组合，为棉秸秆揉丝粉碎机的设计提供理论基础，为棉秸秆的综合利用奠定基础。

关键词：

秸秆；粉碎机；锤片；优化

目前，全国棉花种植面积约为6Mhm2，每年棉秆产量约为30Mt，新疆棉花种植面积约占全国的35％。棉花秸秆在传统的利用模式是，一部分棉花秸秆被直接粉碎还田，但由于棉花秸秆表层非常坚硬，棉花秸秆的根部木质化较高，粉碎还田的棉秆转年不易腐烂，培肥地力效果不佳，并且严重影响下茬播种效果，还有土传病害的问题，不同程度地对农业生产造成影响。其余大部分秸秆未被利用而被付之一炬。近年来随着棉秆造纸、造板、发电、气化及油化等技术的广泛应用，棉秆资源商品化需求量迅猛增加，棉秆粉碎加工技术需求日益提高。搞好棉花秸秆的综合利用，加快推进棉花秸秆综合利用，实现棉花秸秆的资源化和商品化，对国家促进资源节约、环境保护和农民增收的重大意义［13］。棉秸秆的综合利用大多数的用途必须经过粉碎这个环节，尤其作牲畜饲料，要求粉碎后的物料质地柔软、粉碎细腻、适口性好，从而使牲畜咀嚼更容易，解决了牛羊等反刍动物在采食时过多消耗体能的问题，还解决了物料的浪费，提高了采食率和消化率。这样就要求秸秆粒度尽可能的小、丝化率尽可能高，而市场上现有的棉秸杆揉丝粉碎机对长料秸秆需要先切断才能进行粉碎，粉碎力度及揉丝效果较差。常见的粉碎机分为以下三种：（1）对辊式粉碎机，其原理是利用一对相对旋转的圆柱体进行锯切、研磨，具有生产率高、功率低、调节方便的优点。（2）齿爪式粉碎机，其原理是利用高速旋转的齿爪击碎物料，具有体积小、重量轻、粒度细的特点。（3）锤片式粉碎机，其原理为利用高速旋转的锤片来击碎物料，具有结构简单、通用性强、生产率高等特点。本文在研学了铡草机和粉碎机等机型的特点后改进设计出的一种新型棉秸秆粉碎机具，采取挤压—切断—粉碎工艺，利用对辊对棉秸秆进行挤压，两个旋转刀片对棉秸秆进行切断，然后采用锤片作为主要粉碎部件进行粉碎，通过改变锤片数及旋转速度，进行对比试验，得出最佳工作参数。

1结构及工作原理

棉秸秆揉丝粉碎机主要由输送装置、对辊挤压装置、切断粉碎装置、动力传动装置、机架及行走轮组成，如图1所示。输送装置采用链式输送带，粉碎装置包含切断刀、锤片、筛网等部件。输送装置与对辊挤压装置相连，依次紧跟着是切断粉碎装置，对辊位于切断粉碎装置的进料口处，均固定在机架上。筛网位于粉碎室内，离锤片最顶端有一定的距离，锤片架上均布六根锤片轴，间隔三根锤片轴为一组。锤片由隔套隔开，两组锤片相间分布，避免干涉，提高粉碎效率。作业时，棉秸秆放入输送装置，输送至对辊，初步进行挤压，然后进过切断输送到粉碎室里，锤片在粉碎室里带动秸秆在筛网上反复揉搓，直至粉碎到一定的粒度，通过筛网孔落入粉碎室下部，再经由锤片转动产生的风将其吹出粉碎室，完成整个棉秸秆的粉碎过程。

2秸秆揉丝粉碎机工作过程的理论分析

2．1对辊直径的确定对辊外形设计为沟槽形，由于沟槽型对辊对秸秆的抓取能力较强，同时挤压效果也较好。对辊直径是影响输送棉秸秆及挤压棉秸秆的关键参数。对辊直径越小，输送棉秸秆的传动比也就越小，整机的结构相对也就越紧凑；但对辊直径太小则易发生秸秆输送打滑、缠绕等问题，结果就是输送不了秸秆。因此要满足输送秸秆及挤压秸秆，对辊直径必须满足。

2．2锤片形状及分布分析1）锤片形状：锤片的形状有很多种，其中矩形和梯状锤片使用最广［7］。梯状锤片应用较为广泛的原因是棉秸秆揉碎主要靠锤片棱角和筛网的搓擦实现［8］，锤片的棱角越多越容易揉搓。但过多棱角提高加工成本，同时影响刀片强度。选用如图2所示的锤片。2）锤片厚度：棉秸秆在粉碎室内主要受到两个作用，一是锤片对棉秸秆的冲击作用，二是秸秆在筛网上的剧烈摩擦。锤片在工作时，主要受到棉秸秆对其的正面冲击。由锤片厚度方向对秸秆施加剪切力，所以锤片的厚度对粉碎效果有直接影响。锤片过厚，导致接触面积过大，所需要的能量过大。锤片过薄，强度不够，易磨损，后期维护费用过高。所以在不影响锤片使用寿命的情况下，采用较薄的锤片，选用4～5mm的锤片。3）锤片的数量：锤片越多，单位时间内对秸秆的作用次数增加；但由于粉碎室内空间限制，同时考虑动平衡的要求，在单位体积内的锤片数量尽可能的多。锤片架上均布六根锤片轴，间隔三根锤片轴为一组。锤片由隔套隔开。这样，每根锤片轴上有2～4个锤片，整个粉碎室内共有12～24个锤片，如图3所示。

2．3锤片运动分析由粉碎机破碎原理可知，物料进入粉碎机后，主要受到锤片与筛面之间的剧烈摩擦而破碎，同时大量棉秸秆没有贴近筛网，这样就近似考虑锤片在进行无支撑切割。建立图4所示速度合成图。

2．4粉碎腔体尺寸确定粉碎室的外径尺寸对于整机设计有关键作用。

2．5输送装置速度分析输送带的速度应该满足粉碎的速度，速度过高堵塞，速度过低则造成了能耗的浪费。根据设计要求，粉碎机的粉碎效率是Ec＝800kg／h，这根据能量守恒。

3秸秆揉丝粉碎机工作过程的试验分析

在新疆农业科学院农业机械化研究所试制工厂门口空地处进行了必要的试验验证和分析，试验材料是当年树枝修剪下的树枝，质地与棉秸秆近似，筛网采用直径为10mm的筛网，并且不做更换。

3．1试验目的本试验主要以修剪下来的树枝为试验对象，针对不同的锤片数量及不同的刀轴的旋转速度，进行粉碎试验，根据粉碎的效果及粒度的大小等指标的情况，参见图5。找到最佳的刀轴旋转速度及锤片数量，为棉秸秆的设计改进提供依据。

3．2仪器使用的仪器有DSX型电脑筛选器电脑筛选器、手持式测速仪，数据分析软件为spss9．0。

3．3试验因素将刀轴转速及锤片数量作为试验因素，通过更换带轮来调节刀轴的转速，锤片数量则通过拆装来调整，试验因素表如表1所示。

3．4试验结果与讨论直接观察是指对实验结果不进行计算而直接根据观察实验结果来确定较好实验条件的方法，通过直接观察法总结出的结果不一定是最优，但一定是较优结果［12］，因此通过直接观察，可以看出，影响粉碎效果的主要因素为锤片的数量，其次才是刀轴的转速，得出在A1B1粉碎粒度较小及粉碎的效率较高，试验表及结果如表2所示。

4结论

1）新型棉秸秆粉碎机具，采取挤压—切断—粉碎工艺，增加对辊有助于粉碎后形成丝状，非常适合作为饲料使用。2）在理论计算及试验中得出，刀片的数量的多少对粉碎的效率有很大的影响，棉秸秆粉碎机在刀轴旋转速度为3500r／min、锤片数量为24片时有较佳的粉碎效果及效率，棉秸秆粉碎后的物料平均粒度达到3．8mm。

作者：喻晨 张丽 赵志艳 李有志 张海春 蒋永新 张佳喜 单位：新疆农业科学院农业机械化研究所 新疆乌鲁木齐众凯达机电有限公司