【正文】 稈由喂入槽 2 喂入，在喂入機(jī)構(gòu) 1 作用下將其壓實(shí)并卷入機(jī)構(gòu)，被動(dòng)定刀片組成的切碎器 3 切碎，最后由拋送裝置拋出機(jī)外 。 秸稈的化學(xué)成分 不管任何植物材料其主要化學(xué)組份均為纖維素，半纖維素，木質(zhì)素三種。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 秸稈的切碎特性 國(guó)外對(duì)秸稈切碎的研究集中于麥秸、稻秸等軟莖桿，主要分析切碎能耗、切碎度和切斷效率的各種影響因素，如 o’Dogherty(1986)等人分析了切割速度、割刀參數(shù)、受切根數(shù)等因素對(duì)切割過(guò)程的影響，指出秸稈切割過(guò)程中有一臨界速度，在 1530m/s范圍內(nèi)，低于臨界速度，能耗和無(wú)效切割快速增加 。 秸稈的特性： 秸稈的物理特性 秸稈本身的物理特性是影響秸稈切碎和壓縮成型的主要因素之一。西北農(nóng)大開(kāi)展模壓制品的 研究，如一次性快餐盒、托盤(pán)、家具構(gòu)件和建筑構(gòu)件等 。干發(fā)酵工藝則有助于節(jié)約建池費(fèi)用 ，提高池容利用率，目前該技術(shù)在北方應(yīng)用較多。部分氣化爐和配套裝置己經(jīng)批量生產(chǎn)，進(jìn)入實(shí)用推廣階段。 (3)替代能源 據(jù)全國(guó)農(nóng)村可再生資源統(tǒng)計(jì)資料顯示 (2021)， “九五 ”期間，秸稈能源用量仍占農(nóng)村生活用能的 30%50%。在 “八五 ”期間，秸稈直接還田技術(shù)規(guī) 程研究取得了重要突破，已經(jīng)制定出了包括華北、西南、長(zhǎng)江中游區(qū)、江蘇水早輪作區(qū)和浙江三熟制種植區(qū)的麥秸、玉米秸、稻草直接翻壓還田的技術(shù)規(guī)程，包括還田方式、秸稈數(shù)量、施氮量、土壤水分、粉碎程度、還田時(shí)間以及防治病蟲(chóng)害、雜草等方面的技術(shù)要求，實(shí)踐證明適量的秸稈還田能有效增加土壤的有機(jī)質(zhì)含量，改良土壤，培肥地力 (黃忠乾等， 1999)。 圖 中國(guó)農(nóng)作物秸稈的主要用途 (1)秸稈還田 秸稈還田是目前秸稈利用的最主要方面，據(jù)統(tǒng)計(jì)， 2021 年我國(guó)主要糧食作物秸稈粉碎還田的面積占其種植面積的 %(韓魯佳等， 2021)。② 牲畜飼料 。 本研究以棉稈等硬莖稈為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)秸稈原料特性的分析，確定切碎原理和方法，設(shè)計(jì)出動(dòng)力消耗低、粒度大小滿足壓縮成型要求的秸稈切碎機(jī)。農(nóng)作物秸稈經(jīng)粉碎或切碎后機(jī)械壓縮成燃料塊，能有效地改變其燃料特性，熱值接近中質(zhì)煙煤，平均為 16736kJ。農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)秸稈資源大量過(guò)剩問(wèn)題日趨突出，農(nóng)民就地焚燒秸稈，不僅帶來(lái)污染大氣的嚴(yán)重后果，還因煙霧造成了附近機(jī)場(chǎng)飛機(jī)不能下降，高速公路被迫關(guān)閉的嚴(yán)重社會(huì)問(wèn)題，引起了全社會(huì)的關(guān)注。歷史上，中國(guó)有利用秸稈的優(yōu)良傳統(tǒng)，農(nóng)民用秸稈建房蔽日遮雨，用秸稈燒火做飯取暖，用秸稈養(yǎng)畜積肥還田，合理利用秸稈是中國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的精華之一。在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)階段，秸稈資源主要是不經(jīng)任何處理直接用于肥料、燃料和飼料。 我國(guó)政府十分重視秸稈禁燒和綜合利用問(wèn)題， 1999 年 4月，國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局、農(nóng)業(yè)部、財(cái)政部、鐵道部、中國(guó)民用航空總局聯(lián)合頒發(fā)了《秸稈燃燒和綜合利用管理辦法》。壓縮成型技術(shù)為秸稈燃料異地運(yùn)輸使用創(chuàng)造條件，可以作為生物煤供應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)和居民使用，同時(shí)也是很好的氣化原料，對(duì)推廣氣化爐有促進(jìn)作用。推動(dòng)我國(guó)目前綜合開(kāi)發(fā)利用農(nóng)作物秸稈資源的技術(shù)創(chuàng)新和實(shí)際應(yīng)用。③ 替代能源 。秸稈還田的方法分為整株還田技術(shù)、粉碎還田技術(shù)、有根茬切碎還田技術(shù)和傳統(tǒng)漚肥還田技術(shù)。 (2)牲畜飼料 秸稈用作飼料，在中國(guó)主要是以秸稈養(yǎng)畜、過(guò)腹還田的方式進(jìn)行的。傳統(tǒng)的秸稈利用方式是直接燃燒，因其密度小，灰分多，本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 己不再適應(yīng)農(nóng)民生活水平的需要，國(guó)內(nèi)現(xiàn)行的秸稈優(yōu)質(zhì)能源利用技術(shù)，除了本文所要研究的秸稈壓縮成型技術(shù)以外，還有秸稈氣化集中供氣技術(shù)、秸稈制取沼氣技術(shù)、秸稈燃料熱風(fēng)烘干技術(shù)等。目前全國(guó)己有 350 余處秸稈氣化集中供氣示范點(diǎn)，主要集中在山東、河南、江蘇、河北、山西、北京、陜西等。秸稈燃料熱風(fēng)烘干技術(shù)是將成捆或經(jīng)預(yù)處理的秸稈加入由兩段燃料室組成的高效燃料爐，燃燒產(chǎn)物經(jīng)過(guò)離心除塵可得到潔凈的熱煙道氣，產(chǎn)生的熱風(fēng)溫度可以調(diào)節(jié) (60800℃ )，含煙塵量小于 20mg/m，尤其適宜于高濕物料，如糧食、木材、飼料、雞糞、酒糟等的烘干 (馬學(xué)良， 1995)。遼寧省農(nóng)科院研制成功秸稈皮鑲分離及其綜合利用技術(shù) 。秸稈的物理特性受物種、品種、產(chǎn)區(qū)、成熟度等多種因素的影響。大于臨界速度 ，能耗基本不變，實(shí)際切割長(zhǎng)度接近于理論長(zhǎng)度。由表 可知，棉稈中的纖維素含量為 50%左右，木質(zhì)素含量為 20%以上，半纖維素含量為 75%以上，均明顯高于麥秸類(lèi)軟莖稈，更接近于杉木等低級(jí)木材。 樣機(jī)的性能試驗(yàn) 根據(jù)前面的理論和試驗(yàn)分析，我們?cè)O(shè)計(jì)了農(nóng)作物硬莖稈切碎機(jī)，見(jiàn)圖 ，其主要的技術(shù)參數(shù)如下 : 喂入齒輥有效長(zhǎng)度 :100mm。 動(dòng)刀數(shù) :2。每次試驗(yàn)物料 15kg，共進(jìn)行 5次測(cè)試，取平均值，對(duì)切碎物料進(jìn)行粒度篩分分析，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表 。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 第 3 章 秸稈切碎機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 切碎器設(shè)計(jì) 切 碎器是秸稈切碎機(jī)的重要工作部件。 (3)切割阻力矩變化均勻。錘片式切碎是利用高速旋轉(zhuǎn)的錘片 來(lái)?yè)羲榻斩挘镀Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性好，但能耗高 (藺公振等， 19%。 直刀刃切碎螺旋刀切碎錘片切碎主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速（ ）能耗（） 圖 切碎機(jī)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速與能耗的關(guān)系 根據(jù)以上分析，我們選擇直刃刀切碎作為棉稈等硬莖稈切碎的設(shè)計(jì)方案，動(dòng)刀片數(shù)為 3，均布于動(dòng)刀架上，其動(dòng)刀架結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 。 當(dāng)?shù)镀a(chǎn)生滑切時(shí)，切割點(diǎn) M速度 V分解為 2部分 (圖 ):滑 切速度 Vt，方向平行刃線 。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 圖 直刃刀動(dòng)刀架簡(jiǎn)圖 圖 刀 片的滑切 為了保證刀片有滑切，其 刃線 AB 至回轉(zhuǎn)中心 O 應(yīng)具有偏心距 e。因此，為保證切割穩(wěn)定，不產(chǎn)生滑動(dòng)切割，滿足如下切割條件 : 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 1??? 2?? （ ) 中心 4.? 滑切角 6. x推擠角 圖 切碎器的結(jié)構(gòu)圖 根據(jù)文獻(xiàn)資料 (陶南， 1991)，取 1? = ?12 ， ?2? ?38 ，則 x? ?50 。因此，為了改善其切碎性能，本設(shè)計(jì)采用提高切碎器轉(zhuǎn)速和增大其本身轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (即刀架質(zhì)量 )的方法，來(lái)補(bǔ)償由于阻力矩變化所引起的運(yùn)轉(zhuǎn)不均的缺點(diǎn)。kn n— 喂入輥轉(zhuǎn)速， r/min。 喂入機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 喂入機(jī)構(gòu)由喂入槽、喂入輥和壓緊裝置等部件組成。 由于本切碎機(jī)主要是用于切碎硬莖稈，所以采用卷入性能好，并能自動(dòng)調(diào)節(jié)喂入口高度的星齒型上下喂入輥 (圖 )。 圖 喂入機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖 圖 喂入輥結(jié)構(gòu)圖 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 切碎機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖 。然后從理論上對(duì)切碎器等重要工作部件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需參數(shù) 。sin x)/e] () 式中 : R —圓弧刀刃的半徑 r—切割點(diǎn)處的回轉(zhuǎn)半徑 e —圓弧刀刃的偏心距 H—切割中心線高度 Ra —切割點(diǎn)與回轉(zhuǎn)中心水平距離 對(duì)于直線刀刃 ,切割過(guò)程中的幾何參數(shù)與其結(jié)構(gòu)參數(shù) 的關(guān)系為 : τ=arcsin(e/r) () x =τ+arcsin( H/r) () θ= (π/2) x () 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 式中 ： e —直線刀刃偏心距 。在切碎器的設(shè)計(jì)過(guò)程中 ,上面的 3 個(gè)角度只要有 1 個(gè)確定 ,其他 2 個(gè)角度的變化便在一定的結(jié)構(gòu)限制下隨之確定。試驗(yàn)中為使不同切割刃曲線刀的切割能耗具有可比性 ,除刀刃曲線外其他試驗(yàn)條件保持相同。因此以切割平均扭矩值作為試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)。 τ= 25176。～ 176。~176。 2D R =313 。 τ=176。 χ= 176。 θ= 176。 e=335 6D 9D e = τ=176。~176?！?176。 θ= 176。 χ= 176。為了確定哪些曲線刀刃在切割過(guò)程中的平均扭矩具有顯著差異 ,對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多重比較 ,結(jié)果是 :D1 號(hào)試驗(yàn)的平均扭矩極顯著地高于其他 9號(hào)試驗(yàn) ,這是由于 D1號(hào)試驗(yàn)所用圓弧曲線刃的結(jié)構(gòu)參數(shù)導(dǎo)致切割過(guò)程中滑切角和擠推角的數(shù)值較小而引起。當(dāng)滑切角在 35176。范圍內(nèi)時(shí) ,切割的平均扭矩較低 ,切割能耗較小。而在實(shí)際的動(dòng)態(tài)切割過(guò)程中 ,由于物料受力狀態(tài)的改變以及切割過(guò)程中動(dòng)刀慣性力的存在 ,使得理論計(jì)算扭矩值與實(shí)際測(cè)量值之間具有較大的差異。當(dāng)滑切角在 35176。范圍內(nèi)時(shí) ,切割的平均扭矩較低 ,切割能耗較小。從目前應(yīng)用的切碎器動(dòng)刀結(jié)構(gòu)看 ,刀刃的曲線形狀有圓弧型、直線型、折線型和等滑切角 4 種。 15. 0S 型青飼切碎機(jī)主要由喂入機(jī)構(gòu)、切碎器、拋送機(jī)構(gòu)和傳送機(jī)構(gòu)等部分組成。 3個(gè)動(dòng)刀片依次工作實(shí)現(xiàn)青飼切碎機(jī)的連續(xù)切割工作。 動(dòng)刀片的受力分析 直刃口動(dòng)刀片的受力分析 直刃口動(dòng)刀片設(shè)計(jì)尺寸如圖 , 為了便于分析 ,其受力情況簡(jiǎn)化為如圖 所示情況 (假設(shè)不考慮物料喂入力的影響 )。 表 ? 與 q 的關(guān)系 ? / )(? 0 10 20 30 40 50 60 1/ ??cmNq 表 ? 與 f 的關(guān)系 tan? 0 f 0 40 正壓力矩 1T (N z 力對(duì) O 點(diǎn)的力矩 ) 為 T 1= N z ?tan/OG () 滑切力矩 2T （ P 力對(duì) O 點(diǎn)的力矩 ) 為 2T = P OG () 求解直刃口動(dòng)刀片在切割玉米秸稈時(shí)所受的力和力矩的步驟如下 : (1) 根據(jù)已知切碎器的設(shè)計(jì)參數(shù) : 最大推擠角 Vmax為 68176。(見(jiàn)圖 )。數(shù)據(jù)整理后見(jiàn)表 。 ? S ′為圓弧刃落在喂入口中的圓弧長(zhǎng)度 。 圖 動(dòng)刀片的推擠角 ? 、滑切角 ? 隨轉(zhuǎn)角 ? 的變化曲線 圖 刀片的正壓力 N 和滑切力 P 隨轉(zhuǎn)角 R 變化曲線 表 圓弧刃口動(dòng)刀片數(shù)據(jù)表 序號(hào) ? /? ? /(? ) ? /(? ) S? /mm q/N 1??cm f Nz/N P/N F/N T1 /N T2 /N?m 1 0 68 60 0 0 0 0 0 0 2 10 58 55 3 20 48 50 4 30 38 42 5 40 28 33 6 45 23 29 7 50 18 25 8 51 17 22 9 56 11 20 10 60 8 17 11 63 5 14 0 0 0 0 0 0 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 (1) 在 圖 中 , PCCIV 青飼切碎機(jī)的動(dòng)刀片在切割過(guò)程中 , 推擠角 ? 和滑切角 ? 隨著切割轉(zhuǎn)角 ? 的增大而急劇減小 。 (2) 通過(guò)對(duì)兩種刀片的推擠角、滑切角變化曲線的對(duì)比分析可看出 , 在切割過(guò)程中當(dāng) ? 50176。 直刃口動(dòng)刀較圓弧刃口動(dòng)刀對(duì)飼料的推擠趨勢(shì)要大 。??? 情況相反。 (4) 在圖 中 , 將兩種刀片的正壓力和滑切力曲線進(jìn)行對(duì)比可以看出 , 直刃口動(dòng)刀片的滑切力 P與圓弧刃口動(dòng)刀片的滑切力 P ′在變化過(guò)程中大小大致相當(dāng)。 當(dāng) ? 48176。 15. 0S 型青飼切碎機(jī)的兩種動(dòng)刀片進(jìn)行受力分析 , 深入探討 了動(dòng)刀片在切碎物料過(guò)程中各種參數(shù)的變化規(guī)律 , 從而得出圓弧刃口動(dòng)刀片在綜合切碎性能上較直刃口動(dòng)刀片優(yōu)越。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 第 6章 切碎機(jī)整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 電機(jī)選擇 切碎器轉(zhuǎn)速的確定 切碎機(jī)的生產(chǎn)率（ hkg ）由下式估算： kablznQ ?60? （ ） 式中： a、 b——喂入口的高與寬（ m） l——理論切碎長(zhǎng)度（ m） z——?jiǎng)拥镀瑪?shù)目，一般 z＝ 2～ 6 把 n——切碎器轉(zhuǎn)速（ minr ），一般 n＝ 300～ 500 minr ? ——飼草密度（3mkg）對(duì)于秸稈3150~120 mkg??，飼草3500~350 mkg?? k——充滿系數(shù)，可＝ ～ 由已知條件 Q＝ 500 hkg 和前面所設(shè)計(jì)的參數(shù)代入上式得： m i n572~)( 50060 rkabl zQn ????