秸稈富含氮、磷、鉀、鈣、鎂和有機(jī)質(zhì)等，是一種多用途、可再生的生物資源；同時(shí)秸稈也是一種粗飼料，其特點(diǎn)是粗纖維含量高(30%～40%)，并含有木質(zhì)素等。木質(zhì)素雖不能為豬、雞所利用，但卻能被反芻動(dòng)物牛、羊等牲畜吸收和利用。我國的農(nóng)作物秸稈具有數(shù)量大、種類多、分布廣的特點(diǎn)，每年秸稈產(chǎn)量約7億t。在秸稈的利用前期，一般都需要進(jìn)行粉碎加工處理，以便進(jìn)一步合理利用。如何做好農(nóng)作物秸稈的轉(zhuǎn)化工作，已成為亟待解決的農(nóng)業(yè)問題。
1、我國
秸稈粉碎機(jī)的研究現(xiàn)狀
我國在物料粉碎技術(shù)研究中，對(duì)物料的粉碎與切碎方面的研究較為廣泛與深入。根據(jù)物料粉碎方式和粉碎手段的不同，粉碎機(jī)的種類繁多。我國現(xiàn)有并投人生產(chǎn)的秸稈粉碎機(jī)主要有鍘切式粉碎機(jī)、錘片式粉碎機(jī)、揉切式粉碎機(jī)和組合式粉碎加工機(jī)械等。
鍘切式粉碎機(jī)又稱為鍘草粉碎機(jī)，其主要功能就是切碎物料的莖稈，例如玉米、水稻等農(nóng)作物的秸稈。鍘切式粉碎機(jī)的工作原理是利用動(dòng)刀片與定刀片所產(chǎn)生的剪力，切斷農(nóng)作物的莖稈，達(dá)到粉碎的目的，具有結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)。但經(jīng)測(cè)試，該設(shè)備鍘切只可一定程度地提高秸稈采食量，不能提高消化率，仍存在較大浪費(fèi)。
錘片式粉碎機(jī)是國內(nèi)外各類粉碎機(jī)中使用率較高的類型之一。錘片式粉碎機(jī)主要是通過利用高速旋轉(zhuǎn)的錘片，對(duì)要粉碎的物料產(chǎn)生強(qiáng)大的沖力進(jìn)而達(dá)到粉碎物料的目的。錘片式粉碎機(jī)的工作原理是：利用高速旋轉(zhuǎn)的錘片轉(zhuǎn)子連續(xù)打擊農(nóng)作物秸桿，此時(shí)被粉碎的物料以較高的速度撞擊齒板與蹄片，使其進(jìn)行多次碰撞與摩擦，最終達(dá)到粉碎的目的。該粉碎機(jī)的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、適應(yīng)性強(qiáng)、維修方便、粉碎質(zhì)量好、生產(chǎn)能力強(qiáng)等，因此錘片式粉碎機(jī)能夠得到廣泛的使用。
揉切式粉碎機(jī)主要由揉搓機(jī)和揉碎機(jī)這兩種機(jī)型構(gòu)成。①揉搓機(jī)主要由喂入裝置、轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)、齒板和風(fēng)機(jī)等組件機(jī)構(gòu)構(gòu)成。揉搓機(jī)的工作原理是：在粉碎機(jī)的凹板上安裝能改變高度的齒板和定刀，且呈螺旋走向。當(dāng)喂人的物料秸稈經(jīng)高速旋轉(zhuǎn)錘片的打擊，并且沿軸向流動(dòng)，物料達(dá)到一定的粉碎程度時(shí)，就會(huì)通過齒板空隙落入輸送室并被輸送機(jī)構(gòu)輸送收集。揉搓機(jī)可以將秸稈等揉搓成細(xì)絲狀故而能夠更好地提高粉碎物料的適用效果。但其缺點(diǎn)是加工的物料僅能達(dá)到破碎或細(xì)碎的狀態(tài)，生產(chǎn)效率較低。②揉碎式粉碎是我國近些年才開始研究開發(fā)的一種新型加工方式，這種加工方式可以說是鍘切與粉碎的結(jié)合體，經(jīng)揉碎機(jī)加工出來的物料，一般多呈現(xiàn)柔軟蓬松的絲狀，既能滿足粉碎粒度要求，又極大地減少了營養(yǎng)成分的丟失。該設(shè)備的適應(yīng)性較差，不適于過濕、韌性大的物料，只適合加工含水率較低的秸稈。
組合式粉碎加工設(shè)備綜合了鍘切、粉碎和揉搓等功能，是一種新型的粉碎加工方式。東北林業(yè)大學(xué)的汪莉萍等將現(xiàn)有稻稈加工機(jī)械的所有功能融為一體，即將切碎、粉碎、揉搓等功能融于一個(gè)設(shè)備中，設(shè)計(jì)出了復(fù)合式稻稈粉碎機(jī)。其將進(jìn)料口處設(shè)計(jì)成自動(dòng)進(jìn)料裝置，并在出料口處安裝了風(fēng)機(jī)設(shè)備，既提高了粉碎機(jī)的生產(chǎn)率，又保證了粉碎機(jī)的粉碎質(zhì)量，同時(shí)在一定程度上減少了人力，降低了能耗。這種復(fù)合式稻稈粉碎機(jī)的特點(diǎn)是適應(yīng)能力強(qiáng)，對(duì)高濕、潮性強(qiáng)的物料都可以加工，適用的范圍比較廣泛。該設(shè)備的缺點(diǎn)是體積較大，笨重，不易移動(dòng)。
2、粉碎機(jī)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
國內(nèi)外關(guān)于粉碎機(jī)的研究和設(shè)計(jì)已經(jīng)過了幾十年的歷史，其研究重心多集中在將農(nóng)作物秸稈切碎或粉碎制成飼料方面。現(xiàn)有的粉碎機(jī)在很多方面存在不完善的地方，導(dǎo)致其在滿足粉碎作業(yè)要求方面的表現(xiàn)不盡如人意。為此，針對(duì)秸稈粉碎機(jī)普遍存在的生產(chǎn)效率低和能耗大等問題，設(shè)計(jì)一款鋸切式秸稈粉碎機(jī)，其整體結(jié)構(gòu)見圖1。
2.1工作原理
本設(shè)計(jì)在進(jìn)料口正前方安裝有一個(gè)死擋，其作用主要是防止秸稈在粉碎過程中進(jìn)入粉碎區(qū)域從而出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。在死擋下方安裝有鋸片，每個(gè)鋸片之間都以相差1°～2°的角度安裝。秸稈進(jìn)入進(jìn)料口后，先被死擋攔截，同時(shí)通過上方的壓緊裝置壓緊秸稈，然后通過電機(jī)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)使得鋸片高速旋轉(zhuǎn)對(duì)秸稈進(jìn)行切削。因鋸片的高速旋轉(zhuǎn)使得秸稈反復(fù)被切削，而后較輕物料被鋸片高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的空氣流卷到粉碎機(jī)機(jī)殼底部，最后通過出料日排除，出料口處裝有風(fēng)機(jī)將物料吸走，集中收集。本設(shè)計(jì)能夠有效提高秸稈的粉碎速度，提高工作效率，降低能耗。
本機(jī)采用手動(dòng)喂入式（圖1），粉碎室(2)外側(cè)開有進(jìn)料口(1)，由電機(jī)通過V型帶帶動(dòng)主軸(8)轉(zhuǎn)動(dòng)。主軸(8)帶動(dòng)鋸片(7)旋轉(zhuǎn)，秸稈通過進(jìn)料口(1)時(shí)首先被死擋(6)擋住，同時(shí)粉碎機(jī)上方的壓緊裝置(5)充分壓緊物料。死擋(6)與鋸片(7)之間的間隙在l ~5 mm之間，死擋(6)在鋸片軸方向上與軸中心線夾角為200；之后鋸片(7)對(duì)通過壓緊裝置(5)充分壓緊的物料進(jìn)行撞擊、切削。通過鋸片的高速旋轉(zhuǎn)，物料在這里被切削成絲或絲段。鋸片(7)通過固定擋板固定在主軸(8)上，主軸(8)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)鋸片高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的空氣氣流將切削粉碎之后的細(xì)小物料帶到粉碎室(2)底部，通過出料口送出粉碎機(jī)殼外。在粉碎機(jī)旁放置一個(gè)風(fēng)機(jī)，通過蛇皮管將粉碎機(jī)的出料口與風(fēng)機(jī)相連接。粉碎后的物料被風(fēng)機(jī)吸走后集中收集，以便在其他方面得到利用。
為了減少機(jī)器在動(dòng)力傳輸過程中的損失，本設(shè)計(jì)的粉碎機(jī)采用鋸片(7)、粉碎室(2)、固定擋板(10)串聯(lián)于主軸(8)上的連接結(jié)構(gòu)，電機(jī)通過大皮帶輪、三角帶、小皮帶輪(9)帶動(dòng)主軸(8)轉(zhuǎn)動(dòng)。該結(jié)構(gòu)可以提高動(dòng)力的傳動(dòng)效率，并且結(jié)構(gòu)緊湊。同時(shí)，大部分部件之間采用焊接處理，可以大大提高機(jī)器的整體性，便于機(jī)器的移動(dòng)和安裝。
由于粉碎機(jī)大部分部件采用焊接處理進(jìn)行連接，為了便于鋸片的拆卸與更換，本設(shè)計(jì)將薄板一側(cè)做成門狀結(jié)構(gòu)，用合頁與門板通過螺釘連接起來，門與薄板之間的縫隙用毛氈覆蓋，以防止粉碎機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的空氣流異常。在換鋸門門板上安裝一個(gè)簡易門把手，門把手靠近鋸片一側(cè)有一擋片，用于換鋸之后將門板固定。鋸片更換系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。
粉碎室由鋸片、固定擋板、壓緊裝置和死擋等組成。鋸片采用軸向固定方式，兩側(cè)用固定擋板固定，安裝在主軸上；死擋安裝在機(jī)殼上位于鋸片上方的位置，在鋸片軸方向上與軸中心線夾角為20°。由于高速旋轉(zhuǎn)的鋸片對(duì)秸稈類物料的鋸切作用，完成了秸稈的粉碎過程。
排料口位于機(jī)體下部，即進(jìn)料口的正下方，為組焊件。由矩形鋼板焊成的出料管，底部截面為矩形，頂部截面為圓形，上圓下方焊件和薄鋼管焊接在一起，出料口可用蛇皮管與風(fēng)機(jī)連接，將粉碎后的物料吸出集中存放。
機(jī)體由方形殼體、工作臺(tái)以及鋸軸組件等組成。機(jī)體形狀為長方體，兩側(cè)采用厚度為20 mm的鋼板和厚度為15 mm的鋼板，材料為普通用鋼；工作臺(tái)采用普通槽鋼和鋼板焊接而成，4只腳由地腳螺栓與試驗(yàn)臺(tái)固定。電動(dòng)機(jī)采用Y系列三相電動(dòng)機(jī)，安裝在試驗(yàn)臺(tái)上，通過傳動(dòng)帶傳送動(dòng)力。
3、結(jié)論
本機(jī)器適用于農(nóng)作物秸稈的粉碎，可滿足廣大農(nóng)戶，特別是農(nóng)場(chǎng)對(duì)秸稈等纖維質(zhì)類物料粉碎的加工要求。該設(shè)備粉碎室內(nèi)鋸片組鋸片交錯(cuò)安裝，在滿足粉碎秸稈類物料要求的同時(shí)，提高了生產(chǎn)效率，能耗較低。通過對(duì)切削系統(tǒng)的力學(xué)計(jì)算得知，本機(jī)器粉碎秸稈的粉碎程度較高，也可粉碎質(zhì)地較軟的木材，同時(shí)滿足提高生產(chǎn)效率和降低能耗的要求。
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