一種煙草拔稈機切碎裝置的設計研究

張武金，孫松林,2，李軍政,2，張利峰,2，楊彪,2，尋真福,2

(1.湖南農業大學 工學院，湖南 長沙410128；2.湖南省現代農業機械裝備工程技術研究中心，湖南 長沙410128)

煙稈做為煙草收獲后的重要副產品,具有很多用途，比如煙稈可以用來制備活性炭，可以從中提取低聚木糖、果膠等高附加值的化學原料，提取后的廢渣也可以用于造板、造紙、生產肥料及生物質能源等方面。我國煙葉的種植面積為141.2萬hm2，每年收獲后產生的煙稈大約為305萬t，在這環境日益惡化和資源短缺的今天，煙桿的充分利用具有很重要的現實意義。由于我國在煙稈收獲方面的機械化程度低，煙草收獲后，一個是被隨意棄在煙田中，一個是就地焚燒。煙稈中寄生有大量病菌，如不及時清理，會影響來年煙葉的生長。廢棄煙稈資源沒有得到有效利用，反而嚴重地污染了環境。為了充分利用廢棄的煙稈資源，根據實際的需要,筆者在機動的煙草拔稈機上設計了一種小型圓盤式雙滾筒切碎裝置，這裝置也適用于其他秸稈的切碎。具有適應性強，效率高，成本低，質量好，質量輕，安全和可靠性高等特點，能夠滿足農藝需求。

1 結構和工作原理

1.1 結構

切碎裝置主要結構包括：切碎筒、切碎軸、切刀、軸承、下導流板、拉力調節彈簧、回送機構和動力系統。切刀和切碎軸通過焊接連在一起，切碎軸豎直安裝在拔稈裝置的末端，一端通過軸承與動力系統連接。動刀分別在左右兩個軸上排列,均勻交錯地對稱安裝在切碎裝置的滾筒體上,每個軸上6片,均勻地分布于筒體上。負責煙稈的切碎和斷稈的拋送。在滾筒體的上方設置有煙稈回送機構,回送裝置由彈簧和軸組成，將滾筒上方沒有被切到的煙稈送回切碎裝置繼續切碎。具有結構緊湊、質量輕、工作可靠的特點，如圖1所示。

1.2 工作原理

切碎裝置的工作原理就是以電動機作為動力，動力由皮帶輪傳送到主變速箱，再通過主變速箱將動力傳送到副變速箱，經過副變速箱將動力分成兩部分輸出，其中一部分動力通過鏈輪和齒輪傳動到煙稈的拔稈部分，另一部分動力通過錐齒輪傳動到切碎裝置。拔稈部分的動力將煙稈通過雙排夾持鏈輪將煙稈運送到位于拔稈部分末端的切碎裝置,切刀在動力系統的帶動下逆時針旋轉，拔稈部分運送過來的煙稈通過切刀被切碎，同時切碎裝置上方未被切到的煙稈部分，經由設計的回送機構再次送入切碎裝置繼續切碎。經過切碎的煙稈由于慣性從切碎裝置下方落入收集箱里。

圖1 切碎裝置結構圖

2 主要參數的設計

2.1 切碎滾筒參數的設計

（1）滾筒轉速的確定。目前國內有各種型號的秸稈切碎裝置，所設計的滾筒回轉直徑也各有不同，本設計為了使機構緊湊合理，質量輕，體積小，滾筒的直徑設計為220mm，滾筒的長度設計為600mm。查閱煙稈、玉米等作物的秸稈的相關資料表明，切斷煙稈等作物秸稈的線速度不能低于13.6m/s。由此可得滾筒的轉速應該滿足如下公式

式中：n為切碎滾筒的轉速，r/min；v為切碎滾筒的線速度，m/s；D為滾筒的回轉直徑，m。根據上述結果滾筒的轉速?。簄=1200r/min。

（2）切碎裝置的動平衡計算。根據國家標準GB/T 9239.1-2006上的要求，刀軸與刀片裝配后的動平衡精度為G6.3級。下面對滾筒進行動平衡計算，由如下公式得：

滾筒的許用不平衡重量積的上限，由如下公式可得：

已知滾筒軸的直徑為100mm,切刀延切刀軸的軸向均勻分布，所以切刀軸的平衡基面和滾筒的重心對稱，所以根據下式可以求得切刀軸兩端的兩個基面上的許用不平衡量m1和m2：

式中：d為切刀軸的直徑，mm；m1、m2為許用不平衡量，kg。

2.2 切碎軸參數的設計

（1）切碎軸上刀片間距的確定。切碎軸上刀片間的距離是根據煙稈切碎長度確定的，而煙稈的切碎長度是由幾個因素共同決定的，包括：煙稈的喂入速度，切碎軸的轉速，切碎軸上的刀片的片數。其切碎長度可以由下式表示：

式中：L為刀片間距，即煙稈切斷長度，mm；v為切碎滾筒的線速度，m/s；n為切碎滾筒的轉速，r/min；z為切碎筒上刀片的片數。上式中，v=13.6m/s，n=1200r/min，z=6，代入上式可得：L=（60000×13.6）/（1200×6）=113.3mm,即刀片間的間距為113.3mm。

（2）刀片厚度和材料的確定。對于切斷煙稈之類的堅硬的秸稈，切碎刀片應該具有一定的厚度，如果刀片太薄，剛性不夠，可能導致卷刃和崩刃的情況，影響正常工作，所以刀片的厚度應取4～5mm為宜，這里取5mm。

因為煙稈莖較粗和比較堅硬，所以刀片的刃口不但要比較鋒利，而且還需要具有較強的抗沖擊和振動性能。這就要求刀片的材料具有足夠的強度，韌性和耐磨性，通過熱處理可以使刀片刃口的硬度達到35～55HRC，根據上述要求,查農業機械設計手冊可以將刀片材料選為,對其進行熱處理，表面硬度可達30～40HRC，芯部硬度可達，刀片的齒高為5mm。

根據上述設計，切碎裝置做為煙稈切碎的主要部件，其結構如圖2所示：

圖2 齒軸焊合

3 主要技術指標

根據上述的設計和分析，設計的圓盤式雙滾筒式切碎裝置的主要技術規格如表1所示。

表1 圓盤刀式切碎裝置主要的技術規格

4 結語

（1）該切碎裝置設計方案合理、結構緊湊、使用可靠，質量輕巧，造價低，主要用于煙稈的切碎，也可以用于棉花、麥類等作物秸稈的直接切碎。

（2）該切碎裝置和拔稈部分配套使用，可以完成煙稈的拔取與切碎兩個工作。 為確保結構緊湊和煙稈切碎時安全可靠，該切碎裝置設置在拔稈部分的末端，整體結構采用立式結構。實踐證明，該設計能夠滿足煙稈等硬質秸稈的切碎拋送任務，滿足各項使用要求。

[1]蘇賢坤，張曉海，廖德智.煙草綜合利用現狀及其前景[J].貴州農業科學，2006，34(5):120-122

[2]吳子岳，高煥文，張晉國.玉米秸稈切斷速度和切斷功耗的試驗研究[J].農業工程學報，2001，32(2):38－41．

[3]中國國家標準化管理委員會.G B/T9239.1-2006,機械振動恒態(剛性)轉子平衡品質要求第1部分：規范與平衡允差的檢驗[S].北京:中國標準出版社,2006.

[4]黃暉，陳富瑜，鄧干然，等.小型甘蔗切碎機的研制及實驗研究[J].農業工程學報，2004，20(6):111-114

[5]中國農業機械化科學研究院.農業機械設計手冊[M].中國農業科學技術出版社，2007.