2ZLF-500型輪刀式青貯飼料切碎機的結構組成及試驗研究

趙 婭

(河南廣播電視大學，鄭州 453000)

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2ZLF-500型輪刀式青貯飼料切碎機的結構組成及試驗研究

趙 婭

(河南廣播電視大學，鄭州 453000)

當前我國畜牧業的青貯飼料切碎作業中，亟待優化設計切碎機結構，以提升切碎機應用效益。為此，優化設計了2ZLF-500型輪刀式青貯飼料切碎機的結構，并結合試驗驗證其優化后在實際中的應用效益。經試驗研究表明：優化設計2ZLF-500型輪刀式青貯飼料切碎機結構之后，提高青貯飼料質量20%，提高飼草切碎機使用可靠性12%。優化設計2ZLF-500型輪刀式青貯飼料切碎機結構，改進切碎機工作部件結構與參數，可以有效推廣應用青貯飼料技術，對促進畜牧業的持續穩定發展，發揮積極作用。

切碎機；青貯飼料技術；輪刀式

0 引言

在畜牧業發展中，優化飼草貯存質量，應用機器代替手工工具[1]，轉化傳統農業手工生產方式，可以滿足畜牧區用戶對于青貯飼料的需要。為此，優化設計了輪刀式的青貯飼料飼草切碎機結構，并進行了試驗驗證。

1 我國青貯飼料技術發展現狀

我國發展畜牧業經濟過程中，每年的畜產品消費一直以27.8%的平均速度在不斷遞增，而在農作物秸稈的應用方面，可作為飼料的秸稈資源應用率卻不足10%，亟待應用現代機械化方案提升飼草貯存質量[2]。青貯飼料技術中，應優化飼草切碎機的設計，確保能夠應用切碎機，去切斷那些莖稈類的飼草飼料，如谷草、稻草、麥秸、干草以及青貯的玉米秸稈、高梁秸稈等[3-7]。但是，在青貯飼料技術方面，技術含量也較低，用以制造青貯飼料的工藝設備落后，在使用過程中的可靠性較差，且存在切碎機生產飼料成本高的缺點[8]，這些均不能滿足當代農牧區用戶對于青貯飼料的應用需要，致使青貯飼料技術并未得到有效的推廣。為此，優化設計了輪刀式的青貯飼料飼草切碎機的結構，旨在促進牧草的合理、有效利用[9-12]，緩解飼料短缺，促進畜牧業的發展。

2 青貯飼料切碎機的結構組成

2ZLF-500 型輪刀式青貯飼料切碎機主要是由輸送青貯植物的喂入裝置、青貯植物切碎裝置、拋送排料的裝置與動力傳輸等裝置組成的，如圖1所示。

1.電機 2.傳動帶 3.主軸 4.動刀片 5.定刀片 6.上喂入輥 7.下喂入輥 8.輸送裝置 9.刀架輪 10.拋送葉片 11.出料口 12.箱體 13.電機 14.機架

工作中，利用電動機帶動刀輪轉動，在飼草進入喂料口時，在高速旋轉刀片的作用下，將飼草做切斷處理；并在刀輪離心作用下，將切斷的飼草拋送出去，完成整體應用操作。

3 青貯飼料切碎機結構

3.1 需求分析

針對2ZLF-500型輪刀式青貯飼料切碎機進行分析，并優化其設計結構，以便可以通過計算選出滿足輪刀式飼草切碎機使用要求的交流異步電動機，并詳細列出其技術參數。同時，對輪刀式飼草切碎機主運動進行分析計算，設計主傳動系統的各個零件[13]，并利用PRO/ENGINEER進行三維建模。對輪刀式飼草切碎機的擺動運動進行分析計算，設計擺動系統的各個零件；最后對各個已設計零件進行強度和剛度計算，確保滿足使用要求，使輪刀式飼草切碎機具有足夠的可靠性。

3.2 優化設計切碎動力部分

本次設計的2ZLF-500型輪刀式切碎機，主要用于切碎秸稈類飼料，確保切碎機動力工作部件參數合理，有助于提高機器工作時的切碎質量，減少機器功率消耗[14]。

l)切割青貯飼料時，要進行滑切，以減少切割的阻力。

確保在機器中的直線型刀片的滑切角τ等于刃線AB同切割半徑r之間的夾角，如圖2、圖3所示。

圖2 直刃刀的動刀架

圖3 滑切刀片

為保證可以實現刀片有滑切，偏心距e需滿足以下條件，有

2)在切割時，一定要保持穩定，避免秸稈與動定刀片滑移。

3) 飼料切碎時，確保切割阻力矩均勻地產生變化。切碎長度應該達到

由于考慮到喂入秸稈時的打滑因素，應確保實際切碎長度可以達到

在實際應用中，切碎機的生產率，可以根據“喂入口的面積及切碎器的刀片數、轉速、莖稈種類、切碎長度”等計算理論生產率，有

Q=60·k·a·b·L·n·r

3.3 設計優化喂入結構

切碎機的喂入機構主要由喂入槽、喂入輥和壓緊裝置等主要部件而組成的[15]。本次設計的2ZLF-500型輪刀式切碎機，主要切碎一些硬莖稈的飼料，因此將要確保機器喂入結構具有很好的卷入性，才可以提升切碎機的實用價值，如圖4所示。

圖4 飼料喂入輥的結構圖

喂入輥可以隨飼料物料的尺寸而進行改變，這樣可以確保利于將飼料植物喂入到切碎機內進行切割。

3.4 傳動系統設計

2ZLF-500型輪刀式青貯飼料切碎機的優化設計中，其傳動部分應確保將電動機發出的動力，經其皮帶輪傳給切碎機的動刀軸(見圖5)，就通過圓柱齒輪、圓錐齒輪進行減速，并將傳給切碎機的秸稈類青貯植物的喂入輥。在設計中，應該確保總的傳動比達到6.47，才可滿足實際應用需求。

圖5 帶輪三維圖

3.5 切碎器設計

青貯飼料切碎機的設計中，將動刀片及拋送葉片均安裝在互呈120°刀架位置上，如圖6所示。在飼料切碎工作時,旋轉刀架的下繞軸O,則飼料喂入口就會切割物料，并可一次完成切割[16]。

1.定刀片 2.飼料層 3.動刀片 4.拋送葉片 5.刀架

對于切碎機的動刀刃中，A為任意一點，F為受力, 此時F將會被分解成沿著切碎機刀刃方向上的滑切力P及垂直在刀刃上的正壓力Nz, 其關系式為

Nz=q△s

P= fNz

式中q—表示比阻,也就是刃口長單位下的切割阻力；

s—表示刃口切割的長度；

f—則是表示切割過程形成滑動摩擦因數。

按扭轉強度計算，用于只承受轉矩的傳動軸的精確計算，也可用于既受彎矩又受扭矩的軸的計算。則有

由于軸的選材為Q235，所以查表可知Q235的許用扭切應力為，查《機械設計基礎》得：τ取12～20MPa，C=160～135,取150。則

軸上有兩個鍵糟，則

dmin=dt×(1+13%)=26mm

取標準值，dmin=30mm。

4 試驗研究

4.1 試驗對象

對本次設計的2ZLF-500型輪刀式青貯飼料切碎機，進行應用性能試驗，玉米秸稈作為試驗材料。且秸稈青貯植物材料的化學組份中包含有豐富的纖維素、半纖維素及木質素成分，其50%均為纖維素，具有實用性，如表1所示。

表1 秸稈的化學成分 %

以某地區試驗基地可收獲的玉米田為試驗對象，玉米株高 2m左右，株型呈竹竿型，根系發達，莖稈粗壯，秸稈最大直徑3.6～6.6cm。優化設計的2ZLF-500型輪刀式青貯飼料切碎機，其主要技術參數，如表2所示。

表2 切碎機參數

4.2 試驗樣機的性能

本研究取用玉米秸稈，探究切割的刃口長度、單位刃口長與切割阻力關系。其中，f以及滑切系數tanτ的之間的關系，如表3、表4所示。

在實際中，可以根據本次優化的切碎機設計參數，確保切碎機的最大推擠角Vmax可以達到68°, 確保切碎機中回轉中心與定刀距之間高度達到90mm；并且，在切碎機中，確保切碎秸稈回轉中心距離喂入口最短達到150mm，保證切碎機的秸稈喂入口寬度達到380mm ,高度可以達到110mm。

表3 在應用切碎機切割玉米秸稈時的τ、q 關系

表4 tanτ與f 關系

4.3 試驗結果

試驗表明：優化設計2ZLF-500型輪刀式青貯飼料切碎機結構之后，提高了青貯飼料質量，提高20%飼草切碎機使用可靠性12%。輪刀式飼草切碎機代替人工切碎作業，提高了機械化程度及生產效率，節省了人力及時間，收到了較好的效益，如表5 所示。

表5 應用效益分析

在實際中，應用該切碎機，不僅有效節約能源，更加合理地利用農業作物的秸稈資源，也可以提高我國在飼草青貯方面的質量，提升其可靠性與利用率，可以極大地去降低傳統機器在回收農業作物秸稈資源方面的浪費，降低我國畜牧的養殖成本。

5 結論

優化設計了2ZLF-500型輪刀式青貯飼料切碎機結構，改進了切碎機工作部件結構與參數，對有效推廣應用青貯飼料技術，促進我國畜牧業的持續穩定發展具有重要價值。

[1] 齊自成,張進凱,邵長敏，等.中小型穗莖兼收玉米聯合收獲機的設計與試驗[J].中國農機化學報,2014,35(5):25-29.

[2] 張浩棟,朱永超,王娟，等.正交式香蕉莖葉疏解粉碎機設計與試驗[J].熱帶農業工程,2013,37(3):41-45.

[3] 劉聲春.圓盤刀輥式玉米收獲裝置設計及仿真研究[D].淄博：山東理工大學,2010.

[4] 程玉龍.稻麥區典型機械化耕種模式試驗與研究[D].北京：中國農業科學院,2015.

[5] 趙春武,高照峰,賈宇軍，等.小麥秸稈機械還田與機械插秧的集成應用[J].現代農機,2012(1):22-23.

[6] 劉華偉.舵輪式破茬免耕玉米播種機研究[D].淄博：山東理工大學,2011.

[7] 吳兆遷,牛曉華,才麗華，等.QDG1-30型秸稈枝丫切碎機試驗分析[J].林業機械與木工設備,2015(7):12-15.

[8] 牛曉華,吳兆遷,樊濤，等.FSY30型林木枝丫切碎機試驗分析[J].林業機械與木工設備,2011,39(12):16-18.

[9] 趙俊,李樹君,景全榮，等.基于單片機的樹枝粉碎機控制系統設計[J].農機化研究,2013,35(10):64-67.

[10] 李輝.QZ-4樹木切碎機的設計[C]//中國農業機械學會，2012:1-5.

[11] 楊文敏,孫松林,熊興耀，等.馬鈴薯覆草機的設計研究[J].農機化研究,2011,33(7):89-92.

[12] 劉偉峰,趙滿全,曹玉，等.鍘草機定刀形式分析及試驗研究[C]//中國農業機械學會，2012:44-47.

[13] 尹益文,全臘珍,鄒運梅，等.棉稈切碎還田裝置的設計與試驗[J].湖南農業大學學報：自然科學版,2016,42(1):108-112.

[14] 崔濤,劉佳,張東興，等.摘穗與秸稈粉碎復式作業機構設計與試驗[J].農業機械學報,2012,43(10):95-100.

[15] 李傳峰, 周嶺, 王紅飆,等. 2ZLF-500型輪刀式青貯飼料切碎機的設計[J]. 農機化研究, 2012, 34(8)：86-89,97.

[16] 張文斌. 基于安全性角度的農用青飼料切碎機改進設計[J].農機化研究, 2015，38(7):93-96.

The Structure and Experimental Study on Optimization Design of 2ZLF-500 Wheel Type Silage Cutter

Zhao Ya

(Henan Radio and Television University, Zhengzhou 453000,China)

This article aims to analysis of the composition and structure of 2ZLF-500 type wheel knife type silage chopper, and related experimental research. For the livestock industry in our country at present silage cutting operation, urgent need to optimize the design cutter structure, enhance the shredder application benefit, this analysis optimization design 2ZLF-500 round knife type silage cutting machine structure of demand, combined with experimental verification optimization 2ZLF-500 round knife type silage chopper structure after in actual application efficiency. Results after the test and research show that the optimization design 2ZLF-500 wheel knife type silage chopper structure after, improve the silage quality, increased by 20%, improve forage cutterhead with reliability, increased by 12% play practical benefits. Results show that the optimization design 2ZLF-500 round knife type silage cutter structure, improved shredding machine components of the structure and parameters, can effectively promote the application of silage technology, our country to promote the sustained and stable development of animal husbandry, play a positive meaning.

cutting machine; silage technology; round knife

2016-04-24

河南省軟科學重點項目(152400410173)

趙 婭(1968-)，女，河南鎮平人，副教授，碩士，(E-mail)freezyb@163.com。

S817.12+1

A

1003-188X(2017)05-0130-05