拋送喂料式秸稈打捆機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

劉慶剛，王朝陽(yáng)，許 智,2，于新奇，李洪濤

（1.河北科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，石家莊 050018；2.河北省特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，石家莊 050001）

0 引言

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，能源問(wèn)題日漸突出[1,2]。生物質(zhì)能作為一種廣泛分布的可再生能源，越來(lái)越受到人們的重視[3～5]。生物質(zhì)能的主要來(lái)源是農(nóng)作物秸稈，然而，農(nóng)作物秸稈由于其自身的特點(diǎn)，難以運(yùn)輸和儲(chǔ)藏，為此人們?cè)O(shè)計(jì)了一系列的生物質(zhì)秸稈回收利用裝置，其中最為關(guān)鍵的設(shè)備就是秸稈打捆機(jī)[6～8]。

秸稈打捆機(jī)是一種用于將生物質(zhì)秸稈進(jìn)行收集、破碎、壓縮、捆扎的設(shè)備，經(jīng)秸稈打捆機(jī)處理以后的生物質(zhì)秸稈體積大大縮減，可以方便進(jìn)行運(yùn)輸、儲(chǔ)存和應(yīng)用。目前，秸稈打捆機(jī)的研究與開(kāi)發(fā)是生物質(zhì)能源利用領(lǐng)域的一個(gè)重要課題，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)采用柔性撿拾機(jī)構(gòu)和風(fēng)機(jī)輸送物料的新型秸稈打捆機(jī)，對(duì)于促進(jìn)生物質(zhì)能源的回收利用具有一定的意義。

1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的秸稈打捆機(jī)主要由甩刀撿拾機(jī)構(gòu)、風(fēng)機(jī)拋送喂料機(jī)構(gòu)、滑塊式壓縮機(jī)構(gòu)和打結(jié)機(jī)構(gòu)等四部分組成，如圖1所示。其最主要的特點(diǎn)在于采用了柔性撿拾、粉碎機(jī)構(gòu)和風(fēng)機(jī)拋送機(jī)構(gòu)兩個(gè)方面。相對(duì)于傳統(tǒng)的秸稈回收裝置，這種拋送喂料式秸稈打捆機(jī)具有撿拾機(jī)構(gòu)不易損壞、喂料機(jī)構(gòu)不易阻塞兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

本文所設(shè)計(jì)的打捆機(jī)需要一臺(tái)拖拉機(jī)牽引工作，并為打捆機(jī)提供動(dòng)力。其主要傳動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 拋送喂料式秸稈打捆機(jī)結(jié)構(gòu)圖

圖2 傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

如圖2所示，變速機(jī)箱2的作用是將拖拉機(jī)主軸輸出轉(zhuǎn)速降低到合適數(shù)值，然后分別用于驅(qū)動(dòng)橫向和縱向兩個(gè)傳動(dòng)鏈。橫向傳動(dòng)鏈主要包括撿拾機(jī)構(gòu)的甩刀軸、喂料機(jī)構(gòu)的絞龍軸以及用于提供輸送動(dòng)力的拋送葉片。縱向傳動(dòng)鏈包括第二皮帶傳送機(jī)構(gòu)3、減速箱4、齒輪機(jī)構(gòu)9、第一鏈傳動(dòng)6、第二鏈傳動(dòng)8，主要用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)構(gòu)壓塊的往復(fù)運(yùn)動(dòng)和打捆機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。

在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下，甩刀軸帶動(dòng)Y型甩刀轉(zhuǎn)動(dòng)，將秸稈收入打捆機(jī)，依靠甩刀的高速運(yùn)動(dòng)將進(jìn)入撿拾機(jī)構(gòu)生物秸稈破碎，并推送至喂料機(jī)構(gòu)的集料箱之中。集料箱主要用于收集、緩沖破碎的生物秸稈，進(jìn)入集料箱的生物質(zhì)秸稈依靠絞龍和推送葉片進(jìn)入拋送裝置，拋送裝置的主要零部件是一個(gè)拋送葉片，拋送葉片一方面將由絞龍和輸送葉片運(yùn)送的生物質(zhì)秸稈物料拋入喂料筒，另一方面，高速旋轉(zhuǎn)的葉片驅(qū)動(dòng)空氣推動(dòng)喂料筒中的生物質(zhì)秸稈物料進(jìn)入壓縮室。在壓縮室內(nèi)，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)將生物質(zhì)秸稈物料壓縮成尺寸合適的方形捆，經(jīng)打結(jié)機(jī)構(gòu)打結(jié)以后送出打捆機(jī)。

2 撿拾機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的打捆機(jī)一般采用固定式撿拾機(jī)構(gòu)，撿拾機(jī)構(gòu)剛性較大，容易阻塞，過(guò)載時(shí)容易折斷。本設(shè)計(jì)采用柔性撿拾機(jī)構(gòu)，主要用于撿拾和破碎的Y型甩刀與甩刀軸之間柔性連接，不易發(fā)生阻塞，過(guò)載時(shí)也不易折斷。此外，Y型甩刀還可以起到破碎物料的作用，不用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)破碎機(jī)構(gòu)。

本設(shè)計(jì)采用Y型甩刀式撿拾機(jī)構(gòu)，主要由Y型甩刀、導(dǎo)向板、側(cè)立板、皮帶輪機(jī)構(gòu)和橫向傳動(dòng)軸等組成，如圖3所示。

圖3 甩刀式撿拾機(jī)構(gòu)

這種撿拾結(jié)構(gòu)主要依靠Y型甩刀的高速運(yùn)動(dòng)撿拾、破碎和輸送物料，因此Y型甩刀的幾何形狀和在甩刀軸上的布置方式至關(guān)重要。布置過(guò)于稀疏，撿拾和破碎效果不佳；布置過(guò)于密集，物料破碎后過(guò)于細(xì)小，難以打結(jié)，且功率消耗急劇增加。因此，針對(duì)不同的秸稈性質(zhì)，應(yīng)該設(shè)計(jì)不同形式的甩刀，采用不同的甩刀布置形式。

3 喂料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的喂料機(jī)構(gòu)一般采用撥叉、絞龍或者兩者的組合結(jié)構(gòu)，其主要缺點(diǎn)在于對(duì)結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)配合精度要求較高，當(dāng)物料量過(guò)大時(shí)容易發(fā)生阻塞。本設(shè)計(jì)采用一種拋送喂料裝置，其設(shè)計(jì)理念參考了秸稈粉碎機(jī)的拋出裝置。如圖4所示，主要包括絞龍、導(dǎo)向板、喂料筒、喂料風(fēng)機(jī)、集料箱五部分。

圖4 風(fēng)機(jī)拋送式喂料機(jī)構(gòu)

如圖4所示，絞龍和導(dǎo)向板主要用于物料的水平輸送，物料的垂直輸送主要依靠喂料風(fēng)機(jī)的葉片拋送和風(fēng)壓完成。由于設(shè)置了集料箱，物料的輸送速度可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，有效防止了物料阻塞發(fā)生。另一方面，由于采用了拋送喂料裝置，喂料筒內(nèi)空間較大，也有可以有效預(yù)防阻塞發(fā)生。

4 壓縮打結(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

壓縮和打捆機(jī)構(gòu)對(duì)于設(shè)備整體至關(guān)重要，如果壓縮不實(shí)或者打捆不牢，容易發(fā)生散捆造成運(yùn)輸困難。此外，壓縮機(jī)構(gòu)和打結(jié)結(jié)構(gòu)的聯(lián)動(dòng)也是壓縮和打捆機(jī)構(gòu)要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。

如圖5所示，本設(shè)計(jì)采用技術(shù)相對(duì)成熟的曲柄連桿推動(dòng)壓縮滑塊的壓縮方式。壓縮和打捆機(jī)構(gòu)主要由壓捆室、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、壓縮塊和打結(jié)機(jī)構(gòu)等組成。進(jìn)入壓縮室的物料在壓縮塊的推動(dòng)下逐漸被壓縮，當(dāng)達(dá)到預(yù)定的壓縮力和壓塊尺寸時(shí)，打結(jié)結(jié)構(gòu)開(kāi)始工作，打結(jié)針穿線，打捆，完成壓縮打捆工作。

圖5 壓縮打捆機(jī)構(gòu)

壓縮塊結(jié)構(gòu)由壓縮塊1和擋料板2組成，如圖6所示。當(dāng)壓縮塊向前滑動(dòng)壓縮過(guò)程中，擋料板緊隨壓縮塊滑動(dòng)，阻擋秸稈碎料從喂料筒進(jìn)入壓縮塊后部的壓捆室。

圖6 壓縮結(jié)構(gòu)

5 結(jié)論

本文針對(duì)傳動(dòng)打捆機(jī)中，撿拾和喂料機(jī)構(gòu)容易發(fā)生阻塞的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種撿拾甩刀與甩刀軸柔性連接的撿拾機(jī)構(gòu)，操作彈性大，不易阻塞和折斷；同時(shí)改進(jìn)了物料的垂直輸送方式，引入了拋送風(fēng)機(jī)，采用拋送葉片的離心力和風(fēng)壓完成物料的垂直輸送工作，克服了載荷過(guò)大時(shí)喂料箱容易發(fā)生阻塞的缺點(diǎn)。

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