秸稈飼料裝袋機的設計

甄軍 郭偉宏 史增錄 蔡睿 郭輝呂全貴

摘要：將秸稈回收加工成飼料是秸稈綜合利用的有效途徑之一。針對現有裝袋機存在的問題，設計一種可實現秸稈飼料壓縮的裝袋機。介紹該機的結構與工作原理，闡述關鍵部件的設計與計算分析，為秸稈飼料裝袋機的改進提供技術參考。

關鍵詞：秸稈；裝袋機；結構；原理；設計；計算

中圖分類號：S226.9 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2018）04-0021-03

我國是農業生產大國，也是秸稈生產大國。秸稈在我國主要用于生活燃料，同時也用于秸稈還田、飼料加工、能源材料等方面。我國秸稈處理的主要手段是露天焚燒，不僅造成大量資源浪費，而且造成環境污染，引發許多社會問題。隨著我國人口不斷增多和動物飼料日益減少矛盾的不斷擴大，將秸稈回收加工成飼料已成為農牧業發展的必然趨勢。秸稈在回收、存放及飼料加工的過程中需要進行裝袋處理，目前這一環節主要依賴人工完成，生產成本高、效率低，使秸稈回收再利用受到極大限制。為解決該問題，設計一種秸稈飼料裝袋機。

1 秸稈飼料裝袋機的結構與工作原理

1.1 總體結構

秸稈飼料裝袋機主要由機架、減速電機、電磁離合器、傳動機構、撥料機構、螺旋輸送機構、壓緊機構、卸料機構及其他部件組成，其總體結構如圖1所示。

1.2 工作原理

工作時，將飼料收集袋的袋口套在裝袋機的套筒上，秸稈飼料從進料口喂入進料箱，電動機通過皮帶驅動主軸旋轉，主軸與螺旋輸送機構之間用離合器聯接，以驅動螺旋輸送軸轉動，螺旋輸送軸帶動螺旋葉片轉動，同時主軸通過鏈條帶動撥叉軸轉動，撥叉軸帶動撥料齒轉動，進行秸稈物料的撥送。當離合器閉合時，主軸驅動螺旋絞龍在殼內作旋轉運動，秸稈飼料不斷地被推出，在氣動裝置的作用下袋內的秸稈飼料被擠壓至一定長度，離合器自鎖機構自動打開，螺旋絞龍停止送料，將卸料板壓下取出成品，然后更換套筒上的飼料收集袋，氣動裝置利用氣壓的調節恢復原位，離合器再次閉合，絞龍繼續工作，完成秸稈飼料裝袋的一個周期過程。

2 關鍵部件的設計

2.1 輸送裝置

秸稈飼料裝袋機的輸送裝置由方形軸套、料倉、撥叉、軸承座、套筒、螺旋輸送器等組成（如圖2所示）。輸送裝置的主要作用是使飼料從進料口經過撥叉攪拌堆積至螺旋推動器處，之后由螺旋推動器將飼料擠壓輸送至套筒前部完成裝袋工作。

2.2 壓緊裝置

壓緊裝置由擋板、托板、限位滑軌、氣缸等組成（如圖3所示），整個壓緊裝置由氣缸控制伸縮進程，氣動回路包括擋板、支撐桿、氣缸、儲氣瓶等（如圖4所示）。壓緊裝置的主要作用是在秸稈飼料被螺旋推送器推出后進行壓緊工作，使裝袋機達到質量要求。

2.3 機具主要技術參數

秸稈飼料裝袋機的主要技術參數見表1。

3 主要部件的計算與分析

3.1 進料箱容積

進料箱的容積影響裝袋性能。裝袋前秸稈容重為180 kg/m3，裝袋后容重為400 kg/m3，裝一袋所需秸稈質量為30 kg，根據農業機械設計手冊料倉中物料質量需滿足下列公式：

m料倉=1.5m袋 （1）

式中：m料倉為料倉中可裝物料質量，kg；m袋為袋中可裝物料質量，kg。

計算可得：m料倉=45（kg）。

進料箱的體積為：

v=m料倉/ρ （2）

式中：v為進料箱的體積；ρ為料倉中物料密度。

計算可得：v=0.25（m3）。

3.2 螺旋輸送裝置參數

當螺旋片圓周速度小于0.80 m/s時，殼槽的上部是敞開的，輸送器傾角一般不大于20 °。

根據農業機械設計手冊可知以下數據：螺旋外徑D為200～400 mm；螺旋厚度δ為1～3 mm；螺旋轉速n為60～400 r/min；螺距S為（0.8～1.0）D；螺旋軸直徑d為20～80 mm；徑向間隙λ為8～10 mm；充滿系數ψ為0.3～0.4。

3.2.1 螺旋輸送器的生產率 螺旋輸送器的生產率按下列公式計算：

Q=■×60ψSnrc （3）

式中：Q為螺旋輸送器的生產率；D為螺旋外徑，取374 mm；n為螺旋轉速，取200 r/min；S為螺距，取300 mm；d為螺旋軸直徑，取80 mm；λ為徑向間隙，取8 mm；c為傾斜輸送系數，取1；r為被輸送物料容重，取0.4 t/m3；ψ為充滿系數，取0.4。

計算可得：Q=2.11（t/h）。

3.2.2 螺旋輸送器的輸送功率 螺旋輸送器在工作過程中受到物料與槽間的摩擦消耗功率、物料與葉片間的摩擦消耗功率、空軸軸承處摩擦消耗功率、傾斜輸送功率、軸承摩擦功率，以及物料顆粒間的相對功率。其所需總功率按下列公式計算：

N總=■[KK0（N1+N2+N4）+N3+N5）] （4）

式中：K取1.6；K0取3；N1為物料與槽間的摩擦消耗功率；N2為物料與葉片間的摩擦消耗功率；N3為空軸軸承處摩擦消耗功率；N4為傾斜輸送功率；N5為軸承摩擦功率。

計算可得：N總=0.45（kW）。

3.3 氣動裝置

氣動已知條件：活塞桿伸長量為600 mm，運動速度為0.35 m/s，工作壓力為0.1 MPa，氣缸缸徑為100 mm。氣缸推力按下列公式計算：

FT=（0.65-0.40）D2P×106 （5）

式中：FT為氣缸推力；D為氣缸缸徑，取0.1 m；P為氣缸工作壓力，取0.1 MPa。

計算可得FT=650（N）。

4 結論

該秸稈飼料裝袋機采用離合器控制螺旋推送器的工作與停止，使螺旋推送器有工作間歇，提高了螺旋輸送器的使用壽命與效率；采用氣動壓緊，比現有裝袋機裝

袋質量更好，物料不再松散，節約了成本；采用撥叉攪拌物料，防止物料架空，避免在螺旋輸送器形成空隙，造成無意義的浪費。

參考文獻

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