秸稈撿拾壓塊機(jī)二次粉碎及輸送裝置的設(shè)計(jì)與分析

田可慶 孫明偉 張坤

摘要? ? 二次粉碎及輸送裝置是秸稈撿拾壓塊裝包機(jī)中的關(guān)鍵部件，為提高其工作效率，設(shè)計(jì)并仿真分析了二次粉碎及輸送裝置。結(jié)果表明，當(dāng)螺旋輸送軸轉(zhuǎn)速為120 r/min、計(jì)算頻率為0.32 Hz時(shí)能滿足一體機(jī)的設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞? ? 農(nóng)業(yè)機(jī)械;秸稈;壓捆機(jī)械;撿拾機(jī)構(gòu);錘爪式

中圖分類號(hào)? ? S225? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? ? A? ? ? ? 文章編號(hào)? ?1007-5739（2019）06-0127-02

我國玉米秸稈年產(chǎn)量約為2.4億t，其中一部分是以秸稈還田、生物質(zhì)發(fā)電及秸稈飼料化等方式加以利用，大部分秸稈直接置于田間地頭被焚燒廢棄，不僅造成秸稈資源的極大浪費(fèi)，而且對(duì)環(huán)境也有一定程度的污染。如何高效利用玉米秸稈是解決秸稈焚燒、減少因焚燒秸稈而造成環(huán)境污染的關(guān)鍵[1]。秸稈撿拾壓塊裝包一體機(jī)的螺旋輸送裝置是其關(guān)鍵技術(shù)，其性能直接影響整機(jī)工作的可靠性，現(xiàn)對(duì)該裝置的設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真分析，以提高機(jī)械的工作效率。

1? ? 總體結(jié)構(gòu)

秸稈撿拾壓塊裝包一體機(jī)由撿拾裝置、螺旋輸送裝置、二次粉碎及拋送裝置、壓捆（塊）裝置、出料裝包裝置及液壓系統(tǒng)等組成[2]，其總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。螺旋輸送裝置的功能是將撿拾粉碎后的絲狀秸稈沿軸向運(yùn)送到二次粉碎室，該裝置主要由螺旋滾筒和拋送風(fēng)機(jī)2部分組成。秸稈經(jīng)撿拾裝置切割撿拾后由推進(jìn)器喂入螺旋輸送裝置，在螺旋滾筒葉片的推動(dòng)下，初步粉碎的秸稈被推運(yùn)至二次粉碎室，二次粉碎后的秸稈在拋送風(fēng)機(jī)葉片高速旋轉(zhuǎn)作用下，將秸稈通過拋料筒拋到料斗，二次粉碎及拋送裝置的具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2? ? 二次粉碎及輸送裝置結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定

螺旋輸送裝置的輸送能力主要由螺旋直徑、扭矩、螺距以及轉(zhuǎn)速等參數(shù)決定，各參數(shù)的相互制約關(guān)系及其對(duì)輸送過程的影響詳述如下[3]。

2.1? ? 螺旋輸送裝置主要參數(shù)的確定

為保證工作安全可靠，螺旋葉片要具有一定的強(qiáng)度和剛度，同時(shí)要避免堵塞情況發(fā)生。螺旋葉片的螺距s與輸送物料的特性和螺旋葉片的外徑D有關(guān)，通常螺距采用標(biāo)準(zhǔn)序列，即s=（0.8～1.2）D[4]。根據(jù)秸稈的尺寸和種植密集程度，設(shè)計(jì)螺旋葉片外徑為270 mm，螺紋葉片深度為80 mm，取系數(shù)1，螺距s為270 mm[3]。

2.2? ?切碎刀參數(shù)的確定

在撿拾作業(yè)時(shí)，切碎刀的刀片產(chǎn)生滑切運(yùn)動(dòng)，刀片上切割點(diǎn)M的速度分析如圖3所示，Vt方向與刃線方向相同，砍切的速度Vn垂直于刃線方向[5]。

本設(shè)計(jì)的切碎刀選擇直刀片，具有滑切性能好、顆粒細(xì)小、產(chǎn)量高、能耗低的優(yōu)點(diǎn)。此外，通過適當(dāng)加大刀軸上動(dòng)刀的質(zhì)量進(jìn)而增大刀軸在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，以降低因秸稈切割時(shí)的阻力變化而導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)不平衡的變化浮動(dòng)，可以讓秸稈的切碎效果達(dá)到最優(yōu)。刀片的可工作寬度區(qū)域應(yīng)進(jìn)行淬火處理，硬度為47～56 HRC，不淬火的區(qū)域硬度為28 HRC，與動(dòng)刀刀口垂直的直線與動(dòng)刀刀口的表面之間的夾角為2°～4°。

2.3? ? 拋送筒高度的確定

切碎秸稈的拋送高度與拋送葉片的圓周速度有很大關(guān)系，拋送高度可用公式（1）進(jìn)行計(jì)算：

3? ? 物料輸送過程分析

3.1? ? 螺旋輸送滾筒力學(xué)分析

螺旋輸送滾筒動(dòng)力由發(fā)動(dòng)機(jī)通過帶輪、皮帶傳動(dòng)。為了便于分析，將螺旋葉片上的物料簡化為質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行研究，假設(shè)物料與物料之間不會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)[6]。物料在螺旋輸送器中主要受到重力、摩擦力及螺旋葉片的推力，其受力如圖4所示。

3.2? ? 螺旋輸送滾筒轉(zhuǎn)速的計(jì)算

螺旋輸送滾筒的轉(zhuǎn)速與喂入量密切相關(guān)，其計(jì)算公式如下：

3.3? ? 風(fēng)機(jī)葉片半徑的計(jì)算

位于螺旋軸末端的是風(fēng)機(jī)葉片，風(fēng)機(jī)主要負(fù)責(zé)將秸稈拋送到二級(jí)粉碎裝置。為了達(dá)到工作的效果，風(fēng)機(jī)葉片最大線速度應(yīng)達(dá)到3.5 m/s，設(shè)計(jì)計(jì)算風(fēng)機(jī)葉片的半徑R應(yīng)滿足公式（3）：

4? ? 螺旋輸送軸動(dòng)力學(xué)分析

螺旋輸送軸材料選用碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235，定義模型材料屬性，材料參數(shù)為材料密度7 850 kg/m3，泊松比0.3，彈性模量E=210 GPa[3]。添加約束與載荷，在軸兩端添加固定約束，在螺旋葉片上添加載荷，如圖5所示。

將螺旋輸送軸模型劃分為若干個(gè)四面體網(wǎng)格，網(wǎng)格劃分的大小直接影響到后續(xù)的計(jì)算速度與計(jì)算精度[8]。網(wǎng)格模型如圖6所示，應(yīng)力分析如圖7所示，位移分析結(jié)果如圖8所示。

5? ? 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)并分析了秸稈撿拾壓塊裝包一體機(jī)螺旋輸送裝置，結(jié)果表明，螺旋輸送軸葉片根部受到應(yīng)力最大[9-10]，葉片頂部變形位移最大，應(yīng)加強(qiáng)輸送軸葉片根部和頂部的強(qiáng)度[11-13]。

6? ? 參考文獻(xiàn)

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