煙草打頂循環(huán)一體機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計

閆曉海，肖夢月

（濰坊理工學(xué)院，山東 濰坊 262500）

1 研究背景及意義

煙草種植是中國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中非常重要的一部分，每年都為中國帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。作為一種經(jīng)濟(jì)作物，煙草打頂期需要對植株進(jìn)行打頂,從而抑制頂端生長素使植株的縱向生長。煙草打頂作業(yè)主要以人工剪切，人工打頂存在植株參差不齊、效率低下以及葉片損傷等問題，嚴(yán)重影響煙葉的生產(chǎn)質(zhì)量。

現(xiàn)研制一種煙草打頂循環(huán)一體機(jī)，通過升降裝置改變打頂作業(yè)高度，研磨打頂產(chǎn)生的殘余，并將殘渣加工成殺蟲液、飼料、農(nóng)家肥等循環(huán)利用，減輕殘余物自然降解產(chǎn)生的病蟲害，避免了經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)了生態(tài)的有利結(jié)合。

2 煙草打頂循環(huán)一體機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

煙草打頂循環(huán)一體機(jī)主要由煙草打頂系統(tǒng)1、研磨系統(tǒng)2、過濾收集系統(tǒng)3、導(dǎo)流收集系統(tǒng)4和升降系統(tǒng)5等5個部分組成，見圖1。其中打頂系統(tǒng)通過割刀的旋轉(zhuǎn)將煙芽切下，實(shí)現(xiàn)打頂；隨之煙芽被傳送至收攏結(jié)構(gòu)，并通過傳送帶運(yùn)輸?shù)窖心ハ到y(tǒng)；研磨系統(tǒng)與打頂系統(tǒng)相連接，主要是針對打頂殘存的煙葉、煙桿研磨破碎進(jìn)行固液分離化；過濾收集系統(tǒng)將液態(tài)殘存物進(jìn)行過濾、收集，并通過后續(xù)發(fā)酵制作沼氣或殺蟲劑；導(dǎo)流收集系統(tǒng)主將固態(tài)的殘余物進(jìn)行收集；升降系統(tǒng)通過改變打頂機(jī)高度，改變打頂位置，保證打頂精確化。

圖1 碳、氮、磷化學(xué)計量學(xué)分析Fig.1 The stoichiometric analysis of carbon,nitrogen and phosphorus

圖1 煙草打頂循環(huán)一體機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)Fig.1 The overall structure of tobacco topping and circulation machine

3 煙草打頂循環(huán)一體機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 打頂系統(tǒng)

打頂系統(tǒng)主要由大刀盤2、鋸齒形刀片8、傳動軸1、凹型口3、螺母9、前收攏板5、彈簧6、擋板7、后收攏板4等9個部分組成，見圖2。其中大刀盤4、傳動軸1、螺母9共同組成切割器。凹型口3位于該機(jī)械的縱向最前端采用凹型體結(jié)構(gòu)，切割時可以對植株居中切入；大刀盤2安裝在傳動軸上，設(shè)計要求轉(zhuǎn)動靈活，切除的煙草頂部要均勻無刮痕。考慮到煙草植株的莖稈質(zhì)地較硬，選用鋸片形式的圓盤割刀。根據(jù)煙草植株的生長情況、打頂?shù)恼R性、工作的穩(wěn)定性等因素，采用水平旋轉(zhuǎn)切割[1]。

圖2 煙草打頂循環(huán)一體機(jī)打頂研磨系統(tǒng)Fig.2 The topping and grinding system of tobacco topping and circulating integrated machine

大刀盤2機(jī)身厚度為10 mm，中心孔半徑為25 mm。根據(jù)煙葉植株頂部的水平投影距離，回轉(zhuǎn)半徑設(shè)置為120 mm，可以有效地切割煙草莖稈。鋸齒形刀片8的滑切角為40°。刀片的刀刃上設(shè)計成鋸齒型，有利于切斷秸稈，提高切割效率。鋸齒型刀片8主要將大刀盤2切下的煙芽打碎，因此上面布滿了許多齒形刀刃。當(dāng)刃口沿材料切向滑移時，這些齒的齒端在切割材料纖維上一方面做向前的鋸齒切割運(yùn)動，另一方面做向下的鋸齒切割運(yùn)動，兩方面聯(lián)合作用，植株材料更容易被打碎[2]。

擋板7、彈簧6、前置收攏板5、后置收攏板4組成煙芽收攏裝置。煙草打頂后產(chǎn)生的殘存莖稈雜亂無序，通過收攏裝置，可以有效地將殘存煙稈規(guī)整，便于后續(xù)的研磨加工。

3.2 研磨系統(tǒng)

打頂后產(chǎn)生的殘存莖稈由傳送帶12傳送至粗研磨裝置，將其打碎成片狀煙草物料，再由傳送帶13傳送到精度研磨部分，在精度研磨裝置的加工下，片狀煙草物料進(jìn)一步被加工為顆粒狀，分離為殘渣和汁液，為循環(huán)再利用系統(tǒng)的工作做好初步準(zhǔn)備，見圖3。

傳送導(dǎo)流部分在整個研磨系統(tǒng)中起著非常關(guān)鍵的作用，主要包括粗研磨部分的傳送帶12、粗研磨與精度研磨之間的過渡傳送帶13、傳送帶14。粗研磨部分的傳送裝置可以連接打頂系統(tǒng)和精度研磨部分，利用自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，平穩(wěn)運(yùn)送打頂產(chǎn)生的葉片與莖稈，通過傳送帶下方支架上安裝的縱向齒形刀片11，對物料進(jìn)行初步的粗加工，為后面的工序做好充分的準(zhǔn)備。粗研磨部分由傳送帶12、支撐架10和縱向齒形刀片11三部分組成。縱向齒形刀片11固定在支撐架10上，便于控制旋刀的旋切方向。

精度研磨部分主要是由五個圓柱齒形刀片15、半封閉加壓蓋16。精度研磨部分是將將粗研磨后的塊狀煙草物料進(jìn)一步研磨成碎末狀殘渣并擠出煙草汁液的關(guān)鍵部分。通過多個圓柱齒輪刀片的切割，使物料得到充分的研磨，為后續(xù)的回收利用部分做好準(zhǔn)備。

3.3 過濾收集系統(tǒng)

液態(tài)殘存物過濾收集系統(tǒng)主要由粗過濾裝置17、精過濾裝置18、液態(tài)殘存物收集裝置19和液態(tài)殘存物導(dǎo)流管20四部分組成，見圖3。殘存物粗過濾裝置主要在精研磨系統(tǒng)的下方，一端通過焊接方式焊接在精研磨系統(tǒng)的下方，另一端采用傾斜焊接的方式與殘存物精過濾裝置構(gòu)成45度角；殘存物精過濾裝置在殘存物粗過濾裝置的下方，采用固定焊接方式焊接在殘存物收集盒的頂端；導(dǎo)流管位于液態(tài)殘存物收集盒的正下方。當(dāng)殘存物被研磨導(dǎo)出后經(jīng)過殘存物粗過濾裝置進(jìn)行粗過濾，將其中較大的葉片莖稈進(jìn)行篩選，而液態(tài)殘存物會經(jīng)過粗過濾的孔滴落到殘存物精過濾裝置上進(jìn)一步過濾，徹底將固態(tài)殘存物清除，剩下的液態(tài)殘存物會經(jīng)過液態(tài)殘存物收集盒繼而收集到液態(tài)殘存物收集箱中，對殘余液回收箱中的液體用于制造殺蟲劑。

圖3 煙草打頂循環(huán)一體機(jī)過濾收集導(dǎo)流系統(tǒng)Fig.3 The filtration,collection and diversion system of tobacco topping and circulation integrated machine

3.4 導(dǎo)流收集系統(tǒng)

導(dǎo)流收集系統(tǒng)包括導(dǎo)流板22、固態(tài)傳送帶21和收集箱23，見圖3。固態(tài)殘存物導(dǎo)流裝置在殘存物粗過濾裝置17的右方，通過焊接方式焊接在殘存物粗過濾裝置18的側(cè)壁上；固態(tài)殘存物收集盒在導(dǎo)流板22的右方，通過焊接方式焊接在導(dǎo)流板的側(cè)壁上；當(dāng)殘存物被研磨導(dǎo)出后經(jīng)過殘存物粗過濾裝置粗過濾，將其中過大的葉片進(jìn)行篩選，將固態(tài)殘存物會經(jīng)過殘存物粗過濾裝置17滑落到導(dǎo)流板上，隨后這些固態(tài)殘存物經(jīng)導(dǎo)流板經(jīng)過固態(tài)傳送帶22到固態(tài)殘存物收集箱23中。

打頂殘存物堆積在田間發(fā)酵過程中，會在殘存物中產(chǎn)生大量病蟲害，破壞煙草生長，降低煙草的質(zhì)量和產(chǎn)量，通過對殘存煙葉的收集和集中處理，實(shí)現(xiàn)循環(huán)再利用[3]。固態(tài)回收品可用作沼氣發(fā)酵或通過發(fā)酵處理后作為飼料。最終實(shí)現(xiàn)資源的再利用，提高資源利用率[4]。

4 結(jié)論

本文所設(shè)計的煙草打頂循環(huán)一體機(jī)，主要用于對團(tuán)棵期的植株進(jìn)行打頂，對于所產(chǎn)生的殘余物進(jìn)行固液化分離，對于固態(tài)的產(chǎn)物進(jìn)行循環(huán)再利用主要用于飼料和農(nóng)家肥，對于液態(tài)的殘余物用于殺蟲劑的生產(chǎn)。該機(jī)械有效的提高了煙草產(chǎn)量和葉片質(zhì)量，提高了作業(yè)效率，同時促進(jìn)煙草種植的良性發(fā)展。