大型粗饲料粉碎机的研制

1、2011年6月 农机化研究 第6期大型粗饲料粉碎机的研制张海琨(1.东北农业大学工程学院,哈尔滨150030;1,2,贾富国2.黑龙江省畜牧机械化研究所,黑龙江齐齐哈尔 161005)摘 要:针对我国牧草和秸秆资源丰富,而粗饲料粉碎机械发展滞后,严重影响草粉与秸秆粉产业化发展的问题,设计研发了93FC50 60型粗饲料粉碎机。该机采用两变径粉碎室,配合斜齿板导向,破坏环流,多组定刀增加剪切作用,可完成秸秆和牧草粉碎、排风和收集作业。该粗饲料粉碎机主要由喂料机构、粉碎机构、风送机构和收集机构组成。试验结果表明:其机粉碎加工含水率在14%以下的干秸秆和牧草,粉碎效果符合设计要求,该设备结构设计合理

2、,操作方便,为我国牧草和秸秆资源的有效利用提供了技术支持。关键词:粉碎机;粗饲料;有筛粉碎室;无筛粉碎室中图分类号:S817.12+2 文献标识码:A文章编号:1003-188X(2011)06-0102-030 引言我国粗饲料资源十分丰富。近年来,随着对秸秆粉和草粉用途研究的不断加深,草粉和秸秆粉逐渐走向了专业化与集约化生产。作为其中主要环节,市场对于大型、高效的粗饲料粉碎机械的需求也越来越迫切。目前,市场上粗饲料粉碎机械主要是以铡草机结构机型为主,动力消耗大,加工质量低。为此,研究开发了一种新型粗饲料粉碎机。该机设计有两个粉碎室,经粗粉后过筛,再细粉。该机具有结构新颖、动力消耗小和粉碎质量

3、高的特点。经过几年的研究和试验表明,该机完全满足粗饲料粉碎的要求。物体分子间内聚力的外力主要有两个:一是冲击力(锤片的冲击);二是冲切力(锤片、齿板、定刀与筛片对物体或者物体相互间发生剪切、搓擦和摩擦作用)。通常情况下,对于牧草和作物秸秆等韧性大的物料来说,冲击力只能使物料产生运动而不至于破碎,只有冲切力才能使物体破碎。另外,对于锤片式粉碎机来说,其最大的缺点通常是排粉效率低于粉碎效率,特别是使用孔径小的筛片时,情况更为严重。研究证明,排粉过程中物料不能及时排出而做的无用功可占总功率的80%,其大部分以热能损失。根据上述牧草及作物秸秆的粉碎特性,在设计饲草粉碎机时,将以下两点作为设计的重要原则

4、:1)粉碎机的结构有利于物料摩擦、搓擦以及剪切粉碎;2)有利于排粉和提高排粉能力。从以上两点考虑,该粉碎机采用了不同于国内外现有饲草粉碎的结构形式,即采用了把具有不同转子直径的无筛粉碎室和有筛粉碎室有机结合为一体的双粉碎的结构方案。这种结构较目前使用的单粉碎室结构更有利于牧草与秸秆等粗饲料的粉碎。根据 . . ! #研究的结果表明,带风机比不带风机的粉碎机生产率约高15%20%。本机设置了风机用于筛下吸料和输送物料。1 设计方案的确定牧草和农作物秸秆质量轻,体积大,含有大量粗纤维,韧性大。谷物等脆性物料主要是以冲击粉碎为主,牧草秸秆等韧性较大的物料主要通过摩擦和搓擦作用进行粉碎。牧草等粗饲料的

5、纵向拉力远大于横向拉力。通过对苜蓿草的拉力试验表明,其纵向拉力大于横向拉力50500倍。这说明,牧草等茎秆类饲料易于横向破碎,也就是易于搓擦和剪切破碎。粉碎过程就是外力克服物体分子间内聚力而使物体体积由大变小、表面积由小变大的破碎。破坏收稿日期:2010-09-092 总体结构及主要技术参数2.1 总体结构及工作原理93FC50-60型粗饲料粉碎机(如图1所示)主要由喂入机构(1)、无筛粉碎室(3)、有筛粉碎室(7)、风基金项目:农业部科技成果转化资金项目(2006GB2B200082)作者简介:张海琨(1974-),男,黑龙江齐齐哈尔人,高级工程师,研究生,(E-mail)zxx200003

6、09。通讯作者:贾富国(1965-),男,哈尔滨人,教授,博士生导师,(E-mail)jfg204。2011年6月 农机化研究 第6期无筛粉碎室宽度B1:转子直径和粉碎室的宽度决定了粉碎室容积的大小,其大小应与生产率相适应,并考虑到在无筛粉碎室里进行饲草的粗粉碎,饲草体积大,故无筛粉碎室的宽度B1比有筛粉碎室的宽度B2选取要大。有筛粉碎室宽度B2:它的大小决定筛片的面积,也就决定有效筛理面积。经过试验确定为B2=253mm,B=B1+B2=633mm。本机的D/B=(D1+D2)/2=0.87,符合实际要B机部装(5)和旋风聚料筒(6)等机构组成。牧草由人工放入喂入槽中,由输送链带入,经喂入辊

7、碾压后,在无筛粉碎室,经锤片、定刀和齿板剪切摩擦后进入有筛粉碎室,经粉碎后由风机带出,然后经旋风聚料筒卸风后收集。求。对于粉碎牧草和作物秸秆的饲草粉碎机,应适当的选取大的B值。3.3 锤片密度系数与排列方式锤片的数量对粉碎效率和粗细度有明显的影响,1.喂入机构 2.齿板 3.无筛粉碎室 4.转子部装 5.风机部装6.旋风聚料筒 7.有筛粉碎室图1 总体结构图通过对国内外相关的饲草粉碎机的分析对照后确定的。无筛粉碎室锤片数量:Z1=24片( 型)排列形式:因设有定刀,故采用对称排列,锤片与定刀间隙为9mm,外边缘锤片与粉碎室侧壁间隙 外=23mm,内边缘锤片与隔板间隙 内=11mm。锤片数量:Z

8、2=28片( 型)排列形式:采用对称交错排列,有利于锤片抓取物料,增强物料与筛片之间的搓擦。在无筛粉碎室下壳体上安装有3块左斜齿板和2块右斜齿板,在上壳体上安装有7块较大齿形的横齿板(齿顶线与转子轴线平行)。左右斜齿板的齿形高度在锤片旋转方向上是从小到大变化的,沟槽是从宽到窄变化的,且所有的齿与锤片旋转平面左斜或右斜一个角度,其正切值小于物料对齿板的摩擦系数,即倾斜角 为30 ,故这种齿板称为变高斜度齿板。它可以促使物料在锤片的打击摩擦下,在粉碎室壳体内周围上做 Z 形运动,并在运动过程中不断被翻动,从而有利于物料剪切和搓擦粉碎,而且还可以自动清理进入沟槽中的细碎物料,使齿板沟槽不至于被粉封堵

9、死。为了提高对物料的搓擦和摩擦作用,在上壳的体内圆周上全部安装了较大齿形的横齿板。2.2 主要技术参数配套动力/kW:主机动力30输送动力1.1无筛粉碎室转子直径D1/mm:500有筛粉碎室转子直径D2/mm:600无筛粉碎室转子宽度B1/mm:380有筛粉碎室转子宽度B2/mm:2533 主要工作部件的设计与确定3.1 锤片线速度与主轴转数转子直径D是粉碎机的主要结构参数,与生产率有很大的关系。本机生产率设计值较高,因此采用较大的转子直径,并且为了降低功耗,将无筛粉碎室和有筛粉碎室的转子采用不同的直径,即无筛粉碎室转子直径D1=500mm,有筛粉碎室转子直径D2=600mm。2011年6月

10、3.5 喂入机构农机化研究 第6期n喂=203r/min。3.6 风机的设计与计算本机的风机采用与转子主轴同轴结构,设计生产率为1000kg/h。设计计算风机时,其输送能力应大于设计生产率,取1600kg/h。空气消耗能量为Q气=Q物3=1332m/h3.6 气喂入的草层厚度是根据喂入速度(喂入辊的线速度)由人控制的。喂入辊的线速度是根据辊式为喂入部件(包括输送辊)的工作准确和可靠性为前提而确定的。线速度过低,粉碎散干牧草时碎草易于从两辊之间掉落。本机喂入部件的线速度是通过试验而确定的。下喂入辊的线速度确定为V=1.45m/s,转速式中 G物 输送物料量;混合比,取 =G物/G气; 气 空气比

11、重。经计算得G气=1332m/h。4 性能试验本试验的主要目的是测定锤片不同线速度时样机的生产率和度电产量。由部件试验和相关资料得知锤片的线速度以无筛7080m/s、有筛8595m/s为宜,故只做了两组对照试验,见表1所示。试验用筛孔为 4mm,试验用苜蓿草为完全成熟的、打完草籽后的、无叶无籽的苜蓿草茎秆(基本木质化)。表1 93FC50-60型饲草粉碎机实验数据转子线速度/m s-177.2(无筛)92.6(有筛)70.9(无筛)85.1(有筛)试验物料含水率/%12.5电源电压/V380转子空转转数/r min-12950空载功率/kW0.65(喂入电机)10.62(转子电机)0.68(喂

12、入电机)8.60(转子电机)负载功率/kW0.68(喂入电机)33.4(转子电机)0.68(喂入电机)31.97(转子电机)生产率/kg h-11192度电产量/kg (kW h)-135苜蓿草茎秆5 结论1)试验结果说明,该机总体设计方案可行,加工草粉生产率和度电产量较高。2)转子锤片线速度在70.985.1m/s时,电机空转功耗和负载功耗均明显低于前者,生产率和度电产量较高。参考文献:1 陈志,华国柱.农业机械设计手册K.北京:中国农业科学教育出版社,2007.2 王万钧,胡中.实用农业机械设计手册K.北京:中国农业机械出版社,1985.3 陶丹丹,李爱华.9RFQ30-50型切粉揉多用饲

13、料加工机设计J.农机化研究,2003(1):102-103.4 贾洪雷,马成林.曲面直刃刀切碎与抛送变量的研究J.农业机械学报,2002(2):41-43.5 于晓波,张凤菊.秸秆铡切机的设计J.农机化研究,2003(2):142-143.(下转第110页)2011年6月 农机化研究 第6期CharactersandEffectsofSoilLiquidLimitandShearStrengthinPurpleHilly-mountainousRegionHuaKeke,WeiChaofu,RenZhenjiangsourcesandEnvironment,SouthwestUniversit

14、y,Chongqing400715,China)Keywords:purplesoi;lliquidandplasticlimit;shearstrength;liquidindex(上接第104页)AbstractID:1003-188X(2011)06-0102-EAa,ba,ba,b(a.KeyLaboratoryofEco-environmentsinThreeGorgesReservoirRegion(MinistryofEducation);b.CollegeofReDevelopmentonLarge-scaleFodderGrinderZhangHaikun,JiaFuguoM

15、echanizationofHeilongjiangProvince,Qiqihar161005,China)Abstract:Inviewoftheabundantofforagegrassandstrawstalkinourcountry,whiletheslowdevelopmentofcoarsefoddercrushingmachines,seriouslyaffectedthedevelopmentofforagegrassandstrawstalkpowdergotoindustrialdevelopment,sodesignedthe93FC50-60-typecoarsefo

16、ddergrinder.Usingtwoadjustablegrindingchambers,withthehelicaltoothboardoriented,destroythecirculation,increasemanygroupsfixedknivesinordertomultipleshearac tionandadditionofstrawstalkandforagegrasssmashing,ventilation,collectionoperations.Thecoarsefoddergrinderiscomposedmainlybyfeedinginstitutions,smashingbodies,winddeliveryandcollectionagencies.Thetestresultsshowedthat:smashingdrystrawstalkandforagegrassthatmoisturecontentbelow14%,thesmashingresultmeetsthedesignrequirements,thedevice sstructuraldesignisreasonable,easytooperate,whichhasprovi