我國(guó)農(nóng)作物秸稈數(shù)量大、種類多、分布廣，每年秸稈產(chǎn)量7億噸左右。而大部分生物質(zhì)原料在開發(fā)利用前期都需要進(jìn)行粉碎加工處理，以便進(jìn)一步加工利用。粉碎機(jī)的研制在國(guó)內(nèi)外已有幾十年的歷史，主要集中在飼料粉碎和農(nóng)作物秸稈切碎等方面，粉碎機(jī)具種類與粉碎方式也多種多樣，但是現(xiàn)有的粉碎設(shè)備在產(chǎn)量、能耗以及機(jī)具的壽命和操作安全性等方面還有許多不完善的地方，不能很好地滿足各類生物質(zhì)粉碎作業(yè)的要求。為了解決提高生產(chǎn)率、降低能耗和對(duì)多種物料的適應(yīng)性等問題，確定從揉切工作部件、機(jī)器喂入方式和尺寸等方面進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)一款集成了切碎和揉搓粉碎為一體的秸稈粉碎機(jī)。
1、9FR-66型秸稈粉碎機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和原理
1.1基本結(jié)構(gòu)
秸稈粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。主要由機(jī)架、錘片轉(zhuǎn)子總成、切碎器部件、進(jìn)料機(jī)構(gòu)、輸送裝置、主軸及傳動(dòng)系統(tǒng)等組成。
1.2工作原理
粉碎機(jī)的工作原理是：電動(dòng)機(jī)通過皮帶輪將動(dòng)力傳遞到主軸4上，帶動(dòng)粉碎錘片組件6和切碎動(dòng)刀架8在箱體內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，進(jìn)料口處的物料借助于進(jìn)料機(jī)構(gòu)10的強(qiáng)制拉動(dòng)作用，以及粉碎機(jī)尾部的風(fēng)機(jī)l的共同作用不斷地進(jìn)入粉碎室進(jìn)行切碎、錘片粉碎、篩片13不斷地進(jìn)行篩分，較小較輊的物料脫離高速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道通過篩片13進(jìn)入出料口，而較大較重的物料則繼續(xù)留在粉碎室內(nèi)被粉碎。
2、主要技術(shù)參數(shù)的確定
2.1喂入機(jī)構(gòu)參數(shù)的確定
秸稈粉碎機(jī)喂入裝置的功用，是將秸稈以一定的速度向切碎裝置送進(jìn)，并夾持住物料以利切斷，為了保證切整齊，要求喂料過程中秸稈層無相對(duì)滑動(dòng)，并在物料厚度變化時(shí)，保證夾緊物料。喂入裝置由輸送部分、上下喂人輥、喂人輥壓緊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等組成。設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)本機(jī)具的特點(diǎn)，將上下喂人輥設(shè)計(jì)成帶有溝槽的型式，以加大喂入輥對(duì)物料的抓取能力，對(duì)喂人輥的轉(zhuǎn)速、直徑、溝槽深度等參數(shù)進(jìn)行了精心選擇。
(1)喂入口大小的確定。喂入口的大小在一定程度上決定生產(chǎn)率的大小，取喂入口大小，a =200mm，b=75mm。
(2)進(jìn)料輥?zhàn)又睆降脑O(shè)計(jì)。喂入輥直徑越小，喂入傳動(dòng)比也就越小，機(jī)器結(jié)構(gòu)也就越緊湊。但當(dāng)直徑過小時(shí)，將產(chǎn)生打滑、纏繞，甚至不能輸送物料。因此，喂人輥?zhàn)钚“霃降拇_定應(yīng)以能輸送物料為前提。根據(jù)喂人輥工作過程分析，得出喂入輥半徑為：
r=（a-h）/2（1-cos2a）
式中：h為被壓縮后物料層厚度（h =20mm）；μ為物料層通過喂人輥時(shí)的壓縮系數(shù)(0.3～0.7)，本機(jī)取0.35；物料層與輥的摩擦角(160～320)，本機(jī)取30°；A-喂入帶上物料層厚度，A=h/μ=57mm。則喂入輥?zhàn)拥闹睆紻=75mm。
(3)壓緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。本機(jī)采用張力彈簧式加壓機(jī)構(gòu)，如圖3所示。
上喂入輥對(duì)物料有一定的壓力，該壓力隨著物料厚度的增加而增加，當(dāng)物料厚度超過一定值時(shí)，上喂入輥的張力彈簧被頂起。這樣保證了喂人輥軸的平行度，降低功耗，減少磨損，延長(zhǎng)機(jī)器的使用壽命。
2.2切碎器參數(shù)的確定
切碎器是秸稈粉碎機(jī)的重要工作部件之一。它的參數(shù)設(shè)計(jì)是否合理，對(duì)切碎質(zhì)量、功率消耗以及機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)情況均勻程度有直接影響。
(1)切碎方式的選擇。根據(jù)試驗(yàn)，主軸轉(zhuǎn)速900～1450r/min時(shí)，各種類型刀刃切碎物料時(shí)的生產(chǎn)率增加是不同的，直刃刀增加較快閣。所以本機(jī)設(shè)計(jì)選用直刃刀切碎。
(2)刀盤大小確定。喂人口的尺寸為a=200mm，b=75mm，喂入口內(nèi)側(cè)對(duì)回轉(zhuǎn)中心的水平距離（側(cè)距）c為110mm，則：刀盤直徑為660mm，
(3)動(dòng)、定刀組件。切碎刀盤是粉碎機(jī)工作的主要部件之一，其上安裝4把刀片，動(dòng)刀片末端的線速度必須同時(shí)滿足加工質(zhì)量和生產(chǎn)率的要求，其值一般在38～80m/s范圍內(nèi)。本機(jī)設(shè)計(jì)取為42m/s。動(dòng)、定刀間隙在很大程度上決定了切料是否順利以及生產(chǎn)率的大小，該間隙不宜太大，亦不宜太小，間隙以2～3mm左右為宜。
切碎長(zhǎng)度計(jì)算。切碎長(zhǎng)度是切碎機(jī)主要性能指標(biāo)之一，機(jī)器工作時(shí)，秸稈被喂人輥卷入切碎機(jī)構(gòu)的速度v=nπD/60 (m/s)，切碎器每秒切碎次數(shù)kn/60，則理論的切碎長(zhǎng)度：
L=V/Kn1/60
式中：k為動(dòng)刀片數(shù)(k=4)；i為切碎器主軸與喂入轉(zhuǎn)速之傳動(dòng)比(i=2.945)；D-喂人輥直徑(D=75mm)；e為打滑系數(shù)，一般取e=0.05～0.07。則切碎長(zhǎng)度z=D =20mm。
2.3揉搓部件的參數(shù)確定
(1)錘片組件。錘片是該粉碎機(jī)最主要的，也是最易磨損的工作部件，錘片組件借助銷軸連接在錘片架上。其形狀和材質(zhì)以及加工工藝對(duì)粉碎效率和工作質(zhì)量均有影響。該設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是在矩形錘片的一端增加了四片小錘片，增加了錘片對(duì)物料的打擊，提高了粉碎效率。而影響打擊和粉碎次數(shù)的主要因素是錘片的數(shù)量、錘片末端的線速度、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)數(shù)相錘片外端面到揉搓室內(nèi)壁間的間隙大小。本機(jī)設(shè)計(jì)錘片的工作直徑為0.66m，錘片末端的線速度為42m/s。
(2)主軸轉(zhuǎn)速。由公式v=nπD/60*1000，計(jì)算n=1215r/min。
(3)粉碎室寬度的確定。粉碎室寬度B與其轉(zhuǎn)子直徑D之積可以參照粉碎機(jī)的經(jīng)驗(yàn)公式求得：
B·D=K2*N/V
式中：B為粉碎室寬度(mm)；D為轉(zhuǎn)子直徑，660mm；V為錘片末端線速度(v=42m/s)；K為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取K產(chǎn)0.55～0,75，本文取0.65；N-配套動(dòng)力為17kW。經(jīng)計(jì)算得：B=400mm。
(4)錘片數(shù)目。參考錘片式飼料粉碎機(jī)，該機(jī)錘片數(shù)目Z由下式確定：
z=k1B/e
式中：B為揉搓室寬度（400mm）；e為錘片厚度(5mm)；k為錘片配置鏹度系數(shù)（k1=0.28～0.42）；通過上式計(jì)算得z=22～34。該機(jī)設(shè)計(jì)為24把錘片，分4組按螺旋式安裝在錘片架的4根銷軸上。
(5)齒條的設(shè)計(jì)。齒條在揉搓過程中輔助錘片增加了打擊效果，它對(duì)沿軸向移動(dòng)的秸稈起到了一定的支承和阻流作用。支承作用使錘片對(duì)秸稈的打擊由無支承狀態(tài)變?yōu)橛兄С袪顟B(tài)，有利于錘片將物料打成碎片；阻流作用使秸稈沿軸向運(yùn)動(dòng)呈波動(dòng)狀態(tài)，有利于秸稈揉成絲狀。耳前很多粉碎機(jī)和揉搓機(jī)具上采用了鑄鐵或厚鋼板制成的整體式齒板，揉搓效果較好。齒條的高度、排列密度和方向是影響齒條作用的主要參數(shù)。本機(jī)設(shè)計(jì)選取齒條高度在15mm．排列方向上采用與錘片螺旋相同的方向四。
(6)錘齒間隙。錘片外端面到粉碎室內(nèi)壁間的間隙影響加工物料的合格率。間隙過大，物料在加工室內(nèi)做環(huán)流運(yùn)動(dòng)時(shí)，遭受錘片打擊的機(jī)會(huì)少；間隙過小，物料遭受錘片打擊的機(jī)會(huì)增多，使加工的物料過細(xì)過碎，錘片端部的摩擦阻力增大，功耗增大。目前國(guó)內(nèi)揉搓機(jī)的錘片外端面到揉搓室內(nèi)壁間的間隙取值范圍約為5~
22mm，推薦間隙值為8—14mm．本機(jī)設(shè)計(jì)取值lOmm。
(7)篩片。篩板的開孔率也是很重要的因素，開孔率大，篩分能力強(qiáng)，產(chǎn)量高，粒度均勻。如圖4所示，正三角形底邊為t，篩孔直徑為d，則開孔率為
2xπd2/(4x3t2)=48%。
3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
該機(jī)具使用一臺(tái)電機(jī)。要使刀軸、上下喂入輥、輸送軸能夠同時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，且達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)路線的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。我們采用的第一級(jí)傳動(dòng)由電機(jī)帶動(dòng)刀軸，為三角皮帶傳動(dòng)，并可保證刀軸轉(zhuǎn)速在1215r/min。以下二級(jí)傳動(dòng)由刀軸上的小錐齒輪帶動(dòng)大錐齒輪，改變了傳動(dòng)方向；三級(jí)傳動(dòng)由大錐齒輪軸的小齒輪帶動(dòng)另一個(gè)大齒輪，該軸可使下喂入輥轉(zhuǎn)動(dòng)，在大齒輪軸上安裝萬向節(jié)，可以使進(jìn)料輥?zhàn)由舷螺p松的浮動(dòng)，進(jìn)而使進(jìn)料比較方便控制；上喂入輥由第四級(jí)齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)。
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