趙 婭

(河南廣播電視大學(xué)，鄭州 453000)

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2ZLF-500型輪刀式青貯飼料切碎機(jī)的結(jié)構(gòu)組成及試驗(yàn)研究

趙 婭

(河南廣播電視大學(xué)，鄭州 453000)

當(dāng)前我國(guó)畜牧業(yè)的青貯飼料切碎作業(yè)中，亟待優(yōu)化設(shè)計(jì)切碎機(jī)結(jié)構(gòu)，以提升切碎機(jī)應(yīng)用效益。為此，優(yōu)化設(shè)計(jì)了2ZLF-500型輪刀式青貯飼料切碎機(jī)的結(jié)構(gòu)，并結(jié)合試驗(yàn)驗(yàn)證其優(yōu)化后在實(shí)際中的應(yīng)用效益。經(jīng)試驗(yàn)研究表明：優(yōu)化設(shè)計(jì)2ZLF-500型輪刀式青貯飼料切碎機(jī)結(jié)構(gòu)之后，提高青貯飼料質(zhì)量20%，提高飼草切碎機(jī)使用可靠性12%。優(yōu)化設(shè)計(jì)2ZLF-500型輪刀式青貯飼料切碎機(jī)結(jié)構(gòu)，改進(jìn)切碎機(jī)工作部件結(jié)構(gòu)與參數(shù)，可以有效推廣應(yīng)用青貯飼料技術(shù)，對(duì)促進(jìn)畜牧業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，發(fā)揮積極作用。

切碎機(jī)；青貯飼料技術(shù)；輪刀式

0 引言

在畜牧業(yè)發(fā)展中，優(yōu)化飼草貯存質(zhì)量，應(yīng)用機(jī)器代替手工工具[1]，轉(zhuǎn)化傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)手工生產(chǎn)方式，可以滿足畜牧區(qū)用戶對(duì)于青貯飼料的需要。為此，優(yōu)化設(shè)計(jì)了輪刀式的青貯飼料飼草切碎機(jī)結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。

1 我國(guó)青貯飼料技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)發(fā)展畜牧業(yè)經(jīng)濟(jì)過(guò)程中，每年的畜產(chǎn)品消費(fèi)一直以27.8%的平均速度在不斷遞增，而在農(nóng)作物秸稈的應(yīng)用方面，可作為飼料的秸稈資源應(yīng)用率卻不足10%，亟待應(yīng)用現(xiàn)代機(jī)械化方案提升飼草貯存質(zhì)量[2]。青貯飼料技術(shù)中，應(yīng)優(yōu)化飼草切碎機(jī)的設(shè)計(jì)，確保能夠應(yīng)用切碎機(jī)，去切斷那些莖稈類的飼草飼料，如谷草、稻草、麥秸、干草以及青貯的玉米秸稈、高梁秸稈等[3-7]。但是，在青貯飼料技術(shù)方面，技術(shù)含量也較低，用以制造青貯飼料的工藝設(shè)備落后，在使用過(guò)程中的可靠性較差，且存在切碎機(jī)生產(chǎn)飼料成本高的缺點(diǎn)[8]，這些均不能滿足當(dāng)代農(nóng)牧區(qū)用戶對(duì)于青貯飼料的應(yīng)用需要，致使青貯飼料技術(shù)并未得到有效的推廣。為此，優(yōu)化設(shè)計(jì)了輪刀式的青貯飼料飼草切碎機(jī)的結(jié)構(gòu)，旨在促進(jìn)牧草的合理、有效利用[9-12]，緩解飼料短缺，促進(jìn)畜牧業(yè)的發(fā)展。

2 青貯飼料切碎機(jī)的結(jié)構(gòu)組成

2ZLF-500 型輪刀式青貯飼料切碎機(jī)主要是由輸送青貯植物的喂入裝置、青貯植物切碎裝置、拋送排料的裝置與動(dòng)力傳輸?shù)妊b置組成的，如圖1所示。

1.電機(jī) 2.傳動(dòng)帶 3.主軸 4.動(dòng)刀片 5.定刀片 6.上喂入輥 7.下喂入輥 8.輸送裝置 9.刀架輪 10.拋送葉片 11.出料口 12.箱體 13.電機(jī) 14.機(jī)架

工作中，利用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)刀輪轉(zhuǎn)動(dòng)，在飼草進(jìn)入喂料口時(shí)，在高速旋轉(zhuǎn)刀片的作用下，將飼草做切斷處理；并在刀輪離心作用下，將切斷的飼草拋送出去，完成整體應(yīng)用操作。

3 青貯飼料切碎機(jī)結(jié)構(gòu)

3.1 需求分析

針對(duì)2ZLF-500型輪刀式青貯飼料切碎機(jī)進(jìn)行分析，并優(yōu)化其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，以便可以通過(guò)計(jì)算選出滿足輪刀式飼草切碎機(jī)使用要求的交流異步電動(dòng)機(jī)，并詳細(xì)列出其技術(shù)參數(shù)。同時(shí)，對(duì)輪刀式飼草切碎機(jī)主運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析計(jì)算，設(shè)計(jì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的各個(gè)零件[13]，并利用PRO/ENGINEER進(jìn)行三維建模。對(duì)輪刀式飼草切碎機(jī)的擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析計(jì)算，設(shè)計(jì)擺動(dòng)系統(tǒng)的各個(gè)零件；最后對(duì)各個(gè)已設(shè)計(jì)零件進(jìn)行強(qiáng)度和剛度計(jì)算，確保滿足使用要求，使輪刀式飼草切碎機(jī)具有足夠的可靠性。

3.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)切碎動(dòng)力部分

本次設(shè)計(jì)的2ZLF-500型輪刀式切碎機(jī)，主要用于切碎秸稈類飼料，確保切碎機(jī)動(dòng)力工作部件參數(shù)合理，有助于提高機(jī)器工作時(shí)的切碎質(zhì)量，減少機(jī)器功率消耗[14]。

l)切割青貯飼料時(shí)，要進(jìn)行滑切，以減少切割的阻力。

確保在機(jī)器中的直線型刀片的滑切角τ等于刃線AB同切割半徑r之間的夾角，如圖2、圖3所示。

圖2 直刃刀的動(dòng)刀架

圖3 滑切刀片

為保證可以實(shí)現(xiàn)刀片有滑切，偏心距e需滿足以下條件，有

2)在切割時(shí)，一定要保持穩(wěn)定，避免秸稈與動(dòng)定刀片滑移。

3) 飼料切碎時(shí)，確保切割阻力矩均勻地產(chǎn)生變化。切碎長(zhǎng)度應(yīng)該達(dá)到

由于考慮到喂入秸稈時(shí)的打滑因素，應(yīng)確保實(shí)際切碎長(zhǎng)度可以達(dá)到

在實(shí)際應(yīng)用中，切碎機(jī)的生產(chǎn)率，可以根據(jù)“喂入口的面積及切碎器的刀片數(shù)、轉(zhuǎn)速、莖稈種類、切碎長(zhǎng)度”等計(jì)算理論生產(chǎn)率，有

Q=60·k·a·b·L·n·r

3.3 設(shè)計(jì)優(yōu)化喂入結(jié)構(gòu)

切碎機(jī)的喂入機(jī)構(gòu)主要由喂入槽、喂入輥和壓緊裝置等主要部件而組成的[15]。本次設(shè)計(jì)的2ZLF-500型輪刀式切碎機(jī)，主要切碎一些硬莖稈的飼料，因此將要確保機(jī)器喂入結(jié)構(gòu)具有很好的卷入性，才可以提升切碎機(jī)的實(shí)用價(jià)值，如圖4所示。

圖4 飼料喂入輥的結(jié)構(gòu)圖

喂入輥可以隨飼料物料的尺寸而進(jìn)行改變，這樣可以確保利于將飼料植物喂入到切碎機(jī)內(nèi)進(jìn)行切割。

3.4 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2ZLF-500型輪刀式青貯飼料切碎機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，其傳動(dòng)部分應(yīng)確保將電動(dòng)機(jī)發(fā)出的動(dòng)力，經(jīng)其皮帶輪傳給切碎機(jī)的動(dòng)刀軸(見(jiàn)圖5)，就通過(guò)圓柱齒輪、圓錐齒輪進(jìn)行減速，并將傳給切碎機(jī)的秸稈類青貯植物的喂入輥。在設(shè)計(jì)中，應(yīng)該確?？偟膫鲃?dòng)比達(dá)到6.47，才可滿足實(shí)際應(yīng)用需求。

圖5 帶輪三維圖

3.5 切碎器設(shè)計(jì)

青貯飼料切碎機(jī)的設(shè)計(jì)中，將動(dòng)刀片及拋送葉片均安裝在互呈120°刀架位置上，如圖6所示。在飼料切碎工作時(shí),旋轉(zhuǎn)刀架的下繞軸O,則飼料喂入口就會(huì)切割物料，并可一次完成切割[16]。

1.定刀片 2.飼料層 3.動(dòng)刀片 4.拋送葉片 5.刀架

對(duì)于切碎機(jī)的動(dòng)刀刃中，A為任意一點(diǎn)，F(xiàn)為受力, 此時(shí)F將會(huì)被分解成沿著切碎機(jī)刀刃方向上的滑切力P及垂直在刀刃上的正壓力Nz, 其關(guān)系式為

Nz=q△s

P= fNz

式中q—表示比阻,也就是刃口長(zhǎng)單位下的切割阻力；

s—表示刃口切割的長(zhǎng)度；

f—?jiǎng)t是表示切割過(guò)程形成滑動(dòng)摩擦因數(shù)。

按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算，用于只承受轉(zhuǎn)矩的傳動(dòng)軸的精確計(jì)算，也可用于既受彎矩又受扭矩的軸的計(jì)算。則有

由于軸的選材為Q235，所以查表可知Q235的許用扭切應(yīng)力為，查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》得：τ取12～20MPa，C=160～135,取150。則

軸上有兩個(gè)鍵糟，則

dmin=dt×(1+13%)=26mm

取標(biāo)準(zhǔn)值，dmin=30mm。

4 試驗(yàn)研究

4.1 試驗(yàn)對(duì)象

對(duì)本次設(shè)計(jì)的2ZLF-500型輪刀式青貯飼料切碎機(jī)，進(jìn)行應(yīng)用性能試驗(yàn)，玉米秸稈作為試驗(yàn)材料。且秸稈青貯植物材料的化學(xué)組份中包含有豐富的纖維素、半纖維素及木質(zhì)素成分，其50%均為纖維素，具有實(shí)用性，如表1所示。

表1 秸稈的化學(xué)成分 %

以某地區(qū)試驗(yàn)基地可收獲的玉米田為試驗(yàn)對(duì)象，玉米株高 2m左右，株型呈竹竿型，根系發(fā)達(dá)，莖稈粗壯，秸稈最大直徑3.6～6.6cm。優(yōu)化設(shè)計(jì)的2ZLF-500型輪刀式青貯飼料切碎機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)，如表2所示。

表2 切碎機(jī)參數(shù)

4.2 試驗(yàn)樣機(jī)的性能

本研究取用玉米秸稈，探究切割的刃口長(zhǎng)度、單位刃口長(zhǎng)與切割阻力關(guān)系。其中，f以及滑切系數(shù)tanτ的之間的關(guān)系，如表3、表4所示。

在實(shí)際中，可以根據(jù)本次優(yōu)化的切碎機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)，確保切碎機(jī)的最大推擠角Vmax可以達(dá)到68°, 確保切碎機(jī)中回轉(zhuǎn)中心與定刀距之間高度達(dá)到90mm；并且，在切碎機(jī)中，確保切碎秸稈回轉(zhuǎn)中心距離喂入口最短達(dá)到150mm，保證切碎機(jī)的秸稈喂入口寬度達(dá)到380mm ,高度可以達(dá)到110mm。

表3 在應(yīng)用切碎機(jī)切割玉米秸稈時(shí)的τ、q 關(guān)系

表4 tanτ與f 關(guān)系

4.3 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)表明：優(yōu)化設(shè)計(jì)2ZLF-500型輪刀式青貯飼料切碎機(jī)結(jié)構(gòu)之后，提高了青貯飼料質(zhì)量，提高20%飼草切碎機(jī)使用可靠性12%。輪刀式飼草切碎機(jī)代替人工切碎作業(yè)，提高了機(jī)械化程度及生產(chǎn)效率，節(jié)省了人力及時(shí)間，收到了較好的效益，如表5 所示。

表5 應(yīng)用效益分析

在實(shí)際中，應(yīng)用該切碎機(jī)，不僅有效節(jié)約能源，更加合理地利用農(nóng)業(yè)作物的秸稈資源，也可以提高我國(guó)在飼草青貯方面的質(zhì)量，提升其可靠性與利用率，可以極大地去降低傳統(tǒng)機(jī)器在回收農(nóng)業(yè)作物秸稈資源方面的浪費(fèi)，降低我國(guó)畜牧的養(yǎng)殖成本。

5 結(jié)論

優(yōu)化設(shè)計(jì)了2ZLF-500型輪刀式青貯飼料切碎機(jī)結(jié)構(gòu)，改進(jìn)了切碎機(jī)工作部件結(jié)構(gòu)與參數(shù)，對(duì)有效推廣應(yīng)用青貯飼料技術(shù)，促進(jìn)我國(guó)畜牧業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展具有重要價(jià)值。

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The Structure and Experimental Study on Optimization Design of 2ZLF-500 Wheel Type Silage Cutter

Zhao Ya

(Henan Radio and Television University, Zhengzhou 453000,China)

This article aims to analysis of the composition and structure of 2ZLF-500 type wheel knife type silage chopper, and related experimental research. For the livestock industry in our country at present silage cutting operation, urgent need to optimize the design cutter structure, enhance the shredder application benefit, this analysis optimization design 2ZLF-500 round knife type silage cutting machine structure of demand, combined with experimental verification optimization 2ZLF-500 round knife type silage chopper structure after in actual application efficiency. Results after the test and research show that the optimization design 2ZLF-500 wheel knife type silage chopper structure after, improve the silage quality, increased by 20%, improve forage cutterhead with reliability, increased by 12% play practical benefits. Results show that the optimization design 2ZLF-500 round knife type silage cutter structure, improved shredding machine components of the structure and parameters, can effectively promote the application of silage technology, our country to promote the sustained and stable development of animal husbandry, play a positive meaning.

cutting machine; silage technology; round knife

2016-04-24

河南省軟科學(xué)重點(diǎn)項(xiàng)目(152400410173)

趙 婭(1968-)，女，河南鎮(zhèn)平人，副教授，碩士，(E-mail)freezyb@163.com。

S817.12+1

A

1003-188X(2017)05-0130-05