劉慶剛，王朝陽，許 智,2，于新奇，李洪濤

（1.河北科技大學 機械工程學院，石家莊 050018；2.河北省特種設(shè)備監(jiān)督檢驗研究院，石家莊 050001）

0 引言

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，能源問題日漸突出[1,2]。生物質(zhì)能作為一種廣泛分布的可再生能源，越來越受到人們的重視[3～5]。生物質(zhì)能的主要來源是農(nóng)作物秸稈，然而，農(nóng)作物秸稈由于其自身的特點，難以運輸和儲藏，為此人們設(shè)計了一系列的生物質(zhì)秸稈回收利用裝置，其中最為關(guān)鍵的設(shè)備就是秸稈打捆機[6～8]。

秸稈打捆機是一種用于將生物質(zhì)秸稈進行收集、破碎、壓縮、捆扎的設(shè)備，經(jīng)秸稈打捆機處理以后的生物質(zhì)秸稈體積大大縮減，可以方便進行運輸、儲存和應用。目前，秸稈打捆機的研究與開發(fā)是生物質(zhì)能源利用領(lǐng)域的一個重要課題，本文設(shè)計了一個采用柔性撿拾機構(gòu)和風機輸送物料的新型秸稈打捆機，對于促進生物質(zhì)能源的回收利用具有一定的意義。

1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

本文所設(shè)計的秸稈打捆機主要由甩刀撿拾機構(gòu)、風機拋送喂料機構(gòu)、滑塊式壓縮機構(gòu)和打結(jié)機構(gòu)等四部分組成，如圖1所示。其最主要的特點在于采用了柔性撿拾、粉碎機構(gòu)和風機拋送機構(gòu)兩個方面。相對于傳統(tǒng)的秸稈回收裝置，這種拋送喂料式秸稈打捆機具有撿拾機構(gòu)不易損壞、喂料機構(gòu)不易阻塞兩個優(yōu)點。

本文所設(shè)計的打捆機需要一臺拖拉機牽引工作，并為打捆機提供動力。其主要傳動結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖1 拋送喂料式秸稈打捆機結(jié)構(gòu)圖

圖2 傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

如圖2所示，變速機箱2的作用是將拖拉機主軸輸出轉(zhuǎn)速降低到合適數(shù)值，然后分別用于驅(qū)動橫向和縱向兩個傳動鏈。橫向傳動鏈主要包括撿拾機構(gòu)的甩刀軸、喂料機構(gòu)的絞龍軸以及用于提供輸送動力的拋送葉片。縱向傳動鏈包括第二皮帶傳送機構(gòu)3、減速箱4、齒輪機構(gòu)9、第一鏈傳動6、第二鏈傳動8，主要用于驅(qū)動壓縮機構(gòu)壓塊的往復運動和打捆機構(gòu)的運動。

在傳動機構(gòu)的驅(qū)動下，甩刀軸帶動Y型甩刀轉(zhuǎn)動，將秸稈收入打捆機，依靠甩刀的高速運動將進入撿拾機構(gòu)生物秸稈破碎，并推送至喂料機構(gòu)的集料箱之中。集料箱主要用于收集、緩沖破碎的生物秸稈，進入集料箱的生物質(zhì)秸稈依靠絞龍和推送葉片進入拋送裝置，拋送裝置的主要零部件是一個拋送葉片，拋送葉片一方面將由絞龍和輸送葉片運送的生物質(zhì)秸稈物料拋入喂料筒，另一方面，高速旋轉(zhuǎn)的葉片驅(qū)動空氣推動喂料筒中的生物質(zhì)秸稈物料進入壓縮室。在壓縮室內(nèi)，曲柄滑塊機構(gòu)將生物質(zhì)秸稈物料壓縮成尺寸合適的方形捆，經(jīng)打結(jié)機構(gòu)打結(jié)以后送出打捆機。

2 撿拾機構(gòu)設(shè)計

傳統(tǒng)的打捆機一般采用固定式撿拾機構(gòu)，撿拾機構(gòu)剛性較大，容易阻塞，過載時容易折斷。本設(shè)計采用柔性撿拾機構(gòu)，主要用于撿拾和破碎的Y型甩刀與甩刀軸之間柔性連接，不易發(fā)生阻塞，過載時也不易折斷。此外，Y型甩刀還可以起到破碎物料的作用，不用專門設(shè)計破碎機構(gòu)。

本設(shè)計采用Y型甩刀式撿拾機構(gòu)，主要由Y型甩刀、導向板、側(cè)立板、皮帶輪機構(gòu)和橫向傳動軸等組成，如圖3所示。

圖3 甩刀式撿拾機構(gòu)

這種撿拾結(jié)構(gòu)主要依靠Y型甩刀的高速運動撿拾、破碎和輸送物料，因此Y型甩刀的幾何形狀和在甩刀軸上的布置方式至關(guān)重要。布置過于稀疏，撿拾和破碎效果不佳；布置過于密集，物料破碎后過于細小，難以打結(jié)，且功率消耗急劇增加。因此，針對不同的秸稈性質(zhì)，應該設(shè)計不同形式的甩刀，采用不同的甩刀布置形式。

3 喂料機構(gòu)設(shè)計

傳統(tǒng)的喂料機構(gòu)一般采用撥叉、絞龍或者兩者的組合結(jié)構(gòu)，其主要缺點在于對結(jié)構(gòu)的運動配合精度要求較高，當物料量過大時容易發(fā)生阻塞。本設(shè)計采用一種拋送喂料裝置，其設(shè)計理念參考了秸稈粉碎機的拋出裝置。如圖4所示，主要包括絞龍、導向板、喂料筒、喂料風機、集料箱五部分。

圖4 風機拋送式喂料機構(gòu)

如圖4所示，絞龍和導向板主要用于物料的水平輸送，物料的垂直輸送主要依靠喂料風機的葉片拋送和風壓完成。由于設(shè)置了集料箱，物料的輸送速度可以進行調(diào)節(jié)，有效防止了物料阻塞發(fā)生。另一方面，由于采用了拋送喂料裝置，喂料筒內(nèi)空間較大，也有可以有效預防阻塞發(fā)生。

4 壓縮打結(jié)機構(gòu)設(shè)計

壓縮和打捆機構(gòu)對于設(shè)備整體至關(guān)重要，如果壓縮不實或者打捆不牢，容易發(fā)生散捆造成運輸困難。此外，壓縮機構(gòu)和打結(jié)結(jié)構(gòu)的聯(lián)動也是壓縮和打捆機構(gòu)要解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。

如圖5所示，本設(shè)計采用技術(shù)相對成熟的曲柄連桿推動壓縮滑塊的壓縮方式。壓縮和打捆機構(gòu)主要由壓捆室、曲柄連桿機構(gòu)、壓縮塊和打結(jié)機構(gòu)等組成。進入壓縮室的物料在壓縮塊的推動下逐漸被壓縮，當達到預定的壓縮力和壓塊尺寸時，打結(jié)結(jié)構(gòu)開始工作，打結(jié)針穿線，打捆，完成壓縮打捆工作。

圖5 壓縮打捆機構(gòu)

壓縮塊結(jié)構(gòu)由壓縮塊1和擋料板2組成，如圖6所示。當壓縮塊向前滑動壓縮過程中，擋料板緊隨壓縮塊滑動，阻擋秸稈碎料從喂料筒進入壓縮塊后部的壓捆室。

圖6 壓縮結(jié)構(gòu)

5 結(jié)論

本文針對傳動打捆機中，撿拾和喂料機構(gòu)容易發(fā)生阻塞的缺點，設(shè)計了一種撿拾甩刀與甩刀軸柔性連接的撿拾機構(gòu)，操作彈性大，不易阻塞和折斷；同時改進了物料的垂直輸送方式，引入了拋送風機，采用拋送葉片的離心力和風壓完成物料的垂直輸送工作，克服了載荷過大時喂料箱容易發(fā)生阻塞的缺點。

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