摘要：經(jīng)過(guò)收獲并發(fā)酵制成的青貯玉米飼料營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高，是我國(guó)畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展的物資基礎(chǔ)。針對(duì)青貯玉米收獲機(jī)存在切碎質(zhì)量差、喂入時(shí)秸稈易纏繞堵塞、能耗高等問(wèn)題，設(shè)計(jì)喂入高度可調(diào)、喂入輥可反轉(zhuǎn)、切碎質(zhì)量較好的青貯玉米收獲機(jī)喂入切碎試驗(yàn)臺(tái)，本試驗(yàn)臺(tái)可以完成青貯玉米輸送、喂入、切碎、拋送等工作過(guò)程。對(duì)試驗(yàn)臺(tái)的關(guān)鍵零部件進(jìn)行靜力學(xué)分析和模態(tài)分析，以驗(yàn)證其強(qiáng)度和可靠性。以秸稈切碎長(zhǎng)度和長(zhǎng)度合格率為主要性能參考指標(biāo)，對(duì)該試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行性能試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)喂入速度為2.5 m/s，切碎滾筒轉(zhuǎn)速為1700r/min時(shí)，切碎長(zhǎng)度平均為15.6mm，合格率為96.1%，生產(chǎn)效率為15000kg/h，各項(xiàng)指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：青貯玉米；喂入裝置；切碎裝置；有限元法；模態(tài)分析

中圖分類(lèi)號(hào)：S225.5+1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：20955553 （2024） 070041

07

Design and test of the feeding and shredding test bench on silage corn harvester

Li Xiangyang1， Li Xiaokang2， 3， Zhang Fengwei1， Song Xuefeng1， Pan Weiyang1， Hou Jingtao1

（1. College of Mechanical and Electrical Engineering， Gansu Agricultural University， Lanzhou， 730070， China;

2. Gansu Academy of Mechanical Sciences Co.， Ltd， Lanzhou， 730070， China; 3. Key Laboratory of Grassland

Agricultural Machinery in Gansu Province， Lanzhou， 730070， China）

Abstract：

The silage corn feed made by harvesting and fermentation has high nutritional value， which is the material basis for the sustainable development of China’s animal husbandry. Aiming at the problems of poor shredding quality， winding and clogging of straw during the feeding process， and high energy consumption in silage corn harvester， a test bench with feeding and shredding device for silage corn harvester is designed with adjustable feeding height， reversible feeding roll and good shredding quality. The test bench designed can complete the working process of silage corn transportation， feeding， shredding and throwing. Statics and modal analyses are carried out on key parts of the test bench to verify its strength and reliability. Taking shredding length and pass rate of straw as the main performance reference indexes，" the performance test of the test bench was carried out. The test results showed that when the feeding speed was 2.5m/s and the rotation speed of the shredding drum was 1700r/min， the average shredding length of straw was 15.6mm， the pass rate was 96.1%， and the production efficiency was 15000kg/h. All indicators are in line with national and industry standards.

Keywords：

silage corn; feeding device; shredding device; finite element method; modal analysis

0 引言

玉米秸稈作為一種粗飼料，鍘切后直接投喂食草家畜時(shí)存在咀嚼費(fèi)力不適口、營(yíng)養(yǎng)吸收率低等問(wèn)題［1］。將含水率為65%～75%的玉米秸稈切碎并破節(jié)后，在密封缺氧的環(huán)境下經(jīng)過(guò)厭氧乳酸菌的發(fā)酵調(diào)制，抑制其他細(xì)菌的繁殖，得到一種優(yōu)質(zhì)的飼料［2］，稱(chēng)為青貯飼料。青貯飼料具有氣味酸香適口［3］、柔軟多汁，寄生蟲(chóng)少等特點(diǎn)，可以極大地改善反芻動(dòng)物對(duì)于粗飼料的吸收，同時(shí)可以長(zhǎng)期保存［4］。

青貯飼料收獲的一般過(guò)程為：秸稈切割、喂入、切碎、籽粒破碎和包膜密封［5］，喂入和切碎是兩個(gè)重要環(huán)節(jié)。喂入裝置中喂入輥的數(shù)量、排布和類(lèi)型將直接影響喂入性能。國(guó)外青貯玉米收獲機(jī)喂入輥個(gè)數(shù)以4個(gè)或6個(gè)居多，國(guó)內(nèi)青貯收獲機(jī)大多采用4個(gè)喂入輥，牧澤4QS-18A青貯收獲機(jī)采用7個(gè)、美迪9QZ-3300A青貯收獲機(jī)采用8個(gè)喂入輥，甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)孫繼鑫等［6］設(shè)計(jì)的籽粒破碎裝置采用5個(gè)喂入輥。在秸稈發(fā)生纏繞時(shí)，喂入裝置的及時(shí)反轉(zhuǎn)將極大地提高整機(jī)的安全性能，避免造成耽誤農(nóng)時(shí)、鋼材耗費(fèi)等經(jīng)濟(jì)損失［7］。切碎裝置中切刀類(lèi)型和數(shù)量的不同會(huì)影響收獲機(jī)的工作效率［8］。常見(jiàn)的切碎裝置有兩種：滾刀式切碎裝置和盤(pán)刀式切碎裝置。盤(pán)刀式切碎裝置因其特定結(jié)構(gòu)而限制了喂入口的大小，國(guó)外青貯收獲機(jī)已經(jīng)舍棄不用，國(guó)內(nèi)也只有牧神4QZ-3000A等極少數(shù)機(jī)型使用。內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)［912］對(duì)盤(pán)刀式切碎器的發(fā)展與改進(jìn)有突出貢獻(xiàn)，完成主要參數(shù)確定，通過(guò)正交試驗(yàn)確定最佳動(dòng)定刀間隙以及切碎器主軸最佳轉(zhuǎn)速等工作。

針對(duì)現(xiàn)有小型青貯收獲機(jī)喂入性能差、切碎質(zhì)量不穩(wěn)定等問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種青貯玉米收獲機(jī)喂入切碎試驗(yàn)臺(tái)。通過(guò)理論計(jì)算確定各部件參數(shù)，對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行CAE分析，確定其強(qiáng)度和可靠性。并在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行性能試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果的反饋來(lái)優(yōu)化各裝置的使用參數(shù)。

1 整體結(jié)構(gòu)及其工作原理

1.1 整體結(jié)構(gòu)

本試驗(yàn)臺(tái)主要由輸送裝置、喂入裝置、切碎裝置、變頻電機(jī)、物料拋送通道以及底座構(gòu)成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 工作原理

首先由輸送裝置將全株玉米輸送至喂入裝置前，此為第一階段；喂入裝置通過(guò)上下兩個(gè)喂入輥配合將輸送過(guò)來(lái)的全株玉米壓實(shí)并喂入至切碎裝置前，此為第二階段；全株玉米經(jīng)過(guò)切碎裝置的動(dòng)、定刀配合將其切碎，并通過(guò)物料拋送通道拋送出去，此為第三階段，整個(gè)過(guò)程結(jié)束。在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，將后一階段的運(yùn)轉(zhuǎn)速度設(shè)置的比前一階段的大，這樣在連續(xù)工作的過(guò)程中就不會(huì)輕易出現(xiàn)物料擁堵的現(xiàn)象。

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 輸送裝置

輸送裝置的主要功能是將整株玉米通過(guò)輸送帶傳輸至喂入裝置的上下喂入輥之間，主要由輸送帶、輸送滾軸以及側(cè)擋板構(gòu)成，該部分由單獨(dú)的變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，選用Y132M-4型三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)，額定轉(zhuǎn)速為1460 r/min。避免整機(jī)擁有復(fù)雜的傳動(dòng)系統(tǒng)。

2.2 喂入裝置

喂入裝置由上喂入輥、下喂入輥以及正反轉(zhuǎn)變速箱組成，其三維模型如圖2所示。傳動(dòng)方式為鏈傳動(dòng)，其優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)力矩大，不易打滑，適合整機(jī)的工作環(huán)境，可靠性高［13］。喂入裝置的作用是將輸送裝置傳送過(guò)來(lái)的玉米秸稈通過(guò)對(duì)輥進(jìn)行擠壓，并且以一定的速度喂入切碎裝置中，在強(qiáng)制喂入的過(guò)程中，上下兩喂入輥相互配合，將秸稈連續(xù)不斷地壓平，使秸稈不發(fā)生彎曲，在喂入量增大的時(shí)候，下喂入輥軸被迫進(jìn)入導(dǎo)槽，雙聯(lián)軸承座起到杠桿的作用，將頂端的彈簧拉伸，在彈簧的反作用力下，下喂入輥始終處于向上被拉的狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)喂入口高度自動(dòng)調(diào)節(jié)［14］，保證整個(gè)喂入過(guò)程處于壓緊狀態(tài)，且對(duì)整個(gè)裝置的壽命有很好的保護(hù)［15］；正反轉(zhuǎn)變速箱的作用主要是當(dāng)莖稈纏繞喂入輥時(shí)，喂入輥可以實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)，便于清理。

喂入輥直徑是影響喂入性能的重要參數(shù)［16］，其理論計(jì)算如式（1）所示。

Dw=H（1-μ）2（1-cosφ）

（1）

式中：

Dw——喂入輥直徑，mm；

H——傳送帶上物料厚度，mm；

μ——物料壓縮系數(shù)，一般取值0.6～0.8；

φ——物料與輥摩擦角，一般取值16°～32°。

本設(shè)計(jì)中取H=114mm、μ=0.7、φ=24°，帶入上式可得Dw=197.79mm，向上取整198mm。喂入口幅寬338mm，喂入口最高可達(dá)93mm。

2.3 切碎裝置

切碎裝置是青貯收獲機(jī)的核心部件之一，其性能的優(yōu)劣直接影響青貯飼料的品質(zhì)，切碎裝置的功能是將喂入裝置傳送過(guò)來(lái)的全株玉米秸稈和果橞均勻切碎。常見(jiàn)的滾刀式切碎裝置有螺旋滾刀式、平板滾刀式和直刃斜裝滾刀式三種。本設(shè)計(jì)采用直刃斜裝滾刀式切碎裝置，有磨刃方便和結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)。

2.3.1 切碎裝置的設(shè)計(jì)

為達(dá)到預(yù)定切斷長(zhǎng)度，設(shè)置2組刀片，每組數(shù)量為6把，設(shè)計(jì)排布方式如圖3所示，其目的是工作時(shí)減小機(jī)械振動(dòng)，切割阻力均勻，工作平穩(wěn)；本裝置的另一功能是將已切碎的秸稈進(jìn)行收集并拋送，動(dòng)刀片斜裝角Φ越小，其拋送性能越好，但是切碎性能會(huì)隨之下降［17］?？紤]到本機(jī)動(dòng)刀片由特定的平板夾具固定且下方刀架呈圓弧狀，可以完成拋送任務(wù)，為避免結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，舍棄“切碎裝置+拋送裝置”的設(shè)計(jì)方式，為了使動(dòng)刀片在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中滑切效果好、使用壽命較長(zhǎng)［18］，本設(shè)計(jì)選擇動(dòng)刀片斜裝角Φ為12°。磨刀裝置是該裝置的一個(gè)附加裝置，通過(guò)調(diào)節(jié)砂棒和磨刀拉桿的配合，可以在動(dòng)刀片處于安裝狀態(tài)時(shí)對(duì)其磨刃，避免拆卸，極大地提高工作效率。

2.3.2 秸稈喂入過(guò)程受力分析

秸稈的喂入是根據(jù)喂入輥與秸稈之間相互摩擦產(chǎn)生的拽力，為保證喂入過(guò)程穩(wěn)定且流暢不堵塞，對(duì)喂入過(guò)程進(jìn)行受力分析［19］，假設(shè)在此過(guò)程中不受其他外力的影響，玉米秸稈在壓縮后不會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力松弛現(xiàn)象。喂入過(guò)程示意如圖4所示。

O1O2=2Rw+h=2Rwcosα+H

（2）

式中：

Rw——喂入輥半徑，mm；

h——喂入后秸稈層厚度，mm。

為使秸稈在不受外力作用下能持續(xù)喂入，需滿(mǎn)足

2fFNsinα≥2FNcosα

（3）

式中：

FN——

喂入輥對(duì)秸稈層的正壓力，N；

f——

喂入輥與秸稈之間摩擦系數(shù)；

α——正壓力與中軸線夾角，（°）。

即f ≥tanα，其中f=tanφ，本研究φ取值24°，所以0＜α≤24°，f=0.45。

2.3.3 動(dòng)刀片參數(shù)確定

考慮到切碎裝置的緊湊性，動(dòng)刀片長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為185mm，寬度為67.5mm，厚度為10mm，動(dòng)定刀間隙為0.4～1mm。刃口角在很大程度上影響著動(dòng)刀的切割功耗和使用壽命［20］：刃口角較大時(shí)切割功耗增大；刃口角較小時(shí)切割功耗減小，但是刀刃的強(qiáng)度將降低，易磨損，刀片壽命變短。一般刃口角的設(shè)計(jì)范圍是15°～30°，本設(shè)計(jì)取刃口角β=30°。為保證刀片具有足夠的剛度、強(qiáng)度、韌性以及耐磨性，材料選用刃具用鋼9SiCr，淬火后硬度需達(dá)到HRC57～60。

動(dòng)刀片與切割平面法向的夾角稱(chēng)為切割前角ψ，如圖5所示。研究指出［21］，切割時(shí)秸稈層的體積將被壓縮成原體積的2/3，完成切割后，切下的秸稈與未切下的秸稈迅速回彈。當(dāng)切割前角較小時(shí)，回彈阻力增大，出現(xiàn)沖壓的特性，使切割滾筒減速、功耗增加。

為避免秸稈層在推送過(guò)程中摩擦動(dòng)刀片前平面，刀片的安裝角ε應(yīng)滿(mǎn)足

ε≥arctgZdlmax2πRmin

（4）

式中：

ε——刀片的安裝角，（°）；

Zd——?jiǎng)拥镀瑪?shù)量，個(gè)；

lmax——秸稈最大理論切碎長(zhǎng)度，mm；

Rmin——?jiǎng)拥度芯€最小回轉(zhuǎn)半徑，mm。

代入數(shù)據(jù)lmax=20mm、Rmin=220mm得εmin=4.96°，由角度關(guān)系圖可知ψ=90°-β-ε，研究發(fā)現(xiàn)切割前角的最佳值為50°～60°，所以取整得ε=5°，ψ=55°。

2.3.4 動(dòng)刀片受力分析

切碎滾筒在工作的過(guò)程中，動(dòng)刀片的受力過(guò)程是極為復(fù)雜的，其受到玉米秸稈的物料特性、秸稈的喂入量和滾筒轉(zhuǎn)速等多重因素的影響［22］?，F(xiàn)假設(shè)動(dòng)刀片的受力是均勻且相等的，將刀片受到的力簡(jiǎn)化為均布載荷作用于刃口，分析刀片在轉(zhuǎn)動(dòng)接觸玉米秸稈層后切割瞬間產(chǎn)生的阻力，研究受力情況。刀片切割玉米秸稈時(shí)的受力圖如圖6所示。

圖6中Rc為玉米秸稈受刀刃的垂直方向壓力后對(duì)刀刃的反作用力，N；R′d為玉米秸稈受刀刃的水平方向壓力后對(duì)刀刃的反作用力；T1為刃面受到的玉米秸稈的摩擦力，N。則

R=Rdsinψ+Rzgcosψ

（5）

式中：

R——刀片受到的壓力反作用力，N；

ψ——刀片的切割前角，其值為55°；

Rzg——

玉米秸稈受到擠壓時(shí)對(duì)刀片的反作用力，N；

Rd——

玉米秸稈受到刀面壓力的反作用力，N。

取刀片與玉米秸稈的摩擦系數(shù)為μ，則

T2=μR=μ（Rdsinψ+Rzgcosψ）

（6）

式中：

T2——刀面受到的玉米秸稈的摩擦力，N。

摩擦力T2在刃面方向的分量為

T2sinβ=μ（Rdsinψ+Rzgcosψ）sinβ

（7）

在刃面方向上，動(dòng)刀片的壓力滿(mǎn)足

P≥Rc+T1+Rzgcosε+T2sinβ

（8）

Rc=ΔLσc

（9）

式中：

Δ——刀刃厚度，mm；

L——刀刃長(zhǎng)度，mm；

σc——

玉米秸稈的臨界壓應(yīng)力，MPa。

σc只能從實(shí)驗(yàn)儀器上測(cè)得，且受秸稈的物理特性、刀片的銳利度和材料等因素的影響較大，其他各項(xiàng)都是阻力，同樣受到秸稈物理特性、喂入秸稈厚度等外界因素的影響，因此，刀片的受力不能精確地通過(guò)計(jì)算得出，需要大量的試驗(yàn)來(lái)測(cè)定。

2.3.5 動(dòng)刀片有限元分析

青貯玉米秸稈抗剪能力強(qiáng)，動(dòng)刀片在切割時(shí)承受載荷較大，因此對(duì)切碎裝置動(dòng)刀片采用軟件SolidWorks Simulation進(jìn)行靜力學(xué)分析［23］，驗(yàn)證其可靠性。查閱文獻(xiàn)［24］可知，玉米秸稈的切碎力約為7～18.4N/mm，玉米秸稈實(shí)際切割過(guò)程較為復(fù)雜，為使分析模型簡(jiǎn)化，將刀片受到的反作用力等效為對(duì)動(dòng)刀片刃口均勻分布載荷。為使靜力學(xué)分析結(jié)果可靠，選取秸稈最大切碎力為18.4 N/mm，則刃口總載荷F1=18.4×185=3404N，方向與刀片刃口方向相反。有限元網(wǎng)格劃分選擇品質(zhì)較高，將動(dòng)刀片三維模型劃分為3.506037mm的小單元，雅可比點(diǎn)為4，公差為0.175302mm，節(jié)點(diǎn)數(shù)為26592，單元數(shù)為16248。網(wǎng)格劃分與載荷分布如圖7所示。動(dòng)刀片應(yīng)力模型與靜態(tài)位移如圖8、圖9所示。

由圖8可以看到動(dòng)刀片在受力后的應(yīng)力分布情況，動(dòng)刀片主要在螺栓孔處存在應(yīng)力集中，均勻分布的螺栓使得應(yīng)力集中現(xiàn)象得到了有效分散，應(yīng)力值較小，最大注解中顯示左側(cè)螺栓孔處最大應(yīng)力為8.047MPa，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，且動(dòng)刀片在工作過(guò)程中有夾具的夾持，可以進(jìn)一步地緩解應(yīng)力集中現(xiàn)象。

由圖9可知，動(dòng)刀片的形變由于螺栓的存在而分散到兩側(cè)，動(dòng)刀片的安裝屬于滑切姿態(tài)，工作過(guò)程主要由動(dòng)刀片中部完成，最大注解中顯示靜態(tài)位移值為0.001228mm，顯然可以忽略。通過(guò)對(duì)動(dòng)刀片的靜應(yīng)力分析和靜態(tài)位移分析可知，刀片的強(qiáng)度和剛度都完全滿(mǎn)足切碎青貯玉米秸稈的工作要求。

2.3.6 切碎滾筒主軸模態(tài)分析

切碎滾筒主軸是切碎裝置的重要零部件，因其在高速旋轉(zhuǎn)的環(huán)境下工作，受振動(dòng)平穩(wěn)性的影響較大，所以要對(duì)其進(jìn)行模態(tài)分析，研究固有頻率，避免在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中達(dá)到固有頻率，發(fā)生共振。45號(hào)鋼是軸類(lèi)零件的常用材料，在經(jīng)過(guò)熱處理工藝后，力學(xué)性能較好，剛度高。選擇45號(hào)鋼作為切碎滾筒主軸材料。在主軸兩側(cè)軸頸處添加約束，將SolidWorks Simulation中的網(wǎng)格劃分品質(zhì)調(diào)節(jié)到良好，自動(dòng)將主軸三維模型劃分為5.814172mm的小單元，雅可比點(diǎn)為4，公差為0.290709mm，網(wǎng)格劃分如圖10所示。

查閱文獻(xiàn)［25］可知，軸對(duì)于高階頻率振動(dòng)的激勵(lì)響應(yīng)要小于低階頻率，SolidWorks Simulation中默認(rèn)已給出前五階的低階模態(tài)振型圖，如圖11所示，相應(yīng)固有頻率如表1所示。

顯然，各模式對(duì)應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)速要遠(yuǎn)高于切碎主軸的設(shè)定轉(zhuǎn)速，不可能發(fā)生共振現(xiàn)象，所以在正常工況下，主軸的疲勞和損壞不受共振因素的影響，但是在工作的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)微量彎曲形變，根據(jù)模態(tài)圖分析預(yù)測(cè)彎曲裂紋應(yīng)該出現(xiàn)在兩端軸頸處，需進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒峒庸ぬ幚硪詰?yīng)對(duì)。

3 試驗(yàn)與結(jié)果分析

3.1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)在甘肅金科峰農(nóng)業(yè)裝備工程有限公司廠房空地進(jìn)行，選取蠟熟期的新鮮全株玉米作為試驗(yàn)材料，通過(guò)烘干法測(cè)量其平均含水量為65.3%。試驗(yàn)所需工具有：電熱鼓風(fēng)干燥箱，轉(zhuǎn)速傳感器、卷尺、游標(biāo)卡尺、電子秤、秒表和溫度計(jì)等。

3.2 試驗(yàn)方案

根據(jù)NY/T 2696—2015《飼草青貯技術(shù)規(guī)程玉米》［2］規(guī)定，青貯玉米的切碎長(zhǎng)度是10～20mm。

理論切碎長(zhǎng)度計(jì)算如式（10）所示。

lc=60Vynd×Zd

（10）

式中：

lc——理論切碎長(zhǎng)度，m；

Vy——喂入速度，m/s；

nd——切碎器轉(zhuǎn)速，r/min；

Zd——?jiǎng)拥镀瑪?shù)量。

當(dāng)秸稈筆直喂入時(shí)，理論切碎長(zhǎng)度接近實(shí)際切碎長(zhǎng)度，所以實(shí)際切碎長(zhǎng)度一般大于理論切碎長(zhǎng)度。

由切碎長(zhǎng)度的計(jì)算公式可知，影響切碎長(zhǎng)度的因素有喂入速度、切碎器轉(zhuǎn)速以及動(dòng)刀片個(gè)數(shù)，由于動(dòng)刀片個(gè)數(shù)在設(shè)計(jì)之初就是固定不變的，所以選擇喂入速度Vy和切碎轉(zhuǎn)速nd作為試驗(yàn)因素，為了使切碎長(zhǎng)度落在10～20mm之間，且根據(jù)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，分別取四個(gè)梯度值：喂入速度Vy（A1、A2、A3、A4），切碎轉(zhuǎn)速nd（B1、B2、B3、B4），相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表2。

在試驗(yàn)開(kāi)始前應(yīng)提前安裝好可以調(diào)速的變頻器，對(duì)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行空載調(diào)試，保證其工作狀態(tài)，在試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)該保證各個(gè)電機(jī)在額定的電壓下穩(wěn)定的工作，不同喂入速度和切碎轉(zhuǎn)速下理論切碎長(zhǎng)度如表3所示。

考慮到一部分理論切碎長(zhǎng)度不在規(guī)定的青貯玉米長(zhǎng)度10～20mm之內(nèi)，且實(shí)際切碎長(zhǎng)度比理論切碎長(zhǎng)度稍大，所以在試驗(yàn)過(guò)程中舍棄理論切碎長(zhǎng)度大于等于和小于規(guī)定范圍的組合（A3B1、A4B1、A4B2、A4B3、A1B4）。

根據(jù)中華人民共和國(guó)農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T 2088—2011《玉米青貯收獲機(jī)作業(yè)質(zhì)量》［26］中的作業(yè)質(zhì)量檢測(cè)方法，作為該試驗(yàn)的考核指標(biāo)。在每組收獲的飼料里隨機(jī)抽取6個(gè)不少于2kg的樣品，3個(gè)用于測(cè)量秸稈的長(zhǎng)度、3個(gè)用于測(cè)量秸稈切碎長(zhǎng)度的合格率，并取平均值?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程如圖12所示。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

根據(jù)上述方法進(jìn)行試驗(yàn)，所得試驗(yàn)結(jié)果如表4、表5所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明，在舍棄一部分理論上不符合青貯玉米規(guī)定的組合數(shù)據(jù)后，其他組合下切碎長(zhǎng)度基本滿(mǎn)足NY/T 2696—2015《飼草青貯技術(shù)規(guī)程 玉米》的規(guī)定。

當(dāng)喂入速度為2.5 m/s、切碎器轉(zhuǎn)速為1700 r/min時(shí)，平均切碎長(zhǎng)度為15.6 mm，合格率為96.1%，此時(shí)的生產(chǎn)率E為15000kg/h。

E=Qt

（11）

式中：

E——生產(chǎn)率，kg/h；

Q——作業(yè)量，kg；

t——時(shí)間，h。

顯然，此喂入速度和切碎器轉(zhuǎn)速為最優(yōu)組合，根據(jù)對(duì)試驗(yàn)過(guò)程的觀察，試驗(yàn)臺(tái)工作平穩(wěn)、沒(méi)有出現(xiàn)堵塞和秸稈纏繞等現(xiàn)象，所生產(chǎn)的青貯玉米飼料質(zhì)地良好，據(jù)初步感官判斷，該試驗(yàn)臺(tái)生產(chǎn)的飼料屬于優(yōu)級(jí)青貯玉米飼料。

4 結(jié)論

1） 通過(guò)理論分析和SolidWorks設(shè)計(jì)一種青貯玉米喂入切碎試驗(yàn)臺(tái)，該試驗(yàn)臺(tái)由物料輸送裝置、喂入壓平裝置、切碎裝置、物料拋送通道以及底座構(gòu)成。設(shè)計(jì)了各項(xiàng)工作參數(shù)和零件參數(shù)，對(duì)試驗(yàn)臺(tái)關(guān)鍵部件進(jìn)行靜力學(xué)分析和模態(tài)分析，仿真結(jié)果顯示設(shè)計(jì)強(qiáng)度足夠滿(mǎn)足作業(yè)要求，并預(yù)測(cè)了應(yīng)力集中點(diǎn)。

2） 對(duì)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行生產(chǎn)性能試驗(yàn)，在正常工況下運(yùn)行平穩(wěn)，切碎長(zhǎng)度均勻。試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)喂入速度為2.5m/s，切碎滾筒轉(zhuǎn)速為1700r/min時(shí)，切碎長(zhǎng)度平均為15.6mm，合格率為96.1%，生產(chǎn)效率為15000kg/h，各項(xiàng)指標(biāo)均符合國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可以搭載1.8m割臺(tái)的小型青貯收獲機(jī)，以期為我國(guó)小型青貯收獲機(jī)械和類(lèi)似機(jī)械提供一定參考。

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