玉米青贮机滚筒式切碎装置设计

玉米青贮机滚筒式切碎装置设计

目前，自走式青饲料收割机在农业生产中应用较少，但简易的牵引式收割机和粉碎机却较多。青饲机的切碎性能主要取决于切碎器。切碎器不外乎滚筒式、盘刀式和销钉式3种类型。盘刀式切碎器传动复杂，结构不紧凑，圆盘刚度较差，且挤推角变化不理想，造成切割不均，刀刃磨损不匀，切割质量变坏。销钉式切碎器性能受秸秆湿度影响很大，湿度提高时，能量比耗直线增加，生产率也急剧下降。因此盘刀式和销钉式切碎器应用渐少。

滚刀式切碎器结构紧凑，滚筒上可安装较多的切刀，滚筒在较低转速时，仍可获得较短的切碎段。滚筒上的动刀速度一致，切碎质量较好。滚刀式切碎器还具有安装方便、易于刃磨等优点，因此，滚刀式切碎器被广泛应用。

滚筒式切碎器主要有螺旋刃口滚筒式和直刃斜装滚筒式之分。直刃斜装滚筒式虽然制造简单，但是功耗较大且系统振动较大，现已很少使用。螺旋式具有工作负荷均匀、切碎质量好、机器振动小的特点。它缺点是刀片的制造精度高，磨刃和间隙调整较麻烦，不宜保证切割质量，故其使用也受到一定程度限制。为了克服上述缺点，我们在设计中选用了椭圆刃口平板刀滚筒式切碎器。对比而言，平板刀滚筒式切碎器的抛送能力较强，但是仍不理想，需要配置专门的抛送装置。为了进一步提高滚筒式铡草机的工作质量，我们研制了一种新型滚筒式铡草机，对其结构设计、动定刀的配置关系、抛送装置、超负荷安全保护装置等进行了试验研究，以下对设计中的几个技术问题及试验结

果进行分析。

1 滚筒式切碎装置的常规技术要求及总体结构、性能指标

1.1 不推挤滑出饲草以保证切割

为此应该保证X≤Φ1+Φ2

式中：X——推挤角即动刀刃与定刀刃的夹角；

Φ1——动刀对饲草的摩擦角；

Φ2——定刀对饲草的摩擦角。

切割过程中X是变化的，故要求其最大挤推角X满足上式条件。通常Φ1=32°，Φ2=18°，故X一般小于50°。

1.2 切割饲草时主要是滑切，以降低功耗

试验表明，滑切比砍切省力。主要有2方面原因：①微观状态下刀刃为锯齿状，砍切时饲草仅受压应力，滑切同时受压应力与张应力，而饲草的破碎张应力小于压碎应力。②滑切时刀刃斜置，故单位长度刃口的切割阻力减小了。从节约功耗的角度来说，选取滑切角18～55°较为有利。

1.3 切割阻力矩均匀

在切碎器每转2π转角的切割过程中，要求切割阻力矩尽可能均匀，以减轻飞轮重量，使工作平稳。如果机器部件刚度差，当阻力矩不均匀时，巨大冲击力将使切割副及其固定部件产生弹性变形，改变了静止状态时调整好的刀片间隙，使碎段长草增多，影响切割质量。

1.4 总体方案与性能指标

该机由喂入装置、切碎动刀滚筒、定刀、上挡板、下壳板、抛送装置

等组成见图1。

碎滚筒安装4把椭圆刃口平板刀进行切碎作业；喂入装置为棘齿式喂入辊，左喂入辊为浮动式，右喂入辊传动轴上安装有牙嵌式安全离合器，超负荷时离合器自动打滑切断喂入辊的动力传递。

2 滚筒的设计和选定

2.1 椭圆刃口平板刀的形成和设计

平板刀的刃口曲线是椭圆曲线的一部分，其结构见图2。图中一平面与圆柱轴线成一定角度倾斜相截时形成的曲线就是椭圆刃口曲线。平板刀刀刃AB的运动轨迹为圆柱面，刃口曲线是圆柱被平面所切的椭圆曲线的一段，其结构参数如图2所示。从图中可得到所切椭圆曲线的方程为：

平板刀结构参数间的关系可用下式表示：

Ztgα=RsinΦ

式中：Z——刀刃上A点的坐标值；

α——倾斜角，平板刀刀面所在平面与滚筒中心线的夹角；

R——切碎滚筒刀刃轨迹半径；

Φ——平板刀刀刃上A点的前安装前倾角。

2.2 滚筒参数的确定

滚筒直径选定为220mm，长度待定。转速为2 100r/min。当z取不同值时，平板刀刀刃有不同的曲线段，其切碎性能、抛送性能、功率消耗各有不同，经大量试验表明，当z取2 645mm时切碎性能最好，同时滚筒运转平稳，功率消耗也较小。Hq为52mm，Hh为80mm，则有截平面的倾斜角

从理论分析中我们可知：平板刀的安装前倾角Φ是个变值，从A点到B点，Φ值逐渐变大。试验表明，Φ角越大，其切碎性能越好，但抛送性能越差。由于我们在滚筒后加装抛送装置，因此在设计中，Φ角的选取应在保证可靠抛送切碎物的前提下，尽量大一些。

当用沿滚筒纵长方向移动的磨石磨锐刀刃时，可获得弧形刃口，这样的刀刃线回转起来是一个圆柱面。因此，平板刀式滚筒切碎器在动刀是平板刀，定刀是平板直刃刀的情况下，定刀安装位置正常而不倾斜，这样可获得一定的滑切角（此处也即挤推角），平板刀的滑切角也是一个变值，α角（由图2可知，α角为倾斜角及截面上刀刃曲线与滚

筒轴线或者素线之间的夹角，倾斜角与滚筒长度或直径有关）越大滑切角越大，由于受平板刀切碎滚筒的结构限制倾斜角不可能取得过大，一般取倾斜角4～7°，通过试验，我们取5°，以满足刀片的滑切性能。

2.3 切刀的加工要求及在滚筒上的分布

切刀要求用T9碳素工具钢或者Mn65钢制造，也可以用B2钢在刃口部位镶嵌Mn65钢制成，刃口部位要淬火和回火，淬火带宽为20～30mm，硬度为HRC58～65，非淬火带硬度不大于HRC38,刀口部位要磨锐，其宽度不大于0.2mm,刃角为16～26°。

2.4 定刀配置高度

铡草机工作时，物料由喂入辊压缩并夹持送入切碎滚筒，物料压缩后的厚度与生产率和物料的品种有关。压缩后的物料有一中间面，从理论分析，若滚筒轴中心的安装面刚好与物料的中间面重合，则中间面以上的物料切割时将首先被动刀向外推送，处于中间面的物料被动刀直接切割，而中间面以下的物料被动刀向内拉送，推拉物料的情况均等，切草平均长度较均匀。基于以上分析，定刀刃的位置高于物料的中心面时动刀对物料的推送作用大于拉送作用，定刀刃的位置低于物料的中心面线时动刀对物料的拉送作用大于推送作用，这两种情况都会引起超长率和剪切功率上升。滚筒式铡草机的喂入口的配置尺寸关系见图4。