我国小型青饲料切碎机械的研究与发展现状

我国小型青饲料切碎机械的研究与发展现状
公谱;李玲;刘江平;李明福;连文伟;韩建成;杜嵇华
【摘要】Green fodder cutter mill is a kind of chopping device with simple structure for green fodder , which playing an important role in livestock and poultry breeding .In this text , the research state of cutter mill for green fodder was sum-marized to indicate the development trends , at the same time , some pieces of advice were given based on the current problems in manufacture , supervision and maintenance .%青饲料切碎机械是畜禽养殖中对各种青绿饲料进行切碎的设备，其结构简单、操作简便，在畜禽养殖业中发挥着重要的作用。

为此，从切碎方式的理论研究以及青饲料切碎机关键部件的设计等方面概述了我国小型青饲料切碎机械的研究现状，指出了我国小型青饲料切碎机械的发展趋势，同时分析了我国青饲料切碎机械在设计制造、维修保养、监督管理等方面存在的问题，并给出了一些建议。

【期刊名称】《农机化研究》
【年(卷),期】2014(000)006
【总页数】5页(P237-241)
【关键词】切碎机;青饲料;发展现状
【作者】公谱;李玲;刘江平;李明福;连文伟;韩建成;杜嵇华
【作者单位】中国热带农业科学院南亚热带作物研究所，广东湛江 524091; 中国热带农业科学院农业机械研究所，广东湛江 524091;中国热带农业科学院农业机械研究所，广东湛江 524091;中国热带农业科学院南亚热带作物研究所，广东湛
江 524091;中国热带农业科学院农业机械研究所，广东湛江 524091;中国热带农业科学院农业机械研究所，广东湛江 524091;中国热带农业科学院农业机械研究所，广东湛江 524091;中国热带农业科学院农业机械研究所，广东湛江 524091【正文语种】中文
【中图分类】S817.12+1
青饲料以富含叶绿素而得名，种类繁多，主要分4类：天然或人工栽培的牧草、
叶菜类或蔓藤类、水生饲料以及其他野生饲料等。

青饲料含水量高、适口性好、维生素及矿物质营养等含量较高，钙磷比例适宜，是家禽家畜特别是反刍动物的重要营养来源之一[1-2]。

将青饲料青贮来延长其保存时间，不仅克服了青饲料的季节
局限性，还保持了营养、提高了原料适口性、调节了青饲料的均衡供应，因而得到了广泛应用[3-4]。

对于青饲料，无论是直接饲喂还是经过发酵之后饲喂，一般都需要先进行切碎。

经过切碎加工后的青饲料，其适口性更好。

同时，切碎还是青贮饲料制作的必须工序之一，切碎后的秸秆等更有利于乳酸菌的生长。

我国畜禽养殖总量较大，2012年我国生猪存栏量达到4.5亿头以上、奶牛存栏量约为1 000万头多，肉牛存栏量
将近1亿头。

畜禽养殖业对青饲料及青贮饲料有极大的需求空间，因此功率较小、结构简单、适应性强的青饲料切碎机械颇受青睐。

青饲料切碎机是由最初的青饲料手动铡刀发展而来的，对青饲料切碎机的研究主要包括对青饲料切碎机的切碎方式、刀具的形式及切碎效果、刀具磨损、能耗等方面的研究。

1.1 青饲料切碎方式的理论研究
青饲料的水分含量较高、韧性大，切碎方式主要可以分为3种，即粉碎、揉切和
切断(砍切、滑切)。

切碎方式的选择与青饲料种类有关，也与饲喂对象和方式有关。

经过粉碎的青饲料主要用于直接饲喂猪、鸡、鸭等畜禽，以提高采食率；对于牛羊等反刍动物，为了增加饲料在胃中的停留时间、提高营养吸收率，青饲料一般采用切碎的方式；对于后续需要进行青贮的青饲料，则采用切断或者揉切。

切断可分为砍切和滑切：砍切时，刀片切割点运动方向与刃线垂直；滑切时刀片斜置切入，实际刃角相应变小，刃线变锐，切割阻力减小，在一定滑切角范围内，滑切程度越大，切割阻力越小，越省力[5-6]。

揉切是指对青饲料进行切断和揉捻。

吴晓杰等人[7]、余汝华等人[8]的玉米秸秆青贮试验结果均表明，揉切能提高青贮品质。

综上所述，切碎方式不仅影响切碎效果，而且对青饲料和青贮饲料的畜禽采食率、营养价值等品质有着重要影响，切碎方式的选择要综合饲喂对象、青饲料种类、青饲料后续处理和功耗等多方面的因素。

1.2 青饲料切碎机械的研究现状
切碎器、喂入机构、抛送机构、传动机构等是青饲料切碎设备的关键组成部分，这些关键部件的结构和形式直接决定了青饲料切碎机械的切碎质量、切碎效率等工作性能。

其中，切碎器是青饲料切碎机的切碎装置，是其最关键的部件。

按照切碎器的不同，青饲料切碎机主要可分为滚筒式和盘刀式两种类型。

1.2.1 盘刀式青饲料切碎机
盘刀式切碎器又叫轮刀式切碎器，如图1所示。

这种切碎器结构较简单、尺寸较小、制造和安装方便、能耗较低、滑切性能较好，是普遍应用于青饲料切碎机械的一种切碎器。

近几年研制的切碎机也大量地采用了盘刀式切碎器，如邓春岩等人[5]设计的秸秆切碎机、李传峰等人[9]设计的2ZLF-500型青贮饲料切碎机和刘立志
等人[10]研制的高效青贮饲料加工机均采用了盘刀式的切碎器。

盘刀式青饲料切碎机的动刀是主要的切碎部件，动刀片刀刃类型主要有凹曲线型、凸曲线型、直线型、内折线型和外折线型，此外还有对数螺线型刀片等。

其中，直线型刀片结构简单成本较低；内折线型可以克服刀片的推挤问题；外折线型可减少
振动；凸曲线型初始滑切角较大，利于切割；凹曲线型推挤角较小，便于精切[11-12]。

大中型铡草机多采用曲线型，而小型铡草机多用直线型[5]。

随着三维模拟、仿真、分析软件的发展，这些新技术也开始应用于青饲料切碎机的设计之中。

例如，李林等人[13]利用MatLab软件对动刀片等滑切角刀刃曲线进行了研究，推导出了刀片等滑切角刀刃的曲线方程，得出了不同刀刃等滑切角曲线；李成华等人[14-15]利用计算机辅助设计技术对盘刀式切碎器进行了优化设计，在切碎器动态数学
模型的基础上分析了刀盘系统在稳态条件下对单位脉冲扭矩函数的响应；吕小荣等人[16]利用UG软件建立切碎器的零件模型及装配主模型、动态分析主模型，模拟揉切机切碎器在实际工作中的运动状况，并应用ANSYS软件对工作状态下的刀片的受力状况进行了分析。

这些新技术的应用使得切碎机在工作时的运动状态、受力状态能够得到直观的体现，给切碎机的设计和改进提供了便利。

此外，采用盘刀式切碎器的青饲料切碎机的功耗是研究和设计过程中普遍关心的问题。

从20世纪80年代开始，我国学者进行了一系列的青饲料切碎机功耗的研究
与试验。

1987年，赵守疆等人[17]总结前人的研究后指出切碎器功耗分别用于输
送压实待切物料、剪断物料、抛送装置泵送空气、切碎后物料加速到抛扔速度、物料在机壳内摩擦和机械传动摩擦等几个方面，并在9ZF-1.0型盘刀式切碎器切碎
玉米秸秆的试验基础上指出，切碎器各部分所消耗的功率随着切碎器的转速变化而改变；切碎器的转速不应过高或过低，而应以比消耗能最低为目标。

赵新军等人[18]在对圆弧形刀片切碎器功率消耗试验的基础上亦指出，转速对切割过程中剪切功率有极显著的影响，当转速在某一确定值附近时才能使剪切功率最小。

朴香兰等人[19]对直刃盘刀式切碎器功耗的影响因素进行了分析，指出造成功耗增加的主要因素是切碎器的几何参数，设计切碎器时应优化选择一组合理的几何参数，如滑切角、喂入口的尺寸、盘刀旋转半径等。

2003年，郭艳[20]对盘刀式切碎器刀刃曲
线对切割能耗的影响做了研究，采用了直线刃、圆弧刃、等滑切角刃3种类型刀
刃，每种刀刃选择多组不同的结构参数，在9ZF-1.0型盘刀式切碎器上进行试验。

结果表明：切割时，滑切角和切割转角是影响切割能耗的主要因素，不同类型的刀刃曲线影响切碎器的切割能耗，但是对于不同类型的刀刃曲线，只要结构参数的设计能够保证滑切角和切割转角在适宜的范围内变化，则可保证切碎器具有较低的切割能耗。

以上研究表明，影响盘刀式切碎机功耗的因素来自多个方面，在设计过程中应选择合适的转速、刀具以及合理的结构参数。

1.2.2 滚筒式青饲料切碎机
滚筒式青饲料切碎机(见图2)又称为滚刀式青饲料切碎机，因其入料口较宽、切断
效果好，除广泛应用于田间青饲料收获机之外，在小型青饲料切碎机械中的应用仅次于盘刀式的青饲料切碎机。

近几年来，蔺公振等人[21]设计的93ZT-500型螺旋刃滚筒式铡草机以及马荣朝等人[22]研制的滚切式轻小型秸秆切碎机、杜兴文[23]设计的圆筒式铡草机、付敏良等人[24]设计的秸秆饲料青切揉碎机等都采用了滚筒式的切碎装置。

同盘刀式切碎机类似，滚筒式青饲料切碎机的核心部件是切碎滚筒，其中刀片的形式和好坏会直接影响到切碎效果及其功率消耗。

刀片除了要求其具有较好的切碎性能外，还要具有良好的抛送性能[25]。

按照刀具的形式，可将滚筒式切碎器可分为螺旋式、直刃斜装式、平板式3种。

其中：螺旋滚刀式切碎器的动刀刃口为螺旋
线形，定刀为直线刃口；直刃斜装滚刀式切碎器动刀刃和定刀刃都是直线刃倾斜安装的；平板滚刀式切碎器的动刀、定刀也都是平直的，但是动刀刃线实际上是螺旋线的一段[26]。

相比而言，螺旋刀片属于等滑切角切刀，工作负荷均匀、切碎质量好、机器振动小，但制造精度高、刃磨比较困难、抛送能力弱；直刃斜装式制造和刃磨都比较方便，为了获得一定的滑切角，此时的定刀刃线不再属于动刀刃工作面的母线，容易造成不等隙剪切，从而导致切碎质量的下降和能耗增加；平板滚刀式切碎器的直线动刀、定刀间隙处处相等，磨刃方便[26-29]。

综上可知，不同的刀
具形式的优劣各异，如何采用制造、安装简单方便的刀刃实现较好的切碎功能是一个重点问题。

为解决这一问题，科研工作者进行了一系列的尝试：赵毅彬等人设计了一种椭圆刃口平板刀切碎器，样机切碎性能优良、切割阻力矩均匀[29]；邸影[28]提出，直刃滚刀采用单叶双曲面异族直母线为剪刀副，可节省能耗，解决铡草机直刃化问题，给制造和磨刀带来方便，同时还可实现无隙滑切，减少了超长率和斜茬率，提高了切碎质量，并在9P-250型饲料切碎机的应用实践中得到验证。

盘刀式青饲料切碎机和滚筒式青饲料切碎机是青饲料切碎机械中的主要机型，除此之外还有销连式的青饲料切碎机以及各种在盘刀式、滚筒式、销连式切碎机基础上改进的机型。

例如，刘勇等人[30]设计的锤片式的双转子秸秆切碎机，双转子同向旋转，秸秆进入主动转子区，在该区受到主动转子锤片的打击而破碎；再进入被动转子区，受到高速锤片的打击、齿板的搓擦、碰撞作用后形成短丝状饲料。

西南石油大学的龚彦等人[31]设计了一种自动送料的青饲料切碎机，其特点在于传送带上装有组合刀具，这些刀具刨削送料筒进口处的被切料，且将刨下来的落料推送到主动刀处进行切削，从而实现自动送料。

青饲料切碎机的形式多样，适用范围各异，设计和选用过程中都应考虑切碎的青饲料种类，以切碎效果和切碎功耗、安全性等为衡量切碎机好坏的主要标准。

目前，我国在青饲料切碎机的设计制造、维修保养、监督管理方面存在一些问题，主要包括以下几个方面。

2.1 缺乏大中型青饲料切碎机
我国固定作业的青饲料切碎机械主要是小型青饲料切碎机，使用两相电机，结构简单，移动方便，因而在农户中应用广泛。

然而，随着畜禽养殖规模的扩大，这种小型的青饲料切碎机不能完全满足畜禽养殖场的需求，能耗低、切碎质量好的大中型青饲料切碎机将具有一定的市场。

2.2 缺乏专用型青饲料切碎机
目前，市面上的青饲料切碎机械多为通用型，销售时均声称可切碎各种青菜类、青草类、青谷秸、青玉米秸、青麦秸等青绿饲料。

但在实际使用过程中，因不同青绿饲料在形状、含水率、纤维长度等方面存在较大的差异，采用同一的标准设计、制造出来的青饲料切碎机械特别是切碎器应用于多种青饲料不能实现参数的最优化，必然会造成切碎效果不理想、能耗较高、设备易损坏等问题。

因此，青饲料切碎机设计应与青饲料的种类和青饲料的后续处理要求相结合，对于某些大宗的青饲料应设计专用的切碎机械，以提高工作效率、降低能耗。

2.3 市场混乱，产品安全问题严重
近年来，由于养殖业的发展，青饲料切碎机的需求量和生产量逐年上升，随之而来的是产品质量不过关。

2001年，国家质量监督检验检疫总局产品质量监督司公布了该年度第4季度铡草机国家监督抽查结果，铡草机(包括青饲料切碎机)产品抽样合格率仅为56.0%[32]，且不合格产品均为强制性标准中规定的安全性指标达不到要求。

其主要原因是青饲料切碎机结构相对简单，极易仿制，不少不具备生产资质的生产厂家也在大量生产青饲料切碎机，其生产条件差、管理水平低、技术力量弱，在生产中简化工艺、偷工减料、拼凑组装、粗制滥造以节省成本；一些企业甚至没有图纸和生产工艺，只是照着别人的产品仿制，不少切碎机设计时其安全防护就达不到标准要求，有的甚至没有安全防护，以上问题严重影响了市场秩序，极易给使用者带来人身伤害。

要解决以上问题，一方面要加大宣传，提高消费者的自我保护意识和经营者的质量安全意识；同时，要加大对技术基础薄弱企业的引导和技术服务，提高其生产管理水平，促使生产厂家在设计和制造过程中严格遵循国家标准《中华人民共和国机械行业标准(JB/T 7144-2007·代替JB/T 7144.1-1993·JB/T 7144.2-1993):青饲料切碎机》，进而提高粉碎机的安全性能。

此外，在制定行业标准、规范青饲料切碎机市场、完善市场准入机制、提高市场准入门槛、建立健全监督检验机制、打击伪劣
产品等方面还需要政府大力推动相关工作。

2.4 使用者缺乏维护保养意识
青饲料切碎机在使用前要进行检查，避免连接件松脱；使用后亦要进行清理和检查，特别是较长时间不用时更应注意保养。

使用者缺乏维护保养意识不仅会影响切碎机的使用寿命，严重的可能造成安全事故。

依据机器的常规维护保养措施，应在切刀、轴销、螺丝、内表面上涂防锈油，打开机器，放在干燥通风的室内保存，以免机内生锈，同时可卸下传动皮带，以免其长期受拉而失去弹性。

此外，对于机械易磨损的零件，应该及时检查其磨损情况并立即更换。

更换时要注意机器的运转平衡，避免机器运转时发生摆动或震动进而引发事故。

2.5 亟需将青饲料切碎机列入农机补贴目录
由于农机产品的用户多为农户或养殖户，受自身经济水平、消费水平和观念的限制，在购买青饲料切碎机时往往只看价格和操作是否方便，有的甚至主动要求不安装防护装置而降低价格，因此建议政府应该考虑尽快将青饲料切碎机列入农机补贴目录，从而确保消费者能够购买到质量可靠、操作安全的青饲料切碎机。

Key words： cutter mill; green fodder; development state
【相关文献】
[1]殷英.青饲料的营养特性[J].技术与市场,2010,17(9):254.
[2]于会江.青饲料的营养特性与饲喂方法[J].养殖技术顾问,2008(9):37.
[3]杨旭杰.青贮饲料的营养特性及使用方法[J].现代农业科技,2009(2):212.
[4]许腾,谷朝勇.不同处理青贮秸秆饲喂鲁西黄牛增重效果对比试验[J].上海畜牧兽医通
讯,2005(4):15.
[5]邓春岩,陈芳,邓晨,等.小型秸秆切碎机的设计[J].农机化研究,2011,33(7):141-143,150.
[6]李奇仪,赵韩.机械原理[M].武汉:武汉理工大学出版社, 1991:278- 296.
[7]吴晓杰,韩鲁佳,刘贤,等.不同切碎方式对全株玉米青贮饲料品质影响的试验研究[J].农业工程学
报,2006,22(5):215-217.
[8]余汝华,莫放,赵丽华,等.切碎和揉切对玉米秸秆青贮饲料发酵特性的影响[J].中国畜牧杂
志,2007,43(15):42-43.
[9]李传峰,周岭,王红飙,等.2ZLF-500型轮刀式青贮饲料切碎机的设计[J].农机化研
究,2012,34(8):86-89,97.
[10]张立志,刘军,孙众沛,等.一种新型高效青贮饲料加工机械-9ZPR圆盘式揉搓切碎机研发成功[J].山东农机,2003(1):15-16.
[11]范国昌.盘刀式饲料铡刀装置中动刀的选择[J].农牧与食品机械,1994(5):35-37.
[12]马德懿,赵新军.秸秆饲料切碎机——轮刀式切碎器对数螺旋线型刀片的试验研究及优化设计[J].饲料工业,1993,14(11):20-23.
[13]李林,闫秀芳,崔红梅，等.圆盘式切碎器动刀片等滑切角刀刃曲线的研究[J].农村牧区机械
化,2010(6):16-20.
[14]李成华,石宏,曹龙奎,等.盘刀式切碎器参数的计算机辅助优化设计[J].沈阳农业大学学
报,2002,33(6):443-445.
[15]李成华,赵守疆,韩国政.盘刀式切碎器刀盘系统动态特性的试验[J].沈阳农业大学学
报,1998,19(1):49-57.
[16]吕小荣,任文涛,吕小莲,等.CAD/CAE在9LRZ-80秸秆揉切机切碎器设计中的应用[J].农机化研究,2007(4):90-92.
[17]赵守疆,李成华,韩国政.9ZF-1.0型盘刀式切碎器功率消耗的组成及分配[J].农机化研
究,1987(2):18-23.
[18]赵新军,马德懿.圆弧型刀片盘刀式切碎器功率消耗的试验研究[J].农牧与食品机械,1994(4):18-
19.
[19]朴香兰,严天一. 直刃盘刀式切碎器功耗的影响因素分析[J].农机化研究,1998(4):52-53,110.
[20]郭艳.盘刀式切碎器刀刃曲线对切割能耗的影响[J].吉林农业大学学报,2003,25(1):107-110.
[21]蔺公振,姬江涛,貌建华,等.滚筒式铡草机设计[J].洛阳工学院学报,2000,21(1):11-13.
[22]马荣朝,吴维雄,张黎骅,等.滚切式轻小型秸杆切碎机的研制[C]//自主创新与持续增长第十一届中国科协年会论文集(2).重庆：中国科学技术协会，2009:1-6.
[23]杜兴文.饲料草切碎机：中国，CN201781794[P].2011-04-06.
[24]付敏良,夏吉庆.秸秆饲料青切揉碎机的设计[J].农机化研究,2009,31(3):89-91.
[25]张全贵.青饲机切碎滚筒刀片的设计[J].农产品加工：创新版,2010(8):62-63.
[26]李百儆.单叶双曲面平板直刃滚筒式切碎器的研究[D].北京:中国农业大学,2005.
[27]邸影.饲料切碎机切碎装置的优化选择与设计[J].现代农业装备,2008(5):50-51.
[28]赵毅彬,迟淑筠.玉米青贮机滚筒式切碎装置的设计[J].饲料工业,2005,26(15):10-13.
[29]中国农业机械化科学研究院.农业机械设计手册(下) [K] .北京:机械工业出版社,1988.
[30]刘勇.一种双转子秸秆切碎机：中国，CN102008993A[P].2011-04-13.
[31]龚彦,张晓东,王海娟.一种自动送料青饲料切碎机:中国,CN201905059U[P].2011-07-27.
[32]梅子.国家质量监督检验检疫总局抽查结果:铡草机质量欠佳,颗粒饲料压制机质量不错[J]. 农机质量与监督，2002(3)：52-53.。