铡草机切碎器性能分析

铡草机切碎器性能分析

黄德超1,王瑞丽2

（1.辽宁省农业机械化研究所，沈阳110161；2.沈阳农业大学工程学院，沈阳110161）

摘要：切碎器是铡草机的主要工作部件，它的参数设计是否合理，对铡草机切碎质量、工作效率及功率消耗有重要影响。影响小型滚筒式铡草机切碎器性能的主要因素包括切割速度、滑切角、磨刃角、锐利度、安装前角、切割前角和切割间隙。分析各主要因素对切割器性能的影响作用，提出各参数的选择范围，为切割器的设计提供了依据。试验表明：直刃斜装式切碎器具有结构简单、切割连续、功率消耗少等优点，合理选择切碎器切割速度、滑切角、磨刃角等，有利于提高切碎器性能，使铡草机性能更趋合理。关键词：铡草机；切碎器；性能分析中图分类号：S153.6

文献标识码：A

文章编号：1674-1161(2009)06-0043-03

Analysis of the Performance of the Chopper of Hay Cutter

HUANG Dechao 1,WANG Ruili 2

（1.Agricultural Mechanization Institute of Liaoning Province,Shenyang 110161,China ;

2.College of Engineering,Shenyang Agricultural University,Shenyang 110161,China ）

Abstract ：Chopper is the key working part of crop cutter,and whether its parameter design is reasonable or not has a major impact on the shredding quality,efficiency and power consumption.The principal factors on performance of choppers are cutting speed,smooth cutting angle,grinding blade angle,sharpness,pre-installation angle,cutting angle and cutting pre-clearance.This paper analyzes the effect on chopper performance by various kind of affecting factors,and puts forward the range of the parameters,which will provide ref -erence for designing choppers.The experiment shows that the inclined chopper of straight blaze enjoys such advantages as simple struc -ture,consistent cut and low power consumption.Choosing right cutting speed,sliding angle,and sharpening angle helps to improve the performance of the cutter.

Key words:crop cutter;chopper;performance analysis

切碎器是铡草机的主要工作部件，它的参数设计是否合理，对铡草机的切碎质量、工作效率及功率消耗有重要影响。良好的切碎器必须具有结构紧凑、刀片制造方便、便于刃磨安装、切割省力、负荷均匀及秸秆相对刃线不打滑等特点，为此，对影响侧草机切碎器性能的各因素进行详细分析，以期为切碎器的研制提供理论参考。

1切碎器性能分析

滚筒式切碎器（见图1）的几何参数分析如图2

所示，其性能参数主要由切割速度、滑切角、磨刃角、锐利度、刀片前角、切割间隙等因素决定。在图2中：τ为滑切角；β为磨刃角；γ为安装角；φ为刀片前角；δ为切割间隙；x 为挤推角；a 为饲料厚度；b 为动刀片厚度。

1.1切割速度对切碎器性能的影响

切碎器刀刃的切割速度是指在切割点外沿切割

收稿日期：2009-09-07

作者简介：黄德超（1971—），男，从事农业机械产品试制工作

。

图1

切碎器结构图

Figure1Structure chart of chopper

1.动刀片；

2.回转轴；

3.饲草料；

4.定刀片

图2切碎器几何参数分析图

Figure 2Geometric parameter analysis of chopper

第6期总第186期

No．6Total No．186

2009年12月

Dec ．2009

农业科技与装备

Agricultural Science＆Technology and Equipment

方向的刀刃速度，是切割过程中的重要参数。当切割速度增加时，切割阻力近似于直线下降，饲草变形所需要的功耗减少，因而切割所需的总功耗也减少。若切割速度过高，会引起机器的意外损坏；若切割速度过低，不仅会降低生产率，也会使功耗增加。因此，在选择切割速度时，以选取规定速度范围内的较大值为宜。试验表明，当切割速度在10～21m/s范围内时，提高切割速度对降低功耗有利。

1.2滑切角对切碎器性能的影响

滑切角τ对切割功耗有显著影响。有关资料表明：当τ﹤25o时，功耗下降；而当τ﹥25o时，功耗随τ增大而上升。这是由于切割功耗不仅用于切断物料，也用于克服刀面对饲料的摩擦阻力。当切割层变厚时，摩擦力增大，此时增大滑切角虽然可使切割力减小，但摩擦力也会增加，其增大值将超过切割力的减小值。

1.3磨刃角对切碎器性能的影响

动刀片的磨刃角β对切割功耗及刀片的使用寿命有较大影响。当磨刃角加大时，切割所需的功和比功都上升，特别是当磨刃角大于30o时，功耗明显增高。当磨刃角过小时，刀刃强度差，易缺损，从而使刀片的寿命降低[4]。由经验设计法可知：为降低功耗，可将磨刃角在适当范围内设计得小些，一般为15o～30o。

1.4锐利度对切碎器性能的影响

刀片刃口的锐利度通常用刃口断面刀尖圆弧的半径R表示。刀片非常锐利时，半径R几乎为零，此时切碎功耗低，且刀片间隙大小对切碎功耗几乎无影响。但当刀片锐利度由小变大时，随着刀片间隙的加大，切割功显著上升，这也说明刀片的锐利度比刀片间隙更重要。

1.5切割前角对切碎器性能的影响

切割前角是指动刀片与切割平面法向的夹角，也称倾斜角，用φ表示。在垂直于切割面的平面上，刀片的前角φ、磨刃角β和安装角γ有如下关系：

φ=90o-β-γ（1）试验表明：切割植物物料时，前角对切割功耗的影响极大；当前角变小时，切割功耗增加[4]。一般来说，切割前角应≥65o～70o。

1.6安装角对切碎器性能的影响

安装角是动刀片与切割平面的夹角，用γ表示。研究表明：在铡草机切割物料过程中，物料处于松弛状态；通过喂入辊后，饲草层的体积将被压缩成原体积的2/3；完成切割后，切下的草段与未切下的草层会膨胀或回弹。当γ角较小时，回弹阻力增大，出现冲压特性，使转子减速、功耗增加。这是由于饲草在较大面积上摩擦刀片平面的缘故。此外，还有部分饲草在后推后被切断，这也会使功耗增大。

为避免饲草层在送进过程中摩擦动刀片的前刀面，除适当增大前角外，还应保证刀片的安装角γ满足以下条件：

γ≥arctan k·L max

2π·R min

（2）式（2）中：k为转子上安装的动刀片数目，片；L max 为所采用的最大物料理论切碎长度，mm；R min为动刀刃线的最小回转半径，mm。

1.7切割间隙对切碎器性能的影响

切割间隙是指动刀片与定刀片刃线之间的距离，用δ表示。切割间隙对切割功耗及切割质量有重大影响。当切割副具有间隙δ时（如图3所示），在动刀4对茎秆2产生的压力P作用下，茎秆发生弯曲。茎秆弯曲的挠度f值，可视支点在喂入辊1与定刀3的情况而定：

f=P·(L-δ)δ2（3）式（3）中：E为茎秆的弹性模数，kg/cm2；J为断面的惯性矩，cm4。

式（3）表明，挠度f与茎秆刚度E·J成反比，与切割间隙的平方成正比。当间隙足够大时，被切割茎秆发生弯曲并被楔在动刀与定刀之间，增大了摩擦力。当切割断面积较大的粗硬茎秆时，其弯曲较小；当切割细软茎秆时，茎秆将被滞留在间隙内，从而加大了切碎段长度。当切割间隙为0～0.4mm时，对切割功耗几乎没有影响。刀片愈钝，间隙对切碎器性能的影响也愈显著。间隙不宜过小，否则刀片在工作时将会发生意外状况，使动定刀被咬住，产生打刀现象。严重时

1.喂入辊；

2.饲草茎秆；

3.定刀片；

4.动刀片

图3有切割间隙茎秆的弯曲示意图

Figure3Schematic diagram of stalk under bending

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农业科技与装备2009年12月44