[摘要]秸稈通過青貯加工，做成的青貯飼料不僅青鮮、適口、采食率高、便于貯運，而且還解決了冬春季飼草匱乏的困擾。為適應畜牧養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，研究了一種大型高效的青貯秸桿鍘切揉絲機，采用鍘揉、輸料雙動力結(jié)構方式，對青貯秸桿進行鍘切揉絲加工，提高了青貯飼料揉絲加工的作業(yè)效率，降低了生產(chǎn)成本，飼料揉絲效果良好。采用三維建模技術借助于Simulation軟件對關鍵零件進行了有限元分析，為其設計合理性的驗證提供了依據(jù)。
0、引言
近年來，我國畜牧業(yè)發(fā)展迅猛，但是飼料不足成為制約畜牧業(yè)進步發(fā)展的突出問題。我國作為農(nóng)業(yè)大國，秸稈資源十分豐富，據(jù)資料統(tǒng)計，我國的農(nóng)作物秸稈總產(chǎn)量達7億t。秸稈作為飼料的比重大約為24%。秸稈類粗飼料質(zhì)地粗硬、咀嚼費力、適口性差，直接飼喂牲畜，其采食浪費量大，消化利用率低。秸稈經(jīng)過切斷、粉碎、揉搓絲化后，加大了反芻動物瘤胃內(nèi)微生物與草的接觸面積，有利于降解發(fā)酵，從而提高秸稈消化利用率，提高了飼料的適口性。而秸稈青貯主要是利用青貯原料上所附著的乳酸菌等生物的生命活動，通過厭氧呼吸過程將青貯原料中的碳水化合物變成有機酸．抑制有害細菌及霉菌的生長、活動，使青貯原料得以保存起來。經(jīng)過青貯的玉米秸稈柔軟、氣味醇香，牲畜采食適口性好、采食率高，和干玉米秸稈飼喂育相比，增重效果明顯。同時便于貯運，克服了秋冬季節(jié)飼草匱乏的困擾，是農(nóng)業(yè)秸稈綠色綜合利用開發(fā)的一條有效途徑。
目前國內(nèi)新疆、內(nèi)蒙古、黑龍江、遼寧、河南、山東等地的揉碎機系列和型號很多，如9R-40、9RS-700、9RFQ-34、93RJ-40、9RC-430、93RQ-40等。揉碎機的錘片末端線速度為40～60m/s．度電產(chǎn)量為80～136 kg/kW-h(玉米秸稈)，轉(zhuǎn)子直徑為340～600mm，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為1800～2960r/min。主要存在以下問題：(1)功率消耗較高，折合到小時產(chǎn)量的生產(chǎn)率為500～2500kg/h，生產(chǎn)率偏低，不能夠適應現(xiàn)代畜牧養(yǎng)殖需要；(2)工作時堵塞現(xiàn)象時有發(fā)生；(3)揉碎質(zhì)量較差。
為了更好地適應畜牧養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，研究開發(fā)了一種大型高效的青貯秸稈鍘切揉絲機，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為500r/min，轉(zhuǎn)子直徑1600mm，錘片末端線速度為42m/s，度電產(chǎn)量大于260kg/kW·h（鮮玉米秸稈），采用鍘揉、輸料雙動力結(jié)構方式，對青貯秸稈進行鍘切揉絲加工，提高了青貯飼料揉絲加工的作業(yè)效率，降低了生產(chǎn)成本，青貯飼料揉絲效果良好。
1、系統(tǒng)結(jié)構
1.1總體構成及工作過程
92-30大型青貯鍘切揉絲機由喂入裝置、鍘切裝置、拋送裝置、傳動裝置、行走裝置、防護裝置和機架等部分組成，主要用于鍘切青玉米秸稈、稻草等農(nóng)作物秸稈（圖1），其工作過程為：設備正常啟動運轉(zhuǎn)后，由人工將青貯秸稈放人喂人裝置中，青貯秸稈在喂人裝置的鏈條及壓輥帶動下進入鍘切口，鍘切裝置將青貯秸稈鍘切，在鍘切腔內(nèi)錘片以及齒板的作用下，對秸稈進行揉搓，揉絲后的青貯料由拋送裝置拋送至儲料處。
1.2主要工作部件的配置關系
1.2.1喂入裝置
喂入裝置由鏈板式輸送器、壓草輥和上、下喂入輥等部件組成。鏈板式輸送器用鏈條傳動，以保證喂入量均勻連續(xù)，其傳動鏈輪裝在下喂入輥軸上，被動鏈輪裝在輸送器的主動軸上。
1.2.2切碎裝置
鍘草機喂入口設置切碎裝置，先將物料鍘切成段，再送入粉碎拋送室。切碎裝置由刀盤主軸、大皮帶輪、齒輪箱、動刀架、動刀片、定刀片等組成。
1.2.3拋送裝置
拋送裝置包括固定在動刀架上的拋送葉板、輸送管道和方向器等，切碎段經(jīng)葉板的拋送以較高的速度沿切碎裝置外殼切線方向進入輸送管道中，在上升氣流的作用下繼續(xù)將切碎段向上輸送，經(jīng)方向器改向落至指定處。
1.2.4傳動系統(tǒng)
傳動系統(tǒng)采用雙動力結(jié)構，主電機用于鍘揉和拋送作業(yè)，從電機主要用于輸送、喂料作業(yè)。主電機通過皮帶傳動帶動主軸。從電機通過聯(lián)軸器與齒輪箱輸入軸連接，在齒輪箱輸入軸通過齒輪傳動輸出為兩個輸出軸，兩個輸出軸運轉(zhuǎn)方向相反，通過萬向節(jié)帶動上下喂人輥軸。
1.2.5揉絲裝置
揉絲裝置主要將鍘切后的青貯料進行揉搓，使青貯飼料中的硬節(jié)、稈芯以及籽粒在揉搓作用下破碎均勻、成條成絲。主要包括錘片、轉(zhuǎn)軸、擋圈、揉絲架等組成。揉絲裝置安裝在刀架上，錘片隨著刀架在主軸的帶動下進行公轉(zhuǎn)，并對鍘切后的青貯料進行揉打，同時沿轉(zhuǎn)軸自轉(zhuǎn)。
2、傳動設計及主軸強度分析
2.1擬定傳動方案
本項目所研究的鍘草機采用雙電機方案，主電機用來提供鍘切動力，喂料電機用于提供輸送及喂料動力（動力參數(shù)見表1）。
根據(jù)結(jié)構布置以及鍘切作業(yè)的沖擊性等要求，鍘切動力采用V帶傳動方案。而喂料動力采用電機直連減速機，并通過齒輪箱、鏈條將動力分配給物料輸送、物料鎮(zhèn)壓、強制輸料等機構（如圖3所示）。雙電機方案避免了單電機方案物料堵塞時不易清理物料的弊端，同時利用正反轉(zhuǎn)電氣控制系統(tǒng)易操作性，還避免了單電機方案的變速、離合箱結(jié)構復雜、加工困難、故障率高等問題。
通過上述的設計計算以及有限元分析計算，主軸的強度、剛度、變形等都完全滿足設計要求，并有足夠的安全余量，在設計功率的條件下，設備具有較高穩(wěn)定性和安全性，滿足設計產(chǎn)量下的負荷要求。
3、測試試驗
92-30大型青貯鍘切揉絲機由山東省泰安市農(nóng)業(yè)機械科學研究所研制，在肥城市儀陽鎮(zhèn)進行了產(chǎn)品試驗。
3.1試驗條件
試驗材料選用去除籽粒的青玉米秸稈，平均長度為2200mm，秸稈平均直徑為22mm，秸稈平均含水率為64.9%，按照國家行業(yè)標準《JB/T9707-2013鍘草機》的要求，對整機及鍘切后的青貯料進行了測定。
3.2試驗數(shù)據(jù)及結(jié)果
測試數(shù)據(jù)如表2所示。測試結(jié)果表明：樣機完全滿足設計要求，同時達到了行業(yè)標準的要求，適用于青貯飼料的加工，生產(chǎn)的青貯飼料均勻，揉絲破節(jié)率大于84.5%。
4、結(jié)論
通過對92-30大型青貯鍘切揉絲機的研究和設計，創(chuàng)新設計了喂人物料防堵塞控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了喂人物料發(fā)生堵塞時喂人機構自動停止運轉(zhuǎn)，并通過反轉(zhuǎn)吐料，在最短時間內(nèi)解決物料堵塞問題，減輕了勞動強度，提高了鍘切效率；采用了雙動力裝置，既滿足鍘草作業(yè)時對動力分配的要求，又簡化了結(jié)構，保證了作業(yè)效果。經(jīng)過性能測試和用戶實際使用，均優(yōu)于行業(yè)標準，整機設計緊湊、可靠、操作方便、鍘切效率高、揉絲效果好，極大地滿足了畜牧養(yǎng)殖特別是反芻類動物飼養(yǎng)的需要。
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