香蕉是我國熱帶地區(qū)重要的熱帶作物，香蕉產(chǎn)業(yè)已成為我國南亞熱帶地區(qū)農(nóng)業(yè)支柱性產(chǎn)業(yè)，在熱區(qū)經(jīng)濟(jì)和農(nóng)村社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。香蕉秸稈（如香蕉假莖、葉）是香蕉產(chǎn)區(qū)主要副產(chǎn)品。按2600株/hm2、每株秸稈鮮重35 kg計(jì)算，全國香蕉秸稈的年生物量將達(dá)到2700萬t，其中海南省香蕉秸稈的年生物量高達(dá)420萬t。如何處理大量的香蕉秸稈已成為蕉農(nóng)的一大難題。
在我國香蕉主產(chǎn)區(qū)，部分科研單位針對(duì)香蕉秸稈粉碎還田做了一些基礎(chǔ)研究，如曹衛(wèi)東等研制的IXHJ系列香蕉假莖還田機(jī)、張久雷等開發(fā)的香蕉假莖切塊還田機(jī)構(gòu)，上述機(jī)器由于功率消耗過大、機(jī)器穩(wěn)定性差等問題，目前仍處于小批量試驗(yàn)階段。針對(duì)我國香蕉主產(chǎn)區(qū)香蕉假莖的特點(diǎn)，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種滾壓式香蕉假莖
秸稈粉碎機(jī)。該機(jī)的成功實(shí)施，可有效解決在香蕉種植過程中其秸稈處理費(fèi)時(shí)費(fèi)力的問題，提高我國主產(chǎn)區(qū)香蕉秸稈資源利用效率，提高農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入和社會(huì)生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)。
1、總體結(jié)構(gòu)及工作原理
1.1樣機(jī)結(jié)構(gòu)
香蕉假莖還田機(jī)主要由輸送裝置、切片裝置、壓輥、粉碎裝置、皮帶張緊裝置、電機(jī)等組成，其結(jié)構(gòu)見圖1。
1.2工作原理
香蕉假莖粉碎機(jī)是將田間的香蕉假莖莖桿拾起并鋪放到傳送裝置上，由傳送帶將其傳送到切片機(jī)構(gòu)，被切片的香蕉假莖通過壓輥的擠壓、捶打被壓成片狀，同時(shí)將其中的水分排出，最后香蕉假莖再經(jīng)刀片粉碎后還田。
2、主要工作部件與參數(shù)分析
2.1粉碎裝置的設(shè)計(jì)
粉碎裝置主要由轉(zhuǎn)子軸、動(dòng)刀片、滾筒等組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。該機(jī)利用滾筒的高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力將被壓扁的香蕉假莖粉碎，其粉碎方式為直刃滾刀式切碎，這種切碎器的動(dòng)刀屬于等滑切角切刀，具有工作負(fù)荷均勻、機(jī)器震動(dòng)小的顯著特征。滾筒上的動(dòng)刀速度一致，切碎質(zhì)量較好。滾刀式切碎器還具有安裝方便、易于刃磨等優(yōu)點(diǎn)。與傳統(tǒng)的螺旋滾刀式切碎器相比，其特點(diǎn)是切刀與定刀都采用了平板直刀片，刃口線也是直線，因此便于制造與磨銳。
2.1.l機(jī)架機(jī)架由左側(cè)壁和右側(cè)壁兩部分構(gòu)成．各部分用螺栓連接成一體，機(jī)架內(nèi)壁鑲有高錳鋼材料的襯板。錳鋼是一種高強(qiáng)度的鋼材，主要用于需要承受沖擊、擠壓、物料磨損等惡劣工況條件，破壞形式以磨損消耗為主，部分?jǐn)嗔选⒆冃危p后可以更換。由于機(jī)械加工困難，高錳鋼基本上是鑄態(tài)下使用。其熱處理都采用水韌處理，即將鋼加熱到1000～1l00℃．保溫使碳化物全部溶解，然后在水中快速冷卻，在室溫下獲得均勻單一的奧氏體組織。
2.1.2轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子是粉碎裝置的主要工作部件，主要由轉(zhuǎn)子軸和滾筒滾刀組成。刀片用螺栓分別安裝在3塊支架上，轉(zhuǎn)子支撐在兩個(gè)深溝球軸承上。滾筒的轉(zhuǎn)速是粉碎裝置的重要工作參數(shù)，影響粉碎香蕉假莖的效率和工作能力。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)．根據(jù)整臺(tái)機(jī)轉(zhuǎn)速的需要，粉碎裝置的轉(zhuǎn)速設(shè)定為與驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)度相同。滾筒轉(zhuǎn)速作為整個(gè)粉碎裝置重要的參數(shù)，可以按照以下公式計(jì)算：式中，w為滾筒的圓周速度(m/s)，d為滾筒直徑(m)。
目前，一般中小型砬碎機(jī)轉(zhuǎn)速為750~1500r/min、圓周速度為25—70m/s．大型破碎機(jī)轉(zhuǎn)速為200~350 r，min、轉(zhuǎn)子圓周速度為18~25m/s。速度越高，破碎產(chǎn)生的粒度越小。根據(jù)整機(jī)設(shè)計(jì)要求，為了減少磨損和功率消耗，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)為1000 r/min。
2.1.3動(dòng)刀片 刀片是粉碎裝置的主要工作部件。刀片的重量、形狀、材質(zhì)對(duì)粉碎裝置的工作能力有很大影響。刀片材料必須具有很高的硬度和耐磨性，必要的抗彎強(qiáng)度、沖擊韌性和化學(xué)惰性，良好的工藝性（切削加工、鍛造和熱處理等），且不易變形。香蕉屬草本植物，纖維較長且極具韌性，含水量一般達(dá)90%以上。而香蕉假莖纖維回潮率大、吸濕放濕快．普通碳索鋼不具備較高的耐磨性和耐腐蝕性，容易磨損或腐蝕，因此選用優(yōu)質(zhì)的碳索工具鋼。本試驗(yàn)設(shè)計(jì)的動(dòng)刀和定刀均選用T12作為刀具的材料。動(dòng)刀片為雙面刃，由3個(gè)螺栓進(jìn)行固定，其基本結(jié)構(gòu)尺寸為420 mmx74mmx8mm，刀片的刃傾角為25°螺栓孔的直徑為M12，其三維示意圖如圖4所示。
2.1.4定刀 為了達(dá)到更好的粉碎效果，在動(dòng)刀的下前方安裝了一把可以調(diào)動(dòng)定刀間隙的定刀，定刀的材料也為M12。定刀的安裝位置對(duì)于切碎的質(zhì)量有一定的影響，經(jīng)驗(yàn)證，定刀片的最佳配置高度為定刀刃位于滾筒中心線以下20mm處，此時(shí)切碎機(jī)的功率消耗最低、綜合切碎性能最好。定刀刃與動(dòng)刀刃的間隙為0.4mm。
刀片末端線速度對(duì)粉碎裝置的性能和效率有很大影響，是粉碎裝置的主要技術(shù)參數(shù)之一。適當(dāng)提高刀具末端線速度，可以增強(qiáng)物料的打擊磨碎作用、提高粉碎效果和工作能力。但過高的末端線速度將使轉(zhuǎn)子空載功率增加、振動(dòng)加劇、軸承壽命降低、用于粉碎的實(shí)際有效功率減少，使粉碎效果反而下降。對(duì)各種不同的原料由于具有不同的物理機(jī)械性質(zhì)，其最佳線速度也不相同。較易粉碎的脆性物料，線速度可以適當(dāng)降低；較難粉碎的韌性物料和纖維性物料，線速度要求適當(dāng)提高。此設(shè)計(jì)是用于粉碎香蕉秸稈莖桿的，可根據(jù)下列公式計(jì)算：式中，d為轉(zhuǎn)子軸直徑(m)，n為轉(zhuǎn)子軸轉(zhuǎn)速(r/min)。
2.2帶傳動(dòng)
帶傳動(dòng)是具有中間撓性件的一種傳動(dòng)，其應(yīng)用范圍很廣。其優(yōu)點(diǎn)有：(1)能緩和載荷沖擊；(2)運(yùn)行平穩(wěn)，沒有噪音；(3)制造和安裝精度不像嚙合傳動(dòng)那樣嚴(yán)格；(4)過載時(shí)將引起帶在帶輪上打滑，因而可防止其他零件損壞等優(yōu)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)選用普通V帶，其型號(hào)和根數(shù)可根據(jù)計(jì)算功率和小帶輪轉(zhuǎn)速選取。
2.3帶傳動(dòng)的張緊裝置設(shè)計(jì)
由于傳動(dòng)帶的材料不是完全的彈性體，因而傳動(dòng)帶在工作一段時(shí)間后會(huì)發(fā)生塑性伸長而松弛，使張緊力降低。因此，為保證機(jī)器正常工作，本機(jī)設(shè)計(jì)了帶傳動(dòng)張緊裝置，其結(jié)構(gòu)示意圖見圖6。張緊裝置分為定期張緊和自動(dòng)張緊。本設(shè)計(jì)選用定期張緊，張緊輪裝于松邊內(nèi)側(cè)以免反向彎曲減低帶的壽命。設(shè)計(jì)中，其中心距不可調(diào)，安裝時(shí)要注意兩輪槽應(yīng)對(duì)準(zhǔn)，并處于同一平面上。
3、結(jié)語
在完成樣機(jī)的設(shè)計(jì)后．對(duì)其假莖切斷性能進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)香蕉假莖選用當(dāng)?shù)胤N植較多的巴西Williams香蕉品種，采收完果實(shí)的香蕉假莖含水量為85%．假莖平均直徑為350 mm．平均株高為2 200 mm。結(jié)果顯示，該機(jī)能有效切碎香蕉假莖，通過調(diào)整滾刀速度，粉碎長度為10~15 cm．粉碎效果良好，能滿足香蕉假莖還田、青貯等要求。
本設(shè)計(jì)結(jié)合以往的香蕉假莖的還田方式和現(xiàn)有的機(jī)械化還田機(jī)具，以完成機(jī)械化、自動(dòng)化將香蕉假莖還田為前提，綜合分析各種因素，設(shè)計(jì)了一種新型香蕉滾壓滾壓式香蕉假莖粉碎機(jī)。整機(jī)通過切片、壓輥壓制、粉碎的方式將香蕉假莖機(jī)械化還田方式，使機(jī)具更具智能化和自動(dòng)化，并且改善了現(xiàn)有機(jī)具的缺陷，適合于大規(guī)模香蕉假莖的機(jī)械化還田，大大提高了香蕉假莖的利用效率，并且可有效解決在香蕉種植過程中其秸稈處理需耗費(fèi)大量人力物力，秸稈在長時(shí)間堆放腐化過程中造成的病害擴(kuò)散、環(huán)境污染等難題，同時(shí)有效增加綠肥還田，最終實(shí)現(xiàn)充分利用資源、保護(hù)環(huán)境的目的。
