0、前言
    我國具有豐富的農作物秸稈資源，每年生產的農作物秸稈約5億噸，其中可作飼料的有3.5億噸，它是我國廣大農區飼養牲畜的主要飼料。我國目前農作物秸稈的利用率還很低，很多農民將收獲后的農作物秸稈燒掉，既造成資源浪費又污染了環境。因此，不斷開發飼草加工機械，提高農作物秸稈的利用率，對發展節糧效益型畜牧業具有重要意義。
    滾筒式鍘草機在飼草加工機械上廣泛應用，滾筒式鍘草機的動刀一般采用螺旋式，它具有工作負荷均勻、切碎質量好、機器振動小的特點。但是，螺旋刀要求制造精度高，且滾筒的拋送能力弱，一般需要配裝專門的拋送裝置。
    為了進一步提高滾筒式鍘草機的工作質量，我們研制了一種新型滾筒式鍘草機：93ZT - 500型鍘草機，對其結構設計、動定刀的配置關系、拋送裝置、超負荷安全保護裝置等進行了試驗研究，以下對設計中的幾個技術問題及試驗結果進行分析，供有關設計人員參考。
1、總體方案與性能指標
    該機由輸送裝置、喂入裝置、切碎滾筒、拋送裝置、機架等組成。輸送裝置采用鏈板式輸送器；切碎滾筒安裝四把螺旋動刀進行切碎作業；喂入裝置為棘齒式喂入輥，上喂入輥為浮動式，下喂入輥傳動軸上安裝有牙嵌式安全離合器，超負荷時離合器自動打滑切斷喂入輥的動力傳遞。更換滾筒和下喂入輥傳動軸上的齒輪，可改變喂入速比，實現切草長度的變更。
    該機的生產率為500kg/h(麥桔、谷草)和1500kg/h(青貯玉米稈)；超長率<7%;破節率>55%；斜茬率<5%;該機可實現12mm、18mm，24mm和36mm四種切草長度；配套電機功率2.2kW，電機轉速1430r/min。
2、動刀螺旋角的確定
    采用螺旋動刀主要是使鍘草機工作時有一個合理的滑切角，減少切碎物料時的剪切功率，同時延長每一把動刀的切割時間，使整個工作過程負荷均勻，減少機器的振動，提高切碎質量。我國目前螺旋動刀的螺旋角一般取值范圍為18°-30°，滾筒式鍘草機動刀的螺旋角與滑切角相等，螺旋角愈大滑切速度愈大，切斷物料愈省力。為滿足動刀與定刀能穩定鉗住莖稈實現切割，螺旋角不能超過極限鉗住角。影響極限鉗住角的主要因素為作物品種、莖稈含水率和動定刀的鋒利程度。通過我們測定，動定刀鋒利時，干谷草的極限鉗住角為：有包葉時34°- 36°，無包葉時25°- 28°;干麥草的極限鉗住角為：有包葉時27°- 28°，無包葉時25°- 26°;青貯玉米稈(含水率65% - 78%)的極限鉗住角為：有包葉時44°-46°，無包葉時40° - 42°。當動定刀刃磨鈍時，以上作物秸稈的極限鉗住角一般減小8°- 12°。由于我國目前生產的滾筒式鍘草機一般以切碎干飼草為主，兼顧青飼草加工，所以動刀的螺旋角應以干飼草加工的極限鉗住角進行設計。
    通過對螺旋角為15°、20°、25°和30°的動刀進行了對比試驗，從綜合性能分析，螺旋角取200較為合適，可兼顧干、青飼草的加工，超長率和破節率均可滿足國家有關標準。
3、定刀配置高度
    鍘草機工作時，物料由喂入輥壓縮并夾持送入切碎滾筒，物料壓縮后的厚度與生產率和物料的品種有關。壓縮后的物料有一中間面，從理論分析，若滾筒軸中心的安裝面剛好與物料的中間面重合，則中間面以上的物料切割時將首先被動刀向外推送，處于中間面的物料被動刀直接切割，而中間面以下的物料被動刀向內拉送，推拉物料的情況均等，切草平均長度較均勻。基于以上分析，定刀刃的位置高于物料的中心面時動刀對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線時動刀對物料的拉送作用大于推送作用，這兩種情況都會引起超長率和剪切功率上升。
    由于影響超長率的因素很多，難于用純理論分析方法解決定刀配置高度，因此我們進行了對比試驗。定刀刃位于滾筒中心線以下為20mm、30mm、40mm和50mm四種情況，切碎干飼草的生產率為0.4-1.2t/h，試驗結果表明，在以上情況下，定刀的最佳配置高度應為20mm，此時的功率消耗低，綜合性能指標最好。
4、超負荷安全裝置的設計
    由于鍘草機工作時均采用人工送料，喂入的不均勻性必然存在，易出現滾筒堵塞，造成機件損壞，因此，鍘草機應有超負荷安全保護裝置。目前，我國生產的大型鍘草機都設置超負荷安全保護裝置，型式一般為離合器及喂入輥反轉裝置，出現超負荷時，板動離合器手柄，停止喂入輥轉動，再板動離合器手柄使喂入輥反轉，將堵塞物料退出。為簡化機構，我國小型鍘草機一般不設置安全保護裝置，給用戶帶來很大不便，若采用超負荷安全裝置，多為安全保護鍵，當負荷達到某一值時，保護鍵會自動剪斷，要重新更換新的保護鍵后才能開機工作，該方式費時費力，影響生產率的提高。
    為了克服以上缺點，我們在喂入輥主動軸上設置了牙嵌式安全離合器，動力經牙嵌式安全離合器傳給下喂入輥軸，喂入量超負荷時牙嵌離合器自動打滑，切斷喂入輥的傳動力，停止物料喂入。通過調節牙嵌式安全離合器的壓緊彈簧可以改變其預緊力，確定超負荷安全保護力，對不同物料的切碎作業調節使用方便，機構制造成本低，便于用戶使用。
5、拋送裝置的設計
    物料經滾筒切碎后，一般由拋送裝置拋出機外，以減輕人工清理的勞動量。滾筒式鍘草機常用的拋送裝置有兩種型式，一種是在滾筒上安裝拋送葉片，滾筒在切碎物料的同時將被切碎物料拋出，該方式使滾筒結構復雜，為了保證物料的拋送距離，要求滾筒轉速較高，功率消耗大。另一種方式是在滾筒軸的一側串聯一個風機，切碎的物料由滾筒下方滑至風機后由風扇葉片拋出，為了保證物料的拋送距離，風機直徑較大。
    本設計在滾筒的后下方直接配置拋送風機，風機為四葉片離心式，為了保證物料的拋送距離，由滾筒軸經膠帶傳動并使風機升速，將切碎的物料直接拋送到機器的后方，該配置方式工藝流暢，傳動簡便，整機功耗小。該配置的技術關鍵是保證物料順利進入風機。因風機工作時沿風殼形成了一個氣流環，滾筒下方的碎草在氣流環的作用下不易進入風機，為解決這一問題，必須將滾筒下的滑板配置在與氣流環的切線方向以下，并使滑板的傾角大與物料與鋼板的磨擦角。根據我們的試驗，滑板的傾角應大于250。本設計的風機葉輪直徑為240mm，風機與滾筒等寬(250mm)，風機轉速1076r/min，風機葉片線速度為13 .5m/s，物料拋送距離達1.8m，滿足了用戶的使用要求。
6、定刀刃口形狀的設計
    我國滾筒式鍘草機的定刀有兩種型式，一種為開刃定刀，另一種為矩形定刀。矩形定刀由4mm -6mm錳鋼板制成，工作刃角70° ～75°;另一種為矩形定刀，由白口鐵或工具鋼制成，斷面為矩形，矩形定刀的主要特點是四條棱邊均可作為定刀刃，當一條定刃磨鈍后，通過翻轉定刀用另一棱邊作為定刀刃。因矩形定刀的工作刃角為90°，刃角不鋒利，切割功耗大，工作質量差。矩形定刀在我國滾筒式鍘草機和輪刀式鍘草機上應用較廣，筆者認為，這一現象的出現與我國生產廠家在機構設計方面采取簡單模仿的習慣相關，并無進行深入的對比試驗研究。
    我們對以上兩種定刀進行了對比試驗，矩形定刀的斷面為20mm×20mm，材料為T8工具鋼，加工后進行熱處理；開刃定刀采用65Mn鋼板制造，鋼板厚4mm,刃角750，并對刃口進行調質處理。對谷草、麥草和青貯玉米稈進行切碎試驗，試驗表明，矩形定刀比開刃定刀的剪切功率平均高17.5%，其它工作指標（超長率、斜茬率等）均明顯低于開刃定刀。說明矩形定刀性能低劣，在新產品開發中不應再采用。


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