[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(yùn)，而且還解決了冬春季飼草匱乏的困擾。為適應(yīng)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(jī)，采用鍘揉、輸料雙動(dòng)力結(jié)構(gòu)方式，對青貯秸桿進(jìn)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(shù)借助于Simulation軟件對關(guān)鍵零件進(jìn)行了有限元分析，為其設(shè)計(jì)合理性的驗(yàn)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(jìn)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(jì)，我國的農(nóng)作物秸稈總產(chǎn)量達(dá)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(fèi)力、適口性差，直接飼喂牲畜，其采食浪費(fèi)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(dòng)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(dòng)，通過厭氧呼吸過程將青貯原料中的碳水化合物變成有機(jī)酸．抑制有害細(xì)菌及霉菌的生長、活動(dòng)，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(shí)便于貯運(yùn)，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(jī)系列和型號很多，如9R-40、9RS-700、9RFQ-34、93RJ-40、9RC-430、93RQ-40等。揉碎機(jī)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(shí)產(chǎn)量的生產(chǎn)率為500～2500kg/h，生產(chǎn)率偏低，不能夠適應(yīng)現(xiàn)代畜牧養(yǎng)殖需要；(2)工作時(shí)堵塞現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生；(3)揉碎質(zhì)量較差。
為了更好地適應(yīng)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(jī)，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(dòng)力結(jié)構(gòu)方式，對青貯秸稈進(jìn)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(gòu)
1.1總體構(gòu)成及工作過程
92-30大型青貯鍘切揉絲機(jī)由喂入裝置、鍘切裝置、拋送裝置、傳動(dòng)裝置、行走裝置、防護(hù)裝置和機(jī)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(shè)備正常啟動(dòng)運(yùn)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(dòng)下進(jìn)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(jìn)行揉搓，揉絲后的青貯料由拋送裝置拋送至儲(chǔ)料處。
1.2主要工作部件的配置關(guān)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(dòng)，以保證喂入量均勻連續(xù)，其傳動(dòng)鏈輪裝在下喂入輥軸上，被動(dòng)鏈輪裝在輸送器的主動(dòng)軸上。
1.2.2切碎裝置
鍘草機(jī)喂入口設(shè)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(dòng)刀架、動(dòng)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(dòng)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(jìn)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(dòng)系統(tǒng)
傳動(dòng)系統(tǒng)采用雙動(dòng)力結(jié)構(gòu)，主電機(jī)用于鍘揉和拋送作業(yè)，從電機(jī)主要用于輸送、喂料作業(yè)。主電機(jī)通過皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)主軸。從電機(jī)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(dòng)輸出為兩個(gè)輸出軸，兩個(gè)輸出軸運(yùn)轉(zhuǎn)方向相反，通過萬向節(jié)帶動(dòng)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(jìn)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(dòng)下進(jìn)行公轉(zhuǎn)，并對鍘切后的青貯料進(jìn)行揉打，同時(shí)沿轉(zhuǎn)軸自轉(zhuǎn)。
2、傳動(dòng)設(shè)計(jì)及主軸強(qiáng)度分析
2.1擬定傳動(dòng)方案
本項(xiàng)目所研究的鍘草機(jī)采用雙電機(jī)方案，主電機(jī)用來提供鍘切動(dòng)力，喂料電機(jī)用于提供輸送及喂料動(dòng)力（動(dòng)力參數(shù)見表1）。
根據(jù)結(jié)構(gòu)布置以及鍘切作業(yè)的沖擊性等要求，鍘切動(dòng)力采用V帶傳動(dòng)方案。而喂料動(dòng)力采用電機(jī)直連減速機(jī)，并通過齒輪箱、鏈條將動(dòng)力分配給物料輸送、物料鎮(zhèn)壓、強(qiáng)制輸料等機(jī)構(gòu)（如圖3所示）。雙電機(jī)方案避免了單電機(jī)方案物料堵塞時(shí)不易清理物料的弊端，同時(shí)利用正反轉(zhuǎn)電氣控制系統(tǒng)易操作性，還避免了單電機(jī)方案的變速、離合箱結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工困難、故障率高等問題。
通過上述的設(shè)計(jì)計(jì)算以及有限元分析計(jì)算，主軸的強(qiáng)度、剛度、變形等都完全滿足設(shè)計(jì)要求，并有足夠的安全余量，在設(shè)計(jì)功率的條件下，設(shè)備具有較高穩(wěn)定性和安全性，滿足設(shè)計(jì)產(chǎn)量下的負(fù)荷要求。
3、測試試驗(yàn)
92-30大型青貯鍘切揉絲機(jī)由山東省泰安市農(nóng)業(yè)機(jī)械科學(xué)研究所研制，在肥城市儀陽鎮(zhèn)進(jìn)行了產(chǎn)品試驗(yàn)。
3.1試驗(yàn)條件
試驗(yàn)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(biāo)準(zhǔn)《JB/T9707-2013鍘草機(jī)》的要求，對整機(jī)及鍘切后的青貯料進(jìn)行了測定。
3.2試驗(yàn)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(jī)完全滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)達(dá)到了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)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(jī)的研究和設(shè)計(jì)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)了喂人物料防堵塞控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了喂人物料發(fā)生堵塞時(shí)喂人機(jī)構(gòu)自動(dòng)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，并通過反轉(zhuǎn)吐料，在最短時(shí)間內(nèi)解決物料堵塞問題，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了鍘切效率；采用了雙動(dòng)力裝置，既滿足鍘草作業(yè)時(shí)對動(dòng)力分配的要求，又簡化了結(jié)構(gòu)，保證了作業(yè)效果。經(jīng)過性能測試和用戶實(shí)際使用，均優(yōu)于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，整機(jī)設(shè)計(jì)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(dòng)物飼養(yǎng)的需要。
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