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摘要：

棉秸稈的綜合利用越來越得到人們的重視。棉秸稈利用的重要一個環節就是粉碎。目前錘片式秸稈粉碎機是應用較為廣泛的一種秸稈粉碎機，但是影響秸稈粉碎機的參數很多，其中刀軸的轉速及錘片的數量等對其性能有很大影響。為此在理論設計分析的基礎上，通過場地粉碎試驗兩者相結合，得到棉秸稈粉碎機的最優參數組合，為棉秸稈揉絲粉碎機的設計提供理論基礎，為棉秸稈的綜合利用奠定基礎。

關鍵詞：

秸稈；粉碎機；錘片；優化

目前，全國棉花種植面積約為6Mhm2，每年棉稈產量約為30Mt，新疆棉花種植面積約占全國的35％。棉花秸稈在傳統的利用模式是，一部分棉花秸稈被直接粉碎還田，但由于棉花秸稈表層非常堅硬，棉花秸稈的根部木質化較高，粉碎還田的棉稈轉年不易腐爛，培肥地力效果不佳，并且嚴重影響下茬播種效果，還有土傳病害的問題，不同程度地對農業生產造成影響。其余大部分秸稈未被利用而被付之一炬。近年來隨著棉稈造紙、造板、發電、氣化及油化等技術的廣泛應用，棉稈資源商品化需求量迅猛增加，棉稈粉碎加工技術需求日益提高。搞好棉花秸稈的綜合利用，加快推進棉花秸稈綜合利用，實現棉花秸稈的資源化和商品化，對國家促進資源節約、環境保護和農民增收的重大意義［13］。棉秸稈的綜合利用大多數的用途必須經過粉碎這個環節，尤其作牲畜飼料，要求粉碎后的物料質地柔軟、粉碎細膩、適口性好，從而使牲畜咀嚼更容易，解決了牛羊等反芻動物在采食時過多消耗體能的問題，還解決了物料的浪費，提高了采食率和消化率。這樣就要求秸稈粒度盡可能的小、絲化率盡可能高，而市場上現有的棉秸桿揉絲粉碎機對長料秸稈需要先切斷才能進行粉碎，粉碎力度及揉絲效果較差。常見的粉碎機分為以下三種：（1）對輥式粉碎機，其原理是利用一對相對旋轉的圓柱體進行鋸切、研磨，具有生產率高、功率低、調節方便的優點。（2）齒爪式粉碎機，其原理是利用高速旋轉的齒爪擊碎物料，具有體積小、重量輕、粒度細的特點。（3）錘片式粉碎機，其原理為利用高速旋轉的錘片來擊碎物料，具有結構簡單、通用性強、生產率高等特點。本文在研學了鍘草機和粉碎機等機型的特點后改進設計出的一種新型棉秸稈粉碎機具，采取擠壓—切斷—粉碎工藝，利用對輥對棉秸稈進行擠壓，兩個旋轉刀片對棉秸稈進行切斷，然后采用錘片作為主要粉碎部件進行粉碎，通過改變錘片數及旋轉速度，進行對比試驗，得出最佳工作參數。

1結構及工作原理

棉秸稈揉絲粉碎機主要由輸送裝置、對輥擠壓裝置、切斷粉碎裝置、動力傳動裝置、機架及行走輪組成，如圖1所示。輸送裝置采用鏈式輸送帶，粉碎裝置包含切斷刀、錘片、篩網等部件。輸送裝置與對輥擠壓裝置相連，依次緊跟著是切斷粉碎裝置，對輥位于切斷粉碎裝置的進料口處，均固定在機架上。篩網位于粉碎室內，離錘片最頂端有一定的距離，錘片架上均布六根錘片軸，間隔三根錘片軸為一組。錘片由隔套隔開，兩組錘片相間分布，避免干涉，提高粉碎效率。作業時，棉秸稈放入輸送裝置，輸送至對輥，初步進行擠壓，然后進過切斷輸送到粉碎室里，錘片在粉碎室里帶動秸稈在篩網上反復揉搓，直至粉碎到一定的粒度，通過篩網孔落入粉碎室下部，再經由錘片轉動產生的風將其吹出粉碎室，完成整個棉秸稈的粉碎過程。

2秸稈揉絲粉碎機工作過程的理論分析

2．1對輥直徑的確定對輥外形設計為溝槽形，由于溝槽型對輥對秸稈的抓取能力較強，同時擠壓效果也較好。對輥直徑是影響輸送棉秸稈及擠壓棉秸稈的關鍵參數。對輥直徑越小，輸送棉秸稈的傳動比也就越小，整機的結構相對也就越緊湊；但對輥直徑太小則易發生秸稈輸送打滑、纏繞等問題，結果就是輸送不了秸稈。因此要滿足輸送秸稈及擠壓秸稈，對輥直徑必須滿足。

2．2錘片形狀及分布分析1）錘片形狀：錘片的形狀有很多種，其中矩形和梯狀錘片使用最廣［7］。梯狀錘片應用較為廣泛的原因是棉秸稈揉碎主要靠錘片棱角和篩網的搓擦實現［8］，錘片的棱角越多越容易揉搓。但過多棱角提高加工成本，同時影響刀片強度。選用如圖2所示的錘片。2）錘片厚度：棉秸稈在粉碎室內主要受到兩個作用，一是錘片對棉秸稈的沖擊作用，二是秸稈在篩網上的劇烈摩擦。錘片在工作時，主要受到棉秸稈對其的正面沖擊。由錘片厚度方向對秸稈施加剪切力，所以錘片的厚度對粉碎效果有直接影響。錘片過厚，導致接觸面積過大，所需要的能量過大。錘片過薄，強度不夠，易磨損，后期維護費用過高。所以在不影響錘片使用壽命的情況下，采用較薄的錘片，選用4～5mm的錘片。3）錘片的數量：錘片越多，單位時間內對秸稈的作用次數增加；但由于粉碎室內空間限制，同時考慮動平衡的要求，在單位體積內的錘片數量盡可能的多。錘片架上均布六根錘片軸，間隔三根錘片軸為一組。錘片由隔套隔開。這樣，每根錘片軸上有2～4個錘片，整個粉碎室內共有12～24個錘片，如圖3所示。

2．3錘片運動分析由粉碎機破碎原理可知，物料進入粉碎機后，主要受到錘片與篩面之間的劇烈摩擦而破碎，同時大量棉秸稈沒有貼近篩網，這樣就近似考慮錘片在進行無支撐切割。建立圖4所示速度合成圖。

2．4粉碎腔體尺寸確定粉碎室的外徑尺寸對于整機設計有關鍵作用。

2．5輸送裝置速度分析輸送帶的速度應該滿足粉碎的速度，速度過高堵塞，速度過低則造成了能耗的浪費。根據設計要求，粉碎機的粉碎效率是Ec＝800kg／h，這根據能量守恒。

3秸稈揉絲粉碎機工作過程的試驗分析

在新疆農業科學院農業機械化研究所試制工廠門口空地處進行了必要的試驗驗證和分析，試驗材料是當年樹枝修剪下的樹枝，質地與棉秸稈近似，篩網采用直徑為10mm的篩網，并且不做更換。

3．1試驗目的本試驗主要以修剪下來的樹枝為試驗對象，針對不同的錘片數量及不同的刀軸的旋轉速度，進行粉碎試驗，根據粉碎的效果及粒度的大小等指標的情況，參見圖5。找到最佳的刀軸旋轉速度及錘片數量，為棉秸稈的設計改進提供依據。

3．2儀器使用的儀器有DSX型電腦篩選器電腦篩選器、手持式測速儀，數據分析軟件為spss9．0。

3．3試驗因素將刀軸轉速及錘片數量作為試驗因素，通過更換帶輪來調節刀軸的轉速，錘片數量則通過拆裝來調整，試驗因素表如表1所示。

3．4試驗結果與討論直接觀察是指對實驗結果不進行計算而直接根據觀察實驗結果來確定較好實驗條件的方法，通過直接觀察法總結出的結果不一定是最優，但一定是較優結果［12］，因此通過直接觀察，可以看出，影響粉碎效果的主要因素為錘片的數量，其次才是刀軸的轉速，得出在A1B1粉碎粒度較小及粉碎的效率較高，試驗表及結果如表2所示。

4結論

1）新型棉秸稈粉碎機具，采取擠壓—切斷—粉碎工藝，增加對輥有助于粉碎后形成絲狀，非常適合作為飼料使用。2）在理論計算及試驗中得出，刀片的數量的多少對粉碎的效率有很大的影響，棉秸稈粉碎機在刀軸旋轉速度為3500r／min、錘片數量為24片時有較佳的粉碎效果及效率，棉秸稈粉碎后的物料平均粒度達到3．8mm。

作者：喻晨 張麗 趙志艷 李有志 張海春 蔣永新 張佳喜 單位：新疆農業科學院農業機械化研究所 新疆烏魯木齊眾凱達機電有限公司