1. 研究的目的及意义 秸秆通常指小麦、水稻、玉米、薯类、油料、棉花、甘蔗和其他农作物在收获籽实后剩余的部分。农作物秸秆是粮食作物和经济作物生产中的副产物，除含有丰富的有机质外，还含有加多的氮、磷、钾和多种微量元素，是一种可供开发和综合利用的宝贵资源。据统计，我国各种农作物秸秆年产量约6亿吨，占世界作物秸秆总产量的20%--30%可获得量为3.5不用充电的手电筒亿~3.7亿吨。农作物秸秆往往被焚烧或还田，会造成资源的浪费,更会造成环境极大的破坏。因此，如何做好农作物秸秆的转化工作，已成为亟待解决的农业问题［3］。 我国秸秆循环再利用的途径与方法是多年来备受关注的一大技术问题，而大部分生物质原料在开发利用前期都需要进行粉碎加工处理，以便进一步加工利用，只有当生物质的粉碎颗粒符合一定的尺寸和要求时，才能为后续的生物质研究与利用做好充分的准备。粉碎机的研制在国内外已有几十年的历史，主要集中在饲料粉碎和农作物秸秆切碎等方面，粉碎机具种类与粉碎方式也多种多样，但是现有的粉碎设备在产量、能耗以及机具的寿命和操作安全性等方面还有许多不完善的地方，不能很好地满足各类生物质粉碎作业的要求。因此，对秸秆粉碎机的研究，对我国生物质能源利用的经济化商业化和促进农业的可持续发展都具有十分重要的意义。为了解决提高生产率、降低能耗和对多种物料的适应性等问题，确定从揉切工作部件、机器喂入方式和尺寸等方面进行研究设计一款集成了切碎和揉搓碎为一体的秸秆粉碎机。 2.国内（外）研究现状及分析 粉碎机的研制在国内己有几十年的历史，其主要集中在饲料粉碎和农作物秸秆切碎等方面［12］。粉碎技术根据粉碎方式和粉碎手段的不同可分为铡切式、 锤片式、 揉切式和组合式粉碎技术。在我国，秸秆粉碎机普遍采用的是锤片式和爪齿式粉碎。 2.1 铡切式粉碎 铡切式粉碎的主要设备是铡草机，也称为切碎机，主要用来切断茎秆，如谷草、稻草、麦秸、玉米、秸秆等铡草机的主要加工原理是切断，其结构简单、功耗低、生产率较高。20 世纪80 ～ 90 年代，我国研制了许多机型，按规格主要分为小型、中型和大型; 按切割方式可分为滚筒式和圆盘式; 按作业方式可分为田间直接收获和固定式切碎机。目前，我国铡草机的研究技术比较成熟，且种类机型也比较多，能基本满足不同生产的需要。目前，我国铡草机的研究技术比较成熟，且种类机型也比较多，能基本满足不同生产的需要。如新乡市兴田机械制造有限公司研制的93QS- 3 型铡草机，其动力为5.5 kW，产量为1 t /h ( 干草) 3 t /h( 青草); 山西科惠农业发展有限公司生产的93ZT- 0.8 型铡草机， 动力为1.5～2.2 kW， 产量为500～800 kg /h［8 ］莱阳农学院研制的9QS- 1型玉米饲料收获机，与8.8～11. 0 kW小四轮拖拉机配套，直接在田间完成收获切碎和收集等过程，并且采用了式切抛器，便于抛送切碎的物料，生产率为500～2 000 kg /h，适用于小型农户作业； 2.2 锤片式粉碎 锤片式粉碎机是利用高速旋转的锤片击碎物料的一种机械，其具有粉碎质量好、维修方便和生产效率高等优点，并且使用非常广泛。一般情况下，大部分粉碎秸秆的机型都选用锤片式粉碎机。锤片式粉碎机的粉碎原理是: 生物质秸秆由进料口喂入粉碎室，经过锤片的高速旋转打击，从而得到一定程度的粉碎，同时，物料以较高的速度被抛向固定在粉碎室内部的齿板和筛片上，并受到齿板的碰撞和筛片的搓擦得到进一步的粉碎粉碎过程在粉碎室内重复进行， 直到物料可通过筛孔为止。如上海春谷实业有限公司最新研制开发的振筛剪式锤片式粉碎机， 经设计试验， 在筛板内侧的物料运动环内均匀放置定锤，使定锤和动锤有规律地均匀错开，结果能使筛板内物料的运动速度降低， 使锤片末端与物料的速度差提高，从而达到提高粉碎效率的效果。我国经过多年的潜心研究，锤片式粉碎机的技术水平和性能指标基本上能达到国际同类产品的先进水平，我国秸秆粉碎机企业生产的产品品种多、规格齐全，基本上能够满足我国生产发展的需要，但是锤片式粉碎机仍然存在能耗高、效率低等问题 2.3 揉切式粉碎 揉切式粉碎包括揉搓机和揉碎机。在我国，秸秆揉搓机大都采用螺旋排列的锤片进行揉搓，再借助风机抛送，加工的秸秆物料只能达到破碎或细碎的状态，生产率较低、耗能高、不适于高湿或韧性大的物料粉碎加工发展需要。国内揉搓机的代表机型有: 辽宁凤城东风机械厂生产的 93RC－40 型秸秆揉搓机， 配套动力为 7. 5～10. 0 kW，生产率为1000 kg /h；揉碎机是我国近年来研制生产的一种新型的粗饲料加工机械，是一种介于铡切和粉碎两种机械加工方式之间的新型加工方式。 揉碎机加工的秸秆为柔软、蓬松的、丝状段，具有适宜的长度和粗细度( 85%以上长度为4～12mm，粗细度为2～6 mm) ，并被切成8～10 cm的碎段。揉碎加工不仅适用于新鲜的秸秆，同时对含水率较低的秸秆仍具有较好的揉碎效果揉碎机在我国出现的较晚，是20 世纪90 年代初提出的一种新型的粗加工的方式，所以在这方面的研究相对也比较少一些。目前揉碎机主要的机型有北京市林海农牧机械厂生产的9RC－40 粗饲料揉碎机，配套动力为7．5～13. 0 kW，生产率为2 000 kg /h； 2.4 组合式粉碎 组合式粉碎技术是将铡切、粉碎和揉搓等功能组合为一体的新型粉碎技术。如北京顺诚明星机械厂生产的9FZ － 700 型多功能秸秆组合粉碎机，其粉碎室内装有高速旋转的锤片，上机体内装有定刀、动刀和齿板，加入的物料在锤片的强烈打击及锤片与齿板之间的撕裂和搓擦等作用下迅速的被粉碎成粉状，由于离心力和粉机下腔负压的作用，被粉碎的物料通过筛孔落入出料口［12］; 黑龙江八一农垦大学研制的93RZ － 40 型揉浆机集切断、粉碎、揉搓功能于一体，物料在动刀、定刀、锤片和齿板的综合作用下被粉碎，在离心力和风机作用下排出，提高了粉碎的质量与效率目前在江西必高生物质能科技有限公司、清华大学清洁能源研究与教育中心、北京佳禾木科技有限公司、辽宁天鑫饲料有限公司、江苏鼎元科技发展有限公司等企业均有使用该技术设备。 3.重点研究的、关键的问题及解决的思路 3.1 课题研究关键问题 主要内容： 设计秸秆粉碎机 1）设计喂入机构，保证一定的夹紧力。 筛片 2）粉碎机的设计，选择合适的切碎刀型及安装方式，确定锤片的数量及排列。 3海星吸盘）为了提高生产效率，考虑增加一些辅助粉碎的机构。 4）筛片筛孔大小形状的确定。 5）选择合适的传动装置与动力源 6）总体布置，考虑使用方便、尺寸大小、经济性、能耗等因素。 关键问题：粉碎机的切碎刀型及安装方式的选择、锤片的数量及排列。 3.2 关键问题解决思路 （1）根据试验，主轴转速 900~1450r/min 时，各种类型刀刃切碎物料时的生产率增加是不同的，直刃刀增加较快[1]。所以，本机切碎刀型可考虑选择直刃刀。 （2）锤片粉碎机转子上锤片的数量与排列方式，影响到转子的平衡、物料在粉碎室内的分布、锤片磨损的均匀程度以及粉碎机的工作效率。锤片的排列方式最好达到下列要求：转子转动时，每块锤片的运动轨迹不重复；物料不会在锤片的推移下粉碎室内发生向一侧偏移的现象；转子受力平衡，高速运转时不产生振动。 4.工作方案及进度计划 4.1设计方案 根据现有的粉碎理论、粉碎机理和粉碎方法，预定本机构形式和布置方案为以下几方面： 1）本机由进料装置、切碎装置、揉碎装置、出料装置、机体和传动装置等组成； 2）进料口设置上下喂入棍，能够保证夹紧物料无滑动的卷入切碎室； 3）切碎装置采用动刀和定刀板相配合所产生的剪切作用来将秸秆切成碎段。 4）揉碎装置设计的关键是在矩形锤片的一端增加了四片小锤片，增加了锤片对物料的打击，提高了粉碎效率，在机体内表面安装齿板，工作时两者相互配合来揉搓物料。 5）为了防止以往筛孔容易堵塞问题，将考虑设计为轴向震动式的筛片。 6）高速级选择皮带传动，选择合适的风机。 4.2课题设计进度计划（以周为单位） 第1周~第4周：查阅与课题相关的国内外文献，了解国内外秸秆粉碎机的原理、优缺点； 第5周~第6周：自行构思一款秸秆粉碎机，分析机构设置的合理性，制定秸秆粉碎机的设计方案； 第7周~第8周：合理选配秸秆粉碎机动力源和切屑刀具，设计喂料夹紧卷入机构，配置动力、传动装置，对关键零部件进行强度与刚度校核； 第8周~第11周：绘制试验机装配图、零件图、3D图； 第12-14周：编写设计说书。 5.参考文献 [1]汪莉萍,王述洋,景果仙,李燕东,李政.9FR-66型秸秆粉碎机设计[J]. 机电产品开发与创新. 2009(03) [2] 姜新波,南亦博.制作智能卡秸秆锯切式粉碎机的设计研究[J]. 林业科技. 2013(06) [3] 柴民杰,李磊,李金民.我国秸秆的利用现状及发展趋势分析[J]. 硅谷. 2009(19) [4] 陈海霞,董德军,张凤菊.大型秸秆揉搓机的研究设计[J]. 农机化研究. 2005(01) [5] 朱德文,陈永生,肖宏儒,任彩红.我国生物质粉碎加工技术的研究进展[J].现代农业装备. 2007(07) [6] 黄宏伟,张超凡,陈松涛,陈壬辰,王先霞.麦草秸秆粉碎特性的试验研究[J].农机化研究. 2007(07) [7] 唐军,秦永林,刘培生.浅析影响锤片式粉碎机效率的因素[J]. 饲料工业.2007(15) [8] 云p朱洪林,李媛,陶丹丹,李爱华.JLJ62-100型秸秆加工机组揉、粉部件的设计与研究[J]. 吉林畜牧兽医. 2004(02) [9] 陈文.秸秆粉碎机安全使用要点[J]. 吉林农业. 2000(03) [10] 俞佳芝,余泳昌,朱星贤,冯春丽.4Q-1.5型秸秆粉碎机主要工作部件参数确定与校核[J].农机化研究. 2006(09) [11] 贾松华.复合式秸秆粉碎机转子虚拟设计研究[J]. 中国农机化学报. 2014(02) [12] 祖宇，郝玲，董良杰.我国秸秆粉碎机的研究现状与展望[J].安徽农业科学.2012(3). [13] 刘辉,曹成茂,孙燕,缪鹏程,洪翎.基于Pro/E生物质粉碎机虚拟设计与研究[J].包装与食品机械. 2009(04) [14] 祖宇.一种高效节能秸秆粉碎机的研制[D]. 吉林农业大学 2012 [15] 付敏，李锐，马雷.轴向振筛式秸秆粉碎机研制与试验[D].农林工程学报.2012（11） 学生签名 李园园 2015年 11 月 28 日 |
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