一种烟草拔秆机切碎装置的设计研究

张武金，孙松林,2，李军政,2，张利峰,2，杨彪,2，寻真福,2

(1.湖南农业大学 工学院，湖南 长沙410128；2.湖南省现代农业机械装备工程技术研究中心，湖南 长沙410128)

烟秆做为烟草收获后的重要副产品,具有很多用途，比如烟秆可以用来制备活性炭，可以从中提取低聚木糖、果胶等高附加值的化学原料，提取后的废渣也可以用于造板、造纸、生产肥料及生物质能源等方面。我国烟叶的种植面积为141.2万hm2，每年收获后产生的烟秆大约为305万t，在这环境日益恶化和资源短缺的今天，烟杆的充分利用具有很重要的现实意义。由于我国在烟秆收获方面的机械化程度低，烟草收获后，一个是被随意弃在烟田中，一个是就地焚烧。烟秆中寄生有大量病菌，如不及时清理，会影响来年烟叶的生长。废弃烟秆资源没有得到有效利用，反而严重地污染了环境。为了充分利用废弃的烟秆资源，根据实际的需要,笔者在机动的烟草拔秆机上设计了一种小型圆盘式双滚筒切碎装置，这装置也适用于其他秸秆的切碎。具有适应性强，效率高，成本低，质量好，质量轻，安全和可靠性高等特点，能够满足农艺需求。

1 结构和工作原理

1.1 结构

切碎装置主要结构包括：切碎筒、切碎轴、切刀、轴承、下导流板、拉力调节弹簧、回送机构和动力系统。切刀和切碎轴通过焊接连在一起，切碎轴竖直安装在拔秆装置的末端，一端通过轴承与动力系统连接。动刀分别在左右两个轴上排列,均匀交错地对称安装在切碎装置的滚筒体上,每个轴上6片,均匀地分布于筒体上。负责烟秆的切碎和断秆的抛送。在滚筒体的上方设置有烟秆回送机构,回送装置由弹簧和轴组成，将滚筒上方没有被切到的烟秆送回切碎装置继续切碎。具有结构紧凑、质量轻、工作可靠的特点，如图1所示。

1.2 工作原理

切碎装置的工作原理就是以电动机作为动力，动力由皮带轮传送到主变速箱，再通过主变速箱将动力传送到副变速箱，经过副变速箱将动力分成两部分输出，其中一部分动力通过链轮和齿轮传动到烟秆的拔秆部分，另一部分动力通过锥齿轮传动到切碎装置。拔秆部分的动力将烟秆通过双排夹持链轮将烟秆运送到位于拔秆部分末端的切碎装置,切刀在动力系统的带动下逆时针旋转，拔秆部分运送过来的烟秆通过切刀被切碎，同时切碎装置上方未被切到的烟秆部分，经由设计的回送机构再次送入切碎装置继续切碎。经过切碎的烟秆由于惯性从切碎装置下方落入收集箱里。

图1 切碎装置结构图

2 主要参数的设计

2.1 切碎滚筒参数的设计

（1）滚筒转速的确定。目前国内有各种型号的秸秆切碎装置，所设计的滚筒回转直径也各有不同，本设计为了使机构紧凑合理，质量轻，体积小，滚筒的直径设计为220mm，滚筒的长度设计为600mm。查阅烟秆、玉米等作物的秸秆的相关资料表明，切断烟秆等作物秸秆的线速度不能低于13.6m/s。由此可得滚筒的转速应该满足如下公式

式中：n为切碎滚筒的转速，r/min；v为切碎滚筒的线速度，m/s；D为滚筒的回转直径，m。根据上述结果滚筒的转速取：n=1200r/min。

（2）切碎装置的动平衡计算。根据国家标准GB/T 9239.1-2006上的要求，刀轴与刀片装配后的动平衡精度为G6.3级。下面对滚筒进行动平衡计算，由如下公式得：

滚筒的许用不平衡重量积的上限，由如下公式可得：

已知滚筒轴的直径为100mm,切刀延切刀轴的轴向均匀分布，所以切刀轴的平衡基面和滚筒的重心对称，所以根据下式可以求得切刀轴两端的两个基面上的许用不平衡量m1和m2：

式中：d为切刀轴的直径，mm；m1、m2为许用不平衡量，kg。

2.2 切碎轴参数的设计

（1）切碎轴上刀片间距的确定。切碎轴上刀片间的距离是根据烟秆切碎长度确定的，而烟秆的切碎长度是由几个因素共同决定的，包括：烟秆的喂入速度，切碎轴的转速，切碎轴上的刀片的片数。其切碎长度可以由下式表示：

式中：L为刀片间距，即烟秆切断长度，mm；v为切碎滚筒的线速度，m/s；n为切碎滚筒的转速，r/min；z为切碎筒上刀片的片数。上式中，v=13.6m/s，n=1200r/min，z=6，代入上式可得：L=（60000×13.6）/（1200×6）=113.3mm,即刀片间的间距为113.3mm。

（2）刀片厚度和材料的确定。对于切断烟秆之类的坚硬的秸秆，切碎刀片应该具有一定的厚度，如果刀片太薄，刚性不够，可能导致卷刃和崩刃的情况，影响正常工作，所以刀片的厚度应取4～5mm为宜，这里取5mm。

因为烟秆茎较粗和比较坚硬，所以刀片的刃口不但要比较锋利，而且还需要具有较强的抗冲击和振动性能。这就要求刀片的材料具有足够的强度，韧性和耐磨性，通过热处理可以使刀片刃口的硬度达到35～55HRC，根据上述要求,查农业机械设计手册可以将刀片材料选为,对其进行热处理，表面硬度可达30～40HRC，芯部硬度可达，刀片的齿高为5mm。

根据上述设计，切碎装置做为烟秆切碎的主要部件，其结构如图2所示：

图2 齿轴焊合

3 主要技术指标

根据上述的设计和分析，设计的圆盘式双滚筒式切碎装置的主要技术规格如表1所示。

表1 圆盘刀式切碎装置主要的技术规格

4 结语

（1）该切碎装置设计方案合理、结构紧凑、使用可靠，质量轻巧，造价低，主要用于烟秆的切碎，也可以用于棉花、麦类等作物秸秆的直接切碎。

（2）该切碎装置和拔秆部分配套使用，可以完成烟秆的拔取与切碎两个工作。 为确保结构紧凑和烟秆切碎时安全可靠，该切碎装置设置在拔秆部分的末端，整体结构采用立式结构。实践证明，该设计能够满足烟秆等硬质秸秆的切碎抛送任务，满足各项使用要求。

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