2ZLF-500型轮刀式青贮饲料切碎机的结构组成及试验研究

赵 娅

(河南广播电视大学，郑州 453000)



2ZLF-500型轮刀式青贮饲料切碎机的结构组成及试验研究

赵 娅

(河南广播电视大学，郑州 453000)

当前我国畜牧业的青贮饲料切碎作业中，亟待优化设计切碎机结构，以提升切碎机应用效益。为此，优化设计了2ZLF-500型轮刀式青贮饲料切碎机的结构，并结合试验验证其优化后在实际中的应用效益。经试验研究表明：优化设计2ZLF-500型轮刀式青贮饲料切碎机结构之后，提高青贮饲料质量20%，提高饲草切碎机使用可靠性12%。优化设计2ZLF-500型轮刀式青贮饲料切碎机结构，改进切碎机工作部件结构与参数，可以有效推广应用青贮饲料技术，对促进畜牧业的持续稳定发展，发挥积极作用。

切碎机；青贮饲料技术；轮刀式

0 引言

在畜牧业发展中，优化饲草贮存质量，应用机器代替手工工具[1]，转化传统农业手工生产方式，可以满足畜牧区用户对于青贮饲料的需要。为此，优化设计了轮刀式的青贮饲料饲草切碎机结构，并进行了试验验证。

1 我国青贮饲料技术发展现状

我国发展畜牧业经济过程中，每年的畜产品消费一直以27.8%的平均速度在不断递增，而在农作物秸秆的应用方面，可作为饲料的秸秆资源应用率却不足10%，亟待应用现代机械化方案提升饲草贮存质量[2]。青贮饲料技术中，应优化饲草切碎机的设计，确保能够应用切碎机，去切断那些茎秆类的饲草饲料，如谷草、稻草、麦秸、干草以及青贮的玉米秸秆、高梁秸秆等[3-7]。但是，在青贮饲料技术方面，技术含量也较低，用以制造青贮饲料的工艺设备落后，在使用过程中的可靠性较差，且存在切碎机生产饲料成本高的缺点[8]，这些均不能满足当代农牧区用户对于青贮饲料的应用需要，致使青贮饲料技术并未得到有效的推广。为此，优化设计了轮刀式的青贮饲料饲草切碎机的结构，旨在促进牧草的合理、有效利用[9-12]，缓解饲料短缺，促进畜牧业的发展。

2 青贮饲料切碎机的结构组成

2ZLF-500 型轮刀式青贮饲料切碎机主要是由输送青贮植物的喂入装置、青贮植物切碎装置、抛送排料的装置与动力传输等装置组成的，如图1所示。

1.电机 2.传动带 3.主轴 4.动刀片 5.定刀片 6.上喂入辊 7.下喂入辊 8.输送装置 9.刀架轮 10.抛送叶片 11.出料口 12.箱体 13.电机 14.机架

工作中，利用电动机带动刀轮转动，在饲草进入喂料口时，在高速旋转刀片的作用下，将饲草做切断处理；并在刀轮离心作用下，将切断的饲草抛送出去，完成整体应用操作。

3 青贮饲料切碎机结构

3.1 需求分析

针对2ZLF-500型轮刀式青贮饲料切碎机进行分析，并优化其设计结构，以便可以通过计算选出满足轮刀式饲草切碎机使用要求的交流异步电动机，并详细列出其技术参数。同时，对轮刀式饲草切碎机主运动进行分析计算，设计主传动系统的各个零件[13]，并利用PRO/ENGINEER进行三维建模。对轮刀式饲草切碎机的摆动运动进行分析计算，设计摆动系统的各个零件；最后对各个已设计零件进行强度和刚度计算，确保满足使用要求，使轮刀式饲草切碎机具有足够的可靠性。

3.2 优化设计切碎动力部分

本次设计的2ZLF-500型轮刀式切碎机，主要用于切碎秸秆类饲料，确保切碎机动力工作部件参数合理，有助于提高机器工作时的切碎质量，减少机器功率消耗[14]。

l)切割青贮饲料时，要进行滑切，以减少切割的阻力。

确保在机器中的直线型刀片的滑切角τ等于刃线AB同切割半径r之间的夹角，如图2、图3所示。

图2 直刃刀的动刀架

图3 滑切刀片

为保证可以实现刀片有滑切，偏心距e需满足以下条件，有

2)在切割时，一定要保持稳定，避免秸秆与动定刀片滑移。

3) 饲料切碎时，确保切割阻力矩均匀地产生变化。切碎长度应该达到

由于考虑到喂入秸秆时的打滑因素，应确保实际切碎长度可以达到

在实际应用中，切碎机的生产率，可以根据“喂入口的面积及切碎器的刀片数、转速、茎秆种类、切碎长度”等计算理论生产率，有

Q=60·k·a·b·L·n·r

3.3 设计优化喂入结构

切碎机的喂入机构主要由喂入槽、喂入辊和压紧装置等主要部件而组成的[15]。本次设计的2ZLF-500型轮刀式切碎机，主要切碎一些硬茎秆的饲料，因此将要确保机器喂入结构具有很好的卷入性，才可以提升切碎机的实用价值，如图4所示。

图4 饲料喂入辊的结构图

喂入辊可以随饲料物料的尺寸而进行改变，这样可以确保利于将饲料植物喂入到切碎机内进行切割。

3.4 传动系统设计

2ZLF-500型轮刀式青贮饲料切碎机的优化设计中，其传动部分应确保将电动机发出的动力，经其皮带轮传给切碎机的动刀轴(见图5)，就通过圆柱齿轮、圆锥齿轮进行减速，并将传给切碎机的秸秆类青贮植物的喂入辊。在设计中，应该确保总的传动比达到6.47，才可满足实际应用需求。

图5 带轮三维图

3.5 切碎器设计

青贮饲料切碎机的设计中，将动刀片及抛送叶片均安装在互呈120°刀架位置上，如图6所示。在饲料切碎工作时,旋转刀架的下绕轴O,则饲料喂入口就会切割物料，并可一次完成切割[16]。

1.定刀片 2.饲料层 3.动刀片 4.抛送叶片 5.刀架

对于切碎机的动刀刃中，A为任意一点，F为受力, 此时F将会被分解成沿着切碎机刀刃方向上的滑切力P及垂直在刀刃上的正压力Nz, 其关系式为

Nz=q△s

P= fNz

式中q—表示比阻,也就是刃口长单位下的切割阻力；

s—表示刃口切割的长度；

f—则是表示切割过程形成滑动摩擦因数。

按扭转强度计算，用于只承受转矩的传动轴的精确计算，也可用于既受弯矩又受扭矩的轴的计算。则有

由于轴的选材为Q235，所以查表可知Q235的许用扭切应力为，查《机械设计基础》得：τ取12～20MPa，C=160～135,取150。则

轴上有两个键糟，则

dmin=dt×(1+13%)=26mm

取标准值，dmin=30mm。

4 试验研究

4.1 试验对象

对本次设计的2ZLF-500型轮刀式青贮饲料切碎机，进行应用性能试验，玉米秸秆作为试验材料。且秸秆青贮植物材料的化学组份中包含有丰富的纤维素、半纤维素及木质素成分，其50%均为纤维素，具有实用性，如表1所示。

表1 秸秆的化学成分 %

以某地区试验基地可收获的玉米田为试验对象，玉米株高 2m左右，株型呈竹竿型，根系发达，茎秆粗壮，秸秆最大直径3.6～6.6cm。优化设计的2ZLF-500型轮刀式青贮饲料切碎机，其主要技术参数，如表2所示。

表2 切碎机参数

4.2 试验样机的性能

本研究取用玉米秸秆，探究切割的刃口长度、单位刃口长与切割阻力关系。其中，f以及滑切系数tanτ的之间的关系，如表3、表4所示。

在实际中，可以根据本次优化的切碎机设计参数，确保切碎机的最大推挤角Vmax可以达到68°, 确保切碎机中回转中心与定刀距之间高度达到90mm；并且，在切碎机中，确保切碎秸秆回转中心距离喂入口最短达到150mm，保证切碎机的秸秆喂入口宽度达到380mm ,高度可以达到110mm。

表3 在应用切碎机切割玉米秸秆时的τ、q 关系

表4 tanτ与f 关系

4.3 试验结果

试验表明：优化设计2ZLF-500型轮刀式青贮饲料切碎机结构之后，提高了青贮饲料质量，提高20%饲草切碎机使用可靠性12%。轮刀式饲草切碎机代替人工切碎作业，提高了机械化程度及生产效率，节省了人力及时间，收到了较好的效益，如表5 所示。

表5 应用效益分析

在实际中，应用该切碎机，不仅有效节约能源，更加合理地利用农业作物的秸秆资源，也可以提高我国在饲草青贮方面的质量，提升其可靠性与利用率，可以极大地去降低传统机器在回收农业作物秸秆资源方面的浪费，降低我国畜牧的养殖成本。

5 结论

优化设计了2ZLF-500型轮刀式青贮饲料切碎机结构，改进了切碎机工作部件结构与参数，对有效推广应用青贮饲料技术，促进我国畜牧业的持续稳定发展具有重要价值。

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The Structure and Experimental Study on Optimization Design of 2ZLF-500 Wheel Type Silage Cutter

Zhao Ya

(Henan Radio and Television University, Zhengzhou 453000,China)

This article aims to analysis of the composition and structure of 2ZLF-500 type wheel knife type silage chopper, and related experimental research. For the livestock industry in our country at present silage cutting operation, urgent need to optimize the design cutter structure, enhance the shredder application benefit, this analysis optimization design 2ZLF-500 round knife type silage cutting machine structure of demand, combined with experimental verification optimization 2ZLF-500 round knife type silage chopper structure after in actual application efficiency. Results after the test and research show that the optimization design 2ZLF-500 wheel knife type silage chopper structure after, improve the silage quality, increased by 20%, improve forage cutterhead with reliability, increased by 12% play practical benefits. Results show that the optimization design 2ZLF-500 round knife type silage cutter structure, improved shredding machine components of the structure and parameters, can effectively promote the application of silage technology, our country to promote the sustained and stable development of animal husbandry, play a positive meaning.

cutting machine; silage technology; round knife

2016-04-24

河南省软科学重点项目(152400410173)

赵 娅(1968-)，女，河南镇平人，副教授，硕士，(E-mail)freezyb@163.com。

S817.12+1

A

1003-188X(2017)05-0130-05