秸秆饲料装袋机的设计

甄军 郭伟宏 史增录 蔡睿 郭辉吕全贵

摘要：将秸秆回收加工成饲料是秸秆综合利用的有效途径之一。针对现有装袋机存在的问题，设计一种可实现秸秆饲料压缩的装袋机。介绍该机的结构与工作原理，阐述关键部件的设计与计算分析，为秸秆饲料装袋机的改进提供技术参考。

关键词：秸秆；装袋机；结构；原理；设计；计算

中图分类号：S226.9 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2018）04-0021-03

我国是农业生产大国，也是秸秆生产大国。秸秆在我国主要用于生活燃料，同时也用于秸秆还田、饲料加工、能源材料等方面。我国秸秆处理的主要手段是露天焚烧，不仅造成大量资源浪费，而且造成环境污染，引发许多社会问题。随着我国人口不断增多和动物饲料日益减少矛盾的不断扩大，将秸秆回收加工成饲料已成为农牧业发展的必然趋势。秸秆在回收、存放及饲料加工的过程中需要进行装袋处理，目前这一环节主要依赖人工完成，生产成本高、效率低，使秸秆回收再利用受到极大限制。为解决该问题，设计一种秸秆饲料装袋机。

1 秸秆饲料装袋机的结构与工作原理

1.1 总体结构

秸秆饲料装袋机主要由机架、减速电机、电磁离合器、传动机构、拨料机构、螺旋输送机构、压紧机构、卸料机构及其他部件组成，其总体结构如图1所示。

1.2 工作原理

工作时，将饲料收集袋的袋口套在装袋机的套筒上，秸秆饲料从进料口喂入进料箱，电动机通过皮带驱动主轴旋转，主轴与螺旋输送机构之间用离合器联接，以驱动螺旋输送轴转动，螺旋输送轴带动螺旋叶片转动，同时主轴通过链条带动拨叉轴转动，拨叉轴带动拨料齿转动，进行秸秆物料的拨送。当离合器闭合时，主轴驱动螺旋绞龙在壳内作旋转运动，秸秆饲料不断地被推出，在气动装置的作用下袋内的秸秆饲料被挤压至一定长度，离合器自锁机构自动打开，螺旋绞龙停止送料，将卸料板压下取出成品，然后更换套筒上的饲料收集袋，气动装置利用气压的调节恢复原位，离合器再次闭合，绞龙继续工作，完成秸秆饲料装袋的一个周期过程。

2 关键部件的设计

2.1 输送装置

秸秆饲料装袋机的输送装置由方形轴套、料仓、拨叉、轴承座、套筒、螺旋输送器等组成（如图2所示）。输送装置的主要作用是使饲料从进料口经过拨叉搅拌堆积至螺旋推动器处，之后由螺旋推动器将饲料挤压输送至套筒前部完成装袋工作。

2.2 压紧装置

压紧装置由挡板、托板、限位滑轨、气缸等组成（如图3所示），整个压紧装置由气缸控制伸缩进程，气动回路包括挡板、支撑杆、气缸、储气瓶等（如图4所示）。压紧装置的主要作用是在秸秆饲料被螺旋推送器推出后进行压紧工作，使装袋机达到质量要求。

2.3 机具主要技术参数

秸秆饲料装袋机的主要技术参数见表1。

3 主要部件的计算与分析

3.1 进料箱容积

进料箱的容积影响装袋性能。装袋前秸秆容重为180 kg/m3，装袋后容重为400 kg/m3，装一袋所需秸秆质量为30 kg，根据农业机械设计手册料仓中物料质量需满足下列公式：

m料仓=1.5m袋 （1）

式中：m料仓为料仓中可装物料质量，kg；m袋为袋中可装物料质量，kg。

计算可得：m料仓=45（kg）。

进料箱的体积为：

v=m料倉/ρ （2）

式中：v为进料箱的体积；ρ为料仓中物料密度。

计算可得：v=0.25（m3）。

3.2 螺旋输送装置参数

当螺旋片圆周速度小于0.80 m/s时，壳槽的上部是敞开的，输送器倾角一般不大于20 °。

根据农业机械设计手册可知以下数据：螺旋外径D为200～400 mm；螺旋厚度δ为1～3 mm；螺旋转速n为60～400 r/min；螺距S为（0.8～1.0）D；螺旋轴直径d为20～80 mm；径向间隙λ为8～10 mm；充满系数ψ为0.3～0.4。

3.2.1 螺旋输送器的生产率 螺旋输送器的生产率按下列公式计算：

Q=■×60ψSnrc （3）

式中：Q为螺旋输送器的生产率；D为螺旋外径，取374 mm；n为螺旋转速，取200 r/min；S为螺距，取300 mm；d为螺旋轴直径，取80 mm；λ为径向间隙，取8 mm；c为倾斜输送系数，取1；r为被输送物料容重，取0.4 t/m3；ψ为充满系数，取0.4。

计算可得：Q=2.11（t/h）。

3.2.2 螺旋输送器的输送功率 螺旋输送器在工作过程中受到物料与槽间的摩擦消耗功率、物料与叶片间的摩擦消耗功率、空轴轴承处摩擦消耗功率、倾斜输送功率、轴承摩擦功率，以及物料颗粒间的相对功率。其所需总功率按下列公式计算：

N总=■[KK0（N1+N2+N4）+N3+N5）] （4）

式中：K取1.6；K0取3；N1为物料与槽间的摩擦消耗功率；N2为物料与叶片间的摩擦消耗功率；N3为空轴轴承处摩擦消耗功率；N4为倾斜输送功率；N5为轴承摩擦功率。

计算可得：N总=0.45（kW）。

3.3 气动装置

气动已知条件：活塞杆伸长量为600 mm，运动速度为0.35 m/s，工作压力为0.1 MPa，气缸缸径为100 mm。气缸推力按下列公式计算：

FT=（0.65-0.40）D2P×106 （5）

式中：FT为气缸推力；D为气缸缸径，取0.1 m；P为气缸工作压力，取0.1 MPa。

计算可得FT=650（N）。

4 结论

该秸秆饲料装袋机采用离合器控制螺旋推送器的工作与停止，使螺旋推送器有工作间歇，提高了螺旋输送器的使用寿命与效率；采用气动压紧，比现有装袋机装

袋质量更好，物料不再松散，节约了成本；采用拨叉搅拌物料，防止物料架空，避免在螺旋输送器形成空隙，造成无意义的浪费。

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