轮盘式切碎器自动磨刀装置的设计

谢新亚 姚河江 王灿博 孙利锋 任一迪

摘要：针对轮盘式切碎器动刀片磨刀时存在的耗时耗力、刃口打磨不均问题，设计一种自动磨刀装置，利用差速原理实现机械化磨刀。通过试验确定的最佳工作参数为：切碎器转速350～540 r/min，油缸进给速度0.3～0.5 mm/s，磨刀石正压力100～200 kPa。

关键词：盘刀切碎器;自动磨刀;设计;参数;差速

中图分类号：S225.8    文献标识码：A    文章编号：1674-1161（2020）06-0011-03

青贮饲料收获机工作过程中，切碎器动刀片的锋利程度直接影响切碎质量，进而影响成品饲料品质。轮盘式切碎器是一种常用的青贮收获机切碎器，具有切碎效率高、结构简单、维修方便等优点，但在作业一段时间后，其动刀片会产生一定程度的磨损，导致切碎效果不佳和能耗上升。传统人工磨刀需要将切碎器动刀片逐一拆卸，耗时耗力，且容易造成刃口打磨不均匀。为解决上述问题，新疆新研牧神科技有限公司设计一种轮盘式切碎器自动磨刀装置，其由机械部分和液压控制部分组成，可实现切碎器动刀片自动磨刀，大大提高磨刀效率。

1 机械部分的结构及工作原理

1.1 结构

磨刀系统主要由机架、盘刀切碎器、切碎动刀片、自动磨刀装置组成。其中自动磨刀装置主要由环形磨刀石、幅盘、连接轴、进给油缸、磨刀架组成，如图1所示。

轮盘式切碎器和自动磨刀装置按照一定位置安装在机架上，自动磨刀装置与切碎器的位置关系如图1（a）所示，环形磨刀石的外径不小于动刀片长度，宽度不小于动刀片刃口允许的磨削宽度，保证动刀片的最大许用磨削量。

自動磨刀装置利用差速原理工作，具体如图2所示。环形磨刀石相对于切碎器偏心设置，各个动刀片均是绕切碎器的轴线转动，动刀片在经过环形磨刀石所在的位置时，同一动刀片的内侧位置和外侧位置与磨刀石的拨动方向相反。由于同一动刀片上靠近切碎器的转动轴线的内侧位置线速度V1小、远离切碎器的转动轴线的外侧位置线速度V2大，因此环形磨刀石整体被动刀片的内外侧速度差V3带动。当切碎器逆时针转动时，环形磨刀石在反作用力下顺时针转动，利用与动刀片的速度差进行磨刀，打磨面和动刀片刃口被均匀磨损和打磨。个别刃口的动刀片表面非常不平整，局部较为凸出位置在打磨面上产生的力相较于其他位置更大，使磨刀石偶然出现无序转动，这样可防止打磨面同一位置不断与某一凸起位置接触，提高打磨面均匀度，防止打刀。

1.2 工作原理

初始状态下，环形磨刀石远离动刀片;开始磨刀时，外部驱动力驱使切碎器匀速旋转，环形磨刀石在进给油缸的作用下缓慢推动连接轴向切碎器移动，直至与动刀片接触摩擦并开始磨刀。自动磨刀装置本身不带动力旋转，当匀速旋转的切碎器动刀片与环形磨刀石接触后，带动环形磨刀石旋转，其转向与切碎器转向相反，两者之间存在速度差，利用差速完成环形磨刀石对动刀片的自动磨刀。

2 液压控制部分

2.1 结构

液压控制系统主要由自动磨刀装置、单向节流阀、减压阀组、液压油管、电磁换向阀组成，如图3所示。

2.2 工作原理

液压控制系统实现自动磨刀装置进给量的液压控制及环形磨刀石接触表面压力调节，科学定量的提供磨刀参数，在保证安全性的同时提高磨刀效率。调节单向节流阀可控制流量大小，进而调节油缸的进给速度。调节减压阀组的许用压力值，可改变磨刀石作用于动刀片的正压力。通过调节进给速度和压力值，可以保证磨刀参数合理，防止因进给量（或作用于刀片的正压力）过大而造成打刀。

3 作业参数的确定

通过搭建试验台开展自动磨刀装置的样机试验，主要有4QZ-2700切碎箱总成、自动磨刀装置、三相异步电动机（18.5 kW）、变频器、距离传感器、压力传感器等设备。试验共设计切碎器转速、油缸进给速度、磨刀石正压力3个因素，结果如表1所示。

试验结果表明：1） 切碎器转速低时，磨削量不够，效率低;转速过高，机架抖动明显，磨刀装置不稳定;切碎器转速控制在350～540 r/min时，磨刀效果良好且系统稳定。2） 油缸进给速度过快，接触瞬间容易造成打刀，油缸进给速度取0.3～0.5 mm/s较为合适。3） 磨刀石与动刀片接触时，通过一定的压力产生摩擦力来完成磨刀，压力值过小，磨刀石有回弹现象;压力值过大，产生的摩擦阻力过大，磨刀石损耗快，盘刀切碎器有憋停的现象;综合考虑，确定压力值控制在100～200 kPa较为合适。

4 结论

针对轮盘式切碎器动刀片磨刀时耗时耗力、刃口打磨不均的问题，设计一种自动磨刀装置，利用差速原理实现机械化磨刀。自动磨刀装置具有以下特点：1） 采用差速原理实现切碎器动刀片的自动磨刀，用机械替代传统人工，无需拆卸动刀片，可大大提高磨刀效率。2） 液压控制系统可实现环形磨刀石油缸进给速度和表面压力值的调节。3） 装置采用电液控制，不仅结构简单、可靠性高，而且维修方便。

根据样机试验确定的最佳作业参数为：切碎器转速350～540 r/min，油缸进给速度0.3～0.5 mm/s，磨刀石正压力100～200 kPa。

参考文献

[1] 姚河江，伯德富，鞠俭.牧神4QZ-3000A自走式青（黄）贮饲料收获机的研制[J]，新疆农机化，2015（2）：5-7.

[2] 李宝筏.农业机械学[M].北京：中国农业出版社，2003.

[3] 成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2016.

[4] 赵周礼，宋锦春.液压技术实用手册[M].北京：中国电力出版社，2011.