吳松凌，張燕

摘要：根據(jù)香蕉秸稈的物理性質(zhì)，結(jié)合切割粉碎、擠壓粉碎等原理設(shè)計了一款高效節(jié)能的香蕉秸稈粉碎機。此機器的粉碎機構(gòu)由粗粉碎機構(gòu)、精粉碎機構(gòu)、脫水機構(gòu)三大部分組成。該機器的實現(xiàn)能夠降低人工的勞動強度，使蕉農(nóng)的利益最大化。

關(guān)鍵詞：香蕉秸稈;粉碎;脫水

中圖分類號：S224.29 ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ?文章編號：0439-8114（2014）23-5868-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.23.063

香蕉是深受人們喜愛的水果，主要種植在熱帶亞熱帶地區(qū)。在中國的海南省，香蕉種植是當?shù)剞r(nóng)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)。

在香蕉成熟被采摘后，香蕉秸稈無法得到合適的處理，成為一個令人困擾的問題。由于中國農(nóng)業(yè)機械化水平不高，大部分香蕉秸稈采用人工收割的方式。這種方式耗費人力，效率低，危險性高[1]，收割后的香蕉秸稈還會占用很多田地來堆放，不僅使香蕉秸稈無法得到利用，還延滯了香蕉產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[2]。

由于香蕉秸稈含水率高并且粗大，現(xiàn)今研究的一些機械設(shè)備并不能很好地解決香蕉秸稈粉碎的問題。為此設(shè)計了一種香蕉秸稈粉碎脫水裝置，可有效粉碎粗大的香蕉秸稈并脫水。設(shè)計的裝置可使香蕉秸稈利用最大化，保證了蕉農(nóng)的經(jīng)濟利益。

1 ?香蕉秸稈粉碎機總體結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 ?香蕉秸稈粉碎機總體結(jié)構(gòu)

設(shè)計的香蕉秸稈破碎脫水機由送料機構(gòu)、切塊裝置、粉碎裝置和脫水裝置組成。送料裝置由送料口下的滾動軸和送料口兩側(cè)的凸輪結(jié)構(gòu)組成;切塊裝置由液壓系統(tǒng)控制的刀具和刀具下方的凹槽組成;切碎裝置由電機帶動的一系列齒式輪組成;脫水裝置由螺旋式脫水機構(gòu)和濾網(wǎng)組成。香蕉秸稈粉碎機整體結(jié)構(gòu)見圖1。

1.2 ?香蕉秸稈粉碎機工作原理

香蕉秸稈由人工送至送料口凸輪處，輪轉(zhuǎn)動擠壓香蕉秸稈，裝置在進料口下方的滾動軸處便于使其向右運動。運動一段距離后，由液壓系統(tǒng)控制的刀具向下切割，為保證切斷，在刀具下方設(shè)有凹槽。切斷后的香蕉秸稈落下進入齒式輪破碎部分，由于香蕉秸稈自身重力，香蕉秸稈被充分破碎。破碎后的香蕉秸稈由斜板落入傾斜放置的螺旋脫水機。脫出的水分由濾網(wǎng)進入水箱，脫水后的秸稈由螺旋脫水裝置尾部出料。至此香蕉秸稈破碎出料完成。系統(tǒng)工作流程見圖2。

2 ?香蕉秸稈粉碎機主要結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 ?進料結(jié)構(gòu)

由于香蕉秸稈含水量高，且粗大沉重，為了方便送料，采用凸輪擠壓，滾動軸減小摩擦力的方式進料，也能更好地控制進料速度，便于刀具切割。位于進料口的滾動軸可以更方便地運料。在運送香蕉秸稈時，不可避免地會出現(xiàn)長時間的摩擦，滾動軸這一設(shè)計不僅提高了香蕉秸稈的運送效率，還大大減小了秸稈與機架間的摩擦。凸輪機構(gòu)由凸輪、從動件和機架三個基本構(gòu)件組成。凸輪機構(gòu)緊湊并且能夠?qū)崿F(xiàn)高速化，凸輪獨特的運動特性大大減小了機構(gòu)循環(huán)運動的時間。凸輪結(jié)構(gòu)簡單，這點保證了凸輪的長壽命，修復(fù)能力強。進料口結(jié)構(gòu)圖見圖3。

2.2 ?切塊裝置

2.2.1 ?切塊刀具的設(shè)計 ?香蕉秸稈的切割過程屬于低速切割，不需要耐熱性強的材料，但是要求刀具硬度高，耐磨性強，抗彎強度高，因此選用T10A碳素工具鋼作為刀具材料。首先對刀具進行熱軋，退火。750～770 ℃保溫處理4 h，爐內(nèi)冷卻至500 ℃出爐，再經(jīng)過770～790 ℃水油雙淬，790～810 ℃油淬，180～200 ℃回火。由于秸稈含水量高，為防止刀具受腐蝕，對刀具進行氮化處理。刀具形狀設(shè)計為凹弧形，可減小刀刃受力，提高刀具壽命;刀具長40 cm，固定在液壓推桿上。刀具結(jié)構(gòu)圖見圖4。

2.2.2 ?液壓系統(tǒng) ?由于凸輪擠壓香蕉秸稈使其向前運動是周期性的，采用液壓系統(tǒng)來控制刀具切割，可以實現(xiàn)刀具切割與進料周期一致。通過調(diào)節(jié)凸輪轉(zhuǎn)速和液壓系統(tǒng)可以控制機器的工作速率以及破碎精度，并且液壓傳動可以輸出大的推力，實現(xiàn)大噸位運動，這樣可保證香蕉秸稈一次性被切斷，不會產(chǎn)生粘連等問題。液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件相對較小，工作平穩(wěn)，容易實現(xiàn)直線運動，又易于實現(xiàn)過載保護，因此選用液壓傳動系統(tǒng)來控制刀具切割。

液壓泵在電動機的帶動下旋轉(zhuǎn)，油液由油箱經(jīng)過濾器被吸入液壓泵。由液壓泵輸入的壓力油經(jīng)過換向閥進入液壓缸一側(cè)推動活塞，帶動推桿上的刀具進行切割運動，液壓缸另一腔的油液經(jīng)過換向閥流回油箱，推桿的移動速度可通過節(jié)流閥來調(diào)節(jié)。當節(jié)流閥開大時，進入液壓缸的油液增多，推桿的移動速度增大，則刀具切割速度增大。當節(jié)流閥關(guān)小時，推桿的移動速度減小，則刀具切割速度減小。液壓泵輸出的壓力油除了進入節(jié)流閥外，其余的打開溢流閥流回油箱。液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖5。

2.3 ?齒式破碎裝置

2.3.1 ?電機轉(zhuǎn)速的設(shè)計 ?齒式破碎裝置的傳動機構(gòu)主要由電動機、傳動軸、一二級變速箱組成。一級變速箱為帶輪傳動，二級變速箱為齒輪傳動，傳動起到調(diào)節(jié)速度大小與方向的作用。一般粉碎機主軸轉(zhuǎn)速為5 000 r/min，但是該粉碎裝置只對秸稈進行切割，并不利用擠壓力和剪切力對秸稈進行粉碎，因此主軸轉(zhuǎn)速設(shè)計為2 000 r/min。電機選用轉(zhuǎn)速為2 880 r/min的電機，高速電機的皮帶輪小，摩擦力小，因此功率損失也小，效率更高。

2.3.2 ?粉碎刀具的設(shè)計 ?香蕉秸稈多為縱向纖維組織構(gòu)成，采用一般粉碎機構(gòu)的剪切力和擠壓力很難粉碎。為此設(shè)計一種特殊的粉碎刀具，結(jié)構(gòu)見圖6。刀具在電機的帶動下高速轉(zhuǎn)動，刀齒有效地將纖維組織橫向切斷，達到粉碎的目的[3]。

2.4 ?螺旋脫水裝置

用一般的擠壓方式很難將含水量高、體積大的香蕉秸稈一次性脫水。為此，設(shè)計采用開口大、出口小的螺旋脫水裝置。秸稈由進料口進入，利用螺旋軸轉(zhuǎn)動使秸稈向下推進，由于螺旋槽空間逐漸變小，使秸稈受到擠壓而脫水。螺旋葉片焊接在螺旋主軸上，其特點是成本低，加工方便。由于螺旋葉片長時間高強度的運作，磨損較快，會影響裝置的使用壽命。因此螺旋葉片采用合金鋼，在加工后進行表面淬火。其結(jié)構(gòu)如圖7所示。

3 ?小結(jié)

現(xiàn)如今，針對香蕉秸稈粉碎的裝置種類為數(shù)不多，并且存在粉碎效率低，脫水不徹底等問題[4]。在中國熱帶亞熱帶的農(nóng)業(yè)地區(qū)，研究此類項目很有必要。該香蕉秸稈粉碎機設(shè)計基于液壓傳動原理，采用二次粉碎和螺旋擠壓脫水的方式，能夠有效地提高粉碎效率與脫水效率。該設(shè)計的實現(xiàn)不僅降低了人工的勞動強度，使蕉農(nóng)的利益最大化，而且合理利用了資源，促進生態(tài)循環(huán)，響應(yīng)了中國發(fā)展生態(tài)循環(huán)農(nóng)業(yè)的號召[5]。

參考文獻：

[1] 張漢榮，劉長全，朱建榮.我國香蕉科技研究的幾點思考與建議[J].熱帶農(nóng)業(yè)科學，2006，26（6）：55-58.

[2] 陳趙勻，武傳宇，胡旭東，等.農(nóng)業(yè)機器人的研究進展及存在的問題[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2003，19（1）：20-24.

[3] 陳義厚，鄒必昌.蓮藕切片機的設(shè)計與研究[J].湖北農(nóng)學院學報，2003，23（6）：442-444.

[4] 楊 ?華，許繼宏.香蕉副產(chǎn)品的凈化處理與綜合利用[J].云南農(nóng)業(yè)科技，2006（4）：62-64.

[5] 鄧怡國，孫偉生，王金麗，等.熱帶農(nóng)業(yè)廢棄物資源利用現(xiàn)狀與分析——香蕉莖葉綜合利用[J].廣東農(nóng)業(yè)科學，2011（1）：19-22.endprint