拋送喂料式秸稈打捆機結構設計

劉慶剛，王朝陽，許 智,2，于新奇，李洪濤

（1.河北科技大學 機械工程學院，石家莊 050018；2.河北省特種設備監(jiān)督檢驗研究院，石家莊 050001）

0 引言

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，能源問題日漸突出[1,2]。生物質能作為一種廣泛分布的可再生能源，越來越受到人們的重視[3～5]。生物質能的主要來源是農作物秸稈，然而，農作物秸稈由于其自身的特點，難以運輸和儲藏，為此人們設計了一系列的生物質秸稈回收利用裝置，其中最為關鍵的設備就是秸稈打捆機[6～8]。

秸稈打捆機是一種用于將生物質秸稈進行收集、破碎、壓縮、捆扎的設備，經秸稈打捆機處理以后的生物質秸稈體積大大縮減，可以方便進行運輸、儲存和應用。目前，秸稈打捆機的研究與開發(fā)是生物質能源利用領域的一個重要課題，本文設計了一個采用柔性撿拾機構和風機輸送物料的新型秸稈打捆機，對于促進生物質能源的回收利用具有一定的意義。

1 總體結構設計

本文所設計的秸稈打捆機主要由甩刀撿拾機構、風機拋送喂料機構、滑塊式壓縮機構和打結機構等四部分組成，如圖1所示。其最主要的特點在于采用了柔性撿拾、粉碎機構和風機拋送機構兩個方面。相對于傳統(tǒng)的秸稈回收裝置，這種拋送喂料式秸稈打捆機具有撿拾機構不易損壞、喂料機構不易阻塞兩個優(yōu)點。

本文所設計的打捆機需要一臺拖拉機牽引工作，并為打捆機提供動力。其主要傳動結構如圖2所示。

圖1 拋送喂料式秸稈打捆機結構圖

圖2 傳動系統(tǒng)結構圖

如圖2所示，變速機箱2的作用是將拖拉機主軸輸出轉速降低到合適數(shù)值，然后分別用于驅動橫向和縱向兩個傳動鏈。橫向傳動鏈主要包括撿拾機構的甩刀軸、喂料機構的絞龍軸以及用于提供輸送動力的拋送葉片。縱向傳動鏈包括第二皮帶傳送機構3、減速箱4、齒輪機構9、第一鏈傳動6、第二鏈傳動8，主要用于驅動壓縮機構壓塊的往復運動和打捆機構的運動。

在傳動機構的驅動下，甩刀軸帶動Y型甩刀轉動，將秸稈收入打捆機，依靠甩刀的高速運動將進入撿拾機構生物秸稈破碎，并推送至喂料機構的集料箱之中。集料箱主要用于收集、緩沖破碎的生物秸稈，進入集料箱的生物質秸稈依靠絞龍和推送葉片進入拋送裝置，拋送裝置的主要零部件是一個拋送葉片，拋送葉片一方面將由絞龍和輸送葉片運送的生物質秸稈物料拋入喂料筒，另一方面，高速旋轉的葉片驅動空氣推動喂料筒中的生物質秸稈物料進入壓縮室。在壓縮室內，曲柄滑塊機構將生物質秸稈物料壓縮成尺寸合適的方形捆，經打結機構打結以后送出打捆機。

2 撿拾機構設計

傳統(tǒng)的打捆機一般采用固定式撿拾機構，撿拾機構剛性較大，容易阻塞，過載時容易折斷。本設計采用柔性撿拾機構，主要用于撿拾和破碎的Y型甩刀與甩刀軸之間柔性連接，不易發(fā)生阻塞，過載時也不易折斷。此外，Y型甩刀還可以起到破碎物料的作用，不用專門設計破碎機構。

本設計采用Y型甩刀式撿拾機構，主要由Y型甩刀、導向板、側立板、皮帶輪機構和橫向傳動軸等組成，如圖3所示。

圖3 甩刀式撿拾機構

這種撿拾結構主要依靠Y型甩刀的高速運動撿拾、破碎和輸送物料，因此Y型甩刀的幾何形狀和在甩刀軸上的布置方式至關重要。布置過于稀疏，撿拾和破碎效果不佳；布置過于密集，物料破碎后過于細小，難以打結，且功率消耗急劇增加。因此，針對不同的秸稈性質，應該設計不同形式的甩刀，采用不同的甩刀布置形式。

3 喂料機構設計

傳統(tǒng)的喂料機構一般采用撥叉、絞龍或者兩者的組合結構，其主要缺點在于對結構的運動配合精度要求較高，當物料量過大時容易發(fā)生阻塞。本設計采用一種拋送喂料裝置，其設計理念參考了秸稈粉碎機的拋出裝置。如圖4所示，主要包括絞龍、導向板、喂料筒、喂料風機、集料箱五部分。

圖4 風機拋送式喂料機構

如圖4所示，絞龍和導向板主要用于物料的水平輸送，物料的垂直輸送主要依靠喂料風機的葉片拋送和風壓完成。由于設置了集料箱，物料的輸送速度可以進行調節(jié)，有效防止了物料阻塞發(fā)生。另一方面，由于采用了拋送喂料裝置，喂料筒內空間較大，也有可以有效預防阻塞發(fā)生。

4 壓縮打結機構設計

壓縮和打捆機構對于設備整體至關重要，如果壓縮不實或者打捆不牢，容易發(fā)生散捆造成運輸困難。此外，壓縮機構和打結結構的聯(lián)動也是壓縮和打捆機構要解決的關鍵技術之一。

如圖5所示，本設計采用技術相對成熟的曲柄連桿推動壓縮滑塊的壓縮方式。壓縮和打捆機構主要由壓捆室、曲柄連桿機構、壓縮塊和打結機構等組成。進入壓縮室的物料在壓縮塊的推動下逐漸被壓縮，當達到預定的壓縮力和壓塊尺寸時，打結結構開始工作，打結針穿線，打捆，完成壓縮打捆工作。

圖5 壓縮打捆機構

壓縮塊結構由壓縮塊1和擋料板2組成，如圖6所示。當壓縮塊向前滑動壓縮過程中，擋料板緊隨壓縮塊滑動，阻擋秸稈碎料從喂料筒進入壓縮塊后部的壓捆室。

圖6 壓縮結構

5 結論

本文針對傳動打捆機中，撿拾和喂料機構容易發(fā)生阻塞的缺點，設計了一種撿拾甩刀與甩刀軸柔性連接的撿拾機構，操作彈性大，不易阻塞和折斷；同時改進了物料的垂直輸送方式，引入了拋送風機，采用拋送葉片的離心力和風壓完成物料的垂直輸送工作，克服了載荷過大時喂料箱容易發(fā)生阻塞的缺點。

[1]譚建生.從德國能源轉型看我國清潔能源發(fā)展[J].開放導報,2017,(3):40-44.

[2]李凡,許昕,代永瑋.金磚國家可再生能源政策比較研究[J].亞太經濟,2017,(3):63-67.

[3]常世彥,康利平.國際生物質能可持續(xù)發(fā)展政策及對中國的啟示[J].農業(yè)工程學報,2017,33(11):1-10.

[4]胡敏,于鳳文,洪機劍,等.5種生物質基本性質分析[J].西北林學院學報2017,32(3):52-55.

[5]耿愛欣,楊紅強.生物質能源替代化石能源的成本有效性拓展模型—基于時間價值視角[J].資源開發(fā)與市場,2017,33(5):533-539.

[6]趙婉寧,操子夫,楊雨林,等.玉米秸稈打捆機的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].農業(yè)與技術,2014,34(9):39-40.

[7]郭漢兵,吳玲,顧開聯(lián).自驅式秸稈打捆機的優(yōu)點及推廣措施[J].現(xiàn)代農業(yè)科技,2015,(14):196-196,200.

[8]潘世強,操子夫,趙婉寧,等.基于Solidworks玉米秸稈打捆機的設計[J].中國農機化學報,2016,37(6):31-34.