輪盤(pán)式切碎器自動(dòng)磨刀裝置的設(shè)計(jì)

謝新亞 姚河江 王燦博 孫利鋒 任一迪

摘要：針對(duì)輪盤(pán)式切碎器動(dòng)刀片磨刀時(shí)存在的耗時(shí)耗力、刃口打磨不均問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種自動(dòng)磨刀裝置，利用差速原理實(shí)現(xiàn)機(jī)械化磨刀。通過(guò)試驗(yàn)確定的最佳工作參數(shù)為：切碎器轉(zhuǎn)速350～540 r/min，油缸進(jìn)給速度0.3～0.5 mm/s，磨刀石正壓力100～200 kPa。

關(guān)鍵詞：盤(pán)刀切碎器;自動(dòng)磨刀;設(shè)計(jì);參數(shù);差速

中圖分類(lèi)號(hào)：S225.8 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1674-1161（2020）06-0011-03

青貯飼料收獲機(jī)工作過(guò)程中，切碎器動(dòng)刀片的鋒利程度直接影響切碎質(zhì)量，進(jìn)而影響成品飼料品質(zhì)。輪盤(pán)式切碎器是一種常用的青貯收獲機(jī)切碎器，具有切碎效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便等優(yōu)點(diǎn)，但在作業(yè)一段時(shí)間后，其動(dòng)刀片會(huì)產(chǎn)生一定程度的磨損，導(dǎo)致切碎效果不佳和能耗上升。傳統(tǒng)人工磨刀需要將切碎器動(dòng)刀片逐一拆卸，耗時(shí)耗力，且容易造成刃口打磨不均勻。為解決上述問(wèn)題，新疆新研牧神科技有限公司設(shè)計(jì)一種輪盤(pán)式切碎器自動(dòng)磨刀裝置，其由機(jī)械部分和液壓控制部分組成，可實(shí)現(xiàn)切碎器動(dòng)刀片自動(dòng)磨刀，大大提高磨刀效率。

1 機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)

磨刀系統(tǒng)主要由機(jī)架、盤(pán)刀切碎器、切碎動(dòng)刀片、自動(dòng)磨刀裝置組成。其中自動(dòng)磨刀裝置主要由環(huán)形磨刀石、幅盤(pán)、連接軸、進(jìn)給油缸、磨刀架組成，如圖1所示。

輪盤(pán)式切碎器和自動(dòng)磨刀裝置按照一定位置安裝在機(jī)架上，自動(dòng)磨刀裝置與切碎器的位置關(guān)系如圖1（a）所示，環(huán)形磨刀石的外徑不小于動(dòng)刀片長(zhǎng)度，寬度不小于動(dòng)刀片刃口允許的磨削寬度，保證動(dòng)刀片的最大許用磨削量。

自動(dòng)磨刀裝置利用差速原理工作，具體如圖2所示。環(huán)形磨刀石相對(duì)于切碎器偏心設(shè)置，各個(gè)動(dòng)刀片均是繞切碎器的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)刀片在經(jīng)過(guò)環(huán)形磨刀石所在的位置時(shí)，同一動(dòng)刀片的內(nèi)側(cè)位置和外側(cè)位置與磨刀石的撥動(dòng)方向相反。由于同一動(dòng)刀片上靠近切碎器的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的內(nèi)側(cè)位置線速度V1小、遠(yuǎn)離切碎器的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的外側(cè)位置線速度V2大，因此環(huán)形磨刀石整體被動(dòng)刀片的內(nèi)外側(cè)速度差V3帶動(dòng)。當(dāng)切碎器逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，環(huán)形磨刀石在反作用力下順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，利用與動(dòng)刀片的速度差進(jìn)行磨刀，打磨面和動(dòng)刀片刃口被均勻磨損和打磨。個(gè)別刃口的動(dòng)刀片表面非常不平整，局部較為凸出位置在打磨面上產(chǎn)生的力相較于其他位置更大，使磨刀石偶然出現(xiàn)無(wú)序轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣可防止打磨面同一位置不斷與某一凸起位置接觸，提高打磨面均勻度，防止打刀。

1.2 工作原理

初始狀態(tài)下，環(huán)形磨刀石遠(yuǎn)離動(dòng)刀片;開(kāi)始磨刀時(shí)，外部驅(qū)動(dòng)力驅(qū)使切碎器勻速旋轉(zhuǎn)，環(huán)形磨刀石在進(jìn)給油缸的作用下緩慢推動(dòng)連接軸向切碎器移動(dòng)，直至與動(dòng)刀片接觸摩擦并開(kāi)始磨刀。自動(dòng)磨刀裝置本身不帶動(dòng)力旋轉(zhuǎn)，當(dāng)勻速旋轉(zhuǎn)的切碎器動(dòng)刀片與環(huán)形磨刀石接觸后，帶動(dòng)環(huán)形磨刀石旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)向與切碎器轉(zhuǎn)向相反，兩者之間存在速度差，利用差速完成環(huán)形磨刀石對(duì)動(dòng)刀片的自動(dòng)磨刀。

2 液壓控制部分

2.1 結(jié)構(gòu)

液壓控制系統(tǒng)主要由自動(dòng)磨刀裝置、單向節(jié)流閥、減壓閥組、液壓油管、電磁換向閥組成，如圖3所示。

2.2 工作原理

液壓控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)磨刀裝置進(jìn)給量的液壓控制及環(huán)形磨刀石接觸表面壓力調(diào)節(jié)，科學(xué)定量的提供磨刀參數(shù)，在保證安全性的同時(shí)提高磨刀效率。調(diào)節(jié)單向節(jié)流閥可控制流量大小，進(jìn)而調(diào)節(jié)油缸的進(jìn)給速度。調(diào)節(jié)減壓閥組的許用壓力值，可改變磨刀石作用于動(dòng)刀片的正壓力。通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)給速度和壓力值，可以保證磨刀參數(shù)合理，防止因進(jìn)給量（或作用于刀片的正壓力）過(guò)大而造成打刀。

3 作業(yè)參數(shù)的確定

通過(guò)搭建試驗(yàn)臺(tái)開(kāi)展自動(dòng)磨刀裝置的樣機(jī)試驗(yàn)，主要有4QZ-2700切碎箱總成、自動(dòng)磨刀裝置、三相異步電動(dòng)機(jī)（18.5 kW）、變頻器、距離傳感器、壓力傳感器等設(shè)備。試驗(yàn)共設(shè)計(jì)切碎器轉(zhuǎn)速、油缸進(jìn)給速度、磨刀石正壓力3個(gè)因素，結(jié)果如表1所示。

試驗(yàn)結(jié)果表明：1） 切碎器轉(zhuǎn)速低時(shí)，磨削量不夠，效率低;轉(zhuǎn)速過(guò)高，機(jī)架抖動(dòng)明顯，磨刀裝置不穩(wěn)定;切碎器轉(zhuǎn)速控制在350～540 r/min時(shí)，磨刀效果良好且系統(tǒng)穩(wěn)定。2） 油缸進(jìn)給速度過(guò)快，接觸瞬間容易造成打刀，油缸進(jìn)給速度取0.3～0.5 mm/s較為合適。3） 磨刀石與動(dòng)刀片接觸時(shí)，通過(guò)一定的壓力產(chǎn)生摩擦力來(lái)完成磨刀，壓力值過(guò)小，磨刀石有回彈現(xiàn)象;壓力值過(guò)大，產(chǎn)生的摩擦阻力過(guò)大，磨刀石損耗快，盤(pán)刀切碎器有憋停的現(xiàn)象;綜合考慮，確定壓力值控制在100～200 kPa較為合適。

4 結(jié)論

針對(duì)輪盤(pán)式切碎器動(dòng)刀片磨刀時(shí)耗時(shí)耗力、刃口打磨不均的問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種自動(dòng)磨刀裝置，利用差速原理實(shí)現(xiàn)機(jī)械化磨刀。自動(dòng)磨刀裝置具有以下特點(diǎn)：1） 采用差速原理實(shí)現(xiàn)切碎器動(dòng)刀片的自動(dòng)磨刀，用機(jī)械替代傳統(tǒng)人工，無(wú)需拆卸動(dòng)刀片，可大大提高磨刀效率。2） 液壓控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)環(huán)形磨刀石油缸進(jìn)給速度和表面壓力值的調(diào)節(jié)。3） 裝置采用電液控制，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高，而且維修方便。

根據(jù)樣機(jī)試驗(yàn)確定的最佳作業(yè)參數(shù)為：切碎器轉(zhuǎn)速350～540 r/min，油缸進(jìn)給速度0.3～0.5 mm/s，磨刀石正壓力100～200 kPa。

參考文獻(xiàn)

[1] 姚河江，伯德富，鞠儉.牧神4QZ-3000A自走式青（黃）貯飼料收獲機(jī)的研制[J]，新疆農(nóng)機(jī)化，2015（2）：5-7.

[2] 李寶筏.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2003.

[3] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2016.

[4] 趙周禮，宋錦春.液壓技術(shù)實(shí)用手冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2011.