对微型铡草机结构上的几个理论问题的分析

对微型铡草机结构上的几个理论问题的分析

    本文就省内生产的几种微型铡草机，在结构上共同存在的几个问题，进行了全面的析，并提出了解决途径，为进一步完善和改进微型铡草机提供了理论依据。

    目前我省出现了几种微型铡草机，它可以切碎谷草、稻草和藤蔓等。这些机器大多使用小功率单相电动机驱动，外形尺寸普遍较小，生产率小。但是，微型铡草机的度电产量却大、中型铡草机。这些微型铡草机适宜农村各承包户使用。

    为使机器小型化，各零、部件的尺寸设计的都比较小。由于机器结构尺寸的变小，就影响某些结构参数和机器的工作性能。主要问题有以下三个方面。

    ，喂入机构的喂入辊尺寸普遍选择的较小，而小于限制尺寸。这样就增加了n艮入阻力，使得切碎段长度小于理论的设计长度，同时包增加了功率消耗，降低了生产率，

    第二，在切碎器1坞回转轴线与喂入口相互位置的配置不合适，也能够造成饲草的喂入困难，严重时会造成由喂入口向外反料的情况。

    第三，在切割副的结构参数选择上不尽合理，也会造成工作质量的下降和功率}肖耗酌增加。现就上面的三个问题进行分析，并提出解决的途径。

一、喂入辊结构型式及参数的分析

    l、对喂入辊的配置要求

    (1)为了便于切割，上、下喂入辊对喂入的饲草应有一定的压力，

    (2)为防止饲草被动刀片在切割时拉出去，而喂入辊表面应制成带齿或沟槽；

    (3)为适应喂入层厚度的变化，要求上喂入辊能上、下活动，以适应草层的变化；

    (4)为防止喂入辊将饲草压缩后，在切割前发生回弹，避免减少不必要的功率？肖耗，应当使上、下喂入辊尽量靠近定刀刃口处。

    2、喂入辊的尺寸和形状

    (1)喂入辊抓取饲草的充分条件

    设两个喂入辊为光辊，其直径为Di及D。，两辊的安装间隙为h。受力情况如图l所示。喂入辊能够抓取饲单的条件是：Nsina≤fNcosa，即tga≤f，而f=tgcp，则有tga<tg({)。

    所以喂入辊抓取饲草的充分条件是。

    式中：cp -饲草与喂入辊之间的摩擦角。取值范围叩=17-30。。

    其中0c角的值，显然与草层压缩厚度及喂入辊寸{j：的大小等因素有关。如果喂入层过厚或喂入辊半径过小，j等会使Gc角变大，从而造成喂入困难，甚至发生：睹塞。

    (2)喂入辊直径D的确定

    由图l可知，Ⅱ畏入辊直径的大小，取决于从喂入辊间隙h处进入和排出饲草厚之比。即h/H。经过几何关系的推导；

    H-h—  D2    Dz co sa  在

    2一一2  —2  ’抓取饲草的条件下  f=tg(P≥tg“。那么喂入辊的直径D。为图1  喂入辊的受力分析

D, -      H-h

    ／l+ f2 --

    对于微型铡。牡机喂入层薄，jnj辊的直径可做得小些，其中h／H常取值为0.4一0.6。

    (3)n畏入辊的表面形状

    为了提高喂入辊的喂入性能，增强喂入辊的抓取能力．常采用表面粗糙并制有凹凸不平的棘齿或者沟槽。为防止缠i啦棘齿或沟槽应有一定的倾斜方向。

    3、提高饲草喂入性能的措施

    微型铡草机的外形尺寸小，1：挺入辊I‘勺直径较小(一般多为r = 20-30mm)，这样抓取饲草的充分条件。这样就使得喂入的饲草受到一个向外的推力，从而减缓了喂入饲草的速度而导致了切碎段长度变小。为避免上述缺点采取以下措施。

    (1)选择合适的喂入层厚度，使其喂入层的厚度比值控制在h／H= 0.4-0.6范围内；

    (2)根孺结构尺寸，适当加大喂入辊直径，具体增大多少，要视机器的结构型式和总体配置来决定。以使a≤(p为条件。

    (3)对喂入辊的表面应制成纵向深沟型的棘齿状或星齿状，这样可以提高抓取饲吉林农业大学学报草的能力。

    (4)适当提高Ⅱ艮入辊的转速，这样可增加单位时间的喂入长度，从而加大了碎段的长度。提高转速的幅度为io-is%，基本上可以达到理论的设计长度。二、铡草机的切碎器与喂入口的配置型式

    切碎器与喂入口的配置，主要是指切碎器的回转轴心线到喂入口下边缘（即固定底刀）之间的垂直距离。它的配置型式直接影响到切割刀片的滑切角f和钳住角的x大小，也影响到切碎器的工作性能。因为盘刀式切碎器和滚刀式切碎器的喂入口配置方式各有不同，故分述如下。

    1、喂入口的形式和尺寸

    对于盘刀式切碎器的喂入口高度a和宽度b，确定的原则是要视机器的大小和生产率的高低而有所差异。

    对于喂入口的形状常以长宽比来表示，在确定长宽比时，有以下两种情况，如图2所示。此两种型式(a)不如(b)好，因为(a)在切割初期压缩饲草的变形量较大会影响切割质量。但(b)型式的宽度b也不能太长，否则刀片就要很长，机器结构也较庞大。而在铡草机通常于机动小型铡草机喂入口尺寸a= 75 - iOOmm b=100-300mm。

    2、盘刀式切碎器的喂入口的配置回转中心

    相对于喂入口有三种配置方橐如图3所示。现分别分析如下。

    种情况：h>0即刀盘的回转中心位于喂入口下边缘线之下（也是固定底刃之下）。由图3可见，有如下的几何关系：动角百，这样想使刀片采用较大的滑切角受到了限制。如刀片的滑切角是逐渐加大的，如果要求刀片在切割完了时大滑切角达到50。，这样钳住角x就要大于50。，也就是不能，≤叩l+cP2=500这样将会把饲草推而滑切作用必将受到限糊。：这样配置的大滑

    第二种情况t

    h=O即回转中心位于喂入口下边缘同一水平线上，由图3可觅，x兰乇，这样配置仍有种情况相同的缺点，虽然情况有所改进，但仍不理想。原因是，，’希望随着切展逐渐加大Jc角，伴随而来的x也加大了，使钳住作用差，出现推移饲料的现象。为此，。，r角不能加大，从而滑切作用就受到了限制。

    滚刀式切碎器动刀片相对于待切茎杆的运-力舰迹与谷物收割机的拔禾轮相似，也是余摆线，只是工作时，切碎器只旋转而不前进，而茎杆滑水平方向喂入。    ‘

    为了便于分析，设饲料不动而是滚筒以速度V e在不？出的饲料层中向前移动如图4。此H寸刀口速度V。则由滚筒相对于饲料层的喂入速度V。与滚筒的圆周速度V；所合成，Vl与V。的夹角为0，V。与V。的夹角为a。

    A点的V。水平分速度为-V。，明显的看出由于-V。的存在，刀片是推开饲料的，阻碍着饲料进入滚筒。因此为避免切刀推出饲料，顺利切割。由以上的分析可知，只有在V。≥0时才行。

    当V。=O时，0l=90。刀片是在B点此n寸：

图4  滚筒和刀片的运动分析

    V。

    cos（】80。一o）=一等}或cos o=一

    V。

设饲料层厚度为a，则喂入口底边距回转中心的高良为h有以下关系：

  h=a+ R[cos(180。一o)]=a+lt≮:……    ………(7)

  由上式可知，喂入口应当设置在滚筒轴’巾心线下方，其距离为h，如果a值过大，喂入口就太低，切割时就使得动刀片前角过大，而增加功耗。一般可fla n、ax== 0.5 R。

三、切割副的结构参数

    切割副在垂直切割而的缩构参数如图所示，其中图5(a)是多数盘刀式切i1判装置刀片的安装方案，刀刃为内磨刀。冈(b)为滚刀式切割装置刀』L的安装方案，刀刃为外磨刃。图中：

    3、切割副的锐利度及间隙

    美国学者J．Bliejedahe曾对刀片的锐利程度和切刮副的间隙形状作了研究。试验共用4把刀片，1把是锋利的，其圆角R几乎为零，其它3把分别如图7所示。

    由图可见刀片非常锐利时，切割饲料消耗的功低，而且刀片间隙的大小对切割功耗几乎没有影响，如刀片锐利度为零，其间隙由0.058变至0.40时，切割功无变化。但如果刀片钝到R= 0.305mm，则随着问隙的加大，切割功显著上升。如R=0.305mm,切割饲草层厚为12.7mm耐，切割所耗的功，要比锐利刀片R．-O时，大6-7倍，所以刀片的锐利程度比刀片间隙更为重要，如图8所示。

    图中：X线饲料层厚12.7mm

    0线饲料层厚6.33mm

    动定刀片间隙对切割功耗和切割质量有很大影响。切割间隙过大时，被切饲草将发生弯曲被楔在间隙中，增大了与刀片的摩擦力。当切割断面积大，茎杆粗硬时弯曲较小；而切割细软茎杆时如间隙过大，会将茎杆滞留在间隙内，增大切碎段长度。

    4、定刀片的刃磨角和锐利度

    铡草机的喂入机构能将饲草抓取、压缩、均匀的输送到切刀处将岁I切成碎段。由于喂入的速良均匀，故切碎段的质量较好，操作者也省力。由此看来设置喂入机构是必要的。对微型铡草机应当作到结构简单、体积小、制造成本低。单就机器的造价来看，不设置喂入机构可使机器的成本降低35%。綦予上述的考虑可暂币设置喂入机构。