年 月 农 业 机 械 学 报 第 卷 第 期 ２００８ ３ ３９ ３  ４犣犚 ３０型青贮饲料收获机设计与试验 犙 万 霖 车 刚 汪 春 赵清华 【摘要】 通过对青贮饲料收获机基础原理、主要技术参数的分析与核心部件的设计，研制了由锯齿双圆盘切 割器、强制顺序喂入机构和刀盘式切碎器组合的青贮饲料收获机。生产试验证明， 型青贮饲料收获机具 ４犙犣犚 ３０ 有结构相对比较简单，性能可靠，调整方便，节省动力，性能好价格低的优点。 关键词：青贮饲料 收获机 锯齿双圆盘切割器 强制顺序喂入机构 设计 试验 中图分类号：犛２６６６ 文献标识码：犃 引言 青贮玉米收获机械化是提高青贮玉米饲料品质 和发展畜牧业的重要措施。目前，国外机型自动化 程度高，但是价格昂贵，与国产动力机械不匹配，适 应性较差。国产机型都会存在传动复杂，结构不紧 凑，切割质量不高，能量比耗大等缺点。因此，需要 研制适合广大农民需要，质量高、能耗低、性价比高 图 青贮饲料收获机结构示意图 １ 的新型青贮饲料收获机械。本文对青贮饲料收获机 牵引架 分禾器 推禾器 圆盘切割器总成 变速 １． ２． ３． ４． ５． 的结构和性能来优化，在圆盘切割性能、强制顺序 齿轮箱 齿轮、链轮传动组 铡切室 饲料抛送筒 行 ６． ７． ８． ９． 走总成 柴油机组 喂入和刀盘参数三方面做试验研究，研制结构简 １０． 单、性能可靠、低成本、低功耗的４犙犣犚 ３０型青贮 饲料收获机。 １ 主要结构及工作原理 １１ 基本结构 由图 可知，该收获机由圆盘切割器总成，喂入 １ 机构，行走总成，铡切室，刀轮总成，出料口，齿轮箱， 齿轮、链轮传动组，分禾器，推禾器，牵引架等组成。 图 工作原理图 ２ 左圆盘切割器总成 右圆盘切割器总成 中间传动齿轮 １２ 工作原理 １． ２． ３． 组 顺序喂入通道 后喂入辊 铡切室 传动带组 ４． ５． ６． ７． ４犙犣犚 ３０型青贮饲料收获机由锯齿双圆盘切 柴油机组 减速箱 ８． ９． 割器、强制顺序喂入装置和刀盘式切碎器 种关键 ３ 部件构成，牵引式作业，能完成双行青贮玉米收获 秆沿割茬高度切断，切割下的秸秆被前主、被动夹持 作业。其工作原理如图 所示，机具随拖拉机顺垄 辊强制夹送，经顺序喂入装置，输送到后喂入辊，被 ２ 作业，调整行走轮相对机架位置确定所需割茬高度， 强制进入铡切室。进入铡切室的青贮玉米秸秆，通 青贮玉米秸秆进入分禾器，经推禾器向前推倒后，由 过动、定刀片的切割而被切碎，然后借助于刀盘高速 圆盘切割器总成底部的锯齿圆盘割刀将青贮玉米秸 旋转所产生的惯性和叶片的作用，经抛送筒、出料口 收稿日期：２００７ ０３ ２４ 黑龙江省大庆市科技攻关基金资助项目（项目编号： ）和黑龙江省农垦总局“十五”重点科技攻关项目（项目编号：  ２００４００ 犎犖犓犡犞 ０９ ０２ ０６） 万 霖 黑龙江八一农垦大学工程学院 副教授，１６３３１９ 大庆市 车 刚 黑龙江八一农垦大学工程学院 副教授 博士 汪 春 黑龙江八一农垦大学副校长 教授 博士生导师 赵清华 黑龙江八一农垦大学工程学院 副教授 １８８ 农 业 机 械 学 报 ２００８年 被抛送到捡拾车上。 （）以青贮玉米秸秆物理特性确定转速 １ 圆盘回转式切割器能否顺利切割应考虑： 茎 ① ２ 设计按照与方案确定 秆的惯性力和抗弯反力较高。 应有较高的切割速 ② 收获机部件设计主要考虑青贮饲料收获机生产 度，且应满足动刀的切割合力大于茎秆的切割阻力。 率、青贮秸秆粉碎程度、工作部件的选型与结构布局 但是切割速度不能过高，否则将影响茎秆切割 设计。 功耗和割茬的质量。据田间测定，青贮玉米茎秆含 ２１ 强制顺序喂入机构的设计的具体方案 水率一般为７５％，随着茎秆直径的不同，茎秆切割 ［］ ３ 为缩短机器的纵向结构尺寸，强制顺序喂入机 阻力在３４～２０５犖／株 之间。回转式圆盘割刀是 构设计成强制喂入辊和圆盘切割器一体式。两对强 利用刀的惯性进行切割，较合理的割刀线速度需达 制喂入辊竖直布置，结构及形式为齿辊式。 ／以上。茎秆与刃口的摩擦因数 为 １３犿狊 犳 ０３～ 铡切室喂入装置设计成固定辊和压草辊组合。 ０５，光刃圆盘刀难以将茎秆钳住并做正常切 ［］ ３ 压草辊为浮动辊，其辊外缘沿轴向有均匀分布的齿 割 ，为此在设计圆盘刀时，通过改变刃口的形状 板，在弹簧作用下可随喂入草层的厚度变化而浮动， 来提高钳住茎秆的能力。并采用双圆盘式的结构， 从而避免了喂草过多时喂入辊的堵塞，喂草少时压 利于夹持切割，较小切割力就能割断茎秆。试验表 紧而不产生长草。在固定光辊的后方靠近切碎定刀 明，双圆盘割刀线速度在 ／以上就能顺利切割 ４犿狊 处装有一把清草刀，以保持光辊的清洁和不被杂草 茎秆并能保证割茬整齐。 缠绕。 （）以高效切割青贮秸秆确定转速 ２ 为保证两侧顺序喂入的通畅性，左右圆盘切割 机组的前进速度对机组作业工效和切割效果有 器总成在水平面内应前后错开布置，保证青贮玉米 直接的影响。机组前进速度的选择是不是合理，关系 秸秆在输送时不易折断，也不会交叉而产生堵塞。 到生产效率能否得到充分发挥。机组应从 个方面 ３ ２２ 铡切室的设计按照 考虑：圆盘割刀的转速；秸秆的密度；机组的前进速 青贮饲料秸秆粉碎程度与刀盘的转速、切割次 度。机组的前进速度与圆盘割刀的转速配合更反映 数和喂入速度紧密关联。青贮收获机理论生产率和 出青贮收获质量的好坏和效率的高低。 秸秆粉碎节长是设计铡切机构的主要是根据。为方便 为保证较优的切割质 制造、磨刃和调整间隙，刀盘式切碎器采用直刃刀 量和较低的功率消耗，根 片。为降低传动复杂性，采用背负动力，柴油机组直 据切割空白区（交叉线部 接将动力传递给主轴，且结构紧凑。增加加强筋数 分）最小原则，圆盘切割器 量以提高刀盘刚度。进行动平衡试验和生产性能试 的割刀进程应近似等于刀 验，以提高回转稳定性和切割质量。为防止喂入堵 齿的有效工作高度 ，如 犺 塞问题。理论上要求喂草口的有效面积大于两喂入 图 所示， 。 ３ － ＝犺 狔 狔 犅′ 犃′ 齿辊之间的有效面积。切取的青贮饲料节长按照要 若保证圆盘的刀刃全 求，牛饲料长度为 ３～５犮犿，羊饲料长度为 １５～ 长参与切割，应满足 ２５犮犿。 ２π犚 犺 图 圆盘切割器运 （） ３ 狋＝ ≥ １ 犿狏 狏 ２３ 传动机构的设计的具体方案 狔 犿 动分析示意图 为了简化机器的空间尺寸，一级传动采用带传 狏 狔 ２π犚 即 （） ≤ ２ 动，二级传动采用链条和齿轮传动，如图 所示。 狏 犿犺 ２ 犿 型带将动力传递给刀盘主轴，再经链传动、锥齿轮 式中 ———相邻刀齿转过的时间间隔， 犞 狋 狊 减速箱和 对齿轮传动带动 对圆盘切割器总成， 犿———圆盘刀齿数 ３ ２ 这种传动方式不但结构相对比较简单，而且传动可靠，使用保 ———机器的作业速度，／ 狏 犿狊 犿 养方便。 ———圆盘刀片的圆周速度，／ 狏 犿狊 狔 ———圆盘割刀半径， 犚 犿犿 ３ 主要参数的确定 式（）表示割刀线速度与机器前进速度的配合 ２ ３１ 锯齿双圆盘割刀的转速 关系，提高圆盘刀齿数 犿 和刀齿的有效工作高度 切割阻力和切割损失可反映切割器功耗和工作 ，均能提高作业效率。 ／ 值是评价切割质量的 犺 狏 狏 狔 犿 性能的优劣。本文在理论和试验的基础上，确定合 关键，试验表明，在斜茬率和割茬高度均匀性变化不 适的切割转速，以满足切割的可靠性和质量。 大的情况下， ／ 值在 范围内时，切 狏 狏 １３０～１４０ 狔 犿 第 期 万霖 等： 型青贮饲料收获机设计与试验 ３ ４犙犣犚 ３０ １８９ 割功耗和喂入能力均较好。考虑作业实际对机组行 隙确定为０２犿犿。 驶速度的限制，以及质量和生产率的要求，机组前进 ４１２ 刃口形状、齿数、刃角和刀齿高度 １３５狏 刀齿的形状与切割质量紧密关联，为便于加 速度在 ／范围内为宜。因 犿，若 ５～６犽犿犺 狀＝ ２π犚 工，刃口形状选用缺口形，根据田间测试（如表 ）， １ 确定机组前进速度为 ／，则圆盘割刀设 ５～５２犽犿犺 刀齿数选用 齿。刀体采用 制造，刃口经淬 １８ ６５犕狀 计转速为 ／ 。 １２０～１２５狉犿犻狀 火处理。为使割刀能一次将茎秆割断，刀齿的有效 ３２ 刀盘切碎器转速 工作高度应大于青贮玉米茎秆的直径，设计刀齿高 刀盘切碎器转速是青贮饲料收获机的重要技术 度为３０犿犿。为保证刀盘的刚度和刃口的锋利，确 指标。其转速可从 方面考虑：保证青贮饲料切碎 ３ 定刃角为 。 ３０° 长度；满足揉搓所需要的动能；刀盘顶端叶片速度所 表 刀齿数量对作业质量的影响 形成的惯性和气流作用能有效抛送切碎后的秸秆。 １ 主要应依据青贮饲料切碎段长度来确定刀盘切碎器 刀齿数 测试项目 转速 。 １２ １８ ２４ ３０ 狀２ 茎秆被喂入辊卷向定刀片的速度 为 斜茬率／ 狏 ％ ６５ ４７ ３６ ３０ π犇狀 喂入量／ ·－１ １ １ 犽 狊 ６９ ７６ ７８ ８０ 犵 狏＝ ６０ 割茬高度均匀性／％ ９５５ ９７２ ９８４ ９８６ 式中 犇１———喂入辊直径，设计值为３００犿犿 刃磨一次作业面积／ ２ ６５４ ６２６ ４６５ ３７２ 犺犿 ———喂入辊转速，设计值为 ／ 狀１ ３３０狉犿犻狀 故理论切碎段长度 应为 犾 ４１３ 喂入齿辊 π犇狀 结构及形式为齿辊式，在辊外缘沿轴向布置 排 ６０狏 １ １ ６ 犾＝ ＝ 犽狀２ 犽狀２ 齿板，所有的板齿按螺旋线排列，其作用是为了能够更好的保证 根据合理青贮玉米切碎段长度 犾＝３犮犿计算得 喂入时物料层均匀喂入，左右 个喂入辊的齿板交 ２ π犇狀 １ １ ／ 错布置，重叠量为 １０犿犿，保证在物料层变化时仍 狀＝ ＝１２９５２５狉犿犻狀 ２ 犽犾 能夹紧而无相对滑动。 式中 ———刀片数， 犽 犽＝８ ４２ 刀盘切碎器的设计 因此，刀盘切碎器的设计转速为 ／ 。 １３００狉犿犻狀 刀盘切碎器结构如图 所示，主要由动刀片、刀 ５ ４ 核心部件的设计 盘和抛送叶片构成。 ４１ 锯齿双圆盘切割器的设计 ４２１ 刀盘的结构与布置 设计切割和喂入一体 刀盘直径为６００犿犿， 装置如图 所示，单体圆 为保证切割的平稳性、连 ４ 续性，采用 把动刀结构， 盘切割器总成由圆盘切割 ８ 呈对称布置（图 ）。在圆 器 、喂入齿辊 和齿轮 ５ １ ２ ３ 构成。 个单体圆盘切割 盘周边设置弧形叶片，增 ２ 器构成一组对行切割装置 强青贮茎秆的揉搓和抛送 （如图 ）。 性能。 ２ 圆盘刀直径、重叠 ４２２ 动刀片结构与安装 图 刀盘切碎器示意图 ４１１ ５ 图 圆盘切割器 动刀片采用平板刀结 平板刀片 刀盘 量和圆盘间隙 ４ １． ２． 总成示意图 构设计，平行四边形尺寸 轴毂 抛送叶片 为了能够更好的保证锯齿式圆盘 ３． ４． 圆盘切割器 喂入齿 正常切割，两圆盘要有一 １． ２． 为８０犿犿×３４０犿犿，试验确定安装前倾角（刀盘所 辊 齿轮 ３． 在平面与刀刃平面的夹角）为 ，平板刀刃角 定的重叠量，重叠量过小， ８° γ＝ 易出现“爬刀”（下刀转到上刀盘上面）和“咬刀”（上、 ，滑切角（刃口两端点连线与刀盘直径线° 下刀盘交错咬住）现象，引起刀盘崩齿。重叠量过 。平板刀材料选择为 ，刃口淬火强度 τ＝１２° ５０犆狉犃 大，会使切割点前移，降低切割器钳住茎秆的能力。 为６０～６２犎犚犆，每片刀的质量差不大于１０犵。 通过试验，圆盘刀直径为３００犿犿，两刀盘根圆重叠 ４２３ 切割间隙和调整 １６犿犿为宜。上、下两刀盘间隙是否合理直接影响 根据田间试验测定，动、定刀片的间隙为 １～ 切割性能，间隙过大会将茎秆连根拔起，因此刀盘间 ，刀盘转速在 ／ 以上时，青贮玉米 １２犿犿 １３００狉犿犻狀 １９０ 农 业 机 械 学 报 ２００８年 的超长率为 ，斜茬率为 左右。通过调 表 所示。 ４％～５％ ５％ ２ 整螺母使动刀片向定刀片方向挪动来调整刀盘上刀 表２ ４犣犚 ３０型青贮饲料收获机性能测试结果 犙 片与定刀的间隙。 参数 数值 参数 数值 ４２４ 刀盘转速和功耗 －１ 生产率／· ３１２ 损失率／％ ４５ 狋犺 试验表明，刀盘转速在 ／ 以上时，青 １０００狉犿犻狀 作业行数 ２ 不均匀度／％ ３６ 贮玉米剪切质量较好，长短均匀性及断口质量较高。 平均割茬高度／ 水平抛送距离／ 犿犿 １１０ 犿 １０７ 喂入量在 ／，平均剪切比功率（用喂入量各水平 几何切段长度／ 垂直抛送高度／ ６犽 狊 犿犿 ２０５ 犿 ４１ 犵 破节率／ 轴承温升／ 除对应的剪切功率指标）在 ·／ ％ １００ ℃ １２５ １８７～２２９犽犠 狊犽犵 切碎合格率／ 总动力／ 范围内，剪切质量较好。刀盘转速愈低，物料层愈 ％ ９６３ 犽犠 ４７７８ 厚，则切割和抛送负荷以及剪切比功率愈大，如图６ 测试结果和实际生产作业考核表明： ４犙犣犚 ３０ 所示。刀盘转速愈高，则抛扔能力愈强，功耗也愈 型青贮饲料收获机完全满足设计的基本要求，该机与小型 大。当喂入量较小时（ ／），随转速的提高，工作 ３犽 狊 犵 拖拉机配套，适于青贮玉米、高粱等多种饲料的收获 功耗约升高１２％左右。 与加工作业。与犑犕 ４１００犛犎型青贮饲料收获机 （巴西）相比，节省动力２５％，切碎器平均剪切比功 率在 ·／ 左右。生产的青贮料整齐匀 １９７２犽犠 狊犽犵 称，揉搓破节率达到１００％。 ６ 结论 （）该机具有切碎性能优良（秸秆切口整齐、不 １ 均匀性小于 ），切割阻力矩均匀，抛送性能强（物 ４％ 图 刀盘转速对剪切比功率的影响曲线 料成束抛出，没有中间落料），整机振动小等优点。 从生产效率的角度考虑，较优的刀盘转速为 （）采用锯齿双圆盘切割器、强制顺序喂入机构 ２ ／ 时，切碎器平均剪切比功率在 和刀盘式切碎器组合的三合一设计模式，具有结构 １３００～１３５０狉犿犻狀 ·／ 左右，青贮玉米剪切匀称，破节率达 简单、性能可靠、调整方便的优点。 １９３犽犠 狊犽犵 到１００％。 （）为保证优质高效的收获作业， ／ 值在 ３ 狏 狏 狔 犿 １３０～１４０范围时，切割功耗和喂入能力均较好。 ５ 田间试验与性能测试 切碎器平均剪切比功率在 ·／ 左右。节 １９３犽犠 狊犽犵 试验材料选用安达市东十八里牧场的乳熟期青 省动力２５％。 贮玉米，原料平均含水率为６５％（湿基）。２００６年黑 （）有较好的适应性。可对行收获又可无垄作 ４ 龙江省农业机械产品质量监督检验站对４犙犣犚 ３０ 业，与１１０犽犠 以上的中小型拖拉机配套，完全能 型青贮饲料收获机进行了性能测试，测试结果如 够满足需求。 参 考 文 献 镇江农业机械学院，吉林工业大学 农业机械理论及设计：下册［ ］北京：中国工业出版社， ： １ ． 犕 ． １９９６２６１～２６３． 卡那沃依斯基 收获机械［ ］曹崇文，译 北京：中国农业机械出版社， ： ２ ． 犕 ． ． １９８３３１５～３１８． 倪长安 圆盘切割器切割玉米茎杆的试验与分析［］洛阳工学院学报， ， （） ３ ． 犑． １９９５１６４∶３６～４２． 赵新军，孙宝天 等滑切角圆盘式饲草切碎器的剪切功耗［］农业机械学报， ， （） ４ ． 犑． １９９５２６３∶６２～６７． 陈艳 畜禽及饲料机械与设备［ ］北京：中国农业出版社， ５ ． 犕 ． ２００２． 黄新平 棉秆粉碎收获机的设计［］农业工程学报， ， （） ６ ． 犑． ２００３１９４∶１３６～１３８． 于长江，戴铁礼 玉米青贮收获机械存在的问题及发展建议［］农村牧区机械化， （ ）： ７ ． 犑． ２００４ １２ ３５～３７．

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