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玉米青贮机滚筒式切碎装置设计

目前，自走式青饲料收割机在农业生产中应用较少，但简易的牵引式

收割机和粉碎机却较多。青饲机的切碎性能主要取决于切碎器。切碎

器不外乎滚筒式、盘刀式和销钉式3种类型。盘刀式切碎器传动复杂，

结构不紧凑，圆盘刚度较差，且挤推角变化不理想，造成切割不均，

刀刃磨损不匀，切割质量变坏。销钉式切碎器性能受秸秆湿度影响很

大，湿度提高时，能量比耗直线增加，生产率也急剧下降。因此盘刀

式和销钉式切碎器应用渐少。

滚刀式切碎器结构紧凑，滚筒上可安装较多的切刀，滚筒在较低转速

时，仍可获得较短的切碎段。滚筒上的动刀速度一致，切碎质量较好。

滚刀式切碎器还具有安装方便、易于刃磨等优点，因此，滚刀式切碎

器被广泛应用。

滚筒式切碎器主要有螺旋刃口滚筒式和直刃斜装滚筒式之分。直刃斜

装滚筒式虽然制造简单，但是功耗较大且系统振动较大，现已很少使

用。螺旋式具有工作负荷均匀、切碎质量好、机器振动小的特点。它

缺点是刀片的制造精度高，磨刃和间隙调整较麻烦，不宜保证切割质

量，故其使用也受到一定程度限制。为了克服上述缺点，我们在设计

中选用了椭圆刃口平板刀滚筒式切碎器。对比而言，平板刀滚筒式切

碎器的抛送能力较强，但是仍不理想，需要配置专门的抛送装置。为

了进一步提高滚筒式铡草机的工作质量，我们研制了一种新型滚筒式

铡草机，对其结构设计、动定刀的配置关系、抛送装置、超负荷安全

保护装置等进行了试验研究，以下对设计中的几个技术问题及试验结

果进行分析。

1滚筒式切碎装置的常规技术要求及总体结构、性能指标

1.1不推挤滑出饲草以保证切割

为此应该保证X≤Φ1+Φ2

式中：X——推挤角即动刀刃与定刀刃的夹角；

Φ1——动刀对饲草的摩擦角；

Φ2——定刀对饲草的摩擦角。

切割过程中X是变化的，故要求其最大挤推角X满足上式条件。通

常Φ1=32°，Φ2=18°，故X一般小于50°。

1.2切割饲草时主要是滑切，以降低功耗

试验表明，滑切比砍切省力。主要有2方面原因：①微观状态下刀刃

为锯齿状，砍切时饲草仅受压应力，滑切同时受压应力与张应力，而

饲草的破碎张应力小于压碎应力。②滑切时刀刃斜置，故单位长度刃

口的切割阻力减小了。从节约功耗的角度来说，选取滑切角18～55°

较为有利。

1.3切割阻力矩均匀

在切碎器每转2π转角的切割过程中，要求切割阻力矩尽可能均匀，

以减轻飞轮重量，使工作平稳。如果机器部件刚度差，当阻力矩不均

匀时，巨大冲击力将使切割副及其固定部件产生弹性变形，改变了静

止状态时调整好的刀片间隙，使碎段长草增多，影响切割质量。

1.4总体方案与性能指标

该机由喂入装置、切碎动刀滚筒、定刀、上挡板、下壳板、抛送装置

等组成见图1。

碎滚筒安装4把椭圆刃口平板刀进行切碎作业；喂入装置为棘齿式喂

入辊，左喂入辊为浮动式，右喂入辊传动轴上安装有牙嵌式安全离合

器，超负荷时离合器自动打滑切断喂入辊的动力传递。

2滚筒的设计和选定

2.1椭圆刃口平板刀的形成和设计

平板刀的刃口曲线是椭圆曲线的一部分，其结构见图2。图中一平面

与圆柱轴线成一定角度倾斜相截时形成的曲线就是椭圆刃口曲线。

平板刀刀刃AB的运动轨迹为圆柱面，刃口曲线是圆柱被平面所切的

椭圆曲线的一段，其结构参数如图2所示。从图中可得到所切椭圆曲

线的方程为：

平板刀结构参数间的关系可用下式表示：

Ztgα=RsinΦ

式中：Z——刀刃上A点的坐标值；

α——倾斜角，平板刀刀面所在平面与滚筒中心线的夹角；

R——切碎滚筒刀刃轨迹半径；

Φ——平板刀刀刃上A点的前安装前倾角。

2.2滚筒参数的确定

滚筒直径选定为220mm，长度待定。转速为2100r/min。当z取不

同值时，平板刀刀刃有不同的曲线段，其切碎性能、抛送性能、功率

消耗各有不同，经大量试验表明，当z取2645mm时切碎性能最好，

同时滚筒运转平稳，功率消耗也较小。Hq为52mm，Hh为80mm，

则有截平面的倾斜角

从理论分析中我们可知：平板刀的安装前倾角Φ是个变值，从A点

到B点，Φ值逐渐变大。试验表明，Φ角越大，其切碎性能越好，但

抛送性能越差。由于我们在滚筒后加装抛送装置，因此在设计中，Φ

角的选取应在保证可靠抛送切碎物的前提下，尽量大一些。

当用沿滚筒纵长方向移动的磨石磨锐刀刃时，可获得弧形刃口，这样

的刀刃线回转起来是一个圆柱面。因此，平板刀式滚筒切碎器在动刀

是平板刀，定