關鍵詞：秸稈飼料；粉碎機；錘片
O 引言
近年來，我國畜牧業快速發展，牲畜數量不斷增加。但由于牧區牧草數量有限，許多牧區由于過度放牧，牧草質量和數量都在減少。目前主要制約畜牧業發展的因素是飼草短缺。而在我國農區，每年會產生大量的農作物秸稈，以前農民沒有發現秸稈的利用價值，往往在秋收后把作物秸稈燃燒，這樣不僅浪費資源，還污染環境。近幾年加大對作物秸稈利用的重視，作物秸稈變廢為寶。然而，許多作物秸稈不能很好地被牲畜所吸收消化，秸稈類粗飼草料普遍具有質地粗硬、咀嚼費力、適口性差、粗蛋白含量少、消化率低等特點。因此，必須對其進行切碎加工或相應處理，以提高其利用價值。研究發現通過利用粉碎機把作物秸稈粉碎成尺寸短小的秸稈飼料后，其營養價值會有較大的提高。
粉碎秸稈時，主要是對秸稈施加剪切、拉伸、沖擊、揉搓、彎曲、折斷等破壞形式。研究表明，由于農作物秸稈具有韌性大、易變性等特點，適宜采用的加工方式一般是切割、揉搓、粉碎與壓縮。目前，使用較為廣泛的秸稈粉碎機型主要有鍘草機、粉碎機、揉碎機等。隨著我國向節約型社會的發展，應加快研制能耗較低、生產率較高、粉碎效果好的粉碎機型。
1 粉碎機的結構設計
1.1 設計要求
本文設計的粉碎機主要是中小機型，其結構簡單、尺寸較小、工作靈活，可以用于粉碎麥稈、棉稈、青草等飼料。主要設計參數：切碎長度30～50 mm，轉速1 440 r．min，切碎裝置為錘片，粉碎室內部為斜齒式，喂入方式為人工喂入。
1.2總體結構
秸稈粉碎機主要是由錘片粉碎室、風機出料機構、喂入機構、傳動部分，護罩等結構組成，其結構如圖1所示。粉碎室主要是由4組以不同排列形式安裝在銷軸上的錘片組成。出料機構采用風機，效果較好。
1.3工作原理
秸稈粉碎機工作時，通過電機帶動主軸轉動，同時使得安裝在主軸上的錘片粉碎機構和風機葉片轉動；秸稈從喂入口進入，通過錘片的沖擊以及剪切作用，以及秸稈與齒板的沖擊摩擦作用，從而被粉碎；粉碎后的秸稈到達風機葉片處，最后在風機的吹動下通過出料口被送出，拋送到指定位置。
2 粉碎機主要部件設計
2.1 粉碎室的設計
粉碎室主要有轉子與齒板組成，結構如圖2所示。為了結構便于安裝，齒板分為上齒板和下齒板兩部分，下齒板固定安裝在機架上，上齒板安裝在下齒板上方。轉子主要是由4列轉動錘片組成，錘片分別安裝在4組銷軸上，錘片可以在銷軸上自由擺動，錘片安裝位置采用螺旋線排列。
2.2錘片結構設計
作物秸稈在粉碎時主要受到粉碎室的兩個作用，一是錘片對秸稈的沖擊、摩擦作用；二是齒板對秸稈的摩擦作用，以及秸稈之間的摩擦作用。錘片在工作時，主要是受到秸稈對錘片正面的沖擊和對棱角的剪切作用，容易出現磨損，最后導致錘片失效。目前，主要是從采用耐磨材料和優化錘片結構兩個方面來提高錘片的工作性能。
為了防止錘片在工作時出現嚴重磨損，粉碎機的錘片結構設計為如圖3所示的結構。這樣可以防止錘片在工作一段時間之后，出現棱角處快速磨損現象。由于錘片的材料硬度不一樣，其磨損機理也不一樣。為了提高錘片的性能，所以采用自磨刃錘片，材料選用Q235，并且表面進行滲碳處理。
2.3風機結構參數設計
風機作為秸稈飼料的輸送裝置，其工作性能直接影響到粉碎機的粉碎效果。所以風機在工作時，要保證物料輸送通道的暢通。粉碎后的秸稈經過風機葉片的拋送，以較高的速度沿風機外殼切線方向進入出料口中，出料口內有一股由風機葉片高速旋轉后所產生的上升氣流，使碎秸稈繼續向上輸送，最后落至指定處。碎秸稈的拋送高度H可用下式計算：
因為在秸稈飼料出口處，設置為平滑的水平朝向出口，所以在實際工作時，不需要將飼料拋出太高，通過出口通道的引導，秸稈飼料便會很容易的落在指定的位置。
3錘片空載運動時的分析
錘片式粉碎機有一個顯著的特征，就是轉子結構是錘片與銷軸的鉸接形式，每一個錘片均可看作是以相應銷軸為懸點的單擺，隨著轉子的轉動，各懸點又具有繞主軸旋轉的運動。所以，錘片在工作時存在兩種運動，一是錘片整體繞主軸轉動，二是錘片繞銷軸做單擺運動。
粉碎機從啟動到穩定工作這個階段，錘片由靜止狀態變為繞主軸作圓周運動，在這個過程中錘片的運動是復雜的，而且不同位置的錘片運動參數也有所不同，所以在這個階段粉碎機會產生一個短暫的、不穩定的過渡工作狀態，從而會影響到粉碎機的工作穩定性。為了研究這個過程，本文對錘片進行受力分析，并且利用ADAMS軟件對錘片的運動進行分析。
3.1 錘片空載狀態時的受力分析
錘片空載狀態時的受力如圖4所示，其中，Fc1為錘片繞主軸轉動時錘片產生的慣性力，Fc2為錘片繞銷軸鉸接處轉動時錘片產生的慣性力，mg為錘片受到的重力，f為銷軸鉸接處錘片受到的摩擦力，FN為銷軸鉸接處錘片受到的正壓力，w1為主軸轉動的角速度，w2為錘片繞銷軸相對轉動的角速度，φ為錘片的擺角，α為錘片鉸接點繞旋轉中心的轉角，β為錘片質心繞旋轉中心的轉角。
假設錘片在工作時處于非平衡狀態，所產生的摩擦力f與正壓力FN的大小及方向處于時刻變化的狀態，此時如果轉子轉動半徑為R，錘片質心到鉸接點的距離為r，銷軸直徑d時，此時會存在3個力矩：慣性力Fc1關于鉸接點O的力矩m1，重力mg關于鉸接點O的力矩M2，摩擦力f，關于鉸接點O的力矩M3。取逆時針方向為正則有：
由此可見，影響錘片平衡的主要因素有w1和w2：，且摩擦力的大小和方向也主要取決于這兩個因素，在平衡狀態時便可得到摩擦力與正壓力的大小和方向。
3.2錘片空載狀態運動仿真分析
通過利用Solidworks軟件對粉碎室進行建模，然后導人ADAMS軟件中，通過添加約束，對主軸施加轉速1 440 r．min，設置轉速從0到1 440 r．min過渡，時間為1s，然后進行仿真，得到錘片末端的運動軌跡圖如圖5所示，同時也測得錘片質心角速度的變化規律如圖6所示。
可以看出，錘片在整個工作過程中，運動是比較平穩的，在0s到1s這段時間，處于啟動的階段，由于主軸旋轉的帶動，錘片便會跟著一起轉動，但是存在滯后，這時錘片相對于銷軸便會產生相對旋轉，導致錘片的角速度與主軸角速度不一致，錘片的轉動角速度存在較大的波動，所以在這期間，錘片的運動軌跡也不是圓。通過這段時間的過渡，從1s以后，很快錘片與銷軸的相對擺動幅度越來越小，使得錘片與主軸的角速度相接近，錘片轉速的波動范圍也在逐漸減小，最后達到比較平穩的工作狀態。
4 結論
錘片式粉碎機的應用比較廣泛，但是錘片在粉碎的過程中容易磨損，是影響生產效率、產品質量和生產成本的重要因素。本文設計了一種錘片式粉碎機，可以有效地提高粉碎機的性能，降低加工成本在實際生產中還可以不斷改進，以便達到最優效果。
本文利用軟件對錘片在空載狀態下的運動進行了模擬，得到了錘片的運動軌跡和角速度變化規律，分析了粉碎機從啟動到穩定工作這段時間，錘片的運動也是從波動的運動狀態逐漸走向平穩。剛啟動的階段，錘片會對銷軸產生一定的沖擊，這個階段會對錘片與銷軸的鉸接處產生磨損，由于錘片運動的不平衡性，還會使整個粉碎機產生振動，從而影響了粉碎機的穩定性。通過理論分析錘片的運動對粉碎機產生的不利因素，在實際生產過程中針對性的進行優化，從而達到理想的效果。
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