《农业机械学》课程实践教学案例研究

马军民 宋华 吴劲锋 张炜 黄晓鹏

摘要：为提高农机专业学生的创新能力，结合当前国内畜牧养殖业对全株玉米青贮饲料需求的增加而与之配套的机械化加工机具缺少的现状，采用全株青贮玉米籽粒破碎试验台架的实际案例进行实践教学的模式，分析了影响青贮玉米籽粒破碎的技术参数，提出了该试验台架的总体设计。以培养大学生的创新意识，提高农机专业本科生的创新设计能力，进而达到培养创新型专门人才的要求。

关键词：教学模式;全株青贮;籽粒破碎;试验台架

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2019）17-0301-02

1引言

《农业机械学》课程是农业机械化及其自动化专业本科阶段学习的主要專业课之一，随着世界农业工程科技的进步，我国的农业机械化科技及农机的生产已进入快速发展阶段，农业机械创新设计对农机专业的毕业生提出了新的要求。农业机械设计与实验是《农业机械学》课程讲述农业机械开发与研制的一般规律、进行实践教学的基础内容。为提高农机专业学生的创新能力，采用全株青贮玉米籽粒破碎试验台架的总体设计——实际案例的模式进行教学。该实践教学模式可以用来培养农机专业学生创新意识，提高农机专业本科生的创新设计能力，为培养创新型专业人才打好基础。

2选题意义

近年来，随着国家持续推进“粮改饲”试点工作以来，至2018年，我国的粮改饲种植面积已突破1300万亩，青贮玉米成为主要推广种植的作物，全株玉米青贮饲料已成为我国草食家畜重要的饲料来源之一，高品质玉米青贮饲料的需求将随着我国畜牧养殖业的迅猛发展越来越大。但由于我国的全株玉米青贮饲料产业起步晚，与之配套的收获及加工机具有待进一步完善。籽粒破碎是全株青贮玉米饲料品质提升、全株青贮玉米产业发展的关键技术之一，是当前全株玉米青贮饲料加工机具必备的部件。研究表明，全株青贮玉米籽粒破碎程度及青贮原料的切割程度对饲料的发酵品质影响极大，因此，设计出高效、可靠的青贮玉米籽粒破碎装置，对提升全株青贮玉米饲料品质、发展全株青贮玉米产业具有实际意义

3全株青贮玉米籽粒破碎试验台架的总体设计

3.1全株青贮玉米籽粒破碎试验台架功能分析

全株青贮玉米籽粒破碎试验台架具有动力部件、传动部件、执行部件和控制部件，各部件间相互配合，组成一个完整的功能系统。这个系统具备的功能有主功能、动力功能、控制功能，如图1所示。

（1）主功能。全株青贮玉米籽粒破碎试验台架系统的主要目标是实现籽粒破碎和秸秆的破节揉丝，为实现这个目标，还需要有喂入、切碎、抛送等子功能的相互配合。

（2）动力功能。为试验台架的各部件在实验中提供恒定的或可变的动力。

（3）控制功能。为寻求试验台架各参数的最佳组合，需要在试验过程中不断调整参数值，控制功能使试验台架的工作状态保持平稳、可靠的运行。

（4）环境条件。主要包括了试验台架所在地的电力供给、全株青贮玉米特性等相关实验条件。

3.2总体设计方案及其结构简图

全株青贮玉米籽粒破碎试验台架是在室内工作，选择由电动机提供动力，因此在设计时要考虑供电系统的稳定性;同时，还应考虑常用全株青贮玉米品种及其物理、力学特性。针对牛、羊饲喂时对青贮饲料的不同需求，且在寻求试验台架各参数的最佳组合的过程中，各参数要能够不断调整，初步确定全株青贮玉米籽粒破碎试验台架由喂入部件、切碎部件、籽粒破碎部件3个部分组成，如图2所示。

该方案的工作过程为：在喂入电机的驱动下，喂入部件中输送带上的全株玉米经上下两排喂入辊被强制喂人由切碎电机带动的切碎部件中进行初次切碎，同时由切碎部件将初次切碎的物料抛送进入由破碎电机驱动的籽粒破碎部件中进行二次籽粒破碎及秸秆破节揉丝，最后混合物料通过籽粒破碎部件料口抛撒出出来。根据试验台架的工作过程，选定切碎滚筒一喂人速度之比、籽粒破碎辊的线速度、俩辊最小间隙、动辊预紧力、齿形、相对速差几个参数为可变参数，以籽粒破碎率为目标函数，寻求达到最佳籽粒破碎效果的最优参数组合。

4参数控制

4.1切碎滚筒一喂入速度之比

切碎滚筒转速与物料喂人速度之比决定了物料的合格切碎长度。切碎滚筒由切碎电机驱动，考虑其整体较大的转动惯量，切碎电机选择普通交流电机，并配置启动稳流电柜，切刀转速经一级增扭减速的带传动后保持恒定不变。整个喂人部件由喂入电机通过带传动驱动，其中输送带和两对喂入辊之间的速比恒定，输送带和喂入辊之间由链传动驱动;为了使切碎滚筒一喂入速度之比可变，在切刀转速情况下，选择喂入电机为变频电机，通过调控其频率达到改变物料的喂人速度，进而改变切碎滚筒一喂入速度之比的目的。

4.2籽粒破碎辊的线速度

籽粒破碎部件由破碎电机驱动，破碎辊的线速度在辊直径及传动皮带轮传动比确定时，选择破碎电机为变频电机，可控制调整破碎辊的线速度。

4.3相对速差

指俩破碎辊的线速度差值，在破碎辊直径及破碎电机转速固定时，可通过更换不同传动比的传动皮带轮来调整。

4.4破碎辊最小间隙

为提高不同喂人量籽粒破碎的适应性，破碎辊设计为一动一定，定辊轴承座与籽粒破碎部件相对位置固定，动辊轴承座可沿设置在籽粒破碎部件上的固定滑道滑动，靠压簧的压力回位。破碎辊最小间隙通过动辊轴承座的位置变换调整，由定位螺钉确定。

4.5动辊预紧力

动辊预紧力即动辊回位压簧的弹力，采用动辊轴承座与机架间的弹簧弹力大小来控制调整。

4.6齿形

破碎辊的齿形选择锯齿形结构，为了对比不同齿形结构对破碎率的影响，设计了两种齿形结构‘“：一种是锯齿形碾压辊;另一种是带螺旋槽的锯齿形碾压辊，如图3、图4所示。

5全株青贮玉米籽粒破碎试验台架的总体配置

全株青贮玉米籽粒破碎试验台架总体设计时，其整机总体配置应满足：根据青贮玉米饲料的工艺要求，保证喂入、切碎抛送、籽粒破碎的各个加工过程要连续、流畅;根据试验台架的整体结构特点，正确配置其重心位置，保证其平稳运行;配置时，应使整机操作简单，调整方便;整机外形美观。根据总体配置要求，全株青贮玉米籽粒破碎试验台架配置如图5所示。

6结语

以全株青贮玉米籽粒破碎试验台架的总体设计为案例，结合当前国内畜牧养殖业对高品质全株玉米青贮饲料需求的增加，而与之配套的机械化加工机具及其针对全株玉米青贮饲料加工机械设计基础理论研究缺少的现状，提出了影响青贮玉米籽粒破碎的技术参数，完成了对全株青贮玉米籽粒破碎试验台架的总体配置设计，这种用以培养农机专业学生创新意识，提高农机专业本科生的创新设计能力的实践教学模式，是为培养创新型专门人才而做出的一种实践教学方法的创新。