9ZFS-350 型履带自走式果枝修剪粉碎机的设计

沈晓贺，刘 佳，朱占江，杨莉玲

（新疆农业科学院农业机械化研究所，新疆 乌鲁木齐 830091）

目前，我区林果枝修剪主要依靠人工借助手动修枝剪、修枝锯或者电动、气动修剪工具进行修剪作业，劳动强度大、效率低、成本高，修剪下的果枝堆在田间地头造成资源浪费与火灾安全隐患，部分果农直接焚烧果枝，造成环境污染。一些合作社及果农购进的果枝修剪粉碎设备为两套独立设备，果枝修剪后需要人工拉、托集中后再粉碎，耗时耗力。基于以上情况，项目组研制出一种适合我区的履带自走式果枝修剪粉碎机，可以一次完成果枝修剪、粉碎还田作业。

1 整机结构与工作原理

1.1 整机结构

剪枝粉碎机主要由动力系统、履带行走机构、粉碎机构、修剪机构等四大部分组成，如图1。

1.2 工作原理

机具工作时，动力系统由柴油发动机通过传动装置分别连接行走分动箱、粉碎分动箱和齿轮油泵将动力分配给行走机构、粉碎机构和修剪机构，修剪机构通过往复式剪枝器修剪果枝，待果枝落下后人工将果枝捡拾喂入粉碎机构粉碎，并在粉碎机内动辊高速转动离心力作用下抛出出料口。

2 整机主要技术参数

外形尺寸（长×宽×高，mm） 2300×650×1 700

配套动力（hp） 17.6

作业速度（km/h） 1.5～3

修剪作业幅宽（m） 1

粉碎机进料口尺寸（mm） 500×300

粉碎果枝直径（mm） ≤80

粉碎生产率（kg/h） ≥350

3 关键机构设计

3.1 修剪机构的设计

为了实现修剪机构连续修剪作业以及修剪机构垂直升降和水平位移，修剪机构设计为由一个定刀和动刀构成的往复式割台和由修剪刀架、连杆、油缸构成的四连杆机构（图2）。液压马达驱动动刀完成修剪切割枝条，通过油缸柱塞的伸缩完成往复式割台的垂直升降及水平位移，在机具行走的同时完成修剪作业。

3.2 修剪机构液压系统的设计

液压系统由液压油箱、过滤器、齿轮油泵、油缸、液压马达等组成，并设置三位四通换向阀与二位四通换向阀，见图3。三位四通换向阀控制油缸的伸缩，完成刀架位置的调整，两位四通换向阀完成对液压马达的控制，通过曲柄连杆机构，驱动动刀实现往复运动，进行剪枝作业。

3.3 粉碎机构的设计

粉碎机构主要发动机、传动皮带、分动箱从动可分离齿轮、分动箱主动带轮、分动箱主动齿轮、传动皮带、粉碎动辊、粉碎机出料口、粉碎机进料口组成（图4）。发动机输出动力，由皮带传递动力，带动分动箱主动带轮，进一步带动分动箱主动齿轮，在粉碎机需要工作时，分动箱从动可分离齿轮与分动箱主动齿轮啮合，通过传动皮带带动粉碎动辊转动，树枝由粉碎机进料口喂入，由粉碎动辊切断，并从粉碎机出料口甩出；在不需要粉碎机工作时，分动箱从动可分离齿轮与分动箱主动齿轮分离，动力被断开，粉碎机停止工作。

3.3.1 粉碎转子直径及动刀数量与宽度的设计[1]

粉碎机动刀固定于动辊2 个沟槽上部，刀片凸出沟槽，随动辊高速旋转，将树枝切削粉碎。根据所切削枝条原料的最大截面尺寸和同时进料的根数确定进料口的尺寸，再根据进料口的尺寸和动刀在粉碎转子上的布置及尺寸来确定粉碎转子直径和动刀数目，动刀数目应保证连续切削且切削平稳。本机粉碎转子直径设定为245 mm，动刀数为2 个，动刀宽度为300 mm。

3.3.2 粉碎转子转速n 的确定[1-2]

根据粉碎机生产率计算刀盘主轴转速n 为：

式中 Q—粉碎机生产率（m3/h）；S—切削原料的截面积（m2），一般取进料口面积的1/5-1/3；L—切片平均长度（m），根据对碎料粒度的要求而定；Z—切刀数目（个）。

粉碎机动刀片末端的线速度必须同时满足加工质量和生产率的要求，其值一般在38～80 m/s 范围内。本机具粉碎转子主轴转速n 设定为2 400 r/min。

3.3.3 驱动动力发动机选择

设备配套发动机功率应满足粉碎转子带动动刀挤切树枝枝条以及将切碎的枝条抛出所需功率，经过试验，选取192FAE 柴油发动机，最大功率12.9 马力，最大转速3600 转/分钟作为本机具的动力。

4 机具优点

（1）机具能够就地完成修剪粉碎作业，效率高、成本低。该机具能够在行走的同时完成修剪，就地把剪下来的枝条粉碎还田，一机多用并免去枝条运送到指定地点处理的麻烦。机具一人即可完成作业，省工省力，是纯粹人工修剪作业效率的20 倍以上。

（2）机具操作性能好，对地块适应性强。机具上设有操作手柄，设备的行走、修剪与粉碎机构的操作均可以通过操作手柄完成。由于采用履带式，并且自带动力，相对轮式行走更加平稳，爬坡能力好。

5 试验情况

该机具经试验，适宜我区果园地形，比较适合我区低于5年内的核桃园、红枣果园以及其他类矮化密植果园的果枝修剪，修剪过程机具行走速度每小时1.5 km 以上，对于含水率40%左右的果枝，粉碎果枝每小时达到500 kg 以上。后续项目组将对其修剪作业幅宽以及修剪机作业高度进行进一步改进优化提升，使其适宜不同树种果枝的修剪及粉碎作业。