枝叶分离粉碎机设计研究

刘彬 周凤芳 茹煜

摘要：针对植物修剪枝叶杂乱、占用空间、资源浪费等问题，设计一种价格低廉、操作简单、能修剪枝叶并实现粉碎与分离的枝叶分离粉碎机，介绍总体架构、工作原理、关键部件设计，样机试验结果表明：枝叶分离粉碎后的碎片体积大小基本相等，不同杆径的枝叶均能有效粉碎，能实现枝碎片及叶碎片的分离，但存在分离不彻底、工作噪音大等问题，有待進一步完善设计。

关键词：枝叶分离装置;粉碎机;结构设计

中图分类号：S776    文献标识码：A    文章编号：1674-1161（2022）01-0027-03

收稿日期：2021-10-15

基金项目：江苏省农业科技自主创新资金项目（CX（18）1007B02）

作者简介：刘 彬（1996—），男，在读研究生，主要从事农林植保技术与装备方面的研究工作。

通信作者：茹 煜（1973—），女，教授，博士生导师，主要从事农林植保技术与装备研究工作。

目前，对道路绿化、小区植被、果园树林等树木进行修剪时，枝条与树叶或聚积在一起，杂乱交错、占用空间，或简单剪碎洒落在土里，很少将枝叶进行收集处理和废物利用。事实上，树叶可用作食草动物饲料，枝条能作为板材和造纸制浆原料，进而实现植物资源的再利用。对枝条与树叶进行有效分离，是一项必要的作业环节。完成分离作业的机具主要为梳刷式分离机，这种机具种类多，修剪枝叶大小不一，对于杆径不同的树木，其枝叶分离过程中易出现分离不彻底或无法使用的情况。对此，设计一种价格低廉、操作简单、能修剪枝叶并实现粉碎与分离功能的枝叶分离粉碎机，以期为园艺修剪和资源利用提供实用机具。

1 枝叶分离粉碎机总体设计与工作原理

若使粉碎和分离作业达到预期效果，所设计的枝叶分离粉碎机必须达到进料稳定可靠、枝叶分离彻底、枝叶粉碎充分的效果，并设置可靠的防护装置以保证操作者的人身安全。

1.1 总体结构

枝叶分离粉碎机主要由机架、动力传动装置、刀盘、进料腔、粉碎腔、风选腔、输送带等部分组成，如图1所示。机架用于安装和固定各类部件;工作腔布置在机架上，其上部为进料腔，下部是粉碎腔，粉碎腔联通风选腔;风选腔设有轴流风机，轴流风机设置在风选腔的进风口上;风选腔与下方的枝碎片出料口及侧边的叶碎片出料口相连接，枝碎片的出料口连接输送带;动力传动装置布置在机架上，电机动力通过带传动传递给主要执行部件刀盘。

1.2 工作原理

枝叶分离粉碎机的工作原理是先对修剪枝叶直接粉碎后进行分离筛选，再对已分离的枝叶进行筛选。由于枝条与树叶密度不同，相同体积下可通过风机对粉碎的枝叶进行分离筛选。具体流程是将枝叶喂入进料口工作腔，由刀盘刀具粉碎枝叶，经工作腔下轴流风机对枝条与树叶进行风选分离，树叶从侧边出口吹出，枝条掉落在传送带上。

2 关键部件设计

2.1 进料腔

进料腔结构如图2所示。

进料斗设在进料口外口上，位于整体结构的侧面，幅宽大于70 cm。采用外张结构，既便于进料和保证进料量，又可作为防护装置以保证操作者的安全。进料口下方设有料滑台，由固定端向工作腔上腔体倾斜向下，这样既有助于顺利进料，保障枝叶不会直接掉落，也能保证刀盘与枝叶充分接触完成切削，保证切削效率。

2.2 粉碎腔

粉碎腔结构见图3。

枝叶经进料腔到粉碎腔，经刀盘转动切削枝叶，切削后密度较大的枝碎片和密度较小的叶碎片落入风选腔进行风选分离。粉碎部件由刀盘和主轴构成，主轴上设有刀盘轴肩，用以轴向限位。主轴轴阶外螺纹与锁紧圆螺母、防松圆螺母构成螺纹副，锁紧圆螺母将刀盘锁靠于刀盘轴肩，防松圆螺母用于防止锁紧圆螺母松动，以保证刀盘与刀盘主轴可靠连接。

刀盘结构及刀片安装方式见图4和图5，主传动装置结构如图6所示。

螺钉将刀片安装在盘片上，用于固定刀片位置并调整刀片轴向伸出量，以适应削物料大小变化。刀片磨损后，可通过刀片槽对刀片重新打磨继续使用。主电机通过轴心距调节装置固定在机架上，主动带轮键连接于主电机轴，带动从动带轮旋转。从动带轮与粉碎腔内的刀盘主轴同轴心同角速度。移动调整装置实质是紧固螺栓螺母副，用以将主电机紧固在机架导轨槽内，便于调节电机主轴和刀盘主轴之间的轴心距，保证适当的皮带张紧度。

2.3 风选腔

风选腔结构如图7所示。

枝叶经粉碎腔粉碎后进入风选腔，由轴流风机进行风选分离。在风力作用下，密度较小的叶碎片因偏离自由落体路径幅度较大而被吹到侧出料口，排出工作腔，集中收纳。密度较大的枝碎片因偏离自由落体路径幅度较小而由下出料口排出工作腔。风选腔侧壁上设有中空的进风管，连通风选腔。风机安装在进风口外端支架上，侧出料口内口下沿和下出料口均位于进风管底板下方。

2.4 出料运输装置

出料运输装置结构如图8所示。

输送装置设在下出料口下方，用于承接枝碎片并将其输送至收纳区。支架设在机架内，支架上的副电机通过主动带轮和从动带轮分别驱动主动辊、从动辊，带动输送带环绕旋转。

2.5 机架

机架由钢板焊接而成，用以支撑传动系统、切削系统、带传动张紧调节装置等部件。机架内部有足够的空间，可放置水平传送带，支撑风选风机。机架设有加强筋，采用三角形固定方式。机架部件通过螺栓或焊接方式进行联结。

3 试验效果与讨论

样机试制完成后，在实验室进行作业试验。结果表明：枝叶分离粉碎后，两个出口的碎片体积大小基本相等，这有助于碎片的后续处理。对不同杆径的枝叶均能有效粉碎，效率较高。借助轴流风机对枝碎片及叶碎片进行风选，能实现枝碎片及叶碎片的分离，但存在分离不彻底的现象。此外，粉碎的枝叶没有按照既定的出料口全部排出，有些会附着在机体上，对带动力传输及底部输送带工作产生不利影响。带传动及轴流风机噪音大，影响操作人员健康，有待进一步完善设计。59156049-A679-405E-BDDA-9DA9837ADFE6

参考文献

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Study on the Design of Branch and Leaf Separation Mill

LIU Bin， ZHOU Fengfang， RU Yu*

（College of Mechanical and Electronic Engineering，Nanjing Forestry University，Nanjing Jiangsu 210037， China）

Abstract：In view of the problems of disorderly pruning， space occupation and resource waste of plants， a kind of branch and leaf separation mill with low price and simple operation was designed， which can prune branches and leaves and realize crushing and separation. The overall structure， working principle and key component design were introduced. The prototype test results showed that： After the separation and crushing of branches and leaves， the size of the fragments is basically the same. Branches and leaves with different rod diameters can be effectively crushed to achieve the separation of branches and leaves， but there are problems such as incomplete separation and high noise， which need to be further improved.

Key words： branch and leaf separation device;mill;structural design59156049-A679-405E-BDDA-9DA9837ADFE6