青贮玉米收获机械喂入粉碎装置设计

杨硕林，陈锦源，张 华，宋卫海

（山东农业工程学院 机械电子工程学院，山东 济南 250100）

青贮玉米是一种产量高，纤维质量好的绿色农作物，经粉碎集中之后，并用合适发酵的措施处理后，可作为优质的青贮饲料来喂养家畜。随着青贮玉米收获机的发展及需求量的增多，越来越多的科研院所与生产企业开始重视青贮机的研制与优化[1]。而青贮机喂入粉碎技术是青贮机研制与优化的两大重要技术，喂入装置主要的功能就是将青贮玉米喂入到切碎装置，以及青贮玉米秸秆之间不会发生相对滑动，不会有弯曲变形的发生，保证青贮玉米的切碎质量和效率；粉碎装置用来将喂入装置输送来的青贮饲料切碎，粉碎装置性能的好坏直接就影响到青贮收获机的性能、生产力以及功耗等非常重要的收获机指标。

通过调研国内外青贮玉米收获机械的技术发展，总结现在的青贮玉米收获机喂入粉碎装置位置具有以下问题：（1）收获粉碎过程中易产生缠绕堵塞、适应性较差、作业效率低；（2）秸秆喂入不均匀，导致秸秆破节和籽粒粉碎效果差，未完全破碎的籽粒会导致营养损失，无法实现优质青贮饲料生产。因此，青贮玉米秸秆物理机械特性、切割方法、切割技术、切割装置等的研究，能够推动青贮收获机产品的升级。因此青贮玉米收获机喂入粉碎装置对于青贮玉米收获的效率、质量以及关键零部件使用寿命具有至关重要的意义[2-3]。

1 研究内容

本设计以加快青贮玉米收获机粉碎效率和质量为主要目标，重点突破多辊喂入以及籽粒揉搓破碎装置等青贮玉米秸秆机械化收获关键部位，以期设计一种机械结构合理、传动性能好、稳定性高、收获质量好的青贮玉米收获机，满足现在市场对青贮玉米收获机械更高的技术需求。从科研院所与生产企业重视青贮机的研制与优化来看，特别是青贮机喂入粉碎技术，在理论上分析梳理，得出青贮收获机在作业中现存的些许问题，也就是未充分提升的功能，将本设计预建立的理论系统融合进去，进行可行性、全面性分析，得出构建青贮机喂入粉碎技术的优化路径[4-6]。开展以下创新性设计：

（1）设计物料逐级增速压送有序输送喂入技术，研制齿形喂入辊揉搓破节装置，实现秸秆有序输送和揉搓破节，有效地解决秸秆喂入不均匀，收获粉碎过程中产生缠绕堵塞的问题。

（2）采用人字排列斜切滚刀切碎装置实现低耗高效切碎，有效地提升作业效率。

1.1 多辊秸秆喂入装置设计

喂入装置作为青贮玉米收获机的关键零部件，对整体工作的流畅度影响较大，切碎质量进而也会受到影响，如果喂入量过大会导致堵塞甚至缠绕等情况，如果喂入量过小，会影响物料的压紧程度从而造成送到物料切碎刀盘时不整齐、切碎揉搓效果也就会变差[7]。

所以，本青贮玉米收获机设计采用一种多辊喂入装置，同时安装压紧弹簧使喂入的玉米尽可能紧实，并在喂入辊上设计出锯齿状的夹持结构，来确保物料的喂入效果。其主要由长齿喂入辊、短齿下喂入辊、上下槽辊以及光辊等组成，喂入装置上下共5个喂入辊，保证喂入效率，能够更好压紧玉米，便于切碎。

图1 多辊秸秆喂入装置

喂入机构工作时以一定的速度将传送带输送过来的全株青贮玉米碾压整齐并喂入切碎滚筒装置，在喂入过程中各辊之间的配合可以保证喂入秸秆的平整。上方两辊子通过连杆连接并安装在左右两支架的导向槽上可根据物料厚度自动调整与下方三个辊子的间距实现了喂入量的可调，上下喂入辊可调间距为60～200 mm，喂入辊的布局及工作流程图如图2所示。

图2 喂入物料流程图

1.2 粉碎装置设计

青贮玉米作物的切碎长度及切碎效果是评估青贮玉米收获质量的最重要的依据，切碎装置是青贮饲料收获机的核心部分，其对于物料加工后的品质、发酵效果及口感影响较大，较好的揉搓效果能够有效地对青贮饲料进行挤压压实、排出空气，阻止腐败菌的生长和繁殖，提高储存量以及提高发酵的品质[8-9]。

粉碎装置是将喂入的全株青贮玉米秸秆均匀切碎，保证进入到破碎装置中的物料充分破碎，是青贮玉米收获机的关键部件。为保证较均匀的切碎长度，选用滚刀式切碎器，根据喂入碾压机构口宽570mm将粉碎滚筒装置宽度设计为510 mm，粉碎滚筒装置结构如图3所示。

图3 粉碎滚筒装置结构

切碎滚筒装置的工作过程分为以下几个阶段：切割挤压、切断推进和收集抛送。喂入装置将全株青贮玉米碾压整齐推送至定刀与动刀之间，动刀在滚筒旋转运动下以一定的线速度与定刀相互配合对物料进行切割同时动刀及动刀夹板对物料的挤压作用也可对其产生一定的破碎效果。在动刀作用过后，动刀将此段物料切断并沿着滚筒转动圆弧方向推送，同时收集残留在滚筒下弧面上的物料，物料在运动惯性及动刀平板夹具作用下被抛送至破碎装置的入口处。

为提高青贮饲料的喂入效率，设计的切碎装置能够使喂入的全部玉米都被破碎。因此对与切碎装置的整体结构、布局位置：采用滚筒组合式刀，动刀在滚筒上为人字形排列，直接减少了动刀和定刀之间的间隔，降低了功率的消耗，刀片经过特殊的热处理，提高了刀片的耐磨性，延长了刀片的使用寿命。合理的设计与配置，使该装置切碎青贮玉米时受力均衡，切碎后的效果好。

图4 人字滚刀切碎装置

动刀片与定刀安装倾斜角为7°，在高速旋转切碎的工况下对物料形成滑切，延长动刀片的寿命。动刀片结构如图5所示。

图5 切碎刀片

为保证动刀片具有足够的强度、韧性和耐磨性，切碎动刀采用65Mn钢材料制作而成，刃口部位经淬火和回火热处理，淬火区宽度为25.95mm，硬度为HRC60，符合我国粉碎装置常用切刀规格要求[10]。

为有效地提高青贮玉米茎杆、植物籽粒破碎度，对青贮收获机的切碎设备进行了技术上的改进，设计加装了揉搓部件，该机的揉搓部件主要包括动刀固定座、揉搓抛送板、揉搓板等组成。

动刀固定座：动刀固定座在工作面一段设计了一个小小的斜角，使其在随刀盘高速旋转过程中有效的对玉米籽粒和茎节进行破坏，其结构如图6所示。

图6 动刀固定座

揉搓板（图7）固定在切碎动刀的底层，带有斜凸起的揉搓板用螺栓固定在圆形刀盘的底部端面，作业过程中与揉搓板总成配合，大幅度拉长了揉搓行程，提高了揉搓效率和揉搓质量。

图7 揉搓板

2 喂入粉碎装置总成设计

本青贮收获机喂入粉碎装置实现的功能，由喂入、切碎揉搓以及其他部件等组成，物料的输送路径是：切割输送系统（切断、强制性喂入)→夹持喂入系统（喂入、压实)→切碎揉搓系统（切碎、破节、籽粒揉搓），整个喂入粉碎装置的装配如图8所示。

图8 喂入粉碎装置

在收获机工作时，配套的收获机后传来的动力通过夹持传动系统驱动切割输送装置、夹持喂入输送器装置及植株茎杆、籽粒的切碎和揉搓等传动系统对植株进行切割输送工作，切割和挤压输送器装置将物料进行了切断、挤压输出，并将其送到夹持喂入输送器装置，夹持喂入输送器装置中上、下各种带有锯齿状的喂入辊对物料进行了强制性的输送，至植株茎杆、籽粒切碎揉搓系统，此时以人字形方式安装在籽粒切碎刀盘上的抛送叶片与安装在切碎揉搓系统底部的揉搓板相互配合，对切碎的物料进行揉搓，进行抛送，输出到农用运输车或打包机中，从而完成喂入、切碎揉搓流程。

3 总结

本设计针对现在的青贮玉米收获机喂入粉碎装置位置以下问题：（1）收获粉碎过程中易产生缠绕堵塞、适应性较差、作业效率低；（2）秸秆喂入不均匀，导致秸秆破节和籽粒粉碎效果差，未完全破碎的籽粒会导致营养损失，无法实现优质青贮饲料生产以提高机器的收获效率及青贮玉米的利用率。以期设计一种机械结构合理、传动性能好、稳定性高、收获质量好、满足市场对更高技术需求为目的，对喂入粉碎装置的构造进行了设计，介绍了各个装置的构造及作业功能，对关键零部件，跟各个辊之间的传动方案进行了具体的设计，利用齿轮传动和链传动原理设计了物料逐级增速压送有序输送喂入装置，实现秸秆有序输送和揉搓破节，有效地解决秸秆喂入不均匀、收获粉碎过程中产生缠绕堵塞的问题；根据带传动原理设计了人字排列斜切滚刀切碎装置实现低耗高效切碎，有效地提升作业效率、提高饲料品质，整体上达到装置设计的技术要求及有益效果。