浅谈农机基础参数研究方法对土石料堆取机械的意义

张永丽，吴 迪

（辽宁轨道交通职业学院 辽宁 沈阳 110023）

1 基础参数研究对于土石料堆取机械具有重要意义

在农机具研究中，不能仅仅停留在纯机械性能的参数研究，比如，种子玉米脱粒机，如果仅从脱粒机的转速等机械参数出发，研究脱粒部件的结构参数是远远不够的[1]。需要从玉米籽粒的生物学特性出发，研究剪切特性、压力损伤等因素，从而最终讨论影响脱粒特性的因素，找到脱粒机的最优设计参数[2]。

物料性能的研究对于土石料堆取机械有着重要的意义。土壤的物理性质与其黏性、含水量及外界环境都有关系，农业机械学中对于土壤含水量研究的重要性与散体物料的湿度一样，是散体物料的重要性能参数。物料的附着力和流动性是土石料堆取机械的重要性能参数。

2 附着力与散体物料的流动力

2.1 物料的凝聚力和附着力

在农业机械学中，当土壤与耕作部件表面的摩擦力和附着力大于土壤的凝聚力和土粒之间的摩擦力时，耕作部件的工作表面就会粘土，工作表面粘土就会增加牵引阻力。而土壤的附着力并非定值，它随着含水量的变化而变化。在一定湿度条件下，当附着力达到最大值，附着力反而下降[3]。

那么，当土石料堆取机械在料场中时，如图1 所示，现场物料为铁精粉原料，正常含水率为8%左右，上述物料含水率达到了15%，物料间的凝聚力增强，黏性增大，导致设备在运转过程中，黏性比较大的物料附着在取料装置上，如图2 所示。

图1 含水率很大时的混合料

图2 取料装置附着物料

在种子玉米脱粒机及花生脱壳机的设计中，需要兼顾考虑到整机脱粒、脱壳效率与玉米、花生脱粒、脱壳损伤的问题，有些玉米脱粒机、花生脱壳机均采用了减少冲击的柔性脱粒装置，比如，脱粒滚筒和脱壳装置采用了橡胶材质[4]。

那么，在土石料堆取机械中，为了避免取料装置取料过程中附着物料，针对含水率比较大的物料，取料装置与物料接触的角度应该更加大，同时取料装置应优先考虑选用陶瓷衬板或不锈钢材质衬板。通过上述办法可以降低整机设备的驱动力。

2.2 物料的流动能力

物料的内摩擦角和黏聚力是散体流动性能的两个基本物理量，内摩擦角的变化是反应散体流动性的重要参数。散体物料的湿度、表面粗糙程度对散体的内摩擦角有很大的影响。矿石块体之间存在或大或小的黏聚力，但黏聚力的强度远远小于矿石本身的强度。对于单块矿岩，它往往表现出固体的特性，而对于整个散体物料来说，它则会更多的表现出液体的性质，散体物料具有固体和液体的双重物理力学属性[5]。

如图3 和图4 所示，现场物料为石灰石原料，由于物料产地不同，通过破碎装置破碎后，物料的粒度和形状不同，导致相同的取料装置在不同产区的相同物料情况下，设备运行差别很大。物料流动性差别非常明显，图3 可以看出，物料与取料装置接触面非常平滑，设备运转时受力较小；图4 可以看出，物料与取料装置接触面凹凸不平，取料装置进入料堆内部，设备运转时受力很大。

图3 粒度均匀石灰石与取料装置

图4 粒度不均匀石灰石与取料装置

如图5 所示，为了适应不同粒度的物料，取料装置上需要设置具有耙送物料的耙齿，耙齿均匀布置在取料耙架的表面，耙齿的长度设置150～200 mm为宜，取料能力较小时，耙齿可以采用可调整连接装置，耙齿的材质要根据实际物料的硬度和粒度决定，常规物料设置为耐磨钢为宜。取料装置在取料过程中，避免耙架接触物料，只通过耙齿疏松物料，利用物料的自身流动性，使物料源源不断地沿着料堆表面流下。为了避免取料装置取料过程进入料堆内部，取料装置的角度应设为可调式，取料装置的角度一般要大于物料的堆积角度5°，根据现场实际物料的摩擦角大小进行调整，确保取料装置位于物料流动表面，降低整机设备的驱动力。

图5 取料装置需要设置特殊耙料装置

3 结 语

本文从生物学特性、力学特性及核心部件的材料材质特性的研究出发，讨论土石料堆取机械中基础参数对机械性能影响的意义，并明确提出了避免土石料堆取机械防止物料附着的方法，优先考虑选用陶瓷衬板或不锈钢材质衬板，同时阐述了确保物料流动性与摩擦角的重要关系，指出了可以通过实验室的小剂量实验获取相关数据后，现场实测，从而得到经验参数。

机械服务于生活，更来源于生活。小到随处可见的生产生活设备：面条机、剥壳器、电饭锅配套的饭勺、玉米脱粒机、花生脱壳机等；大到飞机、潜水艇等，无处不在的农业机械的仿生原理。农业机械的结构、原理包含了很多方面的内容，包括了对土壤的物理性质、强度、坚实度、含水量、抗剪强度、凝聚力和附着力的研究；包括农机具结构原理、工作过程、外形曲线及运动分析[6]。土石料堆取机械中对于仿生学的研究还属空白，有必要开展进一步的研究。