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1、河南科技大学硕士学位论文秸秆粉碎装置粉碎部件结构、运动参数的研究姓名：张红霞申请学位级别：硕士专业：机械设计及理论指导教师：师清翔;刘师多2003.4.25秸秆粉碎装置粉碎部件结构、运动参数的研究摘要秸秆粉碎装置是秸秆还田机和复合式作业机的核心工作部件，本研究从秸秆还田机和复合式作业机的实际工作需要出发，以玉米秸秆和小麦秸秆为粉碎对象，以秸秆粉碎装置的动、定刀型式、动刀刀端线速度等为试验因素，以粉碎装置功率消耗和粉碎合格率为指标，利用自行设计的室内秸秆粉碎装置试验台进行了多元正交多项式回归试验，初步弄清了粉碎装置的结构、运动参数对粉碎质量和粉碎功耗的影响规律，确定了该装置粉碎玉米秸秆、小麦秸秆
2、时的适宜结构、运动参数组合，为秸秆粉碎还田机和复合式作业机的设计提供了较可靠的依据。关t 词；秸秆，粉碎装置，粉碎功耗，粉碎质量，还田机S T U D Y0 NS T R U C T U R E H D 一0 V E _ E N TP R 一E T E R S0 FS 一 S HIN GP R T SO FS T L K 一 C E R T O R B S T R C TS m a s h i n gd e V i c ei sm a i nw o r kp a r to ft h es t 8 l km a c e r a t o ra n dt h ec o m p o s i t em
3、a c h i n e I nt h i sp a p e r ，s t a r t i n gf r o mt h es m a s h i n gd e v i c e sp r a c t i c a lu s eo nt h es t a l km a c c r a t o fa n dt h ec o m p o s i t em a c h i n e ，t a k i n gt h cc o r n s t a l ka n dw h e a t s t a l ka so b j e c t st os m a s h ，t a k i n gt h es m a s h i
4、 n gd e V i c e sm a i nw o r kp a r t s ( r o t a t o r yb l a d ea n df i x e db l a d e ) a n dt h er o t a t i o n a ls p e e do fb l a d e - a x l e8 se l e m e n t st o3 t u d y ，t a k i n gt h es m a s h i n gp e r f o r m a n c ea n dp o w e rr e q u i r e m e n to ft h cs t a l km a c e r a
5、 t o ra so b j e c t st om e a s u r e ，t h eo r t h o g o n a la n dr c g r e s s i o ne x p e r i m e n tw e r ec o n d u c t e do nat e s tb e n c h T h er e s u l t ss h o w e dt h a th o wp e r f o r m a n c e so fs t a l km a c e r a t o ra r ei n f l u e n c e db yi t sm a i nm O v e m e n ta
6、 n ds t r u c t u r ep a r a m e t e r s ，a n dt h ea p p r o p r i a t em O V e m e n ta n d3 t r u c t u r ep a r a m e t e r sw e f ec o n f i r m e da st h ed c V i c es m a s ht w ok i n d so ft h es t 8 l k ，r e s p e c t i v e l y T h er e s u l t sh a V er e f b r e n c cV a l u ef b rd e 窖i
7、 g no fs m a 8 h i n gd e v i c eo ft h es t a l km a c e r a t o ra n dt h ec o m p o s i t em a c h i n e K E YW o R D S ：c o r n s t a l k ，s m a s h i n gd e V i c e ，p o w e rr e q u i r e m e n t ，s m a s h i n gp e r f o r m a n c c ，m _ c e r a t o rI I 第一章绪论1 1 本选题的意义第一章绪论我国是一个农业大国，粮食种植面积达1
8、 1 亿公顷，粮食总产量4 9 0 0 亿千克，其中小麦、玉米、稻谷4 2 0 0 亿千克。秸秆总量6 0 0 0亿千克，具有丰富的秸秆资源【lJ 。秸秆在我国主要被用作燃料、粗饲料、肥料和造纸工业原料。近年来，随着农村生活水平的提高，煤炭、煤气的大量使用，使农民的生活取暖、炊事使用的秸秆数量大幅度减少。农业机械化水平的提高，使得以农作业为目的的耕牛饲养量锐减，秸秆作为耕牛的饲料使用量急剧下降。化肥的大量使用使得传统的沤肥还田率下降。国家下令关闭小造纸厂，作为造纸工业原料的秸秆需求量也大大降低。这些原因使得大部分秸秆失去了原有的用途，每年都有大量的秸秆被弃之不用，放火焚烧。首先，秸秆焚烧浪费了
9、大量的资源。据有关专家测定，湿玉米秸秆的含氮量为0 6 1 ，含磷量为O 2 7 ，含钾量为2 2 8 ，如每公顷还田秸秆15 0 0 0 k g ，则可增加有机质2 2 5 0 k g 。世界上大凡农业发达的国家，都非常重视发展生态农业，重视施肥结构科学合理，减少化肥施用量，改善土壤结构。一般在施肥总量中，把化肥的施用量控制在施肥总量的1 3 左右，秸秆还田和农家肥等施用量占施肥总量的2 3 。如德国每施用l 0 0 0 千克化肥，要同时施用农家肥15 0 0 2 0 0 0千克。美国、加拿大等国家的小麦、玉米秸秆绝大部分都用于还田，美国农田的土壤有机质含量达2 5 4 。据统计，我国有3
10、5 的秸秆资源没有被利用，造成了巨大的浪费。同时由于我国大量施用化肥，农家肥施用量逐渐减少，使土壤有机质含量逐年减少，平均只有1 5 。而且近几年来，我国化肥施用量平均每年增长12 ，远远高于河南科技大学硕士学位论文世界化肥施用量0 2 的增长速度( 我国占世界7 的耕地，化肥施用量已占世界总施用量的2 7 ) ，导致不少地方土地板结硬化。其次，秸秆焚烧严重污染了环境。由焚烧秸秆引起的大气污染直接影响了民航、铁路、高速公路的正常运营，导致交通延误、旅客滞留，在国内外造成恶劣的影响【2J 。同时，秸秆焚烧也导致火灾频繁发生，国家每年都要蒙受重大损失。据河南省粗略统计，全省每年因焚烧秸秆造成的经济
11、损失高达lO 亿元之多l ”。因此，妥善处理农作物秸秆，减少有机肥的流失和浪费，成了我们亟待解决的问题。机械化秸秆还田是秸秆处理的方式之一，不仅避免了焚烧秸秆造成的资源浪费和环境污染，而且还能培肥地力，增强保水保肥能力，提高土壤有机质含量，改善土壤结构、防止地表板结和增强农业后劲，实现农业的可持续发展，是一项农业稳产高产及环保农业的必要措施。随着人们对秸秆还田重要性认识水平的提高，秸秆还田面积不断扩大，秸秆粉碎还田机的产量剧增。2 0 世纪末，我国与大中型拖拉机配套的秸秆还田机的年产销量超过2 万台。近年来，背负式玉米联合收获机有了长足的发展，该机除完成玉米的摘穗作业外，还要完成玉米秸秆粉碎还
12、田的任务。但是，由于对玉米秸秆的粉碎原理及适宜的粉碎方式缺乏深入的研究，尚未找到降低功耗的有效措施，使得与玉米联合收获机配套的动力机械( 拖拉机) 功率过大，常常出现作业宽度小于动力机械行走宽度的问题，使该机不能自行开道，不仅收获效率偏低，而且作业局限性大。因此迫切需要降低玉米秸秆粉碎装置的粉碎功耗，从而减少与玉米联合收获机相配套的动力机械的功耗。此外，我国玉米播种机型式单一，而现有小麦收割机又大多不带秸秆粉碎装置，小麦联合收割机作业后，田间抛撒着大量小麦秸秆，使得现有玉米播种机难以很好适应小麦联合收割机作业后田间的播种作业。秸秆粉碎、播种联合作业机是我国正在研制开发的一种新机型，研究适于小麦
13、秸秆粉碎的新装置，也是该联合作业机开发成功的迫切第一章绪论要求。综上所述，弄清秸秆粉碎装置的工作原理，确保其粉碎质量，在此基础上降低功耗对于秸秆还田机的更新换代，对予玉米联合收获机的发展以及秸秆粉碎、播种联合作业机的产品开发，均具有重要意义。1 2 秸秆还田技术的国内外研究现状及发展机械化秸秆粉碎还田技术早在6 0 年代初已在发达国家开始应用于生产实际【4 】。如意大利开发的系列灭茬还田机具能对不同作物残留秸秆进行粉碎还田。美国专门研制了与拖拉机配套使用的秸秆切碎机。日本在半喂入联合收割机后面加装切碎装置，一次能完成收获和秸秆粉碎5 1 。国外秸秆收获机械的发展方向之一是：大功率化，宽幅化，能
14、适应多种作物的秸秆还田。其秸秆还田一般有两种途径：第一，在联合收获机上加装秸秆粉碎装置，使农作物的收获、秸秆还田等工作一次完成，大大提高了作业效率。该机型多采用通用底盘，通过配置不同割刀分别完成玉米、小麦、水稻的收获和切碎作业。例如美国约翰迪尔公司生产的J D 7 7 0 0 型联合收获机。第二，采用青贮联合收获机械，利用牲畜过腹还田。倒如前苏联的k c 系列青贮联合收割机和前东德的E 一2 8 0 型联合收割机【6 】。国内机械化秸秆还田技术起源于8 0 年代，发展速度较慢。近年来，国家秸秆蔡烧、综合利用管理办法的出台和各级政府对秸秆禁烧工作的重视推动了秸秆粉碎还田技术的发展，秸秆还田机械的
15、研制、生产、销售出现热潮，相继开发了不少新型秸秆粉碎还田机械，所开发的产品主要是与中小型拖拉机配套使用的秸秆粉碎还田机具。就秸秆粉碎还田机的核心零件一一粉碎刀而言，主要有锤爪式、甩刀式( 弯刀或直刀) 、鞭式。锤爪式强度高、惯性大，对秸秆的抓取能力河南科技大学磺士学位论文强，适于对硬度高、强度高的秸秆( 如玉米秸秆、棉花秸秆等) 进行粉碎；甩刀式结构简单、有刃口，比较适于对柔软、细小的秸秆( 如小麦秸秆、水稻秸秆等) 进行粉碎；鞭式多一个铰结点，自由度大，适于复杂地况作业。例如石家庄农业机械股份有限公司生产的4 Q 系列锤爪型秸秆切碎还田机，与1 8 4 k _ 7 3 4 k - 拖拉机配套
16、，全悬挂作业，不仅能切碎玉米秸秆，而且能对高粱、棉花和麦类秸秆进行粉碎作业；4 Q R 系列秸秆切碎还田机，与3 6 7 k - 7 3 4 k - 拖拉机配套，通过安装不同的刀具实现对玉米或麦类秸秆的切碎；4 Q Y 系列甩刀式秸秆切碎还田机，采用Y 型弯刀式动刀，与功率为8 4 k - 7 3 4 k w 的拖拉机配套使用，具有较高的工作效率【7 】；由江苏理工大学和江苏连云港旋耕机厂联合研制的玉米秸秆还田机，与3 6 8 k w 拖拉机配套，可次完成秸秆切碎、抛撤、破茬、掩埋复式作业；由河北省供销社机械厂生产的4 Q T 一1 5 0 型秸秆切碎还田机，与铁牛一5 5型、上海一5 0 型配套使用，采用悬挂作业；由黑龙江八五四机械厂生产的与自走式联合谷物收割机相配套的X F P 系列秸秆切碎还田机，在联合收割的同时，将作物秸秆切碎抛撒还田f 3 】。近年来，玉米联合收获机和其他复式作业机的发展已引起了人们的广泛关注，秸秆粉碎还田已成为这些机具的主要功能
