張開(kāi)金， 張 煒*， 馬軍民， 滕紹民

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070； 2.中機(jī)美諾科技股份有限公司，北京 100083)

青貯玉米產(chǎn)量高，富含豐富的營(yíng)養(yǎng)成分和充足的能量，具有適口性好、耐久藏、養(yǎng)分保存率高和種植效益好等特點(diǎn)，是世界上用于生產(chǎn)肉、奶等畜產(chǎn)品必不可少的飼料來(lái)源。近幾年隨著國(guó)家政策對(duì)農(nóng)業(yè)的大力扶持，畜牧業(yè)得到蓬勃的發(fā)展，雖然我國(guó)糧食種植水平不斷提高，青貯飼料作物種植面積和單位面積產(chǎn)量不斷上漲，但全株青貯玉米等優(yōu)質(zhì)青飼料仍供給不足，研發(fā)優(yōu)質(zhì)全株青貯玉米飼料機(jī)械可有效緩解近年來(lái)畜牧業(yè)迅速發(fā)展與青貯飼料短缺之間的矛盾[1]。

目前，在農(nóng)戶中應(yīng)用的青貯飼料切碎機(jī)械主要為小型通用型切碎機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用兩相電電機(jī)，移動(dòng)較方便，但這些機(jī)械對(duì)關(guān)鍵部件切碎裝置的研究較少。隨著養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，這種小型的青飼料切碎機(jī)已不能完全滿足養(yǎng)殖場(chǎng)的需求，在實(shí)際使用過(guò)程中，切碎效果不理想、能耗較高、設(shè)備易損壞，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)參數(shù)的最優(yōu)化。針對(duì)現(xiàn)狀，本文以國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的玉米青貯飼料切碎裝置切碎理論和技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了玉米青貯飼料切碎裝置試驗(yàn)臺(tái)，以喂入傾角和速度、切碎裝置轉(zhuǎn)速為試驗(yàn)因素，切碎長(zhǎng)度和切碎長(zhǎng)度合格率為試驗(yàn)指標(biāo)，對(duì)玉米青貯飼料切碎裝置切碎機(jī)理進(jìn)行深入研究，以降低切碎裝置作業(yè)能耗、提高切碎質(zhì)量，為我國(guó)玉米青貯飼料切碎裝置的設(shè)計(jì)與研制提供一定的理論基礎(chǔ)和參考價(jià)值。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

玉米青貯飼料切碎裝置試驗(yàn)臺(tái)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由電動(dòng)機(jī)、機(jī)架、物料傳送帶、喂入碾壓機(jī)構(gòu)、切碎滾筒裝置等組成，各部件協(xié)同工作，保證總體功能的實(shí)現(xiàn)。

圖1 整機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1.物料傳送帶；2.喂入碾壓機(jī)構(gòu)；3.切碎滾筒裝置；4.出料口；5.機(jī)架；6.Y250M-4電機(jī)；7.Y180L-6電機(jī)

1.2 工作原理

切碎裝置工作流程為玉米秸稈傳送、喂入碾壓、切碎拋送。作業(yè)時(shí)先啟動(dòng)切碎部分電機(jī)，再啟動(dòng)秸稈傳送部分電機(jī)，通過(guò)帶傳動(dòng)及鏈傳動(dòng)將動(dòng)力傳遞到喂入碾壓機(jī)構(gòu)和秸稈傳送部分。把全株青貯玉米平鋪到傳送鏈上，由輸送鏈帶動(dòng)向前移動(dòng)，輸送至喂入碾壓機(jī)構(gòu)，玉米秸稈和果穗被喂入壓平后傳送到切碎滾筒裝置的定刀上方，在定刀和動(dòng)刀的配合下，切碎擠壓玉米秸稈，切碎的物料由動(dòng)刀夾具擋板拋送，最終將物料拋出[2]。工作過(guò)程中，為了使設(shè)備在正常運(yùn)行過(guò)程中不出現(xiàn)物料堵塞的情況，保證機(jī)器的連貫穩(wěn)定運(yùn)行，將物料傳送的速度設(shè)計(jì)成小于切碎滾筒裝置的速度[3]。通過(guò)調(diào)節(jié)輸送裝置的可伸縮調(diào)節(jié)支架和定刀片的角度，可準(zhǔn)確地調(diào)整喂入傾角，確保試驗(yàn)的可靠性和合理性。

1.3 主要技術(shù)參數(shù)

根據(jù)玉米青貯飼料機(jī)械的設(shè)計(jì)要求，試驗(yàn)臺(tái)的主要技術(shù)參數(shù)確定見(jiàn)表1。

表1 主要技術(shù)參數(shù)

2 主要部件設(shè)計(jì)

2.1 動(dòng)力方案

為滿足功能要求，以節(jié)能、高效的設(shè)計(jì)思路，本機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)設(shè)計(jì)了以帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)為主的傳動(dòng)系統(tǒng)，動(dòng)力保障穩(wěn)定，動(dòng)力源選用電機(jī)。由于喂入碾壓機(jī)構(gòu)和切碎滾筒裝置功率消耗需求相差較大，轉(zhuǎn)速是試驗(yàn)臺(tái)研究的重點(diǎn)，因此根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《JB/T 10391—2008》選用了2個(gè)不同型號(hào)的三相異步電機(jī)對(duì)各部件進(jìn)行獨(dú)立帶動(dòng)，避免整機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)過(guò)于復(fù)雜、維護(hù)困難，影響后期試驗(yàn)進(jìn)程。

本機(jī)將喂入速度設(shè)為0～3 m/s，選用Y180L-6型三相異步電機(jī)為喂入碾壓機(jī)構(gòu)電機(jī)，額定功率為15 kW，額定轉(zhuǎn)速為970 r/min；因切碎滾筒裝置功率消耗大，選用Y250M-4型大功率三相異步電機(jī)，額定功率為55 kW，額定轉(zhuǎn)速為1 480 r/min。

2.2 傳送裝置

本機(jī)傳送裝置的作用是將平鋪到傳送鏈上的全株青貯玉米輸送到喂入碾壓機(jī)構(gòu)，選用鏈?zhǔn)綎虐遢斔推鱗4]，輸送距離設(shè)計(jì)為180 cm，凹形柵板長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為45 cm，兩條輸送鏈條間距設(shè)計(jì)為35 cm。動(dòng)力從輸入軸上的主動(dòng)鏈輪，經(jīng)柵板鏈帶，帶動(dòng)從動(dòng)軸完成輸送作業(yè)。從動(dòng)軸兩端設(shè)置有調(diào)整機(jī)構(gòu)，通過(guò)對(duì)調(diào)位螺栓進(jìn)行調(diào)控，限制從動(dòng)軸的偏移量，從而對(duì)整個(gè)輸送鏈運(yùn)行進(jìn)行松緊程度調(diào)節(jié)，以保證輸送鏈運(yùn)行平穩(wěn)。

2.3 喂入碾壓機(jī)構(gòu)

喂入碾壓機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足喂入量大、持續(xù)性好、速度快、喂入平穩(wěn)、損失率低以及壓送平整等要求[5]，以上特性直接決定了喂入效率的高低和切碎裝置的工況，因此本文設(shè)計(jì)了以鏈傳動(dòng)為主要傳動(dòng)方式的喂入輥組，傳動(dòng)力矩大不易打滑，可靠性較高，能夠保證喂入物料的連續(xù)性[6]。喂入碾壓機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示。

圖2 喂入碾壓機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1.下喂入輥；2.上喂入輥；3.萬(wàn)向節(jié)；4.上槽輥；5.齒輪傳動(dòng)；6.左支架；7.鏈傳動(dòng)Ⅰ；8.帶輪軸；9.調(diào)節(jié)連桿；10.鏈傳動(dòng)Ⅱ；11.下光面輥；12.右支架；13.鏈傳動(dòng)Ⅲ；14.右側(cè)連桿三角架；15.鏈傳動(dòng)Ⅳ；16.下槽輥；17.鏈傳動(dòng)Ⅴ

由喂入輥組構(gòu)成的喂入碾壓機(jī)構(gòu)通過(guò)設(shè)計(jì)的左右兩塊擋板所固定，輥組由上下喂入輥、上下槽輥和下光面輥組成。以一定的速度將傳送帶輸送過(guò)來(lái)的全株青貯玉米碾壓整齊并喂入切碎滾筒裝置，在喂入過(guò)程中各輥之間的配合可以保證喂入秸稈的平整。喂入輥組的傳動(dòng)采用鏈傳動(dòng)，傳動(dòng)力矩大不易打滑，可靠性較高，能夠保證喂入物料的連續(xù)性。上部?jī)奢佔(zhàn)油ㄟ^(guò)連桿連接并安裝在左右兩支架的導(dǎo)向槽上，可根據(jù)物料喂入量自動(dòng)改變與下部三個(gè)輥?zhàn)拥拈g距，從而實(shí)現(xiàn)喂入量的可調(diào)[7]。根據(jù)輸送帶上物料的厚度，將上下喂入輥的間隙設(shè)計(jì)為8.2～20 cm。喂入物料流程圖如圖3所示。

圖3 喂入物料流程圖1.上喂入輥；2.上槽輥；3.動(dòng)刀；4.秸稈；5.定刀片；6.下光面輥；7.下槽輥；8.下喂入輥

喂入輥工作性能取決于其形狀、直徑和轉(zhuǎn)速[8]。

查閱農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，喂入輥的直徑Dw由公式(1)確定。

(1)

式中：t為傳送帶上物料厚度；μ為物料壓縮系數(shù)，一般取值μ=0.6～0.8；φ為物料與輥間摩擦角，一般取φ=16°～32°。

結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)，選取傳送帶上堆疊全株青貯玉米物料的厚度t=191 mm，物料壓縮系數(shù)μ=0.7，物料與輥摩擦角φ=30°，代入式(1)計(jì)算可得上喂入輥直徑Dw為213.8 mm，因此設(shè)計(jì)上喂入輥直徑Dw=214 mm，為了使喂入輥組可以快速有力地喂入物料，喂入時(shí)不發(fā)生物料喂入困難、不連續(xù)的狀況，在上、下喂入輥上設(shè)計(jì)了鋸齒狀的喂入刀片[9]。另外，為提高輥組對(duì)秸稈的抓取、壓平及一定的破碎能力，將其中兩個(gè)輥?zhàn)觾?yōu)化設(shè)計(jì)成有淺溝槽的槽輥。設(shè)計(jì)上槽輥直徑為17 cm，下喂入輥直徑為15.2 cm，下槽輥直徑為13.4 cm，下光面輥直徑為14 cm，上、下喂入輥結(jié)構(gòu)如圖2(a)所示，上槽輥結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。

圖4 上槽輥結(jié)構(gòu)示意圖

由于設(shè)計(jì)時(shí)在喂入碾壓機(jī)構(gòu)的末端增加了一對(duì)能將全株青貯玉米壓平的輥?zhàn)?，所以?dāng)物料從輥組中排出沿定刀板喂入切碎滾筒裝置時(shí)有較為良好的平整性，動(dòng)刀在切碎物料時(shí)工況較好，保證了切碎長(zhǎng)度的均勻性，秸稈切碎質(zhì)量較高。

2.4 切碎滾筒裝置

切碎滾筒裝置是本試驗(yàn)臺(tái)研究的重點(diǎn)，是整個(gè)飼料加工中最重要的部件，也是工作的最后一個(gè)流程，用于將喂入的全株青貯玉米秸稈和果穗均勻切碎，其性能決定了破碎后的玉米秸稈和籽粒是否易于牲畜消化吸收。

2.4.1 選型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

玉米莖稈切碎裝置結(jié)構(gòu)主要有滾刀式、甩刀式、盤刀式等幾種型式[10]，滾刀式是目前應(yīng)用最廣、較成熟的技術(shù)裝置，其結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，易于刃磨，滾筒上可安裝的切刀較多，動(dòng)刀速度一致，切碎質(zhì)量較好[11]，轉(zhuǎn)速較低時(shí)，可獲得的切碎長(zhǎng)度仍較短。為保證較均勻的切碎長(zhǎng)度，選用滾刀式結(jié)構(gòu)，根據(jù)喂入碾壓機(jī)構(gòu)口寬600 mm，將切碎滾筒裝置寬度設(shè)計(jì)為595 mm。切碎滾筒裝置結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 切碎滾筒裝置1.側(cè)擋板；2.扇葉卡盤；3.刀片下夾板；4.動(dòng)刀片上夾板；5.動(dòng)刀片；6.定刀片；7.定刀支撐梁；8.下壁筒

切碎滾筒裝置工作可分為以下幾個(gè)階段：切割擠壓、切斷推進(jìn)和收集拋送。喂入碾壓裝置將全株青貯玉米碾壓整齊推送至定刀與動(dòng)刀之間，動(dòng)刀在滾筒旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)下，與定刀相互配合，以一定的線速度對(duì)物料進(jìn)行切割，同時(shí)動(dòng)刀及動(dòng)刀上夾板對(duì)物料的擠壓作用對(duì)其產(chǎn)生一定的破碎效果。在動(dòng)刀作用過(guò)后，動(dòng)刀將此段物料切斷并沿著滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)圓弧方向推送，同時(shí)收集殘留在滾筒下弧面上的物料，物料在運(yùn)動(dòng)慣性及動(dòng)刀平板夾具作用下被拋送出物料出口[9]。

查閱相關(guān)資料可知[10]，滾刀式切碎裝置按動(dòng)刀的形狀可分為螺旋曲面式、弧面式和平板式三種，由于平板式的刀片采用滑切方式，切碎效率較高，制造、刃磨和間隙調(diào)整方便，動(dòng)力損耗較小，實(shí)用性強(qiáng)，具有良好的切碎和拋送功能，因此選擇平板滾刀式切碎裝置。

動(dòng)刀片有螺旋形刃口和直刃口兩種。傳統(tǒng)螺旋形刃口動(dòng)刀片對(duì)草料滑切和推擠作用好，但制造要求高；直刃口動(dòng)刀片的刀軸負(fù)荷變化大，但拆解維修方便。由于本機(jī)動(dòng)刀片設(shè)計(jì)有平板夾具，可減小動(dòng)刀片的變形程度，因此將動(dòng)刀片設(shè)計(jì)為刃口有微螺旋角度的直刃式動(dòng)刀片。

圖6 動(dòng)刀片結(jié)構(gòu)

查閱農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，根據(jù)我國(guó)切碎機(jī)常用切刀的要求，為保證動(dòng)刀片具有足夠的剛度、強(qiáng)度、韌性和耐磨性[12]，采用65 Mn鋼材料制做刀片，刃口部位需要淬火和回火熱處理，淬火區(qū)寬度為2 cm，硬度為HRC60。

評(píng)價(jià)切碎滾筒工作性能的一個(gè)重要指標(biāo)是秸稈切碎長(zhǎng)度。因秸稈切碎長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)，為確保其符合要求，將動(dòng)刀數(shù)量設(shè)計(jì)為12片，并計(jì)算本機(jī)秸稈切碎理論長(zhǎng)度lc。秸稈切碎理論長(zhǎng)度lc為兩相鄰動(dòng)刀片先后與定刀配合切碎喂入秸稈的長(zhǎng)度，lc計(jì)算如公式(2)所示。

(2)

式中：lc為理論切碎長(zhǎng)度(m)；Vy為喂入速度(m/s)；nd為滾筒轉(zhuǎn)速(r/min)；Zd為動(dòng)刀數(shù)量。

喂入速度的計(jì)算如公式(3)所示。

v=nπd/60

(3)

式中：v為喂入輥外徑線速度(m/s)；n為喂入輥轉(zhuǎn)速(r/min)；d為喂入輥直徑(m)。

上喂入輥轉(zhuǎn)速范圍為89～268 r/min，代入式(3)得喂入速度范圍為1～3 m/s。滾筒轉(zhuǎn)速根據(jù)切碎部分設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)比計(jì)算可得，電機(jī)額定轉(zhuǎn)速1 480 r/min下，切碎滾筒旋轉(zhuǎn)速度固定為947 r/min。當(dāng)喂入速度分別為1 m/s和3 m/s時(shí)，將喂入速度、滾筒轉(zhuǎn)速和動(dòng)刀數(shù)量等參數(shù)代入式(2)計(jì)算可知，秸稈理論切碎長(zhǎng)度分別為0.00 5 m和0.015 m。

近年來(lái)，河道整治工作一方面受到大眾的普遍關(guān)注，另一方面又受到諸多因素的影響。當(dāng)前基于生態(tài)環(huán)境保護(hù)的河道整治工作處于一個(gè)十分尷尬的位置，很難推進(jìn)。這種尷尬的境遇是自然的發(fā)展與人類的需求不能很好融合以及一些宏觀政策的影響。因此，河道整治工作需要做一些改變。傳統(tǒng)的邊岸固化方式未考慮到河流本身的特質(zhì)，強(qiáng)硬的對(duì)自然環(huán)境加以干預(yù)和破壞。所以，現(xiàn)階段的河道整治工作要重新規(guī)劃，要考慮人的需要與河床演變的自然規(guī)律，考慮人與自然的關(guān)系，考慮河道演變的適度性，如此才能做出合理的河道整治方案[2]。

由計(jì)算結(jié)果可知秸稈理論切碎長(zhǎng)度與喂入速度成正比關(guān)系，當(dāng)喂入速度為1～3 m/s時(shí)，秸稈理論切碎長(zhǎng)度為5～15 mm，因此在生產(chǎn)過(guò)程中調(diào)節(jié)喂入速度即可調(diào)節(jié)秸稈理論切碎長(zhǎng)度。另僅當(dāng)秸稈沿定刀水平筆直喂入時(shí)，實(shí)際長(zhǎng)度才能接近理論長(zhǎng)度，所以試驗(yàn)臺(tái)工作過(guò)程中的實(shí)際長(zhǎng)度要大于理論長(zhǎng)度，當(dāng)調(diào)節(jié)喂入速度后，設(shè)計(jì)的切碎滾筒裝置在作業(yè)時(shí)可使秸稈實(shí)際切碎長(zhǎng)度滿足一般青貯飼料20～30 mm的要求[13]。另外，由于在設(shè)計(jì)喂入碾壓機(jī)構(gòu)時(shí)在末端增加了一對(duì)能將全株青貯玉米壓平的輥?zhàn)?，所以?dāng)物料從輥組中排出沿定刀板喂入切碎滾筒裝置時(shí)有較為良好的平整性，動(dòng)刀在切碎物料時(shí)工況較好，保證了切碎長(zhǎng)度的均勻性，秸稈切碎質(zhì)量較高。

2.4.2 動(dòng)刀片靜力學(xué)分析

由于青貯玉米秸稈抗剪強(qiáng)度大、青貯玉米籽粒較為堅(jiān)硬，動(dòng)刀片在切碎它們時(shí)承受載荷較大，因此需要對(duì)切碎滾筒裝置動(dòng)刀片進(jìn)行靜力學(xué)分析，驗(yàn)證其工作的可靠性。

動(dòng)刀片在受力后的應(yīng)力分布情況如圖7所示，從圖中可以看出，設(shè)計(jì)的動(dòng)刀片主要在螺栓孔處存在應(yīng)力集中，但較多的螺栓孔數(shù)量使得應(yīng)力集中現(xiàn)象得以分散，應(yīng)力值較小。在圖表選項(xiàng)中勾選顯示最大、最小注解可知，最外側(cè)螺栓孔所受最大應(yīng)力為19.2 MPa，遠(yuǎn)低于65 Mn 鋼材料的許用應(yīng)力430 MPa，可見(jiàn)工作過(guò)程中的動(dòng)刀片所承受的應(yīng)力在65 Mn鋼材料的許用應(yīng)力值范圍之內(nèi)，且動(dòng)刀片設(shè)計(jì)由夾具夾持，可進(jìn)一步緩解應(yīng)力集中現(xiàn)象，因此動(dòng)刀片強(qiáng)度能滿足切碎滾筒工作的要求。

圖7 動(dòng)刀片應(yīng)力模型圖

動(dòng)刀片靜態(tài)位移圖如圖8所示，由圖可知，動(dòng)刀片的變形因螺栓孔的設(shè)計(jì)，中間部分變形較小，變形轉(zhuǎn)移到兩端部位，而由于滑切作用，切割青貯玉米秸稈的任務(wù)主要集中在動(dòng)刀片刀刃中部，因此兩端變形應(yīng)小于分析的最大值。勾選最大注解后可知靜態(tài)位移最大為 0.005 2 mm，可以忽略不計(jì)。

圖8 動(dòng)刀片靜態(tài)位移圖

對(duì)切碎滾筒裝置動(dòng)刀片進(jìn)行靜應(yīng)力分析和靜態(tài)位移分析后可知，設(shè)計(jì)的動(dòng)刀片強(qiáng)度和剛度能夠滿足切碎全株青貯玉米的工作要求，不易損壞。

3 性能試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)工具與條件

試驗(yàn)工具：天平、轉(zhuǎn)速表、鋼卷尺、游標(biāo)卡尺、尼龍網(wǎng)袋、秒表、手持測(cè)溫儀、標(biāo)簽等。

試驗(yàn)條件：試驗(yàn)在甘肅省武威市興旺農(nóng)機(jī)制造有限公司廠房空地進(jìn)行，選取蠟熟期新鮮全株青貯玉米作為試驗(yàn)材料。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，青貯玉米平均株高為235 cm，根部直徑2～3.5 cm，平均含水率為65%，中部直徑1～2.6 cm，梢部直徑0.5～1 cm，玉米果穗直徑4.5～6 cm。

3.2 試驗(yàn)方法

在試驗(yàn)開(kāi)始前，安裝各電機(jī)相應(yīng)的變頻器用于調(diào)速，對(duì)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行空載調(diào)試和保養(yǎng)，使工作狀態(tài)良好。試驗(yàn)時(shí)，保證電機(jī)在額定電壓下正常工作，觀察是否有進(jìn)料堵塞現(xiàn)象。性能試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖9所示。

圖9 性能試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)

試驗(yàn)人員通過(guò)調(diào)節(jié)變頻器，經(jīng)多次調(diào)整和測(cè)試后，確定最佳的喂入速度為2 m/s，切碎電機(jī)轉(zhuǎn)速為1 480 r/min。在進(jìn)行各組試驗(yàn)前，將廠房地面清掃干凈，以免各組試驗(yàn)之間相互影響，試驗(yàn)過(guò)程中所需獲取的試驗(yàn)指標(biāo)為秸稈切碎長(zhǎng)度、切碎長(zhǎng)度合格率和籽粒破碎率，試驗(yàn)指標(biāo)取各小樣試驗(yàn)結(jié)果均值。

試驗(yàn)主要從秸稈切碎長(zhǎng)度、切碎長(zhǎng)度合格率、生產(chǎn)率、籽粒破碎率等方面對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行測(cè)定與評(píng)價(jià)。

從收獲的作物中隨機(jī)取三個(gè)均不少于2 kg的小樣，測(cè)量秸稈的切碎長(zhǎng)度。

從收獲的作物中隨機(jī)取三個(gè)均不少于2 kg的小樣，求出每個(gè)小樣中作物切碎長(zhǎng)度合格率，結(jié)果取三次合格率的平均值，保留一位小數(shù)。

由文獻(xiàn)可知，在試驗(yàn)開(kāi)始前對(duì)全株青貯玉米進(jìn)行稱重，試驗(yàn)臺(tái)平穩(wěn)運(yùn)行后，喂入青貯玉米秸稈，開(kāi)始切碎作業(yè)，同時(shí)記錄時(shí)間，作業(yè)次數(shù)不少于9次。根據(jù)被加工的全株青貯玉米質(zhì)量和作業(yè)時(shí)間，按式(4)計(jì)算生產(chǎn)率，然后取平均值。

E=Q/t

(4)

式中：E為生產(chǎn)率(kg/h)；Q為作業(yè)量(kg)；t為工作時(shí)間(h)。

在試驗(yàn)不同時(shí)段，從出料口隨機(jī)接取不少于1 000 g的樣品，篩選全部籽粒進(jìn)行稱重，再挑出無(wú)損玉米籽粒進(jìn)行稱重，試驗(yàn)不少于9次。按式(5)進(jìn)行計(jì)算，然后取平均值。

(5)

式中：PS為籽粒的破碎率(%)；m1為籽?？傎|(zhì)量(g)；m2為未開(kāi)裂破損籽?？傎|(zhì)量(g)。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果

以上述方法進(jìn)行試驗(yàn)，所得試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)表明，喂入速度在1～3 m/s的范圍內(nèi)，由于青貯玉米長(zhǎng)勢(shì)不均勻等因素，導(dǎo)致秸稈切碎長(zhǎng)度測(cè)得的最小值為7.64 mm，秸稈切碎長(zhǎng)度合格率為95.5%，符合青貯機(jī)械作業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，此外隨著喂入速度的增大，切碎長(zhǎng)度最大值可達(dá)32.28 mm。在其他條件不變，喂入速度為2 m/s，切碎滾筒轉(zhuǎn)速為947 r/min時(shí)，生產(chǎn)率可達(dá)41 t/h，效率較高，籽粒破碎率在此時(shí)達(dá)到93.2%，試驗(yàn)結(jié)果符合JBT7144-2007《青飼料切碎機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》和NYT2088-2011《玉米青貯收獲機(jī)作業(yè)質(zhì)量》的標(biāo)準(zhǔn)要求，與現(xiàn)有設(shè)備相比，生產(chǎn)效率有一定提高，籽粒破碎率提高，未出現(xiàn)明顯進(jìn)料堵塞現(xiàn)象。

通過(guò)觀察試驗(yàn)過(guò)程可知，試驗(yàn)臺(tái)對(duì)全株青貯玉米喂入的適應(yīng)性較好，可通過(guò)調(diào)節(jié)喂入速度、切碎滾筒轉(zhuǎn)速及喂入傾角等參數(shù)控制試驗(yàn)結(jié)果[14-15]。全株青貯玉米經(jīng)秸稈切碎處理后，發(fā)現(xiàn)玉米籽粒及秸稈為黃綠色，質(zhì)地良好，緊壓后較為濕潤(rùn)且無(wú)水滴，根據(jù)初步感官評(píng)價(jià)[16]，試驗(yàn)臺(tái)所制飼料屬于優(yōu)級(jí)全株青貯玉米飼料。

4 結(jié)論

設(shè)計(jì)了動(dòng)力源為電機(jī)的玉米青貯飼料切碎裝置試驗(yàn)臺(tái)用于玉米青貯飼料切碎機(jī)理研究，該切碎裝置集物料傳送、切碎、拋送等工序于一體，喂入速度快，切碎效率高，破碎質(zhì)量好，操作簡(jiǎn)單方便。正常工況下運(yùn)行平穩(wěn)，未出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。

優(yōu)化設(shè)計(jì)了喂入碾壓機(jī)構(gòu)、滾筒切碎裝置的結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)上下喂入輥間隙為8.2～20 cm，上喂入輥直徑為21.4 cm，切碎滾筒裝置口寬為59.5 cm，動(dòng)刀片為刃口有微螺旋角度的直刃式動(dòng)刀片，動(dòng)刀片數(shù)量為12。 確定了各項(xiàng)工作參數(shù)并進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：秸稈切碎長(zhǎng)度、切碎長(zhǎng)度合格率、生產(chǎn)率和籽粒破碎率分別為21.8 mm、95.5%、41 t/h和93.2%，符合國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，青貯玉米切碎率相對(duì)于國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)切碎器有所提高。