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9P-150C型秸秆膨化机的研制

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  摘要:秸秆膨化机可将农作物秸秆加工成绿色生态饲料,实现秸秆资源化利用。研究开发9P-150C型秸秆膨化机,介绍该机具总体设计方案,阐述主要工作部件的结构与工作原理,分析该机具的主要特点,以期为该机具的推广应用提供技术支持。
  关键词:秸秆膨化机;饲料;设计;特点
  中图分类号:S817.1    文献标识码:A    文章编号:1674-1161(2020)03-0022-03
   我国农作物秸秆资源十分丰富,但因为缺乏先进的处理技术和相应的加工设备,巨大的秸秆资源尚未得到有效利用。农作物秸秆是一种典型的纤维性饲料,且富含N,P,K,Mg,Ca等营养元素,将其加工处理制成生物饲料,每年可节约饲料粮8 000万t,相当于目前我国饲料粮的50%以上。本课题研究开发出9P-150C型秸秆膨化机,将农作物秸秆加工成绿色生态饲料,为秸秆饲料化利用提供装备支持。
  1 9P-150C型秸秆膨化机整体设计
  1.1 整机结构
   该机具主要由膨化装置、电控系统、上料装置、螺旋输送组合料仓、打包装置、供水与喷菌系统等部分组成(如图1所示)。
  1.2 工作过程与原理
   该机具工艺流程为:高速旋转→高温高压→糖化熟化→挤压膨化→添加生物菌剂→真空包装→厌氧发酵→膨化饲料。工作原理为:采用螺杆式变径变距技术,通过高速旋转和摩擦,将机械能转化为热能(设备内部形成高温高压的膨化挤压腔,腔内温度可达150 ℃),进而形成高压喷放过程,破坏秸秆表面蜡质膜,使秸秆纤维细胞壁断裂,完成熟化、糖化的质变过程,再向质变后的秸秆中添加有益生物菌,进行真空包装发酵。该机具将秸秆从利用率低的粗饲料转化成易吸收、营养丰富、绿色生态的优质生物秸秆膨化饲料。与干秸秆相比,秸秆膨化饲料中的营养物质含量得到大幅提高,不易消化的纤维素和半纤维素含量均有下降,并可以自然储存3 a不变质。
  1.3 主要技术参数
   该机具主要技术参数见表1。
  2 主要工作部件设计
  2.1 膨化装置
   膨化装置由减速机构和膨化机构两部分组成。秸秆物料通过皮带输送装置经搅拌料斗分别进到膨化装置的2个膨化腔内,在膨化腔内通过螺旋挤压和摩擦将机械能转化为热能,使秸秆处于高温高压状态,破坏秸秆表面蜡质膜,实现消毒、杀菌、熟化、糖化的质变化。
  2.2 上料装置
   上料装置包括皮带输送机构和料斗。秸秆物料通过皮带输送机构输送到料斗内,皮带入料斗处装有破拱装置,防止物料在入料斗处堆积,有效提高皮带机构输送效率。
  2.3 螺旋组合输送料仓
   螺旋组合输送料仓包括螺旋输送机构和皮带输送机构。物料经进料罩进入,通过螺旋输送组合料仓连续均匀地向打捆机供料,确保膨化机产能,并使生物菌喷洒后搅拌充分。
  2.4 打包装置
   打包分打捆和裹膜2个步驟,打包装置结构如图2所示。膨化后的物料落入料箱,当物料集到料箱约2/3处时,离合器推到分离位置,启动打捆机构,打捆机构准备工作;再启动输送带,物料通过输送带进入打捆机构,打捆机构开始打捆;报警灯闪烁并鸣笛时输送带停止送料,打捆绳自动送入打捆机构内;打捆结束,打开仓门,圆捆物料落入裹膜机构,关闭仓门;启动裹膜机构,裹膜机构开始包膜,确保每个部位裹膜层数不低于3层(合理调整裹膜时间和继电器时间,达到7 s裹1层)。
  2.5 电控系统
   电控系统(如图3所示)与膨化机主机合并到外包装内,便于操作人员根据出料实际情况来控制各个电器。打包装置由其自身机架上的电控箱内的电器元件控制,可以使操作人员近距离操作机器。主机电控柜内预留铡段机构和打捆机构所需动力电源。
  2.6 供水与喷菌系统
   供水与喷菌系统包括供水部分和喷菌部分(如图4所示)。水经给水泵分别加入到主机膨化腔和螺旋组合输送料仓,供水量在系统内调节。菌液经保温菌箱加入到螺旋组合输送料仓,采用快接插头便于拆卸。系统需放置于0 ℃以上环境,防止冻坏各零部件。
  3 技术创新点
  3.1 主要技术参数改进
   为了提高产能,将笼体及螺杆的直径加大。由于螺杆挤压传动的运动特性及受力情况复杂,目前还没有成型的理论和公式,大部分数据是通过实践应用的经验或试验确定的。通过试验数据,对螺杆的长径比、锥度、节距等技术参数进行改进,使秸秆在笼体内运行的阻力减小,改善了轴向通过性,使生产率大大提高。
  3.2 结构设计创新
   1) 螺旋筒设计。增加了螺旋筒槽数量及螺旋截面尺寸,使秸秆在笼体内的揉搓时间延长,从而提高秸秆的膨化率。
   2) 笼体进料口位置和方向改进设计。将进料口位置向秸秆运动方向前移,并将进料方向由原来垂直于秸秆运动方向改为与秸秆运动方向成80 °角。这样改进后,秸秆在进入笼体时其沿着螺杆的轴向已有一定的初速度,减小了秸秆运行阻力带给螺杆的反作用力,减少了后螺杆的不必要磨损,延长其使用寿命。
   3) 机架改进设计。由于螺杆、螺旋筒、笼体的轴向和径向尺寸加大,主轴的弯矩和扭矩也相应加大。为了使轴承受力均匀合理,将支撑位置进行重新布置,加大支撑间距,使主轴运转更加平稳。
   4) 电气控制部分改进。对送料、喂料、出料装置在原设计基础上实现联动,可以同起同停,同时加水,同时喷菌。
  4 结语
   9P-150C型秸秆膨化机是国家发明专利产品,填补了国内秸秆膨化设备的空白,也是技术创新型农机发明的革命性突破。该机具符合国家产业政策,集低碳、节能、环保、绿色为一体,经济效益、社会效益、生态效益显著,竞争优势明显,应用前景广阔。   參考文献
  [1] 王丽维.秸秆膨化机的原理与应用[J].农机使用与维修,2019(5):83.
  [2] 王元春.秸秆膨化机进料装置的设计[J].饲料工业,2017,38(19):14-17.
  [3] 朱立志.秸秆膨化后用途广泛效果显著[J].中国畜牧业,2016(16):35-36.
  Development of 9P-150C Type Straw Bulking Machine
  LI Guocheng1, LI Xiaojie1, HAN Yanchun2
  (1. Liaoning Xianghe Animal Husbandry Industry Co., Ltd., Fuxin Liaoning 123000, China; 2. Fuxin City Industrial Technology Innovation Promotion Center, Fuxin Liaoning 123000, China)
  Abstract: The straw bulking machine can process the crop straw into green ecological feed and realize the utilization of straw resources. In this paper, 9P-150C type straw bulking machine was developed, and it introduced the overall design scheme of the machine, explained the structure and working principle of the main working parts, analyzed the main characteristics of the machine, in order to provide technical support for the promotion and application of the machine.
  Key words: straw bulking machine; feed; design; character
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