引言
本文以某廠生產的9R-40型揉碎機為研究機型，該機是具有獨立知識產權并通過省級成果鑒定的定型產品，在內蒙古自治區及周邊地區得到一定量的推廣使用，并受到了用戶的普遍好評。但是使用中不同程度的存在度電產量偏低、揉碎質量不理想、易發生堵塞現象等問題，直接影響到產品的進一步推廣應用。本文在對農業物料揉碎基本過程進行分析研究的基礎上提出改進意見與試驗研究。
1、9R-40型揉碎機工作過程分析
農業秸稈物料從喂入口進入揉碎室后．見結構簡圖1，首先受到喂入口處錘片的高速沖擊，物料產生斷裂和折斷并延軸向進行移動，逐漸與揉碎室內的齒條進行作用，在錘片、齒條的綜合作用下物料受到沖擊、揉搓形成絲狀段，由螺旋齒條、錘片以及氣流的抽吸作用，被拋送出揉碎室。
根據物料揉碎過程分析可以看出，揉碎機在結構功能上可看成三個工作區段如圖2．即物料的喂人段、揉碎段和排出段。其中揉碎段是對物料進行揉碎加工的重要工作區段，揉碎區段對揉碎機的生產率、度電產量及揉碎質量等關鍵性能參數都有著明顯的影響，因此對揉碎區段的研究具有十分重要的意義。
1.1 沖擊作用過程的分析
當揉碎室內的物料處于圖3所示的位置時，錘片末端與物料之間存在速度差，由于速度差的作用，碰撞時錘片的動能通過作用力的形式傳遞到物料上，使得物料獲得了動能。這一作用力在實現能量傳遞的同時也起到了破壞物料內部結構，改變物料幾何形狀的作用。
物料獲得速度后，沿速度方向運動，則必然與揉碎室內壁上的齒條再次發生碰撞。碰撞后物料的速度將有所降低，動能也相應的減少。與此同時物料的內部結構再次被破壞。物料在揉碎室內運動的過程中不斷受到沖擊作用，最終被加工成一定長度的絲狀段。因此，物料所受到的沖擊作用強弱對物料的揉碎加工質量和生產效率有著重要影響。
1.2揉搓作用過程的分析
當揉碎室內的物料處于圖4所示的位置時，錘片末端與物料不再產生碰撞而是發生摩擦、擠壓等復雜受力的綜合作用。這一復雜受力的綜合作用稱為揉搓作用。
揉搓作用時物料的受力分析如圖5所示，錘片末端和齒條頂端分別對物料產生擠壓，同時也受到來自錘片末端和齒條頂端壓力F。錘片末端與物料存在相對運動或相對運動趨勢，因此物料與錘片末端必然存在摩擦力Fr1，同理，物料與齒條頂端也必然存在摩擦力Fr2，物料受到壓力F的擠壓及摩擦力Fr1和Fr2的撕扯作用，其內部結構遭到進一步破壞。當摩擦力Fr1和Fr2均大于物料內部的凝聚力時，物料將產生破節、撕裂或扯斷的效果。因此，物料所受到的揉搓作用也是使長纖維物料在揉碎室內被加工成絲狀段的過程。由此可知，物料所受到揉搓作用的強弱對物料揉碎加工質量有著十分顯著的影響。
從以上的分析可見，物料在揉碎的過程中長纖維逐漸被加工為短纖維，并在揉碎室內沿軸向運動。物料從體積較大、密度較小的粗大長纖維狀，逐漸變為體積較小、密度較大的細小絲段狀。因此，揉碎室中的物料體積沿軸向從喂入口到拋送口逐漸變小，物料的推送能力則逐漸增強，所以在揉碎室沿軸向不同部位的推送能力要有所不同。
2、對9R-40型揉碎機提出的改進方法
2.1 改變錘齒間隙的排列順序
2.1.1錘齒間隙排列順序對生產率的影響。由于揉碎室中物料的密度在軸向上各處不相同，喂入口附近體積相對較大，而靠近拋送口處的體積較小。物料在沿軸向上各處的推移能力各不相同，靠近喂入口處的推移能力相對較弱，而拋送口處的推移能力較強。所以，物料的推移能力在喂人口處出現了瓶頸效應。
針對這種情況，可以考慮適當加大喂人口處的錘齒間隙，使得在喂入口附近體積較大的物料能夠較順利的通過錘齒間隙完成軸向推移。這樣可以在一定程度上增加物料在整個揉碎室內的推移能力，從而提高生產效率。
2.1.2 錘齒間隙排列順序對揉碎質量的影響。要加強揉碎機的揉搓作用則應該增加物料對錘片與齒條的摩擦阻力Fr1和Fr2;而增加Fr，和Fr2的有效措施必須加大物料的相對密度。因此加強揉搓作用的效果則應該減小錘齒間隙。根據9R-40型揉碎機的結構特點和工作過程分析，靠近喂人口處的物料體積較大、密度較小，有利于揉搓與沖擊作用；而拋送口附近的物料體積較小、密度較大，揉搓作用較弱。因此，應當重點加強拋送口附近錘片的揉搓作用，即減小拋送口附近的錘齒間隙，加大物料的相對密度。
2.1.3對錘齒間隙排列順序的改進意見。鑒于上述的綜合考慮，將9R-40型揉碎機的錘齒間隙沿主軸方向上的排列順序由原型機的等間隙排列方式改為由喂入口向拋送口方向逐漸減小的排
列方式。使得喂入口處錘齒間隙較大，有利于體積較大的物料順利通過錘齒間隙實現軸向推移避免喂入口處的錘片推送能力出現瓶頸，從而提高整機的生產率：而拋送口處錘齒間隙較小揉搓作用有所加強，從而提高對物料的揉碎質量。實現錘齒間隙在主軸方向上的排列順序自喂入口至拋送口由大逐漸減小，盡量使三個區段的生產效率趨于合理。
2.2在揉碎室內加裝動、定刀
針對9R-40型揉碎機揉碎后的物料粗細不均、長短不一的情況，可以在揉碎室內靠近拋送口處的部位加裝-組動、定刀，對拋送口處即將被拋出的超長物料進行切割，使得揉碎后的物料長度相對均勻，定刀的安裝位置如圖6所示。此外，由于拋送口附近的超長物料其一段已經進入拋送口而另一端還在揉碎室內揉搓加工，而不能被順利拋出，使物料兩端受到撕扯作用而造成功率損耗嚴鶯；同時由于超長物料不能及時的拋出造成后續物料的拋送不暢，影響生產率，嚴重時導致拋送口被堵塞，因此在拋送口附近加裝動、定刀以迅速將超長物料切斷，有效的避免上述情況的出現。
3、工作性能的測試和研究結論
本試驗所選用的物料為當年秋季收獲的含水率為22～51%的玉米秸稈，平均株長為2095mm、株徑為19mm，試驗地點為內蒙古農業大學畜牧機械實驗室，研究機型為內蒙古農業大學機械廠生產的9R-40型揉碎機，按照試驗大綱的要求與步驟進行單因數與正交試驗，并對測試數據進行分析處理得出以下結論：
(1)將原揉碎機喂入口處的錘齒間隙加大到24mm．到拋送口處錘齒間隙逐漸減小至16mm。經改進后的生產率提高了46.3%揉碎度上升了
4.9個百分點，度電產量提高了10.4%。
(2)在揉碎室內靠近拋送口處加裝動、定刀配合工作使揉碎度提高了7.7個百分點，對生產率和度電產量影響較小。
通過本文的理論分析和試驗研究，初步探明了物料揉碎過程的基本規律，其理論分析與試驗數據大體吻合，可為該類型揉碎機的機理研究提供基礎。
三門峽富通新能源銷售粉碎機、
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