刘庆刚，王朝阳，许 智,2，于新奇，李洪涛

（1.河北科技大学 机械工程学院，石家庄 050018；2.河北省特种设备监督检验研究院，石家庄 050001）

0 引言

随着工业的快速发展，能源问题日渐突出[1,2]。生物质能作为一种广泛分布的可再生能源，越来越受到人们的重视[3～5]。生物质能的主要来源是农作物秸秆，然而，农作物秸秆由于其自身的特点，难以运输和储藏，为此人们设计了一系列的生物质秸秆回收利用装置，其中最为关键的设备就是秸秆打捆机[6～8]。

秸秆打捆机是一种用于将生物质秸秆进行收集、破碎、压缩、捆扎的设备，经秸秆打捆机处理以后的生物质秸秆体积大大缩减，可以方便进行运输、储存和应用。目前，秸秆打捆机的研究与开发是生物质能源利用领域的一个重要课题，本文设计了一个采用柔性捡拾机构和风机输送物料的新型秸秆打捆机，对于促进生物质能源的回收利用具有一定的意义。

1 总体结构设计

本文所设计的秸秆打捆机主要由甩刀捡拾机构、风机抛送喂料机构、滑块式压缩机构和打结机构等四部分组成，如图1所示。其最主要的特点在于采用了柔性捡拾、粉碎机构和风机抛送机构两个方面。相对于传统的秸秆回收装置，这种抛送喂料式秸秆打捆机具有捡拾机构不易损坏、喂料机构不易阻塞两个优点。

本文所设计的打捆机需要一台拖拉机牵引工作，并为打捆机提供动力。其主要传动结构如图2所示。

图1 抛送喂料式秸秆打捆机结构图

图2 传动系统结构图

如图2所示，变速机箱2的作用是将拖拉机主轴输出转速降低到合适数值，然后分别用于驱动横向和纵向两个传动链。横向传动链主要包括捡拾机构的甩刀轴、喂料机构的绞龙轴以及用于提供输送动力的抛送叶片。纵向传动链包括第二皮带传送机构3、减速箱4、齿轮机构9、第一链传动6、第二链传动8，主要用于驱动压缩机构压块的往复运动和打捆机构的运动。

在传动机构的驱动下，甩刀轴带动Y型甩刀转动，将秸秆收入打捆机，依靠甩刀的高速运动将进入捡拾机构生物秸秆破碎，并推送至喂料机构的集料箱之中。集料箱主要用于收集、缓冲破碎的生物秸秆，进入集料箱的生物质秸秆依靠绞龙和推送叶片进入抛送装置，抛送装置的主要零部件是一个抛送叶片，抛送叶片一方面将由绞龙和输送叶片运送的生物质秸秆物料抛入喂料筒，另一方面，高速旋转的叶片驱动空气推动喂料筒中的生物质秸秆物料进入压缩室。在压缩室内，曲柄滑块机构将生物质秸秆物料压缩成尺寸合适的方形捆，经打结机构打结以后送出打捆机。

2 捡拾机构设计

传统的打捆机一般采用固定式捡拾机构，捡拾机构刚性较大，容易阻塞，过载时容易折断。本设计采用柔性捡拾机构，主要用于捡拾和破碎的Y型甩刀与甩刀轴之间柔性连接，不易发生阻塞，过载时也不易折断。此外，Y型甩刀还可以起到破碎物料的作用，不用专门设计破碎机构。

本设计采用Y型甩刀式捡拾机构，主要由Y型甩刀、导向板、侧立板、皮带轮机构和横向传动轴等组成，如图3所示。

图3 甩刀式捡拾机构

这种捡拾结构主要依靠Y型甩刀的高速运动捡拾、破碎和输送物料，因此Y型甩刀的几何形状和在甩刀轴上的布置方式至关重要。布置过于稀疏，捡拾和破碎效果不佳；布置过于密集，物料破碎后过于细小，难以打结，且功率消耗急剧增加。因此，针对不同的秸秆性质，应该设计不同形式的甩刀，采用不同的甩刀布置形式。

3 喂料机构设计

传统的喂料机构一般采用拨叉、绞龙或者两者的组合结构，其主要缺点在于对结构的运动配合精度要求较高，当物料量过大时容易发生阻塞。本设计采用一种抛送喂料装置，其设计理念参考了秸秆粉碎机的抛出装置。如图4所示，主要包括绞龙、导向板、喂料筒、喂料风机、集料箱五部分。

图4 风机抛送式喂料机构

如图4所示，绞龙和导向板主要用于物料的水平输送，物料的垂直输送主要依靠喂料风机的叶片抛送和风压完成。由于设置了集料箱，物料的输送速度可以进行调节，有效防止了物料阻塞发生。另一方面，由于采用了抛送喂料装置，喂料筒内空间较大，也有可以有效预防阻塞发生。

4 压缩打结机构设计

压缩和打捆机构对于设备整体至关重要，如果压缩不实或者打捆不牢，容易发生散捆造成运输困难。此外，压缩机构和打结结构的联动也是压缩和打捆机构要解决的关键技术之一。

如图5所示，本设计采用技术相对成熟的曲柄连杆推动压缩滑块的压缩方式。压缩和打捆机构主要由压捆室、曲柄连杆机构、压缩块和打结机构等组成。进入压缩室的物料在压缩块的推动下逐渐被压缩，当达到预定的压缩力和压块尺寸时，打结结构开始工作，打结针穿线，打捆，完成压缩打捆工作。

图5 压缩打捆机构

压缩块结构由压缩块1和挡料板2组成，如图6所示。当压缩块向前滑动压缩过程中，挡料板紧随压缩块滑动，阻挡秸秆碎料从喂料筒进入压缩块后部的压捆室。

图6 压缩结构

5 结论

本文针对传动打捆机中，捡拾和喂料机构容易发生阻塞的缺点，设计了一种捡拾甩刀与甩刀轴柔性连接的捡拾机构，操作弹性大，不易阻塞和折断；同时改进了物料的垂直输送方式，引入了抛送风机，采用抛送叶片的离心力和风压完成物料的垂直输送工作，克服了载荷过大时喂料箱容易发生阻塞的缺点。

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