CN103084286B - 一种秸秆切割、粉碎和筛分一体化装备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种秸秆切割、粉碎和筛分一体化装备及方法，属于农业机械技术领域。包括筛分室、切割粉碎室、第一旋风分离器、第二旋风分离器和料仓。本发明低速筛分区别于切割粉碎时的高速，并且由于筛分叶片的搅动作用，使得物料的过筛能力增强，使细物料能得到充分筛分，而粗短物料能再次回到切割粉碎室，得到再次粉碎，同时提高粉碎效率。本发明筛分室和切割粉碎室的一体化设计，使得装备结构紧凑，占地面积较小。本发明适用于小型设施园艺种植企业和个体农户秸秆资源化处理，改善加工环境，降低劳动强度，提高加工效率，降低生产成本，促进设施园艺清洁高效生产和可持续发展。

Description

一种秸秆切割、粉碎和筛分一体化装备及方法

技术领域

本发明涉及一种秸秆切割、粉碎和筛分一体化装备和工艺方法，尤其是适合园艺秸秆切割粉碎，属于农业机械技术领域。

背景技术

农作物秸秆是世界上数量最多的一种农业生产副产品，也是一种可以综合利用的重要生物资源。随着农业生产和农村能源事业的发展，秸秆出现大量的剩余，剩余秸秆的处理问题日渐凸显。尤其是近年来随着设施园艺的日益发展，每年都会产生大量的以茄果类和瓜类为主体的园艺秸秆与残茬废弃，园艺秸秆大多是藤茎类高秆秸秆，特别难于粉碎处理。因无空地堆放而胡乱丢弃于棚头、路边、河沟等处，受根结线虫、真菌、细菌和病毒等侵染的蔬菜残体二次传播，致使病虫害发生更加严重。为此，我国农村一些地区普遍焚烧秸秆，不仅浪费了宝贵的资源，还污染环境，严重威胁交通运输安全，在秸秆全面收获期，秸秆焚烧甚至成为了一个严重的社会问题。因此，秸秆等废弃物的合理处理和资源化利用对清洁高效生产和可持续发展显得至关重要。

目前，秸秆的综合利用主要有直接切碎还田覆盖作为有机肥料、粉碎后作为饲料过腹还田、秸秆制沼气或者发电等作为农村能源、制浆造纸或人造板材等作为工业原料。由于经济价值限制，秸秆就地处理是较合适利用形式，其中，尤以还田覆盖处理技术最为成熟。但是秸秆还田覆盖处理技术主要针对小麦、水稻、玉米等大田作物，而对设施园艺作物秸秆，由于粉碎困难，直接还田后腐熟处理不彻底，营养质难于吸收等，秸秆还田覆盖技术在设施园艺生产中不适用。

秸秆就地资源化处理另外一种有效方法是收集粉碎后再经发酵处理作为有机肥料，但是由于其成套加工工艺技术及装备缺乏，目前没有得到推广应用。其关键核心技术之一是秸秆高效切割粉碎技术。尽管国内外学者致力于粉碎领域的理论及应用研究已经有100多年，取得了一批具有现实指导意义的研究成果，在化工、冶金、建材、电子、化工、医药和食品饲料等领域具有广泛应用，但是主要是对颗粒物料粉碎，而针对秸秆的专用切割粉碎机几乎还是空白。目前主要采用与粮食饲料粉碎相似技术和设备来加工秸秆。典型产品有引进消化吸收国外先进技术开发的水滴型粉碎机、立轴式粉碎机、振动筛锤片式粉碎机等，基本原理均是利用高速旋转的锤片或者动齿对物料的撞击和搓擦作用，将物料破碎成若干小段，再通过筛孔漏下，从出料口吹出装袋。国外相关专利代表性有：2000年Franz Schrattenecker (澳大利亚) 发明的一种旨在切碎例如秸秆那样的茎杆的切碎机（US006120373）；2000年Lars Bach 等 (加拿大) 发明了一秸秆分离器将谷类秸秆纵向分离机（US006131635）。国内专利比较多的是实用新型专利，如专利“高效节能铡草机（ZL200720002760.1）”和“秸秆粉碎机（ZL201020551173.X）”等，功能较为单一，要么只能铡草，要么只能粉碎等，此外也有多功能粉碎机，如专利“多功能饲料粉碎机（ZL200320113101.7）”，在普通粉碎室侧面设计了铡切进料口，并安装了定刀和切刀，能实现铡切、揉搓和粉碎功能，结构简单但是效率较低，能耗较高，而且也不能进行秸秆大规模批量处理。

目前粉碎机用于对秸秆切割粉碎，存在主要问题和不足有两点：一是粉碎机械工作粗放，没有很好的考虑农作物秸秆的高水分、条状等物理特性，其速度与颗粒谷物粉碎速度相同，筛分速度偏高，物料过筛能力差，导致筛分不彻底，过多反复粉碎，工作效率低，功耗高，噪音大，而当秸秆晒干脱水后，粉碎粗细不均，产生的大量粉尘对工作环境污染严重；二是粉碎设备往往功率高，占地大，使用费用高,对小型设施园艺种植企业和个体农户不适用。

发明内容

本发明针对目前粉碎机粉碎工作粗放、筛分速度偏高、物料过筛能力差、大量粉尘对工作环境污染严重等缺点，提供了一种秸秆切割、粉碎和筛分一体化装备和工艺方法。

本发明采用的技术方案是：通过粗切割、高速粉碎和低速筛分相结合方法，避免了传统粉碎设备中的过度粉碎、粉碎效率低，筛分速度高、过筛能力差等问题；秸秆切割粉碎与筛分后物料输送采用螺旋输送与气动输送相结合的方式，全过程密封，既可以实现多次反复循环粉碎和筛分处理，又可以提高高水分秸秆粉碎物流动性，减少秸秆粉碎过程中产生的粉尘对环境造成的污染。

本发明的秸秆高效切割、粉碎和筛分一体化装备包括切割粉碎室、切割粉碎室的第一旋风分离器、筛分室、筛分室的第二旋风分离器和料仓五部分组成，各部分主要技术方案是：

（1）切割粉碎室主要由皮带轮、为皮带轮提供动力的切割粉碎电机，安装在主轴上的切割动刀、固定于机架的切割定刀、粉碎锤片组、粉碎齿板和置于切割粉碎室左侧的进料口组成，在主轴上安装有螺旋叶片，螺旋叶片有助于左侧进料口进入的物料切割后顺利进入切割粉碎室，切割粉碎室的内壁附有波纹状粉碎齿板，这样的结构更有利于物料在粉碎锤片和粉碎齿板之间发生揉搓而粉碎，同时对物料从进料口进入有一个导向作用，切割粉碎室的主轴动力由右方的皮带轮提供；

（2）在切割粉碎室左侧安装有第一旋风分离器，其进口和固体颗粒出口与切割粉碎室相通，气流出口与风机相连，使得夹杂粉碎物的气固混合气体从进口进入，粉碎物从固体颗粒出口再次进入切割粉碎室，从气流出口排出清洁空气；

（3）筛分室在切割粉碎室的右下方，且与切割粉碎室直接相连通，筛分室主要由筛分叶片、筛网、筛分电机及机架组成，筛分叶片的左侧端有一段伸入切割粉碎室中，但其与锤片互不干涉，通过筛分叶片旋转，一方面使得切割粉碎后的物料进入筛分室，或者反转使得筛分后留下长物料再次进入切割粉碎室，另一方面筛分叶片在筛网上方低速旋转搅动作用下，达到有效筛分效果，使得短物料掉入筛网下方的出料口；

（4）在筛分室的筛网下方设出料口，与第二旋风分离器的进口相连，其固体颗粒出口与料仓连接，气流出口与其风机相连，使得短物料通过气流送入料仓，清洁空气排出。

（5）切割粉碎室中的的粉碎部件主要是粉碎锤片组，粉碎锤片组包括粉碎锤片、销轴、锤片隔套和锤架板。两个圆盘状锤架板分别固定在主轴两端，销轴的两端分别固定在锤架板的圆周上，并与主轴平行，2~8个销轴沿锤架板的圆周均匀分布；粉碎锤片悬挂于销轴，粉碎锤片和销轴铰接，并绕销轴自由转动，相邻粉碎锤片之间用锤片隔套间隔，且筛分叶片与粉碎锤片组互不干涉。

本发明的秸秆高效切割、粉碎和筛分一体化方法采用的技术方案是：

（1）长秸秆物料从进料口进入，通过安装在主轴上的切割动刀与固定于机架上的切割定刀实现粗切割；

（2）粗切割后短秸秆物料在切割粉碎室主轴上螺旋叶片作用下，往前输送，且高速旋转的粉碎锤片组将秸秆反复击打，在粉碎锤片组与粉碎齿板共同作用下，对短秸秆揉搓、粉碎，得到短秸秆与细秸秆混合体；

（3）短秸秆与细秸秆混合体在筛分室的筛分叶片和第二旋风分离器的风机风吸力共同作用下，送入筛分室，细秸秆在筛分叶片低速搅动作用下，掉入筛网下方，直接通过筛分室的第二旋风分离器进一步送入料仓；

（4）经过一段时间的筛分后，在筛分室内无法通过筛网余留下的物料，一方面受筛分叶片反转输送作用，另一方面受切割粉碎室左侧的第一旋风分离器风机风吸力作用，再次进入切割粉碎室，与通过进料口进入的新秸秆进行粗切割后得到新短秸秆物料，一起再次进行第2步的粉碎处理，同时通过切割粉碎室左侧的第一旋风分离器排出清洁空气，物料和粉尘留在切割粉碎室内。

本发明中选用的旋风分离器采用离心式分离技术，当气固混合气流进入旋风分离器中，气固两相流体在其中作旋转运动，由于固体颗粒比气体分子具有更大的惯性，气流中的固体颗粒脱离气体流线，并与分离构件相碰撞，从而使得气体和固体达到分离的目的。

本发明主要是针对小型化、适合藤茎类高秆及高水分的园艺秸秆加工处理，与目前装置和方法相比较，特点是：首先，低速筛分区别于切割粉碎时的高速，并且由于筛分叶片的搅动作用，使得物料的过筛能力增强，使细物料能得到充分筛分，而粗短物料能再次回到切割粉碎室，得到再次粉碎，同时提高粉碎效率；其次，由于在切割粉碎、筛分全过程中，采用了全封闭式处理，减小了空气中粉尘的排放，改善了工作环境；最后筛分室和切割粉碎室的一体化设计，使得装备结构紧凑，占地面积较小。本发明所述的秸秆高效切割、粉碎和筛分一体化装备，适用于小型设施园艺种植企业和个体农户秸秆资源化处理，改善加工环境，降低劳动强度，提高加工效率，降低生产成本，促进设施园艺清洁高效生产和可持续发展。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明秸秆切割、粉碎和筛分一体化装备的机械结构主视图。

图2是图1的俯视图。

图3是本发明秸秆高效切割、粉碎和筛分一体化工艺方法的工作流程图。

图中，1是筛分室，2是切割粉碎室，3是第一旋风分离器，4是第二旋风分离器，5是料仓，11是筛网，12是机架，13是筛分电机，14是筛分叶片；21是皮带轮，22是主轴，221是螺旋叶片，23是粉碎齿板，24是粉碎锤片组，241是粉碎锤片，242是销轴，243是锤片隔套，244锤架板，25是切割动刀，26是切割定刀，27是进料口，28是切割粉碎电机，29是机架；31是第一气流出口，32是第一进口，33是固体颗粒第一出口，34是第一风机，41是第二气流出口，42是固体颗粒第二出口，43是第二进口，44是第二风机。

具体实施方式

如图1、2、所示，本发明所述的园艺秸秆切割粉碎和筛分一体化装备，由筛分室1、切割粉碎室2、第一旋风分离器3、第二旋风分离器4和料仓5组成；其中，切割粉碎室2主要由皮带轮21、为皮带轮21提供动力的切割粉碎电机28，安装在主轴22上的切割动刀25、固定于机架29的切割定刀26、粉碎锤片组24、粉碎齿板23和置于切割粉碎室2左侧的进料口27组成，在主轴22上安装有螺旋叶片221，螺旋叶片221有助于左侧进料口27进入的物料切割后顺利进入切割粉碎室2，切割粉碎室2的内壁附有波纹状粉碎齿板23，这样的结构更有利于物料在粉碎锤片241和粉碎齿板23之间发生揉搓而粉碎，同时对物料从进料口27进入有一个导向作用，切割粉碎室2的动力由右方的皮带轮21提供；

在切割粉碎室2左侧安装有第一旋风分离器3，第一进口32与固体颗粒第一出口33与切割粉碎室2相通，第一气流出口31与第一风机34相连，使得夹杂粉碎物的气固混合气体从第一进口32进入，粉碎物从固体颗粒第一出口33再次进入切割粉碎室2，从气流出口2排出清洁空气；

筛分室1在切割粉碎室2的右下方，且与切割粉碎室2直接相连通，筛分室1主要由筛分叶片14、筛网11、筛分电机13及机架29组成，筛分叶片14的左侧端有一段伸入切割粉碎室2中，但其与粉碎锤片组24互不干涉，通过筛分叶片14旋转，一方面使得切割粉碎后的物料进入筛分室1，或者反转使得筛分后留下长物料再次进入切割粉碎室2，另一方面筛分叶片14在筛网11上方低速旋转搅动作用下，达到有效筛分效果，使得短物料掉入筛网11下方；

在筛分室的筛网11下方设出料口15，与第二进口43相连，固体颗粒第二出口42与料仓5连接，第二气流出口41与第二风机44相连，使得短物料通过气流送入料仓5，清洁空气排出。

切割粉碎室2中的的粉碎部件主要是粉碎锤片组24，其主要包括粉碎锤片241、销轴242、锤片隔套243和锤架板244。两个圆盘状锤架板244分别固定在主轴22的两端，销轴242的两端分别固定在锤架板244的圆周上，并与主轴22平行，2~8个销轴242沿锤架板244的圆周均匀分布；粉碎锤片241悬挂于销轴242，粉碎锤片241和销轴242铰接，并绕销轴242自由转动，相邻粉碎锤片242之间用锤片隔套243间隔，筛分叶片14与粉碎锤片组24互不干涉。

如图3所示是本发明秸秆高效切割、粉碎和筛分一体化装备的工作流程图，其一体化方法如下：

第一步：打开切割粉碎电机28，使锤片组24和螺旋叶片221高速旋转，长秸秆原料通过进料口27进入切割粉碎室2，通过安装在主轴22上的切割动刀25与固定于机架29上切割定刀26进行粗切割，得到短秸秆；

第二步：粗切割后短秸秆物料在切割粉碎室2的主轴22上螺旋叶片221作用下，往前输送，且高速旋转的粉碎锤片组24将秸秆反复击打，在粉碎锤片组24与粉碎齿板23共同作用下，对短秸秆揉搓、粉碎，得到短秸秆与细秸秆混合体；

第三步：分别使第一风机34和第二风机44工作， 第一旋风分离器3向切割粉碎室2中吹风， 第二旋风分离器4从筛分室1中抽风，同时在筛分室1的筛分叶片14的共同作用下，将第二步中得到的短秸秆和细秸秆混合物送入筛分室1，在筛分叶片14的低速搅动下，一部分细秸秆通过筛网11，进入第二旋风分离器4，经过旋风分离气固分离作用，分离后的细秸秆进入料仓5，而洁净空气排入大气中；

第四步：经过筛分室1筛分后，筛分室1中无法通过筛网11余留下物料，一方面在筛分叶片14反转输送作用，另一方面在切割粉碎室2左侧的第一旋风分离器3的第一风机34风吸力作用下，再次返回到切割粉碎室2，从而有效的避免了筛网11被堵塞，提高了物料的过筛能力，同时在切割粉碎室2左侧的第一旋风分离器3排出清洁空气，并将物料和粉尘留在切割粉碎室内，有效的避免了空气污染，改善了工作环境，同时提高了秸秆资源的利用率；

第五步：重复第二、三、四步，余留下物料与通过进料口27进入的新秸秆粗切割得到的新短秸秆物料一起再次进行粉碎处理，直至秸秆被完全粉碎，全部进入料仓5，关闭所有电机，工作结束。

Claims (3)

1.一种秸秆切割、粉碎和筛分一体化装备，其特征在于，包括筛分室（1）、切割粉碎室（2）、第一旋风分离器（3）、第二旋风分离器（4）和料仓（5）；

所述切割粉碎室（2）包括皮带轮（21）、切割粉碎电机（28）、切割动刀（25）、粉碎齿板（23）、主轴（22）、切割定刀（26）和进料口（27）；切割粉碎电机（28）为皮带轮（21）提供动力，切割动刀（25）安装在主轴（22）上，切割定刀（26）固定于机架（29）上，进料口（27）置于切割粉碎室（2）左侧；在主轴（22）上安装有螺旋叶片（221），螺旋叶片（221）使左侧进料口（27）进入的物料切割后顺利进入切割粉碎室（2）；切割粉碎室（2）的内壁附有锯齿状粉碎齿板（23），切割粉碎室（2）的动力由右方的皮带轮（21）提供；

所述第一旋风分离器（3）安装在切割粉碎室（2）左侧，所述第一旋风分离器（3）的第一进口（32）和固体颗粒第一出口（33）与切割粉碎室（2）相通，所述第一旋风分离器（3）的第一气流出口（31）与第一风机（34）相连，使夹杂粉碎物的气固混合气体从第一进口（32）进入，粉碎物从固体颗粒第一出口（33）再次进入切割粉碎室（2），从第一气流出口（31）排出清洁空气；

所述筛分室（1）设在切割粉碎室（2）的右下方，并与切割粉碎室（2）直接相连通，筛分室（1）内设有筛分叶片（14），所述筛分叶片（14）的左侧端的一段伸入切割粉碎室（2）中，通过筛分叶片（14）旋转使切割粉碎后的物料进入筛分室（1），通过筛分叶片（14）反转使筛分后留下的长物料再次进入切割粉碎室（2），筛网（11）设于筛分叶片（14）与出料口（15）之间；所述筛网（11）下方的出料口（15）与第二旋风分离器（4）的第二进口（43）相连，第二旋风分离器（4）的固体颗粒第二出口（42）与料仓（5）连接，第二旋风分离器（4）的第二气流出口（41）与第二风机（44）相连，使粉碎后的物料通过气流送入料仓（5），清洁空气排出。

2.根据权利要求1所述的一种秸秆切割、粉碎和筛分一体化装备，其特征在于，还包括粉碎锤片组（24），所述粉碎锤片组（24）包括粉碎锤片（241）、销轴（242）、锤片隔套（243）和锤架板（244）；两个圆盘状锤架板（244）分别固定在主轴（22）的两端，销轴（242）的两端分别固定在两个锤架板（244）的圆周上，并与主轴（22）平行，2~8个销轴（242）沿锤架板（244）的圆周均匀分布；粉碎锤片（241）悬挂于销轴（242），粉碎锤片（241）和销轴（242）铰接，并绕销轴（242）自由转动；相邻粉碎锤片（242）之间用锤片隔套（243）间隔，所述筛分叶片（14）与粉碎锤片组（24）互不干涉。

3.实施权利要求2所述的一种秸秆切割、粉碎和筛分一体化装备的方法，其特征在于，具体步骤为：

第一步：打开切割粉碎电机（28），使锤片组（24）和螺旋叶片（221）高速旋转，长秸秆原料通过进料口（27）进入切割粉碎室（2），通过安装在主轴（22）上的切割动刀（25）与固定于机架（29）上切割定刀（26）进行粗切割，得到短秸秆；

第二步：粗切割后短秸秆物料在切割粉碎室（2）的主轴（22）上螺旋叶片（221）作用下，往前输送，且高速旋转的粉碎锤片组（24）将秸秆反复击打，在粉碎锤片组（24）与粉碎齿板（23）共同作用下，对短秸秆揉搓、粉碎，得到短秸秆与细秸秆混合体；

第三步：分别开启第一风机（34）和第二风机（44）， 第一旋风分离器（3）向切割粉碎室（2）中吹风， 第二旋风分离器（4）从筛分室（1）中抽风，同时在筛分室（1）的筛分叶片（14）的共同作用下，将第二步中得到的短秸秆和细秸秆混合物送入筛分室（1），在筛分叶片（14）的低速搅动下，一部分细秸秆通过筛网（11），进入第二旋风分离器（4），经过旋风分离气固分离作用，分离后的细秸秆进入料仓（5），而洁净空气排入大气中；

第四步：经过筛分室（1）筛分后，筛分室（1）中无法通过筛网（11）余留下的物料，一方面在筛分叶片（14）反转输送作用，另一方面在切割粉碎室（2）左侧的第一旋风分离器（3）的第一风机（34）风吸力作用下，再次返回到切割粉碎室（2），同时在切割粉碎室（2）左侧的第一旋风分离器（3）排出清洁空气，并将物料和粉尘留在切割粉碎室内；

第五步：重复第二、三、四步，余留下物料与通过进料口（27）进入的新秸秆粗切割得到的新短秸秆物料一起再次进行粉碎处理，直至秸秆被完全粉碎，全部进入料仓（5），关闭所有电机，工作结束。

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