CN106370530A - 一种秸秆破碎特性试验装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种秸秆破碎特性试验装置及其方法，包括底板以及安装在底板上的两个侧板，两个侧板之间形成间距，在底板上对称设置，在该底板的四角设置有水平调节螺栓，在其中一侧板外侧的底板上安装有高速摄像系统和水平仪；两个侧板的上端通过支撑机构连接，锤打机构的上部通过支撑机构支撑，下部位于两套夹持机构之间，所述的两套夹持机构安装在底板上，所述的高速摄像系统与锤打机构的下部相对应。本发明的优点是：可模拟柔丝机、揉碎机作业时，秸秆的破碎特性，为秸秆柔丝机、揉碎机的优化与改进提供理论依据。

Description

一种秸秆破碎特性试验装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种秸秆破碎特性试验装置及方法，涉及农作物秸秆加工技术领域，主要应用于秸秆揉碎、柔丝作业破碎特性的试验研究。

背景技术

随着畜牧业的快速发展，天然牧场超载过牧，饲草的缺乏问题将会变得更为突出。作为我国主要种植作物的玉米，收获后秸秆的总量巨大，是一种营养丰富、可作为牲畜饲草的可再生资源。但目前国内对这些秸秆的开发利用率还很低。大量的玉米秸秆被废弃，甚至焚烧，不但浪费了资源，还造成了严重的环境污染。如果这些秸秆都投入到畜牧养殖，将对我国的畜牧业以及生态环境作出重大贡献。

秸秆揉碎机作为将秸秆转化为饲料进行利用的典型装备，由于其加工后的秸秆形似天然草料，相比传统的粉碎机和铡草机，作为粗饲料直接饲喂牛、马等反刍类牲畜，更符合牲畜的采食习惯，易于消化，有效的提高了秸秆的适口性、转化率和利用率。

秸秆的揉碎机理实质是锤片作用的打击力与齿板揉搓产生的剪切力相互作用使秸秆破碎的一个过程。但由于秸秆物料的流变特性和不均匀特性，在理论计算上较难确定合适的锤片击打力与齿板揉搓力，造成目前秸秆揉碎机普遍存在设备笨重、能耗较高、加工效率低、关键部件磨损严重、整机寿命较低等问题。而且秸秆的揉碎、柔丝作业在揉碎室内部，观察秸秆的揉碎过程与测试能量消耗较为困难。

综上所述，亟需一种秸秆破碎特性试验装置，可以得到秸秆破碎过程中能量消耗与秸秆不同部位的运动速度与运动位移，为揉碎机、柔丝机的结构优化与改进提供理论依据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种秸秆破碎特性试验装置及方法，测试秸秆破碎过程中能量消耗与秸秆不同部位的运动速度与运动位移，为揉碎机、柔丝机的结构优化与改进提供理论依据。

本发明的技术方案是：一种秸秆破碎特性试验装置，包括底板以及安装在底板上的两个侧板，两个侧板之间形成间距，在底板上对称设置，在该底板的四角设置有水平调节螺栓，在其中一侧板外侧的底板上安装有高速摄像系统和水平仪；两个侧板的上端通过支撑机构连接，锤打机构的上部通过支撑机构支撑，下部位于两套夹持机构之间，所述的两套夹持机构安装在底板上，所述的高速摄像系统与锤打机构的下部相对应。

所述的锤打机构包括高度调节板、锤片固定架和锤片，所述的高度调节板沿竖直方向设置，从上至下依次设置有竖直滑槽、侧固定杆、配重块和锤片调节机构，锤片安装在锤片固定架上，该锤片固定架随锤片调节机构转动；在所述竖直滑槽处安装有两个高度固定板，每一高度固定板均通过螺栓在高度调节板上进行调节固定；所述的侧固定杆为两个，每一侧固定杆呈L形设置，分别设置在高度调节板的两侧，所述侧固定杆通过螺母与高度调节板连接；所述的配重块通过螺栓安装在高度调节板上。

所述的锤片调节机构包括水平固定盘、水平旋转盘和竖直固定盘，该水平固定盘焊接在高度调节板的底端，水平旋转盘位于水平固定盘的下部，并与水平固定盘相贴合，在所述的水平旋转盘上设置有水平旋转盘安装孔，水平固定盘上设置有水平固定盘安装孔，所述的水平旋转盘安装孔和水平固定盘安装孔相互对应，并通过螺栓连接在一起；所述的竖直固定盘位于水平旋转盘的下部，并与水平旋转盘垂直设置，所述的锤片固定架通过螺栓与竖直固定盘连接在一起。

所述的夹持机构包括滑板、角度调节盘、下连接架、上连接架、下半圆固定筒和上半圆固定筒，在所述的底板上设置有水平滑槽，滑板安装在水平滑槽处，安装在滑板上的螺栓的头部位于水平滑槽内，螺杆穿过滑板后安装有螺母；角度调节盘安装在滑板的上部，该角度调节盘与下连接架之间通过螺栓连接，所述的上连接架设置在下连接架的上部，下半圆固定筒焊接在上连接架上，上半圆固定筒位于下半圆固定筒的上部，并通过螺栓连接在一起，所述的上半圆固定筒与下半圆固定筒对接后形成固定秸秆的筒体。

所述的支撑机构包括转轴，该转轴的两个端部通过对应侧的侧板支撑，并转动的安装在侧板上，该转轴的中部设置有长孔，所述高度调节板的上端穿过该长孔，所述的两个高度固定板分布在转轴的上下两侧，对所述的转轴进行夹持；转轴的一端伸出侧板后安装有指针固定块，指针的根部安装在该指针固定块上，尖端安装有滑块，所述的滑块在位于侧板外侧的刻度盘上转动。

所述的侧固定杆的上端穿过所述的长孔。

一种实施秸秆破碎特性试验装置的试验方法，包括以下步骤：

步骤(1)，根据试验需要，调整配种块的重量；

步骤(2)，将锤片机构的锤片抬起到需要测试高度的刻度，然后放下锤片机构的锤片，锤片自由摆动；

步骤(3)，计算秸秆破碎特性试验装置自由摆动的能量消耗，具体计算方法为：能量消耗公式为：E＝mgl|cosθ₂-cosθ₁|，式中，E为消耗的能量，m为重量块的质量，g为重力加速度，l为重量块固定孔的中心到转轴中心线的垂直距离，θ₁为锤片下落前指针所指示的刻度值，θ₂为锤片下落后，指针指示的最大刻度值；其中刻度盘的刻度数字设置为：锤片静止时，最上端和最下端为0度，最左端和最右端刻度为90度；步骤(4)，将秸秆一端固定在第一套夹持机构的下半圆固定筒内，通过转动下连接架对下半圆固定筒的角度进行调整，调整至测量角度后，通过螺栓固定；调整滑板在底板上的位置，并用滑板上的螺栓固定；将上半圆固定筒对接在下半圆固定筒上，用螺栓夹紧，以实现对秸秆该端的夹紧；

步骤(5)，根据第一套夹持机构的筒体与水平方向的夹角以及两套夹持机构之间的距离，计算得到另一套夹持机构的滑板与底板上表面的距离，计算公式为：式中，h为所计算的夹持机构的滑板与底板上表面的距离，l为两套夹持机构的间距，为筒体与水平方向的夹角，根据计算结果在滑板与底板间增加距离块；调节第二套夹持机构的下半圆筒体的转动角度，并用螺栓将角度调节盘和下连接架固定；将秸秆另一端放入第二套夹持机构的筒体内，并用螺栓夹紧，以实现对秸秆该端的夹紧。

步骤(6)，根据测试试验要求，调整锤片角度，测试不同击打角度对秸秆破碎的能量消耗，具体为：将锤片抬起后放下，使锤片自由摆动；

步骤(7)，计算秸秆破碎时的能量消耗；公式为：Q＝mgl|cosθ₃-cosθ₄|-E，式中：E为秸秆破碎消耗的能量，m、g、l与步骤(3)相同，θ₃为锤片下落前指针所指示的刻度值，θ₄为锤片下落后，指针指示的最大刻度值；E为步骤(3)得到的本试验装置自由摆动时的能量消耗。

步骤(8)，对高速摄像系统得到的数据进行分析，得到秸秆破碎过程中，秸秆长度方向的速度、锤片的速度变化数值。

本发明的优点是：通过读取两端刻度值的差值，计算得到秸秆破碎的能量消耗；对高速摄像系统得到的数据进行分析，得到秸秆破碎过程中，秸秆长度方向的速度、锤片的速度变化，从而得到秸秆的破碎特性。可模拟柔丝机、揉碎机作业时，秸秆的破碎特性，为秸秆柔丝机、揉碎机的优化与改进提供理论依据。

附图说明

图1是本发明的主体结构示意图。

图2是本发明的锤打机构的结构示意图。

图3是图2中的锤片调节机构的结构示意图。

图4是图1中夹持机构的结构示意图。

图5是图1的右视图(上半部分)。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

参见图1至图5，本发明涉及一种秸秆破碎特性试验装置，包括底板1以及安装在底板1上的两个侧板2，两个侧板2之间形成间距，在底板1上对称设置，在该底板1的四角设置有水平调节螺栓9，用于调整底板的平整度，通过水平仪8读取；在其中一侧板2外侧的底板上安装有高速摄像系统7和水平仪8；两个侧板2的上端通过支撑机构5连接，锤打机构4的上部通过支撑机构5支撑，下部位于两套夹持机构之间，所述的两套夹持机构3安装在底板1上，所述的高速摄像系统7与锤打机构4的下部相对应。

所述的锤打机构包括高度调节板41、锤片固定架42和锤片43，所述的高度调节板41沿竖直方向设置，从上至下依次设置有竖直滑槽44、侧固定杆45、配重块46和锤片调节机构，锤片43通过螺栓安装在锤片固定架42上，该锤片固定架42随锤片调节机构转动；在所述竖直滑槽44处安装有两个高度固定板47，每一高度固定板47均通过螺栓在高度调节板41上进行调节固定；所述的侧固定杆45为两个，每一侧固定杆45呈L形设置，分别设置在高度调节板41的两侧，所述侧固定杆45通过螺母与高度调节板41连接；所述的配重块46通过螺栓安装在高度调节板41上。

该高度调节板41可以在长孔51内横向移动，也可以通过调节两个高度固定47的位置，调整高度调节板在竖直方向的位置。

所述的锤片调节机构包括水平固定盘48、水平旋转盘49和竖直固定盘53，该水平固定盘48焊接在高度调节板41的底端，水平旋转盘49位于水平固定盘48的下部，并与水平固定盘48相贴合，在所述的水平旋转盘49上设置有水平旋转盘安装孔，水平固定盘48上设置有水平固定盘安装孔，所述的水平旋转盘安装孔和水平固定盘安装孔相互对应，并通过螺栓连接在一起，进而实现水平固定盘和水平旋转盘的连接，由于两者通过螺栓连接，所以水平旋转盘可以转动后通过螺栓固定；所述的竖直固定盘53位于水平旋转盘49的下部，并与水平旋转盘49垂直设置，所述的锤片固定架42通过螺栓与竖直固定盘53连接在一起。

所述的夹持机构包括滑板31、角度调节盘32、下连接架33、上连接架34、下半圆固定筒35和上半圆固定筒36，在所述的底板1上设置有水平滑槽10，滑板31安装在水平滑槽10处，安装在滑板31上的螺栓的头部位于水平滑槽10内，螺杆穿过滑板31后安装有螺母；角度调节盘32安装在滑板21的上部，该角度调节盘32与下连接架33之间通过螺栓连接，便于调整角度；所述的上连接架34设置在下连接架33的上部，下半圆固定筒35焊接在上连接架34上，上半圆固定筒36位于下半圆固定筒35的上部，并通过螺栓连接在一起，所述的上半圆固定筒36与下半圆固定筒35对接后形成固定秸秆的筒体。

所述的支撑机构包括转轴52，该转轴52的两个端部通过对应侧的侧板2支撑，并转动的安装在侧板2上，该转轴52的中部设置有长孔51，所述高度调节板41的上端穿过该长孔51，所述的两个高度固定板47分布在转轴的上下两侧，对所述的转轴52进行夹持；转轴52的一端伸出侧板2后安装有指针固定块61，指针62的根部安装在该指针固定块61上，尖端安装有滑块63，所述的滑块63在位于侧板2外侧的刻度盘6上转动；所述的侧固定杆45的上端穿过所述的长孔。

本发明的工作原理是：一种秸秆破碎特性试验装置的试验方法，包括以下步骤：

步骤(1)，根据试验需要，调整配重块的重量；

步骤(2)，将锤片机构的锤片抬起到需要测试高度的刻度，然后放下锤片机构的锤片，锤片自由摆动；

步骤(3)，计算秸秆破碎特性试验装置自由摆动的能量消耗，具体计算方法为：能量消耗公式为：E＝mgl|cosθ₂-cosθ₁|，式中，E为消耗的能量，m为重量块的质量，g为重力加速度，l为重量块固定孔的中心到转轴中心线的垂直距离，θ₁为锤片下落前指针所指示的刻度值，θ₂为锤片下落后，指针指示的最大刻度值；其中刻度盘的刻度数字设置为：锤片静止时，最上端和最下端为0度，最左端和最右端刻度为90度；

其中步骤(2)-(3)为不加秸秆时的测试，主要目的是测试本装置对应测试角度的固有误差，步骤(4)-(8)为测试秸秆破碎需要的能量。

步骤(4)，将秸秆一端固定在第一套夹持机构的下半圆固定筒内，通过转动下连接架对下半圆固定筒的角度进行调整(角度调节盘与下连接架通过螺栓连接，通过调整螺栓，对下连接架进行转动)，调整至测量角度后，通过螺栓固定；调整滑板在底板上的位置，并用滑板上的螺栓固定；将上半圆固定筒对接在下半圆固定筒上，用螺栓夹紧，以实现对秸秆该端的夹紧。

步骤(5)，根据第一套夹持机构的筒体与水平方向的夹角以及两套夹持机构之间的距离，计算得到另一套夹持机构的滑板与底板上表面的距离，计算公式为：式中，h为所计算的夹持机构的滑板与底板上表面的距离，l为两套夹持机构的间距，为筒体与水平方向的夹角，根据计算结果在滑板与底板间增加距离块(通过松动螺栓，将距离块添加至底板与滑块之间)；调节第二套夹持机构的下半圆筒体的转动角度，并用螺栓将角度调节盘和下连接架固定；将秸秆另一端放入第二套夹持机构的筒体内，并用螺栓夹紧，以实现对秸秆该端的夹紧。

步骤(6)，根据测试试验要求，调整锤片角度，测试不同击打角度对秸秆破碎的能量消耗，具体为：将锤片抬起后放下，使锤片自由摆动；

步骤(7)，计算秸秆破碎时的能量消耗；公式为：Q＝mgl|cosθ₃-cosθ₄|-E，式中：E为秸秆破碎消耗的能量，m、g、l与步骤(3)相同，θ₃为锤片下落前指针所指示的刻度值，θ₄为锤片下落后，指针指示的最大刻度值；E为步骤(3)得到的本试验装置自由摆动时的能量消耗。

步骤(8)，对高速摄像系统得到的数据进行分析，得到秸秆破碎过程中，秸秆长度方向的速度、锤片的速度变化数值。

Claims (7)

1.一种秸秆破碎特性试验装置，其特征在于，包括底板以及安装在底板上的两个侧板，两个侧板之间形成间距，在底板上对称设置，在该底板的四角设置有水平调节螺栓，在其中一侧板外侧的底板上安装有高速摄像系统和水平仪；两个侧板的上端通过支撑机构连接，锤打机构的上部通过支撑机构支撑，下部位于两套夹持机构之间，所述的两套夹持机构安装在底板上，所述的高速摄像系统与锤打机构的下部相对应。

2.根据权利要求1所述的一种秸秆破碎特性试验装置，其特征在于，所述的锤打机构包括高度调节板、锤片固定架和锤片，所述的高度调节板沿竖直方向设置，从上至下依次设置有竖直滑槽、侧固定杆、配重块和锤片调节机构，锤片安装在锤片固定架上，该锤片固定架随锤片调节机构转动；在所述竖直滑槽处安装有两个高度固定板，每一高度固定板均通过螺栓在高度调节板上进行调节固定；所述的侧固定杆为两个，每一侧固定杆呈L形设置，分别设置在高度调节板的两侧，所述侧固定杆通过螺母与高度调节板连接；所述的配重块通过螺栓安装在高度调节板上。

3.根据权利要求2所述的一种秸秆破碎特性试验装置，其特征在于，所述的锤片调节机构包括水平固定盘、水平旋转盘和竖直固定盘，该水平固定盘焊接在高度调节板的底端，水平旋转盘位于水平固定盘的下部，并与水平固定盘相贴合，在所述的水平旋转盘上设置有水平旋转盘安装孔，水平固定盘上设置有水平固定盘安装孔，所述的水平旋转盘安装孔和水平固定盘安装孔相互对应，并通过螺栓连接在一起；所述的竖直固定盘位于水平旋转盘的下部，并与水平旋转盘垂直设置，所述的锤片固定架通过螺栓与竖直固定盘连接在一起。

4.根据权利要求1、2或3所述的一种秸秆破碎特性试验装置，其特征在于，所述的夹持机构包括滑板、角度调节盘、下连接架、上连接架、下半圆固定筒和上半圆固定筒，在所述的底板上设置有水平滑槽，滑板安装在水平滑槽处，安装在滑板上的螺栓的头部位于水平滑槽内，螺杆穿过滑板后安装有螺母；角度调节盘安装在滑板的上部，该角度调节盘与下连接架之间通过螺栓连接，所述的上连接架设置在下连接架的上部，下半圆固定筒焊接在上连接架上，上半圆固定筒位于下半圆固定筒的上部，并通过螺栓连接在一起，所述的上半圆固定筒与下半圆固定筒对接后形成固定秸秆的筒体。

5.根据权利要求2或3所述的一种秸秆破碎特性试验装置，其特征在于，所述的支撑机构包括转轴，该转轴的两个端部通过对应侧的侧板支撑，并转动的安装在侧板上，该转轴的中部设置有长孔，所述高度调节板的上端穿过该长孔，所述的两个高度固定板分布在转轴的上下两侧，对所述的转轴进行夹持；转轴的一端伸出侧板后安装有指针固定块，指针的根部安装在该指针固定块上，尖端安装有滑块，所述的滑块在位于侧板外侧的刻度盘上转动。

6.根据权利要求5所述的一种秸秆破碎特性试验装置，其特征在于，所述的侧固定杆的上端穿过所述的长孔。

7.一种实施权利要求1所述的秸秆破碎特性试验装置的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤(1)，根据试验需要，调整配种块的重量；

步骤(2)，将锤片机构的锤片抬起到需要测试高度的刻度，然后放下锤片机构的锤片，锤片自由摆动；

步骤(3)，计算秸秆破碎特性试验装置自由摆动的能量消耗，具体计算方法为：能量消耗公式为：E＝mgl|cosθ₂-cosθ₁|，式中，E为消耗的能量，m为重量块的质量，g为重力加速度，l为重量块固定孔的中心到转轴中心线的垂直距离，θ₁为锤片下落前指针所指示的刻度值，θ₂为锤片下落后，指针指示的最大刻度值；其中刻度盘的刻度数字设置为：锤片静止时，最上端和最下端为0度，最左端和最右端刻度为90度；

步骤(4)，将秸秆一端固定在第一套夹持机构的下半圆固定筒内，通过转动下连接架对下半圆固定筒的角度进行调整，调整至测量角度后，通过螺栓固定；调整滑板在底板上的位置，并用滑板上的螺栓固定；将上半圆固定筒对接在下半圆固定筒上，用螺栓夹紧，以实现对秸秆该端的夹紧；

步骤(5)，根据第一套夹持机构的筒体与水平方向的夹角以及两套夹持机构之间的距离，计算得到另一套夹持机构的滑板与底板上表面的距离，计算公式为：式中，h为所计算的夹持机构的滑板与底板上表面的距离，l为两套夹持机构的间距，为筒体与水平方向的夹角，根据计算结果在滑板与底板间增加距离块；调节第二套夹持机构的下半圆筒体的转动角度，并用螺栓将角度调节盘和下连接架固定；将秸秆另一端放入第二套夹持机构的筒体内，并用螺栓夹紧，以实现对秸秆该端的夹紧。

步骤(6)，根据测试试验要求，调整锤片角度，测试不同击打角度对秸秆破碎的能量消耗，具体为：将锤片抬起后放下，使锤片自由摆动；

步骤(7)，计算秸秆破碎时的能量消耗；公式为：Q＝mgl|cosθ₃-cosθ₄|-E，式中：E为秸秆破碎消耗的能量，m、g、l与步骤(3)相同，θ₃为锤片下落前指针所指示的刻度值，θ₄为锤片下落后，指针指示的最大刻度值；E为步骤(3)得到的本试验装置自由摆动时的能量消耗。

步骤(8)，对高速摄像系统得到的数据进行分析，得到秸秆破碎过程中，秸秆长度方向的速度、锤片的速度变化数值。