枝葉分離粉碎機設計研究

劉彬 周鳳芳 茹煜

摘要：針對植物修剪枝葉雜亂、占用空間、資源浪費等問題，設計一種價格低廉、操作簡單、能修剪枝葉并實現粉碎與分離的枝葉分離粉碎機，介紹總體架構、工作原理、關鍵部件設計，樣機試驗結果表明：枝葉分離粉碎后的碎片體積大小基本相等，不同桿徑的枝葉均能有效粉碎，能實現枝碎片及葉碎片的分離，但存在分離不徹底、工作噪音大等問題，有待進一步完善設計。

關鍵詞：枝葉分離裝置;粉碎機;結構設計

中圖分類號：S776? ? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：1674-1161（2022）01-0027-03

收稿日期：2021-10-15

基金項目：江蘇省農業科技自主創新資金項目（CX（18）1007B02）

作者簡介：劉 彬（1996—），男，在讀研究生，主要從事農林植保技術與裝備方面的研究工作。

通信作者：茹 煜（1973—），女，教授，博士生導師，主要從事農林植保技術與裝備研究工作。

目前，對道路綠化、小區植被、果園樹林等樹木進行修剪時，枝條與樹葉或聚積在一起，雜亂交錯、占用空間，或簡單剪碎灑落在土里，很少將枝葉進行收集處理和廢物利用。事實上，樹葉可用作食草動物飼料，枝條能作為板材和造紙制漿原料，進而實現植物資源的再利用。對枝條與樹葉進行有效分離，是一項必要的作業環節。完成分離作業的機具主要為梳刷式分離機，這種機具種類多，修剪枝葉大小不一，對于桿徑不同的樹木，其枝葉分離過程中易出現分離不徹底或無法使用的情況。對此，設計一種價格低廉、操作簡單、能修剪枝葉并實現粉碎與分離功能的枝葉分離粉碎機，以期為園藝修剪和資源利用提供實用機具。

1 枝葉分離粉碎機總體設計與工作原理

若使粉碎和分離作業達到預期效果，所設計的枝葉分離粉碎機必須達到進料穩定可靠、枝葉分離徹底、枝葉粉碎充分的效果，并設置可靠的防護裝置以保證操作者的人身安全。

1.1 總體結構

枝葉分離粉碎機主要由機架、動力傳動裝置、刀盤、進料腔、粉碎腔、風選腔、輸送帶等部分組成，如圖1所示。機架用于安裝和固定各類部件;工作腔布置在機架上，其上部為進料腔，下部是粉碎腔，粉碎腔聯通風選腔;風選腔設有軸流風機，軸流風機設置在風選腔的進風口上;風選腔與下方的枝碎片出料口及側邊的葉碎片出料口相連接，枝碎片的出料口連接輸送帶;動力傳動裝置布置在機架上，電機動力通過帶傳動傳遞給主要執行部件刀盤。

1.2 工作原理

枝葉分離粉碎機的工作原理是先對修剪枝葉直接粉碎后進行分離篩選，再對已分離的枝葉進行篩選。由于枝條與樹葉密度不同，相同體積下可通過風機對粉碎的枝葉進行分離篩選。具體流程是將枝葉喂入進料口工作腔，由刀盤刀具粉碎枝葉，經工作腔下軸流風機對枝條與樹葉進行風選分離，樹葉從側邊出口吹出，枝條掉落在傳送帶上。

2 關鍵部件設計

2.1 進料腔

進料腔結構如圖2所示。

進料斗設在進料口外口上，位于整體結構的側面，幅寬大于70 cm。采用外張結構，既便于進料和保證進料量，又可作為防護裝置以保證操作者的安全。進料口下方設有料滑臺，由固定端向工作腔上腔體傾斜向下，這樣既有助于順利進料，保障枝葉不會直接掉落，也能保證刀盤與枝葉充分接觸完成切削，保證切削效率。

2.2 粉碎腔

粉碎腔結構見圖3。

枝葉經進料腔到粉碎腔，經刀盤轉動切削枝葉，切削后密度較大的枝碎片和密度較小的葉碎片落入風選腔進行風選分離。粉碎部件由刀盤和主軸構成，主軸上設有刀盤軸肩，用以軸向限位。主軸軸階外螺紋與鎖緊圓螺母、防松圓螺母構成螺紋副，鎖緊圓螺母將刀盤鎖靠于刀盤軸肩，防松圓螺母用于防止鎖緊圓螺母松動，以保證刀盤與刀盤主軸可靠連接。

刀盤結構及刀片安裝方式見圖4和圖5，主傳動裝置結構如圖6所示。

螺釘將刀片安裝在盤片上，用于固定刀片位置并調整刀片軸向伸出量，以適應削物料大小變化。刀片磨損后，可通過刀片槽對刀片重新打磨繼續使用。主電機通過軸心距調節裝置固定在機架上，主動帶輪鍵連接于主電機軸，帶動從動帶輪旋轉。從動帶輪與粉碎腔內的刀盤主軸同軸心同角速度。移動調整裝置實質是緊固螺栓螺母副，用以將主電機緊固在機架導軌槽內，便于調節電機主軸和刀盤主軸之間的軸心距，保證適當的皮帶張緊度。

2.3 風選腔

風選腔結構如圖7所示。

枝葉經粉碎腔粉碎后進入風選腔，由軸流風機進行風選分離。在風力作用下，密度較小的葉碎片因偏離自由落體路徑幅度較大而被吹到側出料口，排出工作腔，集中收納。密度較大的枝碎片因偏離自由落體路徑幅度較小而由下出料口排出工作腔。風選腔側壁上設有中空的進風管，連通風選腔。風機安裝在進風口外端支架上，側出料口內口下沿和下出料口均位于進風管底板下方。

2.4 出料運輸裝置

出料運輸裝置結構如圖8所示。

輸送裝置設在下出料口下方，用于承接枝碎片并將其輸送至收納區。支架設在機架內，支架上的副電機通過主動帶輪和從動帶輪分別驅動主動輥、從動輥，帶動輸送帶環繞旋轉。

2.5 機架

機架由鋼板焊接而成，用以支撐傳動系統、切削系統、帶傳動張緊調節裝置等部件。機架內部有足夠的空間，可放置水平傳送帶，支撐風選風機。機架設有加強筋，采用三角形固定方式。機架部件通過螺栓或焊接方式進行聯結。

3 試驗效果與討論

樣機試制完成后，在實驗室進行作業試驗。結果表明：枝葉分離粉碎后，兩個出口的碎片體積大小基本相等，這有助于碎片的后續處理。對不同桿徑的枝葉均能有效粉碎，效率較高。借助軸流風機對枝碎片及葉碎片進行風選，能實現枝碎片及葉碎片的分離，但存在分離不徹底的現象。此外，粉碎的枝葉沒有按照既定的出料口全部排出，有些會附著在機體上，對帶動力傳輸及底部輸送帶工作產生不利影響。帶傳動及軸流風機噪音大，影響操作人員健康，有待進一步完善設計。59156049-A679-405E-BDDA-9DA9837ADFE6

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Study on the Design of Branch and Leaf Separation Mill

LIU Bin， ZHOU Fengfang， RU Yu*

（College of Mechanical and Electronic Engineering，Nanjing Forestry University，Nanjing Jiangsu 210037， China）

Abstract：In view of the problems of disorderly pruning， space occupation and resource waste of plants， a kind of branch and leaf separation mill with low price and simple operation was designed， which can prune branches and leaves and realize crushing and separation. The overall structure， working principle and key component design were introduced. The prototype test results showed that： After the separation and crushing of branches and leaves， the size of the fragments is basically the same. Branches and leaves with different rod diameters can be effectively crushed to achieve the separation of branches and leaves， but there are problems such as incomplete separation and high noise， which need to be further improved.

Key words： branch and leaf separation device;mill;structural design59156049-A679-405E-BDDA-9DA9837ADFE6