專利名稱：一種秸稈切割、粉碎和篩分一體化裝備及方法
技術領域：
本發明涉及一種秸桿切割、粉碎和篩分一體化裝備和工藝方法，尤其是適合園藝秸桿切割粉碎，屬于農業機械技術領域。
背景技術：
農作物秸桿是世界上數量最多的一種農業生產副產品，也是一種可以綜合利用的重要生物資源。隨著農業生產和農村能源事業的發展，秸桿出現大量的剩余，剩余秸桿的處理問題日漸凸顯。尤其是近年來隨著設施園藝的日益發展，每年都會產生大量的以茄果類和瓜類為主體的園藝秸桿與殘茬廢棄，園藝秸桿大多是藤莖類高桿秸桿，特別難于粉碎處理。因無空地堆放而胡亂丟棄于棚頭、路邊、河溝等處，受根結線蟲、真菌、細菌和病毒等侵染的蔬菜殘體二次傳播，致使病蟲害發生更加嚴重。為此，我國農村一些地區普遍焚燒秸桿，不僅浪費了寶貴的資源，還污染環境，嚴重威脅交通運輸安全，在秸桿全面收獲期，秸桿焚燒甚至成為了一個嚴重的社會問題。因此，秸桿等廢棄物的合理處理和資源化利用對清潔高效生產和可持續發展顯得至關重要。目前，秸桿的綜合利用主要有直接切碎還田覆蓋作為有機肥料、粉碎后作為飼料過腹還田、秸桿制沼氣或者發電等作為農村能源、制漿造紙或人造板材等作為工業原料。由于經濟價值限制，秸桿就地處理是較合適利用形式，其中，尤以還田覆蓋處理技術最為成熟。但是秸桿還田覆蓋處理技術主要針對小麥、水稻、玉米等大田作物，而對設施園藝作物秸桿，由于粉碎困難，直接還田后腐熟處理不徹底，營養質難于吸收等，秸桿還田覆蓋技術在設施園藝生產中不適用。秸桿就地資源化處理另外一種有效方法是收集粉碎后再經發酵處理作為有機肥料，但是由于其成套加工工藝技術及裝備缺乏，目前沒有得到推廣應用。其關鍵核心技術之一是秸桿高效切割粉碎技術。盡管國內外學者致力于粉碎領域的理論及應用研究已經有100多年，取得了一批具有現實指導意義的研究成果，在化工、冶金、建材、電子、化工、醫藥和食品飼料等領域具有廣泛應用，但是主要是對顆粒物料粉碎，而針對秸桿的專用切割粉碎機幾乎還是空白。目前主要采用與糧食飼料粉碎相似技術和設備來加工秸桿。典型產品有引進消化吸收國外先進技術開發的水滴型粉碎機、立軸式粉碎機、振動篩錘片式粉碎機等，基本原理均是利用高速旋轉的錘片或者動齒對物料的撞擊和搓擦作用，將物料破碎成若干小段，再通過篩孔漏下，從出料口吹出裝袋。國外相關專利代表性有:2000年Franz Schrattenecker (澳大利亞)發明的一種旨在切碎例如稻桿那樣的莖桿的切碎機(US006120373) ;2000年Lars Bach等(加拿大)發明了一秸桿分離器將谷類秸桿縱向分離機(US006131635)。國內專利比較多的是實用新型專利，如專利“高效節能鍘草機(ZL200720002760.1)”和“秸桿粉碎機(ZL201020551173.X)”等，功能較為單一，要么只能鍘草，要么只能粉碎等，此外也有多功能粉碎機，如專利“多功能飼料粉碎機(ZL200320113101.7)”，在普通粉碎室側面設計了鍘切進料口，并安裝了定刀和切刀，能實現鍘切、揉搓和粉碎功能，結構簡單但是效率較低，能耗較高，而且也不能進行秸桿大規模批量處理。目前粉碎機用于對秸桿切割粉碎，存在主要問題和不足有兩點:一是粉碎機械工作粗放，沒有很好的考慮農作物秸桿的高水分、條狀等物理特性，其速度與顆粒谷物粉碎速度相同，篩分速度偏高，物料過篩能力差，導致篩分不徹底，過多反復粉碎，工作效率低，功耗高，噪音大，而當秸桿曬干脫水后，粉碎粗細不均，產生的大量粉塵對工作環境污染嚴重；二是粉碎設備往往功率高，占地大，使用費用高，對小型設施園藝種植企業和個體農戶不適用。
發明內容
本發明針對目前粉碎機粉碎工作粗放、篩分速度偏高、物料過篩能力差、大量粉塵對工作環境污染嚴重等缺點，提供了一種秸桿切割、粉碎和篩分一體化裝備和工藝方法。本發明采用的技術方案是:通過粗切割、高速粉碎和低速篩分相結合方法，避免了傳統粉碎設備中的過度粉碎、粉碎效率低，篩分速度高、過篩能力差等問題；秸桿切割粉碎與篩分后物料輸送采用螺旋輸送與氣動輸送相結合的方式，全過程密封，既可以實現多次反復循環粉碎和篩分處理，又可以提高高水分秸桿粉碎物流動性，減少秸桿粉碎過程中產生的粉塵對環境造成的污染。本發明的秸桿高效切割、粉碎和篩分一體化裝備包括切割粉碎室、切割粉碎室的第一旋風分離器、篩分室、篩分室的第二旋風分離器和料倉五部分組成，各部分主要技術方案是:
(1)切割粉碎室主要由皮帶輪、為皮帶輪提供動力的切割粉碎電機，安裝在主軸上的切割動刀、固定于機架的切割定刀、粉碎錘片組、粉碎齒板和置于切割粉碎室左側的進料口組成，在主軸上安裝有螺旋葉片，螺旋葉片有助于左側進料口進入的物料切割后順利進入切割粉碎室，切割粉碎室的內壁附有波紋狀粉碎齒板，這樣的結構更有利于物料在粉碎錘片和粉碎齒板之間發生揉搓而粉碎，同時對物料從進料口進入有一個導向作用，切割粉碎室的主軸動力由右方的皮帶輪提供；
(2)在切割粉碎室左側安裝有第一旋風分離器，其進口和固體顆粒出口與切割粉碎室相通，氣流出口與風機相連，使得夾雜粉碎物的氣固混合氣體從進口進入，粉碎物從固體顆粒出口再次進入切割粉碎室，從氣流出口排出清潔空氣；
(3)篩分室在切割粉碎室的右下方，且與切割粉碎室直接相連通，篩分室主要由篩分葉片、篩網、篩分電機及機架組成，篩分葉片的左側端有一段伸入切割粉碎室中，但其與錘片互不干涉，通過篩分葉片旋轉，一方面使得切割粉碎后的物料進入篩分室，或者反轉使得篩分后留下長物料再次進入切割粉碎室，另一方面篩分葉片在篩網上方低速旋轉攪動作用下，達到有效篩分效果，使得短物料掉入篩網下方的出料口 ；
(4)在篩分室的篩網下方設出料口，與第二旋風分離器的進口相連，其固體顆粒出口與料倉連接，氣流出口與其風機相連，使得短物料通過氣流送入料倉，清潔空氣排出。(5)切割粉碎室中的的粉碎部件主要是粉碎錘片組，粉碎錘片組包括粉碎錘片、銷軸、錘片隔套和錘架板。兩個圓盤狀錘架板分別固定在主軸兩端，銷軸的兩端分別固定在錘架板的圓周上，并與主軸平行，21個銷軸沿錘架板的圓周均勻分布；粉碎錘片懸掛于銷軸，粉碎錘片和銷軸鉸接，并繞銷軸自由轉動，相鄰粉碎錘片之間用錘片隔套間隔，且篩分葉片與粉碎錘片組互不干涉。本發明的秸桿高效切割、粉碎和篩分一體化方法采用的技術方案是:
(1)長秸桿物料從進料口進入，通過安裝在主軸上的切割動刀與固定于機架上的切割定刀實現粗切割；
(2)粗切割后短秸桿物料在切割粉碎室主軸上螺旋葉片作用下，往前輸送，且高速旋轉的粉碎錘片組將秸桿反復擊打，在粉碎錘片組與粉碎齒板共同作用下，對短秸桿揉搓、粉碎，得到短秸桿與細秸桿混合體；
(3)短秸桿與細秸桿混合體在篩分室的篩分葉片和第二旋風分離器的風機風吸力共同作用下，送入篩分室，細秸桿在篩分葉片低速攪動作用下，掉入篩網下方，直接通過篩分室的第二旋風分離器進一步送入料倉；
(4)經過一段時間的篩分后，在篩分室內無法通過篩網余留下的物料，一方面受篩分葉片反轉輸送作用，另一方面受切割粉碎室左側的第一旋風分離器風機風吸力作用，再次進入切割粉碎室，與通過進料口進入的新秸桿進行粗切割后得到新短秸桿物料，一起再次進行第2步的粉碎處理，同時通過切割粉碎室左側的第一旋風分離器排出清潔空氣，物料和粉塵留在切割粉碎室內。本發明中選用的旋風分離器采用離心式分離技術，當氣固混合氣流進入旋風分離器中，氣固兩相流體在其中作旋轉運動，由于固體顆粒比氣體分子具有更大的慣性，氣流中的固體顆粒脫離氣體流線，并與分離構件相碰撞，從而使得氣體和固體達到分離的目的。本發明主要是針對小型化、適合藤莖類高桿及高水分的園藝秸桿加工處理，與目前裝置和方法相比較，特點是:首先，低速篩分區別于切割粉碎時的高速，并且由于篩分葉片的攪動作用，使得物料的過篩能力增強，使細物料能得到充分篩分，而粗短物料能再次回到切割粉碎室，得到再次粉碎，同時提高粉碎效率；其次，由于在切割粉碎、篩分全過程中，采用了全封閉式處理，減小了空氣中粉塵的排放，改善了工作環境；最后篩分室和切割粉碎室的一體化設計，使得裝備結構緊湊，占地面積較小。本發明所述的秸桿高效切割、粉碎和篩分一體化裝備，適用于小型設施園藝種植企業和個體農戶秸桿資源化處理，改善加工環境，降低勞動強度，提高加工效率，降低生產成本，促進設施園藝清潔高效生產和可持續發展。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細說明。圖1是本發明秸桿切割、粉碎和篩分一體化裝備的機械結構主視圖。圖2是圖1的俯視圖。圖3是本發明秸桿高效切割、粉碎和篩分一體化工藝方法的工作流程圖。圖中，I是篩分室，2是切割粉碎室，3是第一旋風分離器，4是第二旋風分離器，5是料倉，11是篩網，12是機架，13是篩分電機，14是篩分葉片；21是皮帶輪，22是主軸，221是螺旋葉片，23是粉碎齒板，24是粉碎錘片組，241是粉碎錘片，242是銷軸，243是錘片隔套，244錘架板，25是切割動刀，26是切割定刀，27是進料口，28是切割粉碎電機，29是機架；31是第一氣流出口，32是第一進口，33是固體顆粒第一出口，34是第一風機，41是第二氣流出口，42是固體顆粒第二出口，43是第二進口，44是第二風機。
具體實施例方式如圖1、2、所示，本發明所述的園藝秸桿切割粉碎和篩分一體化裝備，由篩分室1、切割粉碎室2、第一旋風分離器3、第二旋風分離器4和料倉5組成；其中，切割粉碎室2主要由皮帶輪21、為皮帶輪21提供動力的切割粉碎電機28，安裝在主軸22上的切割動刀25、固定于機架29的切割定刀26、粉碎錘片組24、粉碎齒板23和置于切割粉碎室2左側的進料口 27組成，在主軸22上安裝有螺旋葉片221，螺旋葉片221有助于左側進料口 27進入的物料切割后順利進入切割粉碎室2，切割粉碎室2的內壁附有波紋狀粉碎齒板23，這樣的結構更有利于物料在粉碎錘片241和粉碎齒板23之間發生揉搓而粉碎，同時對物料從進料口27進入有一個導向作用，切割粉碎室2的動力由右方的皮帶輪21提供；
在切割粉碎室2左側安裝有第一旋風分離器3，第一進口 32與固體顆粒第一出口 33與切割粉碎室2相通，第一氣流出口 31與第一風機34相連，使得夾雜粉碎物的氣固混合氣體從第一進口 32進入，粉碎物從固體顆粒第一出口 33再次進入切割粉碎室2，從氣流出口 2排出清潔空氣；
篩分室I在切割粉碎室2的右下方，且與切割粉碎室2直接相連通，篩分室I主要由篩分葉片14、篩網11、篩分電機13及機架29組成，篩分葉片14的左側端有一段伸入切割粉碎室2中，但其與粉碎錘片組24互不干涉，通過篩分葉片14旋轉，一方面使得切割粉碎后的物料進入篩分室1，或者反轉使得篩分后留下長物料再次進入切割粉碎室2，另一方面篩分葉片14在篩網11上方低速旋轉攪動作用下，達到有效篩分效果，使得短物料掉入篩網11下方；
在篩分室的篩網11下方設出料口 15，與第二進口 43相連，固體顆粒第二出口 42與料倉5連接，第二氣流出口 41與第二風機44相連 ，使得短物料通過氣流送入料倉5，清潔空氣排出。切割粉碎室2中的的粉碎部件主要是粉碎錘片組24，其主要包括粉碎錘片241、銷軸242、錘片隔套243和錘架板244。兩個圓盤狀錘架板244分別固定在主軸22的兩端，銷軸242的兩端分別固定在錘架板244的圓周上，并與主軸22平行，2^8個銷軸242沿錘架板244的圓周均勻分布；粉碎錘片241懸掛于銷軸242，粉碎錘片241和銷軸242鉸接，并繞銷軸242自由轉動，相鄰粉碎錘片242之間用錘片隔套243間隔，篩分葉片14與粉碎錘片組24互不干涉。如圖3所示是本發明秸桿高效切割、粉碎和篩分一體化裝備的工作流程圖，其一體化方法如下:
第一步:打開切割粉碎電機28，使錘片組24和螺旋葉片221高速旋轉，長秸桿原料通過進料口 27進入切割粉碎室2，通過安裝在主軸22上的切割動刀25與固定于機架29上切割定刀26進行粗切割，得到短秸桿；
第二步:粗切割后短秸桿物料在切割粉碎室2的主軸22上螺旋葉片221作用下，往前輸送，且高速旋轉的粉碎錘片組24將秸桿反復擊打，在粉碎錘片組24與粉碎齒板23共同作用下，對短秸桿揉搓、粉碎，得到短秸桿與細秸桿混合體；
第三步:分別使第一風機34和第二風機44工作，第一旋風分離器3向切割粉碎室2中吹風，第二旋風分離器4從篩分室I中抽風，同時在篩分室I的篩分葉片14的共同作用下，將第二步中得到的短秸桿和細秸桿混合物送入篩分室1，在篩分葉片14的低速攪動下，一部分細秸桿通過篩網11，進入第二旋風分離器4，經過旋風分離氣固分離作用，分離后的細秸桿進入料倉5，而潔凈空氣排入大氣中；
第四步:經過篩分室I篩分后，篩分室I中無法通過篩網11余留下物料，一方面在篩分葉片14反轉輸送作用，另一方面在切割粉碎室2左側的第一旋風分離器3的第一風機34風吸力作用下，再次返回到切割粉碎室2，從而有效的避免了篩網11被堵塞，提高了物料的過篩能力，同時在切割粉碎室2左側的第一旋風分離器3排出清潔空氣，并將物料和粉塵留在切割粉碎室內，有效的避免了空氣污染，改善了工作環境，同時提高了秸桿資源的利用率；第五步:重復第二、三、四步，余留下物料與通過進料口 27進入的新秸桿粗切割得到的新短秸桿物料一起再次進行粉碎處理，直至秸桿被完全粉碎，全部進入料倉5，關閉所有電機，工作結束。
權利要求
1.一種秸桿切割、粉碎和篩分一體化裝備，其特征在于，包括篩分室(I)、切割粉碎室(2)、第一旋風分離器(3)、第二旋風分離器(4)和料倉(5); 所述切割粉碎室(2)包括皮帶輪(21)、切割粉碎電機(28)、切割動刀(25)、切割定刀(26)、粉碎齒板(23)、主軸(22)、切割定刀(26)和進料口(27);切割粉碎電機(28)為皮帶輪(21)提供動力，切割動刀(25)安裝在主軸(22)上，切割定刀(26)固定于機架(29)上，進料口( 27 )置于切割粉碎室(2 )左側；在主軸(22 )上安裝有螺旋葉片(221)，螺旋葉片(221)使左側進料口(27)進入的物料切割后順利進入切割粉碎室(2);切割粉碎室(2)的內壁附有鋸齒狀粉碎齒板(23)，切割粉碎室(2)的動力由右方的皮帶輪(21)提供； 所述第一旋風分離器(3)安裝在切割粉碎室(2)左側，所述第一旋風分離器(3)的第一進口(32)和固體顆粒第一出口(33)與切割粉碎室(2)相通，所述第一旋風分離器(3)的第一氣流出口(31)與第一風機(34)相連，使夾雜粉碎物的氣固混合氣體從第一進口(32)進入，粉碎物從固體顆粒第一出口(33)再次進入切割粉碎室(2)，從第一氣流出口(31)排出清潔空氣； 所述篩分室(I)設在切割粉碎室(2)的右下方，并與切割粉碎室(2)直接相連通，篩分室(I)內設有篩分葉片(14)，所述篩分葉片(14)的左側端的一段伸入切割粉碎室(2)中，通過篩分葉片(14)旋轉使切割粉碎后的物料進入篩分室(I )，通過篩分葉片(14)反轉使篩分后留下長物料再次進入切割粉碎室(2)，篩網(11)設于篩分葉片(14)與出料口(15)之間；所述篩網(11)下方的出料口(15)與第二旋風分離器(4)的第二進口(43)相連，第二旋風分離器(4)的固體顆粒第二出口(42)與料倉(5)連接，第二旋風分離器(4)的第二氣流出口(41)與第二風機(44)相連，使粉碎后的物料通過氣流送入料倉(5)，清潔空氣排出。
2.根據權利要求1所述的一種秸桿切割、粉碎和篩分一體化裝備，其特征在于，還包括粉碎錘片組(24)，所述粉碎錘片組(24)包括粉碎錘片(241)、銷軸(242)、錘片隔套(243)和錘架板(244);兩個圓盤狀錘架板(244)分別固定在主軸(22)的兩端，銷軸(242)的兩端分別固定在兩個錘架板(244)的圓周上，并與主軸(22)平行，2 8個銷軸(242)沿錘架板(244)的圓周均勻分布；粉碎錘片(241)懸掛于銷軸(242 )，粉碎錘片(241)和銷軸(242 )鉸接，并繞銷軸(242)自由轉動；相鄰粉碎錘片(242)之間用錘片隔套(243)間隔，所述篩分葉片(H)與粉碎錘片組(24)互不干涉。
3.施權利要求2所述的一種稻桿切割、粉碎和篩分一體化裝備的方法,其特征在于，具體步驟為: 第一步:打開切割粉碎電機(28 )，使錘片組(24)和螺旋葉片(221)高速旋轉，長秸桿原料通過進料口(27)進入切割粉碎室(2)，通過安裝在主軸(22)上的切割動刀(25)與固定于機架(29)上切割定刀(26)進行粗切割，得到短秸桿；第二步:粗切割后短秸桿物料在切割粉碎室(2)的主軸(22)上螺旋葉片(221)作用下，往前輸送，且高速旋轉的粉碎錘片組(24)將秸桿反復擊打，在粉碎錘片組(24)與粉碎齒板(23)共同作用下，對短秸桿揉搓、粉碎，得到短秸桿與細秸桿混合體； 第三步:分別開啟第一風機(34)和第二風機(44)，第一旋風分離器(3)向切割粉碎室(2)中吹風，第二旋風分離器(4)從篩分室(I)中抽風，同時在篩分室(I)的篩分葉片(14)的共同作用下，將第二步中得到的短秸桿和細秸桿混合物送入篩分室(I )，在篩分葉片(14)的低速攪動下，一部分細秸桿通過篩網(11 )，進入第二旋風分離器(4)，經過旋風分離氣固分離作用，分離后的細秸桿進入料倉(5)，而潔凈空氣排入大氣中； 第四步:經過篩分室(I)篩分后，篩分室(I)中無法通過篩網(11)余留下的物料，一方面在篩分葉片(14)反轉輸送作用，另一方面在切割粉碎室(2)左側的第一旋風分離器(3)的第一風機(34)風吸力作用下，再次返回到切割粉碎室(2)，同時在切割粉碎室(2)左側的第一旋風分離器(3)排出清潔空氣，并將物料和粉塵留在切割粉碎室內； 第五步:重復第二、三、四步，余留下物料與通過進料口(27)進入的新秸桿粗切割得到的新短秸桿物料一起再次進行粉碎處理，直至秸桿被完全粉碎，全部進入料倉(5)，關閉所有電機，工 作結束。
全文摘要
本發明公開了一種秸稈切割、粉碎和篩分一體化裝備及方法，屬于農業機械技術領域。包括篩分室、切割粉碎室、第一旋風分離器、第二旋風分離器和料倉。本發明低速篩分區別于切割粉碎時的高速，并且由于篩分葉片的攪動作用，使得物料的過篩能力增強，使細物料能得到充分篩分，而粗短物料能再次回到切割粉碎室，得到再次粉碎，同時提高粉碎效率。本發明篩分室和切割粉碎室的一體化設計，使得裝備結構緊湊，占地面積較小。本發明適用于小型設施園藝種植企業和個體農戶秸稈資源化處理，改善加工環境，降低勞動強度，提高加工效率，降低生產成本，促進設施園藝清潔高效生產和可持續發展。
文檔編號B04C9/00GK103084286SQ201310012039
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月14日 優先權日2013年1月14日
發明者張西良, 李萍萍, 徐云峰, 孫曉佳, 郭茜, 路欣, 王紀章 申請人:江蘇大學