全 文 ：文章编号:1007-8614(2004)01-0065-04
饲用甜菜切丝机的试验研究初探
郭俊先1 , 努尔夏提·朱马西1 , 梁勤安2
(1.新疆农业大学 机械交通学院 ,乌鲁木齐　830052;2.新疆农业科学院 农业机械化研究所 ,乌鲁木齐　830091)
摘　要:　通过正交试验 , 考察了切丝加工时功耗及切丝损失率等试验指标与切丝机几个主要的结构参数(包括刀
的倾角 、转速和刀的厚度等)的关系 ,并初步获得了切丝机结构参数的较优组合。
关键词:　饲用甜菜切丝机;功耗;损失率;结构参数;试验
中图分类号:　S226.8　　　　　　文献标识码:　A
Preliminary experimental study on the fodder beet cutter
GUO Jun-xian1 , Nuerxiati·zhumaxi1 , LIANG Qin-an2
(1.College of Mechanical Engineering and Communication ,Xinjiang Ag ricultural University ,Urumqi ,
830052;2.Agricultural M achanization Institute , Xinjiang Academy of Agricultural Sciences , Urumqi
830091)
Abstract:　There have been some repo rts about the device used in processing fodder beet recently , the technic
and data are still not available.Acco rding to the guiding thoughts designing and researching fodder beet s cut-
ter , which is brought forw ard by the researcher in our team , we devised a set of experiments.In the paper , we
studied the relation between the testing index s such as pow er cosumption and loss rate and the structure factors
of the cut ter , including dip ang le of plate and rotational speed , and obtained some rational parameters , with
w hich we can improve the designment and enhance the quali ty of the cut ter.
Key words:　 fodder beet cutter;power consumption;loss rate;st ruct rue factors;test
当前在国内青绿饲料加工设备中已有小型和中型两大类 ,包括根菜切碎机 、青绿多汁饲料切碎机 、块根
洗涤机 、饲用甜菜切块 、切丝机及螺旋式块根洗涤切碎机等[ 1 ～ 5] 。其中多以胡萝卜和一些植物的茎叶作为
原料进行设计的 ,这些物料的特性与饲用甜菜的特性有很大的差别[ 6] 。为了能获得饲用甜菜加工设备第一
手的设计和试验资料 ,使得所研制的饲用甜菜切丝机功耗和损失率较低 ,并使加工后的甜菜丝能够达到饲
喂的要求 ,对初步设计的切丝机进行试验研究 。通过对试验数据的分析 ,获得较为合理的结构参数 ,并在试
验的过程中可以发现设计中的缺点和不足 ,为切丝机研究开发的后续工作打下坚实的基础。
1　试验机及工作原理
1.1　试验物料与设备
为了便于观察和测量 ,试验设备主要有可调机构 、调速电机 、功耗表等组成(图 1)。调速电机用以调节
动刀盘的转速;调节机构用以改变刀具的倾角 、间隙等参数。试验物料来自华新畜牧有限公司试种的饲用
甜菜 。
收稿日期:2003-12-13
基金项目:新疆维吾尔自治区农业适用技术推广项目
新 疆 农 业 大 学 学 报　2004 ,27(1):65 ～ 68
Journal of Xinjiang Agricul tural Universi ty
1.2　切丝部件的结构和切丝原理
切丝部件是一离心式切丝滚筒(图 2)。刀具固定在定刀盘的侧面 ,并可以调节其倾角 、间隙和换刀 ,有
大刀片和一组梳型刀组成 。在动刀盘的外侧焊接有压板 ,随动刀盘一起旋转。
　1.接料斗;2.机架;3.刀具及调节机构;4.喂料口;
　5.压板;6.定刀盘;7.调节开关和功耗表;8.电机
1.压板;2.饲用甜菜;3.调节板;4.梳型刀;5.梳型刀
刀座;6.大刀及调节机构;7.定刀盘
图 1　试验机结构示意图 图 2　离心式切丝滚筒结构示意图
Fig.1　Schematic diagram of testing machine structure Fig.2　Schematic diagram of the structure of centrifugal cylinder
工作时物料由进料口进入动刀盘中 ,在离心力的作用下 ,被甩向侧面 ,进而在压板和离心力的共同作用
下 ,随着动刀盘在定刀盘中高速旋转 ,当运行到刀具的位置 ,被逐渐加工成丝状 ,并在离心力的作用下甩出
出料口。
2　离心式切丝滚筒试验参数的确定
影响切丝机性能指标的因素有许多 ,其中主要因素有动刀盘的转速 、大刀片的倾角和刃角 、梳形刀的厚
度 、梳形刀和大刀片的间隙等 。反映切丝机性能的指标有功耗 、切丝损失率和切丝均匀度等。
图 3　空载下试验机功耗图
Fig.3　 Unloaded power consumption of testing machine
2.1　动刀盘的转速
为了达到饲喂生产量的要求 ,根据参考文献
[ 7]中公式进行计算:
A =0.576πnLbrRKKK E
式中:A 为切丝机的生产能力(t·d-1);L 为切
丝刀片的长度(m);b为菜丝的厚度(m);r 为甜
菜的容重(kg·m-3);R 为切丝滚筒的半径(m);
KK 为切丝机的结构参数;KE 为切丝机的使用系
数;n 为动刀盘的转速(r·min-1)。
查表 得 , KE = 0.6 ,KK = 0.9 , r =
600 kg·m-3 , 当 L 取 0.1 m , b 取 0.007 m ,切丝
滚筒的半径定为 0.2 m时 ,求得当生产率 A 为 20 ～ 30 t·d-1时 ,动刀盘转速 n 为 351 r·min-1 ,其动刀盘的
边缘线速度 V 为 7.35 m·s-1 。从图 3可以看出 ,随着动刀盘转速的增加 ,其功耗也在逐渐增加 ,在 477 ～
545 r·min-1其功耗明显增加。通过初步的试验测定 ,低转速下 ,损失率高;中转速下 ,功耗适中 ,加工损失率
低;高转速下 ,功耗急剧增长 ,损失率较大 ,机具振动较大。故而取动刀盘的转速范围为 410 ～ 545 r·min-1 。
2.2　大刀的倾角
根据理论分析 ,当大刀的切削方向和甜菜运动方向共线时 ,切削阻力较小[ 8] 。由已知的试验机结构尺
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寸参数计算得 , θ=-13°。做试验以此角度为基准 ,分别向两个方向取 1.5°。
2.3　梳型刀的厚度
梳型刀采用刀具厂的标准件 ,此类刀具在蔬菜加工机械中已广泛使用 。通常选用 0.4 ～ 0.8 mm 厚的刀
具 ,在本实验采用 0.4 ～ 1.2 mm 规格的刀具 。
2.4　大刀与梳型刀的水平间隙
为便于制造 、换刀 ,在设计过程中将刀具分为大刀和梳型刀(图 2)。据已有的结构尺寸 ,将大刀和梳型
刀的水平间隙定为 Lmax =7 mm , L min=2 mm 。试验时甜菜丝的尺寸基本确定为 D =8 mm , W =7 mm 。
3　试　验
表 1 　因素编码表
Table 1　 Values of factor levels
水 平 因 素
A B C D
1 2.0 410 -1.5 0.4
2 4.5 477 0 0.8
3 7.0 545 1.5 1.2
3.1　试验设计与结果
采用了四因素三水平的正交试验 L9(34),因素水平见表 1 。A ,B ,
C ,D分别为大刀与梳型刀的水平间隙(mm)、动刀盘转速(r·min-1)、
大刀倾角(°)、梳型刀厚度(mm)。试验设计及数据见表 3 。
3.2　结果分析
采用极差分析法考察各指标(表 3),从表 3可以看出 ,功耗和损失
率的极差分析所获得优水平吻合 ,但因素的主次有差别。考虑到均匀
度对饲喂的要求影响不大 ,为了能够获得统一的较优组合和设计方案 ,只对功耗和损失率两个试验指标进
行综合加权评分方法的极差分析(表 4)。根据专家经验和试验指标的特点 ,基本确立两个指标的权值 W 1 ,
W 2 分别都为 50。其计算系数 λ1 , λ2 分别为 57.47和 6.84。
表 2　试验设计与数据
Table 2 　 Design and data of experiment
试验号 试验条件
A B C D
耗
/W·kg-1
损失率
/ %
均匀度
/S
1 1 1 1 1 0.92 2.29 0.0757
2 1 2 2 2 1.60 6.11 0.0534
3 1 3 3 3 2.09 8.67 0.0610
4 2 1 2 3 1.38 2.38 0.0525
5 2 2 3 1 1.09 2.86 0.0514
6 2 3 1 2 1.39 1.36 0.0667
7 3 1 3 2 1.79 6.28 0.0732
8 3 2 1 1 0.98 1.89 0.0756
9 3 3 2 3 1.51 6.90 0.0510
表 3　试验数据极差分析表
Table 3　The table on range analysis of experimental data
指标 功　耗
A B C D
损失率
A B C D
均匀度
A B C D
K1 1.54 1.36 1.10 1.00 5.69 3.65 1.85 2.35 6.3 6.7 7.3 6.8
K2 1.29 1.22 1.50 1.59 2.20 3.62 5.13 4.58 5.7 6.0 5.2 6.4
K3 1.43 1.66 1.66 1.66 5.02 5.64 5.94 5.98 6.7 6.1 6.2 5.5
R 0.25 0.44 0.56 0.66 3.49 2.02 4.09 3.63 1.0 0.7 2.1 1.3
优水平 A 2 B2 C1 D1 A2 B2 C1 D1 A2 B2 C2 D3
主次 DCBA CDAB CDAB
67　第 1 期 郭俊先 , 等:饲用甜菜切丝机的试验研究初探
表 4　试验指标综合加权后的极差分析表
Table 4　The table on range analysis of weighted experiment index
分析值 A B C D
K 1 127.23 103.22 75.66 73.33
K 2 89.00 95.06 121.1 122.92
K 3 116.35 138.14 135.81 136.33
极差 R 38.23 43.08 60.15 63.00
优水平 A2 B2 C1 D1
主次因素顺序 DCBA
4　结　论
影响切丝机功耗和加工损失率的主要因素是梳型刀的厚度和大刀的倾角:①梳型刀的厚度越薄越好 ,
但在进行生产试验的过程中出现两次打刀事件 ,且均在梳型刀的厚度为 0.4 mm 时 ,因此对梳型刀的选用或
设计应考虑多方面的因素 。在满足切丝宽度的条件下 ,尽可能的缩短梳型刀伸出刀座的长度 ,以减小加工
时小刀片的扭曲和变形;在满足刚度的条件下 ,选用具有较好韧度的材质;②大刀的倾角处于第一个水平
时 ,功耗和损失率都比较低 ,但与理论分析有差别 ,其主要原因是当大刀与水平切削方向形成一个微小的夹
角时 ,减少了未被加工的饲用甜菜与大刀和刀座结合缝隙的磨擦损失。因而在设计时应提高刀座的加工精
度 ,尽可能的减小其结合缝隙 ,减少加工损失量。
动刀盘的转速也能影响切丝机功耗和加工损失率 ,当动刀盘的转速在 477 r·min-1时 ,两个试验指标均
低。从电机的输出特性曲线和理论分析可知 ,当转速过低时 ,动刀盘的转动惯性力较小 ,切丝前后速度差较
大 ,增加了电机的负载 ,从而增加能耗;当转速过高时 ,虽然增加了惯性储能 ,但同时也增加了功耗;当转速
处于中间时 ,既满足了惯性储能 ,又满足了电机的输出特性 ,所以试验获得结果与理论是吻合的 。实验结果
表明 ,D1 C1 B2 A2 的参数组合最佳 ,此时大刀与梳型刀间隙为 4.5 mm 、动刀盘转速 477 r·min-1 、大刀倾角
-1.5°、梳型刀厚度 0.4 mm 。
通过正交试验的设计和极差分析方法并不能完全真实的反映各试验结构参数与指标之间的关系 ,由于
新疆饲用甜菜的饲喂时间长 ,有一部分甜菜会因受冻而变质 ,所以应进一步完善试验 ,通过回归试验找出结
构参数与试验指标之间的回归方程 ,从而找到最佳的组合 ,以适应不同时期和品质的饲用甜菜的加工。
本文得到新疆农业大学机械交通学院杨宛章老师的精心指导 ,在此表示衷心的感谢 !
参考文献:
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