0、前言
甘蔗经收获后剔除下的大量蔗叶，目前的处理办法，一种是粉碎还田，一种是直接焚烧。随着国家对节能减排的重视，甘蔗叶的能源化是近年来对甘蔗叶资源开发利用所开辟的一种新途径。经研究人员测试甘蔗叶纤维素含量为52.30%．与玉米秸秆相比，其碳含量高10个百分点，氮含量相当，是生产沼气的优良原料。中国热带农业科学院农业机械研究所对甘蔗叶沼气发酵工艺进行了研究表明，提高物料的分解率．需要在发酵前对茎叶类原料进行粉碎处理，使其达到2~6cm长。目前对甘蔗叶的粉碎是利用铡切机进行切碎，虽然切碎长度能满足制作沼气原料的要求，但不能破坏甘蔗叶表面结构，不利于被沼气菌分解转化。
1、原理设计
经测试甘蔗叶平均长度为165cm．平均叶宽为5.5cm，表面较光滑�？悸堑郊纫愠ざ纫笥忠苹蹈收嵋侗砻娼峁沟囊�，决定采用动、定刀打击和切割原理。因单蔗叶的平均最大断裂力大约为600N，所以采用该工作原理也不会消耗太大的功率。
2、结构设计
2.1 整机结构与工作过程
考虑到操作的方便性，该机采用卧式结构，主要由喂料斗、机架、动刀轴、粉碎室、出料口以及传动机构、控制装置和电机组成，外形尺寸（长×宽×高）：2200mmX520mmx1500mm。
该机的工作过程为甘蔗叶原料经人工通过喂料斗送到
粉碎机进料口处，被高速旋转的动刀抓取进入粉碎室，在动刀、定刀、粉碎室罩壳及由动刀轴旋转形成的环流层的共同作用下，在圆周方向运动过程中受到打击、剪切及搓擦作用而被粉碎成断口形状不规则的细条状短片，并有效地破坏了叶表面结构，其中被粉碎的甘蔗叶随粉碎室中的动刀和气流送至出料口排出，未经粉碎或经粉碎仍较长或宽的甘蔗叶随动刀转子的旋转，在粉碎室中与新进入的原料一起再次被粉碎，增加了被打击、剪切和搓擦的机会，保证了物料被充分粉碎。
2.2主要部件结构设计
2.2.1动刀轴及动刀排列方式
动刀安装于动刀轴上，动刀轴直径大可有效防止物料缠绕，但又受到机器本身尺寸的限制，所以综合考虑后动刀轴采用φ140mm的无缝钢管，既可减少物料缠绕，又可使机器尺寸不会过大�？悸堑蕉都渚喽苑鬯楹笪锪铣ざ取⒐募肮ぷ餍实挠跋�，即刀片的排列越密，物料粉碎的就越碎，但功耗相对增大，工作效率也较低，同时考虑到机器尺寸的限制，综合分析后动刀数量选为16，动刀间隔选为30mm。
关于动刀的排列形式目前粉碎机上常见的有正反双螺旋线对称排列、对称排列、交错平衡排列3种方式，其基本设计要求是要在满足粉碎质量的前提下尽可能地减少振动。本刀轴刀座排列没有采用上述三种方式，而是从理论动平衡为0的设计思路出发，按动刀在刀轴上的位置建立空间力系，依据其所产生的合外力（式1）与合外力矩(式2)进行动平衡计算，得到其排列方式如图2所示，计算结果值均为0，说明动平衡良好。
2.2.2动刀结构
目前秸杆粉碎还田机等机具上用的动刀是甩刀和铰接式联接方式，是为了防止刀片在作业时碰到坚硬的物体而损坏�？悸堑奖净墓ぷ鞫韵笪占蟮母收嵋�，基本无硬质杂物，为减少功率消耗，提高打击和切割效果，本机采用将动刀片将螺栓固定于刀座上。动刀回转半径R值决定动刀末端线速度v，值的大小，而v值的大小对揉碎性能、效率等影响很大，v值越大可增大切割惯力，有利于切割和揉搓能力的提高．同时对物料的打击作用也增强。但y值过大时，对零部件强度的要求也越高，同时对转子动平衡要求也越高．因此为了保证机器一定的平稳性和粉碎效果，参照国内外几种主要的秸杆粉碎还田机的I／值37-56mts的范围，本机动刀设计为矩型直刀，单面开刃，如图3所示，安装后动刀回转直径R为480mm．线速度为50.24m/s(对应转速为2000r/min)．能有效地对物料进行打击、切割及揉搓。
2.2.3定刀
定刀的主要作用是配合动刀对物料进行切割，同时影响物料在粉碎室中的运动状态，使工作间隙在定刀处突然减少，加强物料间的摩擦作用，进一步提高粉碎效果。试验发现粉碎室中定刀组数及定刀排列的位置对粉碎效果影响很大，如表l所示，一组定刀时粉碎效果差，两组和三组定刀能明显提高粉碎率，且二者粉碎率无明显差异，但三组定刀时功耗增加比较明显，综合考虑粉碎效果和功耗后确定定刀的结构型式为U型，共两组．用螺栓固定安装于粉碎室的下盖板上，与动刀的间隙为2-4mm，重叠50-60mm，定刀组间角度相差80°。
2.2.4粉碎室
粉碎室整体向出料口方向偏移20mm，使得粉碎室相对动刀轴成一偏心圆形式，即喂入口离动刀的距离较出料口小，便于动刀对物料的抓取和物料的喂入。其具体结构是由左右两支撑挡板、上下盖板、定刀组及动刀转子总成共同组成，并通过螺栓连接到机架上。
2.3配套功率和传动机构
用电机功率为5.5kW的机械无级调速电机驱动，转速调至2000r/min，对甘蔗叶粉碎机进行实际工作测定，功率测试结果为3.5-4.0kW，因此选择电机功率为4kW。传动机构选择B型V带轮，传动可靠。
3、试验结果
试验用甘蔗叶来自于湛江华海农场，使用圆捆捡拾打捆机收集，其含水率为13.5%。试验时动刀轴转速为2000r/min，人工方式喂料，试验指标选择为粉碎率、耗电量和生产率，结果如下：
1)粉碎率为90%;
2)耗电量为3.8 kWfh
3)生产率为200kg/h
其中粉碎率是以长度小于6cm的蔗叶占蔗叶总重量的百分比来计算。试验过程中机器振动小，经粉碎后的甘蔗叶平均长度小于6cm，宽度小于lOmm的占90%（即粉碎率），物料大小能满足沼气生产发酵的要求；实际功率消耗为3.5kW．且甘蔗叶断裂的断口极不规则，表面破损，有效地破坏了叶表面蜡质层，增加了与沼气菌接触的有效面积：结果表明试验达到了预期的要求。
如图4和图5为利用铡切机和本设计的粉碎机进行两种不同粉碎原理时的蔗叶粉碎效果对比。
图4为铡切机的粉碎试验，可以看出甘蔗叶在叶宽方向上没有被破坏，仍保持其原有宽度，其表面结构不能被破坏，而图5是利用设计的粉碎机进行粉碎的效果图，甘蔗叶在叶宽方向上被破碎成细丝条状，较好地破坏了其表面结构。与切段式铡切机相比具有粉碎物料细的优点。
4、问题与讨论
1)甘蔗叶为长形物料，如进料时以长度方向平行于动刀轴的方式进料，则更有利于粉碎效果的提升。
2)尽管本机转子设计时已应用动平衡计算公式进行过计算，并使得动平衡量为零，但由于实际的制造误差，仍有少许振动，为进一步减少振动，最好还是做静平衡或动平衡。
3)经试验发现，进料口开口宽度与角度及定刀的配置角度对粉碎室内气流的运动有较大的影响，以至于影响到物料的喂入，目前观察到进料口风速较高，负压情况不理想．还需对粉碎机的空气动力学性能参数做进一步研究。
4)由于甘蔗叶物料具有蓬松且杂乱的特点，如在喂料斗上加装喂料装置，将更有利于物料的喂入。
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