引言
香蕉屬芭蕉科植物，屬多年生宿根草本植物。植株結果后枯死形成秸稈，香蕉秸稈富含大量的有機質、氮、磷、鉀和微量元素，是良好的有機肥料。我國香蕉種植面積 35． 3 萬 hm2左右，海南香蕉種植總面積近 4． 7 萬 hm2，由此產生了大量的秸稈廢棄物。目前，我國香蕉秸稈主要被作為農業廢棄物直接回田或者用人工搬運到路邊的田埂使其自然腐爛，未能得到合理、有效的利用，這些地方成為了香蕉病蟲害的繁殖場和傳播源，進而增加植保投入成本。目前研究的較成熟切片機有滑切型蓮藕切片機、鼓式削片機等，而對香蕉秸稈還沒有一套較為完善的切片機系統。為此，主要介紹了一種利用上下錯位的偏置刀盤對香蕉秸稈進行的高效率、高質量切片的方法，并配合高壓氣體輔助吹掃。同時，通過液壓系統對香蕉秸稈投送到切片的全過程實現自動控制，能較好、精確地控制香蕉秸稈切片機完成預期的采摘作業。
1 切片方法及原理
1． 1 切片方法
目前，國內外主要研究的切片機基本類型有 5種，按其結構可分為: 搖動式切片機、輪轉式切片機、滑動式切片機、推動式切片機、冰凍式切片機。它們在各個領域皆有較為成熟、完善的應用，而針對目前國內尚無一套完善的、標準的、系統化的香蕉秸稈切片機系統的現狀，筆者設計了一種新型的香蕉秸稈切片機。該機采用上下偏置刀盤高速交替旋轉并以高壓空氣輔助吹掃雜質殘留物從而切片的方法，在香蕉秸稈的各種加工預處理工藝中，主要進行香蕉秸稈切片的加工處理。
1． 2 切片原理
工作時，首先用高壓空氣把切削室部分吹掃干凈; 之后，香蕉秸稈從上方進入到切削室; 當傳感器感應到香蕉秸稈時，液壓系統控制刀盤開始旋轉; 隨著切削刀盤的高速旋轉進行切削，所切削的秸稈在切削室內由切削刀盤上的風葉所產生的高速氣流送出。
由于切削室由兩個偏置刀盤進行同時錯位高速旋轉，當上部的刀盤進行切削時，下部的刀盤收回; 當被切片的香蕉秸稈由于高速氣流被送出后，由于自身重力下落觸碰到下部的刀盤，這時上部刀盤收回，下部刀盤進行切削。由此周而復始地進行香蕉秸稈切片，既提高了切片效率，也降低了工人勞動強度。
切片期間，高壓空氣罐里的空氣通過連接到切削室的吹掃管道不斷地把殘留在刀盤上的殘留物和一些雜質吹掃除掉，并且因為香蕉秸稈含有少量水分，從而保持了刀具的干凈鋒利和不易被腐蝕。被切片的香蕉秸稈會落入到下方的收集箱內，進而保證了操作空間的干凈整潔。
2 香蕉秸稈切片機的結構
2． 1 基本結構
香蕉秸稈切片機的結構簡圖如圖 1 所示?！緢D1】
2． 2 壓力傳感器
壓力傳感器裝在喂料口靠近上部刀盤處，可以檢測有無秸稈投入，進而反饋給控制系統，自動啟動、關閉刀盤的旋轉。
傳感器也稱變換器，是將非電量等按一定規律轉換成便于測量、傳輸和控制的電量或另一種非電量的元器件或裝置。它是由轉換原件、信號調理、敏感元件和轉換電路組成的，如圖 2 所示?！緢D2】
圖 2 壓力傳感器的組成本機械裝置采用電橋構成測量電壓式壓力傳感器，是一種具有較高靈敏度的測量方式。壓差為零時，電橋的兩臂相等。差壓信號加到 4 個壓敏電阻上時，壓敏電阻的阻值隨差壓變化而變化，因此引起電橋失衡。由于電橋失衡引起電流變化，通過運放LM2904 進行電流放大，而后在后面接 ADC0834 模數轉換芯片，進而把模擬信號轉化為數字信號，最后傳輸至 CPU 進行處理。其電路接線圖如圖 3 所示?！緢D3】
3 自動切片過程及控制系統
3． 1 自動切片的工作過程
首先香蕉秸稈切片機開關開啟之后，高壓空氣也隨之開啟，清掃切削室及刀盤刀具; 當感應器感應到從喂料口進入的香蕉秸稈后，由液壓馬達連接軸承和刀盤提供轉矩使刀盤高速旋轉; 由于上下兩刀盤進行錯位運動，當香蕉秸稈觸碰到上部刀盤時，被切削下的香蕉秸稈由切削刀盤上的風葉所產生的高速氣流所送出，這時的下部刀盤收回; 隨后上部刀盤收回，香蕉秸稈由于自身重力落下觸碰到下部刀盤時重復上步動作，直到一整根秸稈的切削動作結束完成 1 次自動切片過程，如圖 4 所示。這樣的自動切片過程很好地達到了香蕉秸稈切片的要求，是一種質量、效率都較高的可行方案?！緢D4】
3． 2 液壓控制系統的結構原理圖
切片機的液壓控制系統圖如圖 5 所示?！緢D5】
液壓泵在電動機的帶動下旋轉，油液由油箱經過濾器被吸入液壓泵，由液壓泵輸入的壓力油通過手動換向閥、節流閥、換向閥進入液壓馬達的高壓側油缸，致使油缸容積逐漸增大，柱塞被頂出壓在斜盤上產生轉矩，而位于低壓側的油缸容積逐漸減小，油液經換向閥排回油箱。液壓馬達的旋轉速度由節流閥來調節: 當節流閥開大時，進入液壓馬達高壓側油缸的油液增多，液壓馬達的旋轉速度增大; 當節流閥關小時，進入液壓馬達高壓側油缸的油液減少，液壓馬達的旋轉速度減小。液壓泵輸出的壓力油除了進入節流閥以外，其余的打開溢流閥流回油箱。
3． 2． 1 液壓控制系統中液壓馬達的結構原理
軸向柱塞式高速液壓馬達的工作原理結構圖如圖 6 所示?！緢D6】
液壓馬達是將液壓能轉換為機械能的一種裝置，靠密封容積的變化來實現連續的旋轉運動。為了實現切片機刀盤的高速旋轉運動，液壓馬達的選擇將采用軸向柱塞式高速液壓馬達。當壓力油輸入液壓馬達時，處于壓力腔的柱塞被頂出，柱塞在壓力油作用下外伸，緊貼斜盤，斜盤對柱塞產生一個法向反力p; 此力可分解為軸向分力 Q1和垂直分力 Q2。軸向分力 Q1和作用在柱塞后端的液壓力相平衡; 而垂直分力 Q2則使柱塞對缸體產生一個轉矩，帶動馬達軸逆時針方向旋轉。由于柱塞的瞬時方位角呈現周期性變化，所以液壓馬達總的輸出扭矩也呈現周期性變化，導致軸向柱塞式液壓馬達產生的瞬時總轉矩總是脈動的。當液壓馬達的輸入、輸出油口互換時，馬達將反向旋轉; 當改變馬達斜盤傾角 γ 時，馬達的排量也隨之改變，進而可以調節輸出轉速或轉矩。
4 結語
基于海南香蕉秸稈重復再利用的需求，進行了一種新型自動切片機的設計，著重介紹了香蕉秸稈的切片原理、主要結構和液壓控制系統的設計。本文設計的香蕉秸稈切片機能降低工人勞動強度、提高工人勞動舒適性及切片效率，實現秸稈廢棄物的再利用。由于結合了機械切片和高壓氣體輔助切片，可以達到更好的切片效果，為后續的香蕉秸稈加工提供足夠的原材料，使香蕉種植產業的成本降低進而獲得更高的經濟效益，減輕因香蕉秸稈處理不當所造成的廢物和廢氣對人體的危害、提高資源再回收利用率、增加果農收益，從而達到低碳環保、可持續發展的要求。
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