闫晓海，肖梦月
（潍坊理工学院，山东 潍坊 262500）
烟草种植是中国农业经济发展中非常重要的一部分，每年都为中国带来可观的经济效益。作为一种经济作物，烟草打顶期需要对植株进行打顶,从而抑制顶端生长素使植株的纵向生长。烟草打顶作业主要以人工剪切，人工打顶存在植株参差不齐、效率低下以及叶片损伤等问题，严重影响烟叶的生产质量。
现研制一种烟草打顶循环一体机，通过升降装置改变打顶作业高度，研磨打顶产生的残余，并将残渣加工成杀虫液、饲料、农家肥等循环利用，减轻残余物自然降解产生的病虫害，避免了经济上的浪费，实现了生态的有利结合。
烟草打顶循环一体机主要由烟草打顶系统1、研磨系统2、过滤收集系统3、导流收集系统4和升降系统5等5个部分组成，见图1。其中打顶系统通过割刀的旋转将烟芽切下，实现打顶；
随之烟芽被传送至收拢结构，并通过传送带运输到研磨系统；
研磨系统与打顶系统相连接，主要是针对打顶残存的烟叶、烟杆研磨破碎进行固液分离化；
过滤收集系统将液态残存物进行过滤、收集，并通过后续发酵制作沼气或杀虫剂；
导流收集系统主将固态的残余物进行收集；
升降系统通过改变打顶机高度，改变打顶位置，保证打顶精确化。
图1 碳、氮、磷化学计量学分析Fig.1 The stoichiometric analysis of carbon,nitrogen and phosphorus
图1 烟草打顶循环一体机整机结构Fig.1 The overall structure of tobacco topping and circulation machine
3.1 打顶系统
打顶系统主要由大刀盘2、锯齿形刀片8、传动轴1、凹型口3、螺母9、前收拢板5、弹簧6、挡板7、后收拢板4等9个部分组成，见图2。其中大刀盘4、传动轴1、螺母9共同组成切割器。凹型口3位于该机械的纵向最前端采用凹型体结构，切割时可以对植株居中切入；
大刀盘2安装在传动轴上，设计要求转动灵活，切除的烟草顶部要均匀无刮痕。考虑到烟草植株的茎秆质地较硬，选用锯片形式的圆盘割刀。根据烟草植株的生长情况、打顶的整齐性、工作的稳定性等因素，采用水平旋转切割[1]。
图2 烟草打顶循环一体机打顶研磨系统Fig.2 The topping and grinding system of tobacco topping and circulating integrated machine
大刀盘2机身厚度为10 mm，中心孔半径为25 mm。根据烟叶植株顶部的水平投影距离，回转半径设置为120 mm，可以有效地切割烟草茎秆。锯齿形刀片8的滑切角为40°。刀片的刀刃上设计成锯齿型，有利于切断秸秆，提高切割效率。锯齿型刀片8主要将大刀盘2切下的烟芽打碎，因此上面布满了许多齿形刀刃。当刃口沿材料切向滑移时，这些齿的齿端在切割材料纤维上一方面做向前的锯齿切割运动，另一方面做向下的锯齿切割运动，两方面联合作用，植株材料更容易被打碎[2]。
挡板7、弹簧6、前置收拢板5、后置收拢板4组成烟芽收拢装置。烟草打顶后产生的残存茎秆杂乱无序，通过收拢装置，可以有效地将残存烟秆规整，便于后续的研磨加工。
3.2 研磨系统
打顶后产生的残存茎秆由传送带12传送至粗研磨装置，将其打碎成片状烟草物料，再由传送带13传送到精度研磨部分，在精度研磨装置的加工下，片状烟草物料进一步被加工为颗粒状，分离为残渣和汁液，为循环再利用系统的工作做好初步准备，见图3。
传送导流部分在整个研磨系统中起着非常关键的作用，主要包括粗研磨部分的传送带12、粗研磨与精度研磨之间的过渡传送带13、传送带14。粗研磨部分的传送装置可以连接打顶系统和精度研磨部分，利用自身的结构特点，平稳运送打顶产生的叶片与茎秆，通过传送带下方支架上安装的纵向齿形刀片11，对物料进行初步的粗加工，为后面的工序做好充分的准备。粗研磨部分由传送带12、支撑架10和纵向齿形刀片11三部分组成。纵向齿形刀片11固定在支撑架10上，便于控制旋刀的旋切方向。
精度研磨部分主要是由五个圆柱齿形刀片15、半封闭加压盖16。精度研磨部分是将将粗研磨后的块状烟草物料进一步研磨成碎末状残渣并挤出烟草汁液的关键部分。通过多个圆柱齿轮刀片的切割，使物料得到充分的研磨，为后续的回收利用部分做好准备。
3.3 过滤收集系统
液态残存物过滤收集系统主要由粗过滤装置17、精过滤装置18、液态残存物收集装置19和液态残存物导流管20四部分组成，见图3。残存物粗过滤装置主要在精研磨系统的下方，一端通过焊接方式焊接在精研磨系统的下方，另一端采用倾斜焊接的方式与残存物精过滤装置构成45度角；
残存物精过滤装置在残存物粗过滤装置的下方，采用固定焊接方式焊接在残存物收集盒的顶端；
导流管位于液态残存物收集盒的正下方。当残存物被研磨导出后经过残存物粗过滤装置进行粗过滤，将其中较大的叶片茎秆进行筛选，而液态残存物会经过粗过滤的孔滴落到残存物精过滤装置上进一步过滤，彻底将固态残存物清除，剩下的液态残存物会经过液态残存物收集盒继而收集到液态残存物收集箱中，对残余液回收箱中的液体用于制造杀虫剂。
图3 烟草打顶循环一体机过滤收集导流系统Fig.3 The filtration,collection and diversion system of tobacco topping and circulation integrated machine
3.4 导流收集系统
导流收集系统包括导流板22、固态传送带21和收集箱23，见图3。固态残存物导流装置在残存物粗过滤装置17的右方，通过焊接方式焊接在残存物粗过滤装置18的侧壁上；
固态残存物收集盒在导流板22的右方，通过焊接方式焊接在导流板的侧壁上；
当残存物被研磨导出后经过残存物粗过滤装置粗过滤，将其中过大的叶片进行筛选，将固态残存物会经过残存物粗过滤装置17滑落到导流板上，随后这些固态残存物经导流板经过固态传送带22到固态残存物收集箱23中。
打顶残存物堆积在田间发酵过程中，会在残存物中产生大量病虫害，破坏烟草生长，降低烟草的质量和产量，通过对残存烟叶的收集和集中处理，实现循环再利用[3]。固态回收品可用作沼气发酵或通过发酵处理后作为饲料。最终实现资源的再利用，提高资源利用率[4]。
本文所设计的烟草打顶循环一体机，主要用于对团棵期的植株进行打顶，对于所产生的残余物进行固液化分离，对于固态的产物进行循环再利用主要用于饲料和农家肥，对于液态的残余物用于杀虫剂的生产。该机械有效的提高了烟草产量和叶片质量，提高了作业效率，同时促进烟草种植的良性发展。
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