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盘式秸秆粉碎机设计doc

发布时间:2022-10-04 12:52:39 来源:bob电竞官网APP 作者:bob电竞官网APP链接

  TOC \o 1-3 \h \u 23931 摘要 II 28531 关键字 II 27269 Abstract III 18984 1绪论 1 29161 1.1研究目的及意义 1 13801 1.2国内外研究概况 3 11088 1.3主要设计内容及设计路线 2.2工作原理 5 7967 2.3主要技术参数 8 24981 3切碎装置设计 9 20704 3.1切碎方式选择 9 15209 3.2切碎原理分析 9 32062 3.3割刀参数分析 10 29537 3.3.1直刃刀的参数分析 10 24129 3.3.2圆弧刃的参数分析 12 30007 3.4刀具及刀盘的设计 12 11079 3.4.1刀具设计 12 21295 3.4.2刀盘设计 13 3162 4压辊式喂料装置设计 15 24740 4.1结构及工作原理设计 15 27926 4.2喂料装置主要技术参数确定 16 20926 4.2.1切碎长度 16 21501 4.2.2粉碎机生产率 17 4621 5输送装置设计 17 18727 5.1结构和工作原理设计 17 20711 5.2链传动的设计计算 18 24245 6传动装置设计 19 14248 6.1电机选择 20 3199 6.2整体传动比的设计 21 6678 6.3 V带传动设计 21 2923 6.4齿轮传动设计 26 7312 7机架设计 29 3795 8主轴的设计计算与校核 30 23639 9主轴轴承的选择与校核 32 21455 9.1主轴轴承的选择 32 9866 9.2轴承的校核 32 14178 10刀盘固定键的选择及校核 33 3183 结论 33 20088 参考文献 34 31996 致谢 36 盘式秸秆粉碎机的设计 摘要 农作物秸秆资源作为一种重要的可再生资源,在我国产量巨大,但至今却一直没有得到充分利用,因此设计出的一种对秸秆进行切碎处理的机械可以很好地解决此问题。目前,农作物秸秆的处理方法很多,可以作为畜牧饲料,还田堆肥,作工业原料和生物质能源等,这些都需要将秸秆进行切碎处理。本文结合我国的实际情况,说明了秸秆的利用价值,详细介绍了盘式秸秆粉碎机的工作原理,根据生产能力要求,对粉碎机的结构进行了设计。文中主要完成了盘式秸秆粉碎机的总体设计,包括切碎装置、喂料装置、输送装置、传动装置和机架等。 设计选择了圆弧刃飞刀切碎作为切碎方式; 将喂料装置设计为机械浮动式喂料,提高了自动化程度; 输送装置设计为链板式送料,送料过程安全可靠,节省劳动力; 出料方式设计为气流式上出料,出料快捷方便,不堵料; 对传动装置进行了设计计算,包括带传动和齿轮传动。 关键字 农作物秸秆;切碎;盘式粉碎机;圆弧刃;压辊 The Design of the Disc Straw Pulxerizer Abstract Crop straw resources as an important renewable resources, huge production in our country, but so far has not been fully used, so the design of a mechanical to chop the straw is a good way to solve this problem. At present, the processing method are many, crop straw can be used as livestock feed, returning compost, industrial materials and biomass energy, etc., all of these needs will be chopped straw processing. In this paper, combined with the actual situation of our country, illustrates the utilization value of straw, introduced the working principle of disc straw crusher, in accordance with the requirements of production capacity, design the structure of mill. This paper mainly completed the overall design of the disc straw crusher including chopped device, feeding device, transmission device, gear and rack, etc. 1)Design a circular blade fly knife chopped as the chopped way; 2)Will feed device is designed for mechanical floating feed, improve the degree of automation; Conveying equipment design for chain plate feeding, feeding process is safe and reliable, saving labor; Discharging mode design for pneumatic discharge, discharge fast and convenient, no plugging material; The designing calculation of transmission device, including belt transmission and gear transmission. Key words Crop straw; Cut up; Disc straw pulxerizer; Arc blade; Roller 1绪论 1.1研究目的及意义 随着全球化石能源的消耗殆尽、环境问题的日益突出,能源问题越来越受到人们的关注。能源是人类赖以生存发展的物质基础,与社会的发展有着密切的关系。我国作为生物质产出大国,应将对生物质的开发与利用放在重要的位置上。 我国是农业大国,秸秆是粮食生产中的主要副产品之一,同时也是工农业生产的重要资源,是极为丰富并能直接利用的可再生资源。作为一种资源,作物秸秆可用作肥料、饲料、燃料及造纸、制炭、建材等的原料(祖宇等,2012)。 目前,我国的秸秆开发利用主要从四个方面进行: 图1.1中国农作物秸秆的主要用途 Figure 1.1 The main purpose of China Straw 一是秸秆还田包,括整株还田和粉碎还田两种,秸秆还田是目前秸秆利用的最主要方面,据统计,2000年我国主要粮食作物秸秆粉碎还田的面积占其种植面积的58.6%(韩鲁佳等,2002)。秸秆还田的方法分为整株还田技术、粉碎还田技术、有根茬切碎还田技术和传统沤肥还田技术。配套的秸秆还田设备有粉碎还田机、灭茬机、收获还田机和水田埋草机等。目前,经过对秸秆还田技术和配套操作规程等的研究,秸秆直接还田在我国已有了一定面积的推广应用。在“八五”期间,秸秆直接还田技术规程研究取得了重要突破,已经制定出了包括华北、西南、长江中游区、江苏水早轮作区和浙江三熟制种植区的麦秸、玉米秸、稻草直接翻压还田的技术规程,包括还田方式、秸秆数量、施氮量、土壤水分、粉碎程度、还田时间以及防治病虫害、杂草等方面的技术要求,实践证明适量的秸秆还田能有效增加土壤的有机质含量,改良土壤,培肥地力(胡代泽,2000)。 二是生物质秸秆在沼气工程和发电厂等的应用,作为一种能源,生物质秸秆是一种清洁的可再生能源,应用前景大,意义重大。据全国农村可再生资源统计资料显示(2001),“九五”期间,秸秆能源用量仍占农村生活用能的30%-50%。传统的秸秆利用方式是直接燃烧,因其密度小,灰分多,己不再适应农民生活水平的需要,国内现行的秸秆优质能源利用技术,除了本文所要研究的秸秆压缩成型技术以外,还有秸秆气化集中供气技术、秸秆制取沼气技术、秸秆燃料热风烘干技术等。秸秆热解气化技术把细软、松散的低品位秸秆转换成清洁的高品位气体,热效率可达40%。气相燃料速度快,热量输出可以控制,在烘干木材、茶叶、饲料和代替燃油发电及农村居民炊事等方面己有成功应用。部分气化炉和配套装置己经批量生产,进入实用推广阶段。目前全国己有350余处秸秆气化集中供气示范点,主要集中在山东、河南、江苏、河北、山西、北京、陕西等。仅山东就有170余处(韩鲁佳等,2002)。秸秆制取沼气技术,近年来经攻关研究在技术上有了较大突破,解决了秸秆易结壳、出料困难和发酵不充分的难题。干发酵工艺则有助于节约建池费用,提高池容利用率,目前该技术在北方应用较多。秸秆燃料热风烘干技术是将成捆或经预处理的秸秆加入由两段燃料室组成的高效燃料炉,燃烧产物经过离心除尘可得到洁净的热烟道气,产生的热风温度可以调节(60-800℃),含烟尘量小于20mg/m3,尤其适宜于高湿物料,如粮食、木材、饲料、鸡粪、酒糟等的烘干。 三是作为家畜饲料,包括直接饲喂、粉碎饲喂及氨化、青贮、微贮等处理后饲喂秸秆用作饲料,在中国主要是以秸秆养畜、过腹还田的方式进行的。未经任何处理的秸秆,不仅消化率低,粗蛋白和矿物质含量低,而且适口性差。为提高饲料的适口性和营养价值,近年来普遍采用氨化、微生物发酵贮存、热喷、揉搓等技术处理,目前全国的年加工处理量约1000万t,已开发出的加工设备有氨化炉、调质机、青贮收获机、揉搓机、压饼机、热喷设备等。 四是作为工相关工业原料利用,如用于造纸、制炭、编织等秸秆作为工业原料主要用于工业造纸,占秸秆总产出量的2.9%。其它目前正在兴起的研究与应用有:南京林业大学将秸秆压缩成型制作秸秆板材,建筑墙体材料,包装材料等;西北农大开展模压制品的研究,如一次性快餐盒、托盘、家具构件和建筑构件等;辽宁省农科院研制成功秸秆皮镶分离及其综合利用技术;另外一些科研院所采取生物技术的手段发酵生产乙醇、糠醛、苯酚、单细胞蛋白、燃料油气、工业酶制剂等。由于秸秆还田数量有限,作饲料其营养价值不高,因此要真正解决秸秆的合理利用问题,关键在于研究秸秆的能源化和工业化利用技术。 这些领域都会涉及到秸秆的粉碎加工,因此,秸秆粉碎机有相当的应用前景。据统计,我国目前秸秆年产量约为6.2亿t,利用率仅为33%(黄忠乾,1999),约为2亿t,大部分秸秆被弃置不用或直接焚烧,造成资源的浪费,还污染了环境。因此,秸秆粉碎机,对提高秸秆等燃烧农作物处理效率、扩大秸秆的用途、提高秸秆等农作物废料的利用率、节约资源、美化环境具有重要意义,对生物质粉碎机的开发与研究也是必不可少的一部分,其中的盘式秸秆粉碎机十分具有代表性。 对于中小型粉碎机而言,由于其削制的原料大多数是各种农作物秸秆和枝桠等,材径较小,采用平面盘式机削片时,削片长度的均匀性较优良,而其制造成本低廉,易于推广。因此,中小型粉碎机采用平面刀盘结构是一个发展方向。 1.2国内外研究概况 粉碎机的研制在国内己有几十年的历史,其主要集中在饲料粉碎和农作物秸秆切碎等方面。目前, 国内粉碎机具种类与粉碎方式也多种多样,粉碎技术根据粉碎方式和粉碎手段的不同可分为铡切式、锤片式、揉切式和组合式粉碎技术,秸秆切碎机械的切碎器主要有轮刀式(盘刀式)和滚筒式两种。然而,国内秸秆粉碎机在产量、能耗以及机具的寿命和操作安全性等方面还有许多不完善的地方,不能很好地满足各类生物质粉碎作业的要求,仍然摆脱不了一些技术问题的困扰。其问题是机具性能较差、可靠性偏低,结构复杂,造价偏贵,调整使用不便,生产率低,适应性弱等。因此,国内迫切需要进一步提高和完善秸秆粉碎机的性能。本论文着重对盘式秸秆粉碎机进行了研究和设计,希望在秸秆粉碎机领域研制出能耗低、生产效率高的机器,在秸秆粉碎机领域探索出一条道路。粉碎机具种类与粉碎方式也多种多样,但是现有的粉碎设备在产量、能耗以及机具的寿命和操作安全性等方面还有许多不完善的地方,不能很好地满足各类生物质粉碎作业的要求。为了解决提高生产率、降低能耗和对多种物料的适应性等问题 国外对秸秆切碎的研究集中于麦秸、稻秸等软茎杆,主要分析切碎能耗、切碎度和切断效率的各种影响因素,如o`Dogherty(1986)等人分析了切割速度、割刀参数、受切根数等因素对切割过程的影响,指出秸秆切割过程中有一临界速度,在15-30m/s范围内,低于临界速度,能耗和无效切割快速增加;大于临界速度,能耗基本不变,实际切割长度接近于理论长度。 美国、加拿大等国家的小麦、玉米秸秆大部分用于还田。国外的茎秆还田机具结构大多为立式结构,具有机具结构简单,作业效率高等特点。同时还有对秸秆根部进行处理加工的整株秸秆粉碎还田机具。日本采用的是在半入式联合收割机后面安装切草装置,一次能完成收获和秸秆粉碎。在大功率、多功能为主的粗饲料粉碎机占优势的情况下,西欧国家还重视生产小型粗饲料粉碎机,其特点是体积小、重量轻、动力消耗小。 1.3主要设计内容及设计路线设计内容 本文设计的盘式粉碎机,主要用于各种农作物秸秆的粉碎,比如水稻秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆和棉花秸秆等,要求切碎性能好,经久耐用;切碎效率高,耗能较低;粉碎长度可调,粉碎均匀性好;自动进料等。主要设计内容如下: 1)盘式秸秆粉碎机工作原理和工作方式的分析研究; 2)总体方案的确定与总体结构设计,包括盘式切碎装置、可调的压辊式喂料装置、输送装置、传动机构、机架和行走装置等设计; 3)主要工作部件和结构的设计、计算、校核; 4)主要零件设计图、部装图和总体装配图。 1.3.2设计路线 查阅资料 外文翻译、开题报告、文献综述 设计方案,确定工作原理和大体框架 绘制草图 总体设计 各部分装置的设计,绘制零件图 各部分校正、修改 绘制总装图,撰写论文 2总体方案设计 2.1设计原则 整个设计的关键之处就在于总体设计,其原则: (1)系统性,即所设计的是一个系统,应充分考虑系统的特性 ; (2)布局的合理性,其对后续设计存有重大的影响,应要求达到便于充分发挥功能,整体结构紧凑,层次分明。 该机由切碎装置、抛送装置、压辊式喂料装置、输送装置、传动装置以及机架等主要部件组成,实现自动送料、自动喂料,压紧物料、切碎以及抛送等功能。整机结构简单,尺寸合理。喂料平稳流畅,功耗小,切削片均匀,切碎效果理想。 2.2工作原理 本机通过带轮传动将电机的动力分别传给切碎装置、传动装置、喂料装置和输送装置。切碎装置中,电动机的动力通过带轮的减速后传给切碎装置的主轴,带动主轴上的刀盘旋转,刀盘轴向面积大,起到抛送物料的作用,刀盘上还固定着飞刀,这样定刀和动刀形成剪切作用,将物料切碎。传动装置中,切碎装置中的刀盘主轴的一端安装了小齿轮,将动力继续输出传递给传动装置,该装置中,动力经减速和传动变向,变成所需的动力,输出给喂料装置。喂料装置中,传动装置中的动力,分别传递给了上下喂入辊,上下喂入辊反向旋转,实现喂料功能,同时,下喂入辊的一端安装了一个链轮,将动力输出给送料装置。送料装置中,下喂入辊的动力传递给链轮,链轮带动整个链板运动,实现送料的功能。组成该机的几个装置,切碎装置、传动装置、喂入装置、输送装置,每个装置在完成自己的功能的同时,将动力又传递给下一个装置,这样整机形成了一个系统,各部分相联系配合,实现整机的送料、喂料、切碎、抛送的功能。 1.切碎装置 2.喂料装置 3.刀盘罩壳 4.机架 5.电动机 6.排料口 图2.1盘式秸秆粉碎机结构示意图(主视图) Figure 2.1 Straw shredder disc structure diagram(front view) 7.传动装置 8.输送装置 9.主轴 图2.2盘式秸秆粉碎机结构示意图(俯视图) Figure 2.2 Schematicstraw grinderdisc(top view) 10.输送装置罩壳 图2.3盘式秸秆粉碎机结构示意图(左视图) Figure 2.3 Schematicstraw grinderdisc(left view) 由盘式秸秆粉碎机结构示意图2.1、2.2和2.3可以看出,该机由几部分组成,分别是切碎装置、喂料装置、传动装置、输送装置、机架和罩壳等。工作原理是:电动机的动力输出,经带传动传递给主轴,主轴的动力经传动装置传递给喂料装置,喂料装置的动力进一步传递给输送装置;电动机是动力源,喂料装置的功能是喂入和夹紧物料,传动装置将动力大小和方向改变至合理值,传递给喂料装置和输送装置,输送装置将物料输送至上下喂入辊的喂料口,切碎后的物料经抛送叶片抛送,由出料口排出。 2.3主要技术参数 据工作原理和实际需求,确定主要技术参数如下: 刀盘半径:500 mm 刀盘转速:800r/min 最大切削直径:60mm 飞刀数:3 飞刀长度:400mm 进料方式:压辊式喂料链板自动水平进料 出料方式:气流出料上出料 粉碎机效率:1500kg/h 喂入辊直径:80mm 喂入辊有效长度:300mm 喂入辊张开间距最大值:100mm,张开间距自动调节 电动机功率:5.5kw 3切碎装置设计 3.1切碎方式选择 秸秆切碎方式主要有盘刀式切碎、滚刀式(螺旋刀)切碎和锤片式切碎等。盘刀式切碎质量好,刀片结构简单,主要缺点是刀盘运转不均匀。滚刀式切碎滑切作用强,切割阻力小,但切碎体不能自动抛出,刀片刚度差,不适合硬茎秆切碎。锤片式切碎是利用高速旋转的锤片来击碎秸秆,刀片结构简单,通用性好,但能耗高。 根据对盘刀式切碎、螺旋刀切碎和锤片切碎3种不同切碎方式的比较研究,如图3.l所示,在相同转速下,轮刀式切碎中的直刃刀切碎的单位质量棉杆能耗最低。查阅相关文献资料(朴香兰,1998),采用直刃刀切碎,细小颗粒产量较高,并且切削片的均匀性较好,在900~1450r/min范围内,提高转速对细小颗粒产量增加不明显。 图3.1 切碎机主动轴转速与能耗的关系 Figure 3.1 shredder drive shaft speed and energy relations 根据以上分析,我们选择盘刀式切碎作为秸秆切碎的设计方案。盘刀式切碎的刀有直刃刀和圆弧刃之分,下面将讨论对切削刀具的选择。 3.2切碎原理分析 按刀片刃线运动方式,切割可分为砍切和滑切两种。砍切时刀片切割点M运动方向垂直刃线,而滑切时刀片切割点M运动方向不垂直刃线。由于滑切使刀片斜置切入,实际刃角相应变小,刃线变锐,切割阻力减少,因此滑切比砍切省力,且在一定滑切角范围内,滑切程度越大,切割越省力。 当刀片产生滑切时,切割点M速度V分解为2部分(图3.2):滑切速度Vt,方向平行刃线;砍切速度Vn,方向垂直刃线。速度V和Vn夹角为滑切角,在一定滑切角范围内,滑切程度越大,切割越省力。 图3.2刀片的滑切 Figure 3.2 slip cutting knife 3.3割刀参数分析 3.3.1直刃刀的参数分析 1)滑切角,农业机械工作部件的滑切角应定义为:刃口曲线上任意一点的法线与该点运动速度方向之间的夹角。 直线型刀片的滑切角在数值上等于刀片刃线AB与切割半径r之夹角(图3.3)。 1.O--动刀回转中心2.AB--动刀刃3.e--偏心距4.--滑切角5.r--切割半径6. x--推挤角 图3.3切碎器的结构图 Figure 3.3 Structure diagram chopper 为了保证刀片有滑切,其刃线AB至回转中心O应具有偏心距e。 由图3.3可得: tg= (3.1) 上式说明,直刃刀切割从切割开始到终了,随着切割点外移,切割半径r的增加,刀片的滑切角逐渐减小。因此,刀片切割阻力矩随着切割半径的增大,滑切角的减小,切割阻力的增大而增大。 2.推挤角 图3.3中,动刀刃线AB与定刀刃线CM间的夹角为推挤角x.切割时如果推挤角过大,秸秆受刀片作用,会先沿刃线一侧滑移,逐渐集中在最后阶段切割,结果造成刀片负荷不均,刃线末端磨损严重,碎段变长,切碎质量变坏。因此,为保证切割稳定,不产生滑动切割,满足如下切割条件: x (3.2) 根据文献资料,取=, ,则x。 图3.4中,由三角形OGH和HCD相似关系可知,推挤角x在数值上等于回转角,在切割过程中逐渐减小。故刀片推挤角随着切割点外移、回转角的减小而减小。 从以上分析可以得出,直刃刀刀片的推挤角变化比较合理,随着切割过程的进行,切割点的外移,逐渐减小,钳住物料的能力越来越强,而滑切角和阻力矩变化不够理想,滑切角逐渐减小,阻力矩逐渐增大。 3.3.2圆弧刃的参数分析 圆弧刃的参数分析过程与直刃刀的一致,可以用微分的思想,将圆弧刃看做多段短小直线刃,其分析过程和切割原理与直线刃相同,将刃线换成一段半径合理的圆弧即可 。 可以得出结论,圆弧刃的滑切角在切割过程中逐渐增大,滑切程度越来越大,切割越来越省力,阻力矩逐渐减小,对切割过程很有利。但是推挤角同样也越来越大,不利于物料的钳住。 3.4刀具及刀盘的设计 良好的切刀(或称切碎器)应满足下列要求: 切割质量高,耗用动力小,结构紧凑,工作平稳,安全可靠,便于刃磨,使用维修方便。 刀片在设计和选用时应满足下列三个方面的要求,即① 钳住物料,保证切割;② 切割功率要小;③ 切割阻力矩均匀。 3.4.1刀具设计 切碎器是秸秆切碎机重要工作部件。它的参数设计是否合理,对破碎质量,功率消耗,以及机器运转均匀程度有直接影响。破碎性能好的切碎器,应是结构简单,刀片制造、安装、刃磨方便、切割省力,负荷均匀,切割质量好,秸秆相对动定刀片不产生滑移。 综合评判,切割过程中,滑切角相对于推挤角,对切割过程的影响更大,滑切角越大,切割过程越省力,越流畅;对刀具的冲击损伤越小,刀具寿命更长久;整个机器的稳定性也更好,震动更小,噪音越小;切割时,也相对更节约能源。推挤角而言,只要保证推挤角合理,物料不被推挤产生滑移即可,圆弧刃的半径选择合理完全可以避免物料产生滑移。相对比而言,圆弧刃口动刀片在综合性能上较直刃刀动刀片优越,因此本文设计中选择圆弧刃动刀。 同时,为了改善其切碎性能,本设计采用提高切碎器转速和增大其本身转动惯量(即刀架质量)的方法,来补偿由于阻力矩变化所引起的运转不均的缺点。通过将动刀架与甩抛轮叶片设计为一体,既可增加刀架的转动惯量,又可改善切碎物料的甩抛性能。 查阅相关文献(尤嘉陵,1983),对盘式削片机而言,切割时,滑切角是影响耗能的主要因素,当滑切角在35°—45°时,切割的平均扭矩较低,切割能耗较小。本文设计的动刀片如图3.4 1.固定用沉头孔 2.刀身 3.圆弧刃 图3.4动刀片结构简图 Figure 3.4 Moving blade structure diagramin 圆弧刃的刃线mm的圆弧,圆弧刃弦长为400mm,刀身上有三个沉头孔,用来将刀和刀盘固定。飞刀在切割过程中,会受到一定的冲击,并且主轴转速较高,飞刀使用频率较高,加之刀具需经久耐用,耐磨等,综合考虑各因素,飞刀的材料选择碳素工具钢中的T9号钢,热处理后刃口部分的硬度为52—56HRC,其韧性和耐冲击性都较好。 查阅相关文献得知,盘式粉碎机的飞刀的楔角取30°—45°(俞嘉芝等,2006)时,对切割过程最为有利,既保证了切割过程的流畅,又保证了刀具刃口的强度和耐用性。本文取38°的飞刀楔角。 查阅相关文献得知,底刀的刃磨角一般取85°—90°,本文取85°。底刀材料采用碳素工具钢中的T5号钢采用方形刃口的定刀,其能耗小,使用时不易磨损,在该区域刃部淬火硬度为47~56HRC,而非淬火区为28HRC(邓春岩等,2011)。动、定刀片刃口的间隙为0.5~1.0mm。若磨损到一定厚度时,必须磨刀,使之变薄,构成锐利刃口。 3.4.2刀盘设计 刀盘的作用有三个,一是固定飞刀,使飞刀随主轴旋转,与定刀形成剪切作用;二是起飞轮作用,使飞刀在间断切削过程中,速度波动不大,并且储存能量;三是起旋转叶片作用,抛送切碎后的秸秆碎片。刀盘的结构设计如图3.5 刀盘结构示意图(主视图) 刀盘结构示意图(俯视图) 1.飞刀 2.键槽 3.主轴孔 4.飞刀配合面 5.光孔 6.刀盘架 7.抛送叶片 图3.4刀盘结构示意图 Figure 3.4 Schematic cutter 飞刀与刀盘通过刀盘配合面面接触定位,通过三个沉头螺钉固定在刀盘上;三个支架上均有抛送叶片,高速旋转下,将秸秆碎屑抛送出;刀盘通过标准平键与主轴配合,传递扭矩,配合面均有粗糙度要求。 由于少刀盘式秸秆粉碎机工作时属于间歇运动,故实际消耗功率是变化的,因此,将刀盘看作飞轮设计,以便在驱动力的功超过切削阻力的功时,将多余的能量贮藏起来,使动能增大时,速率增加不太大;反之,当切削阻力的功超过驱动力的功时,把多余的能量释放出来,使动能减少时,速率降低不至于太大。刀盘的作用就是使刀盘的速率波动不至于太大。 刀盘的材料一般采用30,35,45号铸钢,本文采用45号铸钢,铸钢件必须退火处理,锻钢件须正火处理;粗加工后进行探伤检查,在开口处不允许有降低使用性能的缺陷。主轴的毛坯应为锻件,不应有降低使用性能的缺陷。 4压辊式喂料装置设计 4.1结构及工作原理设计 压辊式喂料装置由浮动的上喂入辊,固定的下喂入辊和压紧装置组成,上下喂入辊的直径相等,并且以相同的角速度反向旋转运动,作用是将物料以一定的速度喂入切碎器,并在喂入的同时,将其夹住、压紧、无滑动,以保证切碎质量,即切碎颗粒长度均匀,切口平整。上喂入辊动力由一对万向节传入,下喂入辊由一对圆柱齿轮传递动力并改变转动方向,从而获得上下喂入辊转速一致,但方向不同的运动。 喂入装置结构简图如图4.1 下拉横架2和浮动罩壳11焊缝连接,浮动罩壳11和浮动轴承座5用螺栓固定在浮动轴承座固定板6上,这部分整体可以上下浮动。 上拉横梁3和下轴承座7用螺栓固定在总固定板8上,总固定板8用螺栓固定在机架上,这部分为固定,不可以浮动 1.拉伸压紧弹簧 2下拉横架 3.上拉横梁 4.浮动槽 5.浮动轴承座 6.浮动轴承座固定板 7.下轴承座 8.总固定板 9.下喂入辊 10上喂入辊 11浮动罩壳. 图4.1喂入辊总结构图 Figure 4.1 summarizes the composition of the feed roller 上下喂入辊同时反向旋转运动,攫取物料,下喂入辊固定,上喂入辊可浮动,物料被喂入切碎器的同时,被上下喂入辊夹住压紧,以便飞刀和定刀切割物料,有利于提高切碎效率,切割过程流畅,保证了切割的均匀性。 为了使得喂入秸秆过多时在喂入辊处不产生不堵塞,过少时不产生碎段过长 , 上喂入辊设计成能浮动的,并设有压紧机构以保持上喂入辊对秸秆始终有一定的压力。对压紧机构采用单弹簧中置式,上喂入辊两侧轴承座可以在垂直的滑道内移动,弹簧的一端与上浮动装置中的下拉横架2连接,一端与总固定板上8上的上拉横梁3连接,弹簧给整个浮动装置一个初始的下拉力。当秸秆层变厚时上喂入辊10克服弹簧的拉力力向上浮动,最大浮动量为60mm,与浮动槽4的尺寸60mm一致 。 4.2喂料装置主要技术参数确定 4.2.1切碎长度 切碎长度是切碎机主要性能指标之一,机器工作时,秸秆被喂入辊卷入切碎机构的速度v(m/s),切砰器每秒钟切碎次数为,则理论切碎长度为: L== (4.1) 考虑到喂入辊的打滑因素,实际切碎长度为: L= (4.2) 式中:k—动刀片数 i—切碎器主轴n与喂入辊转速n传动比 D—喂入辊直径 —打滑系数,一般取0.04—0.07 切碎器主轴与喂入辊之传动比i=6.47(详见6传动装置设计),喂入辊直径D=80mm,动刀片数k为3,打滑系数取0.045,则理论切碎长度L=12mm。 4.2.2粉碎机生产率 切碎机生产率的大小取决于喂入口面积,切碎器刀片数和转速,茎秆种类和切碎长度等,理论生产率可由下式计算: Q=60·k·a·b·L·n· (4.3) 式中: k—动刀片数; a、b—为喂入口高度和宽度,m; L—理论切碎长度,m; n—喂入辊转速,r/min; —喂入辊压缩后的茎秆容重,kg/m。 切碎器的动刀片数k为3,喂入辊转速n为120r/min,喂入口宽度a取0.3m,高度b取0.04m,秸秆压缩后容重约为120—150kg/m,若取130kg/ m。切碎长度为0.012m,理论生产率约为Q=1500kg/h,与要求设计的生产率相符合。 5输送装置设计 5.1结构和工作原理设计 输送装置采用链轮链板式输送方式,由链轮和链板组成,它的作用是将秸秆物料均匀的送至喂入辊的喂入口处。操作工人只需把秸秆平放在链板上后,秸秆随链板前进,送至喂入辊,然后被切碎。这样能保证秸秆切割连续,均匀,切割质量好、生产效率高,且自动化程度明显提高。其结构如图5.1 1.动力输入链轮 2.主动轴 3.链板 4.链条 5.输送链轮 6.从动轴 图5.1输送装置简图 Figure 5.1 Delivery device structure diagram 输送装置的动力由下喂入辊一端的链轮传递,动力通过链条传递至动力输入链轮1,主动轴2上还固定着两个链轮,如同从动轴6上的链轮5,链板3通过螺钉固定在链条4上。 主动轴2运动,带动轴上的链轮运动,链轮通过链条4将动力传递至从动轴6,两轴同时运动,固定在链条上的链板也随之运动,实现送料功能。 链板的输送速度与喂入辊的喂入速度必须一致,才能保证切碎过程顺利完成,避免卡机、缠绕和浪费能量。 5.2链传动的设计计算 链传动是属于带有中间挠性的啮合传动,与摩擦传动的带传动相比,链传动无弹性滑动和打滑现象,因而能保持准确的平均传动比,传动效率较高;张紧时作用于轴上的径向压力较小,结构较紧凑;能在高温及速度较低的情况下工作;链传动安装制造精度要求低,成本低廉。主要用于要求工作可靠,且两轴相距较远,以及其他不宜用齿轮传动的地方。本处设计选择链轮,是由于链轮传递可靠,且可以在恶劣环境下正常工作,成本低。 选择链齿轮齿数: 取小链轮齿数z1=20,大连轮的齿数z2=i×z1=20。 确定计算功率, 由表查得,由图查得,单排链(王昆等,2005),则计算功率为 kW 选择链条型号和节距, 根据kW及,查图可选08A。查表得节距为P=12.7mm。 计算链速v,确定润滑方式, m/s 由v=0.508m/s和链号08A,查图可知应采用滴油润滑。 计算压轴力, 有效圆周力为:N 链轮水平布置时的压轴力系数, 则压轴力为N 6传动装置设计 传动装置的设计目的主要有两个: 1)将电机的动力传递给切碎装置、喂入装置和输送装置; 2)按切碎秸秆的长度要求达到速度匹配。 传动装置结构如图6.1 1.电动机 2.小带轮 3.皮带传动 4.大带轮 5.主刀盘 6.下喂入辊 7.链轮 8.锥齿轮传动 9.直齿轮传动B 10.送料链板 11.直齿轮传动A 12.直齿轮传动C 图6.1传 动 系 统 简 图 Figure 6.1 Transmission system simplified diagr 电动机1动力出来,接带传动3,主轴旋转运动的同时,动力由另一端输出,经11直齿轮传动A减速,锥齿轮传动8改变动力方向,再经9直齿轮传动B减速,将动力传递至下喂入辊轴,再经12直齿轮传动C,将动力传给上喂入辊。下喂入辊的另一端固定着链轮,将动力进一步传递给输送链板,整个动力传递过程就完成了。 图6.1中,箭头方向表示传动部件的运动方向,传动装置设计要使切碎装置、喂料装置和输送装置的运动相匹配,由图分析得出,在喂入辊侧,刀盘向下运动,切割秸秆,运动方向正确,下喂入辊的运动方向指向刀盘,向飞刀喂入物料,运动方向合理,链板的运动方向也是指向飞刀盘,向刀盘输送物料,运动方向正确合理,三个装置的运动相互配合,完成整个秸秆切削过程。 6.1电机选择 根据该粉碎机的主轴转速为800r/min,电机功率为5.5kW,综合考虑,选择Y系列三相异步电机,选择Y型电机中的Y132S-4型电动机:电压220V,额定功率5.5kW,额定转速1440。 6.2整体传动比的设计 所选电机1的额定转速为:1440r/min 切割装置5的主轴转速为:800r/min 所以带传动3的传动比为:i=1.8 主刀盘转速为:800r/min 喂入辊的转速为:120r/min 因此中间的齿轮传动装置的传动比为i=6.67 直齿轮传动A的传动比i1=3.8,起减速增扭作用; 锥齿轮传动比i2=1,仅改变动力传递方向; 直齿轮传动B传动比为i3=1.74,将动力传递给为喂入辊; 直齿轮传动C的传动比为i4=1,上下喂入辊速度相同,方向相反。 i=i1×i2×i3=3.8×1×1.74=6.61 链板和喂入辊的速度一致,因此链传动的传动比i5=1。 6.3 V带传动设计 切碎机转速n=800r/min,所选电动机的转速为1440r/min,因此切碎机的总传动比为i=1440/800=1.8,可以有三种方案可以选择: 方案一:电动机——三角皮带轮——刀盘。 方案二:电动机——链传动——刀盘。 方案三:电动机——齿轮传动——刀盘。 一方案采用的是带传动实现减速的目的,带传动的传动比i≤5,带传动便于将电动机和转盘的基础分离,减轻振动的干扰,传动平稳,结构简单,成本低,安装维护方便,带损坏后容易更换。过载时,带在带轮上打滑,可防止其他零件的损坏,起到安全保护的作用。带传动对环境的要求比较低。一般情况下,在带传动中只要不接触润滑油,都不会影响到其寿命。 二方案采用的是链传动实现减速的目的,与带传动相比无弹性滑动和打滑现象,传动效率高,整体尺寸小,磨损后易发生跳齿,工作时有噪声,不宜用于载荷变化很大,高速和急速反向的场合。 三方案采用的是齿轮传动实现减速的目的,它的效率高,结构紧凑,工作可靠,寿命强,传动比稳定。齿轮减速传动器能够实现单位时间内的精确的传动比,作为独立的传动装置,能达到3000kW。但它的安装精度高,结构紧凑,制造成本大。齿轮传动对环境的要求比较高,当啮合齿轮在啮合的过程中,有粒状物夹杂其中,会加快齿轮的磨损,进而导致齿轮寿命的减短。 以上这三种传动方案都能满足盘刀切碎机的功能要求,但结构、性能、经济性和工作环境不同。根据设计数据,该粉碎机机的处理能力1.5t/h,且要求连续处理,综合考虑选择方案一较合适。 (1)V带轮的设计要求 设计V带轮时应满足的要求有:质量小;结构工艺性好,无过大的铸造内应力,质量分布均匀,转速高时要经过动平衡,轮槽工作面要经过精细加工(表面粗糙度一般应为3.2)以减带的磨损,各槽的尺寸和角度应保持一定的精度,以使载荷分布较为均匀等。 (2)材料 此处带轮的材料,采用铸铁,材料牌号为HT200。 (3)V带轮的结构 铸铁制V带轮的典型结构有以下几种形式:①实心式②腹板式③孔板式④椭圆轮辐式. 大带轮直径较大,在保证强度的基础上,适合采用腹板式,可节约材料;小带轮直径较小,为保证强度,采用实心式为宜。 (4)相关计算 已知电动机的额定功率为5.5kW,转速n=1440r/min,主轴转速n=800r/min,选取传动比为i=1.8,采用普通V带传动。 1)确定计算功率P 由参考资料,查得工作情况系数 Kα=1.2,故 P= KαP=1.25.5=6.6kW 2)选取带型 根据P和n ,由参考资料,确定选用B型 3)确定带轮基准直径 查相关资料,取主动轮基准直径 d=140mm 则从动轮基准直径 d=i d=1.8140=252mm 根据参考资料, 取d=250mm 按参考资料根据如下公式,验算带的速度 V==3.141401440/60000=10.5m/s 符合带速范围5—25m/s 所以: 带的速度合适。 4)确定V带的基准长度和传动中心距 根据参考资料 0.7(d+ d)

  故所选轴承可满足寿命要求。用同样的方法可以检验中间轴和输入轴上的各个轴承,均可满足寿命要求。 10刀盘固定键的选择及校核 主轴上与刀盘配合的轴段轴径mm,轮毂长度mm,选A型平键,其尺寸为:mm,mm,mm(GB/T 1095-2003)。 现校核其强度:mm,Nmm, 因为,,故键符合强度要求。 其它键均按此过程选择和校核,都符合强度要求。 结论 本论文主要全面阐述了盘式秸秆粉碎机的设计意义及秸秆粉碎技术在国内外的状况,着重介绍了秸秆粉碎机设计思想,设计原理和整体结构,在科学分析和参阅很多资料基础上,确定了各部件参数,提出了关于本设计的总体设计方案。 1)本机主要有输送装置、喂入装置、切碎装置、粉碎装置和机架等组成; 2)该盘秸秆粉碎机,具有自动送料,自动喂料,夹紧,切碎秸秆和自动抛送的功能; 3)该机的粉碎生产率为1500kg/h,粉碎秸秆的最小长度为12mm; 4)切碎方式设计为圆弧刃切碎,圆弧刃半径为900mm,其滑切角和推挤角均为合 理值,对切削过程极为有利。 5)喂料装置中浮动式喂入辊的最大上浮距离为60mm,最大喂入速度为0.504m/s; 6)链板式送料装置,送料安全可靠,经久耐用,最大送料速度也为0.504m/s; 7)出料方式为气流式上出料,简单快捷,使用方便; 8)根据实际需求和工作原理,选用了Y型电机中的Y132S-4型电动机。 参考文献 [1] 孙恒,陈作模.机械原理. 高等教育出版社,2000,406-408. [2] 王昆,何小柏等.机械设计课程设计基础. 高等教育出版社,2005,128-152. [3] 胡代泽. 我国农作物秸秆资源的利用现状与前景[J]. 资源开发,2000.16(1):19-20. [4] 高祥照. 中国农作物秸秆资源利用现状分析[J]. 华中农业学报,2002.21(3):242-247. [5] 韩鲁佳. 中国农作物秸秆资源及其利用现状[J]. 农业工程报, 2002.18(3):87-91. [6] 黄忠乾. 农作物秸秆资源的综合利用[J]. 资源开发与市场,1999.15 (1):32-34. [7] 朴香兰等. 直刃盘刀式切碎器功耗的影响因素分析[J]. 农机化研究, 1998(4):52-53. [8] 尤嘉陵.滑切角曲线刃圆盘式切碎器的研究[J ]. 四川农机,1983 (3) :22-27. [9] 庞声海.盘刀式切碎器设计的数学解析法[J]. 农业机械学报,1981 (2) :43-51. [10] 吴子岳等. 秸秆切断速度和切断功耗的试验研究[J]. 农业机械报, 2001.32(2):38-41. [11] 濮良贵,纪名刚主编. 机械设计(第七版)[M]. 高等教育出版社,2001年6月 第7版. [12] 韩进宏 主编. 互换性与技术测量[M]. 机械工业出版社,2004年8月第1版. [13] 俞佳芝,余泳昌,朱星贤,冯春丽.4 Q-1.5型秸秆粉碎机主要工作部件参 数确定与校核. 农机化研究, 2006, 9: 74-79. [14] 张晋国,高焕文,杨光. 不同条件下麦秸切碎效果的试验研究.农业工程学报, 2000,16(3):70-72. [15] 钟华平,岳燕珍,樊江文.中国作物秸秆资源及其利用.资源科学, 2003,25(3):62-65. [16] 汪莉萍,王述洋,景果仙等.9FR-66型秸秆粉碎机设计.机电产品开崖与剀崭, 2009,5:22-3. [17] 祖宇,郝玲,董良杰等. 我国秸秆粉碎机的研究现状与展望[J]. 安徽农业科学, 2012,40( 3) :1753 -1756,1759. [18] 邓春岩,陈芳,邓晨等.小型秸秆切碎机的设计[J].农机化研究, 2011(7):141-143,150. [19] 王俊霖,张喜瑞,李粤等.组合圆盘式香蕉茎秆切碎机的研究[J].农机化研究, 2013(3):154-156,163. [20] 朱星贤,曾钢等.4 Q-1.5 型秸秆粉碎机设计参数的确定学术交流,2006,9:77. [21] Chattopadhyay P S, Pandey K P. Effect of knife and operational parameters on energy Quasi-static Deformation. J. Agric. Engng Res. 1999, 73: 199-206. [22] Chattopadhyay P S, Pandey K P. Mechanical Properties of Sorghum Stalk in relation to Quasi-static Deformation. J. Agric. Engng Res. 1999, 73: 199-206. [23] Chattopadhyay P S, Pandey K P. Impact Cutting Behaviour of Sorghum Stalk using a Flail-Cutter-a Mathematical Model and its Experimental Verification. J. agric. Engng Res. 2001, 78 (4):369-376. [24] Chattopadhyay P S, Pandey K P. Mechanical Properties of Sorghum Stalk in relation to Quasi-static Deformation. J. Agric. Engng Res. 1999, 73: 199-206. [25] Hellstr?m LM,Gradin P A,Gulliksson M,Carlberg T. A laboratory wood chipper for chippingunder realistic conditions[J]. Experimental Mechanics,2011(51):1309–1316. [26] Rubtsov Yu V,Konnova G V, Shchetinin V S, and Zolotoreva S V. Improving the Cutting Mechanism of a Disk Type Wood Chipper[J]. Russian Engineering Research, 2011,31(1):28-30. 致谢 本论文是在导师李老师和王老师的悉心指导下完成的,李老师和王老师不仅给我提供了指导性的意见,平时更是非常关心论文进展的情况,督促、指导我们完成论文。从文献综述起草到设计说明书的撰写,无不浸透着老师辛勤的汗水。另外,为了方便解决我们平时的疑问,老师每周又特意百忙之中定一时间给我们固定指导。在此,向李老师和王老师表示最真挚的谢意。导师那严谨治学的态度,科学求实的精神及为人处事的优秀品质使我不仅在学术方面,而且在做人处事方面都受益匪浅。另外我还要感谢在设计过程中帮到我的身边同学,特别是同寝室的几位同学,正是通过与大家的相互讨论学习,加深了我对知识的理解和运用。最后,还要感谢各位评委老师对我本次设计的批评和指正。

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