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1、第1章 緒論 中國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，也是秸稈資源最為豐富的國(guó)家之一。歷史上，中國(guó)有利用秸稈的優(yōu)良傳統(tǒng)，農(nóng)民用秸稈建房蔽日遮雨，用秸稈燒火做飯取暖，用秸稈養(yǎng)畜積肥還田，合理利用秸稈是中國(guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的精華之一。在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)階段，秸稈資源主要是不經(jīng)任何處理直接用于肥料、燃料和飼料。隨著傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的轉(zhuǎn)變以及經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的發(fā)展，農(nóng)村能源、飼料結(jié)構(gòu)等發(fā)生了深刻變化，傳統(tǒng)的秸稈利用途徑發(fā)生了歷史性的轉(zhuǎn)變。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)，秸稈低效不清潔的直接燃燒利用方式已不適應(yīng)農(nóng)民生活水平提高的需要，富裕起來(lái)的農(nóng)民迫切需要優(yōu)質(zhì)、清潔、方便的能源。農(nóng)業(yè)主產(chǎn)區(qū)秸稈資源大量過(guò)剩問(wèn)題日趨突出，農(nóng)民就地焚燒秸稈，不僅帶來(lái)污染

2、大氣的嚴(yán)重后果，還因煙霧造成了附近機(jī)場(chǎng)飛機(jī)不能下降，高速公路被迫關(guān)閉的嚴(yán)重社會(huì)問(wèn)題，引起了全社會(huì)的關(guān)注。 我國(guó)政府十分重視秸稈禁燒和綜合利用問(wèn)題，1999年4月，國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局、農(nóng)業(yè)部、財(cái)政部、鐵道部、中國(guó)民用航空總局聯(lián)合頒發(fā)了《秸稈燃燒和綜合利用管理辦法》?！掇k法》要求:禁止在機(jī)場(chǎng)、交通干線(xiàn)、高壓輸電線(xiàn)路附近和省轄級(jí)人民政府劃定的區(qū)域內(nèi)焚燒秸稈，到2005年，各省、自治區(qū)的秸稈綜合利用率將達(dá)到85%?？萍疾拷M織力量研究推廣秸稈綜合利用技術(shù)，并把秸稈綜合利用技術(shù)列入國(guó)家“九五”、“十五”科技攻關(guān)計(jì)劃。農(nóng)作物秸稈經(jīng)粉碎或切碎后機(jī)械壓縮成燃料塊，能有效地改變其燃料特性，熱值接近中質(zhì)煙煤，平均為

3、16736kJ。壓縮成型技術(shù)為秸稈燃料異地運(yùn)輸使用創(chuàng)造條件，可以作為生物煤供應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)和居民使用，同時(shí)也是很好的氣化原料，對(duì)推廣氣化爐有促進(jìn)作用。壓制成型的秸稈塊也可以進(jìn)一步炭化處理，得到木炭和活性炭，可廣泛用于冶金、化工、環(huán)保、生活燃料。另外，利用壓縮成型技術(shù)可以將秸稈模壓成不同形狀和用途的產(chǎn)品，如一次性快餐盒、盤(pán)、碟、包裝盒、工業(yè)托盤(pán)、育苗容器、人造紙板、瓦楞紙等。 本研究以棉稈等硬莖稈為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)秸稈原料特性的分析，確定切碎原理和方法，設(shè)計(jì)出動(dòng)力消耗低、粒度大小滿(mǎn)足壓縮成型要求的秸稈切碎機(jī)。推動(dòng)我國(guó)目前綜合開(kāi)發(fā)利用農(nóng)作物秸稈資源的技術(shù)創(chuàng)新和實(shí)際應(yīng)用。 農(nóng)作物秸稈綜合利用現(xiàn)狀

4、中國(guó)農(nóng)作物秸稈資源量大面廣，每年產(chǎn)出量多達(dá)6.4億t，且隨著農(nóng)作物單產(chǎn)的提高，秸稈產(chǎn)量也將隨之增加?，F(xiàn)階段其用途大致可分為4個(gè)方面:①秸稈還田;②牲畜飼料;③替代能源;④工業(yè)原料，約占12.7%的剩余秸稈就地焚燒或閑置。各種用途所占比例如圖l.1所示(高祥照等，2002)。 圖1.1中國(guó)農(nóng)作物秸稈的主要用途 (1)秸稈還田 秸稈還田是目前秸稈利用的最主要方面，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2000年我國(guó)主要糧食作物秸稈粉碎還田的面積占其種植面積的58.6%(韓魯佳等，2002)。秸稈還田的方法分為整株還田技術(shù)、粉碎還田技術(shù)、有根茬切碎還田技術(shù)和傳統(tǒng)漚肥還田技術(shù)。配套的秸稈還田設(shè)備有粉碎還田機(jī)、滅茬機(jī)、收獲

5、還田機(jī)和水田埋草機(jī)等。目前，經(jīng)過(guò)對(duì)秸稈還田技術(shù)和配套操作規(guī)程等的研究，秸稈直接還田在我國(guó)已有了一定面積的推廣應(yīng)用。在“八五”期間，秸稈直接還田技術(shù)規(guī)程研究取得了重要突破，已經(jīng)制定出了包括華北、西南、長(zhǎng)江中游區(qū)、江蘇水早輪作區(qū)和浙江三熟制種植區(qū)的麥秸、玉米秸、稻草直接翻壓還田的技術(shù)規(guī)程，包括還田方式、秸稈數(shù)量、施氮量、土壤水分、粉碎程度、還田時(shí)間以及防治病蟲(chóng)害、雜草等方面的技術(shù)要求，實(shí)踐證明適量的秸稈還田能有效增加土壤的有機(jī)質(zhì)含量，改良土壤，培肥地力(黃忠乾等，1999)。 (2)牲畜飼料 秸稈用作飼料，在中國(guó)主要是以秸稈養(yǎng)畜、過(guò)腹還田的方式進(jìn)行的。未經(jīng)任何處理的秸稈，不僅消化率低，粗蛋白和

6、礦物質(zhì)含量低，而且適口性差。為提高飼料的適口性和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，近年來(lái)普遍采用氨化、微生物發(fā)酵貯存、熱噴、揉搓等技術(shù)處理，目前全國(guó)的年加工處理量約1000萬(wàn)t，已開(kāi)發(fā)出的加工設(shè)備有氨化爐、調(diào)質(zhì)機(jī)、青貯收獲機(jī)、揉搓機(jī)、壓餅機(jī)、熱噴設(shè)備等。 (3)替代能源 據(jù)全國(guó)農(nóng)村可再生資源統(tǒng)計(jì)資料顯示(2001)，“九五”期間，秸稈能源用量仍占農(nóng)村生活用能的30%-50%。傳統(tǒng)的秸稈利用方式是直接燃燒，因其密度小，灰分多，己不再適應(yīng)農(nóng)民生活水平的需要，國(guó)內(nèi)現(xiàn)行的秸稈優(yōu)質(zhì)能源利用技術(shù)，除了本文所要研究的秸稈壓縮成型技術(shù)以外，還有秸稈氣化集中供氣技術(shù)、秸稈制取沼氣技術(shù)、秸稈燃料熱風(fēng)烘干技術(shù)等。秸稈熱解氣化技術(shù)把細(xì)軟

7、、松散的低品位秸稈轉(zhuǎn)換成清潔的高品位氣體，熱效率可達(dá)40%。氣相燃料速度快，熱量輸出可以控制，在烘干木材、茶葉、飼料和代替燃油發(fā)電及農(nóng)村居民炊事等方面己有成功應(yīng)用。部分氣化爐和配套裝置己經(jīng)批量生產(chǎn)，進(jìn)入實(shí)用推廣階段。目前全國(guó)己有350余處秸稈氣化集中供氣示范點(diǎn)，主要集中在山東、河南、江蘇、河北、山西、北京、陜西等。僅山東就有170余處(韓魯佳等，2002)。秸稈制取沼氣技術(shù)，近年來(lái)經(jīng)攻關(guān)研究在技術(shù)上有了較大突破，解決了秸稈易結(jié)殼、出料困難和發(fā)酵不充分的難題。干發(fā)酵工藝則有助于節(jié)約建池費(fèi)用，提高池容利用率，目前該技術(shù)在北方應(yīng)用較多。秸稈燃料熱風(fēng)烘干技術(shù)是將成捆或經(jīng)預(yù)處理的秸稈加入由兩段燃料室組成

8、的高效燃料爐，燃燒產(chǎn)物經(jīng)過(guò)離心除塵可得到潔凈的熱煙道氣，產(chǎn)生的熱風(fēng)溫度可以調(diào)節(jié)(60-800℃)，含煙塵量小于20mg/m，，尤其適宜于高濕物料，如糧食、木材、飼料、雞糞、酒糟等的烘干(馬學(xué)良，1995)。 (4)工業(yè)原料 秸稈作為工業(yè)原料主要用于工業(yè)造紙，占秸稈總產(chǎn)出量的2.9%。其它目前正在興起的研究與應(yīng)用有:南京林業(yè)大學(xué)將秸稈壓縮成型制作秸稈板材，建筑墻體材料，包裝材料等;西北農(nóng)大開(kāi)展模壓制品的研究，如一次性快餐盒、托盤(pán)、家具構(gòu)件和建筑構(gòu)件等;遼寧省農(nóng)科院研制成功秸稈皮鑲分離及其綜合利用技術(shù);另外一些科研院所采取生物技術(shù)的手段發(fā)酵生產(chǎn)乙醇、糠醛、苯酚、單細(xì)胞蛋白、燃料油氣、工業(yè)酶制劑

9、等。由于秸稈還田數(shù)量有限，作飼料其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值不高，因此要真正解決秸稈的合理利用問(wèn)題，關(guān)鍵在于研究秸稈的能源化和工業(yè)化利用技術(shù)。 1.3 秸稈的特性： 1.3.1 秸稈的物理特性 秸稈本身的物理特性是影響秸稈切碎和壓縮成型的主要因素之一。秸稈的物理特性受物種、品種、產(chǎn)區(qū)、成熟度等多種因素的影響。國(guó)外對(duì)麥秸、飼草等軟莖稈的拉伸強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度、彈性模量、剛度模量等物理特性研究較多(o’Dogherty，1995)。國(guó)內(nèi)相關(guān)報(bào)道較少，孫驪(1998)、徐學(xué)耘(加00)等對(duì)麥秸和棉桿的物理特性作了初步的分析。 1.3.2 秸稈的切碎特性 國(guó)外對(duì)秸稈切碎的研究集中于麥秸、稻秸等軟莖桿，主要分析切碎

10、能耗、切碎度和切斷效率的各種影響因素，如o’Dogherty(1986)等人分析了切割速度、割刀參數(shù)、受切根數(shù)等因素對(duì)切割過(guò)程的影響，指出秸稈切割過(guò)程中有一臨界速度，在15-30m/s范圍內(nèi)，低于臨界速度，能耗和無(wú)效切割快速增加;大于臨界速度，能耗基本不變，實(shí)際切割長(zhǎng)度接近于理論長(zhǎng)度。國(guó)內(nèi)主要是對(duì)切碎能耗和切斷效率的研究，如張晉國(guó)(2000)等人分析了秸稈的含水率和有無(wú)定刀對(duì)切斷效率的影響;吳子岳(2001)和藺公振(1999)等研究了受切根數(shù)和割刀參數(shù)對(duì)切割功耗的影響。 1.3.3 秸稈的化學(xué)成分 不管任何植物材料其主要化學(xué)組份均為纖維素，半纖維素，木質(zhì)素三種。由表1.1可知，棉稈中的纖

11、維素含量為50%左右，木質(zhì)素含量為20%以上，半纖維素含量為75%以上，均明顯高于麥秸類(lèi)軟莖稈，更接近于杉木等低級(jí)木材。 表1.1 秸稈的化學(xué)成分(徐學(xué)耘，1994) 種類(lèi) 木質(zhì)素 纖維素 半纖維素 果膠 聚戊糖 % % % % % 棉稈 22 麥秸 杉木 第2章 切碎機(jī)整體方案設(shè)計(jì) 2.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 秸稈切碎機(jī)的總體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2.1。 1.變速箱和喂入機(jī)構(gòu)2.喂入槽3.切碎器4.帶傳動(dòng)5.電動(dòng)機(jī) 圖2.1 秸稈切碎機(jī)總體結(jié)構(gòu)示意圖 該機(jī)主要由切碎器、變

12、速箱和喂入機(jī)構(gòu)、喂入槽、甩拋裝置、帶傳動(dòng)、電動(dòng)機(jī)組成。秸稈由喂入槽2喂入，在喂入機(jī)構(gòu)1作用下將其壓實(shí)并卷入機(jī)構(gòu)，被動(dòng)定刀片組成的切碎器3切碎，最后由拋送裝置拋出機(jī)外。 2.2 樣機(jī)的性能試驗(yàn) 根據(jù)前面的理論和試驗(yàn)分析，我們?cè)O(shè)計(jì)了農(nóng)作物硬莖稈切碎機(jī)，見(jiàn)圖2.2，其主要的技術(shù)參數(shù)如下: 喂入齒輥有效長(zhǎng)度:100mm; 喂入齒輥張開(kāi)間距最大值:59mm，張開(kāi)間距自動(dòng)調(diào)節(jié); 喂入齒輥節(jié)徑:83mm; 總速比:6.47; 動(dòng)刀數(shù):2; 動(dòng)刀轉(zhuǎn)速:550r/min; 喂入齒輥轉(zhuǎn)速:85r/min: 物料切碎長(zhǎng)度:10mm; 配備動(dòng)力 圖2.2 直刃刀硬莖稈切碎機(jī) 試驗(yàn)材料選

13、用浙江大學(xué)實(shí)驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)提供的本年度棉花采收后的成熟棉稈，去除根部和霉?fàn)€變質(zhì)莖稈，原料平均含水率為18.5%(濕基)。每次試驗(yàn)物料15kg，共進(jìn)行5次測(cè)試，取平均值，對(duì)切碎物料進(jìn)行粒度篩分分析，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2.1。 表2.1 秸稈切碎機(jī)性能試驗(yàn)結(jié)果 測(cè)試項(xiàng)目 測(cè)試結(jié)果 刀軸轉(zhuǎn)速(r/min) 550 喂入輥轉(zhuǎn)速(r/min ) 85 切碎生產(chǎn)率(kg/h) 500 能耗(kJ/kg) 110 切碎效率(%) 粒度分布:(%) > 11.5% 59.4% 21.3%， 7.8% 對(duì)切碎物料的粒度分布測(cè)定結(jié)果表明，經(jīng)一次切碎，粒度為>20.

14、0mm的殘余組分中主要為細(xì)枝梗，這表明該喂入機(jī)構(gòu)在夾持粗枝梗的同時(shí)對(duì)細(xì)枝梗還會(huì)產(chǎn)生漏切現(xiàn)象。需進(jìn)一步加以分析改進(jìn)。 2.3 本章小結(jié) 對(duì)硬莖稈切碎機(jī)進(jìn)行樣機(jī)的設(shè)計(jì)研制和性能試驗(yàn)，確定整體方案，驗(yàn)證設(shè)計(jì)方法的合理性。 第3章 秸稈切碎機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 切碎器設(shè)計(jì) 切碎器是秸稈切碎機(jī)的重要工作部件。它的參數(shù)設(shè)計(jì)是否合理，對(duì)切碎質(zhì)量、功率消耗以及機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)均勻程度有直接影響。影響切碎性能的主要因素有:(l)切割時(shí)要產(chǎn)生滑切，以減少切割阻力。(2)切割要穩(wěn)定，秸稈相對(duì)于動(dòng)定刀片沒(méi)有滑移。(3)切割阻力矩變化均勻。

15、 3.1.1 切碎方式選擇 秸稈切碎方式主要有輪刀式切碎、滾刀式(螺旋刀)切碎和錘片式切碎等。輪刀式切碎質(zhì)量好，刀片結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要缺點(diǎn)是刀盤(pán)運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻。滾刀式切碎滑切作用強(qiáng)，切割阻力小，但切碎體不能自動(dòng)拋出，刀片剛度差，不適合硬莖稈切碎。錘片式切碎是利用高速旋轉(zhuǎn)的錘片來(lái)?yè)羲榻斩?，刀片結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性好，但能耗高(藺公振等，19%;樸香蘭，1998)。 表3.1 切碎秸稈的粒度分布 刀軸轉(zhuǎn)速 粒度(mm)及百分含量(%) /r·min 錘片切碎 860 1220 1 1580

16、 螺旋刀切碎 920 1250 1500 直刃刀切碎 900 1230 1 1450 根據(jù)對(duì)直刃刀切碎、螺旋刀切碎和錘片切碎3種不同切碎方式的比較試驗(yàn)(盛奎川等，1999)，如圖3.l所示，在相同轉(zhuǎn)速下，直刃刀切碎的單位質(zhì)量棉桿能耗最低，由表3.1可知，采用直刃刀切碎細(xì)小顆粒產(chǎn)量較高，在900~1450r/min范圍內(nèi)，提高轉(zhuǎn)速對(duì)細(xì)小顆粒產(chǎn)量增加不明顯。

17、 圖3.1 切碎機(jī)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速與能耗的關(guān)系 根據(jù)以上分析，我們選擇直刃刀切碎作為棉稈等硬莖稈切碎的設(shè)計(jì)方案，動(dòng)刀片數(shù)為3，均布于動(dòng)刀架上，其動(dòng)刀架結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3.2。 3.1.2 切碎原理分析 按刀片刃線(xiàn)運(yùn)動(dòng)方式，切割可分為砍切和滑切兩種?？城袝r(shí)刀片切割點(diǎn)M運(yùn)動(dòng)方向垂直刃線(xiàn)，而滑切時(shí)刀片切割點(diǎn)M運(yùn)動(dòng)方向不垂直刃線(xiàn)。由于滑切使刀片斜置切入，實(shí)際刃角相應(yīng)變小，刃線(xiàn)變銳，切割阻力減少，因此滑切比砍切省力，且在一定滑切角范圍內(nèi)，滑切程度越大，切割越省力。 當(dāng)?shù)镀a(chǎn)生滑切時(shí)，切割點(diǎn)M速度V分解為2部分(圖3.3):滑切速度Vt，方向平行刃線(xiàn);砍切速度Vn，方向垂直刃線(xiàn)。速度V和Vn夾角為滑切

18、角，在一定滑切角范圍內(nèi)，滑切程度越大，切割越省力。 3.1.3 割刀參數(shù)分析 直線(xiàn)型刀片的滑切角在數(shù)值上等于刀片刃線(xiàn)AB與切割半徑r之夾角(圖3.4)。 圖3.2 直刃刀動(dòng)刀架簡(jiǎn)圖 圖3.3 刀片的滑切 為了保證刀片有滑切，其刃線(xiàn)AB至回轉(zhuǎn)中心O應(yīng)具有偏心距e。 由圖3.4可得: tg= (3.1) 上式說(shuō)明，從切割開(kāi)始到終了，隨著切割點(diǎn)外移，切割半徑r的增加，刀片的滑切角逐漸減小。因此，刀片切割阻力矩隨著切割半徑的增大，滑切角的減小，切割阻力的增大

19、而增大。 圖3.4中，動(dòng)刀刃線(xiàn)AB與定刀刃線(xiàn)CM間的夾角為推擠角x.切割時(shí)如果推擠角過(guò)大，秸稈受刀片作用，會(huì)先沿刃線(xiàn)一側(cè)滑移，逐漸集中在最后階段切割，結(jié)果造成刀片負(fù)荷不均，刃線(xiàn)末端磨損嚴(yán)重，碎段變長(zhǎng)，切碎質(zhì)量變壞。因此，為保證切割穩(wěn)定，不產(chǎn)生滑動(dòng)切割，滿(mǎn)足如下切割條件: （3.2) 1.O--動(dòng)刀回轉(zhuǎn)中心2.AB--動(dòng)刀刃3.e--偏心距4.--滑切角5.r--切割半徑6. x--推擠角 圖3.4切碎器的結(jié)構(gòu)圖 根據(jù)文獻(xiàn)資料(陶南，1991)，取=， ，則x。 圖3.

20、4中，由三角形OGH和HCD相似關(guān)系可知，推擠角x在數(shù)值上等于回轉(zhuǎn)角，在切割過(guò)程中逐漸減小。故刀片推擠角隨著切割點(diǎn)外移、回轉(zhuǎn)角的減小而減小。 從以上分析可以得出，直刃刀刀片的推擠角變化比較合理，而滑切角和阻力矩變化不夠理想。因此，為了改善其切碎性能，本設(shè)計(jì)采用提高切碎器轉(zhuǎn)速和增大其本身轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(即刀架質(zhì)量)的方法，來(lái)補(bǔ)償由于阻力矩變化所引起的運(yùn)轉(zhuǎn)不均的缺點(diǎn)。通過(guò)將動(dòng)刀架與甩拋輪設(shè)計(jì)為一體，既可增加刀架的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，又可改善切碎物料的甩拋性能。 3.1.4 主要技術(shù)參數(shù)確定 切碎長(zhǎng)度是切碎機(jī)主要性能指標(biāo)之一，機(jī)器工作時(shí)，秸稈被喂入輥卷入切碎機(jī)構(gòu)的速度v(m/s)，切砰器每秒鐘切碎次數(shù)為，

21、則理論切碎長(zhǎng)度為: L== 考慮到喂入輥的打滑因素，實(shí)際切碎長(zhǎng)度為: L= (3.3) 式中：k—?jiǎng)拥镀瑪?shù) i—切碎器主軸n與喂入輥轉(zhuǎn)速n之傳動(dòng)比 D—喂入輥直徑 切碎器主軸與喂入輥之傳動(dòng)比i=6.47，喂入輥直徑d=83mm，動(dòng)刀片數(shù)K為2，打滑系數(shù)取0.06，則理論切碎長(zhǎng)度L=20mm。 切碎機(jī)生產(chǎn)率的大小取決于喂入口面積，切碎器刀片數(shù)和轉(zhuǎn)速，莖稈種類(lèi)和切碎長(zhǎng)度等，理論生產(chǎn)率可由下式計(jì)算: Q=60·k·a

22、·b·L·n· (3.4) 式中: k—?jiǎng)拥镀瑪?shù); a、b—為喂入口高度和寬度，m; L—理論切碎長(zhǎng)度，m; n— 喂入輥轉(zhuǎn)速，r/min; —喂入輥壓縮后的莖稈容重，kg/m。 切碎器的動(dòng)刀片數(shù)k為2，喂入輥轉(zhuǎn)速n為85r/min，喂入口寬度a取0.1m， 度b取0.14m，莖稈壓縮后容重以棉稈為例約為120~150kg/m，若取130kg/m。切碎長(zhǎng)度為0.02m，理論生產(chǎn)率約為Q=500kg/h。 3.2 喂入機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 喂入機(jī)構(gòu)由喂入槽、喂入輥和壓緊裝置等部件組成。它的作用是將物料以一定的速度喂入切碎器，并在喂入的同時(shí)，將

23、其夾住、壓緊、無(wú)滑動(dòng)，以保證切碎質(zhì)量，即切碎顆粒長(zhǎng)度均勻、切口平整。主要結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖3.5。上喂入輥的動(dòng)力由切碎器刀軸傳入，下喂入輥由一對(duì)圓柱齒輪和一對(duì)鏈輪傳遞動(dòng)力并改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向，從而獲得上下喂入輥轉(zhuǎn)速一致，但方向不同的運(yùn)動(dòng)。 由于本切碎機(jī)主要是用于切碎硬莖稈，所以采用卷入性能好，并能自動(dòng)調(diào)節(jié)喂入口高度的星齒型上下喂入輥(圖3.6)。壓緊裝置采用雙彈簧式壓緊裝置，兩個(gè)彈簧在機(jī)架兩側(cè)，一端固定在機(jī)架上，另一端固定在喂入輥軸座上。隨物料尺寸的改變， 使壓力隨彈簧變形而改變，有利于喂入切割。上喂入輥隨著喂入物料的直徑變化，靠軸座和彈簧，以0為圓心，60mm為半徑，在滑槽CD中浮動(dòng)，上下喂入輥中心

24、距在85--144mm之間，適用不同物料喂入并夾緊。 1.滑槽2.上喂入輥3.齒輪傳動(dòng)4.調(diào)節(jié)彈簧5. 圖3.5 喂入機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖 圖3.6 喂入輥結(jié)構(gòu)圖 3.3 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 切碎機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖3.7。電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力先經(jīng)皮帶輪傳給動(dòng)刀軸，再經(jīng)一對(duì)圓柱齒輪和一對(duì)圓錐齒輪減速后傳給喂入輥?？倐鲃?dòng)比為i=6.47。 3.4 本章小結(jié) 本章首先對(duì)各種切碎方式進(jìn)行比較分析，選擇合適的切碎方式;然后從理論上對(duì)切碎器等重要工作部件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需參數(shù)。 1.帶輪傳動(dòng)2.動(dòng)刀3.圓柱齒輪傳動(dòng)4.喂入裝置5.圓錐齒輪傳動(dòng)6.電機(jī) 圖3.7 傳動(dòng)

25、系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 第4章 盤(pán)刀式切碎器刀刃曲線(xiàn)對(duì)切割能耗的影響 4.1 切割過(guò)程幾何參數(shù)的分析 根據(jù)盤(pán)刀式切碎器的切割原理和切割過(guò)程中定刀與動(dòng)刀之間相互作用關(guān)系的分析可知 ,影響切割過(guò)程的主要參數(shù)是切割時(shí)的滑切角τ、擠推角 x 和切割轉(zhuǎn)角θ。偏心圓弧曲線(xiàn)刀刃、直線(xiàn)刀刃和等滑切角曲線(xiàn)刀刃3 種形式的切碎器在切割過(guò)程的幾何參數(shù)如圖4.1 所示。 偏心圓弧刃 直線(xiàn)刃 等滑切角刃 圖4.1 切碎器幾何參數(shù) 對(duì)于偏心圓弧曲線(xiàn)刀刃 ,切割過(guò)程中的幾何參數(shù)與其結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系為:

26、 τ=arcsin[ (R+ r- e )/ 2Rr] () x =τ+arcsin( H/r) () θ=arcsin [( Ra - R·sin x)/e] () 式中: R —圓弧刀刃的半徑 r—切割點(diǎn)處的回轉(zhuǎn)半徑 e —圓弧刀刃的偏心距 H—切割中心線(xiàn)高度 Ra —切割點(diǎn)與回轉(zhuǎn)中心水平距離 對(duì)于直線(xiàn)刀刃,切割過(guò)程中的幾何參數(shù)與其結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系為: τ=arcsin

27、(e/r) () x =τ+arcsin( H/r) () θ= (π/2) - x () 式中： e —直線(xiàn)刀刃偏心距; r—切割點(diǎn)處回轉(zhuǎn)半徑 H—切割中心線(xiàn)高度 對(duì)于等滑切角曲線(xiàn)刀刃，在切割過(guò)程中的滑切角τ保持恒定不變；而擠推角和切割轉(zhuǎn)角與其結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系為：

28、x =τ+arcsin( H/r) () θ= k·ln( r/c) () 式中： H—切割中心線(xiàn)高度 r —切割點(diǎn)處的回轉(zhuǎn)半徑 k —常數(shù) 從上面3種形式曲線(xiàn)刀刃的切割參數(shù)與其結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的幾何關(guān)系可以看出:滑切角τ、擠推角x和切割轉(zhuǎn)角θ三者之間是密切相關(guān)的。在切碎器上 ,只要其結(jié)構(gòu)參數(shù)確定,3個(gè)角度的大小及其在切割過(guò)程中的變化規(guī)律也就隨之確定。在切碎器的設(shè)計(jì)過(guò)程中,上面的3個(gè)角度只要有1個(gè)確定,其他2個(gè)角度的變化

29、便在一定的結(jié)構(gòu)限制下隨之確定。無(wú)論采何種形狀的刀刃曲線(xiàn),其3個(gè)角度間的關(guān)系皆是如此。 4.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 考慮到直線(xiàn)刃、圓弧刃和等滑切角刃3種類(lèi)型切碎器在切割過(guò)程中的能量消耗 ,圓弧刃和等滑切角刃各選擇3組不同的結(jié)構(gòu)參數(shù) ,直線(xiàn)刃選擇4組不同的參數(shù),其參數(shù)的取值、滑切角、擠推角和切割轉(zhuǎn)角的數(shù)值見(jiàn)表4.1。 試驗(yàn)在9ZF110型盤(pán)刀式切碎器上進(jìn)行。試驗(yàn)中為使不同切割刃曲線(xiàn)刀的切割能耗具有可比性,除刀刃曲線(xiàn)外其他試驗(yàn)條件保持相同。試驗(yàn)切割的物料為青貯玉米秸,切割層寬度170mm,切割層厚度23mm,喂入量3400kg/h,切割間隙0.13mm,切碎器轉(zhuǎn)速600r/min。試驗(yàn)過(guò)程中,記錄切碎器

30、主軸的扭矩和轉(zhuǎn)速,并對(duì)記錄的扭矩曲線(xiàn)進(jìn)行離散化處理。為提高精度和消除干擾因素影響,每號(hào)試驗(yàn)重復(fù)10次,結(jié)果見(jiàn)表4.2 4.3 結(jié)果與分析 因試驗(yàn)所用10種動(dòng)刀的工作條件一致,故除切割以外其他部分能量消耗相同,所以切碎器主軸上的切割扭矩就代表了切割能耗的大小。因此以切割平均扭矩值作為試驗(yàn)評(píng)價(jià)指標(biāo)。 表4.1 曲線(xiàn)刀刃結(jié)構(gòu)參數(shù) 圓弧刃 等滑切角刃 直線(xiàn)刃 實(shí)驗(yàn)號(hào) 參數(shù) 實(shí)驗(yàn)號(hào) 參數(shù) 實(shí)驗(yàn)號(hào) 參數(shù) R =375 ; e =375 e τ=6.8°～19.8° τ= 25° τ= 20.2°~77.3° χ= 28.9°

31、～33.5° χ= 34.1°～51.6° χ= 29.3°~50.7° θ= 18.79° θ= 28.7° θ= 7.8° R =313 ; e =226 e τ=6.2°～44.1° τ= 35° τ=12.7°~38.5° χ=15.3°～70.6° χ= 44.1°～61.6° χ=21.8°～65.1° θ= 53.8° θ= 52.8° θ= 3.2° R=409 ; e=335 e τ=25.1°～40.1° τ= 45° τ= 18.8°~65.5° χ=1

32、1.6°～66.7° χ= 54.1°～71.6° χ= 27.8°~38.9° θ= 45.24° θ= 46.9° θ= 11.1° e τ= 30.7°~96.5° χ= 39.8°~89.9° θ= 50.1° 對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行單因素方差分析,結(jié)果表明:不同刀刃曲線(xiàn)對(duì)切割時(shí)的平均切割扭矩具有顯著的影響(顯著水平α=0101)。為了確定哪些曲線(xiàn)刀刃在切割過(guò)程中的平均扭矩具有顯著差異,對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多重比較,結(jié)果是:D1號(hào)試驗(yàn)的平均扭矩極顯著地高于其他9號(hào)試驗(yàn) ,這是由于D1號(hào)試驗(yàn)所用圓弧曲線(xiàn)刃的結(jié)構(gòu)參數(shù)導(dǎo)致切割過(guò)程中滑切角和擠

33、推角的數(shù)值較小而引起。D3、D2、D6和D10組試驗(yàn)結(jié)果之間不存在顯著差異;D7、D8和D9組試驗(yàn)結(jié)果之間也不存在顯著差異,但是顯著地高于D2 和D3 組試驗(yàn)結(jié)果。 4.4 結(jié)論 通過(guò)對(duì)3類(lèi)不同刀刃曲線(xiàn)10組結(jié)構(gòu)參數(shù)的動(dòng)刀切割試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,得出如下結(jié)論: 表4.2 平均切割扭矩試驗(yàn)結(jié)果 重復(fù) 試驗(yàn)號(hào) 1 2 3 4 2441 5

34、6 7 21.45 8 9 10 均值 1) 切割時(shí)的滑切角τ和切割轉(zhuǎn)角θ是影響切割能耗的主要因素。當(dāng)滑切角在35°～45°范圍內(nèi),切割轉(zhuǎn)角在45°～65°范圍內(nèi)時(shí),切割的平均扭矩較低,切割能耗較小。 2)刀刃曲線(xiàn)的形狀影響切碎器的切割能耗,但是這種影響受結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的制約。對(duì)于不同類(lèi)型的刀刃曲線(xiàn),只要結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)能夠保證滑切角和切割轉(zhuǎn)角在

35、適宜的范圍內(nèi)變化,則可保證切碎器具有較低的切割能耗。 3) 傳統(tǒng)切碎器扭矩計(jì)算公式是在靜態(tài)切割條件下以受力分析為基礎(chǔ)推導(dǎo)而來(lái)的。而在實(shí)際的動(dòng)態(tài)切割過(guò)程中,由于物料受力狀態(tài)的改變以及切割過(guò)程中動(dòng)刀慣性力的存在,使得理論計(jì)算扭矩值與實(shí)際測(cè)量值之間具有較大的差異。因此 ,在應(yīng)用理論計(jì)算公式進(jìn)行切碎器結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì),要考慮動(dòng)態(tài)切割的影響,對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行必要的修正。 4.5 本章小結(jié) 以9ZF110型盤(pán)刀式切碎器為基礎(chǔ) ,研究了圓弧曲線(xiàn)、直線(xiàn)和等滑切角曲線(xiàn)刀刃在切割青飼玉米時(shí)的切割能耗變化。結(jié)果表明:切割時(shí)的滑切角和切割轉(zhuǎn)角是影響切割能耗的主要因素。當(dāng)滑切角在 35°～45°范圍內(nèi),切割轉(zhuǎn)角在45°

36、～65°范圍內(nèi)時(shí),切割的平均扭矩較低,切割能耗較小。對(duì)于不同類(lèi)型的刀刃曲線(xiàn),只要結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)能夠保證滑切角和切割轉(zhuǎn)角在適宜的范圍內(nèi)變化,則可保證切碎器具有較低的切割能耗。 盤(pán)刀式切碎器是畜牧業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的飼料加工機(jī)械,其工作過(guò)程中消耗的能量主要用于飼料的切斷。長(zhǎng)期以來(lái),關(guān)于減小切碎器能量消耗的研究主要集中在切碎器動(dòng)刀刃曲線(xiàn)形狀上。從目前應(yīng)用的切碎器動(dòng)刀結(jié)構(gòu)看,刀刃的曲線(xiàn)形狀有圓弧型、直線(xiàn)型、折線(xiàn)型和等滑切角4 種。這4種不同形狀的動(dòng)刀刃曲線(xiàn)類(lèi)型對(duì)切碎器的切割能量消耗有較大的影響。因此,在理論分析和試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,研究不同類(lèi)型曲線(xiàn)刀刃形狀對(duì)切碎器能耗的影響,對(duì)于改進(jìn)切碎器的工作性能和減小工

37、作過(guò)程中的能量消耗具有重要意義。 第5章 動(dòng)刀片受力分析 工作原理 PCCì 15. 0S 型青飼切碎機(jī)主要由喂入機(jī)構(gòu)、切碎器、拋送機(jī)構(gòu)和傳送機(jī)構(gòu)等部分組成。切碎器是青飼切碎機(jī)的重要工作部件,動(dòng)刀片和拋送葉片安裝在3個(gè)互呈120°的刀架上(如圖5.1)。切碎機(jī)工作時(shí),動(dòng)刀片和拋送葉片在刀架的帶動(dòng)下繞軸O旋轉(zhuǎn)(如圖5.2),動(dòng)刀片M N 由飼料喂入口的J 點(diǎn)開(kāi)始切割物料, 到L 點(diǎn)完成一次切割。3個(gè)動(dòng)刀片依次工作實(shí)現(xiàn)青飼切

38、碎機(jī)的連續(xù)切割工作。 1.定刀片2. 飼料層3. 動(dòng)刀片4. 拋送葉片5. 刀架 圖5.1切碎器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 圖5.2切碎機(jī)工作分析圖 在圖5.2 中,可將動(dòng)刀片A 點(diǎn)的速度v 分解為垂直于刃口的速度vn 和沿著刃口方向的速度v t; v 與v n 之間的夾角稱(chēng)為滑切角S, tanS稱(chēng)為滑切系數(shù),它的值可以反映滑切作用的大小;動(dòng)刀片M N 與在KL 附近安裝的定刀片之間的夾角稱(chēng)為鉗住角x(或推擠角),該角不能過(guò)大, 否則物料會(huì)被推移, 不利于機(jī)器切割[22]。 5.2 動(dòng)刀片的受力分析 直刃口動(dòng)刀片的受力分析 直刃口動(dòng)刀片設(shè)計(jì)尺寸如圖5.3, 為了便于分析,其受力情況

39、簡(jiǎn)化為如圖 所示情況(假設(shè)不考慮物料喂入力的影響)。設(shè)動(dòng)刀刃上任意一點(diǎn)A 受力為F , 它可分解為沿著刀刃方向的滑切力P 和垂直于刀刃方向的正壓力N z[ 22 ] , 其中 N z= (5.1) P = fN z (5.2) F = (5.3) 式中： q——比阻, 即

40、單位刃口長(zhǎng)的切割阻力 S ——參加切割的刃口長(zhǎng)度 f ——切割的滑動(dòng)摩擦因數(shù) 圖5.3直刃口動(dòng)刀片結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 圖5.4直刃口動(dòng)刀片受力簡(jiǎn)圖 各種飼料具體的q 值應(yīng)由試驗(yàn)確定(本研究取用玉米秸稈) ; 切割玉米秸稈時(shí)S、q 關(guān)系見(jiàn)表5.1。f 與滑切系數(shù)tan的關(guān)系見(jiàn)表5.2。 與q 的關(guān)系 / 0 10 20 30 40 50 60 91.63 與f 的關(guān)系 tan 0 f 0 正壓力矩 (N z 力對(duì)O 點(diǎn)的力矩) 為

41、 T 1= N z (5.4) 滑切力矩（P 力對(duì)O 點(diǎn)的力矩) 為 = P (5.5) 求解直刃口動(dòng)刀片在切割玉米秸稈時(shí)所受的力和力矩的步驟如下: (1) 根據(jù)已知切碎器的設(shè)計(jì)參數(shù): 最大推擠角Vmax為68°, 切碎器回轉(zhuǎn)中心距定刀的高度為90 mm ,回轉(zhuǎn)中心到喂入口的最短距離為150mm , 喂入口寬度為380 mm , 高度為110 mm , 見(jiàn)圖5.5。 圖5.5 裝

42、參數(shù)圖 (2) 過(guò)回轉(zhuǎn)中心O 作垂直于M N 線(xiàn)的直線(xiàn)OG,垂足為G; 以O(shè) 為圓心,OG 為半徑繪圓, 量得轉(zhuǎn)角R為63°(見(jiàn)圖5.6)。 圖5.6 刃口動(dòng)刀片運(yùn)動(dòng)軌跡圖 (3) 將轉(zhuǎn)角R 分成若干份, 在圓O 上得出相應(yīng)點(diǎn), 并過(guò)這些點(diǎn)分別作圓O 的切線(xiàn), 此切線(xiàn)即為刀片在不同轉(zhuǎn)角時(shí)的刃口線(xiàn), 各刃口線(xiàn)在喂入口內(nèi)的長(zhǎng)度即為切割刃口長(zhǎng)S。將不同位置的S 的中點(diǎn)與回轉(zhuǎn)中心O 相連, 得出滑切角、推擠角。 (4) 由以上圖表及式(1)～ (5) 即可求出q、f 、N z、P、F、、。數(shù)據(jù)整理后見(jiàn)表5.3。 表5.3 刃口動(dòng)刀片數(shù)據(jù)表 序號(hào) / /() /() /mm

43、 q/N f Nz/N P/N F/N T/N T/Nm 1 0 68 60 0 0 0 0 0 0 2 10 58 55 3 20 48 50 4 30 38 42 5 40 28 33 6 45 23 29 7 50 18 25 8 51 17 22 9 56 11

44、20 10 60 8 17 11 63 5 14 0 0 0 0 0 0 5.2.2 圓弧刃口動(dòng)刀片的受力分析 圓弧刃口動(dòng)刀片設(shè)計(jì)尺寸如圖5.7, 它的安裝尺寸與直刃口動(dòng)刀片的安裝尺寸相同。為了便于受力分析(假設(shè)不考慮物料喂入力的影響)將其簡(jiǎn)化為一段圓弧(見(jiàn)圖5.8)。設(shè)圓弧上任意一點(diǎn)A 受力為F ,過(guò)A作圓弧切線(xiàn)B C,則= ∠OA G, 力F 可分解沿切線(xiàn)方向滑切力P ′和垂直于切線(xiàn)方向正壓力′ 圖5.7 弧刃口動(dòng)刀片結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 圖5.8 弧刃口動(dòng)刀片受力簡(jiǎn)圖 求解圓弧刃

45、口動(dòng)刀片在切割玉米秸稈時(shí)所受的力和力矩的基本步驟與直刃中的步驟基本相同, 但略有不同之處是: 直刃步驟中的位于喂入口中的刀刃線(xiàn)在此作為圓弧刃的弦來(lái)處理, 在此基礎(chǔ)上在喂入口中做出圓弧刀刃線(xiàn)(圖5.9)。S ′為圓弧刃落在喂入口中的圓弧長(zhǎng)度; 取圓弧的中點(diǎn),將其與回轉(zhuǎn)中心O 相連,并做出過(guò)中點(diǎn)的圓弧切線(xiàn), 可得′、′。將數(shù)據(jù)整理成表5.4。 圖5.9 弧刃動(dòng)刀片的運(yùn)動(dòng)軌跡圖 5.2.3 動(dòng)刀片的受力特性曲線(xiàn) 綜合表5.3、5.4 做出兩種動(dòng)刀片各個(gè)參數(shù)隨轉(zhuǎn)角變化的綜合對(duì)比曲線(xiàn), 如圖5.10、5.11 所示。 圖5.10　動(dòng)刀片的推擠角、滑切角隨轉(zhuǎn)角的變化曲線(xiàn) 圖5.11

46、刀片的正壓力N 和滑切力P 隨轉(zhuǎn)角R 變化曲線(xiàn) 表5.4 圓弧刃口動(dòng)刀片數(shù)據(jù)表 序號(hào) / /() /() /mm q/N f Nz/N P/N F/N T/N T/Nm 1 0 68 60 0 0 0 0 0 0 2 10 58 55 3 20 48 50 4 30 38 42 5 40 28 33 6 45 23 29 7 50 18

47、 25 8 51 17 22 9 56 11 20 10 60 8 17 11 63 5 14 0 0 0 0 0 0 (1) 在圖5.10 中, PCCIV 15.0S 青飼切碎機(jī)的動(dòng)刀片在切割過(guò)程中, 推擠角和滑切角隨著切割轉(zhuǎn)角 的增大而急劇減小; 在0°～ 20°轉(zhuǎn)角內(nèi), 推擠角很大, 飼料有被推擠到喂入口右側(cè)的趨勢(shì)。 (2) 通過(guò)對(duì)兩種刀片的推擠角、滑切角變化曲線(xiàn)的對(duì)比分析可看出, 在切割過(guò)程中當(dāng)

48、< 50°時(shí), , ; 直刃口動(dòng)刀較圓弧刃口動(dòng)刀對(duì)飼料的推擠趨勢(shì)要大; > 50°時(shí),, 情況相反。直刃口動(dòng)刀比圓弧刃口動(dòng)刀在切割過(guò)程中所受阻力要逐漸減小。 (3) 由圖5.11 可以看出, 動(dòng)刀片在切割過(guò)程中, 刀片所受的正壓力很大而滑切力P 相對(duì)很小, 砍切作用遠(yuǎn)大于滑切作用, 因此PCCì 1510S 青飼切碎機(jī)對(duì)飼料的切割過(guò)程主要以砍切為主, 滑切為輔。 (4) 在圖5.11 中, 將兩種刀片的正壓力和滑切力曲線(xiàn)進(jìn)行對(duì)比可以看出, 直刃口動(dòng)刀片的滑切力P與圓弧刃口動(dòng)刀片的滑切力P ′在變化過(guò)程中大小大致相當(dāng)。當(dāng)< 48°時(shí), 直刃刀正壓力N z 小于圓弧刃刀正壓力, 此時(shí)直刃動(dòng)刀

49、比圓弧刃動(dòng)刀利于滑切; 當(dāng)> 48°時(shí), 直刃刀正壓力N z 大于圓弧刃刀正壓力, 此時(shí)圓弧刃動(dòng)刀比直刃動(dòng)刀利于滑切。 5.4 本章小結(jié) 對(duì)PCCì 15. 0S 型青飼切碎機(jī)的兩種動(dòng)刀片進(jìn)行受力分析, 深入探討了動(dòng)刀片在切碎物料過(guò)程中各種參數(shù)的變化規(guī)律, 從而得出圓弧刃口動(dòng)刀片在綜合切碎性能上較直刃口動(dòng)刀片優(yōu)越。 輪刀式青飼切碎機(jī)是一種使用較為普遍的機(jī)型[21]。動(dòng)刀片是青飼切碎機(jī)的核心工作部件, 在切割飼料的過(guò)程中受力情況復(fù)雜, 極易磨損和耐磨性差一直是青飼切碎機(jī)存在的主要問(wèn)題。深入全面地分析研究動(dòng)刀片的受力及磨損規(guī)律對(duì)改善青飼切碎機(jī)的工作性能、提高其生產(chǎn)效率和增加使用者的經(jīng)濟(jì)效益等

50、都具有十分重要的意義。 第6章 切碎機(jī)整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 6.1.1 切碎器轉(zhuǎn)速的確定 切碎機(jī)的生產(chǎn)率（）由下式估算： （6.1） 式中： a、b——喂入口的高與寬（m） l——理論切碎長(zhǎng)度（m） z——?jiǎng)拥镀瑪?shù)目，一般z＝2～6把 n——切碎器轉(zhuǎn)速（），一般n＝3

51、00～500 ——飼草密度（）對(duì)于秸稈，飼草 由已知條件Q＝500和前面所設(shè)計(jì)的參數(shù)代入上式得： 根據(jù)設(shè)計(jì)要求和考慮實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程，這里取。 6.1.2 切碎器功率消耗 查閱相關(guān)參考書(shū)，已知小型秸稈切碎機(jī)每米工作幅寬的平均功率為11kW，由此可得該秸稈切碎機(jī)消耗的功率為:，則切碎器扭矩 6.1.3 電機(jī)選擇 此次設(shè)計(jì)的切碎機(jī)為農(nóng)戶(hù)用，電壓為220V，所以在Z系列電機(jī)中選擇。此系列小型直流電機(jī)有發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)兩種，具有轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，調(diào)速范圍廣，體積小重量輕，可用于靜止整流電源供電等優(yōu)點(diǎn)。電機(jī)的工作方式是連續(xù)工作制，在海拔不超過(guò)1000m，環(huán)境空氣溫度不超過(guò)40℃時(shí)，電機(jī)能

52、按額定功率正常運(yùn)轉(zhuǎn)。此系列中電動(dòng)機(jī)電壓等級(jí)為110V,160V,220V和440V，發(fā)電機(jī)電壓等級(jí)為115V和230V，其外殼防護(hù)等級(jí)為IP21,冷卻方式為IC01,IC06或者IC07。 根據(jù)前面計(jì)算得出的切碎器轉(zhuǎn)速和功率消耗，選擇Z型電機(jī)中的23－32型電動(dòng)機(jī)：電壓220V，額定功率2.2kW，額定轉(zhuǎn)速1000。 計(jì)算總傳動(dòng)比及分配各級(jí)傳動(dòng)比 總傳動(dòng)比: 展開(kāi)式二級(jí)錐齒輪傳動(dòng)，高速軸，則： 取，則。 V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 （1）V 帶輪的設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì) V 帶輪時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足的要求有：質(zhì)量??；結(jié)構(gòu)工藝性好，無(wú)過(guò)大的鑄造內(nèi) 應(yīng)力，質(zhì)量分布均勻，轉(zhuǎn)速高時(shí)要經(jīng)過(guò)動(dòng)

53、平衡，輪槽工作面要經(jīng)過(guò)精細(xì)加工（表 面粗糙度一般應(yīng)為 3.2）以減帶的磨損，各槽的尺寸和角度應(yīng)保持一定的精度， 以使載荷分布較為均勻等。 （2）材料 此處帶輪的材料，采用鑄鐵，材料牌號(hào)為 HT200 （3）確定計(jì)算功率 P ca 由參考資料[25]表 8.7 查得工作情況系數(shù) Kα=1.3，設(shè)計(jì)功率Pd=KA （4）選取帶型 根據(jù) P ca ，n 由參考資料[25]圖 8.11確定選用 Z系列普通V帶 （5） （6）確定帶輪基準(zhǔn)直徑d并驗(yàn)算帶速v 由[25]表 8.6 和表 8.8小帶輪基準(zhǔn)直徑，外徑 （7）大帶輪基準(zhǔn)直徑 （8）按參考資料[25]式(8.13)驗(yàn)

54、算帶的速度 帶速 所以： 帶的速度合適 （9）確定 V 帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和傳動(dòng)中心距 根據(jù)參考資料[25]式(8.20) 初定中心距：由， 取 （10） 基準(zhǔn)長(zhǎng)度： 根據(jù)參考資料[1]表 8.2 ，Z系列普通V帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度。 （11）實(shí)際中心距： （12）由參考資料[25]式(8.7),得小帶輪包角 （13）查得 （14）計(jì)算 V 帶的根數(shù) Z 由參考資料[25]式(8.26) Z=Pca/Pr

55、=KAP/(P0+?P0)KaKL KL------------------長(zhǎng)度系數(shù) P0----------------單根V帶的基本額定功率 ?P0----------------計(jì)入傳動(dòng)比的影響時(shí)，單根V帶額定功率的增量 取：Z=3 （15） 單根V帶初張緊力 （16）由參考文獻(xiàn)[25]式8.28，得 作用在軸上的力 , 6.3 傳動(dòng)零件設(shè)計(jì)計(jì)算 6.3.1 圓柱直齒輪傳動(dòng) a) 選精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 1) 材料及熱處理； 選擇小圓柱直齒輪材料為40，硬度為280HBS，大圓柱直齒輪材料

56、45鋼，硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。 2) 精度等級(jí)選用7級(jí)精度； 3) 試選小圓柱齒輪齒數(shù)＝22，大圓柱齒輪齒數(shù)＝68的； b) 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 因?yàn)榈退偌?jí)的載荷大于高速級(jí)的載荷，所以通過(guò)低速級(jí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,由參考文獻(xiàn)[25]公式10.9a得 （6.3） 1) 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 （1）計(jì)算輸入軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 （2）由參考文獻(xiàn)[25]表10.7選取尺寬系數(shù) ＝1 （3）由參考文獻(xiàn)[25]表10.6查得材料的彈性影響系數(shù) （4）由參考文獻(xiàn)[25]圖10.21

57、d按齒面硬度查得小圓錐齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極 限σHlim1＝600MPa；大圓錐齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim2＝550MPa； （5）由參考文獻(xiàn)[25]式10.13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N＝60njLh＝60×550×（2×8×300×15）＝2.376× N7910 （6）由參考文獻(xiàn)[25]圖10. （7）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1％，安全系數(shù)S＝1，由參考文獻(xiàn)[25]式（10.12）得 ＝0.95×600MPa＝540MPa 所以許用接觸應(yīng)力 1) 計(jì)算 （1）試算小圓柱直齒輪分度圓直徑d1t，由參考文獻(xiàn)[25]式10.9a得

58、 (6.4) d1t = （2）計(jì)算圓周速度v （3）計(jì)算齒寬b （8） 計(jì)算齒寬與齒根之比b/h 模數(shù) = d1t /z1 齒高 h=(2h*+c*) = （9） 計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù)v＝1.35m/s、7級(jí)精度，由參考文獻(xiàn)[25]圖10.8中的精度/線(xiàn)及v查得動(dòng)載系數(shù)=1.12; 由參考文獻(xiàn)[25]表10.2查得使用系數(shù)＝1; 假設(shè)KAFt/b<100N／mm。由參考文獻(xiàn)[25]表10.3查得KHa=KFa=1; 由參考文獻(xiàn)[2

59、5]表10.4查得7級(jí)精度、小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱(chēng)布置時(shí) 代入數(shù)據(jù)后得 K=KAKVKFβKFα=1×1.12×1×1.453= （1）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由參考文獻(xiàn)[25]式（10.10a）得 d1== （1） 計(jì)算模數(shù)m 2=2.29mm c) . 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由參考文獻(xiàn)[25]公式（10.5）得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 (6.5) 1）.確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 ⑴由參考文獻(xiàn)[25]圖10.20c查得小圓柱直齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限、 ⑵由參考文

60、獻(xiàn)[25]圖10.18查得彎曲疲勞壽命系數(shù),; ⑶計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S＝1.4,由式10.12得 ⑷查取齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù) 由參考文獻(xiàn)[25]表10.5查得YFa1，，YSa1，; ⑸計(jì)算大小圓柱直齒輪的并加以比較 ＝ ＝ 大圓柱直齒輪的數(shù)值比較大 ⑹設(shè)計(jì)計(jì)算 m≥ 由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)1.758并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2.0mm，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù) 2) 幾何尺寸計(jì)算 分度圓直徑 計(jì)算中心距 計(jì)算齒輪寬

61、度 取 3) 驗(yàn)算 ，合適 6.3.2 圓錐齒輪傳動(dòng) a) 選精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 1) 材料及熱處理； 選擇小圓錐齒輪材料滲碳合金鋼，硬度為60HR，大圓錐齒輪材料為滲碳合金鋼，硬度為55HR，二者材料硬度差為5HR。精度等級(jí)選用8級(jí)精度； 2) 試選小圓錐齒輪齒數(shù)＝24，大圓錐齒輪齒數(shù)=51的； b) 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 因?yàn)榈退偌?jí)的載荷大于高速級(jí)的載荷，所以通過(guò)低速級(jí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算即 d1t≥ (6.6) 1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 (2)計(jì)算輸入軸傳遞的轉(zhuǎn)矩

62、 (3)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法，選取尺寬系數(shù) (4) 由參考文獻(xiàn)[25]表10.6查得材料的彈性影響系數(shù) (5) 由參考文獻(xiàn)[25]圖10.21d按齒面硬度查得小圓錐齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim1＝1300MPa；大圓錐齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim2＝1200MPa； (7) 由參考文獻(xiàn)[25]式10.13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N1＝60n1jLh＝60×720×（3×8×365×8）＝0.751× N2＝N1/4＝0.188× (8) 由參考文獻(xiàn)[25]圖10. (9)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力

63、取失效概率為1％，安全系數(shù)S＝1，由參考文獻(xiàn)[25]式（10.12）得 ＝0.90×1300MPa＝1170MPa ＝0.95×1200MPa＝1140MPa 所以許用接觸應(yīng)力 2)計(jì)算 (1)試算小圓錐齒輪分度圓直徑d1t，由參考文獻(xiàn)[25]式10.26得 d1t d1t ==46.7 mm (2)計(jì)算圓周速度 v== (3)計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù)v＝1.20m/s、7級(jí)精度，由參考文獻(xiàn)[25]圖10.8中低一級(jí)的精度線(xiàn)及v查得動(dòng)載系數(shù)=1.12; (4) 由參考文獻(xiàn)[25]表10.2查得使用系數(shù)＝1.25; 齒間載荷分配系數(shù)==1; 齒向載荷分

64、配系數(shù) = ; 是軸承系數(shù)，由參考文獻(xiàn)[25]表10.9查得＝1.25; 故載荷系數(shù) . . . = (6)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由參考文獻(xiàn)[25]式（10.10a）得 d1== (7)計(jì)算模數(shù)m c) . 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由參考文獻(xiàn)[25]式10.24得彎曲疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 (6.7) 1)確定公式內(nèi)的各個(gè)計(jì)算數(shù)值 ⑴由參考文獻(xiàn)[25]圖10.20c查得小圓錐齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限、 ⑵由參考文獻(xiàn)[25]圖10.18查得彎曲疲勞壽命系數(shù),; ⑶計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力

65、 取彎曲疲勞安全系數(shù)S＝1.4, 由參考文獻(xiàn)[25]式10.12得 ⑷查取齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù) 由參考文獻(xiàn)[25]表10.5查得，，，; ⑸計(jì)算大小圓錐齒輪的并加以比較 ＝ ＝ 大齒輪的數(shù)值比較大 2)設(shè)計(jì)計(jì)算 m＝＝1.78 mm 將m圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m=2

66、 z1=d1/m=24 d1=mz1=48mm d2=mz2=88 mm d)其它基本參數(shù)的計(jì)算 （1）節(jié)錐頂距 （2）節(jié)圓錐角 （3）大端齒頂圓直徑 小圓錐齒輪 大圓錐齒輪 （4）齒寬 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：齒形角，齒頂高系數(shù)，頂隙系數(shù)，，，，，全齒高， 6.3.3 鏈輪傳動(dòng) 1傳動(dòng)鏈的參數(shù)確定 1).選擇鏈輪齒數(shù) 假定鏈速，由表9.8選取小鏈輪齒數(shù)；從動(dòng)鏈輪齒數(shù). 2).計(jì)算功率 由參考文獻(xiàn)[25]表9.9查得工作情況系數(shù) 3).確定鏈條鏈節(jié)數(shù) 初定中心距，則鏈節(jié)數(shù)為 =53節(jié) 4).確定鏈條的節(jié)距p 由參考文獻(xiàn)[25]圖9.13按小鏈輪轉(zhuǎn)速估計(jì)，鏈工作在功率曲線(xiàn)定點(diǎn)右側(cè)時(shí)，可能出現(xiàn)滾子、套筒疲勞破壞。由參考文獻(xiàn)[25]表9.10查得小鏈輪齒數(shù)系數(shù)選取單排鏈，由參考文獻(xiàn)[25]表9.11查得多拍鏈系數(shù),故得所需傳遞的功率為 根據(jù)小鏈輪轉(zhuǎn)速及功率，由參考文獻(xiàn)[25]圖9.14選鏈號(hào)為05B單