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梧州學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 課題名稱 玉米秸稈粉碎機(jī) 系 部 電子信息工程系 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 班 級 10機(jī)械4班 學(xué) 號 1001901429 姓 名 徐粘斯 指導(dǎo)教師（簽名） 年 月 日 教研室主任（簽名） 年 月 日 一、課題的內(nèi)容和要求： 本課題主要通過對秸稈粉碎機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀以及對現(xiàn)有機(jī)型的結(jié)構(gòu)分析計(jì)算，調(diào)查農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求，選出合適的粉碎機(jī)部件，尋求最優(yōu)的方案,該機(jī)構(gòu)用于對農(nóng)作物秸稈的粉碎處理，使農(nóng)業(yè)資源得到充分利用，滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求，同時(shí)也減少了環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)可循環(huán)利用。 二、設(shè)計(jì)的技術(shù)要求與數(shù)據(jù)（或論文主要內(nèi)容）： (1).對現(xiàn)有切碎機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析； (2).根據(jù)功能要求、工作原理以及設(shè)計(jì)方案選取運(yùn)動機(jī)構(gòu)； (3).秸稈粉碎機(jī)各運(yùn)動機(jī)構(gòu)的技術(shù)參數(shù)分析與機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)； (4).對秸稈粉碎機(jī)各運(yùn)動機(jī)構(gòu)的布局； (5).分析數(shù)據(jù)，并作進(jìn)一步布局設(shè)計(jì)調(diào)整； (6).最后進(jìn)行秸稈粉碎機(jī)裝配，完成裝配圖和零件圖的繪制； (7).撰寫論文，完善設(shè)計(jì)。 三、設(shè)計(jì)（論文）工作起始日期： 自 2013 年 9 月 20 日起，至 2014 年 3 月 15 日止。 四、進(jìn)度計(jì)劃與應(yīng)完成的工作： 第一周到第二周：收集所需各類型切碎機(jī)的資料，研究各種切碎機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，以及工藝要求；收集各種粉碎機(jī)技術(shù)參數(shù)和使用范圍； 第三周到第五周：完成玉米秸稈粉碎機(jī)機(jī)構(gòu)分析，并進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)計(jì)算； 第六周到第十一周：完成整套玉米秸稈粉碎機(jī)設(shè)計(jì)和裝配圖繪制； 第十二周到第十七周：完成論文撰寫，做好畢業(yè)論文答辯準(zhǔn)備。 五、主要參考文獻(xiàn)、資料： [1] 王雅鵬，孫鳳蓮，丁文斌，等. 中國能源開發(fā)使用探索性研究[M].北京;科學(xué)出版社,2010. [2] 柴民杰，李磊，李金民.硅谷[J].北京:硅谷雜志社,2009（19）;158. [3] 錢春華.桑枝三維設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)分析的研究[D].南京:南京林業(yè)大學(xué)，2006. [4] 于海燕，劉向陽.秸稈飼料加工機(jī)械現(xiàn)狀與發(fā)展[J].糧油加工與食品機(jī)械，2003(6):2006. 學(xué)號 1001901429 學(xué)生姓名 徐粘斯 系部 電子信息工程系 專業(yè)年級 2010級機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 指導(dǎo)教師 職稱 設(shè)計(jì)（論文）題目 玉米秸稈粉碎機(jī) 本課題國內(nèi)外研究動態(tài)及意義： 一、 本課題研究背景 隨著全球化石能源的消耗殆盡，環(huán)境問題日益突出，能源問題越來越受到人們的關(guān)注。能源是人類賴以生存發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，與社會的發(fā)展有著密切的關(guān)系。我國作為生物質(zhì)產(chǎn)出大國，銀獎(jiǎng)生物質(zhì)的開發(fā)與利用放在重要的位置上。同時(shí)，我國又是農(nóng)業(yè)大國，生物質(zhì)資源含量非常豐富，2010年農(nóng)村的秸稈產(chǎn)量就有7.26億噸，相當(dāng)于3億噸標(biāo)準(zhǔn)煤[1]。城市垃圾和生活廢水、畜禽糞便等方面的生物質(zhì)能源可達(dá)6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤以上，林業(yè)廢棄物每年可達(dá)3700萬平方千米[2]。但是這些資源至今未被充分利用，也常常因?yàn)榫偷胤贌廴经h(huán)境。目前，我國對生物物質(zhì)利用的主要技術(shù)有沼澤工程、生物質(zhì)氣化、壓縮成型燃料、與煤復(fù)合燃燒、生物質(zhì)熱裂解等。而生物質(zhì)原料在開發(fā)利用前期都需要進(jìn)行相應(yīng)的粉碎加工處理，由此可見，生物質(zhì)的粉碎是生物質(zhì)能源利用轉(zhuǎn)化與開發(fā)的必要前提條件。因此，對生物質(zhì)粉碎機(jī)的開發(fā)與研究也是必不可少的一部分，其中對秸稈粉碎機(jī)最具有代表性。 中國農(nóng)作物秸稈資源量大面廣，且隨著農(nóng)作物單產(chǎn)的提高，秸稈產(chǎn)量也隨之增加?，F(xiàn)階段其用途大致分為：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者閑置。隨著農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，畜牧業(yè)發(fā)展速度加快，畜牧生長所需飼草缺口很大。當(dāng)前尋求飼料資源的主要目標(biāo)是農(nóng)作物秸稈。 我國的秸稈粉碎機(jī)行業(yè)具備了較為完善的基礎(chǔ)條件，良好的社會經(jīng)濟(jì)環(huán)境，廣闊的市場空間，完善的工業(yè)配套體系，國家歷來都重視該領(lǐng)域的發(fā)展，相關(guān)引導(dǎo)和鼓勵(lì)性政策頻頻發(fā)布，為行業(yè)發(fā)展注入政策動力。 二、 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 粉碎機(jī)的研究在國內(nèi)已有幾十年的歷史，其主要集中在飼料粉碎和農(nóng)作物秸稈切碎等方面[3]。粉碎技術(shù)根據(jù)粉碎方式和粉碎手段的不同可分為鍘切式、揉切式和組合式粉碎技術(shù)[4]。在我國，秸稈粉碎機(jī)普遍采用的是錘片式和爪齒式粉碎。 鍘切式粉碎的主要設(shè)備是鍘草機(jī)，也稱切碎機(jī)，主要用來切斷莖稈，如谷草、稻草、玉米秸稈等。鍘草機(jī)的主要加工原理是切斷，其結(jié)構(gòu)簡單、功耗低、生產(chǎn)率較高。20世紀(jì)80~90年代，我國研制了許多機(jī)型，按規(guī)格主要分為小型、中型和大型；按切割方式可分為滾筒式和圓盤式；按作業(yè)方式可分為田間直接收獲機(jī)和固定切碎機(jī)。錘片式粉碎機(jī)是利用高速旋轉(zhuǎn)的錘片擊碎物料的一種機(jī)械，其具有粉碎質(zhì)量好、維修方便和生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，并且使用非常廣泛。一般情況下，大部分粉碎秸稈的機(jī)型都選用錘片式粉碎機(jī)。我國經(jīng)過多年的潛心研究，錘片式粉碎機(jī)的技術(shù)和性能指標(biāo)基本能達(dá)到國際同類產(chǎn)品的先進(jìn)技術(shù)。我國秸稈粉碎機(jī)企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品品種多，規(guī)格齊全，基本能滿足我國生產(chǎn)發(fā)展的需求，但是仍然純在能耗高、效率地的問題。揉切式粉碎包括揉搓機(jī)和揉碎機(jī)。在我國，秸稈揉搓機(jī)大都采用螺旋排列的錘片進(jìn)行揉搓，再借助風(fēng)機(jī)拋送，加工的秸稈物料只能達(dá)到破碎或者細(xì)碎的狀態(tài)，生產(chǎn)率較低、耗能高，不適于高濕或者韌性大的物料。揉碎機(jī)在我國出現(xiàn)較晚，是20世紀(jì)90年代初提出的一種新型的粗加工的方式，所以在這方面的研究也比較少一些。我國2011年研制生產(chǎn)的一種新型的粗飼料加工機(jī)械，是一種結(jié)合鍘切和粉碎兩種機(jī)械加工方式之間的新型加工方式，揉碎加工不僅適用于新鮮的秸稈，同時(shí)對含水率較低的秸稈仍具有較好的揉碎效果。組合式粉碎技術(shù)是將鍘切、粉碎和揉搓等功能組合為一體的新型粉碎技術(shù)。如北京順誠明星機(jī)械廠生產(chǎn)的9FZ-700型多功能秸稈組合粉碎機(jī)，黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)研制的93RZ-40型揉漿機(jī)，農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所研究設(shè)計(jì)的JF-720型多功能秸稈粉碎機(jī)等等。 三、 本課題研究意義 農(nóng)作物秸稈是一種重要的生物資源，如果處理不當(dāng)，不僅會造成資源的浪費(fèi)，更會對環(huán)境造成極大的破壞。因此，如何做好農(nóng)作物秸稈的轉(zhuǎn)化工作，已成為亟待解決的農(nóng)業(yè)問題。大部分的秸稈原料在開發(fā)利用前都需要進(jìn)行相應(yīng)的粉碎加工處理，只有當(dāng)生物質(zhì)的粉碎顆粒符合一定的尺寸和要求，才能為后續(xù)的生物質(zhì)研究與利用做好充分的準(zhǔn)備。所以，秸稈粉碎機(jī)的研究對生物質(zhì)能的開發(fā)和利用有著重要的意義。 雖然我國在秸稈粉碎技術(shù)方面相對成熟，粉碎機(jī)的種類與粉碎方式也是多種多樣，但從現(xiàn)有的粉碎設(shè)備的能耗、產(chǎn)量，物料的適應(yīng)性、粉碎顆粒、經(jīng)濟(jì)型以及機(jī)型本身的工作穩(wěn)定性、操作安全性、壽命、工作性能等多方面進(jìn)行綜合考慮，還是有許多不完善的地方，不能很好地滿足各類生物質(zhì)粉碎的要求。因此，對秸稈粉碎機(jī)的研究，對我國生物質(zhì)能源利用的經(jīng)濟(jì)化、商業(yè)化和促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展都具有十分重要的意義。 玉米秸稈粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)，采用三維切割方式，既減少玉米秸稈在切割之后的水分和營養(yǎng)成分的流失，也保證了秸稈碎化程度，可根據(jù)喂食家畜、家禽種類的需求，在一定范圍通過調(diào)整粉碎機(jī)的相關(guān)參數(shù)（如輪刀轉(zhuǎn)速、輪刀刀片數(shù)、棘齒刀片間隙），改變飼料的粉碎程度。 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)研究內(nèi)容、擬解決的主要問題： 一、研究內(nèi)容 本課題是對玉米秸稈碎機(jī)三維切割的研究設(shè)計(jì)，通過對現(xiàn)有粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu)分析以及對對原始數(shù)據(jù)的分析計(jì)算，分析玉米秸稈的尺寸需求，確定秸稈粉碎機(jī)的總體設(shè)計(jì)，電動機(jī)的選擇和傳動方案的分析、比較與選擇，合理設(shè)計(jì)進(jìn)給機(jī)構(gòu)以及切割刀具，并進(jìn)行校驗(yàn)。 二、課題擬解決的主要問題 (1).分析玉米秸稈粉碎機(jī)的功能以及性能要求； (2).擬定玉米秸稈粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)原理； (3).進(jìn)給機(jī)構(gòu)的分析與設(shè)計(jì)； (4).刀具的分析、設(shè)計(jì)以及安裝； (5)傳動方案的選擇以及V帶的設(shè)計(jì)； 玉米秸稈粉碎機(jī)示意簡圖 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)研究方法、步驟及措施： 研究方法： 本課題為應(yīng)用研究。主要采用參考文獻(xiàn)法和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)法進(jìn)行。在文獻(xiàn)法上，強(qiáng)調(diào)理論學(xué)習(xí)研究探索；在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)法上，強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)分析、圖形設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)仿真等。最后通過文獻(xiàn)法和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)法有機(jī)結(jié)合，以三維仿真、設(shè)計(jì)圖紙及說明書完成設(shè)計(jì)。 研究步驟： 第一周：根據(jù)設(shè)計(jì)要求調(diào)查和收集資料； 第二周：深入了解課題和完成開題報(bào)告； 第三周：進(jìn)行開題報(bào)告論證； 第四周：擬定設(shè)計(jì)詳細(xì)大綱； 第五周：進(jìn)入設(shè)計(jì)階段； 第六周：設(shè)計(jì)-計(jì)算-修改-設(shè)計(jì)； 第七周：用CAD完成零部件設(shè)計(jì)； 第八周：用Pro/E完成總體裝配； 第九周：用Pro/E完成仿真模擬； 第十周：按格式要求規(guī)范、完善設(shè)計(jì)內(nèi)容； 第十一周：按要求打印裝訂成冊； 第十二周：制作PPT，準(zhǔn)備答辯。 研究措施： (1).仔細(xì)的研讀本課題，了解本課題的研究動態(tài)、意義、目的及其主要內(nèi)容。 (2).查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)資料，了解選題有關(guān)的社會背景，目前存在的觀點(diǎn)問題和意見，為課題研究提供理論依據(jù)，使課題及時(shí)反映所研究的現(xiàn)實(shí)情況。 (3).通過參考文獻(xiàn)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法完成設(shè)計(jì)。 主要參考文獻(xiàn)： [1] 王雅鵬，孫鳳蓮，丁文斌，等. 中國能源開發(fā)使用探索性研究[M].北京;科學(xué)出版社,2010. [2] 柴民杰，李磊，李金民.硅谷[J].北京:硅谷雜志社,2009（19）;158. [3] 錢春華.桑枝三維設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)分析的研究[D].南京:南京林業(yè)大學(xué)，2006. [4] 于海燕，劉向陽.秸稈飼料加工機(jī)械現(xiàn)狀與發(fā)展[J].糧油加工與食品機(jī)械，2003(6):2006. 是否可以進(jìn)入設(shè)計(jì)（論文）研究： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 是否可以進(jìn)入設(shè)計(jì)（論文）研究： 教研室(系、研究所)主任簽名： 年 月 日 摘要 目前，農(nóng)作物秸稈及牧草類等粗纖維物料粉碎加工多采用普通粉碎機(jī)，效率低，能耗高，不能達(dá)到粉碎要求，市場上也沒有專業(yè)的加工機(jī)械產(chǎn)品面世，因此研制秸稈和牧草等物料加工機(jī)械存在著客觀的必要性。為此，主要介紹了秸稈類粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方案、主要零部件的設(shè)計(jì)要點(diǎn)、性能參數(shù)的確定以及本機(jī)的工作原理。 針對現(xiàn)有玉米秸稈加工機(jī)械加工時(shí)的秸稈水分、營養(yǎng)成分流失嚴(yán)重等問題，設(shè)計(jì)出了一種采用三維切割方式的青玉米秸稈粉碎機(jī)，介紹該粉碎機(jī)的主要結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)參數(shù)。研究新型玉米秸稈粉碎機(jī)械，解決在工作原理及性能、尺寸參數(shù)、材料等方面的問題，以達(dá)到對青狀玉米秸稈類物料的加工利用，解決成本低與生產(chǎn)率高的矛盾，保證粉粒尺寸滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要，為我國農(nóng)村，農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)支持。玉米秸稈粉碎機(jī)可有力的促進(jìn)農(nóng)牧產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使農(nóng)副產(chǎn)品變廢為寶。 關(guān)鍵詞：青玉米秸稈；粉碎機(jī)；三維切割 III Corn chopper design Abstract Currently, etc. Straw and forage crude fiber material crushing mill processed more than ordinary , low efficiency, high energy consumption, can not meet the requirements crush on the market and no specialized processing machinery products available, and therefore the development of materials such as straw and forage processing machinery exists an objective necessity . For this purpose, mainly introduced to determine the straw shredder design ideas, design, design elements of the main components , the performance parameters and the working principle of the machine. For existing moisture corn stalk straw processing machinery processing time , the loss of nutrients and serious problem , devised a way of using three-dimensional green corn stalks cut shredders, describes the main structure and design parameters of the mill . Research new corn stalks crushing machinery to solve problems in the working principle and performance, size parameters , materials, etc. , in order to achieve the green corn stalk -like processing and utilization of materials , to resolve conflicts with high productivity and low cost , to ensure silt size to meet the actual production needs , provide technical support for the development of rural areas, agriculture. Corn stalk shredders can effectively promote the development of agriculture and animal husbandry industries, so that agricultural waste into treasure . Key words: Green corn stalks; grinder; dimensional cutting 目錄 第一章 緒論 3 1.1 課題研究背景、目的及意義 3 1.2 粉碎機(jī)的分類 4 1.3 本課題研究內(nèi)容 5 1.4 預(yù)期結(jié)果 5 第二章 秸稈粉碎機(jī)的總體設(shè)計(jì) 7 2.1粉碎機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù) 7 2.2粉碎機(jī)主要結(jié)構(gòu)及工作原理 7 2.3粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 8 第三章 主要技術(shù)參數(shù)的確定和計(jì)算 10 3.1飼料顆粒尺寸 10 3.2切碎機(jī)生產(chǎn)率 10 3.3電機(jī)選擇 10 3.4其余參數(shù)的確定 11 第四章 主要部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 12 4.1喂入裝置的構(gòu)成 12 4.2喂入輥工作分析 12 4.3上喂入輥壓緊裝置 14 4.4切碎器及其技術(shù)要求 14 4.5動刀 15 4.6定刀 15 4.7機(jī)架及箱體材料選擇 15 第五章 傳動部分設(shè)計(jì)與計(jì)算 16 5.1傳動方案設(shè)計(jì) 16 5.2 滾刀軸V帶設(shè)計(jì)計(jì)算 16 5.3 輸送輥軸V帶設(shè)計(jì)計(jì)算 18 5.4 齒輪傳動設(shè)計(jì)計(jì)算 20 5.5 喂入輥主動的設(shè)計(jì) 23 第六章 總結(jié) 28 參考文獻(xiàn) 29 致謝 30 第一章 緒論 1.1 課題研究背景、目的及意義 我國每年有數(shù)百億斤飼料糧食和數(shù)千億斤農(nóng)作物秸稈被粉碎加工成飼料。飼料工業(yè)已經(jīng)發(fā)展成為國民經(jīng)濟(jì)中不可缺少的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。飼料加工的核心設(shè)備是飼料粉碎機(jī)，常用粉碎機(jī)的類型主要有錘片式粉碎機(jī)、齒爪式粉碎機(jī)及勁錘式粉碎機(jī)，其中錘片式粉碎機(jī)是目前使用最多的機(jī)型。 國內(nèi)外對粉碎機(jī)展開的研究，主要集中在粉碎理論、物料環(huán)流層、粉碎機(jī)設(shè)計(jì)理論和粉碎機(jī)性能影響因素幾個(gè)方面。 1.在粉碎理論方面： 傳統(tǒng)上學(xué)者一直認(rèn)為物料進(jìn)入粉碎室后受到錘片的正面沖擊，受沖擊的物料撞向齒板或篩片，然后反彈到錘片上，多次重復(fù)此過程。同時(shí)物料被旋轉(zhuǎn)的錘片和固定的篩片摩擦粉碎。前西德的Friedrich教授利用高速攝影首次證實(shí)了物料進(jìn)入粉碎室后受到的是偏心沖擊而不是傳統(tǒng)上認(rèn)為的正面沖擊。 中國農(nóng)機(jī)院通過實(shí)驗(yàn)得出了粉碎機(jī)比功率及粉碎物料的幾何平均值之間的關(guān)系；此外還得出粉碎機(jī)度電產(chǎn)量與篩孔直徑的關(guān)系。 2. 物料環(huán)流層： 為了破壞環(huán)流層，近年來出現(xiàn)了水滴形粉碎機(jī)。水滴型粉碎機(jī)是將普通錘片粉碎機(jī)的粉碎室從圓形變?yōu)榱怂涡?，這樣既增大了粉碎室篩板的有效篩理面積，又能破壞物料在粉碎室形成環(huán)流，有利于粉碎后物料排出粉碎室，粉碎效率有所提高。另外水滴型粉碎機(jī)有主粉碎室和再粉碎室，物料在粉碎室內(nèi)可形成二次打擊，同一臺粉碎機(jī)就能實(shí)現(xiàn)粗、細(xì)、微細(xì)3種粉碎形式。但這種粉碎機(jī)體積較大、制造復(fù)雜、成本較高，適合于綜合性飼料廠使用。 粉碎室有圓形和水滴形之分，粉碎室為圓形時(shí)，容易形成環(huán)流層，不利于出料，而粉碎室為水滴形時(shí)較易破壞環(huán)流層。內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)的劉文廣、劉偉峰研究使用異型篩（非圓形）破壞環(huán)流層、提高效率，原理與使用水滴形或橢圓形粉碎室一樣，但仍存在篩片磨損的問題。 3.粉碎機(jī)設(shè)計(jì)理論 孫紅彬等研究了立式粉碎機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)，對立式粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做了闡述，包括喂料裝置、下料叉管等。張乾能、宗力利用UG NX的三維建模功能，建立粉碎機(jī)的三維模型。同時(shí)，用UGNX的模型分析和運(yùn)動仿真模塊，對粉碎機(jī)進(jìn)行分析，提高了設(shè)計(jì)的可靠性，并對錘片進(jìn)行了有限元分析，找出了錘片的危險(xiǎn)截面。黃石市飼料公司的徐新武對飼料粉碎機(jī)的吸風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與研究，通過生產(chǎn)實(shí)踐證明產(chǎn)量比原來提高73%，粉碎機(jī)無灰塵外溢現(xiàn)象，排料口吸風(fēng)罩運(yùn)轉(zhuǎn)正常，粉碎機(jī)溫度低，電機(jī)負(fù)荷小。 4.粉碎機(jī)性能影響因素 天津理工學(xué)院的董堅(jiān)挺等建立了錘片式粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子組振動的力學(xué)模型及數(shù)學(xué)模型，分析了其固有頻率及在額定轉(zhuǎn)速下的振幅與其它參數(shù)的關(guān)系，為錘片式粉碎機(jī)在設(shè)計(jì)、制造、安裝3個(gè)環(huán)節(jié)減少設(shè)備振動提供理論依據(jù)。 因此，秸稈粉碎削片機(jī)，對提高秸稈等燃燒農(nóng)作物處理效率、擴(kuò)大秸稈的用途、提高秸稈等農(nóng)作物廢料的利用率、節(jié)約資源、美化環(huán)境具有重要意義。 1.2 粉碎機(jī)的分類 當(dāng)前，對物料進(jìn)行粉碎主要有打擊、揉搓、和鋸切等方式，為此應(yīng)針對不同的物料則采用不同的粉碎方式，以提高粉碎效率及質(zhì)量。 1. 錘片式粉碎機(jī) 秸稈類粗纖維青飼料一般徑向尺寸比較大，在被粗切成小段后，如用錘片式粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，由于尺寸較大，物料與錘片的接觸面積較大，同時(shí)錘片棱角與物料的接觸幾率小，加之現(xiàn)今的市場上的錘片式粉碎機(jī)多為有篩粉碎機(jī)，含有水分較多的青秸稈物料極易造成篩孔阻塞，導(dǎo)致粉碎效果很差，因此不宜采用錘片式粉碎機(jī)。 2. 切碎機(jī) 切碎機(jī)的加工對象為瓜果等含纖維質(zhì)較少的物料，對瓜果粉碎能取得較好的效果，但是對秸稈類粗纖維物料進(jìn)行加工則粉碎效果很差，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到粉碎要求。加工過程中只是將粗纖維飼料進(jìn)行一次性切碎，不能達(dá)到飼喂要求或者化學(xué)處理等后續(xù)加工的要求。粗纖維飼料粉碎機(jī)的研究還處于初級研究階段，雖然在美國曾研制出一款秸稈粉碎桶，但還不夠完善，只是對其進(jìn)行了相關(guān)報(bào)道，技術(shù)資料也不可獲得，加工對象也是干物料。 3. 揉搓滾壓 揉搓滾壓方式多用于顆粒物料及干粗纖維物料的加工。由于粗纖維飼料含水量比一般干物料(含水量≤20％)高很多，很多微量元素也溶于水中，采用揉搓滾壓加工方式會丟失很多水分，大量微量元素也將隨之丟失，且容易加工成泥狀，不能滿足喂飼要求。 為了實(shí)現(xiàn)對粗纖維飼料的粉碎，同時(shí)不喪失飼料的營養(yǎng)性，多次鋸切是較好的加工方式，既能滿足粉碎粒度要求，又極大地減少了營養(yǎng)成分的丟失。 根據(jù)秸稈類物料的尺寸特點(diǎn)及現(xiàn)代粉碎理論，確定本機(jī)械主體為臥式結(jié)構(gòu)，整體由進(jìn)料口、切割器、粉碎室、排料口、機(jī)身及動力傳動部分等機(jī)構(gòu)組成。 盤式結(jié)構(gòu)簡圖如下圖： 1.軸承座 2.主軸 3.刀盤 4.壓刀塊 5.飛刀 6.側(cè)刀 7.底刀 圖 1.1 盤式粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖 要把秸稈等廢料加工成碎片，首先需要人工將廢料放進(jìn)料斗，廢料在人力或進(jìn)料機(jī)構(gòu)的壓力作用下進(jìn)入削片機(jī)，當(dāng)農(nóng)作廢料的端面碰到飛刀刀盤端面時(shí)，進(jìn)給停止，飛刀轉(zhuǎn)到切削位置開始切削，由于飛刀有一定角度，當(dāng)切入廢料一定深度時(shí)，廢料受到飛刀切削面的分力、刀盤和料斗(或底刀)的阻礙作用，局部沿木材纖維方向崩裂成碎片，從前刀面飛出。切削過程中，廢料在壓力和飛刀切削分力的作用下，向刀盤方向進(jìn)給，使切削加工得以連續(xù)進(jìn)行，完成整根廢料的切碎。 盤式粉碎機(jī)由于飛刀運(yùn)動時(shí)的切削平面固定不變，飛刀和底刀可以很好的形成剪切作用，適宜加工原木、劈木、木芯、較厚的板皮和成捆的枝椏材，因其進(jìn)料槽為方形或圓形，可充分發(fā)揮其生產(chǎn)能力，主要用于生產(chǎn)規(guī)模較大的人造板企業(yè)和造紙企業(yè)。盤式粉碎機(jī)大多數(shù)采用自由進(jìn)料，水平進(jìn)料的適宜加工較長的原料，而加工較短的原料通常采用傾斜進(jìn)料?？傊鬯闄C(jī)的結(jié)構(gòu)形式主要取決于原料的特征和對削片質(zhì)量及生產(chǎn)率的要求。 對于中小型粉碎機(jī)而言，由于其削制的原料大多數(shù)是枝椏、板皮，秸稈等剩余物，材徑較小，采用平面盤式機(jī)削片時(shí)，對平面盤式的削片長度的均勻性影響不大，而其制造成本低廉，易于推廣。因此，中小型粉碎機(jī)采用平面刀盤結(jié)構(gòu)是一個(gè)發(fā)展方向。 水平進(jìn)料可防止原料撞擊刀盤軸，操作方便，安全可靠；而傾斜進(jìn)料便于投料，可保證合理的切削參數(shù)。 1.3 本課題研究內(nèi)容 本課題是對玉米秸稈碎機(jī)三維切割的研究設(shè)計(jì)，通過對現(xiàn)有粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu)分析以及對對原始數(shù)據(jù)的分析計(jì)算，分析玉米秸稈的尺寸需求，確定秸稈粉碎機(jī)的總體設(shè)計(jì)，電動機(jī)的選擇和傳動方案的分析、比較與選擇，合理設(shè)計(jì)進(jìn)給機(jī)構(gòu)以及切割刀具，并進(jìn)行校驗(yàn)。 1.4 預(yù)期結(jié)果 本秸稈粉碎機(jī)，結(jié)構(gòu)緊湊合理，零件加工方便，操作簡便，生產(chǎn)能力大，碎片合格率高，廢料質(zhì)量還可以適當(dāng)調(diào)節(jié)，單位廢料產(chǎn)量能耗低，用一般的牽引機(jī)車即可拖動和運(yùn)輸，適用于農(nóng)村農(nóng)業(yè)廢料的處理等，是國內(nèi)將農(nóng)作物廢料轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥，紙業(yè)原材料，處理小型枝椏材的理想設(shè)備。 第二章 秸稈粉碎機(jī)的總體設(shè)計(jì) 青玉米秸稈是粉碎機(jī)的加工對象，而青玉米秸稈的成分主要是纖維素，水，以及糖和一些無機(jī)鹽。此外，由于玉米秸稈通常較長，在粉碎之前需要先切成一小截一小截。 粉碎的基本理論是使物體碎成粉末。粉碎機(jī)械是破碎機(jī)械和粉磨機(jī)械的總稱，是應(yīng)用機(jī)械力對固體物料進(jìn)行粉碎作業(yè)，使之變成小塊、細(xì)粉或者粉末的機(jī)械?？己朔鬯榈男ЧǔＪ褂梅鬯榱６?。目前，人們常根據(jù)原料粉碎后粒徑不同，將粉碎定義為普通粉碎、微粉碎和超微粉碎。普通粉碎后產(chǎn)品粒度較大，一幫能通過6-60目篩孔；微粉碎后的產(chǎn)品粒度較細(xì)，一般能通過80-170目的篩孔；經(jīng)過超微粉碎后的產(chǎn)品粒度很細(xì)通常通過200-325目的篩孔，其粒度甚至可以達(dá)到10-1um。除粒度外，還經(jīng)常會用到粉碎比，即粉碎前后物料的直徑之比，常用i表示，由于粉碎前后物料的粒度大小不均，故常用物料的最大直徑或平均直徑的比來表示，即 ：粉碎前物料的最大粒徑或平均粒徑 ：粉碎后物料的最大粒徑或平均直徑 2.1粉碎機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù) 根據(jù)秸稈粉碎機(jī)的用途及其使用要求，并結(jié)合任務(wù)書所給初始參數(shù)，設(shè)計(jì)本機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù)如下： 切削機(jī)構(gòu)形狀：三維切割 進(jìn)料方式：水平進(jìn)料 出料方式：下出料 刀片直徑：227mm 秸稈被加工成的飼料尺寸：10×10×10mm 2.2粉碎機(jī)主要結(jié)構(gòu)及工作原理 該粉碎機(jī)主要結(jié)構(gòu)由輸送裝置、喂入輥、切碎裝置（主要包括對輥式棘齒刀片、輥刀刀片）、電機(jī)及排料口等組成，（見圖2-1）。 1.電機(jī) 2.輸送裝置 3.上喂入輥 4.下喂入輥 5.沿z方向排布的棘齒刀片 6. 沿y方向排布的棘齒刀片 7.定刀片 8.輪刀刀片 9.排料口 10.電機(jī) 圖2-1 玉米秸稈粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)圖 為保證將玉米秸稈切割成水分及營養(yǎng)成分流失較少、尺寸較小的便于禽類等食用的飼料顆粒，對秸稈進(jìn)行了三維切割。首先使秸稈通過沿z方向排布的8個(gè)對輥式棘齒刀片（刀片直徑為227mm，厚度為6mm），以保證秸稈在z方向得到有效切割；然后將秸稈通過沿y方向排布的8個(gè)對輥式棘齒刀片（厚度為6mm），保證秸稈在y方向得到切割；再將秸稈通過與x方向垂直布置的帶有凸圓弧刀片的輪刀進(jìn)行切割，從而實(shí)現(xiàn)秸稈的三維切割。在本設(shè)計(jì)中，玉米秸稈被加工成的飼料顆粒尺寸約為10×10×10mm。鑒于棘齒刀片在切割時(shí)由于自磨刃的原因刃口比較鋒利，切割速度較快，可有效減少秸稈水分流失，故本設(shè)計(jì)中，第一組、第二組切割刀具均采用棘齒刀片。 2.3粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 1.喂入性能好：為使切碎機(jī)工作負(fù)荷穩(wěn)定，須要求入料量穩(wěn)定、連續(xù)。故本設(shè)計(jì)采用了上、下兩個(gè)鉤齒式喂入輥，且上喂入輥采用可上下浮動的彈簧壓緊機(jī)構(gòu)，保證秸稈的均勻喂入。此外，棘齒刀片在切割秸稈的同時(shí)還能起到拉伸、抓取秸稈的作用。 2．刀片耐磨性能好，刃口鋒利：根據(jù)GB/T699-1999《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》，切碎裝置中的刀片均由65Mn鋼制造，刃口部位經(jīng)淬火和回火處理，淬火帶寬度約為25mm，硬度為HRC60。刀片的耐磨性能好，刃口鋒利，故能減少青秸稈汁液的流失。 3.采用三維切割方式：該機(jī)器突破傳統(tǒng)切碎機(jī)的切割方式，實(shí)現(xiàn)了三維切割。三維切割方式既可保證秸稈飼料的細(xì)碎程度，又能最大限度的減少青玉米秸稈中水分、營養(yǎng)成分的流失。此外，用戶可根據(jù)具體情況，在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)切碎機(jī)的相關(guān)參數(shù)（如棘齒刀片間隙、輪刀轉(zhuǎn)速或輪刀刀片數(shù)量）來改變飼料顆粒的三維尺寸，以滿足不同家畜、家禽飼料種類的需要。 28 第三章 主要技術(shù)參數(shù)的確定和計(jì)算 3.1飼料顆粒尺寸 切碎長度是切碎機(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裝置的速度為，切碎裝置中輪刀每秒鐘切碎次數(shù)為，故理論切碎長度(不考慮打滑因素)為， 其中：d—喂入輥直徑(mm)， —喂入輥轉(zhuǎn)速； —輪刀轉(zhuǎn)速， —輪刀刀片數(shù)， i—輪刀主軸轉(zhuǎn)速與喂入輥轉(zhuǎn)速的傳動比。 本設(shè)算中，參數(shù)設(shè)計(jì)如下：d＝80mm，，。此外，飼料顆粒的寬度和高度也是切碎機(jī)的評價(jià)指標(biāo)之一，在該切碎機(jī)中，使用者可通過調(diào)調(diào)節(jié)棘齒刀片間隙相應(yīng)的改變飼料顆粒的寬度和高度。在本設(shè)計(jì)中，飼料的寬度和高度均設(shè)定為10mm。 3.2切碎機(jī)生產(chǎn)率 切碎機(jī)的生產(chǎn)率主要取決于喂入口面積、切碎器刀片數(shù)量和轉(zhuǎn)速、秸稈種類及切碎長度等。理論生產(chǎn)率可利用下式計(jì)算： 式中：—輪刀刀片數(shù)，； —喂入口寬度，； —喂入口高度，喂入口高度應(yīng)取最大高度的50%~70%，??； —飼料顆粒的理論切碎長度，； —喂入輥轉(zhuǎn)速，； —經(jīng)喂入輥壓縮后玉米秸稈的體積質(zhì)量，??； 故本機(jī)理論切碎生產(chǎn)： 3.3電機(jī)選擇 功率消耗：輸送喂入功率；切碎功率；總功率消耗 。 考慮到設(shè)計(jì)的生物質(zhì)秸稈切碎機(jī)適用對象為小型養(yǎng)殖場、專業(yè)戶和個(gè)體農(nóng)戶，故電動機(jī)電壓應(yīng)選用220V。再考慮到所受的載荷不大，所需動力不是很大，選用小功率的電動機(jī)。綜合各方面因素，選用Y系列電動機(jī)。 Y系列電動機(jī)是新型高效節(jié)能產(chǎn)品，具有體積小、容量大，起動及運(yùn)轉(zhuǎn)性能優(yōu)越等特點(diǎn)，符合國際標(biāo)準(zhǔn)IEC的有關(guān)規(guī)定，并實(shí)現(xiàn)同一機(jī)座號單、三相異步電動機(jī)等級相同，提高了單、三相電動機(jī)的互換性和通用性，被廣泛應(yīng)用于冷凍機(jī)、泵、風(fēng)機(jī)、小型機(jī)床以及農(nóng)副業(yè)和家用電器等方面。選定電動機(jī)的型號為：Y90L，功率為2.2Kw，轉(zhuǎn)速為1420r/min的三相異步電動機(jī)。 3.4其余參數(shù)的確定 （1） 滾刀軸參數(shù)：由于對秸稈進(jìn)行切割時(shí)，要求轉(zhuǎn)速越快越好，可提高生產(chǎn)率，故將滾刀軸轉(zhuǎn)速定為與電動機(jī)轉(zhuǎn)速的一半，即n＝710r/min，直徑D＝40mm，寬度L＝260mm。 （2） 喂入輥參數(shù)：n＝169r/min，直徑D＝80mm，寬度L＝200mm。 （3） 輸送輥參數(shù)：n＝355r/min，直徑D＝80mm，寬度L＝200mm。 第四章 主要部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 4.1喂入裝置的構(gòu)成 喂入裝置是由輸送鏈板、上下喂入輥、壓緊裝置等組成。喂入裝置作用是將秸稈壓緊并以一定的速度向切碎器喂入，在切碎時(shí)夾持住秸稈以免秸稈產(chǎn)出彎曲變形，為了保證切碎整齊，要求喂入時(shí)秸稈無相對滑動，并在秸稈層厚度變化時(shí)也能加緊秸稈。上下喂入輥的配置要求： （1）喂入輥卷入能力要強(qiáng)，并且卷入速度應(yīng)大于輸送速度，以免秸稈堆積或堵塞； （2）下喂入輥?zhàn)钌隙说乃矫媾c定刀處于同一水平面上，或略高一點(diǎn)； （3）喂入輥在配置上應(yīng)盡量靠近刀片切割平面，避免秸稈產(chǎn)生彎曲變形，保證切碎質(zhì)量； 喂入輥：是喂入裝置最基本工作部件，一般用HT18～36灰鑄鐵鑄成。 為了保證在喂入時(shí)秸稈無相對滑動，并在秸稈層變化時(shí)仍能夾緊，喂入輥采用星齒型，其截面形狀如圖4-1： 圖4-1 喂入輥截面形狀 4.2喂入輥工作分析 喂入輥工作分析的目的是研究其喂入性能與其本身結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系。 喂入輥工作時(shí)的受力分析圖如圖4-2： 圖4-2 喂入輥受力分析 假設(shè)秸稈喂入前的厚度為A，經(jīng)喂入輪壓縮后其厚度等于輪軸間系a，沒有彈性變形；秸稈不受輸送鏈的推力。現(xiàn)在分析兩喂入輪已經(jīng)攫取了秸稈并向切碎器輸送秸稈的情況。 設(shè)喂入輥半徑為r，與秸稈間的摩擦系數(shù)及摩擦角分別為f和Φ。當(dāng)工作時(shí)，喂入輥對秸稈作用力有二：一是壓力R，視為作用在與秸稈層接觸弧中點(diǎn)，并與鉛垂線夾角為α，此角稱為挾持角；二是摩擦力f·R，方向與R力垂直。兩喂入輥壓力R的合力2Rsinα，匯交于A點(diǎn)，方向水平向外，有阻止秸稈卷入作用；摩擦力f·R合力為2fRcosα，匯交于B點(diǎn)，方向水平向內(nèi)，起卷秸稈作用。因此，保證秸稈卷入的條件： 2fRcosα≥2Rsinα 所以 因?yàn)? 所以 表明秸稈被喂入輥壓緊和卷入條件是其挾持角α必須小于摩擦角Φ，否則將不能正常工作。一般秸稈Φ＝17～27°。喂入輥卷入性能除與摩擦系數(shù)外，還與其直徑的大小有關(guān)。當(dāng)秸稈喂入層增大時(shí)，挾持角α必然增大，使秸稈不能卷入，出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。為了滿足條件要求，就必須加大喂入輥直徑。有： 將卷入極限條件：代入此式，得 式中：—喂入輥的最小半徑。 為了使喂入輪很好的工作，可增加秸稈與喂入輪的摩擦角或減小角。欲減小角，就要采取下列三種措施： （1）在不變的情況下減小喂入層的厚度； （2）在輪軸的中心距不變的情況下增大； （3）在喂入層厚度A及輪軸間隙都不變的情況下加大輪軸的中心距。 （1）和（2）兩種措施都要導(dǎo)致生產(chǎn)率下降，（2）和（3）兩種措施將使機(jī)器龐大，所以這些參數(shù)都不能隨意變動，一般秸稈切碎機(jī)上常取40～80mm。喂入輥半徑過小，則喂入性能差；過大則喂入輥?zhàn)饔糜诮斩拝^(qū)遠(yuǎn)離切割平面，會影響切割質(zhì)量，故取r為80mm。 4.3上喂入輥壓緊裝置 為了使得喂入秸稈過多時(shí)在喂入輥處不產(chǎn)生不堵塞，過少時(shí)不產(chǎn)生碎段過長，上喂入輥應(yīng)制成能浮動的，并設(shè)有壓緊機(jī)構(gòu)以保持上喂入輥對秸稈始終有一定的壓力。對壓緊機(jī)構(gòu)采用雙彈簧式，上喂入輥兩側(cè)軸承座可以在垂直的滑道內(nèi)移動，彈簧一端與軸承座相連接，另一端連接在彈簧座上，視具體情況可以通過調(diào)節(jié)螺釘?shù)母叨葋碚{(diào)節(jié)彈簧的剛度。當(dāng)秸稈層變厚時(shí)上喂入輥克服彈簧的壓力向上浮動，最大浮動量為80mm。壓緊結(jié)構(gòu)示意圖如圖4-3： 1—螺釘 2—彈簧 3—軸承座 圖4-3 上喂入輥壓緊裝置 4.4切碎器及其技術(shù)要求 切碎器是秸稈切碎機(jī)重要工作部件。它的參數(shù)設(shè)計(jì)是否合理，對破碎質(zhì)量，功率消耗，以及機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)均勻程度有直接影響。破碎性能好的切碎器，應(yīng)是結(jié)構(gòu)簡單，刀片制造、安裝、刃磨方便、切割省力，負(fù)荷均勻，切割質(zhì)量好，秸稈相對動定刀片不產(chǎn)生滑移。 切碎器的技術(shù)要求如下： （1）產(chǎn)生滑切 滑切可減小阻力?；薪呛突邢禂?shù)都是用來表示滑切作用大小的指標(biāo)。在一定滑切角范圍內(nèi)，滑切程度越大，切割越省力。通常刀片滑切角為20～60°。 （2）切割要穩(wěn)定 秸稈相對刀片沒有滑動的切割叫切割穩(wěn)定，它是保證切割質(zhì)量的主要因素。要求切割穩(wěn)定，不產(chǎn)生滑動切割，應(yīng)滿足如下切割條件： 式中：，—秸稈與動定刀片之間摩擦角，一般＝12°，＝38°。 —推擠角，動刀刃線和定刀刃線間夾角。 切割穩(wěn)定條件是指刀片最大推擠角小于動定刀片摩擦角之和，即≤50°，常?。?0～50°。 （3）切割阻力矩要均勻 （4）切割速度 大量的實(shí)驗(yàn)表面，切割速度對切割阻力也有很大影響，隨著切割速度的加大，切割阻力幾乎成直線下降。前蘇聯(lián)的H·E·P推薦最佳切割速度范圍是35～40m/s，常用的是18～37m/s。 4.5動刀 動刀的一種方案，刀片采用螺旋型，刀片數(shù)為4，安裝時(shí)，根據(jù)碎段長度要求安裝2片或是4片。螺旋型刀片的刀體和刃線部都是螺旋式，并且按螺旋排列，傾斜地安裝在滾筒表面上。螺旋型刀片在滾刀式切碎器中和其它類型刀片比較，滑切作用強(qiáng)，切割阻力小，切割性能好，但刀片制造、安裝、調(diào)整及刃磨都不方便。而且切碎體不能自動拋出，需人工清理，或者用風(fēng)送裝置吹出，增加了機(jī)器復(fù)雜性。這種刀片加工困難，成本高，對于生物質(zhì)秸稈來說，不需要太高要求，直條型即可滿足要求。 圖3-5動刀 滾筒式切碎器刀片的刀刃為外磨角，刀片的底平面或刃磨面與其切割面所成的角度叫隙角γ，其作用是避免在切碎過程中刀片與從喂入口不斷進(jìn)來的秸稈相摩擦，以便減少動刀消耗。刀片的刃角β對刀片的使用壽命，功率消耗有很大影響。據(jù)參考文獻(xiàn)知：隨著β角的加大，切割所需的功和比功都要上升，若β角大于30°更顯著增加，但β角太小又不耐磨，常用的β角可在15～30°間的選擇。 在切碎器的滾筒上固定兩個(gè)圓盤，動刀片安裝在圓盤上，構(gòu)成切碎滾刀滾筒。 4.6定刀 采用方形刃口的定刀，其能耗小，使用時(shí)不易磨損，厚度為3～6mm，以承受動刀對物料巨大的沖擊力。 刀片材料可用5碳素工具鋼或優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼65Mn或70Mn。刀片可工作寬度對滾筒式切刀為20mm，在該區(qū)域刃部淬火硬度為HRC47～56，而非淬火區(qū)為28HRC。動刀刃工作表面與刃口垂直線之間有3～5°傾斜角。動、定刀片刃口的間隙為0.5～1.0mm。動刀的厚度為2～3mm，刃口的厚度δ＝80～100μm，若磨損到一定厚度時(shí)，必須磨刀，使之變薄，構(gòu)成銳利刃口。 4.7機(jī)架及箱體材料選擇 機(jī)架和箱體的工作特點(diǎn)要求其應(yīng)有足夠的剛度，其次是強(qiáng)度和抗振性，鑒于設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)形狀簡單，工作條件也沒有特殊的要求，可采用普通低碳素鋼來制造，如Q235等。 第五章 傳動部分設(shè)計(jì)與計(jì)算 5.1傳動方案設(shè)計(jì) 傳動系統(tǒng)的位置要根據(jù)設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及部件的相對位置來確定，傳動路線及零部件的選擇要保證總傳動比和傳動的可靠性，同時(shí)不影響本身零部件的正常運(yùn)行。本次設(shè)計(jì)的傳動和執(zhí)行機(jī)構(gòu)都比較簡單，過程如下： 1. 首先電機(jī)通過帶傳動帶動輸送輥，實(shí)現(xiàn)自動送料動作。 2. 另一方面，電機(jī)通過帶傳動將動力傳給z軸方向排布的棘齒刀片，再由一對圓 柱直齒輪嚙合將動力傳遞給喂入輥。 3. 另一電機(jī)通過帶傳動將動力傳遞給輪刀刀片，再由一對圓錐齒輪嚙合將動力傳 遞給y軸方向排布的棘齒刀片。 其傳動路線示意圖如圖5-1： 圖5-1 傳動路線 5.2 滾刀軸V帶設(shè)計(jì)計(jì)算 需傳動的功率，電機(jī)轉(zhuǎn)速，切碎器滾刀軸轉(zhuǎn)速 ，則傳動比為。 （1）確定計(jì)算功率 計(jì)算功率是根據(jù)傳動功率，并考慮到載荷性質(zhì)和每天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長短等因素的影響而確定的。即 選，則 （2）選擇帶型 根據(jù)計(jì)算功率和小帶輪轉(zhuǎn)速＝1430r/min由表8－8選擇Z型普通V帶 （3）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑和。 1）初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑 選取。為了提高v帶的壽命，宜選取較大的直徑。 選。 2）驗(yàn)算帶的速度v 計(jì)算帶的速度 符合帶速在5～25m/s之間的要求。 3）計(jì)算從動輪的基準(zhǔn)直徑 （4）確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長度 初步定中心距，取 0.7×＜＜2× 即 0.7×（80+160）＜＜2×（160+80） 所以 168＜＜480 取 取定后，根據(jù)帶傳動的幾何關(guān)系，按下式計(jì)算所需帶的基準(zhǔn)長度： 根據(jù)選取和相近的v帶的基準(zhǔn)長度。再根據(jù)來計(jì)算實(shí)際中心距 。 考慮安裝調(diào)整和補(bǔ)償預(yù)緊力（如帶伸長而松弛后的張緊）的需要，中心距的變動范圍為： （5）計(jì)算主動輪上的包角 ﹥ （6）確定帶的根數(shù)z 其中＝0.97，由＝0.96，由＝0.81，由＝0.15則 根 取3根帶。 （7）確定帶的預(yù)緊力，由 由于新帶容易松弛，所以對非自動張緊的帶傳動，安裝新帶時(shí)的預(yù)緊力應(yīng)為上述預(yù)緊力的1.5倍即156N。 （8）計(jì)算帶傳動作用在軸上的力（簡稱壓軸力） 5.3 輸送輥軸V帶設(shè)計(jì)計(jì)算 需傳動的功率，電機(jī)轉(zhuǎn)速，輸送輥軸轉(zhuǎn)速 ，則傳動比為。 （1）確定計(jì)算功率 計(jì)算功率是根據(jù)傳動功率，并考慮到載荷性質(zhì)和每天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長短等因素的影響而確定的。即 選，則 （2）選擇帶型 根據(jù)計(jì)算功率和小帶輪轉(zhuǎn)速＝1430r/min由表8－8選擇A型普通V帶 （3）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑和。 1）初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑 選取。為了提高v帶的壽命，宜選取較大的直徑。 選。 2）驗(yàn)算帶的速度v 計(jì)算帶的速度 符合帶速在5～25m/s之間的要求。 3）計(jì)算從動輪的基準(zhǔn)直徑 （4）確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長度 初步定中心距，取 0.7×＜＜2× 即 0.7×（80+320）＜＜2×（320+80） 所以 280＜＜800 取 取定后，根據(jù)帶傳動的幾何關(guān)系，按下式計(jì)算所需帶的基準(zhǔn)長度： 根據(jù)選取和相近的v帶的基準(zhǔn)長度。再根據(jù)來計(jì)算實(shí)際中心距 。 考慮安裝調(diào)整和補(bǔ)償預(yù)緊力（如帶伸長而松弛后的張緊）的需要，中心距的變動范圍為： （5）計(jì)算主動輪上的包角 ﹥ （6）確定帶的根數(shù)z 其中＝0.97，由＝0.96，由＝0.81，由＝0.15則 根 取3根帶 （7）確定帶的預(yù)緊力，由 由于新帶容易松弛，所以對非自動張緊的帶傳動，安裝新帶時(shí)的預(yù)緊力應(yīng)為上述預(yù)緊力的1.5倍即156N。 （8）計(jì)算帶傳動作用在軸上的力（簡稱壓軸力） 5.4 齒輪傳動設(shè)計(jì)計(jì)算 1.由于工作環(huán)境惡劣，齒輪要求不高，使用開式圓柱齒輪，根據(jù)設(shè)計(jì)條件，輸入功率，小齒輪轉(zhuǎn)速，喂入輥轉(zhuǎn)速，則傳動比。使用期限為15年（每年工作300天），一班制。連續(xù)單向運(yùn)轉(zhuǎn)。選用8級精度，選小齒輪材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度為280HBS,大齒輪材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。選小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)，取。 2.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算， 即 確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值 1）試選載荷系數(shù)。 2）計(jì)算小齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩。 3）選取齒寬系數(shù)。 4）查表得材料的彈性影響系數(shù)。 5）按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的基礎(chǔ)疲勞強(qiáng)度極限。 6）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。 7）取接觸疲勞壽命系數(shù)。 8）計(jì)算接觸疲勞需用應(yīng)力。 取失效概率為1%，安全系數(shù)s=1 計(jì)算 1）試算小齒輪分度圓直徑，代入中比較小的值。 60.073mm 2）計(jì)算圓周速度 。 3）計(jì)算齒寬b。 4）計(jì)算齒寬與齒高之比b/h。 模數(shù) 齒高： 5）計(jì)算載荷系數(shù)。 根據(jù)v=2.36m/s，8級精度，查得動載系數(shù)； 直齒輪；查得使用系數(shù)；用插值法查得8級精度、小齒輪相對支承懸臂布置時(shí)，。由b/h=14.24，查 表得，故載荷系數(shù) 6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑， 7）計(jì)算模數(shù)m。 3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 （1）確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值 1）查表得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限。 2）由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)； 3）計(jì)算彎曲疲勞需用應(yīng)力。 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式（10-12）得 4）計(jì)算載荷系數(shù)K。 5）查取齒形系數(shù)。 由表10-5查得 。 6）查取應(yīng)力校正系數(shù)。 由表10-5查得 。 7）計(jì)算大小齒輪的并加以比較。 ， 大齒輪的數(shù)值大。 設(shè)計(jì)計(jì)算 對比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，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，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度所算得的模數(shù)1.305并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2mm，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑，算出小齒輪的齒數(shù)；，大齒輪齒數(shù)；這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊促，避免浪費(fèi)。 幾何尺寸計(jì)算 計(jì)算分度圓直徑 ； 計(jì)算中心距 計(jì)算齒輪寬度 ，取。 5.5 喂入輥主動軸的設(shè)計(jì) 喂入鏈主動輪軸傳遞的功率，轉(zhuǎn)速n＝169r/min，半徑r＝40mm， 先求齒輪作用在軸上的力 由 有效圓周力 按水平布置取壓軸系數(shù)，故 （1）軸上零件的安裝方案，如圖5—2圖a）所示： 圖5-2a 圖5-2b 圖5-2c 圖5-2d 圖5-2e 圖5-2f 圖5-2g 圖5-2 下喂入輥軸的載荷分析圖 （2）選擇軸的材料 該軸傳遞小功率且轉(zhuǎn)速較低，故選用45鋼并調(diào)質(zhì)處理，其力學(xué)性質(zhì)如下： （3）初步計(jì)算軸的直徑 選取A0＝126～103，取A0＝115 考慮鏈輪和鍵槽對軸的強(qiáng)度的削弱，軸徑增加10%左右，然后將軸徑圓整取d＝16mm（此值作為承受扭矩作用的軸段的最小軸徑） （4）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 初選角接觸球軸承，為了便于裝配，取裝軸承處的直徑，初選角接觸球軸承的結(jié)構(gòu)代號為7206AC，其外形尺寸為d×D×B＝30×62×16； 根據(jù)軸向定位的要求，確定軸的各段直徑、長度，如圖5—2圖a）所示： ，此段為軸承，長度取L1＝47mm； ，此處為滾筒軸，同時(shí)考慮軸承座的安裝，長度取L2＝346mm； ，此段為軸承，長度取L3＝57mm； ，此處為齒輪，根據(jù)其寬度，長度可取L4＝88mm； 即此軸的總長度為；L＝L1+L2+L3+L4＝47+346+57+88＝538mm （5）軸的校核 轉(zhuǎn)動扭矩T＝95.5×105P/n＝95.5×105×0.15/1169＝8953N·mm（其中P為喂入輥的輸送功率為0.15Kw），則，。 軸受力情況如圖b)所示，其中CA＝220mm，CB＝180mm，DB＝100mm 1）求軸上的載荷 軸上受力如圖，分別在水平面內(nèi)圖c）和垂直面內(nèi)圖e）進(jìn)行計(jì)算。 由（水平面見圖c）得，方向按左順右逆原則 ，則 由力平衡方程 ，則 由（垂直面見圖e）得，方向按左順右逆原則 ，則 由力平衡方程 ，則 合成支反力 2）計(jì)算水平面的彎矩，畫彎矩圖，方向按左順右逆原則,如圖d）所示 3）計(jì)算垂直面的彎矩，畫彎矩圖，方向按左順右逆原則，如圖f）所示 4）合成彎矩，并畫總彎矩圖 公式為 其中表示水平面方向的彎矩，表示垂直面方向的彎矩，對應(yīng)點(diǎn)合成，如圖g）所示 N·mm N·mm N·mm 5）由圖g）可知危險(xiǎn)截面為C、B，強(qiáng)度條件為 為了考慮兩者循環(huán)特性不同的影響，引入折合系數(shù)α，當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時(shí)，取α≈0.3；當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，取α≈0.6； 當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為對稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，取α≈1；此處取0.6，則αT＝0.6×8953=5372N·mm 查得W＝0.1d3 C截面 取M最大值即22677N·mm，W＝0.1d3＝0.1×303＝2700 則 故C截面安全 B截面 取M＝21360，W＝0.1d3＝0.1×303＝2700 則 故B截面安全 根據(jù)上述的計(jì)算來看，系統(tǒng)各項(xiàng)參數(shù)達(dá)到了設(shè)計(jì)性能要求，同時(shí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，效率高。盡管對軸的設(shè)計(jì)校核工作沒有全部進(jìn)行，但根據(jù)對重要軸系的校核結(jié)果來看，其它軸系的設(shè)計(jì)應(yīng)能滿足該系統(tǒng)剛度和強(qiáng)度的要求，因此，系統(tǒng)工作過程中能夠滿足其安全性要求。 第六章 總結(jié) （1）設(shè)計(jì)的秸稈切碎機(jī)的原理和結(jié)構(gòu)都比較簡單，從而給制造、安裝、使用和維修帶來了極大的方便。 （2）設(shè)計(jì)的秸稈切碎機(jī)適應(yīng)性強(qiáng)，主要是適合于粗壯秸稈，甚至是較細(xì)的樹枝切斷；切碎比較連續(xù)，振動較小，切碎性能和切碎質(zhì)量高。 （3）喂入、切碎和拋送功率都比較低，因而要求相匹配的動力也較小，同時(shí)整個(gè)設(shè)備大量采用普通鋼材，大大的降低了制造成本，提高了其經(jīng)濟(jì)性，滿足了廣大農(nóng)村單家獨(dú)戶作業(yè)的要求。 （4）壓緊裝置中的彈簧設(shè)計(jì)成可根據(jù)具體情況來調(diào)節(jié)其剛度，增強(qiáng)了切碎機(jī)的加工性能，同時(shí)也是本設(shè)計(jì)的創(chuàng)新之處。 （5）將上喂入輥軸設(shè)計(jì)成浮動軸，提高了切碎機(jī)的切碎能力范圍。 （6）破碎機(jī)的喂入和拋送功能實(shí)現(xiàn)了自動化，節(jié)省了人力。 參考文獻(xiàn) [1] 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