一種樹枝粉碎機的設計,一種,樹枝,粉碎機,設計 南大學畢業(yè)設計論文 大學 本科畢業(yè)設計 題 目：一種樹枝粉碎機的設計 學 院： 南 方 學 院 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 學 號： N090301106 學生姓名： 指導教師： 職 稱： 講 師 二0一三年 五月三十日 南 京 林 業(yè) 大 學 2013屆本科畢業(yè)設計(論文)材料目錄 學院 班級 學號 學生 姓名 成績 指導教師姓名 導師團 成員姓名 南方院 N0903011 N090301106 顧仁 蔣雪松 畢業(yè)設計 (論文)題目 一種樹枝粉碎機的設計 序 材料名稱 份數(shù) 備注 1 畢業(yè)設計(論文)正文 1 2 畢業(yè)設計(論文)任務書 1 3 畢業(yè)設計圖紙 12 4 開題報告(含綜述或參考文獻翻譯) 1 5 中期檢查表 1 6 指導教師評閱意見表 1 7 同行教師評閱意見表 1 8 答辯記錄表 1 畢業(yè)設計（論文）電子文檔 1 檔案編號 備 注 摘要 隨著人們對環(huán)境意識的日益增強, 對環(huán)境的要求也越來越高 ,城市廢棄樹枝的隨意堆放及焚燒被逐漸禁止, 廢棄樹枝的處理及綜合利用成了城市園林及環(huán)衛(wèi)部門亟待解決的問題。經(jīng)過國內外眾多科研單位多年的研究和探索，樹枝的切碎技術取得了突破性的進展，樹枝粉碎機械也從而得到了前所未有發(fā)展。輸送機構也從以前的手動式喂入轉變?yōu)楦冗M帶傳動的輸送方式，這樣既能減少人力勞動，也更能提高效率。 本文對國內外的一些樹枝粉碎機的技術特點進行了分析，了解了樹枝粉碎效果的因素，以及現(xiàn)有樹枝粉碎機產(chǎn)品的優(yōu)缺點，并在其基礎上設計了一臺樹枝粉碎機，希望對樹枝粉碎機的發(fā)展能提供一些參考。本樹枝粉碎機能夠碎直徑最大為200mm以內的樹枝，采用“浮動”式喂入機構，使其能適應不同直徑的樹枝。該機器工作平穩(wěn)，安全可靠，操作方便，加工效率高。并且對該機器還附帶了牽引機構，便于移動作業(yè)。 關鍵詞:環(huán)境 樹枝粉碎機 喂入機構 輸送機構 Abstract Along with the people to the growing environmental awareness, environmental requirements are also getting higher and higher, city branch of random stacking and burning has been banned, processing and comprehensive utilization of waste branches it has become urgent to solve city landscaping and sanitation sector problems. After the research and exploration in many research institutions at home and abroad for many years, shredding Technology Branch made breakthrough progress, branch pulverizing machinery which has been hitherto unknown development. Conveying mechanism from the manual before feeding into the delivery of more advanced way of belt transmission, which can not only reduce the human labor,but also can improve the efficiency of. Technical characteristics of some branch grinder at home and abroad this paper analyzed, understanding the factors branch pulverizing effect, advantages and disadvantages of existing branch mill products, and the design of a branch crusher on the basis of development of the branch disintegrator, hope to provide some reference. Moto Kimie crusher can crush the largest diameter within 200mm branches, the "floating" type feeding mechanism, so that it can adapt to different diameter branches. The machine is stable, safe and reliable, convenient operation, high processing efficiency. And the machine also comes with a traction mechanism, convenient mobile operation. Keywords: Environment, branch disintegrator, feeding mechanism, conveying mechanism 目錄 摘要 1 目錄 3 第一章 緒論 4 1.1 課題研究背景，目的及其意義 4 1.2基本情況 5 1.3 選題的設計思想，設計方法及改進 6 1.4 預期結果 6 第二章 國內外樹枝粉碎機的現(xiàn)狀 8 2.1 國內外樹枝粉碎機的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 8 2.2 現(xiàn)有產(chǎn)品的優(yōu)缺分析 8 2.3一般樹枝粉碎機的結構 10 2.4樹枝粉碎機的工作原理 10 2.5國內外樹枝粉碎機產(chǎn)品 11 第三章 主要技術參數(shù)的確定與計算 13 3.1輸送機構的設計計算 13 3.1.1輸送機構的計算 13 3.1.2輸送帶托輥滾軸和軸承的設計選擇 14 3.1.3電機與托輥的傳動連接 15 3.2粉碎室結構設計 16 3.2.1刀盤的設計 16 3.2.2飛刀的設計 17 3.3喂入機構的設計計算 18 3.4軸的計算與校核 19 3.5機架的設計 21 3.5.1機架類型的選擇 22 3.5.2機架中其他結構的尺寸確定 23 第四章 粉碎機事項 24 4.1使用維護 24 4.2操作及調整 24 4.3保養(yǎng) 24 結論 26 致謝 27 參考文獻 28 附錄 29 第一章 緒論 1.1 課題研究背景，目的及其意義 城市綠化過程中，每年都要修剪下來大量的樹枝。修剪下的樹枝形狀各異、大小不等、粗細也不均勻，收集整理十分的不便。由于樹枝蓬松，運輸效率很低，所以費時又費力，而且運輸安全性較差。而運出的樹枝，部分被送到垃圾場，部分被燒掉。雖然樹枝處理了，但環(huán)境卻被污染了，而且也浪費了人力物力。因此樹枝處理不但是令市政部門頭疼的問題，也是工廠、學校、小區(qū)、果園等等每年都要面臨的問題。 將樹枝就地粉碎，不僅可以節(jié)省運輸?shù)某杀?、減少樹枝堆積用地、凈化環(huán)境，而且削片粉碎后的枝葉碎渣還可以用于生產(chǎn)有機堆肥，改良土壤，進行循環(huán)利用；或加工成制漿造紙和生產(chǎn)人造板所需的工藝木片；或進行粉碎后再利用，制作成壓縮燃料塊或作為裸露地覆蓋物，能變廢為寶。近年來，樹枝削片粉碎處理悄然興起，這不僅大大地改變了以往靠人力處理枯枝落葉的模式、加快了樹枝樹葉的處理速度，而且節(jié)省了費用，還減輕了工人的勞動量，成了樹枝處理必然的發(fā)展趨勢。因此，我認為研制樹枝粉碎機，對提高樹枝處理效率、擴大樹枝的用途、提高樹枝的利用率、節(jié)約資源、美化環(huán)境具有十分重要意義和必要性。 1.在粉碎理論方面： 傳統(tǒng)上學者一直認為物料進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，多次重復此過程。同時物料被旋轉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了物料進入粉碎室后受到的是偏心沖擊而不是傳統(tǒng)上認為的正面沖擊。 中國農機院通過實驗得出了粉碎機比功率及粉碎物料的幾何平均值之間的關系；此外還得出粉碎機度電產(chǎn)量與篩孔直徑的關系。 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。水滴型粉碎機是將普通錘片粉碎機的粉碎室從圓形變?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。另外水滴型粉碎機有主粉碎室和再粉碎室，物料在粉碎室內可形成二次打擊，同一臺粉碎機就能實現(xiàn)粗、細、微細3種粉碎形式。但這種粉碎機體積較大、制造復雜、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，容易形成環(huán)流層，不利于出料，而粉碎室為水滴形時較易破壞環(huán)流層。內蒙古農業(yè)大學的劉文廣、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.粉碎機設計理論 孫紅彬等研究了立式粉碎機的工作原理及結構，對立式粉碎機的結構設計做了闡述，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，建立粉碎機的三維模型。同時，用UGNX的模型分析和運動仿真模塊，對粉碎機進行分析，提高了設計的可靠性，并對錘片進行了有限元分析，找出了錘片的危險截面。黃石市飼料公司的徐新武對飼料粉碎機的吸風系統(tǒng)進行設計與研究，通過生產(chǎn)實踐證明產(chǎn)量比原來提高73%，粉碎機無灰塵外溢現(xiàn)象，排料口吸風罩運轉正常，粉碎機溫度低，電機負荷小。 4.粉碎機性能影響因素 天津理工學院的董堅挺等建立了錘片式粉碎機轉子組振動的力學模型及數(shù)學模型,分析了其固有頻率及在額定轉速下的振幅與其它參數(shù)的關系,為錘片式粉碎機在設計、制造、安裝3個環(huán)節(jié)減少設備振動提供理論依據(jù)。 因此，樹枝粉碎削片機，對提高樹枝等燃燒農作物處理效率、擴大樹枝的用途、提高樹枝等農作物廢料的利用率、節(jié)約資源、美化環(huán)境具有重要意義。 1.2基本情況 隨著人們環(huán)境意識的日益增加，對環(huán)境的要求越來越高，城市廢棄樹枝的隨意堆放及焚燒被逐漸禁止，廢棄樹枝的處理及綜合利用成了城市園林及環(huán)衛(wèi)部門亟待解決的問題。城市綠化過程中，每年都要修剪下大量的樹枝。修剪下的樹枝形狀各異、大小不等、粗細不均，收集整理十分不便。由于樹枝蓬松，運輸效率低，費時又費力，而且運輸安全性差。而運出的樹枝，部分被送到垃圾場，部分被燒掉。雖然樹枝處理了，但污染了環(huán)境，浪費了人力物力。因此樹枝處理不但是令市政部門頭疼的問題，也是工廠、學校、小區(qū)、果園等每年都要面臨的問題。 將樹枝就地粉碎削片，不僅可以節(jié)省運輸成本、減少樹枝堆積用地、凈化環(huán)境，削片粉碎后的枝葉碎渣還可以用于生產(chǎn)有機堆肥，改良土壤，進行循環(huán)利用；或加工成制漿造紙和生產(chǎn)人造板所需的工藝木片；或進行粉碎后再利用，制作成壓縮燃料塊或作為裸露地覆蓋物，能變廢為寶。近年來，樹枝削片粉碎處理悄然興起，這不僅大大地改變了以往靠人力處理枯枝落葉的模式、加快了樹枝樹葉的處理速度，而且節(jié)省了費用，還減輕了工人的勞動量，成了樹枝處理的必然發(fā)展趨勢。因此，研制樹枝粉碎機，對提高樹枝處理效率、擴大樹枝的用途、提高樹枝的利用率、節(jié)約資源、美化環(huán)境具有重要意義。 樹枝粉碎機主要由輸送機構、喂入機構、粉碎機構、行走機構、懸掛機構、機架等組成。本間就主要是進行總體方案的確定并對輸送機構、喂入機構、粉碎機構、行走機構、懸掛機構、機架等進行設計，喂入機構采用的事南京農業(yè)大學朱思洪教授的“浮動”式喂入機構。粉碎機構的設計依據(jù)是傳動軸獲得動力后，驅動刀盤和粉碎刀片在機殼內做旋轉運動，物料不斷的被投入、削片和粉碎，最后經(jīng)排料機構排出。 樹枝粉碎機的核心部分在粉碎機構，粉碎機構的好壞直接決定了樹枝粉碎的效果，樹枝粉碎機的粉碎部分的工作過程主要是刀具與樹枝相互運動的過程，也就是樹枝被切削的過程。顯然，木材切削力與木材的材料性質之間依然有密切的聯(lián)系。然而，到至今為止，有關切削方面的研究結果基本上集中在有關木材切削力與木材的密度、木材含水率以及木材硬度之間的關系上，有關木材切削與木材密度之間關系方面的內容較少。這是因為木材的密度，不但與木材的力學性質有密度的關系，而且是一種難以測得的物理性質。因此，木材切削力與木材力學性質之間究竟有怎么的關系，還有待進一步的研究與深入。 1.3 選題的設計思想，設計方法及改進 本課題要求設計的樹枝粉碎機主要用于粉碎小徑級的廢料和樹枝等農作物廢料,粉碎出的碎料也是用于制造肥料等,對削片質量要求不高. 故設計結構簡單,移動方便和便于操作.針對這些要求,設計飛刀為對稱分布的長刀,以滿足最大切削直徑和力矩平衡的要求。設想該樹枝粉碎機粉碎的碎屑最大長度10 mm，根據(jù)設計要求，進料口和出料口有了改進，刀盤保持一定的厚度加大其轉動慣量，以防止切削過程中刀盤轉速波動太大。由發(fā)動機的功率要求確定樹枝粉碎機的生產(chǎn)能力，計算出合適的飛刀數(shù)量和切削功率以及切削力。飛刀的伸出量能夠調整，保證切削質量。 由于進料方式為水平進料，故設計進料槽為方形進料口，長度較長，保證長樹枝也能順利進料。進料槽的結構型式也比較簡單，以使其安裝方便，并便于加工。 普通樹枝粉碎機的工作噪聲高達110dB左右。為了減低噪聲降低噪聲，本設計采用以下方式：加厚機罩體的厚度，以提高隔聲效果。 1.4 預期結果 本樹枝粉碎機機，結構緊湊合理，零件加工方便，操作簡便，生產(chǎn)能力大，碎片合格率高，廢料質量還可以適當調節(jié)，單位廢料產(chǎn)量能耗低，用一般的牽引機車即可拖動和運輸，適用于城市林業(yè)業(yè)廢料的處理等，是國內將農作物廢料轉化為有機肥，紙業(yè)原材料，處理小型樹枝木材的理想設備。 第二章 國內外樹枝粉碎機的現(xiàn)狀 2.1 國內外樹枝粉碎機的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 我國樹枝粉碎機于20世紀60年代開始研究，70年代中期開始研究伐區(qū)木片生產(chǎn)工藝設備，80年代國家設立“伐區(qū)樹枝木片生產(chǎn)設備及工藝的研究”攻關課題，進行了系統(tǒng)研究，取得了一定成果。進入90年代，木片生產(chǎn)得到了快速發(fā)展，木材削片機制造業(yè)也隨之進一步發(fā)展。目前已至少有30多家生產(chǎn)削片機的廠家，生產(chǎn)20多種型號的木材削片機。我國目前所用的削片機主要有以下幾種型號：（1）BX117C盤式削片機;(2)BX1107/4盤式削片機;(3)BX116盤式削片機;(4)BX1108/3盤式削片機;此外，還有極少量的BX1710B盤式削片機和BX1112盤式削片機等。至于樹枝粉碎機，我國常州市林機廠及其它生產(chǎn)企業(yè)在90年代就曾研制過多種機型，功率一般為3-5kW，但都未推廣，主要原因都是功率太小，只能削小樹枝，徑級到30~40mm就削不動，無法滿足使用要求。國外大規(guī)模的木片生產(chǎn)始于60年代，近年來發(fā)展很快，不僅產(chǎn)量迅速增加，而且在一些國家，如日本、前蘇聯(lián)、美國等國已發(fā)展成為木材工業(yè)部門中的一個獨立體系。在瑞典、芬蘭等國則成為木材加工企業(yè)中不可缺少的組成部分。而且國外樹枝削片機的性能也比國內要好一些，這主要表現(xiàn)在其產(chǎn)品型號齊全，功率強勁，外形美觀，操作方便，噪聲低，人性化設計等。如美國的百萊瑪設備公司的產(chǎn)品威猛系列切枝機。其中威猛BC600XL型就是一款高產(chǎn)量、大功率的切枝機，它具有獨創(chuàng)的外觀設計和驅動系統(tǒng)，具有同類產(chǎn)品中最大的進料口。從細小的樹枝到直徑150mm的樹干，BC600XL型切枝機都能從容應付。其較大的動力和寬闊的進料口使其功效超卓，并可省去大量的對樹枝的預先修理時間。 近年來，國外樹枝粉碎機的研制有了進一步的發(fā)展，主要是增加輔助進料槽；增加進料槽的截面積；鉸接式安裝進料槽；側面出料（木片）；減少飛刀尺寸和角度，并且裝刀多刀化；飛刀夾裝在刀盤上，并呈螺旋線安裝；刀盤懸臂式裝配；降低削片機噪聲；增設第二底刀以及使其多刃化；可調節(jié)生產(chǎn)率的削片機；改進切削機構和進給方式以及適應不同原料的削片的專用、通用、以及削片機組和削片生產(chǎn)線。 2.2 現(xiàn)有產(chǎn)品的優(yōu)缺分析 通過對目前市面上幾款樹枝粉碎機的了解，做出歸納的出，現(xiàn)有樹枝粉碎機的特點如下： （1） 基本都配有電機或柴油機，這樣可以適用于固定作業(yè)或者野外無電區(qū)作業(yè)； （2） 在機架上設計有行走機構，可有汽車或拖拉機牽引行進，使用場所較多，無需人工搬運； （3） 采用合金刀具，安裝角度合理，切碎效率高，使用壽命長； （4） 設有過載安全裝置； （5） 操作方便、簡單、維護快捷； （6） 結構合理、緊湊、性能穩(wěn)定、切碎質量較好。 雖然現(xiàn)在的科學技術發(fā)展迅速，樹枝粉碎機產(chǎn)品也是伴隨著科技進步的步伐一起很快的更新?lián)Q代，但是很多產(chǎn)品還是存在著一些不足，這些缺點需要經(jīng)過不斷的研究分析后才能得到慢慢的解決。下面在對市場上現(xiàn)有的樹枝粉碎機的缺點進行羅列和分析： （1） 噪聲 噪聲問題一直是機械設備無法避免的問題，任務的機械的運行都會產(chǎn)生一定的噪聲，噪聲產(chǎn)生的原因很多，比如動力系統(tǒng)的運作產(chǎn)生的噪聲，機架工作裝置的噪聲，徹底的消除噪聲是不可能的，噪音只能通過某些措施進行降低。 根據(jù)對樹枝粉碎機噪聲產(chǎn)生傳播的分析，控制噪聲主要從以下3個方面實施：一是對噪聲聲源的控制；二是對噪聲傳播途徑的控制；三是對噪聲接受者的保護。其中對噪聲聲源的控制是最根本的，也是最直接的措施，但是對噪聲源難以進行控制，就需要在噪聲的傳播途徑中采取措施，比如吸聲，隔聲，消聲，減震及隔振等措施。 （2） 振動 振動是在機械加工過程中，因機械，機床工件或道具發(fā)生周期性的跳動。加工過程中如發(fā)生振動，會使工件已加工表面上出現(xiàn)條痕或者布紋狀痕跡，使得表面光潔度顯著下降，還會使機械機床、夾具中的連接零件松動，縮短機床的壽命，影響工件在夾具中的正確定位。此外，由于振動，勢必降低切削速度，損壞切削工具，降低生產(chǎn)率，造成噪聲污染。 機械產(chǎn)生振動的原因有很多，根據(jù)樹枝粉碎機出現(xiàn)的振動現(xiàn)象表現(xiàn)形式，分析原因，大致如下：①樹枝粉碎機回轉件不平衡所引起的周期性變化的離心力。如由于電機或卡盤、皮帶輪回轉不平衡引起的。②樹枝粉碎機傳動零件缺陷所引起的周期性變化的傳動力。如因刀架、主軸軸承等傳動零件的制造誤差而引起的周期性振動。③切削過程本身的不均勻性所引起的周期性變化的切削力。如車削多邊形或表面不平的工件及在車床上加工外形不規(guī)則的毛胚工件。④往復運動部件運動方向改變時產(chǎn)生的慣性沖擊。如平面磨削過程的方向改變或瞬時改變機床的回轉方向。⑤有外界其他振源傳來的干擾力。在鍛造車間附近，因空氣錘的振動引起其他機床的振動，甚至共振。 機械消減振動的措施：①對樹枝粉碎機的高速回轉的零件進行動平衡或設置自動平衡裝置。或采用減振裝置。②調整軸承及鑲條等處的間隙，改變系統(tǒng)的固有頻率，使其偏離激振品率；調整運動參數(shù)，是可能引起受迫振動的振源頻率，遠離機床加工薄弱模態(tài)的固有頻率。③提高傳動裝置的穩(wěn)定性。④動力源與機械和機床本體分置在兩個基礎上以實現(xiàn)隔振。常用的隔振材料及隔振器有橡膠隔振、泡沫橡膠、毛粘等等。⑤隔離外來振動的影響，采取隔振措施，如在電動機底座和墊板之間墊上具有彈性的木板或硬膠皮等。 上述2個缺點也是一般機械普遍需要解決的難題，同時樹枝粉碎機還存在其他的缺點，但是這些缺點并不會影響樹枝粉碎機的正常使用也不會對樹枝粉碎機的粉碎效果有干擾。 缺點與優(yōu)點是并存的，在一定條件下甚至是相互轉化的。是要我們認真研究，這些問題都可以得到相依的解決。相信在不久的將來，樹枝粉碎機將是一臺多功能，高效率，低污染，低成本的普及農用機械，為我們美好的生活添磚加瓦。 2.3一般樹枝粉碎機的結構 樹枝粉碎機是一臺連貫工作的機械，它的運行具有連續(xù)性，協(xié)調性。這種工作特點是由樹枝粉碎機的自身結構所決定的，樹枝粉碎機只要由輸送機構、喂入機構、粉碎機構、排料機構、懸掛機構、機架等組成。 輸送機構、喂入機構、粉碎機構、排料機構、懸掛機構、機架這幾個部件是樹枝粉碎機必不可少的部分。喂入機構是連接輸送機構和粉碎機構的中間機構，而粉碎機構是整臺樹枝粉碎機的核心部分，也是最難設計和研究的部分，驅動機構是樹枝粉碎機的動力源，整臺機器的運動能力都應該是由驅動機構提供的。行走機構、懸掛機構等都是一些輔助的機構，可以使樹枝粉碎機在使用的過程中更加的方便。 2.4樹枝粉碎機的工作原理 樹枝粉碎機的工作原理很簡單，就是將上述各個機構結合在一起，同時運行就可以了。首先由動力機構分別給輸送機構、喂入機構、粉碎機構、排料機構提供動力，然后是從輸送機構開始，將樹枝輸送至喂入機構，再有喂入機構進入粉碎機構進行粉碎，最后通過排料機構排除廢料。如圖2-1 基本結構 動力機構 輸送機構 喂入機構 粉碎機構 排料機構 圖2-1 樹枝粉碎機的原理圖 2.5國內外樹枝粉碎機產(chǎn)品 目前，市場上的樹枝粉碎機主要有以下幾種： 1、SFJ-8.0樹枝粉碎機（如圖2-2） 由北京農業(yè)機械實驗室鑒定推廣站研制的SFJ-8.0樹枝粉碎機為雙道喂入式樹枝粉碎機，主要由驅動裝置、粉碎刀盤、雙喂料桶等組成。工作時，直徑為20-75mm的樹枝條通過粗枝料筒喂入，經(jīng)過削片后進入粉碎室，被高速旋轉的錘片打碎成木屑，然后篩片清選，碎木屑從出料口被高速拋出。若直徑在20mm以下的樹枝條可以通過細枝料筒喂入粉碎室，樹枝被切成50mm左右的料段，然后進入粉碎室錘擊粉碎成木屑，最后經(jīng)過篩片的篩選，碎木屑從出料口高速拋出。該樹枝粉碎機適用于中小枝條的粉碎。 圖2-2 SFJ-8.0樹枝粉碎機 2、牽引式樹枝粉碎機（如圖2-3） 該種類的樹枝粉碎機的主要組成結構是：料斗、控制桿、喂料機構、切碎機構、排料機構、驅動機、行走機構、懸掛機構、機架等組成。能夠主要粉碎園林或城市街道修剪下來的樹枝。由于樹枝修剪工作的作業(yè)范圍大，樹枝粉碎機需跟隨修建一起作業(yè)，因此需要拖車牽引行走。修剪下來的樹枝直徑相差較大，最粗的可達到200mm以上。所以切碎機的功率一般在30kw以上。該類型的樹枝粉碎機工作可靠，穩(wěn)定性高，在粉碎直徑較大的樹枝時生產(chǎn)效率較高，但機器的雜音較大，是該機器的劣勢。 圖2-3 牽引式樹枝粉碎機 3、FS型枝條粉碎機（圖2-4） 該機使伊春林科院為粉碎林區(qū)藤條灌木所研制的一臺小型粉碎機。其特點是功率小，機構簡單，移動較為方便。加工時，將藤條灌木投入到進料口。旋轉刀盤上的葉片轉動形成氣流，使直接推動木片作圓周運動形成氣流，木片就沿著機殼切線的方向被拋到下一道工序進行粉碎。 圖2-4 FS型枝條粉碎機 第三章 主要技術參數(shù)的確定與計算 樹枝粉碎機的設計和計算根據(jù)樹枝粉碎機的各個機構不同特點來進行的，分別有輸送結構、喂入結構、切碎結構、排料結構、行走結構等。 3.1輸送機構的設計計算 3.1.1輸送機構的計算 （1）輸送帶的選擇 ①輸送帶寬度的選擇 因為輸送的物料為樹枝所以選取帶寬B=500mm的輸送帶，托輥的直徑D=80mm，托輥的輥子的轉速為955（r/min） ②輸送帶速度的選擇 V=10m/s, K=1.00 ③輸送帶寬度和輸送能力 根據(jù)任務書的要求 輸送帶的輸送能力不小于500kg/h。 ④輸送帶型號的選擇 選擇CC-56的輸送帶，帆布層數(shù)為4 電機選擇：Y90L-4 額定轉速1400r/min 額定功率1.5kw 質量27kg （2）輸送帶張力和強度，垂度的校核 ①輸送帶最大張力的近似計算 在水平或者較小的傾角輸送，單滾筒傳動，整體制動較小的簡單情況下的，可按照下式進行計算 Fmax=Fwζ(1+1/eμα-1) 式中Fmax—輸送帶最大張力（N） ζ—啟動洗漱，可取1.3—1.7 e—自然對數(shù)的底數(shù)，e=2.718 μ—輸送帶與驅動滾筒之間的摩擦系數(shù) α—圍包角（rad） 查非標準機械設備設計手冊可知 μ=0.35—0.45；取μ=0.4 ζ=1.5；α=1.74rad； 所以Fmax=505╳1.5╳（1+1/e0.4*1.74-1） =1510.69 ≈1511(N) ②輸送帶強度，垂度的校核 輸送帶強度的校核可以按照公式 Z≧Fmaxn/Bσ 式中 Z—襯墊層數(shù)； B—帶寬（mm）； σ—帶芯強度[N/(mm/層)] n—安全系數(shù) Z≧1511*8/500/56=1.73 輸送帶的帶寬強度滿足。 輸送帶垂度校核是對輸送帶的最小張力進行校驗，因此，有載區(qū)段輸送帶最小張力F'min，無載區(qū)段舒總帶最小張力F"min分別滿足 F'min≧[F'min]=5(q+q0)1'cosβ； F"min≧[F"min]=5q0l"cosβ 式中β—輸送機的傾斜角（度） 經(jīng)計算校核后滿足強度要求。 3.1.2輸送帶托輥滾軸和軸承的設計選擇 （1）輸送帶托輥轉動軸的選擇計算 依據(jù)上面的計算，托輥的直徑D=80mm，所以試取軸的直徑為30mm，下面對軸進行計算。 根據(jù)需用扭應力計算：傳動軸受轉矩作用后，扭應力應該小于許用扭應力，因此，軸的最小直徑應滿足下公式 d≧(Tp+γ)╳(p+n)1/3 式中P— 軸傳遞的功率（kw） n— 軸的轉速（r/min） Tp— 軸的許用應力（kN） γ— 空心軸的外徑與空徑之比，γ=0 查機械工程師手冊第3版可以得到γ=0，Tp=18MPa 計算公式可以得出d≧1.41mm 所以d=30mm滿足條件。 （2）輸送帶托輥軸軸承的選擇計算 根據(jù)上面輸送托輥軸的直徑可以查機械設計手冊（第5版第4卷）選取軸承的軸承代號為6006深溝球軸承，基本參數(shù)為：基本尺d=300mm，D=55mm，B=13mm。 輥輪的材料有很多種類，在此選擇45鋼材料作為輥輪的材料，可以滿足輥輪的強度要求。 3.1.3電機與托輥的傳動連接 （1）電機與托輥的傳動采用帶傳動的方式 ①傳動帶的選擇 根據(jù)傳動的速度可以選用普通平帶，結構式由數(shù)層掛膠帆布粘合而成，該平帶的特點是抗拉強度較大，帶長可以更具需要截取，預緊力保持性較好，而且價格低廉，開遍式較柔和；但是過載能力較小，耐熱，耐油性能差。由于在傳送過程中傳送帶速度比較慢，所以產(chǎn)生的熱量不會太大，同時又會暴露在空氣中，所以很好的散去了熱量，選擇傳送帶的型號為190.膠帆布層數(shù)為3，帶厚為3.6mm帶寬的范圍在16-20mm，最小帶輪直徑偉160mm。 ②V帶輪的設計 上面計算可知，電機的轉速為1400r/min，而托輥的最大轉速為955r/min，而一般的帶傳動效率在87%到98%，這里我們選取帶傳動的傳動效率為90%，可以通過計算看出傳動比i： i=1400（r/min）╳90%/955(rad/min)=1.3 查表的到V帶輪最小基準直徑為ddmin=75mm 取小帶輪的直徑為100mm，根據(jù)傳動比i=1.3可以算出大帶輪直徑為130mm。 （2）聯(lián)軸器的選擇 聯(lián)軸器是機械傳動中常用的部件，它們主要是用來連接軸與軸（或連接軸與其他回轉零件），以傳遞運動與轉矩；又是也做安全裝置。 因為聯(lián)軸器所傳遞的許用轉速遠遠大于此帶傳動的轉速，所以可以根據(jù)軸孔的直徑來選擇，因為d=28mm，所以查機械設計手冊（第五版第4卷）可以選用聯(lián)軸器的型號為：YLD4，該聯(lián)軸器的質量小，轉動的慣量也小，所以安全性和穩(wěn)定性都相對比較好。 3.2粉碎室結構設計 3.2.1刀盤的設計 本機設計處理樹枝的最大直徑為200mm，因此刀盤需要有足夠的轉動慣量和轉速。刀盤兩個主要功能分別是安裝飛刀和儲存能量，即刀盤也具有飛輪的功能。在不切削時刀盤儲存能量，在切削樹枝時刀盤能量，有此保證了粉碎室的連續(xù)工作。刀盤的兩側分別有切刀和風葉，并在切刀部位開孔（如圖3-1）。樹枝從刀盤的左側進入，經(jīng)過喂入機構上的定刀與刀盤上動刀的相互作用，經(jīng)切削后，部分的木屑從刀盤上的孔穿進右側，還有部分會由于重力原因導入下面，最后都在風葉的作用下，順著機殼排出。 1，切刀 2，刀盤 3，扇葉片 圖3-1 刀盤示意圖 根據(jù)公式 T=F*r 式中T—切削時的扭矩 F—切削力 r—飛刀到刀盤中心軸線的距離 首先要考慮到本機處理樹枝的最大直徑為200mm，刀盤安裝槽就必須略大于200mm，再加上主軸和軸承座的影響，并留在適當?shù)挠嗔?，刀盤的外徑為1000mm比較合適，考慮到刀盤安裝飛刀和轉動慣量等因素，刀盤厚度為60mm。 3.2.2飛刀的設計 （1）飛刀的結構 飛刀是刀盤的主要部件之一，飛刀的性能對樹枝粉碎機的粉碎效果起到了至關重要的作用。切刀的前、后兩個刀面間的夾角交楔角β，如圖3-2，楔角的大小對切削性能的影響也很大。當β越小，刀刃越鋒利，切削性能越好，但是飛刀剛度會變小，一般β取40—48度，本機β選43度。 1.切刀 2.定刀 圖3-2飛刀與底刀示意圖 （2）飛刀的安裝及其固定 后刀面與切削面之間的夾角叫切刀的安裝角α，如圖3-2，α太大會影響切削的性能；但α太小時，后刀面的磨損會比較大，從而導致壽命變短，綜合考慮各種因素，一般α=1—5度，本機取2度。 在設計中，飛刀在刀盤上的安裝均采用螺釘裝夾安裝，它的特點是安裝方便，飛刀的伸出量相對較為容易調整。 （3）飛刀的具體尺寸 當?shù)侗P在旋轉的時候，需要考慮到它的平衡性問題，四把飛刀位置需要兩兩的對稱，又因為本機處理樹枝最大直徑為200mm，所以刀刃長度必須要略大于200mm，才能使切削沒有死角，刀刃的長度選210mm，厚15mm。 （4）飛刀與定刀之間切削間隙的調節(jié) 刀刃與定刀之間的間隙δ也對切削性能有較大的影響。因為各種樹枝具有不同的尺寸和外形的特征，有的粗，有的細，有時候會有樹葉等雜物，合理的間隙一般為δ=0.2—0.5mm，我們可以通過調節(jié)定刀的位置來調節(jié)切削間隙δ。 3.2.3扇葉片的設計 扇葉片就是風葉，主要是為粉碎室內提供推力，使得通過刀片粉碎后的樹枝和木屑能夠順利的排出粉碎機構。根據(jù)風葉片的出口角度的不同，扇葉片非為三種不同的類型，分別是①后向葉型②徑向葉型③前向葉型。因為徑向型的葉片較為方便加工，而且葉片的磨損較小，也不容易積垢，所以本機采用了徑向型的葉片。其安裝支架采用兩兩夾角都為120度，從而通過焊接而成。 3.3喂入機構的設計計算 喂入機構采用的事南京農業(yè)大學朱思洪教授的“浮動式”喂入機構。喂入裝置的功能就是將傳送帶送來的樹枝勻速推進到粉碎室中，并在粉碎過程中扶持樹枝。為了使此裝置能喂入不同直徑的樹枝（最大直徑為200mm），喂入裝置采用了“浮動式”工作原理，即喂入滾輪可以在垂直滑道內上下浮動，喂入滾輪有液壓馬達驅動，液壓馬達的進油管和回油管采用軟管，以適應喂入滾輪的上下浮動。樹枝由左側輸送帶自動被送入喂入裝置，被喂入滾輪圓周上的齒條咬住，樹枝被拖入粉碎室，同時喂入滾輪組件靠重力作用始終壓在樹枝上，以適應樹枝直徑的變化。樹枝前斷進入粉碎裝置開始粉碎后，喂入滾輪繼續(xù)壓在樹枝上，在切削過程中起扶持和送料作用。 喂入裝置設計的關鍵參數(shù)有：喂入滾輪的最小直徑和軸向長度，液壓馬達的轉速和驅動力矩以及喂入滾輪組件的重量。 喂入滾輪的最小直徑主要有樹枝的最大直徑確定。為了保證喂入滾輪的齒條能夠見樹枝咬住，喂入的樹枝應該位于喂入滾輪軸心線的下面。設樹枝的最大直徑為dmax，滾輪的最小直徑為dmin,則有dmax?2dmin，喂入滾輪的直徑也不宜多大，以避免滾輪中心線到切刀的距離多大，給喂入滾輪輸送和扶持樹枝造成困難，使得粉碎過后的碎屑過長。綜合考慮以上兩個方面的要求，本機的喂入滾輪直徑取420mm。喂入滾輪的軸向長度應該大于所適應樹枝的最大直徑，可適當小于輸送帶，取450mm。 3.4軸的計算與校核 已知P=1.5kw n=1400r/min 軸長870mm 直徑220mm 1. 計算彎矩M F×b-（a+b）=0 = 取切削力F=60N a=470mm b=400mm 所以==32.41N X≦191mm 則=6190.31Nmm 2計算扭矩 = = =6600Nmm 3. 按扭轉強度條件驗算 = =0.48 根據(jù)45鋼的 [] 在 25－45 0.48遠小于25 所以合適 4. 按彎扭合成強度驗算 取 =3.05 3.05遠小于25 所以合適 3.5機架的設計 機架承受著各機構的重量，在樹枝粉碎機工作的時候，會產(chǎn)生一定的負荷工作載荷，而這些載荷也將有機架承受，所以機架的強度、剛度和穩(wěn)定性都必須符合相應的要求。根據(jù)歸納機架的設計必須滿足的要求如下： （1） 在滿足強度、剛度和穩(wěn)定性的前提下，機架應要求重量輕，成本低； （2） 抗振的性能要好，受迫振動幅度必須限制在允許的范圍以內； （3） 噪音?。? （4） 溫度場的分布合理，熱變形對精度的影響??； （5） 機構設計合理，工藝性良好，便于鑄造，焊接和機械加工； （6） 便于安裝調整，方便維修和更換零部件； （7） 造型好，既經(jīng)濟使用，有美觀大方。 3.5.1機架類型的選擇 （1）選擇機架 機架類型的選擇直接影響到機架后面的設計和計算，據(jù)了解機架主要分為：鑄造機架和焊接機架，根據(jù)兩種機架的特點，再結合粉碎機自身的特點，選擇焊接型的機架，焊接機架和鑄造機架相比具有強度和剛度較好，重量輕，生產(chǎn)周期短，加工簡便，在結構設計上靈活，壁厚可以相差很大，并且根據(jù)工況需要可以在不同的部位選用不同的材料等特點。雖然焊接機架的成本較高，造價高，但是對于像樹枝粉碎機這樣的機械，在用料和焊接的質量上不會有太高的要求，所以在成本上不會有很大的提高。該機的機架使用的材料是槽鋼，在結構上保證了一定的強度和穩(wěn)定性，同時也便于焊接，是相對最合適的選擇。機架的形狀見(圖3-3) 圖3-3 機架示意圖 （2）機架生產(chǎn)注意點 焊接機架在焊接的過程中有一些注意點是必須加以重視的。如果武略了默寫主意事項可能會導致整個機架的實效，所以這些注意點在一定程度上決定機架的質量。通過學習，想注意事項中較為重要的幾條進行了羅列：（1）材料的可焊接性：焊接件鋼材的選擇要考慮可焊接性，可焊接性查的材料會造成焊接困難，是的焊縫可靠性降低，并且增加工作量。（2）合理布置焊縫：焊縫的應力區(qū)低于許用應力區(qū)，以獲得承載能力大，變形小的構件；為減小焊縫應力集中和變形，焊縫布置應盡可能的對稱，最好至中線的距離要相等；盡可能的減少焊縫的數(shù)量和尺寸；焊縫不能布置在加工面和需要表明處理的部位上；避免焊縫的匯交和密集（3）提高抗震性：由于普通材料的吸振動能力抵御鑄鋼，所以抗震能力要求對機架采取一定的抗振措施。 （3）機架的基本尺寸確定 機架的基本尺寸（即切碎機構的固定架）定為1500mm╳1630mm材料選用熱軋槽鋼。該材料流動性好，用于承受中等彎曲應力。 3.5.2機架中其他結構的尺寸確定 機架中除了用于承載輸送機構、喂入機構、粉碎機構等主要工作部件外，還有一些用于行走、固定的機構，便于機器的整體移動。 行走機構是是機械可以便捷的托運和移動，提高了機械的使用率和工作效率。行走機構的種類很多，有履帶式，車輪式，滾輪式等等。一般情況下，車輪式是機械設計中使用較為多的一種形式，該中行走機構安裝方便，維修簡單，可代替性好，價格也比較低。所以此樹枝粉碎機中的行走機構就采用了車輪式，在主機架中使用兩個大的車輪，既滿足了行走的需要，又滿足了機架的承載需要。在輸送機構的承載機架上安裝了一個較小的行走輪。通過機械手冊可以查詢到：大的行走輪為50╳5，小的行走輪為30╳3.5。行走機構可以使得機器很方便的進行轉移和拖動，是樹枝粉碎機不可缺少的一個重要部分。 第四章 粉碎機事項 4.1使用維護 （1）安裝 ①粉碎機的安裝可根據(jù)實際需要確定。工作場合需要保證良好的通風。固定使用的粉碎機宜用地腳螺栓固定在混凝土基礎上。在用小型拖拉機帶動時，應注意轉速的配套，如果一次傳動轉速達不到設計要求，可在機架上裝設中間傳動軸，以增加傳動次數(shù)；并應根據(jù)粉碎機銘牌上所規(guī)定的額定轉速，配制直徑適當?shù)钠л啞? ②粉碎機的旋轉方向應與機蓋上所示的紅色箭頭方向相符。 （2）試機 ①試機前應檢查配套動力使用粉碎機的旋轉方向是否與機益上箭頭方向相符合。 ②檢查零件的完整情況及緊固情況，特別是刀盤等高速轉動的零件，必須固定緊固。 ③檢查粉碎機座上的固件情況。 ④打開機蓋，確保粉碎室內沒有雜物。用手轉動主軸皮帶輪，查看轉動是否靈活，有無撞擊聲。然后將機蓋擰緊。 ⑤檢查軸承內的潤滑脂，如果發(fā)現(xiàn)潤滑脂變質，應用清潔的柴油或煤油將軸承清洗干凈，更換新的潤滑脂。 ⑥檢查完畢后，空車試運轉5—10分鐘。如運轉正常，即可正式工作。 4.2操作及調整 （1）粉碎機啟動后，待轉動正常才能投料。投料時要均勻連續(xù)，不要時多時少，防止超載工作。 （2）原料應清選，最好不要將金屬和碎石等混入粉碎室。無聊卡塞時，可用木棍等處理，禁止把手伸入喂料斗。聽到不正常聲音應立即停車檢查。 （3）使用集料帶時，當袋內聚集達到1/3時，應立即取出，一面溫度上升，產(chǎn)量下降。取出后應抖動不帶增加透氣性。 （4）投料完畢，應空轉2—3分鐘，把殘料完全排出。 4.3保養(yǎng) （1）每天工作結束后，應及時清理機器，檢查各連接固定部位是否有松動。 （2）經(jīng)常潤滑軸承，防止軸承因缺油而磨損。 結論 我國是一個農林資源十分豐富的國家，各個地區(qū)的樹木都十分多，而每年又有許多的樹枝殘枝在一定程度上被浪費，有的被焚燒，有的被直接人在路邊，不僅造成資源的浪費，而且還會造成環(huán)境的污染。因此，樹枝粉碎機的誕生解決了很多問題。樹枝不再是樹木的殘余物，從前被遺棄的樹枝樹葉都可以變廢為寶，變?yōu)樵牧线M行加工和利用。 我設計樹枝粉碎機機參考了大多數(shù)長刀削片機結構設計，傳動方式采用帶傳動，緩和載荷沖擊，減小了噪聲，防止因過載而造成零件的損壞，但帶的壽命較短，過載時產(chǎn)生打滑，使效率降低且不能保持準確的傳動比。并給此樹枝粉碎機加上了行走裝置，使樹枝粉碎機提高了機械的使用率和工作效率。 樹枝粉碎技術還在不斷的發(fā)展中，所以樹枝粉碎機額在不斷的更新?lián)Q代。隨著科學技術的不斷進步，樹枝粉碎機的完善程度將會有進一步的提升。人們對環(huán)境保護和資源節(jié)約的日益重視，也會是樹枝粉碎機的使用越來越廣泛。 致謝 首先要感謝的是我的指導老師蔣老師，沒有他的及時督促和悉心指導，設計不可能順利完成。在這設計的半年來，無論是在學習上還是在生活上，都得到了老師無微不至的關懷。我能經(jīng)常與他交流設計中遇到的問題，得到他的言傳身教，受益頗多。老師嚴謹求實的治學態(tài)度、寬厚待人的品格讓我學到的不僅是如何做學問，還有如何做人。老師永遠是我學習的榜樣。 非常感謝機械教研室的老師在設計過程中給予的指導和幫助。 感謝同窗學友等的全力幫助。 感謝在四年中對我的培養(yǎng)，感謝四年中辛苦栽培我的所有老師，感謝無私幫助我的所有同學，并祝各位老師和同學身體健康，工作學習事事順心！ 參考文獻 [1]宋寶昌,程立杰.FS型粉碎機的研制[J].木材加工機械,1997(4)：12-14 [2]徐新煌,王秋珍.SFG50樹枝粉碎機及其應用探索［J］. 城建車輛與設備,1991(4):12-14 [3]張漢月,黃激文.園林樹枝切碎機的設計［J］.廣東農機,2002(3):8-9 [4]百度百科. http://baike.baidu.com/view/3380964.htm,2012. 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[16]朱思洪，賀亮，李軍芳.樹枝切削性能試驗研究[J]中國制造業(yè)信息化，2006,(13) 附錄 序號 名稱 圖紙編號 圖幅 1 總裝圖 SZFSJ-OO 0# 2 機架 SZFSJ-O1 0# 3 輸送機構 SZFSJ-02 1# 4 粉碎機構 SZFSJ-O4 1# 5 飛刀 SZFSJ-13 3# 6 主軸 SZFSJ-15 3# 7 帶輪 SZFSJ-17 3# 8 扇盤 SZFSJ-10 3# 9 進料輥輪 SZFSJ-06 3# 10 托輥蓋 SZFSJ-05 3# 11 進料口 SZFSJ-03 3# 12 端蓋 SZFSJ-11 3# 28