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四川農(nóng)業(yè)大學本科生畢業(yè)論文（設計）開題報告 畢業(yè)論文（設計）題目 玉米粉碎機的粉碎裝置設計 選題類型 應用型 課題來源 自選項目 學院 信息與工程技術學院 專業(yè) 農(nóng)業(yè)機械化及其自動化（教育） 指導教師 廖念禾 職稱 副教授 姓名 羅正波 年級 2010 學號 20104052 開題報告（立題依據(jù)、研究的主要內(nèi)容及預期目標、研究方案、論文進度安排、主要參考文獻） 1.立題依據(jù) 1.1研究背景與意義 我國剛進入社會主義階段時的經(jīng)濟非常落后，在黨的領導下我國的經(jīng)濟不斷發(fā)展，人民的生活水平有了很大的提高，其中在物質(zhì)方面取得的成就最為突出。有資料顯示畜牧業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在2010年呈持續(xù)增長勢態(tài)：糧食總產(chǎn)為54647.7萬噸，比上年增加1565.5萬噸；全年肉類總產(chǎn)量為7925.8萬噸，比上年增長3.6%；禽蛋2762.7萬噸，增長0.7%：奶類產(chǎn)量3748.0萬噸，增長0.4%[1]。畜牧業(yè)的快速發(fā)展以及國家對現(xiàn)代農(nóng)業(yè)建設投資力度的加大使得養(yǎng)殖業(yè)中所使用的玉米、大豆、秸稈、干草等的粉碎機不斷的更新?lián)Q代。近幾年來，在我國惠農(nóng)政策的推動下，我國的農(nóng)業(yè)機械正處于快速發(fā)展時期，持續(xù)增長，出現(xiàn)了生產(chǎn)與銷量兩旺的喜人態(tài)勢。 與此同時，我國的玉米粉碎機機型多樣。從高速到低速：主要存在的問題是錘片式粉碎機的堵塞、振動和噪音大、軸承過熱、耐磨損差、使用周期短、能耗高、對粉碎原料有限制、適用于脆性物料的粉碎、微粒表面形狀不規(guī)則、而錘片式粉碎機生產(chǎn)的微粒主要是球形、因此體積密度相比低5％～15％，以及初期設備投資較大，潛在維修成本高[2]。目前，我國國內(nèi)出現(xiàn)了許多小型大型的粉碎機，在一定程度上提高了作業(yè)效率。但是由于粉碎機結(jié)構(gòu)復雜，市場空間大，許多生產(chǎn)廠家紛紛開始研制、生產(chǎn)玉米粉碎機，因此大量結(jié)構(gòu)不同、可靠性差、效率低的玉米粉碎機被應用，給使用者帶來了不必要的損失[3、4]。 為此，相關科研人員對玉米粉碎裝置做了大量的理論、試驗研究，取得了較大進步，但在大多數(shù)場合，玉米粉碎機的零件易磨損，工作可靠性不好。提高其工作性能仍是我國農(nóng)機科研工作者迫切需要解決的問題。農(nóng)業(yè)的農(nóng)機化發(fā)展是解決 “提高農(nóng)民收入、改善農(nóng)村面貌、穩(wěn)定農(nóng)業(yè)發(fā)展等問題”的需要。加快了農(nóng)機化的發(fā)展，使農(nóng)業(yè)向著機械化方向發(fā)展，不斷提升勞動生產(chǎn)率，降低成本，減輕農(nóng)民的勞動強度,提高資源完全的利用率具有重要的研究意義[6]。 1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.2．3國內(nèi)發(fā)展玉米粉碎機狀況 玉米是世界三大糧食作物之一，年總產(chǎn)量約7億t；中國的玉米產(chǎn)量是世界的第二位。玉米的加工便是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的延伸，也是工業(yè)加工的上游產(chǎn)業(yè)。我國畜牧業(yè)生產(chǎn)具有悠久的歷史，但我國飼養(yǎng)技術和飼養(yǎng)裝備卻相當落后，大大的阻礙了畜牧業(yè)的發(fā)展。而飼料加工機器的工作性能低，所以提高玉米粉碎機的可靠性是我們每個農(nóng)機人都該做的努力，生產(chǎn)出更好的飼料生產(chǎn)機器[1、5、8]。 目前我國的市場上已有錘片式粉碎機和爪齒式粉碎機，其中錘片式粉碎機基本構(gòu)造包括圓筒篩板、轉(zhuǎn)子、錘片和固定在錘片轉(zhuǎn)子周圍的沖擊齒板。其工作原理是將物料引入沖擊齒板、篩板與旋轉(zhuǎn)錘片間的空間，利用錘片等的部件對物料的打擊和搓擦作用，將物料破碎成若干小粒，是一種沖擊式的粉碎設備。工作時，被加工的物料進入粉碎室內(nèi)，受到高速的旋轉(zhuǎn)的錘片的反復沖擊、摩擦在齒板上的碰撞，從而被逐步粉碎至需要的粒度通過篩孔漏下。錘片式飼料粉碎機因其占地面積小、粉碎效率高、耗電量小等優(yōu)點，在目前飼料工業(yè)中得到了廣泛的普及應用[7]。這些粉碎機雖有生產(chǎn)率高、能耗低、調(diào)節(jié)操作方便等優(yōu)點，但由于各類型的粉碎機結(jié)構(gòu)較為復雜，并且粉碎起來存在許多缺點：①動力浪費大，度電產(chǎn)量不高②粉碎粒度不均勻③機器部件磨損快，工作穩(wěn)定性差④生產(chǎn)率低⑤使用篩片磨損快，生產(chǎn)成本增加⑥整體結(jié)構(gòu)大，不易移動，所以我們該設計一個小型的玉米粉碎機[9、10]。本課題設計的粉碎機是專門把玉米粉碎的一種加工機械，該設計在機體結(jié)構(gòu)和部分零件等方面的問題都進行了選擇。因此應該開發(fā)更可靠的粉碎機，以適合我國畜牧業(yè)的發(fā)展需要。 我國玉米粉碎機生產(chǎn)現(xiàn)狀：研制和發(fā)展已有30多年的歷史，自50年代開始，我國從原蘇聯(lián)引進的技術與樣本機的基礎上進行研究設計，有部分省市已設計生產(chǎn)了多種型號規(guī)格的產(chǎn)品。從2003年開始，我國飼料粉碎機械產(chǎn)品開始納入工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)許可管理。2004年7月至2009年8月，已發(fā)許可證586份，分布在全國26個省、直轄市、自治區(qū)。其中，領證數(shù)最多的4個省為遼寧（96）、四川（85）、河南（59）、山東（58）。 20世紀90年代末，上海春谷機械制造有限公司研制開發(fā)的“橫寬型振動篩錘片粉碎機”，在粉碎篩下裝一偏心振動電機，偏心塊轉(zhuǎn)動引起的反作用力，使篩面前后往復運動，連續(xù)不斷地接近旋轉(zhuǎn)的末端，這種振動改變了粉碎機堵篩狀況，提高粉碎機篩網(wǎng)的瞬態(tài)開孔率，增強對高水分、高粘度、高纖維物料小篩孔的抗堵能力，從而提高了粉碎機效率。 2007年初，上海沃仕機械有限公司研制開發(fā)了“雙轉(zhuǎn)子錘片粉碎機”。該粉碎機有2個旋轉(zhuǎn)方向相同的轉(zhuǎn)子，2個粉碎室之間連通，構(gòu)成“∞”型的粉碎室，中間裝有導流裝置。GTC導撞粉碎技術是引導物料流和錘片撞擊的一種方法，它能有效阻止環(huán)流層的形狀，增加錘片對物料的正面沖擊的概率，利用一部分顆粒與顆粒之間的碰撞，解決小篩孔（1.5mm以下）堵塞問題，實現(xiàn)超細粉碎工藝，提高了超細粉碎的產(chǎn)量。2008年，武漢明博機電設備有限公司、河北無極縣元大飼料機械公司等企業(yè)也相續(xù)研制了“雙轉(zhuǎn)子錘片粉碎機”。 2009年，上海春谷機械制造有限公司又開發(fā)了“振篩剪式錘片粉碎機”。該粉碎機在篩面、物流環(huán)內(nèi)均勻地放置定錘。如160KW粉碎機有45片定錘（每組9片5排）。它將動錘單向錘擊方式改變?yōu)閯渝N和定錘雙錘剪切方式，解決了粉碎機錘片對物料的相對速度要求較高，而篩表面物料運動速度要求低的矛盾，改善了粉料均勻度，產(chǎn)量也明顯增加。 2009年8月，江蘇牧羊集團研制開發(fā)了第三代“超越”錘片式粉碎機，它與原超越系列微粉碎機相比，錘片由4mm改為5mm，粉碎室底部增加了一塊擋流條。國家漁業(yè)機械儀器質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心于2009年8月10日、15日在南寧華港農(nóng)牧發(fā)展有限公司對該型機用玉米（含水率12.8‰）進行了委托檢測。檢測結(jié)果：篩孔直徑1.0mm，產(chǎn)量13.39t/h；篩孔直徑1.5mm，產(chǎn)量18.93t/h。檢測結(jié)果表明，該機型性能優(yōu)良[11]。 目前,我國飼料粉碎機械產(chǎn)品的生產(chǎn)企業(yè)數(shù)接近1000家,生產(chǎn)的產(chǎn)品品種、規(guī)格齊全,能基本滿足我國畜牧、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的需要,但還有一些有特殊要求的飼料粉碎機和特大功率的機型,仍然需要從國外進口，這是我們農(nóng)機人的努力方向，生產(chǎn)出屬于自己國家的養(yǎng)殖飼料所需機型。我國現(xiàn)在生產(chǎn)的許多規(guī)格的產(chǎn)品已經(jīng)能替代進口產(chǎn)品,在主要的技術指標已經(jīng)接近了國際先進水平,而且在價格上有很大的優(yōu)勢。在我國生產(chǎn)的各種機型都有不同數(shù)量的出口,其中小型粉碎機的出口批量較大,主要銷往東南亞、非洲等國家。而我國的玉米粉碎機主要存在的問題是：1生產(chǎn)效率低，能耗大，粉碎時產(chǎn)量越低，電耗越高，粉碎性能越差。含水率越高越難粉碎。以及篩孔的尺寸，越小加工效率降低。2 玉米粒、大豆等飼料加工性能差（粉料排除困難，對物料重復打擊，溫度升高，粉碎機效率急劇下降，無用功急劇增加。）3更換篩片頻繁(篩片的材質(zhì)和熱處理情況、篩孔大小、粉碎物料的種類及原料的含雜質(zhì)情況均對篩片的使用壽命有很大影響。) [12]。我國飼料粉碎機械工業(yè)尚處于由傳統(tǒng)型向機械化、自動化和集約化過渡的起步階段．仍然有許多問題需要努力解決，不斷改進提高。 1.2.4國外發(fā)展玉米粉碎機的發(fā)展狀況 國外玉米粉碎機的發(fā)展情況，錘片式粉碎機在國外飼料工業(yè)生產(chǎn)中應用最為廣泛。如北美地區(qū)配備的錘片粉碎機，最大直徑可達1.9M，篩片面積4.5M,轉(zhuǎn)速3600r\min，錘片線速度107m\s，功率447W，大多數(shù)還配有供風系統(tǒng)用于氣力輸送。但在最近幾年中，輥式粉碎機由于其適于粗粉生產(chǎn)及低噪音、低能耗、粒度均勻這些優(yōu)點而越來越受歡迎[13]。 美國Roskamp Champion(CPM)公司生產(chǎn)的HM系列水滴型臥式粉碎機采用全寬度雙向進料方式，使篩片有效利用面積最大化，減少了換錘片次數(shù)，水滴型篩可以阻止料環(huán)流層的形成，大大提高了粉碎效率。HM54系列粉碎機轉(zhuǎn)子直徑為1．372 m．錘片末端速度達123．3 m／s，配套動力為75—447 kW，篩片面積1．527—4．5833m2。Champion系列粉碎機采用交錯開孔排列布置的篩片，不同孔徑的篩片組合使用，效率提高10％一15％，并在粉碎機轉(zhuǎn)子隔板上分布有2組銷軸孔來調(diào)節(jié)錘篩間隙，以此調(diào)節(jié)粉碎粒度[14]。 德國Heitling EMl2系列粉碎機可選用雙速控制或無級調(diào)遣，全新的快速錘片更換結(jié)構(gòu)，篩片分6片安裝，可快速不停機換篩片，篩孔尺寸可調(diào)，篩面包角達324。 日本細川密克朗(Hosokawa Micron)公司生產(chǎn)的ACM型立式無篩微粉碎機，通過不同形式的轉(zhuǎn)子體與定子套的優(yōu)化配置，可獲得最佳粉碎效果．利用高效分級渦輪可及時排出細粉，避免過度粉碎，能耗較低，同時產(chǎn)品細度調(diào)節(jié)較為方便，平均細度(d50)在10—1000μm范圍。由于大風量輸送物料，散熱效果好．可有效地降低物料溫升。Hosokawa Micron公司生產(chǎn)的臥式多級微粉碎機，將風機和粉碎機同軸組合在一起．采用兩級串聯(lián)粉碎和內(nèi)分級．粉碎效率高．能耗低，產(chǎn)品平均粒徑3～100μm，并內(nèi)設排渣裝置，提高了粉碎產(chǎn)品的質(zhì)量和純度[15]。 意大利GBS公司(GOLFETTO／BERGA／SANTATI)最新生產(chǎn)的MSVl20／25型立式粉碎機，在增大錘片與物料撞擊區(qū)的同時，盡可能減少了粗粉與篩片的摩擦以降低溫升；其轉(zhuǎn)筒型篩片及大篩理面積結(jié)構(gòu)有助于出粉，無須再配傳統(tǒng)的吸風裝置；機體內(nèi)部涂覆耐磨材料顯著降低了噪聲。該機配備了AB 60／R型喂料機，可自動排出鐵質(zhì)雜物，能根據(jù)電機的功耗實現(xiàn)均勻進料[15]。 2.可行性分析 2.1具備的條件 (1) 多年來，國內(nèi)外很多的農(nóng)業(yè)機械研究者對玉米粉碎機中的破碎裝置進行了大量的研究，并取得了一定的突破，積累了很多寶貴的成功經(jīng)驗。同時，也產(chǎn)生了很多的失敗經(jīng)驗。為本課題提供了大量的理論參考條件。 (2) 國內(nèi)很多農(nóng)業(yè)機械廠商生產(chǎn)了大量的不同型號的小型玉米粉碎機，并在部分地區(qū)推廣，同時也出現(xiàn)了很多的問題。這些問題為本課題提供了大量的實際參考。 (3) 在校期間，本人對于農(nóng)業(yè)機械設計相關課程（機械設計基礎）有著一定的學習和理解，并對一些繪圖軟件較為熟悉，為完成課題的理論設計打下一定的基礎。 2.2待解決的問題 主要存在的問題： （1）玉米粉碎機粉碎顆粒不均勻。 （2）粉碎機錘片的工作可靠性和使用壽命較低，容易磨損。 （3）玉米粉碎機工作時容易被堵塞，需要經(jīng)常清理。 （4）玉米粉碎機體積比較大，并且不易移動。 我們需要對以上存在的問題加以解決，需要對當前已存在的玉米粉碎機進行分析，再進行結(jié)構(gòu)上的合理設計。 3.研究的主要內(nèi)容 （1）提出玉米粒粉碎裝置的設計方案 （2）玉米粒粉碎裝置的設計主要包括的設計（錘片、軸的受力）。同時對易損件進行強度，疲勞校核。 （3）繪制粉碎裝置各個部件零件草圖及總裝配圖 4.研究方案 (1)通過國內(nèi)外玉米粒粉碎機發(fā)展概況的研究與闡述，歸納出其優(yōu)點與不足，并對其提出設計方案。 1通過間斷的使用減小摩擦 2 減小結(jié)構(gòu)尺寸，使粉碎機易移動。并對其提出三種不同的設計方案。以下是三種方案的簡要特點： ①方案1：錘片采用矩形錘片 特點：運用的較多，通用性好，形狀簡單，易制造。它有兩個銷連孔，其中一個孔銷連在銷軸上，可以輪換使用四個角來工作。 ②方案2：錘片采用階梯型錘片 特點：階梯型錘片工作棱角多，粉碎效果更好，但是與之相比耐磨性要差些。 ③方案3：錘片采用尖角型錘片 特點：尖角錘片適用于粉碎牧草等纖維質(zhì)飼料，但是耐磨性也差。 （2）錘片式粉碎機方案的簡要特點：當物料由進料口進入機膛時，立即受到高速旋轉(zhuǎn)的錘片的打擊而破碎，當物料在機膛內(nèi)連續(xù)多次撞擊而粒度小到能通過底下的篩面的篩孔時，就可以從出料口流出。缺點是一般的粉碎機整體比較大而不易移動。 粉碎機的錘片容易磨損，所以采用方案一使用矩形錘片，因其通用性好、制造成本低、使用成本也低，還可以輪換使用四個角，便增加了其使用壽命。 (3) 通過計算相關參數(shù)設計粉碎裝置的各個主要部件。繪制出零件設計圖紙和裝配圖紙。 5.創(chuàng)新點 目前玉米粉碎機的粉碎顆粒不均勻、錘片的工作可靠性和使用壽命較低，而且工作時易被堵塞，需要經(jīng)常清理。玉米粉碎機體積比較大，并且不易移動。所以此設計是生產(chǎn)出工作可靠性強的微小型易移動的玉米粉碎機（重點在提高可靠性）。 6.預期目標 參考以前的設計者的作品，并設計一種微小型的玉米粒的粉碎裝置。具體預期目標如下： （1）算出玉米粒粉碎裝置運動過程中的力； （2）畫出玉米粒粉碎裝置的零件圖和裝配圖； （3）在可能的情況下，找廠家進行試生產(chǎn)和進行試驗。 7.進度安排 (1) 2013年4月前完成開題報告，并提交導師審查。同時，根據(jù)初步確定的思路，搜集、整理有關文件資料； (2) 2013年5月—7月　進行收集資料，設計粉碎機的結(jié)構(gòu)； (3)2013年8月—9月如果有條件，可去有關公司和企業(yè)參觀； (4) 2013年9月—10月初步完成論文撰寫，并送導師審閱； (5) 2013年10月—11月份在導師指導下，完成論文的修改工作； (6) 2013年12月　進行論文、設計圖紙的打印，并準備論文答辯。 8.主要參考文獻 [1]韓長賦,陳曉華.中國農(nóng)業(yè)發(fā)展報告[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社 ,2011 [2]周文華,董玲.粉碎機的常見機械故障及排除方法[J].江西省農(nóng)業(yè)機械研究所,2007(6):36-37 [3]鄧潔紅,曹樂平.錘式粉碎機的優(yōu)化設計[J].糧油食品科技,2005 13（3）:14-21 [4]曹麗英,王順喜,武佩,吳書倫.錘片式飼料粉碎機若干關鍵技術問題的探討[J].糧食與飼料工業(yè),2009（7）:34-36 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