盤刀式莖稈切碎機結構設計說明書

需要購買圖紙咨詢Q1459919609或Q1969043202盤刀式莖稈切碎機設計 DESIGN OF DISC CUTTER STALK SHAREDDER摘 要本次設計主要是以國內的秸稈作為參考，通過分析秸稈構成成分，設計出適合國內使用的切碎機，能耗低、碎穩(wěn)定為優(yōu)點的莖稈切碎機。為我國農(nóng)業(yè)科研技術貢獻一份力量。根據(jù)對以往的切碎機的研究和總結，分析出過去切碎機的優(yōu)點與不足，對切碎機的整體進行設計，傳送方案的選擇，動力資源的合理配比，各大機構的尺寸參數(shù)等進行比較和計算，做出了詳細的說明。該機主要是由切碎器、變速箱和喂入機構、喂入槽、甩拋裝置、帶傳動、電動機組成。其原理是秸稈由喂入槽喂入，在喂入機構作用下將其壓實并卷入機構，被動定刀片組成的切碎器切碎，最后由拋送裝置拋出機外。 關鍵詞：秸稈，切碎機，喂入槽，動定刀片。 AbstractThis design is mainly based on the domestic straw as a reference, by analyzing the composition of straw, designed for domestic use chopper, low energy consumption, broken stability as the advantages of the stem shredder. For Chinas agricultural science and technology to contribute a force.According to the research and summarization of the previous chopper, the advantages and disadvantages of the chopper are analyzed, the whole design of the chopper, the selection of the transmission scheme, the reasonable proportion of the dynamic resources, the size parameters of the major institutions Such as comparison and calculation, made a detailed description.The machine is mainly composed of chopper, gearbox and feeding mechanism, feeding slot, throwing device, belt drive, motor composition. The principle is that the straw is fed by the feed tank, under the action of the feeding mechanism to be compacted and involved in the mechanism, the chopper composed of the passive blade chopped, and finally by the throwing device out of the machine.Keywords: Straw, chopper, feed slot, move the blade.目 錄1 緒論51.1 研究的目的和意義51.2 秸稈綜合利用現(xiàn)狀51.3 秸稈的特性：61.3.1 秸稈的物理特性61.3.2 秸稈的切碎特性71.3.3 秸稈的化學成分72 切碎機整體方案設計72.1 總體結構設計72.2 主要參數(shù)的大致確定72.3 本章小結83 秸稈切碎機結構設計83.1 切碎器設計83.1.1 切碎方式選擇83.1.2 主要技術參數(shù)確定93.2 喂入機構設計103.3 傳動系統(tǒng)設計113.4 本章小結114 切碎機整體結構的設計114.1 電機選擇114.1.1 切碎器轉速的確定114.1.2 切碎器功率消耗124.1.3 電機選擇124.2 V帶傳動的設計計算134.3 傳動零件設計計算144.3.1 圓柱直齒輪傳動144.3.2 圓錐齒輪傳動184.4 軸的設計計算和軸系零件的選定244.4.1 輸入軸的設計與計算244.4.2 大齒輪軸的設計計算274.4.4 輸出軸的設計284.7 本章小結325 總結33參考文獻34致 謝35IV1 緒論1.1 研究的目的和意義農(nóng)業(yè)歷史上，秸稈的利用有很多方面，可以用來建造房屋，通過一些手段可以當做肥料使用，還可以生火取暖等，秸稈的合理使用具有很大意義。在以前科技不發(fā)達的時候，秸稈基本是不經(jīng)任何加工直接作為肥料、燃料以及飼料。隨著科技的進步和發(fā)展，一些新興的使用方法、和秸稈處理方式，傳統(tǒng)的秸稈利用方式發(fā)生了一些轉變。由于人們生活水平的提高，有些富裕的地區(qū)甚至放棄了對秸稈的利用，選擇使用更高級的能源，如天然氣等，而秸稈最終基本都是廢棄或者燃燒處理，這樣的情形導致了很多新的問題出現(xiàn)，農(nóng)民直接燃燒秸稈，不僅會污染大氣，還會造成霧霾等一系列天氣問題，對人們的生活造成很多危害和不便。國家也頒布了一些新的規(guī)定，要求:不允許在交通干線、機場、高壓輸電線路附近以及政府劃定的范圍內焚燒秸稈。科技部也加大開展秸稈綜合利用技術的研究，并且把秸稈綜合利用技術列入國家“九五”、“十五”科技攻關計劃。秸稈經(jīng)過二次加工可以有很多用途，建筑材料、化工材料、燃料等方面都可以有很多的利用價值。新的政策和研究使秸稈在很多方面都有很大的用途。這也是國家對著方面的支持和宏觀調控，本研究以棉稈等硬莖稈為主要研究對象，通過對以往莖稈切碎機的研究和學習，綜合優(yōu)缺點，設計出適合農(nóng)業(yè)使用、切碎長度適中的秸稈切碎機。推動我國目前綜合開發(fā)利用農(nóng)作物秸稈資源的技術創(chuàng)新和實際應用。1.2 秸稈綜合利用現(xiàn)狀中國農(nóng)作物秸稈豐富高產(chǎn)，年產(chǎn)量高達6.4億t，隨著農(nóng)業(yè)科學技術的提高，年產(chǎn)量也會逐漸增加。目前秸稈用途大致可分為4個方面:秸稈還田;牲畜飼料;替代能源;工業(yè)使用，其中大約12.7%的秸稈就地焚燒或棄置。各種用途所占比例如圖l.1所示(高祥照等，2002)。 (1)秸稈還田作為農(nóng)業(yè)大國，秸稈還田是秸稈主要的用途，這也是秸稈最基本也是比較容易的處理方式，并且有不錯的收效。秸稈還田的方法大概分為四種，分別為整株還田技術、有根茬切碎還田技術、粉碎還田技術、和傳統(tǒng)漚肥還田技術。與之相配的有粉碎機和滅茬機等。目前，我國對秸稈還田技術的研究有很大的突破和進步，在政策方面出臺了相關技術規(guī)定，秸稈還田的技術質量大大提高，總體收益也高出往年許多。圖1.1中國農(nóng)作物秸稈的主要用途(2)牲畜飼料在建國初期，秸稈資源并不豐富，那個時間段秸稈的主要作用就是用來當做牲畜飼料。隨著科學水平的提高，社會的進步，人們發(fā)現(xiàn)未經(jīng)任何處理的秸稈，消化率低，牲畜食用效果不好，價值很低。人們通過研究，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過加工可以提高飼料營養(yǎng)價值。通過對秸稈的一些微生物加工，可以提高秸稈所含營養(yǎng)元素，作為飼料更好的使用。目前我國的年處理量約在1000萬噸左右，與技術相配的有很多機器，如氨化爐、青貯收獲機、壓餅機等。(3)替代能源根據(jù)全國農(nóng)村可再生資源統(tǒng)計資料顯示，目前我國對秸稈新能源的使用仍然占用30%-50%。通過一些技術可以制作出很多的新型能源，與之相應的一些汽化爐等配套裝置。很多地區(qū)已經(jīng)在推廣使用上述技術來制取新能源并加以利用，全國多個地區(qū)已經(jīng)開始使用新的秸稈處理方式，并得到了很好的效果(馬學良，1995)。(4)工業(yè)原料秸稈作為工業(yè)原料主要用途是工業(yè)造紙，工業(yè)使用部分雖然只是秸稈利用的一小部分，但是所產(chǎn)生的經(jīng)濟效益卻很高。很多高校都在研究新的應用，如建筑墻體材料，包裝材料、制作工業(yè)乙醇、工業(yè)酶制劑、以及一次性快餐盒等方面都有所研究。在工業(yè)方面，秸稈的利用有很大的開發(fā)空間，這些有待于新技術的產(chǎn)生和研究。1.3 秸稈的特性：1.3.1 秸稈的物理特性不同地區(qū)的秸稈物理特性是有所差異的，這種性質受很多因素影響。如秸稈產(chǎn)品的品種、種植地區(qū)、天氣情況、收獲時間等。國外對秸稈的研究較多，對其強度、剛度等方面都有所研究(oDogherty，1995)。國內對此方面的研究也有所成就，但是由于研究的方向不符合本設計，所以沒有很大的參考價值。1.3.2 秸稈的切碎特性國外的秸稈的研究主要是對麥稈，稻桿的研究，對切碎消耗、切碎效率等方面的研究。oDogherty(1986)等人分析了一些給定因素對切割過程的影響。國內的一些研究主要都是對切碎效率方面的一些研究，并且有了不錯的成果。如張晉國(2000)等人分析了秸稈的含水率和有無定刀對切斷效率的影響;1.3.3 秸稈的化學成分植物的化學組分大體都是相同的，都是大概的幾種物質，纖維素、半纖維素和木質素三種為主要組分。秸稈的化學成分大體如下表表1.1 秸稈的化學成分種類木質素纖維素半纖維素果膠 聚戊糖%棉稈2250.2375.103.5119.21麥秸18.3440.471.300.3025.56杉木24.9150.4344.691.6925.902 切碎機整體方案設計2.1 總體結構設計秸稈切碎機的總體結構見圖2.1。圖2.1是切碎機的主要結構和各大部分的機構，其中包括喂入機構、電動機等。這個結構簡圖使設計初期的理論簡圖，如果參數(shù)方面有新的需求則可以進行一些改動，保證設計整體的合理性。2.2 主要參數(shù)的大致確定根據(jù)前面的理論分析可以確定的技術參數(shù)如下:喂入齒輥有效長度:100mm;喂入齒輥張開間距的最大值:59mm，喂入齒輥節(jié)徑:83mm;總速比:6.47;動刀數(shù):2;動刀轉速:550r/min;喂入齒輥轉速:85r/min:物料切碎長度:10mm;配備動力:2.2kw1.變速箱和喂入機構2.喂入槽3.切碎器4.帶傳動5.電動機圖2.1 秸稈切碎機總體結構示意圖2.3 本章小結 通過對莖稈切碎機的研究和數(shù)據(jù)分析，確定合理的的整體方案。3 秸稈切碎機結構設計3.1 切碎器設計切碎器的設計是整個切碎機的最為重要的一環(huán)，它的設計是否合理，參數(shù)大小的確定，都會對機器的運轉有很大的影響。要將影響切碎性能的幾個因素考慮進去，保證切碎質量和效率。其中切碎方式的選擇非常重要，它將決定很多機構的選擇，也決定了切碎質量和切碎效率，其他的因素也要考慮，比如切割的穩(wěn)定性，如果切割穩(wěn)定性不足可能導致能耗過高，功率降低，甚至可能損毀機器。所以切碎器的設計要考慮的因素很多，需要多方面的考慮再進行設計。3.1.1 切碎方式選擇秸稈切碎方式有三種方式：輪刀式切碎、滾刀式切碎和錘片式切碎。其中最常見的也是最實用的是輪刀式切碎，由于他它刀片結構簡單所以被很多廠家采用，容易進行修理和更換零件，它的缺點也比較明顯，那就是由于刀片結構簡單導致刀盤運轉不均勻，這也是一項需要考慮的因素。其中滾刀式切碎則是滑切作用強，切割產(chǎn)生阻力較小，但不能將產(chǎn)生的切碎體拋出，且刀片剛度差，非常不適合硬莖稈切碎。錘片式切碎能耗高，與設計相悖，不予考慮。(藺公振等，19%;樸香蘭，1998)。表3.1 切碎秸稈的粒度分布刀軸轉速粒度(mm)及百分含量(%)/rmin0-1.41.4-22-3.353.35-9.59.5-12.512.5-19.519.50-12.5錘片切碎8601.91.12.310.39.915.658.925.512200.80.61.89.67.910.868.620.715802.61.74.215.311.717.146.835.5螺旋刀切碎9203.73.29.237.611.79.625.065.412504.43.911.239.912.010.817.871.415005.84.712.843.711.99.211.978.9直刃刀切碎9004.34.313.241.111.39.716.174.212304.24.413.141.614.211.011.577.514505.36.217.641.88.57.313.379.4綜上所述結合表格數(shù)據(jù)以及圖3.2，我們確定了切碎方式。以直刃刀切碎作為設計切碎方案。3.1.2 主要技術參數(shù)確定1.切碎長度根據(jù)參考資料所查，通過公式和計算，可以得出理論切碎長度L=考慮到很多實際因素，得到實際切碎長度為: L= (3.3)式中：k動刀片數(shù)i切碎器主軸n與喂入輥轉速n之傳動比D喂入輥直徑打滑系數(shù)，一般取0.050.07代入數(shù)據(jù)，則可以得到理論切碎長度L=20mm。圖3.2 切碎機主動軸轉速與能耗的關系2.切碎機生產(chǎn)率根據(jù)查閱相關資料，結合相關數(shù)據(jù)，可以得到以下公式用來計算理論生產(chǎn)率，則理論生產(chǎn)率為 Q=60kabLn (3.4)式中: k動刀片數(shù);a、b為喂入口高度和寬度，m;L理論切碎長度，m;n 喂入輥轉速，r/min;喂入輥壓縮后的莖稈容重，kg/m。K=2,n=85r/mina取0.1m喂入輥壓縮后的莖稈容重取130 kg/m切碎長度取0.02m通過帶入數(shù)據(jù)計算可以得出理論生產(chǎn)率大約為500kg/h。3.2 喂入機構設計喂入機構的設計需要根據(jù)切碎器的一些數(shù)據(jù)來進行設計，喂入機構的設計需要迎合切碎器的設計，喂入機構是將物料送入切碎器進行切割和加工，使其切碎穩(wěn)定，喂入輥的動力來自切碎器的刀軸。本設計的切碎機采用星齒型喂入輥，這種喂入輥優(yōu)點是能自動調節(jié)喂入口高度，喂入時入料穩(wěn)定。壓緊裝置我們選擇了雙彈簧式，通過兩個彈簧可以使壓力更加靈活，使切割更加方便。圖3.3喂入輥結構圖3.3 傳動系統(tǒng)設計電機的動力通過皮帶輪傳動到動刀軸，在經(jīng)過減速裝置減速再傳動到喂入裝置?？倐鲃颖葹閕=6.47?？倐鲃雍唸D如圖3.7.3.4 本章小結本章通過對比三種切碎方式，根據(jù)實際情況確定了合理的切碎方式。 1.帶輪傳動2.動刀3.圓柱齒輪傳動4.喂入裝置5.圓錐齒輪傳動6.電機圖3.4 傳動系統(tǒng)簡圖4 切碎機整體結構的設計 4.1 電機選擇4.1.1 切碎器轉速的確定切碎機的生產(chǎn)率（）由下式估算： 式中： a、b喂入口的高與寬（m） l理論切碎長度（m） z動刀片數(shù)目，一般z26把 n切碎器轉速（），一般n300500 飼草密度（）對于秸稈，飼草k充滿系數(shù)，可0.30.5由已知條件Q500和前面所設計的參數(shù)代入上式得：根據(jù)設計要求和考慮實際生產(chǎn)過程，這里取。4.1.2 切碎器功率消耗通過查閱與本設計相關資料，；了解到這種切碎機的平均功率大概在11kW左右，可計算出這個秸稈切碎機消耗的功率為:，也可以計算出切碎器扭矩4.1.3 電機選擇本設計中的切碎機作為農(nóng)業(yè)用途，農(nóng)村常用電壓基本為220V，根據(jù)數(shù)據(jù)和設計要求，在Z系列電機中選擇可以使用的電機。此系列小型直流電機有發(fā)動機和電動機兩種，具有轉動慣量小，調速范圍廣，體積小重量輕，可用于靜止整流電源供電等優(yōu)點。電機能按額定功率正常運轉。此系列中電動機電壓等級為110V,160V,220V和440V，發(fā)電機電壓等級為115V和230V，其外殼防護等級為IP21,冷卻方式為IC01,IC06或者IC07。根據(jù)前面計算得出的切碎器轉速和功率消耗，選擇Z型電機中的2332型電動機：電壓220V，額定功率2.2kW，額定轉速1000。計算總傳動比及分配各級傳動比總傳動比: 展開式二級錐齒輪傳動，高速軸，則：取，則。4.2 V帶傳動的設計計算（1）V 帶輪的設計要求 設計 V 帶輪時應滿足各項要求，帶槽工作面精度要高，帶的質量要高，使用方便，便于更換。（2）材料此處帶輪的材料，采用鑄鐵，材料牌號為 HT200（3）確定計算功率 P ca Pd=KAPd ,P=2.2KW Pd=2.86KW（4）選取帶型 普通V帶（5）（6）確定帶輪基準直徑d并驗算帶速v小帶輪基準直徑，外徑 （7）大帶輪基準直徑（8）計算帶的速度帶速 所以： 帶的速度合適（9）計算V 帶的基礎數(shù)據(jù)初定中心距：由， ?。?0） 基準長度： 普通V帶基準長度。（11）實際中心距： （12）小帶輪包角（13）查得（14）計算 V 帶的根數(shù) Z Z=Pca/Pr=KAP/(P0+P0)KaKL KL-長度系數(shù)P0-單根V帶的基本額定功率?。篫=3（15）單根V帶初張緊力（16）作用在軸上的力 ,4.3 傳動零件設計計算4.3.1 圓柱直齒輪傳動a) 選精度等級、材料及齒數(shù)1) 材料及熱處理；小圓柱直齒輪材料為40，硬度為280HBS大圓柱直齒輪材料45鋼，硬度為240HBS二者材料硬度差為40HBS。2) 精度等級選用7級精度；3) 試選小圓柱齒輪齒數(shù)22，大圓柱齒輪齒數(shù)68的；b) 按齒面接觸強度設計 （4.1）1) 確定公式內的各計算數(shù)值（1）計算輸入軸傳遞的轉矩T1=9550000*（P1/n1）=36290N.mm試選Kt1.3（2）通過查表選取尺寬系數(shù) 1（3）通過查表查得材料的彈性影響系數(shù)189.8Mpa（4）通過相關資料查表查得按齒面硬度查得小圓錐齒輪的接觸疲勞強度極 限Hlim1600MPa；大圓錐齒輪的接觸疲勞強度極限Hlim2550MPa；（5）計算應力循環(huán)次數(shù)N60njLh60550（2830015）2.376NN/3.20.77910（6）接觸疲勞壽命系數(shù)KHN10.95；KHN20.98（7）計算接觸疲勞許用應力0.95600MPa540MPa0.98550MPa522.5MPa所以許用接觸應力1) 計算（1）計算小圓柱直齒輪分度圓直徑d1t， (4.2) d1t =46.87mm（2）計算圓周速度v（3）計算齒寬b（8） 計算齒寬與齒根之比b/h模數(shù) = d1t /z146.87/22=2.13mm齒高 h=(2h*+c*) = 4.79 b/h=46.87/4.79=9.78（9） 計算載荷系數(shù)由參考文獻25表10.2查得使用系數(shù)1;假設KAFt/b故所選軸承可滿足壽命要求。2) 對輸出軸上端的深溝球軸承進行壽命校核該軸承的預期計算壽命=70080h軸承的壽命校核可由參考文獻25式（13.5a）即： 進行。=3，取=1.00。由于軸承主要承受徑向載荷作用則，由參考文獻25表13.6，取=1.0；按照最不利的情況考慮，軸承的當量動載荷為：=1.0N=3039.5N則：=h=305555.8h故所選軸承可滿足壽命要求。用同樣的方法可以檢驗中間軸和輸入軸上的各個軸承，均可滿足壽命要求。4.5 浮動裝置內彈簧的選用及計算選用油淬火回火硅錳鋼彈簧鋼絲, 由選用B類，抗拉強度極限，許用切應力圓柱螺旋拉伸彈簧的計算：原始條件：假定最大拉力，最小拉力，工作行程，彈簧外徑，載荷作用次數(shù)次，端部結構：圓鉤型參數(shù)計算：1) 材料直徑及彈簧中徑，由機械設計手冊第三卷查表11-2-19，選取，修正，2) 有效圈數(shù)，取183) 彈簧剛度4) 最小載荷下的變形量5) 最大載荷下的變形量6) 極限載荷下的變形量7) 彈簧外徑8) 彈簧內徑9) 自由長度10) 最小工作載荷下的長度11) 最大工作載荷下的長度12) 工作極限載荷下的長度13) 螺旋角（節(jié)距）14) 展開長度15) 實際極限變形量16) 最大工作載荷（N）即451.534254.6 箱體設計計算機座壁厚取15，機蓋壁厚，機座凸緣厚度，機蓋凸緣厚度，地腳螺釘直徑，地腳螺釘數(shù)目，軸承旁聯(lián)接螺釘直徑，機蓋與機座聯(lián)接螺栓直徑，聯(lián)接螺栓的間距：150200，軸承端蓋螺釘直徑取6.3847.94，定位銷直徑，至機外壁距離，至凸緣邊緣距離，軸承旁凸臺半徑，凸臺高度外機壁至軸承座端面距離，大齒輪頂圓與內機壁距離取14mm，齒輪端面與內機壁距離取12mm，機蓋、機壁肋厚度，軸承端蓋外徑軸承孔直徑+（5-5.5），軸承端蓋凸緣厚度，軸承旁聯(lián)接螺栓距離4.7 本章小結本章主要是對切碎機整體結構的設計，從選擇電動機、V帶的傳動、傳動零件間的設計計算、軸的計算及軸承的校核、最后確定整體的結構。5 總結 經(jīng)過一學期的準備，從到單位實習到搜集資料，整理資料，我的畢業(yè)設計生活就要結束了?；厥走@段期間的設計過程，有很多感受很多收獲，這是對我大學知識的一個整體的檢驗，很嚴格，但是對我今后走向社會有很大的幫助，這使我非常清楚地認識到一項設計從開始到結束所經(jīng)歷的過程，也對這個過程有了很深刻地了解。這對我們今后的各類設計提供了一個最基本的設計基礎，也使我認識到做一件事應該堅持不懈，遇到困難應該勇于面對，并且認真尋找解決的方法。這就是一個成長的過程，培養(yǎng)一種人生的態(tài)度。通過對盤刀式莖稈切碎機的設計，我了解到切碎機的種類、工作原理以及工作過程，還了解到了各種切碎機的區(qū)別。在設計過程中，對以前學過的知識有了更加深刻的理解，也把學得不扎實的知識重新鞏固了一遍，發(fā)現(xiàn)以前不曾注意過的知識都十分有用，令我感受很深。結束了這段畢業(yè)設計后，我覺得自己各個方面的能力都有所提高。通過本課題的設計，使自己學會綜合運用所學的機械設計、機械制圖等基礎知識解決實際問題。在課題進行過程中，學會了掌握資料收集及整理的方法。獨立完成系統(tǒng)方案改造與設計工作，提高了綜合運用所學過的各科知識和培養(yǎng)分析問題的能力。使自己具有了一定的理論聯(lián)系實際的正確設計思想。更熟悉運用和查閱各種設計資料。掌握從事設計工作的具體步驟和方法。參考文獻1 高祥照. 中國農(nóng)作物秸稈資源利用現(xiàn)狀分析J，華中農(nóng)業(yè)學報。2002.21(3):242-2472 韓魯佳. 中國農(nóng)作物秸稈資源及其利用現(xiàn)狀J，農(nóng)業(yè)工程學報。2002.18(3):87-913 黃忠乾. 農(nóng)作物秸稈資源的綜合利用J，資源開發(fā)與市場.。1999.15 (1):32-344 胡代澤. 我國農(nóng)作物秸稈資源的利用現(xiàn)狀與前景J，資源開發(fā)。2000.16(1):19-205 藺公振. 輪刀切割器的工作性能試驗與分析J，洛陽公學院學報。1999.17(2):52-566 馬學良. 我國農(nóng)作物秸稈高效利用技術現(xiàn)狀與趨向J，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究 1995.16(6):399-4007 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