多功能秸稈粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造自動化專業(yè)論文設(shè)計(jì)

本科論文目錄TOC\o"1-3"\h\u22383摘要 I4251Abstract II9774引言 1219231設(shè)計(jì)目標(biāo) 172751.1項(xiàng)目背景 360281.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 327921.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀 3186961.2.2國外研究現(xiàn)狀 4129891.3發(fā)展趨勢 58451.4主要研究內(nèi)容 6150421.5設(shè)計(jì)成果 6251911.6本章小結(jié) 6258822設(shè)計(jì)要求 712962.1主要參數(shù)及工作條件 8118252.2設(shè)備組成 8215522.3設(shè)備工作原理 922342.3.1粉碎碰撞原理分析 960072.3.2秸稈粉碎工作原理 9180182.4本章小結(jié) 10183503秸稈粉碎機(jī)的構(gòu)造及計(jì)算 10315723.1秸稈粉碎機(jī)的總體結(jié)構(gòu) 11216843.2秸稈粉碎機(jī)電機(jī)選型及扭矩計(jì)算 11232453.3帶傳動的計(jì)算與校核 1410923.4主軸的計(jì)算及強(qiáng)度核算 19156893.5本章小結(jié) 21307034錘片的設(shè)計(jì)、選型及排布 21176774.1本章小結(jié) 2371585產(chǎn)品渲染圖的制作 24317765.1產(chǎn)品實(shí)物模型 2935595.2本章小結(jié) 3024303結(jié)論 3116682參考文獻(xiàn) 328498致謝 34本科論文摘要該課題所研究的多功能秸稈粉碎機(jī)，主要功能將農(nóng)作物秸稈進(jìn)行加工粉碎的機(jī)器，通過一定的粗加工，它可以很好地避免秸稈資源的浪費(fèi)，減少焚燒處理，保護(hù)環(huán)境，有效的對資源進(jìn)行二次開發(fā)利用。通過其粉碎加工的農(nóng)作物秸稈可適用于肥料制造、燃料、紙張等行業(yè)的生產(chǎn)原材料，變廢為寶，可以使不便處理的大量綠色“垃圾”發(fā)揮出新的經(jīng)濟(jì)價值。該設(shè)備的主要組成部分有行走機(jī)構(gòu)、粉碎機(jī)構(gòu)、喂入機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)和防護(hù)板等。喂料臺、上下槽輥、定刀組成喂入機(jī)構(gòu)，它主要用于的秸稈初次的切割；傳動機(jī)構(gòu)主要由三角傳送帶、齒輪傳動構(gòu)成，由柴油機(jī)或電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動；粉碎機(jī)構(gòu)主要由動刀、刀盤等組成，用于將秸稈粉碎至1-4cm，粉碎程度可以通過更換刀片型號和使用多組刀片進(jìn)行調(diào)整。在本次設(shè)計(jì)中，對設(shè)備的二維圖紙進(jìn)行了繪制，完成了整機(jī)的建模和效果圖的輸出，主要從秸稈粉碎機(jī)的傳動和機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和核算，通過對比國內(nèi)外的相關(guān)產(chǎn)品，結(jié)合牧草、蘆葦、秸稈等粗纖維特性，進(jìn)行傳動和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和設(shè)計(jì)，在一定程度上降低了能耗，提高了產(chǎn)量。關(guān)鍵詞：粉碎機(jī)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；動力；皮帶傳動

AbstractThemainfunctionofthemultifunctionalstrawcrusheristoprocessandcrushthestraw.Throughcertainroughprocessing,itcanwellavoidthewasteofstrawresources,reducetheincinerationtreatment,protecttheenvironment,andeffectivelycarryoutthesecondarydevelopmentandutilizationofresources.Thecropstrawcanbeusedtoproducerawmaterialsinfertilizermanufacturing,fuel,paperandotherindustries.Itcanmakealotofgreen"garbage"whichisinconvenienttodealwithplayaneweconomicvalue.Themaincomponentsoftheequipmentarewalkingmechanism,crushingmechanism,feedingmechanism,transmissionmechanismandprotectiveplate.Feedingmechanismiscomposedoffeedingtable,upperandlowergrooverollerandfixedknife,whichismainlyusedforthefirstcuttingofstraw;drivingmechanismismainlycomposedoftriangleconveyorbeltandgeardrive,whichisdrivenbydieselengineormotor;crushingmechanismismainlycomposedofmovingknifeandknifedisc,whichisusedtocrushstrawto1-4cm,andthedegreeofcrushingcanbeadjustedbychangingblademodelandusingmultiplesetsofblades.Inthisdesign,thetwo-dimensionaldrawingsoftheequipmentweredrawn,andthemodelingandrenderingofthewholemachinewerecompleted.Thedesignandcalculationweremainlyfromthetransmissionandmechanicalstructureofthestrawcrusher.Theproductcombinesthecharacteristicsofforage,reed,strawandothercoarsefiberstooptimizeanddesignthetransmissionandstructure,whichreducesenergyconsumptiontoacertainextentandimprovesoutput.Keywords:crusher;structuraldesign;power;beltdrive引言秸稈主要指成熟的喬本科谷物（小麥、玉米、水稻等）脫粒后的殘葉和莖稈部分。它最簡單的處理方式可以用做日常取暖、柴火。除此之外它不僅可以用做編織坐墊、床席、掃帚等家居用品，還可以圈養(yǎng)牲畜、用做牲畜飼料、堆漚還田，甚至可以用做簡易房屋屋頂?shù)脑牧?。由于近二十幾年來我國農(nóng)村電、煤、天然氣等燃料的普及應(yīng)用，各種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠工業(yè)制品種類的豐富，農(nóng)村對農(nóng)作物秸稈的需求大大降低，面對這種現(xiàn)象，如何處理好過剩的秸稈成了農(nóng)村建設(shè)中日益嚴(yán)峻的社會問題。近年來由焚燒秸稈產(chǎn)生的失火事件逐漸增加，法律也明令禁止焚燒秸稈，但是還有很多地方的農(nóng)民依舊不管不顧，直接在田地里焚燒秸稈，引起環(huán)境污染、火災(zāi)、空氣中二氧化碳含量增加等環(huán)境問題。農(nóng)作物秸稈中含有大量豐富的有機(jī)質(zhì)，氮磷鉀和微量元素，根據(jù)2014年的作物產(chǎn)量，全國農(nóng)村秸稈總產(chǎn)量已經(jīng)突破7.26億噸，研究發(fā)現(xiàn)其中含有1200多萬噸過磷酸鈣，1200多萬噸硫酸鉀，氮磷鉀養(yǎng)分含量相當(dāng)于700多萬噸尿素。在過去的40年間，我國秸稈還田發(fā)展迅速，年平均增長在10%以上。全國年秸稈還田量超過一億噸，約占全國秸稈總量的20%。農(nóng)作物秸稈作為一種存在面積非常廣泛的生物質(zhì)能源，如何節(jié)能、高效、多重化的利用，對于解決能源替代問題起著決定性重要意義。但是農(nóng)作物秸稈的綜合利用率僅僅占33%左右，有50%以上的的農(nóng)作物秸稈被直接在田地里焚燒或者直接丟棄，造成了極大的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。為了有效提高秸稈利用率，秸稈利用和回收補(bǔ)貼政策黑龍江省2019年率先發(fā)布：玉米秸稈粉碎還田40元/畝，秸稈覆蓋還田10元/畝；水稻秸稈翻埋還田按照15元/畝，其他農(nóng)作物秸稈腐熟還田20元/畝補(bǔ)助。其中玉米青秸稈粉碎作為飼料等，對牛奶場進(jìn)行100元/噸；對生物發(fā)電廠進(jìn)行50元/噸的補(bǔ)助。在設(shè)計(jì)上主要使用了SolidWorks軟件進(jìn)行建模，最初對產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)時，很多裝配的問題都沒有考慮詳細(xì)，經(jīng)過三維建模、裝配之后發(fā)現(xiàn)了很多問題，又對零件特征進(jìn)行了二次修改，使其更符合設(shè)計(jì)理念，簡化了很多沒有必要的元素，為降低成本做出了部分貢獻(xiàn)。渲染效果圖部分使用了Cinema4d完成，制作出的畫面逼真，大大提升了整體畫面的美感，能夠真實(shí)的表現(xiàn)出較為復(fù)雜的形體結(jié)構(gòu)，使客戶可以更加直觀的看到產(chǎn)品具體的工作原理，增強(qiáng)產(chǎn)品的宣傳能力。

1設(shè)計(jì)目標(biāo)1.1項(xiàng)目背景能源在今經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展中起到的作用是非常重要的，面對全球社會經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人類對能源的需求也在日益增長，中國能源消耗每年增長速度已經(jīng)超過10%[1]。上個世紀(jì)60年代起一些國家就開始尋找替代能源，特別是可持續(xù)生產(chǎn)、對環(huán)境無污染的能源，目的是為了滿足當(dāng)今社會發(fā)展對于能源的需求，實(shí)現(xiàn)能源的可持續(xù)利用性。在喂養(yǎng)或是在壓縮加工過程中，為了進(jìn)一步的加工利用，絕大多數(shù)的生物質(zhì)原材料都需要通過粉碎機(jī)進(jìn)行加工處理。粉碎機(jī)的研究、設(shè)計(jì)在全球上有悠久的歷史。對比可以發(fā)現(xiàn)，飼料粉碎形式和農(nóng)作物秸稈粉碎是它研究的主要內(nèi)容，由此產(chǎn)生了種類和粉碎形式不同的粉碎機(jī)。但是查閱資料發(fā)現(xiàn)，目前我們現(xiàn)有的粉碎設(shè)備依舊存在很多的不完善。例如：工作效率、能源損耗、組織零件的使用壽命；安全操作的保證性以及各類生物質(zhì)原料粉碎的尺寸要求。為了更好的完善功能，從揉切部件、喂入方式和輸出碎屑尺寸等方面研究，實(shí)現(xiàn)該秸稈粉碎機(jī)的多功能性，減少秸稈資源的浪費(fèi)和節(jié)約所需成本的基礎(chǔ)上盡可能提高機(jī)械的節(jié)能性和生產(chǎn)效率，使之可以廣泛的被應(yīng)用，解放勞動力，豐富農(nóng)作物秸稈資源的可利用性。圖1.1秸稈粉碎機(jī)現(xiàn)場1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀對于生物質(zhì)秸稈的粉碎利用現(xiàn)狀，我國主要研究方向可以根據(jù)粉碎方法和形式分為以下四種類型。鍘切式粉碎：鍘草機(jī)的主要粉碎方式，它的生產(chǎn)效率較高、功耗低、結(jié)構(gòu)簡單，可以切斷生活中農(nóng)作物原料的莖稈部分。錘片式粉碎：其主要工作原理是錘片通過快速環(huán)繞旋轉(zhuǎn)將秸稈攪碎。它的工作性能良好，方便維修并且具有較高的生產(chǎn)效率，目前市場上很多的粉碎機(jī)都是采用錘片式粉碎，在牧場等地被廣泛應(yīng)用?；究梢詽M足我國畜牧業(yè)生產(chǎn)的需求，有切向進(jìn)料和頂部進(jìn)料兩種形式。經(jīng)過近些年的研究，國內(nèi)的生產(chǎn)制造技術(shù)已經(jīng)在國際上起到領(lǐng)先作用。但是錘片式粉碎機(jī)現(xiàn)階段的發(fā)展仍然存在效率低，能耗高等固有問題[2]。揉碎機(jī)和揉搓機(jī)：揉碎機(jī)是一種介于粉碎和鍘切兩種機(jī)械之間的一種新型加工機(jī)械，是粗飼料加工的新起之秀。通過揉碎機(jī)的揉碎部件，將秸稈加工制成適宜的粗細(xì)程度，滿足不同尺寸的碎屑[3]，成品為柔軟、蓬松的絲狀物。由于我國出現(xiàn)較晚，目前相對技術(shù)不是很成熟，且成本較錘片式粉碎略高，目前除了個別行業(yè)所需，還沒有大范圍的推廣使用。揉搓機(jī)是利用高速旋轉(zhuǎn)的錘片、齒板以及定刀之間的相互摩擦擊打來對秸稈進(jìn)行揉搓粉碎加工，但是具有一定的局限性，僅能對所需加工的物料進(jìn)行破碎處理，在一定程度上不能滿足較高的粉碎性能，生產(chǎn)率較其他粉碎形式低下，不適用于水分較大，韌性大的物料，能耗高。組合式粉碎：將粉碎、鍘切、揉碎和揉切技術(shù)相互配合，融為一體的技術(shù)就是組合式粉碎。如黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)獨(dú)立研制的93RZ-40型揉漿機(jī)即將切碎、切斷、揉搓功能于一體組合式粉碎機(jī)，通過錘片、動刀齒板和定刀的相互配合作用下物料被粉碎，然后風(fēng)機(jī)和離心力的作用下排出，具有較好的粉碎質(zhì)量與效率[4]。雖然其性能好，生產(chǎn)率高，但是成本很高，技術(shù)不成熟，還有較大的提升空間，因此也沒有大范圍的推廣使用。1.2.2國外研究現(xiàn)狀國外對于秸稈粉碎機(jī)的研究技術(shù)也很成熟了。通過大體相似的原理，設(shè)計(jì)制造了多種不同類型規(guī)格的秸稈粉碎機(jī)。這些國家對于秸稈粉碎機(jī)的研究制造相比于其他功能，注重的大多是生產(chǎn)效率，同時在加大開發(fā)自動化程度較高、包容性高的粉碎機(jī)。其電機(jī)動力大多超過了50kW，丹麥的麥朵農(nóng)機(jī)機(jī)械廠生產(chǎn)的由柴油機(jī)動力驅(qū)動的朵農(nóng)805型秸稈粉碎設(shè)備，它最大功率達(dá)到了60kW[5]；同在丹麥的President公司，生產(chǎn)動力在75-110kW的粉碎機(jī)，生產(chǎn)率達(dá)到了4-5t/h[6]。美國（CPM）公司生產(chǎn)的HM系列水滴型臥式粉碎機(jī)。將傳統(tǒng)形狀的篩片結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，改為水滴形篩片，這樣的改變可以對物料環(huán)流層的形成造成一定的影響，不僅增加了物料粉碎后的成品質(zhì)量，還對提高粉碎效率有著積極的促進(jìn)作用[7]。德國生產(chǎn)的HeitlingEM12系列粉碎機(jī)采用雙速控制無級調(diào)速。錘片的快速高效更換結(jié)構(gòu)，大大的提高了工作效率，6片篩片獨(dú)立安裝，可以在不停機(jī)、不影響工作效率的情況下快速、高效的更換篩片，采用可調(diào)節(jié)的篩孔，篩面包角可達(dá)324°。在頂部的進(jìn)料口處，設(shè)計(jì)調(diào)配專用喂料器控制流量，配備吸風(fēng)機(jī)，出口處的傳感器設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)堵料情況的實(shí)時反饋。具有結(jié)構(gòu)簡單、操作維護(hù)方便、產(chǎn)量高、粒度規(guī)則等特點(diǎn)。荷蘭VANArson公司研制生產(chǎn)的GD1400型錘片粉碎機(jī)，給設(shè)備提供工作電能的是采用分體式結(jié)構(gòu)的160~400kW功率變頻調(diào)速雙向電機(jī)采用分體式結(jié)構(gòu)。可以實(shí)現(xiàn)不停機(jī)手動/自動換篩，機(jī)體帶有防震動裝置，采用激光切割技術(shù)對錘片進(jìn)行設(shè)計(jì)制造，可以實(shí)現(xiàn)四個角調(diào)換使用，一般產(chǎn)量20~60t/h。1.3發(fā)展趨勢我國對農(nóng)業(yè)資源的利用和開發(fā)不斷增加，對于粉碎機(jī)的工作原理以及實(shí)際生產(chǎn)需要的研究就顯得尤為重要。我國是農(nóng)業(yè)大國，秸稈年產(chǎn)量在全球占有較大比例。秸稈加工機(jī)械的發(fā)展與畜牧業(yè)和現(xiàn)代化建設(shè)密切相關(guān)。與發(fā)達(dá)國相比，我國在粉碎機(jī)的制造和設(shè)計(jì)創(chuàng)新上還存在較大差距，通過分析我國農(nóng)業(yè)種植特點(diǎn)，秸稈粉機(jī)的推廣使用，在能源替換、環(huán)境保護(hù)以及還田等方面具有十分重要的意義，如果我國秸稈資源可以充分的開發(fā)利用，無論是對環(huán)保還是畜牧業(yè)的發(fā)展亦或是對于富裕農(nóng)民都將起到極大的推動作用。同時生物工程和秸稈粉碎也可進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，粉碎后的秸稈還田后，土壤中微生物對秸稈進(jìn)行分解，生物質(zhì)秸稈分解回饋土壤的效率增加，對于解決秸稈還田問題起著十分重要的作用。采用類似方式進(jìn)行秸稈還田時，通過開發(fā)配套的農(nóng)業(yè)機(jī)械和生物制劑能很大程度上簡化還田的操作流程，加速秸稈的腐爛分解[8]。1.4主要研究內(nèi)容該項(xiàng)目的研究主要是生物質(zhì)秸稈的粉碎加工，通過分析玉米、水稻、大豆等農(nóng)作物秸稈的物理、化學(xué)特性。分析研究多功能秸稈粉碎機(jī)工作特性與設(shè)備結(jié)構(gòu)，具體內(nèi)容如下：（1）查閱國內(nèi)外對于秸稈粉碎機(jī)的現(xiàn)有研究資料，分析各個國家、地區(qū)對生物質(zhì)秸稈的利用現(xiàn)狀以及其他粗加工設(shè)備的結(jié)構(gòu)等信息，對比分析其各自的優(yōu)缺點(diǎn)；（2）翻閱相關(guān)書籍分析秸稈原料的力學(xué)受力特性和物理化性能，研究制定生物質(zhì)秸稈的生產(chǎn)加工工藝；（3）根據(jù)現(xiàn)有生物質(zhì)秸稈粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合生物質(zhì)秸稈的物理化學(xué)性質(zhì)以及切碎特性，確定秸稈切碎原理和方法，研究切碎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，確定切碎技術(shù)參數(shù)，研制適合玉米秸稈等多種類型生物質(zhì)秸稈多功能秸稈粉碎機(jī)[9]；（4）通過二維繪圖軟件CAD和CAXA相配合繪制多功能秸稈粉碎機(jī)的零部件圖紙，依據(jù)圖紙和相應(yīng)的設(shè)計(jì)參數(shù)，在三維建模軟件SolidWorks中建立該設(shè)計(jì)的三維模型，利用裝配模塊對多功能秸稈粉碎機(jī)進(jìn)行對裝配以及運(yùn)動仿真，研究其運(yùn)動特性，以免所設(shè)計(jì)的多功能秸稈粉碎機(jī)在實(shí)物加工的過程中出現(xiàn)問題，最后對主要承受載荷的主軸進(jìn)行應(yīng)力分析，分析主軸在使用加工過程中是否安全，以保證整機(jī)的安全性，最大限度上避免設(shè)計(jì)存在的差異性，使得整個設(shè)計(jì)順利完成。1.5設(shè)計(jì)成果（1）所有非標(biāo)零件圖二維圖電子版；（2）零件三維造型及裝配電子版；（3）符合機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)的打印裝配圖1張；（4）復(fù)雜非標(biāo)件打印圖紙3張；（5）符合排版要求的畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書1份；（6）產(chǎn)品渲染圖1張；（7）3D打印模型1個。1.6本章小結(jié)能源的可持續(xù)利用在當(dāng)今經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的過程中起著重要作用，石油化工燃料的替代、大氣中污染物的排放減少，在許多歐盟國家中都把生物質(zhì)能源的多重化利用作為目前發(fā)展的重要舉措。秸稈存在廣泛并且占地面積大的生物質(zhì)能源，如何高效、節(jié)能、多重化的利用，對于解決能源替代問題起著決定性的重要意義。針對這一現(xiàn)象，目前國內(nèi)外對于生物質(zhì)能源秸稈的粉碎加工設(shè)計(jì)研究了不同功能的秸稈粉碎機(jī)，旨在更好的處理農(nóng)作物秸稈，高效的利用其能源。我國對于農(nóng)業(yè)資源的利用和開發(fā)不斷增加，對于粉碎機(jī)的工作原理以及實(shí)際生產(chǎn)需要的研究顯得尤為重要。與發(fā)達(dá)國家比，我國在粉碎機(jī)的制造和設(shè)計(jì)創(chuàng)新上還存在較大差距，推廣和吸收國外先進(jìn)秸稈粉碎技術(shù)有著重要意義。與此同時，生物工程和秸稈粉碎有機(jī)結(jié)合，粉碎后的秸稈，通過分解和有機(jī)物的參與，加速秸稈的腐爛分解，可以有效的解決秸稈還田的問題。

2設(shè)計(jì)要求2.1主要參數(shù)及工作條件通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，通過向機(jī)械使用者溝通調(diào)查，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有秸稈粉碎機(jī)存在效率較低、能耗較大、安全性較差、切碎處溫度較高等問題。本項(xiàng)目主要從上述方向?qū)Ψ鬯闄C(jī)進(jìn)行改進(jìn)，具體內(nèi)容如下：采用盤式刀頭以獲得更好的散熱和更大的切割力；采用上進(jìn)料方式，每小時粉碎量不低于500kg；通過調(diào)整刀頭轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)粉碎程度；刀盤上安裝錘片以及切齒結(jié)構(gòu)。2.2設(shè)備組成通過調(diào)查現(xiàn)階段市面上大量存在的秸稈粉碎機(jī)，基本可以分為錘片式以及爪齒式，考慮到本次設(shè)計(jì)的粉碎機(jī)主要使用在小型養(yǎng)殖場和個體農(nóng)戶種植，同時為了操作者的使用安全和方便維護(hù)，所以采用錘片式結(jié)構(gòu)[10]。該設(shè)計(jì)的主要工作部件是進(jìn)出料口、粉碎室和傳動機(jī)構(gòu)。主要加工區(qū)域在粉碎室，粉碎室的核心部位有錘架支撐、兩種不同形式的錘片、銷軸組成的轉(zhuǎn)子構(gòu)成。圖2.1秸稈粉碎機(jī)三維視圖2.3設(shè)備工作原理2.3.1粉碎碰撞原理分析固體物料的粉碎是物體在受力達(dá)到材料的極限強(qiáng)度時產(chǎn)生的一種現(xiàn)象，因此，只要破碎產(chǎn)生的瞬時作用力大于秸稈的極限強(qiáng)度，就可以對秸稈進(jìn)行粉碎。在本例中，秸稈所受的力的大小實(shí)際上就是錘片、齒板和秸稈之間的相對速度問題，相對速度越大，所產(chǎn)生的破碎力越大[11]。如果將秸稈和錘片之間的相對速度設(shè)為v，秸稈的重量為G，那么秸稈所受到的動能為：（2-1）破碎的動能并不是產(chǎn)生的所有動能，只是其中的一部分，將這部分動能設(shè)為，則存在：（2-2）式中：X沖擊粉碎后顆粒速度的回復(fù)系數(shù)（X<1）。如果秸稈顆粒的碰撞為完全脆彈性顆粒，則沖擊所需要的功為：（2-3）式中：e顆粒強(qiáng)度極限，MPa；G物料的重量，N；K物料彈性模量，MPa；V物料的比重。不難看出，破碎物料的必要條件為：聯(lián)立上方（2-2）和（2-3）可得出錘片與秸稈相對速度v的最大值：（2-4）雖然上述v的條件是秸稈顆粒的碰撞為完全脆彈性顆粒，但是仍然可以代替表示大多數(shù)的碰撞結(jié)果。2.3.2秸稈粉碎工作原理工作時，電機(jī)通過皮帶的傳動方式和粉碎室的主軸相連，使轉(zhuǎn)子高速運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)秸稈由進(jìn)料口喂入時，由于轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，在粉碎室內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，將秸稈吸入[12]，轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)之后，錘片的末端與粉碎室上齒板的距離在10mm左右，通過錘片和齒板之間的揉搓，將秸稈進(jìn)行粉碎，只有顆粒長度在篩板孔徑以下時，才會掉落出粉碎室，由出料口排出，否則將繼續(xù)在氣流的作用下與新料混合，留在粉碎室參與粉碎過程，直到達(dá)到要求，從篩板排出[13]。2.4本章小結(jié)通過查閱相關(guān)的文獻(xiàn)資料，向有關(guān)機(jī)械使用者的溝通調(diào)查，對于主要參數(shù)、設(shè)備組成、粉碎碰撞原理進(jìn)行計(jì)算以及分析研究秸稈粉碎的工作原理。

3秸稈粉碎機(jī)的構(gòu)造及計(jì)算3.1秸稈粉碎機(jī)的總體結(jié)構(gòu)電機(jī)給整個機(jī)器工作提供電能，電能通過傳遞到主動帶輪，主動帶輪工作，扭矩從主動帶輪中輸出到從動帶輪，主軸的旋轉(zhuǎn)給轉(zhuǎn)子提供工作動力。由于粉碎的過程中需要較高的轉(zhuǎn)速，同時需要的扭矩并不大，所以不需要在電機(jī)后方接減速器使用。本例使用的是切向進(jìn)料的方式，為避免粉碎料在機(jī)器下方堆積不方便清出，所以使用了帶有坡度的出料口。機(jī)架使用角鋼通過焊接而成。圖3.1秸稈粉碎機(jī)傳動簡圖3.2秸稈粉碎機(jī)電機(jī)選型及扭矩計(jì)算由于粉碎的過程中，秸稈的放入并不是連續(xù)的，且種類、含水率都不是固定值，所以切削力也不是一個固定值。通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料得知，目前盤式秸稈粉碎機(jī)的主電機(jī)功率N（kW）一般按照下列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：（3-1）式中：K不均勻系數(shù)，取K=1.1~1.2；加工1m3農(nóng)業(yè)作料所需要的能量，kW/m3；Q粉碎機(jī)的生產(chǎn)能力，m3/h。計(jì)算非強(qiáng)制性盤式秸稈粉碎機(jī)的生產(chǎn)能力為Q（m3/h）：（3-2）式中：K1設(shè)備時間利用系數(shù)，取K1=0.3~0.5；K2工作時間利用系數(shù)，取K2=0.7~0.8；K3原料形態(tài)影響系數(shù)，成捆秸稈材取K3=0.3~0.7，其他K3=1；n刀盤轉(zhuǎn)速，r/min；Z動刀數(shù)量；l秸稈平均長度，mm；F原料的截面積，mm2計(jì)算扭矩：（3-3）式中：T扭矩，N·m；P電機(jī)額定功率，kW；n電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，r/min。實(shí)際產(chǎn)生的功率：（3-4）式中：η電機(jī)效率。通過查閱相關(guān)資料得知，E一般取值在2~6之間，為滿足產(chǎn)量大于500kg/h，取Q=2.5m3/h由公式（3-1）可得通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料得知，動刀數(shù)量Z一般取值為偶數(shù)，作為個體用戶使用的秸稈粉碎機(jī)，取Z=4即可，由公式（3-2）變形可得：原料的截面積F（mm2）：（3-5）本例中取K1=0.4，K2=0.7，K3=1，l=100mm，d=15mm;由于僅通過皮帶傳動，所以選擇電機(jī)轉(zhuǎn)速為2900r/min，功率為7.5kW的二極三相異步電動機(jī)，型號為YE2-132S2-2，詳細(xì)參數(shù)如下表3.1所示：表3.1YE2-132S2-2電機(jī)參數(shù)表型號級數(shù)功率因數(shù)額定功率額定轉(zhuǎn)速額定電壓效率YE2-132S2-220.897.5kW2900r/min380V88.1%圖3.2YE2系列電動機(jī)安裝尺寸圖3.3YE2系列電動機(jī)外形根據(jù)公式（3-3）計(jì)算可得：考慮到電機(jī)效率為88.1%，實(shí)際扭矩為：3.3帶傳動的計(jì)算與校核帶傳動的中間撓性件是傳動帶，傳動帶也成為輸送帶，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)中都被廣泛的應(yīng)用。當(dāng)過載時，會發(fā)生打滑，傳動比不正確。傳動帶可以分為平帶、V帶、圓帶和多楔帶。根據(jù)傳動帶的用途，一般分為工業(yè)用、汽車用和農(nóng)機(jī)用[14]。已知電機(jī)功率為7.5kW，額定轉(zhuǎn)速為2900r/min。計(jì)算設(shè)計(jì)功率：（3-6）式中：KA工況系數(shù)；傳遞的功率，kW。傳動比：（3-7）式中：n1、n2小帶輪、大帶輪轉(zhuǎn)速，r/min；dp1、dp2小帶輪、大帶輪節(jié)圓直徑，mm。帶速：（3-8）初定中心距：（3-9）計(jì)算帶長：（3-10）計(jì)算實(shí)際中心距：（3-11）計(jì)算小帶輪包角：（3-12）計(jì)算V帶根數(shù)：（3-13）式中：Ka小帶輪包角修正系數(shù)；KL帶長修正系數(shù)；單根V帶初張緊力。（3-14）式中：m普通V帶每米長的質(zhì)量，kg/m。計(jì)算作用在軸上的力：（3-15）通過查普通V帶設(shè)計(jì)工況系數(shù)表得KA=1.3根據(jù)公式（3-6）計(jì)算可得設(shè)計(jì)功率：如圖3.4所示，根據(jù)Pd=9.75kW，電機(jī)轉(zhuǎn)速為2900r/min，可得出選用帶型為A型帶，基準(zhǔn)直徑dd取80~100。圖3.4普通V帶選型圖根據(jù)公式（3-7）計(jì)算得出：查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》得A型槽帶輪基準(zhǔn)直徑在80~100之間的選取較大直徑da=106mm，所以取小帶輪直徑dp1=106mm，根據(jù)公式（3-6）變形得：根據(jù)公式（3-8）計(jì)算帶速v：查閱手冊得，帶速合適。根據(jù)公式（3-9）計(jì)算初定中心距：初選中心距a0=400mm根據(jù)公式（3-10）計(jì)算帶長基準(zhǔn)長度：根據(jù)圖3.5中所示，選取基準(zhǔn)帶長Ld=1250mm圖3.5普通V帶基準(zhǔn)長度Ld根據(jù)公式（3-11）計(jì)算實(shí)際中心距：根據(jù)公式（3-12）計(jì)算小帶輪包角：一般α1≥120°，故驗(yàn)算合格。由圖3.6可得由圖3.7可得，由圖3.8可得，根據(jù)公式（3-13）確定V帶根數(shù)：所以取z=2根。圖3.6基準(zhǔn)額定功率和功率增量圖圖3.7包角修正系數(shù)Kα圖3.8帶長修正系數(shù)KL根據(jù)公式（3-14）確定單根V帶的初張緊力：根據(jù)公式（3-15）確定皮帶作用在軸上的力：綜上，帶傳動的具體參數(shù)如表3.2所示。表3.2皮帶參數(shù)表型號根數(shù)dd1Dd2n1n2LdaA4106mm145mm2900r/min2110r/min1250mm405.8mm3.4主軸的計(jì)算及強(qiáng)度核算本例中，在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，主軸既會受到扭矩也會受到彎矩的影響，屬于轉(zhuǎn)軸類，所以按照彎扭合成強(qiáng)度校核[15]。通過分析，主軸上受到三種力：軸承的支反力；轉(zhuǎn)子由于旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力F1；帶傳動引起的皮帶作用在軸上的力Ft。計(jì)算離心力：（3-16）式中：m物體有效質(zhì)量，kg；ω離心轉(zhuǎn)子的角速度，rad/s；r離心半徑，m。計(jì)算當(dāng)量彎矩：（3-17）式中：α為扭矩產(chǎn)生的應(yīng)力系數(shù)，此處取α=0.6；M為軸收到的彎矩，。校核：（3-18）式中：d軸徑，mm。轉(zhuǎn)子引起的彎矩由轉(zhuǎn)子不平衡量計(jì)算，查閱相關(guān)資料得知轉(zhuǎn)子的不平衡量應(yīng)≤5g，取m=0.005kg。根據(jù)公式（3-16）得出：計(jì)算軸承支反力，首先需要繪制如圖3.9所示的軸受力圖圖3.9軸受力圖其中，LBP=198mm，LPC=130mm，LCQ=76.5mm，F(xiàn)Q=Ft=1152.3N，F(xiàn)P=F1=51.4N。計(jì)算軸承支反力FB和FC：對C點(diǎn)取矩得：即求得對B點(diǎn)取矩得：帶入得綜上，軸承支反力P點(diǎn)界面受彎矩：C點(diǎn)截面受彎矩：主軸所受扭矩T1：已知電機(jī)輸出扭矩為，皮帶傳動效率取，所以主軸受扭矩。根據(jù)公式（3-17）計(jì)算當(dāng)量彎矩：按彎矩合成強(qiáng)度校核軸：由于C處當(dāng)量彎矩最大且軸徑最小，所以只需要校核C處強(qiáng)度即可。查找相關(guān)資料得：45#鋼調(diào)質(zhì)后許用彎曲應(yīng)力，所以，軸強(qiáng)度足夠。3.5本章小結(jié)查閱相關(guān)書籍，對秸稈粉碎機(jī)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，繪制秸稈粉碎機(jī)的傳動簡圖，確定點(diǎn)擊選型和扭矩的計(jì)算，保證電機(jī)的正常工作。對帶傳動進(jìn)行計(jì)算并且核算，確定其具體參數(shù)。主軸的計(jì)算以及強(qiáng)度的校核，保證主軸的正常工作強(qiáng)度。

4錘片的設(shè)計(jì)、選型及排布錘片在秸稈粉碎機(jī)中發(fā)揮重要的作用，最常見的損耗部件。錘片的形狀和排列方式對粉碎的效率有著很大的影響[16]。表4.1是市售各種錘片的形狀和使用性能。表4.1錘片的使用性能參考表類型使用性能矩形錘片通用性較強(qiáng)，形狀最為簡單，容易生產(chǎn)制造耐磨合金焊接錘片使用壽命較長，但是成本偏高鋸齒形錘片由于棱角多，所以粉碎效果最好，但是耐磨性差，尖角型錘片適用于粉碎纖維狀物料，耐磨性差環(huán)形錘片只有一個銷控的錘片，在工作中可以通過人工干預(yù)調(diào)整工作角，因此磨損均勻，使用壽命最長，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜不利于維護(hù)和制造根據(jù)本次設(shè)計(jì)需求，選用第三種矩形錘片，如圖4.1所示。圖4.1錘片尺寸圖由于錘片是秸稈粉碎機(jī)的核心部件，要求外部擁有足夠的硬度，同時內(nèi)部需要有足夠的任性，因此加工要求較高。本次設(shè)計(jì)的錘片選用經(jīng)過熱處理的65Mn鋼，要求滲碳0.7-1.3mm，表面硬度在HRC56-62之間，淬火硬度HRC50-57，非淬火區(qū)硬度HRC≤28。具體加工如圖4.2所示。圖4.2錘片淬火區(qū)示意圖目前常見的排列形式有螺旋線、對稱、交錯和對稱交錯四種，其特點(diǎn)如表4.2所示。表4.2各種類型錘片排列方式及優(yōu)缺點(diǎn)表排列方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)螺旋線排列錘片軌跡均勻、不重復(fù)離心力不在同一條直線上，會產(chǎn)生不平衡力矩對稱排列工作中對錘片的磨損較小錘片運(yùn)動軌跡重復(fù)交錯排列錘片軌跡均勻、不重復(fù)需要隔套的種類多對稱交錯排列運(yùn)動軌跡均勻，不重復(fù)，覆蓋區(qū)域廣需要隔套的種類多4.1本章小結(jié)本章節(jié)對秸稈粉碎機(jī)錘片的設(shè)計(jì)、選型及排布進(jìn)行設(shè)計(jì)，分析不同形狀錘片對于本設(shè)計(jì)在實(shí)際生產(chǎn)工作中的效果，確定錘片的選型和加工工藝。對比不同類型錘片排列形式及優(yōu)缺點(diǎn)。

5產(chǎn)品渲染圖的制作本次制作產(chǎn)品渲染圖使用了Cinema4DR19軟件，較Solidworks內(nèi)部的材質(zhì)和渲染模塊，專業(yè)性更強(qiáng)，可以調(diào)節(jié)出更細(xì)致的材質(zhì)類型和環(huán)境光效，可以得到更加有質(zhì)感的效果，最后通過后期軟件進(jìn)行調(diào)色處理，得到一張完整的產(chǎn)品渲染圖。使用了SolidWorks將二維圖紙繪制成三維模型，這樣做可以保留零件的原始數(shù)據(jù)。三維模型繪制完成之后，另存為文件，格式選擇為VRML(*.wlr)，這種格式可以保證導(dǎo)出的模型保持了SolidWorks中的裝配位置，并且可以最大程度上降低多邊形面的產(chǎn)生[17]。將導(dǎo)出的wlr文件拖入C4D界面，因?yàn)椴馁|(zhì)多為金屬件，為了有良好的反射環(huán)境，需要創(chuàng)建一個HDRI環(huán)境，并選用合適的HDR貼圖[18]，因?yàn)橹恍枰峁┱凵湟约胺瓷?，所以將環(huán)境標(biāo)簽中的類型更改為可見環(huán)境，取消勾選背板選項(xiàng)，將反射折射打開。如圖5.1所示圖5.1HDRI貼圖設(shè)置之后為場景添加攝像機(jī)和燈光，主光源打在攝像機(jī)后，輔助光打在粉碎機(jī)斜后方45°左右，為凸顯輪廓，添加其他輔助光源[19]，最終效果如圖5.2所示。圖5.2創(chuàng)建地面、天空、攝像機(jī)燈光及攝像機(jī)設(shè)置完成后，為粉碎機(jī)添加材質(zhì)，因?yàn)槭墙饘偌?，所以使用光澤材質(zhì)。首先為進(jìn)料和出料口調(diào)節(jié)材質(zhì)[20]：將進(jìn)料及出料口區(qū)分為內(nèi)外兩部分，并設(shè)置選集，如圖5.3所示；在材質(zhì)編輯器中添加兩個光澤材質(zhì)球，分別命名為料口內(nèi)和料口外，如圖5.4所示；將兩個材質(zhì)球拖放至相應(yīng)零件上；將剛剛設(shè)置的內(nèi)部選集拖放至料口內(nèi)的材質(zhì)球中的選集中如圖5.5所示；為兩個材質(zhì)球分別賦予不同的貼圖，材質(zhì)節(jié)點(diǎn)編輯器如圖5.6，圖5.7所示。其余零件材質(zhì)調(diào)節(jié)方法都大致相同，不做贅述。圖5.3內(nèi)部選集設(shè)置圖5.4材質(zhì)球命名圖5.5選集拖放圖5.6節(jié)點(diǎn)編輯器圖5.6節(jié)點(diǎn)編輯器2最后調(diào)整渲染設(shè)置，將輸出的分辨率修改為1920*1080，輸出格式更改為png，之后再Photoshop中打開，調(diào)整圖像的曲線和色彩信息，之后保存輸出為最終的產(chǎn)品渲染圖。如圖5.7，圖5.8所示。圖5.7渲染設(shè)置圖5.8產(chǎn)品效果圖5.1產(chǎn)品實(shí)物模型圖5.9實(shí)物圖1圖5.10產(chǎn)品效果圖圖5.11產(chǎn)品效果圖5.2本章小結(jié)本章節(jié)對于秸稈粉碎機(jī)的外形進(jìn)行渲染處理，運(yùn)用Cinema4DR19軟件，較Solidworks軟件內(nèi)部的材質(zhì)和渲染模塊專業(yè)性更強(qiáng)，可以調(diào)制出更細(xì)致的材質(zhì)類型和環(huán)境光效，可以得到更加有質(zhì)感的效果。

結(jié)論本次設(shè)計(jì)的多功能秸稈粉碎機(jī)項(xiàng)目達(dá)到預(yù)期要求，通過核算相關(guān)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了電機(jī)、皮帶和軸的可靠性。通過以上的計(jì)算分析和制作，多功能秸稈粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)就已經(jīng)完成了。在生產(chǎn)效率、粉碎結(jié)果和粉碎效果可控性上都優(yōu)于其他廠家的設(shè)計(jì)?？傮w來說，本次設(shè)計(jì)的秸稈粉碎機(jī)具有以下特點(diǎn)：在錘片末端添加了鍘切式的刀片，提高了生產(chǎn)效率；優(yōu)化了主軸與錘架板之間的連接方式；使用了粉碎效果更好的鋸齒型錘片。目前國內(nèi)外使用的秸稈粉碎機(jī)主要有四種，但是國內(nèi)主要以錘片式粉碎機(jī)為主使用，經(jīng)過多年的研究設(shè)計(jì)，也已經(jīng)逐漸成熟，目前正在大力研究如何從降低成本和生產(chǎn)難度的方面推廣粉碎效果好，效率更高的新型組合式粉碎設(shè)備。在完成本課題的過程中，自己也在不斷的學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)自己的不足和短缺之處，同時不斷鞭策自己不斷努力，提高自己的技術(shù)能力和為人修養(yǎng)。達(dá)到“忠于現(xiàn)實(shí)，高于現(xiàn)實(shí)”的目標(biāo)。

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