小型烟秆切割机的设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 说明书 设计题目： 小型烟秆切割机的设计 专业年级： 机械设计制造及其自动化 2011 级 学 号： 1 学生姓名： 指导教师、职称： 2015 年 5 月 27 日 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 目 录 摘要 . I . V 1 引言 . 1 烟秆切割机构的研究目的和意义 . 1 目前国内外切割机械的 研究现状 . 1 国外切割机械的研究现状 . 1 国内切割机构的研究现状 . 2 烟草在我国种植的特点 . 2 我国烟草的种植分布 . 2 烟草收割的技术难度 . 2 文 研究的主要内容 . 2 2 切割机构的选择 . 4 往复式切割器 . 4 螺旋切割器 . 5 双圆盘旋转式切割器 . 5 单圆盘旋转式切割器 . 6 3 烟秆 切割机介绍 . 7 总体结构 . 7 主要 工作原理 . 8 4 设计主参数确定 . 9 主机动力 . 9 切割转速确定 . 10 变速箱传动比的确定 . 12 5 主要机构设计 . 14 切割机构的 设计 . 14 传动机构的设计 . 14 强度校核 . 16 转动轴的强度校核 . 16 皮带的强度校核 . 17 6 总结 . 20 致谢 . 21 参考文献 . 22 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 要 本课题设计的是小型烟秆切割机。我国一直是一个农业大国，如今农民的数量依然占了我国 人口的五分之三以上。然而，我国的农业规模却相当落后。就如烟秆的收割方式而言，在国外已经可以全程机械化收割的情况下，我国大部分烟秆收割依然采用手工收割方式，效率地下而浪费劳动力。 在如今这个快节奏、生产力高度发达的社会中，机械化农业替代手工农业是必然的趋势。 本课题就是在这种背景下产生的。 我国的烟秆种植与地形方面与国外有很大的不同，我国的烟秆种植地有大有小，并不规范，这使得国外的高精度高效率的收割设备并不适合我国的国情。我的设计是基于简单实用，经济高效的目标要求下进行的。力图使用最简单有效的结构发挥出适合大部分 个体烟草种植农业户使用的机械切割设备。 本文根据设计研究的主要方向及技术要求，介绍了不同烟秆切割结构对切割效果的主要分别和结构的工作原理，利用已有的发动机设备和尺寸参数及切割机用途对切割机结构进行 e 三维建模，并对构建完成的切割机进行性能、强度进行综合的分析，证明本次设计的切割结构是合理的。 关键词 ：烟草；烟秆 ； 切割机构； e 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 V a an of of in is of in to of of of In s is is in s is is of My is on a of to is to In to of of of of ro/e 3 d on to a of of is e 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 1 引言 烟秆切割机构的研究目的和意义 烟草， 拉丁语 学名： 草是我国重要的经济作物之一。烟草属茄科一年生草本植物，原产地为南美洲。我国引种烟草比较早，种植面积也比较大，产量很高。我国的烟叶生产排在世界第一，烟草行业在国民经济中具有重要地位，行业市场超过万亿规模。从最近几年国内的烟草种植情况来看，我国烟草的种植面积和产量呈现基本平稳的生产态势，年际间的数据略有波 动。在“十一五”期间，我国烟叶的年均产量超过 275 万吨 4，即意味着相应余留下来的烟秆也将达到 275 万吨。 2010年，中国烟草莳植面积为 2018 万亩 4，在烟叶收成今后，残留下大量的烟秆未能充分的获得资源回收利用，同时为了避免因烟秆腐败致使的病虫害滋长，在收成烟叶后必须实时铲除残留在田间的烟秆。拔取后的烟秆中，烟秆上部分可以进行多种资源化利用。 国内外烟秆可利用的资源化方式： 1、利用烟秆制造纤维板 1； 2、利用烟秆制造刨花板； 3、利用烟秆制取活性炭； 4、利用烟秆制取果胶； 5、利用烟秆制取烟碱、烟酸、硫 酸钾、纸浆等，其制造工艺都需要预先进行切割处理； 6、烟秆还田。在整个烟秆的收割过程中，最好预先进行切割处理，因为经过切割处理后的烟秆，在田地中腐烂加速，腐烂成肥后，在田地中分布更均匀。 传统烟草拔秆机是将烟秆整根拔起，但易导致烟秆打碎残留，根土分离不够理想，故现在提出两段式的收获工艺，即采用先切割烟秆，再挖掘烟根。为了实现这种新工艺，需要设计出一种小型烟秆切割机来先切割烟秆。 目前国内外切割机械的研究现状 国外切割机械的研究现状 在国外，大部分小麦、玉米等作物稻秆的处理办法是用于还田 ，因此国外的稻秆切割机构研究与应用在起步线上就较国内要有优势，国外的稻秆切割技术和切割机械相较于国内要更发达。国外现有的秸秆切割还田机械结构简单，作业效率高，结构大多采用立式结构等特点。其中，秸秆切割还田机是国外已研制出的各种切割机械中，最主要的代表。目前，国外稻秆切割还田机具普遍向宽幅的方向发展 3。切割还田机具的宽幅化优点在于可在小范围的工作面内，单独仿形，使稻秆在切蔸后留茬高度一致。然而，由于国内在土壤、地型上与国外土地的较大差异，导致国外的机具直接用在我国土地上对稻秆的切割效果并不是很好，加上价格 昂贵。使得自主研发适应本国土地的切割机具势在必行。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 国内切割机构的研究现状 随着我国经济结构的转型（粗放型经济转向集约型经济），我国的畜牧业也相应的得到了 长足的发展，秸秆的资源化利用也得到了长足的发展和广泛的应用。目前，国内已出现了多种秸秆切割机具，主要包括秸秆切割机、秸秆挖掘机、秸秆粉碎机和秸秆培土机等。稻秆切割机是重要的草饲料加工机械，主要用于切断牧草、谷物、小麦秆和玉米稻秆等。由国内外对稻秆切割机构的研究现状，我们可以发现，国内外针对小麦、玉米等稻秆切割机构的研究己经有很多，但是针对烟秆 的作业环境和物理特性所进行研究的烟秆切割器反而还未真正发展起来。 烟草在我国种植的特点 我国烟草的种植分布 我国的烟草莳植地域主要散布在云南、贵州、重庆、河南、湖南、四川等几个省份的贫困山区。从烟草农业的收益比较来看，在油菜籽、玉米、土豆、粳稻、烟草这 5类作物中，烟草的现金收益是最高的，烟草莳植已经成为我国贫苦山区农人解脱贫苦的重要途径 3。在烟草的烟叶被收获后，余留在田间的烟秆秆长在 围之内。烟秆在经过拔秆和切蔸后，余下的烟秆长约有 部分烟秆 的直径范围在 间，烟草的生长并不整齐，其外形、高度、大小和硬度各不相同3。 烟草收割的技术难度 烟草的收获期在每年的 8 月份，而 8 月份正好是农作物丰收，劳动力紧张的时间点，加上烟秆的切割基本上采用手工砍切，切割条件不好，砍切的难度也较大，耗时耗力，效率低下，这样往往导致田地在下一季耕种期到来前来不及及时处理好残留的烟秆。所以研发简单高效的烟秆切割机械，实施对烟秆的机械切割，提高工作效率对整个烟草生产、发展都起到重要作用。目前，烟秆拔切机械化的关键点在于实现机械化拔秆和机械化 切割，而切割又是烟秆拔切的主要工序，因为烟秆的生长特性导致烟秆长得粗壮、坚韧且秆身粗细不一致，不容易切断 1。 文 研究的主要内容 本课题研究的主要内容是通过烟秆切割机理研究与结构设计，逐步探求比较合理的切割刀形状、切割方式和切割刀设计参数，设计出一种能将烟秆顺利切断且符合正常工作要求的机械装置。 主要设计内容： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 （ 1）确定设计的总体方案及相关参数； （ 2）根据烟秆的物理特性和所需达到的作业效果要求，进行导向机构、切割机构、传动机构、行走机构等主要机构设计； （ 3）根据烟秆物理特性选择合适的切割参数 ； （ 4）绘制图纸并完成设计说明书。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 2 切割机构的选择 切割机构的选择是整个设计中的重要一环，其性能的好坏对于切割作业的顺利进行，降低动力损失等都具有很大的作用。好的切割器应该满足一些必要的要求，例如： 1、 结构简单、适应性强； 2、 功率消耗少，振动小； 3、 不漏割、不堵刀； 4、 割茬低而整齐 6。 本文主要选取了四种切割机构供参考选择。包括：往复式切割器、螺旋切割器、双圆盘切割器和普通单圆盘切割器。 往复式切割器 往复式切割器是指割刀工作时作往复运动的切割器，其结构比较简单，适应性广6。往复 式切割器具有切割性能较好，功率消耗低，价格便宜，使用调整方便等特点。目前在谷物收割机、牧草收割机、谷物联合收获机和玉米收获机上采用较多。它能适应一般或较高作业速度（ 6h）的要求，工作质量较好。但同时因其往复惯性力较大，振动较大。切割时，茎秆有倾斜和晃动，因而对茎秆坚硬、易于落粒的作物易产生落粒损失（如大豆收获） 6。对粗茎秆作物生产上的要求，容易出现堵刀、切不断粗茎秆牧草、生产率低等问题。 图 复式切割机 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 螺旋切割器 螺旋切刀式切割器，此种切割器切断速度快，每分种可达 500 次以上。螺旋切刀式切割器的工作效率比直刃切刀式切割器高数倍，同时也以其生产效率高而受到用户的欢迎，但也由于其切刀外星的独特性使得螺旋切刀一旦损坏便难于进行再加工与刃磨，最终使得螺旋切刀式切割器对秸秆的切断质量低于直刃切刀式切断器，使超长纤维超过规定的质量指标，甚至产生倍长纤维， (一般棉型纤维长度为 38 毫米时，超过40 毫米的超长纤维不能高于 5%，且不允许有倍长纤维 )7。因此，螺旋切刀式切割器的大量推广使用受到了限制。 图 旋切割器 旋转式双圆盘切割器 旋转式双圆盘切割器主要用于收割 牧草、青饲料等粗茎秆作物，少数谷物收割机上也使用了这种切割器。这种切割器结构简单，惯性力平衡，漏洞较小；但旋转半径小，不宜宽幅切割，割刀的寿命较短，维修费用较高。一般牧草收割机上多采用双盘或多组盘式切割器，每个刀盘主要由刀盘架、刀片锥形送草盘和拔草鼓等部件组成 7。旋转式双圆盘切割器由小型拖拉机前悬挂作业，主要有挂接、升降、传动、切割等机构组成，设计简单，结构紧凑。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 图 圆盘切割器 旋转式单圆盘切割器 目前，国内外存在的旋转式圆盘割草机大多以多圆盘为主，有六盘、四盘、两盘的收割机，有 的机器装有用于调节割茬高度的游动轮，有的装有螺旋手柄，容易升降，都能适应地面的凹凸情况，不损伤草地但是价格较贵，结构复杂，不便于使用和维修，不适于家庭使用 8。 为了解决这些问题，为了配合实验室里已有的发动机主机参数。我试图通过研究和计算希望设计出一台单圆盘烟秆切割机，由拖拉机牵引，前悬挂作业，主要的动力及切割力都是拖拉机供给，使用维修方便，灵巧灵活，价格适中，可适应大部分地表粗秆收割。 图 圆盘切割器买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 3 烟秆 切割机介绍 烟秆切割机构设计对烟秆切割机的切割性能有重要的影响，因此根据烟轩的 物理特性要求和所需达到的作业效果要求，进行机构的设计，切割机构设计重点解决切割切段率不高与堵秆的问题。分别介绍其总体结构的构成及工作原理。 总体结构 烟秆切割机力求操作简单、维修方便，具有独立的动力装置，较实用的行走机构和切割机构以及稳定的传动机构、导向机构。 本次设计的烟秆切割机采用汽油发动机为动力，动力经过皮带轮传送至主变速箱，再经主变速箱传送至行走机构和副变速箱，由副变速箱输出动力，通过带传动传动至前悬挂式（挂接采用的是标准三点悬挂装置形式）切割机构进行切割作业。确定合适的设计方案，运用 1、汽油发动机 2、切割机构 3、圆锥齿轮减速器 图 秆切割机整机图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 主要 工作原理 旋转式切割机是利用高速旋转的割刀对植株进行无支撑切割的机具。它的工作部分有一个或几个圆盘和用螺栓连接在刀盘上的几把刀片组成的。垂直轴由拖拉机动力输出轴经增速齿轮带动，使切刀以相当于拖拉机行驶速度 100 倍圆周速度旋转。在惯性力的作用下，切刀能够很容易地将数厘米高的秸秆切断。旋转式切割机利用三点悬挂装置挂在拖拉机前方。切割机上装有用于调节割茬高度的支架，工作时利用调节装置自行根据地形的起伏调节切割机构高度。 单圆盘切割器是本次设计的小型烟秆切割机上最主要的工作部件，切割器的工作性能将直接决定了烟秆切割机整机的使 用性能。本设计中，小型烟秆切割机的切割部件由主输出轴、外防护罩、刀盘和刀片等主要零件组成。主输出轴上接一个一级曲齿圆锥齿轮减速器，减速器的动力来自功率 出转速 1800r/汽油发动机经带轮传动输入。经过减速后，切割机构的切割转速将达到 6r/s，可以完成切断烟秆的任务。 1、 皮带轮 2、一级曲齿圆锥齿轮减速器 3、刀盘刀片 图 割机构整体图买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 4 设计主参数确定 主机动力 本次设计使用给定的主机，参数如下： 表 1 主发动机参数 汽油机功率、转速 800r/走轮直径（ 400 小皮带轮直径（ 87 大皮带轮直径（ 231 主机变速箱动力输出轴转速（ r/ 678 表 2 主机变速箱参数 行走档位 主机变速箱行走输出轴转速 r/进 1 前进 2 前进 3 前进 4 前进 5 前进 6 前进 7 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 前进 8 倒退 1 倒退 2 切割转速确定 由于条件限 制，本次设计使用的数据均参考已有研究数据，参考表 3 可得：在实验机中，当烟秆的切割角度为 0、刀片为光刀时，烟秆的受力最小。参考表 4 可得：在实验机中，当切割器的切割速度为 300mm/s、刀片材料选用光刀时，烟秆的切割受力最小。所以可得到烟秆切割的最优方案为：切割速度为 300 mm/s，切割刀片为光刀，切割角度为 0。由于数据出于实验机上得出，所以实际切割转速取十倍大小，即暂设切割速度选 3000mm/s。出于条件和成本方面的考虑，此次设计中刀片使用普通锰钢刀，切割角度为 0，也就是垂直与烟秆秆身。本设计的切 割机构在装配后刀片最外端离刀盘旋转轴中心的距离约为 316刀片上一点为研究点，研究点和旋转轴中心的距离为 L。 可取 L=200刀片切割烟秆时的速度为： V=L* 求得 =3000/200=15r/s 即切割转速需要大于每秒 15转才能符合切割要求。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 表 3 实验机上不同切割角度切割烟秆的切割力 2 试样直径 /割角度 /( ) 切割力 /N 锯齿形刀 光刀 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 表 4 实验机上 不同切割速度切割烟秆的切割力 2 变速箱传动比的确定 此次设计的变速箱采用简单实用的一级弧齿圆锥齿轮减速器，由表 1 可知发动机的输出转速为 1800r/算为 30r/s。 两个皮带轮的直径分别为 42 传动比： 2） 传动传动效率 100） 普通 V 带的传动效率。 试样直径 /割速度 /(mm*切割力 /N 锯齿形刀 光刀 200 50 00 200 50 00 200 50 00 200 50 00 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 由 得出刀盘的输出转速应该大于 15r/s，则：取发动机输出转速经皮带轮和圆锥齿轮减速器减速后的转速为 17r/s 所以，刀盘的转速 =30 17r/s 求得： i 总 =；总传动比： i 总 =i 减 i 皮带 =i 减 得圆锥齿轮减速器的传动比： i 减 =根据圆锥齿轮减速器的传动比和整机的总体尺寸参数，令圆锥齿轮减速器的主从动轮齿数分别为 14、 30。 其中主动轮轮齿数为 14，从动轮轮齿数为 30。则传动比为i=14/30= 此 时，可求得圆锥齿轮减速器和皮带轮的总传动比 i=盘的实际转速： =30 s 切割转速大于理论最低转速 15r/s 所以切割机构足够完成烟秆切割任务。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 5 主要机构设计 切割机构的设计 本次设计采用的方案为单圆盘切割机，切割机构由一个圆盘带四个刀片组成。工作时，由发动机输出动力经带传动传到圆锥齿轮减速器变速后输出动力令切割刀旋转，由旋转的刀片切断烟秆。 整体结构主要由刀盘 1、刀片 2、带轮 3、一级圆锥齿轮传动装置、传动机构外壳体、防护罩 、连接杆等几个部分组成，其三维图如下图 示。切割机构工作时，发动机动力经皮带传动至带轮 3，带轮 3 连接着一级圆锥齿轮传动装置，动力经一级圆锥齿轮减速后传动至刀盘 1 和刀片 2。在旋转力的作用下起到切断烟秆的作用。 图 割机构整体图 传动机构的设计 本次课题的传动机构包括了两个减速装置，分别为一个皮带轮传动和圆锥齿轮传动。其中， 皮带轮的优点有 9： （ 1） 带传动是具有中间挠性件的一种传动方式，能缓和载荷冲击； （ 2）运行平稳，无噪声； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 （ 3）制造和安装精度要 求不高，相较于齿轮啮合来说更简单； （ 4）带传动工作时如果过载将引起带在带轮上大话，因而可防止其他零件的损坏； （ 5）可增加带长以适应中心距较大的工作条件（最高可增长至 15 米）。 圆锥齿轮传动的特点 9： （ 1） 圆锥齿轮加工困难，所以一般只在需要改变轴的布置方向时采用，并尽量放在高速级和限制传动比，以减小大锥齿轮的直径和模数。 （ 2） 曲面齿轮传动机构的平稳性比直齿轮和斜齿轮都要好，常用于高速级或要求传动平稳的场合。 （ 3） 开式齿轮传动的工作环境一般较差，润滑条件不好，容易磨损，寿命较短，应布置在低速级。 已知发动机功率为 出转速为 1800r/次设计是前悬挂式单圆盘切割器，动力来自发动机直接输出，转速为 1800r/动方式选用带传动和齿轮传动，带传动从发动机接入动力由两根普通 A 型 V 带传动传送至下级的圆锥齿轮减速器，经过减速后输出到切割器。 图 割器的传动机构 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 强度校核 转动轴的强度校核 本文设计的两根轴都为转动轴，所以可以使用扭转强度条件估算法估算轴径。 为增强强度和尺寸方面考虑，本文都使用实 心轴，材料为 45#钢。 计算实心轴扭转强度，计算条件： 说明： P传递的功率 ( n轴的转速 (r/ d轴的直径 ( ； T 材料的许用扭剪应力 (由上式可得，轴的最小直径 d 为： d不同材料轴的 T 值大小不一，常用材料的轴， T 值见下表： 表 5 不同材料的 T 值 轴的材料 20 35 45 103542 t /N*20050 160351848，查表得知， 45#钢的 取 110。又有发动机的输出功率最高为 出转速为 1800r/过带传动后（传动比为 进输入轴，则： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 0 0 i n 当转动轴材料为 45#钢实心轴时，需要的最小轴径为 因为转动轴有键槽导致强度降低。所以，需要求得有一个键槽的轴的最小直径： m i nm i n ）（）（ 本文设计的输入输出轴的最小直径分别为 13 20以设计的输入输出轴均符合强度要求。 皮带的强度校核 根据小型烟秆切割机的工作性质可知切割机属白天人工操作设备，设切割机每天工作小于十小时，则查 表 6 可得： 表 65 工作情况系数 况 、轻载启动 重载启动 每天工作小时数（ h） 10 1016 16 10 1016 16 载荷变动微小 液体搅拌机、通风机和鼓风机（ 离心式水泵和压缩机、轻负荷输送机 荷变动小 带式输送机（不均匀负荷）、通风机（ 旋转式水泵和压缩机（非离心式）、发电机、金属切削机床、印刷机、旋转筛、锯木机 和木 工机械 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 载荷变动较大 制砖机、斗式提升机、往复式水泵和压缩机、起重机、磨粉机、冲剪机床、橡胶机械、振动筛、纺织机 械、重载输送机 荷变动 很大 破碎机（旋转式、颚式等）、磨碎机（球磨、棒磨、管磨） 普通 已知发动机功率 800r/根据图 选用 A 型普通 V 带。 经测量，可得带轮主动轮直径为 动轮直径为 10 带轮在发动机的带动下速度可达： V= s/0 0601 80 01 000601d 带的传动速度满足 5m/s V 25m/s 范围内。 带轮的中心距 a； （ 其中， 10 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 则： （ 10） （ 10） 36 所 以可取中心距 00准长度 2（ +（ 42 300+10） /2+（ 300 866 据表 8，选择带的基准长度 90 则，带的实际中心距 a； a=2 03002 790866 =338 主动轮上的包角 13 3 8 011 8 011 8 0 121 a dd 120 所以包角合适 计算根数 z 上面已