滚刀式铡草机设计【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 1 滚刀式铡草机设计 摘 要 ： 本文综述了铡草机对于现代农业生产中草料秸秆资源的利用的背景，以及滚刀式铡草机设计相关的理论和方法，概括了滚刀式铡草机的国内外研究现状，探索现代 滚刀式铡草机进行设计，包括其铡切原理，绘制工作原理图和对主要零、部件进行分析、设计和校核。得出滚刀式铡草机各零、部件的参数，并绘制出零件图和装配图。通过应用现代机械设计技术进行滚刀式铡草机的设计和参数优化研究，对机器量产实现了一定的指导意义，研究成果具有重要的理论指导和实践应用意义。 关键词 ： 滚刀；铡草机；原理；设计； 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 in of of of of be a AD in of On of of of 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 目 录 摘要 1 关键词 1 1 前言 2 滚刀式铡草机设计的目的和意义 2 国内外研究现状 3 2 研究的主要内容 3 3 总体方案确定 3 传动方案确定 3 结构方案确定 4 4 主要零、部件的选择和设计 5 电动机的选择 5 喂入辊 5 动刀螺旋角的确定 7 定刀的设计 7 定刀刃口形状确定 7 定刀高度确定 7 超负荷安全装 置的设计 8 联轴器的确定 9 抛送机构的设计 9 5 工作过程分析与计算 9 6 主要零、部件的计算与校核 12 带传动设计 确定计算功率 13 选择 V 带的类型 . 13 确定 V 带的中心距 a 和基准长度 . 14 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 验算小带轮上的包角 1 . 15 计算带的根数 z . 15 计算单根 F0). 15 计算压轴力 . 15 带轮结构设计 15 齿轮的设计和校核 选择齿轮材料、精度等级和齿数 15 按齿面接触强度设计 链传动的设计 19 对主轴进行设计和强度校核 20 求主轴上的功率和转矩 . 20 初步确定轴的最小直径 . 20 轴的结构设计 . 20 按弯矩合成校核轴的强度 . 21 7 结束语 24 参考文献 25 致谢 附录 26 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 1 前言 滚刀式铡草机设计的目的和意义 随着经济的发展和人们生活水平的逐步提高，对畜产品的需求有了较大的增加大力加强和发展畜牧业将是中国农业的主要发展方向。我国具有丰富的农作物秸秆资源 ,每年生产的农作物秸秆约 吨 ,其中可作饲料的有 3. 5 亿吨 ,它是我国广大农区饲养牲畜的主要饲料。秸秆中含有可消化干物质 35 % 50 %,粗蛋白 3 % 8 % ,特别适合于喂饲牛、羊等反刍动物。改革开放以来 ,我国粮食总产量提高很快 ,但是我国人口多 ,人均耕地少 ,每 年人均占有粮食一直低于 400 千克 ,距世界公认的粮食过关标准 500 千克相差甚远，与发达国家相比差距更大，不可能提供大量粮食用作饲料。显然对我国而言，仅仅依靠粮食生产饲料来发展畜牧业这条路是行不通的。目前，减少畜牧用粮的办法有： 1)发展配合饲料并改良畜禽品种，以提高饲料转化率； 2)调整畜牧业结构，发展饲草料转化率高的家禽生产； 3)加强防疫灭病，减少畜禽因死亡造成的饲料损失； 4)饲、粮分流，以一部分耕地种植优质高产饲草料作物： 5)大量开发利用非常规饲草料资源。其中前四点己经受到重视，第五点对于减少饲料粮消耗有重 要的意义，却一直未被重视。在“非常规饲草料”中，农作物秸秆等数量最大、分布最广，自然成为发展畜牧业的首选突破口。秸秆作为一种资源，已受到世界各国的关注和开发利用。我国人口众多，而耕地面积有限，为了减少畜牧业对粮食的依赖 ,更要充分利用和开发农作物秸秆饲料 ,发展“节粮型畜牧业” ,特别是对于发展农区秸秆养牛 ,具有十分重要的意义。 据资料统计：我国每年农业生产中所遗留的各种农作物秸秆大约有 6亿多吨，其中约 30为玉米秸秆。如果充分利用秸秆加工技术，如切碎、揉碎和粉碎以及青贮与氨化等，把秸秆加工成饲草料，不但 可以节约大量的粮食，还可以过腹还田，充分利用氮、磷以及各种有机物成分，提高微量元素的循环利用率，达到培育地力、提高土壤的肥力、改善土壤土粒结构的目的，起到防止土壤风蚀、沙化和退化的作用。因此，80年代以来，我国对农作物秸秆处理进行了许多研究工作。应用最广泛的是粉碎和铡切机械加工，因为，无论是化学处理还是生物处理，其第一道工序需要将秸秆粉碎或铡切。然而，我国目前农作物秸秆的利用率还很低，很多农民将收获后的农作物秸秆烧掉，既造成资源浪费又污染了环境。因此，不断研制饲草加工机械，提高农作物秸秆的利用率，对发展节粮 效益型畜牧业具有非常重要的意义。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 国内外研究现状 铡草机是我国使用最早和生产量较多的饲草加工机械之一。由 参考文献 7知，早在三十年代，我国广大农村开始应用手压铡刀，来实现长草短喂饲方法。中华人民共和国成立以来，先在农村推广了手摇铡草机，六十年代推广应用了电动铡草机，进入六十年代中期到七十年代，各省市相继开始自行研制了不同类型的铡草机，经国家鉴定部门投产了一批不同型号的铡草机。从此铡草机无论从数量上还是型号上开始增多，而三化程度不高，进入八十年代，铡草机开始进行了系列设计并制定了全国性的系 列型谱。进入九十年代，国务院提出了利用秸秆养畜，这是发展我国畜牧业的重大举措。 2 研究的主要内容 1)根据我国的玉米秸秆，稻草等各种农作物秸秆资源对铡草机的性能要求，通过对滚刀式铡草机的工作原理 ,传功方案及理论分析，进行结构的设计及重要零部件及传动的相关设计计算及其校核。设计一台适合广大农户的的小型铡草机，其设计的对象主要包括铡草机的输送机构，喂入机构，铡切抛送机构，传动机构。 2)写一份设计说明书并绘制出滚刀式铡草机 括装配图和部分重要零件图。 3 总体方案确定 传动方案确定 在初步设计铡草机时，无法确定其相关的参数，也不好假定，故参考某型号滚刀式铡草机的技术规格如下表 1： 表 1 已有滚刀式铡草机的技术规格 号 切碎器类型 动刀片数 切碎段长度 (配套动力 (机质量 (生产率 （ kg/h） 刃斜装滚刀 6 20 120 1500设计的数据将选择性的借鉴上表 1中 据并拟定传动方案为：初选电机转速为 1430r/刀片数为 3。 1）电机通过一级带传动将动力传到主轴。在主轴另一端通过两对圆柱齿轮减速后，动力到达下喂入辊。主轴的转速为 715r/ 2）上喂入辊通过草层与下喂入辊之间的摩擦带动，为了满足上喂入辊能够浮动，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 以保证不同负荷情况下有一定的压紧力，所以在上输入辊左右端各采用一弹簧和滑块辅佐固定。 3)压草辊的转动是由下喂草辊通过一对齿轮和一个万向联轴器而传动，同时在两端也加上弹簧与滑块，为避免被卡死。 4)为了保证自动进 料的要求，采用了链板式输送器。链板式输送器的主动链轮是由下喂入辊通过一对链轮传动而获得动力。下图 1为铡草机的传动简图。 1 电机 2 带轮 3 风扇 4 定刀 5 链轮 6 下喂入辊 7 上喂入辊 8 压草辊 9 主链轮 10 万向联轴器 11 齿轮 12 换向装置 13 安全离合器 14 滚刀 图 1 滚刀式铡草机传动简图 ob 结构方案确定 滚刀式铡草机由喂入机构、切割抛送机构、传动机构以及防护装置和机架等部分组成。其中喂入机构主要由链板式输送器、压草辊以及上、下喂入辊等部分所组成；切割抛送机构主要由定刀片、动刀片以及抛送叶片等部分所组成；传动机构主要三角买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 皮带、皮带轮、齿轮、万向节及张紧轮等部分所组成；防护装置主要由电动机防护罩、传动防护罩、齿轮防护罩等部分组成；机架系由左右支架、方架等部分所组成。 由于链板式输送器和压草辊的作用，链板上的草料被不断的压紧并向喂入辊输送，上下喂入辊将输送器送来的材料再一次压紧被喂给切 刀。由于动定刀片的相对作用，将草料不断切碎，碎段由排除槽排出或由风扇吹至指定地点。 4 主要零、部件的选择和设计 电动机的选择 1）电动机类型的选择：根据电源及工作机工作条件，选用 2）电动机功率的选择：采用 轴转速为 715r/套动力的设计要求是 3由参考文献 2表 1知 V 带传动的效率为 可选用额定功率为 3电动机。 3）电动机转速的选择：为了便于选择电动机，可先推算出电动机的可选范围。 查机械设计手册表 1带传动的传动比 7i ，又主轴转速为 715r/以电动机的转速须满足 715 r/n= 5005 r/ 综合上述，选择型号为 参数如表 2。 表 2 电动机的技术数据 机型号 额定功率 /载转速 /(r/额定转距 质量 /100 3 1430 38 喂入辊 喂入辊由 造，其作用是压紧和喂送秸秆草料。其喂入性能与喂草辊的直径、形状以及安装位置直接有关。根据参考文献 1可知，常用的喂入辊按外型可分为棘齿形和沟齿形：棘齿形辊抓取能力强，但容易缠草，如加梳齿板则增加成本并导致安装困难；沟齿形辊抓取能力也较强，缠草情况较棘齿形好，一般小型铡草机上多用此型。喂入辊直径对喂入性能的影响：直径过大会使喂入的饲草不能靠近切割点；直径过小则会阻碍饲草喂入并易缠草。常用的 喂入辊直径为 80到 100喂入辊上平面应与定刀处于同一水平面或略高。对喂入辊的要求是： 1）为便于切割，要求上下辊有一定的压紧力； 2）为防止秸秆、草料被动刀拉出而形成长草，要求喂入辊表面带齿或沟槽； 3）由于喂入量可能有变化，要求上喂入辊能上下活动。为了适应秸秆或草料层买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 厚薄的变化，以及为了使秸秆或草料层压紧均匀，应采用上喂入辊的压紧机构。常用的压紧机构为弹簧式。在滚刀式铡草机中，一般由切割滚筒用齿轮带动下喂入辊，再由后者带动上喂入辊。由参考文献 5知，上下喂草辊的直径 ) )1( g(1) 其中 t 为草层厚度， 为草层通过喂草辊时的压缩系数，常用 ， 为草层与辊之间的摩擦角，通常取 16 32 。一般地，铡草机常用 4 0 1 2 0设计取 = =30， t=70 (1 )2 (1 c o s ) 7 0 ( 1 0 . 7 ) 7 8 . 3 62 ( 1 c o s 3 0 ) m m m m 取 80gD 喂入辊的直径 a 和长度 b 可由下式确定： )(60 2ab 2) 式中： Q 铡草机的设计生产率（ Kg/h）； 喂入口的充满系数， l 秸秆饲草的切断长度（ m）； 切刀数， 3； 刀架转速， 715 r/ 压紧后的秸秆饲草体积质量， 120 160 3/ 乘积 定后，按 a =1/3 1/4b 求出 a 、 b 值。 由于加工或收获的实际生产率为理论生产率的 70%，本次设计为 1.5 t/h，所以 实际设计 (3) 取 3， 715 r/140 3/得： ）（ (4) 取 a =1/3 1/4b ，则取 a =80b =240 实际进草高度 h=（ a=（ 80448 h 初 =45 实际进草宽度 c=（ b=（ 2402204 c=150 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 动刀螺旋角的确定 采用螺旋动刀主要是使铡草机工作时有一个合理的滑切角，减少切碎物料时的剪切功率，同时延 长每一把动刀的切割时间，使整个工作过程负荷均匀，减少机器的震动，提高切碎质量。根据参考文献 8知，我国目前螺旋动刀的螺旋角一般取值范围为18 30 铡草机动刀的螺旋角与滑切角相等，螺旋角越大滑切速度越大，切断物料愈省里。为满足动刀与定刀能稳定钳住茎秆实现切割，螺旋角不能超过极限钳住叫。影响钳住角的主要因素为作物品种 茎秆含水率和动定刀的锋利程度。通过 测定，动定刀锋利时，干谷草的极限钳住角为：有包叶时 34 36 ，无包叶时 25 28 。干麦草的极限钳住角为： 有包叶时 27 28 ，无包叶时 25 26 ；青贮玉米秆（含水率 65%78%）的极限钳住角为： 有包叶时 44 46 ，无包叶时 40 42 。当动刀刃磨钝时，以上作物秸秆的极限钳住角一般减小 8 12。由于我国目前生产的滚筒式铡草机一般以切碎干饲草为主，兼顾青饲草加工，所以动刀的螺旋角应以干饲草加工的极限钳住角进行设计。 通过对螺旋角为 15 、 20 、 25 和 30 的动刀进行了对比实验，从综合性能分析，螺旋角去 20 较为合适，可兼顾干，青饲草的加工，超长率和破坏率均可以满足有关标准。 定刀的设计 定刀刃口形状确定 由参考文献 3知，我国滚刀式铡草机的定刀有两种形式 ，一种为开刃定刀，另一种为矩形定刀。开刃定刀由 46钢板制成，工作刃角 70 75 ；另一种为矩形定刀，由白口铁或工具钢制成，断面为矩形，矩形定刀的主要特点是四条棱边均可作为定刀刃，当一条定刀刃磨钝后，通过翻转定刀用另一棱边作为定刀刃。因矩形定刀的工作刃角为 90 ，刃 口不锋利，切割功消耗大，工作质量差。通过相关的资料和实验表明，矩形定刀比开刃定刀的性能要差。所以在本设计中采用开刃定刀。 定刀高度确定 铡草机工作时，物料由喂入辊压缩并夹持送入切碎滚筒，物料压缩后的厚度与生产率和物料的品种有关。压缩后的物料有一中间面，理论分析，若滚筒轴中心的安装面刚好与物料的中间面重合，则中间面以上的物料切割时首先被动刀向外推送，处于中间面的物料被动刀直接切割，而中间面一下的物料被动刀向下拉送，推来物料的情况等，切草平均长度较均匀。基本以上分析，定刀刃的位置高于物料的 中心面时动刀对物料的推送作用大于拉送作用，定刀刃的位置低于物料的中心面线时动刀对物料的拉送作用大于推送作用，这两种情况都会引起超长率和剪切率上升。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 由于影响超长率的因素很多，难于用于纯理论分析方法解决定刀的配置高度，因此进行对比实验。动刀刃位于滚筒中心线一下为 20304050碎干饲草的生产率为 h，实验结果表明，在以上情况下，定刀的最佳位置为20时功率消耗低，综合性能指示最好。 超负荷安全装置的设计 由于铡草机工作时均采用人工送料， 喂入的不均匀性必然存在，易出现滚筒堵塞，造成机件损坏，因此，铡草机应有超负荷安全装置。目前，我国生产的大型铡草机都有设置超负荷安全保护装置，型式一般为离合器及喂入辊反转装置，出现超负荷时，扳动离合器手柄，停止喂入辊转动，再扳动离合器手柄使喂入辊反转，将堵塞物料退出。为简化机构，我国小型铡草机一般不设置安全保护装置，给用户带来很大不便，若采用超负荷安全装置，多为安全保护键，当负荷到达某一值时，保护键会自动切断，要重新更换新的保护键后才能开机工作，该方式费事费力，影响生产率的提高。 为了克服以上缺点，在喂入辊主 轴的传入轴上设置牙嵌式安全离合器，动力经牙嵌式安全离合器传给下喂入辊，喂入量超负荷时牙嵌式离合器自动打滑，切断喂入辊的传动力，对不同物料的切碎作业调节方便，机构制造成本低，便于用户使用。其超负荷安全作用的牙嵌式安全离合器图 2。 图 2 牙嵌式安全离合器 he 喂入辊或压草辊被卡死时，能把物料及时不费力的退出来。因此设计了一个反向装置，在安全离合器断开后，扳动手柄，使其反转把卡死在里的物料退出，能正常的工 作。其示意图如图 3，介齿轮 1 2 和大齿轮为一固定的整体，此时四个齿轮都在工作。当出现卡死时，把手柄往下扳动。此时小齿轮与介齿轮 2 啮合，再与大齿轮啮合，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 而介齿轮 1 没有参与工作，在空转。此时的大齿轮方向已经改变。 图 3 反向装置 he 联轴器的确定 在设计压草辊时，压草辊能实现自转和上下的移动，所以要求用到联轴器。根据其要求选用无弹性元件的挠性联轴器中的万向联轴器。为消除从动轴的速度波动，选用两个向联轴器，并使中间轴的两个叉子位于同一平面上，同时 ，还使主、从动轴与中间轴的轴线间的斜偏角 相等，即 21 ，从而主、从动轴的角速度相等，即双万向联轴器。 抛送机构的设计 物料经刀切碎后，一般由抛送装置抛出外，以减轻人工清理的劳动量。滚刀式铡草机长用的抛送装置有两种形式，一种是在滚筒上安装抛送叶片，滚筒在切碎物料的同时将把切碎物料抛出。另一种方式是子啊滚筒轴的另一侧串联一个风机，切碎的物料由滚筒下方滑至风机后由风扇叶片抛出，为了保证物料的跑送距离，风机直径较大。 本设计采用滚筒，风扇一体式。虽然滚筒的结构相对比较的复杂，为保证物料的抛送距离，要求滚筒转速较高，功率消耗大，但在很大程度上缩小了机器的空间体积和设计成本，而且经过多次试验表明，在此电机的功率和转速下，完全可以达到本设计的抛送距离大于 1米，故此机构在此设计中可行。 5 工作过程分析与计算 铡草机的整个工作过程：物料由链板式输送器送入，经压草辊第一次压紧。由于物料的不均性可能会造成卡死，所以在压草辊两端设置弹簧滑块机构和经万向联轴器买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 输入动力。物料经压紧后，到达上下喂入辊被夹持。其中上喂入辊由下喂入辊 带动，主要靠物料与喂入辊之间的摩擦传动。上喂入辊同样实用弹簧和滑块辅助固定，以避免过载卡死。物料经喂入辊到达定刀上，再由动刀切碎，经抛送机构送出。 根据设计要求，刀刃线速度 811m/s，主轴的转速为 715r/此可设计出滚筒的大小与刀片的位置。由公式 V=100060811m/s (5) 可得出刀刃到主轴中心的距离 d： d=230 电机的转速为 1430r/一级带传动后到达主轴，转速为 715r/动比 。 从主轴到轴 2，通过一对锥齿轮减速，转速为 311r/动比为 离合器到达差速器，再次减速，得转速 205r/动比为 下喂入辊轴的转速。下喂入辊通过一对齿数相同的齿轮把动力传给压草辊，通过链传动把动力传到主链轮，完成物料的输送过程。为满足其物料的供应，其链轮的转速要求大于压草辊和下喂入辊的转速 i=速为 328r/ 为防止其被物料卡死，能上下的浮动，并在正常工作时，上喂入辊和压草辊对物料有一定的压力，所以在上喂入辊和压草辊两侧都按有弹簧滑块机构。为防止弹簧失稳，加装导套。如图 3 所示：其弹簧相关的参数设计： 图 4 弹簧失稳防止 ）根据工作条件选择材料并确定其许用应力 因弹簧在一般载荷条件下工作，可以按第 类弹簧来考虑。现选用弹簧钢丝 算其最大载荷为 400N，最小载荷为 150N，最大行程 20估取弹簧钢丝直径为 4 。由参考文献 10得 =。 G=80000460 得 =1460=730） 按强度计算求弹簧钢丝直径：取弹簧外径 D=35 51文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 弹簧指数 1/2 由式得有曲度系数 4 ) 由式得 0 (7) 查 参考文献 10取 d=4估计值符合。 3）按形变计算弹簧有效工作圈数 z： 12122211 ) 故 121 5 02 5 020112 121 2121 5 04 0 01122 FF 083248 0 0 0 08 332 2 (9) 按表取 z=7 圈。由于 z 取 7 圈，为保证最大工作载荷 行程 h 不变，必须重新求最小工作载荷 0 0 0 Gd (10) h (11) 02121 (12) 4）求工作极限载荷 由表知 类载荷弹簧的工作极限剪切应力 27 3 i m (13) 由式得 i i m N (14) 5）求工作极限载荷 的变形 ： i i m (15) 6） 求弹簧的几何尺寸： 弹簧钢丝直径 d=4簧中径 1 弹簧内经 27簧外径 D=D2+d=35文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 有效工作圈数 z=7 总圈数 z1=z+2=9 节距 p=d+4+由高度（ z1=z+2） H0=p z+7+4=作高度 0 1=2=2=并高度 0 =圈的间隙 z旋升角 ct ct 弹簧展开长度 ）验算稳定性：高径比为 d - =40 h=6取 d - =52筒右侧有一轴肩，取其高度 6的轴环处得直径为 d - =64长度 l - =20 -段尺寸与轴 -段尺寸一样。轴 -段，取 d - =35l - =40体结构图如图 4： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 24 图 5 轴的具体结构 图 he 5)轴上零件的周向定位。齿轮，滚筒和带轮的周向定位都采用平键连接。按 d -由表 6得平键截面 b h=1610槽用键槽铣刀加工，长为 100时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择配合为67样带轮和锥齿轮与轴的链接，选用平键为 10835动轴承与轴的周向定位是由过度配合来保证的， 此处选用轴的公差为 按弯矩合成校核轴的强度 1)求轴上载荷。轴上受力的位置有大带轮处，刀架处，轴承处和小锥齿轮处。其中，动刀架对主轴的扭矩： 46 故动刀架对主轴作用的圆周力： r 72 3 03 8 4 6 7 (38) 动刀架重 00 ，小带轮对轴的作用力 3842 ,分解为水平和竖直面上的两个分力： 7 845c o 大带轮对轴的作用力竖直向下为 。 2)求水平面支反力。由 0 得： 0240781 2 12402 4 02 4 0402 2 ； 由 0F 得 02 得 294 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 25 3)计算水平面弯矩： 4 040 078121 4)求垂直面支反力。由 0 得： 0481 4 5201 2 12 40781 2 12 402 4 02 4 040 12 66； 由 0F 得 : 012 得 488。 5)计算垂直面弯矩： 4 040 027227240 51 6)计算合成弯矩： 522 39) 522 MM M 7)计算扭矩： 46 46 根据其受力和计算出的弯矩、扭矩绘制成图如图 5。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 26 图 5 轴的弯矩图和扭矩图 1 计算当量弯矩 。22() a T可将轴的扭转剪应力看作脉动循环，取 ，观察合成弯矩图和扭矩图可知， 处均可能是危险截面，则 2 2 5( ) 2 . 2 4 1 0B e B a T N m m 2 2 5( ) 1 . 2 6 1 0D e D a T N m m 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 27 图 5 轴的弯矩图和扭矩图 2 校核危险截面强度。轴的材料选用 45钢，正火，由参考文献 2 表 1400 ，由表 14 51 ， M P M P 故轴的强度足够。 7 结束语 滚筒式铡草机的设计既要考虑用户使用的安全性，还要顾及到技术参数的先进性买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 28 机使用机具的经济性，要同时考虑上述条件，具有很大的难度。在设计