盘刀式茎秆切碎机结构毕业设计【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 摘 要 本研究以棉秆等硬茎秆为研究对象，通过对秸秆原料特性的分析，确定切碎原理和方法，设计出动力消耗低、粒度大小满足压缩成型要求的秸秆切碎机。推动我国目前综合开发利用农作物秸秆资源的技术创新和实际应用。 通过对原始数据的分析 、 方案的论证比较和有关数据的分析计算，主要完成了切碎机的总体设计，电动机的选择以及传动方案的分析 、 比较与选择等内容。在此基础上对切碎机机体 的结构尺寸、驱动转轴的结构尺寸、 V 带传动等设计应用价值进行了详细的计算和说明。 该机主要 是 由切碎器、变速箱和喂入机构、喂入槽、甩抛装置、带传动 、电动机组成。 其原理是 秸秆由喂入槽喂入，在喂入机构作用下将其压实并卷入机构，被动定刀片组成的切碎器切碎，最后由抛送装置抛出机外 。 关键词 ：盘刀 ， 切碎机 ，茎秆，喂入槽，抛送机 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 2 n as of to of of in on of to of of of in is of a is in of of by 文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 3 目 录 摘要 . . 第 1 章 绪论 . 1 研究的目的和意义 . 1 作物秸秆综合利用现状 . 2 秆的特性 . 3 秆的物理特性 . 3 秆的切碎特性 . 4 秆的化学成分 . 4 第 2 章 切碎机整体设计方案 . 5 体结构设计 . 5 机的性能试验 . 5 章小结 . 7 第 3 章 秸秆切碎机结构 设计 . 8 碎器设计 . 8 碎方式选择 . 8 碎原理分析 . 9 刀参数分析 . 10 要技术参数确定 . 11 入机构设计 . 12 动系统设计 . 13 章小结 . 14 第 4 章 盘刀式切碎器刀刃曲线对切割能耗的影响 . 15 割过程几何参数的分析 . 15 验设计 . 16 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 4 果与分析 . 16 论 . 17 章小结 . 18 第 5 章 动刀片受力分析 . 20 作原理 . 20 刀片的受力分析 . 21 刃口动刀片的受力分析 . 21 弧刃口动刀片的受力分析 . 24 刀片的受力特性曲线 . 25 析结果讨论 . 26 章小结 . 26 第 6 章 切碎机整体结构的设计 . 27 机选择 . 27 碎器转速的确定 . 27 碎器功率消耗 . 27 机选择 . 27 V 带传动的设计计算 . 28 动零件设计计算 . 30 柱直齿轮传动 . 30 锥齿轮传动 . 34 轮传动 . 37 的设计计算和轴系零件的选定 . 40 入轴的设计与计算 . 40 齿轮轴的设计计算 . 43 圆锥齿轮轴的设计 . 43 出轴的设计 . 44 承的校核 . 45 动装置内弹簧的选用及计算 . 46 体设计计算 . 48 章小结 . 48 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 5 结论 . 49 参考文献 . 50 致谢 . 52 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 6 第 1 章 绪论 研究的目的和意义 中国是农业大国，也是秸秆资源最为丰富的国家之一。历史上，中国有利用秸秆的优良传统，农民用秸秆建房蔽日遮雨，用秸秆烧火做饭取暖，用秸秆养畜积肥还田，合理利用秸秆是中国传统农业的精华之一。在传统农业阶段，秸秆资源主要是不经任何处理直接用于肥料、燃料和饲料。随着传统农业向现代化农业的转变以及经济、社会的发展，农村能源、饲料结构等发生了深刻 变化，传统的秸秆利用途径发生了历史性的转变。在经济发达的地区，秸秆低效不清洁的直接燃烧利用方式已不适应农民生活水平提高的需要，富裕起来的农民迫切需要优质、清洁、方便的能源。农业主产区秸秆资源大量过剩问题日趋突出，农民就地焚烧秸秆，不仅带来污染大气的严重后果，还因烟雾造成了附近机场飞机不能下降，高速公路被迫关闭的严重社会问题，引起了全社会的关注。 我国政府十分重视秸秆禁烧和综合利用问题， 1999年 4月，国家环境保护总局、农业部、财政部、铁道部、中国民用航空总局联合颁发了秸秆燃烧和综合利用管理办法。办法 要求 :禁止在机场、交通干线、高压输电线路附近和省辖级人民政府划定的区域内焚烧秸秆，到 2005年，各省、自治区的秸秆综合利用率将达到 85%。科技部组织力量研究推广秸秆综合利用技术，并把秸秆综合利用技术列入国家“九五”、“十五”科技攻关计划。农作物秸秆经粉碎或切碎后机械压缩成燃料块，能有效地改变其燃料特性，热值接近中质烟煤，平均为 16736缩成型技术为秸秆燃料异地运输使用创造条件，可以作为生物煤供应工业生产和居民使用，同时也是很好的气化原料，对推广气化炉有促进作用。压制成型的秸秆块也可以进一步炭化处理， 得到木炭和活性炭，可广泛用于冶金、化工、环保、生活燃料。另外，利用压缩成型技术可以将秸秆模压成不同形状和用途的产品，如一次性快餐盒、盘、碟、包装盒、工业托盘、育苗容器、人造纸板、瓦楞纸等。 本研究以棉秆等硬茎秆为研究对象，通过对秸秆原料特性的分析，确定切碎原理和方法，设计出动力消耗低、粒度大小满足压缩成型要求的秸秆切碎机。推动我国目前综合开发利用农作物秸秆资源的技术创新和实际应用。 作物秸秆综合利用现状 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 7 中国农作物秸秆资源量大面广，每年产出量多达 t，且随着农作物单产的提高，秸秆产量也将随之增 加。现阶段其用途大致可分为 4 个方面 : 秸秆还田 ; 牲畜饲料 ; 替代能源 ; 工业原料，约占 剩余秸秆就地焚烧或闲置。各种用途所占比例如图 示 (高祥照等， 2002)。 图 国农作物秸秆的主要用途 (1)秸秆还田 秸秆还田是目前秸秆利用的最主要方面，据统计， 2000 年我国主要粮食作物秸秆粉碎还田的面积占其种植面积的 韩鲁佳等， 2002)。秸秆还田的方法分为整株还田技术、粉碎还田技术、有根茬切碎还田技术和传统沤肥还田技术。配套的秸秆还田设备有粉碎还田机、灭茬机、收获还田机和水田埋 草机等。目前，经过对秸秆还田技术和配套操作规程等的研究，秸秆直接还田在我国已有了一定面积的推广应用。在 “八五 ”期间，秸秆直接还田技术规程研究取得了重要突破，已经制定出了包括华北、西南、长江中游区、江苏水早轮作区和浙江三熟制种植区的麦秸、玉米秸、稻草直接翻压还田的技术规程，包括还田方式、秸秆数量、施氮量、土壤水分、粉碎程度、还田时间以及防治病虫害、杂草等方面的技术要求，实践证明适量的秸秆还田能有效增加土壤的有机质含量，改良土壤，培肥地力 (黄忠乾等， 1999)。 (2)牲畜饲料 秸秆用作饲料，在中国主要是以秸秆 养畜、过腹还田的方式进行的。未经任何处理的秸秆，不仅消化率低，粗蛋白和矿物质含量低，而且适口性差。为提高饲料的适口性和营养价值，近年来普遍采用氨化、微生物发酵贮存、热喷、揉搓等技术处理，目前全国的年加工处理量约 1000 万 t，已开发出的加工设备有氨化炉、调质机、青贮收获机、揉搓机、压饼机、热喷设备等。 (3)替代能源 据全国农村可再生资源统计资料显示 (2001)， “九五 ”期间，秸秆能源用量仍占农村生活用能的 30%传统的秸秆利用方式是直接燃烧，因其密度小，灰分多，买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 8 己不再适应农民生活水平的需要，国内现行 的秸秆优质能源利用技术，除了本文所要研究的秸秆压缩成型技术以外，还有秸秆气化集中供气技术、秸秆制取沼气技术、秸秆燃料热风烘干技术等。秸秆热解气化技术把细软、松散的低品位秸秆转换成清洁的高品位气体，热效率可达 40%。气相燃料速度快，热量输出可以控制，在烘干木材、茶叶、饲料和代替燃油发电及农村居民炊事等方面己有成功应用。部分气化炉和配套装置己经批量生产，进入实用推广阶段。目前全国己有 350 余处秸秆气化集中供气示范点，主要集中在山东、河南、江苏、河北、山西、北京、陕西等。仅山东就有 170 余处 (韩鲁佳等， 2002)。秸秆制取沼气技术，近年来经攻关研究在技术上有了较大突破，解决了秸秆易结壳、出料困难和发酵不充分的难题。干发酵工艺则有助于节约建池费用，提高池容利用率，目前该技术在北方应用较多。秸秆燃料热风烘干技术是将成捆或经预处理的秸秆加入由两段燃料室组成的高效燃料炉，燃烧产物经过离心除尘可得到洁净的热烟道气，产生的热风温度可以调节 (60)，含烟尘量小于 20mg/m，尤其适宜于高湿物料，如粮食、木材、饲料、鸡粪、酒糟等的烘干 (马学良， 1995)。 (4)工业原料 秸秆作为工业原料主要用于工业造纸，占秸秆总产出 量的 其它目前正在兴起的研究与应用有 :南京林业大学将秸秆压缩成型制作秸秆板材，建筑墙体材料，包装材料等 ;西北农大开展模压制品的研究，如一次性快餐盒、托盘、家具构件和建筑构件等 ;辽宁省农科院研制成功秸秆皮镶分离及其综合利用技术 ;另外一些科研院所采取生物技术的手段发酵生产乙醇、糠醛、苯酚、单细胞蛋白、燃料油气、工业酶制剂等。由于秸秆还田数量有限，作饲料其营养价值不高，因此要真正解决秸秆的合理利用问题，关键在于研究秸秆的能源化和工业化利用技术。 秆的特性： 秆的物理特性 秸秆本身的 物理特性是影响秸秆切碎和压缩成型的主要因素之一。秸秆的物理特性受物种、品种、产区、成熟度等多种因素的影响。国外对麦秸、饲草等软茎秆的拉伸强度、剪切强度、弹性模量、刚度模量等物理特性研究较多 (o1995)。国内相关报道较少，孙骊 (1998)、徐学耘 (加 00)等对麦秸和棉杆的物理特性作了初步的分析。 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 9 秆的切碎特性 国外对秸秆切碎的研究集中于麦秸、稻秸等软茎杆，主要分析切碎能耗、切碎度和切断效率的各种影响因素，如 o986)等人分析了切割速度、割刀参数、受切根 数等因素对切割过程的影响，指出秸秆切割过程中有一临界速度，在 15于临界速度，能耗和无效切割快速增加 ;大于临界速度，能耗基本不变，实际切割长度接近于理论长度。国内主要是对切碎能耗和切断效率的研究，如张晋国 (2000)等人分析了秸秆的含水率和有无定刀对切断效率的影响 ;吴子岳 (2001)和蔺公振 (1999)等研究了受切根数和割刀参数对切割功耗的影响。 秆的化学成分 不管任何植物材料其主要化学组份均为纤维素，半纤维素，木质素三种。知，棉秆中的纤维素含量为 50%左右，木 质素含量为 20%以上，半纤维素含量为 75%以上，均明显高于麦秸类软茎秆，更接近于杉木等低级木材。 表 秆的化学成分 (徐学耘， 1994) 种类 木质素 纤维素 半纤维素 果胶 聚戊糖 % % % % % 棉秆 22 秸 木 文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 10 第 2 章 切碎机整体方案设计 体结构设计 秸秆切碎机的总体结构见图 图 秸秆切碎机总体结构示意图 该机主要由切碎器、变速箱和喂入机构、喂入槽、甩抛装置、带传动、电动机组成。秸秆由喂入槽 2 喂入，在喂入机构 1 作用下将其压实并卷入机构，被动定刀片组成的切碎器 3 切碎，最后由抛送装置抛出机外 。 机的性能试验 根据前面的理论和试验分析，我们设计了农作物硬茎秆切碎机，见图 主要的技术参数如下 : 喂入齿辊有效长度 :100喂入齿辊张开间距最大值 :59开间距自动调节 ; 喂入齿辊节径 :83总速比 :动刀数 :2; 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 11 动刀转速 :550r/喂入齿辊转速 :85r/物料切碎长度 :10配备动力 : 直刃刀硬茎秆切碎机 试验材料选用浙江大学实验农场提供的本年度棉花采收后的成熟棉秆，去除根部和霉烂变质茎秆，原料平均含水率为 湿基 )。每次试验物料 15进行 5次测试，取平均值，对切碎物料进行粒度筛分分析，测试结果见表 表 秸秆切碎机性能试验结果 测试项目 测试结果 刀轴转速 (r/550 喂入辊转速 (r/ 85 切碎生产率 (kg/h) 500 能耗 (kJ/110 切碎效率 (%) 度分布 :(%) 0 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 12 对切碎物料的粒度分布测定结果表明，经一次切碎，粒度为 残余组分中主要为细枝梗，这表明该喂入机构在夹持粗枝梗的同时对细枝梗还会产生漏切现象。需进一步加以分析改进。 章小结 对硬茎秆切碎机进行样机的设计研制和性 能试验，确定整体方案，验证设计方法的合理性。 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 13 第 3 章 秸秆切碎机结构设计 碎器设计 切碎器是秸秆切碎机的重要工作部件。它的参数设计是否合理，对切碎质量、功率消耗以及机器运转均匀程度有直接影响。影响切碎性能的主要因素有 :(l)切割时要产生滑切，以减少切割阻力。 (2)切割要稳定，秸秆相对于动定刀片没有滑移。 (3)切割阻力矩变化均匀。 碎方式选择 秸秆切碎方式主要有轮刀式切碎、滚刀式 (螺旋刀 )切碎和锤片式切碎等。轮刀式切碎质量好，刀片结构简单，主要缺点 是刀盘运转不均匀。滚刀式切碎滑切作用强，切割阻力小，但切碎体不能自动抛出，刀片刚度差，不适合硬茎秆切碎。锤片式切碎是利用高速旋转的锤片来击碎秸秆，刀片结构简单，通用性好，但能耗高 (蔺公振等， 19%;朴香兰， 1998)。 表 碎秸秆的粒度分布 刀轴转速 粒度 (百分含量 (%) /r 片切碎 860 220 580 旋刀切碎 920 250 500 刃刀切碎 900 230 450 文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 14 根据对直刃刀切碎、螺旋刀切碎和锤片切碎 3 种不同切碎方式的比较试验 (盛奎川等， 1999)，如图 示，在相同转速下，直刃刀切碎的单位质量棉杆能耗最低，由表 知，采用直刃刀切碎细小颗粒产量较高，在 9001450r/围内，提高转速对细小颗粒产量增加不明显。 直刀刃切碎螺旋刀切碎锤片切碎主动轴转速（ ）能耗（）图 碎机主动轴转速与能耗的关系 根据以上分析，我们选择直刃刀切碎作为棉秆等硬茎秆切碎的设计方案，动刀片数为 3，均布于动刀架上，其动刀架结构见图 碎原理分析 按刀片刃线运动方式，切割可分为砍切和滑切两种。砍切时刀片切割点 M 运动方向垂直刃线，而滑切时刀片切割点 M 运动方向不垂直刃线。由于滑切使刀片斜置切入，实际刃角相应变小，刃线变锐，切割阻力减 少，因此滑切比砍切省力，且在一定滑切角范围内，滑切程度越大，切割越省力。 当刀片产生滑切时，切割点 分解为 2部分 (图 滑切速度 向平行刃线 ;砍切速度 向垂直刃线。速度 V 和 角为滑切角 ，在一定滑切角范围内，滑切程度越大，切割越省力。 刀参数分析 直线型刀片的滑切角 在数值上等于刀片刃线 切割半径 r 之夹角 (图 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 15 图 刃刀动刀架简图 图 片的滑切 为了保证刀片有滑切，其刃线 回转中心 O 应具有偏心距 e。 由图 得 : =22 上式说明，从切割开始到终了，随着切割点外移，切割半径 r 的增加，刀片的滑切角逐渐减 小。因此，刀片切割阻力矩随着切割半径的增大，滑切角的减小，切割阻力的增大而增大。 图 ，动刀刃线 定刀刃线 的夹角为推挤角 秆受刀片作用，会先沿刃线一侧滑移，逐渐集中在最后阶段切割，结果造成刀片负荷不均，刃线末端磨损严重，碎段变长，切碎质量变坏。因此，为保证切割稳定，不产生滑动切割，满足如下切割条件 : 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 16 1 2 （ . . 图 碎器的结构图 根据文献资料 (陶南， 1991)，取 1 = 12 ， 2 38 ，则 x 50 。 图 ，由三角形 似关系可知，推挤角 x 在数值上等于回转角 ， 在切割过程中逐渐减小。故刀片推挤角随着切割点外移、回转角的减小而减小。 从以上分析可以得出，直刃刀刀片的推挤角变化比较合理，而滑切角和阻力矩变化不够理想。因此，为了改善其切碎性能，本设计采用提高切碎器转速和增大其本身转动惯量 (即刀架质量 )的方法，来补偿由于阻力矩变化所引起的运转不均的缺点。通过将动刀架与甩抛轮设计为一体，既可增加刀架的转动惯量，又可改善切碎物料的甩抛性能。 要技术参数确定 切碎长度是切碎机主要性能指标之一，机器工作时，秸秆被喂入辊卷入切碎机构的速度 (m/s)，切砰器每秒钟切碎次数为601理论切碎长度为 : L=601 考虑到喂入辊的打滑因素，实际切碎长度为 : L=1( (买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 17 式中 ： k动刀片数 i切碎器主轴 喂入辊转速 n 之传动比 D喂入辊直径 打滑系数，一般取 碎器主轴与喂入辊之传动比 i=入辊直径 d=83刀片数 K 为 2，打滑系数 取 理论切碎长度 L=20 切碎机生产率的大小取决于喂入口面积，切碎器刀片数和转速，茎秆种类和切碎长度等，理论生产率可由下式计算 : Q=60kabLn (式中 : k动刀片数 ; a、 b为喂入口高度和宽度， m; L理论切碎长度， m; n 喂入辊转速， r/ 喂入辊压缩后的茎秆容重， kg/ 切碎器的动刀片数 k 为 2，喂入辊转速 n 为 85r/入口宽度 a 取 度 b 取 秆压缩后容重以棉秆为例约为 120150kg/若取 130kg/m。 切碎长度为 论生产率约为 Q=500kg/h。 入机构设计 喂入机构由喂入 槽、喂入辊和压紧装置等部件组成。它的作用是将物料以一定的速度喂入切碎器，并在喂入的同时，将其夹住、压紧、无滑动，以保证切碎质量，即切碎颗粒长度均匀、切口平整。主要结构简图见图 喂入辊的动力由切碎器刀轴传入，下喂入辊由一对圆柱齿轮和一对链轮传递动力并改变转动方向，从而获得上下喂入辊转速一致，但方向不同的运动。 由于本切碎机主要是用于切碎硬茎秆，所以采用卷入性能好，并能自动调节喂入口高度的星齿型上下喂入辊 (图 压紧装置采用双弹簧式压紧装置，两个弹簧在机架两侧，一端固定在机架上，另一端固定在喂入辊 轴座上。随物料尺寸的改变， 使压力随弹簧变形而改变，有利于喂入切割。上喂入辊随着喂入物料的直径变化 ，靠轴座和弹簧，以 0 为圆心， 60半径，在滑槽 浮动，上下喂入辊中心距买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 18 在 85间，适用不同物料喂入并夹紧 。 图 喂入机构的结构示意图 图 入辊结构图 动系统设计 切碎机传动系统简图见图 动机 的动力先经皮带轮传给动刀轴，再经一对圆柱齿轮和一对圆锥齿轮减速后传给喂入辊。总传动比为 i= 章小结 本章首先对各种切碎方式进行比较分析，选择合适的切碎方式 ;然后从理论上对切碎器等重要工作部件进行运动学分析，确定结构设计所需参数 。 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 19 置 图 动系统简图 买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 15 第 4 章 盘刀式切碎器刀刃曲线对切割能耗的影响 割过程几何参数的分析 根据盘刀式切碎器的切割原理和切割过程中定刀与动刀之间相互作用关系的分析可知 ,影响切割过程的主要参数是切割时的滑切角 、挤推角 x 和切割转角 。偏心圆弧曲线刀刃、直线刀刃和等滑切角曲线刀刃 3 种形式的切碎器在切割过程的几何参数如图 示。 偏心圆弧刃 直线刃 等滑切角刃 图 碎器几何参数 对于偏心圆弧曲线刀刃 ,切割过程中的几何参数与其结构参数之间的关系为 : =( e 2 )/ 2 (x =+H/r) (=( Rx)/e (式中 : R 圆弧刀刃的半径 r切割点处的 回转半径 e 圆弧刀刃的偏心距 H切割中心线高度 切割点与回转中心水平距离 对于直线刀刃 ,切割过程中的几何参数与其结构参数的关系为 : =e/r) (x =+H/r) (= (/2) - x (买文档就送您 纸全套， Q 号 交流 401339828 或 11970985 16 式中 ： e 直线刀刃偏心距 ; r切割点处回转半径 H切割中心线高度 对于等滑切角曲线刀刃 ， 在切割过程中的滑切角 保持恒定不变 ； 而挤推角和切割转角与其结构参数的关系为 ： x =+H/r) (= kr/c) (式中 ： H切割中心线高度 r 切割点处的回转半径 k 常数 从上面 3种形式曲线刀刃的切割参数与其结构参数之间的几何关系可以看出 :滑切角 、挤推角 x 和切割转角 三者之间是密切相关的。在切碎器上 ,只要其结构参数确定 ,3 个角度的大小及其在切割过程中的变化规律也就随之确定。在切碎器的设计过程中 ,上