机械毕业设计（论文）-农家肥有机肥料联合作业机粉碎装置结构研究与设计【全套图纸】

概述 - 1 - 目录目录 1 1 概述概述 1 1.1 农家肥有机肥料联合作业机的目的和意义 1 1.2 国内外农业废弃物处理现状和发展趋势 2 1.3 我国农业废弃物资源化利用的意义 4 1.4 农家肥有机肥料作业机开发的关键技术 5 1.5 本次毕业设计的任务 5 2 2 农家肥有机肥料联合作业机粉碎装置总体结构设计及工作原理农家肥有机肥料联合作业机粉碎装置总体结构设计及工作原理 6 2.1 粉碎装置的总体结构设计 6 2.2 锤片式粉碎机的工作原理 7 2.3 锤片式粉碎机的用途及影响粉碎机粉碎能力的因素 8 2.3.1 锤片式粉碎机的用途 8 2.3.2 影响粉碎机粉碎能力的因素 8 3 3 粉碎机工作能力的设计计算粉碎机工作能力的设计计算 9 3.1 设计要求 9 3.2 设计及校核的零件 9 3.3 设计计算的原始参数 10 3.4 设计计算说明书 10 3.4.1 减速器 1 的设计计算 11 3.4.2 带传动的设计计算 16 3.4.3 链传动 1 的设计计算 18 3.4.4 链传动 2 的设计计算 22 3.4.5 转子轴的设计计算 25 3.4.6 轴承设计计算 28 3.4.7 刮板输送链设计 29 4 4 总结总结 37 5 5 参考文献参考文献 38 6 6 致谢致谢 39 7 7 附录附录 40 农家肥有机肥料联合作业机粉碎装置结构研究与设计 - 2 - 农家肥有机肥料联合作业机粉碎装置结构研究与设计农家肥有机肥料联合作业机粉碎装置结构研究与设计 摘 要 我国是农业大国，约 20 亿亩可耕用土地，年化肥施用 1.14 亿吨（1999 年统计） ，居 世界首位。我国每公顷土地的肥料施用量是日本的 2 倍，美国的 2.4 倍，加拿大的 4.4 倍， 澳大利亚的 8.2 倍，俄罗斯的 9 倍。而我国年产化肥不足一亿吨，尤其是优质化肥更是奇 缺，主要依赖进口满足农业生产的需求。美国等西方国家生物肥料已占到肥料总用量近 50%, 在我国，若有机肥料能占到化肥使用量 10%，其市场容量将达到 1400 万吨。农家肥就是一 种来源广，数量大，成本低廉的有机肥料，作为一个农业大国，我国自古以来农村就有将 秸秆和人畜粪便混合进行沤肥施用的传统方法，但大多采用人工手动劳动，技术落后，生 产效率低，难以形成一定的规模。本次进行的是农家肥有机肥料联合作业机粉碎装置结构 研究与设计，对农家肥有机肥料联合作业机的市场需求及现有产品进行调查了解，分析了 农家肥有机肥料联合作业机的市场前景，对农家肥有机肥料联合作业机粉碎装置机械传动 机构的工作原理进行了分析，粉碎装置工作能力的设计计算，必要结构的设计及强度校核， 如带传动的设计计算和校核，齿轮传动的设计计算并校核，链传动的设计计算和校核，轴 的计算校核，轴承的选择和校核。同时绘制了农家肥有机肥料联合作业机粉碎装置结构的 二维工程图。 关键词：农家肥有机肥料联合作业机；粉碎装置；设计计算；校核 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 概述 - 3 - Design of crushing device on farmyard manure organic fertilizer combined process machine Author：Tang mujun Teachers：Zhu Lin Abstract Our country is a large agricultural nation, about 2 billion hectares of arable land, fertilizer use amount, about 114 million tons every year, at the top of the world. Every hectare of fertilizer use amount our country is 2 times of Japan, 2.4 times of American, 4.4 times of Canada, 8.2 times of Australia, 9 times of Russia. But our countrys fertilizer production gross every year is less than one hundred million tons, especially lack of high quality fertilizer, mainly depends on import to meet the needs of agricultural production. The western countries such as American use organic fertilizer accounted for 50% of total amount of fertilizer, in our country, if organic fertilizer use account for 10% of total amount of fertilizer, the market capacity will reach fourteen million tons. The farmyard manure is a wide source, large quantities and low cost organic fertilizer, as a large agricultural nation, people combined straw and human and animal feces for compost since ancient times, but it almost by manual labor, lag in technology, production efficiency is very low and its difficult to form scale. Now we design of crushing device on farmyard manure organic fertilizer combined process machine, investigating market demand of farmyard manure organic fertilizer combined process machine and analysis of existing products, analysis of the farmyard manure organic fertilizer market prospects and its working principle,the calculation of the ability to work, the design of the structure and strength check, such as belt drive of computing and checking,gear of computing and checking, chain drive of computing and checking,the axis and bearing.Painting of two-dimensional engineering drawing. Keywards: Farmyard manure organic fertilizer combined process machine; Crushing device; Design and calculation; Checking 农家肥有机肥料联合作业机粉碎装置结构研究与设计 - 4 - 1 1 概述概述 1.11.1 农家肥有机肥料联合作业机的目的和意义农家肥有机肥料联合作业机的目的和意义 农家肥的种类繁多而且来源广、数量大，便于就地取材，就地使用，成本 也比较低。有机肥料的特点是所含营养物质比较全面，它不仅含有氮、磷、钾， 而且还含有钙、镁、硫、铁以及一些微量元素。这些营养元素多呈有机物状态， 难于被作物直接吸收利用，必须经过土壤中的化学物理作用和微生物的发酵， 分解，使养分逐渐释放，因而肥效长而稳定。另外，施用有机肥料有利于促进 土壤团粒结构的形成，使土壤中空气和水的比值协调，使土壤疏松，增加保水、 保温、透气、保肥的能力。 农家肥施与农田以后，有一下几个方面的优点： 一、养分全面，节省成本开支，经济高效。例如千克的干猪粪，就 含有氮（）.千克，磷（）千克，钾（）.千克。这 些养分相当于硫酸铵千克，过磷酸钙千克，硫酸钾.千克。另外还 含有少量的钙、镁、硫及各种微量元素。农村各种秸秆燃烧以后的灰分，俗称 草木灰，含钾（）特别丰富，高达.，还有.的磷 （）和.的钙（）。既千克的草木灰，就相当于 硫酸钾.千克，过磷酸钙.千克。草木灰是农村钾肥，钙肥的主要来 源。 二、变废为宝，净化环境。制作农家肥的材料来源广，生产潜力大，成本 低。只要有人类居住和农业生产的地方，就可以很容易得到制作农家肥的材料， 如人粪尿、禽畜粪尿、各种作物的秸秆、田埂地坝的杂草、各种食品加工后的 残渣、残废果品和蔬菜类以及生活垃圾等。以上这些废、杂物品如果不用来制 作农家肥，人类的生活环境就会受到污染。所以说制作施用农家肥不仅变废为 概述 - 5 - 宝，还净化了环境。 三、生物活性物质丰富，促进作物生长。禽畜粪尿有机肥的施用会使大量 有益活性菌繁殖，可有效抑制有害微生物的生长，同时产生多种酶，促进作物 强壮生长，增强作物的抗逆和抗病虫害的能力，较少农药施用量，缓解连作障 碍。 四、改良土壤，保肥保墒，推动农业经济循环发展。大量有益活性菌直接 参与土壤物质和能量的转化、腐殖质形成和分解等过程，一方面提供养分给作 物吸收利用，另一方面又形成一种粘结性物质把分散的土粒团聚在一起，形成 一种疏松的团粒结构，有效改善土壤物理性状，增强土壤的透气、保水、保肥 的能力，防止土壤板结和酸化，培肥地力，提高肥料利用率，降低施肥成本， 使土地实现良性循环。 随着农业生产水平的提高，绿色食品生产的发展，农田对农家肥的需求越 来越迫切。施用化肥不能代替农家肥。过去由于单一施用化肥，造成耕层变浅， 不但旱涝，化肥烧苗，地没后劲，而且化肥养分过分单一，种出的庄稼不好吃， 降低了农产品的质量。因此要恢复和保持土地的土壤肥力，必须施用有机肥。 畜粪和农村各种有机物都是耕地的宝贵资源，我们应科学、合理地充分利用这 些原料，积造出更好的有机肥料，生产出更多、更好的农产品。 1.21.2 国内外农业废弃物处理现状和发展趋势国内外农业废弃物处理现状和发展趋势 我国的农业废弃物呈现四大特点，即数量大、品质差、价格低和危害多。 每年产生的废弃物数以亿吨计，同时发生的污染事件也在逐年增加。我国每年 生产约 4.5 亿吨粮食，同时也伴随约 7 亿吨作物秸秆产生，其中玉米杆、稻草 和小麦秸均超过一亿吨。随着农民生活水平的提高，秸秆作为生活燃料以及禽 畜饲料的方式被逐渐取代，更多农民选择将秸秆付之一炬。秸秆燃烧不完全产 生二噁英、CO 和 CO2 等有害气体及大量烟尘，增加了空气污染指数 并影响到 交通和航空运输事业。中国畜牧业经过 20 多年的持续快速发展，畜牧业区域布 局合理，规模化，集约化和产业化程度显著提高，已经成为中国农村经济的支 柱产业和农民收入的重要途径。随着养殖业的快速发展，集约化养殖带来的禽 畜粪便对环境的污染日趋严重，养殖场周边污水横流、臭气熏天，越来越多未 能及时处理的粪便不仅占用大量土地，污染土壤和地下水，地表水，导致水源 污染和水体富营养化，破坏生态环境；产生恶臭和有害气体，污染空气；有害 病菌、虫卵通过各种途径危及人类身体健康，严重影响生态环境和景观以及居 民的日常生活，严重影响和制约着禽畜养殖业的可持续发展。 农业废弃物是一种特殊形态的可再生资源，具有巨大的开发潜力。根据其 理化特性，通过一定的手段，有目的的对其进行资源化利用，可以满足人们的 农家肥有机肥料联合作业机粉碎装置结构研究与设计 - 6 - 某一特殊需求。农作物秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素三大部分组成， 秸秆中的有机成分以纤维素、半纤维素为主，其次为木质素、蛋白质、氨基酸 和单宁等。目前，秸秆在全世界的农业废弃物中占有很大的比例，如果能充分 合理的利用秸秆，不但可以减轻农业废弃物污染的负担，还可以利用自身特点 创造经济价值。农作物秸秆目前主要有四种利用途径，分别为饲料，喂家禽； 肥料，施于田；燃料，直接用于燃烧或沼化集中供燃；原料，用于制作工业纸 浆、新型建材板等。禽畜粪便作为废弃物，一方面污染环境、危害人体健康， 另一方面也是一种可以通过生物降解再生利用的资源，因为它含有丰富的有机 质和较高的 N、P、K 及微量元素。根据数据统计，每年产生的猪粪中氮、磷、 钾的总储量为 2.17 亿吨（1995 年） ，相当于四千多万吨尿素、两千多万吨过磷 酸钙和一千多万吨氯化钾。从以上结果可以看出，禽畜粪便是一种很好的制肥 原料，如何充分利用和处理禽畜粪便，变废为宝，成为各个国家政府关注、环 境科学工作者致力研究的课题。禽畜粪便处理的目的是将其无害化、减量化与 资源化，最大限度地满足环境的可接受性及经济上的可行性。目前处理禽畜粪 便的方法较多，随着经济的发展和对环境保护的要求越来越高，禽畜粪便处理 的方法将越来越多，投资少，运行成本低并能产生出高附加值产品的技术将会 受到普遍的欢迎。禽畜粪便目前有一下几种处理方法，分别是饲料化处理，禽 畜粪便用作饲料，粪便中不但含有大量维生素等营养成分，而且含有的常量和 微量元素的含量与口粮呈正相关；能源化处理，一种是直接燃烧，另一种是目 前研究最多，最有发展前途的，即通过厌氧消化工艺获得沼气；肥料化处理， 禽畜粪便中有机质丰富，含有较高的，及微量元素，是很好的堆肥原 料，我国传统的农家肥就是以粪便为材料。 我国实现废弃资源化的优势在于我国具有优良的利用废物的传统，农业废 弃物的循环再生利用技术有着悠久的历史，但是由于我国整体科技实力的差距， 我国废弃物资源化的基础研究和工程设备技术水平与发达国家相比仍存在一定 差距；在我国现实的社会经济环境中，还存在一些消极观念和因素，制约或阻 碍着农业废弃物资源化与生物质能利用技术的发展、推广和应用。 国外在农业废弃物资源化利用的循环经济中已有成功的实践，1975 年巴西 开始用甘蔗渣大规模开发生产乙醇燃料的计划，美国 1976 年颁布实施的资源 保护和回收法都体现了农业循环经济的原则，可视为农业循环经济的管理起 源。目前国外农业废弃物处理主要有一下几种途径：一、农业废弃物用于处理 水，美国北卡罗来纳州大学的畅赛欧先生一直在探索利用废弃物质提 高水质的方法，他认为玉米芯、豆荚一类农副产品下脚料可用于处理废水；二、 农业废弃物用于清洁油污地面，美国密西西比州佛罗拉的 ERT 公司开发了棉花 概述 - 7 - 废弃物的一种全新用途，利用棉籽加工废弃物纤维素中固有的一种细菌制成带 生物活性的吸收剂，它将如同胶囊一样包裹住碳氢化合物或其他有毒物质，然 后产品中的细菌破裂出来降解油类，清除污染；三、农业废弃物开发作为能源， 德国政府重视可再生能源的开发利用，并制定了专门的政策，鼓励可再生能源 发电上网，因此，近年德国沼气发电的数量迅速增加，沼气发电的装机总量也 有 1999 年 50MW 猛增到 2002 年的 250MW，能源农业即将成为 21 世纪农业的一 个新的增长点，发达国家利用可燃气体发电的经验值得我们借鉴；四、农业废 弃物用作饲料原料、发电燃料及用来生产液体燃料，美国的 Amoco 技术合作公 司与 Stone%Webster 工程公司合作开发利用农业废弃物生产乙醇，他们利用一 种遗传控制细菌（Zymomonas）发酵生物原料，美国橡胶树岭国家实验室开发了 几种能源庄稼、杂交杨木和软草（switichgrass） ，美国约有 500 万亩空置庄稼 地，如果用于种植能源庄稼，每年提供的生物原料能够生产 270 亿加仑乙醇； 五、农业废弃物制作复合材料，把废弃旧农膜、编织袋、食品袋、旧轮胎再生 胶等经过一定的工艺处理后可作为基体材料，同时加入适当添加剂，通过一定 的处理和复合工艺形成以球-球、球-纤维堆砌体系为基础的复合材料。 1.31.3 我国农业废弃物资源化利用的意义我国农业废弃物资源化利用的意义 我国是人口大国，农业大国，地域辽阔，物产丰富。自改革开放以来，我 国农业取得了巨大的成就，为我国基本解决温饱问题提供了坚实的物质基础。 同时伴随产生大量的农业废弃物，主要包括农作物秸秆和禽畜粪便，没有对这 些废弃物进行有效的处理和利用，使我们付出了沉重的生态环境代价：土地退 化严重，农业自然灾害加剧，生物多样性减少，农产品品质下降，农村生态环 境严峻，已危及农村饮水安全和农产品安全。一些农村环境问题已经成为危害 农民身体健康和财产安全的重要因素，制约了农村经济社会的可持续发展。 为了有效保护和改善农村环境，提高农民生活质量和健康水平，促进社会 主义新农村建设，农业废弃物资源化产业发展是农村环境保护的经济选择，主 要有以下几方面的作用：一、消除日益严重的环境污染，目前我国是世界上农 业废弃物产出量最大的国家，每年有 40 亿吨，其中禽畜粪便排放量 26.1 吨， 农作物秸秆 7.0 亿吨，废弃农膜等塑料 2.5 万吨，蔬菜废弃物 1.5 亿吨，肉类 加工成废弃物 0.65 亿吨，林业废弃物每年约达 3700 万立方米，相当于 1000 万 吨标准煤。这些废弃物未经及时处理，严重污染了生态环境，主要表现在：臭 气、秸秆焚烧、温室气体排放，加剧了空气污染；重金属和农药、兽药残留污 染土壤，增加环境生物的耐药性；农业“白色污染”严重影响土壤正常功能； 污水横流，增加面源污染和水体富营养化；病毒传播，疾病蔓延，尤其是人畜 共患病等方面。二、保持和提高耕地土壤质量，我国用占世界 10%的耕地面积 农家肥有机肥料联合作业机粉碎装置结构研究与设计 - 8 - 养活占世界 22%的人口，并保持地力不衰，在某种意义上应归功于有机肥料的 施用。实现农业废弃物肥料化利用，生产有机肥料可以补充土壤养分，并提高 土壤中微量元素的有效性。增加有机肥的施用比例，一方面可以缓解化肥用量， 另一方面可以提高和保持土壤地力，促进农业的可持续发展。三、解决农村的 能源短缺和保护生态环境，我国农村人口占全国人口的 70%，农村生活用能源 有 57%依靠薪柴和秸秆。薪柴消费量超过合理采伐量 15%，导致大面积森林植被 破坏，水土流失加剧和生态平衡破坏。直接燃烧农业废弃物，不仅热效率低 （低于 10%） ，而且大量烟尘和余灰的排放是人们的居住和生活环境日益恶化， 损伤了农民身体健康，实践证明发展农村沼气等能源工程和生态农业模式，可 有效的促进生态良性循环，减轻对森林资源的破坏，减少土壤侵蚀和水土流失， 保护生物多样性。四、生物质能为国家能源和电力紧张做贡献，我国已由石油 出口国转变为石油进口国，2000 年净进口量已达到 7000 万吨，生物质可通过 各种工艺转化为液体燃料，直接代替汽油、柴油等石油燃料，作为民用燃料或 内燃机燃料。因地制宜地利用当地生物质能资源，秸秆、薪柴、谷壳和木屑等， 建立分散、独立的离网或并网电站拥有广阔的市场前景。如果用当前农林废弃 物产量的 50%作为电站燃料，可发电 4000 亿看 kW.h,占目前我国总耗电量的 30%左 右。 1.41.4 农家肥有机肥料作业机开发的关键难题农家肥有机肥料作业机开发的关键难题 农家肥有机肥料是利用农作物秸秆，禽畜粪便，通过粉碎搅合均匀混成一 块制成原料，既可用于堆肥，施于土壤，也可沼气化集中供燃和发电。但是以 前农村粉碎搅拌均匀多是手工劳动，生产效率低，难以形成规模，人力物力投 入与产出不成正比，因此难以在农村推广普及。本次研究设计开发的农家肥有 机肥料联合作业机就是完成农作物秸秆，禽畜粪便的粉碎搅合均匀的机械化过 程，提高生产效率，降低经济成本，大规模在农村推广普及。农家肥有机肥料 联合作业机但、要成为一个成熟的产品有很多工作要做，要解决目前普遍存在 的性能较低、可靠性不高等问题，因此产品开发的关键难题主要有以下几点： （1）优化作物秸秆和禽畜粪便的旋耕和输送装置以及粉碎装置的结构参数 和技术参数，提高作业质量和可靠性。农家肥有机肥料联合作业机主要包括两 部分：旋耕输送装置，将秸秆和人畜粪便原料卷入输送到粉碎装置；粉碎装置 接收旋耕输送装置输送过来的原料，通过高速旋转的锤片将其击碎搅拌粉碎成 均匀的颗粒，再通过输送装置输送到仓储。物料粉碎装置采用的是锤式粉碎机， 结构简单，通用性好，生产率高等优点。通过优化结构参数，尽量缩小粉碎机 锤片与筛片间的间隙，间隙越小，锤片撞击物料的频率越高，环流速度越慢， 从而提高粉碎效率。 概述 - 9 - （2）降低主要工作部件的功率消耗，提高整机作业性能和生产效率，由于 其动力依托于现有的轮式拖拉机，要在完成旋耕输送工作的情况下使秸秆、人 畜粪便粉碎，并达到较高生产率，动力不足的缺陷比较明显。试验研究的主要 对象是秸秆粉碎装置，采用轴向进料式的锤式粉碎机，锤片布置方式有螺旋排 列，对称排列，交错排列和对称交错排列，这几种排列方式各有利弊，如何在 现有的型式上突破创新，如何对锤片排列加以合理分布，使其能够进一步降低 功耗，提高整机性能也是一个值得研究的课题。 （3）传动及行走装置系统的研究 。农家肥有机肥料作业面积广，对行走部 件有一定的要求，要发展性能可靠、功能完善的农家肥有机肥料联合作业机， 设计合理可靠的传动及行走部件以及利用液、机、电技术结合来改善传动及行 走功能，提高整机档次是非常关键的。 1.51.5 本次毕业设计的任务本次毕业设计的任务 本次毕业设计的农家肥有机肥联合作业机是以小型自走式玉米收割机为基 础进行设计，仍然借用了小型自走式玉米收割机的底盘，发动机，车身，中间 输送器规格有变，主要包括两大部分，前半部分的旋耕输送装置，后半部分的 粉碎装置以及输送仓储装置。 在市场推广方面，农家肥有机肥料联合作业机具有一定代表性。制造成本 和售价都在合理的范围内，生产率高且维护成本低，具有一定的经济效益。因 为缺乏政府的重视，缺乏相关的法规政策支持和人们自身的环保意识不足。因 此该机型目前在我国还没有大量推广使用。本次毕业设计是农家肥有机肥联合 作业机 粉碎装置结构的设计，包括作业机整个后半部分的传动系统的设计计算 及强度校核，还有作业机输送器的设计计算以及各传动系统部件输送器部件的 二维图，由于工作量及时间关系本次设计不进行三维图的绘制。 2 2 农家肥有机肥料联合作业机粉碎装置结构设计及工作原理农家肥有机肥料联合作业机粉碎装置结构设计及工作原理 2.12.1 粉碎装置的总体结构设计粉碎装置的总体结构设计 本次设计进行的是农家肥有机肥料联合作业机的粉碎装置结构设计，粉碎 装置主要是利用机械力将农作物秸秆，人畜粪便等固体物料分裂击碎成细小颗 粒。目前在粮食、淀粉和饲料加工过程中经常需要粉碎物料，而物料的粉碎主 要是依靠机械力来实现的。由于物料的大小、性质和粉碎的目的不同，所用的 粉碎方法也不同，主要有压碎、劈碎、折碎、磨碎和击碎几种。 1、压碎：将物料置于两个工作表面之间，施加压力后，物料因压应力达到 其抗压强度而破碎，这种方法适用于粉碎大块物料。 2、劈碎：用一个平面和一个尖棱工作面挤压物料时，物料将沿压力作用线 农家肥有机肥料联合作业机粉碎装置结构研究与设计 - 10 - 的方向劈裂，其原因是劈裂平面上的拉应力达到或超过物料的拉伸强度极限。 3、折碎：当物料所受弯曲应力达到物料的弯曲强度时，物料被折断而破碎。 4、磨碎：物料与运动的工作表面之间受到一定的压力和剪切力作用后，其 剪应力达到物料的剪切强度极限时，物料即被粉碎。 5、击碎：物料受到高速回转机件的冲击力而破碎。 实际上，在粉碎机械中，物料的粉碎方法可能是上述单独一种方法作用的 结果，也可能是某几种方法综合作用的结果。设计粉碎机械时，应根据物料的 物理机械性能、被粉碎物料的尺寸和所要求的粉碎比（粉碎前后物料颗粒的尺 寸比）来选择粉碎方法，一般以其中的一种或某几种为主。如水果蔬菜的粉碎 应以劈切为主，饲料、面粉和果泥等应以压碎、磨碎为主，对于具有坚硬的纤 维性物料（如作物秸秆）则应以击碎和劈切为主。 以下有两种粉碎方案设计： 方案 a：见图 2.1，该方案为锤片式粉碎机，物料经过输送装置输送到粉碎 室当中，受到转子轴上的高速回转的锤片打击而击碎，该装置结构简单，工作 稳定可靠，通用性强，生产率高且价格便宜。 图 2.1 锤片式粉碎机 方案 b：见图 2.2，该方案为辊压式粉碎机，被加工物料由输送机输送到工 作室，物料在一对相向旋转的压辊下压过，在液压装置施加的 50-500MPa 压力 挤压下，从而被粉碎，可通过调节两压辊之间的距离来控制粉碎颗粒大小。该 粉碎装置相比于锤片式粉碎机，工作噪音小，震动小，但装置结构尺寸较大， 且安装更换困难，经济成本较高。 农家肥有机肥料联合作业机粉碎装置总体结构设计及工作原理 - 11 - 图 2.2 辊压式粉碎机 由于本次主要进行的是农作物秸秆，人畜粪便等农家肥原料的粉碎加工， 结合物料的物理机械性能和粉碎要求，选择方案 a，进行锤片式粉碎机的结构 设计校核。 2.22.2 锤片式粉碎机的工作原理锤片式粉碎机的工作原理 粉碎装置结构采用锤片式粉碎机，锤片式粉碎机主要由进料斗、转子、锤 片和筛片等主要零部件组成，并以带传动带动转子和链传动带动滚筒传递动力。 农作物秸秆和人畜粪便的农家肥原料从喂入口 2 进入粉碎室，锤片转动的 方向与滚筒筛转动的方向相反，可以提高粉碎率。物料在高速回转的锤片撞击 下被击碎，从滚筒筛的筛孔中漏下，被刮板输送器输送到仓储空间。 图 2.3 锤片式粉碎机结构简图 农家肥有机肥料联合作业机粉碎装置结构研究与设计 - 12 - 2.32.3 锤片式粉碎机的用途及影响粉碎机粉碎能力的因素锤片式粉碎机的用途及影响粉碎机粉碎能力的因素 2.3.12.3.1 锤片式粉碎机的用途锤片式粉碎机的用途 锤片式粉碎机具有结构简单，通用性好，生产率高等优点，可将农作物秸秆， 人畜粪便等粉碎成细小颗粒，制作农家肥；也可把玉米秆、豆秸、薯类藤蔓等 茎秆粉碎成细小颗粒，用于原料饲料加工喂养鸡、鸭、猪、鹅等家禽；还可用 于面粉加工和矿石粉碎等。 2.3.22.3.2 影响粉碎机粉碎能力的因素影响粉碎机粉碎能力的因素 1、动力参数的选择，原动机的配置 2、锤片转子的回转直径 D：锤片转子的回转直径 D 对粉碎的效果影响较大、 当转子的直径太大时，可有较大的回转惯量，且粉碎作用面积大，对喂入不均 匀的秸秆适应性较强，尤其在对含水率较低的茎秆原料进行粉碎时时，能有效 地减少物料过碎。 3、转子的最大回转线速度 V：锤片末端的线速度 V 对粉碎效率影响很大， 经试验及查阅有关资料介绍，当线速度低于 36ms 时，打击次数少、工作负荷 不稳定，生产效率低；当线速度超过 63ms 时，粉碎作业产量开始下降，秸秆 过碎开始增加。 4、锤片的数量及其配置：锤片的数量 z 直接影响机具的生产率和功率消耗。 锤片数量多，空耗功率高，有效功率相对减少、正面打击次数增多、粉碎能力 加强。粉碎作业时，产生的环形气流大，物料大部集中于环流上，过筛能力降 低，消耗功率增大，导致机具工作能力下降，生产率过低。锤片数量过少，对 物料的相对打击次数变少，作物秸秆粉碎强度不够，粉碎颗粒较大达不到粉碎 要求且生产率较低。锤片的配置应力求保持转子的平衡和便于排料，配置的方 式有螺旋线排列、对称排列、交错排列、对称交错排列等。螺旋线排列会使物 料堆向一侧，使锤片磨损不匀；对称排列时转子运转平衡，机械振动较小，但 锤片轨迹重复，所需锤片数量较多；交错排列可以做成两个锤片互成一组交错 或单片交错，物料在粉碎室分布也均匀，平衡性能好；对称交错排列的锤片左 右对称，锤片轨迹均匀、不重复且平衡性能好。因此锤片配置应采用对称交错 排列。锤片厚度不同产生的打击力、劈刺力和接触面积都不同。经试验和参阅 有关资料，锤片越薄，生产率越高，消耗功率越小，因此应采用薄锤片。 5、锤片与滚筒筛地面的间隙：尽量缩小粉碎机锤片与筛片的间隙，间隙 越小，锤片撞击物料的频率越高，环流速度越慢，从而提高粉碎率 6、采取辅助措施：如增加抽风系统，使物料更容易通过筛孔，提高粉碎机 筛理效率，减少破坏环节的压力 农家肥有机肥料联合作业机粉碎装置总体结构设计及工作原理 - 13 - 3 3 粉碎机工作能力的设计计算粉碎机工作能力的设计计算 3.13.1 设计要求设计要求 配套动力：洛阳拖拉机厂 4105 型柴油机，额定转速 1500r/min，额定功率 40KW 生产效率：5-8 亩每小时，设计取 5 亩每小时 机组前进速度： （km/h，各档均可无级变速） 档 1.62-3.62 档 3.6-7.99 档 8-18 倒档 3.8-8.43 取机组前进速度： S 4 km /h （= 1.11 m/s 机组档工作）作为设计 计算值。 3.23.2 设计及校核的零件设计及校核的零件 本次设计的农家肥联合作业机的粉碎装置结构，传动系统关系为柴油机的 动力经过减速器 1 后减速后，在经过带传动传递给锤式粉碎机的转子锤片，转 子锤片轴 末端连接着链传动 1，经过减速器 2 再次减速后，分两个方向传递动 力，一是经过链传动 2 带动粉碎机的滚筒筛转动，另一个是经过链传动 3 带动 粉碎室下面的刮板输送器链条转动，将粉碎后的农作物秸秆和人畜粪便细小颗 粒运送至仓储。本次设计具体涉及到要设计校核的零部件如下：减速器 1 的设 计计算；带传动的设计计算；链传动 1 的设计计算；减速器 2 的设计计算；链 传动 2 的设计计算；链传动 3 的设计计算；转子轴的设计计算机；刮板输送链 的设计计算。 3.33.3 设计计算的原始参数设计计算的原始参数 本次设计的锤式粉碎机的转子锤片转速为 700r/min,滚筒筛的转速为 70r/min， 配套动力为洛阳拖拉机厂生产的 4105 型柴油机：额定功率 40KW，额定转速 1500r/min。 3.43.4 设计计算说明书设计计算说明书 农家肥有机肥料联合作业机粉碎装置结构研究与设计 - 14 - 3.4.13.4.1 减速器减速器 1 1 的设计计算的设计计算 1)传动比的确定 柴油机的标定转速为 1500r/min,粉碎装置的锤片转子转速为 700r/min,传动带主要起传递动力的作用，传动比为 1,所以减速 器的传动比 ，选单级圆柱齿轮减速器，三班制工作，寿命 1 2 1500 2.14 700 n i n 10 年 2)输入功率 112 40 0.99 0.9939.2PPKW 式中：联轴器传递效率=0.99，滚动轴承效率=0.99 1 2 3）主动轮 1 传递的转矩 665 1 1 1 39.2 9.55 109.55 102.50 10. 1500 P TN mm n 4)选齿轮材料及热处理方法 选硬齿面设计，大小齿轮材料均选 40Cr，调制后表面淬火，硬度 为 48-55HRC（参照文献6附表 12.7 选择） 5）选齿宽系数 d 查文献3P222 表 12.13，选=0.6（硬齿面，不对称布置，直 d 齿轮，轴承刚度大，载荷稳定） 6）选齿轮精度 查文献3P207 表 12.6，选择 6 级精度（硬齿面，磨齿，选高精 度） 7）选齿轮齿数 选取（硬齿面，齿数应选少一些） ， 1 20z 则，取，则 21 2.14 2042.8ziz 2 43z 2 1 43 2.15 20 z u z 8）按齿根弯曲疲劳强度设计（闭式硬齿面传动） 1 3 2 1 Fasa m dF TY Y mA z 式中：系数=1.50（查文献3P232 表 12.7，螺旋角， m A 0 0 系数=1.341.59） ； m A 2.14i 1 39.2PKW 1 20z 2 43z 粉碎机工作能力的设计计算 - 15 - 齿形系数（查文献3P220 图 12 2.81,2.38 FaFa YY 12.21） 应力修正系数（查文献3P230 图 12 1.54,1.68 sasa YY 12.22） 查文献6附表 12.10 得： 弯曲疲劳极限 lim1lim2 2.346605.628 FF HRC = 2.346 48605.628718 2 /N mm 弯曲许用应力 12lim 0.700.70 718503 FF 2 /N mm 33 1122 12 2.81 1.542.38 1.68 8.60 107.95 10 503503 FasaFasa FF YYYY 按齿轮 1 设计 5 3 3 2 2.50 10 1.58.60 103.11 0.6 20 m 查3P206 表 12.3，选 m = 4 mm 则分度圆直径 1122 4 2080,4 43172dmzmm dmzmm 中心距 12 80 172 126 22 dd amm 计算齿宽 1 0.6 8048 d bdmm 则 12 448452,48bbmm bbmm 圆周速度 1 1 80 1500 6.28/ 60 100060 1000 d n Vm s 9）校核齿根弯曲疲劳强度 使用情况系数（查文献3P215 表 12.9，原动机为柴油1.35 A K 机，轻微冲击，工作机为锤片粉碎机，轻微冲击） 动载系数 63423 2.29 102.43 109.922 10+1.0257KVVV = 63423 2.29 106.282.43 106.289.922 106.28+1.0257 =1.11 齿向载荷分布系数（查文献6附表 12-2 得，6 级精度，小齿轮 对称布置） 23 H 1.05+0.20.16 10 d Kb 23 1.050.2 0.60.16 10481.13 F 0.7940.2070.794 1.130.2071.10 H KK 齿向载荷分配系数（3P217 表 12.10）1.0,1.0 HF KK 5 11 2/2 2.50 10 /806250 t FTdN 1/ 1.35 6250/ 48176/100/ At K FbN mmN mm 1.35 1.11 1 1.131.69 HAHH KK K KK lim1lim2 2 718/ FF N mm 12 2 503/ FF N mm 4mmm 1 80dmm 1 172dmm 126amm 1.11K 1.13 H K 1.10 F K 1.69 H K 1.65 F K 农家肥有机肥料联合作业机粉碎装置结构研究与设计 - 16 - 1.35 1.11 1 1.101.65 FAFF KK K KK 重合度 0 12 1111 1.883.2()cos1.883.2 () cos01.65 2043zz 重合度系数 0.750.75 0.250.250.70 1.65 Y 弯曲最小安全系数（3P225 表 12.14，一般可靠度） min 1.25 F S 应力循环次数 9 11 6060 1 1500 8 300 102.16 10 Fh Nrnt 9 9 1 2 2.16 10 1 10 2.16 F F N N u 弯曲寿命系数 66 0.0200.020 1 9 1 3 103 10 ()()0.88 2.16 10 N F Y N 66 0.0200.020 2 9 2 3 103 10 ()()0.89 1 10 N F Y N 尺寸系数 （3P232 图 12.25，m=4mm5mm）1 x Y 2 lim11 1 min 718 0.88 1 505/ 1.25 FNx F F Y Y N mm S 2 lim22 2 min 718 0.89 1 511/ 1.25 FNx F F Y Y N mm S 1 111 1 2 A FFasa K T YY Y bd m 5 2 1.65 2.5 10 2.81 1.54 0.7 48 80 4 = 2 163/N mm 1 F 2 505/N mm 2 22 21 11 2.38 1.68 163151/ 2.81 1.54 Fasa FF Fasa YY N mm YY 2F 2 2 511/ F N mm 齿根弯曲疲劳强度满足要求。 10）校核齿面接触疲劳强度 1.65 0.70Y min 1.25 F S 1 0.88 N Y 2 0.89 N Y 1 x Y 1 2 505/ F N mm 2 2 511/ F N mm 1 2 163/ F N mm 2 2 151/ F N mm 粉碎机工作能力的设计计算 - 17 - 重合度系数 44 1.65 0.89 33 Z 弹性影响系数（文献3P221 表 12.12）189.8 E ZMpa 节点区域系数 2020 22 2.5 cos20 cos 20 H Z tgtg 接触最小安全系数（3P225 表 12。14，一般可靠度） min 1.05 H S 接触寿命系数 99 0.07060.0706 1 9 1 1010 ()()0.95 2.16 10 N H Z N （允许有一定点蚀） 99 0.0560.056 2 9 2 1010 ()()1 10 N H Z N 接触疲劳极限 = lim1H lim2H 2 1255012 485501126/HRCN mm 许用接触应力 2 lim11 1 min 1126 0.95 1019/ 1.05 HN H H Z N mm S 2 lim22 2 min 1126 1 1072/ 1.05 HN H H Z N mm S 1 2 1 21 H HEH K T u Z Z Z bdu 5 2 2 1.69 2.5 10 2.15 1 189.8 2.5 0.89 48 802.15 = 22 1 848/1019/ H N mmN mm 齿面接触疲劳强度满足要求。 11）对大小齿轮进行结构设计 以大齿轮为例，按文献17P1051 表 5.5-92 进行设计 分度圆直径 2 4 43172dmzmm 齿顶圆直径 * 2 (2)4 (432 1)180 aa dm zhmm 齿根圆直径 * 2 (22 )4 (432 1 2 0.25)162 fa dm zhcmm 2 10180 10 4140 a ddmmm 0.89Z 189.8 E Z Mpa 2.5 H Z min 1.05 H S 1 0.95 N Z 2 1 N Z 1 2 1019/ H N mm 2 2 1072/ H N mm 2 848/ H N mm 172dmm 180 a dmm 162 f dmm 农家肥有机肥料联合作业机粉碎装置结构研究与设计 - 18 - 轴径，60 s dmm 1 1.61.6 6096 s ddmm 0.250.25 4812lbmm 轮毂长(1.2 1.5)(1.2 1.5) 6072 90, s Ldmm取L=80m m 大齿轮工作图见图纸。 查文献7P53 查得键为 GB/T1096 键18 11 56 齿轮误差检查项目确定 查文献7P130 表 10-6，对于 6 级齿轮 齿距累计总公差，径向跳动公差，0.036 p Fmm0.029 r Fmm 齿廓总公差，齿向公差。0.015Fmm 0.035Fmm 公法线平均长度计算 跨测齿数 1 1