盘刀式茎秆切碎机结构设计说明书

需要购买图纸咨询Q1459919609或Q1969043202盘刀式茎秆切碎机设计 DESIGN OF DISC CUTTER STALK SHAREDDER摘 要本次设计主要是以国内的秸秆作为参考，通过分析秸秆构成成分，设计出适合国内使用的切碎机，能耗低、碎稳定为优点的茎秆切碎机。为我国农业科研技术贡献一份力量。根据对以往的切碎机的研究和总结，分析出过去切碎机的优点与不足，对切碎机的整体进行设计，传送方案的选择，动力资源的合理配比，各大机构的尺寸参数等进行比较和计算，做出了详细的说明。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：秸秆，切碎机，喂入槽，动定刀片。 AbstractThis design is mainly based on the domestic straw as a reference, by analyzing the composition of straw, designed for domestic use chopper, low energy consumption, broken stability as the advantages of the stem shredder. For Chinas agricultural science and technology to contribute a force.According to the research and summarization of the previous chopper, the advantages and disadvantages of the chopper are analyzed, the whole design of the chopper, the selection of the transmission scheme, the reasonable proportion of the dynamic resources, the size parameters of the major institutions Such as comparison and calculation, made a detailed description.The machine is mainly composed of chopper, gearbox and feeding mechanism, feeding slot, throwing device, belt drive, motor composition. The principle is that the straw is fed by the feed tank, under the action of the feeding mechanism to be compacted and involved in the mechanism, the chopper composed of the passive blade chopped, and finally by the throwing device out of the machine.Keywords: Straw, chopper, feed slot, move the blade.目 录1 绪论51.1 研究的目的和意义51.2 秸秆综合利用现状51.3 秸秆的特性：61.3.1 秸秆的物理特性61.3.2 秸秆的切碎特性71.3.3 秸秆的化学成分72 切碎机整体方案设计72.1 总体结构设计72.2 主要参数的大致确定72.3 本章小结83 秸秆切碎机结构设计83.1 切碎器设计83.1.1 切碎方式选择83.1.2 主要技术参数确定93.2 喂入机构设计103.3 传动系统设计113.4 本章小结114 切碎机整体结构的设计114.1 电机选择114.1.1 切碎器转速的确定114.1.2 切碎器功率消耗124.1.3 电机选择124.2 V带传动的设计计算134.3 传动零件设计计算144.3.1 圆柱直齿轮传动144.3.2 圆锥齿轮传动184.4 轴的设计计算和轴系零件的选定244.4.1 输入轴的设计与计算244.4.2 大齿轮轴的设计计算274.4.4 输出轴的设计284.7 本章小结325 总结33参考文献34致 谢35IV1 绪论1.1 研究的目的和意义农业历史上，秸秆的利用有很多方面，可以用来建造房屋，通过一些手段可以当做肥料使用，还可以生火取暖等，秸秆的合理使用具有很大意义。在以前科技不发达的时候，秸秆基本是不经任何加工直接作为肥料、燃料以及饲料。随着科技的进步和发展，一些新兴的使用方法、和秸秆处理方式，传统的秸秆利用方式发生了一些转变。由于人们生活水平的提高，有些富裕的地区甚至放弃了对秸秆的利用，选择使用更高级的能源，如天然气等，而秸秆最终基本都是废弃或者燃烧处理，这样的情形导致了很多新的问题出现，农民直接燃烧秸秆，不仅会污染大气，还会造成雾霾等一系列天气问题，对人们的生活造成很多危害和不便。国家也颁布了一些新的规定，要求:不允许在交通干线、机场、高压输电线路附近以及政府划定的范围内焚烧秸秆。科技部也加大开展秸秆综合利用技术的研究，并且把秸秆综合利用技术列入国家“九五”、“十五”科技攻关计划。秸秆经过二次加工可以有很多用途，建筑材料、化工材料、燃料等方面都可以有很多的利用价值。新的政策和研究使秸秆在很多方面都有很大的用途。这也是国家对着方面的支持和宏观调控，本研究以棉秆等硬茎秆为主要研究对象，通过对以往茎秆切碎机的研究和学习，综合优缺点，设计出适合农业使用、切碎长度适中的秸秆切碎机。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。1.2 秸秆综合利用现状中国农作物秸秆丰富高产，年产量高达6.4亿t，随着农业科学技术的提高，年产量也会逐渐增加。目前秸秆用途大致可分为4个方面:秸秆还田;牲畜饲料;替代能源;工业使用，其中大约12.7%的秸秆就地焚烧或弃置。各种用途所占比例如图l.1所示(高祥照等，2002)。 (1)秸秆还田作为农业大国，秸秆还田是秸秆主要的用途，这也是秸秆最基本也是比较容易的处理方式，并且有不错的收效。秸秆还田的方法大概分为四种，分别为整株还田技术、有根茬切碎还田技术、粉碎还田技术、和传统沤肥还田技术。与之相配的有粉碎机和灭茬机等。目前，我国对秸秆还田技术的研究有很大的突破和进步，在政策方面出台了相关技术规定，秸秆还田的技术质量大大提高，总体收益也高出往年许多。图1.1中国农作物秸秆的主要用途(2)牲畜饲料在建国初期，秸秆资源并不丰富，那个时间段秸秆的主要作用就是用来当做牲畜饲料。随着科学水平的提高，社会的进步，人们发现未经任何处理的秸秆，消化率低，牲畜食用效果不好，价值很低。人们通过研究，发现经过加工可以提高饲料营养价值。通过对秸秆的一些微生物加工，可以提高秸秆所含营养元素，作为饲料更好的使用。目前我国的年处理量约在1000万吨左右，与技术相配的有很多机器，如氨化炉、青贮收获机、压饼机等。(3)替代能源根据全国农村可再生资源统计资料显示，目前我国对秸秆新能源的使用仍然占用30%-50%。通过一些技术可以制作出很多的新型能源，与之相应的一些汽化炉等配套装置。很多地区已经在推广使用上述技术来制取新能源并加以利用，全国多个地区已经开始使用新的秸秆处理方式，并得到了很好的效果(马学良，1995)。(4)工业原料秸秆作为工业原料主要用途是工业造纸，工业使用部分虽然只是秸秆利用的一小部分，但是所产生的经济效益却很高。很多高校都在研究新的应用，如建筑墙体材料，包装材料、制作工业乙醇、工业酶制剂、以及一次性快餐盒等方面都有所研究。在工业方面，秸秆的利用有很大的开发空间，这些有待于新技术的产生和研究。1.3 秸秆的特性：1.3.1 秸秆的物理特性不同地区的秸秆物理特性是有所差异的，这种性质受很多因素影响。如秸秆产品的品种、种植地区、天气情况、收获时间等。国外对秸秆的研究较多，对其强度、刚度等方面都有所研究(oDogherty，1995)。国内对此方面的研究也有所成就，但是由于研究的方向不符合本设计，所以没有很大的参考价值。1.3.2 秸秆的切碎特性国外的秸秆的研究主要是对麦秆，稻杆的研究，对切碎消耗、切碎效率等方面的研究。oDogherty(1986)等人分析了一些给定因素对切割过程的影响。国内的一些研究主要都是对切碎效率方面的一些研究，并且有了不错的成果。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;1.3.3 秸秆的化学成分植物的化学组分大体都是相同的，都是大概的几种物质，纤维素、半纤维素和木质素三种为主要组分。秸秆的化学成分大体如下表表1.1 秸秆的化学成分种类木质素纤维素半纤维素果胶 聚戊糖%棉秆2250.2375.103.5119.21麦秸18.3440.471.300.3025.56杉木24.9150.4344.691.6925.902 切碎机整体方案设计2.1 总体结构设计秸秆切碎机的总体结构见图2.1。图2.1是切碎机的主要结构和各大部分的机构，其中包括喂入机构、电动机等。这个结构简图使设计初期的理论简图，如果参数方面有新的需求则可以进行一些改动，保证设计整体的合理性。2.2 主要参数的大致确定根据前面的理论分析可以确定的技术参数如下:喂入齿辊有效长度:100mm;喂入齿辊张开间距的最大值:59mm，喂入齿辊节径:83mm;总速比:6.47;动刀数:2;动刀转速:550r/min;喂入齿辊转速:85r/min:物料切碎长度:10mm;配备动力:2.2kw1.变速箱和喂入机构2.喂入槽3.切碎器4.带传动5.电动机图2.1 秸秆切碎机总体结构示意图2.3 本章小结 通过对茎秆切碎机的研究和数据分析，确定合理的的整体方案。3 秸秆切碎机结构设计3.1 切碎器设计切碎器的设计是整个切碎机的最为重要的一环，它的设计是否合理，参数大小的确定，都会对机器的运转有很大的影响。要将影响切碎性能的几个因素考虑进去，保证切碎质量和效率。其中切碎方式的选择非常重要，它将决定很多机构的选择，也决定了切碎质量和切碎效率，其他的因素也要考虑，比如切割的稳定性，如果切割稳定性不足可能导致能耗过高，功率降低，甚至可能损毁机器。所以切碎器的设计要考虑的因素很多，需要多方面的考虑再进行设计。3.1.1 切碎方式选择秸秆切碎方式有三种方式：轮刀式切碎、滚刀式切碎和锤片式切碎。其中最常见的也是最实用的是轮刀式切碎，由于他它刀片结构简单所以被很多厂家采用，容易进行修理和更换零件，它的缺点也比较明显，那就是由于刀片结构简单导致刀盘运转不均匀，这也是一项需要考虑的因素。其中滚刀式切碎则是滑切作用强，切割产生阻力较小，但不能将产生的切碎体抛出，且刀片刚度差，非常不适合硬茎秆切碎。锤片式切碎能耗高，与设计相悖，不予考虑。(蔺公振等，19%;朴香兰，1998)。表3.1 切碎秸秆的粒度分布刀轴转速粒度(mm)及百分含量(%)/rmin0-1.41.4-22-3.353.35-9.59.5-12.512.5-19.519.50-12.5锤片切碎8601.91.12.310.39.915.658.925.512200.80.61.89.67.910.868.620.715802.61.74.215.311.717.146.835.5螺旋刀切碎9203.73.29.237.611.79.625.065.412504.43.911.239.912.010.817.871.415005.84.712.843.711.99.211.978.9直刃刀切碎9004.34.313.241.111.39.716.174.212304.24.413.141.614.211.011.577.514505.36.217.641.88.57.313.379.4综上所述结合表格数据以及图3.2，我们确定了切碎方式。以直刃刀切碎作为设计切碎方案。3.1.2 主要技术参数确定1.切碎长度根据参考资料所查，通过公式和计算，可以得出理论切碎长度L=考虑到很多实际因素，得到实际切碎长度为: L= (3.3)式中：k动刀片数i切碎器主轴n与喂入辊转速n之传动比D喂入辊直径打滑系数，一般取0.050.07代入数据，则可以得到理论切碎长度L=20mm。图3.2 切碎机主动轴转速与能耗的关系2.切碎机生产率根据查阅相关资料，结合相关数据，可以得到以下公式用来计算理论生产率，则理论生产率为 Q=60kabLn (3.4)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/min;喂入辊压缩后的茎秆容重，kg/m。K=2,n=85r/mina取0.1m喂入辊压缩后的茎秆容重取130 kg/m切碎长度取0.02m通过带入数据计算可以得出理论生产率大约为500kg/h。3.2 喂入机构设计喂入机构的设计需要根据切碎器的一些数据来进行设计，喂入机构的设计需要迎合切碎器的设计，喂入机构是将物料送入切碎器进行切割和加工，使其切碎稳定，喂入辊的动力来自切碎器的刀轴。本设计的切碎机采用星齿型喂入辊，这种喂入辊优点是能自动调节喂入口高度，喂入时入料稳定。压紧装置我们选择了双弹簧式，通过两个弹簧可以使压力更加灵活，使切割更加方便。图3.3喂入辊结构图3.3 传动系统设计电机的动力通过皮带轮传动到动刀轴，在经过减速装置减速再传动到喂入装置。总传动比为i=6.47。总传动简图如图3.7.3.4 本章小结本章通过对比三种切碎方式，根据实际情况确定了合理的切碎方式。 1.带轮传动2.动刀3.圆柱齿轮传动4.喂入装置5.圆锥齿轮传动6.电机图3.4 传动系统简图4 切碎机整体结构的设计 4.1 电机选择4.1.1 切碎器转速的确定切碎机的生产率（）由下式估算： 式中： a、b喂入口的高与宽（m） l理论切碎长度（m） z动刀片数目，一般z26把 n切碎器转速（），一般n300500 饲草密度（）对于秸秆，饲草k充满系数，可0.30.5由已知条件Q500和前面所设计的参数代入上式得：根据设计要求和考虑实际生产过程，这里取。4.1.2 切碎器功率消耗通过查阅与本设计相关资料，；了解到这种切碎机的平均功率大概在11kW左右，可计算出这个秸秆切碎机消耗的功率为:，也可以计算出切碎器扭矩4.1.3 电机选择本设计中的切碎机作为农业用途，农村常用电压基本为220V，根据数据和设计要求，在Z系列电机中选择可以使用的电机。此系列小型直流电机有发动机和电动机两种，具有转动惯量小，调速范围广，体积小重量轻，可用于静止整流电源供电等优点。电机能按额定功率正常运转。此系列中电动机电压等级为110V,160V,220V和440V，发电机电压等级为115V和230V，其外壳防护等级为IP21,冷却方式为IC01,IC06或者IC07。根据前面计算得出的切碎器转速和功率消耗，选择Z型电机中的2332型电动机：电压220V，额定功率2.2kW，额定转速1000。计算总传动比及分配各级传动比总传动比: 展开式二级锥齿轮传动，高速轴，则：取，则。4.2 V带传动的设计计算（1）V 带轮的设计要求 设计 V 带轮时应满足各项要求，带槽工作面精度要高，带的质量要高，使用方便，便于更换。（2）材料此处带轮的材料，采用铸铁，材料牌号为 HT200（3）确定计算功率 P ca Pd=KAPd ,P=2.2KW Pd=2.86KW（4）选取带型 普通V带（5）（6）确定带轮基准直径d并验算带速v小带轮基准直径，外径 （7）大带轮基准直径（8）计算带的速度带速 所以： 带的速度合适（9）计算V 带的基础数据初定中心距：由， 取（10） 基准长度： 普通V带基准长度。（11）实际中心距： （12）小带轮包角（13）查得（14）计算 V 带的根数 Z Z=Pca/Pr=KAP/(P0+P0)KaKL KL-长度系数P0-单根V带的基本额定功率取：Z=3（15）单根V带初张紧力（16）作用在轴上的力 ,4.3 传动零件设计计算4.3.1 圆柱直齿轮传动a) 选精度等级、材料及齿数1) 材料及热处理；小圆柱直齿轮材料为40，硬度为280HBS大圆柱直齿轮材料45钢，硬度为240HBS二者材料硬度差为40HBS。2) 精度等级选用7级精度；3) 试选小圆柱齿轮齿数22，大圆柱齿轮齿数68的；b) 按齿面接触强度设计 （4.1）1) 确定公式内的各计算数值（1）计算输入轴传递的转矩T1=9550000*（P1/n1）=36290N.mm试选Kt1.3（2）通过查表选取尺宽系数 1（3）通过查表查得材料的弹性影响系数189.8Mpa（4）通过相关资料查表查得按齿面硬度查得小圆锥齿轮的接触疲劳强度极 限Hlim1600MPa；大圆锥齿轮的接触疲劳强度极限Hlim2550MPa；（5）计算应力循环次数N60njLh60550（2830015）2.376NN/3.20.77910（6）接触疲劳寿命系数KHN10.95；KHN20.98（7）计算接触疲劳许用应力0.95600MPa540MPa0.98550MPa522.5MPa所以许用接触应力1) 计算（1）计算小圆柱直齿轮分度圆直径d1t， (4.2) d1t =46.87mm（2）计算圆周速度v（3）计算齿宽b（8） 计算齿宽与齿根之比b/h模数 = d1t /z146.87/22=2.13mm齿高 h=(2h*+c*) = 4.79 b/h=46.87/4.79=9.78（9） 计算载荷系数由参考文献25表10.2查得使用系数1;假设KAFt/b故所选轴承可满足寿命要求。2) 对输出轴上端的深沟球轴承进行寿命校核该轴承的预期计算寿命=70080h轴承的寿命校核可由参考文献25式（13.5a）即： 进行。=3，取=1.00。由于轴承主要承受径向载荷作用则，由参考文献25表13.6，取=1.0；按照最不利的情况考虑，轴承的当量动载荷为：=1.0N=3039.5N则：=h=305555.8h故所选轴承可满足寿命要求。用同样的方法可以检验中间轴和输入轴上的各个轴承，均可满足寿命要求。4.5 浮动装置内弹簧的选用及计算选用油淬火回火硅锰钢弹簧钢丝, 由选用B类，抗拉强度极限，许用切应力圆柱螺旋拉伸弹簧的计算：原始条件：假定最大拉力，最小拉力，工作行程，弹簧外径，载荷作用次数次，端部结构：圆钩型参数计算：1) 材料直径及弹簧中径，由机械设计手册第三卷查表11-2-19，选取，修正，2) 有效圈数，取183) 弹簧刚度4) 最小载荷下的变形量5) 最大载荷下的变形量6) 极限载荷下的变形量7) 弹簧外径8) 弹簧内径9) 自由长度10) 最小工作载荷下的长度11) 最大工作载荷下的长度12) 工作极限载荷下的长度13) 螺旋角（节距）14) 展开长度15) 实际极限变形量16) 最大工作载荷（N）即451.534254.6 箱体设计计算机座壁厚取15，机盖壁厚，机座凸缘厚度，机盖凸缘厚度，地脚螺钉直径，地脚螺钉数目，轴承旁联接螺钉直径，机盖与机座联接螺栓直径，联接螺栓的间距：150200，轴承端盖螺钉直径取6.3847.94，定位销直径，至机外壁距离，至凸缘边缘距离，轴承旁凸台半径，凸台高度外机壁至轴承座端面距离，大齿轮顶圆与内机壁距离取14mm，齿轮端面与内机壁距离取12mm，机盖、机壁肋厚度，轴承端盖外径轴承孔直径+（5-5.5），轴承端盖凸缘厚度，轴承旁联接螺栓距离4.7 本章小结本章主要是对切碎机整体结构的设计，从选择电动机、V带的传动、传动零件间的设计计算、轴的计算及轴承的校核、最后确定整体的结构。5 总结 经过一学期的准备，从到单位实习到搜集资料，整理资料，我的毕业设计生活就要结束了。回首这段期间的设计过程，有很多感受很多收获，这是对我大学知识的一个整体的检验，很严格，但是对我今后走向社会有很大的帮助，这使我非常清楚地认识到一项设计从开始到结束所经历的过程，也对这个过程有了很深刻地了解。这对我们今后的各类设计提供了一个最基本的设计基础，也使我认识到做一件事应该坚持不懈，遇到困难应该勇于面对，并且认真寻找解决的方法。这就是一个成长的过程，培养一种人生的态度。通过对盘刀式茎秆切碎机的设计，我了解到切碎机的种类、工作原理以及工作过程，还了解到了各种切碎机的区别。在设计过程中，对以前学过的知识有了更加深刻的理解，也把学得不扎实的知识重新巩固了一遍，发现以前不曾注意过的知识都十分有用，令我感受很深。结束了这段毕业设计后，我觉得自己各个方面的能力都有所提高。通过本课题的设计，使自己学会综合运用所学的机械设计、机械制图等基础知识解决实际问题。在课题进行过程中，学会了掌握资料收集及整理的方法。独立完成系统方案改造与设计工作，提高了综合运用所学过的各科知识和培养分析问题的能力。使自己具有了一定的理论联系实际的正确设计思想。更熟悉运用和查阅各种设计资料。掌握从事设计工作的具体步骤和方法。参考文献1 高祥照. 中国农作物秸秆资源利用现状分析J，华中农业学报。2002.21(3):242-2472 韩鲁佳. 中国农作物秸秆资源及其利用现状J，农业工程学报。2002.18(3):87-913 黄忠乾. 农作物秸秆资源的综合利用J，资源开发与市场.。1999.15 (1):32-344 胡代泽. 我国农作物秸秆资源的利用现状与前景J，资源开发。2000.16(1):19-205 蔺公振. 轮刀切割器的工作性能试验与分析J，洛阳公学院学报。1999.17(2):52-566 马学良. 我国农作物秸秆高效利用技术现状与趋向J，农业现代化研究 1995.16(6):399-4007 朴香兰等. 直刃盘刀式切碎器功耗的影响因素分析J，农机化研究。1998(4):52-538 孙骊等.麦秆压缩剪切特性的研究J，西北农业大学学报。1998.26(4):106-1099 盛奎川. 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