盘刀式茎秆切碎机结构设计开题报告

需要购买图纸咨询Q1459919609或Q1969043202盘刀式茎秆切碎机的设计开题报告、 课题论证1.1课题研究的目的与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16736kJ。压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。中国农作物秸秆资源量大面广，每年产出量多达6.4亿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12.7%的剩余秸秆就地焚烧或闲置。各种用途所占比例如图l.1所示(高祥照等，2002)。图1.1中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58.6%(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%-50%。传统的秸秆利用方式是直接燃烧，因其密度小，灰分多，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(60-800)，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2.9%。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。1.2研究现状国内研究现状1988年，李成华，赵守疆等在沈阳农业大学学报发表了盘刀式切碎器系统动态特性的实验报告，以盘刀式切碎器刀盘系统的动态数学模型为基础,文章分析了刀盘系统在稳态条件下对单位脉冲扭矩函数的响应。通过试验,确定了刀盘系统在工作过程中所输入的扭矩函数型式,进一步分析了刀盘系统对输入函数的响应过程,并求出了响应过程的数学模型。最后,根据系统的响应方程,分析了系统动力学参数对系统工作时响应的影响。2003年，郭艳在吉林农业大学学报发表了盘刀式切碎器刀刃曲线对切割能耗的影响，文章中以9ZF1 0型盘刀式切碎器为基础,研究了圆弧曲线、直线和等滑切角曲线刀刃在切割青饲玉米时的切割能耗变化。结果表明:切割时的滑切角和切割转角是影响切割能耗的主要因素。当滑切角在3545范围内,切割转角在4565范围内时,切割的平均扭矩较低,切割能耗较小。对于不同类型的刀刃曲线,只要结构参数的设计能够保证滑切角和切割转角在适宜的范围内变化,则可保证切碎器具有较低的切割能耗。2008年，闫秀芳在内蒙古农业大学做了盘刀式铡草机切碎器的虚拟设计及其性能的研究，以9Z-480型铡草机为样机,通过对其切碎器切割过程进行试验研究分析,推导出动刀片的等滑切角刀刃曲线方程(即对数螺线方程)。为使等滑切角刀刃曲线设计更为准确,利用计算机软件MATLAB编程,根据所得到的方程绘制出不同角度的等滑切角曲线;利用三维软件技术,对样机的切碎器进行参数化建模和运动仿真。这种新型设计方法可使设计方案交流方便,整体设计程序更具有灵活性和高效性,缩短了产品研发周期。针对所选定的等滑切角曲线,设计并生产了不同等滑切角的动刀片,在该样机上采用正交试验,对试验数据进行分析,得出切碎器切割功率消耗最小的数学模型,并对该模型进行优化,得到最优结果。为切碎器的系列化设计与生产提供有力的依据。2017年12月份，郁志宏;闫彪彪;王光明;崔红梅;刘伟峰等人在农机化研究方面做了9Z-6A型盘刀式铡草机切碎器改进设计与性能试验，针对青饲料切碎机存在的生产率低、能耗大的问题,以9Z-6A型盘刀式青饲料切碎机为对象,对其切碎器进行了改进设计和性能试验研究。在原机喂入口增加一把定刀,使切碎器处于双定刀切割工况。改进前后切碎器切割性能对比试验表明:额定工况下,玉米秸秆含水率为9.74%时,双定刀比单定刀的切割质量得到明显改善,功耗降低21.8%,度电产量提高了6.72%,生产率提高了4.38%;同时,获得了双定刀工作时切割速度对切碎器性能的影响规律,得到了切割性能最佳时的切割速度。国外研究现状2011年，HUFF, HOWARD ERNEST;FPS FOOD PROCESSING SYSTEMS BV申请了一种收割樱桃的茎秆切碎器，是一种切割成熟樱桃装置包括至少两个基本水平的切割器，是由一个垂直的步骤定义一个上游供切割分离和运输在切割器底、有一个槽，基本平行的方向切割刀片向上延伸，通过槽运输拖到切割刀片通过刀片切割茎杆，从而使樱桃收割成功。2014年，加拿大人FRANK MAYER发明了一种盘刀式花杆切碎器，并成功申请了专利。2014年10月份，Deere & Company发明了一种茎秆切碎器，发明涉及一种收获的作物切碎器和分配装置，下游安装秸秆切碎机与叶轮叶片，可以围绕一个旋转轴垂直延伸，在叶轮的叶片设有外边缘在机器外壳内，切碎器的刀和距离它非常近但不会接触它。1.3课题研究的内容、总体方案及技术路线、进度安排等秸秆切碎机的总体结构见图1。1.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1 秸秆切碎机总体结构示意图传动系统结构见图21.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2传动系统简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。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。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。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。 进度安排时间计划完成的任务及目标第1周2017.3.13-2017.3.17任务：1.寻找外文文献并翻译成文。 2. 研究与设计相关的国内外现状。目标：；充分理解设计内容，确定设计方向。第2周2017.3.20-2017.3.26任务：1. 编写开题报告。 2. 查阅相关资料的文章。目标：；做好设计准备工作。第3周2017.3.27-2017.4.3任务：1.完善开题报告。 2.制作开题报告PPT。 3.交由指导教师审核。.目标：；规划好设计计划。第4周2017.4.4-2017.4.10任务： 对同类设计产品进行研究和学习。目标：完成设计的基础准备内容。第5周2017.4.11-2017.4.17任务：1.对设计的总体结构进行设计。 2. 画出结构简图。目标：将设计的总体结构大致确定。第6周2017.4.18-2017.4.24任务：1.对所需电机进行选择。 2. V带传动的设计。目标：选取电机确定传动方式。第7周2017.4.25-2017.5.1任务：1.对传动零件的的计算。 2. 对轴系零件的选定。目标：对轴系零件的选定并进行计算。 第8周2017.5.2-2017.5.8任务：1.对轴系零件的计算结果进行校核。 2. 设计圆锥齿轮。目标：校核上一周所计算的数据。第9周2017.5.9-2017.5.15任务：1.对链轮传动部分进行设计。 2. 对链轮的基本参数进行确定。目标：确定链轮部分没有问题。第10周2017.5.16-2017.5.22任务：1.输入轴的设计和计算。 2.大齿轮轴的计算。目标：设计出以上零件并计算数据。第11周2017.5.23-2017.5.28任务：1.对上一周的计算进行校核。目标：确定零件可以使用。第12周2017.5.29-2017.6.3任务：1.对浮动装置的弹簧进行设计。 2. 对箱体进行设计。目标：整合设计内容，完成设计。第13周2017.6.5-2017.6.11任务：1. 整理设计数据目标：准备答辩。第14周2017.6.12-2017.6.17任务：1. 进行毕业设计答辩目标：；答辩合格。1.4主要存在的问题 机构设计的合理性，以及各种数据的准确性。切碎器的切碎方式选择和主要参数的确定。1.5参考文献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 SHA NG Shu-qi,M ENG Hai-bo,YU Wen-xing,etal Design and research of flailthrow cuts for corn stalkJ,Transactions of the Chinese society of agricultural engineering,1998,14(2)：828510BornschleglM,DrechselM,KreitleinS,FrankeJ(2014)HolisticapproachtoreducingCO2emissionsalongtheenergy-chain(E-cha