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小型 秸秆 压块机 设计

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一、选题依据1、 研究领域 本题目涉及机械设计、机械原理等多方面的知识。2、 论文（设计）工作的理论意义和应用价值 秸秆压块是指秸秆或牧草经闸侧后进行高密度压缩成块状。秸秆是一种放错地方的资源，在人类的日常生活中，会产生许许多多的剩余物，特别在农业生产中产生大量的秸秆资源，秸秆资源是可再生的生物质能源，包含着大量的营养物质，但由于人们对此资源缺乏认识，利用方式单一、落后，有效利用率低，导致这种资源松散的分布在大面积范围内，给收集应用带来巨大困难。但随着近来农村产业结构的调节，人们对于秸秆的有效利用的需求不断增长，利用工业化手段将这种资源“变废为宝”显得尤为重要，小型秸秆压块机就应运而生，不仅可以解决畜业动物的饲养问题，也可以提高资源的综合利用率。因此设计一台小型秸秆压块机就可通过机械化作业完成秸秆的粉碎、压块过程，提高了生产效率。而且由于国内秸秆压块设备的市场需求逐渐变大，且进口压块机价格比较昂贵、操作及维修想多复杂，不适用于一般中小型农场。针对这种现状，有必要开发成本低廉、易于操作和维修、可调式压头的小型秸秆压块机械。因此本研究具有一定的现实意义及必要性，选题的内容符合机制专业的培养要求，设计方向明确，难易度适中。设计工作在现有的研究基础上展开，具备理论基础和技术可行性。学生已掌握设计所需的相关知识，在软硬件方面及查献等方面有切实保障。同时，指导教师具备相关设计背景，学生有充裕的时间开展工作。3、 目前研究的概况和发展趋势秸秆压块是五十年代中期出现的一种新工艺，秸秆压块设备在欧美等发达国家已研究生产多年，并出口到世界各地，目前我国的秸秆压块机存在自动化程度低、价格昂贵、操作及维修复杂等弊端。针对这种现状，有必要开发自动化程度高、成本低廉、易于操作和维修的小型压块机械。根据物料的结构特点，在设计过程中，采用环模式可移动式秸秆压块机，利用Top-down的设计方法，完成总机设计。本设计共包含四大部分：切碎装置、自动上下料机构、压头（曲柄连杆机构）、行走及驻停机构。结构设计完成后，利用有限元分析软件对关键零部件进行强度校核。1954年美国约翰迪公司研制出世界上第一台移动性秸秆压块机，随后又生产了400型、425型、429型秸秆饲料压块机，后来在美国广泛使用的是环模式压块机。日本时代研制的工厂化加工草块的成套装备，可实现计量、烘干分离、除尘压块及草料的运输、草块的冷却及包装，也可加工稻麦秸秆等，成品含水率在10%到13%。随后前苏联，英国，丹麦以及其他国家都先后的生产了符合自己国家生产实际的秸秆压块机，这种新兴技术被广泛应用开来，大大提高了秸秆资源的可利用率。秸秆压块机的主要类型有环模式、柱塞式、圆锥螺旋推进式以及缠绕式压块机。设备的作业型式主要有两种：一种是田间流动式作业，一种是工厂化作业。其发展趋势为：提高生产率，降低成本，节省能源，实现微机自动化控制等。我国是从90年代各研究所和生产厂家才开始研究压块设备，现在国内使用的主要类型是环模式压块机。虽然随着我国改革开放的伟大进程，综合国力的显著增强，科学技术的不断迅猛发展，现在的设备与以往不可同日而语，有许多企业和科研机构都研发出比较有科技含量的设备并应用于实践，但生产稳定的设备并不多，主要原因是技术并没有完全成熟，生产成本过高，功耗大，并且价格高昂，这给秸秆压块机的普及带来巨大不利。二、论文（设计）研究的内容1. 重点解决的问题(1).压块机传动装置的传动方式；(2).设计参数的合适选择； (3).环模结构分析。2. 拟开展研究的几个主要方面（论文写作大纲或设计思路）(1).压块机原理及结构确认；(2).压块机总体结构设计；(3).秸秆切碎装置设计；(4).上下料机构设计；(5).压块机压头机构设计；(6).压块机行走及驻停机构设计。3.本论文（设计）预期取得的成果 结合具体的设计要求，通过学习及查阅相关方面的资料，全面的了解和掌握压块机的工作原理和结构，完成压块机总体结构设计及相关功能部件的设计，对关键部件的强度进行有限元分析。最终完成论文、压块机的3D模型、2D工程图（装配图、零件图）、关键件有限元分析报告、外文文献翻译三、论文（设计）工作安排1.拟采用的主要研究方法（技术路线或设计参数）； 首先采用文献研究法，通过阅读有关论文、图书及相关资料，针对具体的设计要求，着重从理论及结构上对国内外现有秸秆压块机进行全面的了解；第二，采用Top-down设计方法，进行整机功能划分；第三，利用3D设计方法，逐一进行各机构、部件的设计，确定零件尺寸及进行干涉检查；第四，有限元分析法，利用有限元分析模块对关键部件进行强度分析2. 论文（设计）进度计划第1周：查阅相关文献，收集资料，了解设计内容；第2周：翻译外文文献，完成相关工作；第3周：分析归纳文献，撰写文献综述，确定研究方法，撰写开题报告；第4周：整理开题报告、文献综述，开题报告答辩；第5周：小型秸秆压块机总体方案设计；第6周：开展切碎装置设计的工作;第7周：整理已开展的工作，中期检查；第8周：进行上下料机构设计；第9周：；开展压头设计（曲柄滑块机构）的工作；第10周：行走及驻停机构设计；第11周：进行关键部件的有限元分析，校核其强度；第12周：系统整合，进行总装配；第13周：生成、完善2D和3D图纸；第14周：修改完善设计说明书；第15周：完善毕业设计各项内容；第16周：做好答辩PPT，提交论文，准备答辩。四、需要阅读的参考文献1周开勤. 机械零件手册(第四版)M.北京:高等教育出版社,2014. 2孙恒，陈作模.机械原理(第七版)M.北京：高等教育出版社，2006. 3濮良贵,纪明刚.机械设计(第九版)M北京：高等教育出版社，2013. 4美伯尔著,汪一麟等译机械分析与机械设计M. 北京:机械工业出版社，2012. 5 章日晋等编.机械零件的结构设计M.北京: 机械工业出版社，2014.6王守忠, 陈爱荣. 车床自动压印装置的研制J. 机电产品开发与创新, 2012(02)：158-159.7赵润福,魏炯. 秸秆压块机的分类及选用J. 农业机械化,2014（04）：57-59.8岳苓. 链板、刮板复合型压花器J. 制造技术与压花机，2009（05）：140-141.9古今学. 我国产业的现状与发展现状J. 国土资源高等教育研究，2005（10）：60-62.10曾家驹, 王懋荣, 廖德刚. 机械制造技术(现代技术部分)M . 北京: 机械工业出版社, 2014.11 G. J. Goroyias , M. D. Hale. The mechanical and physical properties of strand boards treated with preservatives at different stages of manufactureJ. Wood Sci Tech, 2004(38): 93-107.12刘欣. 玉米秸秆饲料压块机的设计研究J. 农业科技与装备.2012.(07): 32-3313付敏，郭婉丽，梁栋. 生物质压块成型设备研究现状J. 科技创新导报.2015.（17）：137-141.附：文献综述文献综述随着化石能源的日益枯竭，其替代品新能源和可再生能源的开发及利用成为各国研究的重点，而对中国这样人均能源资源占有量很低，且分布极不均匀的发展中国家来说则显得尤为重要。目前，作为能源的生物质主要指农业、林业及其他废弃物，如各种农作物秸秆、油料作物及木材加工废弃物、城市工业有机废弃物以及动物粪便等。据统计， 我国现在每年的秸秆产量约为7亿t，扣除一部分用作饲料和其它原料，作为能源利用的达3.76 亿吨。植物秸秆原料质地松散、体积大、热值低、不便运输和贮存，采用秸秆压块机使秸秆致密成型，便可成为高品位燃料。秸秆成型燃料具有密度高、便于运输和储存、形状和性质均一、燃烧性能好、热值高、适应性强、燃料操作控制方便等优点，可用于锅炉和煤气发生炉，也可用于工业、家庭和农业、园林的暖房取暖。我国作为农业大国，植物秸秆资源丰富，因此，秸秆能源将会成为一种发展前景非常可观的替代能源。目前，秸秆压块机主要分为螺旋挤压式成型机、活塞冲压式成型机和环模式成型机3 种机型。根据物料的结构特点，在设计过程中，采用环模式可移动式秸秆压块机，利用Top-down的设计方法，完成总机设计。本设计共包含四大部分：切碎装置、自动上下料机构、压头（曲柄连杆机构）、行走及驻停机构。结构设计完成后，利用有限元分析软件对关键零部件进行强度校核。秸秆压块机主要由电机、进料机构、进料斗、皮带轮、皮带、保护罩、环模压缩室和底座组成，环模式秸秆压块机工作时的挤压方式属于开式压缩，利用环模、压轮和物料3 者间的摩擦挤压作用使短段散状物料成型。压块机的传动方式采用皮带传动，皮带传动具有过载保护和缓冲吸振的能力。环模是压块机最重要的构件之一， 其性能好坏直接影响压块机性能。由于环模、压轮和物料3者之间挤压摩擦， 尤其是物料在环模孔内受到的高压摩擦和物料本身受力变形， 消耗的能量以热能的方式放出，使环模和物料温度升高，导致环模的磨损加快，使用寿命缩短。一、我国秸秆压块机设计的发展现状 我国从20世纪80年代引进并开始致力于生物质压缩成型技术的研究。南京林化所在“七五”期间开展了对生物质压缩成型机的研制即对生物质成型理论的研究，目前我国成型机的生产和应用已形成了一定规模，热点主要集中在螺旋挤压成型机上，但是仍然存在着很多问题，因此有待于进一步深入研究。中国从20世纪80年代引进螺旋推进式秸秆压块机，生物质压缩技术的研究开发已有二十多年的历史。当时,一些科研单位和生产企业借鉴欧、美发达国家的先进牧草加工技术和设备,结合我国秸秆综合利用的具体国情,开发研制出机械化秸秆压块饲料设备进行试验生产。目前,在国内从事该项技术研究、生产的大专院校、科研院所、国有和民营企业已达数十家。河北省石潜集团研制的9JG-1500型秸秆压块大型成套设备和中国农机院内蒙古分院研制的9YK-0. 4D型小型秸秆压块机是较有代表性的产品,并已小批量投放市场。机械化秸秆压块饲料技术作为新生事物,还刚刚起步,在国内发展速度不一,河北、内蒙古等省份发展较快。如河北省为加快该项技术的推广步伐,实施了“机械化秸秆压块饲料示范项目” 。2011年由省财政拨出150万专项资金,首批选择了条件较好的5个项目县进行示范,生产玉米秸秆压块饲料。2012年省财政又投入200万元建立了10个项目县进行示范推广。有关项目市、县也都投入了相应的配套资金。在示范点的带动下,一些民间资金也被吸引到秸秆压块饲料项目的投入上来。据不完全统计,全省已建成各类秸秆压块饲料生产企业近40多家,年产秸秆压块饲料生产能力已接近10万t ,机械化秸秆压块饲料技术得到了快速发展。但从国内总体情况来看,多数省份发展较为缓慢,部分省份还是空白,机械化秸秆压块饲料技术的推广应用尚处于试验、示范的初期。秸秆压块饲料生产设备亦属于产品介绍期,其性能、质量仍存在一些不足,有待进一步改进提高。二、世界秸秆压块机设计的发展现状早在1954 年，美国约翰迪尔( John Deere) 公司就研制成功了世界上第一台移动式压块机，从1965 年起先后生产了400 型田间捡拾压块机和390 型压块机。此外，美国兰代尔( Lundell) ，西德法尔( Fahr) ，威利格尔( Welger) ，丹麦塔鲁普( Taarup) ，法国里维尔( ivierrecasalis) 和日本时代制铁有限公司也生产了多种型式的青、干草压块机。20 世纪60 年代，苏联开始引进和研制饲草压块机，制造了相应的成套设备。国外技术发展有以下几个特点：一是生产技术大部分已经成熟，并达到规模化和商品化；二是已经由过去烧壁炉的生活用能为主转向了生产阶段：设备制造比较规范，耗能较高，成本较贵，同等生产能力的设备是国内的5-6倍，在发达国家中，生物质能研究开发应用主要集中与气化，液化、热解，固化与直接燃烧等方面。美国2014年生物质能供应量72Mtoe，越战美国能源供应总量的3%，计划2030年达到30%。欧盟2003年25国生物质能消费量69Mtoe，约占欧盟能源总消费量的4%。国外生物质致密固化成型产品的发展分为三个阶段，从20世纪30-50年代为研究、示范、交叉引进阶段，研究的着眼点以代替化石能源为目标，20世纪30年代，螺旋式成型机在美国开始设计生产，同时现代化的活塞式成型机也在瑞典、德国得到推广。20世纪70-90年代为第二阶段，各国普遍重视化石能源对环境的影响，同时由于出现了能源危机，生物质压缩固化成型燃料发展很快，西欧及日本等国家已成为一种产业，1984年日本已有172家工厂生产秸秆压块机进行生物质压缩固化成型燃料。第三阶段为90年代后，首先以丹麦为首开展了规模化利用研究工作，随后瑞典、德国、奥地利等国都相后开展相关研究，联合国也将此作为重点研究开发研究项目。三、我国与世界强国的差距 虽然我国近年来发展速度较快并取得重大进展，但于世界强国相比还有一定差距，主要表现在从国内总体情况来看,多数省份发展较为缓慢,部分省份还是空白,机械化秸秆压块饲料技术的推广应用尚处于试验、示范的初期。秸秆压块饲料生产设备亦属于产品介绍期,其性能、质量仍存在一些不足,有待进一步改进提高。四、未来1015年中国秸秆压块机的发展趋势秸秆压块机技术能充分发挥农作物秸秆的价值,提高利用率,具有显著的经济效益,良好的社会效益和生态效益。在秸秆综合利用方面又探索出一条新的有效途径,在总结经验的基础上继续研究治本的措施”的指示精神,是一个具有广阔发展前景的新型秸秆综合利用技术。1、符合产业发展政策,保护生态环境,发展方向正确在农业产业结构调整过程中,许多地方已把畜牧业作为发展重点,并逐步发展成为大农业的第一主导产业牧区禁牧和小区集中饲养将使饲料供应成为发展畜牧业的关键问题,秸秆压块饲料的出现有效解决了饲料问题,顺应了畜牧业发展的需要。农作物秸秆用于饲料,既可变“废”为宝,又可杜绝焚烧秸秆现象,减少环境污染,而且秸秆过腹还田还充分提高了肥效,顺应了“绿色、环保、高效”农业的发展方向。 2、经济效益显著,市场需求量大,发展动力强劲玉米秸秆饲料市场价格在300 400元/ t之间,高时可达450元/ t。生产成本一般在200 250元/t之间,利润率30% 以上,生产企业2年左右即可收回成本。畜牧养殖场每年需要大量的饲料,以养牛为例,一头牛平均每年就要消耗4 5 t饲料,一个养几十头牛的小型养殖场就需上百吨的饲料。每年冬、春两季更是饲料青黄不接时节,贮备秸秆饲料成为有效办法。随着畜牧业的发展,饲料的需求量还会增加,所以秸秆饲料的市场需求潜力巨大。经济效益和市场需求为秸秆压块饲料快速发展提供了强劲的动力。3、增加农民收入,易于农民接受,群众基础广泛农民直接交售玉米秸秆的价格约40 60元/t; 如果农闲时将秸秆风干、粉碎加工成半成品交售价格可达100 120元/ t。与秸秆青贮饲料相比,虽然秸秆的直接交售价格相近,但对秸秆的收获期没有限制,不要求秸秆新鲜、青嫩,收获、交售时间较为充裕; 而且还可以充分保证玉米生长周期,不会降低产量。秸秆压块饲料技术成为一项增收效果明显、惠及面广泛、每户农家都可以参与的新技术。4、原料取材广泛,数量巨大,发展基础雄厚农作物秸秆可以永续生产,是可更新、可再生资源。全国农作物秸秆年生产量6亿t以上(玉米秸秆约2. 2亿t) ,其中只有20% 用作草食性动物家畜饲料,用作秸秆还田或燃料等用途的占60%以上,可用于生产压块饲料的秸秆数量巨大,遍布全国粮食主产区,为秸秆压块饲料长远发展打下坚实原料基础。5、营养价值良好,饲喂储运方便,产品特点鲜明农作物秸秆中均含有较高的营养成份,其中玉米秸秆粗蛋白含量可达5. 7% ,与普通牧草粗蛋白6% 9%的含量较为接近。玉米秸秆压块饲料经过“熟化”以后提高了营养价值,改善了适口性,并可根据具体需求增配添加剂,进一步提高营养价值。秸秆压块饲料以1 8 1 10的压缩比缩小饲料体积,高温加工杀灭有害霉菌,故运输方便、贮存安全、节省场地,是牧区冬季饲养牲畜、防灾减灾的最佳饲料。饲喂时只需将饲料按1 1的比例用水喷洒即可食用,简单易行。因此,秸秆压块饲料被称为牛羊的“压缩饼干”、“方便面” ,其鲜明的特点为饲养牲畜提供了极大的方便。9!【包含文件如下】【机械类设计类需要定做代做的咨询购买企鹅97666224】.bat1.txt大带轮.dwg套筒.dwg带轮轴.dwg开题报告.doc机架.DWG机架端盖.dwg法兰.dwg环模端盖.dwg秸秆压块机装配图.DWG设计说明书.docx进料斗.DWG摘 要秸秆压块技术是随着时代发展而来的，是适应于农业发展的，这种技术将秸秆这种废弃的资源进行有利的整合以及再回收的利用，将秸秆这种被闲置的资源进行致密压紧处理过程之后，形成块状的产品之后更能够更好的储存方便，这种新技术也越来越受到人们的欢迎，也受到科技人员更多的重视。本次设计主要是对压块机这种机器设备进行结构分析以及一些必要的计算过程说明，研究的主题为环模式的秸秆压块机，通过对环模的内径以及外径等众多因素的分析整合，从而设计出最为合适的尺寸以及一些必要的参数要求。再者通过绘图软件，对设计的产品进行构图之后，完成总体的装配，与此同时，在这种情况下为了提高输料的能力，选用的是螺旋式的输送杆等进料装置。最后从现实生活中的实际生产情况来说，将整体的尺寸进行合理的优化并最终确定一些必要的设计要求参数，使秸秆压块机设备能够运转工作的更高效更能使利益最大化。说明书从分析秸秆压块机的历年来的发展过程以及各自的优缺点入手，进而着重对内部结构进行一定的剖析来最终确定设计方案，得出最终的设计图纸。关键词： 秸秆资源；机械结构的设计；压块机器；环模结构ABSTRACTStraw briquette technology is developed over time, and is adapted to the agricultural development, This technology will make the waste material better integrated and recycled, After a tight compression of the unused resources,Its more convenient to store when the product block.The new technology is also becoming more and more popular with people from technology.This design is mainly for the structural analysis of the machine equipment and some necessary calculation,The subject of the study was the loop pattern straw press,By analyzing the inner diameter and outer diameter of the ring, the paper designs the most suitable size and some necessary parameter requirements.Also through drawing software,after three dimensional composition of the design product,completing the overall assembly.At the same time, in this case, in order to improve the ability of the material, it is a spiral conveyor.And finally, in terms of actual production in real life,optimize the overall size and finally determine the necessary design requirements parameters,It maximizes the benefits of making the straw press equipment?.The specification starts with the analysis of the development process of the straw press and the advantages and disadvantages of each.Then the internal structure is analyzed to determine the design,make the final design drawings.Keywords: straw resources; Mechnical structure design; Block making machine; The ring structure目 录摘 要IABSTRACTII引 言51. 方案的选择比较61.1 秸秆压块机种类的简单介绍及比较61.1.1 铸模式压块机的优缺点61.1.2 挤压式压块机的优缺点71.1.3 平模式压块机的优缺点71.1.4 环模类型压块机的优缺点81.2 传动机构的选择81.2.1 齿轮传动81.2.2 连杆机构91.2.3 带传动101.3内部结构的选择101.3.1 三辊结构101.3.2 双辊结构112. 方案的总体设计 122.1 压块机结构的主要组成 122.2 主电机功率P的选择122.3 环模结构的分析与计算132.3.1 环模和压辊的结构关系132.3.2 压辊和环模的受力分析142.3.3 环模的单位功率面积152.3.4 压辊直径的计算162.3.5 确定环模的内径和外径162.3.6 环模的成型构造173.传动系统与动力系统的选择与确定203.1 选择设计的带轮203.1.1 计算功率的确定203.1.2 选择带轮的直径以及验算带的速度v203.1.3 带的根数的确定计算过程213.2 设计以及计算主轴的结构尺寸223.3 设计以及计算中间的传动轴264. 喂料机构的设计与计算284.1 螺旋式输送料机构的设计与计算284.2 进料料斗错误！未定义书签。附录1 外文译文错误！未定义书签。附录2 外文原文.37致谢.45小型秸秆压块机摘 要秸秆压块技术是随着时代发展而来的，是适应于农业发展的，这种技术将秸秆这种废弃的资源进行有利的整合以及再回收的利用，将秸秆这种被闲置的资源进行致密压紧处理过程之后，形成块状的产品之后更能够更好的储存方便，这种新技术也越来越受到人们的欢迎，也受到科技人员更多的重视。本次设计主要是对压块机这种机器设备进行结构分析以及一些必要的计算过程说明，研究的主题为环模式的秸秆压块机，通过对环模的内径以及外径等众多因素的分析整合，从而设计出最为合适的尺寸以及一些必要的参数要求。再者通过绘图软件，对设计的产品进行构图之后，完成总体的装配，与此同时，在这种情况下为了提高输料的能力，选用的是螺旋式的输送杆等进料装置。最后从现实生活中的实际生产情况来说，将整体的尺寸进行合理的优化并最终确定一些必要的设计要求参数，使秸秆压块机设备能够运转工作的更高效更能使利益最大化。说明书从分析秸秆压块机的历年来的发展过程以及各自的优缺点入手，进而着重对内部结构进行一定的剖析来最终确定设计方案，得出最终的设计图纸。关键词： 秸秆资源；机械结构的设计；压块机器；环模结构- 40 -ABSTRACTStraw briquette technology is developed over time, and is adapted to the agricultural development, This technology will make the waste material better integrated and recycled, After a tight compression of the unused resources,Its more convenient to store when the product block.The new technology is also becoming more and more popular with people from technology.This design is mainly for the structural analysis of the machine equipment and some necessary calculation,The subject of the study was the loop pattern straw press,By analyzing the inner diameter and outer diameter of the ring, the paper designs the most suitable size and some necessary parameter requirements.Also through drawing software,after three dimensional composition of the design product,completing the overall assembly.At the same time, in this case, in order to improve the ability of the material, it is a spiral conveyor.And finally, in terms of actual production in real life,optimize the overall size and finally determine the necessary design requirements parameters,It maximizes the benefits of making the straw press equipment.The specification starts with the analysis of the development process of the straw press and the advantages and disadvantages of each.Then the internal structure is analyzed to determine the design,make the final design drawings.Keywords: straw resources; Mechnical structure design; Block making machine; The ring structure目 录摘 要IABSTRACTII引 言51. 方案的选择比较61.1 秸秆压块机种类的简单介绍及比较61.1.1 铸模式压块机的优缺点61.1.2 挤压式压块机的优缺点71.1.3 平模式压块机的优缺点71.1.4 环模类型压块机的优缺点81.2 传动机构的选择81.2.1 齿轮传动81.2.2 连杆机构91.2.3 带传动101.3内部结构的选择101.3.1 三辊结构101.3.2 双辊结构112. 方案的总体设计 122.1 压块机结构的主要组成 122.2 主电机功率P的选择122.3 环模结构的分析与计算132.3.1 环模和压辊的结构关系132.3.2 压辊和环模的受力分析142.3.3 环模的单位功率面积152.3.4 压辊直径的计算162.3.5 确定环模的内径和外径162.3.6 环模的成型构造173.传动系统与动力系统的选择与确定203.1 选择设计的带轮203.1.1 计算功率的确定203.1.2 选择带轮的直径以及验算带的速度v203.1.3 带的根数的确定计算过程213.2 设计以及计算主轴的结构尺寸223.3 设计以及计算中间的传动轴264. 喂料机构的设计与计算284.1 螺旋式输送料机构的设计与计算284.2 进料料斗错误！未定义书签。附录1 外文译文错误！未定义书签。附录2 外文原文.37致谢.45引 言中国是一个以农业为基础的大国，土地富饶而且十分的广阔，在广袤的土地上种植着各种各样的农作物，养育着十几亿的人口，当然农作物除了作为粮食之外，剩余的部分也 可以成为生物质能源，被重复综合利用。其中分布最为广泛的当属秸秆这种生物质能源了，以往由于人们环保意识的缺乏以及对于生物质能源利用方面认识的不足，这种能源不是被人们焚烧就是随意丢弃，这不仅是对环境的肆意破坏，也是一种能源的浪费。随着年代的进步以及科技的不断发展，人们对于环保愈发的重视，对于在农村这种广泛废弃的能源的利用开发变得具有重大的实际应用前景，同时给予我们新时代的科技人员更大的发展平台，能够更好的研发这种“变废为宝”，对生物质能源更好的综合利用的设备，因此对于秸秆压块机的研究具有不可磨灭的实际价值，这对于我们今后科技技术发展的研究方向有着显著的指导作用。秸秆压块技术不仅能够把农作物饲料秸秆的使用价值发挥到极致，也能够使这种生物质能源的利用率得到大幅度的提升，这就使这种技术的研究具有明显的经济效率，优良的社会以及生态效益。同时，秸秆压块技术又为我们提供了一条崭新的途径去探索秸秆的综合利用及提升，根据往年的经验进行总结继续探索研究“治本”的方法，我们可以说秸秆压块技术是我们新时代条件下一项重大的突破，新型的秸秆压块的综合利用具有十分远大的广阔的研究前景，为未来的生物质能源的综合利用研究奠定了广大的研发平台。纵观秸秆压块机的发展历程，螺旋式的挤压型压块机、活塞式的冲压成型机以及具有环模结构的压块机3种型号的机器。分析理解过材料物的结构的特点，在接下来的设计的主要过程中 ，选用环模型结构的秸秆压块机 ，采取的设计，主要是近似于Top-down这样的设计思路，最后再进行总计装配。之所以采用环模式的结构，是因为这种形式的结构可以使生产率得到很大程度的提升，能耗大幅度的降低，工作的稳定性得到增强等等优点。现如今也得到了广泛的应用，秸秆压块的产量也在逐年增加，加上科技人员的不断改革创新，我们也在一步步的与国际顶尖水平接轨。1. 方案的选择比较1.1 秸秆压块机种类的简单介绍及比较对于我们来说，秸秆压块是一项崭新的科技技术，它在世界上最初是出现在五十年代中期的，而我国开始引进这一技术的起始时间大约也是在20世纪的80年代，生物质这种能源可以进行压缩的处理方式达到所需的要求，并且在政府的大力支持下可以得到快速的研究以及发展，现如今已经可以有一定得成熟程度，在90年代各个研究所以及各个省市的的生产厂家已经开始研究制造压块的设备机器，发展到今天所取得的成就我们也有目共睹，类型与型号也更加趋于多样化。从最初的铸模压块机到后来的挤压压块机再到平模式，再到现在最普遍使用的就是环模型的秸秆压块机。虽然种类型号不一，但环模式秸秆压块机研究的进展确实为我国的生物质能源作出了重大贡献。1.1.1 铸模式压块机的优缺点优点：铸模式这种种类的压块机的特点十分明显且具有代表性，内部结构中最重要的部分即是压辊结构，而且他们的形状是完全一致的，在运转工作期间，两个棍子做类似于旋转的相对运动，而且每一个压辊上都具有着一个明显的特点那就是：半个球形的凹状形状的坑，通过这种设备颗粒加工出的密度比较低，强度也是比较小的；缺点;因为要保证在运转的过程中，压辊上的两个半球具有比较良好的配合情况，所以这种类型的压块机要求安装的精度非常高,但与之相对应的是这种设备的生产率却很小并且消耗的功耗非常大等。图1.1 铸模型压块机1.1.2 挤压式压块机的优缺点优点：挤压压块机的压辊结构类似于齿轮的形状，材料物有一个螺旋型的输送杆向前逐渐推进，最后到达模孔处挤压成柱状的产品，在外缘均匀分布着刀具，在做旋转运动的时候将柱状的成品会切成颗粒状的产品，很显然这种设备与之前的机器设备相比生产率得到了较好的提高；缺点：由于来回的摩擦挤压作用造成机械部分的结构非常容易受到磨损破坏，由此造成的后果就是制造的成本相对较高等。图1.2 挤压型压块机1.1.3 平模式压块机的优缺点优点：平模结构的设备最大的特点就是它的滚轮在中心轴处来回转动、模板在水平方向上得到固定，并且模板上会分布着挤压的孔，生产率较之前的已有的机器有了大幅度提升、机械的磨损量又有所减少等缺点：但是因为在平模和直辊运动的过程中会有接触的地方，在这个地方运动的线速度的径向的方向会有所不同，在这种情况下制造生成的成品的质量变得比较不均匀，而且模辊也会由于摩擦的种种原因磨损的速率变得较快，这样造成的后果最具有代表性的就是模辊表面的表面质量会遭受到一定的破坏。图1.3 平模式压块机1.1.4 环模类型压块机的优缺点优点：环模的结构的挤压方式属于开式压缩，具有不止一个的压辊以及表面分布着许多模孔的环模，由于这种类型的机械设备的稳定性得到了大幅度的提高，因此发生故障的概率也会大大降低，并且模孔出料变得十分均匀，得到产物的质量相对以前会有显著的变化，反而随着生产效率变高，消耗的能量却随之减少，操作也变得十分简单方便。缺点;环模压块机运转时速度较高这样会容易导致产料排出时的破损率可能较高。图1.4 环模式压块机综合上面说的几种情况，环模型的秸秆压块机从产品的生产情况，能源的消耗情况，产品的密度以及质量情况等方面考虑，与其他几种类型的压块机相比较而言都具有较大的明显优势，因此本次设计选用的环模式的压块机研究的价值以及应用的前景还是十分广泛的。1.2 传动机构的选择1.2.1 齿轮传动优点：齿轮运转工作时所需要的空间比较小，结构也十分的紧凑，相比于其他的传动方式传动比也比较稳定，寿命比较长，工作具有较强的可靠性，效率高，速度和尺寸选择的范围比较大；缺点：因为齿轮的形状比较特殊，所以齿轮的制造过程以及对于安装精度的要求相对于链传动，带传动或者连杆运动都高，价格相对于以上列举的其他的方式也贵得多，并且齿轮对于适宜工作的场合具有较大的局限性，比如那些对于传动的距离要求非常大的场合，齿轮传动就会显得十分吃力，进而并不适合那些场合。 图1.5 齿轮传动简略示意1.2.2 连杆机构优点：使用这种结构能够在多种形式之间的运动来进行转换，由于连杆运动上的各点的运动轨迹所形成的运动曲线有多种对样的变化形式，这样就可以将生产过程中的各种工作要求应用到实际，另外润滑较为方便，不容易收到磨损，构件成杆状，制造的过程比较简单并且传递的路线相比较而言较长；缺点：虽然连杆运动具有多种多样的曲线运动形式，但是因为构件和运动副的数量很多，如果想要将任何可能的运动规律都尽可能地实现的话，就会显得十分不足，并且在这种情况下造成的累计误差非常大，运动精度较低且效率不高，在运动过程中会比较容易引起动载荷的产生，不适宜高速运动。 图1.6 连杆机构传动示意1.2.3 带传动优点：对于两轴的中心距离要求并不高，也适合于较大的场合，带传动的带有十足的弹性，这样可以使冲击造成的破坏力降到最低，起到过载保护的作用，结构较其他类型的传动方式简单，传动的平稳性强，设备需要的造价低廉而且所需要的维护费用少。缺点：因为带传动会由于相互之间的摩擦而导致弹性滑动以及打滑的现象的出现，由此会导致传动比变得不稳定的现象发生，带传动这样的方式最大的缺点就是会使轴以及轴承上会有相对来说很大的力，造成的后果就是会造成带的寿命不长。 图1.7 带传动从经济方面以及实际生产过程中的问题的因素综合考虑，因为带传动的优势十分明显，譬如它的机械结构相对来说十分简单，制造成本低廉，不像齿轮的传动十分的昂贵，连杆传动使用的局限性有十分的大，所以综合考虑拟采用带传动这样的传动类型最为合适。1.3内部结构的选择1.3.1 三辊结构优点：三辊结构非常适合于具有较高粘度的材料物，对于这种材料具有最有效的研磨以及分散效率，性价比相对来说也是比较好的，使用的寿命相对来说比较长，适合于大型工厂：缺点：这种结构较为复杂，使用过程中的所需要的维修费用比较高，因此造成的使用成本大，所以非常不适合于大批量的生产等。 图1.8 三辊对称结构模拟1.3.2 双辊结构优点：双辊结构对于材料物的成型具有较高的效率，并且能够实现大批量的连续不断地生产，设备机器的平稳性良好；缺点:因为物料的成型质量与压辊之间的缝隙紧密相关，所以对于棍子的安装的精度要求较其他类型较高等。 图1.9 双辊结构工作模拟综合市场上常用的结构类型以及生产的实际需要，本次设计采用双辊的结构能够实现较好的期望，产品的质量也有所保证，且耗能少，符合各方的要求。 2. 方案的总体设计 2.1 压块机结构的主要组成 2.2 主电机功率P的选择主电机的功率和制成产品的的效率以及环模的内径都有着密不可分的关系。当做设计时我们不仅应该了解制成产品的产量（根据国家的标准和直径为5 mm的小孔为准），而且更应该清楚地知道制造每吨成品的所消耗的电能指标，这样就可以简单粗略的计算出主电机的功率 P，根据材料的特质，可知按照国家标准取制造每吨成品的标准电耗为，由此可得主电机功率的计算公式为： （2.1）考虑到现实情况，由于如今设计的秸秆压块机是小型的，拟设计的设备的产量为1.5t/h，根据已有的公式可以计算出主电机的功率为首先通过选择电机的额定的转速为，最后可以将电机的类型确定为YTC型的电磁式的调速异步电动机。2.3 环模结构的分析与计算2.3.1 环模和压辊的结构关系压辊与环模两者之间的缝隙对秸秆压块机设备的生产产量和性能有着无法忽略的作用。当环模与压辊之间的缝隙较小的时候，由于材料物在模块以及压论之间受到挤压作用从而非常容易被切断，这样的话不会有藕断丝连的现象发生，避免了功率的浪费和消耗。但凡事都有一个度，如果间隙过小，反而会造成金属之间的互相摩擦，这样造成的后果就是会使压轮的表面和环模的结构两者之间的相互磨损的速度会变得加快，而且在空载工作运转的期间，这种现象就会变得尤为突出，所以磨损这种现象所带来的负面作用也会变得更加突出明显。与之相反的情况，如果两者之间的缝隙变得非常大的时候，摩擦作用反而变小，但是却会对机器设备的效率造成不小的影响。有一种方法可以进行调整，那就是通过调节齿套，使偏心轴发生转动，这样就可以改变环模和压轮之间的距离大小，通过这种手段可以将我们对于产品的需求合格率提升以及机器设备的负面影响作用降到最低。 压辊和环模这两个部件是秸秆压块机最主要的工作部件，而且环模的直径的确定与诸多因素相关联，譬如需要根据与之相匹配的动力，成型孔的长度和模孔的分布数量，而且这些原因有会受到机械结构的相互影响以及相互制约。如果环模的直径可以得到确定的值之后，压辊的直径也必须与之相配合，另外，确定的压辊的直径数值大小对于材料物压入模孔的力度具有不可忽视的影响，压辊也可能能够使材料物发生变形，并且由此可以产生相对滑动的现象，如果没有滑动的现象发生时，这种条件下的直径是最佳的状态。反过来说，饲料的环模压缩比有一定的范围，通常情况下是1：8-1：3，除此之外，粗糙度也是一个标准指标去评断压料机构的成功与否，如果粗糙度很大时，这不仅会造成出料的困难，而且也会对产物的表面质量产生重要的影响，因此必须有一个范围来进行约束，最佳的粗糙度值定为0.8-1.6是最合适的。2.3.2 压辊和环模的受力分析秸秆压块机工作的主要部件是环模和压辊，采用这两种结合使用的主要目的是这种机构能够使材料物比较平均的输送到调质装置中，这样原来的材料就会继续进入到制粒的装置中。原来的材料在压辊和环模的双重挤压下，就会从模孔中出来变成一块块的颗粒产品。从工作过程的角度深层次考虑，因为在环莫压块的全过程中，物料在压制区的位置会随之变动，那么所受到的压紧力理所应当的有所不同。总体来说，我们可以将这个过程中的受力区分为4个，分别为提供材料的区域、物料受到压力的区域、材料挤压成型的区域以及最后的成型区域。图2.3 4个分区 在提供物料的区域，材料物大体上都不会受到机械的外力作用，在这个区域材料物基本上是处于松散的自然状态，但是当它由于环模圈的回转作用就会受到由此产生的离心力的作用，这样使物料就会紧紧的贴在环模的内圈上，接下来模棍会进行旋转运动，这样材料物就会被压迫着进入到压紧的区域，在这个区域里，模棍相互之间的挤压作用，就会使材料物之间发生相对移动的现象，这样就会使孔之间的缝隙慢慢的减小。因为材料物会不断地向前移动，在这个过程中，速度也会不断的变大，随之而来的就是使得物料收到的挤压的压力在不断地增加，孔与孔之间的间隙也会随之变得不断减小，但是材料物的整体却大部分不会产生形变这种现象。接下来在挤压的区域，由于模棍之间的缝隙渐渐变小，这就会使得受到的挤压的压力快速的增加。在这一区域，物料会发生相应的形变，料筒也会变得紧实而充满了整个模孔，而且在模孔内部，会继续接受新的粉料的进入，这样的结果就是会使饲料变得不断地向外侧移动，从而排出模孔。在这一个时间点的情况下，受到的挤压力的大小的最小值也必须要以克服模孔的内料柱内部的摩擦力的总和为标准。2.3.3 环模的单位功率面积单位功率面积的含义是指压粒所使用的主电机当消耗每千瓦功率时与之相对应的环模具有的有效作用的压带面积（mm），同样地它也是一个重要的参考因素去衡量秸秆压块机性能好坏的与否，也可以作为一个主要的参数，在设计压块机中发挥着十分重大的作用。但是这个参数必须在一定的范围内才能具有最佳的效果，因为如果这个参数太大，就会引起主电机发挥功能作用的功率趋于偏小，进而会产生载荷过大的后果，与之相反的情况就会造成能源的大量流失，由此看来单位的功率面积一定存在着一个最佳的取值范围，这样才能使利用率达到最高水准。目前综合国内外的实际情况来看，功率面积的取值范围一般是在每千瓦每平方毫米2000-4000内取一最佳，本次的设计过程中取值为2500，因为这样可以使压块机的工作性能具有最高的稳定性，并且可靠性十分良好。再由此可得单位功率面积的计算公式为： （2.2）S-有效面积(mm2)D-内径(mm)b-压带宽（mm)其中取，所以2.3.4 压辊直径的计算压辊把材料物挤压进模孔内，进而会受到压力从而能够达到成型的目的，但是同时为了使材料物能够顺利地进入模孔之中，这两者之间存在着摩擦力为一个必要条件，因此可以将把压辊的表面做成不同程度的粗糙程度，这样就可以防止压辊打滑.环模秸秆压块机的压辊一般只取2-3只，特殊情况下可以取到多只。由于所选择的压辊的直径大小会对在压制材料物的过程中物料都进入角产生直接较大的影响，因此在条件允许的情况下，采用的辊的直径应该越大越好，这样能够保证机构的稳定性。双压辊这种类型的环模结构为主的压块机，压辊的直径d和环模的内径D有一定的关系，表达式应为：,所以,一般的情况下d与D的数量大小关系常为： （2.3）取k的值为0.45，根据前面的计算过程得到：，所以由此可以计算得出，取整可以取d的值为150mm。图2.4 压辊3维立体图2.3.5 确定环模的内径和外径当确定设计的环模转速的时侯要考虑的因素其实有很多，因为虽然制料的产量与环模的转速并没有直接的像正反比这样的比例关系，但每个事物都确实存在着在一个最佳范围，所以环模转速也在一定的范围内存在最佳的物料产出量，同时若转速过高反而会把压制出来的产物甩断，影响成型的效率这也就意味着产会有所下降，在设计环模的内径尺寸的同时考虑到环模这种结构在工作的过程中很容易引起离心力现象的发生，产生的离心力大小与转速的大小成近似正比的关系。在充分考虑以上种种原因之后以及现有的对于制粒机构研究的成果，环模结构的转速应该与环模内径的线速度有一定关系，线速度的值大体上都在这一个范围之内，环模的转速也应该控制在100-400r/min这一最佳的范围之内,因此选定转速，线速度，再根据有环模的内径速度计算公式可以得到 （2.4）可得=334mm （压辊内径）环模厚度与选择的物料的特性与模孔的孔径有关，如果加工的饲料不同，那么选用与之相对应的最佳直径比就十分的有必要，这样获得的颗粒才是最高质量。欲选择模孔的半径是15mm，与之相对应的每一个模孔的深度为60mm，这种情况下的模孔半径与模孔深度之间的比例关系如下 （2.5）由此可的环模内径为334mm，外径为434mm。2.3.6 环模的成型构造运用绘图软件对环模进行3维的整体构造，实体建模可以得到如2.5所示的立体图。 图2.5 环模结构三维 再应用solid works 3维软件对于环模结构进行施加载力如图所示图2.6 环模结构施加载荷后的受力再进行3维模拟仿真，观察每一部分对于压力的承受能力，对于比较容易受到破坏的部分采用优化设计的步骤对其进行修正，力求能够做到受力均匀。使环模的寿命能够达到设计的要求，进行分析之后还可以降低材料的更高效的使用，避免不必要的浪费。结果仿真图如2.7所示图2.7 受力结果示意由受力云图和计算结果显示设计符合要求并不会产生过大的形变，质量有所保证，尺寸合理，设计达标，所以生成二维图如下所示图2.8 环模结构二维图3.传动系统与动力系统的选择与确定因为载荷的变更幅度较小，所以带传动类型选择普通V带传动，带轮的减速比初步选为1：4，选择两级带轮减速，所以每级的减速比为1：2.3.1 选择设计的带轮3.1.1 计算功率的确定根据机械设计所学，首先确定计算功率Pca。通过参考资料显示，可以通过查表8-8得到，现在拟选择的工作运转情况下的系数为,所以有公式： （3.1）V带带型型号的选择初选A型V带。3.1.2 选择带轮的直径以及验算带的速度v（1）按照表8-7以及表8-9，初步选定小带轮的直径为，（2）带速v的验算。有速度公式： （3.2）将确定的数据带入可得： 由于5m/sv30m/s，所以带的速度是合适的。（3）大带轮直径的计算 （3.3）计算所需的带长L和V带的中心距 (3.4） （3.5）根据参考资料可知，有带传动的中心矩公式： （3.6）由此初步选定中心矩a为350mm，又有带长公式: （3.7）（4）小带轮上包角的验算 （3.8）中心矩的变化范围 （3.9） （3.10）3.1.3 带的根数的确定计算过程单根V带的额定功率Pr。按照计算过程以及查资料可以得到，额定的转速，最后通过查表可以得到。再根据转速，传动比，以及选择的V型带的种类（A），查表可得。最后可以通过参考资料查表，可以得到，再有公式： （3.11）取z的值为4根。轴上载荷的计算过程根据可以作为参考的资料查表可以得到：A种型号带的单位计长度的质量为q=0.105kg/m，所以再有公式: (3.12)轴上的压力计算公式： （3.13）由上面的计算过程，可以得到的主要设计结论如下：选择使用带的类型为A型，数量为4，带的长度计算为1100mm。小带轮的直径计算结果为125mm，大带轮的直径计算结果为250mm，中心矩计算结果为350mm。图3.1 带轮3维图3.2 设计以及计算主轴的结构尺寸由公式 （3.14）A0取值为112，代入数据可以计算出，考虑到要有退刀槽的缘故所以初步选定轴的最小直径是65mm。接下来对轴进行强度校核的演算过程，详细计算过程如下：假设取每级传动效率为0.98，那么 （3.15） 根据材料力学的有关知识求解可得：施加载荷水平的面H垂直的面V支承反力F弯矩M总弯矩扭矩T根据计算结果按照弯矩和扭矩的合成应力来验证轴的强度是否符合标准情况下的要求，在校核的时候，只需要演算危险界面的强度是否符合要求，根据已经计算出的上表中的结果，带入已有的公式中，可得到计算应力的数值大小如下： （3.16）又因为轴的材料选择为45钢，并且经过调质的处理，根据机械设计一书中的表15-1可以查到标准的力学性能，所计算出的结果远远小于这一值，所以轴的设计是安全的。轴的弯矩扭矩图如下：图3.2 分析轴的弯矩扭矩图下面对于轴的疲劳强度进行比较精准的验证，同上的方法一样只需要对危险界面左右的强度进行校核即可。（1）在危险面的左侧：抵抗弯矩变形的系数 抵抗扭矩变形的系数 危险面左侧的弯矩 危险面上的扭矩 由此可得危险界面的弯曲应力应为 危险界面上的扭矩引发的切应力 因为轴的材料拟选择的是45钢，并且是经过调制过程的处理，最后再有机械设计一书中的表15-1可以查得 ， ，。因为采用的阶梯轴的结构形式，不可避免的就会有轴肩的缘故，如果要确定截面上形成的理论应力应该具有的集中的系数，我们可以依据机械设计中的附表3-2查取，在这里取为： ， 通过附图3-1可以查的轴的敏感系数为 ， 再有有效的应力集中的系数公式 （3.17） （3.18）再可以通过书中的附图3-2可以查得尺寸系数，在此取，然后再通过书中的附图3-3可以选择扭转的尺寸系数，在这里拟取为。由生产实践以及课本中对于材料的要求，轴的加工方式采用磨削的形式，最后可以通过附图3-4可以查得到表面的质量系数，在这次的设计中取，由于所选的轴的表面