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滚筒式揉搓机的实体设计,滚筒,揉搓,实体,设计
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学士学位毕业设计滚筒式揉搓机的实体设计学生姓名：戴美魁学 号：20054024104指导教师：万 霖所在学院：工程学院专 业：机械设计制造及其自动化中国大庆2009 年 6 月黑龙江八一农垦大学毕业设计摘要本设计在在论述研制饲草揉搓机必要性的基础上,设计了该机器的结构形式及其它主要技术参数，在原有滚筒式切碎器的基础上，进行滚筒式揉搓切碎器的设计。该机具有特制的喂入机构，以便于饲草更好和更快的进入揉搓室，揉搓室为水滴状，这样的形式能更好的对饲草进行加工。该机器结构设计比较合理，造价低廉，便于生产，其加工出来的饲草牲畜喂饲的要求。关键词: 畜牧业；饲草揉搓机；锤片AbstractIn this design in the development of forage grass on the need for scrubbing machine, based on the design of the structure of machinery and other main technical parameters, the original roller-chopped on the basis of a knife shredding disk scrubbing the design . The aircraft has a special feed, forage grass in order to better and faster access to the room scrubbing, scrubbing room for the drop-shaped, this can be in the form of better forage for processing. The machine design more reasonable structure, low cost, easy production, processing out of their livestock forage grass to feed the demand.Key words : Animal husbandry ; Forage grass rubber ; HammerII目录摘要IAbstractII目录 1.前言- 1 -1.1 青贮饲料收获机的研究价值及意义- 1 -1.2国内外研究现状、水平和发展趋势- 2 -1.3课题研究的基本内容和方法- 3 -2揉搓机的设计- 8 -2.1总体设计- 8 -2.2喂入机构- 9 -2.3揉搓室的设计- 12 -2.4切碎装置- 14 -2.5切割副的结构参数及刀片材料- 16 -3切碎机的生产率- 16 -4.切碎器中转矩- 16 -4.2确定扭矩- 17 -5传动方案设计- 18 -5.1选电动机- 18 -5.2传动部分的设计- 19 -6轴的设计- 24 -参考文献：- 27 -致谢- 28 -附录- 29 -1.前言1.1 青贮饲料收获机的研究价值及意义1.1.1青贮饲料收获的目的青、粗饲料在畜禽饲养中占有极为重要地位，约占饲料总量的6070以上。青饲料营养丰富，含有大量的蛋白质、维生素和矿物质等养分，它可以青饲。对青饲料的要求是：干物质损失不大于3%；泥土含量不大于13%；切碎长度约310cm，用甩刀式青饲收获机收获时长度约为2030cm。青饲料有许多优点，但不易保存，这是一个很大的缺点。为了全年平衡供应青饲料，就需要青贮饲料，既是在密闭的青贮容器内（如青贮塔、青贮窖等），通过乳酸菌的发酵，使所有微生物过程都处于抑制状态，达到长期保存的目的。1.1.2课题研究的意义秸秆是草食家畜的重要粗饲料来源。秸秆养畜，过腹还田，不仅可增产畜产品，为农田增加大量有机肥，促进农业生产的良性循环，而且是实现农牧结合的有效途径。发达国家大多有丰富的饲料谷物，或者有丰富的牧草，机械化和产业化程度均很高，对秸秆粗饲料的开发利用没有紧迫感。目前，我国秸秆饲用比例占秸秆总产出量的31%，其中近一半未经处理直接饲用。机械加工是提高秸秆利用率和饲用率以及实现秸秆粗饲料商品化生产的基础保障和重要手段。发达国家饲料作物的生产和应用十分普遍，秸秆加工设备多为适用于大型农场的青贮饲料联合收获机，无法适应我国广大农村不同经济、生产条件和养殖规模的需要。揉搓机在农牧业生产上和铡草机具有同样的普遍性和重要性。粉碎机型号、功率的种类繁多。饲料粉碎主要有击碎、磨碎、压碎、锯切碎四种。击碎适用于硬而脆的谷物饲料，锯切碎适用于大块的脆性饲料，压碎和磨碎适用于韧性饲料。目前各地生产的粉碎机，往往是几种方法同时使用。主要有锤片式、劲锤式、爪式、和对辊式四种。粉碎秸秆饲料适用锤片式粉碎机，对辊式粉碎机是由一对上转方向相反、转速不等的带有刀盘的齿辊进行粉碎，主要用于粉碎饼粕饲料。饲养牛、羊、家畜的秸秆，传统习惯都只是用铡切机切碎成段，牲畜的适口性差。而作物秸秆中含有丰富的营养物质，因基叶表面角质层及硅细胞的严密覆盖及细胞木质素的阻碍作用，阻碍了牲畜对其营养的消化吸收。为了解决这一问题，需要有适用的秸秆饲料精细加工设备，经过对秸秆的精细加工，适应牲畜的口感，提高牲畜的采食率和消化率。1.2国内外研究现状、水平和发展趋势饲草切碎机主要用来切断茎秆类饲料，如谷草、稻草、麦秸、干草、各种青饲料和青贮玉米秆等。按机型大小可分小型、中型和大型三种。小型饲草切碎机常称铡草机，农村应用很广，主要用来铡切谷草、稻草和麦秆，也用来铡切青饲料和干草。大型饲草切碎机常用在养牛场，主要用来铡切青贮料，故常称为青贮料切碎机。中型饲草切碎机一般可以铡草和铡青贮料两用。因此，机械加工质量对秸秆的利用是非常重要的。近年来，我国秸秆加工机械迅猛发展，但仍存在不少问题，满足不了畜牧业发展需要。因此，加快发展秸秆加工机具，重点解决提高生产率，降低能耗等问题，以适应我国畜牧业发展。我国农区饲养着大量的草食畜禽，夏、秋季一般农作物茎叶、树叶和野生杂草生长旺盛，产量较高，源源不断地向草食畜禽提供青绿饲料。而到了冬春季节，农作物收割、野生杂草停止生长，畜牧生产便进入一年一度的枯草季节，饲草供应不均衡的问题严重制约了畜牧业的发展。解决这一问题，除利用农作物秸秆和适度淘汰商品畜禽以外，在夏、秋牧草盛期，将牧草收割后，通过加工、调制、贮藏，无疑是解决阴雨天和冬春草缺的主要途径。目前牧草加工业（或产业化）在我国属于新技术产业，该产业的发展还处于起步阶段，为了发展牧草干草加工，并使之产业化，应当充分的借鉴引进和利用发达国家成熟的牧草收获及牧草产品加工技术，发展牧草的机械化加工。新型秸秆揉搓是一种集揉搓、铡切和混料为一体的新型粗饲料加工机械，是国家“九五”科技攻关成果和国家级重点推广新产品，其相关研究比较少，而有限元法是现代设计理论中强有力的设计方法之一，它可以解决用传统设计理论所不能解决的大量工程问题及科研问题。饲草切碎机按切割部分型式又可分为滚刀式和轮刀式两种。大中型饲草切碎机，为了便于抛送青贮料一般都为轮刀式，而小型铡草机则两者都有但以滚刀式为多。国外的切碎机主要是大型的螺旋式的切碎机，如New Holland生产的FX系列，具有型的斜面刀刃、双面刀刃可互换和76.1厘米超宽的FX切碎滚筒，只为达到一个目的而设计制造：低动力消耗、高切碎生产率。自动磨刀系统和切碎滚筒间隙自动调整系统，不仅精确保证切碎长度的一致性和提高青储质量，同时使发动机功率的有效利用率最大化。目前，国外的发展主要是提高效率和发动机功率的利用率及节约能源，将来的发展趋势则是朝着智能化的方向发展。目前，国内农村所应用的切碎机主要是小型的轮刀式切碎机，该种机器结构不紧凑，而且工作效率很低，但由于该种机器成本较低，机型较小，磨刃方便，功耗小更能够满足农村小型个体户的要求，故应用仍较多。养牛场等大型场合的切碎机主要用于青储作用，绝大多数使用大型的螺旋滚筒式切碎机。这种机器的刀片装卸和磨刃都很不方便，而且功率消耗很大，但效率较高且结构也较紧凑，故在大型场绝大多数还是应用这种机器。我国的切碎机发展较发达国家还有一定差距，以后的发展趋势主要是使结构紧凑的前提下，提高机器的工作质量和工作效率，降低其功率消耗及质量问题。1.3课题研究的基本内容和方法通过实计算得到所需要的尺寸，应用proe绘制出滚筒、喂入机构的三维视图及总体实体装配图。三维实体设计我们是利用pro/E 进行建构的，所以在这里，我们对pro/E的发展历程和功能模块作一下简单对介绍。Pro/Engineer 是美国PTC公司的产品，于1988年问世。10多年来，经历20余次的改版，已成为全世界及中国地区最普及的3D CAD/CAM系统的标准软件，广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽车、航天、家电、玩具等行业。 Pro/E是全方位的3D产品开发软件包，和相关软件Pro/DESINGER（造型设计）、Pro/MECHANICA（功能仿真），集合了零件设计、产品装配、模具开发、加工制造、钣金件设计、铸造件设计、工业设计、逆向工程、自动测量、机构分析、有限元分析、产品数据库管理等功能，从而使用户缩短了产品开发的时间并简化了开发的流程；国际上有27000多企业采用了PRO/ENGINEER软件系统，作为企业的标准软件进行产品设计。Pro/Engineer是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能。参数化设计和特征功能 Pro/Engineer是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。1、Pro/ENGINEERPro/ENGINEER是软件包，并非模块它是该系统的基本部分，其中功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型，三维上色实体或线框造型棚完整工程图产生及不同视图（三维造型还可移动，放大或缩小和旋转）。Pro/ENGINEER是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Cha mfers）和抽空（Shells）等，采用这种手段来建立形体，对于工程师来说是更自然，更直观，无需采用复杂的几何设计方式。这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸，不象其他系统是直接指定一些固定数值于形体，这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一个参数改变，其也相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方便和可令设计优化更趋完美。造型不单可以在屏幕上显示，还可传送到绘图机上或一些支持Postscript格式的彩色打印机。 2、ProASSEMBLY Pro/ASSEMBLY是一个参数化组装管理系统，能提供用户自定义手段去生成一组组装系列及可自动地更换零件。Pro/ASSEMBLY是 Pro/ADSSEMBLY的一个扩展选项模块，只能在 Pro/E ngineer环境下运使用户能自行编写参数化零件及组装的自动化程序，这种程序可使不是技术性用户也可产生自定义设计，只需要输入一些简单的参数即可。 3、ProCABLING Pro/CABLING提供了一个全面的电缆布线功能，它为在Pro/ENGINEER的部件内真正设计三维电缆和导线束提供了一个综合性的电缆铺设功能包。三维电缆的铺设可以在设计和组装机电装置时同时进行，它还允许工程设计者在机械与电缆空间进行优化设计。Pro/CABLING功能包括： 4、ProCAT ProCAT是选用性模块，提供 ProENGINEER与 CATIA的双向数据交换接口，CATIA的造型可直接输入 ProENGINEER软件内，并可加上 ProENGINEER的功能定义和参数工序，而 ProEngineer也可将其造型输出到 CATIA软件里。这种高度准确的数据交换技术令设计者得以在节省时间及设计成本的同时，扩充现有软件系统的投资。5、ProCDT Pro/CDT是一个 Pro/ENGINEER的选件模块，为 CADAM 2D工程图提供 PROFESSIONALCADAM与 Pro/ENGINEER双向数据交换直接接口。CADAM工程图的文件可以直接读入Pro/ENGINEER，亦可用中性的文件格式，经由PROFESSIONAL CADAM输出或读入任何运行 Pro/ENGINEER 的工作站上。Pro/CDT避免了一般通过标准文件格式交换信息的问题，并可使新客户在转入 Pro/ENGINEER后，仍可继续享用原有的 CADAM数据库。6、ProCMPOSITE Pro/COMPOSITE是一个 Pro/ENGINEER的选件模块，需配用 Pro/ENGINEER及Pro/SURFACE环境下运行。该模块能用于设计、复合夹层材料的部件。Pro/COMPOSITE在Pro/ENGINEER的应用环境里具备完整的关联性，这个自动化工具提供的参数化、特征技术适用于整个设计工序的每个环节。7、ProDEVELOP Pro/DEVELOP是一个用户开发工具，用户可利用这软件工具将一些自己编写或第三家的应用软件结合并运行在 Pro/ENGINEER软件环境下。Pro/IDEVELOP包括C语言的副程序库,用于支援 Pro/ENGINEER的交接口，以及直接存取Pro/ENGINEER数据库。8、ProDESIGN Pro/DESIGN可加速设计大型及复杂的顺序组件，这些工具可方便地生成装配图层次等级，二维平面图布置上的非参数化组装概念设计，二维平面布置上的参数化概念分析以及3D 部件平面布置。Pro/DESIGN也能使用2D平面图自动组装零件。它必须在 Pro/Engineer环境下运行。Pro/DETAIL也包括2D非参数化制图功能，可用于生成不需要3D模型的产品图。 9、 ProDIAGRAMPro/DIAGRAM，是专将图表上的图块信息制成图表记录及装备成说明图的工具。应用范围遍及电子线体、导管、HVAC、流程图及作业流程管理等。10、 ProDRAFTPro/DRAFT 是一个功能二维绘图系统，用户可以直接产生和绘制工程图，丽无需光进行三维造型。Pro/DRAFT允许用户通过 IGES 及 DXF 等文件接口接收一些其它CAD 系统产生的工程图。11、 ProECAD参数化印刷线路板(PCB)的设计图可以通过 Pro/ENGINEER 生成，或者经由ECAD 系统输入。PCB 的组成元件可以经由Pro/ENGINEER 的元件库取得，并自动装组到 PCB 里。元件造型亦可以传送到GINEERPro/EN 以制作实体元件，然后自动组装到 PCB 上，还包括此PCB 组件的卡笼(CardCage)及结构设计(Housing Designs)可以作为修订、“度身订造”、群体特性及风格等等之评估。12、ProFEATUREPro/Feature 扩展了在 Pro/ENGINEER 内的有效特征，包括用户定义的习惯特征，如各种弯面造型(ProfitedDomes)、零件抽空(Shells)、三维式扫描造型功能(3D Sweep)、多截面造型功能(Blending)、薄片设计(Thin 一Wa)等等。通过将Pro/ENGINEER 任意数量特征组台在一起形成用户定义的特征，就可以又快又容易地生成。Pro/FEATURE包括从零件上一个位置到另一个位置复制特征或组合特征能力，以及镜像复制生成带有复杂雕刻轮廓的实体模型。13、ProHARDNESSMFCPro/HARDNESS-MFG 是一套功能很强的工具，在电子线体及电缆生产工序上，专用以生成所需的加工制造数据。Pro/DIAGRAM 及 Pro/CABLING 提供的功能贯彻了整个由设计至加工制造过程。Pro/HARDNESS- MFG 亦提供了指板(NAIL BOARD)、数字工程图(Stick-figure dravings)、零件表(Parts Lists)以及线体方位表(FromTo Wire List)。设计者只需通过一个快速“触按式”界面，就可以将三维的电缆 拉直生成一个弄平的电缆。Pro/HARNESS-MFG 具备完整的关联性，它可以改变三维电缆的长度或形状，从而自动生成一张弄平的电缆。Pro/HARDNESS- MFG 的效益包括：大量节省初始的生成，以及因变动对指板(Nail Board)进行的人工重整工作。14、ProINTERFACEPro/INTERFACE 是一个完整的工业标准数据传输系统，提供 Pro/Engineer 与其它设计自动化系统之间的各种标准数据交换格式它可用于 Pro/ENGINEER 几何的输入和输出。剖面可以参数化并被构造 Pro/ENGINEER 内的任意特征种类。15、ProLANGUAGEPro/LANCUAGE 是一个选件模块，为 Pro/ENGINEER 的菜单及求助说明提供语言翻译功能，目前可支援的其他语盲包括德文及日文(Kanji)。除此之外，所有客户在支援日文(Kanji)字符及日文键盘作业之硬件平台上，均可以用日文为 Pro/ENGINEER 的工程图加上附注或文字。同时，德文版及日文版的 Pro/ENGINEER 用户基本操作说明书亦一并提供。16、ProLIBRARYACCESSPro/LIBRARYACCESS 提供了一个超过2 万个通用标准零件和特征的扩展库，用户可以很方便地从菜单里拾取任意工业标准特征或零件，并将它们揉台进零件或部件的设计中，使用更方便、快速、并能提高生产力。17、ProMESHPro/MESH 提供了实体模型和薄壁模型的有限元网格自动生成能力。也就是它自动地将实体模型划分成有限元素，以便有限元分析用，所有参数化应力和范围条件可直接在实体模型上指定，即允许设计者定义参数化载荷和边界条件，并自动生成四边形或三角形实体网格。载荷/边界条件与网格都直接与基础设计模型相关联，并能象设计时一样进行交互式修改。18、ProMOLDESIGNPro/MOL DESIGN 模块用于设计模具部件和模板组装。19、ProMANUFACTURINGPro/MANUFACTURING 将产生生产过程规划刀路轨迹并能根据用户需要产生的生产规划做出时间上及价格成本上的估计。Pro/MANUFACTURING 将生产过程生产规划与设计造型连接起来，所以任何在设计上的改变，软件也能自动地将已做过的生产上的程序和资料也自动地重新产生过，而无需用户自行修。它将具备完整关联性的Pro/ENGINEER 产品线延伸至加工制造的工作环境里。它容许用户采用参数化的方法去定义数值控制(NC)工具路径，赁此才可将Pro/ENGINEER 生成的模型进行加工。这些信息接着作后期处理，产生驱动NC 器件所需的编码。20、ProNC- CHECKPro/NC-CHECK 提供图型工具用以对铣削加工及钻床加工操作所产生的物料，作模拟清除。Pro/NC-CHECK内选定的工具会依照 Pro/MANUFACTURING 定义的切割路径移动，用户亦可以清楚看到物料清除的进度。加工制造组件以阴影显示，装组线上各个组件可以由用户设定不同的颜色。它亦让用户可以在整个加工制造过程，定义夹层平面(ClippingPlane)特定的深度。夹层平面(Clipping Plane)对物料清除摸拟过程提供纵切面的阅视功能。这项独一无异的功能再加上颜色的设定，选定工具路径、内置参考模型、工具及任何夹具(Fixture)均能一目了然不生混淆。此外，Pro/NC- CHECK 能让用户对工具及夹具(Fixture)进行快速验证及评佑。从而防止严重的损失。21、ProPLOTPro/PLOT 需在Pro/ENGINEER 或可单独运行之Pro/DETAIL 或可单独运行之Pro/VIEWONLY)环境下工作。Pro/PLOT 是一个选项模块，它提供了驱动符合工业标准的输入、输出设备能力(如绘图仪、数字化仪、打印机等)，Pro/PLOT 包括了 Pro/CALCOMP、Pro/HPGL2、Pro/VERSATEC、Pro/GERBER 四个模块。22、ProPROJECTPro/PROJECT 提供一系列数据管理工具用于大规模块复杂设计上的管理系统，适合多组设计人员同步运行的工程作业环境。用户可集中管理所有设计文档保存。Pro/PROJECT 为所有 Pro/ENGINEER 的应用软件，并有效率地监控所有全双向关联性及参数化设计所发生的变化。由概念性设计以至加工制造工序，Pro/PROJECT 各项功能均能对所有 Pro/ENGINEER 或非Pro/ENGINEER 类型的数据操控自如。当中，包括先进产品的组态管理、多重存取控制及保安、用户化的改变程序及报表生成及查询等功能。23、ProREPORTPro/REPORT 是 Pro/ENGINEER 的一个选项模块，它提供了一个将字符、图形、表格和数据组合在一起以形成一个动态报告的功能强大的格式环境。它能使用户很方便地生成自己的材料报表(BOM)，并可根据数据的多少自动改变表格的大小。功能包括：24、ProSHEETMETALPro/SHEETMETAL 扩展了 Pro/ENGINEERR 的设计功能，用户可建立参数化的板金造型和组装，它包括生成金属板设计模型以及将它们放平成平面图形。 Pro/SHEETMETAL 提供了通过参照弯板库模型的弯曲和放平能力。弯曲允许量通过弯曲或放平状态下的模型附加特征的功能，同时支持生成，库储存和替换用户可自定义的特征。25、ProSURFACEPro/SURFACE 是一个选项模块，它扩展了 Pro/ENGINEER 的生成、输入和编辑复杂曲面和曲线的功能。Pro/SURFACE 提供了一系列必要的工具，使得工程师们在整个工业范围内很容易地生成用于飞机和汽车的气动曲线和曲面，船壳设计以及通常所碰到的复杂设计问题。26、ProVIEWONLYPro/VIEWONLY 是一套单独运行的软件包，因此，用户可以阅览任何在Pro/ENGINEER 采用”Graphic Store”选项存储的物体(零件、组件、工程图等等)。用户能够对此种物体编放自如，但不能对它们产生实质的改变。此外，Pro/VIEWONLY 亦具备标记(MARK-UP) 功能， 常用的绘图仪选项( 包括 HPGL 及 Post Script) 亦是Pro/VIEWONLY 具备的标准功能。2揉搓机的设计2.1总体设计主要结构： 这个机器的主要结构包括喂入机构和铡切揉搓机构，设计内容在下文详细列出。2.1.1工作原理（1）揉搓滚筒式切碎器的工作原理饲料通过输送传入到喂入辊，在经过喂入辊送到机器内部，通过物料与动刀片的相对运动实现对饲料的切碎，在经过锤片的打击和揉搓作用把物料加工成丝状。在锤片和刀片共同的作用下将揉搓后的秸秆抛出到机器外面。滚筒式切碎装置，主要由切碎滚体、动刀片、定刀和锤片等件组成。切碎滚筒除了完成切碎工作和揉搓工作外，还完成抛送切碎物工作。该配置方式具有结构简单、制造容易和价格低廉等优点。（2）构造及工作原理 本机由齿轮、链轮传动组、上壳体、下壳体、机架、输送带、揉搓总成及配套动力八部分组成。图1 切碎器工作示意图Figure 1 Shredding Device Working Diagram本机传动系统如图2所示。动力由电机轴、皮带轮或电机轴上的皮带轮（1）、通过两条A型两条角带（2）及主机皮带轮，驱动主轴（4），使安装在主轴上的刀轮转动，安装在刀轮上的活动与固定在机架上的固定刀产生剪切从而将喂入的饲料切断；主轴另一端上的齿轮通过与其他中间传动轴及可变传动比的齿轮组将动力传给喂入辊轴。使喂入辊获得与滚筒有特定转速比的转速。轧草辊相对转动，将输送带续入的饲料夹送到滚筒内被剪切，经过锤片的打击作用，并在刀轮的离心力和锤片的抛送作用下经出料口抛出。图2传动部件展开示意图Figure 2 Transmission Parts Expand Diagram1.电动机带轮 2.皮带 3.滚筒轴带轮 4.滚筒轴 5.双联齿轮 6.传动轴 7.辊轴2.2喂入机构喂入辊设计喂入机构主要有轮式喂入机构和链板式喂入机构两种类型，为了提高对作物的抓取能力，喂入辊采用锯齿外槽轮。(1) 喂入轮工作分析为了使饲草能向前运动，必须： （2-1） 所以 因为 所以 式中 饲草与喂入轮的摩擦角，对秸秆1727，青饲料将饲草向前运动的最差情况a=带入上式得：式中：喂入轮的最小半径。 取r略小于计算值如图4： 图3喂入轮工作分析图Figure 3 Feeding Round Working Analysis Diagram解得：r=39.5mm,取r=37.5mm即喂入辊的直径为67mm。图4喂入辊实体图Figure 4 Feed Roller Physical Map(2)切碎长度由于在该机器上加了一个变速结构，故该机器可以通过调节滚筒和喂入辊的相对转速来实现多种长度的切割。喂入轮处喂入口最小宽度和上下喂入轮的间隙构成了喂入口的断面积，它的大小限制着切碎机的生产效率，而且也影响着切碎质量。切碎机工作质量的主要指标之一是切碎长度，此长度可用下式推算，茎秆被喂入轮卷向定刀片的速度为： （2-2）式中：D喂入轮直径（m） ：D=.67mn喂入轮转速（r/min）切割器每秒钟切割次数n为：n= （2-2）式中 ： k刀片数；动刀片的转速（r/m） 故理论切割长度为式中 ，即动刀与喂入辊得传动比。考虑到饲草与喂入辊间的打滑率， 所以有 （2-3）式中 饲草与喂入轮的打滑率， 可取=0.050.07。这里取为=0.05。计算结果如下表：表1 传动比与其所对应的切割长度Table 1 Transmission Ratio and Its Corresponding Length传动比i1.943.495.8210.476切割长度l27mm13mm9mm5mm而实际上，切碎机切碎的草段长度并非完全是理论计算值，它还和刀片间隙、刀片锐利程度、饲草种类和喂入时的状态有关。鉴于本设计中的切碎是为了青贮饲料，对切碎长度不做太高的要求，故仍沿用以上数值。2.3揉搓室的设计2.3.1揉搓室外壳设计物料在粉碎室内的环流运动是影响粉粒过筛能力的主要原因, 也是降低生产率的重要因素。为克服环流运动, 提高粉碎效率, 一般粉碎室采用偏心式、椭圆式和水滴式等, 其中偏心式粉碎室设计制造较容易。通过比较，同功率，同锤片数量的粉碎机采用“水滴形”粉碎室可提高效率30%以上，所以在相同条件下，我们选用水滴形粉碎室。 粉碎机转子直径D 与粉碎室宽度B 之积可用以下经验公式求得: （2-4）式中：V - 锤片末端线速度; - 经验系数, 一般=0.550.75。N 配套动力，KW 和N 确定之后, DB 就确定了。DB 确定之后, 为了降低噪音, 一般采用大转子低转速, 确定要根据粉碎物料的品种具体分析。如果以粉碎玉米等颗粒为主, 要采用较小的B 和较大的D; 如果是以粉碎牧草为主, 则要采用较大的B 和较小的D。也可用此经验公式来确定N 的大小。根据匹配动力和生产率及锤片数量、锤片与锤片径向间隙间距，确定粉碎室直径为800mm。2.3.2锤片的设计参考SWSP11235型水滴室粉碎机，转子直径1120 mm，粉碎室宽度350mm。本设计为对装刀片，滚筒长度扩大一倍，初步选取本机型粉碎室宽度为730mm，滚筒直径为600mm。锤片数Z由下式确定： （2-5）式中： B-粉碎机宽度（mm），由于本设计是切碎与揉搓共同作用，故B值可估取400mm-锤片厚度（mm）-锤片配置密度系数，一般取=0.20.42锤片的作用是高速冲击物料使物料与锤片的棱角和筛片、齿板发生剧烈的搓擦而达到粉碎成丝的目的，本设计中取锤片的厚度为5mm。锤片的排列方式为混合排列，本设计中锤片为2组，装在对称的两个销轴上，每组12片，其优点为轨迹均匀，不重复，具体排列方式可见图7，其中一组锤片第一个与滚筒端面相距25mm，然后其余相隔50mm;另一组锤片第一个相距端面50mm，其余相隔50mm。这样，锤片的轨迹线每每相隔25mm，不重复。锤片排列左右对称，对称轴相互平衡，平衡性好。锤片的材料采用低碳钢表面渗碳淬火，淬火后，工作部件硬度为HRC56-52，孔周围5mm范围内硬度不超过HRC28，便于制造，锤片的外层硬, 耐磨性好, 内层软, 不容易断裂, 使锤片工作部位形成韧性好而耐磨的理想状态。锤片尺寸：我国饲料粉碎机用锤片已制定的标准, 有两种型号, 型用于小型粉碎机, 型用于大、中型粉碎机, 故本机采用了型, 其尺寸为: = 120 mm (锤片长度) 、b = 40 mm(宽度) 、d = 16 mm ( 销孔直径) 、e = 5 mm ( 厚度) 、c = 30 mm (锤片中心与销轴轴心间距) 。揉搓机在工作时,锤片打击物料而使锤片受到很大的冲击力, 为了使这个冲击力不传到轴承和机体上, 根据理论力学, 要求锤片的打击中心应该在锤片的销轴上, 使整体工作时不至于产生振动。根据这个要求, 锤片中心与销轴轴心间的距离C 应符合下式： （2-6）式中： 根据以上公式计算C 值为23.14 mm , 在实践应用中,由于锤片端点冲击力是一个变量, 它随负荷大小和料层厚薄而改变, 锤片打击时冲击点的合力距离锤片工作端点约1 cm 处。所以, 实际使用尺寸往往大于理论计算所得尺寸。经实验, 基本符合标准C 的要求。锤片的材料与热处理工艺的选择很重要。目前我国常见的有低碳钢固体渗碳淬火、中碳钢热处理、特种铸铁和在锤片工作棱角堆焊耐磨合金等多种方式。不论何种方法都应在保证耐磨耐用的同时，保证锤片耐受冲击、生产安全。当采用45号、65号！、65Mn、60SiMn等优质钢做锤片的材料时，热处理后淬火区硬度为HRC5057，非淬火区硬度不超过HRC28。一般使用60100小时后锤片应换角使用。为延长锤片寿命，最常见的方法是堆焊碳化钨合金，焊层厚13mm。其使用寿命比65Mn整体淬火锤片的使用寿命提高了78倍，但成本高出2倍。堆焊碳化钨锤片的缺点是对焊接工艺和转子平衡的要求较高。选用65Mn的锤片，经渗碳处理，渗碳层深度0.81.2毫米， 淬火后硬度达HRC5058。这种锤片粉碎含水1012 的玉米时，使用寿命为120小时左右；采用45#钢经碳氮共渗，硬度为HRC5662的锤片，粉碎含水1020 的玉米，使用寿命一般是160小时左右；采用 钢，先渗碳后渗硼的锤片。使寿命是350小时左右；采用45#钢在工作边进行碳化钨合金堆焊的锤片，使用寿命一般为600小时左右。如以65Mn渗碳处理的锤片使用寿命为1的话，45 钢碳氮共渗为13 渗碳硼为3。45#碳化堆焊为5。从以上数据可知，锤片使用低碳钢经渗碳渗硼处理，以及45#钢经碳化钨合金堆焊处理后，使用寿命明显得到提高，先渗碳后渗硼的锤片具有其它化学热处理难以达到的硬度(表面硬度在HV12002000)，而且其外层是FeB，硼化铁十分耐磨，使得锤片在工作时不会产生脆性剥落现象，从而起到保护作用。碳化钨合金的堆焊是借助于基体金属熔化将其粘合在一起， 堆焊部份的硬度可以达到HRA9393.7因而此处理方法的锤片也十分耐磨，但是专业生产厂家在堆焊过程中，比较难控制堆焊量，因而生产成本比65Mn渗碳处理高两倍。但使用寿命比65Mn渗碳处理的锤片高三倍以上。因此选用45#钢碳化钨堆焊的锤片是比较经济。2.4切碎装置2.4.1对切碎器的要求良好的切碎器，应是结构紧凑，便于刃磨，保证动刀和定刀有足够小的间隙以提高切碎质量，能方便地把切碎草段抛送出去，此处切割时饲草尽可能的不产生滑移，切割时要省力，负荷要均匀，能产生滑切 （2-7）当=0时，称为坎切，当0时称为滑切。试验证明滑切比坎切省力，切割秸秆和青饲料时，切割比阻（单位刀刃长度的切割阻力）随滑切角的加大而变小。试验表明，滑切比砍切省力。主要有两方面原因：一是微观状态下刀刃为锯齿状，砍切时饲草仅受压应力，滑切同时受压应力与张应力，而饲草的破碎张应力小于压碎应力；二是滑切时刀刃斜置，故单位长度刃口的切割阻力减小了。从节约功耗的角度来说，选取滑切角=1855较为有利。由于该机是一台试验机，故将其动刀片做成可调的，以产生不同的滑切角，以便通过试验测得最合理的滑切角，取=217.6。饲草在切碎过程中不滑移，为此应保证 （2-8）式中 X钳住角，动定刀片的夹角； 动刀片对饲草的摩擦角； 定刀片对饲草的摩擦角。刀片安装前倾角X的确定 刀片安装前倾角角在满足抛扔条件的前提下尽量大一些。安装前倾角45.2，X角取值为48。滑切角与钳住角的关系为：整理得： （2-9）当=13.4时，解得X=4558故满足要求 图5 动刀片结构及尺寸图Figure 5 Moving Blade Structure and Size Chart2.4.2切割阻力矩均匀在切碎器每转转角的切割过程中，要求切割阻力矩尽可能均匀，以减轻飞轮重量，使工作平稳，如果机器部件刚度差，当阻力矩不均匀时，巨大冲击力将使切割副及其固定部件产生弹性变形，改变了静止状态时调整好的刀片间隙，使碎段长草增多，影响切割质量。切割速度随着切割速度的加大，切割阻力几乎直线下降;而且切割速度对切割功也有很大影响，随着切割速度的加大，饲草变形所需之功减小，因而切割所消耗之总功减少。常用的切割速度范围是1837m/s。取切割速度为23.6m/s。2.5切割副的结构参数及刀片材料2.5.1刀片隙角刀片的底平面或刃磨面与切割面所形成的角度叫隙角，其作用是避免在切割过程中刀片与从喂入口不断近来的茎杆相摩擦，以便减少动力消耗。2.5.2刀片刃角刀片刃角对刀片的使用寿命，功率消耗有着很大影响。实验证明，随着角增大，切割所需要的功和比功都要上升，若大于30更显著增高，但角太小又不耐磨，常用角可在1530间选择。取=25切割副的锐利度及间隙：实验证明刀片的锐利度比刀片的间隙更重要，选刀片间隙R=0.3mm。刀片材料：刀片材料可用碳素工具钢或优质碳素结构钢65Mn或70Mn。刀片可工作宽度对滚筒式切刀为20mm，在该区域刃部淬火硬度为HRC4756，而非淬火区为HRC38。3切碎机的生产率切碎机的生产率（kg/h）由下式估算 （3-1）式中 a、b喂入口的高与宽（m） l理论切碎长度（m） z单侧动刀片数目 n切碎器转速（r/min） 饲料密度（kg/） k充满系数，k=0.30.5取a=100mm, b=730mm, , , , , z=4，=290kg/解得 5333kg/h 9600kg/h 16000kg/h 28800kg/h4.切碎器中转矩4.1切碎所需的转矩 M=Pr （4-1）其中，P为切割总阻力（N），P=ps, p为比阻，即单位刃口长的切割阻力。由实验得知P力的方向与刀片的运动方向相差角，因此P力在运动方向的投影为Pcos ;s为在各个切割位置时工作的刃口长；r为平均阻力半径，即在不同切割位置时，s之中点到回转中心o之距离，以表示。因此 M=ps。切割玉米时、与p之关系见表2 表2 、p之间的关系表Table 2 The Relationship among 、p0102030405060064011381748213325523237p/(N/)117.11112.791.6375.4668.1155.8640.184.2确定扭矩由于刀片在各个不同切割位置时r、p、s值均不相同，因此扭矩是变化的，为找出扭矩的变化情况，确定所需之功率，必须确定扭矩，其步骤如下，结合图6图6 扭矩分析图Figure 6 Torque Analysis Figure将角分成若干等分，在圆上即得出1、2、3、4点，自1、2、3各点作圆之切线1-1、2-2、3-3，这些切线即为刀片在该转角处之切割位置，它们在喂入口内的长度即为切割刃口长、。将、的中点与回转中心相连，便得出相应得平均切割阻力半径、，以及相应的滑切角、。由图上量出角后，查表2，求出p、值。按式M=求出不同转角位置时所需的扭矩、，特别要求出喂入口、处之扭矩。以角为横坐标，M为纵坐标画扭矩图，从扭矩图上可以看出此切碎器切碎性能的好坏。功率消耗（W）式中 由扭矩图上量得的平均扭矩（Nm）； n切碎器转速（r/min）。综合以上部分，设计滚筒式切碎粉碎装置如下实体图图7切碎器实体图Figure 7 Figure Shredding Device Entities5传动方案设计5.1选电动机按工作要求和条件，选用三相笼型异步电动机，闭式结构，Y型，电压380V。（1） 选择电动机容量 电动机所需工作功率式中为由电动机至输送带的传动总效率 其中分别为带传动，链传动，轴承，齿轮副的传动效率。查得 所以 （2）确定电动机转速因为初步定滚筒转速与电机转速相同，且初定滚筒转速n=1000r/min，故取电机转速n=1500r/min5.2传动部分的设计5.2.1确定传动装置的总传动比和分配传动比由选定的电动机满载转速和工作机主动轴转速n以及切割长度计算得一、二、三轴之间传动比为即： 一轴与三轴的传动比为 取带轮的传动比i=1.25其中，齿轮传动部分由两组双联滑移齿轮实现。5.2.2校核传动比选一组校核如下：故校验合格经检验，其他各传动比均符合要求。5.2.3计算传动装置的运动和动力参数各轴转速： 校核转速故校验合格各轴输入功率： 各轴输入转矩： 5.2.4传动装置的设计与计算 带传动的设计计算1.确定计算功率Pca查得工作情况系数=1.1,故2. 选取V带带型根据和确定为A型。传动比为3. 确定带轮基准直径取主动轮基准直径，轴孔取28mm.从动轮基准直径，取。轮顶圆直径,轴孔取50mm。带速4. 确定V带的基准长度和传动中心距根据，初步确定中心距=4505.计算带所需的基准长度选取基准长度实际轴间距取414mm.6.安装时所需最小轴间距张紧或者补偿伸长所以需要最大轴间距7.验算主动轮上的包角主动轮上的包角合适。8.计算V带的基本额定功率和根数Z根据查的A型带，增量V带根数查的根，取2根。9.计算预紧力此处取m=0.30kg/m直齿圆柱齿轮的设计计算1.选定齿轮类型，精度等级，材料及齿数大齿轮为44齿，小齿轮为24齿，材料采用45号钢加工后经热处理小齿轮硬度为HRC32-35，大齿轮硬度为HRC28-30，传动比为1.8。2.按齿面接触强度设计初步确定中心距式中小齿轮的转矩载荷系数K：考虑对称轴承布置，速度较低，取K=1齿宽系数：取传动比取i=1.8许用接触应力：取最小安全系数，按大齿轮算将以上数据代入中心距公式得 中心距圆整为标准中心距a=170取b=45mm模数为取校核齿面接触疲劳强度 （5-1）式子中分度圆上的圆周力，使用系数动载系数 （5-2）根据齿轮的圆周速度，选择齿轮的精度等级为6。则齿向载荷分布系数：齿向载荷分配系数节点区域系数，接触强度计算的重合度及螺旋角系数（5-3）计算安全系数式子中寿命系数查的润滑油膜影响系数，工作硬化系数，接触强度计算的尺寸系数安全。3.尺寸计算计算分度圆直径计算中心距齿轮宽度取，齿顶高直径齿根圆直径其他各齿轮组的设计方法同上。对应的齿数分别为34/34,24/44,40/77和17/100。最后的轴通过一对等齿数齿轮将动力传送给上喂入辊，齿数设计为59/59。6轴的设计初步计算轴径 （6-1）轴的材料都选用渗碳淬火处理的20Gr， 因此 6.1一轴的结构设计图8主轴Figure 8 Main Shaft1.拟订传动方案，并根据轴向定位的要求确定轴的各段长度及直径（1）段安装V形带的从动轮，考虑从动轮的宽度以及其定位其长度，并且在处应加工出一个定
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