1秸秆打包机设计

本科毕业设计（论文）题 目： 秸秆打包机设计 英文题目： Straw Baler Design 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 姓 名： 彭冲 学 号： 20160190127 指导教师： 林国志 2020年 5 月 10日毕业设计（论文）独创性声明该毕业设计（论文）是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。文中除了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或其他机构已经发表或撰写过的研究成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中作了明确的声明并表示了谢意。作者签名： 日期： 年 月 日毕业设计（论文）使用授权声明本人完全了解青岛滨海学院有关保留、使用毕业设计（论文）的规定，即：学校有权保留送交毕业设计（论文）的复印件，允许被查阅和借阅；学校可以公布全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存该毕业设计（论文）。保密的毕业设计（论文）在解密后遵守此规定。作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日摘要：中国是农业大国，一直以来，中国的农业走的都是传统生产道路。在农业专业技术中几乎没有多大的投入。随着现在国家对农业的重视，相信未来会出现传统农业无法达到的农业技术。本论文本着节省材料、成本低廉、安全简易、效率高的原则，立足于秸秆打包机设计与研制，完成的基本工作如下：通过对秸秆的物理特性调查取样分析，为装置关键部件和试验研究等层面提供了性能依据，主要设计包括有送料机构、液压动力箱、压料箱和送料箱等。论文参考了国内外秸秆打包机装置设计的不同方案，经过理论的指导合理的设计出装置的理论结构，针对不同秸秆的工艺要求与实际情况，确定了总体的设计方案。关键词：机构 秸秆打包机 送料箱Abstract: China is a big agricultural country. For a long time, Chinas agriculture has taken the traditional road of production. There is little investment in agricultural expertise. With the current emphasis on agriculture in the country, it is believed that there will be agricultural technologies that cannot be achieved by traditional agriculture in the future. Based on the principle of saving materials, low cost, safe and simple, and high efficiency, this paper is based on the design and development of straw baler. The basic work is as follows: through the sampling and analysis of the physical characteristics of straw, the key components and experimental research of the device. The performance level is provided at the same level. The main design includes the feeding mechanism, hydraulic power box, press box and feeding box. The paper refers to different schemes of straw baler device design at home and abroad. After theoretical guidance, the theoretical structure of the device is designed reasonably. The overall design scheme is determined according to the process requirements and actual conditions of different straws.Keywords: Mechanism Straw baler Feeding boxii青岛滨海学院机械设计制造及其自动化专业毕业设计（论文）目录1 绪论11.1 本课题研究的目的意义11.2 秸秆打包机研究方法11.3 秸秆的物理学研究11.3.1 秸秆的含水率测定32 总体方案的设计52.1 总体设计52.1.1压料箱62.1.2送料箱62.1.3总体结构的设计72.2 秸秆打包机各运行动作简介82.3 电器控制系统的设计82.3.1电器控制系统82.3.2 电器控制系统的主要步骤93 机械系统的设计113.1传动方案的选择113.1.1链传动的选择113.1.2电动机的选择及调速方式123.1.3选择电动机类型133.1.4确定电机工作时的功率143.2传动轴的设计153.2.1轴结构的设计153.3压料箱的设计153.4压料箱的设计163.5出料箱的设计16总结17参考文献18致谢19ii1 绪论1.1 本课题研究的目的意义近年来，环境保护和节能已俨然成为国家发展的主流，节能减排已成为近年来最受欢迎的环境短语。打包机行业作为一种新型产业正在不断发展。经过多年的快速增长，国内的液压秸秆打包机产业市场正在史无前例的扩大。行业需求较为旺盛，市场十分活跃。山东省临沂市粮食和秸秆十分丰富，由于经济的极速增长致使电力供应紧张，秸秆发电技术的发展前景十分看好。软实力现在使用该地区的能源项目。秸秆之所以如此受欢迎，是因为这些材料的特征在于它们的尺寸大，重量轻和密度低。每单位时间尺寸和重量所需的量被送到炉子。秸秆能源技术的产生在一定程度上大大减少了煤炭的使用，减少了燃烧产生的有害气体排放，对环境起了保护作用，正应对了国家节能的号召，对我国2022年开展冬季奥运会的开展起着一定的作用。1.2 秸秆打包机研究方法通过查找文献和其他参考资料，研究方法主要以借助互联网和其他媒介为主，通过搜集方法为主要手段，着眼于解决秸秆打包机的研究方法为主要目标，主要方法主要分为以下几个方面：(1) 调查取样法：通过调查取样的方法将一批秸秆收集并加以整理和分析，利用数学模型的方法将取样所得的秸秆逐一进行分析，从初步的秸秆模型中得出秸秆物理特性等物理规律，为未来关键部件的设计和实验研究提供了坚实的技术支持，同时也为后期试验提供保障。(2) 文献研究法：根据研究主题，通过搜索文档获取技术数据，通过以往的研究成果分析出最佳技术方案。(3) 定量分析法：根据调查结果制定出技术攻关，依据工作原理制定出力学或者材料学分析论证。(4) 模拟法：通过使用2D建模平台组装零件，创建类似的模型，然后用于研究机械模型的一些基本特征。(5) 数量研究法：通过对样本秸秆物理学特性规律，定量分析和研究秸秆打包情况等物理参数，分析理解和揭示两者之间的关系，分析出变化趋势走势，从而正确掌握相关变化情况。1.3 秸秆的物理学研究1.3.1秸秆样本的物理学研究为达到早日设计出秸秆打包机样机，以随县秸秆为研究对象。通过调查取样的方法将一批秸秆收集并加以分析，利用数学模型的方法将秸秆逐一分析，从初步的数学模型中得出秸秆物理特性等规律，为机械装置的关键部件的设计和实验研究提供了技术支持，我们从随县将一批成熟后半个月以内的秸秆进行收集，然后我们从中随机取样1000支完整秸秆。将这1000个秸秆进行下面的研究。以随机取样的方式进行测量，测量工具包括游标卡尺，直尺，等工具。秸秆的长度和高度记载如下表1.1所示。 表1.1 样本秸秆的长度，高度测量统计表长度/mm 样品占比/%高度/mm 样品占比/%180.0 0180.0，200.0） 6360.0 2平均值 260.8817.0，18.0） 1118.0，19.0） 519.0，20.0） 820.0，21.0） 921.0，22.0） 1122 8平均值 17.82标准差 2.22标准值 0.85上表1.1所示所取样本秸秆的长度分布在区间180.0，360.0）之间，其中平均值为260.88mm，其中分布在260.0，280.0）占总样本的9%；秸秆的高度分布在区间12.0，22.0）之间，其中平均值为17.82mm，其中宽度分布在12.0，22.0）的样本数占样本总数的86%。1.3.2 秸秆的重量测定将取样的秸秆分为5批，将每批利用天平逐一测定重量，记录如下表1.2所示。表1.2 样本秸秆的质量统计表质量/Kg 样品占比/%24.0，26.0） 826.0，28.0） 928.0，20.0） 1020.0，22.0） 826.0 15平均值 24.54标准差 4.05此图表是基于1000支正常秸秆分5次测量所取值，如上表所示所取样本秸秆的质量分布在区间24.0，26.0）之间，其中平均值为26.54Kg，其中分布在26.0，28.0）占总样本的9%。标准差为4.05。从表可以清晰的看出样本秸秆的总质量分布范围，为接下来秸秆打包机装置的设计提供了理论依据，也为研究数据提供了清晰的保障。1.3.1 秸秆的含水率测定木材中的水分含量通常用含水率或含水量（Moisture content，简称MC）来表示，也就是说，它表示为木材中水的质量与木材总质量之比的百分比，秸秆中的含水量直接影响着后期秸秆的打包堆积，所以研究秸秆的含水量至关重要，为了保证实验数据的准确性，我们将样品中的秸秆分为随机的分为三组，并将分组好的秸秆编组为1,2,3查阅文献得知秸秆的含水率计算方法如下所示（1.1）； X= 100% （2.1） 式中： X秸秆包的含水率；m1干燥之前盘子和秸秆总苞的质量；m2干燥之后盘子和总苞的质量；m2盘子的质量；秸秆的含水率实验结果如下表1.3 所示，再基于5组随机取样的秸秆前提下，从结果我们可以看出，五组秸秆的含水率平均值为22.25%，表明5组样本秸秆中平均含水量约占总质量的五分之一。表1.3 样本秸秆的含水率实验结果组别含水率/%121.2222.5224.6422.6522.8查看有关文献得知：正常秸秆的含水率约为自身总质量的20.0%至25.0%左右，该实验数据均在正常范围内，说明该样本秸秆均满足试验的相关条件，为下面的秸秆脱壳试验提供了重要研究方向，在实际生活中，秸秆含水率的大小主要取决于堆挤时间的长短和气候条件，利用这一思路，为后面的研究提供了重要思路和方向。2 总体方案的设计2.1 总体设计根据前面我们对样品秸秆的物理学分析，针对不同秸秆的大小，形状和质量，秸秆打包机的设计的必须满足以下几个条件。在整个设计过程中，您必须清楚地定义设计工作并不时找到相关的参考资料。我们将随时比较设计和结构，以确定最佳设计。过程和设计数据随时记录以供检查。在整个设计过程中我们始终保持着以理论为指导思想，切实以家庭为研究对象，设计出节省材料、成本低廉、安全简易、通用性强，效率高的打包机机械装置为最终目标。本次设计的秸秆打包机的主要以实现将推挤零乱松散的秸秆，压紧成为一个的正方体，根据机械装置的前期设计，秸秆打包机主要可以分为四个部分：送料机构、液压动力箱、压料箱和送料箱，如图2.1所示。图2.1机械装置的总体设计由于秸秆要被运到具有一定高度的压缩箱，因此需要进给机构将秸秆从低处到高处运送，因此，进给机构采用具有特定运输偏好的爬行，秸秆慢慢送到压箱。 通常有两种类型的传送机：分别为传送带和传送链。传送带一般可分为耐燃传送带，尼龙传送带，高温传送带，耐寒传送带和耐酸传送带。其中，耐磨传送带的核心是棉织物，尼龙织物和涤纶织物，它覆盖了耐磨橡胶复合物，具有高强度，它具有的优点是较低的伸长和优异的耐磨性，它用来运输秸秆的最好选择。传送链一般可分为滚筒式，平板式等。滚筒传送链的传送板由碳钢制成，具有较好的耐腐蚀性，此机构运输较为松散物品，如纸张，纸板，袋子和一次性饭盒，其中大部分都含有大量的灰尘，沙子和水分。在开放的粉尘环境中，抗老化能力和耐磨性与耐磨传送带相匹配，因此，传送链进给模式可以较好地满足恶劣工作环境。传送链的外部已被识别为屏障，以防止灰尘或其他杂质被捕获在大颗粒中，从而防止载体链被检测到，从而传送链可以正常工作。传送链两侧的屏障用于形成用于运输干草的储存路径。2.1.1压料箱在送料装置将秸秆输送到压力箱以后，零零散散的秸秆在液压推杆的作用下发生压缩。 这个动作在压力盒中进行，然后推力将秸秆从压力盒中推出来。再将秸秆从挤压箱中推出时，切割秸秆，切割顶部不平整的部分，然后将材料推入下一步装置。压料箱如图3.2所示图2.2压料箱2.1.2送料箱秸秆在压力箱被压缩打包以后，由液压推力杆推入至送料箱。送料箱此时发挥一个重要作用就是临时存储上一步骤打压好的秸秆包，并将秸秆包的顶部将秸秆包压平实，因为下一步骤是打包好的秸秆将被推出进行切割，由于秸秆本身的韧性所以不可能被切的平平整整，所以秸秆上可能存在毛躁粗劣的刀痕等，所以还是有必要从顶部在进行挤压，使其形状更规则整齐。图2.3出料箱示意图在送料盒的底部，槽钢用作支撑秸秆袋的导轨。送料盒容器长1.5米，可以携带两个草袋，因此操作员有足够的时间拧紧袋子，使袋子在垂直方向上收紧。2.1.3总体结构的设计总体结构的设计主要由四个部件组成：进料机构，液压油箱，压力箱和进料箱。上面详述了每个组件的设计。下面描述四个主要部件之间的组装。液压动力箱和压力箱通过螺栓连接而成，压力箱和负载箱也通过螺栓连接。 进纸盒不接触这三个部件，但是与充电端口隔离并平行。 按下面每个主要组件的安装图如图所示3.3所示。 图2.4整体安装结构示意图2.2 秸秆打包机各运行动作简介秸秆打包机打包的整个过程中各个动作是以上四大部件相互协作下完成的，机器的启动管理控制都是PLC来完成的。在整个设计过程中，必须清楚地定义设计工作并不时找到相关的参考资料。我们将随时比较设计和结构，以确定最佳设计。过程和设计数据随时记录以供检查。针对以上的注意事项，我们将在机械设计中注意以上几个问题，运用之前学习的有关工具将机械装置的设计步骤路线设计如图3.4所示，在整个设计过程中我们始终保持着以理论为指导思想，切实以家庭为研究对象，设计出节省材料、成本低廉、安全简易、通用性强，效率高的板栗剥壳机械装置为最终目标。 图2.5秸秆打包机的主要动作流程图2.3 电器控制系统的设计2.3.1电器控制系统PLC控制系统是由PLC、输入/输出（I/O）电路及外围设备等零部件组成。系统的规模是根据实际的需求而定制，可大可小，运用在秸秆打包机装置中能够大大缩减由于时间上控制不精确而造成的工作时间浪费，PLC电器控制系统较计算机控制系统的最大的好处在于实时性和高可靠性，由于控制器是采用自动控制串接为基础，信号处理的时间间隔非常短暂，速度较快，正常处理时间可以精确到10ms到20ms之间；同时PLC系统采用独有的抗干扰技术，具有很强的抗干扰能力，使用起来方便快捷，相比较电源控制下的机械系统，可编程逻辑控制系统（PLC）有比较大的优势性可言，具有以下几个显著特点；（1） 比较可靠，拥有较强的抗干扰能力，接口模块品种多； （2） 硬件配套比较齐全，使用起来方便快捷，适应能力性强； （3） 编程方法简单易操作、比较直观； （4） 系统的设计/安装、调试工作相对较少； （5） 维修工作量小、维护方便，体积小、耗能低、重量较轻；2.3.2 电器控制系统的主要步骤图2.6 PLC控制器总梯形图如图3.5为PLC控制器总梯形图，首先制定被控对象的分析和描述，得到系统方案论证，根据电器元件和机械设备的总体分布情况，制定系统的总体设计方案。(1) 设计硬件设计和软件设计，根据元件的布置图和电气原理绘制接线图，然后检查和测试相关系统是否正确。(2) 根据机械装置的自身相关情况，绘制电气原理的相关组线图，适当根据各线路图的反馈情况予以记载和改善，进一步细致化，使整个系统更加完善化。(3) 现场安装并测试电气设备是否符合相关标准，通过一定的测试和分析，达到目标要求，从而对设计编写说明书等相关说明。相关步骤图如图3.6，3.7所示，从图中我们可以清晰的看出设计的关键步骤情况，设计时根据先关的步骤一步一步的进行调试，最终能够达到预期的效果。图2.7 PLC终端示意图图2.8 设计主要步骤3 机械系统的设计3.1传动方案的选择3.1.1链传动的选择送料装置中的驱动力是靠电动机来实现的，电动机与主动轴之间的距离较远，由此选定合适的传动方案对后面的设计尤为重要。下表为几种常见的传动类型差异性对比，如表4.1所示。表3.1几种常见的传动类型从上面的优点和缺点可以看出，同步齿形带和套筒链都是将电动机的扭矩传递到驱动轴的理想选择。 但是，由于秸秆打包机的工作环境多为露天，经常暴露在阳光和雨水中，灰尘多，工作环境恶劣。 为了延长秸秆打包机的使用寿命周期，铁套管链比同步皮带更合适。 由于较大的传动强度和扭矩，为此目的使用了一组重复的链条。相关参数参照下表4.2所示。 表3.2套筒链参数ISO链号：12A外或中链板高度：h2max|mm15.62链条通道高度：h1min|mm18.24节距：p|mm19.05过渡链节尺寸：l1min|mm7.9测量力|双排：N560滚子直径：d1max|mm11.91过渡链节尺寸：l2min|mm9.14抗拉载荷|双排：min|kN62.2内节内宽：b1min|mm12.57过渡链节尺寸：c|mm0.1销轴全宽|双排：b5max|mm49.8销轴直径：d2max|mm5.96排距：pt|mm22.78内链板高度：h2max|mm18.08套筒孔径：d2min|mm5.98内链节外宽：b2max|mm17.75外链节内宽：b2min|mm17.81运输链负责承载运输秸秆，需要较大的抗拉载荷系数，选用的是单排滚子链，采用中碳钢淬火处理，硬度40 HRC45HRC,其示意图如图4.3所示，相关参数见下表4.3所示。表3.3单排滚子链参数ISO链号：64B外或中链板高度：h2max|mm90.17链条通道高度：h1min|mm91.08节距：p|mm101.6过渡链节尺寸：l1min|mm47.07测量力|双排：N7960滚子直径：d1max|mm62.5过渡链节尺寸：l2min|mm47.07抗拉载荷|单排：min|kN1120内节内宽：b1min|mm60.96过渡链节尺寸：c|mm0.2销轴全宽|单排：b5max|mm120.9销轴直径：d2max|mm29.4排距：pt|mm119.89内链板高度：h2max|mm90.17套筒孔径：d2min|mm29.45内链节外宽：b2max|mm92.02外链节内宽：b2min|mm 92.153.1.2电动机的选择及调速方式这种调速方法是通过改变定子绕组的接线方式来改变笼型电动机定子极对数从而达到调速目的，该方式特点如下：(1) 具有较优良的机械特性，稳定性良好；(2) 无转差损耗，具有效率高优点； (3) 接线较为简单、容易控制、价格相对低； 有级调速，级差较大，不易获得平滑调速； 如图4.1所示。图3.1电动机调速方法本方法适用于不需要无级调速的机械设备，如金属切削机床、升降机机械装置、起重设备、风机、水泵等。 3.1.3选择电动机类型表3.4 电动机参数型 号拖动电动机功率（KW）额定转矩（N.m）调速范围（r/min）转速变化率（%）重量（kg）CT2004B7.547.71250-1252.5224机座号AA/2WBWCDE基本尺寸基本尺 寸基本尺寸基本尺寸极限偏差基本尺寸极 限偏 差基 本尺 寸极 限偏 差200-4B218159256501528+0.018+0.0021100.42机座号安装尺寸外形尺寸FGHKABACADHDL基本尺寸极限偏差基本尺寸极限偏差基本尺寸极限偏差基本尺寸极限偏差位置度偏差200-4B100-0.026 220-0.22000-0.519+0.420 1.54104202254858603.1.4确定电机工作时的功率电机正常工作时所需要的功率PW。= 式中，取。电动机的输出功率P0：= 其中，齿轮传动效率，联轴器的效率，滚动轴承效率所以：得： 选取电动机的额定功率，使,查机械设计手册得电动机的额定功率为：。图3.2电动机3.2传动轴的设计3.2.1轴结构的设计轴的结构和形状取决于以下因素：（1）轴叶片的类型：（2）轴力的大小及其分布;（2）轴上零件的位置，轴的性质和固定;（4）轴承的类型，尺寸和位置;（5）加工方法，装配方法和其他特殊轴要求。可以看出，影响轴的结构和尺寸的因素很多。在设计杆时，有必要综合考虑各种因素。秸秆打包机中的主动轴材料为碳钢，承受拉力F=1000 N,轴上的载荷FQ=1500 N,轴的类型和尺寸如图4.3 所示。图3.3主动轴示意图3.3压料箱的设计压料箱具有较高的工艺要求，液压推杆应能承受压力，但其设计符合节约材料和降低成本的要求之一。压料箱的底盘由HT200制成，框架由钢角焊接，钢板围绕钢角焊接形成盒子。为了满足强度要求，将20mm宽的扁钢焊接作为加强肋到壳体的周边。将V形刀焊接到压料箱的中心以切割致密的秸秆。图3.4 V型刀示意图3.4压料箱的设计秸秆在压力箱被压缩打包以后，由液压推力杆推入至送料箱。送料箱此时发挥一个重要作用就是临时存储上一步骤打压好的秸秆包，并将秸秆包的顶部将秸秆包压平实，因为下一步骤是打包好的秸秆将被推出进行切割，由于秸秆本身的韧性所以不可能被切的平平整整，所以秸秆上可能存在毛躁粗劣的刀痕等，所以还是有必要从顶部在进行挤压，使其形状更规则整齐。3.5出料箱的设计出料箱的功能是临时存放紧凑的秸秆袋并在出料箱中进行手动穿线和捆扎。 出料箱的轮廓由钢角焊接而材料为Q225。携带草袋的导向列车由直径为100mm的钢槽焊接。喷嘴盒和出料通过M20X80螺栓连接。总结本论文本着节省材料、成本低廉、安全简易、效率高的原则，立足于秸秆打包机设计与研制，完成的基本工作如下：前期通过对秸秆的特性调查取样经过分析，为装置关键部件和试验研究等层面提供了性能依据，经过理论与实际相结合，主要设计包括有送料装置、液压动力箱结构、压料箱和送料箱等。论文参照了如今国内外秸秆打包机装置设计的不同方案，针对不同秸秆的工艺要求与实际情况相结合，确定了总体的设计方案。此次设计的课题是秸秆打包机，从整体上来讲，它是一次机电一体化的全新结合，设计主要分为分为三个部分：总体结构设计，控制系统设计和液压系统设计。在部件的总体设计中，打包机的许多部件都经过精心设计，例如液压变速箱，压缩箱，卸料箱，电机和小型液压系统。PLC可编程控制器控制系统具有高稳定性和控制可靠性，液压元件提供的坚固压力和秸秆的高压缩质量。虽然按照这个总体性设计，打包机不能实现高度自动化，不能实现自动化和包装，导致某些性能的缺失，鉴于研究能力有限，秸秆打包机的结构优化和等一些关键性因素还有待进一步提升。未来希望可以更好的学习有关的知识，将秸秆打包机与智能化控制方向结合，使秸秆打包机朝着更好的方向迈进。参考文献1 李倩.秸秆打包机的分层叠压技术研究M.江苏.江南大学2008.8.1.2 朱虹.秸秆压缩打包机研究M.上海：农业装备技术，2013.8.10.3 李文刚.THB3060型秸秆打包机M.江西：农村百事通，2015.12.10.4张梦阳.文献研究与理论观照M.上海：中国现代文学研究丛刊，2005.4.2.5陈东.调查取样方法改进意见综述M.江西：江西植保出版社，1987.4.2.6张书诚.秸秆打包机压力试验有限元分析M.安徽：池州学院学报，2009.6.28.7马晓春，梁芳.木材含水分检测方法概述M.浙江：计量与测试技术出版社，2010,(04).82-848濮良贵，纪名刚.机械设计(第8版)M.北京:高等教育出版社，2006.9谢小东.可编程逻