青饲料切割机的设计

毕业设计（论文）题目青饲料切割机的设计系（院）机电工程系专业机械设计制造及其自动化班级学生姓名学号指导教师职称独创声明本人郑重声明所呈交的毕业设计论文，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果由本人承担。作者签名年月日毕业设计（论文）使用授权声明本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。（保密论文在解密后遵守此规定）作者签名年月日青饲料切割机的设计摘要近几以年来，有关饲料加工机械的发展逐渐走热，国产饲料加工机型如搂草机，割草机，饲草打捆机等农业机械的销量大幅增加，特别是青饲料切割在近几年的市场上出现了供不应求的局面。现阶段市场上农产品的种类齐全，设备充足，农机购的置积极性空前高涨。但是，根据专家的分析结果，中国的农机产品及种类，仍然不能满足农村市场的当前需求。当前农机产品主要是技术障碍而不是数量障碍。这种切割机的设计中，主要由安装在公共驱动轴上的切割刀，破碎两种机构构成。破碎部分主要由剪刀尺壁，刀片和滚筒构成，当被切削齿切割加工块茎材料，经过定刀的划割，动刀的切割，再经过进一步的刮刀破碎完成切割过程；我们可以使用切割机构处理葡萄树，绿叶饲料杆。利用辊压轮的自动送料藤蔓自动加工过，把破碎部件拆下装上磨齿板，又可以进行马铃薯等淀粉类初加工机械，因此不仅能对青饲料进行加工，而且还能加工马铃薯等淀粉类，非常适合农村的养殖业发展。关键词破碎，切割刀，辊压轮THEDESIGNOFTHEGREENCUTTINGMACHINEABSTRACTASIGNIFICANTINCREASEINTHEPASTFEWYEARS,THEDEVELOPMENTOFFEEDPROCESSINGMACHINERYGRADUALLYTAKETHEHEAT,DOMESTICFEEDPROCESSINGMODELSSUCHASRAKES,MOWERS,BALERSFORAGEANDOTHERAGRICULTURALMACHINERYSALES,ESPECIALLYINRECENTYEARSCUTGREENFODDERAPPEAREDTOOUTSTRIPSUPPLYONTHEMARKETTYPESOFAGRICULTURALPRODUCTSONTHEMARKETATTHISSTAGEISCOMPLETE,ADEQUATEEQUIPMENT,FARMMACHINERYPURCHASEHOMEWITHUNPRECEDENTEDENTHUSIASMHOWEVER,BASEDONTHEANALYSISOFEXPERTS,CHINASAGRICULTURALPRODUCTSANDCATEGORIES,STILLCANNOTMEETTHECURRENTNEEDSOFTHERURALMARKETCURRENTAGRICULTURALPRODUCTSAREMAINLYTECHNICALBARRIERSRATHERTHANTHENUMBEROFOBSTACLESTHISDESIGNOFTHECUTTINGMACHINE,CUTTINGPRIMARILYBYMOUNTEDONACOMMONSHAFT,THETWOBODIESCONSTITUTINGTHECRUSHINGTHEMAINPARTOFTHEWALLBYABROKENFOOTSCISSORS,BLADESANDROLLERSCONSTITUTED,ISCUTTINGTEETHWHENCUTTINGTUBERSMATERIALS,THROUGHAGIVENCROSSCUTKNIFE,CUTTINGKNIFE,ANDTHENAFTERTHECOMPLETIONOFFURTHERCRUSHINGBLADECUTTINGPROCESSWECANUSETHECUTTERBODYTODEALWITHVINES,LEAFYFEEDRODTHEUSEOFAUTOMATICFEEDINGVINESROLLWHEELSAUTOMATICALLYPROCESSED,REMOVETHEBROKENPARTSGRINDINGTEETHMOUNTEDONBOARD,THEYCANBETHEBEGINNINGOFPOTATOSTARCHPROCESSINGMACHINERY,ANDTHEREFORENOTONLYBEABLETOFORAGEFORPROCESSING,BUTALSOPROCESSINGPOTATOESANDOTHERSTARCHY,WELLADAPTEDTOTHERURALFARMINGNEEDSKEYWORDSCRUSHING,CUTTINGKNIFE,ROLLINGWHEELS目录第一章绪论111研究的意义和背景112市场前景分析113设计方案的确定2131设计方案分析2132设计方案确定3第二章原理及总体结构的设计521原理及总体结构介绍522传动比的确定6第三章传动设计931电动机的选择932V带轮的设计9321V带轮结构的设计9322相关计算9323电动机带轮和结构参数的的确定1233锥齿轮的设计和材料的选择12331小锥齿轮分度直径和齿轮精度等级的确定13332小型锥齿轮的零件图及尺寸参数14333小型锥齿轮的零件图1534设计传动圆柱齿轮16341相关参数的计算16342按齿面接触疲劳强度的要求计算16343按齿根弯曲强度的要求计算17344几何计算19345可行性验算20第四章轴的设计与校核2241轴的设计22411主轴的设计22412传动轴的设计23413传动轴与传动轴的设计2442主轴的校核2543调心球轴承的寿命计算31第五章刀的设计3451切割的概念3452切刀的设计3453破碎辊筒的设计39第六章进给机构与机架的设计4261进给机构的设计4262机架的设计43结论44参考文献45致谢46第1章绪论11研究的意义和背景建设现代化农业的一个重要物质基础就是农业机械的推广和使用，农业机械的使用是先进生产力的代表，是提高农民经济效益的主要手段。近几以年来，有关饲料加工机械的发展逐渐走热，国产饲料加工机型如搂草机，割草机，饲草打捆机等农业机械的销量大幅增加，特别是青饲料切割在近几年的市场上出现了供不应求的局面。现阶段市场上农产品的种类齐全，设备充足，农机购的置积极性空前高涨。但是，根据专家的分析结果，中国的农机产品及种类，仍然不能满足农村市场的当前需求。当前农机产品主要是技术障碍而不是数量障碍。在进一步的分析和结合生活实际的前提下，设计一种满足当前市场需求的青饲料切割机，该切割机不仅结构简单方便操作而且价格实惠，解决了小型养殖户因资金不足而无法购买饲料切割机的困扰。12市场前景分析目前市场上很少有适合个体农户，专业户和小型养殖场需求的青饲料切割机。而且这些青饲料切割机还有诸多缺点（1）大多数青饲料切割机除了功能单一，只能切割块状饲料或青秸秆类物料。（2）切割刀刃直刃刚度低而且一般为，切割多纤维茎秆的性能差；（3）操作人员的安全没有保障，用手喂料时存在很大安全隐患；（4）切碎块状物料时不仅均匀度较差而且粉碎程度较大。因此，在进一步的分析和结合生活实际的前提下，设计一种满足当前市场需求的青饲料切割机，该切割机不仅结构简单方便操作而且价格实惠，解决了小型养殖户因资金不足而无法购买饲料切割机的困扰。13设计方案的确定131设计方案分析通过对以往资料的查阅，确定以下四种方案，具体如图11、图12、图13、图14所示。图11卧式切割机图12立式切割机图13卧式辊筒切碎机图14卧式多功能切割机方案一图11是卧式切割机，此种设计方案最为常见，电动机的主轴上装有切割的砍刀片，靠电动机旋转给刀片提供动力来切割饲料，无法切割块状饲料是它的主要缺点，而且砍刀刀片为直刃，功率消耗大，抖动性也大。方案二图12是立式青饲料切割机，其优点是空间占用小并且结构紧凑，缺点是功率消耗大，震动大，而且能切割的饲料种类单一。方案三图13是卧式辊筒破碎机的设计方案，其优点是解决了切割块茎饲料的问题，而且辊筒上的切割刀片拆卸维修也方便，但是仍不能切割藤蔓类青饲料，因此使用也受到了极大的限制。方案四图14设计方案是多功能卧式切割机，这一设计不仅能切割藤蔓类青饲料还能切割块茎类青饲料，但是这一方案仍有缺点，为了解决切割块茎类饲料，装入了过多的转动刀片，维修拆卸非常不便并且增加了企业成本。132设计方案确定通过综合分析以上四种设计方案的优缺点，得到一个多功能青饲料切割机，这一设计既能切割秸秆类青饲料，又能切割块茎类青割饲料，并且在设计时增加了自动进给机构，工作的安全性大大的被提高，也提高了工作效率。这一方案的目的是设计一个可以将块茎，块根类青饲料，切割加工成青饲颗粒的切割机同时还具有切割藤蔓，绿叶青饲料的切割机构还可以方便的对磨碎的齿板进行拆卸维修和更换，通过更换齿板还可以对马铃薯等淀粉类加工的多用途的加工机器。这一设计的亮点就是破碎辊筒上的刀部件、齿的配合使用，减少了物料之间的挤压和相互碰撞的机会，降低了块茎类饲料加工似的粉碎程度；采用辊压轮进给的方式加工秆叶类、藤蔓类饲料，送料时的人身安全系数得到了提高；又因为在同一传动轴上安装了切割机构和破碎机构，在完成加工块茎类饲料时，也可对块根类饲料进行加工，并且对秆叶藤蔓类饲草也可以同时加工。在使用同一传动轴的前提下优化了设备的制造步奏，使用同一驱动轴，降低了使用过和维修时的麻烦，节约了成本。当给破碎辊筒换上磨碎齿板式的时候，又可对马铃薯等淀粉类农产品进行加工。这一设计不仅结构，简单，而且方便实用，非常适合小型养殖户和个体农户的发展需要，特别适合偏远山区的推广和使用。图15为其设计效果图。图15家用青饲料切割机效果图1电动机2皮带轮防护罩3防护罩4进料斗5进料槽6机架7出料槽第2章原理及总体结构的设计21原理及总体结构介绍该设计的主要构成由驱动轴I和与其装在一起的小V带轮，位于中间部位的切割刀盘和破碎辊筒，装在另一端的小锥齿轮和与轴II装在一起的大锥齿轮，进给轴III，进给轴IV，和装在机架下部的提供动力的电动机，传动V带和主动轮，块茎喂料斗，和情感秸秆进料斗机壳等构件构成，主要由安装在破碎辊筒上的刀齿板，切割刀，和机壳上的刮刀一起对植物根块茎，秸秆完成切割的破碎功能，传动轴一端安装的切割刀盘和动刀片，在动刀片转动时与安装在机架上的可以完成切割功能的定刀片组成。在同一传动轴上安装了破碎机构和切割刀盘，因此可以同时完成切割和破碎功能。机架上安装有传动轴，动力由电动机提供，当电动机转动的时候，主动轮通过V带将动力输送给传动轴一端的从动轮，驱破碎辊筒和切割刀盘完成切割工作。切割机构的喂料台安装在靠近切割刀盘的一侧，小螺杆将中部传动轴的破碎辊筒上的机壳和进料斗连接为一体；皮带防护罩装在主动轮，从动轮上；出料斗位于机架的下部；刀盘罩2、喂料斗、出料斗等构件都安装在机架上。破碎辊筒的滚动面上装有可以拆卸的刀齿板、刮刀，当使切割刀和刀齿板在一个合适的螺旋角度内时，就是所设计的青饲料切割机。卸下破碎辊筒上的刀齿板，刮刀，换上磨碎齿板，就可以对马铃薯等淀粉类农作物进行加工。在进行饲料加工时，从喂料台上喂入秸秆类青饲草，动刀片与定刀片的相互作用完成对辊压轮送入的物料。植物的根部，茎块则由顶部的进料斗进入机壳内。由于辊筒的快速旋转，物料在刀齿板和切割刀的划割和切削的情况下完成饲料的加工过程。传动原理如下图21所示图211电动机2小V带轮3V带4大V带轮5轴承座6破碎辊筒7主轴8切碎刀盘9动刀片10小锥齿轮11大锥齿轮12小圆柱齿轮13大圆柱齿轮14换向圆柱齿轮15换向圆柱齿轮16传动轴17传动轴18传动轴注图中箭头表示各轴的转动方向22传动比的确定联系实际情况，在此次设计中主轴转速不宜过高，选择400R/MIN。下面来进行进一步的分析计算。此次设计选择的电动机转速是1600R/MIN，功率06KW。传动比一般在25，现在选择传动比为4因此主轴转速为1600R/MIN/4400R/MIN（21）N辊压轮的初选直径为45CM，切割饲草时的长度定为15CM。下面来确定传动轴III和传动轴IV与主轴的传动比。通过分析可知轴III和轴IV的转速相等，旋转方向相反。如图22设主轴转速为R/S，由于2把动刀片是对称安装的，所以切割的次N2数为2次/S。N图22设送料辊压轮的转速为转/S，所以N3V2R22251413MM/S（22）N3物料的理论速度为V。所以切割刀的理论切割长度为L7065/23N231432本设计的实际切割长度为15MM为宜，因此7065/15MM（24）32由以上得/15/7065/471N23主轴I与传动轴III和传动轴IV的传动比是471现已知400R/MIN2因此8493R/MIN3则理论上每秒切割物料V200MM/S在实际操作中饲草在输送时会有打滑的现象，因此以上的进料速度是可以做到的。主轴I与轴III和轴IV之间有两对减速轮，为了计算方便，取锥齿轮传动比为I2，I3为圆柱齿轮的传动比。第三章传动设计31电动机的选型这一青饲料切割机的设计主要面向小型养殖场及个体农户，因此应选用220V供电电压的电动机，综合动力及经济性，现选用YL系列的电动机来驱动机械。体积小，容量大，起动及运转性能好，高效节能是YL系列电动机的抓哟优点，这一系列电动机符合国际标准的相关规定，与单、三相异步电动机有很高的通用型性，在家用电器和农用机械上被广泛的使用，具有很高的经济性。电动机的主要参数型号YL8014电压220V功率06KW额定转速1600R/MIN频率50HZ效率80功率因数094外形尺寸29520016532V带轮的设计V带轮的设计应满足一下要求质地均匀，重量小，制作工艺性要好；经过高速动平衡测试，带轮轮槽的粗糙度要小，为了均匀的分布载荷，轮槽在加工时尺寸和角度应控制在合理范围内。带轮材料采用牌号HT200的铸铁。321V带轮结构的设计典型的V带轮铸铁结构有以下几种1实心式2腹板式3孔板式4椭圆轮辐式。如果采用实心式，必须满足V带轮的基准直径25D；300MM时，可选DD择腹板式结构；300MM时，可以选择椭圆轮辐式结构。D322相关计算由以上知所选择电动机的功率为06KW，额定转速为N11600R/MIN，选择I4的传动比，普通V带传动。（1）计算功率P的确定CA通过查阅参考资料1从表86中得到工作系数为KA12，所以PPKA1206072KW31CA（2）带型的选择由P和N由及资料1中的图89带型选用Z型CA（3）带轮基准直径的确定由资料1表87,83选取基准直径D71MM的主动轮1D所以从动轮直径DID471284MM21通过资料1查阅取D280MM带的速度为VM/S595120（35）从以上计算结果知道，包角的选择合适。（6）V带根数Z的确定资料1中式826得36已知N11600R/MIN,D71MM,I4查阅文献1中表84A，表84B,得1P033KW,P003KW00通过查阅1表88、82,得K114，K092L所以1907选择Z2114920307Z公式（36）中K包角的修正系数K带长修正系数LP单根普通V带的基本额定功率0P单根普通V带额定功率的增量（7）带的出拉力F的确定0由文献1中式827得F（37）0215QVKZVPCA查阅1表83,知Q006KG/M,因此F54078845N029506192575由文献1式828得压轴力F2093NP2SIN10AZ2784150SIN4323电动机带轮和结构参数的的确定带轮的结构方式通过基准直径来确定，通过以上计算知道，电动机V带轮应该选择实心式；主轴V带轮应该选择腹板式。L152D,当BE4873651RAF所以75086N342165948765001ARYF因为E34682RA所以N938416291022AYP在运转中轴承会有有轻度的冲击载荷,查阅文献1表136知道,考210PF虑到实际需要我们取12；PF因此N03291867501PN432（4）验算轴承寿命因为,所我们以轴承2所受力为准进行验算21P由参考文献1式（135）有HPCNLH1053632642891028401从以上计算知道，切割机使用寿命远远小于以上计算数值，所以轴承的选用是合适的。第五章刀的设计51切割的概念从生活中我们知道切割，是指用机械加工的方式克服所加工物料内部的凝聚力，并且将其加工成我们所期望的块、丝、片等形状的产品的操作过程。要想完成切割运动机器应该具备两个必要条件，其一是要有切割刀具，其二是物料的“进给”运动。进给运动就是指物料和刀具的不断接触运动。所谓粉碎，就是指用机械加工的方法克服所要加工的固体物料内部的凝聚力然后把物料分裂的过程；按照所加工物料的尺寸大小的差异，将大块物料加工成小块的过程称为破碎，而将小块物料加工成细粉的过程称为粉磨，我们破碎和粉磨统称为粉碎。52切刀的设计（1）切刀的材料和要求切刀的材料一般选用经过热处理的T9碳素工具钢或锰钢。在这我们选用切刀的材料为T9工具钢。合格的切刀应该满足以下要求能够切割的质量高，动力耗用较小小，工作的时候平稳，结构紧凑，安全可靠，刃磨方便，拆卸维修方便，价格合理。（2）刀片设计时应满足的要求在设计和选用刀片时要满足一下三个要求，即能够钳住物料，完成切割；切割时所消耗的机械功率要小；切割的时候阻力矩要均匀。（3）常用刀片形状的选择常用的切刀的刀刃形状有直线型和曲线型的两种，如图51所示图51在此次设计中我们选用（C）外曲线刃口刀的形状，来进行滑切。（4）刀的切割方式分析切割机械在工作的时候，切刀的工作方式和刀片的形状决定功率消耗的大小，切刀常用的工作方式有正切和滑切。当切刀滑切工作的时候，切割阻力较小，切割比较容易，切割物料省力，消耗的功率也小。当切刀以正切工作的方式工作时，切割阻力比较大，切割也比较困难，消耗的功率也大。在这一设计中刀具的切割方式为滑切。图52是滑切的示意图图52滑切示意图图中O为刃口曲线的圆心，BC是刃口刀的刀刃，切割工作点为A，切刀的回转半径为R。当切刀围绕刀轴中心P回转切割运动时，工作点A的切割速度为V。明显，OAV，将V解在点A进行分解成切线和法线两个方向的分速度那么ZV称为滑切速度，我们称为正切（砍切）速度。HVZV和V之间所夹的角我们称为滑切角。当滑切速度不为零时称为有滑切的Z切割，简称滑切；速度为零的切割我们称为正切或者砍切。与和的关系为HVZ/TANHZ从上图52分析可知，滑切角不为零并且最大的滑切角为，可以轻易实60现滑切。如图53滑切省力原理的进一步分析图53滑切省力原理图当产生滑切的时候，切割速度V会和刀刃的法线方向偏离，产生滑切角，此时切刀的楔入角度会减小到；从以上的几何关系我们可知TANBC/ABTANTANCOS刀刃切入物料时的实际楔入角的大小与滑切角的大小成反比，即大HV小，切割时受到的法向阻力越小，切割的时候就越省力；所以，为了达到切割ZV的时候省力的要求，除保证刃口锋利以外，还应使切割为滑切，这就是滑切省力的原理。此外，由于刀片在加工时存在加工精度的问题，不管看起来再怎么光滑，在显微镜下仔细观察的时候，刃口就会呈现锯齿状“微观齿”；滑切时，这些尖锐的“微观齿”就像锯子一样将物料纤维切断，这是滑切比正切省力的另一原因。（5）物料钳住的条件分析我们以以下两种不同钳住角的大小切割物料的受力情况来分析钳住物料，保证稳定的切割条件。图54表示了不同钳住角的大小切割物料时物料的受力情况图54钳住角不同时物料手里分析图54中，CD为定刀片刃口，AB为动刀片刃口，动、定刀片对物料的钳住角为，我们也称为推挤角。假定以上切割方式的摩擦角为；AB是动刀片21和刃口；CD是定刀片刃口，、为动定刀片对物料产生的正压力，、为摩1N21T2擦力。由图54（A知，由于此时,在切割的时候会产生滑移，切割的稳21定性不能保证；从图54B知，由于此时，不仅能够保证切割的稳定性，提高效率，21而且切割时还会产生滑移。从以上分析我们知道，保证钳住物料稳定切割的条件是钳住角必须小于物料和定刀片之间摩擦角之和即。21在本设计中刀与料的相对位置图如图55所示，下面进行钳住物料条件的分析图55切刀和物料的相对位置图由图55知道，切刀在旋转过程中，的最大取值是，由经验我们知道，一般情况下我们取，38132，因此只要小于就可以了，所以以上刀的安装和设计都是合理21850的。（7）刀的安装我们通过螺栓1、2、3、4将曲线动刀片A、B安装在刀盘P上，动刀片与定刀片的间隙通过调节螺栓1、2、3、4来调整，具体如下图56所示1、4六角螺栓2、3沉头螺栓图56切刀简图53破碎辊筒的设计（1）刀的设计在破碎辊筒刀的设计中我们采用了改进过的齿刀配合的设计方法，在辊筒的旋转力作用下，物料先被刀齿板上的刀齿刮划成条，然后再由切刀切削下来，再经刮刀进一步破碎；齿刀的设计中，刀齿采用螺旋布置，与水平线成夹角，10各刀在辊筒平面的法线上，高度均为15MM，破碎机构原理图及辊筒简图如图57所示图57破碎机构原理图及辊筒简图如图（2）刀在辊筒上布置的设计为了配合刀齿板上螺旋刀齿的运动，在此次设计中我们将切刀以倾斜角10O来布置，整体布置如下图58所示图58组合刀具在辊筒上的布置（3）辊筒的设计因为所要进行的块茎破碎，工作中会产生大量的水分，所以辊筒必须采取防锈处理，所以辊筒选用材料铝ZL301进行铸造，达到防锈的目的，辊筒的直径选定为300MM，其长度选定为140MM；辊筒主体铸造的厚度为8MM，具体尺寸及辊筒结构如下图59所示图59辊筒机构简图图59辊筒机构简图第6章进给机构与机架的设计61进给机构的设计在此次设计中我们采用辊压轮完成对藤蔓类物料进行进给，辊压轮的外缘直径为，转速由前面的总体设计计算可知45V200MM/SMIN/938R在此次设计中，我们采用双槽重叠设计，外面钢槽由3MM厚的钢板焊成，在槽的两侧使用厚钢板加厚，然后镗孔，轴、穿过孔而被支撑，轴、与辊压轮用平键连接，在钢槽内再插一个薄壁进料槽，槽的底面与水平面成10倾，便于送料，详细见图611外钢槽2辊压轮3薄壁插槽4定刀片图61进料槽及其进给辊压轮62机架的设计在机架设计中，主体采用40403的等边对角钢，均通过用手工电弧焊将其连接；在机架的上表面放置一块厚10MM的铁板以便固定各零件，在机架的4个角上各加焊一块404010的厚铁板，以便获得足够的强度来安装运动轮；根据各零件的设计尺寸，总观全局对机架进行设计，最后机架整体尺寸为628540437，（详细请见A0机架图纸）。结论我们此次的设计是以农用机械产品设计为主的青饲料切割机的的设计。此次青饲料切割机的设计实现了青饲料的机械化加工，本机器的推广过和使用，不仅可使广大农户大大提高生产效率、节省劳动强度和，生产质量也会有所提高，而且还可以节约成本。这一设计的主要构成由装在同一传动轴上的破碎和切碎两种功能的机构构成。破碎机构主要由切刀、刀齿板、刮刀与辊筒构成。在加工块茎类物料时,经过刀齿的划割,切刀的切割,再经过刮刀的进一步破碎,就可以完成对饲料的加工过程也可利用切碎机构对藤蔓、杆叶类青饲料进