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届毕业设计小型可移动式树枝粉碎机设计学生姓名学号所属学院专业班级指导老师前 言果园林的树枝修剪和废株清理不但对环境的护卫有很大的影响，而且是生产质量和提高生产过程中不可缺少的一步。新疆南疆果园林每一年都会有很多修剪后的废弃的树枝而且这些树枝不容易捆装，运输出来不太容易，修剪后的残枝大量的堆积既影响生活环境，又容易引起果树的病虫害的流传和诱发失火等灾患。针对大量修剪后的树枝解决问题的有效措施是对修剪废弃的树枝及时进行现场粉碎处理。 因此，本课题设计了一款小型可移动式树枝粉碎机来粉碎新疆南疆的果园、园林的废弃树枝桠，把其粉碎为长度小于30毫米、粒度要小于5毫米的木屑。其工作方式是在单通道喂料辊喂料、转子总成、齿板以及筛网等的共同工作下完成的非重复式树枝粉碎。转子总成包括了锤夹板、主轴、锤片、定位套筒、扇叶、销轴等零件。本课题设计的小型移动式树枝粉碎机的动力来源于拖拉机。关键词：小型；锤片；树枝；粉碎机目 录1绪论11.1选题的目的及意义11.2选题的国内外研究现状21.3 研究的内容31.4 技术路线42小型可移动式树枝粉碎机的总体设计52.1 总体设计的目标原则52.2粉碎机总体方案的确定52.3 工作原理的确定52.4 粉碎机构的确定62.5 进、出料方式的确定62.6 动力及传动方案的确定72.7移动装置的选择72.8 粉碎机总体方案如图所示83关键零部件的设计93.1 转子总成93.2 喂料装置的设计133.3 粉碎室的设计143.4 机架和移动装置的选择164传动装置的设计174.1 带轮的设计174.2 主轴的设计计算18总结21致谢22参考文献23工程概况由于新疆南疆的果园林每一年都会产生大量的废弃枝桠及修剪后的树枝不能达到效果的处理和使用，所以就可以在果园林地里粉碎后马上就输送出去以方便对粉碎后的物料使用，而果园的实际状况等因素制约了现在有的某些机械设备进来粉碎。通过对现有树枝粉碎机进行分析和比较，确定了针对新疆南疆果园残枝树枝粉碎机的总体设计方案，设计了一种小型可移动式树枝粉碎机。总体方案为：树枝从喂料口进入经过喂料辊秩序的进入粉碎室经锤片锤碎，在粉碎室锤片和齿板相互摩擦再次达到粉碎的目的，使物料在粉碎室内在气流和扇叶的作用下被扇出送至接料斗。对现有的树枝粉碎机进行分析，结合本课题研究的树枝粉碎机将树枝粉碎成长度为30mm，粒度达5mm以下的木屑，其用途也非常广泛。结合总体方案的设计确定，对转子总成、喂料装置、粉碎装置、传动装置等关键零部件相关参数及尺寸的确定和计算，并进行了组装配合，完成了单通道厚锤片的非重复式粉碎机的设计方案。利用solidworks软件对粉碎机关键部件进行三维建模及配合。1绪论1.1选题的目的及意义1.1.1选题的目的我国农业生产中的水果产业中占有重要地位，水果产业的发展不仅要满足市场需求，而且成为一个重要的手段，农民致富，但果园残枝利用问题一直困扰着农民。我国不少的果园林树木每一年都要修剪树枝条，大部分果园林都会经过稼接等技术措施对种类革新，因此会有很多的残废树枝。除了修剪后的残枝给农民用作做饭的燃料，很多的修剪后的树枝不能被及时的除掉，大部分的树枝都不可避免地堆放在路边，地面等。随着社会经济不断发展，果园和园林的树枝修剪和废株清理不仅对环境的保护有重大影响，也是保质增产不可缺少的园艺工序。新疆南疆的果园林每一年都要产生大量的废弃的树枝和经过修剪的树枝。在果园的树枝枝桠不易封装和捆绑，运输也较困难，大量残枝的堆积既影响生活环境，也容易造成果树病虫害传播以及引发火灾等安全事故。解决好果业发展中的残枝和资源化利用的问题，对果园农民的果树的健康成长以及可以给果农带来额外的收入来源等都有很重要的影响，而且解决好这些问题还可以帮助一些环境污染的问题。以前残枝处理的方法是对其进行填埋、焚烧，这样既容易造成环境的污染，还不能充分的利用好资源。现在树枝的处理方法是对修剪的废弃树枝进行现场粉碎处理等。废弃的树枝经过粉碎木屑被广泛使用，可作为绿色有机肥料，压缩成型燃料，沼气发酵，堆肥原料，生物质原料炭化，也可用于培养食用菌培养基材料。被切碎后的物料，经过了发酵的处理方法还能制成有机肥，可用在果园林或农业施肥等中，将树枝变得更有价值。1.1.2 本课题选题的意义研究了一种适用于新疆南疆的移动的小型粉碎机，可将果树上修剪的患病的树枝和植物的清洁和废弃的树枝进行粉碎，树枝粉碎的木屑可以很方便的套袋。装袋又可以很方便的用现有的果园的运输机运输出去，解决了废弃的树枝等在果园林的大量堆积和搬运的困难等问题，也减轻了大量人力劳动，还减少了果园林产生严重病虫害的可能性等问题。树枝进行粉碎后的木屑可以根据情况使用，可以粉碎后装袋后运输出来，经过加工等工序制成栽培基质作为各种食用菌的原材料等，用来培养食用菌1。也可用于生物质能源的原料，如碎木屑成块等，作为燃料使用，而且还可以作为用于沼气发酵原料，用于生产沼气等。本课题主要尝试利用将粉碎后的木屑用作生物质颗粒燃料的原材料。开发这种适用于新疆南疆果园的树枝粉碎机是为了很好的促进新疆南疆果园林产业化的发展，提高了果园林的机械化生产，降低了生产的成本。这种树枝粉碎机的研制，可以有效的减少人力的劳动，提高劳动效率。树枝粉碎机的购买和使用成本低，操作简单方便，性能可靠，安全，降低农民的劳动强度，生产成本也可以降低到农民收入又开发了新途径，环境保护效益和经济效益等是很可观的。1.2选题的国内外研究现状1.2.1我国树枝粉碎机的研究现状当前，国内的研究者对玉米棒、稻壳、秸秆、麦壳等农作物的粉碎进行了很多的深入的研究，而且也研制出了各种相对应粉碎机械设备。但是，针对果园林木业的釆伐加工的剩余物，原木材和林木生产的过程中除去了分叉等产生的枝杈、腐烂或不能用的原木段木材等，果园林树木的树枝修剪粉碎的技能及机械配置的专研还是相对于有点少的2。相关设备也不常见。当前我国最常见和最适用的牵引式树枝的粉碎机，大都是用来粉碎花园或者街道修剪后的树枝等。因为修剪作业的工作的地点比较分散，就需要粉碎机粉碎和修剪等一起作业，所以就需要相关的拖车设备牵引。这类粉碎机最大可粉碎直径为200mm以上的树枝，其动力功率一般大都在30kw以上。该类型的树枝粉碎机运行起来是稳定可靠的，还能粉碎较大直径的树枝，但机器噪音和能源消耗都比较高3。北京农业推广站研发的SFJ-8.0型的树枝粉碎机作业时，树枝的直径直径大于20mm可经过刀盘切碎后再进入粉碎室中进行粉碎，树枝在锤片的作用下被粉碎成为木屑，当木屑的粒径能通过筛孔时则被抛出。枝条直径小于20m毫米时，在入口处切成约50毫米，然后进入粉碎室被粉碎。这种机器适用于中小树枝枝条的粉碎，但是效率不太高，工序较为复杂，成本也比较高4。QS型系列树枝粉碎机可粉碎树枝直径在10-140毫米之间的树枝。这种类型的机器的转子和切刀都是在主轴上的，但是这种机器不适合对韧性大的树枝粉碎。唐硕专研了一种由拖拉机来牵引和供应动力的粉碎机，这种粉碎机可以移动起来工作，但是这种粉碎机有点大，工作时对地形要求有一定的平整度，不适合新疆南疆果园林间的工作，而且该机粉碎后的木屑粒度在5毫米以上6。付敏，谌春讳等研发的是先切再粉碎并要求有高细粒度的树枝粉碎机，这主要是集中在发展的粉碎材料高细粒度的实施和设计新的类型的锤子。粉碎后的粒度较小，可直接适用于生物质的发电等。但是机器太复杂，往往使材料粉碎高细颗粒，导致低能耗和其他问题 7。赵俊等研发的树枝粉碎机设备可以根据切碎滚筒的负荷大小，自动的调整喂入量的多少，树枝切碎直径最大可达300毫米。该设备包括设备系统，电控系统和液压系统，机型较大，还需要专门牵引机械8。1.2.1.1 我国粉碎机相关机构的研究现状1、喂入装置的研究现状送料装置的功能是将树枝条往挤压装置中推送，并在挤压过程中支撑，以适应不同直径的枝条。我国的送料装置有：（1）朱思洪研究的“浮动式”，主要是给料辊组件，包括进料辊、轴承、液压马达等，这种方式可以适应喂入滚轮组件的上下浮动以适应不同直径的树枝的粉碎:（2）张汉月研究的液压驱动喂料机构，是由液压马达直接驱动拨料轮。（3）直接喂入方式，即喂料辊转动使树枝均匀喂入操作简单、安全，且进料速率快等。2、粉碎装置的研究现状我国当前即有三种粉碎装置盘式切碎加锤片锤碎和鼓式切碎加锤片锤碎，或直接由粉碎锤粉碎3种结构形式。其中，盘式切碎加锤片锤碎应用比较广泛。1.2.2 国外树枝粉碎机的研究现状目前，有关设备在国外的相关研究和应用有：KF-150A型粉碎机是由日本公司生产的，可以对修剪的树枝进行粉碎后再利用。其采用的是二级处理方式即利用气压油压的辊式喂料装置和滚筒切刀的高速破碎，可将树枝粉碎为2毫米的木屑。粉碎后的木屑可用作田间植被覆盖物、生物质堆肥、制作食用菌培养基等；日本研制的SR3000-1树枝切碎机采取切削刀片和破碎刀片组合，该机有效切削树枝直径最大可达170毫米。瑞典布鲁克斯公司推出的805CTECo型可移动式树枝粉碎机的功率可达到331KW，同样是使用的鼓式切碎机构，可切碎木材的最大直径为500毫米。以上所述，国内相关科研院所、科研院所等相关科研机构开展了相关研究，并制定了相关的设备，但是，存在的问题，如有限的工作场所，有限的应用范围，低能耗等问题。而国外的设备价格太贵，系统也复杂，引进使用的成本比较高，同时也存在一定的使用局限性。所以，设计一个在用于果园林的可移动小型树枝粉碎机将拥有很大的市场前景和社会需求。1.3 研究的内容依据现在国内外的各种树枝粉碎机的结构和原理，结合新疆南疆果园林工作地势的空间狭小和树枝粗细等特点，设计一个移动方便，操作简单，破碎效率高，节能和稳定的小锤，可动枝条粉碎机，粉碎的最大直径为30 mm的树枝，磨粒径小于5mm的粉碎目标。设计的内容主要有：（1）根据新疆南疆果园林树枝粉碎机的粉碎要求等确定该粉碎机的设计参数并研究确定整机的设计方案确定粉碎机设计的总体方案和设计目标及设计原则和相关的工作过程是依据可粉碎树枝最大直径为30mm且粉碎粒度小于5毫米的粉碎目标来确定的。相关零部件组成的设计思想和方案的选择及相关部件的装配。（2）该机主要部件的计算与设计根据总体方案的设计，对各关键零部件进行设计和计算，如对喂料装置、转子总成以及粉碎室等的相关零部件的具体设计和研究计算，并且对有关的设计数据进行分析，进一步对整机的整体设计进行完善。（3）对关键粉碎部件进行三维建模本课题主要是结合了国内外树枝粉碎机的原理和特点，研究了一种锤片式小型树枝粉碎机，分析并设计了转子总成，喂料装置，传动装置等关键零部件。本机工作时，操作工人将树枝喂入到进料斗中经喂料辊装置将树枝连续均匀地送到粉碎室中进行粉碎处理；物料经过锤片的打击剪切作用后进入粉碎室，经过锤片和破碎衬板使物料进一步被粉碎，锤片的末端与破碎衬板顶端间隙不超过5毫米，这样确保了粉碎后的木屑粒径符合要求；树枝经过一次打断和一次粉碎后在扇叶的气流作用下通过筛网经出料口排出。1.4 技术路线本课题研究的技术路线如图所示。查阅相关资料文献选定粉碎机类型总体方案设计关键部件的设计传动装置转子总成粉碎室喂料装置整体装配设计图 1-1 技术路线图2小型可移动式树枝粉碎机的总体设计2.1 总体设计的目标原则本课题研究设计的可移动式小型树枝粉碎机主要是用于新疆南疆的果园林修剪后的树枝的粉碎。本机在果园林工作时可以移动着将修剪下来的树枝进行粉碎，而且粉碎的结果可达到要求。果园林修剪的树枝通过针对直径最大为30毫米的树枝并且实现只有单通道进料，只进行一次粉碎的粉碎目标，这样可以使生产率提高，达到能耗降低的目的。该粉碎机的具体设计目标原则如下：（1）可粉碎最大直径为30毫米的树枝（2）粉碎粒度可达5mm以下本课题研究设计的机器是将树枝粉碎后的物料用于成型燃料压缩、生物质碳化和沼气发酵等，其要求的粒径不是很细小，所以将粉碎木屑粒径大小定在5毫米以下，长度小于30毫米即可满足设计要求。（3）该粉碎机有较好的适应性（4）适用于大型果林、园林（5）操作简单，安全可靠（6）生产效率高，使用成本低。2.2粉碎机总体方案的确定为了解决新疆南疆在果园对修剪的残枝树枝粉碎的问题，在查阅大量文献和相关设计经验的基础上，针对以上问题设计了一个在果园和园林使用的小型可移动式粉碎机，粉碎机的能量来源于小型拖拉机，查阅资料采用输出轴转速为540r/min的拖拉机，为整体方案的设计供应参考和依据。2.2.1 主要参数的选择粉碎机的主要参数的确定是依据生产率的要求和原料的情况。参考现有粉碎机的粉碎转速大都在1400-2000r/min左右，选取粉碎机主轴转速为1600r/min，生产能力可达到700kg/h。2.3 工作原理的确定我国当前即有三种粉碎装置盘式切碎加锤片锤碎和鼓式切碎加锤片锤碎，或直接由粉碎锤粉碎3种结构形式。本课题研究的树枝粉碎机主要由传动系统、进料装置、粉碎装置、出料装置以及带行走轮的机架等零部件组成，其工作原理是拖拉机作为动力，拖拉机的输出轴和变速箱的主轴用万向联轴器相连接，变速箱的另一端输出轴和转子一端的输入轴通过带轮相连接，转子总成的另一端输出轴与喂料辊也用带轮相连。树枝从喂料口进入经过喂料辊秩序的进入粉碎室经锤片锤碎，在粉碎室锤片和齿板相互摩擦再次达到粉碎的目的，使物料在粉碎室内在气流和扇叶的作用下被扇出送至接料斗。2.4 粉碎机构的确定树枝粉碎设备的粉碎机构主要包括锤片式粉碎机中的锤片、破碎衬板，筛网以及辊式粉碎机的压辊等。这些有关的零部件是对物料直接作用的，当对物料施加的作用力大于其内部凝聚力时，可以使物料的内部结构被破坏从而进行粉碎。粉碎机粉碎部件施加的作用力粉碎的方式主要有压碎、磨碎、锯切碎和击碎等9。（1）压碎利用两辊轴采用相同的转速相对运动来对物料挤压和摩擦从而达到破碎的目的的这种粉碎方式即为压碎。这种粉碎方式的不足之处是不能对物料进行充分粉碎。（2）磨碎使用两个盘式的带有齿槽的部件，通过相对移动对物料产生切削和摩擦力的作用使其被破坏的粉碎方式称为磨碎。这种方法大多适用于含水率较低的非油性材料，可具体视现实需要来加工成粒度不同的产品，多用于制粉。（3）锯切碎采用双齿面与齿形零件以不同转速相对旋转或相对运动的材料产生锯切作用，在剪切力作用下使材料被破坏的方式称为锯切。对于谷物饲料的粉碎该方式使用较多。（4）击碎当高速运行的相关工作部件冲击材料时，材料被一瞬间冲击力大，这是用于对脆性材料的破碎，而且破碎的范围是非常大的。但是这种方式的不足之处是要求工作部件的速度快，会带来一定振动和噪音。根据本课题设计粉碎机的目标原则，本课题研究的粉碎机不宜釆用过大机型的设计且粉碎后粒度要求适中。所以，综合考虑锤片式粉碎方式可以很好的到达设计目标的标准，而且锤片式粉碎机还具有结构简单、制作方便、适用性较广、生产效率高；容易控制物料的粒度、没有空转等特点。本课题钻研设计的粉碎机的工作原理和动刀与定刀的工作原理类似，本机设计的是有关粉碎零部件对树枝直接进行粉碎处理，树枝的粉碎需粉碎部件的剪切后在进行粉碎，而锤片的工作原理正好具有剪切和粉碎的作用。所以，经过多方面的考虑后最后选择并确定了锤片式粉碎结构作为本课题研究的粉碎机粉碎构件的设计方案。2.5 进、出料方式的确定2.5.1 进料方式的确定进料口位置主要有轴向进给、切向进给、径向进给等10。然而本课题设计的粉碎机主要采用的的是锤片对树枝的打击剪切作用从而达到粉碎德牧的的，所以本课题进料口的方式采取的进料方式为切向进料的方式。由于该课题研究设计的粉碎机的粉碎对象是树枝，所以，为了减小机型体积，简化结构，节能，本课题研究设计的粉碎机将不会使用传统的切割盘将枝条切割成木屑后再喂入粉碎室粉碎的方式，而采取的是将树枝直接送入研磨室，并在锤片的作用下将树枝直接压碎。所以，本课题研究选择的进料方式为进料斗加喂料辊喂料的送料方式，这种方式进料操作安全可靠，而且进料的速度快。2.5.2 出料方式的确定粉碎机使用较多的出料装置有三种主要方式即自重出料、气力输送出料及机械输送出料11。气力输送方式是因为其气流的特点对物料水分的挥发有帮助，而且可对粉碎设备和物料进行冷却，并且气流的作用还能使筛网的出料能力提高，使生产率的提高。但成本较高，能耗较大。由于其成本低、结构简单，在中、小型机器上大多使用了自重出料的方式。但其不足之处有除尘、输送不便、消风等。机械输送方式大多采用螺旋输送机配合加负压吸风和料斗出料装置。但是其机型设备过大，价格昂贵，功耗较高，多适用于大型多功能粉碎机中。综合上述的特点分析，本课题研究的粉碎机是小机型，并且粉碎后的木屑粒度不是太大，设计时釆用的是非重复式一次性粉碎的粉碎方式。所以，本粉碎机的出料方式釆用的是转子总成上的扇叶扇料的方式即粉碎后的木屑在粉碎室的扇叶气流作用下，经过筛网扇至出料口出料。2.6 动力及传动方案的确定由于该课题设计的是能够移动的树枝粉碎机，而且多用于新疆南疆果园林间的修剪后的树枝的粉碎，所以为了能够在果园林等缺乏电力资源的情况下并且需要在不同的地方移动着工作，本粉碎机的动力采用拖拉机。粉碎机主轴所需转速在1400r/min到2000r/min之间的转速较为常见，所以采用变速箱和拖拉机相连接，改变输出转速，达到所需粉碎的转速。因此，考虑到V带传动具有传动平稳、结构紧凑、缓冲吸振、价格低廉等特点，本机设计的驱动装置采用的都是V带轮。2.7移动装置的选择本课题研究的粉碎机的移动装置是通过小型带后板的拖拉机来拖动的，不需要进行太复杂的移动装置，只需在机架上安装移动行走轮和连接拖拉机牵引装置即可。机架上安装了可折叠式的支撑架，当需要卸载机械时可把支撑架放下支撑机架，防止机械到处移动。2.8 粉碎机总体方案如图所示(a)(b)1.进料口 2. 喂料辊 3. 上箱体 4.锤片 5.扇叶 6. 锤架板7.筛网 8.出料口 9.接料斗10. 行走轮 11.齿板 12.下箱体图 2-1 粉碎机总体结构图3关键零部件的设计3.1 转子总成转子组件是设计粉碎机的重点，它是粉碎树枝最主要的部件，并且是直接和树枝相作用的。转子组件的有关零件的设计直接确定了粉碎机的功能。当机器作业时，高速旋转的转子组件对树枝粉碎，有关零件和部件设计的优点和缺点，确定了树枝被破碎的质量，整个机器的平衡以及产生的振动和噪音，机器的耗能和生产率等。如图3-1所示为树枝粉碎机转子总成的总体设计图。图 3-1 转子总成该课题设计钻研的机器的转子组件的重要零件包括锤片、主轴、销轴、扇叶、锤架板、定位套筒、等，其结构示意图如图3-1所示。锤架板的结构采用的是支撑板销孔的设计，主轴用轴套套入与架板与之间紧固连接；锤片与间隔套筒分别在4根销轴上间隔排列，套筒与销轴采用径向通孔螺栓紧固连接。每根销轴上布置3块锤片，共12块。主轴轴套上带有扇叶，可在转子运转时及时把物料输送出去。3.1.1 锤片的设计粉碎机用来打击剪切树枝的重要零件是锤片，也是主要的易损件。锤片的形状、尺寸、数目和排列方法对粉碎机的度电产量，成品粗细度均有一定的影响。1)锤片的形状、材料、尺寸和数目（a）普通矩形锤片 （b）（c）（d）工作棱角堆焊耐磨合金材料矩形锤片 （e）（f）（g）端口形状特殊设计矩形锤片 （h）锯齿圆形锤片 （i）（j）组合锤片 （k）锤头刀具 （l）双棱形锤片图 3-2 不同锤片形状在本课题中，机器的粉碎过程主要是依赖于锤片的击打和冲撞作用来对树枝的粉碎作用，完成树枝的粉碎的目的。因此在选择锤片时应考虑到不同形状锤片的优缺点，要考虑到其粉碎效果要求，锤片使用寿命及设计成本等问题，本课题设计的锤片将选用双销孔式普通矩形锤片，如图3-2所示。其具有结构形状简单、容易制造、适用性好以及节约材料等特点，通过换销孔和换边的装配，可以轮换着使用四个角来工作。 本课题锤片的设计结合现有锤片厚度的优缺点以及设计的树枝粉碎机要求粉碎后的木屑粒度不算很小，而且设计的思路为非重复式一次性粉碎的方式，完成粉碎主要是依赖于锤片的锤打和打击剪切枝条来实现粉碎的具体情况和考虑需要延长锤片使用寿命等的要求以及转子布列要求等，从较宽较厚的方向对进行锤片设计。参考现有常规的矩形锤片的尺寸及本课题设计的粉碎机粉碎室的相关尺寸，为实现对树枝有效剪切粉碎达到所需要的粒度要求，锤片末端到齿板的距离为5毫米。所以本课题设计的锤片长度为160毫米，厚度设计为12毫米，宽度为50mm的锤片。(a)(b)图 3-3 锤片粉碎机的生产能力和功能损耗是受锤片的数量的影响。锤片太多，工作时产生的环形气流大，使粉碎的物料大部分都集中在环流上，这样不仅使物料减少了被打击机会，空载功率也会增大，导致粉碎能力下降，生产率降低。国产系列粉碎机选用的锤片数目为片。根据试验，片生产率高，钢材消耗不多，而且锤片磨损后易于平衡。锤片数目，式中：为锤片厚度，为锤片配制系数，想得到较大粒度需取小值。最后结果圆整Z=12，锤片所采用材料为45Mn钢，两头采用热处理，硬度为。2) 锤片的排列锤片的布列形式，对转子的均衡、物料在粉碎室内的散布以及锤片的使用寿命等有关系，锤片的排列应满足以下要求：(1)锤片应沿整个工作宽度均匀排列;(2)锤片在工作中不应该将饲料推向粉碎室的一端或中间；(3)锤片的排列不应破坏转子的平衡。锤片的基本排列方式有对称排列、螺旋线排列、交错排列三种。（一）对称排列形式：这种排列方式平衡性能好，饲料在粉碎室内分布较均匀。缺点是两个锤片走在一条直线，重复打击次数增多。如果要升高机器工作效能，就需要加多锤片数量，但是这样究增多了容易被磨损零件的数目和原材料的损耗。9F-60型及浙农-400型粉碎机即采用这种排列形式。（二）螺旋排列形式：它分为单螺旋和双螺旋结构排列，简单形式的排列，但工作会引起材料的螺旋运动，使该方向上的锤片加剧磨损从而引起转子沿轴向载荷不均匀的问题。而且主轴在高速旋转时容易对设备造成振动从而损坏设备，所以这种排列方式较少使用。（三）交错排列：在销轴相对位置的离心力可以平衡彼此，有一个统一的和非重复的锤片的运动踪迹跟踪，有良好的平衡性能，机器工作时振动小。缺点是物料存在一定侧向推移，两侧锤片磨损较快。但由于优点显著，应用比较广泛，国产系列粉碎机的大多数机型、广西系列粉碎机、秦岭系列粉碎机等均采用这种排列方式。本课题设计的粉碎机转子总成采取的是四销轴孔的计划，上述几种形式都是最常用的的布列形式，所以本设计的粉碎机锤片的排列形式结合以上各种排列形式的优缺点和粉碎机现实工作需要，采用的排列方式如图3-4所示的交错排列形式。3.1.2 主轴的设计在机械传动中，轴起重要作用，设计时需采用恰当的结构使得其具有一定的强度和稳定性，此外还应满足结构工艺性等。一般制作轴的材料主要是碳钢和合金钢，在市面上合金钢比之余碳钢贵，应力集中较敏感，实际应用也相对较少，查机械设计第九版358页表15-1可知道轴的材料和热处理方法的选择，并确定了轴的材料的许用应力。没有特殊要求，用作高速，较大功率，可选用45钢，用调质处理，使得具备良好的机械性能和力学性能。调质处理的布氏硬度的范围为217255Mpa，B=640MPa，s=355MPa，-1=275MPa，许用弯曲应力-1=60MPa，剪切疲劳强度-1=155MPa。3.1.3 锤架板的设计本课题研究设计的粉碎机转子总成的锤架板是由四块块支撑板和一个套筒焊接组合的整体。采用四支撑板结构可以更好的确保销轴的使用寿命，防止销轴中间受力过大而弯曲使销轴受力均匀。具体结构如图3-4所示：(a)(b)图 3-4 锤架板3.1.4 套筒和销轴的设计套筒和销轴的作用主要是用来定位锤片的。锤片在销轴上绕着销轴旋转，而套筒则决定了锤片在销轴上的位置。如图3-5所示，本课题设计的销轴长度设定为240mm，直径为20mm，相应套筒内径为20mm，外径为24mm，套筒的设计结合锤片排列安装的间距要求，长度设计为20mm和35mm两组。如图3-6，（a）为长套筒，（b）为短套筒。定位套筒和销轴之间也采用销来固定，保证定位的准确性。图 3-5 销（a）长套筒（a） 短套筒图3-6 套筒3.2 喂料装置的设计本课题设计进料装置主要包括进料口、进料口挡板、喂料辊等，如图3-7所示。粉碎机工作时，工作人员需要根据树枝的分叉情况和直径大小经过进料斗喂入树枝，树枝在喇叭形的进料斗的收缩作用下集中到喂料辊的下方，然后在喂料辊排齿咬合的作用下进入粉碎室，待粉碎的树枝被输送到粉碎室进行粉碎。图 3-7 喂料装置3.2.1 喂料斗的设计本课题研究设计的喂料斗是用钢板加工而成，进料斗厚为3mm，其从开口到入口处的截面面积是逐步变小的即采用的是喇叭形设计。这样的设计是为了让枝条在进料时可以使不匀称和带分叉的枝条能够进入到进料口并且其工作过程中具有一个收缩的作用。其设计需要想到到要使工作人员在喂料时操作方便，所以设计的进料斗的尺寸为：开口喇叭处为600mm的正方形，深为800mm，相对于水平面向上倾斜角度为30。3.2.2 喂料辊的设计本课题设计研究的喂料辊采用的是在轴上的8块排齿板一周均匀分布的结构设计，齿板间的夹角为45。每块齿板由厚5mm钢板加工而来，高度为20mm，排齿的齿高5mm，长度为260mm，齿距10mm，喂料棍齿顶圆直径为80mm。如图3-8所示。图 3-8 喂料辊3.3 粉碎室的设计粉碎机的粉碎室主要由破碎衬板筛网等封围而成。物料在粉碎室中由粉碎室内部的相关部件的相互作用完成对物料的粉碎和对粉碎后的物料出料的。3.3.1 粉碎室的形状为了使粉碎室内的环流层被破坏，提高粉碎机的粉碎效率，国内外的许多研究人员致力于改进粉碎室结构的研究。常见的粉碎室形状设计如图3-9所示12。（a）环形偏心状；（b）圆形径向进料；（c）圆形切向进料；（d）全水滴状；（e）3/4水滴状；（f）全筛桃形图 3-9 常见粉碎室的形状本课题设计的小型树枝粉碎机可以借鉴传统饲料粉碎机粉碎室的设计13。综上考虑确定该粉碎机的粉碎室的外形采用的是偏离圆心与齿板组合的方式，如图3-9所示。本课题的粉碎机设计思路为采用非重复式一次性粉碎的粉碎方式，即树枝经过打击剪切作用后被打断，只需要进行一次粉碎便从出料口出料，因此本课题设计的粉碎室的粉碎过程主要是只在进料口与出料口的这段圆弧上进行。为了防止物料随转子运转而形成环流导致物料不能及时有效的进行粉碎和排出，所以本课题设计的粉碎室采用偏心设计。3.3.2 破碎衬板破碎衬板的功用是增强粉碎能力，尤其是对于湿度高、韧性大、纤维质多的树枝，功用较为明显。破碎衬板是一表面由许多凸起齿的弧形板，齿的工作面最好与锤片旋转的切线方向垂直，以便物料垂直的与破碎衬板工作面相碰撞，从而增强粉碎的效果。为了破碎衬板耐磨，其加工的材料一般采用铸铁，表面激冷成白口。要求齿面平直光滑，不得有翘曲变形和裂纹。破碎衬板的厚度为5mm,结构如图3-10所示：图 3-10 破碎衬板3.3.3 筛网筛板一般由钢板冲孔而成，通常釆用圆孔，大部分呈三角排列。筛片一般用20号或B3钢板冲压而成，并经热处理，表面应平整、光滑，不允许有裂纹、剥层、毛刺和斑疤，筛孔分布均匀，不得有连冲、漏冲或冲不透等缺陷。筛网也是该机器的主要工作部件和容易磨损的部件，筛网的设计对机器的粉碎功能和粉碎后物料的质量影响较大。以前选用的筛网的筛孔的形状有圆锥形，圆柱形和鱼鳞形等，由于圆形孔筛具有结构简单、制造方便等优点，适用范围较广。在传统的锤片粉碎机中，筛网是安装在粉碎室周围的整个圆周。筛网的主要作用是控制物料粉碎粒度，同时也是在粉碎时对物料进行剪切、摩擦、撞击等作用14。本课题研究设计的树枝粉碎机与传统的不大相同，该粉碎机的筛网只在粉碎室出口处安装有一块筛网。该网的筛孔是椭圆形，短径为20毫米，长径为30毫米。筛板厚5mm，宽280毫米，长径530毫米，如图3-11所示。该筛板的作用主要是对物料出料时减速，防止其高速飞出不便收集以及对操作人员造成伤害，而且该筛网还能阻止较长较大的物料由于各种原因粉碎不完全而直接高速飞出。图 3-11 筛网3.4 机架和移动装置的选择本课题研究的粉碎机的移动是通过小型带后板的拖拉机来拖动的，不需要进行太复杂的移动装置，只需在机架上安装移动行走轮和连接拖拉机牵引装置即可。机架上安装了可折叠式的支撑架，当需要卸载机械时可把支撑架放下支撑机架，防止机械到处移动。粉碎机的机架是整机的底座，变速箱、接料斗和粉碎机主体要固定安装在底座上，在满足设计原则的要求，底座的设计和选取应尽可能的简单和轻便，尽量减少机身的体积和重量，因此选择用角钢焊接制成，通过螺栓连接固定机体和变速箱等相关零部件。如图3-12所示为机架和下箱体的组合。图 3-12 机架和移动装置及下箱体这种可移动式树枝粉碎机由牵引臂、变速箱、传动装置、喂料装置、粉碎装置、机架和行走轮轮等组成，粉碎室箱体内由破碎衬板、齿板、筛网、转子总成、排料口等相关结构组成。喂料装置主要由进料口、进料口挡板和喂料辊等组成。牵引臂、变速箱、粉碎室箱体等固定安装在机架上。4传动装置的设计由于该课题设计的是能够移动的树枝粉碎机，而且多用于新疆南疆果园林间的修剪后的树枝的粉碎，所以为了能够在果园林等缺乏电力资源和电力传输不方便的情况下并且需要在不同的地方移动着工作，本粉碎机的动力采用拖拉机，输出转速为540r/min。粉碎机主轴所需转速在1400r/min到2000r/min之间的转速较为常见，查机械设计手册第二版37-165，采用第一派生型P0型变速箱和拖拉机相连接，改变输出转速，达到所需粉碎的转速。因此，考虑到V带传动具有传动平稳、缓冲吸振、结构紧凑、价格低廉等特点，本粉碎机设计的传动系统均采用V带轮来传动。4.1 带轮的设计1）确定计算功率查机械设计第九版第156页表8-8得工况kA=1.2。由i=2000/1400=1.43。计算功率Pca：Pca=PkA=1.29.48=11.38KW。2）选择V带型号根据Pca=11.38KW，n=2000r/min，查机械设计第九版第157页图8-11可选取普通型A带3）带轮的基准直径dd与带速验算由机械设计第九版第157页图8-11知,小带轮基准直径推荐为112140mm，由表8-7和8-9，取小带轮dd1=125m，且由dd2=idd1=1.43125=179mm， 根据表8-9，取大带轮标准直径dd2=180mm，带速v=3.141251400601000=9.16m/s，v值在5m/sv120 适合。6）确定带的根数（1）计算单根V带的额定功率由dd1=125和n=2000r/min，查机械设计第九版第151页表8-4得P0=2.44KW，依据n=2000r/min，i=1.43，A式皮带，查机械设计第一百五十三页表8-5得P0=0.19KW，查表8-6得k=1，表8-2得kL=0.98 由式 Pr=P0+P0KKL (4-5)得Pr=2.6KW。（2)计算V带的根数zz=PcaPr=11.382.6=4.37 取4根。7） 计算单根V带的初拉力F0根据149页表8-3可知A型带的单位长度质量q=0.105kg/m，因此F0=500(2.5-K)PcaKzv+qv2 (4-6)F0=5002.5-111.38146.54+0.1056.542=382.93N。8） 计算轴力Fp=2zF0sina12 (4-7)Fp=24382.93sin1732=1685N9） 带轮结构设计V带轮的结构形式根据轮辐结构的不同可分为实心式、腹板式、孔板式、椭圆轮辐式。V带轮的结构形式与基准直径有关，本课题所选用的是实心式。查机械设计表8-11得A槽型，如图4-1：（a）小带轮 (b) 大带轮图 4-1 带轮结设计4.2 主轴的设计计算4.2.1计算主轴上的功率P1、转速n1、转矩T1Pd=Fv10000 (4-8)Pd=3836.5410000.960.982=3KW ，P1=30.96=2.88KW，这里的0为传动效率。电动机主轴：Td=9550Pdnd=95502.88100027.5Nm (4-9)粉碎机主轴：T1=Tdi0=27.520.9652.8Nm (4-10)4.2.2 初步确定轴的最小直径查表15-3得A0=107126取115。 由式dA03Pn (4-11)d=19mm考虑到轴上有两个键槽，故dmin=d(1+13%)=22mm取dmin=30mm4.2.3轴的校核查机械设计第九版三百五十八页表15-1可知道轴的材料和热处理方法的选择，并确定轴的材料的许用应力。没有特殊要求，用作高速，较大功率，可选用45钢，用调质处理，使得具备良好的机械性能和力学性能。调质处理HBS=217-255MPa。B=640，s=355MPa，弯曲疲劳强度-1=275MPa，许用弯曲应力-1=60MPa，剪切疲劳强度-1=155MPa。1)轴的强度校核在对轴的强度进行校核时，应该按轴的实际工作情况，选取适当的校核公式（如下）来校核，假如轴同时还承受不大的弯矩，用降低的手段来分析。=TWT955000Pn0.2d3 (4-12) 代入前面计算的数据，计算得=TWT955000Pn0.2d3=18.5MPa25MPa，故满足强度条件。2) 轴的刚度校核在粉碎机主轴所受载荷作用下，主轴将或多或少发生变形。因此，如果有刚度要求的话，需进行刚度校核。对于阶梯轴，=5.731041LGi=1zTiliIpi（4-13）对于一般传动轴，可取=0.51/m；对于要求较高的传动轴，可取=0.250.5（）/m，如果是要求不高的传动轴轴，可大于1()/m。经计算，=5.731041LGi=1zTiliIpi=0.3，故满足刚度条件。4.2.4 键的选择与校核第一处即安装小带轮的地方的轴径为：d=30mm，查机械设计第九版106页表6-1（GB/t1096-2003）选取的键的截面尺寸为：bh=87，由轮毂宽度并参考键的长度系列，取键长L=63mm（小于轮毂宽度）。轴为45号钢，且属静连接，查机械设计表6-2可得:，取平均值，键的工作长度为l=L-b=63-8=55mm，k=0.5h=0.58=4mm。查机械设计106页得 P=2T103kld=255.0710345530 (4-14) p=16.69MPaP经计算，该处键满足要求，可安全工作。总结本设计主要做了以下工作：由于新疆南疆的果园林每一年都会产生大量的废弃枝桠及修剪后的树枝不能达到效果的处理和使用，所以就可以在果园林地里粉碎后马上就输送出去以方便对粉碎后的物料使用，而果园的实际状况等因素制约了现在有的某些机械设备进来粉碎。通过对现有树枝粉碎机进行分析和比较，确定了针对新疆南疆果园残枝树枝粉碎机的总体设计方案，设计了一种小型可移动式树枝粉碎机。总体方案为：树枝从喂料口进入经过喂料辊秩序的进入粉碎室经锤片锤碎，在粉碎室锤片和齿板相互摩擦再次达到粉碎的目的，使物料在粉碎室内在气流和扇叶的作用下被扇出送至接料斗。对现有的树枝粉碎机进行分析，结合本课题研究的树枝粉碎机将树枝粉碎成长度为30mm，粒度达5mm以下的木屑，其用途也非常广泛。结合总体方案的设计确定，对转子总成、喂料装置、粉碎装置、传动装置等关键零部件相关参数及尺寸的确定和计算，并进行了组装配合，完成了单通道厚锤片的非重复式粉碎机的设计方案。使用solidworks软件对粉碎机关键部件三维建模和虚拟配合。致 谢首先要感谢的是我的指导老师老师，没有她的及时督促和悉心指导，设计不可能顺利完成。在设计上经常遇到的问题就和老师沟通，我学到了很多。我常常与她交流设计中遇所到的问题，并且得到她的言传身教，使我受益颇多。老师宽厚待人的品格和严谨求实的治学态度让我学到了如何学习。另外，也要感谢我的舍友和其他同学，他们在寻找资料，解答疑惑