【《某秸秆粉碎机的结构设计及计算案例概述》7200字】

某秸秆粉碎机的结构设计及计算案例概述目录TOC\o"1-3"\h\u29207某秸秆粉碎机的结构设计及计算案例概述 1238851.1设计参数计算 2120051.2结构设计 3247341.3结构组成 4305601.1.1犁土刨根装置 443561.1.2横向秸秆切碎装置 5177391.1.3智能化控制装置 651361.1.4行走配套履带车 6223721.4主要零部件的设计计算 7264171.5输出执行部分设计 8123841.5.1液压原理 964641.5.2液压电机的选型 9181171.5.3流量配比的模型 1195921.6主控制的控制系统 13140561.6.1粉碎机控制系统的概述 14167831.6.2液压闭环控制的原理 15188691.6.3控制系统主程序设计 151.1设计参数计算根据前面资料可以初选锯片的切割速度在15m/s-30m/s之间，考虑此设备可以适应秸秆的不同干燥程度，此处初步选择为锯片线速度V0为15m/s，锯片的直径为φ282mm，锯片的转速（1.1）以锯片的转速确定电机的转速然后选择所需要的电机速度和配套的减速机的速比和齿轮速比以及皮带轮的速比。初选电机的功率为15KW.电机为二级电机，转速为3000rad/min.初定两锯片中心距为210mm,即齿轮中心距为210mm,齿轮模数M为3，两齿轮齿数和为锯片传动轴与主轴之间传动选择柔性传动，皮带传动，皮带轮传动比为1.5，图1.1皮带轮传动示意图主轴与电机减速机为齿轮传动，传动比为1/1.33，1.2结构设计本切割机需要具备的功能及配套的实现装置如下表表1.1所示。表1.1功能及实现装置一览表序号功能实现装置1犁土刨根犁土刨根装置2横向秸秆输送横向秸秆输送装置3横向秸秆绞碎横向秸秆切碎装置4纵向秸秆喂进纵向秸秆喂进装置5纵向秸秆切碎纵向秸秆切碎装置6秸秆还田或者收集秸秆收集装置7智能化控制智能化控制装置8行走行走配套履带车1.3结构组成1.1.1犁土刨根装置图1.3犁土刨根装置示意图土刨根装置的组成，犁土刨根装置上图中从左到右分别为（1）轴承端盖轴承端盖由螺栓固定在机架上，起固定轴承的作用，起转动轴的横向力的承受体的作用，盖上面加工有油杯孔，上配有油杯，可以通过油枪加注润滑油润滑轴承，轴承端盖与机架之间采用橡胶密封垫，或者涂密封胶防止漏油，（2）轴承轴承起支撑传动轴的作用，两侧机架上均设有轴承，分别支撑传动轴两端，轴承外圈与机架采用过渡配合，轴承内圈与传动轴采用紧配合，确保轴和轴承转动时没有相对位移，保护轴承，保证传动精度，轴承外侧靠端盖固定，内侧靠紧轴台阶，轴承的摩擦属于滚动摩擦，摩擦系数一般为0.0008-0.002之间，阻力非常小。（3）端盖透盖由螺栓固定在机架上，起固定轴承的作用，与轴承端盖一起将轴承定位，确保轴承不会轴向串动，透盖与机架采用过渡配合，端面上加橡胶密封垫并涂密封胶，防止接触面漏油，透盖中心加工孔，让传动轴穿过，并加工与其配套的唇形密封圈的安装孔，中间密封靠唇形密封圈和隔套之间的接触密封。（4）端盖A端盖A穿在传动轴上，起固定轴承和刨刀的作用，端盖A的长度根据需要定位的零件的距离确定，厚度根据需要确定，端盖A与传动轴采用过渡配合，长度方向上也采用公差±0.01mm，来确保定位精度，防止定位的零件定位不准确发生穿动现象。（5）刨刀刨刀可以自制也可以外购，刨刀为易损件，要留备件，以便有损坏时更换，刨刀用螺栓固定在传动轴上，安装时要确保螺栓紧固到位，防止松动，每处刨刀为4把，均匀分布在传动轴上，然后每间隔一定的距离设置一组，此处共有15组刨刀。（6）传动轴传动轴为动力的承载主体，带动刨刀旋转，承受扭矩，传动轴的尺寸根据上面所需要固定的零件，以及需要承受的扭矩确定，还要考虑刨刀工作时需要考虑的挠度，要在一定的范围内，确保使用的稳定性，传动轴在制作时候要经过热处理加强其力学性能。（7）皮带轮皮带轮根据轴径以及需要传动的皮带尺寸查表确定，可以铸造，也可以用棒料或者钢板加工，皮带轮内孔根据孔径加工键槽，键将传动轴和皮带轮固定在一起，起到传动扭矩的作用。（8）端盖B端盖B将皮带轮固定在传动轴上，防止皮带轮串动，端盖B上加工螺栓通孔，传动轴上加工螺栓孔，两个对称布置，以防止传动轴转动时螺栓松动，端盖脱落造成事故，此处也可以将端盖B改成圆螺母加止动垫圈结构。功能简介：皮带带动皮带轮转动，皮带通过键将扭矩传递给传动轴，传动轴转动带动刨刀转动，刨刀将秸秆根茎转动刨出地面，然后被后边的运输装置运输到粉碎工位。1.1.2横向秸秆切碎装置图1.5横向秸秆切碎装置示意图横向秸秆切碎装置主要由两根传动方向相反的锯片以及配套的传动固定件组成，其主要零件构成如下：（1）皮带轮皮带轮通过端盖和轴台肩固定在传动轴上，中间有键槽，通过键将皮带轮和传动轴固定。（2）齿轮齿轮配套使用，齿轮模数为3,通过隔套固定在传动轴上特定位置，中间通过键和传动轴相连，保持与传动轴同样的转速，两个齿轮为配套齿轮，中心距根据齿轮的模数和齿数计算确定，配套调整合理，此处为210mm,小齿轮宽度略大于大齿轮，小齿轮因为结构小重量轻中间不加工工艺孔，大齿轮由于尺寸大，如果制造为实心齿轮那么重量会很大，对传动轴造成不必要的负担，所以在中间留有工艺孔，以减轻重量并保留大齿轮必要的力学性能，工艺孔的设置参照机械设计手册中样式。（3）传动轴传动轴尺寸根据上面零件和机架尺寸确定，传动轴为两根，上面装有传动的皮带轮、齿轮、隔套、锯片等，中间加工通常键槽，所有锯片和隔套透通过此键槽固定，并带动锯片旋转，此键槽尺寸根据需要设置。（4）锯片锯片为齿式，固定在传动轴上，锯片可以外购，锯片表面经过热处理，保证其必要的强度和硬度，锯片为易损件，要留足够配件，或者使用一段时间提前订购配件，以防止损坏以后无件可用。（5）端盖起固定皮带轮的作用，如上面提到此处同样可修改为圆螺母加止动垫圈结构（6）轴承端盖固定轴承，上设置油杯起润滑轴承的作用（7）透盖固定轴承，中间设置唇形密封圈孔，密封轴承，防止润滑油泄露。（8）隔套隔套有两种，一种为固定锯片使用，中间留有键槽，尺寸可调整，一种为通孔固定别的零件使用。（9）轴承起支撑传动轴，减小传动时摩擦阻力的作用（10）油杯、螺栓等标准件功能简介：主要是将运输装置运输到此处的秸秆切碎，两组锯片以不同速度旋转，以20m/s的线速度，将运输过来的秸秆锯切为需要的小段，段长可以根据设置锯片间距来调整，锯片间距通过调整之间设置的距离套来调整，两锯片向不同方向旋转确保了可以将秸秆锯切碎，如为同一方向旋转可能上面秸秆会被甩到下面料槽中，造成锯切不完整。1.1.3智能化控制装置智能化控制装置主要构成如下：（1）摄像头摄像头为外购，摄像头设置在本设备前面和后边，主要用来收集图形。（2）图像处理器图像处理器主要讲摄像头收集到的图片处理，然后发送到识别模块（3）识别模块将图像处理器发送过来的图片进行识别（4）智能控制模块主要控制本设备的执行元件，比如粉碎机的抬起和下降，履带车的前进和后退转弯，粉碎机主电机的旋转等（5）预警模块主要对设备故障和特殊环境进行识别和报警功能简介：智能化控制装置，主要是设备在进入智能化控制模式的情况下，控制执行元件进行必要的动作，完成智能农作物秸秆粉碎机的自动运行。1.1.4行走配套履带车图1.9行走配套履带车示意图行走履带车主要有履带、履带轮、支撑轮、传动轴、离合器、发动机、车体等组成、履带车位外购配套使用。功能简介：履带车主要为了配套该粉碎机使用，带动该粉碎机前行、后退、转弯、提起和方向该设备。1.4主要零部件的设计计算初步估计各传动轴参数计算名称计算及说明计算结果1.各个轴的转速n1=3000r/minn2=n1n3=n2n4=n32.各个轴的功率P1=15kwP2=P1P3=PP4=P3各轴转矩的计算T1=9550×T2=9550×T3=9550×T4=9550×初估各轴的轴径d1≥C3d2≥C3P2d3≥Cd4≥C5.各轴的运动和动力参数表表1.2各轴的运动和动力参数轴号功率(kw)转矩（N.m)转速（r/min)1轴1547.7530002轴14.8547.279003轴14.70369.43804轴14.5547.271051.5输出执行部分设计1.5.1液压原理1.14液压系统原理图1-同步液压缸，2-液控单向阀，3-分流阀，4-三位四通电磁换向阀，5-压力表，6-液压泵，7-过滤器，8-油缸，9-二位二通电磁换向阀，10-溢流阀作为秸秆还田粉碎机设备，其整个液压系统的动力来源于其电机。电机处由恒流量齿轮泵开始，油液从泵里输出，整个液压原理图回路内有溢流阀，其整个作用既是调节其工作压力。从泵内输出的油会从三位四通电磁换向阀进入油缸内，通过换向阀控制整个电机进行正、反转，由压力表可看出压力的阀值。电机的正反转是根据三位四通电磁换向阀来工作进行的，换向阀应该是由电磁铁的吸力产生力的作用从而推进阀芯的变化用来变化液体的流转方向。这种阀体在操作过程比较简单，而且装配位置很灵活，可以简单地发生动作实现的自动化，而且整个过程应用很广泛。整个控制系统应用的是将换向阀当做直流电磁换向阀进行应用的，整个电磁线圈电压是24V，整个控制系统是通过电磁线圈电压的发电机用来吸合来使得电磁线圈进行电机的正反转。电机调整的速率是根据调速阀的比例控制的，电液控制是在开关控制以及伺服控制的特殊新种的控制方法。它能够根据电信号的大小进行控制整个液压系统的流量以及压力还能实现距离之间的把控，又能够节省成本还能保护环境实现经济性控制，各个方面相比于伺服系统都有着很大的优势。所以这类控制系统的设计性能的对技术以及设计的要求不高的工业设计部门。调速阀可以通过电液技术进行对阀芯的控制来进行运动，能按照电信号来控制阀体输入处的大小，从而控制流量的多少。1.5.2液压电机的选型根据设计要求，液压的运行元件需要克服一定的负载按照规律进行运行，所以应该对各个元件进行运动与负载分析。所以本次设计了三个执行机构应当从主机机构进行分析，都属于回转机构，其惯性负载是很大的，是整个机构运转的重要的原因之一。在运行过程中，换向阀位于高位时，液压油运转到马达之内，整个驱动过程有着很大的回转机构，从无转速到额定转速。液压马上上的负载（1.16）式子当中，Tm是液压马达轴的负载力矩；Te是液压马达轴的静阻力矩；Tf是液压马到的摩擦阻力矩；Ti是液压马达轴的惯性阻力矩；Tb是根据系统引起的马达阻力矩。背压负载是根据液压电机在运行过程中，回油背压会造成较大的阻力与阻力矩。在液压系统中电机还没有选型之前，可以先不考虑负载用经验法进行确定。所以根据表2-1来列出集中值仅供参考。表2.1常见的背压参考值系统类型背压阻力系统类型背压阻力中低系统调速系统0.2-0.5MPa闭式系统1-1.5MPa回油路调速阀0.5-1.5MPa中高压系统1.2-3MPa按照已经有的电机相关参数，确定各个零部件机构以及转速值，如表2.2所示。表2.2各执行机构力矩以及转速机构名称静阻力矩（）摩擦阻力矩（）惯性阻力矩（）转速（r/min）出料机构5075050105进料机构25380600240粉碎机构1501200300590根据上表可以计算出，在粉碎机满载过程中电机的最大力矩为Thmax：（1.17）由公式（1.2）可以得出进料机构满载时，电机的最大力矩得出是850。（1.18）由（1.3）可以得出当粉碎机在开启状态下电机最大的力矩是1005。下面进而求出出料机构的马达的最大转速ncmax：（1.19）由公式（1.4）可以得出进料机构的最高转速为105r/min。（1.20）由公式（1.5）可以计算出粉碎机构的电机最高转速为590r/min。根据运算可知整个粉碎机构的满载力矩是1005，整个电机的最高转速是590r/min，而在实际运用当中，较高转速的电机型号很少，所以要对其“降速增扭”，在原有的基础上加一个减速器的传动图，如图1.15所示。液压泵站，2-液压管路，3-马达支座，4-液压马达，5-减速器，6-粉碎滚筒1.15粉碎机传动示意图根据1.15所示，根据转速器需要知道最大扭矩与速比的要求，初步确定整个减速的速比是2.1，在进行减速器的配置以后整个马达满载力矩只需要600N。1.5.3流量配比的模型在进行整个机构的液压流量分配的数学模型过程中，流量比例的分配的分析时十分有意义的，实际运用当中会经常对一些数学模型进行假设，对这一些因素较小的变量是需要忽略的，所以要简历一个十分精准的数学模型。调速阀中的流量方程：（1.21）整个系统中的节流阀的流量方程：（1.22）式子当中各个字母表示的意义：Q1是通过减压阀的流量，单位L/min；Q2是通过节流阀的流量，单位L/min；A1（x）是系统中减压阀的同流面积，单位是；A2（y）是节流阀阀口的通流面积，单位是；C是阀口的流量系数；P1是减压阀的输入压力，单位是MPa；P2是减压阀的输出压力，单位是MPa；P3是节流阀输出口的压力，单位是MPa。在整个电流阀的运行过程当中，可以忽略阀芯的重力以及摩擦力的公式是：（1.23）式子当中，（1.24）公式（1.8）当中，K是阀芯当中弹簧的刚度，单位N/mm；X0是弹簧的原始长度，单位mm；是减压阀的原始长度，单位mm；X是工作时阀芯的弹簧的开口长度，单位mm。式子（1.9）中，AT是阀芯中油压的有效面积，单位是mm2；α是定压阀的喷射角。将公式（1.6）代入到（1.9）中可以得出：（1.25）所以整个阀体内调速阀的流量Q是：（1.26）根据公式（1.10）可以推出，整个调速阀的流量稳定性与阀口的流量面积A以及阀口系数C等各个因素有关。流量系数与阀口的形状等因素相关，但是节流阀的阀口开度取得一定的数据后，从资料上分析，整个节流阀的流量是一定的值。但是在客观工作条件下，因为使用时间过长因为液压油液的污染导致很多杂志掺在其中，都堆积到节流阀的阀口上，使整个阀口的实际阀口的宽度变小，所以在制造阀口的时候应当尽量将阀口的通道制作光滑，整个阀口的形状应该做一个半径很大的圆口。在整个节流阀的前后工作当中的压力差是定值的，所以要通过减压阀的阀口宽度来调整减压阀的前后压力差p1-p2，从另一方面来说可以改变减压阀弹簧长度来更改整个减压阀的差值。整个调速阀系统当中整个分流系统当中的压力差的减压阀来自动不长作为整个各个分流过程当中的压力引起的工作流量变化，使得各个流量阀的流量都保持均匀而又平稳。根据图1.16所示，整个调速阀是根据减压阀和节流阀串联而形成的，当油液流入减压阀的阀口的压力是p1,输出压力是p2，当油液通过节流阀而流出的压力是p3。整个节流阀的输入口与输出口是想换连接的，整个节流阀的输出口与减压阀的弹簧相互连接，所以整个节流阀的输出口的压力差值是p2-p3。，比例电磁铁，2-节流阀阀芯，3-调速阀出口，4-泄油孔，5-节流阀阀芯弹簧，6-鼎茶减压阀阀芯弹簧，7-鼎茶减压阀阀芯，8-调速阀进口图1.16电液比例调速阀的结构图当整个电液阀的外负载的流量发生变化时，整个减压阀的阀芯因为受力不均会发生移动，在整个弹簧力的作用下会致使整个调速阀达到稳定的状态。所以，整个减压阀阀芯在处于稳定状态下，整个弹簧力与阀芯面积的比值时定额差值，所以，。1.6主控制的控制系统1.6.1主控单元主控单元主要是选择PLC，同时也能够选择单片机当做控制核心。PLC作为特殊的电子控制装置，它是选择一种可以提供存储的一种元件将编程的程序放入存储器保存，整个过程是运算、控制等多种指令；而且能够经过输入/输出各种控制对机械产生一种制造的过程。将PLC运用到整个项目之中，方便其开发，而且在使用过程中十分便捷，整个硬件安装齐全、而且零件适应性强，整个结构的可靠性也十分强，在整个系统进行安装时，调试过程的任务量比较小，整个开发过程相对简单。但是其缺点也存在，整个过程开发成本较高。在对于机械当中可将单片机视为主控的芯片，其他以外的处理信号的元件组成的主控单元，其中利用单片机的优点在于能够按照客户的要求来对产品的开发，其整个经济效益比较差。但是单片机的使用又对设计人员水平要求高，整个编程过程中使用的工具也比PLC复杂。所以单片机比PLC其灵活性更高而且经济性更好。单片机的电路如1.17所示：图4.17单片机主体电路1.6.2输出电路整个主控电路过程其中运用的是24v的电机，整个电机当中的继电器将电磁电磁线圈运用磁力将线圈移动、断开，整个调速阀是用来控制电流的。继电器输出方面，整个输出电路图如图4.18所示。图4.18输出电路1.6.1粉碎机控制系统的概述控制系统是整个机构工作系统的核心，是人机交互系统的关键平台之一，结合整个机构的特点与设计任务书的要求，所以要实现机电与液压一体化的控制。整个控制系统是对工作系统整个液压系统的