Z9型铡草机的设计

车辆与动力工程学院毕业设计说明书0第一章 绪 论铡草机是我国使用最早和生产量较多的饲草加工机械之一。早在三十年代，我国广大农村开始应用手压铡刀，来实现长草短喂饲方法。中华人民共和国成立以来，先在农村推广了手摇铡草机，六十年代推广应用了电动铡草机，进入六十年代中期到七十年代，各省市相继开始自行研制了不同类型的铡草机，经国家鉴定部门投产了一批不同型号的铡草机。从此铡草机无论从数量上还是型号上开始增多，而三化程度不高，进入八十年代，铡草机开始进行了系列设计并制定了全国性的系列型谱。进入九十年代，国务院提出了利用秸秆养畜，这是发展我国畜牧业的重大举措。1.1 铡草机的研究目的和意义一、铡草机的研究目的我国每年生产约 5.7 亿吨作物秸秆，这是一项巨大的饲料资源，而如何开发利用好农作物秸秆，这必然给饲草饲料加工机械提出了新要求。一是随着作物秸秆氨化饲料的推广应用，一些科研和生产部门生产了专用设备秸秆调制机，但目前定型的机型少，造价较高，还不能广泛应用于生产中去；二是随着青贮玉米面积的不断扩大和青贮饲料的推广，我国引进和研制了青贮饲料收获机、青切机等机械，这些机具在大型国营牧场和较大养畜专业户中应用较多，而在农村还没有得到普及，有的机型还不适于农村和个体户；三是为提高秸秆利用率、消化率和适口性。我国当前在秸秆饲料利用上，主要有四种处理方法，一是氨化（碱化）后喂饲；二是经过青贮后喂饲；三是直接喂饲；四是加工草粉制成颗粒喂饲。前三种都需要经过铡切后来处理，方能收到预期效果。因此，饲草料加工工业的迅速发展对铡草机的设计和制造提出了更高、更新的要求。二、铡草机的研究意义 随着经济的发展和人们生活水平的逐步提高，对畜产品的需求有了较大的增加大力加强和发展畜牧业将是中国农业的主要发展方向。我国具有丰富的农作车辆与动力工程学院毕业设计说明书1物秸秆资源,每年生产的农作物秸秆约 5.7 亿吨,其中可作饲料的有 3. 5 亿吨,它是我国广大农区饲养牲畜的主要饲料。秸秆中含有可消化干物质 35 %50 %,粗蛋白 3 %8 % ,特别适合于喂饲牛、羊等反刍动物。改革开放以来,我国粮食总产量提高很快,但是我国人口多,人均耕地少,每年人均占有粮食一直低于 400 千克,距世界公认的粮食过关标准 500 千克相差甚远，与发达国家相比差距更大，不可能提供大量粮食用作饲料。显然对我国而言，仅仅依靠粮食生产饲料来发展畜牧业这条路是行不通的。目前，减少畜牧用粮的办法有：(1)发展配合饲料并改良畜禽品种，以提高饲料转化率；(2)调整畜牧业结构，发展饲草料转化率高的家禽生产；(3)加强防疫灭病，减少畜禽因死亡造成的饲料损失；(4)饲、粮分流，以一部分耕地种植优质高产饲草料作物：(5)大量开发利用非常规饲草料资源。其中前四点己经受到重视，第五点对于减少饲料粮消耗有重要的意义，却一直未被重视。在“非常规饲草料”中，农作物秸秆等数量最大、分布最广，自然成为发展畜牧业的首选突破口。秸秆作为一种资源，已受到世界各国的关注和开发利用。我国人口众多，而耕地面积有限，为了减少畜牧业对粮食的依赖,更要充分利用和开发农作物秸秆饲料,发展“节粮型畜牧业”,特别是对于发展农区秸秆养牛,具有十分重要的意义。据资料统计：我国每年农业生产中所遗留的各种农作物秸秆大约有 6 亿多吨，其中约 30为玉米秸秆。如果充分利用秸秆加工技术，如切碎、揉碎和粉碎以及青贮与氨化等，把秸秆加工成饲草料，不但可以节约大量的粮食，还可以过腹还田，充分利用氮、磷以及各种有机物成分，提高微量元素的循环利用率，达到培育地力、提高土壤的肥力、改善土壤土粒结构的目的，起到防止土壤风蚀、沙化和退化的作用。因此，80 年代以来，我国对农作物秸秆处理进行了许多研究工作。应用最广泛的是粉碎和铡切机械加工，因为，无论是化学处理还是生物处理，其第一道工序需要将秸秆粉碎或铡切。然而，我国目前农作物秸秆的利用率还很低，很多农民将收获后的农作物秸秆烧掉，既造成资源浪费又污染了环境。因此，不断研制饲草加工机械，提高农作物秸秆的利用率，对发展节粮效益型畜牧业具有非常重要的意义。1.2 铡草机的设计要求和方法 一、我国畜牧业对铡草机的要求车辆与动力工程学院毕业设计说明书2铡草机是奶牛、肉牛、羊、马等食草动物饲料的主要加工机具，用来铡切青饲玉米、各种秸秆、谷草、牧草、稻麦草等。我国畜牧业对粗草饲料加工长度的要求是：牛以 34 cm 为宜；绵羊以 1.52.5 cm 为宜；粗大的茎节应破碎。因此对铡草机的要求是：1切碎质量好，碎段长度一致，尽量不产生长草段，超长率应小于 7%；2茬口整齐，斜茬率应小于 5%；3切碎长度可根据饲养要求变化来调整；4附有自动喂入和抛出装置；5切刀刃磨方便，结构简单，故障少。二、铡草机的设计要求其主要性能指标应符合表 1-1。表 1-1 铡草机的技术条件项目 指标超长率（%） 7斜茬率（%） 5破节率（%） 55超长率的计算： Error! No bookmark name given. Sc= %10GycSc超长率（%）在小样中实际长度超出规定长度 1/5 的长草总重（g）Gc小样总量（g） ；y斜茬率的测定： %10GyxS斜茬率（%）Sx斜茬草总重量(g);G斜茬草是指被切断平面与母线夹角小于 70 度破节率的测定： %10GjpS车辆与动力工程学院毕业设计说明书3破节率（%）Sp草节被压遍或破成两半以上的带节草的总重（g）G小样中带节草的总重；j表 1-2 物料单位草长度电量物料名称单位草长度电量 HKWg谷草 30玉米秸秆 30野生草 25单位草长度电量: Lgd度电产量（ ）dgHKWgL平均切草长度（mm）平均切草长度的测定：在小样中间除茎秆（叶、皮除外）测量每节长度，计算算术平均值。 nL平均切草长度；Ln小样节数；车辆与动力工程学院毕业设计说明书4第二章 总体方案与设计计算2.1 总体方案一、铡草机的总体构成本次设计的机型为 9Z-9 型青贮铡草机，其主要由机架、传动系动、喂入机构、切碎、出草、输送装置等部分组成，见图 2-1。 车辆与动力工程学院毕业设计说明书51电机；2出草装置；3传动系统；4喂入机构；5输送装置；6牵引机构；7切碎装置；8支架图 2-1 9Z9 铡草机示意图二、各主要工作部件的配置关系及工作过程1. 喂入机构喂入机构由链板式输送器、压草辊和上、下喂入辊等部件组成。链板式输送器用链条传动，以保证喂入量均匀连续，其传动链轮装在下喂入辊轴上，被动链轮装在输送器的主动轴上。输送链板的松紧度可由两个活节螺栓调节，当拧紧这两个活节螺栓时，输送器的主动轴就在导向支座内移动，链板被拉紧；反之，被放松。上喂入辊的压紧机构采用弹簧压紧，有调节螺帽可改变弹簧的拉紧力，以调节上喂入辊对饲草的压紧力。对上喂草辊的传动采用结构紧凑的十字滑块联轴节。2. 切碎装置切碎装置包括刀盘主轴，它在两个深沟球轴承中转动，轴的输入端是大皮带轮，输出端是带动齿轮箱传动的直齿圆柱齿轮；轴中部固定有动刀架，动刀架上用沉头方颈螺栓固定三把动刀片，另有调节螺栓调节刀片间隙，而定刀片则固定在喂入口下缘。切碎装置的外壳由下壳组、左上壳组和右上壳组组成，其分别用螺栓固定在机架上。右上壳组可以快速折开，只须将手柄逆时针方向转动，并松开外壳的固定环。这种外壳便于检查时拆装，在外壳堵塞时也便于清理。3. 抛送装置出草装置包括固定在动刀架上的抛送叶板、输送管和偏向器等，切碎段经叶板的抛送、在获得较高的速度后沿切碎器外壳切线方向进入输送管中，输送管内有一股由抛送叶板高速旋转后所产生的上升气流，继续将切碎段向上输送，经偏向器落至指定处。输送管是由单节管子按青贮塔高度而连接起来的，每对管都用锁扣锁住。4. 传动系统传动系统的运动是由刀盘主轴，经过一对直齿圆柱齿轮传至齿轮箱输入轴，输入轴上装有两个小锥齿轮，在这两个小锥齿轮中间装有一个牙嵌离合器。牙嵌离合器可与两个小锥齿轮中任一个啮合，啮合后可带动大锥齿轮转动。通过拨动换向拨叉，可以改变大锥齿轮与两个小锥齿轮之间的啮合关系，从而改变机器的正反转。在齿轮箱输出轴的另一端，通过一对可换齿轮，带动下喂入辊轴。而下喂入辊轴通过另一对反向齿轮和十字滑块联轴节带动上喂入辊。传动系统有三对车辆与动力工程学院毕业设计说明书6可换齿轮，其齿数为 24、40、28、36、30、34。选配不同的齿数即可得到铡切长度不同的料段。该机器设有行走轮，工作时短距离移动铡草机很方便，但运输速度限制在 5公里/ 小时以下，若需长距离移动，应用运输工具装运。2.2 主要工作部件设计与计算一、主要性能参数与技术指标1.主要技术指标（见表 2-1）表 2-1 主要技术指标项目 技术指标切草长度（cm） 1.54配套动力 三相电动机或柴油机，根据生产率和设计要求计算后确定功率及型号生产率（t/h） 92.主要性能参数（见表 2-2）表 2-2 主要性能参数性能 参数配套动力 15kw 电机生产率 9t/h切草长度（mm） 15、20、22、32、40刀盘转速（r/min） 500刀片数 3V 形带 6 根二、主要工作部件的参数选择与计算本次设计的 9Z-9 型青贮铡草机，主要用于含水率较高的青饲玉米秸秆等物料的切碎。1.电机的选择根据国内市场上现有机型，选用电机型号 Y160L-4 三相异步电动机。其标准查知：额定功率：15Kw；同步转速：1500r/min；满载转速：1440r/min；2.喂草辊的选择车辆与动力工程学院毕业设计说明书7喂草辊的作用是压紧和喂送秸秆草料，其喂入性能与辊的直径和形状直接有关。常用的喂草辊分为刀齿形、沟齿形、星齿辊和光齿形四种，见图 2-2。刀齿辊的特点是喂送能力强，但容易缠草，光辊则相反，沟齿辊和星齿辊介于两者之间。光辊只能用作下草辊，其他三种则兼作上、下喂草辊。为了适应饲草层厚薄的变化和使饲草压紧程度较为均匀，上喂入设有压紧机构。喂入机构的配置要求：1）输送链的喂入速度应小于喂入速度，以防止喂入辊堵塞，防止输送链把饲料从喂入辊和输送链之间带出来；2）下喂入辊的上平面应量与固定刀底刃的上平面在同一水平面上；3）为保证将饲料压缩到一定的紧度，在饲料多时也不会堵塞，要求上喂入辊能随草层厚度变化，一方面做旋转运动，一方面做上下运动。因此必须有特殊的传动机构及压紧机构。上、下喂草辊的直径 Dg 由下式确定：（mm）)cos1(2tDg式中： 喂入链上草层的厚度 （mm）t草层通过喂草辊时的压缩系数，常用 =0.60.8 草层与辊的摩擦角，3216(c) (d)(a) (b)（a） 刀齿形；（b）星齿形；（c）沟齿形; (d) 光棍图 2-2 喂草辊的形状车辆与动力工程学院毕业设计说明书8通过各方面的比较分析，本设计下草辊选用刀齿形，上草辊选用沟齿形。据调查每根玉米秸秆的平均直径为 3cm，输送带上以堆放三层为宜，则喂入链上草层厚度为 82mm，取压缩系数 =0.7，摩擦角 于是：26）（ m120)cos1(7.08)cos(tDg中型切碎机常用喂入辊直径为 100140 mm，本次喂入辊取 Dg=120mm。3.喂入口的尺寸确定1) 喂入口的高度 和宽度 可由下式确定：ab)(602mnlZkQcdc式中： 铡草机的设计生产率（ Kg/h） ；Q喂入口的充满系数， =0.40.6；ckc秸秆饲草的切断长度（ m） ；l切刀数， =24；dZdZ刀盘转速， =350950 r/min；nn压紧后的秸秆饲草体积质量， =120160 。c c3/mkg乘积 确定后，按 =1/31/4 求出 、 值。ababa由于加工或收获青贮玉米的实际生产率为理论生产率的 70%，本次设计为9t/h，所以t/h；86.127.09.实 际设 计 Q取 =3， =500 r/min， =160 ，得：dZdnc3/mkg）（ 20915.34. 16034.015.66 cdcnlZkab取 =0.048，又 =1/3 1/4 ，则取 =120mm， =400mm。bab2) 盘刀式切碎机喂入口的配置尺寸（切刀形式:凸刀）：实际进草高度 h=（0.30.6）a= （0.30.6 ） 120mm=3672mm，取h=50mm；车辆与动力工程学院毕业设计说明书9实际进草宽度 c=（0.30.6）b=（0.30.6 ） 400mm=120160mm，取c=150mm。4.动刀片的选择铡草机用切刀的类型见图表 2-3。表 2-3 铡草机用切刀的类型铡草机类型切刀类型 简图 特点螺旋形刃口切刀 AA A-A 对草料推挤和滑切作用较好，刀轴受力平衡；但制造要求高，磨刃不便滚刀式铡草机直刃口滚式切刀AA A-A 制造容易，磨刃方便；但切割阻力较大，刀轴负荷变化较大直刃口盘式切刀 AA A-A 制造容易，磨刃方便；但切割阻力较大