前置式秸秆粉机设计毕业论文

1、1绪论我国每年有数百亿斤饲料粮食和数千亿斤农作物秸秆被粉碎加工成饲料。饲料工业已经发展成为国民经济中不可缺少的重要基础产业。饲料加工的核心设备是饲料粉碎机，常用粉碎机的类型主要有锤片式粉碎机、齿爪式粉碎机及劲锤式粉碎机，其中锤片式粉碎机是目前使用最多的机型。国外有些锤片式粉碎机上采用了吸风出料系统，有的带有吸风出料风机，这提高了分离效率，降低了物料温升，但能耗没有降下来，这是由于进气量与出气量的匹配及气流的组织状态没有达到最佳，而且结构也复杂化了。因此，秸秆粉碎削片机，对提高秸秆等燃烧农作物处理效率、扩大秸秆的用途、提高秸秆等农作物废料的利用率、节约资源、美化环境具有重要意义。对于中小型粉碎机

2、而言，由于其削制的原料大多数是枝桠、板皮，秸秆等剩余物，材径较小，采用平面盘式机削片时，对平面盘式的削片长度的均匀性影响不大，而其制造成本低廉，易于推广。因此，中小型粉碎机采用平面刀盘结构是一个发展方向。水平进料可防止原料撞击刀盘轴，操作方便，安全可靠；而倾斜进料便于投料，可保证合理的切削参数。2 前置式秸秆粉碎机的总体设计2.1前置式秸秆粉碎机的结构普通盘式秸秆粉碎机主要由刀盘、进料槽、传动装置和机壳等部分组成。刀盘套装在主轴上，主轴由两个装在轴承座中的轴承支承，由发动机通过皮带传动驱动。刀盘除作为切削机构切削木料外，还起飞轮作用，使飞刀在间断切削时，速度波动不大，因此要求刀盘有较大质量。大

3、型盘式削片机除刀盘起飞轮作用外，在主轴上还专门装有1个飞轮，并兼作制动轮。刀盘的材料一般采用30，35，45号铸钢；当切削速度大于50 m/s时采用A4、A5锻钢。铸钢件必须退火处理，锻钢件须正火处理；粗加工后进行探伤检查，在开口处不允许有降低使用性能的缺陷。主轴的毛坯应为锻件，不应有降低使用性能的缺陷。普通（少刀）盘式机的刀盘上装有24把飞刀，飞刀在刀盘上的安装一般使其刀刃相对刀盘半径沿转动方向向前倾斜815布置。在安装每把飞刀下面的刀盘上，沿刃口方向开有一条宽度为100 mm左右的长缝。飞刀和楔形垫块用螺栓固定在刀盘上。垫块的作用是保证飞刀有一定的后角，一般为5左右。飞刀的材料一般采用铬镍

4、合金工具钢或优质碳素工具钢，热处理后刃口部分的硬度为HRC5256。飞刀的楔角取3045，冻材、硬材取较大值 6 。飞刀刃口伸出刀盘平面的高度称为刀片的伸出量（又称装刀高度），其大小影响木片的长度，因此刀盘上所有飞刀刃口的伸出量必须相等。飞刀更换或刃磨后，应保持伸出量不变。飞刀有利用刀片后部的齿定位的，属有级调节，也有利用刀片后部的硬木垫块或浇铸的铅条定位的，属无级调节，精度较高。盘式机是由安装在刀盘上的飞刀和安装在进料槽上的底刀形成剪切机构的。底刀的刃口有的是用硬质合金堆焊而成。为防止印较大的冲击力损坏刃口，底刀的刃磨角较大，一般为8590，也有的大于90的（采用90的底刀，四角可轮换使用）

5、。飞刀与底刀的间隙一般为0.3 mm1.0 mm，这取决于削片机的精度和刀盘直径的大小等因素。大多数盘式秸秆粉碎机不设强制进料机构，仅有进料槽（又称喂料槽）。进料槽相对刀盘平面的安装角度影响自由进料时削出的木片长度。如图2.1所示，ABCD为平盘平面，BD为进料槽的中心线，CD平行于刀盘轴线，其值等于刀盘伸出量，则木片的长度l为： (2.1)即 (2.2)式中： h飞刀伸出量；a 1倾斜角，即进料槽的中心线与水平面间的夹角；a2偏角，即进料槽的中心线在水平面上的投影与刀盘轴线的夹角。由于削片时原料尾端在进料槽中抬起，为获得要求的木片长度，实际装刀高度应比计算值小2 mm左右。倾斜角a1取455

6、2，偏角a2取2030。它们的大小不但影响木片的长度及厚度，而且还影响木片的切口面积、木片质量和削片的动力消耗。倾斜进料的进料槽通常还有转角a3，即进料槽底面与水平面的夹角，其作用是使木料在切削时沿槽底滑向刀盘中心，有利于实现连续切削、减小切削的阻力矩。对于水平进料的进料槽，倾斜角a1=0，只有偏角a2，由于偏角的作用，使削片机在削片时产生的进给方向的分力，牵引木料向刀盘进给运动。盘式秸秆粉碎机的排料分为上排料和下排料两种形式。上排料是在刀盘的外缘安装个个叶片，它在刀盘转动时产生气流，把削出的木片沿刀盘的切口方向从上排料口排出。当叶片的速度为27 m/s28 m/s时，木片的抛出高度可达4 m

7、5 m。当刀盘的转速较高或直径较大而使得刀盘线速度较大时，为防止过度打碎木片，减小动力消耗，在刀盘上不装叶片，削出的木片由下部开口的机壳直接落到皮带运输机上输出，这称为下排料。图2.1 刀片长度与进料槽安装角的关系2.2前置式秸秆粉碎机的削片原理在削片时，秸秆沿着进料槽的移动，主要是由于飞刀对秸秆的作用力在进给方向的分力（牵引力）的作用而致。理论上可以证明：在倾斜进料时，靠秸秆自重产生的下滑是不能产生足够位移的。无强制进给机构的水平进料盘式秸秆粉碎机，秸秆仍能按碎片长度进料，也充分证明了这一点。对于结构参数已定的盘式机，在削片过程中，切削方向与进给方向形成的遇角是不变的，与碎片的厚度和径级大小

8、无关，飞刀对秸秆产生的牵引力的方向不变；牵引力的大小虽与废料的品种、含水率等因素有关，但其大小足以带动废料克服摩擦阻力并向刀盘方向进给。因此大多数盘式秸秆粉碎机不采用强制进给机构，并且适宜加工厚度和径级较大的木料。如图2.2所示，木料被飞刀牵引向前进给的速度u为：图2.2 盘式削片机的运动分析 (2.3)式中: 飞刀的切削速度； 飞刀的安装后角； 遇角。从上述分析可见:盘式削片机的飞刀在运转过程中形成的切削平面是固定不变的，在每一切削层的切削过程中，基本上始终通过底刀刃口，飞刀和底刀可以很好地形成剪切机构，这也使得盘式削片机比鼓式削片机的削片质量好。废料在飞刀和底刀的剪切作用下，被切下的切屑经

9、过刀盘的窄缝时，由于受到飞刀前面挤压力的作用，被分裂成一定厚度的木片。研究与试验表明，碎片的厚度为： （2.3)式中： 秸秆长度； 沿纤维方向木材的抗剪强度； 沿纤维方向废料的抗压强度；其他因素的影响系数。如秸秆长度为20 mm时，秸秆厚度为3.9 mm6.2 mm；秸秆长度为25 mm时，秸秆厚度为4.8 mm7.5 mm。秸秆厚度不仅取决于秸秆长度和秸秆的物理机械性能等因素，还与进料槽及飞刀的安装角度和飞刀的刃磨角等因素有关。当飞刀的刃磨角和安装后角较大时，则削出的碎片较厚，反之，较薄。3主要技术参数的确定和计算3.1生产能力的确定在削片过程中，由于加料的不连续性，种类、含水率和被切削断面

10、积的变化，以及同时参加切削的飞刀的数量不同，使切削力不是一个固定的数值。由文献知，目前盘式削片机的主电机功率(kW)一般按下列经验公式推算 式中：不均匀系数，取； 加工1实积m3农业作料所需的能量，kWh/实积m3； Q削片机的生产率，m3/h。根据实验测得。由发动机功率为20KW，取K=1.1，E=6，N=20KW则 3.2 飞刀数量的确定非强制进料的盘式秸秆粉碎机的生产能力(实积m/h)为 （3.1）式中： 设备时间利用系数，取；工作时间利用系数，取；原料形态影响系数，成捆秸秆材取，其他原料取1；刀盘转速，r/min；飞刀数量； 木片平均长度，mm；原料的断面积，mm；取=0.4，=0.7

11、，=0.7，l=10mm，F=，d=150mm则 ，圆整为Z=2故由生产率可选飞刀的数量为2把。选择电动机型号为科勒CommandPROCV74027HP汽油机，额定功率20.1kw，额定转速3600r/min。3.3主切削力的经验公式求切削力可按下式计算： （3.2）式中：b切削宽度，mm；a切削厚度，mm。切削力与切削面积的关系，可以用单位切削宽度上作用的切削力与切削厚度a的关系来代替，即： （3.3）可以把单位切削力P当作一个系数，用以反映切削力与切削厚度之间的函数关系。若表示与a之间变化规律的曲线为通过坐标原点的斜直线，单位切削力便是该斜线的斜率。实际上，从实验结果中可知，随a而变化的

12、直线具有纵截距，而且在不同的切削厚度范围内，直线的斜率不同，即单位切削力不同。所以需要根据不同的切削厚度范围，分别建立不同的单位切削力的计算公式。 切削力经验公式的建立，是从确立切削厚度与单位切削力的关系着手的；然后将影响切削力的一系列因素，如刀具变钝，刀具切削方向相对于纤维的方向，切削角，切削速度，材种等，通过系数修正，经验公式换算，加以综合考虑；最后建立随不同因素变化的切削力经验公式。1.确定刀具变钝与单位切削力的关系在真实切刀切削秸秆的过程中，既然刀刃圆半径的大小只是影响后刀面的变形功，那么变钝刀具对单位切削力的影响也应该局限在对后刀面单位切削力的影响上。刀具变钝的影响用变钝系数修正。根

13、据试验=11.7。值与刀刃圆半径的增量成正比。锐利刀具取=1。刀刃即使刚刚磨锐，但初始圆半径仍有510，因而后刀面上还是存在作用力。变钝刀具取大于1，相应。将上述关系代入单位切削力计算式，得：（1）当时： （3.4）（2）当时： （3.5）2.确定切削角，切削速度，切削方向相对于纤维方向和材种等因素与单位切削力的关系单位切削力公式中的两个变量，在综合了对松木，桦木等材种的不同切削方向的试验数据后，可按下法决定。主要切削方向的单位切削力为： （3.6）式中：可以根据某一主要切削方向按材种查下表1； 。（系数根据某一主要切削方向分别查表1和2决定。在该式中同时反映和V对p的影响。在锯切速度小于70

14、m/s，刨削，铣削速度小于40m/s时，以90-V代替V。锯切时，在V大于，等于或者接近于70m/s情况下以V代入。）表3.1 系数 f, A的值材种 端向纵向横向端向纵向横向松木0.490.160.100.0560.0200.003桦木0.550.190.140.0760.0250.0045麻栎0.640.210.1720.0820.0280.006表3.2 系数 B,C的值材种 端向纵向横向端向纵向横向松木0.0200.0070.006-0.0072.000.550.066桦木0.0240.0080.007-0.0102.300.700.085麻栎0.0270.0090.085-0.012

15、2.560.760.104.最后确定上述所有因素与单位切削力的关系（1）当时：主要切削方向） （3.7）（2）当时：主要切削方向） （3.8）由材种取松a=1mm,r=280mm,Cp取1.7,得出.综上所述,单位切削阻力理论计算值与经验值相差不大,故可取切削阻力=2347N.相应的单位切削阻力3.4.空载功率的计算 (3.9) (3.10)当、时，kw=17.13kw综上所述，发动机的功率符合要求。3.5飞刀伸出量的确定由2.1秸秆粉碎机的结构分析知 (3.11) 设切削秸秆长度mm ，水平进料方式时，则飞刀伸出量mm。4主要部件的设计计算4.1刀盘结构设计及尺寸的确定图4.1 刀盘的结构图

16、如图4.1所示，将刀盘看作实心圆盘，计算刀盘应有的转动惯量： 式中： 刀盘运转时的盈亏功，取J；刀盘的角速度，；速度不均匀系数，。则 =0.41kgm-2根据国家推荐刀盘直径选取范围，取刀盘直径为560mm 。由 (4.1)得： kg即刀盘重量为102.5kg。由 (4.2) 式中：飞轮材料的比重飞轮的宽度得： m取 mm为防止轮缘破裂，验证轮缘的圆周速度m/s钢制飞轮的最大圆周速度：60m/s ，故刀盘强度满足要求。刀盘的材料选用钢，刀盘结构各部位是根据力的要求和安装叶片而设计的，飞刀经夹紧机构夹紧。在刀盘上，刀盘的内孔为圆孔，上挖键槽，以保证刀盘与主轴的同轴度和固定。由于少刀盘式秸秆粉碎机

17、工作时属于间歇运动，故实际消耗功率是变化的，因此，将刀盘看作飞轮设计，以便在驱动力的功超过切削阻力的功时，将多余的能量贮藏起来，使动能增大时，速率增加不太大；反之，当切削阻力的功超过驱动力的功时，把多余的能量释放出来，使动能减少时，速率降低不至于太大。刀盘的作用就是使刀盘的速率波动不至于太大。4.2主轴的结构设计(1).根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度。1).为了满足带轮的轴向定位要求，-段右端需制出一轴肩，故取-段的直径； 2).初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用圆锥滚子轴承。按照工作要求并根据，查手册选取单列圆锥滚子轴承33010，其尺寸为，故；轴右端宽度

18、应能安装轴承，由 。3).安装刀盘的轴端-的直径，由刀盘宽度为60mm，为了使套筒端面可靠地压紧刀盘，此轴段应略短于刀盘宽度，轴肩高度，故取，则轴环处的直径。轴环宽度，取。 4).轴承端盖的总宽度为(由箱体及轴承端盖的结构设计而定)。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与大带轮右端面间的距离，故。5).取刀盘距箱体内壁的距离，考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离，取，已知轴承宽度，则取，已初步确定了轴的各段直径和长度。(2).轴上零件的周向定位带轮与轴的周向定位均采用平键连接。平键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为。轴承与轴的周向定位是由过度配

19、合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为。4.3 滚动轴承的选择两个轴承支撑着刀盘的重量，轴承应能承受较大的单向径向力，同时由于秸秆对刀盘有冲击作用，以及切削分力，都使得刀盘受到一个轴向力，同时考虑到轴的轴向位置要求准确，从而保证飞刀与底刀的间隙，故选用一对圆锥滚子轴承14,轴承型号33010，mm，mm，宽度mm，其径向承载能力大，满足设计要求。密封装置采用毛毡式。4.4 带传动的计算由发动机输出功率 ，转速，带传动传动比i=2，每天工作8小时。（1).确定计算功率工作情况系数，故 （4.3）（2).选择V带类型 根据，选用B型带(3).确定带轮的基准直径并验算带速1).初选小带轮基准直径选取小

20、带轮基准直径，而，其中H为发动机机轴高度，满足安装要求。2).验算带速 （4.4）因为，故带速合适。3).计算大带轮的基准直径，则传动比，从动轮转速 (4).确定V带的中心距 （4.5） （4.6）(5).计算带的根数1) 计算单根V带的额定功率由和， 。根据，和B型带， 。，于是 （4.7）2)计算V带的根数 （4.8） 取4根。(6).带轮的结构设计小带轮采用实心式，大带轮为腹板式，由单根带宽为17mm，取带轮宽为80mm。铸造大、小带轮的结构如图所式：图 4.2 大、小带轮结构4.5 键连接的设计4.5.1带轮与输入轴间键的选择及校核轴径，轮毂长度，选A型平键，其尺寸为：，(GB/T 1

21、095-2003)。现校核其强度：,， （4.9）因为，因为，故键符合强度要求。4.5.2输出轴与齿轮间键的选择及校核轴径，轮毂长度，选A型平键，其尺寸为：，(GB/T 1095-2003)。现校核其强度：,，因为：，因为，故键符合强度要求。4.6 进料槽的设计进料槽的尺寸根据刀盘的直径确定，方形进料槽的宽度一般为倍的刀盘直径，其长度取决于原料的长短。由于本次设计的削片机主要是切削成捆的秸秆，最大切削直径为150mm，故设计进料槽的尺寸为170mm190mm380mm，进料槽的长度较长，方便自由进料。只要把成捆的原料扔进进料槽，便可实现自由进料。4.7 飞刀的设计飞刀与底刀根据其工作要求，选用

22、合金工具钢4CrW2Si作材料，飞刀楔角取为42，后角选为7。飞刀后部加工有均匀分布的调整齿，与垫块上的调整齿相配合，可以用于调整飞刀伸出量。飞刀用螺栓固定在刀盘上，飞刀前后部的刀盘上都留有防磨板安装槽，用于装配用耐磨材料制成的防磨板，防止木材切削时磨损刀盘表面。图4.3 飞刀结构图4.8 机架的设计根据枝桠粉碎机机身的尺寸和安装条件，设计机架如下图4.5所示。图4.4 机架结构图机架材料选用热轧槽钢（GB707-1988）,型号10两根纵梁中间焊接四根横梁，。中间两根横梁上打有螺栓孔，用于承载机身和发动机。上面一根横梁用于焊接牵引杆，下面一根横梁用于焊接进料口支承筒。纵梁下端装有支撑板，一方

23、面用于安装车轮轴和车轮，另一方面可以抬高机体高度，方便人工进料。车轮选用普通斜交轮胎4.516，其高度和承载能力都符合要求。4.9 箱体结构设计该盘式秸秆粉碎机箱体采用铸造（HT200）制成，箱体外轮廓采用长方形，增加了轴承座刚度，考虑到拆卸和维修的便捷性，箱体分为左上盖，右上盖，和下箱体三部分，下箱体壁厚为20mm，左上盖和右上盖壁厚为12mm。下箱体可以在内壁开槽用于安装底刀 ，增加厚度还可以降低机器产生的噪声。5主要部件的核算和验算5.1主轴强固的校核5.1.1求主轴上的载荷从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C。现将计算处的截面C处的、及的值列于下表5.1表5.1 主轴受力情况载

24、荷 水平面H 垂直面V支反力弯矩总弯矩扭矩图5.1 主轴受力情况图5.1.2按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度20。根据表数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，轴的计算应力： （5.1）前已选定轴的材料为45钢，正火处理，又因为。因此，故安全。5.2 滚动轴承的校核轴承的预计寿命，33010型圆锥滚子轴承e=0.32，Y=1.9，（1）知，两轴承的径向反力，由选定的圆锥滚子轴承33010，轴承内部的轴向力 （5.2） （5.3） (2).因为，所以，故， (3).，因为，由于 ，故,故 (4).轴承寿命计算由于，取，圆锥滚子轴承，取，33010型圆锥滚子轴承的，故满足预期寿命。5.3 车轮轴的校核整个机身和机架重量和约为300kg，即G=3000N。每个车轮受力为F=1500N，取车轮轴直径为30mm，由下式：M=Fl W=0.1d3由d=30mm l=90mm，F=1500N代入公式得 （5.4）故车轮轴满足强度要求。结论本设计采用水平进料口进料，且进料口离地面高度大约0.8m，保证进料操作方便，飞刀采用少刀形式。传动方式采用带传动，缓和载荷冲击，减小了噪声，防止因过载而造成零件的损坏，但带的寿命较短，过载时产生打滑，使效率降低且不能保持准确的传动比。另外还采用了最简单的定位块定位、螺栓夹紧等，飞刀上有调节齿