园艺杂枝粉碎机的设计说明书大学毕设论文

前言目前国内的树枝粉碎机，大部分是由原来的木材粉碎机演变而来，基本上为固定式，整机笨重，但是这些类型的树枝粉碎机整机价格较高，低则几万或十几万，只适合于城市园林局或大型林场，不适合城市公园、企事业单位或政府机关使用，因此需要一种中型、价格便宜的树枝粉碎机满足目前的需要。该设计采用下出料的方式，收集木屑容易，便于清洁;该机型整机结构紧凑，只需一个操作人员便可操作;容易被中小型的用户及单位所接受。因此，该机具的推广，可减少枝桠的焚烧，对保护生态环境具有重要的意义。本次设计通过介绍园艺杂枝粉碎机的粉碎原理，列举说明园艺杂枝粉碎机的构造、工作原理、特点以及存在的优缺点，同时借鉴现有树枝粉碎机的优点，通过对原始数据的分析、方案的论证比较与选择，完成了园艺杂枝粉碎机的总体设计。设计出一种能耗较低、价格便宜、效率较高、整体轻巧的小型园艺杂枝粉碎机，并且介绍了其使用的方法。为各个具有园林的场所提供一种实用的产品。关键词：粉碎机；园艺杂枝；树枝粉碎机目录TOC\o"1-2"\u1.绪论 .绪论1.1园艺杂枝粉碎机的研究背景传统能源短缺、环境污染、温室效应等逐渐成为全世界所面临的热点问题。据推算，到2050年左右，传统的化石能源如煤、石油、天然气等将被采尽，面临枯竭，或者因开采难度增大成本过高，使用价值渐失。此外，传统能源的使用带来大量、等气体和粉尘的排放，带来温室效应、酸雨、超标等环境问题。其中，雾霾等环境问题已对我们的日常生活造成严重的影响，生活质量下降，身体健康受到威胁。为了保证我国经济保持快速发展，对能源的需要也持续增长，能源供求问题和环境社会问题日益严重。因此，我们选择开发和利用清洁可再生能源将成为的发展的必然。在我国，拥有巨大的森林资源储备量。国家林业局最近组织完成的第七次全国森林资源清查结果可知：我国拥有万平方公里森林总面积，森林覆盖率达，拥有亿立方森林蓄积量。其中人工林面积处于世界首位，保存的面积达万平方公里，蓄积达亿立方。每年可得到差不多亿吨树木的枝桠和修剪废弃物。其中差不多亿吨可以被用作能源，相当于亿吨标准煤的能源需求。目前，在森林和木材加工厂，砍伐或加工树木后会剩余有大量的树枝和废弃木材，这些往往不能被有效使用从而积聚堆在树林里，或者当作垃圾焚烧，不仅浪费能源，也造成了很大的森林防火安全风险；另一方面，每到年需要将灌木收割平荏，防止灌木停止生长或枯死。这些森林废弃物和剩余物能够通过相关设备进行切割、粉碎并经过进一步加工处理，可将这些生物质能进行高效利用。如果这种变废为宝的模式能够得到推广，我国生态农业和林业产业的可持续发展将被极大地推动。林业发展和能源发展相结合，使资源优势转化为良好的社会、生态和经济效益。众所周知，果树病枝和多佘分支的修剪以及废株、病株的清理是果树保质增产的必要园艺环节，对于大面积果园来说每年将会产生大量的果树废弃树枝，这些树枝枝桠的清理搬运由于现实情况的约束，目前还基本处于人工作业阶段。而对这些树枝枝桠的处理和利用上，这些修剪残枝除了山区农民作为直接燃料生火做饭外，大量修剪残枝无法消化和利用，大部分残枝不可避免地被堆放在果园、路旁和宅院附近，严重影响农民生活环境，造成果树虫害生长及传播以及引发现场火灾等安全隐患。经调查每年每果园每年修剪量达。再加上更新换代时挖的老树枝、杆每年每远远超过。树枝、杆相当于木材。有的東农直接将这些残枝堆积烧掉，这不仅造成资源和能源的浪费，燃烧产生的有害气体和粉尘对我们的生活大气环境也是一种污染。1.2课题研究的意义随着城市绿化越来越普遍，园艺杂枝粉碎机的需求也越来越广，在各大农机具网站以及售点均可看到各种不同的粉碎机。园艺杂枝粉碎机的设计原理来自于木材粉碎机，其粉碎方式也是相似的。以往的方式就是焚烧，这样不但浪费了原材料，而且对于环境的污染也是很严重的。但是粉碎机的应用会大大降低原料的浪费和环境污染，杂枝粉碎后的杂枝碎末可以根据现实情况就地还田当作绿色肥料使用,也可以用来做机制木炭、香菇食用菌种植、黑木耳食用菌种植、双孢菇食用菌种植、密度板加工、刨花板加工、纤维板加工、禅香和蚊香制造、造纸纸浆原料、制作木炭做燃料,还可以作为沼气发酵的原材料用于制造沼气。杂枝木屑的原料可以是木段、废旧木头、咋木头、树枝、树皮、树根、板材下脚料、花生皮、玉米芯、果枝、果木、玉米杆、植物茎等；园艺杂枝粉碎机的运用解决了废弃树枝在园林堆积和搬运困难等问题，减少了大量的人力，也减少了园林产生严重病虫灾害的可能性。园艺杂枝粉碎机是一种新型环保设备,他可以将木材、枝叉等原料一次加工成木屑，具有投资少、耗能低、生产率高、经济效益好，使用维修方便等优点。该杂枝粉碎机适用于公园、机关、部队、工厂、学校和街道树木较多的中央及单位。该机还可将棉柴、树枝、葡萄藤等停止粉碎,粉碎后的棉柴、树枝、葡萄藤,大大减少了堆放体积,直接还田可作为肥料运用,压成颗粒可作饲料或燃料。1.3园艺杂枝粉碎机的发展方向环保的概念，逐渐的深入人心，环保意识不断增强，对于一些传统式木工机械设备和严重不生产绿色产品的企业，将来的木工机械竞争中会逐渐被淘汰，环保式树枝粉碎机械设备发展进入新时代，木工机械不断的开拓新产品进入新时期。进入21世界工业时期，世界上掀起一股绿色浪潮，环保的声音称为全球各地所关注的焦点，并且改变着我们的企业，传统的制造模式强力被改革，推行绿色环保制造技术，发展相关的绿色材料、绿色能源和绿色设计数据库、知识库等基础技术，企业发展需要生产出有利于环境、提高资源效率的新科技产品。

木工机械发展的周较长，绿色制造产业涉及到产品的质量、使用、寿命等多方面因素，同时也涉及到企业生产经营的方式，因而绿色环保是一个复杂的系统工程问题。但是还需要真正有效地实施绿色制造，必须从系统的角度和集成的角度来考虑和研究绿色制造中的有关问题。木材机械设备在生产和维修过程中对加工工艺和装配工艺提出了越来越高的要求。因此环保节能型园艺杂枝粉碎机是未来木工机械的发展方向。1.4园艺杂枝粉碎机在国内外的概况在中国的市场中，园艺杂枝粉碎机的需求量是很大的，随着中国人民对于环保的意识越来越强，绿色园林占据城市的面积也在一点点的增加，所产生的园林垃圾也会越来越多，但总体来看,国产树枝粉碎设备还比较缺乏,特别是能粉碎粗树枝的设备很多都是从国外引进的,不仅价格昂贵,而且机器的维修与零件的更换很不方便,影响了该技术的推广应用。我国应在对树枝粉碎关键技术进行充分分析研究的基础上,研制完全基于国产技术的树枝粉碎机,旨在为废弃树枝的处理及资源化利用提供相应的技术支撑,促进城市的环境保护工作。在国外树枝粉碎机的应用非常广，他们对于环保这一方面的认识远远大于国民的认识，国外有先进技术核心，不管在刀片切削速率问题，还是在生产效率问题上，从小刀头到整体机器的工作效率这一方面是很先进的，并且对于这一方面的研究国家给与的支持是非常大。据南报网报道的一片新闻中报道；“圣诞期间带给人们无限温馨和美妙意境的圣诞树，元旦过后便成了节日垃圾，面临被丢弃的命运。其实，只要妥当回收利用，“没用”的圣诞树也能变废为宝，正所谓“落红不是无情物，化作春泥更护花。”加拿大温哥华，在每年元旦过后的第一个周末，便有好几个圣诞树回收点同时开张。人们把圣诞树运到这里，只需几秒钟，这些圣诞树通过树枝粉碎机就变成利于环保用途的树渣木屑。”故在国外，小型园艺杂枝粉碎机的应用是非常广。2.园艺杂枝粉碎机的工作原理与主要结构2.1园艺杂枝粉碎机的工作原理粉碎机按工作原理可分为盘式切碎加锤片粉碎和鼓式切碎加锤片粉碎，或直接由粉碎锤粉碎的3种结构形式。其中，盘式切碎加锤片粉碎形式因其具有结构简单、操作维修简便、粉碎效果好、生产效率高等优点而得到广泛的使用。粉碎机的工作原理主要过程；当接通电源电机开始运转，通过皮带带动粉碎机主轴高速运转，连接在主轴上的刀盘和锤片架也随之高速运转，此时将需要加工的枝条从进料斗加入，当枝条触到高速旋转的刀盘时，刀盘上的切刀对枝条进行有支承的切割，切断的碎枝落入粉碎室，高速旋转的锤片刀盘上的锤片不断对碎枝进行撞击、冲碎，被撞击后碎枝相互间也产生碰撞、摩擦，机具运转中，这些力的作用使物料逐渐粉碎后从筛孔流出，经过切片、粉碎后能够通过筛网的小木片在高速旋转的风板所产生的气流作用下抛出箱体，不能通过筛网的则继续粉碎，直到能够通过筛网后被抛出箱体。通过更换不同大小网目的筛网，可以得到不同尺寸的木片。枝条的切断长度可通过刀盘上刀片的伸缩量进行调节，进料是通过树枝的自身重力与切刀切削树枝产生的进给力来实现。（见图2-1）1.机架2.皮带轮3.电机4.下机壳5.出料口6.刀盘7.切刀8.锤片9.锤片隔套10.风板11.筛网12.上机壳13.入料口14.带轴轴承座15.轴图2-1园艺杂枝粉碎机2.2园艺杂枝粉碎机的主要结构粉碎机由切削部分、粉碎部分和筛分部分三部分组成。2.2.1切削部分树枝投入到进料口,旋转刀盘上的切刀随即将物料切削成规格木片,刀盘上的风板转动,风板直接推动木片,使木片作圆周运动形成了气流,木片就沿着机壳切线方向,被抛送到下一工序进行粉碎。刀盘的作用除不断切削木材外,还起到飞轮的储能作用,故要求刀盘有一定的重量。（见2.2图）图2.2刀盘2.2.2粉碎部分粉碎室内安装有三角刀盘,它与转动的锤片配合工作。木片与来自削片室的气流混合在一起,经过三角刀盘,受到高速旋转锤片的锤击撞击、剪切搓擦的作用,木片反复的进行粉碎,粉碎后木片颗粒由筛孔排出。不能通过筛网的则继续粉碎，直到能够通过筛网后被抛出箱体。粉碎装置主要包括锤片刀盘，锤片风板组成（见图2-3）。由于小于2cm的树枝从上进料口进入粉碎室内，首先经过切刀切片直接进行切削。然后再进入粉碎室由锤片的锤击和木片相互的撞击来进一步粉碎。因此本机采用3组锤片，每组4把，共12把锤片，将锤片隔套设计成不同的长度，组装时将3组锤片错开排列，当刀盘转动后，轴向长度内的树枝可以受到高密度且机会均等的甩刀锤击，从而实现粉碎的效果。1.锤片2.风板3.刀盘4.切刀5.主轴6.锤片隔套图2-3粉碎刀盘2.2.3筛分部分筛分板装在粉碎室出口处,作用是筛分经粉碎后的碎木片。筛分板由钢板加工而成,板面均匀分布有一定直径的圆孔,阻拦大块木片通过筛板,留在室内粉碎。有部分小块木片无规则的贴伏在筛孔上,影响筛分效果。经锤片一端与风板将这部分木片用气流刮到粉碎室进行粉碎,加强了筛孔的畅通。如（图2-4）所示图2-4筛网3.园艺杂枝粉碎机的整机设计3.1机架的设计机架主要是用来固定粉碎室以及电机的一个整体，机架的材质采用50×50mm三角钢国标型材，通过焊接和螺丝固定。在保证机架强度的前提下满足整机安装、轻量化、美观等要求，机架的总体尺寸如（图3-1）。图3-1机架3.2机壳的设计机壳采用铸钢加工而成，其尺寸为600×300，其厚度为5mm，如图所示（图3.2），机壳的主要作用是将粉碎的木屑限制运动并且集中于出料口排出，并且起到卡住筛网的作用，防止内部的零件脱落甩出机壳外伤害人体，防止外部的杂质进入机壳从而损伤内部零件。外设有入料口，方便杂枝正确进入粉碎装置进行粉碎。1.出料口2.进料口3.上机壳4.下机壳5.筛网卡板图3-2机壳3.3切刀与刀盘的设计本机所设计能够切削的最大树枝直径为30mm，刀盘厚度的取值应保证作为飞轮的刀盘有足够大的转动惯量,以产生足够大的切削力切削一定口径的树枝,刀盘的作用除不断切削木材外,还起到飞轮的储能作用,故要求刀盘有一定的重量，刀盘的材质是采用铸铁加工而成。机器工作时切刀均匀固定在刀盘上，由于受到高频率的冲击，切刀材料选用抗压、抗拉，且冲击韧性、淬火性能较好的材料。设计选用65Mn（65号锰钢)钢板，厚度10mm，刀刃角度35°，淬火硬度(HRC)45～50。机器工作时切刀在单位伸出量的切削力的设计决定了耗能的大小和工作效率的高低，因此设计合理的单位切削力是至关重要的，单位切削力是指切刀刀刃单位长度上的切削力,它是树枝切削最基本的参数,也是园艺杂枝粉碎机切削部分主要的设计参数。由单位切削力即可计算切削功率,它是整机所需功率的大部分(粉碎部分也消耗一部分功率),单位切削力也是刀具强度校核的基本参数。单位切削力的影响因素主要有:树种、动力遇角和飞刀伸出量。据资料[4]介绍当动力遇角为45度时,树种对单位切削力的影响是:切削力与木材的机械物理性能关系较大,木材机械物理性能越高,单位切削力越大。如顺纹抗剪极限和抗压强度极限分别为7.65MPa和41.10MPa的毛白杨,其单位切削力是31.20N/mm,而强度较高的白榆,其单位切削力达到84.80N/mm。关于动力遇角对单位切削力的影响,实验表明:动力遇角越小,越接近纵向切削,故单位切削力也越小,反之则越大。关于刀片的伸出量对单位切削力的影响,一般的结论是,伸出量越大,单位切削力也越大,但考虑到粉碎机对削片应易于粉碎的要求,故伸出量不宜大,一般应小于10mm。本机的设计伸出量选用5mm。在本机的设计中采用了四把切刀内外交错固定在刀盘上，切刀的安装角度和数目也对工作效率有一定的影响。普通削片机在切削过程中,切刀对原木的切削是间断进行的,即前一把刀和后一把刀的切削间有一个时间间隙,间断切削会引起设备的震动和降低生产率,所以为了提高生产率,应使切削能够连续进行,并适当提高刀盘的转速。由实际观测得知,切削时,飞刀对木材有一定的牵引力,使它自动进给。由于牵引力的作用,原木的被切削表面紧贴后刀面且方向一致,便实现了连续切削。为了满足这一条件,飞刀的后角α,即切削平面与刀盘旋转平面间的夹角必须有一个合理的数值,即:（3-1）式中:L———相邻两把刀之间的平均距离(mm);（3-2）Z————刀盘上的总刀数；R———刀片刃口中心到刀盘中心的距离(mm)；h———刀片的伸出量(mm)；l———木片的长度(mm)；———进料槽的倾斜角(°)(进料槽中心线和水平线的夹角)；要实现连学切削,必须满足:（3-3）其中:d———枝桠直径。从上面分析知道,只要知道待加工枝桠的平均直径、进料槽的倾角以及所需刀数,就可以确定削片刀盘的直径。为实现对不同直径的枝桠粉碎,设计调节装置,可以调整飞刀在刀盘的伸出量。同时考虑削片刀盘的飞轮作用,应使其具有一定的厚度和质量,在速度一样的情况下,增加其转动惯量。本机的设计中由于考虑到是对园艺杂枝的粉碎，故其杂枝的直径最大可取为30mm到40mm，故单盘的取厚度为30mm，半径取为210mm。3.4锤片的选材与设计样机设计有3组锤片，每组4片，3组锤片通过销轴均匀固定在三角刀盘上，所处的工作状况与切刀相似，锤片在工作过程的中主要是通过其末端边工作棱角的剪切撞击实现的，相对应的棱角边是主要受力位置，存在一定的应力集中，这就使得锤片的棱角容易磨损破坏，故选用相同材料，即65Mn钢板，厚度5mm，淬火硬度(HRC)45～50。由于切刀和锤片都是在旋转状态下工作，所以安装时每必须分布均匀，且各个切刀和各个锤片的质量都应各自基本相等，否则将造成动的不平衡，带来机器的振动，并且将锤片隔套设计成不同的长度，组装时将3组锤片错开排列，当刀盘转动后，轴向长度内的树枝可以受到高密度且机会均等的锤片锤击，得到较好的粉碎效果。（见图3-3）。1.锤片2.风板3.刀盘4.切刀5.主轴6.锤片隔套图3-3根据碰撞理论,转动刚体在转轴处不产生碰撞动量,作用于刚体的碰撞冲量的作用线必须在刚体对称面内,并垂直于质心的转动半径,如图2,锤片作用线到转轴中心的距离如图所示（图3.4）。图3-4可用以下公式估算出锤片各值；K=总/ma（3-4）α———回转中心半径,点中心到锤片中心距离；m锤片质量；从上式可见,锤片的位置,取决于转动惯量、质量m和质心到回转中心的距离α。当锤片打击物料时,冲击点合力作用在锤片的某个位置,当这个位置与锤片的K在一条直线时,振动和噪声降低。同时要保证锤片的厚度,否则会影响转动惯量,以至影响振动和噪声。本机的锤片设计尺寸为150mm×50mm，厚度为10mm如（图3-5）所示。图3-5锤片3.5风板的设计风叶的主要作用是随刀盘组件高速旋转时产生的强大气流将切片、粉碎后的木片抛出箱体外。如果风叶的面积不够大，产生的气流将不足以将切片、粉碎后的木片抛出箱体外，这样会使木片在箱体聚集，最终使刀盘组件无法转动导致电机停机，因此风叶的设计也至关重要。本机设计了3片风叶，以120°均布在主轴上。如图（3-6）所示图3-6风板3.6筛网的设计筛孔大小关系到成品基料颗粒大小，而颗粒大又是基料重要的质量指标。筛孔太大物料容易通过，但质量较差;筛孔太小物料难以排出，且增加动力消耗。在样机的设计中，参照类似机型的筛网板孔结构，在箱体内适当留有一定存料间隙，让物料通过多次撞击和锤击达到粉碎效果。3.7主要技术参数3.7.1基本条件假设动力采用Y160M2-2型电动机，功率按15kW计算，一级皮带传动选定皮带为B型(传动比i=1：3)，切刀与最外端锤片间的轴段假设为均匀受荷。刀轴转速定位2900r/min。3.7.2生产效率生产效率(A)按下式计算:A=η（3-5）此公式中；G—每组刀片的切片量，设计为4g/次;n—刀轴转速，设计为2900r/min;η—有效工作系数，考虑到传动效率、皮带打滑、送料不匀等因素，取0.75。由此得：A==1566(kg/h)3.8主轴材料的选择与设计轴的材料主要是碳素钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件。有的则直接用圆钢。碳素钢比合金钢低廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的方法提高其耐磨性和抗疲劳强度的。故采用碳钢制造轴尤为广泛，所示选用45号钢。轴的直径的确定如下公式；（3-6）式中p——轴传递的功率，kW;n——轴的转速，r/min。由表查得A=126：（45号钢的系数A值）得直径：轴的总体设计根据实际如下（图3-7）。图3-7轴尺寸图3.9传动方式的选择与计算由于该机器的设计需要高速的传动，故采用皮带传动动力依旧采用Y160M2-2型电动机，功率安15kw计算。一级皮带传动采用B型。大小传动轮的直径不同故传动比i=1：3，切刀与最外端锤片间的轴段假设为均匀受荷。皮带的长度L（mm）如下公式；（3-7）式中；h为皮带轮中心距，设计为663mm；为皮带轮节圆办径，设计为143mm；为二级皮带轮半径，设计为43；由此得；=1910mm皮带速度=28.22（m/s）（3-8）d为大小皮带轮半径的和；皮带根数(Z)（3-9）式中:N—电动机功率，设计为15kW；—单根皮带传递的功率，查《机械零件设计手册》［6］第10章表10-1,B型为3.64kW；—工作情况系数，查《机械零件设计手册》［6］第10章表10-1，取=1；—包角影响系数，包角180°取=1。由此得取Z=4根。总结经过两个月毕业课题的设计，我在这两个月的设计中学到了很多，不仅能熟练的掌握SolidWorks和CAD的基本操作，而且再查略课外资料的过程中也学到了课外的很多知识，开括了视野，认识了园艺杂枝粉碎机在未来的发展方向，本课题主要阐述园艺杂枝粉碎机的工作原理和主要结构以及适用该结构的各项参数。在设计中通过对比相关粉碎机械的优缺点，经过査略大量相关材料，设计出了一种满足现代城市绿色园林所需要的一种小巧的园艺杂枝粉碎机械。在设计中风板的设计与锤片密度的设计在国内的粉碎机械中还是很少引用的，并且在对整体尺寸的设计中，小型的机械也是很少的，在设计中完全按照城市园林的方案来设计出小型轻巧的机型。本次在设计后期中，通过与现有的园艺杂枝粉碎你机械对比后发现好有很多不足之处，例如机械不能实现自主移动，粉碎时产生的噪音较大等。但是小型的机身大大的降低了机体自身重量，主要是降低了成本，推广中更适合城市园林和个体用户的使用。致谢光阴似箭，岁月如梭。转眼间，四年的大学生生活即将结束，在毕业季即将到来的时候，回首往昔，奋斗和辛劳成为丝丝的记忆，甜美与欢笑也都尘埃落定。塔里木大