毕业设计（论文）-秸秆压块机设计

大连科技学院毕业设计（论文）论文题目论文题目：秸秆压块机设计学院机械工程学院专业班级机械设计制造及其自动化19-8班学生姓名学生学号指导教师导师职称教授大连科技学院2023届本科毕业设计（论文）摘要[12]国外研究现状：RodrigoAlvarenga(2019)研究了一种新型的使用双螺杆式压缩机的秸秆压块机，该机具有更高的压缩力度和更高的生产效率，并能够适应多种不同种类的秸秆。REF_Ref134991376\r\h[13]MarcoVito(2020)研究了一种新型的使用声波传感器的秸秆压块机自动控制系统，该系统能够实现对秸秆压缩过程的实时监测和控制，并能够根据实际情况自动调整压力和速度等参数，提高了秸秆压块机的效率和精度。大连科技学院2023届本科毕业设计（论文）第2章总体方案设计2.1秸秆压块机的类型分析从最初的铸模式压块机，到挤压式压块机、平模式压块机，最后再到目前应用最广的环模式压块机，都对我国生物质能源的发展做出了重要贡献。环模式压块机环模结构的挤出方式是一种开放式压缩，带有多个压辊和表面有很多模孔的环模，因为这类机械设备的稳定性有很大的提高，所以出现故障的几率也会很小，而且模孔出料非常均匀，所得到的产品品质比之前有很大的改善，而且生产效率会提高，能耗会降低，操作起来非常的简便。环模式压块机的缺点是运行时转速过高，这将很容易造成产品在生产过程中破损率过高。图2.1环模式压块机2.2传动机构的分析（1）齿轮传动优势：在进行工作的时候，齿轮所需的空间相对较小，它的结构也非常的紧凑，与其他的传动方式相比，它的传动比也更加的稳定，使用寿命更长，在工作的时候，它的可靠性更高，而且效率更高，可以有更多的速度和尺寸可供选择。劣势：由于齿轮的外形较为独特，因此，与链传动、带传动、连杆运动相比，齿轮的制作工艺和安装精度都要更高一些，它的价格也要高很多，而且，它在适用的场合也有很大的限制，例如，在一些对传动距离有很大要求的场合，它就会变得很困难，因此，它并不适用于这些场合。（2）带传动优势：对两轴之间的中心距离没有很高的要求，适用范围也比较广，带具有很好的弹性，能够将冲击所造成的破坏力降低到最小，对过载进行保护，结构比其它的传动方式更简单，传动的平稳性更好，设备的成本更低，维修成本也更低。劣势：由于带传动会因彼此间的摩擦而产生弹性滑动和打滑，这会引起传动比不稳定，会对轴和轴承产生较大的作用力，从而影响带的寿命。由于带传动的优点非常显著，其结构较简单，制造成本较低，且不像齿轮传动成本高。因此，综合考虑，采用带传动这样的传动类型最为合适。2.3压辊机构的分析（1）双辊结构优势：双辊结构用于材料制品的成形，效率更高，可实现连续的大规模生产，且设备和机器运行顺畅。劣势：由于材料的成形品质与辊缝密切相关，因此安装精度要求比其它型号高，造价也高。（2）单辊结构优势：单辊结构对于小型压块机的性价比最适合，能耗低，适合个人的使用，适用面广。劣势：单辊式压块效率低于双辊轮式。将市场上常见的结构类型和生产的实际需求结合起来，本次设计采用单辊的结构，可以达到更好的预期效果，而且可以保证产品的质量，还可以减少能耗，满足了各方面的要求。2.4总体方案确定根据上面的分析，秸秆压块机最终选择环模式、带传动、单辊结构。秸秆压块机总体设计二维图如图2.1所示。图2.2秸秆压块机二维图秸秆压块机的工作原理是设备通过进料斗以及螺旋喂料装置的输送，将所要加工的原料连续均匀的喂入到秸秆压块机环模与压辊之间所围成的腔体中，原料在环模与压辊相互运动产生的作用力之下逐渐被带入到环模与压辊缝隙之中，随挤出力的增大,物料间联结力增强被挤入环模孔内,当挤压力增大到能克服模孔对物料的擦阻力时,不断从环模孔中挤出。所加工出来的成品规格大小，是通过控制环模所配置的模具孔径大小决定的。2.5主电机功率P的选择主电机的功率与产品的成形率和环模的内径有很大的关系。在设计时，我们不仅要清楚地知道制成产品的产量，更要清楚地知道制造每吨成品的所消耗的电能，这样就可以粗略地计算出主电机的功率P。根据材料的特性，我们可以根据国家标准取制造每吨成品的标准电耗为10kw×h/t，从实际情况来看，因为现在设计的秸秆压块机是小型的，所以拟设计的设备的产量为1.4t/h。因此，可以得到主电动机的功率P=QK 式（2-1）式中：Q—产量（t）K—电耗量（kw×h/t）P=1.4×10=14KW首先通过选择电机的额定的转速为，最终确定了该电机是一种电磁型感应电机，型号采用YTC250-4B。2.6环模结构的分析与计算2.6.1压辊和环模的受力分析在提供物料的区域，材料物一般不受机械外力的影响，该区域材料物基本为松散的天然状态，但因环模圈的回转作用，其受离心力的影响，使得物料紧贴在环模的内圈，接着模棍会进行旋转，将材料物压入到压紧的区域，在该区域内，模棍相互之间的挤压，就会引起材料物之间的相对移动，从而使得孔间的缝隙逐渐减小。由于材料物在不断地向前运动，在运动的过程中，其速度也在不断地增大，从而导致了材料受到的挤压的压力在不断地增大，孔隙也在不断地减小，而整个材料物却大多不会发生变形。下一步，在挤压区，因为模具和模辊之间的间隙越来越小，所以挤压的压力也会越来越大。在这个范围内，材料将产生与之对应的变形，同时，圆筒将被压缩到填满整个模具孔洞，并且，在模具孔洞中，不断有新的粉末加入，这种情况下，会导致进料口不停地向外偏移，导致进料口溢出。此时，所受的挤压力的最小值，必须是与模具孔内的摩擦之和。2.6.2确定环模的内径，外径，宽度和孔数在选择环模转速的时候，需要考虑的因素很多，尽管制料的产量和环模的转速不是呈正反比的，但是万事万物都有一个最优的区间，因此，在环模转速的区间内，也有一个最优的材料产出量，如果转速太高，则会将压缩出来的产品抛断，影响成型的效率，从而导致产量的降低，在设计环模的内径尺寸时，要注意到，环模的这种结构在工作时，很可能会导致离心力的出现，离心力的大小与转速的大小大致成正比。综合以上各种因素，并结合已有的关于压块机研究的结果，环模结构的转速应与环模内径的线速度存在着某种联系，线速度的值一般都在这一个范围之内，环模的转速控制在100-400r/min这一最佳的范围内,所以选定转速，线速度，然后从有环模的内径速度计算公式中得出 式（2-2）可得=260mm（环模内径）环模的厚度与所选材料的性质和模孔的孔径相关，若加工的材料不一样，则必须选取相应的最佳直径比，以得到最好的颗粒。要选取的模具孔的半径为15毫米，相应的每个模具孔的深度为60毫米，此时模具孔直径与模具孔深度的比例为 式（2-3）因此，环形模具的内径是260毫米，外径是380毫米。根据书本上的记载，环形模具的厚度是27-150毫米，而模具的孔径是30毫米，为了防止对部件造成损伤，所以选用了130毫米作为环形模具的厚度。环模工作区面积计算a=πDb 式（2-4）式中：D—环模内径（mm）a—环模压带面积（mm2）b—压带宽（mm） a=53066mm2环模孔数的计算环模的开孔率是指环模开孔的面积与环模的有效面积的比值。环模的开孔率，会影响模具的生产率和加工质量。开孔比例较大时，其制造效率较高，但在设计开孔比例时，必须先确保环模具有一定的强度与刚性，再寻求开孔比例的最大值。对于这一点，国内外学者都做过大量的实验研究，并试图构建出与之相关的结构参数的计算公式，但是都没有成功。现在，他们仍然依靠经验和“逐次近似法”来确定开孔率。该压块机在保证设备使用寿命的同时，为了获得高产量，采用50%的开孔率。 开孔率=[r2×π×n]/环模工作区总面积 式（2-5） n=37式中：r—环模孔半径n—环模总孔数2.6.3压辊直径的计算对于这种以单压辊为主体的环模结构压块机来说，压辊的直径d与环模的内径D之间存在着某种联系，它的表达式应该是：，一般的情况下d与D的数量大小关系常为： 式（2-6）取k的值为0.45，根据前面的计算过程得到：，所以由此可以计算得出，取整可以取d的值为120mm。2.6.4环模的成型构造生成二维图如下所示：φ260φ260φ380图2.6环模结构二维图2.6.5环模的单位功率面积当前，从国内外的实际情况来看，功率面积的取值范围通常是在2000-4000kw/mm2之间，而单位功率的计算公式是 式（2-7） A=3790kw/mm2式中：a—环模压带面积(mm2)P—主电机功率（kw）D—内径(mmb—压带宽（mm)其中取，所以大连科技学院2023届本科毕业设计（论文）第3章传动机构设计3.1传动比计算压块机的生产能力为1.4t/h，上面计算得到环模模孔数为37个，假设每个模孔的出料量相同，即每个模孔的出料量为1400÷37=37.84kg/h，压块的密度在0.8～1.2g/cm3之间，模孔半径R=15mm，A为：A=πR2块机的出料量为37×6.42915=237.87855g=0.23787855kg压块机的产量为1400kg/h，所以主轴的转速n=1400÷0.23787855÷60r/min=98.089270063792r/min=98.1r/min3.1.1计算功率的确定按照《机械设计》一书中的内容，功率Pca应先求出。通过查询表8-8得出，目前拟选择的工作运转情况下的系数为初选A型V带。3.1.2带轮的直径计算以及验算带的速度（1）按照机械设计表8-7以及表8-9REF_Ref7289\r\h[1]，初步选定小带轮的直径为，（2）带速v的验算，有速度公式： 式（3-2）将确定的数据带入可得：由于5m/s<v<30m/s，所以带的速度是合适的。（3）大带轮直径的计算计算所需的带长Ld和V带的中心距Dm=D2+D12=712.14∆=D2-根据参考资料可知，有带传动的中心矩公式：0.7(D1+D2)≤a0≤2(D1996.996≤a0带的的基准长度Ld0和传动中心距a0,初选aLd0=2a0+π/2（D2=2×1000+π/2(132+1292)+（最终选取Ld计算实际中心距a a= a0+（Ld-L验算带轮上面包角a1=1800-（D2 带轮上面的包角合适3.1.3带的根数的确定单根V带的额定功率Pr。按照计算过程以及查资料可以得到，额定的转速，最后通过查表可以得到。再根据转速、传动比以及选择的V型带的A类，查表可得。最后可以通过参考资料查表，可以得到，，再有公式：根数z选择为6根通过查找可供参考的数据，我们可以得出：A种型号带的单位计长度的质量为q=0.105kg/m，所以再有一个公式：轴上的压力计算公式：由上面的计算过程，可以得到的主要设计结论如下：选择使用带的类型为A型，数量为6，带的长度计算为4800mm。小带轮的直径计算结果为132mm，大带轮的直径计算结果为1292mm，中心距计算结果为1115mm。3.2主轴的设计计算由公式 dmin= A03P2n A0取值为114，代入数据可以计算出，考虑到要有退刀槽的缘故所以初步选定轴的最小直径是65mm。接下来对轴进行强度校核的演算过程，详细计算过程如下： 假设取带传动效率为0.98，轴承的传动效率为0.98，那么 根据材料力学的有关知识求解可得：

施加载荷水平的面H垂直的面V支承反力F弯矩M总弯矩扭矩TT=在此基础上，根据弯矩、扭矩的综合应力，来检测轴的强度，在校核过程中，只需对危险界面的强度进行验算即可，将上述表格中的计算结果，加入到现有的公式中，即可得出计算应力的数值，具体如下：式（3-5）又因为轴的材料选择为45钢，并且经过调质的处理，根据机械设计一书中的表15-1可以查到标准的力学性能，所计算出的结果远远小于这一值，所以轴的设计是安全的。轴的弯矩扭矩图如下：

图3.1分析轴的弯矩扭矩图接下来，就是更加精确的检验轴的疲劳强度了，与上面的方法相同，只需要检查一下危险界面的左右两侧的强度就可以了。（1）在危险面的左侧：抵抗弯矩变形的系数抵抗扭矩变形的系数危险面左侧的弯矩危险面上的扭矩由此可得危险界面的弯曲应力应为危险界面上的扭矩引发的切应力由于该轴将选用45钢，并经过了调制工艺，最终在《机械设计》一书中的表15-1中查得，由于是阶梯式的轴，因此必然会有轴肩，若要确定在截面上所产生的理论应力所应具有的集中系数，可根据机械设计中的附表3-2来计算，此处取为：查得轴的敏感系数为再有有效的应力集中的系数公式再可以通过查得尺寸系数，在此取，然后再通过书中的附图3-3可以选择扭转的尺寸系数，在这里拟取为。由生产实践以及课本中对于材料的要求，轴的加工方式采用磨削的形式，最后可以查得到表面的质量系数，在这次的设计中取，由于所选的轴的表面并没有经过强化处理，所以，由综合系数的计算公式：又因为碳钢的特性系数由一个范围即：最后计算安全系数的值，再按照公式所以由计算结果可以得到轴的设计是比较安全的。因此，从分析结果来看，该轴系的设计是相对安全的。(2)在危险表面右边的计算程序类似，最后得到的安全系数超过1.5，因此右边的强度足以承受弯矩、转矩产生的变形。主轴的具体尺寸为下图所示图3.2主轴设计结构简图

第4章喂料机构及机架的设计与计算喂料机构由两个部分组成，一个是进料料斗，一个是螺旋式的输料装置，这两个部分要相互配合，并与机架相固定。4.1螺旋式输送料机构的设计与计算（1）输料杆的直径D以及输送轴的转速n由公式： 式（4-1）式中：Q—送料的能力，根据拟定的设计要求，值取为1.4t/h；K—材料物的特征系数，k在这里取值0.041；Ψ—填充系数，在这取0.35；C—倾角的特征系数，取1；ρ—材料物的松散状态的程度系数，取值为0.52t/m3，将确定好的数据代入公式（4-1），这样可以算的 圆整取值为0.1m。另外根据运输机械设计选用手册有公式 式（4-2）公式中的A--材料物的综合系数，根据参考资料查值，取值为75最为合适，由此代入公式（4-2），可得 根据参考资料又有公式 式（4-3）把上方确定的数值代入到公式（4-3）中，可计算出 同样经过圆整之后，取为。将D和n经过取整处理之后的值代入公式，对系数再进行后续的计算比较： 符合所取的值，所以D和n的值是合适的。

（2）电机功率的计算已知计算所需螺旋式输送机正常运转的功率公式P0=Q（φL+H式中：Q—输送量φ—阻力系数L—螺旋输送杆直径H—倾斜布置时的垂直高度P0=1.4（1.9×15+0）/367+（0.1×15）/20由于秸秆压块机所处的工作环境有灰尘，常温。用的是三相交流电，电压为380v。初选用Y1001-4型号的电机。电机转速n3=1420r/min按照《机械设计》一书中的内容，功率Pca应先求出。通过查询表8-8得出，目前拟选择的工作运转情况下的系数为Ki=1420/175=8.19初选A型V带。（3）带轮的直径计算以及验算带的速度按照机械设计表8-7以及表8-9，初步选定小带轮的直径为，带速v的验算。有速度公式：将确定的数据带入可得：由于5m/s<v<30m/s，所以带的速度是合适的。（4）大带轮直径的计算（5）计算所需的带长Ld和VDm=D2+∆=D2-根据参考资料可知，有带传动的中心矩公式：0.7(D1+D2)≤a0≤2831.6≤a0≤带的的基准长度Ld0和传动中心距a0,初选Ld0=2a0+π/2（D=2×1000+π/2(120+1068)+（1068-120）最终选取L计算实际中心距a a= a0+（Ld-验算带轮上面包角a1=1800-带的根数的确定单根V带的额定功率Pr。按照计算过程以及查资料可以得到，额定的转速，最后通过查表可以得到。再根据转速、传动比以及选择的V型带的A类，查表可得。最后可以通过参考资料查表，可以得到，，再有公式：为了保证压块机的运作稳定，选择带数为2根。

，4.2进料料斗设计它的作用不仅是输送物料那么简单，而且还是整个设备散热以此来进行温度调节的关键结构。进料斗的二维图如图4.1所示。图4.1进料斗

4.3机架设计机架是秸秆压块机必不可少的一个部分，它不但可以保护设备免受外部环境的侵蚀，延长使用寿命，而且还可以给工作人员提供一定的安全保障，避免在移动时因为速度过快而导致物料四散，从另外一种意义上来说，也可以减少材料的浪费。从运行和工作的环境、使用条件、寿命等方面来考虑，最好的材质是铸铁，这样既能保证机架的强度，又能保证其寿命。图4.2机架大连科技学院2023届本科毕业设计（论文）第5章结论参考文献濮良贵,陈国定.机械设计(第十版)[M]北京：高等教育出版社，2019.周开勤.机械零件手册(第九版)[M].北京:高等教育出版社,2019.孙恒，葛文杰.机械原理(第九版)[M].北京：高等教育出版社，2021.段建.环模秸秆压块机环模孔型优选与试验[J].农机化研究，2017.焦海涛.紧凑型结构可调式秸秆压块机结构分析[J].河北农机，2017.李慧卿.环模式秸秆压块机设计与分析[D].河北科技大学，2017.杜海峰.环模式秸秆压块机压缩装置设计分析[J].农机化研究，2022.王维.秸秆压块机的使用和保养[J].当代农机,2019(09):59.吕楠.玉米秸秆有机肥生产技术与装备的开发研究[D].太原理工大学,2021段建,陈树人.环模秸秆压块机环模孔型优选与试验[J].农机化研究,2017,39(02):215-219.DOI:10.13427/ki.njyi.2017.02.045.徐青青,陈莹.环模式秸秆粉碎与压块一体机设计研究[J].机械研究与应用,2017,30(01):83-84+87.DOI:10.16576/ki.1007-4414.2017.01.027.刘杰,那日苏,翟海峰.内蒙古地区秸秆颗粒机发展现状与研究进展[J].江苏科技信息,2017(03):74-76.PatrickJames.Sustainabledesignprinciplesappliedtothedevelopmentofastrawbalingmachine[J].InternationalJournalofSustainableEngineering,2017，10(1)：46-53.致谢四年的本科生涯转瞬即逝，在此，我要向所有出现在我生命中，给予我力量与帮助，为我照亮人生之路的人致以最衷心的谢意！首先我要感谢我的父母，一直在背后默默地支持我，尊重我的每一个选择，并给予我正确的人生指导，教我如何做人。然后，我要感谢大学中我的每位老师，在大连科技学院的四年