盘式秸秆粉碎机的设计.doc

1、盘式秸秆粉碎机的设计 I 摘要 . II 关键字 . II Abstract. II 1 绪论 .1 1.1 研究目的及意义 .1 1.2 国内外研究概况 .3 1.3 主要设计内容及设计路线 .4 1.3.1 设计内容 .4 1.3.2 设计路线 .4 2 总体方案设计 .5 2.1 设计原则 .5 2.2 工作原理 .5 2.3 主要技 术参数 .9 3 切碎装置设计 .9 3.1 切碎方式选择 .9 3.2 切碎原理分析 . 10 3.3 割刀参数分析 . 11 3.3.1 直刃刀的参数分析 . 11 3.3.2 圆弧刃的参数分析 . 12 3.4 刀具及刀盘的设计 . 12 3.4.1

2、 刀具设计 . 13 3.4.2 刀盘设计 . 14 4 压辊式喂料装置设计 . 15 4.1 结构及工作原理设计 . 15 4.2 喂料装置主要技术参数确定 . 17 4.2.1 切碎长度 . 17 4.2.2 粉碎机生产率 . 17 5 输送装置设计 . 18 5.1 结构和工作原理设计 . 18 5.2 链传动的设计计算 . 18 6 传动装置设计 . 19 6.1 电机选择 . 20 6.2 整体传动比的设计 . 211 6.3 V 带传动设计 . 211 6.4 齿轮传动设计 . 266 7 机架设计 . 299 8 主轴的设计计算与校核 . 30 9 主轴轴承的选择与校核 . 32

3、2 9.1 主轴轴承的选择 . 32 9.2 轴承的校核 . 32 10 刀盘固定键的选择及校核 . 333 结论 . 333 参考文献 . 34 致谢 . 366 华中农业大学 2014 届本科毕业设计 II 盘式秸秆粉碎机的设计 摘要 农作物秸秆资源作为一种重要的可再生资源，在我国产量巨大，但至今却一直没有得到充分利用，因此设计出的一种对秸秆进行切碎处理的机械可以很好地解决此问题。目前，农作物秸秆的处理方法很多，可以作为畜牧饲料，还田堆肥，作工业原料和生物质能源等， 这些都需要将秸秆进行切碎处理。本文 结合我国的实际情况，说明了秸秆的利用价值， 详细介绍了盘式秸秆粉碎机的工作原理，根据生产

4、能力要求，对粉碎机的结构进行了设计。文中主要完成了盘式秸秆粉碎机的总体设计，包括切碎装置、喂料装置、输送装置、传动装置和机架等。 1） 设计选择了圆弧刃飞刀切碎作为切碎方式； 2） 将喂料装置设计为机械浮动式喂料，提高了自动化程度； 3） 输送装置设计为链板式送料，送料过程安全可靠，节省劳动力； 4） 出料方式设计为气流式上出料，出料快捷方便，不堵料； 5） 对传动装置进行了设计计算，包括带传动和齿轮传动。 关键字 农 作物秸秆 ；切碎； 盘式粉碎机；圆弧刃；压辊 盘式秸秆粉碎机的设计 III The Design of the Disc Straw Pulxerizer Abstract C

5、rop straw resources as an important renewable resources, huge production in our country, but so far has not been fully used, so the design of a mechanical to chop the straw is a good way to solve this problem. At present, the processing method are many, crop straw can be used as livestock feed, retu

6、rning compost, industrial materials and biomass energy, etc., all of these needs will be chopped straw processing. In this paper, combined with the actual situation of our country, illustrates the utilization value of straw, introduced the working principle of disc straw crusher, in accordance with

7、the requirements of production capacity, design the structure of mill. This paper mainly completed the overall design of the disc straw crusher including chopped device, feeding device, transmission device, gear and rack, etc. 1） Design a circular blade fly knife chopped as the chopped way; 2） Will

8、feed device is designed for mechanical floating feed, improve the degree of automation; 3） Conveying equipment design for chain plate feeding, feeding process is safe and reliable, saving labor; 4） Discharging mode design for pneumatic discharge, discharge fast and convenient, no plugging material;

9、5） The designing calculation of transmission device, including belt transmission and gear transmission. Key words Crop straw; Cut up; Disc straw pulxerizer; Arc blade; Roller 盘式秸秆粉碎机的设计 1 1 绪论 1.1 研究目的及意义 随着全球化石能源的消耗殆尽、环境问题的日益突出，能源问题越来越受到人们的关注。能源是人类赖以生存发展的物质基础，与社会的发展有着密切的关系。我国作为生物质产出大国，应将对生物质的开发与利用放

10、在重要的位置上。 我国是农业大国，秸秆是粮食生产中的主要副产品之一，同时也是工农业生产的重要资源，是极为丰富并能直接利用的可再生资源。作为一种资源，作物秸秆可用作肥料、饲料、燃料及造纸、制炭、建材等的原料（祖宇等， 2012）。 目前，我国的秸秆开发利用主要从四个方面进行： 图 1.1中国农作 物秸秆的主要用途 Figure 1.1 The main purpose of China Straw 一是秸秆还田包，括整株还田和粉碎还田两种， 秸秆还田是目前秸秆利用的最主要方面，据统计， 2000 年我国主要粮食作物秸秆粉碎还田的面积占其种植面积的58.6%(韩鲁佳等， 2002)。秸秆还田的方法

11、分为整株还田技术、粉碎还田技术、有根茬切碎还田技术和传统沤肥还田技术。配套的秸秆还田设备有粉碎还田机、灭茬机、收获还田机和水田埋草机等。目前，经过对秸秆还田技术和配套操作规程等的研究，秸秆直接还田在我国已有了一定面 积的推广应用。在 八五 期间，秸秆直接还田技术规程研究取得了重要突破，已经制定出了包括华北、西南、长江中游区、江苏水早轮作区和浙江三熟制种植区的麦秸、玉米秸、稻草直接翻压还田的技术规程，包括还田方式、秸秆数量、 施氮量、土壤水分、粉碎程度、 还田时间以及防治病虫害、华中农业大学 2014 届本科毕业设计 2 杂草等方面的技术要求，实践证明适量的秸秆还田能有效增加土壤的有机质含量，改

12、良土壤，培肥地力 （胡代泽， 2000）。 二是 生物质秸秆在沼气工程和发电厂等的应用，作为一种能源，生物质秸秆是一种清洁的可再生能源，应用前景大，意义重大 。 据全国农村可再生资源统计 资料显示 (2001)， 九五 期间，秸秆能源用量仍占农村生活用能的 30%-50%。传统的秸秆利用方式是直接燃烧，因其密度小，灰分多，己不再适应农民生活水平的需要，国内现行的秸秆优质能源利用技术，除了本文所要研究的秸秆压缩成型技术以外，还有秸秆气化集中供气技术、秸秆制取沼气技术、秸秆燃料热风烘干技术等。秸秆热解气化技术把细软、松散的低品位秸秆转换成清洁的高品位气体，热效率可达40%。气相燃料速度快，热量输出

13、可以控制，在烘干木材、茶叶、饲料和代替燃油发电及农村居民炊事等方面己有成功应用。部分气化炉和配套装置己经 批量生产，进入实用推广阶段。目前全国己有 350 余处秸秆气化集中供气示范点，主要集中在山东、河南、江苏、河北、山西、北京、陕西等。仅山东就有 170 余处 (韩鲁佳等，2002)。秸秆制取沼气技术，近年来经攻关研究在技术上有了较大突破，解决了秸秆易结壳、出料困难和发酵不充分的难题。干发酵工艺则有助于节约建池费用，提高池容利用率，目前该技术在北方应用较多。秸秆燃料热风烘干技术是将成捆或经预处理的秸秆加入由两段燃料室组成的高效燃料炉，燃烧产物经过离心除尘可得到洁净的热烟道气，产生的热风温度可

14、以调节 (60-800 )，含 烟尘量小于 20mg/m3，尤其适宜于高湿物料，如粮食、木材、饲料、鸡粪、酒糟等的烘干。 三是作为家畜饲料，包括直接饲喂、粉碎饲喂及氨化、青贮、微贮等处理后饲喂 秸秆用作饲料，在中国主要是以秸秆养畜、过腹还田的方式进行的。未经任何处理的秸秆，不仅消化率低，粗蛋白和矿物质含量低，而且适口性差。为提高饲料的适口性和营养价值，近年来普遍采用氨化、微生物发酵贮存、热喷、揉搓等技术处理，目前全国的年加工处理量约 1000 万 t，已开发出的加工设备有氨化炉、调质机、青贮收获机、揉搓机、压饼机、热喷设备等。 四是作为工相关工业原 料利用，如用于造纸、制炭、编织等 秸秆作为工

15、业原料主要用于工业造纸，占秸秆总产出量的 2.9%。其它目前正在兴起的研究与应用有 :南京林业大学将秸秆压缩成型制作秸秆板材，建筑墙体材料，包装材料等 ;西北农大开展模压制品的研究，如一次性快餐盒、托盘、家具构件和建筑构件等 ;辽宁省农科院研制成功秸秆皮镶分离及其综合利用技术 ;另外一些科研院所采取生物技术的手段发酵生产乙醇、糠醛、苯酚、单细胞蛋白、燃料油气、工业酶制剂等。由于秸秆还田数量有限，作饲料其营养价值不高，因此要真正解决秸秆的合理利用问题，关键在于研究秸秆的能源化和 工业化利用技术。 这些领域都会涉及到秸秆的粉碎加工，因此，秸秆粉碎机有相当的应用前景。据统计，我国目前秸秆年产量约为

16、6.2 亿 t，利用率仅为 33%（黄忠乾， 1999），约盘式秸秆粉碎机的设计 3 为 2 亿 t，大部分秸秆被弃置不用或直接焚烧，造成资源的浪费，还污染了环境。 因此， 秸秆粉碎机，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 ，对生物质粉碎机的开发与研究也是必不可少的一部分，其中的盘式秸秆粉碎机十分具有代表性。 对于中小型粉碎机而言，由于其削制的原料大多数是各种农作物秸 秆和枝桠等，材径较小，采用平面盘式机削片时，削片长度的均匀性较优良，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。 1.2

17、国内外研究概况 粉碎机的研制在国内己有几十年的历史，其主要集中在饲料粉碎和农作物秸秆切碎等方面。目前 , 国内粉碎机具种类与粉碎方式也多种多样，粉碎技术根据粉碎方式和粉碎手段的不同可分为铡切式、锤片式、揉切式和组合式粉碎技术，秸秆切碎机械的切碎器主要有轮刀式 (盘刀式 )和滚筒式两种。然而，国内秸秆粉碎机在产量、能耗以及机具的寿命和操作安全性等方面还有许多不完善 的地方，不能很好地满足各类生物质粉碎作业的要求，仍然摆脱不了一些技术问题的困扰。其问题是机具性能较差、可靠性偏低，结构复杂，造价偏贵，调整使用不便，生产率低，适应性弱等。因此，国内迫切需要进一步提高和完善秸秆粉碎机的性能。本论文着重对

18、盘式秸秆粉碎机进行了研究和设计，希望在秸秆粉碎机领域研制出能耗低、生产效率高的机器，在秸秆粉碎机领域探索出一条道路。粉碎机具种类与粉碎方式也多种多样，但是现有的粉碎设备在产量、能耗以及机具的寿命和操作安全性等方面还有许多不完善的地方，不能很好地满足各类生物质粉碎作业的要求。为了 解决提高生产率、降低能耗和对多种物料的适应性等问题 国外对秸秆切碎的研究集中于麦秸、稻秸等软茎杆，主要分析切碎能耗、切碎度和切断效率的各种影响因素 ，如 oDogherty(1986)等人分析 了切割速度、割刀参数、受切根数等因素对切割过程的影响，指出秸秆切割过程中有一临界速度，在 15-30m/s范围内，低于临界速度

19、，能耗和无效切割快速增加 ;大于临界速度，能耗基本不变，实际切割长度接近于理论长度。 美国、加拿大等国家的小麦、玉米秸秆大部分用于还田。国外的茎秆还田机具结构大多为立式结构，具有机具结构简单，作业效率 高等特点。同时还有对秸秆根部进行处理加工的整株秸秆粉碎还田机具。日本采用的是在半入式联合收割机后面安装切草装置，一次能完成收获和秸秆粉碎。在大功率、多功能为主的粗饲料粉碎机占优势的情况下，西欧国家还重视生产小型粗饲料粉碎机，其特点是体积小、重量轻、动力消耗小。 华中农业大学 2014 届本科毕业设计 4 1.3 主要设计内容及设计路线 1.3.1 设计内容 本文设计的盘式粉碎机，主要用于各种农作

20、物秸秆的粉碎，比如水稻秸秆、玉米秸秆、小麦秸秆和棉花秸秆等，要求切碎性能好，经久耐用；切碎效率高，耗能较低；粉碎长度可调，粉碎均匀性好；自动进料等。主要设计内容如 下： 1）盘式秸秆粉碎机工作原理和工作方式的分析研究； 2）总体方案的确定与总体结构设计，包括盘式切碎装置、可调的压辊式喂料装置、输送装置、传动机构、机架和行走装置等设计； 3）主要工作部件和结构的设计、计算、校核； 4）主要零件设计图、部装图和总体装配图。 1.3.2 设计路线 查阅资料 外文翻译、开题报告、文献综述 设计方案，确定工作原理和大体框架 绘制草图 总体设计 各部分装置的设计，绘制零件图 各部分校正、修改 绘制总装图，

21、撰写论文 盘式秸秆粉碎机的设计 5 2 总体方案设计 2.1 设 计原则 整个设计的关键之处就在于总体设计，其原则： （ 1）系统性，即所设计的是一个系统，应充分考虑系统的特性 ； （ 2）布局的合理性，其对后续设计存有重大的影响，应要求达到便于充分发挥功能，整体结构紧凑，层次分明。 该机由切碎装置、抛送装置、压辊式喂料装置、输送装置、传动装置以及机架等主要部件组成，实现自动送料、自动喂料，压紧物料、切碎以及抛送等功能。整机结构简单，尺寸合理。喂料平稳流畅，功耗小，切削片均匀，切碎效果理想。 2.2 工作原理 本机通过带轮传动将电机的动力分别传给切碎装置、传动装置、喂料装置和 输送装置。切碎装

22、置中，电动机的动力通过带轮的减速后传给切碎装置的主轴，带动主轴上的刀盘旋转，刀盘轴向面积大，起到抛送物料的作用，刀盘上还固定着飞刀，这样定刀和动刀形成剪切作用，将物料切碎。传动装置中，切碎装置中的刀盘主轴的一端安装了小齿轮，将动力继续输出传递给传动装置，该装置中，动力经减速和传动变向，变成所需的动力，输出给喂料装置。喂料装置中，传动装置中的动力，分别传递给了上下喂入辊，上下喂入辊反向旋转，实现喂料功能，同时，下喂入辊的一端安装了一个链轮，将动力输出给送料装置。送料装置中，下喂入辊的动力传递给 链轮，链轮带动整个链板运动，实现送料的功能。组成该机的几个装置，切碎装置、传动装置、喂入装置、输送装置

23、，每个装置在完成自己的功能的同时，将动力又传递给下一个装置，这样整机形成了一个系统，各部分相联系配合，实现整机的送料、喂料、切碎、抛送的功能。 华中农业大学 2014 届本科毕业设计 6 1 1 6 01001004 2 04 0 3 4 01234561.切碎装置 2.喂料装置 3.刀盘罩壳 4.机架 5.电动机 6.排料口 图 2.1 盘式秸秆粉碎机结构示意图（主视图） Figure 2.1 Straw shredder disc structure diagram(front view) 盘式秸秆粉碎机的设计 7 10392 5 07 1 27897.传动装置 8.输送装置 9.主轴 图 2.2 盘式秸秆粉碎机结构示意图（俯视图） Figure 2.2 Schematicstraw grinderdisc(top view)