1、 江汉 大学本科毕业论文（设计） 第 1 页 第 1 章 前言 1.1 设计的目的和意义 随着我国经济的持续快速发展，人民生活质量的显著提高 ,畜产品生产和消费量也相应的增加；同时，国家也愈来愈重视现代农业建设并加大投入力 度，使得畜牧机械，秸杆利用设备和其他的农产品加工机械的需求量也随之增长。 近年来，在国家一系列惠农政策的驱动下，当前我国的农业机械工业正处在历史上最好的发展时期，总体形式看好，已经连续五年保持高速增长，出现产销两旺的喜人态势 。同时，在 2007 年，国家将继续加大对购买农机产品的补贴力度，而且随着国家及地方政府对农业各项优惠政策的落实 ,农民 收入将有所增加 ,负担减轻
2、,支出减少。这些因素将使畜牧机械、秸杆利用设备和其他农产品加工机械的需求量有较大幅度的增长。 我国是一个以农业著称的国 家 ，农业工程的发展是当前我国经济社会发展和解决 “三农”问题的需要，是实现农业现代化的重要组成部分。要加快农业工程的发展，就要加强农业的产业结构调整，使农业朝着机械化方向发展，以提高劳动生产率，降低生产成本，减轻农民的劳动强度 ,提高资源利用率。同时 ,畜牧业是农业的重要组成部分，如何推广畜牧业的发展是现代农业的一个重要问题。与发达国家相比，我国的畜牧业生产水平还比较落后 ，但是近年来，各地的牧业经济也得到快速发展，畜牧业成为农民增收致富的重要途 径。 要使畜牧业发展，饲料
3、是物质基础，而饲料来源和加工设备是畜牧业生产中的关键问题。由于我国人均粮食占有量少，不可能用大量的粮食作为饲料用粮，因此，必须寻找另外的饲料来 源。 但在一些地方所面临的现状有所不 同：一方面是由于生产迅速发展带来的饲料供应紧张，饲料资源缺乏；另一方面是缺乏有效的开发利用，造成大量饲料资源浪费，制约了畜牧业的发展。 牧草等农作物秸杆是农作物生产的副产品，占光合作用地上部分的二分之一，含有多种维生素，蛋白质及微量元素， 是一项巨大的饲料资源。对其进行开江汉 大学本科毕业论文（设计） 第 2 页 发利用，是实现农牧结合和充分利用资源的有效途径，是发展节粮型畜牧业的一项重要措施。我国的各类农作物秸杆
4、资源巨大，但是利用率不到百分之十，造成了秸杆资源的严重浪费，科学地开发农作物秸杆资源，发展畜牧业，已经成为提高生活水平和经济效益的关键。开发农作物秸杆资源发展畜牧业，不但可以使农作物秸杆变废为宝，特别是封山育林，草原禁牧工程的实施，促使牛羊养殖方式的变革，秸杆养畜将成为一个时期的发展方向，而且对促进饲养业的牛羊发展，安置农村剩余劳动力、丰富市场肉品供应、增加农民收入、减轻草地 压力、促进农业生态环境的良性循环、增加资金积累、促进经济发展都具有现实意义。因此，开发研制出经济且实用的秸杆加工机械，具有较大的社会效益和经济效益。 1.2 提出背景及其存在问题 1.2.1 提出背景 我国畜牧业生产具有
5、悠久的历史，但长期以来，饲养方式和技术装备十分落后，畜牧业生产水平低下。至今，畜牧业仍是我国生产中的薄弱环节，对牧草等农作物秸杆的加工机械还处于空白阶段，当前大多数是使用传统的粉碎机对其进行加工；而国外对秸杆的加工机械也只是处于初级阶段。虽然，目前市场上已经生产出几种立式和卧式无筛粉碎机 ，其中立式无筛粉碎机有： AMC 型无筛粉碎机、 ZPS 型微粉碎机和国产立式粉碎机；而卧式无筛粉碎机有：日本生产的卧式多级微粉碎机、美国生产的卧式单级微粉碎机和卧式无筛双转子锤片粉碎机。这些粉碎机虽有生产率高、能耗低、调节操作方便等优点，但由于各类型的粉碎机结构较为复杂，且采用多级电动机带动工作，使得成本较
6、高且为微粉碎，不适合于秸杆饲料的加工。 秸杆利用是一个多年的研究话题，自上个世纪以来，国家投入了大量资金，对秸杆利用进行研究，但真正做到可持续发展的并不多，其原因是在秸杆粉碎机上遇到了一定的技术障碍， 现有通用型 粉碎机用来粉碎秸杆， 普遍达不到粉碎秸杆的技术要求，这类粉碎机虽可以对秸杆进行粉碎，但必须对秸杆进行粉碎前的加工，如压、铡加工，并且粉碎起来 存在许多缺点： 动力浪费大，度电产量江汉 大学本科毕业论文（设计） 第 3 页 不高 粉碎粒度不均匀 机器部件磨损快，工作稳定性差 生产率低 由于使用筛片磨损快，生产成本增加。 本课题设计的立式无筛粉碎机是专门把牧草等农作物秸杆粉碎的加工机械，
7、该设计在设计思想、机体结构和具体零件等方面都进行了创新。目前，国内无具体的样机，是一种较新颖的产品。它在结构设计方面进行的创新，适合于畜牧业的发展，开发研制 出该产品，对解决饲料问题，开发饲料资源，提高经济和社会效益具有重要的意义。因此应大力开发使其朝着高效低能耗方向发展，以适合我国畜牧业的发展需要。 1.2.2 存在问题 制造力量薄弱：我国的畜牧机械行业在 1988 年有定点厂仅 20 多个，职工人数，固定资产，加工设备仅占农业机械行业的 1%，虽然现在有所发展，但是其力量较其他国家等还是有较大的差距。 研究力度不够：我国的畜牧机械专业研究人员数量少，测试设备数量少，水平低，不能有效的揭示整
8、机或主要部件的主要参数对工作过程的影响，致使产品设计工作长期停留在 传统的“类比法”的基础上。 1.3 设计的基本要求 该粉碎机主要是用于对饲草料的加工，对其具有以下要求 : 对加工饲料的适应性广，能加工各种类型的饲料，对含水量较大、纤维较长的粗饲料也应具有较好的适应性。 粉碎程度应能够根据要求进行调整，以满足不同的畜禽，粉碎粒度应尽量均匀，以提高其适口性。 配套动力合理、度电产量高、提高生产率、降低能耗。 结构简单、操作方便、不需要较大的技术要求。 工作部件耐磨性好，减少更换次数，以降低生产成本，提高经济效益。 噪音低、粉尘 少、以减少环境污染。 机型结构简单、尺寸紧凑、体积小、占地少、成本
9、低、以适合广大农户江汉 大学本科毕业论文（设计） 第 4 页 生产。 1.4 设计的指导思想 根据牧草等农作物秸杆主要是粗纤维质物料的物理特性，采用凿片和齿板共同作用，依靠他们之间的搓擦和剪切作用将物料粉碎。 机器的粉碎能力应达到一定的要求，但不应太大，应适合于广大农村个体农户生产需要，从而符合设计的目的和要求。 在进料口处安装切割器，以把纤维质物料粉碎为 20 25mm 的碎段，以便粉碎机能更好的作进一步的加工，出口处安装一粒度调节板以控制物料的粉碎粒度。 大力提高设计水平，进行创新设计，且要以提高经济效益为中心，提高其市场竞争力。 江汉 大学本科毕业论文（设计） 第 5 页 第 2 章 粉
10、碎机的结构形式设计 由于牧草等农作物秸杆类物料是一种粗纤维物质，含有丰富的纤维素、半纤维素、木质素等物质，具有韧性大的特点，其粉碎主要是在搓擦力和剪切力的共同作用下进行的，故在本设计中采用凿片和齿板共同作用，对秸杆进行搓擦使其细碎。且在加工前后的秸杆尺寸差异大，所以在进料口处安装一定刀，使其和机体内的滚刀式切碎器共同作用，把秸杆切割为一定长度的碎段（约 20 25mm），完成秸 杆的粗粉碎，为进一步的粉碎作好准备。该粉碎机采用无筛形式和自重排料，可提高生产率，降低生产成本。 根据秸杆类物料韧性大的特性、目前国内外现有技术资料、粉碎机理和粉碎理论，确定该粉碎机为圆筒形立式无筛秸杆粉碎机。 2.1
11、 结构方案的确定 该机包括进料部分、切碎部分、粉碎部分、排料部分、传动部分和机体六部分。该机结合现有生产设备，国内外先进技术，根据设计指导思想，确定本机结构采用无筛的形式，其结构和工作原理较其他通用型粉碎机都大不相同，具有很大的创新性。 江汉 大学本科毕业论文（设计） 第 6 页 其具体结构布置如图 2.1： 图 2.1 粉碎机总体结构布置图 1 带轮 2 下机壳 3 主轴 4 进料口 5 轴承 6 切割器 7 刀片 8 凿片 9 齿板 10 转筒 11 电动机 12 带轮 13 机架 2.2 工作原理 当秸杆类纤维质物料从侧部的进料口进入机体后，被滚刀式切碎器切割为20 25mm 的碎段，碎
12、段随着转子高速旋转从而产生离心力，在离心力作用下均匀的进入圆筒型粉碎室的四周。通过凿片的作用，将物料压向齿板，齿板产生的冲击力使物料与凿片的棱角工作处及齿板发生剧 烈的搓擦、剪切而逐渐细碎，直至达到所需要的加工要求。粉碎粒度的大小可以根据下料处的粒度调节板进行调节。由于凿片的排列方式采用的是对称排列，在粉碎过程中，转子运转平衡，物料无侧移现象，凿片的磨损比较均匀，不需要另加任何平衡装置。 2.3 特点 根据所设计的具体结构和工作原理，该粉碎机具有以下特点： 通过转子和传动结构的优化配置，它具有结构紧凑、体积小、工作平稳的特点。 江汉 大学本科毕业论文（设计） 第 7 页 采用无筛的形式，进排料
13、方便，提高了生产率，减少的筛片的使用，降低成本 。 结构简单，操作维护方便，适合有于广大农村 使用。 产品粒度调节方便，可通过对粒度调节板的调整来实现，且能适合多种物料的加工，具有广泛的适应性。 电机与主轴采用带连接，传动装置简单，降低了成本。 第 3 章 具体结构的设计 3.1 进料部分 针对物料粉碎前后长度比大的特性和对现有资料进行分析，粉碎机进料口的设计应具有防止秸杆等喂不进粉碎室和物料向喂入口飞溅等功能。在传统的设计中，喂料口倾角为 90时，物料无反料和架空现象，但是该设计仅仅适合颗粒料的加工；喂料口倾角为 65 75时，物料不反料，但是喂茎杆饲料时有 一定程度的架空现象；喂料口倾角为
14、 30时，物料无架空现象，粉碎茎杆饲料时其度电产量还略有提高，但是反料相当严重；根据实际现有资料和实际需要，设计进料斗与垂直线为 15角，选用厚为 3mm 的 A3 钢板制造，进料口采用敞开口，斜面下滑的形式，采用螺钉与机体连接。在进料口一侧装有定刀，与切碎器配合工作。 江汉 大学本科毕业论文（设计） 第 8 页 3.2 排料部分 排料装置采用自重排料，出料口安装在机体下侧。截面形状为矩形，采用螺钉与机体连接，出料斗选用厚为 3mm 的 A3钢板制造。在出料斗处装有一粒度调节板，可根据需要调节粉碎粒度大小。 3.3 切碎部分 切碎部分主要是切碎器。良好的切碎器应该是切割质量高，即成品的切割面光
15、滑整齐，耗用动力小，结构紧凑，工作平稳，安全可靠，便于磨刃，刀片拆卸、安装、使用和维修方便，保证定刀与动刀有足够小的间隙，以提高切碎质量，在切割草料时应尽可能省力，负荷均匀，自动化程度高。该设计采用滚刀式切碎器，该类型切碎器具有结构紧凑、切割质量好、负载比较均匀的优点。在工作时与安装在机体上的定刀共同作用。 切碎器的主要作用是把秸杆等物料切割为一定长度的碎段以满足的进一步粉碎加工要求，但切碎的长度并不是完全由理论计算可以得到的，它还 和刀片间隙，刀片锐利程度，饲草种类和喂入时的状态有关，一般取 20 25。 该切碎器由厚为 4mm 的 A3 钢板焊接为圆筒型，高度为 100mm，其结构形式如图
16、 3.1 所示： 江汉 大学本科毕业论文（设计） 第 9 页 图 3.1 切碎器结构图 切碎器主要由定刀和动刀组成，动刀和定刀结构确定如下： 3.3.1 动刀的安装 动刀的运动轨迹为圆柱形，但是为了避免从喂入口送来的茎杆端部和刀片背部发生剧烈的摩擦，降低功耗。应使刀片与垂直线成角安装，一般取 35。角由下式确定： min2 rZLtg 式中： Z 刀片数目 2Z L 切割碎段长度（一般为 20 25mm） mmL 25 minr 回转中心到喂料口的最小距离，即动刀到回转中心距离。mmr 200min 所以 ，取 3 。 3.3.2 动刀的结构形状 根据粉碎物料特性，选用动刀片为折刃口刀片，刀片
17、的折角约为 10，其特点是结构简单，容易制造和磨锐，较直刃口刀片，在切割过程中，自喂入口内侧开始切割时钳住角不会过大，切割终了时滑切角不致过小，即切割阻力和阻力矩江汉 大学本科毕业论文（设计） 第 10 页 的变化不太大，广泛应用于粗茎杆的切碎。在滚筒上安装刀片处有一突起部分，刀片用螺钉与其连接。 由于在设计和选用刀片时应满足下面三个要求： 钳住物料，保证切割：在切割时，刀片的钳住角 必须小于 21 才能钳住物料，保证切割平稳，即 21 。 1 定刀对物料的摩擦角，由实验求的 321 2 动刀对物料的摩擦角，由实验求的 182 5021 在切碎时要求产生滑切以降低功耗，而产生滑切角大于摩擦角，
18、即 ，一般动刀与物料的摩擦角 18 ，在切割过程中，不同物料在刀刃参数和切割范围一定的条件下，在一定范围内增大滑切角可降低功耗。在切割粗茎杆物料时，为使其功耗最小，最佳滑切角 5535 。 切割的阻力矩要均匀：随着刀片切割进程的增加，切割阻力逐渐减小。 根据以上分析可知：对切割草料，刃口锐角一般取 m 10020 ，m 100 ， 在刃口处留 有宽度为 为刃磨区， tgmax ，所以 取 m30 。 动刀厚度为 mm 32 ，取为 mm3 ，定刀厚度为 mm 63 ，取为 mm5 ，动定刀间隙mmZ 0.15.0 ，取 mm8.0 。 磨刃角 对刀片的使用寿命和功率消耗有很大的影响，随着 角的增大，切割所需要的功耗增加，若 大与 30时更为显著，但 太小使得刀片耐磨性降低，故常用的 角为 15 30，由于切割的茎杆强度大，则 小些，但是为了延长刀片 使用寿命， 可以取大些，所以取 15 。则切割角 18 。
