1、轮刀式饲草切碎机的设计前 言我国具有丰富的作物桔秆资源，它是广大农区饲养牲畜的主要饲料.发展节粮效益型畜牧业是加快我国畜牧业发展的新战略。近几年来，随着桔秆碱化、氨化和化学处理技术的推广，为提高干秸秆的利用率提供了广阔的前景.桔秆切碎是处理秸秆不可缺少的一项工艺。目前，我国饲草的机械切碎加工主要是利用铡草机，铡草机的切割器可分为轮刀式和滚筒式两种.常用轮刀切割器动刀片的型式有凹圆弧形、凸圆弧形和直线形，我国农作物秸秆的利用率很低,很多秸秆被农民烧掉,浪费了生物资源,污染了环境,因此大力发展饲料切碎机械势在必行。为了适应广大农牧区养殖业的需要,我们设计了一种结构新颖、工作可靠、性能良好的轮刀式饲
2、草切碎机。该机既可实现家庭和畜牧场饲草切碎加工 1。草资源在发展畜牧业、配合饲料工业、生物能源、轻工业和建筑业中有重要意义.尤其是在大力发展畜牧业的今天其地位日见提升.草资源-草产品- 草业加工 -草产业被称为草业发展的四草,是一个产业链.处于产业链最底层的草资源是发展草产业的强大支撑.我国草资源丰富,全国共有 4 亿公顷草原,每年有近 6 亿吨的农作物秸秆.内蒙古、新疆、青海是我国草资源的大省.但近些年来,人们只是一味的利用，没有很好地保持和建设，使得草资源日益匮乏.另外,由于人们观念及技术水平的限制,虽是利用也只是粗放型的,附加值低,成了草资源的极大浪费.随着市场经济的发展,新鲜饲草产品走
3、入市场已成大势所趋,草资源在畜牧业中的基础作用还在提高，深层次的开发和利用问题已提到日程上来 2 。饲草切碎机主要用来切断茎秆类饲料，如谷草、稻草、麦秸、干草，各种青饲料和青贮玉米、高梁秸秆等。饲草切碎机按机型大小可分为小型、中型和大型三种。小型饲草切碎机常称铡草机，在农村应用很广。主要用来铡切谷草、稻草和麦秸，也用来铡切青饲料和干草。大型饲草切碎机常用在养牛场，主要用来铡切青贮料，故常称青贮料切碎机。中型饲草切碎机一般可作铡草和铡青贮料两用。饲草切碎机按切割部分形式可分为滚刀式和轮刀式两种。大中型饲草切碎机为工送青贮料一般都为轮刀丸饲草切碎机则两者都有，但俄撼刀式为多。饲草切碎机按固定方式可
4、分为固定式和移动式两种。大、中型饲草切碎机为了便于青贮作业常为移动式;小型饲草切碎机常为固定式。我国农业科技发展纲要中明确指出：积极推广和发展资源综合利用技术，突出发展草食型、节粮型畜牧业。逐步将资源优势转化成商品优势，最大限度的降低农业秸杆性物料的浪费，以及焚烧秸杆带来的严重环境污染。该机是进行资源转化的有效方法，必然会显示出强有力的社会效益。饲草切碎机是将收获后的农作物茎秆或青饲草作物以及牧草铡切成碎段的饲料加工机械。青、粗饲料在畜牧业饲草料中占有极为重要的地位，约占饲草料总量的 5060%以上，是发展畜牧业的良好物质基础。我国每年约有农作物秸杆约 5 亿多吨，合理、有效的综合利用，可以缓
5、解饲草料不足现状，促进畜牧业发展。采用该机将物料进行铡切后饲喂，可以提高秸杆的利用率和消化吸收率；进行青贮可以改善物料品质，提高转化效果，增加牧畜的适口性，达到饲草料长期保存、营养损失较少的目的。还可以大大提高劳动生产率。根据产业结构的调整，养殖专业户和畜牧场数量的增多，需要向用户提供一种优质、低耗、高效和安全的饲草加工设备，解决畜牧业生产中的实际问题。饲草切碎机的广泛应用，在大、中型养殖户和的的的利用和推广，已成为饲草切割的主要机械，研究饲草切碎切碎的工作原理，对轮刀的设计和要求，要达到理论的饲草切割长度，在新疆饲草切割工作已成为机械化趋势，本设计内容是一种小型轮刀式饲草切碎机，满足饲草切割
6、长度。目 录1.绪 论 .11.1 选题的意义和目的 .11.2 国内外饲草切碎机的研究现状 .11.3 方案的确定 .22.设计方案的选择 .32.1 饲草切割长度的确定和分析 .32.2 电动机的选择 .42.3 选择电动机的类型和结构型式 .42.4 确定电动机的容量 .42.5 电动机转速的选择 .53.传动装置的设计 .53.1 总设计要求 .53.2 箱体大小的确定 .53.3 V 带的选择 .53.3.1 设计功率 .53.3.2 选定带型 .53.3.3 求带轮的基准直径 .53.3.4 验算带速 .53.3.5 初定轴间距 .53.3.6 V 带的基准长度 .63.3.7 计
7、算实际中心距 .63.3.8 求 V 带根数 .63.3.9 单根 V 带的预紧力 .63.3.10 压轴力 .64.轴的设计 .64.1 主轴的设计 .64.2 轴上零件的定位 .74.3 轴承的选择 .74.4 选择材料，决定最小直径 .84.5 轴的校核 .85.其他零部件 .95.1 刀片 .95.2 抛送叶片 .95.3 刀轮 .105.4 下箱体 .10小 结 .12致 谢 .13参考文献 .14塔里木大学毕业设计11.绪 论1.1 选题的意义和目的随着我国国民经济的发展和人口的增长及食品结构的变化，我国的畜产品消费平均每年以27.8的速度递增，目前，国内农作物秸秆用于饲料部分还不
8、足 10，造成这种局面，主要是因为我国长期以来由于技术限制，对时令性饲草的贮存和积累问题一直没有解决好；另一方面，这一巨大市场尚未被发现，导致在我国许多地区特别是西部地区至今对饲草的加工基本属于空白。农业机械化大大提高了节本增效能力，提高了资源利用转化率和劳动生产率。因而促进农民增收。这是因为在农业生产中使用机器代替手工工具，用自然力来代替人力，以自觉运用现代技术装备和科学技术来代替传统经验生产。改变了农业生产方式，克服了人的体力，器官的限制和经验局限。由于国家和地方对牧区畜牧业的发展十分重视，提倡发展食草型畜牧业和节粮型畜牧业，草原建设发展较快，退耕还草得到落实，对牧草生产机械需求增长。但近
9、年来，我区陆续引进、研制生产的草原改良建设机具，普遍存在技术含量较低，制造工艺设备落后，使用可靠性较差，成本还没有降低到最低点，不能满足农牧区用户的需要。饲草的分类很多，其特点如下：1）.产草量高:年亩产高营养饲草 2-3 万公斤。 2）.营养成分高:可以替代粮食作饲料 ,每公斤饲草的营养成分含量是每公斤普通玉米籽实营养成份含量的 2-3 倍。 3）.适应性广、适口性好：适宜各种猪、牛、羊、马、兔、鹅、鸭、鸟、水产鱼类等蓄禽食用,人也可食用。 4）.适宜各类土壤种植:可以滩涂地、盐碱地、沟坡地、四荒地、农村隙地、房前屋后、休闲地等非耕种地种植，不与粮食作物和经济作物征地。 5）.抗逆性强:高营
10、养饲草抗病力强，在生长期内基本上无病虫害发生，且耐寒、耐旱、耐高温、耐涝，适宜在各种气候条件下生长。 6）.饲草种植和饲草利用饲喂技术简单易学，有利于推广应用。主要饲草机械有：割草压扁机、小型方捆机、圆捆打捆机、圆捆包膜机、牧草收割机、捆扎机和切碎机等多种机具。随着我国畜牧业的发展以及对饲草食物的质量要求的提高，饲草的质量必然要相应提高，将会带动饲草加工产业的飞速发展。根据规划，我国到 2010 年，农作物饲草比例要达到 40。饲草加工不仅可以为牛羊等草食动物饲养提供具有诸多优点的高密度饲料，为发展舍饲畜牧业奠定基础，也为开发利用作物秸秆资源开辟了一条新途径。它能为农民带来明显的经济效益，对发
11、展农牧业生产，促进农业良性循环，减少环境污染，牧区防灾救灾等都有重要意义 2。1.2 国内外饲草切碎机的研究现状新疆草地总面积达 8.6 亿亩，占新疆土地总面积的 30%，是林地的 28 倍，耕地的 15 倍，草地资源是新疆的第一大绿色屏障，是面积最大的生态系统。近年来，随着畜牧业迅速发展，新疆天然草场由于重用轻养，严重超载放牧及盲目开垦种植等原因，80%以上的天然草场有不同程度的退化，牧草产量下降 35% 73%，草地有效利用面积减少 240 万 hm2；再加上盲目垦殖、不合理的水利设施建设等，加速了草场退化、沙化和碱化，导致草场生态环境恶化，草地牧草产量和草质降低，草畜矛盾突出，制约了畜牧
12、业的健康发展 3。我国畜牧业生产值占业总产值的比重约为 25%30%, 而发达国家早在 20 世纪 70 年代畜牧业就占农业总产值的 60%以上, 尤其是牧业生产加工非常发达 .然而我国的牧业生产几乎空白,制约牧业发展的关键问题是没有形成很好的牧业加工机械,而是牧业加工机械的基础是饲草生产加工机械. 随着人民生活的提高，饲草加工业发展迅速. 我国畜牧业的快速发展有力地促进了饲草收贮和草品加工技术的发展，特别是饲草收贮和草产品加工技术的发展。当前加大饲草加工机械的开发和研究力度依然是我国畜牧业发展的当务之急.西部大开发和新疆畜牧业进一步发展的需要，饲草饲料机械化已成为急需解决的问题 4。美国、英
13、国、加拿大等经济发达国家,经历了 20 世纪 4050 年代种植业基本机械化及 6070年代畜禽与水产养殖业基本机械化后,90 年代的种植业和养殖业已进入高度机械化、现代化阶段。农业机械正向大型、高速、低耗、自动化和智能化发展。美国是当今世界上农业生产现代化程度最高的国家之一,已基本实现了区域化、专业化、机械化、社会化、商品化和网络信息化。一些农场主往往经营上千公顷连片土地,在农业生产的产前、产中、产后的每一个生产环节都使用机械操塔里木大学毕业设计2作, 全面实现了机械化。美国已成为世界上农业劳动生产率最高的国家之一。而对于饲草切碎机械，由于种植区域的限制，国外研究资料很少。1.3 方案的确定
14、饲草切碎机主要用来切断茎秆类饲料，如谷草、稻草、麦秸、干草，各种青饲料和青贮玉米、高梁秸秆等。饲草切碎机按机型大小可分为小型、中型和大型三种。小型饲草切碎机常称铡草机，在农村应用很广。主要用来铡切谷草、稻草和麦秸，也用来铡切青饲料和干草。大型饲草切碎机常用在养牛场，主要用来铡切青贮料，故常称青贮料切碎机。中型饲草切碎机一般可作铡草和铡青贮料两用。 饲草切碎机按切割部分形式可分为擦刀式和轮刀式两种。大中型饲草切碎机为了便于抛送青贮料一般都为轮刀式；而小型饲草切碎机则两者都有，但以滚刀式为多。 饲草切碎机按固定方式可分为固定式和移动式两种。大、中型饲草切碎机为了便于青贮作业常为移动式；小型饲草切碎
15、机常为固定式。本设计采用可移动轮刀式切碎，此设计主要用于大部分农村和小型企业，方便移动和抛送切碎的饲草结构。以目前的研究条件，设计的饲草切碎机采用倾斜式喂入饲草装置和放置式刀轮旋转的结构，利用电动机带动刀轮转，在饲草进入喂料口时，饲草在高速旋转的刀片作用下被切断，切断的饲草在刀轮的离心作用下和抛送叶片的旋转被抛出箱体，完成切碎和抛送工作。此机器的切碎长度均匀，碎末率降低，适用广泛，也适用于切碎谷穗、玉米秸和高杆作物类的秸秆。该机可用小型电动机约 4KW 的单相电动机作为配套动力，接户内照明电即可，在无电和偏远地区可用小型柴油机作动力。该机生产率 350-600Kgh。切断长度小于 4cm，水平
16、抛送距离为 2m。1 人即可操作，整机结构紧凑，体积小，是羊，鸡，家禽等饲养的切碎饲草机械。为了使青饲料有正常的发酵过程，必须将饲料切成 1020mm 长的碎段。按照布兰瑞克的意见，为了让青饲料塔顺利地卸下饲料，应把饮料切成 30-45mm。这样的长度可以通过采用轮刀式切碎机来获得，这样切碎机具有能比较精确的切碎饲料的切割器。为了保证精确切割，喂入的料层应尽可能窄些（即输送喂入口的宽度要小些） 。而且要尽可能紧密。关于这点，切碎机通常包含两个部分：输送装置和将料层送入旋转切刀的喂入装置 4。要得到精确地切碎的第二个先决条件是：刀片的锋利度要适宜。第三个先决条件是刀片和入料口的之间的间隙尽可能小
17、。饲料的理论切碎长度 L 取决于喂入饲料的速度和单位时间内的切割次数。（1.1）ZnvL4106式中：v-喂入速度（米/秒）n-切碎机的转速（转/分）Z-刀片的数由式中 1.1 可以看出：饲料切碎长度可以通过改变刀片的数目和刀盘的转速，或改变饲料喂入的速度，或通过改变两部分其中一个或全部参数来得到。电动机是已经系列化的产品，在机械设计中，要根据工作载荷大小及性质、转速高低、起动特性、过载情况、工作环境、安装要求及空间尺寸限制和经济性等要求从产品目录中选择电动机的类型、结构形式、容量和转速，最后确定具体型号。在本设计中先选定饲草的理论长度 L=1015mm.喂入速度 v=0.75m/s.刀片数
18、Z=344610610.7535/minvnZLr由上式可得知电动机选择转速为 15001400r/min。经过多次的讨论和研究，确定轮刀式饲草切碎机的总体结构，包括喂入装置，切碎装置，抛送装置，动力传输装置。工作过程：机器开始作业时，由电动机带动皮带轮转动，轴和刀轮同时高速旋转， ，在饲草进入喂料口时，饲草在高速旋转的刀片作用下被切断，切断的饲草在刀轮的离心作用下和抛送叶片的旋转被抛出箱体，完成切碎和抛送工作。工作过程：机器开始作业时，由电动机带动皮带轮转动，轴和刀轮同时高速旋转， ，在饲草进入喂料口时，饲草在高速旋转的刀片作用下被切断，切断的饲草在刀轮的离心作用下和抛送叶片的旋转被抛出箱体
19、，完成切碎和抛送工作。塔里木大学毕业设计3总装图如图 1-1：123567841. 皮带轮 2.滚动轴承座 3.轴 4.刀轮 5.刀片 6.喂料口 7.支架 8.抛送叶片图 1-1 总装图2.设计方案的选择经过多次的讨论和研究，确定轮刀式饲草切碎机的总体结构，包括喂入装置，切碎装置，抛送装置，动力传输装置。2.1 饲草切割长度的确定和分析为了使青饲料有正常的发酵过程，必须将饲料切成 1020mm 长的碎段。按照布兰瑞克的意见，为了让青饲料塔顺利地卸下饲料，应把饮料切成 30-45mm。这样的长度可以通过采用轮刀式切碎机来获得，这样切碎机具有能比较精确的切碎饲料的切割器。为了保证精确切割，喂入的
20、料层应尽可能窄些（即输送喂入口的宽度要小些） 。而且要尽可能紧密。关于这点，切碎机通常包含两个部分：输送装置和将料层送入旋转切刀的喂入装置。要得到精确地切碎的第二个先决条件是：刀片的锋利度要适宜。第三个先决条件是刀片和入料口的之间的间隙尽可能小。饲料的理论切碎长度 L 取决于喂入饲料的速度和单位时间内的切割次数。在图 1-2 中大概的表明了饲料的理论长度和喂入速度以及刀片转速之间的关系。在此过程中该机器得到了实际的切割长度与理论长度有些差异。由于喂入速度不均匀，主要是因为饲草的草料条铺的数量多少不一。 ，当喂入速度降低时，喂入口内的饲草的压紧程度随之减少。结果不仅切割层被刀片折弯，而且个别植株
21、的叶片被刀片拉出成不同的长度。另一个原因是饲料茎干在喂入口处被弄乱。第三个原因是饲料在进入箱体时。与刀片切割厚度不一，切力也不同导致长度不同。最后，饲料的理论长度和实际长度之间或多或少的差异取决于所用切割装置的的类型。塔里木大学毕业设计4上面指出的各种因素导致在某种设计切碎长度为 6mm 的饲料切碎机中，只有 75-80%的茎干小于 30mm。由式中 1.1 可以看出：饲料切碎长度可以通过改变刀片的数目和刀盘的转速，或改变饲料喂入的速度，或通过改变两部分其中一个或全部参数来得到。图 1-2 轮刀转速、喂入速度与理论切割长度之间的关系2.2 电动机的选择电动机是已经系列化的产品，在机械设计中，要
22、根据工作载荷大小及性质、转速高低、起动特性、过载情况、工作环境、安装要求及空间尺寸限制和经济性等要求从产品目录中选择电动机的类型、结构形式、容量和转速，最后确定具体型号。在本设计中先选定饲草的理论长度 L=1015mm.喂入速度 v=0.75m/s.刀片数 Z=3由 1-1 式可以得出：44610610.7535/minvnZLr由上式可得知电动机选择转速为 15001400r/min。2.3 选择电动机的类型和结构型式由于轮刀式饲草切碎机对起动转距有较高要求，根据其结构特点，应选交流电动机，Y 系列电动机为更新换代产品，具有高效、节能、震动小和运行安全可靠的特点，安装尺寸和功率等级符合 IE
23、C 国际标准，适合于轮刀式饲草切碎机。2.4 确定电动机的容量电动机容量的选择必须根据工作机容量的需要来确定。如选电动机的容量过大，必然会增加成本，造成浪费；相反，容量过小，则不能保证工作机的正常工作，或使电动机长期过载、发热量大而过早损坏，因此所选发动机的额定功率 Ped 应等于或稍大于电动机所需要的实际功率 Pd。 电动机所需功率 wPdPd电动机所需要的实际功率，单位为 kwPw工作机所需要的输入功率，单位为 kw电动机工作机之间传动装置的总效率传动总效率 12按照表 确定各部分效率为：V 带传动效率 滚动轴承座传动效率582 ,98.01代入得 ,9.02120.98.7由设计要求知
24、n =1440 r/min所以srad/3塔里木大学毕业设计5由能量守恒得 21Jtpw取质量 m =10 kg，R =200 mm而 222 /.0.1mkgJ所以 pw75.360.所需电动机功率为 kwPd86.因载荷平稳，电动机额定功率 de由表 2-1 系列电动机技术数据表，选电动机的额定功率为 4 kw。2.5 电动机转速的选择额定功率相等的同类型电动机，可以有好几种转速可选择，电动机的转速高，极对数少，尺寸和质量小，价格也便宜，但会使传动装置的传动比加大，结构尺寸偏长，成本也会变高，若选用低转速的电动机则相反。根据小型饲料搅拌机的总体设计以及其传动装置的设计，应选用同步转速为 1
25、500 r/min 的电动机，满载转速为 1440 r/min，该电动机型号为 7124YM根据容量和转速，由机械设计课程设计手册P167 表 121 查出的电动机型号，因此有以下四种传动比选择方案，表 2-1 系列电动机技术数据表电动机型号 额定功率/KW 满载转速（r/min ） 质量 /KGY100L-2 3 1430 38Y112M-4 4 1440 43Y132S-4 55 1440 68Y132M-4 7 1440 81从表 2-1 中综合考虑选择电动机为： Y112M-43.传动装置的设计3.1 总设计要求饲草长度：L=1020mm轮刀转速：V =1440r/min电动机与刀轮传
26、动比为：1：1配套动力：4KW 连续工作时间：8 h抛送距离：1 .52m生产率：350600kg/h3.2 箱体大小的确定箱体结构尺寸：长宽高 606190760mm，箱体密封时采用上下箱体可分离式。箱体直径：600mm箱体底座与连接方式：焊接，螺栓连接。材料：角钢，铁皮。3.3 V 带的选择根据设计要求选择普通 V 带3.3.1 设计功率根据工作情况由表 13-88得 =1.2 ak1.345.2dapkkw3.3.2 选定带型根据 Pd =5.2kw 和 n=1440r/min, 由图 13-15 知：位于 A 区域，选定 A 型带。3.3.3 求带轮的基准直径由表 13-9,d 不应小
27、于 90，取 d=100mm 由于传动比为 1：1, d1=d=100mm3.3.4 验算带速塔里木大学毕业设计6m/s54.7106106ndV3.3.5 初定轴间距)(2)(7. da取 a=300mm3.3.6 V 带的基准长度mm 914023024)()(210 dI查表 13-29对 A 型带选用 =900mmdl3.3.7 计算实际中心距mm29303200 lad3.3.8 求 V 带根数n=1440r/min d=100mm lakpZ)(0查表 13-3 得 =1.32kw. 传动比为 1：1 查表 13-5 得 =1.3 =1lk则 V 带取 3 根，Z=39.23.15
28、)(0 lakp3.3.9 单根 V 带的预紧力 由表查得 A 型带 m=0.1kg/m20.2(5mvzFda Nvpk 5.814.705.4)13.(50)1. 23.3.10 压轴力 NZFQ 89sin.82sin2004.轴的设计4.1 主轴的设计根据皮带轮的大小可以计算出来和带轮配合的轴的直径，根据设计和安装的要求轴的尺寸如下：轴长：390mm，连接有带轮的轴端到轴肩的距离为 56mm，轴的连接带轮的轴径为：30mm;与滚动轴承座配合的轴径为：35mm,轴长 90mm,在轴承座右侧轴上要刀轮实现旋转切割，安装刀轮的轴端到轴肩的距离为 40mm，轴径 40mm;在刀轮后安装有轴套，轴套到刀轮的距离为60mm，轴套右侧安装一滚动轴承座，固定轴和刀轮旋转。主轴的结构如图 4-1 所示：
