小型秸稈壓塊機設計

小型秸稈壓塊機設計,小型秸稈壓塊機設計,小型,秸稈,壓塊機,設計 大 連 大 學 本科畢業(yè)論文 (設計 )開題報告 論 文 題 目： 小型秸稈壓塊機設計 學 院： 機械工程學院 專 業(yè) 、班 級： 機日 131 班 學 生 姓 名： 于帥彪 指導教師（職稱）： 鄭雙陽 2016 年 12 月 29 日 填 1 畢業(yè)論文（設計）開題報 告要求 開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質量畢業(yè)論文 （設計）的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。 一、選題依據 1.論文（設計）題目及研究領域； 2.論文（設計）工作的理論意義和應用價值； 3.目前研究的概況和發(fā)展趨勢。 二、論文（設計）研究的內容 1.重點解決的問題； 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路）； 3.本論文（設計）預期取得的成果。 三、論文（設計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數）； 2.論文（設計）進度計劃 。 四、文獻查閱及文獻綜述 學生應根據所在學院及指導教師的要求閱讀一定量的文獻資料，并在此基礎上通 過分析、研究、綜合，形成文獻綜述。必要時應在調研、實驗或實習的基礎上遞交相 關的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎。 五、其他要求 1.開題報告應在畢業(yè)論文（設計）工作開始后的前四周內完成； 2.開題報告必須經學院教學指導委員會審查通過； 3.開題報告不合格或沒有做開題報告的學生，須重做或補做合格后，方能繼續(xù)論 文（設計）工作，否則不允 許參加答辯； 4.開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導教師； 5.開題報告的內容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據需要手寫在統(tǒng)一紙張 上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。?2 一、選題依據 1、 研究領域 本題目涉及機械設計、機械原理等多方面的知識。 2、 論文（設計）工作的理論意義和應用價值 秸稈壓塊是指秸稈或牧草經閘側后進行高密度壓縮成塊狀。秸稈是一種放錯地方 的資源，在人類的日常生活中，會產生許許多多的剩余物，特別在農業(yè)生產中產生大 量的秸稈資源，秸稈資源是可再生的生物質能源，包含著大量的營養(yǎng) 物質，但由于人 們對此資源缺乏認識，利用方式單一、落后，有效利用率低，導致這種資源松散的分 布在大面積范圍內，給收集應用帶來巨大困難。但隨著近來農村產業(yè)結構的調節(jié)，人 們對于秸稈的有效利用的需求不斷增長，利用工業(yè)化手段將這種資源“變廢為寶”顯 得尤為重要，小型秸稈壓塊機就應運而生，不僅可以解決畜業(yè)動物的飼養(yǎng)問題，也可 以提高資源的綜合利用率。因此設計一臺小型秸稈壓塊機就可通過機械化作業(yè)完成秸 稈的粉碎、壓塊過程，提高了生產效率。而且由于國內秸稈壓塊設備的市場需求逐漸 變大，且進口壓塊機價格比較昂貴、操作及維修想多復雜，不 適用于一般中小型農場。 針對這種現狀，有必要開發(fā)成本低廉、易于操作和維修、可調式壓頭的小型秸稈壓塊 機械。因此本研究具有一定的現實意義及必要性，選題的內容符合機制專業(yè)的培養(yǎng)要 求，設計方向明確，難易度適中。設計工作在現有的研究基礎上展開，具備理論基礎 和技術可行性。學生已掌握設計所需的相關知識，在軟硬件方面及查獻等方面有切實 保障。同時，指導教師具備相關設計背景，學生有充裕的時間開展工作。 3、 目前研究的概況和發(fā)展趨勢 秸稈壓塊是五十年代中期出現的一種新工藝，秸稈壓塊設備在歐美等發(fā)達國家已 研究生產多年，并出口到世界各地， 目前我國的秸稈壓塊機存在自動化程度低、價格 昂貴、操作及維修復雜等弊端。針對這種現狀，有必要開發(fā)自動化程度高、成本低廉、 易于操作和維修的小型壓塊機械。根據物料的結構特點，在設計過程中，采用環(huán)模式 可移動式秸稈壓塊機，利用 Top-down 的設計方法，完成總機設計。本設計共包含四 大部分：切碎裝置、自動上下料機構、壓頭（曲柄連桿機構）、行走及駐停機構。結 構設計完成后，利用有限元分析軟件對關鍵零部件進行強度校核。 1954 年美國約翰迪公司研制出世界上第一臺移動性秸稈壓塊機，隨后又生產了 400 型、 425 型、 429 型秸稈飼 料壓塊機，后來在美國廣泛使用的是環(huán)模式壓塊機。日 本時代研制的工廠化加工草塊的成套裝備，可實現計量、烘干分離、除塵壓塊及草料 的運輸、草塊的冷卻及包裝，也可加工稻麥秸稈等，成品含水率在 10%到 13%。隨后 前蘇聯，英國，丹麥以及其他國家都先后的生產了符合自己國家生產實際的秸稈壓塊 機，這種新興技術被廣泛應用開來，大大提高了秸稈資源的可利用率。 秸稈壓塊機的主要類型有環(huán)模式、柱塞式、圓錐螺旋推進式以及纏繞式壓塊機。 設備的作業(yè)型式主要有兩種：一種是田間流動式作業(yè)，一種是工廠化作業(yè)。其發(fā)展趨 勢為：提高生產率，降低成本，節(jié) 省能源，實現微機自動化控制等。我國是從 90 年 代各研究所和生產廠家才開始研究壓塊設備，現在國內使用的主要類型是環(huán)模式壓塊 機。雖然隨著我國改革開放的偉大進程，綜合國力的顯著增強，科學技術的不斷迅猛 發(fā)展，現在的設備與以往不可同日而語，有許多企業(yè)和科研機構都研發(fā)出比較有科技 3 含量的設備并應用于實踐，但生產穩(wěn)定的設備并不多，主要原因是技術并沒有完全成 熟，生產成本過高，功耗大，并且價格高昂，這給秸稈壓塊機的普及帶來巨大不利。 4 二、論文（設計）研究的內容 1.重點解決的問題 (1).壓塊機傳動裝置的傳動方式； (2).設計參 數的合適選擇； (3).環(huán)模結構分析。 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路） (1).壓塊機原理及結構確認； (2).壓塊機總體結構設計； (3).秸稈切碎裝置設計； (4).上下料機構設計； (5).壓塊機壓頭機構設計； (6).壓塊機行走及駐停機構設計。 3.本論文（設計）預期取得的成果 結合具體的設計要求，通過學習及查閱相關方面的資料，全面的了解和掌握壓塊 機的工作原理和結構，完成壓塊機總體結構設計及相關功能部件的設計，對關鍵部件 的強度進行有限元分析。最終完成論文、壓塊機的 3D 模型、 2D 工程圖（裝配圖、零 件圖）、關鍵件有限元分析報告、外文文獻翻譯 。 5 三、論文（設計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數）； 首先采用文獻研究法，通過閱讀有關論文、圖書及相關資料，針對具體的設計 要求，著重從理論及結構上對國內外現有秸稈壓塊機進行全面的了解；第二，采用 Top-down 設計方法，進行整機功能劃分；第三，利用 3D 設計方法，逐一進行各機構、 部件的設計，確定零件尺寸及進行干涉檢查；第四，有限元分析法，利用有限元分 析模塊對關鍵部件進行強度分析 。 2.論文（設計）進度計劃 第 1 周 ：查閱相關文獻，收集資料，了解設計內容； 第 2 周：翻譯外文文獻，完成相關工作； 第 3 周：分析歸納文獻，撰寫文獻綜述，確定研究方法，撰寫開題報告； 第 4 周：整理開題報告、文獻綜述，開題報告答辯； 第 5 周：小型秸稈壓塊機總體方案設計； 第 6 周：開展切碎裝置設計的工作 ; 第 7 周：整理已開展的工作，中期檢查； 第 8 周：進行上下料機構設計； 第 9 周：開展壓頭設計（曲柄滑塊機構）的工作； 第 10 周：行走及駐停機構設計； 第 11 周：進行關鍵部件的有限元分析，校核其強度； 第 12 周：系統(tǒng)整合，進行總裝配； 第 13 周：生成、 完善 2D 和 3D 圖紙； 第 14 周：修改完善設計說明書； 第 15 周：完善畢業(yè)設計各項內容 ， 做好答辯 PPT，提交論文，準備答辯。 6 四、需要閱讀的參考文獻 1周開勤 機械零件手冊 (第四版 )M.北京 :高等教育出版社 ,2014. 2孫恒，陳作模 機械原理 (第七版 )M.北京：高等教育出版社， 2006. 3濮良貴 , 紀明剛 . 機械設計 (第九版 )M北京：高等教育出版社， 2013. 4美 伯爾著 , 汪一麟等譯機械分析與機械設計 M. 北京 :機械工業(yè)出版社 ， 2012. 5 章日晉等編 機械零件的結構設計 M.北京 : 機械工業(yè)出版社， 2014. 6王守忠 , 陳愛榮 車床自動壓印裝置的研制 J. 機電產品開發(fā)與創(chuàng)新 , 2012(02)： 158-159. 7趙潤福 , 魏炯 秸稈壓塊機的分類及選用 J. 農業(yè)機械化 ,2014（ 04）： 57-59. 8岳苓 鏈板、刮板復合型壓花器 J. 制造技術與壓花機， 2009（ 05）： 140-141. 9古今學 . 我國產業(yè)的現狀與發(fā)展現狀 J. 國土資源高等教育研究， 2005（ 10）： 60-62. 10曾家駒 , 王懋榮 , 廖德剛 . 機械制造技術 (現代技術部分 )M . 北京 : 機械工 業(yè)出版社 , 2014. 11 G. J. Goroyias , M. D. Hale. The mechanical and physical properties of strand boards treated with preservatives at different stages of manufactureJ. Wood Sci Tech, 2004(38): 93-107. 12劉欣 . 玉 米秸稈飼料壓塊機的設計研究 J. 農業(yè)科技與裝備 .2012(07): 32-33. 13付敏，郭婉麗，梁棟 . 生物質壓塊成型設備研究現狀 J. 科技創(chuàng)新導報 .2015 （ 17）： 137-141. 附：文獻綜述 7 文獻綜述 隨著化石能源的日益枯竭，其替代品新能源和可再生能源的開發(fā)及利用成為各國 研究的重點，而對中國這樣人均能源資源占有量很低，且分布極不均勻的發(fā)展中國家 來說則顯得尤為重要。目前，作為能源的生物質主要指農業(yè)、林業(yè)及其他廢棄物，如 各種農作物秸稈、油料作物及木材加工廢棄物、城市工業(yè)有機廢棄物以及動物糞便等。 據統(tǒng)計，我國現在每年的秸稈產量約為 7 億 噸 ，扣除一部分用作飼料和其它原料，作 為能源利用的達 3.76 億噸。 植物秸稈原料質地松散、體積大、熱值低、不便運輸和貯存，采用秸稈壓塊機使 秸稈致密成型，便可成為高品位燃料。秸稈成型燃 料具有密度高、便于運輸和儲存、 形狀和性質均一、燃燒性能好、熱值高、適應性強、燃料操作控制方便等優(yōu)點，可用 于鍋爐和煤氣發(fā)生爐，也可用于工業(yè)、家庭和農業(yè)、園林的暖房取暖。我國作為農業(yè) 大國，植物秸稈資源豐富，因此，秸稈能源將會成為一種發(fā)展前景非?？捎^的替代能 源。目前，秸稈壓塊機主要分為螺旋擠壓式成型機、活塞沖壓式成型機和環(huán)模式成型 機 3 種機型。 根據物料的結構特點，在設計過程中，采用環(huán)模式可移動式秸稈壓塊機，利用 Top-down 的設計方法，完成總機設計。本設計共包含四大部分：切碎裝置、自動上下 料機構、壓頭（曲柄連桿 機構）、行走及駐停機構。結構設計完成后，利用有限元分 析軟件對關鍵零部件進行強度校核。秸稈壓塊機主要由電機、進料機構、進料斗、皮 帶輪、皮帶、保護罩、環(huán)模壓縮室和底座組成，環(huán)模式秸稈壓塊機工作時的擠壓方式 屬于開式壓縮，利用環(huán)模、壓輪和物料 3 者間的摩擦擠壓作用使短段散狀物料成型。 壓塊機的傳動方式采用皮帶傳動，皮帶傳動具有過載保護和緩沖吸振的能力。環(huán)模是 壓塊機最重要的構件之一，其性能好壞直接影響壓塊機性能。由于環(huán)模、壓輪和物料 3 者之間擠壓摩擦，尤其是物料在環(huán)模孔內受到的高壓摩擦和物料本身受力變形， 消 耗的能量以熱能 的方式放出，使環(huán)模和物料溫度升高，導致環(huán)模的磨損加快，使用壽 命縮短。 一、我國秸稈壓塊機設計的發(fā)展現狀 我國從 20 世紀 80 年代引進并開始致力于生物質壓縮成型技術的研究。南京林化 所在“七五”期間開展了對生物質壓縮成型機的研制即對生物質成型理論的研究，目 前我國成型機的生產和應用已形成了一定規(guī)模，熱點主要集中在螺旋擠壓成型機上， 但是仍然存在著很多問題，因此有待于進一步深入研究。中國從 20 世紀 80 年代引進 螺旋推進式秸稈壓塊機，生物質壓縮技術的研究開發(fā)已有二十多年的歷史。當時 ,一 些科研單位和生產企業(yè)借鑒歐、美 發(fā)達國家的先進牧草加工技術和設備 ,結合我國秸 稈綜合利用的具體國情 ,開發(fā)研制出機械化秸稈壓塊飼料設備進行試驗生產。目前 ,在 國內從事該項技術研究、生產的大專院校、科研院所、國有和民營企業(yè)已達數十家。 河北省石潛集團研制的 9JG-1500 型秸稈壓塊大型成套設備和中國農機院內蒙古分院 研制的 9YK-0.4D 型小型秸稈壓塊機是較有代表性的產品 ,并已小批量投放市場。 機械化秸稈壓塊飼料技術作為新生事物 ,還剛剛起步 ,在國內發(fā)展速度不一 ,河 北、內蒙古等省份發(fā)展較快。如河北省為加快該項技術的推廣步伐 ,實施了“機械化 秸稈壓塊飼料示 范項目”。 2011 年由省財政撥出 150 萬專項資金 ,首批選擇了條件較好 的 5 個項目縣進行示范 ,生產玉米秸稈壓塊飼料。 2012 年省財政又投入 200 萬元建立 了 10 個項目縣進行示范推廣。有關項目市、縣也都投入了相應的配套資金。在示范 點的帶動下 ,一些民間資金也被吸引到秸稈壓塊飼料項目的投入上來。據不完全統(tǒng)計 , 全省已建成各類秸稈壓塊飼料生產企業(yè)近 40多家 ,年產秸稈壓塊飼料生產能力已接近 10 萬 噸 ,機械化秸稈壓塊飼料技術得到了快速發(fā)展。但從國內總體情況來看 ,多數省份 8 發(fā)展較為緩慢 ,部分省份還是空白 ,機械化秸稈壓塊飼料技術的推廣 應用尚處于試驗、 示范的初期。秸稈壓塊飼料生產設備亦屬于產品介紹期 ,其性能、質量仍存在一些不 足 ,有待進一步改進提高。 二、世界秸稈壓塊機設計的發(fā)展現狀 早在 1954 年，美國約翰 迪爾 ( John Deere) 公司就研制成功了世界上第一臺 移動式壓塊機，從 1965 年起先后生產了 400 型田間撿拾壓塊機和 390 型壓塊機。此 外，美國蘭代爾 (Lundell)，西德法爾 (Fahr)，威利格爾 (Welger)，丹麥塔魯普 ( Taarup)，法國里維爾 ( ivierrecasalis) 和日本時代制鐵有限公司也生產了多種 型式 的青、干草壓塊機。 20 世紀 60 年代，蘇聯開始引進和研制飼草壓塊機，制造了 相應的成套設備。國外技術發(fā)展有以下幾個特點：一是生產技術大部分已成熟，并達 到規(guī)模化和商品化；二是已經由過去燒壁爐的生活用能為主轉向了生產階段：設備制 造比較規(guī)范，耗能較高，成本較貴，同等生產能力的設備是國內的 5-6 倍，在發(fā)達國 家中，生物質能研究開發(fā)應用主要集中與氣化，液化、熱解，固化與直接燃燒等方面。 美國 2014 年生物質能供應量 72Mtoe， 約占 美國能源供應總量的 3%，計劃 2030 年達到 30%。歐盟 2003 年 25 國生物質能消費量 69Mtoe，約占歐盟能源總消費量的 4%。 國外生物質致密固化成型產品的發(fā)展分為三個階段 ： 第一階為 20 世紀 30-50 年代 ， 為研究、示范、交叉引進階段，研究的著眼點以 代替化石能源為目標， 20 世紀 30 年代，螺旋式成型機在美國開始設計生產，同時現 代化的活塞式成型機也在瑞典、德國得到推廣。 第二階段 為 20 世紀 70-90 年代，各國普遍重視化石能源對環(huán)境的影響，同時由 于出現了能源危機，生物質壓縮固化成型燃料發(fā)展很快，西歐及日本等國家已成為一 種產業(yè)， 1984 年日本已有 172 家工廠生產秸稈壓塊機進行生物質壓縮固化成型燃料。 第三階 段為 20 世紀 90 年代后，以丹麥為首開展了規(guī)?；醚芯抗ぷ?，隨后瑞 典、德國、奧地利等國 先 后開展相關研究，聯合國也將此作為重點研究開發(fā)項目。 三、我國與世界強國的差距 雖然我國近年來發(fā)展速度較快并取得重大進展，但于世界強國相比還有一定差 距，主要表現在從國內總體情況來看 ,多數省份發(fā)展較為緩慢 ,部分省份還是空白 ,機 械化秸稈壓塊飼料技術的推廣應用尚處于試驗、示范的初期。秸稈壓塊飼料生產設備 亦屬于產品介紹期 ,其性能、質量仍存在一些不足 ,有待進一步改進提高。 四、未來 10 15 年中國秸稈壓塊機的發(fā)展趨勢 秸稈壓 塊機技術能充分發(fā)揮農作物秸稈的價值 ,提高利用率 ,具有顯著的經濟效 益 ,良好的社會效益和生態(tài)效益。在秸稈綜合利用方面又探索出一條新的有效途徑 ,在 總結經驗的基礎上繼續(xù)研究治本的措施”的指示精神 ,是一個具有廣闊發(fā)展前景的新 型秸稈綜合利用技術。 1、符合產業(yè)發(fā)展政策 ,保護生態(tài)環(huán)境 ,發(fā)展方向正確 在農業(yè)產業(yè)結構調整過程中 ,許多地方已把畜牧業(yè)作為發(fā)展重點 ,并逐步發(fā)展成 為大農業(yè)的第一主導產業(yè)牧區(qū)禁牧和小區(qū)集中飼養(yǎng)將使飼料供應成為發(fā)展畜牧業(yè)的 關鍵問題 ,秸稈壓塊飼料的出現有效解決了飼料問題 ,順應了畜牧業(yè)發(fā)展的需要。農作 物秸稈用 于飼料 ,既可變“廢”為寶 ,又可杜絕焚燒秸稈現象 ,減少環(huán)境污染 ,而且秸稈 過腹還田還充分提高了肥效 ,順應了“綠色、環(huán)保、高效”農業(yè)的發(fā)展方向。 2、經濟效益顯著 ,市場需求量大 ,發(fā)展動力強勁 玉米秸稈飼料市場價格在 300 400 元 /噸 之間 ,高時可達 450 元 /噸 。生產成本一 般在 200 250 元 /噸 之間 ,利潤率 30%以上 ,生產企業(yè) 2 年左右即可收回成本。畜牧養(yǎng) 殖場每年需要大量的飼料 ,以養(yǎng)牛為例 ,一頭牛平均每年就要消耗 4 5t 飼料 ,一個養(yǎng) 幾十頭牛的小型養(yǎng)殖場就需上百噸的飼料。每年冬、春兩季飼料青黃不接時節(jié) ,貯備 9 秸稈飼料成 為有效辦法。隨著畜牧業(yè)的發(fā)展 ,飼料的需求量還會增加 ,所以秸稈飼料的 市場需求潛力巨大。市場需求為秸稈壓塊飼料快速發(fā)展提供了強勁的動力。 3、增加農民收入 ,易于農民接受 ,群眾基礎廣泛 農民直接交售玉米秸稈的價格約 40 60 元 /噸 ; 如果農閑時將秸稈風干、粉碎加 工成半成品交售價格可達 100 120 元 /噸 。與秸稈青貯飼料相比 ,雖然秸稈的直接交 售價格相近 ,但對秸稈的收獲期沒有限制 ,不要求秸稈新鮮、青嫩 ,收獲、交售時間較 為充裕 ; 而且還可以充分保證玉米生長周期 ,不會降低產量。秸稈壓塊飼料技術成為 一項增收效果明顯、惠及面 廣泛、每戶農家都可以參與的新技術。 4、原料取材廣泛 ,數量巨大 ,發(fā)展基礎雄厚 農作物秸稈可以永續(xù)生產 ,是可更新、可再生資源。全國農作物秸稈年生產量 6 億 噸 以上 (玉米秸稈約 2.2 億 噸 ) ,其中只有 20% 用作草食性動物家畜飼料 ,用作秸稈 還田或燃料等用途的占 60%以上 ,可用于生產壓塊飼料的秸稈數量巨大 ,遍布全國糧食 主產區(qū) ,為秸稈壓塊飼料長遠發(fā)展打下堅實原料基礎。 5、營養(yǎng)價值良好 ,飼喂儲運方便 ,產品特點鮮明 農作物秸稈中均含有較高的營養(yǎng)成份 ,其中玉米秸稈粗蛋白含量可達 5.7% ,與普 通牧草粗蛋白 6% 9%的含量較 為接近。玉米秸稈壓塊飼料經過“熟化”以后提高了營 養(yǎng)價值 ,改善了適口性 ,并可根據具體需求增配添加劑 ,進一步提高營養(yǎng)價值。秸稈壓 塊飼料以 1 8 1 10 的壓縮比縮小飼料體積 ,高溫加工殺滅有害霉菌 ,故運輸方便、 貯存安全、節(jié)省場地 ,是牧區(qū)冬季飼養(yǎng)牲畜、防災減災的最佳飼料。飼喂時只需將飼 料按 1 1 的比例用水噴灑即可食用 ,簡單易行。因此 ,秸稈壓塊飼料被稱為牛羊的“壓 縮餅干”、“方便面” ,其鮮明的特點為飼養(yǎng)牲畜提供了極大的方便。 畢業(yè)論文（設計）開題報告要求 開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質量畢業(yè)論文（設計）的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。 一、選題依據 1.論文（設計）題目及研究領域； 2.論文（設計）工作的理論意義和應用價值； 3.目前研究的概況和發(fā)展趨勢。 二、論文（設計）研究的內容 1.重點解決的問題； 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路）； 3.本論文（設計）預期取得的成果。 三、論文（設計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數）； 2.論文（設計）進度計劃。 四、文獻查閱及文獻綜述 學生應根據所在學院及指導教師的要求閱讀一定量的文獻資料，并在此基礎上通過分析、研究、綜合，形成文獻綜述。必要時應在調研、實驗或實習的基礎上遞交相關的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順，較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎。 五、其他要求 1.開題報告應在畢業(yè)論文（設計）工作開始后的前四周內完成； 2.開題報告必須經學院教學指導委員會審查通過； 3.開題報告不合格或沒有做開題報告的學生，須重做或補做合格后，方能繼續(xù)論文（設計）工作，否則不允許參加答辯； 4.開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導教師； 5.開題報告的內容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據需要手寫在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打印）。 一、選題依據 1、 研究領域 本題目涉及機械設計、機械原理等多方面的知識。 2、 論文（設計）工作的理論意義和應用價值 秸稈壓塊是指秸稈或牧草經閘側后進行高密度壓縮成塊狀。秸稈是一種放錯地方的資源，在人類的日常生活中，會產生許許多多的剩余物，特別在農業(yè)生產中產生大量的秸稈資源，秸稈資源是可再生的生物質能源，包含著大量的營養(yǎng)物質，但由于人們對此資源缺乏認識，利用方式單一、落后，有效利用率低，導致這種資源松散的分布在大面積范圍內，給收集應用帶來巨大困難。但隨著近來農村產業(yè)結構的調節(jié)，人們對于秸稈的有效利用的需求不斷增長，利用工業(yè)化手段將這種資源“變廢為寶”顯得尤為重要，小型秸稈壓塊機就應運而生，不僅可以解決畜業(yè)動物的飼養(yǎng)問題，也可以提高資源的綜合利用率。因此設計一臺小型秸稈壓塊機就可通過機械化作業(yè)完成秸稈的粉碎、壓塊過程，提高了生產效率。而且由于國內秸稈壓塊設備的市場需求逐漸變大，且進口壓塊機價格比較昂貴、操作及維修想多復雜，不適用于一般中小型農場。針對這種現狀，有必要開發(fā)成本低廉、易于操作和維修、可調式壓頭的小型秸稈壓塊機械。因此本研究具有一定的現實意義及必要性，選題的內容符合機制專業(yè)的培養(yǎng)要求，設計方向明確，難易度適中。設計工作在現有的研究基礎上展開，具備理論基礎和技術可行性。學生已掌握設計所需的相關知識，在軟硬件方面及查獻等方面有切實保障。同時，指導教師具備相關設計背景，學生有充裕的時間開展工作。 3、 目前研究的概況和發(fā)展趨勢 秸稈壓塊是五十年代中期出現的一種新工藝，秸稈壓塊設備在歐美等發(fā)達國家已研究生產多年，并出口到世界各地，目前我國的秸稈壓塊機存在自動化程度低、價格昂貴、操作及維修復雜等弊端。針對這種現狀，有必要開發(fā)自動化程度高、成本低廉、易于操作和維修的小型壓塊機械。根據物料的結構特點，在設計過程中，采用環(huán)模式可移動式秸稈壓塊機，利用Top-down的設計方法，完成總機設計。本設計共包含四大部分：切碎裝置、自動上下料機構、壓頭（曲柄連桿機構）、行走及駐停機構。結構設計完成后，利用有限元分析軟件對關鍵零部件進行強度校核。 1954年美國約翰迪公司研制出世界上第一臺移動性秸稈壓塊機，隨后又生產了400型、425型、429型秸稈飼料壓塊機，后來在美國廣泛使用的是環(huán)模式壓塊機。日本時代研制的工廠化加工草塊的成套裝備，可實現計量、烘干分離、除塵壓塊及草料的運輸、草塊的冷卻及包裝，也可加工稻麥秸稈等，成品含水率在10%到13%。隨后前蘇聯，英國，丹麥以及其他國家都先后的生產了符合自己國家生產實際的秸稈壓塊機，這種新興技術被廣泛應用開來，大大提高了秸稈資源的可利用率。 秸稈壓塊機的主要類型有環(huán)模式、柱塞式、圓錐螺旋推進式以及纏繞式壓塊機。設備的作業(yè)型式主要有兩種：一種是田間流動式作業(yè)，一種是工廠化作業(yè)。其發(fā)展趨勢為：提高生產率，降低成本，節(jié)省能源，實現微機自動化控制等。我國是從90年代各研究所和生產廠家才開始研究壓塊設備，現在國內使用的主要類型是環(huán)模式壓塊機。雖然隨著我國改革開放的偉大進程，綜合國力的顯著增強，科學技術的不斷迅猛發(fā)展，現在的設備與以往不可同日而語，有許多企業(yè)和科研機構都研發(fā)出比較有科技含量的設備并應用于實踐，但生產穩(wěn)定的設備并不多，主要原因是技術并沒有完全成熟，生產成本過高，功耗大，并且價格高昂，這給秸稈壓塊機的普及帶來巨大不利。 二、論文（設計）研究的內容 1. 重點解決的問題 (1).壓塊機傳動裝置的傳動方式； (2).設計參數的合適選擇； (3).環(huán)模結構分析。 2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路） (1).壓塊機原理及結構確認； (2).壓塊機總體結構設計； (3).秸稈切碎裝置設計； (4).上下料機構設計； (5).壓塊機壓頭機構設計； (6).壓塊機行走及駐停機構設計。 3.本論文（設計）預期取得的成果 結合具體的設計要求，通過學習及查閱相關方面的資料，全面的了解和掌握壓塊機的工作原理和結構，完成壓塊機總體結構設計及相關功能部件的設計，對關鍵部件的強度進行有限元分析。最終完成論文、壓塊機的3D模型、2D工程圖（裝配圖、零件圖）、關鍵件有限元分析報告、外文文獻翻譯 三、論文（設計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數）； 首先采用文獻研究法，通過閱讀有關論文、圖書及相關資料，針對具體的設計要求，著重從理論及結構上對國內外現有秸稈壓塊機進行全面的了解；第二，采用Top-down設計方法，進行整機功能劃分；第三，利用3D設計方法，逐一進行各機構、部件的設計，確定零件尺寸及進行干涉檢查；第四，有限元分析法，利用有限元分析模塊對關鍵部件進行強度分析 2. 論文（設計）進度計劃 第1周：查閱相關文獻，收集資料，了解設計內容； 第2周：翻譯外文文獻，完成相關工作； 第3周：分析歸納文獻，撰寫文獻綜述，確定研究方法，撰寫開題報告； 第4周：整理開題報告、文獻綜述，開題報告答辯； 第5周：小型秸稈壓塊機總體方案設計； 第6周：開展切碎裝置設計的工作; 第7周：整理已開展的工作，中期檢查； 第8周：進行上下料機構設計； 第9周：；開展壓頭設計（曲柄滑塊機構）的工作； 第10周：行走及駐停機構設計； 第11周：進行關鍵部件的有限元分析，校核其強度； 第12周：系統(tǒng)整合，進行總裝配； 第13周：生成、完善2D和3D圖紙； 第14周：修改完善設計說明書； 第15周：完善畢業(yè)設計各項內容； 第16周：做好答辯PPT，提交論文，準備答辯。 四、需要閱讀的參考文獻 [1]周開勤. 機械零件手冊(第四版)[M].北京:高等教育出版社,2014. 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[12]劉欣. 玉米秸稈飼料壓塊機的設計研究[J]. 農業(yè)科技與裝備.2012.(07): 32-33 [13]付敏，郭婉麗，梁棟. 生物質壓塊成型設備研究現狀[J]. 科技創(chuàng)新導報.2015.（17）：137-141. 附：文獻綜述 文獻綜述 隨著化石能源的日益枯竭，其替代品新能源和可再生能源的開發(fā)及利用成為各國研究的重點，而對中國這樣人均能源資源占有量很低，且分布極不均勻的發(fā)展中國家來說則顯得尤為重要。目前，作為能源的生物質主要指農業(yè)、林業(yè)及其他廢棄物，如各種農作物秸稈、油料作物及木材加工廢棄物、城市工業(yè)有機廢棄物以及動物糞便等。據統(tǒng)計， 我國現在每年的秸稈產量約為7億t，扣除一部分用作飼料和其它原料，作為能源利用的達3.76 億噸。 植物秸稈原料質地松散、體積大、熱值低、不便運輸和貯存，采用秸稈壓塊機使秸稈致密成型，便可成為高品位燃料。秸稈成型燃料具有密度高、便于運輸和儲存、形狀和性質均一、燃燒性能好、熱值高、適應性強、燃料操作控制方便等優(yōu)點，可用于鍋爐和煤氣發(fā)生爐，也可用于工業(yè)、家庭和農業(yè)、園林的暖房取暖。我國作為農業(yè)大國，植物秸稈資源豐富，因此，秸稈能源將會成為一種發(fā)展前景非?？捎^的替代能源。目前，秸稈壓塊機主要分為螺旋擠壓式成型機、活塞沖壓式成型機和環(huán)模式成型機3 種機型。 根據物料的結構特點，在設計過程中，采用環(huán)模式可移動式秸稈壓塊機，利用Top-down的設計方法，完成總機設計。本設計共包含四大部分：切碎裝置、自動上下料機構、壓頭（曲柄連桿機構）、行走及駐停機構。結構設計完成后，利用有限元分析軟件對關鍵零部件進行強度校核。秸稈壓塊機主要由電機、進料機構、進料斗、皮帶輪、皮帶、保護罩、環(huán)模壓縮室和底座組成，環(huán)模式秸稈壓塊機工作時的擠壓方式屬于開式壓縮，利用環(huán)模、壓輪和物料3 者間的摩擦擠壓作用使短段散狀物料成型。壓塊機的傳動方式采用皮帶傳動，皮帶傳動具有過載保護和緩沖吸振的能力。環(huán)模是壓塊機最重要的構件之一， 其性能好壞直接影響壓塊機性能。由于環(huán)模、壓輪和物料3者之間擠壓摩擦， 尤其是物料在環(huán)?？變仁艿降母邏耗Σ梁臀锪媳旧硎芰ψ冃?， 消耗的能量以熱能的方式放出，使環(huán)模和物料溫度升高，導致環(huán)模的磨損加快，使用壽命縮短。 一、我國秸稈壓塊機設計的發(fā)展現狀 我國從20世紀80年代引進并開始致力于生物質壓縮成型技術的研究。南京林化所在“七五”期間開展了對生物質壓縮成型機的研制即對生物質成型理論的研究，目前我國成型機的生產和應用已形成了一定規(guī)模，熱點主要集中在螺旋擠壓成型機上，但是仍然存在著很多問題，因此有待于進一步深入研究。中國從20世紀80年代引進螺旋推進式秸稈壓塊機，生物質壓縮技術的研究開發(fā)已有二十多年的歷史。當時,一些科研單位和生產企業(yè)借鑒歐、美發(fā)達國家的先進牧草加工技術和設備,結合我國秸稈綜合利用的具體國情,開發(fā)研制出機械化秸稈壓塊飼料設備進行試驗生產。目前,在國內從事該項技術研究、生產的大專院校、科研院所、國有和民營企業(yè)已達數十家。河北省石潛集團研制的9JG-1500型秸稈壓塊大型成套設備和中國農機院內蒙古分院研制的9YK-0. 4D型小型秸稈壓塊機是較有代表性的產品,并已小批量投放市場。 機械化秸稈壓塊飼料技術作為新生事物,還剛剛起步,在國內發(fā)展速度不一,河北、內蒙古等省份發(fā)展較快。如河北省為加快該項技術的推廣步伐,實施了“機械化秸稈壓塊飼料示范項目” 。2011年由省財政撥出150萬專項資金,首批選擇了條件較好的5個項目縣進行示范,生產玉米秸稈壓塊飼料。2012年省財政又投入200萬元建立了10個項目縣進行示范推廣。有關項目市、縣也都投入了相應的配套資金。在示范點的帶動下,一些民間資金也被吸引到秸稈壓塊飼料項目的投入上來。據不完全統(tǒng)計,全省已建成各類秸稈壓塊飼料生產企業(yè)近40多家,年產秸稈壓塊飼料生產能力已接近10萬t ,機械化秸稈壓塊飼料技術得到了快速發(fā)展。但從國內總體情況來看,多數省份發(fā)展較為緩慢,部分省份還是空白,機械化秸稈壓塊飼料技術的推廣應用尚處于試驗、示范的初期。秸稈壓塊飼料生產設備亦屬于產品介紹期,其性能、質量仍存在一些不足,有待進一步改進提高。 二、世界秸稈壓塊機設計的發(fā)展現狀 早在1954 年，美國約翰迪爾( John． Deere) 公司就研制成功了世界上第一臺移動式壓塊機，從1965 年起先后生產了400 型田間撿拾壓塊機和390 型壓塊機。此外，美國蘭代爾( Lundell) ，西德法爾( Fahr) ，威利格爾( Welger) ，丹麥塔魯普( Taarup) ，法國里維爾( Ｒivierrecasalis) 和日本時代制鐵有限公司也生產了多種型式的青、干草壓塊機。20 世紀60 年代，蘇聯開始引進和研制飼草壓塊機，制造了相應的成套設備。國外技術發(fā)展有以下幾個特點： 一是生產技術大部分已經成熟，并達到規(guī)?；蜕唐坊欢且呀浻蛇^去燒壁爐的生活用能為主轉向了生產階段：設備制造比較規(guī)范，耗能較高，成本較貴，同等生產能力的設備是國內的5-6倍，在發(fā)達國家中，生物質能研究開發(fā)應用主要集中與氣化，液化、熱解，固化與直接燃燒等方面。 美國2014年生物質能供應量72Mtoe，越戰(zhàn)美國能源供應總量的3%，計劃2030年達到30%。歐盟2003年25國生物質能消費量69Mtoe，約占歐盟能源總消費量的4%。國外生物質致密固化成型產品的發(fā)展分為三個階段，從20世紀30-50年代為研究、示范、交叉引進階段，研究的著眼點以代替化石能源為目標，20世紀30年代，螺旋式成型機在美國開始設計生產，同時現代化的活塞式成型機也在瑞典、德國得到推廣。 20世紀70-90年代為第二階段，各國普遍重視化石能源對環(huán)境的影響，同時由于出現了能源危機，生物質壓縮固化成型燃料發(fā)展很快，西歐及日本等國家已成為一種產業(yè)，1984年日本已有172家工廠生產秸稈壓塊機進行生物質壓縮固化成型燃料。 第三階段為90年代后，首先以丹麥為首開展了規(guī)?；醚芯抗ぷ?，隨后瑞典、德國、奧地利等國都相后開展相關研究，聯合國也將此作為重點研究開發(fā)研究項目。 三、我國與世界強國的差距 雖然我國近年來發(fā)展速度較快并取得重大進展，但于世界強國相比還有一定差距，主要表現在從國內總體情況來看,多數省份發(fā)展較為緩慢,部分省份還是空白,機械化秸稈壓塊飼料技術的推廣應用尚處于試驗、示范的初期。秸稈壓塊飼料生產設備亦屬于產品介紹期,其性能、質量仍存在一些不足,有待進一步改進提高。 四、未來10～15年中國秸稈壓塊機的發(fā)展趨勢 秸稈壓塊機技術能充分發(fā)揮農作物秸稈的價值,提高利用率,具有顯著的經濟效益,良好的社會效益和生態(tài)效益。在秸稈綜合利用方面又探索出一條新的有效途徑,在總結經驗的基礎上繼續(xù)研究治本的措施”的指示精神,是一個具有廣闊發(fā)展前景的新型秸稈綜合利用技術。 1、符合產業(yè)發(fā)展政策,保護生態(tài)環(huán)境,發(fā)展方向正確 在農業(yè)產業(yè)結構調整過程中,許多地方已把畜牧業(yè)作為發(fā)展重點,并逐步發(fā)展成為大農業(yè)的第一主導產業(yè)牧區(qū)禁牧和小區(qū)集中飼養(yǎng)將使飼料供應成為發(fā)展畜牧業(yè)的關鍵問題,秸稈壓塊飼料的出現有效解決了飼料問題,順應了畜牧業(yè)發(fā)展的需要。農作物秸稈用于飼料,既可變“廢”為寶,又可杜絕焚燒秸稈現象,減少環(huán)境污染,而且秸稈過腹還田還充分提高了肥效,順應了“綠色、環(huán)保、高效”農業(yè)的發(fā)展方向。 2、經濟效益顯著,市場需求量大,發(fā)展動力強勁 玉米秸稈飼料市場價格在300～ 400元/ t之間,高時可達450元/ t。生產成本一般在200～ 250元/t之間,利潤率30% 以上,生產企業(yè)2年左右即可收回成本。畜牧養(yǎng)殖場每年需要大量的飼料,以養(yǎng)牛為例,一頭牛平均每年就要消耗4～ 5 t飼料,一個養(yǎng)幾十頭牛的小型養(yǎng)殖場就需上百噸的飼料。每年冬、春兩季更是飼料青黃不接時節(jié),貯備秸稈飼料成為有效辦法。隨著畜牧業(yè)的發(fā)展,飼料的需求量還會增加,所以秸稈飼料的市場需求潛力巨大。經濟效益和市場需求為秸稈壓塊飼料快速發(fā)展提供了強勁的動力。 3、增加農民收入,易于農民接受,群眾基礎廣泛 農民直接交售玉米秸稈的價格約40～ 60元/t; 如果農閑時將秸稈風干、粉碎加工成半成品交售價格可達100～ 120元/ t。與秸稈青貯飼料相比,雖然秸稈的直接交售價格相近,但對秸稈的收獲期沒有限制,不要求秸稈新鮮、青嫩,收獲、交售時間較為充裕; 而且還可以充分保證玉米生長周期,不會降低產量。秸稈壓塊飼料技術成為一項增收效果明顯、惠及面廣泛、每戶農家都可以參與的新技術。 4、原料取材廣泛,數量巨大,發(fā)展基礎雄厚 農作物秸稈可以永續(xù)生產,是可更新、可再生資源。全國農作物秸稈年生產量6億t以上(玉米秸稈約2. 2億t) ,其中只有20% 用作草食性動物家畜飼料,用作秸稈還田或燃料等用途的占60%以上,可用于生產壓塊飼料的秸稈數量巨大,遍布全國糧食主產區(qū),為秸稈壓塊飼料長遠發(fā)展打下堅實原料基礎。 5、營養(yǎng)價值良好,飼喂儲運方便,產品特點鮮明 農作物秸稈中均含有較高的營養(yǎng)成份,其中玉米秸稈粗蛋白含量可達5. 7% ,與普通牧草粗蛋白6% ～ 9%的含量較為接近。玉米秸稈壓塊飼料經過“熟化”以后提高了營養(yǎng)價值,改善了適口性,并可根據具體需求增配添加劑,進一步提高營養(yǎng)價值。秸稈壓塊飼料以1∶ 8～ 1∶ 10的壓縮比縮小飼料體積,高溫加工殺滅有害霉菌,故運輸方便、貯存安全、節(jié)省場地,是牧區(qū)冬季飼養(yǎng)牲畜、防災減災的最佳飼料。飼喂時只需將飼料按1∶ 1的比例用水噴灑即可食用,簡單易行。因此,秸稈壓塊飼料被稱為牛羊的“壓縮餅干”、“方便面” ,其鮮明的特點為飼養(yǎng)牲畜提供了極大的方便。 9