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摘要
21世紀以來我國大力扶持農(nóng)業(yè)發(fā)展，農(nóng)業(yè)機械化的實現(xiàn)已初見成效，不僅增加了我國的國際競爭力，而且給國家?guī)砜捎^的經(jīng)濟收入，還能夠提高我國的國民經(jīng)濟生產(chǎn)總值。通過這次對秸稈粉碎機整體設計及其各部件的分布設計的論述與詮釋，來實現(xiàn)小農(nóng)機具在國內(nèi)的推廣和廣泛的應用。
關鍵詞：農(nóng)業(yè)機械化；秸稈粉碎；設計
Abstract
Since twenty-first Century?our country?to support agricultural developmentvigorously,?implementation?has achieved initial success?of agricultural?machinery,not only?to increase?the international competitiveness of our country,?but alsobring?considerable economic income,?but also?can improve?our gross?national production.?Through the discussion?and interpretation?of?the straw pulverizerdistribution design?the?overall design?and its components,?to achieve the?farming machine?in the domestic promotion?and application.
Keywords:?agricultural mechanization?;straw crushing;?design
目 錄
1 設計任務書........................................................
1.1 研究內(nèi)容和思路................................................
1.1.1 研究內(nèi)容..................................................
1.1.2 思路......................................................
1.2 主要設計指標..................................................
2 粉碎裝置方案的確定................................................
2.1 粉碎機的工作原理..............................................
2.2 粉碎室的形狀和寬度............................................
2.2.1 粉碎室形狀的選擇..........................................
2.3 配套功率的計算及電動機的選擇..................................
2.4 錘片速度及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的確定......................................
2.5 理論生產(chǎn)率....................................................
2.6 粉碎室寬度的選擇..............................................
2.7 其他裝置的確定................................................
3 標準件的選擇......................................................
3.1 電機的選擇....................................................
3.2 軸承的選擇....................................................
3.3 鍵的選擇......................................................
3.4 螺栓的選擇....................................................
3.5 螺母的選擇....................................................
3.6 墊片的選擇....................................................
4 帶的設計計算......................................................
4.1 確定計算功率..................................................
4.2 選擇V帶帶型..................................................
4.3 確定帶輪基準直徑及驗算帶速....................................
4.4 確定中心距及基準長度..........................................
4.5 驗算小帶輪包角................................................
4.6 計算帶的根數(shù)..................................................
5 錘片的設計計算....................................................
5.1 錘片材料的選擇................................................
5.2 錘片數(shù)目的選擇................................................
5.3 錘片排列方式的確定............................................
5.4 齒板的確定....................................................
6 軸的設計計算......................................................
6.1 軸的尺寸設計計算..............................................
6.2 軸的校核......................................................
設計總結(jié).............................................................
參考文獻.............................................................
致謝.................................................................
3
1 設計任務書
1.1 本課題的研究內(nèi)容和思路
1.1.1 主要內(nèi)容
1、研究秸稈的物理學特性。
2、設計秸稈粉碎機
1)考慮材料成分、含水量、喂入量等因素,選擇適宜的加工方式。
2)設計喂入機構(gòu),錘片的設計計算。
3)選擇錘片，確定恰當?shù)木€速度。
4)粉碎機構(gòu)的設計，確定錘片的排列。
5)總體布置，考慮使用方便、尺寸大小、經(jīng)濟性、能耗等因素。
6)關鍵問題：粉碎機的應用定位，確定其具體參數(shù)。
1.1.2 思路
（1）分析加工對象的物理和加工特性。
（2）設計出粉碎的機構(gòu)和合理布置各部分。
（3）設計的系統(tǒng)做到科學合理，能耗低，結(jié)構(gòu)緊湊。
1.2 本課題主要設計指標
經(jīng)過查閱資料表明，目前市場上并無此類機械。在經(jīng)過立足于我國農(nóng)村的經(jīng)濟條件，交通狀況，生產(chǎn)使用條件的分析之后，我認為本機械在設計上應該滿足以下條件：
1、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、尺寸緊湊，操作、使用、維修方便。
2、的適應性較好，適合加工多種類型物料。
4、生產(chǎn)能力滿足要求。
5、配套動力合理，功耗小。
6、噪音低、粉塵少，減少環(huán)境污染。
7、機器工作安全可靠，工作部件耐磨性好，使用操作、維修調(diào)整方便，價格便宜。
2 秸稈粉碎裝置方案的確定
2.1 粉碎機的工作原理
粉碎機的工作原理主要是采用擊碎原理，由電機通過V帶的動力傳動，帶動粉碎室內(nèi)的轉(zhuǎn)子軸組的高速旋轉(zhuǎn)，通過活動錘片對物料的錘擊將其粉碎，并且由于在粉碎室內(nèi)裝有齒板，物料由于在被擊碎的過程中隨著轉(zhuǎn)子軸組的高速旋轉(zhuǎn)近一步的被細化粉碎，當被粉碎的物料自動落入到集料箱，在通過排料管將粉碎好的飼料進行收集。
2.2 粉碎室的形狀和寬度
在加工顆粒狀、塊狀、青飼料、干燥莖桿類、長莖桿飼料時錘片式粉碎的效果最佳，而且，目前應用廣泛。
2.2.1 粉碎室形狀的選擇
粉碎室的一般形狀采用圓形，而物料進入粉碎機的圓形粉碎室，受到錘片高速旋轉(zhuǎn)的作用后形成物料層，并作與錘片運動方向相同的圓周運動，環(huán)流層運動的速度為錘片速度的70%左右，圓形粉碎室內(nèi)的環(huán)流層由于離心力的作用，使大顆粒在外而小顆粒在內(nèi)，既不利于排粉，又減少了粉碎受打擊的機會，是使大部分粉料不是立即受到正面打擊而破裂，而是受到偏心沖擊，而受偏心沖擊的物料，在沖擊點與物料重心之間產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)力矩，該力矩只能使物料產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動而不易破裂，造成能量的很大浪費。所以，物料在圓形粉碎室所受偏心沖擊現(xiàn)象和物料環(huán)流——氣流層的存在，是錘片式粉碎機性能低、效率差的根本原因。因此改變粉碎室的形狀是提高粉碎效率的重要途徑之一。
采用水滴行粉碎室。所謂水滴行粉碎室，顧名思義，即粉碎室的形狀像水滴、篩片在粉碎室內(nèi)也呈水滴狀（見圖3—1）。
水滴形粉碎室可以改變物料層的分布狀態(tài)，使物料的環(huán)流運動——氣流層遭到有力的破壞，在水滴形粉碎室內(nèi)，物料由軸向喂入，進入粉碎室后，先作圓周運動，然后作直線運動，產(chǎn)生折射后，其加速度驟然減少，產(chǎn)生反向加速度后，又與錘片相撞，再作圓周運動。這種周而復始的運動能有效地破壞物料的環(huán)流層，且不會出現(xiàn)大外、小在內(nèi)的層次分明的混合環(huán)流。物料在粉碎室內(nèi)處于混合狀態(tài)，在混亂中大粒再次受錘片打擊，而細碎的粒料、粉料則及時排除。顯然水滴形粉碎室能很大程度提高粉碎效率。
圖3—1 水滴形粉碎室形狀
2.3 配套功率的計算
粉碎機配套功率決定其生產(chǎn)能力的大小，依下式計算
式中 Q—粉碎機理論生產(chǎn)率（T/h）
K’—配套動力系數(shù)，一般取3~10
理論生產(chǎn)率為0.46t/h，所以有
配套功率
—系數(shù) ，，取C1=8
—生產(chǎn)率，
所以N=8×0.46=3.68KW
取N=4KW。
2.4 錘片速度和轉(zhuǎn)子速度的確定
錘片撞擊力的大小與其工作速度有關，根據(jù)經(jīng)驗，一般粉碎精飼料為50～65m/s，粗飼料及各種麥類為70～100m/s?？紤]到本機為小型粉碎機，以粉碎粗飼料為主，選錘片速度為80m/s。
由此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)度為：
式中 D——轉(zhuǎn)子直徑
r/min
2.5 理論生產(chǎn)率
粉碎機理論生產(chǎn)率按下述的經(jīng)驗公式計算：
式中 D——轉(zhuǎn)子直徑
B——轉(zhuǎn)子長度
r——物料容重，秸桿
n——轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n=2830r/min
K——粉碎機結(jié)構(gòu)系數(shù)（與篩片的結(jié)構(gòu)參數(shù)有關），一般取K=0.16~0.42
將各參數(shù)數(shù)值帶入公式有：
2.6 粉碎室寬度的選擇
粉碎室的寬度決定了粉碎物料的多少以及粉碎的效率，因此粉碎室的寬度同樣是粉碎機的一個重要的參數(shù)。
根據(jù)我國粉碎機系列的設計要求，這次粉碎機設計的轉(zhuǎn)子軸組選取D=320mm ，粉碎室寬度 B=200mm，其比值D/B=1.6 符合我國的粉碎機系列設計要求：D/B=1.1～3.5。
2.7 其他裝置的確定
為使本機能夠更好地粉碎粗飼料，保證粉碎的操作安全，喂入口設計為徑向配置，物料喂入方向線與錘片圓周軌跡相交，喂入口下邊緣和轉(zhuǎn)子中心連線與轉(zhuǎn)子水平線夾角 B=70度左右，可保證喂入料不架空，不反料，能夠更大程度保證用戶使用安全，并能增強錘片打擊性能。排料采用自重落料形式。
粉碎機轉(zhuǎn)子由錘片和錘架組成。錘架呈圓盤形，上面開有錘片銷軸安裝孔，錘片通過銷軸鉸接在錘架上。當錘架高速旋轉(zhuǎn)時，錘在離心力作用下向外甩開對物料進行加工。
3 標準件的選擇
3.1 電機的選擇
根據(jù)粉碎機的工作條件及生產(chǎn)要求，在電動機能夠滿足使用要求的前提下，盡可能選用價格較低的電動機，以降低制造成本。由于額定功率相同的電動機，如果轉(zhuǎn)速越低，則尺寸越大，價格越貴。粉碎機所需要的功率為，故選用Y系列（IP44）型三相籠型異步電動機。
Y系列三相籠型異步電動具有效率高、耗電少、性能好、噪聲低、振動小、體積小、運行可靠、維修方便等優(yōu)點。其結(jié)構(gòu)合理、產(chǎn)品先進、應用廣泛。其主要技術參數(shù)如下：
型號：
同步轉(zhuǎn)速：
額定功率：
滿載轉(zhuǎn)速：
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩：2.2
最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩：2.3
質(zhì)量：
機座中心高：
3.2 軸承的選擇
根據(jù)對該粉碎機的結(jié)構(gòu)和對軸的受力分析可知，由于鑿片為對稱排列，在轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動過程中鑿片所產(chǎn)生的離心力相互抵消，軸承受到鑿片產(chǎn)生的徑向力為零，但是由于轉(zhuǎn)子本身會產(chǎn)生一定的離心力，同時轉(zhuǎn)子自身的重力，會使軸承受到軸向力。因此，在工作過程中軸承同時受到軸向和徑向載荷的作用，故選擇深溝球軸承6205，其尺寸為。
3.3 鍵的選擇
轉(zhuǎn)子主軸上與帶輪的連接鍵。選用GB1096——79。
3.4 螺栓的選擇
用來連接支承電動機鋼板與支架、支承粉碎機鋼板與支架用螺栓：由于用于板間連接，螺栓主要是受剪切力作用，故采用受剪螺栓連接。連接齒板與機體用螺栓主要是受到拉伸力應力，故采用受拉螺栓連接。選用GB5783——86。
3.5 螺母的選用
主要根據(jù)螺栓規(guī)格進行選擇： GB6170——86。
3.6 墊圈的選擇
根據(jù)需要選用普通平墊圈：GB848——85。
4 帶的設計計算
4.1 帶及帶輪的選用
本機選用V帶傳動。V帶傳動允許的傳動比較大大，結(jié)構(gòu)較緊湊，大多數(shù)V帶已標準化。
1.確定計算功率Pca
由《機械設計》表8—7查得工作情況系數(shù)為KA=1.0,故
4.2 選擇V帶的帶型
根據(jù)P ca、n選用A型。
4.3 確定帶輪的基準直徑dd并驗算帶速
1）初選小帶輪的基準直徑dd1。由《機械設計》表8—6和表8—8，取小帶輪的基準直徑dd1 =90mm。
2)驗算帶速V。按《機械設計》式（8—13）驗算帶的速度
=13.3m/s
因為5m/s<<30m/s,故帶速合適。
3）計算大帶輪的基準直徑。根據(jù)《機械設計》式（8—15a），計算大帶輪的基準直徑dd2
根據(jù)《機械設計》表8—8，圓整為dd2 =100mm 。
4.4 確定V帶的中心距a和基準長度Ld
1）根據(jù)《機械設計》式（8—20），初定中心距a0=300mm。
2）由《機械設計》式（8—22）計算帶所需的基準長度
由《機械設計》表8—2選帶的基準長度Ld=900mm。
3）按《機械設計》式（8—23）計算實際中心距a。
4.5 驗算小帶輪上的包角α1
4.6 計算帶的根數(shù)
1．計算單根V帶的額定功率Pr。
由dd1和n1,查《機械設計》表8—4a得P0=1.64kw
根據(jù)n1，i=1.13和A型帶，查《機械設計》表8—4b得△P0=0.15kw
查《機械設計》表8—5得=0.996,表8—2得KL=0.87,
所以 1.55
2．計算V帶的根數(shù)
=2.58
取3根。
5 錘片的設計計算
5.1 錘片材料的選擇
錘片是粉碎機的主要工作零件，用來擊碎物料。錘片大多數(shù)鉸接在轉(zhuǎn)子上，也可以避免碰到硬物時損壞機件，由于受其工作環(huán)境條件的約束，其磨損程度也是很快的，由此考慮到制造成本和使用壽命這里選用材料是65鋼，兩端工作區(qū)熱處理后硬度為HBC220—250，這樣可以提高錘片的使用壽命，達到一個即經(jīng)濟且實用的目的。.
錘片的形狀有很多種，常用的有矩形錘片，階梯形錘片，尖銳菱形及環(huán)行錘片等。因為矩形錘片比階梯形錘片和其他類型錘片粉碎性能好，因此本機選用矩形錘片。錘片都制成對稱式，在一端磨損后可換另一端調(diào)頭使用。
5.2 錘片的數(shù)目
錘片的數(shù)量對粉碎機的工作性能和效率有很大影響。錘片數(shù)目過多，產(chǎn)生環(huán)流，形成氣流較大，使飼料顆粒多集中在環(huán)流上，不僅減小了打擊機會，降低了粉碎效率，同時還會使其功耗增加。但錘片過少，沒有錘片達擊空間增加，打擊機會減少，也會使生產(chǎn)率下降。目前，國內(nèi)外錘片式粉碎機的錘片密度（錘片累計厚度與粉碎室有效寬度之比）多在1:2—1:4范圍內(nèi)。
錘片數(shù)目依照錘片工作密度等要求計算如下
式中 —粉碎室的有效寬度， =200mm
—錘片工作密度系數(shù)， =0.27—0.47
將參數(shù)數(shù)值代入公式有
取Z=16
5.3 錘片的排列的確定
我們采用交錯平衡排列方式，這樣可以顯著的提高粉碎效率。交錯排列平衡性好，錘片在粉碎室的寬度上分布均勻，但錘片的安裝較為復雜，目前這種排列形式應用較多。交錯排列錘片數(shù)目少，制造配件比較方便，轉(zhuǎn)子平衡性能好，機器振動小，物料在粉碎室內(nèi)分布均勻。
錘片的排列應該滿足下列要求：
（1）錘片應該均勻分布在整個粉碎室寬度上
（2）錘片的排列應該有利于轉(zhuǎn)子的動靜平衡
（3）錘片應該能使物料均勻分布在粉碎室內(nèi)，不應使其向一側(cè)堆積
根據(jù)前面對錘片排列方式的研究，且由錘片數(shù)量的確定，可以確定排列方式如圖5—2所示。
圖5—2 錘片排列示意圖
錘片末端線速度是影響粉碎機工作性能的重要因素之一，物料的粉碎程度和粉碎機的生產(chǎn)率隨錘片末端線速度的增高而增大。線速度越大，沖擊粉碎能力越強，越能提高生產(chǎn)率和粉碎細度，但線速度過高，則阻尼增大，空載功率消耗增加，空氣還流也增強，排料機會減少，反而會降低生產(chǎn)率，同時轉(zhuǎn)子的不平衡所產(chǎn)生的振動和噪音也隨之增大。因此要選擇恰當?shù)腻N片末端線速度。
5.4 齒板
齒板的作用主要是阻礙物料在鑿片與轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時所產(chǎn)生的環(huán)流層，加強對物料的揉搓、磨擦和剪切作用，齒板對纖維質(zhì)多、韌性大、水分高的秸桿類物料，粉碎作用比較明顯。
采用螺栓將齒板上、下端固定，使其穩(wěn)定可靠，安裝使用方便。
（1）齒板數(shù)目：本機為使安裝和維修方便，采用塊齒板（n齒=4）安裝在水滴狀圓形部分的機壁上，齒板在機體圓周內(nèi)按600安裝，采用螺栓將其上下端固定，力求安裝使用方便。
（2）齒板材料：齒板材料采用HT200灰鑄鐵制造，其齒尖表面激冷成白口以增強耐磨性，灰鑄鐵具有優(yōu)良的減振性，耐磨性好，缺口敏感性小，成本低。
（3）齒板形狀尺寸：基本尺寸由粉碎室寬度而定，齒板齒形采用直齒形，齒板厚度為10㎜。
6 軸的設計計算
6.1 軸的尺寸設計計算
1．軸傳遞扭矩 T（Nmm）
式中 p—電動機功率 p=4kw
n—電動機轉(zhuǎn)速 n=2830r/min
帶入公式有
2．初步確定軸的最小直徑
安裝帶輪處的直徑為軸的最小直徑。根據(jù)表15—3有，軸的材料選擇為45鋼時A=103~126
考慮到軸上鍵槽的削弱，故將軸徑加大5%，再查相關標準，取=20mm
3．確定帶輪的輪緣寬度
帶輪的輪緣寬度B
B=（Z-1）e+2f
其中， Z—輪槽數(shù)
查表知 e=19 , f=12.5
得 mm
4．軸的結(jié)構(gòu)設計
（1） 擬訂軸上的零件裝配方案，軸上的大部分零件包括帶輪，左端軸承和軸承端蓋以及隔套依次從左端裝配，僅右端軸承和軸承端蓋由右端裝配。
（2） 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度。
（3） 根據(jù)前面最小端直徑的確定和帶輪設計的結(jié)果可知，=20mm，B=101mm，
（4） 裝左端軸承端蓋段和軸承段B：=25mm，按照《機械設計課程設計手冊》中表6—1，因=25mm，選擇深溝球軸承代號6205，其尺寸為。
（5） 軸上零件的周向固定，均采用平鍵聯(lián)接，同時為了保證軸的配合有良好對中性，采用H7/K6，滾動軸承與軸采用H7/K6。
（6）定出軸肩處的圓角半徑R=1，軸端倒角取2。
選擇軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理
由表14—1查得，
，。
6.2 軸的校核
由于工作時受到不大的彎矩，則用降低許用扭轉(zhuǎn)切應力的辦法予以考慮。因此在校核軸強度的時候只考慮校核扭轉(zhuǎn)應力，只按照軸所受的扭矩來計算軸的強度。
軸的扭矩強度條件為 （Mpa）
式中：——扭轉(zhuǎn)切應力，單位為Mpa；
T——軸所受的扭矩，單位為Nmm；
——軸的抗扭截面系數(shù)，單位為；
N——軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min；
p——軸的傳遞功率，單位為kw；
d——計算截面處軸的直徑，單位為mm；
——許用扭轉(zhuǎn)切應力，單位為Mpa
這里考慮到開放式平帶的傳動效率為1，故p=11kw，n=2830r/min，d取軸的最細處的直徑d=20mm，按照《機械原理與方法》表15—3中選取，=30～40Mpa。將各個參數(shù)數(shù)值帶入公式有
滿足軸的扭轉(zhuǎn)強度要求，所以強度合格。
設計總結(jié)
本次設計，是大學的全部基礎課、技術基礎課程以及全部專業(yè)課程和生產(chǎn)實習的綜合。這是我們在進行畢業(yè)之前對所學各課程的一次深入的綜合性的總復習,也是一次理論聯(lián)系實際的鍛煉。它在我們四年的大學生活學習中占有很重要的地位。在此次畢業(yè)設計中我對自己未來將從事的工作進行了一次適應性訓練,從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力,為今后參加祖國的現(xiàn)代化建設打下了一個良好的基礎。
本次設計查閱了有關手冊、教材，并在互聯(lián)網(wǎng)上進行文獻檢索，采用了計算機輔助設計軟件CAD2007，對各個重要步驟進行了詳細計算和說明,必要處都有校核。裝配圖和零件圖按照國家機械制圖標準的習慣畫法繪制,通過這次設計，我進一步熟悉了有關標準、規(guī)范、技術文件和設計說明書的編寫，分析問題、解決問題的能力得到了提高，能夠綜合運用所學知識解決一些實際生產(chǎn)問題。圓滿地完成了本次畢業(yè)設計。
這次設計中我最大的感受是：理論與實踐必須相結(jié)合，只有將正確的理論應用于實踐中，才能真正發(fā)揮理論的價值，才能更深刻地了解和掌握理論的真正內(nèi)涵，而要做到理論與實踐相結(jié)合必須有一定的理論基礎和豐富的實踐經(jīng)驗。在這方面，我很欠缺，還在待于在日后的進一步學習和工作中來彌補和提高。此外，設計工作是一項繁重的工作，必須具有嚴謹細致的工作作風和頑強的決心和毅力。對軟件的要求也很高，而軟件的熟悉必須通過不斷的練習，最好使用快捷鍵。必要時可以在一些專業(yè)論壇里向前輩請教。
由于能力所限,經(jīng)驗不足，設計中尚有許多不足之處,懇請各位老師給予指教。
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[21]鄭樹森主編.機械零件設計手冊[M].哈爾濱工業(yè)大學出版社,1998
致謝
通過本次設計，使我們對大學四年所學的知識有了更清晰的認識和深刻的理解，特別是對本專業(yè)課程的認識更加系統(tǒng)化了，真正做到了學以致用?；叵胍郧俺鯇W時，很多概念、理論只是膚淺的掌握，現(xiàn)在則由抽象到具體，從理論到實踐，完成了認識上的飛躍。
不可否認，在設計過程中，我們遇到了很多困難，但是無論什么困難，通過不懈的努力，我們都克服了。這個過程，解決了以往在學習過程中某些疑難問題，糾正了一些認識上的錯誤，更主要的是增強了將理論應用到實踐中的能力，為將來獻身祖國的機械事業(yè)打下了堅實的基礎。
設計期間有苦，有累，但是看到自己的設計成果躍然紙上時，心中有無限的喜悅和成就感。
論文的工作是在肖懷國老師悉心指導下完成的，論文的每一點成績無不凝聚著老師的心血和汗水。在我做畢業(yè)設計期間，曾老師在工作上給予了精心指導。老師淵博的學識、敏銳的觀察力、強烈的創(chuàng)新意識、教書育人的作風以及嚴謹治學的態(tài)度都給我以深刻的教育和影響，這將使作者受益終生。至此論文完成之際，謹向肖老師表示最衷心的感謝和崇高的敬意。
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