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前置式秸稈粉碎機(jī)設(shè)計(jì)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化07-3 天涯
指導(dǎo)教師：石榮
摘要
摘要：目前，農(nóng)作物秸稈及牧草類等粗纖維青物料粉碎加工多采用普通粉碎機(jī)，效率低，能耗高，不能達(dá)到粉碎要求，市場(chǎng)上也沒(méi)有專業(yè)的加工機(jī)械產(chǎn)品面世，因此研制秸稈和牧草等青物料加工機(jī)械存在著客觀的必要性。為此，主要介紹了秸稈類青物料粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方案、主要零部件的設(shè)計(jì)要點(diǎn)、性能參數(shù)的確定以及本機(jī)的工作原理。
本機(jī)的機(jī)架、上蓋都采用了鑄件，降低了整機(jī)的重心；發(fā)動(dòng)機(jī)和主軸之間通過(guò)皮帶傳動(dòng)，緩和了載荷沖擊；主軸通過(guò)兩個(gè)圓錐滾子軸承與機(jī)架連接；刀盤和主軸之間采用平鍵聯(lián)接；飛刀用墊塊和螺栓固定。
關(guān)鍵詞:粉碎機(jī)，削片機(jī)，粗纖維；莖稈
The Design of Straw Crusher
Mechanical Design, Manufacturing and Automation 07-3 FangPeng
Supervisor：Shi Huairong
Abstract：It used to comminute the green crude fiber crops such as straw and forage with common pulverizer at present．It’S inefficiency and high energy consumption could not meet the requirements of comminution．There is no professionalmachining products is available．So there is objective necessity to study the machining machinery for the green crude fibercrops，such as straw and forage．This paper mainly introduces the design ideas，design schemes，and the determinationof performance parameters as well as the working principle of the machining machinery for the green crude fiber crops ofstraw category．
The machine's rack, about the top head has used the casting to reduce the machine's center of gravity, Strengthened the stability of complete machine effectively; Between the engine and the main axle adopts the belt transmission to relax the load impact, reduced the harm of overload which brings for the major component such as fly cutter；The connection of main axle and rack is two circular cone roller, to prevent the main axle have great beating; The connection of cutter head and main axle is flat key, Coordinates closely；The fly cutter uses the bolt and cushion to be fixed, Reliable and stable, The fly cutter stretches out the quantity to be able to adjust，And advantageous for disassembling and the replacement.
Key words：Straw Crusher，chopper，Crude fiber，Stem
目錄
1 緒論 4
1.1課題研究背景，目的及其意義 4
1.2 粉碎機(jī)的分類特點(diǎn)及其工作原理 5
1.3 國(guó)內(nèi)外粉碎機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì) 7
1.4 選題的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)方法及改進(jìn) 7
1.5 預(yù)期結(jié)果 8
2 秸稈粉碎機(jī)的總體設(shè)計(jì) 8
2.1粉碎機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù) 8
2.2 普通粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu) 8
2.3粉碎機(jī)的削片原理 10
2.4本章小結(jié) 12
3 主要技術(shù)參數(shù)的確定和計(jì)算 13
3.1 生產(chǎn)能力的確定 13
3.2 飛刀數(shù)量的確定 13
3.3切削力的計(jì)算 14
3.3.1主切削力的理論分析與計(jì)算 14
3.3.2主切削力的經(jīng)驗(yàn)公式 16
3.4切削功率的計(jì)算 21
3.4.1 切削功率的計(jì)算 21
3.4.2 空載功率的計(jì)算 23
3.5飛刀伸出量的確定 23
3.6 本章小結(jié) 23
4 主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 24
4.1刀盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸的確定 24
4.2主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 25
4.2.1 軸的最小直徑計(jì)算 25
4.2.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 26
4.3 滾動(dòng)軸承的選擇 27
4.4 帶傳動(dòng)的計(jì)算 27
4.5 鍵連接的設(shè)計(jì) 31
4.5.1帶輪與輸入軸間鍵的選擇及校核 31
4.5.2輸出軸與齒輪間鍵的選擇及校核 31
4.6 進(jìn)料槽的設(shè)計(jì) 31
4.7 飛刀的設(shè)計(jì) 32
4.8 機(jī)架的設(shè)計(jì) 32
4.9 箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 33
4.10 本章小結(jié) 33
5 主要部件的校核和驗(yàn)算 34
5.1 主軸強(qiáng)度的校核 34
5.1.1求軸上的載荷 34
5.1.2按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 35
5.1.3 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 35
5.2 滾動(dòng)軸承的校核 39
5.3 車輪軸的校核 40
5.4 本章小結(jié) 40
結(jié)論 40
致謝 42
參考文獻(xiàn) 43
附錄 44
1緒論
1.1課題研究背景，目的及其意義
我國(guó)每年有數(shù)百億斤飼料糧食和數(shù)千億斤農(nóng)作物秸稈被粉碎加工成飼料。飼料工業(yè)已經(jīng)發(fā)展成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)中不可缺少的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。飼料加工的核心設(shè)備是飼料粉碎機(jī)，常用粉碎機(jī)的類型主要有錘片式粉碎機(jī)、齒爪式粉碎機(jī)及勁錘式粉碎機(jī)，其中錘片式粉碎機(jī)是目前使用最多的機(jī)型。
國(guó)內(nèi)外對(duì)粉碎機(jī)展開(kāi)的研究，主要集中在粉碎理論、物料環(huán)流層、粉碎機(jī)設(shè)計(jì)理論和粉碎機(jī)性能影響因素幾個(gè)方面。
1.在粉碎理論方面：
傳統(tǒng)上學(xué)者一直認(rèn)為物料進(jìn)入粉碎室后受到錘片的正面沖擊，受沖擊的物料撞向齒板或篩片，然后反彈到錘片上，多次重復(fù)此過(guò)程。同時(shí)物料被旋轉(zhuǎn)的錘片和固定的篩片摩擦粉碎。前西德的Friedrich教授利用高速攝影首次證實(shí)了物料進(jìn)入粉碎室后受到的是偏心沖擊而不是傳統(tǒng)上認(rèn)為的正面沖擊。我國(guó)江蘇正昌集團(tuán)科研院的朱建東利用高速攝影得出物料進(jìn)入粉碎室后受錘片打擊做加速運(yùn)動(dòng)，物料經(jīng)過(guò)加速后，在篩片和錘片的共同作用下，物料層的厚度達(dá)到最大并穩(wěn)定下來(lái)。
美國(guó)的Jacbon研究了粉碎機(jī)生產(chǎn)率、輸出功率和篩孔直徑的關(guān)系，并且得到了大麥、小麥、玉米等幾種作物的捷克帕森系數(shù)。中國(guó)農(nóng)機(jī)院通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出了粉碎機(jī)比功率及粉碎物料的幾何平均值之間的關(guān)系；此外還得出粉碎機(jī)度電產(chǎn)量與篩孔直徑的關(guān)系。
2. 物料環(huán)流層：
前蘇聯(lián)學(xué)者采用高速攝影技術(shù),對(duì)群體物料在粉碎室內(nèi)的粉碎情況進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)物料在錘片沖擊和錘片高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的氣流共同作用下,在粉碎室的四周出現(xiàn)了物料的環(huán)流層。
我國(guó)的朱新華等研究認(rèn)為環(huán)流層是粉碎機(jī)大功耗、低效率的主要因素，認(rèn)為可以效通過(guò)改變轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)來(lái)降低環(huán)流速度。劉文廣對(duì)粉碎機(jī)進(jìn)行研究后得出，粉碎室內(nèi)的物料環(huán)流層是粉碎機(jī)功耗大的主要原因。提出了一種新的粉碎室,即把圓形篩片彎曲成梯形的粉碎室,用于改善錘片式粉碎機(jī)的粉碎性能。農(nóng)科院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所的周向農(nóng)以及農(nóng)業(yè)大學(xué)的史建新設(shè)計(jì)了一套直接測(cè)取粉碎機(jī)環(huán)流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)環(huán)流分布數(shù)據(jù)的裝置，用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法分析所測(cè)數(shù)據(jù)，初步揭示了粉碎機(jī)環(huán)流運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
為了破壞環(huán)流層，近年來(lái)出現(xiàn)了水滴形粉碎機(jī)。水滴型粉碎機(jī)是將普通錘片粉碎機(jī)的粉碎室從圓形變?yōu)榱怂涡?，這樣既增大了粉碎室篩板的有效篩理面積，又能破壞物料在粉碎室形成環(huán)流，有利于粉碎后物料排出粉碎室，粉碎效率有所提高。另外水滴型粉碎機(jī)有主粉碎室和再粉碎室，物料在粉碎室內(nèi)可形成二次打擊，同一臺(tái)粉碎機(jī)就能實(shí)現(xiàn)粗、細(xì)、微細(xì)3種粉碎形式。但這種粉碎機(jī)體積較大、制造復(fù)雜、成本較高，適合于綜合性飼料廠使用。
粉碎室有圓形和水滴形之分，粉碎室為圓形時(shí)，容易形成環(huán)流層，不利于出料，而粉碎室為水滴形時(shí)較易破壞環(huán)流層。內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)的劉文廣、劉偉峰研究使用異型篩（非圓形）破壞環(huán)流層、提高效率，原理與使用水滴形或橢圓形粉碎室一樣，但仍存在篩片磨損的問(wèn)題。
3.粉碎機(jī)設(shè)計(jì)理論
孫紅彬等研究了立式粉碎機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)，對(duì)立式粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做了闡述，包括喂料裝置、下料叉管等。張乾能、宗力利用UG NX的三維建模功能，建立粉碎機(jī)的三維模型。同時(shí)，用UGNX的模型分析和運(yùn)動(dòng)仿真模塊，對(duì)粉碎機(jī)進(jìn)行分析，提高了設(shè)計(jì)的可靠性，并對(duì)錘片進(jìn)行了有限元分析，找出了錘片的危險(xiǎn)截面。黃石市飼料公司的徐新武對(duì)飼料粉碎機(jī)的吸風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)與研究，通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐證明產(chǎn)量比原來(lái)提高73%，粉碎機(jī)無(wú)灰塵外溢現(xiàn)象，排料口吸風(fēng)罩運(yùn)轉(zhuǎn)正常，粉碎機(jī)溫度低，電機(jī)負(fù)荷小。
華中農(nóng)業(yè)大學(xué)的劉寶研究了錘銷摩擦對(duì)錘片式粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)的影響，分析了錘銷摩擦對(duì)錘片運(yùn)動(dòng)及受力的影響，對(duì)粉碎機(jī)不同錘銷摩擦組合進(jìn)行了振動(dòng)測(cè)試。
中國(guó)農(nóng)大的吉穎鳳、王順喜對(duì)錘片式飼料粉碎機(jī)的篩分效率做了專門的研究，指出：影響錘片式粉碎機(jī)篩分效率的最主要因素是粉碎室內(nèi)碎物料的運(yùn)動(dòng)速度，增大碎物料的徑向速度和減小切向速度可提高篩分效率，并在樣機(jī)設(shè)計(jì)中采取了大通風(fēng)量、大氣流速度及新型篩(篩片包角287.5度，A型篩孔）。
4.粉碎機(jī)性能影響因素
朱建東對(duì)錘片和篩板不同參數(shù)對(duì)錘片式粉碎機(jī)性能的影響做了分析，研究指出粉碎機(jī)的產(chǎn)量、成品粒度均勻性等是由多方面的因素綜合決定的，并可通過(guò)調(diào)整吸風(fēng)量、錘片排布、粉碎室、雙錘片排布、篩板開(kāi)孔率、排布方向等因素，使產(chǎn)量達(dá)到最佳, 成品粒度均勻。對(duì)于不同的粉碎形式,合理的錘頭焊層以及篩板合理的結(jié)構(gòu)和使用方法,有利于延長(zhǎng)錘片和篩板的使用壽命，提高粉碎效率。
朝陽(yáng)市農(nóng)機(jī)技術(shù)推廣站的趙國(guó)興對(duì)粉碎機(jī)配套動(dòng)力、錘片末端線速度、粉碎室參數(shù)的確定、錘篩間隙、篩片面積等參數(shù)進(jìn)行確定，并分析其對(duì)粉碎性能的影響。
天津理工學(xué)院的董堅(jiān)挺等建立了錘片式粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子組振動(dòng)的力學(xué)模型及數(shù)學(xué)模型,分析了其固有頻率及在額定轉(zhuǎn)速下的振幅與其它參數(shù)的關(guān)系,為錘片式粉碎機(jī)在設(shè)計(jì)、制造、安裝3個(gè)環(huán)節(jié)減少設(shè)備振動(dòng)提供理論依據(jù)。
國(guó)外有些錘片式粉碎機(jī)上采用了吸風(fēng)出料系統(tǒng)，有的帶有吸風(fēng)出料風(fēng)機(jī)，這提高了分離效率，降低了物料溫升，但能耗沒(méi)有降下來(lái)，這是由于進(jìn)氣量與出氣量的匹配及氣流的組織狀態(tài)沒(méi)有達(dá)到最佳，而且結(jié)構(gòu)也復(fù)雜化了。
因此，秸稈粉碎削片機(jī)，對(duì)提高秸稈等燃燒農(nóng)作物處理效率、擴(kuò)大秸稈的用途、提高秸稈等農(nóng)作物廢料的利用率、節(jié)約資源、美化環(huán)境具有重要意義。
1.2粉碎機(jī)的分類特點(diǎn)及其工作原理
當(dāng)前，對(duì)物料進(jìn)行粉碎主要有打擊、揉搓、鋸切和滾壓等方式，為此應(yīng)針對(duì)不同的物料則采用不同的粉碎方式，以提高粉碎效率及質(zhì)量。
1．1 錘片式粉碎機(jī)
秸稈類粗纖維青飼料一般徑向尺寸比較大，在被粗切成小段后，如用錘片式粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，由于尺寸較大，物料與錘片的接觸面積較大，同時(shí)錘片棱角與物料的接觸幾率小，加之現(xiàn)今的市場(chǎng)上的錘片式粉碎機(jī)多為有篩粉碎機(jī)，含有水分較多的青秸稈物料極易造成篩孔阻塞，導(dǎo)致粉碎效果很差，因此不宜采用錘片式粉碎機(jī)。
1．2 切碎機(jī)
切碎機(jī)的加工對(duì)象為瓜果等含纖維質(zhì)較少的物料，對(duì)瓜果粉碎能取得較好的效果，但是對(duì)秸稈類粗纖維物料進(jìn)行加工則粉碎效果很差，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到粉碎要求。加工過(guò)程中只是將粗纖維青飼料進(jìn)行一次性切碎，不能達(dá)到飼喂要求或者化學(xué)處理等后續(xù)加工的要求。粗纖維青飼料粉碎機(jī)的研究還處于初級(jí)研究階段，雖然在美國(guó)曾研制出一款秸稈粉碎桶，但還不夠完善，只是對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)報(bào)道，技術(shù)資料也不可獲得，加工對(duì)象也是干物料。
1．3 揉搓滾壓
揉搓滾壓方式多用于顆粒物料及干粗纖維物料的加工。由于粗纖維青飼料含水量比一般干物料(含水量≤20％)高很多，很多微量元素也溶于水中，采用揉搓滾壓加工方式會(huì)丟失很多水分，大量微量元素也將隨之丟失，且容易加工成泥狀，不能滿足喂飼要求。
通過(guò)比較可得，要實(shí)現(xiàn)對(duì)粗纖維青飼料的粉碎，同時(shí)不喪失飼料的營(yíng)養(yǎng)性，應(yīng)多次鋸切碎加工較好的加工方式，既能滿足粉碎粒度要求，又極大地減少了營(yíng)養(yǎng)成分的丟失。
根據(jù)秸稈類物料的尺寸特點(diǎn)及現(xiàn)代粉碎理論，確定本機(jī)械主體為臥式結(jié)構(gòu)，整體由進(jìn)料口、切割器、粉碎室、排料口、機(jī)身及動(dòng)力傳動(dòng)部分等機(jī)構(gòu)組成。
一般而言，粉碎機(jī)按切削機(jī)構(gòu)的形狀可分為鼓式和盤式，它們的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖：
1.軸承座 2.主軸 3.刀盤 4.壓刀塊 5.飛刀 6.側(cè)刀 7.底刀
圖 1.1 盤式粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖[ 2 ]
要把秸稈等廢料加工成碎片, 首先需要人工將廢料放進(jìn)料斗, 廢料在人力或進(jìn)料機(jī)構(gòu)的壓力作用下進(jìn)入削片機(jī), 當(dāng)農(nóng)作廢料的端面碰到飛刀刀盤端面時(shí), 進(jìn)給停止, 飛刀轉(zhuǎn)到切削位置開(kāi)始切削, 由于飛刀有一定角度, 當(dāng)切入廢料一定深度時(shí), 廢料受到飛刀切削面的分力、刀盤和料斗( 或底刀)的阻礙作用, 局部沿木材纖維方向崩裂成碎片, 從前刀面飛出。切削過(guò)程中, 廢料在壓力和飛刀切削分力的作用下，向刀盤方向進(jìn)給, 使切削加工得以連續(xù)進(jìn)行, 完成整根廢料的切碎。
鼓式粉碎機(jī)機(jī)座采用高腔度鋼板焊接而成，是整臺(tái)機(jī)器的支承基礎(chǔ)；刀輥上安裝兩把飛刀，用專門制造的飛刀螺栓，通過(guò)壓力塊，把飛刀固定在刀輥上；根據(jù)被切削原料的不同厚度，上喂料輥總成可以借助液壓系統(tǒng)在一定范圍內(nèi)上下浮動(dòng)；切削下來(lái)的合格碎片通過(guò)網(wǎng)篩孔落下，有底部排處，大的片料將在機(jī)內(nèi)再進(jìn)行切削。鼓式削片機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖2所示。
1.主軸 2.鎖緊裝置 3.飛刀 4.飛刀螺栓 5.壓刀塊
6.飛刀座 7.刀輥 8.上喂料輥 9.下喂料輥 10.底刀
圖1.2 鼓式枝椏粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖【3】
Fig 1.2 Schematic of drum chipper
一般而言，盤式粉碎機(jī)由于飛刀運(yùn)動(dòng)時(shí)的切削平面固定不變，飛刀和底刀可以很好的形成剪切作用，所以盤式粉碎機(jī)的碎片比鼓式枝椏粉碎機(jī)的碎片質(zhì)量好，生產(chǎn)率高；適宜加工原木、劈木、木芯、較厚的板皮和成捆的枝椏材，因其進(jìn)料槽為方形或圓形，可充分發(fā)揮其生產(chǎn)能力，主要用于生產(chǎn)規(guī)模較大的人造板企業(yè)和造紙企業(yè)。鼓式粉碎機(jī)由于飛刀的切削平面隨飛刀位置的變化而變化，削片過(guò)程中不能形成有利的剪切作用，其進(jìn)料槽沿刀鼓方向?yàn)殚L(zhǎng)方形，適用于加工板皮、板條、碎單板、小徑木、枝椏材等厚度較小、徑級(jí)不大的木料和竹材，這種削片機(jī)主要用于中小型人造板企業(yè)；現(xiàn)在經(jīng)改進(jìn)的鼓式削片機(jī)的削片質(zhì)量完全能夠滿足人造板生產(chǎn)的工藝要求。盤式粉碎機(jī)大多數(shù)采用自由進(jìn)料，而鼓式枝椏粉碎機(jī)大多數(shù)采用強(qiáng)制進(jìn)料，水平進(jìn)料的適宜加工較長(zhǎng)的原料，而加工較短的原料通常采用傾斜進(jìn)料?？傊鬯闄C(jī)的結(jié)構(gòu)形式主要取決于原料的特征和對(duì)削片質(zhì)量及生產(chǎn)率的要求。
對(duì)于中小型粉碎機(jī)而言，由于其削制的原料大多數(shù)是枝椏、板皮，秸稈等剩余物，材徑較小，采用平面盤式機(jī)削片時(shí)，對(duì)平面盤式的削片長(zhǎng)度的均勻性影響不大，而其制造成本低廉，易于推廣。因此，中小型粉碎機(jī)采用平面刀盤結(jié)構(gòu)是一個(gè)發(fā)展方向。
水平進(jìn)料可防止原料撞擊刀盤軸，操作方便，安全可靠；而傾斜進(jìn)料便于投料，可保證合理的切削參數(shù)。
1.3 國(guó)內(nèi)外枝椏粉碎機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)
我國(guó)粉碎機(jī)的研制工作始于20世紀(jì)60年代，70年代中期開(kāi)始研究伐區(qū)木片生產(chǎn)工藝設(shè)備，80年代國(guó)家設(shè)立“伐區(qū)枝椏木片生產(chǎn)設(shè)備及工藝的研究”攻關(guān)課題，進(jìn)行了系統(tǒng)研究，取得了一定成果。進(jìn)入90年代，木片生產(chǎn)得到了快速發(fā)展，木材削片機(jī)制造業(yè)也隨之進(jìn)一步發(fā)展。目前已至少有30多家生產(chǎn)削片機(jī)的廠家，生產(chǎn)20多種型號(hào)的木材削片機(jī)。我國(guó)目前所用的削片機(jī)主要有以下幾種型號(hào)：（1）BX117C盤式削片機(jī);(2)BX1107/4盤式削片機(jī);(3)BX116盤式削片機(jī);(4)BX1108/3盤式削片機(jī);此外，還有極少量的BX1710B盤式削片機(jī)和BX1112盤式削片機(jī)等。至于粉碎機(jī)，我國(guó)常州市林機(jī)廠及其它生產(chǎn)企業(yè)在90年代就曾研制過(guò)多種機(jī)型，功率一般為3-5kW，但都未推廣，主要原因都是功率太小，只能削小枝椏，秸稈，徑級(jí)到30~40mm就削不動(dòng)，無(wú)法滿足使用要求。國(guó)外大規(guī)模的木片生產(chǎn)始于60年代，近年來(lái)發(fā)展很快，不僅產(chǎn)量迅速增加，而且在一些國(guó)家，如日本、前蘇聯(lián)、美國(guó)等國(guó)已發(fā)展成為木材工業(yè)部門中的一個(gè)獨(dú)立體系。在瑞典、芬蘭等國(guó)則成為木材加工企業(yè)中不可缺少的組成部分。而且國(guó)外枝椏削片機(jī)的性能也比國(guó)內(nèi)要好一些，這主要表現(xiàn)在其產(chǎn)品型號(hào)齊全，功率強(qiáng)勁，外形美觀，操作方便，噪聲低，人性化設(shè)計(jì)等。如美國(guó)的百萊瑪設(shè)備公司的產(chǎn)品威猛系列切枝機(jī)。其中威猛BC600XL型就是一款高產(chǎn)量、大功率的切枝機(jī)，它具有獨(dú)創(chuàng)的外觀設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，具有同類產(chǎn)品中最大的進(jìn)料口。從細(xì)小的樹(shù)枝到直徑150mm的樹(shù)干，BC600XL型切枝機(jī)都能從容應(yīng)付。其較大的動(dòng)力和寬闊的進(jìn)料口使其功效超卓，并可省去大量的對(duì)樹(shù)枝的預(yù)先修理時(shí)間。
近年來(lái)，國(guó)外削片機(jī)的研制有了進(jìn)一步的發(fā)展[ 5 ]，主要是增加輔助進(jìn)料槽；增加進(jìn)料槽的截面積；鉸接式安裝進(jìn)料槽；側(cè)面出料（木片）；減少飛刀尺寸和角度，并且裝刀多刀化；飛刀夾裝在刀盤上，并呈螺旋線安裝；刀盤懸臂式裝配；降低削片機(jī)噪聲；增設(shè)第二底刀以及使其多刃化；可調(diào)節(jié)生產(chǎn)率的削片機(jī)；改進(jìn)切削機(jī)構(gòu)和進(jìn)給方式以及適應(yīng)不同原料的削片的專用、通用、以及削片機(jī)組和削片生產(chǎn)線。
1.4 選題的設(shè)計(jì)思想，設(shè)計(jì)方法及改進(jìn)
本課題要求設(shè)計(jì)的秸稈粉碎機(jī)主要用于粉碎小徑級(jí)的廢料和樹(shù)葉等農(nóng)作物廢料,粉碎出的碎料也是用于制造肥料等,對(duì)削片質(zhì)量要求不高. 故對(duì)機(jī)器的主要要求是體積小,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,移動(dòng)方便和便于操作.針對(duì)這些要求,設(shè)計(jì)飛刀為對(duì)稱分布的長(zhǎng)刀,以滿足最大切削直徑和力矩平衡的要求。設(shè)想秸稈粉碎機(jī)切削出的木片長(zhǎng)度為10-20mm，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，進(jìn)料口和出料口有了改進(jìn)，刀盤保持一定的厚度加大其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，以防止切削過(guò)程中刀盤轉(zhuǎn)速波動(dòng)太大。刀盤上安裝兩片風(fēng)葉，刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生風(fēng)力將切削出的木屑吹出。由發(fā)動(dòng)機(jī)的功率要求確定枝椏粉碎機(jī)的生產(chǎn)能力，計(jì)算出合適的飛刀數(shù)量和切削功率以及切削力。飛刀的伸出量能夠調(diào)整，保證切削質(zhì)量。選用圓錐滾子軸承和主軸配合，利用皮帶傳動(dòng)進(jìn)行動(dòng)力傳遞。
由于進(jìn)料方式為水平進(jìn)料，故設(shè)計(jì)進(jìn)料槽為方形進(jìn)料口，長(zhǎng)度較長(zhǎng)，保證長(zhǎng)秸稈也能順利進(jìn)料。進(jìn)料槽的結(jié)構(gòu)型式也比較簡(jiǎn)單，以使其安裝方便，并便于加工。
普通秸稈粉碎機(jī)的工作噪聲高達(dá)110dB左右。為了減低噪聲降低噪聲，本設(shè)計(jì)采用以下方式：加厚機(jī)罩體的厚度，以提高隔聲效果；縮短主軸二軸承的間距，提高主軸剛度，減小振動(dòng)。
1.5 預(yù)期結(jié)果
本秸稈粉碎機(jī)機(jī)，結(jié)構(gòu)緊湊合理，零件加工方便，操作簡(jiǎn)便，生產(chǎn)能力大，碎片合格率高，廢料質(zhì)量還可以適當(dāng)調(diào)節(jié)，單位廢料產(chǎn)量能耗低，用一般的牽引機(jī)車即可拖動(dòng)和運(yùn)輸，適用于農(nóng)村農(nóng)業(yè)廢料的處理，等，是國(guó)內(nèi)將農(nóng)作物廢料轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥，紙業(yè)原材料，處理小型枝椏材的理想設(shè)備。
2 移動(dòng)式枝椏粉碎機(jī)的總體設(shè)計(jì)
2.1 秸稈粉碎機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù)
根據(jù)秸稈粉碎機(jī)的用途及其使用要求，并結(jié)合任務(wù)書(shū)所給初始參數(shù)，設(shè)計(jì)本機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù)如下：
切削機(jī)構(gòu)形狀：盤式
進(jìn)料方式：水平進(jìn)料
出料方式：上出料
最大切削直徑：150mm
刀盤半徑：560 mm
刀盤轉(zhuǎn)速：1800 r/min
發(fā)動(dòng)機(jī)功率：20kw
刀盤形式：平面刀盤
飛刀數(shù)：2把
飛刀的調(diào)整使用齒形調(diào)整結(jié)構(gòu)
2.2 普通盤式秸稈粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu)
由參考文獻(xiàn)可知，普通盤式秸稈粉碎機(jī)主要由刀盤、進(jìn)料槽、傳動(dòng)裝置和機(jī)殼等部分組成。
刀盤套裝在主軸上，主軸由兩個(gè)裝在軸承座中的軸承支承，由發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)。刀盤除作為切削機(jī)構(gòu)切削木料外，還起飛輪作用，使飛刀在間斷切削時(shí)，速度波動(dòng)不大，因此要求刀盤有較大質(zhì)量。大型盤式削片機(jī)除刀盤起飛輪作用外，在主軸上還專門裝有1個(gè)飛輪，并兼作制動(dòng)輪。刀盤的材料一般采用30，35，45號(hào)鑄鋼；當(dāng)切削速度大于50 m/s時(shí)采用A4、A5鍛鋼。鑄鋼件必須退火處理，鍛鋼件須正火處理；粗加工后進(jìn)行探傷檢查，在開(kāi)口處不允許有降低使用性能的缺陷。主軸的毛坯應(yīng)為鍛件，不應(yīng)有降低使用性能的缺陷。普通（少刀）盤式機(jī)的刀盤上裝有2~4把飛刀，飛刀在刀盤上的安裝一般使其刀刃相對(duì)刀盤半徑沿轉(zhuǎn)動(dòng)方向向前傾斜8°～15°布置。在安裝每把飛刀下面的刀盤上，沿刃口方向開(kāi)有一條寬度為100 mm左右的長(zhǎng)縫。飛刀和楔形墊塊用螺栓固定在刀盤上。墊塊的作用是保證飛刀有一定的后角，一般為5°左右。飛刀的材料一般采用鉻鎳合金工具鋼或優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，熱處理后刃口部分的硬度為HRC52～56。飛刀的楔角取30°～45°，凍材、硬材取較大值[ 6 ]。飛刀刃口伸出刀盤平面的高度稱為刀片的伸出量（又稱裝刀高度），其大小影響木片的長(zhǎng)度，因此刀盤上所有飛刀刃口的伸出量必須相等。飛刀更換或刃磨后，應(yīng)保持伸出量不變。飛刀有利用刀片后部的齒定位的，屬有級(jí)調(diào)節(jié)，也有利用刀片后部的硬木墊塊或澆鑄的鉛條定位的，屬無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，精度較高。盤式機(jī)是由安裝在刀盤上的飛刀和安裝在進(jìn)料槽上的底刀形成剪切機(jī)構(gòu)的。底刀的刃口有的是用硬質(zhì)合金堆焊而成。為防止印較大的沖擊力損壞刃口，底刀的刃磨角較大，一般為85°～90°，也有的大于90°的（采用90°的底刀，四角可輪換使用）。飛刀與底刀的間隙一般為0.3 mm～1.0 mm，這取決于削片機(jī)的精度和刀盤直徑的大小等因素。
大多數(shù)盤式秸稈粉碎機(jī)不設(shè)強(qiáng)制進(jìn)料機(jī)構(gòu)，僅有進(jìn)料槽（又稱喂料槽）。進(jìn)料槽相對(duì)刀盤平面的安裝角度影響自由進(jìn)料時(shí)削出的木片長(zhǎng)度。如圖2.1所示，A′B′C′D′為平盤平面，BD′為進(jìn)料槽的中心線，CD′平行于刀盤軸線，其值等于刀盤伸出量，則木片的長(zhǎng)度l為：
(2.1)
即 (2.2)
式中： h——飛刀伸出量；
a1——傾斜角，即進(jìn)料槽的中心線與水平面間的夾角；
a2——偏角，即進(jìn)料槽的中心線在水平面上的投影與刀盤軸線的夾角。
由于削片時(shí)原料尾端在進(jìn)料槽中抬起，為獲得要求的木片長(zhǎng)度，實(shí)際裝刀高度應(yīng)比計(jì)算值小2 mm左右。傾斜角a1取45°～52°，偏角a2取20°～30°。它們的大小不但影響木片的長(zhǎng)度及厚度，而且還影響木片的切口面積、木片質(zhì)量和削片的動(dòng)力消耗。傾斜進(jìn)料的進(jìn)料槽通常還有轉(zhuǎn)角a3，即進(jìn)料槽底面與水平面的夾角，其作用是使木料在切削時(shí)沿槽底滑向刀盤中心，有利于實(shí)現(xiàn)連續(xù)切削、減小切削的阻力矩。對(duì)于水平進(jìn)料的進(jìn)料槽，傾斜角a1=0，只有偏角a2，由于偏角的作用，使削片機(jī)在削片時(shí)產(chǎn)生的進(jìn)給方向的分力，牽引木料向刀盤進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
盤式秸稈粉碎機(jī)的排料分為上排料和下排料兩種形式。上排料是在刀盤的外緣安裝６個(gè)～８?jìng)€(gè)葉片，它在刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生氣流，把削出的木片沿刀盤的切口方向從上排料口排出。當(dāng)葉片的速度為27 m/s～28 m/s時(shí)，木片的拋出高度可達(dá)4 m～5 m。當(dāng)?shù)侗P的轉(zhuǎn)速較高或直徑較大而使得刀盤線速度較大時(shí)，為防止過(guò)度打碎木片，減小動(dòng)力消耗，在刀盤上不裝葉片，削出的木片由下部開(kāi)口的機(jī)殼直接落到皮帶運(yùn)輸機(jī)上輸出，這稱為下排料。
圖2.1 木片長(zhǎng)度與進(jìn)料槽安裝角的關(guān)系
Fig 2.1 the relationship of Chip length and the trough installation angle
2.3盤式秸稈粉碎機(jī)的削片原理
通過(guò)觀察和研究證明，盤式秸稈粉碎機(jī)在削片過(guò)程中，秸稈的已被切削面緊貼在飛刀的后面，并沿著飛刀后面滑動(dòng)，直到與刀盤平面相遇。當(dāng)秸稈的上端與刀盤表面接觸后，被切平面則由斜面變成平行于刀盤表面的直面，最后被切表面形成了一個(gè)折面。因此，盤式機(jī)的削片過(guò)程并不是過(guò)去人們認(rèn)為的那樣，原料的被切平面始終平行于刀盤平面。
在削片時(shí)，秸稈沿著進(jìn)料槽的移動(dòng)，主要是由于飛刀對(duì)秸稈的作用力在進(jìn)給方向的分力（牽引力）的作用而致。理論上可以證明：在傾斜進(jìn)料時(shí)，靠秸稈自重產(chǎn)生的下滑是不能產(chǎn)生足夠位移的。無(wú)強(qiáng)制進(jìn)給機(jī)構(gòu)的水平進(jìn)料盤式秸稈粉碎機(jī)，秸稈仍能按碎片長(zhǎng)度進(jìn)料，也充分證明了這一點(diǎn)。對(duì)于結(jié)構(gòu)參數(shù)已定的盤式機(jī)，在削片過(guò)程中，切削方向與進(jìn)給方向形成的遇角是不變的，與碎片的厚度和徑級(jí)大小無(wú)關(guān)，飛刀對(duì)秸稈產(chǎn)生的牽引力的方向不變；牽引力的大小雖與廢料的品種、含水率等因素有關(guān)，但其大小足以帶動(dòng)廢料克服摩擦阻力并向刀盤方向進(jìn)給。因此大多數(shù)盤式秸稈粉碎機(jī)不采用強(qiáng)制進(jìn)給機(jī)構(gòu)，并且適宜加工厚度和徑級(jí)較大的木料。如圖2.2所示，木料被飛刀牽引向前進(jìn)給的速度u為：
圖2.2 盤式削片機(jī)的運(yùn)動(dòng)分析
Fig2.2 the Motion Analysis of Disc chipper
(2.3)
式中：——飛刀的切削速度；
——飛刀的安裝后角；
——遇角。
從上述分析可見(jiàn):盤式削片機(jī)的飛刀在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中形成的切削平面是固定不變的，在每一切削層的切削過(guò)程中，基本上始終通過(guò)底刀刃口，飛刀和底刀可以很好地形成剪切機(jī)構(gòu)，這也使得盤式削片機(jī)比鼓式削片機(jī)的削片質(zhì)量好。
廢料在飛刀和底刀的剪切作用下，被切下的切屑經(jīng)過(guò)刀盤的窄縫時(shí)，由于受到飛刀前面擠壓力的作用，被分裂成一定厚度的木片。研究與試驗(yàn)表明，碎片的厚度為：
（2.4)
式中： ——秸稈長(zhǎng)度；
——沿纖維方向木材的抗剪強(qiáng)度；
——沿纖維方向廢料的抗壓強(qiáng)度；
——其他因素的影響系數(shù)。
如秸稈長(zhǎng)度為20 mm時(shí)，秸稈厚度為3.9 mm～6.2 mm；秸稈長(zhǎng)度為25 mm時(shí)，秸稈厚度為4.8 mm～7.5 mm。秸稈厚度不僅取決于秸稈長(zhǎng)度和秸稈的物理機(jī)械性能等因素，還與進(jìn)料槽及飛刀的安裝角度和飛刀的刃磨角等因素有關(guān)。當(dāng)飛刀的刃磨角和安裝后角較大時(shí)，則削出的碎片較厚，反之，較薄。
2.4本章小結(jié)
本章主要介紹了秸稈粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，普通盤式秸稈粉碎機(jī)的組成，秸稈的長(zhǎng)度和厚度計(jì)算，排料方式的選擇為上出料，廢料被飛刀牽引向前進(jìn)給的速度計(jì)算等。
3主要技術(shù)參數(shù)的確定和計(jì)算
3.1生產(chǎn)能力的確定
在削片過(guò)程中，由于加料的不連續(xù)性，種類、含水率和被切削斷面積的變化，以及同時(shí)參加切削的飛刀的數(shù)量不同，使切削力不是一個(gè)固定的數(shù)值。由文獻(xiàn)知，目前盤式削片機(jī)的主電機(jī)功率(kW)一般按下列經(jīng)驗(yàn)公式推算
式中：——不均勻系數(shù)，??；
——加工1實(shí)積m3農(nóng)業(yè)作料所需的能量，kWh/實(shí)積m3；
Q——削片機(jī)的生產(chǎn)率，m3/h。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得。由發(fā)動(dòng)機(jī)功率為20KW，取 K=1.1，E=6，N=20KW則
3.2 飛刀數(shù)量的確定
由文獻(xiàn)知，非強(qiáng)制進(jìn)料的盤式秸稈粉碎機(jī)的生產(chǎn)能力(實(shí)積m3/h)為
（3.2）
式中： ——設(shè)備時(shí)間利用系數(shù)，??；
——工作時(shí)間利用系數(shù)，??；
——原料形態(tài)影響系數(shù)，成捆秸稈材取，其他原料取1；
——刀盤轉(zhuǎn)速，r/min；
——飛刀數(shù)量；
——木片平均長(zhǎng)度，mm；
——原料的斷面積，mm2；
取=0.4，=0.7，=0.7，l=10mm，F(xiàn)=，d=150mm
則 ，圓整為Z=2
故由生產(chǎn)率可選飛刀的數(shù)量為2把。
選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)為科勒Command?PRO?CV740?27HP?汽油機(jī)，額定功率20.1kw，額定轉(zhuǎn)速3600r/min。
3.3切削力的計(jì)算
3.3.1主切削力的理論分析與計(jì)算
盤式削片機(jī)是由徑向安裝在刀盤上的飛刀和裝在殼體上的底刀組成的切削機(jī)構(gòu)，其切削過(guò)程可看成是有支承的銑削或剪切。削片機(jī)切削秸稈時(shí)，秸稈經(jīng)進(jìn)料槽向刀盤進(jìn)給，刀盤上每把飛刀的切削厚度為h，大小等于飛刀從刀盤表面的伸出量。切掉的秸稈形成木片，穿過(guò)刀盤上的通孔，落到刀盤背面，經(jīng)出料口排出。
秸稈削片機(jī)的整機(jī)載荷包括切削阻力，風(fēng)扇葉片阻力，強(qiáng)制進(jìn)料機(jī)構(gòu)的阻力等，其中切削阻力占絕大部分，飛刀間歇切削和秸稈進(jìn)料的不連續(xù)性使削片機(jī)工作時(shí)切削阻力在0到最大值之間變化。秸稈徑級(jí)不一，材性不同及節(jié)子等也會(huì)引起載荷的變化。秸稈削片機(jī)在工作時(shí)載荷波動(dòng)很大，為了使削片機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)和充分利用原動(dòng)機(jī)的功率，刀盤具有很大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，起到了飛輪的作用，利用其慣性能來(lái)克服短時(shí)的大負(fù)荷。此外，異步電動(dòng)機(jī)和汽油機(jī)都具有一定的過(guò)載能力，當(dāng)遇到大負(fù)荷轉(zhuǎn)速下降的時(shí)候，這種過(guò)載能力就發(fā)揮出來(lái)。利用慣性動(dòng)能和過(guò)載能力這兩點(diǎn)是削片機(jī)不同于一般平穩(wěn)載荷機(jī)械的特點(diǎn)，傳統(tǒng)削片機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算中常考慮這兩點(diǎn)。
飛刀切削秸稈時(shí)，除前刀面對(duì)秸稈作用以外，后刀面和刀刃部分對(duì)秸稈也有作用力，刀刃處雖應(yīng)力較大，但表面積很小，刀刃作用力在總作用力中所占比例很小，可忽略不計(jì)。為簡(jiǎn)化問(wèn)題，設(shè)刀刃為直線，切削速度垂直于刀刃方向，秸稈纖維方向亦垂直于刀刃方向。飛刀前刀面對(duì)秸稈的作用力合力為Fr，飛刀后刀面對(duì)秸稈的作用力由正壓力和摩擦阻力兩個(gè)力合成;此外還有底刀對(duì)秸稈的作用力,,秸稈受力見(jiàn)下圖3.1:
圖3.1 木材所受刀片作用力
Fig 3.1 Force acting on wood
將各力投影到X軸和Y軸上,有
則有
則有
聯(lián)立以上方程解得:
的計(jì)算式可參考文獻(xiàn),其中：
（3.3）
（3.4）
式中: l——秸稈纖維長(zhǎng)度,m；
B——切削寬度,m；
——秸稈順紋理剪切強(qiáng)度,N/mm2；
——附加阻力系數(shù),由試驗(yàn)測(cè)定；
——飛刀后角；
——飛刀楔角；
——進(jìn)料槽斜角；
——后刀面與秸稈摩擦角；
——前刀面與秸稈摩擦角；
，——前刀面與秸稈摩擦系數(shù),一般在0.5~0.75之間,常取0.6。
將代入公式得：
（3.5）
利用此公式,可以對(duì)主切削力進(jìn)行理論計(jì)算,將各已知參數(shù)以及不同徑級(jí)秸稈代入公式,其中飛刀伸出量h=10mm,切削秸稈長(zhǎng)度l=10mm,飛刀楔角=30度,水平進(jìn)料時(shí) =90度, =5度, =75N/cm2, =0.6, ==,最后得出=2347N,由切削最大直徑為150mm, ,取切削寬度b=100mm.a=1mm,得出理論單位切削阻力=23.47N/mm2.
3.3.2主切削力的經(jīng)驗(yàn)公式
由切削力可按下式計(jì)算：
（3.6）
式中：b——切削寬度，mm；
a——切削厚度，mm。
切削力與切削面積的關(guān)系，可以用單位切削寬度上作用的切削力與切削厚度a的關(guān)系來(lái)代替，即：
（3.7）
可以把單位切削力P當(dāng)作一個(gè)系數(shù)，用以反映切削力與切削厚度之間的函數(shù)關(guān)系。若表示與a之間變化規(guī)律的曲線為通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的斜直線，單位切削力便是該斜線的斜率。實(shí)際上，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中可知，隨a而變化的直線具有縱截距，而且在不同的切削厚度范圍內(nèi)，直線的斜率不同，即單位切削力不同。所以需要根據(jù)不同的切削厚度范圍，分別建立不同的單位切削力的計(jì)算公式。
切削力經(jīng)驗(yàn)公式的建立，是從確立切削厚度與單位切削力的關(guān)系著手的；然后將影響切削力的一系列因素，如刀具變鈍，刀具切削方向相對(duì)于纖維的方向，切削角，切削速度，材種等，通過(guò)系數(shù)修正，經(jīng)驗(yàn)公式換算，加以綜合考慮；最后建立隨不同因素變化的切削力經(jīng)驗(yàn)公式。
1.確定切屑厚度與單位切削力的關(guān)系
近半個(gè)世紀(jì)以來(lái)，對(duì)秸稈切削過(guò)程的試驗(yàn)研究表明，在切屑厚度時(shí)，單位切削寬度上作用的切削力與切屑厚度之間的關(guān)系可用AB直線表示，如下圖[9]。
圖3.2 單位切削寬度上作用的切削力與切屑厚度之間的關(guān)系曲線
Fig3.2 The relationship of the cutting force of unit cutting width and cutting thickness
直線AB的方程為：
（3.8）
式中：——AB直線的縱截距。
——時(shí)，直線AB的斜率，。
實(shí)際上，當(dāng)切屑厚度變小，在時(shí)，與a之間的函數(shù)關(guān)系改用曲線BD表示，若以直線BD近似地代替曲線BD，則直線BD的方程為：
（3.9）
式中：——BD直線的縱截距；
——時(shí)，BD直線的斜率：。
下面在兩種切屑厚度范圍內(nèi)，根據(jù)前，后刀面作用力的不同，分別建立作用在前，后刀面上的單位切削力計(jì)算公式：
（1） 當(dāng)時(shí)：
（3.10）
式中：——作用在后刀面上的單位切屑寬度上的切削力。從真實(shí)切刀切削秸稈的過(guò)程中可以觀察到，雖然a=0，但后刀面仍然對(duì)切削平面以下的秸稈起作用，這時(shí)；
——作用在前刀面上的單位切屑寬度上的切削力，。
（2） 當(dāng)時(shí)：
（3.11）
式中：——作用在后刀面上的單位切屑寬度上的切削力。該力不因切屑厚度變化而異；
——作用在前刀面上的單位切屑寬度上的切削力，。
相應(yīng)單位切削力p隨切屑厚度a的變化而變化的關(guān)系式為：
（1）當(dāng)時(shí)：
（3.12）
式中：——作用在后刀面上的單位切削力；
——作用在前刀面上的單位切削力。
（2）當(dāng)時(shí)：
（3.13）
式中：——作用在后刀面上的單位切削力；
——作用在前刀面上的單位切削力。
2.確定刀具變鈍與單位切削力的關(guān)系
在真實(shí)切刀切削秸稈的過(guò)程中，既然刀刃圓半徑的大小只是影響后刀面的變形功，那么變鈍刀具對(duì)單位切削力的影響也應(yīng)該局限在對(duì)后刀面單位切削力的影響上。
刀具變鈍的影響用變鈍系數(shù)修正。根據(jù)試驗(yàn)=1~1.7。值與刀刃圓半徑的增量成正比。
銳利刀具取=1。刀刃即使剛剛磨銳，但初始圓半徑仍有5~10，因而后刀面上還是存在作用力。
變鈍刀具取大于1，相應(yīng)。將上述關(guān)系代入單位切削力計(jì)算式，得：
（1）當(dāng)時(shí)：
（3.14）
（2）當(dāng)時(shí)：
（3.15）
3.確定切削角，切削速度，切削方向相對(duì)于纖維方向和材種等因素與單位切削力的關(guān)系
單位切削力公式中的兩個(gè)變量，在綜合了對(duì)松木，樺木等材種的不同切削方向的試驗(yàn)數(shù)據(jù)后，可按下法決定。主要切削方向的單位切削力為：
（3.16）
式中：——可以根據(jù)某一主要切削方向按材種查下表1；
——。（系數(shù)根據(jù)某一主要切削方向分別查表1和2決定。在該式中同時(shí)反映和V對(duì)p的影響。在鋸切速度小于70m/s，刨削，銑削速度小于40m/s時(shí)，以90-V代替V。鋸切時(shí)，在V大于，等于或者接近于70m/s情況下以V代入。）
表3.1 系數(shù) f’, A的值
Lab3.1 Coefficients f’, A
材種
端向
縱向
橫向
端向
縱向
橫向
松木
0.49
0.16
0.10
0.056
0.020
0.003
樺木
0.55
0.19
0.14
0.076
0.025
0.0045
麻櫟
0.64
0.21
0.172
0.082
0.028
0.006
表3.2 系數(shù) B,C的值
Lab3.2 Coefficients B,C
材種
端向
縱向
橫向
端向
縱向
橫向
松木
0.020
0.007
0.006-0.007
2.00
0.55
0.066
樺木
0.024
0.008
0.007-0.010
2.30
0.70
0.085
麻櫟
0.027
0.009
0.085-0.012
2.56
0.76
0.10
4.最后確定上述所有因素與單位切削力的關(guān)系
（1）當(dāng)時(shí)：
主要切削方向） （3.17）
（2）當(dāng)時(shí)：
主要切削方向） （3.18）
由材種取松a=1mm,r=280mm,Cp取1.7,得出.
綜上所述,單位切削阻力理論計(jì)算值與經(jīng)驗(yàn)值相差不大,故可取切削阻力=2347N.相應(yīng)的單位切削阻力
3.4切削功率的計(jì)算
3.4.1 切削功率的計(jì)算
由文獻(xiàn)[8]可知計(jì)算公式
kW （3.19）
如圖3.1所示：圖中表示削片時(shí)飛刀對(duì)木材的總切削力。刀盤對(duì)木材的支承力降低了后刀面對(duì)木材的支承力，互相影響，所以也包括在總作用力中?？傋饔昧Ψ纸鉃榍邢蚍至胺ㄏ蚍至?。在切削過(guò)程中，隨木片的變化而變化，其短時(shí)平均值為。與寬度成正比，有：
（3.20）
式中：——切削寬度，m；
——單位寬度平均切向阻力，N/m。
一把飛刀一次切削功耗為：
(3.21)
式中：——切口面積，(m2)。 ， ——木料橫斷面積，m2)
如果進(jìn)料槽在通過(guò)主軸線的兩個(gè)相互垂直平面內(nèi)的投影傾斜角分別為和，則由下式確定：
(3.22)
切削功率為
(3.23)
式中：——刀盤轉(zhuǎn)速，r/min；
——飛刀數(shù)。
對(duì)于原木有：
(3.24)
式中：——原料直徑，m 。
考慮農(nóng)作物徑級(jí)不同大小不一時(shí)，可經(jīng)計(jì)算取其平均直徑 (m)
式中：——各徑級(jí)原料直徑，(m)；
——各徑級(jí)農(nóng)作物長(zhǎng)度占總農(nóng)作物數(shù)的比例。
考慮秸稈之間的空隙時(shí)間應(yīng)增加一個(gè)切削連續(xù)性系數(shù)，則切削功率為：
(3.25)
值由下式確定： (3.26)
式中：——每段秸稈切削時(shí)間，s ；
——相鄰秸稈之間的間隙時(shí)間，s 。
由于本機(jī)采用水平進(jìn)料，且入料口軸線與刀盤端面垂直，故，取c=0.9，,單位切削阻力,故根據(jù)式3.24,有：
=14.13kw
3.4.2空載功率的計(jì)算
由文獻(xiàn)知
(3.27)
(3.28)
當(dāng)、時(shí)，kw
=17.13kw
綜上所述，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率符合要求。
3.5飛刀伸出量的確定
由2.2盤式秸稈粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu)分析知
(3.29)
設(shè)切削秸稈長(zhǎng)度mm ，水平進(jìn)料方式時(shí)，，，則飛刀伸出量mm
3.6 本章小結(jié)
本章主要介紹了盤式秸稈粉碎機(jī)的各個(gè)主要技術(shù)參數(shù)的確定，包括生產(chǎn)能力，發(fā)動(dòng)機(jī)功率，切削功率，切削力，飛刀伸出量的確定等。
4主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1刀盤結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸的確定
圖4.1 刀盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
Fig4.1 The structural design of the cutter
如圖4.1所示，將刀盤看作實(shí)心圓盤，計(jì)算刀盤應(yīng)有的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
式中： ——刀盤運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的盈虧功，取J；
——刀盤的角速度，；
——速度不均勻系數(shù)，。
則 =0.41kgm-2
根據(jù)國(guó)家推薦刀盤直徑選取范圍，取刀盤直徑為560mm 。
由 (4.2)
得： kg
即刀盤重量為102.5kg。
由 (4.3)
式中：——飛輪材料的比重
——飛輪的寬度
得： m
取 mm
為防止輪緣破裂，驗(yàn)證輪緣的圓周速度
m/s
鋼制飛輪的最大圓周速度：60m/s ，故刀盤強(qiáng)度滿足要求。
刀盤的材料選用鋼，刀盤結(jié)構(gòu)各部位是根據(jù)力的要求和安裝葉片而設(shè)計(jì)的，飛刀經(jīng)夾緊機(jī)構(gòu)夾緊。在刀盤上，刀盤的內(nèi)孔為圓孔，上挖鍵槽，以保證刀盤與主軸的同軸度和固定。由于少刀盤式秸稈粉碎機(jī)工作時(shí)屬于間歇運(yùn)動(dòng)，故實(shí)際消耗功率是變化的，因此，將刀盤看作飛輪設(shè)計(jì)，以便在驅(qū)動(dòng)力的功超過(guò)切削阻力的功時(shí)，將多余的能量貯藏起來(lái)，使動(dòng)能增大時(shí)，速率增加不太大；反之，當(dāng)切削阻力的功超過(guò)驅(qū)動(dòng)力的功時(shí)，把多余的能量釋放出來(lái)，使動(dòng)能減少時(shí)，速率降低不至于太大。刀盤的作用就是使刀盤的速率波動(dòng)不至于太大。
4.2主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.2.1 軸的最小直徑計(jì)算
根據(jù)實(shí)心圓軸公式 [12]，其切應(yīng)力 MPa
圖4.2 主軸結(jié)構(gòu)
Fig4.2 The structure of Spindle
寫(xiě)成設(shè)計(jì)公式，軸的最小直徑
mm （4.4）
上兩式中： ——軸的抗扭截面系數(shù)，mm3；
——軸傳遞的功率，kW；
——軸的轉(zhuǎn)速，r/min；
——許用切應(yīng)力，MPa；
——與軸材料有關(guān)的系數(shù)，可由表4.1查得[13]。
對(duì)于受彎矩較大的軸宜取較小的值。當(dāng)軸上有鍵槽時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增大軸徑：?jiǎn)捂I增大，雙鍵增大。
表4.1軸強(qiáng)度計(jì)算公式中的系數(shù)
Lab4.1 coefficients C of Shaft strength calculation
軸的材料
Q235,20
Q255,Q275,35
45
40Cr,38SiMnMo
τ/MPa
12
15
20
25
30
35
40
45
52
C
160
148
135
125
118
112
106
102
98
由帶傳動(dòng)傳動(dòng)，取帶傳動(dòng)效率，則
軸的最小直徑為
mm
為了保證軸的強(qiáng)度，選mm。輸出軸的最小直徑顯然是安裝帶輪處的直徑，取，根據(jù)帶輪結(jié)構(gòu)和尺寸，取。
4.2.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(1).根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度。
1).為了滿足帶輪的軸向定位要求，Ⅰ-Ⅱ段右端需制出一軸肩，故?、?Ⅲ段的直徑；
2).初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故選用圓錐滾子軸承。按照工作要求并根據(jù)，查手冊(cè)選取單列圓錐滾子軸承33010，其尺寸為，故；軸右端寬度應(yīng)能安裝軸承，由 。
3).安裝刀盤的軸端Ⅳ-Ⅴ的直徑，由刀盤寬度為60mm，為了使套筒端面可靠地壓緊刀盤，此軸段應(yīng)略短于刀盤寬度，軸肩高度，故取，則軸環(huán)處的直徑。軸環(huán)寬度，取。
4).軸承端蓋的總寬度為(由箱體及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定)。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承添加潤(rùn)滑脂的要求，取端蓋的外端面與大帶輪右端面間的距離，故。
5).取刀盤距箱體內(nèi)壁的距離，考慮到箱體的鑄造誤差，在確定滾動(dòng)軸承位置時(shí)，應(yīng)距箱體內(nèi)壁一段距離，取，已知軸承寬度，則
取，已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度。
(2).軸上零件的周向定位
帶輪與軸的周向定位均采用平鍵連接。按由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6-1查得平鍵截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為。軸承與軸的周向定位是由過(guò)度配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為。
(3).確定軸上圓角和倒角尺寸
參考文獻(xiàn)[13]表15-2，取軸端圓角。
4.3 滾動(dòng)軸承的選擇
兩個(gè)軸承支撐著刀盤的重量，軸承應(yīng)能承受較大的單向徑向力，同時(shí)由于秸稈對(duì)刀盤有沖擊作用，以及切削分力，都使得刀盤受到一個(gè)軸向力，同時(shí)考慮到軸的軸向位置要求準(zhǔn)確，從而保證飛刀與底刀的間隙，故選用一對(duì)圓錐滾子軸承[14],軸承型號(hào)33010，mm，mm，寬度mm，其徑向承載能力大，滿足設(shè)計(jì)要求。
密封裝置采用毛氈式。
4.4 帶傳動(dòng)的計(jì)算
由發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率 ，轉(zhuǎn)速，帶傳動(dòng)傳動(dòng)比i=2，每天工作8小時(shí)。
（1).確定計(jì)算功率
由文獻(xiàn)[13]表8-7查得工作情況系數(shù)，故 （4.5）
（2).選擇V帶類型
根據(jù)，，由文獻(xiàn)可知，選用B型帶
(3).確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)算帶速
1).初選小帶輪基準(zhǔn)直徑
由文獻(xiàn)可知，選取小帶輪基準(zhǔn)直徑，而，其中H為發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)軸高度，滿足安裝要求。
2).驗(yàn)算帶速
（4.6）
因?yàn)?，故帶速合適。
3).計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑
根據(jù)文獻(xiàn)選取，則傳動(dòng)比，
從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速
(4).確定V帶的中心距和基準(zhǔn)長(zhǎng)度
1).由式得:
，取
2).計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度
（4.7）
由文獻(xiàn)選取V帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度
3).計(jì)算實(shí)際中心距
（4.8）
(5).驗(yàn)算小帶輪上的包角:
（4.9）
(6).計(jì)算帶的根數(shù)
1) 計(jì)算單根V帶的額定功率
由和，查文獻(xiàn)得。根據(jù)，和B型帶，查文獻(xiàn)得。查文獻(xiàn)得，查表得，于是
（4.10）
2)計(jì)算V帶的根數(shù)
（4.11）
取4根。
(7).計(jì)算單根V帶的初拉力的最小值
由表得B型帶的單位長(zhǎng)度質(zhì)量，所以
（4.12）
應(yīng)使帶的實(shí)際初拉力。
(8).計(jì)算壓軸力
壓軸力的最小值為
（4.13）
(9).帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
小帶輪采用實(shí)心式，大帶輪為腹板式，由單根帶寬為17mm，取帶輪寬為80m