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湖 南 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué)
全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計
生物質(zhì)秸稈切碎機設(shè)計
DESIGN OF BIOMASS STRAW SHREDDING MACHINE
學(xué)生姓名： 袁偉
學(xué) 號： 200940614318
年級專業(yè)及班級：2009級機械設(shè)計制造及自動
化(3)班
指導(dǎo)老師及職稱： 辛繼紅 副教授
學(xué) 院： 工學(xué)院
湖南·長沙
提交日期：2013年05月
1
湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計
誠 信 聲 明
本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。
畢業(yè)設(shè)計作者簽名：
年 月 日
目 錄
摘要 1
關(guān)鍵詞 1
1緒論 2
1.1課題研究的背景和意義 2
1.2我國秸稈切碎機的發(fā)展 2
1.2.1我國切碎機的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r 2
1.2.2我國切碎機生產(chǎn)企業(yè)的狀況 3
1.3設(shè)計要求 3
2秸稈切碎機的整體設(shè)計 3
2.1設(shè)計方案的選擇 3
2.1.1切碎機的主要種類 3
2.1.2秸稈切碎機的整體設(shè)計 4
2.2預(yù)期結(jié)果 5
3主要技術(shù)參數(shù)的確定和計算 6
3.1飛刀數(shù)量的確定 6
3.2 飛刀伸出量的確定 7
3.3電動機的選型 8
4主要部件的設(shè)計計算 8
4.1帶傳動的設(shè)計計算 8
4.1.1切碎機主軸V帶傳動的計算 8
4.1.2減速器V帶輪的計算 10
4.1.3帶輪的設(shè)計 12
4.2減速器的設(shè)計 13
4.2.1減速器的計算 13
4.2.2確定減速器的型號 13
4.3鏈傳動的設(shè)計計算 14
4.3.1鏈傳動的計算 14
4.3.2鏈輪的基本參數(shù)和主要尺寸 15
4.4切碎機主軸的設(shè)計計算 15
4.4.1切碎機主軸的計算 15
4.4.2切碎機主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 16
4.4.3切碎機主軸的校核 17
4.4.4滾動軸承的校核 20
4.5輸料機構(gòu)的設(shè)計 21
4.5.1輸料壓輥的設(shè)計 21
4.5.2進(jìn)料槽的設(shè)計 22
4.6刀盤部分的設(shè)計 22
4.6.1動刀的設(shè)計 22
4.6.2錘片的設(shè)計 22
5其他輔助部件的設(shè)計 24
5.1搓板的設(shè)計 24
5.2出料斗的設(shè)計 24
5.3機架的設(shè)計 24
6總結(jié) 24
參考文獻(xiàn) 25
致謝 25
附錄 26
26
生物質(zhì)秸稈切碎機設(shè)計
學(xué) 生：袁偉
指導(dǎo)老師：辛繼紅
(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，長沙 410128)
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，生產(chǎn)效率較低，能耗高，不能達(dá)到粉碎要求，大部分的農(nóng)作物秸稈沒有被利用，使得秸稈作為飼料的數(shù)量較少，從而加劇了畜牧業(yè)對糧食的依賴，使畜牧業(yè)的發(fā)展受到了一定程度的限制。因此研制秸稈和牧草等青物料加工機械存在著客觀的必要性。本文主要介紹了秸稈類青物料粉碎機的設(shè)計思想、設(shè)計方案、主要零部件的設(shè)計要點、性能參數(shù)的確定以及本機的工作原理。
關(guān)鍵詞：秸稈；揉搓；切碎機；
Design of Biomass Straw Shredding Machine
Student:Yuan Wei
Tutor:Xin Ji Hong
(College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)
Abstract：At present, crops straw and grass crude fiber, such as green material crushing processing use ordinary crusher more, the production efficiency is low, the high energy consumption, cannot achieve crushing requirements, most of the crops straw were not used, make straw as the small number of feed, adding to the livestock for food dependence on the development of animal husbandry by a certain degree of restriction. So the straw and green grass and developed materials processing machinery there an objective necessity. Therefore, mainly introduced the straw kind of green material crusher design, design scheme, main points of design, performance parts of parameters and its principle of work.
Key words: Staw；Rub；Grinder；
1 緒論
1.1 課題研究的背景和意義
隨著畜牧業(yè)的發(fā)展,實行農(nóng)牧結(jié)合,秸稈養(yǎng)畜,形成節(jié)糧型的畜牧業(yè)結(jié)構(gòu)是符合我國國情的畜牧業(yè)發(fā)展的有效途徑。我國農(nóng)村具有豐富的秸稈資源,秸稈切割的加工機械也得到廣泛的應(yīng)用。這些機械能擴大飼料來源,改善秸稈品質(zhì),避免粗飼料莖稈部分不被采食而浪費。但現(xiàn)有的秸稈切碎機械,尚缺乏結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格低廉、適合于廣大農(nóng)民個體使用的機型。
我國農(nóng)作物秸桿數(shù)量大、種類多、分布廣，每年農(nóng)作物秸桿產(chǎn)量有7億噸左右，加上我國草場資源豐富，每年生產(chǎn)牧草近2億噸。我國每年有數(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)展成為國民經(jīng)濟中不可缺少的重要基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。而絕大部分生物質(zhì)原料在開發(fā)利用前期都需要進(jìn)行粉碎加工處理，以便進(jìn)一步加工利用。秸桿粉碎機或切碎機的研制在國內(nèi)外已有幾十年的歷史，主要集中在飼料粉碎和農(nóng)作物秸桿切碎等方面。
目前，市場上秸桿切碎機大多由筒狀機殼、鍘刀叫成、壓草輥、輸草帶等部件組成，當(dāng)生物秸桿切成小段后，再由鍘刀總成的風(fēng)葉扇出出料口。但切碎的小段很難達(dá)到一厘米以下，特別是對于園林花卉的青飼堆肥不適用；但如果切碎后再進(jìn)行粉碎成粉末就會增加勞動強度且生產(chǎn)效率低。為了解決以上難點，設(shè)計制造出一種小型多功能秸桿切碎機以克服以上缺點。該秸稈切碎機帶有錘片和揉搓板，具有粉碎揉切功能。
1.2 我國秸稈切碎機的發(fā)展
1.2.1 我國切碎機的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r
20 世紀(jì) 90 年代以來 ,我國飼料機械行業(yè)中以江蘇溧陽糧機廠、江蘇揚州糧機廠為代表的企業(yè)適應(yīng)改革潮流 ,先后組建了江蘇正昌集團(tuán)和江蘇牧羊集團(tuán)。這些企業(yè)大膽引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備 ,根據(jù)當(dāng)前國際上飼料粉碎機發(fā)展的潮流 ,先后開發(fā)生產(chǎn)160～200kW的水滴型切碎機、立軸式切碎機 ,冠以水滴王、冠軍、優(yōu)勝等名稱。如其中的水滴型切碎機采用了有利于提高效率的水滴型粉碎室 ,錘篩間隙可調(diào) ,實現(xiàn)了粗細(xì)微粉碎 ,還可以實現(xiàn)自動負(fù)荷控制等特點。
我國企業(yè)最新研制開發(fā)的橫寬形振動篩錘片式切碎機 ,它是由電動機、多層篩體 （篩體分內(nèi)層篩和外層篩）、振動器、機體等組成。具有飼料的粗粉碎和超細(xì)粉碎兩者可以通用，效率高、粉粒比較均勻、對水分較高的原料和含纖維的原料有較好的適應(yīng)性、易損件篩片壽命長，錘片更換周期長等優(yōu)點。
1.2.2 我國切碎機生產(chǎn)企業(yè)的狀況
目前 ,我國飼料切碎機的生產(chǎn)企業(yè)約有 300多家 ,生產(chǎn)的產(chǎn)品品種、規(guī)格齊全 ,能基本滿足我國畜牧、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的需要 ,但還有一些有特殊要求的飼料粉碎機和特大功率的機型 ,仍然需要從國外進(jìn)口。我國現(xiàn)在生產(chǎn)的許多規(guī)格的產(chǎn)品已經(jīng)能替代進(jìn)口產(chǎn)品 ,在主要的技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)接近國際先進(jìn)水平 ,而且在價格上有很大的優(yōu)勢。在我國生產(chǎn)的各種機型都有不同數(shù)量的出口 ,其中小型粉碎機的出口批量較大 ,主要銷往東南亞、非洲等第三世界國家。
現(xiàn)在國內(nèi)生產(chǎn)切碎機企業(yè)的經(jīng)濟性質(zhì)主要有股份制、集體、三資、私營（ 即個體作坊式 ）的企業(yè)其中很大一部分是由那些成立于五六十年代的各地農(nóng)機修造企業(yè) ,通過轉(zhuǎn)制而成的股份制或私營企業(yè)。還有一部分是在近幾年里迅速崛起的私營企業(yè)。在粉碎機行業(yè)中絕大部分都是小型企業(yè)只有部分能根據(jù)市場需求來調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu) ,并具有自主開發(fā)能力 ,能下力氣進(jìn)行技術(shù)改造的企業(yè) ,成為了行業(yè)中的龍頭企業(yè) ,如江蘇正昌集團(tuán)、江蘇牧羊集團(tuán)。其余大部份企業(yè) ,還只是在生產(chǎn)一些老型號的產(chǎn)品 ,有些是維持狀況 ,有些就走下坡路 ,難于維持生機。
1.3 設(shè)計要求
根據(jù)秸稈切碎加工原理，研究設(shè)計試制秸稈切碎機具，克服現(xiàn)有切碎機中勞動強度大、工效低、不安全、切碎區(qū)域溫度高、切刀易磨損、切碎長度受限等缺點，提供結(jié)構(gòu)簡單，使用方便安全，效率高，自動輸料秸稈切碎長度可調(diào)，帶有粉碎、揉切功能的多功能秸稈切碎裝置。設(shè)計的具體內(nèi)容如下：
1）采用盤刀式切割，獲得較大的切割力；
2）采用入口喂入，并用帶齒壓輥輸送至切口；
3）調(diào)整盤刀轉(zhuǎn)速及輸送鏈的速度可改變切碎秸桿的長度；
4）在刀盤上安裝有垂片及揉切齒。
2 秸稈切碎機的整體設(shè)計
2.1 設(shè)計方案的選擇
2.1.1 切碎機的主要種類
粉碎飼料有很多方法,如切碎、壓碎、磨碎和擊碎等。由于飼料種類較多 ,特性不同 ,又要求一定粒度 ,多采用擊碎的方法進(jìn)行加工。常用的切碎機有錘片式和爪齒式兩大類。
（1）錘片式切碎機基本構(gòu)造包括圓筒篩板、錘片轉(zhuǎn)子、錘片和固定在錘片轉(zhuǎn)子周圍的沖擊齒板。其工作原理是將物料引入沖擊齒板、篩板與旋轉(zhuǎn)錘片之間的空間 ,利用錘片等對物料的打擊和搓擦作用 ,將物料破碎成若干小粒 ,是一種沖擊式粉碎設(shè)備。工作時 ,被加工的物料進(jìn)入粉碎室內(nèi) ,受到高速旋轉(zhuǎn)的錘片的反復(fù)沖擊、摩擦和在齒板上的碰撞 ,從而被逐步粉碎至需要的粒度通過篩孔漏下。錘片式切碎機因其占地面積小、粉碎效率高、耗電量小等優(yōu)點 ,在目前飼料工業(yè)中得到了廣泛的普及應(yīng)用。
（2）爪齒式切碎機是一種固定錘式切碎機。它由料斗、定齒盤、動齒盤、篩子和機架等組成。動齒盤、定齒盤和篩子構(gòu)成粉碎室。工作時 ,物料由料斗進(jìn)入粉碎室 ,受到高速旋轉(zhuǎn)的動齒的撞擊 ,并進(jìn)入動齒和定齒之間的間隙 ,又受到摩擦和碰撞。在撞擊和摩擦的反復(fù)作用下 ,物料被粉碎 ,并同時利用動齒盤旋轉(zhuǎn)時形成的風(fēng)壓 ,將粉碎物通過篩孔從出料口吹出裝袋。這種切碎機有不同孔徑的篩子供選用 ,以適應(yīng)粉碎不同物料和粒度的要求。
2.1.2 秸稈切碎機的整體設(shè)計
分析兩種類型的切碎機，各有優(yōu)勢，但考慮到本設(shè)計旨在設(shè)計出適合小型養(yǎng)殖場、專業(yè)戶和個體農(nóng)戶要求的小型秸稈切碎機，為了滿足園林花卉的青飼料、堆肥的需要，結(jié)合使用方便安全，結(jié)構(gòu)簡單，效率高的設(shè)計要求，選擇錘片式切碎機。
（1）切碎機的整體結(jié)構(gòu)，該切碎機由機架﹑電動機﹑大刀盤﹑輸料壓輥﹑長料斗﹑短料斗組成，具體組成是在機架上焊接有電機架，電機架上安裝有電動機，電機上安裝有四槽V帶輪，四槽帶輪分別用V帶與主軸及減速箱連接，減速箱的輸出軸同過鏈條及鏈輪連接，鏈輪通過堅守定螺釘固定在進(jìn)料壓輥上。
在機架上通過一組軸承座來支撐切碎機主軸，在主軸上安裝有大刀盤，大刀盤前端安裝有三組動刀，大刀盤后端安裝有三組柔切板，大刀盤前后安有3組12塊錘片，下筒為一便于出料的傾斜的結(jié)構(gòu)，安裝在機架上，下筒內(nèi)安裝有一物料過濾網(wǎng)篩。進(jìn)料筒安裝在筒蓋上，在進(jìn)料筒內(nèi)框右邊安裝有一定刀。
（2）切碎的工作原理，啟動開關(guān)、電動機轉(zhuǎn)動，電動機通過V帶輪同時帶動主軸與減速器，主軸的轉(zhuǎn)動從而帶動大刀盤轉(zhuǎn)動，大刀盤上的動刀及柔切板、錘片一起轉(zhuǎn)動；另一路V帶輪帶動減速器，減速器輸出軸鏈輪帶動輸草壓輥鏈輪從而使輸草壓輥轉(zhuǎn)動。工作時，當(dāng)人工地把秸稈放入長料輸入料斗時，輸料壓輥通過輥上拔點拔入并壓緊輸進(jìn)秸桿，秸桿就被飛速轉(zhuǎn)動的動刀和進(jìn)料斗下的定刀切斷，斷料落入圓筒中又被飛速轉(zhuǎn)動的垂片垂打與揉拔板和揉搓板揉碎，切碎又經(jīng)粉碎后的物料從過濾網(wǎng)篩漏下從出料口輸出。
如果物料為短料，可從短料斗放入物料，物料進(jìn)入筒內(nèi)可被飛速轉(zhuǎn)動的垂片及揉拔板和揉搓板粉碎后從過濾篩漏下，從出料口出料。
1.電動機 2.帶輪 3.減速器 4.下筒 5.大帶輪 6.機蓋 7.短料斗 8.長料斗 9.輸料壓輥
圖1 切碎機的結(jié)構(gòu)
Figure 1 The structure of the email
2.2 預(yù)期結(jié)果
本秸稈切碎機，結(jié)構(gòu)緊湊合理，零件加工方便，操作簡便，質(zhì)量好，生產(chǎn)效率高，自動輸料秸桿切碎長度可調(diào)，帶有粉碎、揉切功能；減輕了勞動強度，改善了勞動條件，提高了勞動生產(chǎn)效率。本切碎機的主要作用對象是生物質(zhì)秸稈，調(diào)節(jié)定刀與動刀的間隙，可切碎2-20長的物料，更換不同規(guī)格的網(wǎng)篩，可加工不同規(guī)格的物料。
1.機架 2.電機架 3.電動機 4.皮帶 5.輸料壓輥 6.揉搓板 7.動刀 8.錘片 9.減速器 10.出料口
圖2 工作原理圖
Figure 2 Principle of work
3 主要技術(shù)參數(shù)的確定和計算
3.1 飛刀數(shù)量的確定
由文獻(xiàn)[1]可知，非強制性盤式秸稈粉碎機的生產(chǎn)能力為（實積）為
(1)
式中：——設(shè)備時間利用系數(shù)，取；
——工作時間利用系數(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；
——秸稈平均長度，mm；
——原料的斷面積，mm2；
取，，，，，
(2)
則 ，圓整為
故由生產(chǎn)率可選飛刀的數(shù)量為3把。
3.2 飛刀伸出量的確定
普通（少刀）盤式機的刀盤上裝有把飛刀，飛刀在刀盤上的安裝一般使其刀刃相對刀盤半徑沿轉(zhuǎn)動方向向前傾斜布置。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），其大小影響秸稈切碎的長度，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，屬無級調(diào)節(jié)，精度較高。盤式機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構(gòu)的。大多數(shù)盤式秸稈粉碎機不設(shè)強制進(jìn)料機構(gòu)，僅有進(jìn)料槽（又稱喂料槽）。進(jìn)料槽相對刀盤平面的安裝角度影響自由進(jìn)料時切碎的秸稈長度[2]。
圖3 秸稈切割長度與進(jìn)料槽安裝角的關(guān)系圖
Figure 3 The relationship of Chip length and the trough installation angle
如圖所示，為平盤平面，為進(jìn)料槽的中心線，平行于刀盤軸線，其值等于刀盤伸出量，則秸稈切碎的長度為：
即 (3)
式中：—飛刀伸出量；
—傾斜角，即進(jìn)料槽的中心線與水平面間的夾角；
—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。
設(shè)切削秸稈長度，水平進(jìn)料方式時，，，則飛刀伸出量。
3.3 電動機的選型
考慮到設(shè)計的生物質(zhì)秸稈切碎機適用對象為小型養(yǎng)殖場、專業(yè)戶和個體農(nóng)戶,故電動機電壓應(yīng)選用220V.再考慮到所受的載荷不大,所需動力不是很大,選用小功率的電動機。綜合各方面因素,選用YL系列電動機[3]。
YL系列電動機是新型高效節(jié)能產(chǎn)品,具有體積小、容量大,起動及運轉(zhuǎn)性能優(yōu)越等特點,符合國際標(biāo)準(zhǔn)IEC的有關(guān)規(guī)定,并實現(xiàn)同一機座號單、三相異步電動機等級相同,提高了單、三相電動機的互換性和通用性,被廣泛應(yīng)用于冷凍機、泵、風(fēng)機、小型機床以及農(nóng)副業(yè)和家用電器等方面。選定電動機的型號為：YL801-4。
表1 電動機的主要參數(shù)
Table 1 Main parameters of motor
型號 額定電壓 額定功率 同步轉(zhuǎn)速 頻率 效率
YL801-4 220V 0.55KW 1500r/min 50HZ 68%
4 主要部件的設(shè)計計算
4.1 帶傳動的設(shè)計計算
4.1.1 切碎機主軸V帶傳動的計算
根據(jù)參考資料[1]表3得：選擇帶傳動的傳動比為i=3.4；電動機功率P=0.55；轉(zhuǎn)速=1500
（1）確定計算功率P,由參考資料表8-7查得工作情況系數(shù)，故
1.1×0.55=0.605 (4)
（2）選擇V帶的帶型,根據(jù)P﹑由參考資料[1]圖8-11確定選用Z型
（3）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗算帶速
1）初選電動機帶輪的基準(zhǔn)直徑。由參考資料[1]表8-6和8-8，取電動機帶輪的基準(zhǔn)直徑=71。
2）驗算帶速，按參考資料[1]式（8-13）驗算帶的速度
(5)
因為5 <<30，故帶速合適。
3）計算主軸大帶輪的基準(zhǔn)直徑。根據(jù)參考資料[1]式（8-15a），計算主軸大帶輪的基準(zhǔn)直徑
(6)
根據(jù)參考資料[1]表8-8，圓整為=250。
（4）決定V帶的中心距和基準(zhǔn)長度
1)根據(jù)參考資料[1]式（8-20），
(7)
初定中心距為=300
2）由參考資料[1]式（8-22）計算帶所需的基準(zhǔn)長度
(8)
1102.4
由參考資料[1]表8-2選帶的基準(zhǔn)長度=1120
3）計算實際中心距
308.8 (9)
考慮到帶輪的制造誤差﹑帶長誤差﹑帶的彈性以及因帶的松弛而產(chǎn)生的補充張緊的需要，常給出中心距的變動范圍
342.4 (10)
304.2
（5）驗算電動機帶輪上的包角
(11)
（6）計算帶的根數(shù)
1）計算單根V帶的額定功率，由=71和=1500，查參考資料[1]表8-4a得=0.31；根據(jù)=1500，i=3.4和Z型帶，查參考資料[1]表8-4b得=0.03；查參考資料[1]表8-5得包角修正系數(shù)=0.91，表8-2得帶長修正系數(shù)=1.08，于是
0.33 (12)
2）計算V帶的根數(shù)
=1.83 (13)
取2根
（7）計算單根V帶初拉力的最小值,由參考資料[1]表8-3得Z型帶的單位長度質(zhì)量=0.06 ，所以
(14) 51.8
應(yīng)使帶的實際初拉力>。
（8）計算壓軸力
198.5 (15)
4.1.2 減速器V帶輪的計算
根據(jù)參考資料[1]表3得：選擇帶傳動的傳動比為=1.1；電動機功率P=0.55；轉(zhuǎn)速=1500；電動機帶輪的基準(zhǔn)直徑=71。
（1）確定計算功率,由參考資料表8-7查得工作情況系數(shù)，
0.605 (16)
（2）選擇V帶的帶型,根據(jù)﹑由參考資料[1]圖8-11確定選用Z型
（3）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗算帶速
1）計算減速器帶輪的基準(zhǔn)直徑。由參考資料[1]式（8-15a），計算減速器小帶輪的基準(zhǔn)直徑
78.1 (17)
根據(jù)參考資料[1]表8-8，圓整為=75。
2）驗算帶速，按參考資料[1]式（8-13）驗算帶的速度
(18)
因為5 <<30，故帶速合適。
（4）決定V帶的中心距和基準(zhǔn)長度
1)初定中心距為=450
2）由參考資料[1]式（8-22）計算帶所需的基準(zhǔn)長度
(19)
1127.7
由參考資料[1]表8-2選帶的基準(zhǔn)長度=1250
3）計算實際中心距
511.2 (20)
考慮到帶輪的制造誤差﹑帶長誤差﹑帶的彈性以及因帶的松弛而產(chǎn)生的補充張緊的需要，常給出中心距的變動范圍
548.7 (21)
492.5
（5）驗算電動機帶輪上的包角
(22)
（6）計算帶的根數(shù)
1）計算單根V帶的額定功率，由=71和=1500，查參考資料[1]表8-4a得=0.31，根據(jù)=1500，i=1.1和Z型帶，查參考資料[1]表8-4b得=0.01，查參考資料[1]表8-5得包角修正系數(shù)=0.99，表8-2得帶長修正系數(shù)=1.11，于是
0.35 (23)
2）計算V帶的根數(shù)
=1.73 (24)
取2根
（7）計算單根V帶初拉力的最小值,由參考資料[1]表8-3得Z型帶的單位長度質(zhì)量=0.06 ，所以
(25) 45.2
應(yīng)使帶的實際初拉力>。
（8）計算壓軸力
180.8 (26)
4.1.3 帶輪的設(shè)計
（1）此處帶輪的材料，采用鑄鐵，材料牌號為HT200。
（2）帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要是根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑選擇結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)帶的截型確定輪槽尺寸，參考文獻(xiàn)[1]表（8-10），帶輪的其它結(jié)構(gòu)尺寸可參照參考文獻(xiàn)[1]圖（8-12）所列經(jīng)驗公式計算，確定了帶輪的各部分尺寸后，即可繪制出零件圖，并按工藝要求注出相應(yīng)的技術(shù)條件等。
由以上的計算可知：電動機的V帶輪選實心式；主軸V帶輪選孔板式；減速器V帶輪選實心式。結(jié)構(gòu)如圖所示：
圖 4 大、小帶輪結(jié)構(gòu)
Figure 4 The structure of pulley
4.2 減速器的設(shè)計
由電動機功率P=0.55；轉(zhuǎn)速=1500；V帶傳動的效率0.96得，減速器輸入軸的輸入功率為：0.528；減速器輸入軸轉(zhuǎn)速為1363.6；機器工作環(huán)境溫度為；減速器傳動比25。
根據(jù)使用條件，選擇CW型圓弧圓柱蝸桿減速器,由于減速器的使用條件與參考資料[2]中表15-2-46規(guī)定的應(yīng)用條件不一致，故應(yīng)進(jìn)行有關(guān)選型計算。
4.2.1 減速器的計算
（1）確定減速器計算輸入功率，查參考資料[2]表15-2-50和表15-2-51，取工作載荷系數(shù)=0.8；啟動頻率系數(shù)=1,于是0.422。
（2）確定減速器計算輸入熱功率，查參考資料[2]表15-2-52和表15-2-53，取小時載荷率=1；環(huán)境溫度系數(shù)=1.44，于是0.76。
（3）初選CW型圓弧圓柱蝸桿減速器的型號，按照計算結(jié)果的最大的值，減速器傳動比25，1363.6，選擇號安裝方法，由參考資料[2]中表15-2-46初選減速器為中心距63，額定輸入功率1.38，額定輸出轉(zhuǎn)矩為162。
（4）驗算加速器是否符合要求[4]
1）計算減速器的輸入轉(zhuǎn)矩，電動機轉(zhuǎn)矩
3.5 (27)
查表得V帶傳動的效率0.96；傳動比為=1.1，于是減速器輸入軸轉(zhuǎn)矩
3.7 (28)
2）計算減速器輸出轉(zhuǎn)矩，查參考資料[2]中表15-2-48得減速器的效率為0.835，傳動比25，于是減速器輸出軸轉(zhuǎn)矩
77 (29)
滿足要求
4.2.2 確定減速器的型號
根據(jù)上述結(jié)果選擇CW型圓弧圓柱蝸桿減速器的型號為：CW63-25-F。
選擇潤滑油牌號為N680
4.3 鏈傳動的設(shè)計計算
與帶傳動相比，鏈傳動能保持準(zhǔn)確的平均傳動比，傳動效率較高；作用在軸上的壓力較?。绘湕l采用金屬材料制造，在同樣的條件下，鏈傳動的整體尺寸較小，結(jié)果較為緊湊[5]。與齒輪傳動相比，鏈傳動的制造與安裝精度要求較低，成本低。根據(jù)設(shè)計要求，在減速器和輸料壓輥之間采用鏈傳動；考慮到輸料壓輥的工況條件，轉(zhuǎn)速較低，一般選擇滾子鏈；輸料壓輥工作時無劇烈振動及沖擊，轉(zhuǎn)速較低，選擇40鋼，經(jīng)過淬火、回火熱處理后的齒面硬度為40-50HRC[6]。
4.3.1 鏈傳動的計算
（1）傳動比取，主動鏈輪轉(zhuǎn)速
54.5 (30)
減速器的輸出功率
0.439。 (31)
（2）選擇鏈輪齒數(shù)，根據(jù)設(shè)計條件取小鏈輪齒數(shù)11，大鏈輪的齒數(shù)為13。
（3）確定計算功率，查參考資料[1]表9-6得工況系數(shù)1，由圖9-13得主動鏈輪齒數(shù)系數(shù)2.5，單排鏈，則計算功率為
1.1。 (32)
（4）選擇鏈條型號和節(jié)距，根據(jù)=1.1及54.5查參考資料[1]圖9-11，可選12A-1。查參考資料[1]表9-1，鏈條的節(jié)距為=19.05。
（5）計算鏈節(jié)數(shù)和中心距，初選中心距
(33)
取800，相應(yīng)的鏈長節(jié)數(shù)為
(34)
95.98
取鏈長節(jié)數(shù)96節(jié)
（6）計算鏈速，確定潤滑方式
0.19 (35)
由=0.19 和鏈號12A-1，查參考資料[1]圖9-14可知潤滑方式應(yīng)采用定期人工潤滑。
（7）計算壓軸力，有效圓周力為
2310 (36)
4.3.2 鏈輪的基本參數(shù)和主要尺寸
根據(jù)參考資料[1]表9-3和表9-4的計算公式得出鏈輪的主要尺寸
表2 鏈輪的主要尺寸
Table 2 Main dimensions of chain
名稱 符號 主動鏈輪 從動鏈輪
分度圓直徑 68 79
齒頂圓直徑 71 82
齒根圓直徑 52.12 63.12
齒高 5 5
確定的最大軸凸緣直徑 45.7 57.1
表3 鏈輪軸向齒廓尺寸
Table 3 The sprocket axial tooth profile size
名稱 符號 主動鏈輪 從動鏈輪
齒寬 11.94 11.94
齒側(cè)倒角 2.48 2.48
齒側(cè)半徑 19.05 19.05
齒全高 11.94 11.94
4.4 切碎機主軸的設(shè)計計算
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是根據(jù)軸上零件的安裝﹑定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸[7]。
4.4.1 切碎機主軸的計算
（1）求主軸上的功率，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，選擇帶傳動的傳動比為i=3.4。
取V帶傳動的效率為0.96，則
0.528 (37)
441 (38)
于是
11434 (39)
（2）初步確定軸的最小直徑，先按參考資料[1]中，式15-2初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)參考資料[1]表15-3，取112，于是得
12 (40)
主軸的最小直徑顯然在軸的兩端。
4.4.2 切碎機主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
（1）軸上零件的定位，固定和裝配，將刀盤安放在箱體中央，用螺紋固定，相對兩軸承對稱分布，用軸承座固定在箱體兩側(cè)，將帶輪安排在軸端，用軸肩和平鍵加以固定[8]。
（2）確定軸各段直徑和長度
1）根據(jù)軸的最小直徑，考慮到軸的剛度和振動，現(xiàn)取24，為了滿足皮帶輪上的軸向定位要求，軸段右端需制一軸肩，故取段直徑為30，由于皮帶輪的尺寸28，故取27。
2）初步選擇滾動軸承，根據(jù)參考資料[2]，參照工作要求并根據(jù)30，初選軸承為調(diào)心球軸承1206，其尺寸為，故取30；根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求,取端蓋的外端面與大帶輪右端面間的距離故取65，16。軸承右端需軸肩固定，故取35。為方便軸承的固定，根據(jù)軸承型號1206，參照參考資料[2]表6-2-104初選選擇滾動軸承座型號為，其主要參數(shù)如表
表4 軸承座的主要參數(shù)
Table 4 Main parameters of bearing
30 35 62 30 82
3）根據(jù)切削長度要求，取刀盤到箱體壁的距離為50，刀盤的直徑為300，厚12，取120。
已初步確定了軸的各段直徑和長度。
（3）軸上零件的周向定位，大帶輪的周向定位采用平鍵定位。按24由參考資料[2]表6-1查得平鍵截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為25，同時為了保證帶輪與軸配合有良好的對中性，故選擇帶輪輪轂與軸的配合公差為。滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合配合來保證的，此處選軸的尺寸公差為。刀盤的周向定位由與軸的螺紋聯(lián)接和雙鍵聯(lián)接實現(xiàn)[9]。
（4）確定軸上圓角和倒角的尺寸，由參考資料[2]表15-2取軸端的倒角為。
（5）軸的結(jié)構(gòu)圖，根據(jù)計算結(jié)果，結(jié)合實際工作條件，繪出主動軸的結(jié)構(gòu)圖[3]
圖5 切碎機主軸的結(jié)構(gòu)
Figure 5 The structure of spindle email
4.4.3 切碎機主軸的校核
（1）求主軸上的載荷，首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計算簡圖。在確定軸承的支點位置時，應(yīng)從手冊中查取值。對于1206型調(diào)心球軸承，由文獻(xiàn)中查得。根據(jù)軸的計算簡圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖[10]。
從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面C是軸的危險截面?，F(xiàn)將計算處的截面C處的、及的值列于下表。
表5 主軸受力情況
Table 5 Force of spindle
載荷 水平面 垂直面
支反力
彎矩
總彎矩
扭矩
（2）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度，進(jìn)行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度。根據(jù)表數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取，軸的計算應(yīng)力：
(41)
前已選定軸的材料為45鋼，正火處理，由文獻(xiàn)[1]表15-1查得。因此，故安全。
圖9 主軸受力情況圖
Figure 9 The force of spindle
（3）精確校核軸的疲勞強度
1）判斷危險截面，根據(jù)應(yīng)力集中對軸的疲勞強度的影響，和受載的情況，由彎矩和扭矩圖可知B截面所受彎矩和扭矩的最大，只需校核截面III即可[11]。
2）截面III左側(cè)抗彎截面系數(shù)：
(42)
抗扭截面系數(shù)：
(43)
截面III左側(cè)的彎矩M為：
(44)
截面上的彎曲應(yīng)力：
(45)
截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力：
(46)
軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)[4]得，，。
截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及按文獻(xiàn)[4]附表3-2查取。因，，經(jīng)插值后可查得，，，又軸的材料的敏性系數(shù)為，，，故有效應(yīng)力集中系數(shù)為：
(47)
由文獻(xiàn)[4]的尺寸系數(shù)；扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)，軸按磨削加工，得表面質(zhì)量系數(shù)為，，軸未經(jīng)表面強化處理，即，則綜合系數(shù)為：
(48)
查手冊[3]得碳鋼的特性系數(shù)：，??；，取，于是，計算安全系數(shù)值，則
(49) 故可知其安全。
3）截面III右側(cè)抗彎截面系數(shù)，
（50）
抗扭截面系數(shù)，
（51）
截面III的彎矩為：
（52）
截面上的彎曲應(yīng)力：
（53）軸按磨削加工，得表面質(zhì)量系數(shù)為，，故得綜合系數(shù)為：
（54）
所以軸在截面III右側(cè)的安全系數(shù)為：
（55）
故該軸在截面III右側(cè)的強度也是足夠的[12]。
4.4.4 滾動軸承的校核
（1）計算當(dāng)量載荷，軸承的預(yù)計壽命，查參考資料[2]表6-2-56，知1206型調(diào)心球軸承，，，，。
1）已知，兩軸承的徑向反力，，由選定的調(diào)心球軸承1206，軸承內(nèi)部的軸向力
(56)
(57)由，故，
，，查參考文獻(xiàn)[2]可得，由于，故；,故
2）計算當(dāng)量載荷、，由參考文獻(xiàn)[2]取，則
(58)
（2）軸承壽命校核
由于，取，圓錐滾子軸承，取，
查文獻(xiàn)得1206型調(diào)心球軸承的，則
(59) 故滿足預(yù)期壽命。
4.5 輸料機構(gòu)的設(shè)計
4.5.1 輸料壓輥的設(shè)計
本設(shè)計中采用輥壓輪對秸稈進(jìn)行進(jìn)給，輥壓輪的外緣直徑為，為了提高喂入效率，喂入口部分的壓輥采用鋸齒狀結(jié)構(gòu)[13]。
（1）計算輸料壓輥的轉(zhuǎn)速，由切碎機的整體結(jié)構(gòu)可得，輸料壓輥的轉(zhuǎn)速與從動鏈輪的轉(zhuǎn)速一致，即
45.4 (60)
（2）支撐軸承的選擇，由于輸料壓輥所受載荷不大，根據(jù)參考資料[2]表6-2-52，選擇深溝球軸承型號為，，，寬度，其徑向承載能大，滿足設(shè)計要求，根據(jù)轉(zhuǎn)速選擇脂潤滑，密封裝置采用毛氈式。
（3）輸料壓輥的結(jié)構(gòu)圖
圖6 輸料壓輥的結(jié)構(gòu)
Figure 6 The structure of transporting pressure stick
4.5.2 進(jìn)料槽的設(shè)計
進(jìn)料槽的尺寸根據(jù)刀盤的直徑確定，方形進(jìn)料槽的寬度一般為倍刀盤直徑，其長度取決于原料的長短。
由于本次設(shè)計的切碎機主要是切削成捆的秸稈，最大切削直徑為，故設(shè)計進(jìn)料槽的尺寸為，進(jìn)料槽的長度較長，方便自由進(jìn)料。只要把成捆的原料放入進(jìn)料槽，便可實現(xiàn)自由進(jìn)料[14]。
4.6 刀盤部分的設(shè)計
4.6.1 動刀的設(shè)計
（1）刀片材料的選擇, 刀片材料選用優(yōu)質(zhì)合金鋼，保證強度要求。
（2）刀片形狀的選擇,切刀的刀刃有直線型與曲線型幾何形狀。
圖7 各種幾何形狀的刀刃
Figure 7 All kinds of the geometry of the blade
在本次設(shè)計中選用直刃口刀進(jìn)行切削。
（3）刀片的安裝,刀片通過螺栓固定在刀盤上，刀片上開有四個螺栓孔[15]。
4.6.2 錘片的設(shè)計
（1）錘片標(biāo)準(zhǔn)
表6 錘片的標(biāo)準(zhǔn)
Table 6 standard of Hammer
形式 L h b d A B
120 900.30 40 16.50 2 5
180 1400.30 50 20.50 5 8
140 1000.30 60 30.50 5 8
(2)錘片的結(jié)構(gòu)圖
圖8 錘片的結(jié)構(gòu)
Figure 8 The structure of Hammer
(3)加工物料的合格率取決于物料在揉切室內(nèi)受到打擊、揉切的次數(shù)。而影響揉切次數(shù)的主要因素是錘片的數(shù)量、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速、揉搓板和錘片外端面到揉搓室內(nèi)壁間間隙大小。錘片是揉搓機的重要部件，錘片的數(shù)量不應(yīng)過多或過少，若數(shù)量過多，在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速一定的情況下，揉搓次數(shù)增加，加工后的物料過細(xì)，單位物料耗電高、生存率下降[16]。
錘片數(shù)量計算公式為：
(61)
式中 —錘片的厚度（），；
—錘片密度因數(shù)，；
—揉搓室寬度，；
取錘片的數(shù)量為12，考慮到轉(zhuǎn)子數(shù)較高和動平衡，將12個錘片分成3組，按雙頭螺旋對稱分布，安裝在4根銷軸上。錘片的形狀標(biāo)準(zhǔn)化，選用2型矩形錘片。錘片末端線速度是揉搓機的重要參數(shù)之一，提高錘片末端線速度，可提高機器的揉搓能力。若速度過高，機器工作的穩(wěn)定性下降，對機器的制造工藝要求和成本將會提高；若速度過低，物料的加工合格率下降。因此，錘片末端線速度的取值必須同時滿足加工質(zhì)量和生產(chǎn)率的要求。其值一般在38~80范圍內(nèi)?？紤]到上述兩個方面和現(xiàn)有同類型機械，根據(jù)秸稈切碎機的工作情況取錘片末端線速度為40。
5 其他輔助部件的設(shè)計
5.1 搓板的設(shè)計
搓板是安裝在機蓋圓半壁上的齒形板，沒有斜度，然后每隔三度打斷三度的弧長的齒[17]。
5.2 出料斗的設(shè)計
出料斗是保證出料順利，根據(jù)整機的特點，出料斗設(shè)計成矩形和梯形相結(jié)合的形狀，安裝在箱體的底部，由一塊鐵扎制的鋼板通過剪切，彎折，最后焊接而成，保證出料方便[18][19]。
5.3 機架的設(shè)計
根據(jù)零件的裝配合定位特點設(shè)計機架，機架要起到支撐整機的功能，設(shè)計采用兩平行的支角來支撐，進(jìn)料斗，出料斗采用焊接[20]。
圖10 機架的結(jié)構(gòu)
Figure 10 The structure of frame
6 總結(jié)
通過以上的設(shè)計，讓我更加熟練的掌握了一般機械設(shè)計的步驟，通過查閱各種文獻(xiàn)資料也增長了各方面的知識。如刀具的設(shè)計和機架的設(shè)計，同時通過對切割機的設(shè)計。也讓自己深深體會到理論設(shè)計和實際需求之間曾在這一定的差距。在設(shè)計中不僅要從繪圖方面出發(fā)，還要考慮實際加工工藝。讓自己的設(shè)計在現(xiàn)實中是可行的。
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致 謝
本論文是在辛繼紅老師的悉心指導(dǎo)和熱情關(guān)懷下完成的，作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，知識等各方面的不足,必定有許多考慮不周全的地方，如果沒有指導(dǎo)老師的督促和指導(dǎo)，沒有一起做畢業(yè)設(shè)計的同學(xué)對我的幫助和支持,想要圓滿完成這個設(shè)計,過程必定是非常艱辛的。在這里首先要感謝我的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師辛繼紅教授,感謝他在這次畢業(yè)設(shè)計中給予我的幫助和關(guān)懷。辛老師平日里工作繁多，但是在我的畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從查閱資料到設(shè)計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)，并很認(rèn)真的幫助我解決設(shè)計過程中碰到的難題，對一些零部件的設(shè)計上也給了我很多好的建議，這使我的眼界更加的開闊了，也使自己的設(shè)計更加合理。同時我還要感謝四年當(dāng)中對我進(jìn)行教育的各位老師，正是通過這四年的認(rèn)真學(xué)習(xí)，為我的這次順利完成畢業(yè)設(shè)計打下了堅實的基礎(chǔ)。沒有他們的培養(yǎng)教育，我也不可能順利的完成這次畢業(yè)設(shè)計。在此，對辛老師以及四年當(dāng)中對我進(jìn)行教育的各位老師表示我最真誠的尊敬和最真摯的感謝。
由于個人的學(xué)識水平、時間和精力有限，我的畢業(yè)設(shè)計中肯定有許多不盡人意和不完善之處，我將在以后的工作、學(xué)習(xí)中不斷加以思考和完善。
在此由衷感謝答辯組的各位老師對學(xué)生的指導(dǎo)和教誨，我也在努力地積蓄著力量，盡自己的微薄之力回報母校的培育之情，爭取使自己對社會產(chǎn)生一些積極的價值！
附錄
附錄1：錘片A4
附錄2：定刀A4
附錄3：動刀A4
附錄4：揉搓板A4
附錄5：電動機帶輪A4
附錄6：大鏈輪A3
附錄7：主動軸A3
附錄8：大帶輪A2
附錄9：輸料壓輥A3
附錄10：箱蓋A1
附錄11：刀盤A2
附錄12：生物質(zhì)秸稈切碎機裝配圖A0