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菠蘿葉粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)
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摘要
菠蘿葉作為一種重要的生物質(zhì)能源，在我國產(chǎn)量巨大，但至今卻一直沒有得到充分利用；本文根據(jù)菠蘿葉的生物學(xué)特性和力學(xué)特性，制定了菠蘿葉粉碎還田處理的工藝路線，在此基礎(chǔ)上對粉碎刀的類型、刀具的排布等一系列問題進(jìn)行了綜合分析，設(shè)計(jì)了雙輥式菠蘿葉粉碎還田機(jī)，并對其總體結(jié)構(gòu)、工作原理與主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹；雙輥式菠蘿葉粉碎還田機(jī)與輪式拖拉機(jī)配套使用，通過一次作業(yè)即可實(shí)現(xiàn)菠蘿葉粉碎還田的目的，搶農(nóng)時(shí)、省勞力，具有較高的作業(yè)效率；本設(shè)計(jì)將為菠蘿葉的合理利用、菠蘿葉粉碎還田樣機(jī)試制及試驗(yàn)提供重要的理論參考。
關(guān)鍵詞：菠蘿葉；雙輥式；粉碎還田
目 錄
1緒論 1
1.1設(shè)計(jì)的目的與意義 1
1.2菠蘿葉粉碎機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀 1
2總體方案設(shè)計(jì) 2
2.1設(shè)計(jì)原則 2
2.2工作原理 2
3總體方案確定 3
3.1傳動(dòng)裝置的設(shè)置 3
3.2切碎裝置的設(shè)計(jì) 3
3.3粉碎裝置及刀輥的確定 3
3.4總裝配圖的設(shè)計(jì) 4
4 菠蘿葉粉碎作業(yè)原理分析 5
4.1菠蘿葉粉碎機(jī)作業(yè)運(yùn)動(dòng)分析 5
4.2菠蘿葉粉碎刀片運(yùn)動(dòng)方程 5
4.3菠蘿葉粉碎刀片運(yùn)動(dòng)軌跡 6
4.4菠蘿葉粉碎刀片的速度分析 8
4.5菠蘿葉粉碎刀片的加速度 9
5各裝置的參數(shù)選擇與計(jì)算 9
5.1菠蘿葉粉碎機(jī)主要參數(shù)的設(shè)計(jì) 9
5.2切碎部分傳動(dòng)設(shè)計(jì) 13
總 結(jié) 15
致 謝 17
參考文獻(xiàn) 18
畢業(yè)設(shè)計(jì)
1緒論
1.1設(shè)計(jì)的目的與意義
菠蘿又叫做鳳梨，是熱帶地區(qū)很有名的水果，含有豐富的維生素B，能夠緩解人的壓力、助消化。菠蘿含有的酵素有助食物中的生物質(zhì)的分解，利于人體吸收，飽餐之后來幾片鳳梨可去油膩、幫助消化，菠蘿中鉀含量高，適合做為高血壓患者烹煮食物的調(diào)味劑，以取代鹽的使用量【1】。我國菠蘿葉種植面積越60000平方米，菠蘿果實(shí)平均產(chǎn)量17t平方千米，莖葉120-150t平方千米。菠蘿葉除含約有3%的纖維外，還富含我們?nèi)梭w需要的大量微量元素。在菠蘿收獲后對于剩下的菠蘿葉的一般處理方法就是讓菠蘿葉在地里晾曬以后，直接用火對其植株進(jìn)行點(diǎn)燃然后還田。這種處理方式不但會(huì)讓環(huán)境遭到嚴(yán)重警告破壞，還使資源沒有得到很好的利用，最近的幾年在菠蘿葉多方面的開發(fā)利用有了新的成果。以現(xiàn)在的狀況來看，菠蘿葉大部分還是用粉碎機(jī)粉碎拋灑于田間的方法，這樣的方法效率高、速度快，應(yīng)用和推廣起來會(huì)很方便。在廣東種植區(qū)菠蘿葉直接粉碎還田應(yīng)用比較多，相對是地勢平坦的地區(qū)，粉碎還田是目前菠蘿葉利用的主要形式、因此，菠蘿葉粉碎還田工藝與粉碎還田機(jī)械的研究具有重要意義。
1.2菠蘿葉粉碎機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀
1.2.1國外粉碎機(jī)械的發(fā)展?fàn)顩r
巴西、菲律賓等國家的菠蘿葉大部分用于粉碎還田。國外的莖稈還田機(jī)具結(jié)構(gòu)很大成分是具有結(jié)構(gòu)簡單、操作效率高等特點(diǎn)[2]。同時(shí)另有對徑稈根部進(jìn)行處理加工的整株莖稈粉碎還田機(jī)械。到現(xiàn)在為止國外莖稈還田機(jī)機(jī)械普遍向大馬力輪式拖拉機(jī)配套與寬幅的方面發(fā)展，寬幅莖稈粉碎還田機(jī)具采用液壓折疊的方式進(jìn)行運(yùn)輸。菠蘿葉粉碎機(jī)械是寬幅的狀態(tài)下，在有限的范圍內(nèi)能夠獨(dú)自仿形，是為了使工作范圍內(nèi)的根葉粉碎與生長狀況相適應(yīng)。日本運(yùn)用的是在半入式聯(lián)合收割機(jī)的尾部加上粉碎草部件的方式，首次就可以完成整地和根葉粉碎。在大功率、多功能為主的粗飼料粉碎機(jī)具有優(yōu)勢的狀況下，西方國家比較著重制造小型粗飼料粉碎機(jī)，它特點(diǎn)是動(dòng)力消耗小、重量輕、體積小。粉碎刀片沿微銑意大利賽科公司的生產(chǎn)設(shè)備、螺旋線分布的小振動(dòng)、研磨均勻；英國艾里溫公司制造的36MKⅡ型稻草捆粉碎機(jī)，粉碎轉(zhuǎn)子只有六個(gè)鉸錘，結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)能力為2t/h，研磨室的性能和結(jié)構(gòu)進(jìn)一步得到改進(jìn)提高[4]。
1.2.2 國內(nèi)粉碎機(jī)械現(xiàn)狀
如今菠蘿葉粉碎機(jī)現(xiàn)有的技術(shù)缺陷是可靠性和性能上還存在很大問題，并且莖葉粉碎機(jī)的主要工作部件制造質(zhì)量都不高。所以菠蘿葉粉碎機(jī)的發(fā)展方向可以為：
（1)不斷完善和改進(jìn)現(xiàn)有的機(jī)型，增大制造機(jī)型的通用性，還田機(jī)和粉碎機(jī)實(shí)現(xiàn)一體化，一般機(jī)型的主要部件實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，如粉碎機(jī)的刀片、錘片、刀輥等；
(2)提高和改進(jìn)粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能。能耗低、設(shè)計(jì)使用加工性能高的粉碎發(fā)展的方向；
(3)延長機(jī)械部件的工作壽命，提高各部件的工作質(zhì)量；
(4)進(jìn)一步達(dá)成田間機(jī)器作業(yè)的半自動(dòng)化和自動(dòng)化，然后降莖稈粉碎作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度，確保加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)率，朝著大型聯(lián)合機(jī)械作業(yè)、大功率、目標(biāo)發(fā)展；
（5)因玉米秸、麥秸和菠蘿葉等莖稈稈樣式、物理機(jī)械特征都有差別，應(yīng)根據(jù)作物莖稈的不同和區(qū)域特制而設(shè)計(jì)加工適應(yīng)性較強(qiáng)的機(jī)具。
但是，國內(nèi)莖稈粉碎機(jī)依然無法開脫部分技術(shù)問題的困擾。問題是設(shè)備性能差、可靠性低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴、調(diào)節(jié)試用不方便、生產(chǎn)率低、有針對性等。因此，迫切需要進(jìn)一步加強(qiáng)和改進(jìn)菠蘿葉破碎機(jī)的性能，和菠蘿葉粉碎機(jī)是一個(gè)不可替代的部分的莖稈破碎機(jī)。為次本論文著重對菠蘿葉粉碎機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和研究，進(jìn)一步希望在莖桿粉碎機(jī)領(lǐng)域研制出能耗低、生產(chǎn)效率高的機(jī)器，從而在莖桿粉碎機(jī)領(lǐng)域探索出一條新道路。
2總體方案設(shè)計(jì)
2.1設(shè)計(jì)原則
（1）該機(jī)由驅(qū)動(dòng)裝置、粉碎裝置、車輪、框架等主要部分組成，在完全剪切、碰撞、撕裂、壓碎后的離心力作用下，沿磨后的離心力作用下的聯(lián)合作用。
（2）整體機(jī)構(gòu)不要太復(fù)雜，各部件尺寸要合乎要求。部件運(yùn)行流暢，功耗小，切碎粉碎效果要最佳話。
2.2工作原理
本機(jī)是通過三點(diǎn)懸掛機(jī)構(gòu)把整機(jī)縣掛在拖拉機(jī)上，然后由拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出軸連接在菠蘿葉粉碎機(jī)的減速器輸入軸上，經(jīng)過二級(jí)減速器的減速效果，將減速動(dòng)力由減速器的輸出軸輸出連接在小皮帶輪上，經(jīng)過皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)兩個(gè)刀輥的高速旋轉(zhuǎn)，前刀輥為動(dòng)刀，后刀輥我們選用的是Y型的定刀。兩個(gè)刀輥的刀片按照一定的排布保證了粉碎時(shí)達(dá)到不重不漏的效果，首先前刀輥將地表的菠蘿殘珠進(jìn)行切斷然后甩入刀粉碎機(jī)內(nèi)，當(dāng)它流經(jīng)殼和定刀輥遭遇剪切，在下降的過程中定刀和動(dòng)刀同時(shí)作用從而達(dá)到切碎目的，在前刀輥甩刀，后刀輥定刀共同作用下對菠蘿葉進(jìn)行撕裂、碰撞、破碎，經(jīng)一系列操作后的碎葉片再經(jīng)離心力作用從而沿粉碎機(jī)后蓋板排除拋灑地面，完成最終要求的粉碎工作。
3總體方案確定
3.1傳動(dòng)裝置的設(shè)置
傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)目的主要有兩個(gè)：
（1）將拖拉機(jī)的動(dòng)力傳遞給粉碎裝置；
（2）按切碎粉碎的長度要求達(dá)到速度匹配。
3.2切碎裝置的設(shè)計(jì)
切割的雙刀輥是菠蘿葉粉碎機(jī)的重要工作機(jī)構(gòu)，雙刀輥設(shè)計(jì)的是否合理，對消耗功率、粉碎效果以及機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的均勻程度有直接的影響，影響切碎性能的主要因素有：
(1) 切割的時(shí)候不要讓菠蘿葉和切刀產(chǎn)生滑動(dòng)，從而減低切割時(shí)所產(chǎn)生額外功率；
(2) 切刀切的時(shí)候不要產(chǎn)生動(dòng)蕩，菠蘿葉在與動(dòng)刀相遇的時(shí)候不要跑偏；
(3) 切割阻力矩要變化均勻。
3.3粉碎裝置及刀輥的確定
（1）目前現(xiàn)在農(nóng)田的切碎裝置按形式大致分為甩刀式、盤刀式和滾刀式三種。依據(jù)三種刀的不同特性以及優(yōu)缺點(diǎn)，我們所研究的菠蘿葉粉碎機(jī)選用Y型定刀和雙直式甩刀。高速旋轉(zhuǎn)的刀片雙直刀甩刀以切碎為主打擊為輔，且菠蘿葉面厚而油膩多纖因此采用多支撐切斷，在滿足符合的情況下，動(dòng)定刀的間隙要小，排列密度要大。該機(jī)所選用的刀片要經(jīng)過一系列的熱處理，從而具有的良好的抗沖擊性和耐磨性，對菠蘿葉具有較好的粉碎性能。
（2）刀輥則選用動(dòng)刀輥和定刀輥雙刀輥結(jié)合的復(fù)合刀輥。這樣的設(shè)計(jì)，可以減少機(jī)具作業(yè)次數(shù)，提高菠蘿葉的粉碎強(qiáng)度 ，該還田機(jī)采用了前動(dòng)刀后定刀式的雙刀棍結(jié)構(gòu)，在動(dòng)力輸出軸的帶動(dòng)下，兩個(gè)刀輥?zhàn)魍虻母咚傩D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。雙輥式菠蘿莖葉粉碎的刀輥布置如下圖所示，兩個(gè)刀輥分別為前刀輥、后刀輥，前面的甩刀輥起到撿拾和切削最后將菠蘿葉細(xì)碎到所要達(dá)到的目的，后刀輥是為了將菠蘿葉的徹底粉碎。最后在工作的過程中將甩刀的回轉(zhuǎn)半徑與地表相切；，再在后刀輥的表面安裝定刀，為了減少功耗與地面保持一定間隙。
圖3-1 總裝的三維圖
3.4總裝配圖的設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，從而確定了總裝配如下圖所示：
1.車輪 2.側(cè)板 3.定刀輥 4.傳動(dòng)帶 5.彈簧 6.張緊輪 7.動(dòng)刀輥 8.連桿
圖3-2總裝配圖
4 菠蘿葉粉碎作業(yè)原理分析
4.1 菠蘿葉粉碎作業(yè)運(yùn)動(dòng)分析
菠蘿葉粉碎機(jī)是在東方紅954的的牽引下進(jìn)行的菠蘿葉粉碎作業(yè)，在拖拉機(jī)前進(jìn)的過程中粉碎機(jī)也在同步運(yùn)行，因?yàn)椴ぬ}葉是呈蓮花狀生長的，粉碎機(jī)在接觸菠蘿殘珠的同時(shí)粉碎機(jī)的前刀輥首先將菠蘿殘珠向一側(cè)偏斜，然后由甩刀與地面接觸，因?yàn)榧羟辛Φ淖饔?，粉碎機(jī)的橫梁在到達(dá)A點(diǎn)時(shí)（見圖4-1）甩刀作用菠蘿根部，在斜向上的牽引力和高速旋轉(zhuǎn)的刀輥的離心力綜合作用下將植株拔出地表，然后隨著刀輥和側(cè)板、頂板的共同作用下將拔出的殘珠卷到菠蘿葉粉碎機(jī)的兩個(gè)刀輥之間，最后經(jīng)過動(dòng)刀、定刀的相互切削、摩擦、碰撞、撕扯等方式將菠蘿葉粉碎，拋灑于地表。
圖 4-1菠蘿葉割刀示意圖 圖4-2菠蘿葉粉碎示意圖
4.2菠蘿葉粉碎刀片運(yùn)動(dòng)方程
菠蘿葉粉碎還田機(jī)是一種由拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)粉碎刀輥旋轉(zhuǎn)來完成不同粉碎作業(yè)的機(jī)具。它的刀軸采用反轉(zhuǎn)（從機(jī)具的右側(cè)看，轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)槟鏁r(shí)針方向）的運(yùn)動(dòng)形式方式，是一種橫軸臥式反向旋轉(zhuǎn)機(jī)械。在進(jìn)行田間粉碎作業(yè)時(shí)，其主要工作部件（菠蘿葉粉碎還田刀片）的絕對運(yùn)動(dòng)是由兩種簡單運(yùn)動(dòng)合成而得到，即回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為相對運(yùn)動(dòng)，直線運(yùn)動(dòng)為牽連運(yùn)動(dòng)?；剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是刀刀片工作過程中，隨刀軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，圍繞刀軸軸心旋轉(zhuǎn)所形成的運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)是相對于刀軸軸心參考系的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，（記其速度為相對速度Vr，即刀尖的線速度）；另一種運(yùn)動(dòng)是刀軸軸心參考系隨機(jī)組前進(jìn)時(shí)具有的直線運(yùn)動(dòng)（記其速度為牽連速度Ve，即機(jī)組的前進(jìn)速度）。
故，刀片刀尖的絕對速度Va的運(yùn)動(dòng)矢量方程為：
Va=Ve+Vr （4-1）
如果知道刀片的旋轉(zhuǎn)角速度ω 、回轉(zhuǎn)半徑R、機(jī)器的作業(yè)速度Ve時(shí)，經(jīng)由一系列運(yùn)算，就可以求出它的軌跡方程。刀片的運(yùn)動(dòng)軌跡是由刀尖M點(diǎn)連續(xù)運(yùn)動(dòng)形成。以垂直向上為y軸的標(biāo)準(zhǔn)方向，以機(jī)器工作的方向?yàn)閤軸的標(biāo)準(zhǔn)方向，旋轉(zhuǎn)刀軸的軸心O為兩坐標(biāo)軸的交叉點(diǎn)即原點(diǎn)（如圖4-3所示），建立二維坐標(biāo)系。
4-3刀片運(yùn)動(dòng)軌跡圖
以M點(diǎn)在x軸正半軸時(shí)，時(shí)間t的起點(diǎn)，則在t瞬時(shí)，刀尖點(diǎn)M（x，y）坐標(biāo)可表示為：
（4-2）
式中：
ω——刀軸（菠蘿葉粉碎還田刀片）回轉(zhuǎn)角速度（rad/s）；
R——菠蘿葉粉碎還田刀片回轉(zhuǎn)半徑（mm）；
Ve——機(jī)組前進(jìn)的速度（m/s）；
ωｔ——菠蘿葉粉碎還田刀片轉(zhuǎn)角（rad）。
通過整理（4.2）式，便可以得到M點(diǎn)的軌跡方程為：
（4-3）
在旋耕機(jī)研究中，通常引入旋耕速比（刀片刀尖的相對速度與牽連速度比）λ以便于問題得解決，借鑒于此。
則用數(shù)學(xué)公式表示為：
（4-4）
將由式（4.4）的代入式（2.3），整理后便可以得到刀尖M點(diǎn)的軌跡
（4-5）
式（4.5）所表示的曲線為擺線，由此說明，菠蘿葉粉碎還田刀片在作業(yè)過程中運(yùn)動(dòng)軌跡是擺線。
4.3 菠蘿葉粉碎還田刀片運(yùn)動(dòng)軌跡
通過對刀尖M點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行分析，建立了軌跡方程，由軌跡方程可知，與菠蘿葉粉碎還田刀片的運(yùn)動(dòng)軌跡的形狀相關(guān)的參數(shù)為：機(jī)組前進(jìn)速度Ve、刀尖M點(diǎn)的回轉(zhuǎn)半徑R、刀軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω 有關(guān)。由式（4-4）可知，當(dāng)R、Ve和ω 變化時(shí)，即λ 取值范圍變化時(shí)，刀尖M點(diǎn)的軌跡曲線有以下特點(diǎn)：
圖4-4 不同λ對應(yīng)的通用刀片運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖
（1）當(dāng)時(shí)刀片工作軌跡如圖4-4（A）、（B）所示。刀片的運(yùn)動(dòng)方向在任何位置都與機(jī)具的前進(jìn)方向相同，運(yùn)動(dòng)軌跡呈無扣短幅擺線狀，刀片只能對菠蘿葉進(jìn)行一次粉碎，不能對菠蘿葉進(jìn)行反復(fù)的沖擊揉搓。機(jī)組在進(jìn)行菠蘿葉還田作業(yè)時(shí)的速度在0.7～2m/s之間，若刀片以小于2m/s的速度，沖擊砍切菠蘿葉，則不能對菠蘿葉進(jìn)行粉碎，達(dá)不到菠蘿葉粉碎還田的目的。
（2）當(dāng)時(shí)刀片工作軌跡如圖4-4（C）所示。由圖可知，刀片在工作過程中，軌跡曲線是一條余擺線，其所包羅部分存在重合，當(dāng) λ 越大時(shí)，余擺線橫弦也越大，重合部分面積越大。當(dāng)機(jī)組前進(jìn)速度為0時(shí)，即λ 無窮大時(shí)，刀片的運(yùn)動(dòng)軌跡為一圓，此時(shí)橫弦最大，等于2R。
由以上分析可知，當(dāng)λ 越大時(shí)，刀片在工作過程中，能夠?qū)Σぬ}葉進(jìn)行多次沖擊揉搓，有助于提高機(jī)具的粉碎效果；刀片旋轉(zhuǎn)到特定角度范圍時(shí)，刀片刀尖的絕對水平運(yùn)速度為負(fù)值，此時(shí)刀尖的運(yùn)動(dòng)方向與機(jī)組前進(jìn)方向相反，刀片有菠蘿葉有向后拋撒的作用，有利于菠蘿葉均勻的散布在地表。
4.4 菠蘿葉粉碎刀片的速度分析
菠蘿葉粉碎還田刀在作業(yè)時(shí)，刀片沖擊揉搓秸稈過程中，所經(jīng)各處的運(yùn)動(dòng)速度和加速度是不完全相同。刀片的絕對速度是一個(gè)隨時(shí)間變化而不斷變化的的變量。通過式（4-2）對時(shí)間t進(jìn)行求導(dǎo)，可得到刀片沿x軸和y軸的速度方程，見式子（4-5）
(4-5)
由式（4.5）能夠得到刀片的絕對速度va（沖擊菠蘿葉的速度），表示為：
（4-6）
由式（4.6）可知:
刀片轉(zhuǎn)動(dòng)到此位置時(shí)，刀尖(刀片)絕對速度達(dá)到了極值點(diǎn)，分別為最小值和最大值。為保證整機(jī)的粉碎效果，必須使刀尖的最小速度不小于粉碎菠蘿葉所需要的最小速度30m/s即 Va=Vr-Ve大于等于30m/s。刀尖的最小值可表示為如式（4-7）所示。
(4-7)
由于：
（4-8）
故，當(dāng)?shù)都獾幕剞D(zhuǎn)半徑R確定時(shí)，刀尖的線速度（相對速度）Vr 只與刀軸的轉(zhuǎn)速n相關(guān)： (4-9）
將式（4.9）帶入到式（4.7）中
(4-10)
(4-11)
當(dāng):Vmin =30m/s；Vmax =2m/s（當(dāng)菠蘿葉粉碎還田機(jī)田間作業(yè)時(shí)，機(jī)組的前進(jìn)速度在0.7～2m/s之間）； R=250mm時(shí)，刀軸的最小轉(zhuǎn)速為1223r/min
因此，若想保證菠蘿葉粉碎還田的作業(yè)質(zhì)量，必須保證機(jī)具刀輥轉(zhuǎn)度達(dá)到1223r/min以上。為了得到良好的菠蘿葉粉碎質(zhì)量和較高的整機(jī)作業(yè)效率，實(shí)際菠蘿葉粉碎過程中刀輥轉(zhuǎn)速不低于n=1400r/min。
4.5菠蘿葉粉碎刀片的加速度
當(dāng)菠蘿葉粉碎還田刀的刀軸以角速度ω 勻速旋轉(zhuǎn)，機(jī)組以恒定速度v 前進(jìn)時(shí)，刀片刀尖只存在指向刀軸中心的向心加速度a 。則對刀片的速度方程組（4-5）求導(dǎo)，就能夠得到刀片的分加速度方程：
由此可知，刀片刀尖的絕對加速度為：
5各裝置的參數(shù)選擇與計(jì)算
5.1菠蘿葉粉碎機(jī)主要參數(shù)的設(shè)計(jì)
5.1.1回轉(zhuǎn)直徑與粉碎室寬度
在已經(jīng)知道所需要的生產(chǎn)率的前提下，能夠使用公式
式中G——為生產(chǎn)能力 t/h
D——為轉(zhuǎn)子直徑 m
L——為轉(zhuǎn)子長度 m
——為物料粉碎前的密度t/m3 ，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取0.26t/m3
由于生產(chǎn)能力G=18.2m3/h ，經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子直徑D=500mm，轉(zhuǎn)子長度L=800mm，粉碎室寬度B=900mm。
5.1.2粉碎功率的確定
在已知刀片的最大回轉(zhuǎn)直徑D和粉碎室寬度B的乘積可由以下經(jīng)驗(yàn)公式求得（機(jī)械工程手冊第11卷）：
式中 KC——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，常用Kc=0.55-0.75
N——粉碎機(jī)功率kw
u——刀片回轉(zhuǎn)線速度m/s；粉碎菠蘿葉時(shí)u一般取50m/s
計(jì)算取N=30kw，從而選擇拖拉機(jī)的功率和模型。再根據(jù)高速旋轉(zhuǎn)的要求，選擇了東方紅954拖拉機(jī)動(dòng)力。滿載轉(zhuǎn)速為720r/min。
5.1.3菠蘿葉切入的設(shè)計(jì)
菠蘿葉的位置對機(jī)器的切入性能有很大的影響。切入方式可分為切向切入或軸向切入。本粉碎機(jī)采用的是切向切入方式。切線進(jìn)入的三個(gè)情況：起點(diǎn)方向的交點(diǎn)和結(jié)束的葉片軌跡切線或偏差。相切或相交，好的葉片材料抓取性能好，但如果相交太深，就會(huì)出現(xiàn)返料現(xiàn)象，且機(jī)械負(fù)荷波動(dòng)較大。切入線與刀片運(yùn)動(dòng)軌跡想離時(shí)，雖不返料，但物料也不易被刀片抓取，切入性能差。所以本次設(shè)計(jì)選取的是相交式的設(shè)計(jì)。
圖5-1切入方向與刀片運(yùn)動(dòng)軌跡
的相對位置
5.1.4刀片的選擇
粉碎機(jī)刀片的形狀有多種，見圖5-2。其中以長方形刀片的使用壽命長；階梯型刀片性能好；一種適用于破碎較多的纖維飼料的是一種急性角形葉片；適用于粉碎骨頭、貝克和礦物的是組合式葉片。
（a） （b） （c） （d）
a-長方形刀片 b-階梯形刀片
c-銳角形刀片 d-組合形刀片
圖5-2 刀片的形狀
刀片的厚度與所選物品的種類有個(gè)很大關(guān)系；研磨谷物類一般選用的刀片厚度為2～4mm；各種作物根莖稈用約為6mm；骨頭、貝殼等用=6～10mm。故根據(jù)經(jīng)驗(yàn)去刀片厚度=5mm。刀 片粉碎用65Mn鋼，兩段工作區(qū)熱處理后硬度HRC56～62。
綜合考慮各種因素，最終確定選a型長方形的刀片，其示意圖如圖5-5。
圖5-3長方形的刀片
刀片的尺寸可由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
D為轉(zhuǎn)子直徑，a，b，c為上圖所示尺寸
經(jīng)過計(jì)算，確定a=100mm，b=50mm，c=38.5mm。
5.1.5刀片的數(shù)量和分布
刀輥上刀片數(shù)量的多少對索要粉碎物品的質(zhì)量和效率有非常重要的影響，每一個(gè)刀片所承擔(dān)的勞作面積和密度也有關(guān)聯(lián)，合理刀片的數(shù)據(jù)由正交試驗(yàn)得到，并以刀具分布狀況來衡量，我國是一種低密度的粗磨，高密度的細(xì)磨。由試驗(yàn)的數(shù)據(jù)我們可以得出了這樣一組關(guān)系式，關(guān)系式為：
式中 B——粉碎室寬度(m)；
D——轉(zhuǎn)子直徑(m)；
z——刀片數(shù)；
b——刀片厚度(m)；
ε——為常數(shù)，一般取1.0～2.3
由于刀片厚度b=3mm，經(jīng)過估算，取ε=2.08，比較合適，得到z=24。
5.1.6刀片排列方式的確定
目前粉碎機(jī)刀片的排布有以下集中，主要有對稱排列，螺旋線排列，交錯(cuò)分布三種。三種排列的優(yōu)缺點(diǎn)如表5-1：
表5-1刀片排列方式的優(yōu)缺點(diǎn)
排列方式
缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
螺旋線排列
該螺旋線設(shè)置在破碎腔的一側(cè)，葉片不平衡，平衡性差。
刀片在轉(zhuǎn)子上排列均勻，相鄰兩刀片的水平距離相等，對物料的重復(fù)打擊次數(shù)少。
對稱排列
兩個(gè)刀片走一條直線，重復(fù)打擊次數(shù)增多。為了提高效率，我們必須增加葉片數(shù)量，增加耐磨零件和鋼材的消耗量。
平衡性能好，物料在粉碎室內(nèi)分布均勻。
交錯(cuò)排列
破碎室材料交錯(cuò)排列的現(xiàn)象會(huì)使我們刀片使用壽命變短，破碎不穩(wěn)定等現(xiàn)象。
葉片力函數(shù)在平面上，平衡性能好，機(jī)械工作是振動(dòng)小。
考慮到各方面的情況，我們發(fā)現(xiàn)，葉片分布的對稱布置更適合于這種設(shè)計(jì)，所以葉片選擇對稱布置的選擇，如下圖5-4所示
圖5-4 刀片轉(zhuǎn)子
5.2切碎部分傳動(dòng)設(shè)計(jì)
5.2.1動(dòng)力輸出的選擇
在前面粉碎機(jī)功率的選擇確定中已經(jīng)確定了東方紅954拖拉機(jī)為源動(dòng)力輸出。獨(dú)立輸出轉(zhuǎn)速是720r/min。
5.2.2傳動(dòng)比的分配
已知經(jīng)減速器減速的轉(zhuǎn)速n1為360r/min。主軸轉(zhuǎn)速可由如下公式求得：
（5-1）
式中： u為刀片回轉(zhuǎn)線速度（m/s）
D為轉(zhuǎn)子工作直徑（m）
N為主軸轉(zhuǎn)速（r/min）
，所以傳動(dòng)比。
5.2.3軸的選擇計(jì)算與校核
V帶傳動(dòng)效率取η=0.96，則
P2=P1×η=37×0.96=35.52kw
N2=1911r/min
（5-2）
初步確定軸最小直徑：
軸的最小直徑的估計(jì)，根據(jù)公式。所選軸的材料為45鋼，淬火和回火處理。根據(jù)表15-3，取A0=126，于是得：
mm （5-3）
輸出軸的最小直徑是軸的第一段，它和帶輪過盈配合。
按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算：
這種方法是只通過軸的扭矩來計(jì)算軸的強(qiáng)度；如果不受彎矩的影響，應(yīng)當(dāng)考慮減少允許的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的方法。之后對軸進(jìn)行強(qiáng)度的校核時(shí)按照彎扭強(qiáng)度計(jì)算，強(qiáng)度不夠再進(jìn)行調(diào)整。
軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：
（5-4）
式中：——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa；
——軸所受的扭矩，N·mm；
——軸的抗扭截面系數(shù)，mm3；
——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa；
——軸傳遞的功率，kW；
——軸的轉(zhuǎn)速，r/min。
實(shí)心軸的抗扭截面系數(shù)計(jì)算式為：
（5-5）
式中：d—軸的直徑；
由公式可得軸的直徑
得：35.52mm。這樣求出的直徑，只能作為承受扭矩作用的最小直徑dmin ，取dmin=40mm。
Ⅰ-Ⅱ之間裝帶輪，Ⅱ-Ⅲ之間裝軸承端蓋及軸承，Ⅲ-Ⅳ之間裝刀片及分隔板，Ⅳ-Ⅴ之間裝軸承及軸承端蓋，Ⅴ-Ⅵ之間裝端蓋。
根據(jù)周向定位要求確定各段長度與直徑：
1.為了滿足軸上帶輪的配合并符合最小直徑要求，設(shè)計(jì)DⅠ-Ⅱ=60mm，LⅠ-Ⅱ=60mm。
帶輪右邊軸端固定用軸肩固定，所以選擇DⅡ-Ⅲ=65mm，LⅡ-Ⅲ=5mm。
2.初步選擇滾動(dòng)軸承。根據(jù)DⅡ-Ⅲ=60mm，設(shè)計(jì)DⅢ-Ⅳ=60mm，因此選用深溝球軸承6311型。其大小d×D×B=55mm×60mm×29mm。取LⅢ-Ⅳ=46mm。
3.由于Ⅳ-Ⅴ段是為與轉(zhuǎn)子配合的軸，結(jié)合轉(zhuǎn)子的尺寸和壁厚，所以取=205mm，設(shè)計(jì)D=60 mm
4.軸Ⅴ-Ⅵ左邊設(shè)計(jì)軸肩，目的是做轉(zhuǎn)子的軸端固定。取DⅤ-Ⅵ=55，設(shè)計(jì)LⅤ-Ⅵ=30mm。
5.軸Ⅴ-Ⅵ是為了安裝端蓋用的，故同樣取DⅥ-Ⅶ=40mm，LⅥ-Ⅶ=30mm。
設(shè)計(jì)的軸總長為1500mm。如下圖所示。
圖5-5 粉碎軸結(jié)構(gòu)示意圖
按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度：
很據(jù)日常的生活經(jīng)驗(yàn)，取α=0.8，W=0.1d3
故安全。
總 結(jié)
該說明從各個(gè)方面講了一下菠蘿是怎么生長的、菠蘿有什么用處、菠蘿葉有事怎么被處理的等一系列關(guān)于菠蘿的問題，雖然我們可能都吃過菠蘿但是卻不一定見過菠蘿是如何生長的，本文也算給自己和大家普及了一下關(guān)于菠蘿方面的小知識(shí)。本文主要介紹的是關(guān)于菠蘿葉粉碎機(jī)是如何設(shè)計(jì)的，在設(shè)計(jì)的時(shí)候要注意什么一起我們所設(shè)計(jì)的菠蘿葉粉碎機(jī)要滿足一個(gè)什么樣的要求，為此我看了不少相關(guān)的書、上了好多網(wǎng)站去了解了菠蘿和粉碎機(jī)相關(guān)的東西。本機(jī)主要有傳動(dòng)裝置、粉碎裝置和機(jī)架等組成。菠蘿葉粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)中，切碎裝置是一個(gè)關(guān)鍵部位，關(guān)系到整機(jī)的切碎效率和質(zhì)量等技術(shù)問題。本機(jī)切碎裝置采用雙刀輥破碎，破碎能力強(qiáng)，定刀和動(dòng)刀的排列首先保證了對菠蘿葉切時(shí)的不重不漏。
為了這次設(shè)計(jì)我也充分體驗(yàn)到了作為一個(gè)將要畢業(yè)的大學(xué)生，自己學(xué)的東西還是那么的欠缺，給自己的設(shè)計(jì)也帶來了不少的阻力。書到用時(shí)方恨少，設(shè)計(jì)的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)當(dāng)我們上大一、大二的時(shí)候那些老師交給我們的專業(yè)知識(shí)是多么重要，然后我們大部分卻只是為了應(yīng)付考試，在考試后的很短時(shí)間內(nèi)有又東西大部分都還給了老師，自己卻沒有真正的理解，在此也為老師辛勤的付出說聲對不起。萬不得已的我必須重新的去學(xué)習(xí)當(dāng)初自己落下的知識(shí)，或許其中的酸甜苦辣只有經(jīng)歷過了才會(huì)體會(huì)，當(dāng)然因?yàn)樵O(shè)計(jì)時(shí)候要用到許多專業(yè)的知識(shí)，光靠自己并不能完全的理解其中的精華所在，所以說也麻煩了不少次親愛的老師們和同學(xué)們，我的成長也有你們的光環(huán)，在此謝謝您們。
在設(shè)計(jì)的時(shí)候因?yàn)橛卸S圖和三維圖，為此自己在電腦上也安裝了相關(guān)的二維和三維軟件，因?yàn)榘姹镜膯栴}也安裝了不少次，在此期間也給自己腦補(bǔ)了不少關(guān)于計(jì)算機(jī)的知識(shí)?？蓱z之人必有可恨之處，當(dāng)時(shí)的我就像一個(gè)跳梁小丑顯得是那么可笑，現(xiàn)在也理解了為什么提倡活到老學(xué)到老的那種精神。
通過這次設(shè)計(jì)我知道了自己的不足，也知道了在以后生活中該怎么辦、該拿一種什么樣的態(tài)度去對臺(tái)生活，經(jīng)歷了這么多也算給自己好好上了一課。
致 謝
本論文是老師的悉心指導(dǎo)下完成的，老師不僅給我提供了指導(dǎo)性的意見，平時(shí)更是非常關(guān)心論文進(jìn)展的情況，督促、指導(dǎo)我們完成論文。自始至終給我們著無微不至的照顧，在我們最需要的時(shí)候總是默默的為我們付出。在此，向老師表示最真摯的謝意。導(dǎo)師那嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的態(tài)度，科學(xué)求實(shí)的精神及為人處事的優(yōu)秀品質(zhì)使我不僅在學(xué)術(shù)方面，而且在做人處事方面都受益匪淺。另外我還要感謝在設(shè)計(jì)過程中幫到我的身邊同學(xué)、老師，正是通過與大家的相互討論學(xué)習(xí)，加深了我對知識(shí)的理解和運(yùn)用。白駒過隙，大學(xué)四年就這樣悄無聲息接近尾聲，四年來我見識(shí)了很多，也學(xué)習(xí)到了很多。修人修性、修身修德，常懷一個(gè)感恩的心，四年里留下了太多的回憶，也有太多的不舍，懷揣一個(gè)感恩的心，心中對自己的老師、同學(xué)、學(xué)校以及所有幫助過自己的人有太多的留戀。千言萬語匯成一句話：感謝我的生命中有您們。
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