小型玉米秸稈粉碎機的設計

1、泰 山 學 院本 科 畢 業(yè) 設 計小型玉米秸稈粉碎機的設計所 在 學 院 機 械 工 程 學 院 專 業(yè) 名 稱 申請學士學位所屬學科 年 級 學生姓名、學號 指導教師姓名、職稱 完 成 日 期 年 月 日 摘 要隨著我國種植業(yè)的發(fā)展以及農民對資源利用意識的提高，秸稈的處理問題成為目前農村較為關注的問題。之前的農戶一般通過就地焚燒的方式處理秸稈，這樣不僅造成資源的浪費還對環(huán)境產生較壞的影響。近年來傳統(tǒng)農業(yè)規(guī)模轉變?yōu)橐越?jīng)濟作物為主體的農業(yè)，農戶不能像以前用大型的設備集中處理秸稈問題。因此設計一款小型的玉米秸稈粉碎機不僅能夠滿足用戶處理少量秸稈的問題，還能夠解決大型設備造成的浪費。本課題通過作者

2、在家鄉(xiāng)的調研,對大學中學習到機械設計以及力學知識的運用，首先進行了總體結構設計及基本參數(shù)的確定，然后對傳動部分主要零件設計，緊跟著設計了粉碎機結構，最后對主要的工作部件進行了設計并校核。通過一系列的工作，設計了一款專為小型用戶服務的玉米秸稈粉碎機。關鍵詞：秸稈粉碎 小型 設計; ABSTRACTWith the development of planting industry in our country and improving farmers' consciousness of resource utilization, the processing of straw becom

3、e a more focus on the current rural problems.Before the farmers generally processing by means of in situ burning straw, such not only wastes the resources but also produces a bad effect on the environment.Traditional agricultural scale in recent years to cash crops as the main body of agriculture, f

4、armers can't focus on straw with large equipment problems as before.So the design of a small corn stalk crusher can not only meet the users deal with the issue of a small amount of straw, will also be able to solve the waste caused by large equipment.This topic by the author in the research at h

5、ome and in the university to learn the use of mechanical design and mechanics knowledge, first has carried on the overall structure design and the determination of basic parameters, and then to drive part of the main parts design, followed by designing the structure of mill, finally has carried on t

6、he design to the main working parts and check. Through a series of work, designed a model designed for small maize straw crusher user services.Keywords： Straw chopper ; Field; Design; 目 錄摘 要IABSTRACTII目 錄III1引言11.1玉米秸稈粉碎機設計的背景以及研究現(xiàn)狀11.2玉米秸稈粉碎機設計的目的及意義22總體結構設計及基本參數(shù)的確定32.1總體結構32.2工作原理32.3電動機的選擇42.3.1

7、電動機類型和結構的選擇：42.3.2 電動機容量選擇：42.3.3 確定電動機轉速：52.4基本參數(shù)計算以及各軸功率、轉矩分配5基本參數(shù)的計算52.4.2 軸的功率分配62.4.3 軸的輸出轉矩62.5玉米秸稈粉碎機主要參數(shù)73傳動部分主要零件設計73.1帶輪幾何尺寸的確定73.2初選中心距83.3帶的根數(shù)93.4 V帶輪的材料，結構的確定104粉碎機結構的設計114.1粉碎機入口的設計114.2粉碎腔腔體的設計124.3出口的設計124.4機架的設計135刀軸的設計135.1刀軸裝配方案如圖所示:145.2 確定軸的直徑和長度145.3 軸的材料選擇和尺寸的估算145.4 軸的強度校核156

8、主要工作部件的設計156.1秸稈粉碎刀的工作原理156.2甩刀的排列方式166.3甩刀的選擇167總 結17致 謝18參考文獻191引言1.1玉米秸稈粉碎機設計的背景以及研究現(xiàn)狀目前，秸稈在我國的利用一般是從以下三個方面來處理：方面秸稈還田，（整株，粉碎還田）；第二個方面是作為家畜飼料，包括直接飼喂、粉碎飼喂及加工、貯存、微貯等處理后飼喂；第三個方面是作為一些工業(yè)原料利用，如炭化、造紙、編織等。近幾年由于國家農業(yè)政策的鼓勵，糧食直補，農機購機補貼等措施的實施，使農業(yè)機械化水平的不斷提高。在我國整個農業(yè)形勢發(fā)展很快，玉米產量也正在大幅度提高，但是隨之也出現(xiàn)了一些問題，如玉米秸稈也大增，于是清除秸

9、稈成了農民較為難解決的問題。為不影響農耕，按時播種，同時又省事省力，有些農民就直接將秸稈就地焚燒，這樣既浪費資源又污染環(huán)境。玉米秸稈粉碎機就是未解決這一問題而產生的。它是將玉米秸稈粉碎并鋪撒在田里，這樣既環(huán)保又達到了很好的增肥效果。我國耕地面積較大，因此秸稈資源數(shù)量巨大，開發(fā)價值極大，有著很好的開發(fā)利用前景，可以說是廣闊天地，大有作為啊。秸稈問題是糧食生產中的主要副問題之一，同時也是工、農業(yè)生產非常重要的資源，是非常豐富的并切能直接利用的可循環(huán)資源。作為一種豐富的資源，農作物秸稈可用作生產飼料、燃料及造紙、制炭、等的綠色原料。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國現(xiàn)在秸稈年產量大約為6.2億噸，利用率僅占總量的3

10、3，約2億噸，但是在這被利用的這一部分中，很大一部分未經(jīng)處理直接利用，而經(jīng)過技術處理后利用的僅為1600萬噸，僅占被利用總量的2.6。我國農業(yè)生產出現(xiàn)了一些前所未有的問題，一方面，土壤中的有機物含量正在一年一年的人 減少；另一方面，非常多的農作物秸稈不能被很好的利用，于是放火焚燒，這樣既造成資源浪費又造成污染環(huán)境。因此，發(fā)展處理秸稈的機械，提高秸稈的利用率，是解決以上問題的重要提高農業(yè)作物的秸稈綜合的利用效率，是目前發(fā)展高產量、優(yōu)質、高效的農業(yè)生產以及幫助農民奔小康的迫切需要和重要途徑。農作物秸稈的利用關系到整個農業(yè)循環(huán)系統(tǒng)中的土壤肥沃程度、環(huán)境安全與否以及農村能源的能否有效利用的問題，因此引

11、起世界各國的普遍關注，目前已經(jīng)成為可持續(xù)發(fā)展經(jīng)濟最重要的方面。為此，合理地開發(fā)利用秸稈，已經(jīng)發(fā)展成為了一個非常重要的問題，成為農業(yè)生產回收資源利用的新課題。農作物秸稈數(shù)量非常巨大，開發(fā)價值也非常大，有著十分可觀的開發(fā)前景。 持續(xù)農業(yè)已成為世界各國農業(yè)發(fā)展的共同趨勢。面持續(xù)農業(yè)就是：“管理保護自然資源基礎，并調整技術和機構改革方向，以便確保獲得和持續(xù)滿足目前幾代人和今后世世代代人的需求，這種(農業(yè)、林業(yè)和漁業(yè)部門的)持續(xù)發(fā)展能保護土地、水資源、植物和動物遺傳資源，并且不會造成環(huán)境退化，同時技術上適當，經(jīng)濟上可行，能夠被社會接受。”作物秸稈問題也涉及到土壤肥力、水土保持、環(huán)境保護、再生資

12、源有效利用等可持續(xù)發(fā)展問題。土地資源作為農業(yè)生產環(huán)節(jié)中的最基本生產資源，使其可持續(xù)利用是不變的主題。在我國大部分的農田由于長時單一耕作方式，導致土壤的底部產生了堅硬的犁底層，加上多年來從不或者很少施用農家肥，加之大量使用化肥和農藥，因此造成了土壤的嚴重污染，致使我國土地的有機物連年下降，農作物的質量或產量非常不穩(wěn)，這樣不符合可持續(xù)農業(yè)和生態(tài)農業(yè)的發(fā)展思路。如果農田生態(tài)環(huán)境持續(xù)惡化將帶來不堪設想的嚴重災難，因此加強農作物秸稈的合理利用需要引起足夠的重視。 1.2玉米秸稈粉碎機設計的目的及意義該粉碎機是將玉米秸稈粉碎并鋪撒在田里，這樣既環(huán)保又達到了很好的增肥效果。它是一種在玉米聯(lián)合收割機

13、以外使用的機械，作業(yè)的對象是收獲完玉米棒子之后，玉米秸稈還在地里，手工粉碎清理比較麻煩，它很好的彌補了這部分需求，價格適中，適用于中小型的田地，功率也比較適中，應用范圍較廣，有很好的使用前景。我國農業(yè)生產機械化水平與以前相比有了很大的提升，但是于國際的先進水平相比還是有很大的不足，因此，作為一名機械的當代大學生來說，真可謂任重道遠啊。設計玉米秸稈粉碎機只是一個簡單的開始，是對自己的一次檢驗，以后必須更加努力。2總體結構設計及基本參數(shù)的確定2.1總體結構該玉米秸稈粉碎機主要由動力傳動機構、工作部件、箱體、機架等組成。本設計的結構形式為立式結構，刀軸水平配置，粉碎刀安裝在轉軸上在（工作人員面向機器

14、時的坐標系為準）平面內旋轉。動力源為電動機，電動機，通過減速器與大帶輪相連接。然后將動力傳送給工作部件。圖一. 總體結構圖2.2工作原理粉碎機的工作原理是：在該機工作時，電動機輸出軸傳遞的動力經(jīng)萬向節(jié)傳遞給變速齒輪箱，齒輪箱傳遞動力到帶輪。在進行秸稈粉碎工作的過程中，電機軸軸通過聯(lián)軸器、大小帶輪兩級的傳動后，帶動刀軸上的甩刀高速旋轉。當秸稈進到粉碎腔體內后，同時受到刀具的剪切、搓擦和撕拉的作用，從而得到粉碎，粉碎完后在重力以及離心力的作用下被均勻地拋撒于出去，從而成為農業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、工業(yè)的原料。2.3電動機的選擇一般大中型的玉米秸稈粉碎機動力裝置為柴油機，但是本設計是小型玉米秸稈粉碎機，如果選取

15、柴油機作為動力會使整個結構比較笨重不方便搬運，還會造成較大的能量損耗。本設計為小型粉碎機，動力裝置選用電動機，這樣提高了該機器的便捷性。配套電動機的選擇必須依靠粉碎機的要求來進行。電動機應有適當?shù)娜萘縼頋M足要求，如果所選的電動機功率太大，必然會因容量不能充分利用而增加成本，造成功率的浪費；相反，如果容量小太多，就無法保證粉碎機的正常工作質量，或使電動機長期處于過載工作狀態(tài)，導致電動機的壽命減少。考慮到功率儲備以及傳遞過程中的功率損失，所以選擇的電動機的功率必須大于粉碎機的使用功率。2.3.1 電動機類型和結構的選擇：選擇Y系列兩相異步電動機，此系列電動機屬于一般用途的全封閉自扇冷電動機，其結構

16、簡單，工作可靠，價格低廉，維護方便，適用于不易燃，不易爆，無腐蝕性氣體和無特殊要求的機械。 電動機容量選擇：根據(jù)已知條件，電動機工作所需要的有效功率為：  公式（一）總效率 公式（二）式中：V帶傳動效率0.96 滾動軸承效率0.98 由電動機至運輸帶的傳動總效率為： 所以：電機所需的工作功率：  公式（三）因載荷平穩(wěn)，電動機額定功率只需略大于P0即可，按表13-1中Y系列電動機技術數(shù)據(jù)，選電動機的額定功率為11KW。2.3.3 確定電動機轉速：刀軸工作轉速為 = 公式（四）根據(jù)容量和轉速，在表中查出符合的電動機。其中Y160M-4的額

17、定功率為11Kw，輸出轉速為1480 r/min.參數(shù)基本符合要求，故本設計選用Y160M-4型電動機與設備配套。2.4基本參數(shù)計算以及各軸功率、轉矩分配基本參數(shù)的計算現(xiàn)已知粉碎軸及刀軸的工作轉速是n刀軸=2800r/min，電動機的輸出軸的轉速n電機 =1460r/min。所以總的傳動比 （公式五）則帶輪的傳動比 （公式六） 軸的功率分配已知聯(lián)軸器傳動效率，滾動軸承的傳動效率，帶輪的傳動效率。電動機的輸出功率 （公式七）電機軸的輸出功率 （公式八）刀軸的輸出功率 （公式九） 軸的輸出轉矩 電動機輸出轉矩 （公式十） 電機軸的輸出轉矩 （公式十一） 刀軸的輸出轉矩 （公式十二）2.5玉米秸稈粉

18、碎機主要參數(shù)外形尺寸：1000×640×1135作業(yè)幅寬(mm)：840拋撒幅寬(mm)：840整機重量：277粉碎軸轉速(轉/分)：4500 粉碎刀數(shù)(片) Y型刀：8 切碎長度：10cm配套功率：11kw切碎合格率：90%3傳動部分主要零件設計3.1帶輪幾何尺寸的確定確定計算功率：查書中帶傳動表況系數(shù)為: （公式十三） （公式十四） （公式十五）所以 （公式十六） （公式十七）選取帶型：Pca=10.8, n刀軸=2800r/min故選用B帶。選取小帶輪直徑：由設計手冊初選出小帶輪直徑dd1=132mm大帶輪直徑：i=0.52 dd2=253，圓整為250mm。帶輪帶速

19、： （公式十八）V1=27.6m/s； 18.5m/s<V1<28m/s,合適3.2初選中心距 （公式十九）初選中心距267.4< <764，初選=400mm帶初步基準長度： （公式二十）=1408.14mm帶基準長度：查表得：=1400mm實際中心距： （公式二十一） （公式二十二） （公式二十三）故 小帶輪包角： 3.3帶的根數(shù)由小帶輪直徑和轉速，查得 P0 =4.89kw =0.79kw=0.99=125帶的根數(shù)： （公式二十四） z=1.73 z=2所以帶的根數(shù)為2根3.4 V帶輪的材料，結構的確定 帶速V<30m/s時的帶傳動，其帶輪內一般用HT1500

20、或HT200制造，高速時應使用鋼制造，。由于該機帶速為V=27.6m/s，故帶輪材料選用HT200。 在設計帶輪結構時，應使所選的帶輪易于制造，可以避免因制造而產生過大的內應力，重量要輕。V帶輪的結構形式和基準直徑有關， 當帶輪基準直徑dd<2.5d（d為安裝帶輪的軸的直徑，mm）時，可采用實心式； 當dd300mm時，可采用腹板式； 當dd300mm，同時D1-d1100mm時，可采用孔板式； 當dd>300mm時，可采用輪輻式。由上表可知，dd1=132mm；dd2=250mm，則：大小帶輪可以均采用腹板式，結構如圖所示。圖二. 小帶輪示意圖圖三. 大帶輪示意圖4粉碎機結構的設

21、計4.1粉碎機入口的設計粉碎機的入口如圖所示，主要考慮的原因主要有以下幾個:1、填裝的效率，2、安全性能。為了這兩方面的原因入口的設計如下：采用5o 的斜坡設計能夠利用重力的作用使填裝時的秸稈能夠按照比較順利地進入粉碎腔內從而不會發(fā)生秸稈的倒滑（逆著人們做預想的方向，往粉碎強相反的方向滑動）。由于玉米秸稈的長度較大，所以入口底盤比較長，盡量使秸稈能夠較完整的在底盤上滑動。圖四. 入口示意圖從安全的角度講，入口的側板能夠防止秸稈在切割與撕扯的過程中與粉碎腔的壁面發(fā)生擠壓，造成秸稈對人體的敲打。有了側板會使秸稈相對比較順滑。另外較長的底板設計也是考慮到工作者將手深入到粉碎強而造成的人體傷害。4.2

22、粉碎腔腔體的設計在該設計中粉碎腔是玉米秸稈粉碎機最主要的工作部位，粉碎的過程就發(fā)生在該部位。該部位主要考慮的因素是粉碎過程中的流暢性。但是由于有殼體的保護使安全問題得到了很大的保證，所以該部位的設計中將工作的流暢性作為設計重點。我們把玉米秸稈看成流體，根據(jù)流體力學的性質中急彎能夠減小湍流的發(fā)生，因此在設計入口與腔體的連接部位采用的是相切位置關系，這樣不會由于急彎，直角等部位發(fā)生阻塞。甩刀設計（后文中提到）的切割直徑是113*2=226mm，甩刀的與腔體最小的最小間隙是（250-226）/2=7mm這樣既能保證在工作過程中的流暢性，又不至于秸稈在縫隙中漏掉。 4.3出口的設計出口的設計如圖所示，

23、粉碎機的出口主要考慮的原因主要有以下幾個:1、秸稈的及時排出，2、安全性能，3、流暢性。圖五. 出口示意圖與入口相似，我們把玉米秸稈看成流體，根據(jù)流體力學的性質中急彎能夠減小湍流的發(fā)生，因此在設計入口與腔體的連接部位采用的是相切位置關系，這樣不會由于急彎，直角等部位發(fā)生阻塞。因此，在出口與粉碎腔的連接部位采用的也是相切的位置關系。秸稈順利的排出依靠的主要也是重力，以及甩刀產生的離心力。 4.4機架的設計機架的設計如圖所示，任何機架的設計首先必須保證機器的特定工作要求。保證機架上安裝的零部件能順利運轉，機架的外形或內部結構不致有阻礙運動件通過的突起；設置執(zhí)行某一工況所必需的平臺；保證上下料的要求

24、、人工操作的方便及安全等。本文采用的是框架式的機架，能夠保證機架上安裝的零部件能順利運轉，機架的外形或內部結構沒有有阻礙運動件通過的突起。與工作部位的連接采用的是螺紋連接，更換方便快捷，機架之間采用的是焊接，結構穩(wěn)定，牢固。圖六. 機架示意圖在必須保證特定的外形條件下，對機架的主要要求是剛度?；A部件的剛性足夠，在工作的重力、夾緊力、摩擦力、慣性力和工作載荷等的作用下，不會產生變形，振動或爬行，不會影響產品定位精度、加工精度及其它性能。5刀軸的設計5.1刀軸裝配方案如圖所示:圖七. 刀軸裝配方案如圖所示，周上零件的固定安排如下：帶輪的周向以鍵保證；軸承的周向固定以鍵保證，軸向運動以軸肩為保證；

25、刀的固定依靠螺母保證。5.2 確定軸的直徑和長度軸的軸徑計算見下文。軸上有三個鍵槽，最小的直徑為右端帶輪處，寬度取14mm，安裝軸承的直徑取15mm，軸承選用7008c型號。兩個軸肩的直徑20mm寬度為15mm。5.3 軸的材料選擇和尺寸的估算根據(jù)此粉碎機的工作條件，初選軸的材料為45鋼，調制處理。 按扭轉強度法進行最小直徑估算，即： （公式二十五） 根據(jù)機械設計手冊查的： 軸1、軸2各取 各軸直徑的最小值為: 取整為15mm5.4 軸的強度校核 （公式二十六） 式中： -扭轉切應力，MpaT-軸所受的扭矩，N.mm-軸的抗扭截面系數(shù)n-軸的轉速P-軸傳遞的功率d-軸的最小直徑由于軸沒有受到太

26、大的軸向載荷，因此省略對其彎曲扭轉強度條件驚進行計算校核。 6主要工作部件的設計本機可與各種形式的喂料結構相配，可以粉碎各種顆粒狀飼料原料，如玉米、高梁、麥類、豆類，破碎后的餅類及其它物料。6.1秸稈粉碎刀的工作原理刀片為對稱排列，需粉碎的物料通過與本機相配的喂料器由頂部進料口喂入，經(jīng)進料導向板從左邊或右邊進入粉碎室，在高速旋轉的錘片打擊和作用下物料逐漸被粉碎，并在離心力和重力作用下穿過篩孔，從底座出料口排出。本系列破碎摧毀機殼采用優(yōu)質鋼焊接而成，進料口在破碎摧毀機頂部，出料口在破碎摧毀機底部。目前，秸稈還田機基本都是采用錘爪、彎刀等以高速砍、切、撞、搓、撕的方式將玉米秸稈直接粉碎還田或回收。

27、粉碎工作部件的旋轉方向與機具前進方向相反。 粉碎部件是該機的核心工作部件。粉碎刀輥的轉速、甩刀的配制方式及數(shù)量是直接影響秸稈粉碎性能的主要參數(shù)。甩刀數(shù)量越多,甩刀的線速度越大。對秸稈的粉碎效果越好?？紤]動力的匹配以及作業(yè)的安全性, 選用了臥式結構。20把錘爪式甩刀按螺旋線均勻分布在刀軸上。刀盤回轉直徑D=512mm；刀軸轉速n=2800r/min；甩刀的最大線速度v=40m/s。6.2甩刀的排列方式甩刀的排列方式會對刀輥轉動時的平衡、物料在粉碎室內的分布狀態(tài)等有著極大的影響。因此，甩刀在刀輥上的排列方式，應將物料在粉碎室寬度內分布的均勻，不會向一側推移，并且有利于轉軸保持動平衡。常見的排列方式

28、有螺旋線的排列、對稱式排列、交錯平衡式排列等三種方式。本機選用對稱式排列方式。6.3甩刀的選擇甩刀的刀型選擇的是Y型刀（如圖所示），它的優(yōu)點是消除了或者緩解了甩刀拐角處的集中應力；刀片的功率消耗小，Y型刀是斜粉碎切動秸稈，所以到達了省力的效果。從現(xiàn)在來看，大多數(shù)秸稈粉碎機都會采用這種刀型。圖八. 甩刀的示意圖甩刀的材料考慮到甩刀的工作環(huán)境惡劣，常常和秸稈、泥土等接觸，需要有很強的耐磨性和抗沖擊韌性。所以，考慮以上因素，本機選用20CrMnTi。7總 結雖然每學期都安排了課程設計或者實習，但是沒有一次像這樣的課程設計能與此次相比，設計限定了時間長，而且是一人一個課題要求更為嚴格，任務更加繁多、細

29、致、要求更加嚴格、設計要求的獨立性更加高。要我們充分利用在校期間所學的課程的專業(yè)知識理解、掌握和實際運用的靈活度。在對設計的態(tài)度上的態(tài)度上是認真的積極的。通過近一學期畢業(yè)設計的學習，給我最深的感受就是我的設計思維得到了很大的鍛煉與提高。作為一名設計人員要設計出有創(chuàng)意而功能齊全的產品，就必須做一個生活的有心人。多留心觀察思考我們身邊的每一個機械產品，只有這樣感性認識豐富了，才能使我們的設計思路具有創(chuàng)造性。最初老師讓我調研,設計一個方案出來，使結構簡單，并且造價低，通用性好等特點。這一課題來作為我的畢業(yè)設計這是對我的四年知識能力考查，也是對我應用這些知識能力的考查，我盡力使自己的設計減少錯誤，但我知道由于許多知識和能力的欠缺，肯定有一定的錯誤。通過本次設計我學到的不僅僅是單一方面的了解，讓我熟悉了設計的各個方面的流程，學會了把自己大學四年所學的知識運用到實際工作中的方法。從以前感覺學的許多科目沒有實際意義，到現(xiàn)在覺得以前的專業(yè)知識不夠扎實，給自己的設計過程帶來了很大的麻煩。秸稈粉碎機是服務于農業(yè)的工程行業(yè)，涉及了與專業(yè)結核性較強的課題，是一個綜合農藝及農機的全面性課題，培養(yǎng)了自己的綜合能力、自學能力，從而適應未來社會的需要與科學技術的發(fā)展需要。培養(yǎng)了自己綜合的、靈活的運用的發(fā)揮所學的知識。致 謝本論文在xxx導師的悉心指導下完成的。導師淵博的專業(yè)知識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工