【正文】 。因此，為保證切割穩(wěn)定，不產(chǎn)生滑動(dòng)切割，滿足如下切割條件 : 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 1??? 2?? （ ) 中心 4.? 滑切角 6. x推擠角 圖 切碎器的結(jié)構(gòu)圖 根據(jù)文獻(xiàn)資料 (陶南， 1991)，取 1? = ?12 ， ?2? ?38 ，則 x? ?50 。 圖 中，由三角形 OGH 和 HCD 相似關(guān)系可知，推擠角 x 在數(shù)值上等于回轉(zhuǎn)角 ? ， ? 在切割過程中逐漸減小。故刀片推擠角隨著切割點(diǎn)外移、回轉(zhuǎn)角的減小而減小。 從以上分析可以得出，直刃刀刀片的推擠角變化比較 合理，而滑切角和阻力矩變化不夠理想。因此，為了改善其切碎性能，本設(shè)計(jì)采用提高切碎器轉(zhuǎn)速和增大其本身轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 (即刀架質(zhì)量 )的方法，來補(bǔ)償由于阻力矩變化所引起的運(yùn)轉(zhuǎn)不均的缺點(diǎn)。通過將動(dòng)刀架與甩拋輪設(shè)計(jì)為一體，既可增加刀架的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，又可改善切碎物料的甩拋性能。 主要技術(shù)參數(shù)確定 切碎長度是切碎機(jī)主要性能指標(biāo)之一，機(jī)器工作時(shí)，秸稈被喂入輥卷入切碎機(jī)構(gòu)的速度 v 60Dn?? (m/s)，切砰器每秒鐘切碎次數(shù)為 601kn ，則理論切碎長度為 : L=601knv= kiD? 考慮到喂入輥的打滑因素，實(shí)際切碎長度為 : L= kid )1( ?? ? () 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 式中 ： k—?jiǎng)拥镀瑪?shù) i—切碎器主軸 n1 與喂入輥轉(zhuǎn)速 n 之傳動(dòng)比 D—喂入輥直徑 ? —打滑系數(shù)，一般取 ~ 切碎器主軸與喂入輥之傳動(dòng)比 i=，喂入輥直徑 d=83mm，動(dòng)刀片數(shù) K 為 2，打滑系數(shù) ? 取 ，則理論切碎長度 L=20mm。 切碎機(jī)生產(chǎn)率的大小取決于喂入口面積，切碎器刀片數(shù)和轉(zhuǎn)速，莖稈種類和切碎長 度等，理論生產(chǎn)率可由下式計(jì)算 : Q=60kabLn? () 式中 : k—?jiǎng)拥镀瑪?shù) 。 a、 b—為喂入口高度和寬度， m。 L—理論切碎長度， m。 n— 喂入輥轉(zhuǎn)速， r/min。 ? —喂入輥壓縮后的莖稈容重， kg/m3 。 切碎器的動(dòng)刀片數(shù) k 為 2，喂入輥轉(zhuǎn)速 n 為 85r/min，喂入口寬度 a 取 ， 度 b 取 ，莖稈壓縮后容重以棉稈為例約為 120~150kg/m3 ，若取 130kg/m。 切碎長度為 ，理論生產(chǎn)率約為 Q=500kg/h。 喂入機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 喂入機(jī)構(gòu)由喂入槽、喂入輥和壓緊裝置等部件組成。它的作用是將物料以一定的速度喂入切碎器，并在喂入的同時(shí)，將其夾住、壓緊、無滑動(dòng)，以保證切碎質(zhì)量，即切碎 顆粒長度均勻、切口平整。主要結(jié)構(gòu)簡圖見圖 。上喂入輥的動(dòng)力由切碎器刀軸傳入，下喂入輥由一對圓柱齒輪和一對鏈輪傳遞動(dòng)力并改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向，從而獲得上下喂入輥轉(zhuǎn)速一致，但方向不同的運(yùn)動(dòng)。 由于本切碎機(jī)主要是用于切碎硬莖稈，所以采用卷入性能好，并能自動(dòng)調(diào)節(jié)喂入口高度的星齒型上下喂入輥 (圖 )。壓緊裝置采用雙彈簧式壓緊裝置，兩個(gè)彈簧在機(jī)架兩側(cè)，一端固定在機(jī)架上，另一端固定在喂入輥軸座上。隨物料尺寸的改變， 使壓力隨彈簧變形而改變，有利于喂入切割。上喂入輥隨著喂入物料的直徑變化 ，靠軸座和彈簧，以 0 為圓心， 60mm為半徑，在滑槽 CD 中浮動(dòng)，上下喂入輥中心距本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 在 85144mm之間，適用不同物料喂入并夾緊 。 圖 喂入機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖 圖 喂入輥結(jié)構(gòu)圖 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 切碎機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)簡圖見圖 。電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力先經(jīng)皮帶輪傳給動(dòng)刀軸，再經(jīng)一對圓柱齒輪和一對圓錐齒輪減速后傳給喂入輥?？倐鲃?dòng)比為 i=。 本章小結(jié) 本章首先對各種 切碎方式進(jìn)行比較分析，選擇合適的切碎方式 。然后從理論上對切碎器等重要工作部件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需參數(shù) 。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 裝置 圖 傳動(dòng)系統(tǒng)簡圖 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 第 4 章 盤刀式切碎器刀刃曲線對切割能耗的影響 切割過程幾何參數(shù)的分析 根據(jù)盤刀式切碎器的切割原理和切割過程中定刀與動(dòng)刀之間相互作用關(guān)系的分析可知 ,影響切割過程的主要參數(shù)是切割時(shí)的滑切角 τ、擠推角 x 和切割轉(zhuǎn)角 θ。偏心圓弧曲線刀刃、直線刀刃和等滑切角曲線刀刃 3 種形式的切碎器在切 割過程的幾何參數(shù)如圖 所示。 偏心圓弧刃 直線刃 等滑切角刃 圖 切碎器幾何參數(shù) 對于偏心圓弧曲線刀刃 ,切割過程中的幾何參數(shù)與其結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的關(guān)系為 : τ=arcsin[ (R2 + r2 e 2 )/ 2Rr] () x =τ+arcsin( H/r) () θ=arcsin [( Ra Rsin x)/e] () 式中 : R —圓弧刀刃的半徑 r—切割點(diǎn)處的回轉(zhuǎn)半徑 e —圓弧刀刃的偏心距 H—切割中心線高度 Ra —切割點(diǎn)與回轉(zhuǎn)中心水平距離 對于直線刀刃 ,切割過程中的幾何參數(shù)與其結(jié)構(gòu)參數(shù) 的關(guān)系為 : τ=arcsin(e/r) () x =τ+arcsin( H/r) () θ= (π/2) x () 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 式中 ： e —直線刀刃偏心距 。 r—切割點(diǎn)處回轉(zhuǎn)半徑 H—切割中心線高度 對于等滑切角曲線刀刃 ， 在切割過程中的滑切角 τ 保持恒定不變 ； 而擠推角和切割轉(zhuǎn)角與其結(jié)構(gòu)參數(shù)的關(guān)系為 ： x =τ+arcsin( H/r) () θ= kln( r/c) () 式中 ： H—切割中心線高度 r —切割點(diǎn)處的回轉(zhuǎn)半徑 k —常數(shù) 從上面 3種形式曲線 刀刃的切割參數(shù)與其結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的幾何關(guān)系可以看出 :滑切角 τ、擠推角 x 和切割轉(zhuǎn)角 θ 三者之間是密切相關(guān)的。在切碎器上 ,只要其結(jié)構(gòu)參數(shù)確定 ,3 個(gè)角度的大小及其在切割過程中的變化規(guī)律也就隨之確定。在切碎器的設(shè)計(jì)過程中 ,上面的 3 個(gè)角度只要有 1 個(gè)確定 ,其他 2 個(gè)角度的變化便在一定的結(jié)構(gòu)限制下隨之確定。無論采何種形狀的刀刃曲線 ,其 3 個(gè)角度間的關(guān)系皆是如此。 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 考慮到直線刃、圓弧刃和等滑切角刃 3 種類型切碎器在切割過程中的能量消耗 ,圓弧刃和等滑切角刃各選擇 3 組不同的結(jié)構(gòu)參數(shù) ,直線刃選擇 4 組不同的參數(shù) ,其參 數(shù)的取值、滑切角、擠推角和切割轉(zhuǎn)角的數(shù)值見表 。 試驗(yàn)在 9ZF110 型盤刀式切碎器上進(jìn)行。試驗(yàn)中為使不同切割刃曲線刀的切割能耗具有可比性 ,除刀刃曲線外其他試驗(yàn)條件保持相同。試驗(yàn)切割的物料為青貯玉米秸 ,切割層寬度 170mm,切割層厚度 23mm,喂入量 3400kg/h,切割間隙 ,切碎器轉(zhuǎn)速600r/min。試驗(yàn)過程中 ,記錄切碎器主軸的扭矩和轉(zhuǎn)速 ,并對記錄的扭矩曲線進(jìn)行離散化處理。為提高精度和消除干擾因素影響 ,每號試驗(yàn)重復(fù) 10 次 ,結(jié)果見表 結(jié)果與分析 因試驗(yàn)所用 10 種動(dòng)刀的工作條件一 致 ,故除切割以外其他部分能量消耗相同 ,所以切碎器主軸上的切割扭矩就代表了切割能耗的大小。因此以切割平均扭矩值作為試驗(yàn)評價(jià)指標(biāo)。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 表 曲線刀刃結(jié)構(gòu)參數(shù) 圓弧刃 等滑切角刃 直線刃 實(shí)驗(yàn)號 參數(shù) 實(shí)驗(yàn)號 參數(shù) 實(shí)驗(yàn)號 參數(shù) 1D R =375 。 e =375 4D 7D e = τ=176。～ 176。 τ= 25176。 τ= 176。~176。 χ= 176?！?176。 χ= 176。～ 176。 χ= 176。~176。 θ= 176。 θ= 176。 θ= 176。 2D R =313 。 e =226 5D 8D e = τ=176。～ 176。 τ= 35176。 τ=176。~176。 χ=176。～ 176。 χ= 176。～ 176。 χ=176。～ 176。 θ= 176。 θ= 176。 θ= 176。 3D R=409 。 e=335 6D 9D e = τ=176?！?176。 τ= 45176。 τ= 176。~176。 χ=176?！?176。 χ= 176?！?176。 χ= 176。~176。 θ= 176。 θ= 176。 θ= 176。 10D e = τ= 176。~176。 χ= 176。~176。 θ= 176。 對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行單因素方差分析 ,結(jié)果表明 :不同刀刃曲線對切割時(shí)的平均切割扭矩具有顯著的影響 (顯著水平 α=0101)。為了確定哪些曲線刀刃在切割過程中的平均扭矩具有顯著差異 ,對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行多重比較 ,結(jié)果是 :D1 號試驗(yàn)的平均扭矩極顯著地高于其他 9號試驗(yàn) ,這是由于 D1號試驗(yàn)所用圓弧曲線刃的結(jié)構(gòu)參數(shù)導(dǎo)致切割過程中滑切角和擠推角的數(shù)值較小而引起。 D D D6 和 D10 組試驗(yàn)結(jié)果之間不存在顯著差異 。D D8 和 D9 組試驗(yàn)結(jié)果之間也不存在顯著差異 ,但是顯著地高于 D2 和 D3 組試驗(yàn)結(jié)果。 結(jié)論 通過對 3類不同刀刃曲線 10組結(jié)構(gòu)參數(shù)的動(dòng)刀切割試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析 ,得出如下結(jié)論 : 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 表 平均切割扭矩試驗(yàn)結(jié)果 重 復(fù) 試驗(yàn)號 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7D 8D 9D 10D 1 2 3 4 2441 5 6 7 8 9 10 均值 1) 切割時(shí)的滑切角 τ和切割轉(zhuǎn)角 θ是影響切割能耗的主要因素。當(dāng)滑切角在 35176?！?5176。范圍內(nèi) ,切割轉(zhuǎn)角在 45176?！?65176。范圍內(nèi)時(shí) ,切割的平均扭矩較低 ,切割能耗較小。 2)刀刃曲線的形狀影響切碎器的切割能耗 ,但是這種影響受結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的制約。對于不同類型的刀刃曲線 ,只要結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)能夠保證滑切角和切割轉(zhuǎn)角在適宜的范圍內(nèi)變化 ,則可保證切碎器具有較低的切割能耗。 3) 傳統(tǒng)切碎器扭矩計(jì)算公式是在靜態(tài)切割條件下以受力分析為基礎(chǔ)推 導(dǎo)而來的。而在實(shí)際的動(dòng)態(tài)切割過程中 ,由于物料受力狀態(tài)的改變以及切割過程中動(dòng)刀慣性力的存在 ,使得理論計(jì)算扭矩值與實(shí)際測量值之間具有較大的差異。因此 ,在應(yīng)用理論計(jì)算公式進(jìn)行切碎器結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì) ,要考慮動(dòng)態(tài)切割的影響 ,對設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行必要的修正。 本章小結(jié) 以 9ZF110 型盤刀式切碎器為基礎(chǔ) ,研究了圓弧曲線、直線和等滑切角曲線刀刃在切割青飼玉米時(shí)的切割能耗變化。結(jié)果表明 :切割時(shí)的滑切角和切割轉(zhuǎn)角是影響切割能耗的主要因素。當(dāng)滑切角在 35176?！?45176。范圍內(nèi) ,切割轉(zhuǎn)角在 45176。～ 65176。范圍內(nèi)時(shí) ,切割的平均扭矩較低 ,切割能耗較小。對于不同類型的刀刃曲線 ,只要結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)能夠保證滑切角和切割轉(zhuǎn)角在適宜的范圍內(nèi)變化 ,則可保證切碎器具有較低的切割能耗。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 盤刀式切碎器是畜牧業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用的飼料加工機(jī)械 ,其工作過程中消耗的能量主要用于飼料的切斷。長期以來 ,關(guān)于減小切碎器能量消耗的研究主要集中在切碎器動(dòng)刀刃曲線形狀上。從目前應(yīng)用的切碎器動(dòng)刀結(jié)構(gòu)看 ,刀刃的曲線形狀有圓弧型、直線型、折線型和等滑切角 4 種。這 4 種不同形狀的動(dòng)刀刃曲線類型對切碎器的切割能量消耗有較大的影響。因此 ,在理論分析和試驗(yàn)的基礎(chǔ)上 ,研究不同類型曲線刀刃形狀對 切碎器能耗的影響 ,對于改進(jìn)切碎器的工作性能和減小工作過程中的能量消耗具有重要意義。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 第 5 章 動(dòng)刀片受力分析