【文章內(nèi)容簡介】 004 2 04 0 3 4 0123456 圖 盤式秸稈粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖（主視圖） Figure Straw shredder disc structure diagram(front view) 盤式秸稈 粉碎機(jī)的設(shè)計(jì) 7 10392 5 07 1 2789 圖 盤式秸稈粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖（俯視圖） Figure Schematicstraw grinderdisc(top view) 華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 3881 0 裝置 罩殼 圖 盤式秸稈粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖（左視圖） Figure Schematicstraw grinderdisc(left view) 由盤式秸稈粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 、 和 可以看出，該機(jī)由幾部分組成，分別是切碎裝置、喂料裝置、傳動(dòng)裝置、輸送裝置、機(jī)架和罩殼等。工作原理是：電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出，經(jīng)帶傳動(dòng)傳 遞給主軸，主軸的動(dòng)力經(jīng)傳動(dòng)裝置傳遞給喂料裝置，喂料裝置的動(dòng)力進(jìn)一步傳遞給輸送裝置；電動(dòng)機(jī)是動(dòng)力源，喂料裝置的功能是喂入和夾緊物料，傳動(dòng)裝置將動(dòng)力大小和方向改變至合理值，傳遞給喂料裝置和輸送裝置，輸送裝置將物料輸送至上下喂入輥的喂料口，切碎后的物料經(jīng)拋送葉片拋送，由出料口排出。 盤式秸稈 粉碎機(jī)的設(shè)計(jì) 9 主要技術(shù)參數(shù) 據(jù)工作原理和實(shí)際需求，確定主要技術(shù)參數(shù)如下： 刀盤半徑： 500 mm 刀盤轉(zhuǎn)速： 800r/min 最大切削直徑： 60mm 飛刀數(shù)： 3 飛刀長度： 400mm 進(jìn)料方式：壓輥式喂料鏈板自動(dòng)水平進(jìn)料 出料方式：氣 流出料上出料 粉碎機(jī)效率： 1500kg/h 喂入輥直徑： 80mm 喂入輥有效長度： 300mm 喂入輥張開間距最大值： 100mm， 張開間距自動(dòng)調(diào)節(jié) 電 動(dòng) 機(jī)功率： 3 切碎裝置設(shè)計(jì) 切碎方式選擇 秸稈切碎方式主要有 盤 刀式切碎、滾刀式 (螺旋刀 )切碎和錘片式切碎等。 盤 刀式切碎質(zhì)量好，刀片結(jié)構(gòu)簡單，主要缺點(diǎn)是刀盤運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻。滾刀式切碎滑切作用強(qiáng)，切割阻力小，但切碎體不能自動(dòng)拋出，刀片剛度差，不適合硬莖稈切碎。錘片式切碎是利用高速旋轉(zhuǎn)的錘片來擊碎秸稈，刀片結(jié)構(gòu)簡單，通用性好，但能耗高。 根 據(jù)對 盤 刀 式 切碎、螺旋刀切碎和錘片切碎 3 種不同切碎方式的比較 研究 ，如圖 ，在相同轉(zhuǎn)速下， 輪刀式切碎中的 直刃刀切碎的單位質(zhì)量棉桿能耗最低 。查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料 （樸香蘭， 1998） ，采用直刃刀切碎 ， 細(xì)小顆粒產(chǎn)量較高， 并且切削片的均勻性較好， 在 900~1450r/min 范圍內(nèi)，提高轉(zhuǎn)速對細(xì)小顆粒產(chǎn)量增加不明顯。 華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 直刀刃切碎螺旋刀切碎錘片切碎主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速（ ）能耗（） 圖 切碎機(jī)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速與能耗的關(guān)系 Figure shredder drive shaft speed and energy relations 根據(jù)以上分析，我們選擇 盤 刀 式 切碎作為 秸稈 切碎的設(shè)計(jì)方案 。盤刀式切碎的刀有直刃刀和圓弧刃之分，下面將討論對切削刀具的選擇。 切碎原理分析 按刀片刃線運(yùn)動(dòng)方式，切割可分為砍切和滑切兩種?？城袝r(shí)刀片切割點(diǎn) M 運(yùn)動(dòng)方向垂直刃線，而滑切時(shí)刀片切割點(diǎn) M 運(yùn)動(dòng)方向不垂直刃線。由于滑切使刀片斜置切入，實(shí)際刃角相應(yīng)變小，刃線變銳，切割阻力減少，因此滑切比砍切省力，且在一定滑切角范圍內(nèi)，滑切程度越大，切割越省力。 當(dāng)?shù)镀a(chǎn)生滑切時(shí)，切割點(diǎn) M 速度 V 分解為 2 部分 (圖 ):滑切速度 Vt，方向平行刃線 ?？城兴俣?Vn，方向垂直刃線。速度 V 和 Vn 夾角為滑切角 ? ，在一定滑切角范圍內(nèi)，滑切程度越大，切割越省力。 盤式秸稈 粉碎機(jī)的設(shè)計(jì) 11 圖 Figure slip cutting knife 割刀參數(shù)分析 直刃刀的參數(shù)分析 1） 滑切角 ， 農(nóng)業(yè)機(jī)械工作部件的滑切角應(yīng)定義為：刃口曲線上任意一點(diǎn)的法線與該點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度方向之間的夾角 。 直線型刀片的滑切角 ? 在數(shù)值上等于刀片刃線 AB 與切割半徑 r 之夾角 (圖 )。 心距 4.? 滑切角 6. x推擠角 圖 切碎器的結(jié)構(gòu)圖 Figure Structure diagram chopper 為了保證刀片有滑切，其刃線 AB 至回轉(zhuǎn)中心 O 應(yīng)具有偏心距 e。 華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 由圖 : tg? =22 ere? () 上式說明， 直刃刀切割 從切割開始到終了，隨著切割點(diǎn)外移，切割半徑 r 的增加，刀片的滑切角逐漸減小。因此，刀片切割阻力矩隨著切割半徑的增大，滑切角的減小，切割阻力的增大而增大。 圖 中，動(dòng)刀刃線 AB 與定刀刃線 CM 間的夾角為推擠角 過大，秸稈受刀片作用，會(huì)先沿刃線一側(cè)滑移，逐漸集中在最后階段切割，結(jié)果造成刀片負(fù)荷不均，刃線末端磨損嚴(yán)重，碎段變長，切碎質(zhì)量變壞。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 : x 1?? 2?? () 根據(jù)文獻(xiàn)資料，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， 隨著切割過程的進(jìn)行，切割點(diǎn)的外移，逐漸減小，鉗住物料的能力越來越強(qiáng)， 而滑切角和阻力矩 變化不夠理想 ，滑切角逐漸減小，阻力矩逐漸增大 。 圓弧刃的參數(shù)分析 圓弧刃的參數(shù)分析過程與直刃刀的一致， 可以用微分的思想，將圓弧刃看做多段短小直線刃，其分析過程和切割原理與直線刃相同， 將刃線換成一段半徑合理的圓弧即可 。 可以 得出結(jié)論，圓弧刃的滑切角在切割過程中逐漸增大，滑切程度越來越大，切割越來越省力，阻力矩逐漸減小，對切割過程很有利。但是推擠角同樣也越來越大，不利于物料的鉗住。 刀具及刀盤的設(shè)計(jì) 良好的切刀（或稱切碎器）應(yīng)滿足下列要求： 切割質(zhì)量高，耗用動(dòng)力小，結(jié)構(gòu)緊湊，工 作平穩(wěn)，安全可靠，便于刃磨，使用盤式秸稈 粉碎機(jī)的設(shè)計(jì) 13 維修方便。 刀片在設(shè)計(jì)和選用時(shí)應(yīng)滿足下列三個(gè)方面的要求，即① 鉗住物料，保證切割；② 切割功率要??；③ 切割阻力矩均勻。 刀具設(shè)計(jì) 切碎器是秸稈切碎機(jī)重要工作部件。它的參數(shù)設(shè)計(jì)是否合理，對破碎質(zhì)量，功率消耗，以及機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)均勻程度有直接影響。破碎性能好的切碎器，應(yīng)是結(jié)構(gòu)簡單，刀片制造、安裝、刃磨方便、切割省力，負(fù)荷均勻，切割質(zhì)量好，秸稈相對動(dòng)定刀片不產(chǎn)生滑移。 綜合評判，切割過程中，滑切角相對于推擠角，對切割過程的影響更大，滑切角越大，切割過程越省力，越流暢；對刀具的 沖擊損傷越小，刀具壽命更長久；整個(gè)機(jī)器的穩(wěn)定性也更好，震動(dòng)更小，噪音越小；切割時(shí)，也相對更節(jié)約能源。推擠角而言，只要保證推擠角合理，物料不被推擠產(chǎn)生滑移即可，圓弧刃的半徑選擇合理完全可以避免物料產(chǎn)生滑移。相對比而言，圓弧刃口動(dòng)刀片在綜合性能上較直刃刀動(dòng)刀片優(yōu)越，因此本文設(shè)計(jì)中選擇圓弧刃動(dòng)刀。 同時(shí) ，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 葉片 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。 查閱相關(guān)文獻(xiàn) （尤嘉陵， 1983） ，對盤式削片機(jī)而言，切割時(shí)，滑切角是影響耗能的主要因素，當(dāng)滑切角在 35176?！?5176。時(shí)，切割的平均扭矩較低，切割能耗較小。本文設(shè)計(jì)的動(dòng)刀片如圖 1 0 0 1 0 0R9004 0 01 2 3 圖 動(dòng)刀片結(jié)構(gòu)簡圖 Figure Moving blade structure diagramin 華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 圓弧刃的刃線為半 徑 900mm 的圓弧，圓弧刃弦長為 400mm，刀身上有三個(gè)沉頭孔，用來將刀和刀盤固定。飛刀在切割過程中，會(huì)受到一定的沖擊，并且主軸轉(zhuǎn)速較高，飛刀使用頻率較高，加之刀具需經(jīng)久耐用，耐磨等，綜合考慮各因素，飛刀的材料選擇碳素工具鋼中的 T9 號鋼，熱處理后刃口部分的硬度為 52— 56HRC，其韌性和耐沖擊性都較好。 查閱相關(guān)文獻(xiàn)得知，盤式粉碎機(jī)的飛刀的楔角取 30176?！?5176。（俞嘉芝等， 2020）時(shí)，對切割過程最為有利，既保證了切割過程的流暢，又保證了刀具刃口的強(qiáng)度和耐用性。本文取 38176。的飛刀楔角。 查閱相關(guān)文獻(xiàn)得知，底刀 的刃磨角一般取 85176?！?0176。，本文取 85176。底刀材料采用碳素工具鋼中的 T5 號鋼 采用方形刃口的定刀，其能耗小，使用時(shí)不易磨損，在該區(qū)域刃部淬火硬度為 47～ 56HRC，而非淬火區(qū)為 28HRC（鄧春巖等， 2020） 。動(dòng)、定刀片刃口的間隙為 ～ 。若磨損到一定厚度 時(shí)，必須磨刀，使之變薄，構(gòu)成銳利刃口 。 刀盤設(shè)計(jì) 刀盤的作用有三個(gè)，一是固定飛刀，使飛刀隨主軸旋轉(zhuǎn)，與定刀形成剪切作用；二是起飛輪作用，使飛刀在間斷切削過程中，速度波動(dòng)不大，并且儲(chǔ)存能量；三是起旋轉(zhuǎn)葉片作用，拋送切碎后的秸稈碎片。刀盤 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 100100123456 刀盤 結(jié)構(gòu)示意圖（ 主視圖 ） 盤式秸稈 粉碎機(jī)的設(shè)計(jì) 15 1021351 . 67 刀盤 結(jié)構(gòu)示意圖（ 俯視圖 ） 圖 示意 圖 Figure Schematic cutter 飛刀與刀盤通過刀盤配合面面接觸定位，通過三個(gè)沉頭螺釘固定在刀盤上；三個(gè)支架上均有拋送葉片，高速旋轉(zhuǎn)下，將秸稈碎屑拋送出；刀盤通 過標(biāo)準(zhǔn) 平 鍵與主軸配合，傳遞扭矩，配合面均有粗糙度要求。 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)力的功超過切削阻力的功時(shí)，將多余的能量貯藏起來，使動(dòng)能增大時(shí)，速率增加不太大；反之，當(dāng)切削阻力的功超過驅(qū)動(dòng)力的功時(shí)，把多余的能量釋放出來，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。 刀盤的材料一般采用 30， 35， 45 號鑄鋼，本文采用 45 號鑄鋼，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。 4 壓輥式喂料裝置設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)及工作原理設(shè)計(jì) 壓輥式喂料裝置由浮動(dòng)的上喂入輥，固定的下喂入輥和壓緊裝置組成，上下喂入輥的直徑相等，并且以相同的角速度反向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) ， 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。上喂入輥 動(dòng)力由一對萬向節(jié) 傳入，下喂入輥由一對圓華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 柱齒輪傳遞動(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)。 喂入裝置結(jié)構(gòu)簡圖如圖 下拉橫 架 2和浮動(dòng)罩殼 11 焊縫連接，浮動(dòng)罩殼 11 和浮動(dòng)軸承座 5用螺栓固定在浮動(dòng)軸承座固定板 6上，這部分整體可以上下浮動(dòng)。 上拉橫梁 3和下軸承座 7 用螺栓固定在總固定板 8上，總固定板 8用螺栓固定在機(jī)架上，這部分為固定，不可以浮動(dòng) 4 2 03 4 010012037440601234567891 01 1 2 下拉橫架 10上喂入輥 11浮動(dòng) 罩殼 . 圖 Figure summarizes the position of the feed roller 上下喂入輥同時(shí)反向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，攫取物料，下喂入輥固定，上喂入輥可浮動(dòng)，物料被喂入切碎器的同時(shí)，被上下喂入輥夾住壓緊，以便飛刀和定刀切割物料，有利于提高切碎效率，切割過程流暢，保證了切割的均勻性。 為了使得喂入秸稈過多時(shí)在