【正文】 ............................................................................... 333 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................................. 34 致謝 ................................................................................................................................... 366 華中農(nóng)業(yè)大學(xué) 2020 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) II 盤(pán)式秸稈粉碎機(jī)的設(shè)計(jì) 摘要 農(nóng)作物秸稈資源作為一種重要的可再生資源，在我國(guó)產(chǎn)量巨大，但至今卻一直沒(méi)有得到充分利用，因此設(shè)計(jì)出的一種對(duì)秸稈進(jìn)行切碎處理的機(jī)械可以很好地解決此問(wèn)題。目前，農(nóng)作物秸稈的處理方法很多，可以作為畜牧飼料，還田堆肥，作工業(yè)原料和生物質(zhì)能源等， 這些都需要將秸稈進(jìn)行切碎處理。文中 主要完成了盤(pán)式秸稈粉碎機(jī)的總體設(shè)計(jì)，包括切碎裝置、喂料裝置、輸送裝置、傳動(dòng)裝置和機(jī)架等。 關(guān)鍵字 農(nóng) 作物秸稈 ；切碎； 盤(pán)式粉碎機(jī) ；圓弧刃；壓輥 盤(pán)式秸稈 粉碎機(jī)的設(shè)計(jì) III The Design of the Disc Straw Pulxerizer Abstract Crop straw resources as an important renewable resources, huge production in our country, but so far has not been fully used, so the design of a mechanical to chop the straw is a good way to solve this problem. At present, the processing method are many, crop straw can be used as livestock feed, returning post, industrial materials and biomass energy, etc., all of these needs will be chopped straw processing. In this paper, bined with the actual situation of our country, illustrates the utilization value of straw, introduced the working principle of disc straw crusher, in accordance with the requirements of production capacity, design the structure of mill. This paper mainly pleted the overall design of the disc straw crusher including chopped device, feeding device, transmission device, gear and rack, etc. 1） Design a circular blade fly knife chopped as the chopped way。 3） Conveying equipment design for chain plate feeding, feeding process is safe and reliable, saving labor。 5） The designing calculation of transmission device, including belt transmission and gear transmission. Key words Crop straw。 Disc straw pulxerizer。 Roller 盤(pán)式秸稈 粉碎機(jī)的設(shè)計(jì) 1 1 緒論 研究目的及意義 隨著全球化石能源的消耗殆盡、環(huán)境問(wèn)題的日益突出，能源問(wèn)題越來(lái)越受到人們的關(guān)注。我國(guó)作為生物質(zhì)產(chǎn)出大國(guó)，應(yīng)將對(duì)生物質(zhì)的開(kāi)發(fā)與利用放在重要的位置上。作為一種資源，作物秸稈可用作肥料、飼料、燃料及造紙、制炭、建材等的原料 （祖宇等， 2020） 。秸稈還田的方法分為整株還田技術(shù)、粉碎還田技術(shù)、有根茬切碎還田技術(shù)和傳統(tǒng)漚肥還田技術(shù)。目前，經(jīng)過(guò)對(duì)秸稈還田技術(shù)和配套操作規(guī)程等的研究，秸稈直接還田在我國(guó)已有了一定面積的推廣應(yīng)用。 二是 生物質(zhì)秸稈在沼氣工程和發(fā)電廠(chǎng)等的應(yīng)用，作為一種能源，生物質(zhì)秸稈是一種清潔的可再生能源，應(yīng)用前景大，意義重大 。傳統(tǒng)的秸稈利用方式是直接燃燒，因其密度小 ，灰分多，己不再適應(yīng)農(nóng)民生活水平的需要，國(guó)內(nèi)現(xiàn)行的秸稈優(yōu)質(zhì)能源利用技術(shù)，除了本文所要研究的秸稈壓縮成型技術(shù)以外，還有秸稈氣化集中供氣技術(shù)、秸稈制取沼氣技術(shù)、秸稈燃料熱風(fēng)烘干技術(shù)等。氣相燃料速度快，熱量輸出可以控制，在烘干木材、茶葉、飼料和代替燃油發(fā)電及農(nóng)村居民炊事等方面己有成功應(yīng)用。目前全國(guó)己有 350 余處秸稈氣化集中供氣示范點(diǎn)，主要集中在山東、河南、江蘇、河北、山西、北京、陜 西等。秸稈制取沼氣技術(shù)，近年來(lái)經(jīng)攻關(guān)研究在技術(shù)上有了較大突破，解決了秸稈易結(jié)殼、出料困難和發(fā)酵不充分的難題。秸稈燃料熱風(fēng)烘干技術(shù)是將成捆或經(jīng)預(yù)處理的秸稈加入由兩段燃料室組成的高效燃料爐，燃燒產(chǎn)物經(jīng)過(guò)離心除塵可得到潔凈的熱煙道氣，產(chǎn)生的熱風(fēng)溫度可以調(diào)節(jié) (60800℃ )，含煙塵量小于 20mg/m3，尤其適宜于高濕物料，如糧食、木材、飼料、雞糞、酒糟等的烘干。未經(jīng)任何處理的秸稈，不僅消化率低，粗蛋白和礦物質(zhì)含量低，而且適口性差。 四是作為工相關(guān)工業(yè)原料利用，如用于造紙、制炭、編織等 秸稈作為工業(yè)原料主要用于工業(yè)造紙，占秸稈總產(chǎn)出量的 %。西北農(nóng)大開(kāi)展模壓制品的研究，如一次性快餐盒、托盤(pán)、家具構(gòu)件和建筑構(gòu)件等 。另外一些科研院所采取生物技術(shù)的手段發(fā)酵生產(chǎn)乙醇、糠醛、苯酚、單細(xì)胞蛋白、燃料油氣、工業(yè)酶制劑等。 這些領(lǐng)域都會(huì)涉及到秸稈的粉碎加工，因此，秸稈粉碎機(jī)有相當(dāng)?shù)膽?yīng)用前景。 因此， 秸稈粉碎機(jī)，對(duì)提高秸稈等燃燒農(nóng)作物處理效率、擴(kuò)大秸稈的用途、提高秸稈等農(nóng)作物廢料的利用率、節(jié)約資源、美化環(huán)境具有重要意義 ，對(duì)生物質(zhì)粉碎機(jī)的開(kāi)發(fā)與研究也是必不可少的一部分，其中的盤(pán)式秸稈粉碎機(jī)十分具有代表性。因此，中小型粉碎機(jī)采用平面 刀盤(pán)結(jié)構(gòu)是一個(gè)發(fā)展方向。目前 , 國(guó)內(nèi)粉碎機(jī)具種類(lèi)與粉碎方式也多種多樣，粉碎技術(shù)根據(jù)粉碎方式和粉碎手段的不同可分為鍘切式、錘片式、揉切式和組合式粉碎技術(shù)，秸稈切碎機(jī)械的切碎器主要有輪刀式 (盤(pán)刀式 )和滾筒式兩種。其問(wèn)題是機(jī)具性能較差、可靠性偏低，結(jié)構(gòu)復(fù)雜 ，造價(jià)偏貴，調(diào)整使用不便，生產(chǎn)率低，適應(yīng)性弱等。本論文著重對(duì)盤(pán)式秸稈粉碎機(jī)進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)，希望在秸稈粉碎機(jī)領(lǐng)域研制出能耗低、生產(chǎn)效率高的機(jī)器，在秸稈粉碎機(jī)領(lǐng)域探索出一條道路。為了解決提高生產(chǎn)率、降低能耗和對(duì)多種物料的適應(yīng)性等問(wèn)題 國(guó)外對(duì)秸稈切碎的研究集中于麥秸、稻秸等軟莖桿，主要分析切碎能耗、切碎度 和切斷效率的各種影響因素 ，如 o`Dogherty(1986)等人分析 了切割速度、割刀參數(shù)、受切根數(shù)等因素對(duì)切割過(guò)程的影響，指出秸稈切割過(guò)程中有一臨界速度，在 1530m/s范圍內(nèi)，低于臨界速度，能耗和無(wú)效切割快速增加 。 美國(guó)、加拿大等國(guó)家的小麥、玉米秸稈大部分用于還田。同時(shí)還有對(duì)秸稈根部進(jìn)行處理加工的整株秸稈粉碎還田機(jī)具。在大功率、多功能為主的粗飼料粉碎機(jī)占優(yōu)勢(shì)的情況下，西歐國(guó)家還重視生產(chǎn)小型粗飼料粉碎機(jī)，其特點(diǎn)是體積小、重量輕、動(dòng)力消耗小。主要設(shè)計(jì)內(nèi)容如下： 1） 盤(pán)式秸稈粉碎機(jī)工作原理和工作方式的分析研究； 2） 總體方案的確定與總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括盤(pán)式切碎裝置、可調(diào)的壓輥式喂 料裝置、輸送裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)架和行走裝置等設(shè)計(jì)； 3） 主要工作部件和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、計(jì)算、校核； 4） 主要零件設(shè)計(jì)圖、部裝圖和總體裝配圖。 該機(jī)由切碎裝置、拋送裝置、壓輥式喂料裝置、輸送裝置、傳動(dòng)裝置以及機(jī)架等主要部件組成，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送料、自動(dòng)喂料，壓緊物料、切碎以及拋送等功能。喂料平穩(wěn)流暢，功耗小，切削片均勻，切碎效果理想。切碎裝置中，電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力通過(guò)帶輪的減速后傳給切碎裝置的主軸，帶動(dòng)主軸上的刀盤(pán)旋轉(zhuǎn)，刀盤(pán)軸向面積大，起到拋送物料的 作用，刀盤(pán)上還固定著飛刀，這樣定刀和動(dòng)刀形成剪切作用，將物料切碎。喂料裝置中，傳動(dòng)裝置中的動(dòng)力，分別傳遞給了上下喂入輥，上下喂入輥反向旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)喂料功能，同時(shí)，下喂入輥的一端安裝了一個(gè)鏈輪，將動(dòng)力輸出給送料裝置。組成該機(jī)的幾個(gè)裝置，切碎裝置、傳動(dòng)裝置、喂入裝置、輸送裝置，每個(gè)裝置在完成自己 的功能的同時(shí)，將動(dòng)力又傳遞給下一個(gè)裝置，這樣整機(jī)形成了一個(gè)系統(tǒng)，各部分相聯(lián)系配合，實(shí)現(xiàn)整機(jī)的送料、喂料、切碎、拋送的功能。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(pán) 刀式切碎質(zhì)量好，刀片結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要缺點(diǎn)是刀盤(pán)運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻。錘片式切碎是利用高速旋轉(zhuǎn)的錘片來(lái)?yè)羲榻斩?，刀片結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性好，但能耗高。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(duì)細(xì)小顆粒產(chǎn)量增加不明顯。盤(pán)刀式切碎的刀有直刃刀和圓弧刃之分，下面將討論對(duì)切削刀具的選擇?？城袝r(shí)刀片切割點(diǎn) M 運(yùn)動(dòng)方向垂直刃線(xiàn)，而滑切時(shí)刀片切割點(diǎn) M 運(yùn)動(dòng)方向不垂直刃線(xiàn)。 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(xiàn) 。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。 直線(xiàn)型刀片的滑切角 ? 在數(shù)值上等于刀片刃線(xiàn) AB 與切割半徑 r 之夾角 (圖 )。 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(shuō)明， 直刃刀切割 從切割開(kāi)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。 圖 中，動(dòng)刀刃線(xiàn) AB 與定刀刃線(xiàn) CM 間的夾角為推擠角 過(guò)大，秸稈受刀片作用，會(huì)先沿刃線(xiàn)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(xiàn)末端磨損嚴(yán)重，碎段變長(zhǎng)，切碎質(zhì)量變壞。 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(guò)程中逐漸減小。 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(guò)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(lái)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 。 可以 得出結(jié)論，圓弧刃的滑切角在切割過(guò)程中逐漸增大，滑切程度越來(lái)越大，切割越來(lái)越省力，阻力矩逐漸減小，對(duì)切割過(guò)程很有利。 刀具及刀盤(pán)的設(shè)計(jì) 良好的切刀（或稱(chēng)切碎器）應(yīng)滿(mǎn)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(pán)式秸稈 粉碎機(jī)的設(shè)計(jì) 13 維修方便。 刀具設(shè)計(jì) 切碎器是秸稈切碎機(jī)重要工作部件。破碎性能好的切碎器，應(yīng)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(duì)動(dòng)定刀片不產(chǎn)生滑移。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。 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(lái)補(bǔ)償由于阻力矩變化所引起的運(yùn)轉(zhuǎn)不均的缺點(diǎn)。 查閱相關(guān)文獻(xiàn) （尤嘉陵， 1983） ，對(duì)盤(pán)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。時(shí)，切割的平均扭矩較低，切割能耗較小。飛刀在切割過(guò)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(hào)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?！?5176。本文取 38176。 查閱相關(guān)文獻(xiàn)得知，底刀 的刃磨角一般取 85176。本文取 85176。動(dòng)、定刀片刃口的間隙為 ～ 。 刀盤(pán)設(shè)計(jì) 刀盤(pán)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(guò)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。 由于少刀盤(pán)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(pán)看作飛輪設(shè)計(jì)，以便在驅(qū)動(dòng)力的功超過(guò)切削阻力的功時(shí)，將多余的能