【正文】 % 棉稈 22 麥秸 杉木 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 第 2 章 切碎機(jī)整體方案設(shè)計(jì) 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 秸稈切碎機(jī)的總體結(jié)構(gòu)見圖 。秸稈由喂入槽 2 喂入，在喂入機(jī)構(gòu) 1 作用下將其壓實(shí)并卷入機(jī)構(gòu)，被動(dòng)定刀片組成的切碎器 3 切碎，最后由拋送裝置拋出機(jī)外 。 喂入齒輥張開間距最大值 :59mm，張開間距自動(dòng)調(diào)節(jié) 。 總速比 :。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 動(dòng)刀轉(zhuǎn)速 :550r/min。 配備動(dòng)力 : 圖 直刃刀硬莖稈切碎機(jī) 試驗(yàn)材料選用浙江大學(xué)實(shí)驗(yàn)農(nóng)場(chǎng)提供的本年度棉花采收后的成熟棉稈，去除根部和霉?fàn)€變質(zhì)莖稈，原料平均含水率為 %(濕基 )。 表 秸稈切碎機(jī)性能試驗(yàn)結(jié)果 測(cè)試項(xiàng)目 測(cè)試結(jié)果 刀軸轉(zhuǎn)速 (r/min) 550 喂入輥轉(zhuǎn)速 (r/min ) 85 切碎生產(chǎn)率 (kg/h) 500 能耗 (kJ/kg) 110 切碎效率 (%) 粒度分布 :(%) 0~ % ~ % ~ %， % 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 對(duì)切碎物料的粒度分布測(cè)定結(jié)果表明，經(jīng)一次切碎，粒度為 分中主要為細(xì)枝梗，這表明該喂入機(jī)構(gòu)在夾持粗枝梗的同時(shí)對(duì)細(xì)枝梗還會(huì)產(chǎn)生漏切現(xiàn)象。 本章小結(jié) 對(duì)硬莖稈切碎機(jī)進(jìn)行樣機(jī)的設(shè)計(jì)研制和性能試驗(yàn)，確定整體方案，驗(yàn)證設(shè)計(jì)方法的合理性。它的參數(shù)設(shè)計(jì)是否合理，對(duì)切碎質(zhì)量、功率消耗以及機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)均勻程度有直接影響。 (2)切割要穩(wěn)定，秸稈相對(duì)于動(dòng)定刀片沒(méi)有滑移。 切碎方式選擇 秸稈切碎方式主要有輪刀式切碎、滾刀式 (螺旋刀 )切碎和錘片式切碎等。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。樸香蘭， 1998)。min 1? 錘片切碎 860 1220 1580 螺旋刀切碎 920 1250 1500 直刃刀切碎 900 1230 1450 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 根據(jù)對(duì)直刃刀切碎、螺旋刀切碎和錘片切碎 3 種不同切碎方式的比較試驗(yàn) (盛奎川等， 1999)，如圖 所示，在相同轉(zhuǎn)速下，直刃刀切碎的單位質(zhì)量棉桿能耗最低，由表 可知，采用直刃刀切碎細(xì)小顆粒產(chǎn)量較高，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。 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。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。砍切速度 Vn，方向垂直刃線。 割刀參數(shù)分析 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 )。 由圖 可得 : tg? =22 ere? () 上式說(shuō)明，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。 圖 中，動(dòng)刀刃線 AB 與定刀刃線 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(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，而滑切角和阻力矩變化不夠理想。通過(guò)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。 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(zhǎng) 度等，理論生產(chǎn)率可由下式計(jì)算 : Q=60aL? () 式中 : k—?jiǎng)拥镀瑪?shù) 。 L—理論切碎長(zhǎng)度， m。 ? —喂入輥壓縮后的莖稈容重， kg/m3 。 切碎長(zhǎng)度為 ，理論生產(chǎn)率約為 Q=500kg/h。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(wú)滑動(dòng)，以保證切碎質(zhì)量，即切碎 顆粒長(zhǎng)度均勻、切口平整。上喂入輥的動(dòng)力由切碎器刀軸傳入，下喂入輥由一對(duì)圓柱齒輪和一對(duì)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)。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。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 。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(duì)圓柱齒輪和一對(duì)圓錐齒輪減速后傳給喂入輥。 本章小結(jié) 本章首先對(duì)各種 切碎方式進(jìn)行比較分析，選擇合適的切碎方式 。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 裝置 圖 傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)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(duì)切割能耗的影響 切割過(guò)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(guò)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(guò)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。 偏心圓弧刃 直線刃 等滑切角刃 圖 切碎器幾何參數(shù) 對(duì)于偏心圓弧曲線刀刃 ,切割過(guò)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 R r—切割點(diǎn)處回轉(zhuǎn)半徑 H—切割中心線高度 對(duì)于等滑切角曲線刀刃 ， 在切割過(guò)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= k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(guò)程中的變化規(guī)律也就隨之確定。無(wú)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)在 9ZF110 型盤刀式切碎器上進(jìn)行。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。為提高精度和消除干擾因素影響 ,每號(hào)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。 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(hào) 參數(shù) 實(shí)驗(yàn)號(hào) 參數(shù) 實(shí)驗(yàn)號(hào) 參數(shù) 1D R =375 ?！?176。 τ= 176。 χ= 176。 χ= 176。 χ= 176。 θ= 176。 θ= 176。 e =226 5D 8D e = τ=176。 τ= 35176。~176?！?176?！?176?！?176。 θ= 176。 3D R=409 。～ 176。 τ= 176。 χ=176。 χ= 176。 χ= 176。 θ= 176。 θ= 176。~176。~176。 對(duì)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(duì)切割時(shí)的平均切割扭矩具有顯著的影響 (顯著水平 α=0101)。 D D D6 和 D10 組試驗(yàn)結(jié)果之間不存在顯著差異 。 結(jié)論 通過(guò)對(duì) 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(hào) 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?！?5176。～ 65176。 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。 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(lái)的。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(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行必要的修正。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?！?45176?！?65176。對(duì)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。長(zhǎng)期以來(lái) ,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。這 4 種不同形狀的動(dòng)刀刃曲線類型對(duì)切碎器的切割能量消耗有較大的影響。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 第 5 章 動(dòng)刀片受力分析 工作原理 PCC204。切碎器是青飼切碎機(jī)的重要工作部件 ,動(dòng)刀片和拋送葉片安裝在 3個(gè)互呈 120176。切碎機(jī)工作時(shí) ,動(dòng)刀片和拋送葉片在刀架的帶動(dòng)下繞軸 O旋轉(zhuǎn) (如圖),動(dòng)刀片 M N 由飼料喂入口的 J 點(diǎn)開始切割物料 , 到 L 點(diǎn)完成一次切割。 2. 飼料層 3. 動(dòng)刀片 4. 拋送葉片 5. 刀架 圖 圖 圖 在圖 中 ,可將動(dòng)刀片 A 點(diǎn)的速度 v 分解為垂直于刃口的速度 vn 和沿著刃口方本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 向的速度 v t。動(dòng)刀片 M N 與在 KL 附近安裝的定刀片之間的夾角稱為鉗住角 x(或推擠角 ),該角不能過(guò)大 , 否則物料會(huì)被推移 , 不利于機(jī)器切割 [22]。設(shè)動(dòng)刀刃上任意一點(diǎn) A 受力為 F , 它可分解為沿著刀刃方向的滑切力 P 和垂直于刀刃方向的正壓力 N z[ 22 ] , 其中 N z= sq? () P = fN z () F = 22 PNz ? () 式中 ： q——比阻 , 即單 位刃口長(zhǎng)的切割阻力 ? S ——參加切割的刃口長(zhǎng)度 f ——切割的滑動(dòng)摩擦因數(shù) 圖 圖 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 各種飼料具體的 q 值應(yīng)由試驗(yàn)確定 (本研究取用玉米秸稈 ) 。 f 與滑切系數(shù) tan? 的關(guān)系見表 。, 切碎器回轉(zhuǎn)中心距定刀的高度為 90 mm ,回轉(zhuǎn)中心到喂入口的最短距離為 150mm , 喂入口寬度為 380 mm , 高度為 110 mm , 見圖 。 以 O 為圓心 ,OG 為半徑繪圓 , 量得轉(zhuǎn)角 R為 63176。 圖 刃口動(dòng)刀片運(yùn)動(dòng)軌跡圖 (3) 將轉(zhuǎn)角 R 分成若干份 , 在圓 O 上得出相應(yīng)點(diǎn) , 并過(guò)這些點(diǎn)分別作圓 O 的切線 , 此切線即為刀片在不同轉(zhuǎn)角時(shí)的刃口線 , 各刃口線在喂入口內(nèi)的長(zhǎng)度即為切割刃口長(zhǎng)? S。 (4) 由以上圖表及式 (1)～ (5) 即可求出 q、 f 、 N z、 P、 F、 1T 、 2T 。 表 刃口動(dòng)刀片數(shù)據(jù)表 序號(hào) ? /? ? /(? ) ? /(? ) S? /mm q/N 1??cm f Nz/N P/N F/N T1 /N T2 /N?m 1 0 68 60 0 0 0 0 0 0 2 10 58 55 3 20 48 50 4 30 38 42 5 40 28 33 6 45 23 29 7 50 18 25 8 51 17 22 9 56 11 20 10 60 8 17 11 63 5 14 0 0 0 0 0 0 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 圓弧刃口動(dòng)刀片的受力分析 圓弧刃口動(dòng)刀片設(shè)計(jì)尺寸如