毕业设计（论文）青状玉米秸秆粉碎机的设计

青状玉米秸秆粉碎机的设计 摘 要饲料是发展畜牧业的物质基础，而饲料的生产加工水平决定着畜牧业发展的规模和速度，直接关系到农业和整个国民经济的发展。要使畜牧业迅速发展，关键是解决饲料问题。饲料来源是当前我国畜牧业生产中的一个突出问题，由于我国人均粮食占有水平低，不可能用大量的粮食作为饲料用粮。从畜牧业对饲料的需求来看，远远还不能满足畜牧业的需求，因此，必须发挥我国情粗饲料丰富的优势，充分合理利用我国的各种饲料资源。我国作为农业大国，实现“农业机械化”一直是我国农业发展的主要目标之一，为此国家还出台了农业机械购置补贴政策，每年中央财政拨出数亿元的补贴专项资金，鼓励和支持农民使用先进适用的农业机械，推进农业机械化进程，提高农业综合生产能力，促进农业增产、增效。研究新型玉米秸秆粉碎机械，解决在工作原理及性能、尺寸参数、材料等方面的问题，以达到对青状玉米秸秆类物料的加工利用，解决成本低与生产率高的矛盾，保证粉粒尺寸满足实际生产的需要，为我国农村，农业的发展提供技术支持。玉米秸秆粉碎机（饲料粉碎机）可有力的促进农牧产业的发展，使农副产品变废为宝。关键词：AbstractKeywords: 第一章 前言1.1青状玉米秸秆粉碎机设计的必要性由于我国人均粮食占有水平低，不可能用大量的粮食作为饲料用粮。从畜牧业对饲料的需求来看，远远还不能满足畜牧业的需求，因此，必须发挥我国情粗饲料丰富的优势，充分合理利用我国的各种饲料资源。而玉米秸秆，在我国多个省份都十分丰富且得不到合理充分的利用，用来做饲料的原料十分合适。 所以，研究设计玉米秸秆粉碎机是市场的需求，是时代发展的产物。1.2青状玉米秸秆粉碎机的发展现状 20世纪80年代后期开始北方地区开发研制了秸秆饲荜揉碎机。这种机械是在锤片式饲料粉碎机基础上发展起来的用齿板代替筛片，在高速旋转的锤片和齿板作用下，可将秸秆揉搓成细丝。1989年黑龙江省畜牧机械化研究所研制的9RC-40型粗饲料揉碎机通过了省级鉴定。上世纪90年代初期和中期辽宁省农机研究所研制的9RFIO型揉搓粉碎机以及吉林省农机研究所研制的9RF-40n 型揉碎机均通过鉴定。河北南农县大地农机制造有限公司生产的玉皇牌多功能秸秆揉碎机具有生产能力高、能耗低、价位低、使用寿命长的特点，可把各类秸秆揉成绵软的丝条状饲料，在国内处于领先地位。北京嘉亮林海农牧机械有限责任公司生产的9RC_40 I型饲料揉碎机，适用于中小型牧场和饲养专业户。江西省红星机械厂的93Fc一50型揉碎机、山西省大同农牧机械厂的9RS-40型揉碎机等也问世。2002年山东省淄博三明环保农业有限公司推出的新一代秸秆加工设备1pYJR-3A型玉米秸秆挤丝揉碎机，适用于含水率70以下的玉米等秸秆的粗加工压扁、纵切、挤丝和揉碎等复杂工序一次性完成。近两年来国产的削草机、艘草机、捡拾打捆机、青饲收获机、铡草机、揉碎机以显牧草收贮加工设备和牧草干燥、草粉、草颗粒、草块(饼)与叶蛋白提取等饲料加工设备的销量太幅增加。畜牧业、养殖业和种植业的发展同畜牧、饲料加工机械行业的发展密切相关，也为该行业提供了巨大商机。1.3青状玉米秸秆粉碎机的发展趋势秸秆粉碎机的发展方向(1)小型放牧机械设备农村小规模养殖和小型生态农业的发展需要配备完善的相关设备，特别是适应家庭化和小规模操作的、功能较全面而价格又相对便宜的小型畜牧设备是广大农民迫切需要的。(2)规模化的高技术化设备的制造应满足大型饲料企业向集团化、规模化发展的需要。一是发展热处理加工技术(如以膨化偿胀为代表的热化加工技术正逐步形成一种新的发展潮流)；二是发展液体喷涂加工技术进一步提高饲料的品质，解决热敏营养物曲维生素、氯基酸、酶和搬生物等)的曝加，保证饲料配方不失点使饲料生产符合安全与卫生的更高要求：三是提高单机自动化及成套设备自动控制水平。3)发展行走式联合加工机械饲草(秸秆)加工机械、饲喂机械、环境控制机械、厩肥清理和运输机械、撒肥机械、有机肥制备机械、草地改良机械及牧草收贮机槭等仍有相当需求空问。尽管现在这些单功能的饲草加工机械还有市场。但奥秸秆收获、挤丝揉搓、苗液喷洒、饲草和菌液混合、打捆于一体的行走式联合加工机械，因生产效率高、加工成本低、经济效益显著，将会成为今后市场购买的热点。行走式秸秆联合加工机械的配套动力应以太中型拖拉机为主。加工青秸秆每小时20吨(约667公顷)，能一次完成秸秆收获、挤丝揉搓、菌液喷洒、混合和打捆等工序。1.4 本课题的研究内容和方法主要内容：（1）研究青状玉米秸秆的物理学特性。（2）设计青状玉米秸秆粉碎机1）考虑材料成分、含水量、喂入量等因素,选择适宜的加工方式。2）设计喂入机构，考虑滚动轮与粗切滚刀的间隙。 3）粗切滚刀的选择，确定合适的线速度。4）粉碎机构的设计，选择合适的刀型，确定定刀与动刀的间隙，刀的安装方式及排列。5）总体布置，考虑使用方便、尺寸大小、经济性、能耗等因素。关键问题：粉碎机的应用定位和具体参数的确定。思路:（1）分析加工对象的物理特性，加工特性。（2）设计出粉碎的机构和合理布置各部分。（3设计的系统做到科学合理，能耗低，结构紧凑。1.5 本课题主要设计指标经过查阅资料表明，目前市场上并无此类机械。在经过立足于我国农村的经济条件，交通状况，生产使用条件的分析之后，我认为本机械在设计上应该满足以下条件：1. 结构简单、尺寸紧凑、体积小、操作使用维修方便。2. 应有很好的适应性，适合加工多种类型的物料。3粉碎程度应能够根据要求进行调整，粉碎粒度应尽量均匀，以满足各种成品需求。4生产能力满足要求；（细碎状成品生产率应大于600kg，粉状成品生产率大于300kg）.5配套动力合理，功耗小，度电产量高（度电产量62kgkw.h）。6噪音低、粉尘少、以减少环境污染。7机器工作安全可靠，工作部件耐磨性好，使用操作、维修调整方便，价格便宜。 第二章 青状玉米秸秆粉碎机的结构形式及总体布置方案2.1 加工对象的特点如题，青状玉米秸秆是粉碎机的加工对象，而青装玉米秸秆的成分主要是纤维素，水，以及糖和一些无机盐。此外，由于玉米秸秆通常较长，在粉碎之前需要先切成一小截一小截。2.2 粉碎理论粉碎的基本理论是使物体碎成粉末。粉碎机械是破碎机械和粉磨机械的总称，是应用机械力对固体物料进行粉碎作业，使之变成小块、细粉或者粉末的机械。考核粉碎的效果通常使用粉碎粒度。目前，人们常根据原料粉碎后粒径不同，将粉碎定义为普通粉碎、微粉碎和超微粉碎。普通粉碎后产品粒度较大，一帮能通过6-60目筛孔；微粉碎后的产品粒度较细，一般能通过80-170目的筛孔；经过超微粉碎后的产品粒度很细通常通过200-325目的筛孔，其粒度甚至可以达到10-1um。除粒度外，还经常会用到粉碎比，即粉碎前后物料的直径之比，常用i表示，由于粉碎前后物料的粒度大小不均，故常用物料的最大直径或平均直径的比来表示，即i=d1/d2d1:粉碎前物料的最大粒径或平均粒径d2：粉碎后物料的最大粒径或平均直径2.3 破碎系统与级数 破碎流程一般分为开路和闭路两种。凡在破碎系统中不带任何筛分设备或仅带有预筛分设备的称为开路系统。凡在破碎系统中带有筛分设备的称为闭路系统 开路破碎系统的优点是工艺流程简单、设备少、上程投资小、维护管理简单；缺点是产品粒度不均匀，效率低。 闭路破碎系统的优点是产品粒度较均匀，破碎效率高。缺点是工艺流程复杂、设备多、一次性投资大、维护管理要求高。2.4 粉碎方法及破碎机械的分类2.4.1 粉碎方法粉碎的方法很多，常见的有如下几种。 1） 击碎：物料在瞬间受到外来冲击力的作用被破碎。冲击破碎的方法很多，如静止的物料受到外来冲击物体的打击被破碎；高速运动的物料撞击钢板而物料被破碎；行动中的物料相互撞击而破碎等。此法适用于脆性物料的破碎。 2）压碎：在两个工作面之问的物料，受到缓慢增长的压力作用而被破碎的方法称为压碎。此破碎方法适用于破碎大块硬质物。 3）磨碎：物料受到两个相对移动的工作面的作用，或在各种形状的研磨体之间的摩擦作用而被粉碎的方法称为磨碎。该法主要适用于研磨小块物料。 4）折碎：物料在受到两个相互错开的凸棱工作面间的压力作用而被破碎的方法。此法主要适用于破碎硬脆性物料。 5）劈碎： 物料在曲个尖棱工作面之间，受到尖棱的劈裂作用而被破碎的方法。此法多适用于破碎脆性物料。 2.4.2、粉碎机械分类1）颚式破碎机：活动颚板对固定颚板作周期性的往复运动，物料在两颚板之间被压碎。2）圆锥式破碎机：外锥体是固定的，内锥体被安装在偏心轴套里的立轴带动作偏心回转，物料在两锥体之间受到压力和弯曲力的作用而破碎。3）辊式破碎机：物料在两个作相对旋转的辊筒之间被压碎。若两个辊筒的转速不同时，还会起到部分磨碎作用。4）锤式破碎机：物料受到快速回转部件的冲击作用而被破碎。5）轮碾机：物料在旋转的碾盘上被圆柱形碾轮压碎和磨碎。6）反击式破碎机：物料被高速旋转的板锤打击，使物料弹向反击板撞击，是一种利用冲击能来破碎物料的破碎机械 。2.5 结构形式和总体布置方案秸杆类物料是一种含有丰富的纤维素、半纤维素、木质素等物料。具有韧性大、容重小的特点，其粉碎过程与谷物类物料大不相同。农作物秸秆等粗纤维类物料粉碎时，主要粉碎作用是靠搓擦和剪切的共同作用下使之粉碎成细粉。根据现有的粉碎理论、粉碎机理和粉碎方法，确定本机结构形式和布置方案为以下几方面；1采用立式无筛圆筒型粉碎桶；2本机由进料装置、切碎装置、揉搓粉碎装置、磨碎装置、出料装置、机体和传动装置组成。3.进料口设置在机体上方，与水平面有一定倾角，物料径向进入机体，进料口设有安全保护装置。4切碎装置在机体顶端，采用动刀和定刀板相配合所产生的剪切作用来将秸杆切成碎段。5揉搓粉碎装置是在转子圆筒上安装凿片，在机体内表面安装齿板，工作时两者相互配合来揉搓粉碎物料，凿片排列的工作密度小，以加强搓碎的效果。6磨碎装置采用定圆锥形磨盘与动圆锥形磨盘相对转动来将物料进一步磨碎而得到粉状成品。7本机设置两个出料口，按实际需要调节排料插门可以得到细碎状和粉状两种成品。8机体和机架采用普通钢材制造，以降低制造成本。9采用电动机作为动力，通过三角皮带传动。本机结构布置 如图2-1 (加磨碎装置)图2-1 秸杆切碎揉搓粉碎桶总体结构布置图1 带轮 2圆筒 3主轴 4进料装置 5轴承座 6切碎装置 7滚刀 8凿片 9齿板 10转子 11电动机 12带轮 13机体此机结构形式是目前国内新颖机型，结构简单、使用方便、造价低廉，该机主要用来粉碎青状玉米秸秆和牧草等粗纤维类物料。2.6 工作原理及其特点 2.6.1 工作原理工作时,秸杆类纤维质物料由进料口从圆筒侧边径向进入机体，首先受到安装在圆筒顶部高速回转的动刀配合定刀板产生的剪切作用切割成820mm的碎段。 碎段随转子高速旋转从而在离心力作用下均匀的进入圆筒型粉碎室的四周，受到在高速旋转安装在转子上凿片的冲击作用，将物料压向齿板，物料与凿片的工作棱角及齿板发生剧烈的搓擦、剪切而逐渐细碎，达到所需要的揉搓粉碎加工要求。此时可以根据需要打开细碎状出料口的调节板将细碎状成品排出机外。成品的粉碎粒度大小可以通过调节板来进行调节。如需要得到粉状成品，将其细碎状出料口关闭，细碎物料继续进入圆锥定、动磨盘之间，定、动磨盘相对回转，刻有齿的磨盘坚硬表面对物料进一步搓擦使之成粉状，从粉状成品出料口排出。其成品粒度可采用定、动磨盘之间的间隙来进行调节。2.6.2 特点该机型具有以下主要特点：1. 采用立式和无筛形式，结构新颖，很大程度提高生产率。2. 采用转子大直径，低转速，在保证工作线速度的要求下，降低了噪音。3. 转子安装凿片，能增强对物料的打击、搓擦作用。凿片的排列为螺旋形排列，可使物料在粉碎过程中呈螺旋线由上向下运动，机器工作平稳。4. 产品粒度可通过出料口调节板和定、动圆锥磨盘之间的间隙来调节，可以得到不同粒度的产品。5电机与主轴采用三角皮带传动，传动装置简单，安全可靠。机体高度尺寸小，进料方便。6本机结构紧凑、体积小、占地面积少、适应性好、成本低。 第三章 结构设计及其主要部件尺寸的确定3.1 进料装置进料装置设在机体上方，采用切向进料式粉碎机，进料口与水平面呈150。进料斗材料采用厚度为2.5 mm的A3 钢板制造。进料斗设有防护挡板，以提高喂料安全性。参考表31（中国农业机械化科学研究院，1990），进料口采用矩形，取其尺寸为：b(宽)a(高)为19060(mm) 。表31 铡草机喂入口尺寸喂入口 铡 草 机 类 型尺寸 小型 中型 大型高度a 4060 5070 6080宽度b 120180 160200 2003003.2 切碎装置切碎部分是秸秆粉碎机的重要工作部件。它的参数设计是否合理，对切碎质量、功率消耗以及机器运转均匀程度有直接影响。影响切碎性能的主要因素有:(l)切割时要产生滑切，以减少切割阻力。(2)切割要稳定，秸秆相对于动定刀片没有滑移。(3)切割阻力矩变化均匀。（4）切割速度适宜，实验表明，随切割速度的增加切割阻力下降但切碎器转速过高也将引起空气阻力的增加，因此必须有一个合适的切割速度。（5）刀片刃磨角合理，刀片刃角大于时，切割功显著增大，刃角过小，又将使刀刃不耐磨，常用的刃角为。3.2.1 切碎方式选择秸秆切碎方式主要有轮刀式切碎、滚刀式(螺旋刀和直刃刀)切碎和锤片式切碎等。轮刀式切碎质量好，刀片结构简单，主要缺点是刀盘运转不均匀。滚刀式切碎滑切作用强，切割阻力小，但切碎体不能自动抛出，刀片刚度差，不适合硬茎秆切碎。锤片式切碎是利用高速旋转的锤片来击碎秸秆，刀片结构简单，通用性好，但能耗高(蔺公振等，1996;朴香兰，1998)。根据对直刃刀切碎、螺旋刀切碎和锤片切碎3种不同切碎方式的比较试验(盛奎川等，1999)，如图3一1所示，在相同转速下，直刃刀切碎的单位质量秸杆能耗最低，由表3一1可知，采用直刃刀切碎细小颗粒产量较高，在900一1450r/min范围内，提高转速对细小颗粒产量增加不明显。表32 切碎秸杆的粒度分布刀轴转速 粒度（mm）及百分含量（%）/r.min 0-1.4 1.4-2.0 2.0-3.35 3.35-9.5 9.5-12.5 12.5-19.5 19.5 0-12.5锤片切碎860 1.9 1.1 2.3 10.3 9.9 15.6 58.9 25.51220 0.8 0.6 1.8 9.6 7.9 10.8 68.6 20.71580 2.6 1.7 4.2 15.3 11.7 17.7 46.8 35.5螺旋刀切碎920 3.7 3.2 9.2 37.6 11.7 9.6 25.0 65.41250 4.4 3.9 11.2 39.9 12.0 10.8 17.8 71.41500 5.8 4.7 12.8 43.7 11.9 9.2 11.9 78.9直刃刀切碎900 4.3 4.3 13.2 41.1 11.3 9.7 16.1 74.21230 4.2 4.4 13.1 41.6 14.2 11.0 11.5 77.51450 5.3 6.2 17.6 41.8 8.5 7.3 13.3 79.4图3一1切碎机主动轴转速与能耗的关系根据以上分析，我们选择直刃刀切碎作为秸秆切碎的设计方案，本设计采用滚刀式切割器形式，该切碎器具有结构紧凑、切割质量好、负载比较均匀的优点。 而滚刀式切碎器主要有以下几种，其结构特点及性能比较见下表32。表33常见的滚筒切碎器结构性能比较 主 要 特 点 动 定 刀 形 式 缺点螺旋 滑切角和推挤角是常数，等于 动刀采用螺旋刀片（刃线为对数螺旋线）， 动刀片的制造、刃滚刀式 动刀螺旋线的螺旋角。切割阻 定刀为直线刃口。可获得比较理想的滑切 磨和间隙调整比较力均匀 角和推挤角，不需要太高的工作转速 麻烦平板 刃磨工作实现机械化，刀片间 动刀是平板刀（动刀刃线实际上是螺旋线） 滑切角和推挤角不滚刀式 隙易于调整 定刀是平板直刃，定刀安装位置正常而不 够大，动刀片的制 倾斜，可获得一定的滑切角 造比较麻烦直刃斜装 动、定刀加工、刃磨方便。结 动刀片和定刀片刃口都是直线，实现等间 定刀片的安装位置滚刀式 够紧凑，可采用较高的转速 切割 特殊，刀片间隙调麻烦根据以上分析，我选择单叶双曲面平板直刃滚筒式切碎器。切碎装置设置在揉搓粉碎筒上方，主要由动刀、定刀板和动刀支撑板组成。性能良好的切碎器应该是切割质量高，耗用动力小，结构紧凑，工作平稳，安全可靠，便于磨刃，刀片拆卸、安装、使用和维修方便。切割器工作时是旋转动刀配合安装在机体上的定刀产生的剪切作用来切断秸杆纤维,达到一定尺寸(2025mm)的碎段以满足进一步揉搓粉碎的加工要求。3.2.2 动定刀（1）动刀形状:采用矩形直刃刀片,其特点为几何形状简单,便于加工制造、磨刀方便。(2)动刀数量：根据所需的切碎长度；由公式： （1）喂入速度 切碎器转速 动刀数量取动刀数量n =2（3）动刀材料：动刀要求具有良好的耐磨性和抗冲击性。动刀材料采用65Mn钢，刃部高频淬火处理，淬火区硬度要求达到HRC5862。非淬火区硬度要求不高于HRC32。刃口磨锐，厚度不大于0.2mm。（4）动刀尺寸:矩形刀片B(宽)H(高)为50120mm,刀片厚度=3mm,刃口厚度为90um,刀片上螺栓孔直径d=10.5mm ,磨刃角过大，切割所需功耗增加;磨刃角过小，刀片耐磨性降低，故常用的角为1530，由于切割的茎杆强度大，则小些，但是为了延长刀片使用寿命，可以取大些，所以取。动刀尺寸参数如图3-2 所示； 图32动刀片（5）动刀材料及数量：动刀采用高强度，耐磨损的65Mn钢制成。由于在下料速度和转子转速达到一定要求时，物料仍然可以被切割为一定程度的碎段，无须用太多的刀片。本设计的转子转速较高，故动刀数量确定为2把，定刀数量为2把。滚筒上每把刀片包围滚筒的弧长： （2）式中： 滚筒半径（m） 滚筒上刀片数量，一般为24把滑切角，它等于钳住角，为定值喂料口宽度（m） 由于考虑到其结构特性，取。（6）定刀板：定刀板焊置在进料口端面的边缘处，材料采用A3普通钢板高度与进料口高度一致（70mm），宽度为30mm。（7）动、定刀安装：每片动刀分别用三沉头螺栓与动刀支撑板紧固，要求螺栓头低于刀片平面2mm。为减少切割功耗，保证切割应有一定的滑切角，刀片刃口线与刀片安装中线呈220夹角。即刀片滑切角=220。刀片在支撑板上的安装与进料口进料平面相配合，应与其铅垂面呈一定的角度，角度的大小视进料口平面而定。（8）动刀、定刀间隙：为保证良好的切割质量，不堵塞，取动刀与定刀的间隙为=35mm。如图33所示： 图33动定刀安装尺寸3.3 揉搓粉碎装置 揉搓粉碎装置由园筒、凿片、齿板等组成。其中凿片采用螺栓与园筒紧固组成转子，圆筒用键与主轴连接。3.3.1 圆筒 圆筒主要用来安装凿片，能使揉搓粉碎过程中物料通畅地由上至下作轴向运动。（1）圆筒形状：圆筒采用薄钢板空心圆柱形状，圆筒上端面用钢板封闭，圆筒下端采用钢筋支撑。圆筒上下端分别焊有套筒开采用键与主轴联接，空心圆筒内设有加强筋板支撑，以保证圆筒的强度和刚度，加强筋板的布置应力求使圆筒在转动时所产生的离心力平衡。安装凿片的螺孔处分别焊有加强钢板或螺母。（在保证强度和刚度的前提下加强筋板数量不宜太多，以减轻园筒转子的重量）(2)圆筒材料：圆筒采用普通A3钢板，园筒下端钢筋和加强筋板采用普通钢材，圆筒上、下端套筒采用35号结构钢。（3）圆筒尺寸参数：圆筒直径D筒=420mm,圆筒高度H筒=430mm,圆筒钢板厚度=4mm。3.3.2 凿片 凿片安装在圆筒上，是主要的工作部件，其作用是对物料进行冲击、揉搓和摩擦以达到揉搓粉碎物料的要求。（1）凿片形状：根据秸杆类为纤维物质物料的物理特性，凿片采用尖角工作面形状，这种形状的凿片适应纤维质物料，耐磨性好。为加强粉碎效果，凿片采用U型，使得凿片的片数增加，并利于用螺栓固定在圆筒上。（2）凿片尺寸：根据现有资料，综合考虑到粉碎秸杆时凿片耐磨性及其加工的工艺性，取凿片厚度=5。凿片其它主要尺寸为凿片长为40mm,宽为30mm,高为40mm,螺孔直径为13mm.凿片形状及尺寸参数如图3-6 所示图36 凿片（3）凿片材料：由于凿片是易损件，为提高使用寿命，选用优质钢（65Mn钢），进行热处理，淬火深度为0.81.2，淬火后工作侧面硬度HRC5070 ，距螺孔4 范围内的硬度不超过HRC28。（4）凿片数目：凿片数目多,搓擦粉碎作用效果好.但起动转矩较大.根据凿片的工作密度要求,取凿片工作密度为0.43,由下式可确定凿片数量： 0.43=（5凿片轨迹数）/ 430 （3）则凿片数目z取z=16每一块凿片有两片工作面,故共有32片. (5)凿片排列：凿片的排列要求是：凿片沿粉碎室运动轨迹分布均匀，物料不推过一侧，有利于转子的动静平衡。凿片分四列，按在圆周上互差呈螺旋线排列，用螺钉紧固在圆筒上，该排列方式简单，工作时转子运行动平稳，这种排列方式可使物料在揉搓粉碎过程中在粉碎室内沿螺旋线至上向下做轴向运动，增加物料在机内的停留时间，物料粉碎过程通畅。37125113951028560118105204301318.8凿片排列布置如图3-7 所示图37 凿片排列布置 凿片的排列沿筒轴向至上向下按一定的比例由稀到密，以利于物料在机内运动和增强揉搓粉碎作用。另外凿片的排列应力求使转子运行平稳。 （6）凿片与转筒的联接：凿片采用螺栓与转筒紧固联接，要求能保证有一定的强度和紧固度。3.3.3 齿板齿板的作用主要是阻碍物料在凿片与转子高速旋转时所产生的环流层，加强对物料的揉搓、磨擦和剪切作用，齿板对纤维质多、韧性大、水分高的秸杆类物料，粉碎作用比较明显。采用螺栓将齿板上、下端固定，使其稳定可靠，安装使用方便。（1）齿板数目：本机为使安装和维修方便，采用6块齿板（n齿=6）对称地安装在机壁上，齿板在机体圆周内按600安装，采用螺栓将其上下端固定，力求安装使用方便。（2）齿板材料：齿板材料采用HT200灰铸铁制造，其齿尖表面激冷成白口以增强耐磨性，灰铸铁具有优良的减振性，耐磨性好，缺口敏感性小，成本低。（3）齿板形状尺寸：基本尺寸由粉碎室宽度而定，齿板齿形采用直齿形，齿板厚度为13。 3.4 细碎状成品排料口细碎状排料口设置在揉搓粉碎装置下端(转筒下端),用螺栓固定在机体上，采用倾斜（与水平面成300夹角）切向排料。排料口内设一调节插板，由人工控制其开度来调节被粉碎成品的粒度。排料口材料采用厚度为2 mm的A3 钢板(也可以用Q235钢板)制造。排料口截面形状采用矩形b(宽)a(高)为9050(mm). 3.5 磨碎装置 为了增强粉碎效果，使物料进一步细碎，在机体下端设置磨碎装置。磨碎方式选用片磨，因为片磨适用于研磨含水分高的物料以及韧性大的物料。片磨是依靠两个磨盘工作表面之间的挤压力和摩擦力，将物料研磨成极细的产品。研磨性能主要取决于两个磨盘之间的挤压力以及动磨盘的速度。磨盘是一个扁的圆柱体，其工作的中央部分向内凹入，也就是磨膛区，起向外推送和分配物料的作用。其整个表面按其形状作用，可分为喂入区、接收区、引入区和研磨区四个区域。喂入区位于磨盘中央，是一个圆形孔，接收区呈圆环形，其功能是将接收的物料贮存起来，并逐渐送到引入区。引入区也是环形区域，但是锥度较小，距磨盘表面的距离为3-5mm，物料从接收区到引入区时，受到越来越大的挤压力，并把物料推向研磨区。最后物料进入研磨区，该区的磨盘上有许多带有棱角的磨纹，物料通过这个区域即被磨碎。磨纹的作用一是磨碎物料，二是将物料从磨腔里推出来，减少物料在磨腔里停留时间，减少发热量。本机选用曲线型磨纹。3.6 机体机体由圆柱筒形外壁和支架部分组成，根据零件选材的一般原则，选用235为圆柱形筒的材料，235属于低碳钢，塑性、韧性优良，且经济性较好，可进行焊接；支架选用30号钢，因其硬度、强度较高，且兼有较好的塑性和韧性，综合性能优良，能满足其工作要求，采用电动机安装在支架横拉杆上，支架焊接制造，为四角支承。3.7传动部分 该机采用带传动，通过转子主轴上的带轮与电动机连接在一起，该连接方式简单，操作方便，结构紧凑，传动可靠。电动机选用Y系列立式电动机，固定在机架上。第4章 主要技术参数的确定粉碎机的参数选择是很重要的，影响粉碎机性能的因素很多，这些因素之间的关系也较复杂，完全靠计算确定还有困难。而所设计的粉碎机类型在国内尚无资料可查，其主要结构参数是通过对该机和通用型粉碎机的性能进行比较，并根据秸杆等粗纤维质物料的加工工艺性和国内外资料来合理确定的。4.1 凿片的末端线速度目前，国内粉碎秸杆的线速度一般为，苏联的H.E推荐最佳线速度范围是，但是常用的是。凿片的线速度高，冲击粉碎能力强，但噪音大，粉碎机振动加剧且空转转速增加，特别是加工茎杆物料时，冲击负荷大，功率消耗大，使得生产率降低。由于粉碎秸杆等纤维质物料，它的粉碎主要是靠搓擦、剪切作用进行粉碎，其线速度可取较小值且考虑到轴承寿命、零件强度、转子动平衡问题，故取。 4.2 转子工作直径和粉碎室宽度转子工作直径和粉碎室宽度与配套动力有一定的关系： （4）其中： 系数 一般K=923之间较为适宜 配套动力（千瓦） 转子工作直径（） 粉碎室宽度（）4.2.1 转子工作直径当配套动力一定时，转子直径过大则机器庞大，材料消耗多，成本增加，若转子直径过小，当线速度一定时，则会造成主轴转速过高，工作平稳性差，不利于粉碎，促使生产率降低。根据实际生产需要、转子速度和凿片线速度，确定转子直径为。 （5）其中： 凿片线速度（m/s） 转子转速 由后面计算得 取。4.2.2 粉碎室宽度粉碎室宽度太大，物料层薄，分布密度小而不均匀，当凿片数量一定时，搓擦次数少，粉碎能力低；粉碎室宽度太小，物料不能得到很好的粉碎，粉碎能力降低，生产率也降低。根据现有资料和转子直径，考虑到粉碎物料为秸杆等粗纤维物质，可取大些，故确定粉碎室宽度。 由式可得：，满足要求。4.3 主轴转速的确定 根据粉碎机转子直径，线速度和现实加工要求，主轴转速由下式可得： （6）4.4 凿片和齿板间隙不适当的凿片和齿板间隙很可能会显著地降低生产率和增加凿片与齿板的磨损，间隙过大，粉碎时间增加，不一定满足粒度要求，降低了生产率，但间隙太小，粉碎室容纳的物料少，增加功耗。根据国内设计粉碎机系列正交试验结果，推荐谷物类，秸杆类，普通型。 故取。4.5 粉碎机生产率的确定由于粉碎机的功率都是生产出机器之后才能够实际测量，现只有根据经验公式进行初步计算，由公式： （7） 其中： 物料容重 秸杆容重（T/）转子转速 物料形成环流成时的影响系数 取进料不均匀的影响系数 取下料口对排料所产生的影响系数 取转子直径 粉碎室宽度 =0.3509 (T/h)4.6 配套功率粉碎机的粉碎功率可以有经验公式求得： （8）其中： 系数 ，取 生产率， 所以配套功率第5章 标准件的选择5.1 电动机的选择根据粉碎机的工作条件及生产要求，在电动机能够满足使用要求的前提下，尽可能选用价格较低的电动机，以降低制造成本。由于额定功率相同的电动机，如果转速越低，则尺寸越大，价格越贵。粉碎机所需要的功率为，故选用Y系列（IP44）型三相笼型异步电动机。 Y系列三相笼型异步电动机是按照国际电工委员会（IEO）标准设计的，具有国际互换性的特点。其中Y系列（IP44）电动机为全封闭的自扇冷式笼型三相异步电动机，具有防灰尘、铁屑或其它杂务物侵入电动机内部之特点,B级绝缘,工作环境不超过40,相对温度不超过95%,海拔高度不超过1000m,额定电压为380V,频率50HZ,适用于无特殊要求的机械上，如农业机械。 Y系列三相笼型异步电动具有效率高、耗电少、性能好、噪声低、振动小、体积小、运行可靠、维修方便等优点。且提高了防护等级和绝缘等级、结构合理、产品先进、应用很广泛。其主要技术参数如下：型号： 同步转速： 额定功率：满载转速：堵转转矩/额定转矩： 最大转矩/额定转矩：质量：极数：4极机座中心高：该电动机采用立式安装，机座不带底脚，端盖与凸缘，轴伸向下。5.2 轴承的选择根据对该粉碎机的结构和对轴的受力分析可知，由于凿片为对称排列，在转子的转动过程中凿片所产生的离心力相互抵消，轴承受到凿片产生的径向力为零，但是由于转子自己会产生一定的离心力；同时由于转子自身的重力，会使轴承受到轴向力。因此，在工作过程中轴承同时受到轴向和径向载荷的作用，且轴承受到的轴向载荷较大，故选择圆锥滚子轴承中大锥度轴承31310，其锥度为：= 。5.3 键的选择 转子主轴上与带轮的连接键，转筒与主轴的连接键选用普通平键：选用GB109679。5.4 螺栓的选择用来连接支承电动机钢板与支架、支承粉碎机钢板与支架用螺栓：由于是用于板间连接，螺栓主要是受到剪切作用，故采用受剪螺栓连接。连接转子和凿片用螺栓和连接齿板与机体用螺栓主要是受到拉伸应力，采用受拉螺栓连接。选用GB578386。5.5 螺母的选用 主要根据所用螺栓规格进行选择： GB617086。5.6 垫圈的选择 根据需要选用普通平垫圈：GB84885。第六章 轴的设计计算6.1 轴的材料的选用轴的材料主要采用碳素钢和合金钢，碳素钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较小，所以应用较为广泛。常用的碳素钢有3050钢，这里选用45钢，并进行热处理和表面强化处理，可以提高轴的疲劳强度和耐磨性，如有必要还可进行渗碳，以提高轴的耐蚀性。6.2 轴的设计原则根据机械设计，轴的设计应满足下列几方面的要求： 合理的结构、足够的强度、必要的刚度和振动的稳定及良好的工艺性等。在设计轴时，除按工作能力准则进行设计计算外，在结构设计上还需满足下列要求：多数轴上零件不允许在轴上作轴向移动，需要用轴向固定的方法使它们在轴上有确定的位置;为传递转矩，轴上零件还应作周向固定；轴的加工、热处理、装配、检验、维修等都有良好的工艺性。 轴结构设计的一般原则：轴上零件的布置应使轴受力合理；轴上零件的位可靠，拆装方便；轴应采用各种应力集中和提高轴疲劳强度的结构措施；应具有良好的结构工艺性，便于加工制造和保证精度；对于要求刚性大的轴，还应从结构上考虑减小轴的变形。确定各轴较长度时应尽可能结构紧凑，同时还应保证零件所需的滑动距离，装拆或调整所需空间，并注意转动零件不得与其他的零件相碰。轴上所有零件都应无过盈（即不太紧）地到达配合部位。为了减少加工工具的种类和提高劳动生产率，轴上的倒角、圆角、键槽等应尽可能取相同的尺寸。根据以上原则来确定轴的尺寸。在该设计中，销轴的轴向固定采用轴肩圆螺母的固定方法：用螺母固定轴端简单方便，可承受轴向力。主轴的轴向固定采用轴肩挡圈固定，轴肩结构简单，可以承受较大的轴向力，轴端挡圈常用于轴端零件的固定。为了保证轴的疲劳强度，轴肩处采用过渡圆角，且圆角不应太小。根据机械转动方案的整体布局，根据受载情况，主要承受扭矩，只承受较小的弯矩，定为转轴，通过皮带传动，即为实心转动轴。6.3 轴的转速在第四章中已确定电动机转速=1440r/min,切碎机主轴转速=1275r/min。6.4 轴的输入功率电动机 切碎机主轴 =40.95=3.8kw （9）电动机与主轴的传递效率，带传动=0.956.5 轴的转矩的确定 电动机转矩： （10）=9550104/1440=26527.8 切碎机主轴： 6.6 轴的最小直径的初步确定选材：45钢，调质处理，,结构设计： 由机械设计式15.2确定轴的最小直径 其中： 许用切应力 由表15.3 =25Mpa P轴传递功率 P=3.8kw n主轴转速 n=1275 r/min C由表15.3 C=120 由上式可得： d17.27 当轴上有键槽时，应适当增大轴径，单键增大5%-7%，双键增大10%-15%，取。6.7 传动方式的确定 本机采用带传动方式。6.7.1 带及带轮的选用本机选用V带，V带的横截面呈等腰梯形，带轮上也做出相应的轮槽。传动时，V带的两个侧面与轮槽接触。槽面摩擦可以提供更大的摩擦力。另外，V带传动允许的传动比大，结构紧凑，大多数V带已标准化。1.确定计算功率由机械设计表87查得工作情况系数,故 2.选择V带的带型根据、由图811选用A型。3.确定带轮的基准直径并验算带速1）初选小带轮的基准直径。由机械设计表86和表88，取小带轮的基准直径。2)验算带速V。按机械设计式（813）验算带的速度m/s=6.78m/s因为5m/s30m/s,故带速合适。3）计算大带轮的基准直径。根据机械设计式（815a），计算大带轮的基准直径 根据机械设计表88，圆整为。4.确定V带的中心距a和基准长度1）根据机械设计式（820），初定中心距。2）由机械设计式（822）计算带所需的基准长度 由机械设计表82选带的基准长度。3）按机械设计式（823）计算实际中心距a。 5.验算小带轮上的包角 6.计算带的根数1）计算单根V带的额定功率。由和r/min,查机械设计表84a得根据r/min，和A型带，查机械设计表84b得查机械设计表85得,表82得,于是 2)计算V带的根数 取4根。第七章 主要工作零部件的强度校核7.1 凿片的强度校核 凿片是秸秆粉碎机的主要工作零件，对于强度和硬度都有较高的要求。当转子高速旋转时，凿片就受到离心力、物料对凿片的反力等作用，由于物料在粉碎室中的运动是相当复杂的，则其离心力作用又远远大于其它对凿片的作用力。因此对凿片的强度校核只考虑其主要受力，即离心力对凿片的拉伸应力的影响，故对凿片单片横断面和凿片打孔处进行抗拉和抗剪的强度校核7.1.1 凿片单片的横断面抗拉强度 凿片旋转时的离心力： （11） 式中：为凿片的重量，kg； (12) 为凿片的体积，； 凿片整体的体积2螺钉孔的体积 （13） 为刚才的密度，；65Mn钢所以，将V、的值代入公式（12），重力加速度，；主轴转速， ；R凿片重心相对于主轴轴心的回转半径，m；所以，将、g 、n 、R的值代入公式（11）,得 为凿片单片根部横断面的受拉面积。 (14)式中：D为螺孔直径； 为凿片厚度； 所以，将、的值代入公式（14）， 因为 凿片采用65Mn钢，查机械设计手册得65Mn钢的抗拉许用应力， 所以，凿片满足抗拉强度要求。7.1.2 凿片螺孔出抗剪切强度校核 （15）式中：为凿片离心力； 为剪切面积。 剪切面积为凿片螺孔的表面积，即 （16）式中：为凿片螺孔的直径； 为凿片的厚度。 将、的值代入公式（16）中，得 将、的值代入公式（15）中，得 剪切许用应力与拉伸许用应力有如下关系： （17）取由得 所以，凿片的抗剪切强度满足要求。7.2 轴的强度校核该机主轴与电动机轴联接是通过皮带传动进行连接，传递转矩，转子固定在轴上，因此可以认为转子对轴的作用力为均布载荷，均匀作用在轴上。由于转子上凿片的排列呈螺旋线排列，在同一个平面上每个凿片所产生的力相等，但它们在轴上产生的离心力的合力的作用线相距e0，两力不能平衡。所以凿片产生的离心力对轴产生影响，使其产生弯曲变形，轴除受弯矩外，还受扭曲变形。所以用弯扭组合变形对轴进行强度校核。7.2.1 作用在轴上的力的分析由于凿在转子上采用螺旋线排列，其所产生的离心力不能相互抵消，但可以算出转子上每列凿片产生的离心力的合力。 凿片在转子上按互差90排列，分为四列： 第八章 轴承的寿命计算 根据该机的工作情况，轴承寿命按照额定动载荷的方法计算较为合理：查机械设计手册31310轴承的主要性能参数如下：,r/min,。8.1 轴承的受力分析轴承所受径向力为