秸秆粉碎机设计开题报告.doc

本科毕业论文（设计）开题报告书题 目 秸秆粉碎机设计姓 名学 号专 业指导教师职 称学 位课题来源自选科学依据（包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等）1，科学意义 我国是个农业大国，每年农村的秸秆量就有6.50 亿吨，到2014 年达7.26 亿吨，相当于3 亿吨标准煤1。可见，在这些秸秆中蕴藏着丰富的能源，近年来，由于针对绝大部分秸秆采用就地焚烧或者掩埋等措施，造成了无法充分利用秸秆中能量的问题，我国用于饲料的秸秆能量还不足10%2，同时又对环境造成了极大的破坏。因此，作为一个生物质产出大国，对于我国生物质能源的开发仍然值得我们去研究和探讨。生物质原料在开发利用前期都需要进行相应的粉碎加工处理，只有当生物质的粉碎颗粒符合一定的尺寸和要求时，才能为后续的生物质研究与利用做好充分的准备。所以，秸秆粉碎机的研究对生物质能源的开发与利用有着非常重要的意义3。目前，我国所研究制造的粉碎机也是多种多样，技术相对较成熟，但就现有的粉碎机而言，从设备的能耗、产量，物料的适应性、粉碎粒度、经济性以及机型本身的工作稳定性、操作安全性、寿命、工作性能等多方面进行综合考虑，还是有许多不完善的地方，不能很好地满足各类生物质粉碎的要求4。综上，秸秆粉碎机的研究，对我国生物质能源利用的经济化、商业化和促进农业的可持续发展都具有十分重要的意义。本研究主要探讨卧式秸秆粉碎机的工作原理及其设计过程。2，国内外研究现状及分析粉碎机的研制在国内己有几十年的历史，主要集中在饲料粉碎和农作物秸秆切碎等方面5。粉碎技术根据粉碎方式和粉碎手段的不同可分为铡切式、锤片式、揉切式和组合式粉碎技术6。在我国，秸秆粉碎机普遍采用的是锤片式和爪齿式粉碎7。 我国经过多年的潜心研究，锤片式粉碎机的技术水平和性能指标基本上能达到国际同类产品的先进水平。我国秸秆粉碎机企业生产的产品品种多、规格齐全，基本上能够满足我国生产发展的需要。但是锤片式粉碎机仍然存在能耗高、效率低等问题8。国内外对于稻秆粉碎机的研宄已有几十年的历史，期间研究制造了各种不同型号的粉碎机，但是粉碎原理大同小异。国外注重提高生产效率，主要发展自动化程度高、通用性好的大型机具，其配套动力大多在75kw以上，例如丹麦的朵 农机械厂，生产的由拖拉机动力输出轴驱动的朵农805型稻杆粉碎设备，功率高于55kw9;丹麦的President有限公司，生产的功率为73.5-110.25KW的锤式粉碎机，生产率达到4-5t/h10;然而西欧一些公司却专注小型结秆粉碎设备的研制，如意大利的Sike公司设计的小型桶式稻秆粉碎设备机体尺寸和配套动力都小，刀片呈螺旋状排列，振动影响小，粉碎后物料粒度均匀11.20世纪80-90年代起，为了满足各种不同的生产需求，我国研制了各种不同类型的粉碎机，粉碎技术根据粉碎方式和粉碎手段的不用，可分为铡切式、锤片式、揉切式和组合式粉碎技术12。 随着我国对农业资源不断开发与利用，对秸秆粉碎机的理论研究与创新显得尤为重要。因此，需要重视对秸秆粉碎机的理论研究与创新，优化现有的粉碎设备，进一步改进和完善现有机型，使各种机型的主要工作部件实现标准化，提高秸秆粉碎机的质量，降低能耗，增强机组的安全性，发展一体化联合加工设备，进而提高生产效率、降低劳动强度和加工成本，从而使经济效益更加显著13。同时，根据不同地区特点及广大农民的需求，发展功能较为全面、价格适宜的粉碎设备，从而提高农民的积极性。大力开拓秸秆粉碎机的经济市场，增加秸秆粉碎机的种类和机型，进而降低其生产成本，进一步促进秸秆粉碎机的研制开发14。3，应用前景（1）秸秆燃料作物秸秆一直是我国农村的主要燃料,上世纪80年代以前占农村能源的70%以上,上世纪90年代已下降至30%。目前仍有村民以直接燃烧的方式加以利用,利用率低,其烟雾会造成环境污染。秸秆进行深加工提高燃烧值后,再做为燃料则可缓解这一问题,如秸秆压缩燃料等,但对于现已习惯于石油燃料的百姓来说,还需要推广过程。秸秆作为沼气原料成为生物能源,是解决农村家居能源的有效途径,但我国幅员辽阔,南北方温度差异大,北方地区冬季沼气发生量的稳定性尚需技术支持15。（2）秸秆肥料还田利用是秸秆主要利用方法之一,在农业生产中已广为应用。秸秆中除含碳水化合物外,还含多种无机元素,秸秆肥中有机质丰富,氮、磷、钾养分较为均衡。秸秆还田后将成为很好的有机肥资源,缓解耕地中氮、磷、钾的比例失调问题。但秸秆合理应用是一个复杂的过程,无论是哪种还田方式都涉及很多问题,还田不当都会带来不良的后果16。生秸秆很难被土壤中微生物所分解,所以秸秆在土壤中被分解转化周期较长,秸秆粉碎程度、土壤水分、单位面积内秸秆数量等因素都将影响秸秆还田效果。秸秆分解时需要吸收一定的氮,直接还田时需添加一定肥料,以免与农作物争氮影响生长,还田后地块害虫呈增多趋势。大豆、烟草等秸秆不宜直接还田。秸秆沤肥还田时,则要对温度、时间、水分等因素进行控制,否则也将影响绿肥效果17。（3） 秸秆饲料 农作物秸秆加工制作秸秆饲料亦称过腹还田,秸秆内含有可消化的干物质粗蛋白质等成分,特别适于饲喂反刍动物,所以一直是丰富的饲料资源。传统做法是直接将秸秆作为牲畜的粗饲料,但由于秸秆中纤维素、木素等物质不易被消化吸收,需经过适当处理,改变秸秆的组织结构,改善适口性,提高秸秆饲料的消化率及营养价值18。秸秆饲料处理有多种方法,物理方法是通过切断、粉碎等方式改变秸秆外观结构。蒸煮和膨化热喷处理工艺效果很好,但由于设备投资较高,尚难在饲料加工中大量应用19。化学处理方法如碱化处理,使秸秆纤维膨胀、半纤维素和部分木质素溶解。 参考文献1王雅鹏，孙凤莲，丁文斌，等 中国生物质能源开发利用探索性研究M 北京: 科学出版 社，2010. 2薛建华.饲草加工机械概述J.农产品加工,2003(12):34-35.3祖宇，郝玲，董良杰,我国秸秆粉碎机的研究现状与展望J,2012.4朱文德，陈永生，肖宏儒，等 我国生物质粉碎加工技术的研究进展J 现代农业装备， 2007( 7) : 47 505钱春华 桑枝削片粉碎机三维设计与结构分析的研究D 南京: 南京林业大学，20066于海燕，刘向阳 秸秆饲料加工机械现状及进展J 粮油加工与食品机械，2003( 6) : 53 55(4)作为栽培基质 从 20 世纪后期有机废弃物利用成为栽培基质研究的热点。农业废弃物是可资源化利用的有机废弃物中最理想的材料, 不但富含作物生长所必需的各类营养元素, 而且基本没有城市垃圾中的重金属污染等限制因素。可供利用的农业废弃物主要有作物秸秆、树皮、稻壳、椰壳等。Jespersen 研究发现, 腐熟有机废弃物 ( 水貂粪、牛粪、麦秸和鲜木片)按 20%40%的体积比与泥炭混合, 其栽培效果优于或近于泥炭20。在中国南方, 应用炭化稻壳、椰壳纤维等废弃资源作为栽培基质已经相当成熟和普遍.北方地区将玉米秸、稻秸用于无土栽培和育苗过程也有报道。由于秸秆基质容重偏小,大小孔隙比偏大, 因此多数作为复合基质的组分加以利用, 与重型基质材料复配可显著改善其物理性状.(5)其它应用 除用于造纸行业外,秸秆可作为建材、食用菌、编织、制炭等行业的生产原料。发达国家以农作物秸秆为原料,采取生物技术手段发酵生产燃料油气、单细胞蛋白、酶制剂等高科技产品,已取得成果或一定的生产规模,国内亦有学者在从事研究21.参考文献1王雅鹏，孙凤莲，丁文斌，等 中国生物质能源开发利用探索性研究M 北京: 科学出版 社，2010. 2薛建华.饲草加工机械概述J.农产品加工,2003(12):34-35.3祖宇，郝玲，董良杰,我国秸秆粉碎机的研究现状与展望J,2012.4朱文德，陈永生，肖宏儒，等 我国生物质粉碎加工技术的研究进展J 现代农业装备， 2007( 7) : 47 505钱春华 桑枝削片粉碎机三维设计与结构分析的研究D 南京: 南京林业大学，20066于海燕，刘向阳 秸秆饲料加工机械现状及进展J 粮油加工与食品机械，2003( 6) : 53 557汪莉萍 复合式秸秆粉碎机设计方法理论研究D 哈尔滨: 东北林业大学，20108祖宇，郝玲，董良杰,我国秸秆粉碎机的研究现状与展望J,2012.9宋永健.农作物粮食秸秆收获一体机：中国，200820188162.2P.2008.9.1610镇江市农业机械技术推广站：中国，201020674726.0P.2010.12.2311何毅,农作物秸秆还田机械化技术应用及发展趋势分析,农业开发与装备2013年第7期12于海燕，刘向阳.秸秆饲料加工机械现状及进展.粮油加工与食品机械，2003(6):53 -55.13祖宇，郝玲，董良杰,我国秸秆粉碎机的研究现状与展望J,2012.14刘晃 我国饲料粉碎机的现状与发展J 渔业现代化，2004( 1) : 42 4315聂勋载.再谈合理利用非木材纤维任重而道远J.中华纸业,2009,30(24):13-15.16郑书敏.烟秆-潜在的制浆造纸原料J.国际造纸,2001(1):46-48.17赵伟. 2009年中国造纸工业产销情况分析J.中华纸业2009,30(23):6-13.18胡健,曾靖山,郑炽嵩.几种非木材原料爆破法纸浆的研究J.造纸科学与技术,2004(6):32-35.19郑书敏.烟秆-潜在的制浆造纸原料J.国际造纸,2001(1):46-48.20Jespersen L M. Production of compost in a heat composting plant and test of compost mixtures as growing media for greenhouse culture J . Acta Hort. 1993,342:127-142.21聂勋载.再谈合理利用非木材纤维任重而道远J.中华纸业,2009,30(24):13-15.研究内容 了解并分析学习现有粉碎机的结构、工作原理和技术特点，设计秸秆粉碎机的各级装置及整体结构，主要包括进料口、粉碎机构、输送机构及机身动力传动机构，使杆状的秸秆成较短的细丝状并能够被牲畜食用或易于用来进行生物质能的提取。详细内容：1，秸秆粉碎机进料口的设计：结合秸秆特点设计合适的进料口，并方便进行人工进料。2，秸秆粉碎机粉碎机构的设计：设计合适的锤片粉碎机构，将杆状秸秆细碎化。3，秸秆粉碎机输送机构的设计：设计适当的运输装置，可使经粉碎后的细丝状秸秆易于收集或还田且回收率高。4，秸秆粉碎机机身的设计：设计合理的机身机架，保证粉碎机工作时的稳定性和安全可靠性。5，通过实验及计算确定相应位置的零部件的材料、尺寸、公差等数据和选型以及标准件的选配。6，对关键的轴类零件、齿轮进行强度校核。7，完成机架的设计，并对全部零部件进行总体安装布置。8，研究所设计秸秆粉碎机的优缺陷及应用情况。拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析 1，研究方法： 首先，认真阅读设计任务书，查阅相关资料和文献，通过对秸秆粉碎机全面、正确的掌握来确定出一个整体的设计方案，画出机构运动图，并明确所要设计的零部件及机构；其次，复习所学过的相关专业课程，参考相关资料手册，通过三维建模实验和理论计算进行各个零部件的设计计算，对于需要进行受力分析及失效分析校核的零部件，可以用三维仿真来模拟进行试验；最后，结合现有的秸秆粉碎机完善所设计的数据，可以查阅到的数据直接从手册等查询，无法直接查阅的根据现有的粉碎机来调整确定。 2，技术路线：认真阅读分析设计任务书，明确设计任务 查阅相关资料确定整体方案，并对方案进行筛选和可行性分析 了解现有的秸秆粉碎机的设计制造情况，搜集任务所需的数据资料 结合计算机绘图软件和理论计算设计机架和各传动装置 通过受力分析设计计算各零部件的尺寸、选材等参考可查阅的相关手册和现有粉碎机，完成电机的选型完成所有零件设计和部件设计完成秸秆粉碎机的总体设计撰写编辑技术文件 3，可行性分析： 市面上现已有秸秆粉碎机，各个机构装置都有可行的设计方案，本设计根据常见的锤片式粉碎，采用进料、粉碎、回收出料的方案，具备可行性。关于机身机架的设计，已拟定出具体的设计方案，也具备可行性。其余的各个零部件都有详细的设计计算过程，都具备可行性。 同时，大学期间，所学的专业课程如机械原理、机械设计、理论力学、材料力学、金属材料及热处理等都是很好的资料，并且独立完成了课程设计，所以已具备一定的理论设计计算能力，再加之对计算机绘图软件的熟练掌握运用，定可以顺利完成本次设计任务。研究计划及预期成果 1，研究计划： 2014.11.25-2014.12.15：查找文献（中、外），并确定所翻译的外文文献； 2014.12.16-2014.12.31：阅读相关文献资料，了解“秸秆粉碎机”的相关信息，形成大 致思路； 2015.01.03-2015.01.10：浏览阅读所查文献，完成开题报告； 2015.01.11-2015.01.15：完成外文翻译； 2015.01.16-2015.01.31：构思出设计方案的雏形； 2015.03.01-2015.04.10：整体方案设计，各个零部件的设计及校核； 2015.04.10-2015.04.30：用PRO-E进行三维模拟，绘制总装图、部装图、零件图； 2015.05.03-2015.05.30：撰写设计说明书并进行修改完善； 2015.06.01-2015.06.20：进行毕业论文答辩。2，预期成果： （1）翻译一篇与课题相关的外文文献； （2）撰写论文的格式、字数要达到学校学院的要求； （3）提交总装图1张、部装图2张、达到加工要求的关键零件图8张； （4）总结自己在本次设计中的收获和心得。指导教师意见 指导教师签名： 年 月 日