盘式秸秆粉碎机的设计(编辑修改稿)

盘式秸秆粉碎机的设计(编辑修改稿)内容摘要：

004 2 04 0 3 4 0123456 图 盘式秸秆粉碎机结构示意图（主视图） Figure Straw shredder disc structure diagram(front view) 盘式秸秆 粉碎机的设计 7 10392 5 07 1 2789 图 盘式秸秆粉碎机结构示意图（俯视图） Figure Schematicstraw grinderdisc(top view) 华中农业大学 2020 届本科毕业设计 8 3881 0 装置 罩壳 图 盘式秸秆粉碎机结构示意图（左视图） Figure Schematicstraw grinderdisc(left view) 由盘式秸秆粉碎机结构示意图 、 和 可以看出，该机由几部分组成，分别是切碎装置、喂料装置、传动装置、输送装置、机架和罩壳等。 工作原理是：电动机的动力输出，经带传动传 递给主轴，主轴的动力经传动装置传递给喂料装置，喂料装置的动力进一步传递给输送装置；电动机是动力源，喂料装置的功能是喂入和夹紧物料，传动装置将动力大小和方向改变至合理值，传递给喂料装置和输送装置，输送装置将物料输送至上下喂入辊的喂料口，切碎后的物料经抛送叶片抛送，由出料口排出。 盘式秸秆 粉碎机的设计 9 主要技术参数 据工作原理和实际需求，确定主要技术参数如下： 刀盘半径： 500 mm 刀盘转速： 800r/min 最大切削直径： 60mm 飞刀数： 3 飞刀长度： 400mm 进料方式：压辊式喂料链板自动水平进料 出料方式：气 流出料上出料 粉碎机效率： 1500kg/h 喂入辊直径： 80mm 喂入辊有效长度： 300mm 喂入辊张开间距最大值： 100mm， 张开间距自动调节 电 动 机功率： 3 切碎装置设计 切碎方式选择 秸秆切碎方式主要有 盘 刀式切碎、滚刀式 (螺旋刀 )切碎和锤片式切碎等。 盘 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。 根 据对 盘 刀 式 切碎、螺旋刀切碎和锤片切碎 3 种不同切碎方式的比较 研究 ，如图 ，在相同转速下， 轮刀式切碎中的 直刃刀切碎的单位质量棉杆能耗最低。 查阅相关文献资料 （朴香兰， 1998） ，采用直刃刀切碎 ， 细小颗粒产量较高， 并且切削片的均匀性较好， 在 900~1450r/min 范围内，提高转速对细小颗粒产量增加不明显。 华中农业大学 2020 届本科毕业设计 10 直刀刃切碎螺旋刀切碎锤片切碎主动轴转速（ ）能耗（） 图 切碎机主动轴转速与能耗的关系 Figure shredder drive shaft speed and energy relations 根据以上分析，我们选择 盘 刀 式 切碎作为 秸秆 切碎的设计方案。 盘刀式切碎的刀有直刃刀和圆弧刃之分，下面将讨论对切削刀具的选择。 切碎原理分析 按刀片刃线运动方式，切割可分为砍切和滑切两种。 砍切时刀片切割点 M 运动方向垂直刃线，而滑切时刀片切割点 M 运动方向不垂直刃线。 由于滑切使刀片斜置切入，实际刃角相应变小，刃线变锐，切割阻力减少，因此滑切比砍切省力，且在一定滑切角范围内，滑切程度越大，切割越省力。 当刀片产生滑切时，切割点 M 速度 V 分解为 2 部分 (图 ):滑切速度 Vt，方向平行刃线。 砍切速度 Vn，方向垂直刃线。 速度 V 和 Vn 夹角为滑切角  ，在一定滑切角范围内，滑切程度越大，切割越省力。 盘式秸秆 粉碎机的设计 11 图 Figure slip cutting knife 割刀参数分析 直刃刀的参数分析 1） 滑切角 ， 农业机械工作部件的滑切角应定义为：刃口曲线上任意一点的法线与该点运动速度方向之间的夹角。 直线型刀片的滑切角  在数值上等于刀片刃线 AB 与切割半径 r 之夹角 (图 )。 心距 4. 滑切角 6. x推挤角 图 切碎器的结构图 Figure Structure diagram chopper 为了保证刀片有滑切，其刃线 AB 至回转中心 O 应具有偏心距 e。 华中农业大学 2020 届本科毕业设计 12 由图 : tg =22 ere () 上式说明， 直刃刀切割 从切割开始到终了，随着切割点外移，切割半径 r 的增加，刀片的滑切角逐渐减小。 因此，刀片切割阻力矩随着切割半径的增大，滑切角的减小，切割阻力的增大而增大。 图 中，动刀刃线 AB 与定刀刃线 CM 间的夹角为推挤角 过大，秸秆受刀片作用，会先沿刃线一侧滑移，逐渐集中在最后阶段切割，结果造成刀片负荷不均，刃线末端磨损严重，碎段变长，切碎质量变坏。 因此，为保证切割稳定，不产生滑动切割，满足如下切割条件 : x 1 2 () 根据文献资料，取 1 = 12 ， 2 38 ，则 x 50。 图 中，由三角形 OGH 和 HCD 相似关系可知，推挤角 x 在数值上等于回转角  ，  在切割过程中逐渐减小。 故刀片推挤角随着切割点外移、回转角的减小而减小。 从以上分析可以得出，直刃刀刀片的推挤角变化比较合理， 随着切割过程的进行，切割点的外移，逐渐减小，钳住物料的能力越来越强， 而滑切角和阻力矩 变化不够理想 ，滑切角逐渐减小，阻力矩逐渐增大。 圆弧刃的参数分析 圆弧刃的参数分析过程与直刃刀的一致， 可以用微分的思想，将圆弧刃看做多段短小直线刃，其分析过程和切割原理与直线刃相同， 将刃线换成一段半径合理的圆弧即可。 可以 得出结论，圆弧刃的滑切角在切割过程中逐渐增大，滑切程度越来越大，切割越来越省力，阻力矩逐渐减小，对切割过程很有利。 但是推挤角同样也越来越大，不利于物料的钳住。 刀具及刀盘的设计 良好的切刀（或称切碎器）应满足下列要求： 切割质量高，耗用动力小，结构紧凑，工 作平稳，安全可靠，便于刃磨，使用盘式秸秆 粉碎机的设计 13 维修方便。 刀片在设计和选用时应满足下列三个方面的要求，即① 钳住物料，保证切割；② 切割功率要小；③ 切割阻力矩均匀。 刀具设计 切碎器是秸秆切碎机重要工作部件。 它的参数设计是否合理，对破碎质量，功率消耗，以及机器运转均匀程度有直接影响。 破碎性能好的切碎器，应是结构简单，刀片制造、安装、刃磨方便、切割省力，负荷均匀，切割质量好，秸秆相对动定刀片不产生滑移。 综合评判，切割过程中，滑切角相对于推挤角，对切割过程的影响更大，滑切角越大，切割过程越省力，越流畅；对刀具的 冲击损伤越小，刀具寿命更长久；整个机器的稳定性也更好，震动更小，噪音越小；切割时，也相对更节约能源。 推挤角而言，只要保证推挤角合理，物料不被推挤产生滑移即可，圆弧刃的半径选择合理完全可以避免物料产生滑移。 相对比而言，圆弧刃口动刀片在综合性能上较直刃刀动刀片优越，因此本文设计中选择圆弧刃动刀。 同时 ，为了改善其切碎性能，本设计采用提高切碎器转速和增大其本身转动惯量 (即刀架质量 )的方法，来补偿由于阻力矩变化所引起的运转不均的缺点。 通过将动刀架与甩抛轮 叶片 设计为一体，既可增加刀架的转动惯量，又可改善切碎物料的甩抛 性能。 查阅相关文献 （尤嘉陵， 1983） ，对盘式削片机而言，切割时，滑切角是影响耗能的主要因素，当滑切角在 35176。 —45176。 时，切割的平均扭矩较低，切割能耗较小。 本文设计的动刀片如图 1 0 0 1 0 0R9004 0 01 2 3 图 动刀片结构简图 Figure Moving blade structure diagramin 华中农业大学 2020 届本科毕业设计 14 圆弧刃的刃线为半 径 900mm 的圆弧，圆弧刃弦长为 400mm，刀身上有三个沉头孔，用来将刀和刀盘固定。 飞刀在切割过程中，会受到一定的冲击，并且主轴转速较高，飞刀使用频率较高，加之刀具需经久耐用，耐磨等，综合考虑各因素，飞刀的材料选择碳素工具钢中的 T9 号钢，热处理后刃口部分的硬度为 52— 56HRC，其韧性和耐冲击性都较好。 查阅相关文献得知，盘式粉碎机的飞刀的楔角取 30176。 —45176。 （俞嘉芝等， 2020）时，对切割过程最为有利，既保证了切割过程的流畅，又保证了刀具刃口的强度和耐用性。 本文取 38176。 的飞刀楔角。 查阅相关文献得知，底刀 的刃磨角一般取 85176。 —90176。 ，本文取 85176。 底刀材料采用碳素工具钢中的 T5 号钢 采用方形刃口的定刀，其能耗小，使用时不易磨损，在该区域刃部淬火硬度为 47～ 56HRC，而非淬火区为 28HRC（邓春岩等， 2020）。 动、定刀片刃口的间隙为 ～。 若磨损到一定厚度 时，必须磨刀，使之变薄，构成锐利刃口。 刀盘设计 刀盘的作用有三个，一是固定飞刀，使飞刀随主轴旋转，与定刀形成剪切作用；二是起飞轮作用，使飞刀在间断切削过程中，速度波动不大，并且储存能量；三是起旋转叶片作用，抛送切碎后的秸秆碎片。 刀盘 的结构设计如图 100100123456 刀盘 结构示意图（ 主视图 ） 盘式秸秆 粉碎机的设计 15 1021351 . 67 刀盘 结构示意图（ 俯视图 ） 图 示意 图 Figure Schematic cutter 飞刀与刀盘通过刀盘配合面面接触定位，通过三个沉头螺钉固定在刀盘上；三个支架上均有抛送叶片，高速旋转下，将秸秆碎屑抛送出；刀盘通 过标准 平 键与主轴配合，传递扭矩，配合面均有粗糙度要求。 由于少刀盘式秸秆粉碎机工作时属于间歇运动，故实际消耗功率是变化的，因此，将刀盘看作飞轮设计，以便在驱动力的功超过切削阻力的功时，将多余的能量贮藏起来，使动能增大时，速率增加不太大；反之，当切削阻力的功超过驱动力的功时，把多余的能量释放出来，使动能减少时，速率降低不至于太大。 刀盘的作用就是使刀盘的速率波动不至于太大。 刀盘的材料一般采用 30， 35， 45 号铸钢，本文采用 45 号铸钢，铸钢件必须退火处理，锻钢件须正火处理；粗加工后进行探伤检查，在开口处不允许有 降低使用性能的缺陷。 主轴的毛坯应为锻件，不应有降低使用性能的缺陷。 4 压辊式喂料装置设计 结构及工作原理设计 压辊式喂料装置由浮动的上喂入辊，固定的下喂入辊和压紧装置组成，上下喂入辊的直径相等，并且以相同的角速度反向旋转运动 ， 作用是将物料以一定的速度喂入切碎器，并在喂入的同时，将其夹住、压紧、无滑动，以保证切碎质量，即切碎颗粒长度均匀 ， 切口平整。 上喂入辊 动力由一对万向节 传入，下喂入辊由一对圆华中农业大学 2020 届本科毕业设计 16 柱齿轮传递动力并改变转动方向，从而获得上下喂入辊转速一致，但方向不同的运动。 喂入装置结构简图如图 下拉横 架 2和浮动罩壳 11 焊缝连接，浮动罩壳 11 和浮动轴承座 5用螺栓固定在浮动轴承座固定板 6上，这部分整体可以上下浮动。 上拉横梁 3和下轴承座 7 用螺栓固定在总固定板 8上，总固定板 8用螺栓固定在机架上，这部分为固定，不可以浮动 4 2 03 4 010012037440601234567891 01 1 2 下拉横架 10上喂入辊 11浮动 罩壳 . 图 Figure summarizes the position of the feed roller 上下喂入辊同时反向旋转运动，攫取物料，下喂入辊固定，上喂入辊可浮动，物料被喂入切碎器的同时，被上下喂入辊夹住压紧，以便飞刀和定刀切割物料，有利于提高切碎效率，切割过程流畅，保证了切割的均匀性。 为了使得喂入秸秆过多时在。