轮刀式饲草切碎机的设计.doc
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轮刀式饲草切碎机的设计
学生姓名XXXX
学号8011208206
所属学院机械电气化工程学院
专业机械设计制造及其自动化
班级12-2
指导教师XXXX
日期2012.06
XXXX大学教务处制
前言
我国具有丰富的作物桔秆资源，它是广大农区饲养牲畜的主要饲料.发展节粮效益型畜牧业是加快我国畜牧业发展的新战略。
近几年来，随着桔秆碱化、氨化和化学处理技术的推广，为提高干秸秆的利用率提供了广阔的前景.桔秆切碎是处理秸秆不可缺少的一项工艺。
目前，我国饲草的机械切碎加工主要是利用铡草机，铡草机的切割器可分为轮刀式和滚筒式两种.常用轮刀切割器动刀片的型式有凹圆弧形、凸圆弧形和直线形，我国农作物秸秆的利用率很低,很多秸秆被农民烧掉,浪费了生物资源,污染了环境,因此大力发展饲料切碎机械势在必行。
为了适应广大农牧区养殖业的需要,我们设计了一种结构新颖、工作可靠、性能良好的轮刀式饲草切碎机。
该机既可实现家庭和畜牧场饲草切碎加工[1]。
草资源在发展畜牧业、配合饲料工业、生物能源、轻工业和建筑业中有重要意义.尤其是在大力发展畜牧业的今天其地位日见提升.草资源-草产品-草业加工-草产业被称为草业发展的四草,是一个产业链.处于产业链最底层的草资源是发展草产业的强大支撑.我国草资源丰富,全国共有4亿公顷草原,每年有近6亿吨的农作物秸秆.内蒙古、新疆、青海是我国草资源的大省.但近些年来,人们只是一味的利用，没有很好地保持和建设，使得草资源日益匮乏.另外,由于人们观念及技术水平的限制,虽是利用也只是粗放型的,附加值低,成了草资源的极大浪费.随着市场经济的发展,新鲜饲草产品走入市场已成大势所趋,草资源在畜牧业中的基础作用还在提高，深层次的开发和利用问题已提到日程上来[2]。
饲草切碎机主要用来切断茎秆类饲料，如谷草、稻草、麦秸、干草，各种青饲料和青贮玉米、高梁秸秆等。
饲草切碎机按机型大小可分为小型、中型和大型三种。
小型饲草切碎机常称铡草机，在农村应用很广。
主要用来铡切谷草、稻草和麦秸，也用来铡切青饲料和干草。
大型饲草切碎机常用在养牛场，主要用来铡切青贮料，故常称青贮料切碎机。
中型饲草切碎机一般可作铡草和铡青贮料两用。
饲草切碎机按切割部分形式可分为滚刀式和轮刀式两种。
大中型饲草切碎机为工送青贮料一般都为轮刀丸饲草切碎机则两者都有，但俄撼刀式为多。
饲草切碎机按固定方式可分为固定式和移动式两种。
大、中型饲草切碎机为了便于青贮作业常为移动式;小型饲草切碎机常为固定式。
我国农业科技发展纲要中明确指出：
积极推广和发展资源综合利用技术，突出发展草食型、节粮型畜牧业。
逐步将资源优势转化成商品优势，最大限度的降低农业秸杆性物料的浪费，以及焚烧秸杆带来的严重环境污染。
该机是进行资源转化的有效方法，必然会显示出强有力的社会效益。
饲草切碎机是将收获后的农作物茎秆或青饲草作物以及牧草铡切成碎段的饲料加工机械。
青、粗饲料在畜牧业饲草料中占有极为重要的地位，约占饲草料总量的50—60%以上，是发展畜牧业的良好物质基础。
我国每年约有农作物秸杆约5亿多吨，合理、有效的综合利用，可以缓解饲草料不足现状，促进畜牧业发展。
采用该机将物料进行铡切后饲喂，可以提高秸杆的利用率和消化吸收率；进行青贮可以改善物料品质，提高转化效果，增加牧畜的适口性，达到饲草料长期保存、营养损失较少的目的。
还可以大大提高劳动生产率。
根据产业结构的调整，养殖专业户和畜牧场数量的增多，需要向用户提供一种优质、低耗、高效和安全的饲草加工设备，解决畜牧业生产中的实际问题。
饲草切碎机的广泛应用，在大、中型养殖户和的的的利用和推广，已成为饲草切割的主要机械，研究饲草切碎切碎的工作原理，对轮刀的设计和要求，要达到理论的饲草切割长度，在新疆饲草切割工作已成为机械化趋势，本设计内容是一种小型轮刀式饲草切碎机，满足饲草切割长度。
目录
1.绪论 1
1.1选题的意义和目的 1
1.2国内外饲草切碎机的研究现状 1
1.3方案的确定 2
2.设计方案的选择 3
2.1饲草切割长度的确定和分析 3
2.2电动机的选择 4
2.3选择电动机的类型和结构型式 4
2.4确定电动机的容量 4
2.5电动机转速的选择 5
3.传动装置的设计 5
3.1总设计要求 5
3.2箱体大小的确定 5
3.3V带的选择 5
3.3.1设计功率 5
3.3.2选定带型 5
3.3.3求带轮的基准直径 5
3.3.4验算带速 5
3.3.5初定轴间距 5
3.3.6V带的基准长度 6
3.3.7计算实际中心距 6
3.3.8求V带根数 6
3.3.9单根V带的预紧力 6
3.3.10压轴力 6
4.轴的设计 6
4.1主轴的设计 6
4.2轴上零件的定位 7
4.3轴承的选择 7
4.4选择材料，决定最小直径 8
4.5轴的校核 8
5.其他零部件 9
5.1刀片 9
5.2抛送叶片 9
5.3刀轮 10
5.4下箱体 10
小结 12
致谢 13
参考文献 14
塔里木大学毕业设计
1.绪论
1.1选题的意义和目的
随着我国国民经济的发展和人口的增长及食品结构的变化，我国的畜产品消费平均每年以27.8％的速度递增，目前，国内农作物秸秆用于饲料部分还不足10％，造成这种局面，主要是因为我国长期以来由于技术限制，对时令性饲草的贮存和积累问题一直没有解决好；另一方面，这一巨大市场尚未被发现，导致在我国许多地区特别是西部地区至今对饲草的加工基本属于空白。
农业机械化大大提高了节本增效能力，提高了资源利用转化率和劳动生产率。
因而促进农民增收。
这是因为在农业生产中使用机器代替手工工具，用自然力来代替人力，以自觉运用现代技术装备和科学技术来代替传统经验生产。
改变了农业生产方式，克服了人的体力，器官的限制和经验局限。
由于国家和地方对牧区畜牧业的发展十分重视，提倡发展食草型畜牧业和节粮型畜牧业，草原建设发展较快，退耕还草得到落实，对牧草生产机械需求增长。
但近年来，我区陆续引进、研制生产的草原改良建设机具，普遍存在技术含量较低，制造工艺设备落后，使用可靠性较差，成本还没有降低到最低点，不能满足农牧区用户的需要。
饲草的分类很多，其特点如下：
1）.产草量高:
年亩产高营养饲草2-3万公斤。
2）.营养成分高:
可以替代粮食作饲料,每公斤饲草的营养成分含量是每公斤普通玉米籽实营养成份含量的2-3倍。
3）.适应性广、适口性好：
适宜各种猪、牛、羊、马、兔、鹅、鸭、鸟、水产鱼类等蓄禽食用,人也可食用。
4）.适宜各类土壤种植:
可以滩涂地、盐碱地、沟坡地、四荒地、农村隙地、房前屋后、休闲地等非耕种地种植，不与粮食作物和经济作物征地。
5）.抗逆性强:
高营养饲草抗病力强，在生长期内基本上无病虫害发生，且耐寒、耐旱、耐高温、耐涝，适宜在各种气候条件下生长。
6）.饲草种植和饲草利用饲喂技术简单易学，有利于推广应用。
主要饲草机械有：
割草压扁机、小型方捆机、圆捆打捆机、圆捆包膜机、牧草收割机、捆扎机和切碎机等多种机具。
随着我国畜牧业的发展以及对饲草食物的质量要求的提高，饲草的质量必然要相应提高，将会带动饲草加工产业的飞速发展。
根据规划，我国到2010年，农作物饲草比例要达到40％。
饲草加工不仅可以为牛羊等草食动物饲养提供具有诸多优点的高密度饲料，为发展舍饲畜牧业奠定基础，也为开发利用作物秸秆资源开辟了一条新途径。
它能为农民带来明显的经济效益，对发展农牧业生产，促进农业良性循环，减少环境污染，牧区防灾救灾等都有重要意义[2]。
1.2国内外饲草切碎机的研究现状
新疆草地总面积达8.6亿亩，占新疆土地总面积的30%，是林地的28倍，耕地的15倍，草地资源是新疆的第一大绿色屏障，是面积最大的生态系统。
近年来，随着畜牧业迅速发展，新疆天然草场由于重用轻养，严重超载放牧及盲目开垦种植等原因，80%以上的天然草场有不同程度的退化，牧草产量下降35%～73%，草地有效利用面积减少240万hm2；再加上盲目垦殖、不合理的水利设施建设等，加速了草场退化、沙化和碱化，导致草场生态环境恶化，草地牧草产量和草质降低，草畜矛盾突出，制约了畜牧业的健康发展[3]。
我国畜牧业生产值占业总产值的比重约为25%～30%,而发达国家早在20世纪70年代畜牧业就占农业总产值的60%以上,尤其是牧业生产加工非常发达.然而我国的牧业生产几乎空白,制约牧业发展的关键问题是没有形成很好的牧业加工机械,而是牧业加工机械的基础是饲草生产加工机械.随着人民生活的提高，饲草加工业发展迅速.我国畜牧业的快速发展有力地促进了饲草收贮和草品加工技术的发展，特别是饲草收贮和草产品加工技术的发展。
当前加大饲草加工机械的开发和研究力度依然是我国畜牧业发展的当务之急.西部大开发和新疆畜牧业进一步发展的需要，饲草饲料机械化已成为急需解决的问题[4]。
美国、英国、加拿大等经济发达国家,经历了20世纪40～50年代种植业基本机械化及60～70年代畜禽与水产养殖业基本机械化后,90年代的种植业和养殖业已进入高度机械化、现代化阶段。
农业机械正向大型、高速、低耗、自动化和智能化发展。
美国是当今世界上农业生产现代化程度最高的国家之一,已基本实现了区域化、专业化、机械化、社会化、商品化和网络信息化。
一些农场主往往经营上千公顷连片土地,在农业生产的产前、产中、产后的每一个生产环节都使用机械操作,全面实现了机械化。
美国已成为世界上农业劳动生产率最高的国家之一。
而对于饲草切碎机械，由于种植区域的限制，国外研究资料很少。
1.3方案的确定
饲草切碎机主要用来切断茎秆类饲料，如谷草、稻草、麦秸、干草，各种青饲料和青贮玉米、高梁秸秆等。
饲草切碎机按机型大小可分为小型、中型和大型三种。
小型饲草切碎机常称铡草机，在农村应用很广。
主要用来铡切谷草、稻草和麦秸，也用来铡切青饲料和干草。
大型饲草切碎机常用在养牛场，主要用来铡切青贮料，故常称青贮料切碎机。
中型饲草切碎机一般可作铡草和铡青贮料两用。
饲草切碎机按切割部分形式可分为擦刀式和轮刀式两种。
大中型饲草切碎机为了便于抛送青贮料一般都为轮刀式；而小型饲草切碎机则两者都有，但以滚刀式为多。
饲草切碎机按固定方式可分为固定式和移动式两种。
大、中型饲草切碎机为了便于青贮作业常为移动式；小型饲草切碎机常为固定式。
本设计采用可移动轮刀式切碎，此设计主要用于大部分农村和小型企业，方便移动和抛送切碎的饲草结构。
以目前的研究条件，设计的饲草切碎机采用倾斜式喂入饲草装置和放置式刀轮旋转的结构，利用电动机带动刀轮转，在饲草进入喂料口时，饲草在高速旋转的刀片作用下被切断，切断的饲草在刀轮的离心作用下和抛送叶片的旋转被抛出箱体，完成切碎和抛送工作。
此机器的切碎长度均匀，碎末率降低，适用广泛，也适用于切碎谷穗、玉米秸和高杆作物类的秸秆。
该机可用小型电动机约4KW的单相电动机作为配套动力，接户内照明电即可，在无电和偏远地区可用小型柴油机作动力。
该机生产率350-600Kg／h。
切断长度小于4cm，水平抛送距离为2m。
1人即可操作，整机结构紧凑，体积小，是羊，鸡，家禽等饲养的切碎饲草机械。
为了使青饲料有正常的发酵过程，必须将饲料切成10～20mm长的碎段。
按照布兰瑞克的意见，为了让青饲料塔顺利地卸下饲料，应把饮料切成30-45mm。
这样的长度可以通过采用轮刀式切碎机来获得，这样切碎机具有能比较精确的切碎饲料的切割器。
为了保证精确切割，喂入的料层应尽可能窄些（即输送喂入口的宽度要小些）。
而且要尽可能紧密。
关于这点，切碎机通常包含两个部分：
输送装置和将料层送入旋转切刀的喂入装置[4]。
要得到精确地切碎的第二个先决条件是：
刀片的锋利度要适宜。
第三个先决条件是刀片和入料口的之间的间隙尽可能小。
饲料的理论切碎长度L取决于喂入饲料的速度和单位时间内的切割次数。
（1.1）
式中：
v----喂入速度（米/秒）
n----切碎机的转速（转/分）
Z----刀片的数
由式中1.1可以看出：
饲料切碎长度可以通过改变刀片的数目和刀盘的转速，或改变饲料喂入的速度，或通过改变两部分其中一个或全部参数来得到。
电动机是已经系列化的产品，在机械设计中，要根据工作载荷大小及性质、转速高低、起动特性、过载情况、工作环境、安装要求及空间尺寸限制和经济性等要求从产品目录中选择电动机的类型、结构形式、容量和转速，最后确定具体型号。
在本设计中先选定饲草的理论长度L=10～15mm.喂入速度v=0.75m/s.刀片数Z=3
由上式可得知电动机选择转速为1500～1400r/min。
经过多次的讨论和研究，确定轮刀式饲草切碎机的总体结构，包括喂入装置，切碎装置，抛送装置，动力传输装置。
工作过程：
机器开始作业时，由电动机带动皮带轮转动，轴和刀轮同时高速旋转，，在饲草进入喂料口时，饲草在高速旋转的刀片作用下被切断，切断的饲草在刀轮的离心作用下和抛送叶片的旋转被抛出箱体，完成切碎和抛送工作。
工作过程：
机器开始作业时，由电动机带动皮带轮转动，轴和刀轮同时高速旋转，，在饲草进入喂料口时，饲草在高速旋转的刀片作用下被切断，切断的饲草在刀轮的离心作用下和抛送叶片的旋转被抛出箱体，完成切碎和抛送工作。
总装图如图1-1：
1.皮带轮2.滚动轴承座3.轴4.刀轮5.刀片6.喂料口7.支架8.抛送叶片
图1-1总装图
2.设计方案的选择
经过多次的讨论和研究，确定轮刀式饲草切碎机的总体结构，包括喂入装置，切碎装置，抛送装置，动力传输装置。
2.1饲草切割长度的确定和分析
为了使青饲料有正常的发酵过程，必须将饲料切成10～20mm长的碎段。
按照布兰瑞克的意见，为了让青饲料塔顺利地卸下饲料，应把饮料切成30-45mm。
这样的长度可以通过采用轮刀式切碎机来获得，这样切碎机具有能比较精确的切碎饲料的切割器。
为了保证精确切割，喂入的料层应尽可能窄些（即输送喂入口的宽度要小些）。
而且要尽可能紧密。
关于这点，切碎机通常包含两个部分：
输送装置和将料层送入旋转切刀的喂入装置。
要得到精确地切碎的第二个先决条件是：
刀片的锋利度要适宜。
第三个先决条件是刀片和入料口的之间的间隙尽可能小。
饲料的理论切碎长度L取决于喂入饲料的速度和单位时间内的切割次数。
在图1-2中大概的表明了饲料的理论长度和喂入速度以及刀片转速之间的关系。
在此过程中该机器得到了实际的切割长度与理论长度有些差异。
由于喂入速度不均匀，主要是因为饲草的草料条铺的数量多少不一。
，当喂入速度降低时，喂入口内的饲草的压紧程度随之减少。
结果不仅切割层被刀片折弯，而且个别植株的叶片被刀片拉出成不同的长度。
另一个原因是饲料茎干在喂入口处被弄乱。
第三个原因是饲料在进入箱体时。
与刀片切割厚度不一，切力也不同导致长度不同。
最后，饲料的理论长度和实际长度之间或多或少的差异取决于所用切割装置的的类型。
上面指出的各种因素导致在某种设计切碎长度为6mm的饲料切碎机中，只有75-80%的茎干小于30mm。
由式中1.1可以看出：
饲料切碎长度可以通过改变刀片的数目和刀盘的转速，或改变饲料喂入的速度，或通过改变两部分其中一个或全部参数来得到。
图1-2轮刀转速、喂入速度与理论切割长度之间的关系
2.2电动机的选择
电动机是已经系列化的产品，在机械设计中，要根据工作载荷大小及性质、转速高低、起动特性、过载情况、工作环境、安装要求及空间尺寸限制和经济性等要求从产品目录中选择电动机的类型、结构形式、容量和转速，最后确定具体型号。
在本设计中先选定饲草的理论长度L=10～15mm.喂入速度v=0.75m/s.刀片数Z=3
由1-1式可以得出：
由上式可得知电动机选择转速为1500～1400r/min。
2.3选择电动机的类型和结构型式
由于轮刀式饲草切碎机对起动转距有较高要求，根据其结构特点，应选交流电动机，Y系列电动机为更新换代产品，具有高效、节能、震动小和运行安全可靠的特点，安装尺寸和功率等级符合IEC国际标准，适合于轮刀式饲草切碎机。
2.4确定电动机的容量
电动机容量的选择必须根据工作机容量的需要来确定。
如选电动机的容量过大，必然会增加成本，造成浪费；相反，容量过小，则不能保证工作机的正常工作，或使电动机长期过载、发热量大而过早损坏，因此所选发动机的额定功率Ped应等于或稍大于电动机所需要的实际功率Pd。
电动机所需功率
Pd—电动机所需要的实际功率，单位为kw
Pw—工作机所需要的输入功率，单位为kw
η—电动机工作机之间传动装置的总效率
传动总效率
按照表确定各部分效率为：
V带传动效率滚动轴承座传动效率代入得
由设计要求知n=1440r/min
所以
由能量守恒得
取质量m=10kg，R=200mm
而
所以
所需电动机功率为
因载荷平稳，电动机额定功率
由表2-1系列电动机技术数据表，选电动机的额定功率为4kw。
2.5电动机转速的选择
额定功率相等的同类型电动机，可以有好几种转速可选择，电动机的转速高，极对数少，尺寸和质量小，价格也便宜，但会使传动装置的传动比加大，结构尺寸偏长，成本也会变高，若选用低转速的电动机则相反。
根据小型饲料搅拌机的总体设计以及其传动装置的设计，应选用同步转速为1500r/min的电动机，满载转速为1440r/min，该电动机型号为
根据容量和转速，由《机械设计课程设计手册》P167表12－1查出的电动机型号，因此有以下四种传动比选择方案，
表2-1系列电动机技术数据表
电动机型号额定功率/KW满载转速（r/min）质量/KG
Y100L-23143038
Y112M-44144043
Y132S-45．5144068
Y132M-47144081
从表2-1中综合考虑选择电动机为：
Y112M-4
3.传动装置的设计
3.1总设计要求
饲草长度：
L=10～20mm
轮刀转速：
V=1440r/min
电动机与刀轮传动比为：
1：
1
配套动力：
4KW
连续工作时间：
8h
抛送距离：
1.5～2m
生产率：
350～600kg/h
3.2箱体大小的确定
箱体结构尺寸：
长×宽×高606×190×760mm，
箱体密封时采用上下箱体可分离式。
箱体直径：
600mm
箱体底座与连接方式：
焊接，螺栓连接。
材料：
角钢，铁皮。
3.3V带的选择
根据设计要求选择普通V带
3.3.1设计功率
根据工作情况由表13-8[8]得=1.2
3.3.2选定带型
根据Pd=5.2kw和n=1440r/min,由图13-15知：
位于A区域，选定A型带。
3.3.3求带轮的基准直径
由表13-9,d不应小于90，取d=100mm由于传动比为1：
1,d1=d=100mm
3.3.4验算带速
m/s
3.3.5初定轴间距
取a=300mm
3.3.6V带的基准长度
mm
查表13-2[9]对A型带选用=900mm
3.3.7计算实际中心距
mm
3.3.8求V带根数
n=1440r/mind=100mm
查表13-3得=1.32kw.传动比为1：
1
查表13-5得=1.3=1
则V带取3根，Z=3
3.3.9单根V带的预紧力
由表查得A型带m=0.1kg/m
3.3.10压轴力
4.轴的设计
4.1主轴的设计
根据皮带轮的大小可以计算出来和带轮配合的轴的直径，根据设计和安装的要求轴的尺寸如下：
轴长：
390mm，连接有带轮的轴端到轴肩的距离为56mm，轴的连接带轮的轴径为：
30mm;与滚动轴承座配合的轴径为：
35mm,轴长90mm,在轴承座右侧轴上要刀轮实现旋转切割，安装刀轮的轴端到轴肩的距离为40mm，轴径40mm;在刀轮后安装有轴套，轴套到刀轮的距离为60mm，轴套右侧安装一滚动轴承座，固定轴和刀轮旋转。
主轴的结构如图4-1所示：
图4-1轴
轴的材料：
轴的材料主要是碳刚和合金刚。
由于碳刚比合金刚价格便宜，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，所以本设计采用Q235作为轴的材料，调制处理。
4.2轴上零件的定位
为了防止轴上零件受力时发生沿轴向或周向的相对运动，轴上零件除了有游动或空转的要求以外，都必须进行轴向和周向定位，以保证其准确的工作位置。
在固定刀轮时，用B型平键固定刀轮与轴的相对运动，轴套起固定刀轮的轴向定位作用。
套筒：
大端半径=48mm，小端半径d=40mm
套筒结构如图图4-2所示
图4-2套筒
刀轮：
键B14×9×28，滚动轴承座的内圈和轴采用过盈配合，配合尺寸为，
4.3轴承的选择
滚动轴承的组成：
滚动轴承一般由内圈、外圈、滚动体和保持架四部分组成。
内圈的作用是与轴相配合并与轴一起旋转；外圈作用是与轴承座相配合，起支撑作用；滚动体是借助于保持架均匀的将滚动体分布在内圈和外圈之间，其形状大小和数量直接影响着滚动轴承的使用性能和寿命；保持架能使滚动体均匀分布，防止滚动体脱落，引导滚动体旋转起润滑作用。
滚动轴承结构如图图4-3所示
图4-3滚动轴承结构
滚动轴承的作用：
滚动轴承使用维护方便，工作可靠，起动性能好，在中等速度下承载能力较高。
与滑动轴承比较，滚动轴承的径向尺寸较大，减振能力较差，高速时寿命低，声响较大。
滚动轴承座，它包括轴承座底座、轴承座上盖、第一螺柱组件、轴承座端盖、密封装置、密封压盖，轴承座底座与轴承座上盖的左右两端分别由第一螺柱组件固定连接，轴承座底座与轴承座上盖内为轴承孔，轴承座端盖中部为旋转轴孔，轴承座底座、轴承座上盖的前后两侧分别由螺栓与轴承座端盖固定连接，轴承座端盖外侧设有密封腔，密封装置位于密封腔内，密封装置外设有密封压盖，密封压盖由螺栓与轴承座端盖固定连接；其特征在于：
轴承座底座、轴承座上盖上一共设有三个润滑孔，三个润滑孔与轴承孔相通，三个润滑孔成１２０°布置。
本实用新型具有润滑效果好、安装方便、可靠性好的特点。
轴的两端都装有滚动轴承座，轴径为35mm,采用基孔制选轴承，先选出滚动轴承座型号为：
SN207。
由于轴的转速为1440r/min,工作时间在10h内。
则选择深沟球轴承。
型号为：
6007。
滚动轴承座如图4-4所示
图4-4滚动轴承座
4.4选择材料，决定最小直径
按扭转强度计算，用于只承受转矩的传动
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