小型秸秆粉碎机关键部件的设计Word文件下载.docx
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对于秸秆粉碎机关键部件锤片进行了设计，从而能够满足所要求的秸秆粉碎作用，同时构造较为简单。
关键词：
秸秆;
粉碎机;
锤片
ABSTRACT
Withthedevelopmentofscienceandtechnologyandthepursuitofagriculturalmodernization,itisveryimportantforthesustainabledevelopmentofagriculture.Strawtreatmentisaveryseriousprobleminagriculturalproduction,sohowtofastandefficientstrawcrushingisanimportantprobleminstrawtreatment.Themaincontentofthisgraduationdesignisasfollows:
Firstly,thebasictheoryofstrawcrushingisanalyzed,andthecompositionandperformanceofstrawcrusherareanalyzedandstudied.Inthispaper,thekeypartsofstrawcrusheraredesigned,soastomeettherequirementsofstrawcrushing,atthesametime,thestructureissimple.
Keywords：
Straw;
Grindere;
Gearshiftmechanism
II
目录
1引言 1
1.1课题的意义 1
1.2国内外研究现状 1
1.2.1国内研究现状 1
1.2.2国外研究现状 4
2设计理论 5
2.1设计依据 5
2.2产品用途及使用范围 5
2.3关键问题及解决方法 5
3总体方案的选择与设计 7
3.1粉碎机的构造 7
3.2粉碎机工作原理 7
4带的设计及计算 8
4.1配套动力的计算 8
4.2带及带轮的选用 9
4.2.1确定V带型号和带轮直径 9
4.2.2确定带轮的基准直径d 10
4.2.3确定带的中心距a和基准长度L 10
4.3验算小带轮上的包角 10
4.4计算带的根数z 11
4.5求轴上载荷 11
4.6带轮结构 11
5锤片的设计计算 13
5.1锤片的形状和尺寸 13
5.2锤片数目的确定 13
5.3锤片材料的选择 14
5.4锤片的排列 14
6轴的设计 15
6.1轴的的转速 15
6.2轴的输入功率 15
6.3轴转矩 15
6.4轴直径的初步确定 15
6.5轴的结构设计 19
7主要工作零部件的强度校核 20
7.1锤片的强度校核 20
7.2锤片螺孔处抗剪切强度校核 21
7.3轴的强度校核 22
7.3.1作用在轴上的力的分析 22
7.3.2轴的校核 22
7.4键的校核 23
7.5轴承的寿命计算 23
参考文献 25
致谢 26
25
商丘工学院本科毕业设计
1引言
1.1课题的意义
秸秆经过粉碎处理还田之后，由于其独特的纤维结构以及化学成分，能够大大的改善土壤的结构以及元素状态。
秸秆含有丰富的纤维素、木质素等，他们的主要组成部分是富碳的物质，而他们同时也是有机肥料的主要组成部分。
所以通过秸秆还田能够有效的改善土壤结构同时增加有机肥的含量。
当秸秆被粉碎之后，通过旋耕的作用进入土壤，然后通过一段时间的分解，进行矿化作用，形成农作物所须的养分。
在分解的过程中，同时进行了腐化作用，使得一些有机化合物通过脱水作用形成了更加复杂的物质或者物体，从而能够从土壤的透气性、吸水性、粘结度等多个方面改善土壤的性能，能够提高土壤的水分、温度、通气等各种性能。
同时通过有机物的转换，使得土壤的成分更加丰富复杂多样，更加适应农作物的生产，通过合理的成分分布，能够增加农作物是产量和品质等。
秸秆还田工作一般都是出现在作物收获之后，同时为了准备下一茬作用的耕种，所以中间时间较短，并且劳动强度较大。
所以为了确保粉碎以及还田的工作需要，提升劳动效率，需要采用机械化操作。
而本次毕业设计设计改进小型秸秆粉碎机关键部件，使小型秸秆粉碎机能够实现快速工作、机械化施工、提高效率等。
在目前我国大力推广农业机械化现代化的背景下，这是一个非常好的项目。
同时由于我国的农业机械化整体水平不高，所以仍然在结构设计、功能、工艺的研究等方面多下功夫。
1.2国内外研究现状
秸秆是作物生产中所必须存在的，是主要的组成部分。
同时秸秆也是农业生产和工业生产中的原材料之一，能够广泛应用到饲料、肥料、造纸以及各种原材料。
秸秆含有丰富和纤维以及木质碳结构，能够直接利用或者作为原材料应用，是一种丰富的可再生能源。
1.2.1国内研究现状
随着我国农业水平的不断提高以及人们生活水平的不断富裕，在农作物的种植中所产生的秸秆主要有三个方面的用途，一是直接进行秸秆还田，经过收获后，所留下的秸秆，一般可以进行整体的还田或者粉碎后在还田的方式。
二是可以作为家禽比如牛、羊等动植物的饲料，或者经过储存之后形成沼气进行二次利用。
三是作为工业生产的原材料进行应用，比如一些常见的造纸以及手工艺品等，秸秆都是最好的原材料。
根据国家农业部的统计，目前我国每年粮食生产中所产生的秸秆总量达到六亿吨，但是实际经过有效处理后应用的仅仅三成作用，就在这三成中，仍然有一大部分没有经过处理直接被应用。
这种应用的方式一方面造成了资源的浪费，另一方面会造成土壤的污染。
其他没有被利用的秸秆则被丢弃或者焚烧掉，浪费的资源同时污染了环境，这和目前所提倡的清洁能源、环境保护等明显不相符。
所以通过秸秆还田机解决掉秸秆，是目前解决秸秆应用的一个好途径。
提高农作物的秸秆的利用效果，是目前符合农业生产生态的一个趋势。
通过更加合理、高效的方法提高秸秆的利用，是实现绿色产业的一个重要途径。
因为农业生产中的秸秆问题涉及到整个环境的因素、农业生态、土壤结构等多重问题，目前已经得到了各种的重视，是能否实现农业生产可持续的一个关键方面，所以秸秆的应用是目前一个迫切需要关注的问题，已经成为了资源利用的新亮点。
同时基于秸秆的数量庞大，利用价值高，所以前景非常可观。
农业的持续化生产已经成为了世界农业主流的发展态势，持续农业的主要思想就是通过保护自然的生态资源，通过技术的调整优化，明确持续的保持和调整土地的成分结构，以确保未来人们的农业生产供养需求。
通过对土地的保护，是实现农业持续化生产的一个有利方式。
这种可持续的发展包括了农业、土地资源、动物、森林等，通过多方面的综合发展以及协调提升，能够有效的减轻土地的破坏以及退化，通过适当的技术以及经济上的调整，确保土地资源的优良发展。
同时由于农业生产是存在于大自然间的，所以他的问题也涉及到了水资源、环境保护、土壤等综合因素，但是土地作为自然的最基本要素和农业生产的根本条件，它的可持续利用是永远的核心关键。
在我国的农业生产中，由于人口较多以及基本政策的原因，目前仍然是采用单一的耕种方式，这种长时间的耕作方式，导致土壤形成了一个较硬的结构，同时为了追求产量以及收益，对有机肥的应用受到了限制，取而代之的是农药化肥等，从而造成了土地环境的污染，导致土地的有机物含量逐渐降低，对农业的可持续发展以及绿色生态要求明显背道而驰，这种情况如果不能得到遏制，将会对农业生产带来交坏的深渊影响。
所以通过秸秆还田作为一个突破口，大力推广有机肥料，节省了成本，提高了土地的成分，是一个好的开端。
对于通过机械设备实现秸秆还田，主要设计的内容有秸秆的粉碎还田，整个作物秸秆的还田、以及对农作物根茎的粉碎还田等。
对秸秆直接粉碎还田是利用机械的力量，将仍然矗立在生产田中的秸秆进行收割、粉碎抛送等一系列的动作完成后，利用翻犁的作用，将秸秆埋入到土地中，这种矗立的方法较为简单，同时由于秸秆已经经过了各种粉碎的处理，所以适用的土壤的范围较广，秸秆化解的时间也很短，利用率较高，对农作物的生产的帮助性显著提高。
整个秸秆还田的方法就是将收获后仍然矗立在天地间的秸秆，直接利用特殊的犁推导，然后通过重型翻犁埋入土地中，这种方式作业效率较高，能够实现更深层次的对土壤结构的调整。
目前这一技术在一些大型农场已经得到了推广应用。
整个秸秆覆盖处理的方法就是利用一个覆盖机，将粮食收获后残留的秸秆，利用覆盖机按照一定的规律推导覆盖，能够同时起到秸秆还田和土地保水的双重作用，目前这种方法对于一些干旱地区的应用较为多，同时这种直接推到的方式减少了粉碎的工序，能够较长时间的保持秸秆内部的水分，对土地环境的保护是一个好处。
秸秆根茎粉碎还田的方式是对于已经没有秸秆的作物，由于根茎一般都在地下，所以就利用特殊的专用机械把根茎在地下直接进行粉碎和撒播到土壤中，是一些自动化水平较高的机械操作方式。
这种方式对于根茎的粉碎处理比较彻底。
目前秸秆还田机械的种类有很多种样式，不同的秸秆由于配套所使用的机械等各不相同，所以机械的种类也不一样。
对于秸秆还田技术来说，主要的还是秸秆旋耕机、甩刀结构的粉碎机、铧犁结构的覆盖机，以及能够深耕的秸秆抛洒等多种设备。
其中最为常见的是秸秆还田旋耕机，因为它的结构和一般的旋耕机较为类似，并且旋转的方式都是反转运动，通过粉碎刀的运动方向和工作方向的不同，能够确保在工作的时候对土壤进行深入的切割和翻起来更换，这样整个工作过程中设备受力较为均匀，不会出现旋耕不到的现象。
同时作业后留下的土地也较为平整，在工作中能够实现多种功能一起完成的目的，比如秸秆还田、旋耕土、掩埋等多种方式，作业深度较大，质量较高。
另外一个甩刀结构的灭茬机主题结构和横式的旋耕机有点类似，工作的主要零部件是甩刀，其通过一组活动的铰链接实现传动的目的。
甩刀式结构在工作的时候，它的旋转方式和整体运行的方式是相反的，这样能够把粉碎后的秸秆进行抛洒，然后利用旋转的惯性力打碎整个表面土层和根茎。
安装有覆盖装置的深耕铧犁，是在主体的基础之上，安装了一个覆盖器，在突然没有犁翻之前，利用覆盖器先把秸秆推到，然后利用铧犁把残留在外面的秸秆犁入铧犁的根部，后续所产生的翻土将会把其掩埋，使得秸秆能够直接在土中还田，从而实现了工作的目的。
高价的深耕犁能够直接将秸秆整个的进行深埋，它的工作原理充分利用了高架犁的特点，利用悬挂的高架犁，对仍然矗立在田地里的肌酐进行压倒，在还没有反弹的时候被深耕犁所犁起的土直接掩埋了，这样能够将整颗的秸秆都埋在土地中，能够实现整个秸秆的还田，使用工作效率较高。
利用机械化操作实现秸秆的还田，既能够减少对土壤肥料的施加，提高了土壤的影响成分，同时又能够不造成环境污染，提高了产量。
但是目前我国的秸秆不论是直接还田处理还是后期的秸秆处理所普及的程度以及产品的开发力度都是不能满足使用需求的，主要原因有两个。
一方面是由于专业的对各种秸秆的分析研究的理论知识仍然不够完善，设计的针对性不强，对其工作的参数、动力性能以及结构设计等理论和实际结合的并不紧密。
另一方面，秸秆的处理产品较少，应用普及范围小，对农作物的生产短时间内看不到效益，所以动力不足。
所以大力推广秸秆粉碎并开发秸秆的后期利用为题是整个项目的关键所造。
在目前应用的过程中，由于占用生产成本较高，所以对这种机械形成的还田接收程度都比较低，同时对秸秆还田后所产生的作用以及对土壤的影响也不是短时间能够看到的，同时对环境生态的保护意识不高，主体思想还停留在能否快速直接的产生经济效益。
同时现有的秸秆还田设备以及技术经过工作后所产生的粉碎效果并不是太理想，常见的问题有秸秆粉碎不彻底、土地表面有碎渣，秸秆无法被彻底覆盖等，这些现象导致的直接后果就是在后续的播种过程中，导致排种器播种遇到困难，或者种子种植不够深等特点，直接阻碍了下一季作物的种植。
或者为了避免这种情况的出现，秸秆还田作业以后，还需要进行后续的深耕或者配套的施工。
这样需要投入更大的资金。
所以导致的问题就是资金投入过大，对还田技术的推广产生了一定的阻碍作用。
这是未来需要解决的问题。
1.2.2国外研究现状
由于农业机械起步较早，发展较快，所以在还田技术的研究和相关机械设备的生产方面领先较多。
美国在二十世纪六十年代就研究出了在收割机上直接粉碎抛洒还田的防范，并且通过与拖拉机的配套研究，实现了单个小设备的生产。
英国则在八十年代，直接研究了在收割机上粉碎之后进行掩埋的犁式工作方式。
日本则采用的是一种喂入式的切割粉碎装置，也能够同时完成植物的收获和秸秆的处理工作。
在一些发到国家都有法律规定禁止焚烧秸秆，我国目前随着对环境保护力度的加大，也是禁止焚烧秸秆的，一些美国等西方国家则明确规定秸秆用于还田的措施。
在一些不发达国家比如亚洲，秸秆则是饲养动物的主要原料。
在秸秆还田应用最为广泛的国家是美国，美国的秸秆比如小麦、大豆甚至番茄等的结构都要进行还田处理。
根据美国的统计，他们每年生产秸秆四亿吨左右，能够直接还田的部分达到了七成，这就确保了整个国家的土壤成分以及营养成分，对农作物的生产以及整个土地生态的保持非常有利。
日本则通过微生物的作用，从发酵等角度着手，对种植农业、养殖行业以及环境等因素出发，直接对秸秆进行发酵，形成了多种用途，能够直接实现经济效益以及社会效益。
目前秸秆还田技术在全球得到了大力的推广和发展，一些工业科技较高的国家的研究仍然处于领先水平。
未来将会逐渐杜绝秸秆焚烧的现象，全部变成原料进行二次利用。
2设计理论
2.1设计依据
根据目前市场的应用以及技术的发展，主要的还田形式有五种，分别是粉碎方法、直接覆盖方法、堆积还田、焚烧以及直接放入等几大类。
其中粉碎的方式是当农作物收获以后，把秸秆进行粉碎然后翻压进入土中，通过掩埋的方式，直接进入土中，作用较快。
覆盖的方式就是直接将农作物的秸秆覆盖在土壤的表层，形成一个表面接触。
堆积的方法就是将秸秆进行收集，收集之后堆成堆，然后通过发酵之后当做肥料进入土地中。
过腹还田的意思就是把秸秆当做饲料，经过家禽动物的消化之后形成粪便，然后直接当做有机肥施入地中，这是最为传统也是最为常见的方式，但是受限于使用量以及使用效率，所以总的消耗量会受到限制。
所以最终的方法还是需要依靠现代化的科技才能够实现更高效率的使用，实现最大的处理效率。
通过对秸秆进行粉碎还田或者直接覆盖还田是两种最直接的方法，技术相对较为简单、节省劳动力，效率较高。
2.2产品用途及使用范围
通过机械化设备，把植物秸秆直接粉碎然后直接还入田中，或者利用抛洒设备将秸秆撒到田间，然后利用犁子对土地进行耕种，实现埋入土地的目的。
它使用土壤的条件比较广泛，腐蚀化解的时间比较小，能够快速的应用到农作物中。
机械化的整个秸秆的还田技术，是把已经收获后仍然直立的秸秆通过重犁或者专门的设备把秸秆沿着相同的方向直接推到，然后进行深埋处理，能够直接的实现整颗秸秆还田的处理方式。
目前这种技术在一些地方已经得到了推广，并且取得了不错的成绩。
整体覆盖的方式是利用机械化的方式，把整个秸秆直接推到，然后覆盖到土地上的一种方式，这样就能够保护土地，同时能够涵养水分。
对一些降水较为稀少的地方比较实用。
同时这种方式虽然粗暴，但是却能够减少秸秆粉碎的过程，保存秸秆自身的水分，节省了成本等。
同时对于秸秆根茎的粉碎方式，也能够通过专用的农业机械实现就地的粉碎然后混合进入土壤中。
2.3关键问题及解决方法
秸秆粉碎还田技术的主要设备是通过拖拉机进行驱动的，和拖拉机进行配合工作，整个设备包括了粉碎装置，能够实现秸秆的快速粉碎以及抛洒。
在粉碎装置中，它的主要结构是由一组切刀以及一组喂入秸秆的轮组成的，也有的结构设计采用了旋转滚筒和固定切刀的方式组成的。
在工作中，秸秆被强行的进入工作装置中，利用切刀和喂入辊或者滚筒和切刀之间的速度差来切断秸秆。
根据上面叙述的两个方式，分别称之为甩刀结构以及滚刀结构。
同时在工作的时候，为了防止粉碎后的秸秆堵塞了出口，在粉碎装置出口处增加了堵塞报警装置，一旦出现这种情况，就会及时排除，方式出现过载等现象，导致零部件的损坏。
抛洒装置采用了一个导流板的结构，通过动力的传递把排风扇进行运动，从而达到均匀抛洒秸秆的目的。
被抛洒出去的秸秆，一般长度都小于十厘米。
同时为了达到抛洒落地后的均匀性，满足后续的作业一致种植，抛洒装置可以是一个选择的装置，有的需要，有的则会拆除。
3总体方案的选择与设计
3.1粉碎机的构造
锤片式粉碎机一般由电机、传动部分、进料部分、机体、转子、筛桶、操作门、出料部分以及控制系统部分组成。
锤架板和锤片等构成的转子由轴承支撑在机体内，机体安装有齿板和筛桶，齿板和锤片呈圆形包围转子，与粉碎机侧壁一起构成粉碎室。
锤片用销轴连在锤板架的内侧，锤片之间装有隔套，使锤片之间彼此错开，按一定规律均匀沿轴向分布。
3.2粉碎机工作原理
粉碎机工作时，物料在一定的供料装置作用下进入粉碎室，受高速回转锤片的打击而破裂，并以很高的速度分向筛桶，与齿板和筛片撞击进一步破碎，通过如此反复打击，物料被粉碎成小碎粒。
在打击撞击的同时，物料还受到锤片顶端和筛桶的摩擦、搓擦作用而进一步粉碎。
在此同时，较细颗粒由筛孔漏出，留在晒面上的较大颗粒，再次受到粉碎，直到足够小从筛孔漏出，最后从底部的出料口排除。
总的来说，锤片式粉碎机的工作过程主要由两方面构成：
一是锤片对物料的冲击作用；
二是锤片对物料、筛桶与物料以及物料相互之间的摩擦搓擦作用。
谷物、玉米等脆性物料，主要靠冲击作用而粉碎；
茎杆类柔性物料则主要依靠摩擦作用而粉碎；
当然还有其他剪切作用等。
不管哪种物料的粉碎过程都是多种粉碎方式联合作用的结果，不存在只有单一粉碎方式的粉碎过程，只不过对于某一具体的粉碎过程，总有一种粉碎方式处于主导地位。
如图3.1所示
图3.1粉碎机工作原理示意图
4带的设计及计算
4.1配套动力的计算
甩刀是粉碎机必不可缺的重要部件，通过和滚筒相互之间的速度差，通过高速的切割实现粉碎的目的。
为了增加秸秆在粉碎时的工作长度以及提高粉碎的效果，所以甩刀的刀轴需要选择反向转动，这样就会使甩刀的刀尖线速度达到34m/s，能够达到较好的粉碎效果。
但是不足之处就是需要较大的功率。
粉碎机生产能力大小取决于粉碎机配套功率，根据下式计算
由于粉碎机的功率都是生产出机器以后才能实际测量，现只有根据经验公式进行初步计算，由公式：
（4·
1）
式中：
r—物料容量
n—转子转速
k—物料形成环流层时的影响系数取
—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
D—转子直径
B—粉碎室宽度
配套功率N
粉碎机的粉碎功率可以有经验公式求得：
2）
—系数，=6.4~10.5，取=10
Q—生产率，
考虑到此配套动力是粉碎机和碾米机的共用动力，功率宜取较大些。
所以配套动力取，但后面的有关粉碎机的计算值还是采用。
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，尽可能选用加个较低的电动机，以降低制造成本。
由于个顶功率相同的电动机，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Y2系列（IP54）型三相笼型异步电动机。
Y2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Y2系列（IP54）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、铁屑或其它杂物侵入电动机内部之特点，B级绝缘，工作环境不超过+，相对温度不超过95%，海拔高度不超过1000m，额定电压为380V，频率为50HZ，适用于无特殊要去的机械上，如农业机械。
Y2系列三相笼型异步电动机具有频率高、启动转矩大、防护等级高、绝缘等级高、噪音低、结构合理、产品先进、应用广泛等优点。
其主要技术参数如下：
型号：
Y2-100L1-4
极数：
4
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：
22kg
4.2带及带轮的选用
根据设计方案及结构，该机选用普通V带传动。
它具有缓和载荷冲击、运行平稳、无噪音、中心距变化范围较大、结构简单、制造成本低、使用安全等优点。
4.2.1确定V带型号和带轮直径
已知：
电动机功率，电动机转速，粉碎机主轴转速。
查《机械设计》（第4版）可知：
工作情况系数由表11.5
计算功率
选择型号由表11.15Z型
小带轮直径由表11.6取
大带轮直径由式11.15
带传动滑动率一般为1%2%取=2%
（4·
3）
取
大带轮转速
4.2.2确定带轮的基准直径d
1）初选小带轮的基准直径。
由《机械设计》表和表，取小带轮的基准直径。
2）验算带速。
按《机械设计》式验算带的速度
因为故带速合适。
3）计算大带轮的基准直径。
根据《机械设计》式，计算大带轮的基准直径
根据《机械设计》表，圆整为。
4.2.3确定带的中心距a和基准长度L
1）根据《机械设计》式，初定中心距。
2）由《机械设计》式计算带所需的基准长度
由《机械设计》表选带的基准长度。
3）按《机械设计》式计算实际中心距。
4.3验算小带轮上的包角
因为该包角大于90度，所以小带轮包角合适。
4.4计算带的根数z
1）计算单根带的额定功率。
由和,查《机械设计》表得
根据，和型带，查《机械设计》表得
查《机械设计》表得,表得
所以
3）计算V带的根数
取3根V带。
4.5求轴上载荷
单根V带张紧力由表11.4，q=0.06kg/m
由式4.3得=500
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