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毕业设计秸秆压块打包机

立式轻质物料压块打包装置设计

开题报告+论文+一套图纸

开题报告：

立式轻质物料压块打包装置设计

一、题目来源

生产/社会来源

二、立式轻质物料压块打包装置课题的来源及依据

1.轻质物料压块打包装置的历史和发展

打包机通常是指直接将单个或数个包装物用绳、钢带、塑料带捆紧扎牢以便于运输、保管和装卸的一种包装作业。

20世纪60年代初期，随着聚丙烯材料的出现，国外成功研制了聚丙烯塑料带打包机，在许多领域，特别是轻工领域内逐渐代替钢带捆扎，使打包机得到迅速普及。

我国的自动打包机从20世纪80年代中期开始发展，最初在书籍、报刊发行部门获得推广，近年来发展异常迅速，已广泛应用于轻工、食品、外贸、百货、印刷、医药（药材液压打包机）、化工、邮电、纺织等行业。

主要发展趋势为生产各种多用途打包机，并要求有适当的压力，定位，传送等环节的自动完成。

还有环保，节能等也日益得到重视和研究。

2.研究秸秆打包机的意义

我国每年的秸秆量为7亿吨左右，除一部分秸秆用于能源化、饲料化、肥料化外，仍有1/3秸秆尚未得到利用。

这些未被利用的秸秆大部分采用简单的处理方式-焚烧，大量的秸秆资源被浪费。

秸秆焚烧不但不能给农民创益，而且会造成严重的大气污染以及空中、地面的交通问题，此外秸秆焚烧还容易引发火灾，威胁人们的生命财产安全以及破坏土壤结构，降低还田质量，不利于农村的可持续发展战略。

我国农作物秸秆资源量大、类多而且分散分布广、收获季节性强、即地保存性差、收集费时费工、堆放密度低、贮存占地面积大、易燃、易霉，目前依靠传统收集技术与手段,已经无法实现秸秆的快速收集更难以满足工业化利用的规模。

现阶段我国秸秆收集储运机械化整体水平还比较低。

关键技术环节和装备尚处于起步阶段，已经成为严重制约农作物秸秆规模化、商品化、产业化利用的主要瓶颈。

无论是饲料加工、有机肥加工、造纸、饲料化处理、气化处理还是秸秆发电，农作物秸秆的综合利用首先需要解决的问题就是秸秆收集问题，无法提供有效的机械进行收集，秸秆的综合利用就无从谈起，鉴于秸秆的相对利用价值和经济价值，发展使用成本较低的收集机械是目前我国急需解决的问题。

而可移动式秸秆打包机以其操作简单，使用方便，价格低廉等优势得到了国内外相关人士的广泛认可。

三、秸秆打包机国内外概况

1、国外：

秸秆打包机按照不同的工作需要可以有不同的类型。

首先是捡拾压捆机，可以把收割的饲草直接打成圆捆或方捆。

一般说来这种压捆机的压捆密度多为中密度（150kg／m3—250kg／m3），这样的草捆可直接用来储存或短距离运输。

作为饲草加工的重要组成部分，在饲草商品化加工过程中，往往还需要将中密度草捆继续压缩成高密度（300kg／m3_500kg／m3）的草捆，因此在饲草饲料的商品化生产过程中往往还需要高密度的压捆机，这类压捆机多为液压式压捆结构。

1870年左右美国人设计了第一台固定式捆草机。

20世纪三、四十年代，捡拾压捆机研制成功，以后得到了迅速发展。

而从近年来的文献和相关的资料和报道看，欧美等发达国家的饲草打包设备的生产技术更成熟，结构参数也更合理。

国际著名的农机生产商，如纽荷兰（NewHolland）公司、约翰迪尔（JohnDeer）公司的打包机都己成系列生产。

这些设备无论在机械结构、动力配套、液压系统还是控制系统的设计等方面都处理的很成功，一些新的设计理念、最新的科研成果在这些机械上都有所体现。

2007年纽荷兰（NewHolland）公司生产的大方捆机已经在国能生物质发电项目中投入使用。

2、国内：

到了70年代末期，我国开始从美国、法国和当时的西德等国引进捡拾压捆机，在饲草收获中采用捡拾压捆工艺，与此同时开始自行研制我们自己的捡拾压捆机。

80年代初研制成功并在吉林、江苏和内蒙古等地投入生产和使用。

后来随着农村和牧区承包责任制的开始，由于个人占有的草原面积较小，加之个人的经济能力有限，捡拾压捆的收获工艺逐渐退出使用。

国内关于高密度饲草压捆机方面的研究报道不多，只有一些有关饲草压捆机的生产或改进方面的报道。

近几年，随着市场对高密度草捆和农作物秸秆捆的需要量的增加，一些科研院所和高校开始研制高密度的饲草压捆机，并且有一些厂家己经在生产各种形式的压捆机，但问题较多。

四、棉秆的物理特性

棉花茎秆的性质不同于其他作物茎秆．其性质比一般作物的秸秆要复杂得多棉秆原料的力学性能具

有较强韧性和强度．含水率的高低程度也会影响到它的物理性能。

棉秆的物理特性主要有拉伸强度、压缩特性、剪切强度、挤压强度、抗弯强度，这些物理特性直接影响到棉秆的粉碎针对不同的粉碎方式就要了解其对应的力学特性．例如铡切式粉碎机是克服棉秆的剪切强度来切碎棉秆．而揉切式粉碎机是同时克服棉秆的剪切强度、挤压强度、抗弯强度来粉碎棉秆的。

目前．对棉秆特性的研究表明．棉秆力学特性受到其本身密度的影响，而棉秆的含水率又直接影响着棉秆的密度。

李玉道、杜现军等人针对棉秆的含水率与其剪切强度之间的关系做了试验分析，结果表明．棉秆的含水率在30％～50％之间时剪切强度较低．当含水率在60％左右时达到峰值盛奎川等人对棉杆的

切碎及压缩成型进行了试验研究．同时采用锤片粉碎、螺旋刀切碎和直刃刀切碎三种方法，结果表明切碎产率随刀轴转速的提高而增加．在900～1500dmin范围内．锤片粉碎产率的增加趋势小于螺旋刀或直刃刀切碎的增加速率．在加工时直刃刀切碎消耗功率最低

五、主要研究内容、需重点研究的关键问题及解决思路

1.课题研究的内容

本课题研究的内容主要包括棉秆打包机主体方案的选择、具体结构的设计。

（1）是主体方案的选择，因为打包精度要求不是很高，选择液压传动；

（2）因为棉秆打包机经常要在户外田地内作业，考虑到户外可能没有电力供应，所以用柴油机带动液压泵转动，在液压阀的配合下驱动油缸依次动作，完成打包作业。

2.需要重点研究的问题

（1）主体结构的设计

（2）传动结构的设计

（3）将花费大量时间画出总体装配图，具体零件图以及液压原理图等。

主要有机身、液压缸、动力系统等部分组成。

绘制三维模型，生成工程图，并进行相关计算。

3.解决措施

查阅与课题相关的国内外文献与书籍

六.工作的主要阶段、进度和时间安排：

第一周调研，选题，查阅资料

第二周撰写开题报告及外文翻译

第三周整理，审订开题报告及外文翻译

第四周分析打包机功能，设计方案拟定

第五周分析比较，完善总体方案

第六周床身设计（床身、盖板、油箱等）

第七周液压回路设计、计算

第八周液压缸设计（翻盖、挤压、推出三个）

第九周柱塞泵设计

第十周三维立体模型绘制

第十一周装配图绘制

第十二周零件图绘制

第十三周修改图纸，撰写论文

第十四周修改论文，准备答辩

第十五周答辩

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正文：

第1章绪论

1.1秸秆压块机概述

把秸秆等植物原料粉碎压制成效率高、环保燃料或饲料的设备叫做秸秆压块机。

它生产制造出来的成品是用来做饲料或者燃料的。

通过社会实践和在实践中不断的改良，现在这款机器功能等各方面都很完善了。

它的优点是自动化程度高、生产的量比较高、价格低、节能、使用方便、环保。

因此它可很大范围的运用在各种农作物秸秆和小树枝等植物原料。

秸秆压块机自动化程度高、出产高、价值低、节能、使用简单。

比方说，在没有电力设备的情况下，可以使用柴油机来代替。

1.1.1秸秆压块机的工作原理

秸秆压块机由以下几个部分组成，分别是上料输送机、压缩机及出料机。

压缩机由机架、电动机、进料口、传动系统、压辊、环模、电加热环、出料口等部分组成。

工作原则：

准备切割或研磨丝稻草或草，切到50mm或者更小的长度，被控制的水分含量在10〜25％的范围内的材料后在传送带上的入口，通过该主轴的旋转，通过压辊轮驱动，压辊，从模具孔中成块的挤出，并被迫从出口，等到凉爽以后，直接装袋。

图1-1秸秆压块机的工作原理图

1.1.2秸秆压块机的工作性能

秸秆压块机对被加工的植物的选择面比较广:

对加工的物质原料的压缩成型适应性比较大，它的长度区间在于粉状和50mm，含水量在三成以下，秸秆压块机都能将物料加工出来。

秸秆压块机压轮自动调节功能：

利用推力轴承双向旋转的原理自动调节压力角度，使物料不挤团、不闷机，保证出料成型的稳定。

它的使用比较简单：

自动化程度很高，不需要太多的人工，可以人工上料，也可以机器上料。

1.1.3秸秆压块机的工艺流程

工艺过程：

粉碎→干燥（水分少压块机内容需要在选举的类型没有干燥）→输送→压制成型→成型入库。

秸秆压块机的入口，该材料被压入一个块从模具返回之后进行冷却，装袋包装秸秆压块机，是根据谷物秸秆，树枝，草等生物质材料挤压成的专用设备的块。

茎生物质压块成型，要先用铡草机或揉搓机将其粉碎成长度在20~30毫米，原材料必须适度含水率，粉碎的物料，然后将长度在压块机加工，挤压成块，32×32-80毫米的块的横截面，长度不一样，便于运输，堆积密度为0.6至1.0克/立方厘米，方便保存。

1.2秸秆压块机分类及性能比较

秸秆压块机设计结构都来源于颗粒机。

在国内秸秆压块机有三大类：

机械式，液压式，旋转压弯式。

机械式：

挤压喷嘴压辊压球机和冲床冲压压块，压块尺寸直径从30mm到80毫米，尤其是在密度为0.8〜1.3每立方米。

济南冲床冲压压块机采用高速高频率的高冲击，高转速约为每分钟300次。

取决于秸秆的密度，每小时生产约0.8至1.2吨，直径为70mm或80mm，1〜1.25G/CM3的密度。

秸秆棒形状多种多样，有圆形，方形，六边形，什么都可以，并在该中心还可以穿孔。

还以根据要求定做。

液压式：

很多都是尺寸比较大的，小一点的尺寸也在40cm×20cm×20cm左右，密度区间在0.4到0.7。

液压压花机是通过使用液压缸的驱动，使活塞冲压模量。

活塞冲压成型机通常不用电加热，形成密度较低，容易丢失的产品，用螺杆挤压出的产品相比，显著提高成型品一个严重的问题，就是成型的零件磨损很厉害，但有一个大的振动载荷，使机器的稳定性差，油污染是响亮，更严重

旋转压弯式：

特别是对于碳棒的制造加工，这些产品中有一部分中间有孔。

在压辊挤压模具分为三种类型：

环模式、平模式和环平式。

螺杆挤压机用螺杆挤出产品，通过外部加热，以保持从150模具温度为300℃木质素和纤维素，软挤压生物质成型。

为了避免在模制材料模块水分和破解“辐射”的现象，材料的湿度控制在8-12％，其中成型材料的成型压力的大小和所要求的典型堆积密度4900〜12740Pa之间，通常为直径50～60mm的空心燃料棒

旋转压弯式又分为：

单个压轮旋转压弯式压块机和多个旋转压弯式压块机，旋转压弯式压块机的模具正常情况下是工字型模块排列成圆形，方形模孔大多可据客户要求订做。

平模压块机都是站立的，主要的是在圆盘上开出多个圆孔，两个至四个的压辊都存在。

旋转压弯式其实就是旋转压弯式压块机的轴垂直于地平线，其他具有相同环形砌块机。

模具生产批量印刷胶辊挤一小横截面通常约为30mm*30MM。

表1-1设备性能比较

技术类型

原料要求

发展现状

主要优缺点

发展趋势

环模压辊成型

要求原料含水率15～20%，粒度小于10mm。

在成型物料行业已经商业化阶段，成型燃料处于半商业化阶段。

生产能力较高，产品质量好；模具易损、堵塞，维修成本较高。

降低成本，实现商业化

平模压辊成型

要求原料含水率15～20%，粒度小于10mm。

技术比较成熟，进入商业化发展阶段。

设备简单，制造成本较低；生产能力较低。

适宜小规模生

产

对辊挤压成型

要求原料含水率10～35%，粒度小于10mm。

技术处于研发阶段。

对原料的适应性强，能耗、机器损耗较低；生产能力较低。

提高生产能力，

适宜中小规模

生产

机械活塞成型

要求原料含水率在20%以内，粒度小于40mm。

技术处于半商业化、商业化阶段。

能耗较低，产品耐储存、密度大；设备稳定性差、振动大，有润滑污染问题。

配套锅炉，适宜规模化发展。

液压活塞成型

要求原料含水

率在12%以内，度小于40mm。

技术处于商业化阶

段

成型设备部件工作方式改变，寿命提高，能耗下降，较之机械活塞运行平稳；生产能力较低，易发生“放炮”现象，产品易开裂。

提高生产能力，

增强对原料湿

度的适应性，适

宜规模化发展。

螺旋热压成型

要求原料含水

率在8%～12%内，粒度小于40mm。

技术进入半商业化、商业化阶段。

产品耐储存、密度高，可加工成各种形状；套筒易磨损，维修成本较高，对原料适度要求严，易发生“放炮”现象。

适宜中小规模生产

1.3生物质压缩成型技术的发展历史及研究现状

1.3.1国外发展历史及研究现状

在上世纪三十年代，螺旋式成型机在美国已经有科学家开始研究压缩成型燃料技术，并且将这些研究投入到开发生产中去。

上世纪七十年代，生物质颗粒燃烧装置被研究出来了。

二十世纪七十年代后期，因为能源的紧张，导致原油的价格不断的上升，欧洲很多国家在面对这种现状，越来越开始重视研究压缩成型燃料技术。

现今，亚洲的日本，欧美一些国家，此项设备的研究已经很成熟，基本定型，在实际的生产中也形成了很有规模的产业化，在一些领域已经得到广泛的运用，比如在加热、供暖、干燥、发电等。

亚洲国家除了日本有成熟的技术以外，别的国家也陆续开始了研究，如泰国，印度，菲律宾等，从上世纪八十年代开始，通过自己的研究，生产加工成了加粘结剂和不加粘结剂的生物质压缩成型机。

1.3.2国内发展历史及研究现状

上世纪八十年代起，我们国家从国外引进了生物质压缩成型机，并且开始研究此项技术。

在“七五”期间，南京林化所开始了对生物质压缩成型机的开发和研究；我国第一台ZT-63型生物质压缩成型机由湖南省衡阳市粮食机械厂于1985年研发生产；江苏省连云港东海粮食机械厂于1986年引进了一台OBM-88棒状燃料成型机；2002年中南林学院也研制了相应设备。

经过这些年的研发，我们国家关于成型机的研究和在生产中的应用，已经有了很大程度的提升，关键体现在螺旋挤压成型机上，不过，即使是这样，仍然有不少的问题存在，比如轴的磨损很严重，使用寿命较短，耗电量大，故而，我们对于这项技术的研究还有待提高。

1.4秸杆燃料概述

一、秸秆燃料的概况：

农作物的玉米杆、麦草等固体废弃物称为秸秆燃料，通过不断的压制、加大密度、成型，进而成为小棒状固体颗粒燃料等，通过压制，成为现代化的清洁燃料，它同时是而且新兴专用生物质，可直接使用，而不是传统的煤上的城市的传统煤锅炉。

二、秸秆燃料的特点：

通过压制后成型的物料，它的挥发性好，比较容易析出，燃料的活性好，燃点低，灰又比较少，易着，在燃料上比较节约，很大的降低了成本。

压制以后出来的燃料体积比较小，所占比重比较大，燃烧的时间长，存储和运输都比较方便，它的体积是原来的三十分之一，相当于同样质量的十五倍左右，密度区间0.9-1.4g/cm3，热值区间在3500-5500大卡，特别容易挥发的燃料。

三、秸秆燃料的应用范围：

第4章秸秆压块机主要零部件的设计及校核

式中：

z－机器上带根数、

－每一根带的抓紧力、

－主轴上的包角。

具体结构详见下图4-1大皮带轮、图4-2小皮带轮：

图4-1大皮带轮

4.3.6按弯扭合成应力校核轴的强度

我们在进行强度校核的时候最主要的就是校核最大弯矩、扭矩。

。

故安全。

具体结构详见下图4-5主轴：

图4-5主轴

4.4平模的设计

为了防止我们生产加工出来的秸秆压块的开裂，所以我们需要在模孔上开孔，具体尺寸为平模直径为502mm，厚度为70mm，在平模上开有32个模孔，模孔的孔径为32mm。

具体结构详见下图4-6平模：

图4-6平模

4.5压辊的设计

压辊的直径为185mm，因为平模上孔径为32mm，为减小摩擦力，将与平模接触部分的压辊宽度设计为31mm，辊轮腹宽度为70mm。

为增强压辊对物料的碾压，将辊轮设计为带齿槽的圆柱体，在压辊的圆周表面上拉有与轴线平行的条形齿，条形齿个数为29个，每个条形齿的宽度为13mm，深度为10mm，相邻齿之间的距离为7mm。

具体结构详见下图4-7压辊：

图4-7压辊