輪刀式飼草切碎機(jī)的設(shè)計(jì)【秸稈粉碎機(jī)】

輪刀式飼草切碎機(jī)的設(shè)計(jì)【秸稈粉碎機(jī)】,秸稈粉碎機(jī),輪刀式飼草切碎機(jī)的設(shè)計(jì)【秸稈粉碎機(jī)】,輪刀式,飼草,切碎,設(shè)計(jì),秸稈,粉碎機(jī) 輪刀式飼草切碎機(jī)的設(shè)計(jì) （塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院， 阿拉爾 843300） 摘 要：我國具有豐富的作物桔稈資源，它是廣大農(nóng)區(qū)飼養(yǎng)牲畜的主要飼料.發(fā)展節(jié)糧效益型畜牧業(yè)是加快我國畜牧業(yè)發(fā)展的新戰(zhàn)略。近幾年來，隨著桔稈堿化、氨化和化學(xué)處理技術(shù)的推廣，為提高干秸稈的利用率提供了廣闊的前景.桔稈切碎是處理秸稈不可缺少的一項(xiàng)工藝。我國農(nóng)作物秸稈的利用率很低,很多秸稈被農(nóng)民燒掉,浪費(fèi)了生物資源,污染了環(huán)境,因此大力發(fā)展飼料切碎機(jī)械勢在必行。為了適應(yīng)廣大農(nóng)牧區(qū)養(yǎng)殖業(yè)的需要,我們設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)新穎、工作可靠、性能良好的輪刀式飼草切碎機(jī)。可以促進(jìn)牧草合理、有效的綜合利用，可以緩解飼草料不足現(xiàn)狀，促進(jìn)畜牧業(yè)發(fā)展。 關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)工程；切碎機(jī)；設(shè)計(jì)；機(jī)械 中圖分類號： 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號： 0 引言 我國具有豐富的作物桔稈資源，它是廣大農(nóng)區(qū)飼養(yǎng)牲畜的主要飼料.發(fā)展節(jié)糧效益型畜牧業(yè)是加快我國畜牧業(yè)發(fā)展的新戰(zhàn)略。近幾年來，隨著桔稈堿化、氨化和化學(xué)處理技術(shù)的推廣，為提高干秸稈的利用率提供了廣闊的前景.桔稈切碎是處理秸稈不可缺少的一項(xiàng)工藝。目前，我國飼草的機(jī)械切碎加工主要是利用鍘草機(jī)，鍘草機(jī)的切割器可分為輪刀式和滾筒式兩種.常用輪刀切割器動刀片的型式有凹圓弧形、凸圓弧形和直線形，我國農(nóng)作物秸稈的利用率很低,很多秸稈被農(nóng)民燒掉,浪費(fèi)了生物資源,污染了環(huán)境,因此大力發(fā)展飼料切碎機(jī)械勢在必行。為了適應(yīng)廣大農(nóng)牧區(qū)養(yǎng)殖業(yè)的需要,我們設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)新穎、工作可靠、性能良好的輪刀式飼草切碎機(jī)。該機(jī)既可實(shí)現(xiàn)家庭和畜牧場飼草切碎加工[1]。 草資源在發(fā)展畜牧業(yè)、配合飼料工業(yè)、生物能源、輕工業(yè)和建筑業(yè)中有重要意義.尤其是在大力發(fā)展畜牧業(yè)的今天其地位日見提升.草資源-草產(chǎn)品-草業(yè)加工-草產(chǎn)業(yè)被稱為草業(yè)發(fā)展的四草,是一個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈.處于產(chǎn)業(yè)鏈最底層的草資源是發(fā)展草產(chǎn)業(yè)的強(qiáng)大支撐.我國草資源豐富,全國共有4億公頃草原,每年有近6億噸的農(nóng)作物秸稈.內(nèi)蒙古、、青海是我國草資源的大省.但近些年來,人們只是一味的利用，沒有很好地保持和建設(shè)，使得草資源日益匱乏.另外,由于人們觀念及技術(shù)水平的限制,雖是利用也只是粗放型的,附加值低,成了草資源的極大浪費(fèi).隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,新鮮飼草產(chǎn)品走入市場已成大勢所趨,草資源在畜牧業(yè)中的基礎(chǔ)作用還在提高，深層次的開發(fā)和利用問題已提到日程上來[2] 。 1 設(shè)計(jì)原理及機(jī)構(gòu) 1.1 設(shè)計(jì)方案 飼草切碎機(jī)主要用來切斷莖稈類飼料，如谷草、稻草、麥秸、干草，各種青飼料和青貯玉米、高梁秸稈等。本設(shè)計(jì)采用可移動輪刀式切碎，此設(shè)計(jì)主要用于大部分農(nóng)村和小型企業(yè)，方便移動和拋送切碎的飼草結(jié)構(gòu)。以目前的研究條件，設(shè)計(jì)的飼草切碎機(jī)采用傾斜式喂入飼草裝置和放置式刀輪旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，利用電動機(jī)帶動刀輪轉(zhuǎn)，在飼草進(jìn)入喂料口時(shí)，飼草在高速旋轉(zhuǎn)的刀片作用下被切斷，切斷的飼草在刀輪的離心作用下和拋送葉片的旋轉(zhuǎn)被拋出箱體，完成切碎和拋送工作。要得到精確地切碎的第二個(gè)先決條件是：刀片的鋒利度要適宜。第三個(gè)先決條件是刀片和入料口的之間的間隙盡可能小。飼料的理論切碎長度L取決于喂入飼料的速度和單位時(shí)間內(nèi)的切割次數(shù)。 （1.1） 式中： v----喂入速度（米/秒） n----切碎機(jī)的轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分） Z----刀片的數(shù) 由式中1.1可以看出：飼料切碎長度可以通過改變刀片的數(shù)目和刀盤的轉(zhuǎn)速，或改變飼料喂入的速度，或通過改變兩部分其中一個(gè)或全部參數(shù)來得到。 電動機(jī)是已經(jīng)系列化的產(chǎn)品，在機(jī)械設(shè)計(jì)中，要根據(jù)工作載荷大小及性質(zhì)、轉(zhuǎn)速高低、起動特性、過載情況、工作環(huán)境、安裝要求及空間尺寸限制和經(jīng)濟(jì)性等要求從產(chǎn)品目錄中選擇電動機(jī)的類型、結(jié)構(gòu)形式、容量和轉(zhuǎn)速，最后確定具體型號。 在本設(shè)計(jì)中先選定飼草的理論長度L=10～15mm.喂入速度v=0.75m/s.刀片數(shù)Z=3 由上式可得知電動機(jī)選擇轉(zhuǎn)速為1500～1400r/min。 經(jīng)過多次的討論和研究，確定輪刀式飼草切碎機(jī)的總體結(jié)構(gòu)，包括喂入裝置，切碎裝置，拋送裝置，動力傳輸裝置。 工作過程：機(jī)器開始作業(yè)時(shí)，由電動機(jī)帶動皮帶輪轉(zhuǎn)動，軸和刀輪同時(shí)高速旋轉(zhuǎn)，，在飼草進(jìn)入喂料口時(shí)，飼草在高速旋轉(zhuǎn)的刀片作用下被切斷，切 斷的飼草在刀輪的離心作用下和拋送葉片的旋轉(zhuǎn)被拋出箱體，完成切碎和拋送工作。 總裝圖如圖1-1： 1.皮帶輪2.滾動軸承座3.軸4.刀輪5.刀片 6.喂料口7.支架8.拋送葉片 圖1-1總裝圖 2.設(shè)計(jì)方案的選擇 經(jīng)過多次的討論和研究，確定輪刀式飼草切碎機(jī)的總體結(jié)構(gòu)，包括喂入裝置，切碎裝置，拋送裝置，動力傳輸裝置。 2.1飼草切割長度的確定和分析 為了使青飼料有正常的發(fā)酵過程，必須將飼料切成10～20mm長的碎段。按照布蘭瑞克的意見，為了讓青飼料塔順利地卸下飼料，應(yīng)把飲料切成30-45mm。這樣的長度可以通過采用輪刀式切碎機(jī)來獲得，這樣切碎機(jī)具有能比較精確的切碎飼料的切割器。為了保證精確切割，喂入的料層應(yīng)盡可能窄些（即輸送喂入口的寬度要小些）。而且要盡可能緊密。關(guān)于這點(diǎn)，切碎機(jī)通常包含兩個(gè)部分：輸送裝置和將料層送入旋轉(zhuǎn)切刀的喂入裝置。 要得到精確地切碎的第二個(gè)先決條件是：刀片的鋒利度要適宜。第三個(gè)先決條件是刀片和入料口的之間的間隙盡可能小。飼料的理論切碎長度L取決于喂入飼料的速度和單位時(shí)間內(nèi)的切割次數(shù)。 2.2電動機(jī)的選擇 電動機(jī)是已經(jīng)系列化的產(chǎn)品，在機(jī)械設(shè)計(jì)中，要根據(jù)工作載荷大小及性質(zhì)、轉(zhuǎn)速高低、起動特性、過載情況、工作環(huán)境、安裝要求及空間尺寸限制和經(jīng)濟(jì)性等要求從產(chǎn)品目錄中選擇電動機(jī)的類型、結(jié)構(gòu)形式、容量和轉(zhuǎn)速，最后確定具體型號。 在本設(shè)計(jì)中先選定飼草的理論長度L=10～15mm.喂入速度v=0.75m/s.刀片數(shù)Z=3 由1-1式可以得出： 由上式可得知電動機(jī)選擇轉(zhuǎn)速為1500～1400r/min。 2.3選擇電動機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)型式 由于輪刀式飼草切碎機(jī)對起動轉(zhuǎn)距有較高要求，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，應(yīng)選交流電動機(jī)，Y系列電動機(jī)為更新?lián)Q代產(chǎn)品，具有高效、節(jié)能、震動小和運(yùn)行安全可靠的特點(diǎn)，安裝尺寸和功率等級符合IEC國際標(biāo)準(zhǔn)，適合于輪刀式飼草切碎機(jī)。 2.4確定電動機(jī)的容量 電動機(jī)容量的選擇必須根據(jù)工作機(jī)容量的需要來確定。如選電動機(jī)的容量過大，必然會增加成本，造成浪費(fèi)；相反，容量過小，則不能保證工作機(jī)的正常工作，或使電動機(jī)長期過載、發(fā)熱量大而過早損壞，因此所選發(fā)動機(jī)的額定功率Ped應(yīng)等于或稍大于電動機(jī)所需要的實(shí)際功率Pd。 電動機(jī)所需功率 Pd—電動機(jī)所需要的實(shí)際功率，單位為kw Pw—工作機(jī)所需要的輸入功率，單位為kw η—電動機(jī)工作機(jī)之間傳動裝置的總效率 傳動總效率 確定各部分效率為：V帶傳動效率 滾動軸承座傳動效率代入得 由設(shè)計(jì)要求知n =1440 r/min 所以 由能量守恒得 取質(zhì)量m =10 kg，R =200 mm 而 所以 所需電動機(jī)功率為 因載荷平穩(wěn)，電動機(jī)額定功率 由表2-1系列電動機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)表，選電動機(jī)的額定功率為4 kw。 2.5電動機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇 額定功率相等的同類型電動機(jī)，可以有好幾種轉(zhuǎn)速可選擇，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速高，極對數(shù)少，尺寸和質(zhì)量小，價(jià)格也便宜，但會使傳動裝置的傳動比加大，結(jié)構(gòu)尺寸偏長，成本也會變高，若選用低轉(zhuǎn)速的電動機(jī)則相反。根據(jù)小型飼料攪拌機(jī)的總體設(shè)計(jì)以及其傳動裝置的設(shè)計(jì)，應(yīng)選用同步轉(zhuǎn)速為1500 r/min的電動機(jī)，滿載轉(zhuǎn)速為1440 r/min，該電動機(jī)型號為 根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊》P167表2－1查出的電動機(jī)型號，因此有以下四種傳動比選擇方案， 表2-1系列電動機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)表 電動機(jī)型號 額定功率/KW 滿載轉(zhuǎn)速（r/min） 質(zhì)量/KG Y100L-2 3 1430 38 Y112M-4 4 1440 43 Y132S-4 5．5 1440 68 Y132M-4 7 1440 81 從表2-1中綜合考慮選擇電動機(jī)為：Y112M-4 3.傳動裝置的設(shè)計(jì) 3.1總設(shè)計(jì)要求 飼草長度：L=10～20mm 輪刀轉(zhuǎn)速：V =1440r/min 電動機(jī)與刀輪傳動比為：1：1 配套動力：4KW 連續(xù)工作時(shí)間：8 h 拋送距離：1 .5～2m 生產(chǎn)率：350～600kg/h 3.2箱體大小的確定 箱體結(jié)構(gòu)尺寸：長×寬×高606×190×760mm， 箱體密封時(shí)采用上下箱體可分離式。 箱體直徑：600mm 箱體底座與連接方式：焊接，螺栓連接。 材料：角鋼，鐵皮。 3.3V帶的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇普通V帶 3．3．1設(shè)計(jì)功率 根據(jù)工作情況由表13-8[8]得=1.2 3．3．2選定帶型 根據(jù)Pd =5.2kw和n=1440r/min, 由圖13-15知：位于A區(qū)域，選定A型帶。 3．3．3求帶輪的基準(zhǔn)直徑 由表13-9,d不應(yīng)小于90，取d=100mm ；由于傳動比為1：1，d1=d=100mm 3．3．4驗(yàn)算帶速 m/s 3．3．5初定軸間距 取a=300mm 3．3．6V帶的基準(zhǔn)長度 mm 查表13-2[9]對A型帶選用=900mm 3．3．7計(jì)算實(shí)際中心距 mm 3．3．8求V帶根數(shù) n=1440r/min d=100mm 查表13-3得=1.32kw. 傳動比為1：1 查表13-5得=1.3 =1 則V帶取3根，Z=3 3．3．9單根V帶的預(yù)緊力 由表查得A型帶m=0.1kg/m 3．3．10壓軸力 4.軸的設(shè)計(jì) 4．1主軸的設(shè)計(jì) 根據(jù)皮帶輪的大小可以計(jì)算出來和帶輪配合的軸的直徑，根據(jù)設(shè)計(jì)和安裝的要求軸的尺寸如下：軸長：390mm，連接有帶輪的軸端到軸肩的距離為56mm，軸的連接帶輪的軸徑為：30mm;與滾動軸承座配合的軸徑為：35mm,軸長90mm,在軸承座右側(cè)軸上要刀輪實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)切割，安裝刀輪的軸端到軸肩的距離為40mm，軸徑40mm;在刀輪后安裝有軸套，軸套到刀輪的距離為60mm，軸套右側(cè)安裝一滾動軸承座，固定軸和刀輪旋轉(zhuǎn)。 主軸的結(jié)構(gòu)如圖4-1所示： 軸的材料：軸的材料主要是碳剛和合金剛。由于碳剛比合金剛價(jià)格便宜，對應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，所以本設(shè)計(jì)采用Q235作為軸的材料，調(diào)制處理。 圖4-1 軸 4．2軸上零件的定位 為了防止軸上零件受力時(shí)發(fā)生沿軸向或周向的相對運(yùn)動，軸上零件除了有游動或空轉(zhuǎn)的要求以外，都必須進(jìn)行軸向和周向定位，以保證其準(zhǔn)確的工作位置。在固定刀輪時(shí)，用B型平鍵固定刀輪與軸的相對運(yùn)動，軸套起固定刀輪的軸向定位作用。 套筒： 大端半徑=48mm，小端半徑d=40mm 套筒結(jié)構(gòu)如圖圖4-2所示 圖4-2 套筒 刀輪： 鍵B 14×9×28， 滾動軸承座的內(nèi)圈和軸采用過盈配合，配合尺寸為， 4．3軸承的選擇 滾動軸承的組成： 滾動軸承一般由內(nèi)圈、外圈、滾動體和保持架四部分組成。內(nèi)圈的作用是與軸相配合并與軸一起旋轉(zhuǎn)；外圈作用是與軸承座相配合，起支撐作用；滾動體是借助于保持架均勻的將滾動體分布在內(nèi)圈和外圈之間，其形狀大小和數(shù)量直接影響著滾動軸承的使用性能和壽命；保持架能使?jié)L動體均勻分布，防止?jié)L動體脫落，引導(dǎo)滾動體旋轉(zhuǎn)起潤滑作用。滾動軸承的作用： 滾動軸承使用維護(hù)方便，工作可靠，起動性能好，在中等速度下承載能力較高。與滑動軸承比較，滾動軸承的徑向尺寸較大，減振能力較差，高速時(shí)壽命低，聲響較大。 滾動軸承座，它包括軸承座底座、軸承座上蓋、第一螺柱組件、軸承座端蓋、密封裝置、密封壓蓋，軸承座底座與軸承座上蓋的左右兩端分別由第一螺柱組件固定連接，軸承座底座與軸承座上蓋內(nèi)為軸承孔，軸承座端蓋中部為旋轉(zhuǎn)軸孔，軸承座底座、軸承座上蓋的前后兩側(cè)分別由螺栓與軸承座端蓋固定連接，軸承座端蓋外側(cè)設(shè)有密封腔，密封裝置位于密封腔內(nèi)，密封裝置外設(shè)有密封壓蓋，密封壓蓋由螺栓與軸承座端蓋固定連接；其特征在于：軸承座底座、軸承座上蓋上一共設(shè)有三個(gè)潤滑孔，三個(gè)潤滑孔與軸承孔相通，三個(gè)潤滑孔成１２０°布置。本實(shí)用新型具有潤滑效果好、安裝方便、可靠性好的特點(diǎn)。 軸的兩端都裝有滾動軸承座，軸徑為35mm,采用基孔制選軸承，先選出滾動軸承座型號為：SN207。由于軸的轉(zhuǎn)速為1440r/min,工作時(shí)間在10h內(nèi)。則選擇深溝球軸承。型號為：6007。 滾動軸承座如圖4-4所示 4．4選擇材料，決定最小直徑 圖4-4 滾動軸承座 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算，用于只承受轉(zhuǎn)矩的傳動軸的精確計(jì)算，也可用于既受彎矩又受扭矩的軸的計(jì)算。 由于軸的選材為Q235，所以查表可知Q235的許用扭切應(yīng)力為，查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表14-2得：τ取，C=160～135,取150。 軸上有兩個(gè)鍵糟 查手冊，取標(biāo)準(zhǔn)值， 4．5軸的校核 其強(qiáng)度條件為： MPa 注：——切應(yīng)力，MPa; ——軸傳遞的功率，KW； ——軸的轉(zhuǎn)速，r/min; ——軸的計(jì)算直徑，mm; ——許用切應(yīng)力，Mpa 所以，把相關(guān)的數(shù)據(jù)帶入公式中得： MPa 由于軸的選材為Q235號鋼，所以查表13-2[10]可知Q235的許用扭切應(yīng)力為，，。經(jīng)校核設(shè)計(jì)的軸符合要求，可以正常工作。 根據(jù)軸的計(jì)算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖，如圖4-5所示: 5.其他零部件 5．1刀片起切碎作用，刀片固定在輪上，使飼草從喂入口進(jìn)入箱體時(shí)，軸轉(zhuǎn)帶動刀片旋轉(zhuǎn)，從而切割飼草。 5．2拋送葉片 拋送葉片如下圖圖5-2所示此拋送葉片的設(shè)計(jì)是固定在刀輪上，在軸旋轉(zhuǎn)切割飼草時(shí)，被切碎的飼草在刀輪的離心作用下和拋送葉片的旋轉(zhuǎn)時(shí)被拋出箱體，以免切碎的飼草在箱體內(nèi)影響切碎機(jī)的工作。 圖4-5 軸的彎矩圖和扭矩圖 圖 5-1 刀片 圖5-2 拋送葉片 5．3刀輪 刀輪是起連接刀片的拋送機(jī)構(gòu)的裝置，此刀輪是固定在主軸上的，刀輪上裝有3個(gè)刀片和3個(gè)拋送葉片。如圖5-3所示、。 圖5-3 刀輪 小 結(jié) 輪刀式飼草切碎機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，采用了輪刀式直刀刃的切碎方式，具有結(jié)構(gòu)合理，工作性能良好，使用安全方便，工作效率高等特點(diǎn)，適合于大、中型畜牧業(yè)養(yǎng)殖戶對谷草、稻草、麥秸、干草，各種青飼料和青貯玉米、高梁秸稈等切碎青貯的要求。該機(jī)的應(yīng)用節(jié)約了能源并合理利用農(nóng)業(yè)作物秸稈等資源，提高了飼草的青貯質(zhì)量，提高了青貯飼草使用的可靠性和利用率，極大地降低了農(nóng)業(yè)作物秸稈等資源的浪費(fèi)和畜牧養(yǎng)殖成本。對飼草的推廣應(yīng)用和促進(jìn)畜牧業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，實(shí)行農(nóng)牧相結(jié)合，形成節(jié)糧型的畜牧業(yè)結(jié)構(gòu)具有十分重要的意義。 （1）飼草切碎機(jī)的廣泛使用，節(jié)約了能源并合理利用草資源，并且降低了草資源浪費(fèi)。 （2）輪刀式飼草切碎機(jī)代替了以往的人工切碎作業(yè)，提高了機(jī)械化程度及生產(chǎn)效率，節(jié)省了人力及時(shí)間。 （3）本設(shè)計(jì)采用電機(jī)作為動力，1人即可操作，結(jié)構(gòu)合理、緊湊，性能可靠；使用安全、方便，切碎質(zhì)量較好。理論上達(dá)到了飼草切割的要求及其它相應(yīng)工作條件。 （4）適合大、中型養(yǎng)殖戶玉米秸稈青貯、鍘飼草、切碎等。 （5）移動自如，操作維修方便，確保人身安全。 （6）喂入飼草的速度不均勻，切割出的飼草長度不均勻，要改進(jìn)的是喂入裝置。參考文獻(xiàn)： [1] 薛建華.草加工機(jī)械概述[J]農(nóng)產(chǎn)品加工. 2003,(12) :18～20. 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In recent years, along with the straw alkaline, ammoniation and chemical processing technology, in order to improve the utilization rate of dry straw provides a broad prospect. Straw shredding is a necessary process of straw processing. Our country crop straw utilization rate is very low, many farmers burn straw, waste biological resources, pollution of the environment, so promoting the development of feed machinery to be imperative. In order to adapt to the need of aquaculture in the agricultural and pastoral areas, we design a novel structure, reliable work, good performance of the wheel knife type forage cutter. Can promote forage reasonable, effective utilization, can alleviate the shortage of fodder, and promote the development of animal husbandry. Key words: agricultural engineering; Shredding machine; design; mechanics