立式切碎機設(shè)計【塊根莖物料如馬鈴薯地瓜蘿卜瓜果的切碎加工】

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目 錄 摘要 - 2 - Abstract - 3 - 第一章 前言 - 4 - 1.1 引言 - 4 - 第二章 選擇方案 - 5 - 2.1總體設(shè)計 - 5 - 2.2結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)原理 - 5 - 2.3方案選擇 - 6 - 第三章 設(shè)計與計算 - 7 - 3.1電機選擇 - 7 - 3.2 傳動比選擇 - 8 - 3.3 軸的強度條件計算 - 9 - 3.4 精確校核軸的疲勞強度 - 10 - 3.5 軸承的校核 - 13 - 結(jié)束語 - 15 - 參考文獻 - 16 - 致謝 - 17 - 摘要 本研究以馬鈴薯等根莖物料為研究對象，通過對根莖物料特性的分析，確定切碎原理和方法，設(shè)計出動力消耗低、力度大小滿足切碎成型要求的根莖切碎機。推動我國目前綜合開發(fā)利用農(nóng)作物根莖物料資源的技術(shù)創(chuàng)新和實際應用。 通過對原始數(shù)據(jù)的分析、方案的論證比較和有關(guān)數(shù)據(jù)的分析計算，主要完成了切碎機的總體設(shè)計，電動機的選擇以及傳動方案的分析、比較與選擇等內(nèi)容。在此基礎(chǔ)上對切碎機機體的結(jié)構(gòu)尺寸、驅(qū)動轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)尺寸、V帶傳動等設(shè)計應用價值進行了詳細的計算和說明。 該機主要是由切碎機和喂入機構(gòu)、喂入槽、甩拋裝置、帶傳動、電動機組成。其原理是根莖物料由喂入槽喂入，在喂入機構(gòu)作用下將其壓實并卷入機構(gòu)。被動刀片組成的切碎器切碎，最后由拋送裝置拋出機外。 關(guān)鍵詞：盤刀，切碎機，根莖物料，喂入槽，拋送機 Abstract In this study, potato and other root material for the study, by the material properties of the roots of analysis to determine the principles and methods of shredding designed low power consumption, efforts to meet the size requirements for compression molding roots shredder. Promote the comprehensive development and utilization of China's current crop roots material resources of technological innovation and practical application. ?? Through the analysis of raw data, analysis and calculation demonstrate Comparison Programme and the relevant data, mainly to complete the overall design of the shredder, the analysis of the motor and drive program selection, comparison and selection and so on. On this basis, the structure of the shredder body size, the drive shaft structure size, V belt drive, such as design value calculation and detailed description. ?? This machine is mainly composed of a shredder and feeding mechanism, feeding trough, throwing throwing unit, belt drive, motor. The principle is that the material from the feeding trough feeding roots, in effect compacting the feed mechanism and the involvement of institutions. Passive fixed chopper blades consisting of chopped, and finally by throwing device thrown outside. Keywords: disc cutter, shredder, roots materials, feed trough, throwing machine 第一章 前言 1.1 引言 近年來，發(fā)達國家中的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)高度機械化，通過先進的技術(shù)形成了一些列配套的生產(chǎn)體系和配套機具。但中國是從解放后才開始發(fā)展自己的農(nóng)機化事業(yè)的，經(jīng)過這些年的發(fā)展，雖取得了進步，但是由于中國領(lǐng)土疆域大，經(jīng)濟發(fā)展不平衡，農(nóng)機化水平差別較大，整體數(shù)據(jù)相當于美國上世紀五十年代后期水平，處于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的初級階段，農(nóng)機化事業(yè)任重二道院。而中國是農(nóng)業(yè)大國，因此農(nóng)作物是中國重要的一部分。自古以來，中國的糧食總類很多，其中包括塊根莖物料，如馬鈴薯、地瓜、蘿卜、瓜果。中國人飯桌上或多或少都會出現(xiàn)以上塊根莖物料所制作而成的一道菜。所以如何更合理更簡單方便的處理塊根莖物料成為人們需要研究的一個課題。后來就出現(xiàn)了切碎機。切碎機是將大尺寸的固體原料切碎至要求尺寸或形狀的加工機械，它在農(nóng)品加工、中草藥加工、飼料加工等行業(yè)領(lǐng)域都有廣泛的應用。切碎機按所切物料的形態(tài)不同可分為：莖稈類物料切碎機、塊狀類物料切碎機。依照要求，本課題針對塊狀類物料切碎機進行研究。 塊狀類物料切碎機按盤刀的方式不同可分為立式盤刀式切碎機、水平盤刀式切碎機和刀式切碎機。當前的滾刀式切碎機其最主要的形式就是圓錐形滾刀式切碎機，其主要用來切碎青綠物料和塊狀莖，其動刀片一般安裝在圓錐形滾筒上。當滾筒旋轉(zhuǎn)時，料斗內(nèi)的物料就被切碎，成品通過動刀和滾筒之間的空隙進入圓錐滾筒內(nèi)，并沿著圓錐斜面從滾筒的大端排出。由于圓錐僅部分表面和喂料斗接觸，所以生產(chǎn)效率較低，但工作較可靠。 立式簡易切碎機由喂入斗和裝有4把刀片的圓盤組成.圓盤與地面垂直.工作時,塊根裝在圓盤左的喂入斗內(nèi).當圓盤旋轉(zhuǎn)時,盤上的刀片就將塊根切成薄片,由圓盤下方排出口(出料口)排出.這種型式的切碎機,構(gòu)造簡單,使用方便,易于保養(yǎng)修理. 按給定的物料和轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速，設(shè)計一套切碎系統(tǒng)，切碎機工作完畢后查其切碎的情況。 第二章 選擇方案 2.1總體設(shè)計 原始參數(shù)：（1）容重1.2噸/m3； （2）作業(yè)形式：連續(xù)； （3）物料名稱：塊莖類物料； （4）生產(chǎn)能力：2t/h。 2.2結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)原理 該機主要有傳動軸I和裝在其一端的傳動系統(tǒng)，裝在其中部的切碎刀盤，裝在其一端的變速錐齒輪和傳動軸II上的變速錐齒輪和直齒輪及進給軸III、IV，裝在支撐固定他們的機架下部的電動機。主傳動輪及傳動皮帶，加之安裝在機架上的喂料臺，進料斗，機殼等構(gòu)成，切碎機構(gòu)由安裝在傳動軸一端的切碎刀盤及上的動刀片，加之固定在機架相應位置上，能在刀盤轉(zhuǎn)動過程中，與動片構(gòu)成剪切動作的定刀片構(gòu)成。傳動軸安裝在機架上，動力由機架下部的電動機及其主動輪。 驅(qū)動傳動軸運轉(zhuǎn)使安裝在中部的切刀盤工作。機架上靠切碎刀盤一側(cè)，制作了切碎機構(gòu)喂料臺、自動進給輥壓輪及刀盤罩；位于傳動軸中部裝有機殼和進料斗，二者用小螺桿連為一體；主動輪與從動輪間套有皮帶防護罩；機架下部制作了切碎，破碎物料的出料斗。其中，喂料臺，刀盤罩、機殼、進料斗、皮帶防護罩、除掉都均連接在固定在機架上。這樣，就構(gòu)成一個圓盤刀式切碎機。使用時，將馬鈴薯等塊根莖物料放入偏置的料斗中，動刀片隨刀盤的旋轉(zhuǎn)和固定在機架上的定刀片配合，將物料切碎。 2.3方案選擇 莖稈類物料的切割主要利用動，定刀之間的對切運動，宛如剪刀一樣，是根據(jù)剪切原理工作的。而塊狀類物料的切割是利用刀片的楔切作用，宛如加工金屬的車刀一樣，是根據(jù)切割原理工作的，這是因為切割時，動刀刃對物料通常不產(chǎn)生滑移，只是按照看砍切進行切割。馬鈴薯與動刀刃之間的摩擦角為35°～40°，遠比莖稈類物料與動刀刃之間的摩擦角（18°～24°）要大得多。 塊狀類物料切碎機按盤刀的方式不同可分為立式盤刀式切碎機、水平盤刀式切碎機和刀式切碎機。當前的滾刀式切碎機其最主要的形式就是圓錐形滾刀式切碎機，其主要用來切碎青綠物料和塊狀莖，其動刀片一般安裝在圓錐形滾筒上。當滾筒旋轉(zhuǎn)時，料斗內(nèi)的物料就被切碎，成品通過動刀和滾筒之間的空隙進入圓錐滾筒內(nèi)，并沿著圓錐斜面從滾筒的大端排出。由于圓錐僅部分表面和喂料斗接觸，所以生產(chǎn)效率較低，但工作較可靠。 立式簡易切碎機由喂入斗和裝有4把刀片的圓盤組成.圓盤與地面垂直.工作時,塊根裝在圓盤左的喂入斗內(nèi).當圓盤旋轉(zhuǎn)時,盤上的刀片就將塊根切成薄片,由圓盤下方排出口(出料口)排出.這種型式的切碎機,構(gòu)造簡單,使用方便,易于保養(yǎng)修理. 按給定的物料和轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速，設(shè)計一套切碎系統(tǒng)，切碎機工作完畢后查其切碎的情況。 根據(jù)課題我們選擇立式盤刀式切碎機。 簡易式切碎機 見圖2-1 圓盤上安裝4把動刀，通過電機帶動帶輪和帶使圓盤回轉(zhuǎn)，物料從偏置的料斗進入，切碎后，從卸料槽排出，這種切碎機結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，造價低廉。 2-1 1-進料斗 2-六角螺栓 3-端蓋 4-固定臺 5-六角螺栓 6-彈簧墊圈 7-滾動軸承座 8-彈簧墊圈 9-六角螺栓 10-六角螺栓 11-出料口 12-支架 13-固定板 第三章 設(shè)計與計算 3.1電機選擇 由于立式盤刀式切碎機要求功率較低，所以選擇小功率電動機。 小功率電動機也稱為分馬力電動機，指連續(xù)工作定額不超過1.1KW的電動機，小功率交流異步電動機分為三相異步電動機和單相異步電動機。其中，YS（JB/T 1009-2007)系列為取代AO2系列的三相異步電動機，具有優(yōu)良的起動和運行性能，結(jié)構(gòu)簡單，使用、維修方便，適合于使用三相電源的小型機械；YU(JB/T 1010-2007)系列為取代BO2系列的單相電阻起動異步電動機，具有中等起動和過載能力，結(jié)構(gòu)簡單，使用、維修方便，適合于使用單相電源的小型機械；YC（JB/T1 1011-2007）系列為取代CO2系列的單相電容起動異步電動機，起動力矩大，起動電流小，適用于滿載起動的機械，如空壓機、磨粉機等；YY（JB/T 1012-2007）系列為取代DO2系列的單相電容運轉(zhuǎn)異步電動機，具有較高的功率因數(shù)、效率和過載能力，但是起動力矩小，空載電流大，適用于空載或輕載起動的小型機械，如電影放映機、電扇等； YL（JB/T 7588-2010）系列為單相雙值電容異步電動機，具有高轉(zhuǎn)矩、高效率、高功率因數(shù)的優(yōu)點，適用于要求起動力矩大的空氣壓縮機、木工機械、粉碎機及其他小型機械。 假設(shè)切割力F為100N n=1400r/min 則T1=F*r=100*0.14=14N·m 因為傳動比為3 所以T2=T1/3=4.7N·m P=（T*n）/9550=(4.7*1400)/9550=0.689KW 本課題研究的立式盤刀式切碎機為滿載起動的機械，所以考慮功率轉(zhuǎn)矩等選擇 YC90L4電機。 功率750W，轉(zhuǎn)速1400（r/min）。 3.2 傳動比選擇 傳動比為帶輪1直徑比去帶輪2直徑=60mm/180mm=1:3 3.3 軸的強度條件計算 通過軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計,軸的主要結(jié)構(gòu)尺寸,軸上零件的位置,以及外載荷和支反力的作位置均已確定,軸上的載荷(變矩和扭矩)已可以求得,因而可按彎矩合成強度條件對軸進行強度校核計算.其作圖分析和計算步驟如下: 已知 h=68mm L1=130.6mm L2=67mm 計算： Fr1+Fr2=G Fr1*L1-G(L1+L2)+Fa*h=0 Fa2=Fa1=1/2Fa=2.7N Mc=Fr2*L1 由以上式子得 Fa2=Fa1=2.7N Fa=5.4N Fr1=107.64N Fr2=-34.64N Mc=-34.64*130.6=-4523.98N*mm =0.6 ca= 前面已選項定軸為45鋼/正火,〔-1〕=60MPa/55MPa ca<(-1) 故安全 3.4 精確校核軸的疲勞強度 1. 截面IA只受扭矩作用,雖然鍵槽,軸肩及過渡配合所引起的應力集中均將削弱軸的疲勞強度,但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強度為寬裕地確定的,所以截面IA無需校核. 從應力集中對軸的疲勞強度的影響來看,截面V處應力最集中;從受載的情況來看,截面上的應力最大.最需要校核這個面. 2. 截面V左側(cè) 抗彎截面系數(shù) W=0.1d=0.1*30 抗扭截面系數(shù) 截面IV左側(cè)的彎矩M為 M=-4523.98*17/67=-1147.88N*mm 截面IV上的扭矩T為 T=187180N*mm 截面上的彎曲應力 MPa 截面上的扭轉(zhuǎn)應力 軸上的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理.由表15-1查得=640MPa =275MPa 截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數(shù)及按表3-2查表取得 因r/d=2.0/30=0.067D/d=45/30=1.5 經(jīng)插值后可查得 =2.1 =1.80 又由附圖3-1可得軸的材料的敏性系數(shù)為 故有效應力集中系數(shù)按式(附3-4)為 由附圖3-2得尺寸系數(shù) ;由附圖3-2得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù) . 軸按磨削加工,由附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為 .軸未經(jīng)表面強化處理,即,則按式(3-12)及(3-12a)得綜合系數(shù)值為 又由§3-1及§3-2得碳鋼的特性系數(shù) , 取 = 0.05~0.1, 取= 0.05 于是,計算安全系數(shù)Sca值,按式(15-6)~(15-8)則得 3.截面V右側(cè) T=187180N*mm 過盈配合處值,由附表3-8用插入法, 0.8于是得 0.8*2.56=2.05 軸按磨削加工,由附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為 故得綜合系數(shù)為 所以軸在V右側(cè)的安全系數(shù)為 繪制軸的工作圖, 見圖3-1: 3-1 3.5 軸承的校核 設(shè)根據(jù)工作條件決定在軸的兩端正裝兩個圓錐滾子軸承,如圖下所示. 已知n=55r/min 設(shè)初選兩個軸承的型號為30208. 受力分析如下: 1． 求兩軸承受到的徑向載荷Fr1和Fr2 Fr1=107.64N Fr2=-34.64N Fa=5.4N 查設(shè)計手冊可知30208 Cr=43.2KN Cor=50.5KN 2. 求兩軸承的計算軸向力Fa1和Fa2 對于30208型軸承,按表13-7,軸承派生軸向力 Fd=Fr/2d Fd1=Fr1/(2*1.6)=107.64/3.2=33.64 Fd2=Fr2/(2Y)=34.64/3.2=10.825N Fa1=Fd1-Fae=33.64-5.4=28.24N Fa2=Fd1=33.64N Fa1/C0=28.24/50500=0.00056 Fa2/C0=33.64/50500=0.00067 e=0.37 X=0.4 Y=1.6 3. 求軸承當量動載荷P1和P2 因軸承有中等沖擊載荷,按表13-6,fp=1.2~1.8 fp=1.5 P1=fp(XFr+YFa1)=1.5*(0.4*107.64+1.6*28.24)=132.36N P2=fp(XFr2+YFa2)=1.5*(0.4*34.64+1.6*33.64)=101.52N 4. 因為P1>P2, 所以按軸承1的受力大小驗算 年 結(jié)束語 經(jīng)過一學期的準備，從到圖書館搜集資料，整理資料我的畢業(yè)設(shè)計生活就要結(jié)束了?；厥走@段期間的設(shè)計過程，有很多感受很多收獲，這是對我大學知識的一個整體的檢驗，很嚴格，但是對我今后走向社會有很大的幫助，這這使我非常清楚的認識到一項設(shè)計從開始到結(jié)束所經(jīng)歷的過程，也對這個過程有了很深刻的了解。這對我們今后的各類設(shè)計提供了一個最基本的設(shè)計基礎(chǔ)，也使我認識到到做一件事應該堅持不懈，遇到困難應該用于面對，并且認真尋找解決的方法。這就是一個成長的過程，培養(yǎng)一種人生的態(tài)度。 通過對盤刀式立體切碎機的設(shè)計，我了解到切碎機的種類、工作原理以及工作過程，還了解到了各種切碎機的區(qū)別。在設(shè)計過程中，對以前學過的知識有了更深刻的理解，也罷學的不扎實的知識重新鞏固了一邊，發(fā)現(xiàn)以前不曾注意過的知識都十分有用，令我感受很深。 結(jié)束了這段畢業(yè)設(shè)計后，我覺得自己方面的能力都有所提高。。通過本課題的設(shè)計，使自己學會綜合運用所學的機械設(shè)計、機械制圖等基礎(chǔ)知識解決實際問題。在課題進行過程中，學會了掌握資料收集及整理的方法。獨立完成系統(tǒng)方案改造與設(shè)計工作，提高了綜合運用所學過的各科知識和培養(yǎng)分析問題的能力。使自己具有了一定的理論聯(lián)系實際的正確設(shè)計思想。更熟悉運用和查閱各種設(shè)計資料。掌握從事設(shè)計工作的具體步驟和方法。 參考文獻 [1] 高志,李威主編,機械設(shè)計課程設(shè)計手冊 第4版 高等教育出版社,2012 [2] 毛謙德，李振清主編，袖珍機械設(shè)計師手冊.第二版.北京：機械工業(yè)出版社，2000 [3] 成大先主編，機械設(shè)計手冊.第三版.第二冊.北京：化學工業(yè)出版社，1999 [4] 唐增寶，何永然，劉安俊主編，機械設(shè)計課程設(shè)計.第二版.武漢：華中理中大學出版社，1999 [5] 西北工業(yè)大學機械原理及機械零件教研組編.孫桓，陳作模主編，機械原理.第六版.北京：高等教育出版社，2001 [6] 羅迎社主編，材料力學.武漢：武漢理工大學出版社，2001 [7] 肖旭霖主編，食品機械與設(shè)備.北京：科學出版社，2006 [8] 石一兵主編，食品機械與設(shè)備.北京：中國商業(yè)出版社，1990 [9] 周良德,朱泗芳主編,現(xiàn)代工程圖學.長沙: 湖南科學技術(shù)出版社,2000 致謝 畢業(yè)設(shè)計是對我們知識運用能力的一次全面的考核，也是對我們進行科學研究基本功的訓練，培養(yǎng)我們綜合運用所學知識獨立地分析問題和解決問題的能力，為以后撰寫專業(yè)學 論文和工作打下良好的基礎(chǔ)。 本次設(shè)計能夠順利完成，首先我要感謝我的母?！r(nóng)林大學金山許愿，是她為我們提供了學習知識的土壤，使我們在這里茁壯成長；其次我要感謝機械專業(yè)的老師們，他們不僅教會我們專業(yè)方面的知識，而且教會我們做人做事的道理；尤其要感謝在本次設(shè)計中給與我大力支持和幫助的朱亨銀老師，每有問題，老師總是耐心的解答，使我能夠充滿熱情的投入到畢業(yè)設(shè)計中去；還要感謝我的同學們，他們熱心的幫助，使我感到了來自兄弟姐妹的情誼；最后還要感謝相關(guān)資料的編著者和給予我們支持的社會各界人士，感謝您們?yōu)槲覀兲峁┮粋€良好的環(huán)境，使本次設(shè)計圓滿完成。 - 17 -