秸秆粉碎机毕业设计(共36页).doc
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1、精选优质文档-倾情为你奉上 本科生毕业论文(设计)题目:秸秆粉碎机的设计院 别 学科门类 专 业 学 号 姓 名 指导教师 完成时间 2016年4月1日目 录专心-专注-专业摘 要近年来现代化肥的使用,使得农业对秸秆所制肥料的需求有所减少,秸秆的处理成为一大问题。如秸秆不及时处理,会影响小麦等秋播作物的播种。以上成为大规模焚烧秸秆屡禁不止的客观原因。秸秆焚烧还会产生严重的危害,例如:引发交通事故,影响道路交通和航空安全;引发火灾:破坏土壤结构,造成农田质量下降;产生大量有毒有害物质,威胁人与其他生物体的健康。因此解决焚烧秸秆问题刻不容缓。焚烧秸秆问题主要为解决其处理问题,秸秆可再生利用,是一种
2、具有多用途的可再生的生物资源,可纯人力处理费时费力、经济效率极低得不偿失,因此田间作业趋于机械化是一个必然的发展过程,本文主要介绍了秸秆粉碎机的设计思路、设计方案、主要零件设计、参数及工作原理。关键词:粉碎机;秸秆粉碎;优化设计;AbstractIn recent years beause more use of modern fertilizers, the demands of straw composting in agriculture has decreased,straw processing has become a big problem.If straw can not be
3、 treated in time,it will influence sowing of wheat and other autumn crops.The above becomes reasons of large-scale burning of straw. Straw burning will cause serious harm, such as: lead to traffic accidents, influence the road transport and aviation safety,cause fire,destroy the soil structure, decl
4、ine the quality of farmland,produce large amounts of toxic and hazardous substances,threat to human and other organisms health. Therefore, the problem of burning straw must be solved urgently.To solve the problem of burning straw, the key point is the straw processing. Straw can be recycled, is a ki
5、nd of multipurpose renewable biological resources. But manuel handling is time-consuming and has low economic efficiency. So field operations with farm machinery is an certain process of development.This article introduces the design ideas,design concept, the main components design,parameter and wor
6、king principle of the straw shredder.Keywords: schredder; straw crushing; design optimization;第一章 绪论1.1 研究背景及意义 21世纪以来,我国科技水平不管发展,人民生活水平不断提高,中国农业也进入新的发展阶段。随着农业的发展,秸秆的处理问题日渐尖锐,秸秆本身是一种天然的有机肥,但是农民缺乏处理技术,使得处理秸秆成为一种性价比极低、成本极高的行为,但是不处理又会影响下一季农作物播种,同时秸秆的焚烧可以得到一种名叫草木灰的肥料,因此焚烧秸秆成为一种趋势。为了防止焚烧秸秆造成的各种危害,同时发挥秸秆的
7、生物化肥作用,机械化秸秆还田成为中国农业发展的重大突破,而机械化秸秆还田可以通过秸秆粉碎机的面世而实现。1.2 粉碎理论粉碎是指固体物料在外力作用下,克服了内聚力,使之碎裂的过程。经过近代发展,不同程度的工艺处理过程可以得到不同的密度粉体,其根据粒度大小将粉碎过程分为多个不同种类Error! Reference source not found.。当今,粉碎程度并未形成统一认识,比较合理且一致认同的划分见表1。表1 粉碎程度与粉体制品粒度对照粉碎程度粗破碎细破碎粗粉碎细粉碎微粉碎超微粉碎/超细粉碎粒径(d50)2502525110.50.50.11005050110.11001制品称谓大块颗粒
8、普通粉微细粉微细粉微米粉亚微米粉纳米粉英文翻译MassPlletPowderFine/Very fine powderUltra/Super fine powder1.3 粉碎过程的施力方式 物料受到外力作用而粉碎,这些外力主要分为:挤压粉碎、冲击粉碎、摩擦粉碎、剪切粉碎、劈裂弯折粉碎等。各种粉碎方式都有其优缺点及适用的场合。1.3.1 挤压粉碎挤压粉碎是粉碎设备的工作部件对物料施加挤压作用,作用较缓慢和均匀,物料的粉碎过程也较均匀。常多用于粗碎。挤压粉碎属于有支承粉碎型式,粉碎效率较高,其中对辊粉碎机、辊式碎粒机中都含有挤压粉碎作用。具体挤压粉碎示意图见图1.3.1。图1.3.1 挤压粉碎1
9、.3.2 冲击粉碎冲击粉碎为高速运动的粉碎体对物料的冲击和高速运动的物料向固定壁或靶的冲击。冲击作用频度高,作用时间短,粉碎体与被粉碎物料的动量交换非常迅速。冲击粉碎的频度及力度对制品的粒度影响很大。具体冲击粉碎示意图见图1.3.2。图1.3.2 冲击粉碎1.3.3 摩擦粉碎摩擦粉碎的主要表现形式是粉碎工件对物料的磨削、碾磨,包括研磨介质对物料的粉碎、齿板或齿圈对高速流动物料的碾磨以及物料和物料之间的摩擦作用。锤片式粉碎机齿爪式粉碎机和立轴式超微粉碎机都是利用摩擦来粉碎物料的。摩擦粉碎是一种高效的粉碎型式,但当粉碎构件变得相对光滑时,摩擦作用的效率就会大幅度降低,产生大量的无用热量,导致能耗增
10、加,所以必须保持摩擦面的粗糙。具体摩擦粉碎示意图见图1.3.3。图1.3.3 摩擦粉碎1.3.4 剪切粉碎剪切粉碎的主要表现形式是两面构件对物料形成剪应力造成物料粉碎,剪切形成的基础条件是两个构件同时对物料的作用且互为支承,如同剪刀的两个刃口。具体剪切粉碎示意图见图1.3.4。图1.3.4 剪切粉碎1.3.5 劈裂弯折粉碎利用楔形工件切入物料,称为劈裂粉碎,劈裂粉碎需要对物料进行支承才能发挥高效率。当楔形工件不锋利时,会形成弯折作用,此时材料受到弯应力而断裂。锋利的楔形物造成的劈裂粉碎是一种介于弯折粉碎和剪切粉碎之间的作用。一般材料的抗弯应力低于抗剪应力,所以劈裂、 弯折是一种更为高效的有支承
11、粉碎型式。具体劈裂弯折粉碎示意图见图1.3.5。图1.3.5 劈裂弯折粉碎1.4 粉碎机工作原理通过喂入机构将物料由进料口均匀地喂入粉碎室,粉碎室内有高速旋转的锤片,上机体内装有定刀、动刀和齿板,加入的物料在锤片的强烈打击及锤片与齿板之间的撕裂和搓擦等作用下迅速被粉碎成粉状,由于离心力和粉碎机下腔负压的作用,被初步粉碎的物料通过筛孔落到下腔,然后风机会将其吸入,又由风机送到离心卸料器内或集料间里集尘,以便分离、卸料、装袋,余风由除尘布袋过滤并泻掉。1.5 粉碎机技术粉碎技术在我国己有多年的历史,主要应用在饲料粉碎及农作物秸秆方面。粉碎技术根据粉碎方式和粉碎手段的不同可分为铡切式、锤片式、揉切式
12、、爪齿式(齿爪式)、组合式粉碎技术Error! Reference source not found.。1.5.1 铡切式粉碎机铡切式粉碎的主要加工方式是切断,其优点尤为突出,结构简单、功耗低、生产率高。铡切式粉碎机如图1.5.1所示。图1.5.1 铡切式粉碎机1.5.2 锤片式粉碎机锤片式粉碎机的粉碎原理为冲击粉碎,在粉碎过程中由高速旋转的活动锤片与固定圈的相对运动,使物料在粉碎室内发生高速旋转,对物料进行粉碎。而物料受锤片冲击作用,在粉碎室内形成圆周运动,产生环流层,人们认为类似大颗粒的物料会因为离心力在外层,小颗粒物料的离心力相对较小,故而在内层。物料达到想要的粉碎粒度后通过选定筛孔过滤
13、合格粒度的饲料。在粉碎过程中锤片与物料的碰撞大部分为偏心冲击,这就会造成多余的能量损失,这是锤片式粉碎机耗能高的重要原因之一。而且环流层的出现使得被粉碎的物料达到要求后有些小颗粒物料不能及时从筛孔正常排出,而此时因为离心力作用会进行反复冲击,形成物料的多余粉碎,这种情况无疑会加大能耗。同时,因为物料的反复冲击使得物料动能不断增加,导致升温现象。升温现象会使物料软化,部分软化的物料依附于筛孔上,导致筛孔堵塞,使粉碎效率下降。锤片式粉碎机如图1.5.2所示。图1.5.2 锤片式粉碎机1.5.3 揉切式粉碎机揉切式粉碎包括揉搓机和揉碎机。揉搓机主要由机架、喂入机构、锤片转子、变高度齿、刀片和风机等部
14、件机构构成。工作时,高速旋转的锤片不断打击喂入的秸秆,同时机具凹板上面装有变高度齿板和定刀,斜齿呈螺旋走向,从而保证了撞击后产生轴向运动,秸秆碎段经过隔板空缺部分流向机器的抛送室,然后再由风机抛出。在我国,秸秆揉搓机大都采用螺旋排列的锤片进行揉搓,再借助风机抛送,加工的秸秆物料只能达到破碎或细碎的状态,生产率较低、耗能高、不适于高湿或韧性大的物料。揉切式粉碎机如图1.5.3所示。图1.5.3 揉切式粉碎机1.5.4 爪齿式(齿爪式)粉碎机爪齿式(齿爪式)粉碎机多为固定工作,主要工作方式为物料因自重及负压被吸入粉碎室,受离心力和环流层影响,由内圈自外圈做圆周运动,同时受到动齿爪、定齿爪和筛片三重
15、作用,齿盘的旋转会产生一定离心力,离心力将粉碎物通过筛孔从出料口输送。爪齿式(齿爪式)粉碎机主轴转速要求较高,导致轴承寿命较短,同时因为主轴转速较高,对粉碎室保护较差,导致工作可靠性较低,噪声较高。1.5.5 组合式粉碎机组合式粉碎技术是集切断、粉碎、揉搓功能于一体,通过相互结合优化达到最佳的粉碎目的。组合式式粉碎机如图1.5.5所示。图1.5.5 组合式粉碎机1.6 粉碎机技术发展现状随着农村经济的发展,粉碎机的技术的应用。人们对粉碎机的要求也不断提高,今后几年的粉碎机技术研究应主要集中在以下几个方面Error! Reference source not found.:1、因为需求的不同,细
16、分粉碎粒度,开发专用粉碎机。2、锤片的研发与优化。3、风机的研发,通过风机欲粉碎机的进一步合理优化、配合,获得更高的效率。第二章 确定方案2.1 研究内容、研究思路及主要设计指标2.1.1 主要研究内容1、研究秸秆的物理学特性。2、设计秸秆粉碎机1)考虑材料成分、含水量、喂入量等因素,选择适宜的加工方式。2)设计喂入机构,锤片的设计计算。3)选择锤片,确定恰当的线速度。4)粉碎机构的设计,确定锤片的排列。5)总体布置,考虑使用方便、尺寸大小、经济性、能耗等因素。6)关键问题:粉碎机的应用定位,确定其具体参数。2.1.2 研究思路1、分析加工对象的物理和加工特性。2、设计出粉碎的机构和合理布置各
17、部分。3、设计的系统做到科学合理,能耗低,结构紧凑。2.1.3 主要设计指标1、结构简单、体积小、尺寸紧凑,操作、使用、维修方便。2、的适应性较好,适合加工多种类型物料。4、生产能力满足要求。5、配套动力合理,功耗小。6、噪音低、粉尘少,减少环境污染。7、机器工作安全可靠,工作部件耐磨性好,使用操作、维修调整方便,价格便宜。2.2 粉碎机的类型选择目前为止,在加工饲料类农作物时锤片式粉碎机的效果最佳且应用最广,考虑到科学性、经济性、实用性以及节能方面选择锤片式粉碎机最佳Error! Reference source not found.。2.3 粉碎室的选择2.3.1 环流层理论在锤片式粉碎机
18、的粉碎原理中,最经常出现“环流层”,经典理论认为,在粉碎机全速区的锤片和筛片之间,物料形成数厘米厚度的层流,粗颗粒因为受到离心力较大,所以在贴近筛片的外层,小颗粒因为受到离心力较小,故而分布在远离筛片的内层。这种“环流层”的提法在理论上得到很多人的认同,但也有人对此提出了疑问,周向农等(1997)认为在“环流层”内并不存在明显的大颗粒在外、小颗粒在内的分层现象,而是大小颗粒自由运动,部分超微粉颗粒吸附在转子心部。其研究也表明,“环流层”内的物料密度分布是内松外紧,内层的细粉较难穿越外层过筛,只有通过增大筛板面积的方法才可以提高出筛率Error! Reference source not fou
19、nd.。2.3.2 早期圆形粉碎室在粉碎过程中,物料在锤片的打击作用下,会往筛板处扩散分布,但是物料在以一定角度入射到筛板后,有反弹和摩擦两种可能,大颗粒被反弹则会进入环流层内层,而大颗粒同时也可能在筛孔的摩擦作用下进行表面粉碎成为细粉。假设严格的“环流层”存在,那么内部的细粉就很难过筛,只有大颗粒与筛孔摩擦产生的细粉才能过筛。一般粉碎机都会有辅助吸风,在风力作用下,物料在筛板表面呈现的应是一种“流化状态”。某种程度而言,物料在筛面形成的“环流”是有益的,因为它能形成比锤片打击更高效的摩擦粉碎,这些却是值得好好利用的一个方面。粉碎室的一般形状采用圆形,而物料进入粉碎机的圆形粉碎室,受到锤片高速
20、旋转的作用后形成物料层,并作与锤片运动方向相同的圆周运动,环流层运动的速度为锤片速度的70%左右,圆形粉碎室内的环流层由于离心力的作用,使大颗粒在外而小颗粒在内,既不利于排粉,又减少了粉碎受打击的机会,是使大部分粉料不是立即受到正面打击而破裂,而受到偏心冲击,而受偏心冲击的物料,在冲击点与物料重心之间产生一旋转力矩,该力矩只能使物料产生旋转运动而不易破裂,造成能量很大浪费。故物料在圆形粉碎室所受偏心冲击现象和物料环流气流层的存在,是粉碎机性能低、效率差的根本原因。因此改变粉碎室的形状是提高粉碎效率的重要途径之一。早期圆形粉碎室形成物料环流气流层如图2.3.2所示。1、筛片 2、物料环流气流层
21、3、转盘 4、锤片图2.3.2 圆形粉碎室及形成物料环流气流层2.3.3 水滴型粉碎室美国Jacobson公司创新地将轴向进料粉碎机的粉碎室形状由圆形改为整水滴形,当物料环流到达水滴型筛板上部时,由于离心力的作用,飞向水滴的上部侧面,此时物料的流向刚好和筛面垂直,因而提高了物料的过筛能力。所谓“水滴式粉碎机”是在国内85计划定型的SFSP锤片式粉碎机基础上,将上部两侧面原本安装冲击齿板的位置改装成筛片,这样当物料进入粉碎机时,就被锤片打击造成部分粉料直接过筛,略具“水滴式粉碎室”的原理,但和轴向进料型水滴形粉碎室相比,有着本质的差别:轴向进料型的水滴筛上部侧面受到的是粉碎机环流的冲击,环流内物
22、料以细粉料为主;径向进料型的水滴筛上部侧面受到的则主要是初次落入的大颗粒物料冲击。如果是采用小孔薄筛板的粉碎,大颗粒的冲击会导致筛片的迅速破损,而坚实的齿板则比筛片的抗冲击力强得多。所以只有在大孔径厚筛板粗粉碎的情况下,齿板改为筛片才具有一定的作用。“水滴式粉碎机”将传统锤片粉碎机的齿板改为筛板,在促进粗粉的过筛上有一定效果,但是也造成了粉碎制品的粒度分布变宽,均匀度变差,粉料中的大型粗颗粒变多的问题。国内的径向进料式“水滴形粉碎室”将齿板改为筛片则是一把双刃剑,促进过筛的同时造成了粉碎制品粒度均匀性变差,总体而言,只能称为“改变”而不能称为“改进”。 所谓水滴行粉碎室,顾名思义,即粉碎室的形
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