G张德钰小型秸秆粉碎机的设计说明书

设计题目：小型秸秆粉碎机的设计
学院：金山学院
专业年级：机械设计制造及其自动化 2011级
学号： 116712159
学生姓名：
指导教师、职称：
2015年 5 月 18 日
目录
摘要 (I)
1 引言 (1)
1.1 秸秆粉碎机设计的目的与意义 (1)
1.2 秸秆粉碎机械的发展现状 (1)
1.2.1 国外粉碎机的发展状况 (1)
1.2.2 国内粉碎机的现状 (2)
1.3 本文研究的主要内容 (3)
2 粉碎结构的选择 (4)
2.1 锤片式粉碎机 (4)
2.2劲锤式粉碎机 (4)
2.3 齿爪式粉碎机 (5)
2.4 对堒式粉碎机 (6)
3 秸秆粉碎装置方案的确定 (7)
3.1 粉碎机的工作原理 (7)
3.2 粉碎室的形状 (7)
3.3 锤片速度和转子速度的确定 (7)
3.4 粉碎室宽度的选择 (8)
四设计主机参数 (9)
4.1 主机动力 (9)
4.2 轴承的选择 (10)
4.3 键的选择 (10)
4.4 螺栓的选择 (10)
3.5 螺母的选用 (10)
3.6 垫圈的选择 (10)
五带的设计计算 (11)
5.1 带及带轮的选用 (11)
5.2 确定带轮的基准直径并验算带速 (11)
5.3 确定V带的中心距a和基准长度Ld (12)
六锤片的设计计算 (13)
6.1 锤片材料的选择 (13)
6.2 锤片的数目 (13)
6.3 锤片排列的确定 (14)
5.4 罩板 (15)
7 总结 (17)
参考文献 (18)
致谢 (19)
摘要
21世纪以来我国大力扶持农业发展，农业机械化的实现已初见成效，不仅增加了我国的国际竞争力，而且给国家带来可观的经济收入，还能够提高我国的国民经济生产总值。

秸秆资源作为一种重要的生物质能源，在我国产量巨大，但至今一直没有得到充分的利用，因此设计出一种对秸秆进行切碎、粉碎处理的机械可以很好地解决此问题。

目前，秸秆的处理方法很多，可以直接燃烧、还田堆肥，作工业原料等等，除了直接燃烧外其他的都需要经过切碎粉碎处理。

通过这次对秸秆粉碎机整体设计及其各部件的分布设计的论述与诠释，来实现小农机具在国内的推广和广泛的应用。

关键词：农业机械化；秸秆粉碎；设计
Abstract
Since twenty-first Century our country to support agricultural developmentvigorously, implementation has achieved initial success of agricultural machinery,not only to increase the international competitiveness of our country, but alsobring considerable economic income, but also can improve our gross national production. Straw resources as an important kind of biomass energy,huge production in our country,but so far has ont been fully untilized,so designed a straw for chopped,crushing processing machinery is a good way to solve this problem.A lot of processing metuod at present,straw,returning can direct combustion,comost,as industrial raw materials,etc,in addition to direct .Through the discussion and interpretation of the straw pulverizerdistribution design the overall design and its components, to achieve the farming machine in the domestic
promotion and application.[]1
Keywords: agricultural mechanization ;straw crushing; design
1 引言
1.1 秸秆粉碎机设计的目的与意义
人类为了自身的生存和发展，不断寻找新的能源，以减少和替代一次性能源的消耗，在各种可再生能源中，生物质是储存太阳能的唯一一种可再生的资源。

是可持续再生能源中的重要组成部分。

生物质资源在全球资源利用中的低位是越来越重要，它又是唯一的一种的可再生又可直接储存与运输的能源，是仅次于煤炭、石油和天然气的全球第四大能源资源，约占全球总耗能的14%，这在发展中国家则更为突出生物质能源占总耗能的35%，我国是发展中国家，各类农作物秸秆资源相当丰富，据统计，2003年产出量多达6.4亿，而棉杆在秸秆资源中占着很大一部分的比重，现在，随着农业机械化的进步和发展，产出量应该远远超出这个数目，然而，大量的秸秆资源又没有得到充分的利用，因此，秸秆资源大量过剩的问题越来越严重。

[]2目前，利用生物质能转换技术，将丰富的秸秆资源变废为宝，转换为优质燃料，是国内解决秸秆浪费问题的一个很好的方法。

在转换秸秆之前，需要秸秆粉碎机将秸秆粉碎。

因此，棉杆粉碎机对于我国的绿色农业的发展有着不可替代的作用。

1.2 秸秆粉碎机械的发展现状
1.2.1 国外粉碎机的发展状况
美国，加拿大等国家的小麦、玉米秸秆大部分用于还田。

国外的茎秆还田机具结构大多为立式结构。

具有机具结构简单，作业效率高等特点。

同时还有对秸秆根部进行处理加工的整株秸秆粉碎还田机具。

目前国外茎秆还田机具普遍向宽幅，与大马力轮式拖拉机配套的方向发展，宽幅秸秆粉碎还田机具采用液压折叠的方式进行运输。

宽幅秸秆粉碎还田机具在小范围的工作面内可以单独仿形，保证工作面内秸秆留茬高度一样。

例如美国的约翰迪尔公司，其茎秆切碎还田机幅宽由1.2m到5.4m，配套动力由50KW到180KW的规格齐全，其工作幅宽为5.4m 的秸秆切碎还田机由三个分体组合，左右两个分体可以折叠，并可以单独随地仿形。

日本采用的是半入式联合收割机后面安装切草装置，一次能完成收获和秸秆粉碎。

在大功率，多功能为主的粗饲料粉碎机占优势的情况下，西欧国家还有重视生产小型粗饲料粉碎机，其特点是体积小，重量轻，动力消耗小。

意大利塞克公司生产的小型粗饲料粉碎机的粉碎刀片沿螺旋线分布，机具震动小，粉碎均匀，英国埃里温公司生产的38MK2型草捆粉碎机，粉碎转自只有6个铰链锤片，结
构简单，生产率达2t/h，粉碎室的结构和性能继续改进提高。

[]3
1.2.2 国内粉碎机的现状
近年来，随着农作物秸秆饲料资源的大力开发和利用，我国秸秆饲料加工机械发展迅速。

概括起来主要有以下几种。

秸秆切碎机
该机又称为铡草机，主要用来切断茎秆，如稻谷，稻草，麦秆及玉米秸秆等。

较适用于作物乳熟期的青储，其主要特点是机型简单，功耗低，生产效率较高，但是，秸秆饲料切碎机在加工过程中一般无法破碎秸秆的茎节。

经牲畜消化试验表明，秸秆铡切后可部分程度的提高采食量，但不能提高秸秆消化率，存在较大的浪费。

秸秆饲料粉碎机
粉碎机按结构形式的不同科分为四种类型，主要有锤片式，劲锤式，齿爪式和对堒式。

目前，秸秆饲料粉碎多采用锤片式粉碎机。

秸秆饲料揉碎机
揉碎机是我国近年来研制出来的一种新机型，它采用介于铡切和粉碎两种机械加工方式之间的一种新型加工方式。

作物秸秆经过揉碎机被加工成丝状，完全破坏了茎节的结构，并被切成8~10cm的碎断，使牲畜采食的适口性大大提高，其全株采食率也从原来的50%提高到95%以上，根据加T过程不同，又可分为揉搓机和揉切机两种。

其他秸秆切碎、粉碎机
目前秸秆饲料加工机械存在的主要问题是无论是性能上还是可靠性均较差，而且秸秆加工工具主要部件制造质量低。

因此秸秆饲料加工机械的发展动向可以分为：（1）进一步改进和完善现有机型，改善加工几的通用性，铡草机和揉碎机实现系列化，各种机型的主要工作部件，实现标准化，如粉碎机和揉搓机的锤片，揉切机的刀片等；（2）提高机械制造质量，延长机械部件的工作寿命；（3）不断改进粉碎室结构和性能，设计使用加工质量高，能降低的开式粉碎室是发展的方向；（4）逐步实现机械作业的自动化和半自动化，进而降低秸秆饲料加工作业的劳动强度，提高生产率，保证加工质量，朝着大功率，大型联合作业方向发展，；（5）因玉米秸，麦秸，稻草等秸秆形态，物理机械特性各不相同，因根据作物秸秆的不同地区特点而进行加工适应性较强的机具，多功能秸秆加工机械以及精
加工机械有待于进一步研制和开发。

[]4
然而，国内秸秆粉碎机仍然摆脱不了一些技术问题的困扰。

其问题是机具性能较差，可靠性偏低，结构复杂，造价昂贵，调整使用不便，生产率低，针对性不强等。

因此，国内迫切需要进一步提高和完善秸秆粉碎机的性能，本文针对秸秆粉碎机的现状以及优缺点展开了一系列的研究与讨论，以达到优化现有秸秆粉碎机性能的目的。

1.3 本文研究的主要内容
本课题研究主要是通过对小型秸秆式粉碎机的工作原理与结构设计，逐步探求出比较合理的粉碎方式等，设计出一种能顺利粉碎秸秆并符合正常工作要求的的机械装置。

主要设计内容：
确定设计的总体方案及相关参数；
带的设计计算；
锤片的选择及排列方案
2 粉碎结构的选择
粉碎机构是整个设计中最为重要的一个环节，不同的粉碎机构有不同的粉碎特性，本文主要选取了四种粉碎机构：锤片式、劲锤式、齿爪式，对堒式。

在本文中，我们最终采用的是锤片式粉碎结构。

2.1 锤片式粉碎机
锤片式粉碎机是目前使用最广的一种粉碎机，其结构由喂入机构、粉碎室（转子、锤片、罩板）、排料部分三部分组成，锤片式粉碎机是制药、食品、化工、科研、冶金等工业部分将含淀粉的物料或矿石；通过高速剪切、锤击在强气流的驱动下，经不锈钢筛网的过滤而得所需的粉剂，该设备设有吸尘装置，无粉末污染。

具有温度低、噪音小、效率高等特点。

适宜粉碎化学物料、中药材等干燥的脆性物料。

[]5
图2.1 锤片式粉碎机
2.2劲锤式粉碎机
本机主要用于畜牧养殖业、工矿企业、大中小型饲料厂。

除加工玉米、高梁、秸杆、花生蔓、饲料外还可以加工酚醛树脂、铅、丹、云母、石膏、焦碳、荆子、大黄等矿物质和中草药，也是食品加工厂的必须设备并备有不锈钢机型。

[]6
图2.2 劲锤式粉碎机
2.3 齿爪式粉碎机
齿爪式粉碎机齿爪式粉碎机是一种能将物料粉碎的机械设备。

该齿爪式粉碎机，在机座上装有主机，主机包括有机体以及和机体连接在一起的活门组成粉碎室，机体内装有轴承以及由轴承支承的主轴，主轴伸出机体外部的一端装有皮带轮，在粉碎室内的一端装有转子，轴承两端装有内端盖和外端盖，转子上紧固有数圈钢齿，与固定在活门里的齿盘交错配置，活门上端有入料口，入料口上面装有盛料斗，活门下端有出料口。

优点是结构简单、合理，可以用多种动力机械驱动，可以筛出不同粗细的物料。

可以广泛用于粮食、饲料、化工原料及中草药的
粉碎。

[]7
图2.3 齿爪式粉碎机
2.4 对堒式粉碎机
该种粉碎机可供选矿、化工、水泥、耐火材料、磨料、建筑材料等工业部门中细碎各种高、中等硬度的矿石和岩石之用，尤其在建筑材料工业中生产瓜
米石和绿豆沙等产品，有较一般破碎机械更优异的效果。

[]8
图2.3对堒式粉碎机
3 秸秆粉碎装置方案的确定
3.1 粉碎机的工作原理
粉碎机的工作原理主要是采用击碎原理，将秸秆从下入口送入粉碎室内，带动粉碎室内的转子轴组的高速旋转，通过活动锤片对物料的锤击将其粉碎，物料由于在被击碎的过程中随着转子轴组的高速旋转近一步的被细化粉碎。

[]9
1—粉碎室，2—V型带，3—销
图3.1 粉碎机
3.2 粉碎室的形状
粉碎室形状为长方体型。

3.3 锤片速度和转子速度的确定
锤片撞击力的大小与其工作速度有关，根据经验，一般粉碎精饲料为50～65m/s，粗饲料及各种麦类为70～100m/s。

考虑到本机为小型粉碎机选锤片速度为50m/s。

转子转速为：
D v n π60=
式中 D ——转子直径
606050
10.690
v n D ππ⨯=
==⨯ r/min 3.4 粉碎室宽度的选择
粉碎室的宽度决定了粉碎物料的多少以及粉碎的效率，因此粉碎室的宽度同样是粉碎机的一个重要的参数。

本机的粉碎室宽度为刀罩宽850mm 。

四设计主机参数
4.1 主机动力
本次设计使用给定的主机，参数如下：
表4.1 主发动机参数
汽油机功率、转速7.5kW 1800r/min 行走轮直径（mm）400
小皮带轮直径（mm）87
大皮带轮直径（mm）231
主机变速箱动力输出轴转速（r/min）678
表4.2 主机变速箱参数
行走档位主机变速箱行走输出轴转速r/min
前进1 15.60
前进2 29.25
前进3 38.56
前进4 72.30
前进5 49.93
前进6 93.62
前进7 64.94
前进8 121.75
倒退1 23.16
倒退2 43.42
4.2 轴承的选择
根据对该粉碎机的结构和对轴的受力分析可知，由于凿片为对称排列，在转子的转动过程中凿片所产生的离心力相互抵消，轴承受到凿片产生的径向力为零，但是由于转子本身会产生一定的离心力，同时转子自身的重力，会使轴承受到轴向力。

因此，在工作过程中轴承同时受到轴向和径向载荷的作用，故选择深沟球轴承。

[]10
4.3 键的选择
转子主轴上与带轮的连接键。

选用GB1096——79。

4.4 螺栓的选择
用来连接支承汽油机钢板与支架、支承粉碎机钢板与支架用螺，选用GB5783——86。

3.5 螺母的选用
主要根据螺栓规格进行选择： GB6170——86。

3.6 垫圈的选择
根据需要选用普通平垫圈：GB848——85。

五 带的设计计算
5.1 带及带轮的选用
本机选用V 带传动。

如下图
图5.1
5.2 确定带轮的基准直径并验算带速
1）初选小带轮的基准直径dd1。

根据测量，取小带轮的基准直径dd1 =45mm 。

2)验算带速V 。

[]11
1601000d d n
v π=
⨯=4.239m/s
3）计算大带轮的基准直径。

根据《机械设计》式（8—15a ），计算大带轮的基准直径dd2
2180d d mm =
5.3 确定V 带的中心距a 和基准长度Ld
1）根据《机械设计》式（8—20），初定中心距a0=300mm 。

2）由《机械设计》式（8—22）计算带所需的基准长度
()
()2
2
100120
22
4d d d d d d d L a d d a π
-=+
++
≈ 1030.65
由《机械设计》表8—2选带的基准长度Ld=900mm 。

3）按《机械设计》式（8—23）计算实际中心距a 。

0234.672d d L L a a -≈+
=
六锤片的设计计算
6.1 锤片材料的选择
锤片是粉碎机的主要工作零件，用来击碎物料。

锤片大多数铰接在转子上，也可以避免碰到硬物时损坏机件，由于受其工作环境条件的约束，其磨损程度也是很快的，由此考虑到制造成本和使用寿命这里选用材料是65
M钢，两端
n
工作区热处理后硬度为HBC220—250，这样可以提高锤片的使用寿命，达到一个即经济且实用的目的。

[]12
锤片的形状有很多种，常用的有矩形锤片，阶梯形锤片，尖锐菱形及环行锤片等。

本机选用的是阶梯型锤片，如图6.1所示。

图6.1锤片的选择
6.2 锤片的数目
锤片的数量对粉碎机的工作性能和效率有很大影响。

锤片数目过多，产生环流，形成气流较大，使秸秆残渣多集中在环流上，不仅减小了打击机会，降低了粉碎效率，同时还会使其功耗增加。

但锤片过少，没有锤片打击空间增加，打击机会减少，也会使生产率下降。

目前，国内外锤片式粉碎机的锤片密度（锤片累
计厚度与粉碎室有效宽度之比）多在1:2—1:4范围内。

锤片数目依照锤片工作密度等要求计算如下
σ
1
1B k z =
式中 1B —粉碎室的有效宽度， 1850B mm = 1k —锤片工作密度系数， 1k =0.27—0.47 将参数数值代入公式有
11
30
k B z σ
=
=
取Z=30
6.3 锤片排列的确定
我们采用交错平衡排列方式，这样可以显著的提高粉碎效率。

交错排列平衡性好，锤片在粉碎室的宽度上分布均匀，但锤片的安装较为复杂，目前这种排列形式应用较多。

交错排列锤片数目少，制造配件比较方便，转子平衡性能好，机器振动小，物料在粉碎室内分布均匀。

锤片的排列应该满足下列要求：
（1）锤片应该均匀分布在整个粉碎室宽度上 （2）锤片的排列应该有利于转子的动静平衡
（3）锤片应该能使物料均匀分布在粉碎室内，不应使其向一侧堆积 根据前面对锤片排列方式的研究，且由锤片数量的确定，可以确定排列方式如图6.2所示。

图6.2 锤片排列示意图
锤片末端线速度是影响粉碎机工作性能的重要因素之一，物料的粉碎程度和粉碎机的生产率随锤片末端线速度的增高而增大。

线速度越大，冲击粉碎能力越强，越能提高生产率和粉碎细度，但线速度过高，则阻尼增大，空载功率消耗增加，空气还流也增强，排料机会减少，反而会降低生产率，同时转子的不平衡所产生的振动和噪音也随之增大。

因此要选择恰当的锤片末端线速度。

6.4 罩板
齿板的作用主要是阻碍物料在凿片与转子高速旋转时所产生的环流层，加强对物料的揉搓、磨擦和剪切作用，齿板对纤维质多、韧性大、水分高的秸杆类物料，粉碎作用比较明显。

采用螺栓将齿板上、下端固定，使其稳定可靠，安装使用方便。

（1）罩板材料：罩板材料采用Q235制造，其齿尖表面激冷成白口以增强耐磨性，灰铸铁具有优良的减振性，耐磨性好，缺口敏感性小，成本低。

（2）罩板形状尺寸：基本尺寸由粉碎室宽度而定，罩板齿形采用直齿形，
罩板厚度为5mm。

如图6.3所示
图6.3罩板的设计
7 总结
在本次设计当中，首先了解了粉碎机的设计意义和目前国内外粉碎机的发展现状以及优点和不足之处，之后通过了解秸秆粉碎机的基本概念以及工作原理，从锤片式、劲锤式、齿爪式，对堒式当中最终选取了锤片式作为本次粉碎机机构的选择，并了解到锤片式粉碎机的工作原理以及构造，其主要构造包括：粉碎室、齿轮V型带、锤片以及轴承、键、螺栓、螺母，垫圈的选择，再然后对主机参数、V型带、锤片转速等进行了一系列的计算并获得最终结果，满足基本要求。

通过本次对小型秸秆式粉碎机的研究，我们最终发现，选取锤片式粉碎机是最优选择，可以达到更好的粉碎效果，获得更大的效率。

参考文献
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[12]成大先主编. 机械设计手册[M]. 北京：化学工业出版社，2004
致谢
通过本次设计，使我们对大学四年所学的知识有了更清晰的认识和深刻的理解，特别是对本专业课程的认识更加系统化了，真正做到了学以致用。

回想以前初学时，很多概念、理论只是肤浅的掌握，现在则由抽象到具体，从理论到实践，完成了认识上的飞跃。

不可否认，在设计过程中，我们遇到了很多困难，但是无论什么困难，通过不懈的努力，我们都克服了。

这个过程，解决了以往在学习过程中某些疑难问题，纠正了一些认识上的错误，更主要的是增强了将理论应用到实践中的能力，为将来献身祖国的机械事业打下了坚实的基础。

设计期间有苦，有累，但是看到自己的设计成果跃然纸上时，心中有无限的喜悦和成就感。

论文的工作是在郑文鑫老师悉心指导下完成的，论文的每一点成绩无不凝聚着老师的心血和汗水。

在我做毕业设计期间，郑老师在工作上给予了精心指导。

老师渊博的学识、敏锐的观察力、强烈的创新意识、教书育人的作风以及严谨治学的态度都给我以深刻的教育和影响，这将使作者受益终生。

至此论文完成之际，谨向郑老师表示最衷心的感谢和崇高的敬意。