小型玉米秸秆粉碎机的设计

小型玉米秸秆粉碎机的设计
小型玉米秸秆粉碎机的设计泰泰山山学学院院本本科科毕毕业业设设计计小型玉米秸秆粉碎机的设计小型玉米秸秆粉碎机的设计所在学院机械工程学院专业名称申请学士学位所属学科年级学生姓名、学号指导教师姓名、职称完成日期年月日I 摘摘要要随着我国种植业的发展以及农民对资源利用意识的提高，秸秆的处理问题成为目前农村较为关注的问题。

之前的农户一般通过就地焚烧的方式处理秸秆，这样不仅造成资源的浪费还对环境产生较坏的影响。

近年来传统农业规模转变为以经济作物为主体的农业，农户不能像以前用大型的设备集中处理秸秆问题。

因此设计一款小型的玉米秸秆粉碎机不仅能够满足用户处理少量秸秆的问题，还能够解决大型设备造成的浪费。

本课题通过作者在家乡的调研,对大学中学习到机械设计以及力学知识的运用，首先进行了总体结构设计及基本参数的确定，然后对传动部分主要零件设计，紧跟着设计了粉碎机结构，最后对主要的工作部件进行了设计并校核。

通过一系列的工作，设计了一款专为小型用户服务的玉米秸秆粉碎机。

关键词：
秸秆粉碎小型设计; II ABSTRACT With the development of planting industry in our country and improving farmers consciousness of resource utilization, the processing of straw become a more focus on the current rural problems.Before the farmers generally processing by means of in situ burning straw, such not only wastes the resources but also produces a bad effect on the environment.Traditional agricultural scale in recent years to cash crops as the main body of agriculture, farmers can t focus on straw with large equipment problems as before.So the design of a small corn stalk crusher can not only meet the users deal with the issue of a small amount of straw, will also be able to solve the waste caused by large equipment. This topic by the author in the research at home and in the university to learn the use of mechanical design and mechanics knowledge, first has carried on the overall structure design and the determination of basic parameters, and then to drive part of the main parts design, followed by designing the structure of mill, finally has carried on the design to the main working parts and check. Through a series of work, designed a model designed for small maize straw crusher user services. Keywords：
：
Straw chopper ; Field; Design; III 目目录录摘摘要要.I
ABSTRACTII 目目录录.III 1 1 引言引言1 1.11.1 玉米秸秆粉碎机设计的背景以及研究现状玉米秸秆粉碎机设计的背景以及研究现状.1 1.2 玉米秸秆粉碎机设计的目的及意义.2 2 2 总体结构设计及基本参数的确定总体结构设计及基本参数的确定.3 2.1 总体结构.3 2.2 工作原理.3 2.3 电动机的选择.4 2.3.1 电动机类型和结构的选择：
4 2.3.2 电动机容量选择：
4 2.3.3 确定电动机转速：
5 2.4 基本参数计算以及各轴功率、转矩分配.5 2.4.1 基本参数的计算.5 2.4.2 轴的功率分配
6 2.4.3 轴的输出转矩 6 2.5 玉米秸秆粉碎机主要参数.
7 3 3 传动部分主要零件设计传动部分主要零件设计7 3.1 带轮几何尺寸的确定.7 3.2 初选中心距0a .
8 3.3 带的根数
9 3.4 V 带轮的材料，结构的确定.10 4 粉碎机结构的设计粉碎机结构的设计11 4.1 粉碎机入口的设计11 4.2 粉碎腔腔体的设计12 4.3 出口的设计12 4.4 机架的设计13 5 5 刀轴的设计刀轴的设计.13 5.1 刀轴装配方案如图所示:14 5.2 确定轴的直径和长度.14 5.3 轴的材料选择和尺寸的估算.14 5.4 轴的强度校核.15 IV 6 6 主要工作部件的设计主要工作部件的设计15 6.1 秸秆粉碎刀的工作原理.15 6.2 甩刀的排列方式.16 6.3 甩刀的选择.16 7 7 总总结结.17 致致谢谢18 参考文献参考文献19 泰山学院毕业设计 1 1 引言 1.11.1 玉米秸秆粉碎机设计的背景
以及研究现状玉米秸秆粉碎机设计的背景以及研究现状目前，秸秆在我国的利用一般是从以下三个方面来处理：
—方面秸秆还田，（整株，粉碎还田）；第二个方面是作为家畜饲料，包括直接饲喂、粉碎饲喂及加工、贮存、微贮等处理后饲喂；第三个方面是作为一些工业原料利用，如炭化、造纸、编织等。

近几年由于国家农业政策的鼓励，粮食直补，农机购机补贴等措施的实施，使农业机械化水平的不断提高。

在我国整个农业形势发展很快，，玉米产量也正在大幅度提高，但是随之也出现了一些问题，如玉米秸秆也大增，于是清除秸秆成了农民较为难解决的问题。

为不影响农耕，按时播种，同时又省事省力，有些农民就直接将秸秆就地焚烧，这样既浪费资源又污染环境。

玉米秸秆粉碎机就是未解决这一问题而产生的。

它是将玉米秸秆粉碎并铺撒在田里，这样既环保又达到了很好的增肥效果。

我国耕地面积较大，因此秸秆资源数量巨大，开发价值极大，有着很好的开发利用前景，可以说是广阔天地，大有作为啊。

秸秆问题是粮食生产中的主要副问题之一，同时也是工、农业生产非常重要的资源，是非常丰富的并切能直接利用的可循环资源。

作为一种丰富的资源，农作物秸秆可用作生产饲料、燃料及造纸、制炭、等的绿色原料。

据不完全统计，我国现在秸秆年产量大约为6.2 亿吨，利用率仅占总量的33％，约2 亿吨，但是在这被利用的这一部分中，很大一部分未经处理直接利用，而经过技术处理后利用的仅为1600 万吨，仅占被利用总量的 2.6％。

我国农业生产出现了一些前所未有的问题，一方面，土壤中的有机物含量正在一年一年的人减少；另一方面，非常多的农作物秸秆不能被很好的利用，于是放火焚烧，这样既造成资源浪费又造成污染环境。

因此，发展处理秸秆的机械，提高秸秆的利用率，是解决以上问题的重要提高农业作物的秸秆综合的利用效率，是目前发展高产量、优质、高效的农 2 业生产以及帮助农民奔小康的迫切需要和重要途径。

农作物秸秆的利用关系到整个农业循环系统中的土壤肥沃程度、环境安全与否以及农村能源的能否有效利用的问题，因此引起世界各国的普遍关注，目前已经成为可持续发展经济最重要的方面。

为此，合理地开发利用秸秆，已经发展成为了一个非常重要的问题，成为农业生产回收资源利用的新课题。

农作物秸秆数量非常巨大，开发价值也非常大，有着十分可观的开发前景。

持续农业已成为世界各国农业发展的共同趋势。

面持续农业就是：
“管理保护自然资源基础，并调整技术和机构改革方向，以便确保获得和持续满足目前几代人和今后世世代代人的需求，这种(农业、林业和渔业部门的)持续发展能保护土地、水资源、植物和动物遗传资源，并且不会造成环境退化，同时技术上适当，经济上可行，能够被社会接受。

”作物秸秆问题也涉及到土壤肥力、水土保持、环境保护、再生资源有效利用等可持续发展问题。

土地资源作为农业生产环节中的最基本生产资源，使其可持续利用是不变的主题。

在我国大部分的农田由于长时单一耕作方式，导致土壤的底部产生了坚硬的犁底层，加上多年来从不或者很少施用农家肥，加之大量使用化肥和农药，因此造成了土壤的严重污染，致使我国土地的有机物连年下降，农作物的质量或产量非常不稳，这样不符合可持续农业和生态农业的发展思路。

如果农田生态环境持续恶化将带来不堪设想的严重灾难，因此加强农作物秸秆的合理利用需要引起足够的重视。

1.2 玉米秸秆粉碎机设计的目的及意义该粉碎机是将玉米秸秆粉碎并铺撒在田里，这样既环保又达到了很好的增肥效果。

它是一种在玉米联合收割机以外使用的机械，作业的对象是收获完玉米棒子之后，玉米秸秆还在地里，手工粉碎清理比较麻烦，它很好的弥补了这部分需求，价格适中，适用于中小型的田地，功率也比较适中，应用范围较广，有很好的使用前景。

我国农业生产机械化水平与以前相比有了很大的提升，但是于国际的先进水 3 平相比还是有很大的不足，因此，作为一名机械的当代大学生来说，真可谓任重道远啊。

设计玉米秸秆粉碎机只是一个简单的开始，是对自己的一次检验，以后必须更加努力。

2 总体结构设计及基本参数的确定 2.1 总体结构该玉米秸秆粉碎机主要由动力传动机构、工作部件、箱体、机架等组成。

本设计的结构形式为立式结构，刀轴水平配置，粉碎刀安装在转轴上．在ｘ－ｙ（工作人员面向机器时的坐标系为准）平面内旋转。

动力源为电动机，电动机，通过减速器与大带轮相连接。

然后将动力传送给工作部件。

图一图一. . 总体结构图总体结构图2.2 工作原理粉碎机的工作原理是：
在该机工作时，电动机输出轴传递的动力经万向节传递给变速齿轮箱，齿轮箱传递动力到带轮。

在进行秸秆粉碎工作的过程中，电机轴轴通过联轴器、大小带轮两级的传动后，带动刀轴上的甩刀高速旋转。

当秸秆进到粉碎腔体内后，同时受到刀具的剪切、搓擦和撕拉的作用，从而得到粉碎， 4 粉碎完后在重力以及离心力的作用下被均匀地抛撒于出去，从而成为农业、养殖业、工业的原料。

2.3 电动机的选择一般大中型的玉米秸秆粉碎机动力装置为柴油机，但是本设计是小型玉米秸秆粉碎机，如果选取柴油机作为动力会使整个结构比较笨重不方便搬运，还会造成较大的能量损耗。

本设计为小型粉碎机，动力装置选用电动机，这样提高了该机器的便捷性。

配套电动机的选择必须依靠粉碎机的要求来进行。

电动机应有适当的容量来满足要求，如果所选的电动机功率太大，必然会因容量不能充分利用而增加成本，造成功率的浪费；相反，如果容量小太多，就无法保证粉碎机的正常工作质量，或使电动机长期处于过载工作状态，导致电动机的寿命减少。

考虑到功率储备以及传递过程中的功率损失，所以选择的电动机的功率必须大于粉碎机的使用功率。

2.3.1 电动机类型和结构的选择：
选择Y 系列两相异步电动机，此系列电动机属于一般用途
的全封闭自扇冷电动机，其结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的机械。

2.3.2 电动机容量选择：
根据已知条件，电动机工作所需要的有效功率为：
公式
（一）公式
（一）总效率5 公式（二）公式（二）轴承带轮总式中：
—V 带传动效率0.96 带轮—滚动轴承效率0.98 轴承由电动机至运输带的传动总效率为：
所以：
电机所需的工作功率：
公式（三）公式（三）总因载荷平稳，电动机额定功率只需略大于P0 即可，按表13-1 中Y 系列电动机技术数据，选电动机的额定功率为11KW。

2.3.3 确定电动机转速：
刀轴工作转速为min r 2800n刀刀公式（四）公式（四）i n n 刀轴电机根据容量和转速，在表中查出符合的电动机。

其中Y160M-4 的额定功率为11Kw，输出转速为1480
r/min.参数基本符合要求，故本设计选用Y160M-4 型电动机与设备配套。

2.4 基本参数计算以及各轴功率、转矩分配6 2.4.1 基本参数的计算现已知粉碎轴及刀轴的工作转速是n刀轴=2800r/min，电动机的输出轴的转速n电机=1460r/min。

所以总的传动比（公式五）（公式五）52 . 0 i== 刀轴电机n n 则带轮的传动比（公式六）（公式六）52 . 0 i== 刀轴电机带n n 2.4.2 轴的功率分配已知联轴器传动效率，，滚动轴承的传动效率，带轮98 . 0 η= 联轴器98 . 0 η= 轴承的传动效率。

96. 0η= 带轮电动机的输出功率（公式七）（公式七）
电机轴的输出功率（公式八）（公式八）轴承联轴器电机轴PP 刀轴的输出功率7 （公式九）（公式九）kw4 . 8ηη== 带轮轴承电机轴刀轴PP 2.4.3 轴的输出转矩电动机输出转矩（公式十）（公式十）电机轴的输出转矩（公式十一）（公式十一）m 8 . 62 n 9550N P T== 电机轴电机轴电机轴刀轴的输出转矩（公式十二）（公式十二）m 8 . 17 n 9550N P T== 刀轴刀轴刀轴 2.5 玉米秸秆粉碎机主要参数外形尺寸：
1000×640×1135 作业幅宽(mm)：
840 抛撒幅宽(mm)：
840 整机重量：
277 粉碎轴转速(转/分)：
4500 粉碎刀数(片) Y 型刀：
8 切碎长度：
≤10cm 配套功率：
11kw 8 切碎合格率：
≥90% 3 3 传动部分主要零件设计传动部分主要零件设计3.13.1带轮带轮几何尺寸的确定几何尺寸的确定确定计算功率：
查书中带传动表况系数为: （公式十三）（公式十三）
A K （公式十四）（公式十四）（公式十五）（公式十五）所以（公式十六）（公式十六）PKP A = ca （公式十七）（公式十七）KWP 8 . 10 ca = 选取带型：Pca=10.8, n刀轴=2800r/min 故选用
B 带。

选取小带轮直径：
由设计手册初选出小带轮直径dd1=132mm 大带轮直径：i=0.52 dd2=253，圆整为250mm。

带轮带速：
9 （公式十八）（公式十八）100060 dπ v 1d1 1 × = n V1=27.6m/s；18.5m/s300mm 时，可采用轮辐式。

由上表可知，dd1=132mm；dd2=250mm，则：
大小带轮可以均采用腹板式，结构如图所示。

图二图二. 小带轮示意图小带轮示意图图三图三. . 大带轮示意图大带轮示意图12 4 粉碎机结构的设计粉碎机结构的设计 4.1 粉碎机入口的设计粉碎机入口的设计粉碎机的入口如图所示，主要考虑的原因主要有以下几个:1、填装的效率，2、安全性能。

为了这两方面的原因入口的设计如下：
采用5o 的斜坡设计能够利用重力的作用使填装时的秸秆能够按照比较顺利地进入粉碎腔内从而不会发生秸秆的倒滑（逆着人们做预想的方向，往粉碎强相反的方向滑动）。

由于玉米秸秆的长度较大，所以入口底盘比较长，尽量使秸秆能够较完整的在底盘上滑动。

图四图四. . 入口示意图入口示意图从安全的角度讲，入口的侧板能够防止秸秆在切割与撕扯的过程中与粉碎腔的壁面发生挤压，造成秸秆对人体的敲打。

有了侧板会使秸秆相对比较顺滑。

另外较长的底板设计也是考虑到工作者将手深入到粉碎强而造成的人体伤害。

4.2 粉碎腔腔体的设计粉碎腔腔体的设计在该设计中粉碎腔是玉米秸秆粉碎机最主要的工作部位，粉碎的过程就发生在该部位。

该部位主要考虑的因素是粉碎过程中的流畅性。

但是由于有壳体的保护使安全问题得到了很大的保证，
所以该部位的设计中将工作的流畅性作为设计重点。

我们把玉米秸秆看成流体，根据流体力学的性质中急弯能够减小湍流的发生，因此在设计入口与腔体的连接部位采用的是相切位置关系，这样不会由于急弯，直角等部位发生阻塞。

13 甩刀设计（后文中提到）的切割直径是113*2=226mm，甩刀的与腔体最小的最小间隙是（250-226）/2=7mm 这样既能保证在工作过程中的流畅性，又不至于秸秆在缝隙中漏掉。

4.3 出口的设计出口的设计出口的设计如图所示，粉碎机的出口主要考虑的原因主要有以下几个:1、秸秆的及时排出，2、安全性能，3、流畅性。

图五图五. . 出口示意图出口示意图与入口相似，我们把玉米秸秆看成流体，根据流体力学的性质中急弯能够减小湍流的发生，因此在设计入口与腔体的连接部位采用的是相切位置关系，这样不会由于急弯，直角等部位发生阻塞。

因此，在出口与粉碎腔的连接部位采用的也是相切的位置关系。

秸秆顺利的排出依靠的主要也是重力，以及甩刀产生的离心力。

4.4 机架的设计机架的设计机架的设计如图所示，任何机架的设计首先必须保证机器的特定工作要求。

保证机架上安装的零部件能顺利运转，机架的外形或内部结构不致有阻碍运动件通过的突起；设置执行某一工况所必需的平台；保证上下料的要求、人工操作的方便及安全等。

本文采用的是框架式的机架，能够保证机架上安装的零部件能顺利运转，机架的外形或内部结构没有有阻碍运动件通过的突起。

与工作部位的连14 接采用的是螺纹连接，更换方便快捷，机架之间采用的是焊接，结构稳定，牢固。

图六图六. . 机架示意图机架示意图在必须保证特定的外形条件下，对机架的主要要求是刚度。

基础部件的刚性足够，在工作的重力、夹紧力、摩擦力、惯性力和工作载荷等的作用下，不会产生变形，振动或爬行，不会影响产品定位精度、加工精度及其它性能。

5 5 刀轴的设计刀轴的设计5.1刀轴刀轴装配方案如图所示装配方案如图所示: : 图七图七. . 刀轴装配方案刀轴装配方案如图所示，周上零件的固定安排如下：
带轮的周向以键保证；轴承的周向固定以键保证，轴向运动以轴肩为保证；刀的固定依靠螺母保证。

15 5.2 确定轴的直径和长度确定轴的直径和长度轴的轴径计算见下文。

轴上有三个键槽，最小的直径为右端带轮处，宽度取
14mm，安装轴承的直径取15mm，轴承选用7008c 型号。

两个轴肩的直径20mm 宽度为15mm。

5.3 轴的材料选择和尺寸的估算轴的材料选择和尺寸的估算根据此粉碎机的工作条件，初选轴的材料为45 钢，调制处理。

按扭转强度法进行最小直径估算，即：
（公式二十五）（公式二十五）3 0 ≥ n P Ad 根据机械设计手册查的：
轴1、轴2 各取115 0 =A 各轴直径的最小值为: 取整为
刀轴刀轴 5.4 轴的强度校核轴的强度校核（公式二十六）（公式二十六）Mpa d
式中：-扭转切应力，Mpa T τ T--轴所受的扭矩，N.mm -轴的抗扭截面系数T W 16 n-轴的转速P-轴传递的功率d-轴的最小直径由于轴没有受到太大的轴向载荷，因此省略对其弯曲扭转强度条件惊进行计算校核。

6 6 主要工作部件的设计主要工作部件的设计本机可与各种形式的喂料结构相配，可以粉碎各种颗粒状饲料原料，如玉米、高梁、麦类、豆类，破碎后的饼类及其它物料。

6.1 秸秆粉碎刀的工作原理刀片为对称排列，需粉碎的物料通过与本机相配的喂料器由顶部进料口喂入，经进料导向板从左边或右边进入粉碎室，在高速旋转的锤片打击和
作用下物料逐渐被粉碎，并在离心力和重力作用下穿过筛孔，从底座出料口排出。

本系列破碎摧毁机壳采用优质钢焊接而成，进料口在破碎摧毁机顶部，出料口在破碎摧毁机底部。

目前，秸秆还田机基本都是采用锤爪、弯刀等以高速砍、切、撞、搓、撕的方式将玉米秸秆直接粉碎还田或回收。

粉碎工作部件的旋转方向与机具前进方向相反。

粉碎部件是该机的核心工作部件。

粉碎刀辊的转速、甩刀的配制方式及数量是直接影响秸秆粉碎性能的主要参数。

甩刀数量越多,甩刀的线速度越大。

对秸秆的粉碎效果越好。

考虑动力的匹配以及作业的安全性, 选用了卧式结构。

20 把锤爪式甩刀按螺旋线均匀分布在刀轴上。

刀盘回转直径D=512mm；刀轴转速n=2800r/min；甩刀的最大线速度v=40m/s。

6.2 甩刀的排列方式甩刀的排列方式会对刀辊转动时的平衡、物料在粉碎室内的分布状态等有着极大的影响。

因此，甩刀在刀辊上的排列方式，应将物料在粉碎室宽度内分布的均匀，不会向一侧推移，并且有利于转轴保持动平衡。

17 常见的排列方式有螺旋线的排列、对称式排列、交错
平衡式排列等三种方式。

本机选用对称式排列方式。

6.3 甩刀的选择甩刀的刀型选择的是Y 型刀（如图所示），它的优点是消除了或者缓解了甩刀拐角处的集中应力；刀片的功率消耗小，Y 型刀是斜粉碎切动秸秆，所以到达了省力的效果。

从现在来看，大多数秸秆粉碎机都会采用这种刀型。

图八图八. 甩刀的示意图甩刀的示意图甩刀的材料考虑到甩刀的工作环境恶劣，常常和秸秆、泥土等接触，需要有很强的耐磨性和抗冲击韧性。

所以，考虑以上因素，本机选用20CrMnTi。

7 7 总总结结虽然每学期都安排了课程设计或者实习，但是没有一次像这样的课程设计能与此次相比，设计限定了时间长，而且是一人一个课题要求更为严格，任务更加繁多、细致、要求更加严格、设计要求的独立性更加高。

要我们充分利用在校期间所学的课程的专业知识理解、掌握和实际运用的灵活度。

在对设计的态度上的态度上是认真的积极的。

通过近一学期毕业设计的学习，给我最深的感受就是我的设计思维得到了很大的锻炼与提高。

作为一名设计人员要设计出有创意而功能齐全的产品，就必须做一个生活的有心人。

多留心观察思考我们身边的每一个机械产品，只有这样感18 性认识丰富了，才能使我们的设计思路具有创造性。

最初老师让我调研,设计一个方案出来，使结构简单，并且造价低，通用性好等特点。

这一课题来作为我的毕业设计这是对我的四年知识能力考查，也是对我应用这些知识能力的考查，我尽力使自己的设计减少错误，但我知道由于许多知识和能力的欠缺，肯定有一定的错误。

通过本次设计我学到的不仅仅是单一方面的了解，让我熟悉了设计的各个方面的流程，学会了把自己大学四年所学的知识运用到实际工作中的方法。

从以前感觉学的许多科目没有实际意义，到现在觉得以前的专业知识不够扎实，给自己的设计过程带来了很大的麻烦。

秸秆粉碎机是服务于农业的工程行业，涉及了与专业结核性较强的课题，是一个综合农艺及农机的全面性课题，培养了自己的综合能力、自学能力，从而适应未来社会的需要与科学技术的发展需要。

培养了自己综合的、灵活的运用的发挥所学的知识。

致谢本论文在xxx 导师的悉心指导下完成的。

导师渊博的专业知识、严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严于律己、宽以待人的崇高
风范，朴实无法、平易近人的人格魅力对本人影响深远。

本次论文从选题到完成，每一步都是在导师的悉心指导下完成的。

在此，谨向导师表示崇高的敬意和衷心的感谢！在写论文的过程中，遇到了很多的问题，在老师的耐心指导下，问题都得以解决。

所以在此，再次对老师道一声：
老师，谢谢您！四年寒窗，所收获的不仅仅是愈加丰厚的知识，更重要的是在阅读、实践中所培养的思维方式、表达能力和广阔视野。

很庆幸这三年来我遇到了如此多的良19 师益友，无论在学习上、生活上，还是工作上，都给予了我无私的帮助和热心的照顾，让我在一个充满温馨的环境中度过三年的大学生活。

感恩之情难以用言语量度，谨以最朴实的话语致以最崇高的敬意。

最后要感谢的是我的父母，他们不仅培养了我对中国传统文化的浓厚的兴趣，让我在漫长的人生旅途中使心灵有了虔敬的归依，而且也为我能够顺利的完成毕业论文提供了巨大的支持与帮助。

在未来的日子里，我会更加努力的学习和工作，不辜负父母对我的殷殷期望！我一定会好好孝敬他们，报答他们！。