屆畢業(yè)設(shè)計(jì)
小型可移動(dòng)式樹枝粉碎機(jī)設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
學(xué) 號
所屬學(xué)院
專 業(yè)
班 級
指導(dǎo)老師
前 言
果園林的樹枝修剪和廢株清理不但對環(huán)境的護(hù)衛(wèi)有很大的影響，而且是生產(chǎn)質(zhì)量和提高生產(chǎn)過程中不可缺少的一步。南疆果園林每一年都會(huì)有很多修剪后的廢棄的樹枝而且這些樹枝不容易捆裝，運(yùn)輸出來不太容易，修剪后的殘枝大量的堆積既影響生活環(huán)境，又容易引起果樹的病蟲害的流傳和誘發(fā)失火等災(zāi)患。針對大量修剪后的樹枝解決問題的有效措施是對修剪廢棄的樹枝及時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場粉碎處理。
因此，本課題設(shè)計(jì)了一款小型可移動(dòng)式樹枝粉碎機(jī)來粉碎南疆的果園、園林的廢棄樹枝椏，把其粉碎為長度小于30毫米、粒度要小于5毫米的木屑。其工作方式是在單通道喂料輥喂料、轉(zhuǎn)子總成、齒板以及篩網(wǎng)等的共同工作下完成的非重復(fù)式樹枝粉碎。轉(zhuǎn)子總成包括了錘夾板、主軸、錘片、定位套筒、扇葉、銷軸等零件。本課題設(shè)計(jì)的小型移動(dòng)式樹枝粉碎機(jī)的動(dòng)力來源于拖拉機(jī)。
關(guān)鍵詞：小型；錘片；樹枝；粉碎機(jī)
目 錄
1緒論 1
1.1選題的目的及意義 1
1.2選題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
1.3 研究的內(nèi)容 3
1.4 技術(shù)路線 4
2小型可移動(dòng)式樹枝粉碎機(jī)的總體設(shè)計(jì) 5
2.1 總體設(shè)計(jì)的目標(biāo)原則 5
2.2粉碎機(jī)總體方案的確定 5
2.3 工作原理的確定 5
2.4 粉碎機(jī)構(gòu)的確定 6
2.5 進(jìn)、出料方式的確定 6
2.6 動(dòng)力及傳動(dòng)方案的確定 7
2.7移動(dòng)裝置的選擇 7
2.8 粉碎機(jī)總體方案如圖所示 8
3關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì) 9
3.1 轉(zhuǎn)子總成 9
3.2 喂料裝置的設(shè)計(jì) 13
3.3 粉碎室的設(shè)計(jì) 14
3.4 機(jī)架和移動(dòng)裝置的選擇 16
4傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 17
4.1 帶輪的設(shè)計(jì) 17
4.2 主軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 18
總 結(jié) 21
致 謝 22
參考文獻(xiàn) 23
工程概況
由于南疆的果園林每一年都會(huì)產(chǎn)生大量的廢棄枝椏及修剪后的樹枝不能達(dá)到效果的處理和使用，所以就可以在果園林地里粉碎后馬上就輸送出去以方便對粉碎后的物料使用，而果園的實(shí)際狀況等因素制約了現(xiàn)在有的某些機(jī)械設(shè)備進(jìn)來粉碎。通過對現(xiàn)有樹枝粉碎機(jī)進(jìn)行分析和比較，確定了針對南疆果園殘枝樹枝粉碎機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)了一種小型可移動(dòng)式樹枝粉碎機(jī)?？傮w方案為：樹枝從喂料口進(jìn)入經(jīng)過喂料輥秩序的進(jìn)入粉碎室經(jīng)錘片錘碎，在粉碎室錘片和齒板相互摩擦再次達(dá)到粉碎的目的，使物料在粉碎室內(nèi)在氣流和扇葉的作用下被扇出送至接料斗。
對現(xiàn)有的樹枝粉碎機(jī)進(jìn)行分析，結(jié)合本課題研究的樹枝粉碎機(jī)將樹枝粉碎成長度為30mm，粒度達(dá)5mm以下的木屑，其用途也非常廣泛。
結(jié)合總體方案的設(shè)計(jì)確定，對轉(zhuǎn)子總成、喂料裝置、粉碎裝置、傳動(dòng)裝置等關(guān)鍵零部件相關(guān)參數(shù)及尺寸的確定和計(jì)算，并進(jìn)行了組裝配合，完成了單通道厚錘片的非重復(fù)式粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)方案。
利用solidworks軟件對粉碎機(jī)關(guān)鍵部件進(jìn)行三維建模及配合。
1緒論
1.1選題的目的及意義
1.1.1選題的目的
我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的水果產(chǎn)業(yè)中占有重要地位，水果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不僅要滿足市場需求，而且成為一個(gè)重要的手段，農(nóng)民致富，但果園殘枝利用問題一直困擾著農(nóng)民。我國不少的果園林樹木每一年都要修剪樹枝條，大部分果園林都會(huì)經(jīng)過稼接等技術(shù)措施對種類革新，因此會(huì)有很多的殘廢樹枝。除了修剪后的殘枝給農(nóng)民用作做飯的燃料，很多的修剪后的樹枝不能被及時(shí)的除掉，大部分的樹枝都不可避免地堆放在路邊，地面等。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，果園和園林的樹枝修剪和廢株清理不僅對環(huán)境的保護(hù)有重大影響，也是保質(zhì)增產(chǎn)不可缺少的園藝工序。南疆的果園林每一年都要產(chǎn)生大量的廢棄的樹枝和經(jīng)過修剪的樹枝。在果園的樹枝枝椏不易封裝和捆綁，運(yùn)輸也較困難，大量殘枝的堆積既影響生活環(huán)境，也容易造成果樹病蟲害傳播以及引發(fā)火災(zāi)等安全事故。
解決好果業(yè)發(fā)展中的殘枝和資源化利用的問題，對果園農(nóng)民的果樹的健康成長以及可以給果農(nóng)帶來額外的收入來源等都有很重要的影響，而且解決好這些問題還可以幫助一些環(huán)境污染的問題。以前殘枝處理的方法是對其進(jìn)行填埋、焚燒，這樣既容易造成環(huán)境的污染，還不能充分的利用好資源?，F(xiàn)在樹枝的處理方法是對修剪的廢棄樹枝進(jìn)行現(xiàn)場粉碎處理等。廢棄的樹枝經(jīng)過粉碎木屑被廣泛使用，可作為綠色有機(jī)肥料，壓縮成型燃料，沼氣發(fā)酵，堆肥原料，生物質(zhì)原料炭化，也可用于培養(yǎng)食用菌培養(yǎng)基材料。被切碎后的物料，經(jīng)過了發(fā)酵的處理方法還能制成有機(jī)肥，可用在果園林或農(nóng)業(yè)施肥等中，將樹枝變得更有價(jià)值。
1.1.2 本課題選題的意義
研究了一種適用于南疆的移動(dòng)的小型粉碎機(jī)，可將果樹上修剪的患病的樹枝和植物的清潔和廢棄的樹枝進(jìn)行粉碎，樹枝粉碎的木屑可以很方便的套袋。裝袋又可以很方便的用現(xiàn)有的果園的運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸出去，解決了廢棄的樹枝等在果園林的大量堆積和搬運(yùn)的困難等問題，也減輕了大量人力勞動(dòng)，還減少了果園林產(chǎn)生嚴(yán)重病蟲害的可能性等問題。樹枝進(jìn)行粉碎后的木屑可以根據(jù)情況使用，可以粉碎后裝袋后運(yùn)輸出來，經(jīng)過加工等工序制成栽培基質(zhì)作為各種食用菌的原材料等，用來培養(yǎng)食用菌[1]。也可用于生物質(zhì)能源的原料，如碎木屑成塊等，作為燃料使用，而且還可以作為用于沼氣發(fā)酵原料，用于生產(chǎn)沼氣等。本課題主要嘗試?yán)脤⒎鬯楹蟮哪拘加米魃镔|(zhì)顆粒燃料的原材料。開發(fā)這種適用于南疆果園的樹枝粉碎機(jī)是為了很好的促進(jìn)南疆果園林產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，提高了果園林的機(jī)械化生產(chǎn)，降低了生產(chǎn)的成本。這種樹枝粉碎機(jī)的研制，可以有效的減少人力的勞動(dòng)，提高勞動(dòng)效率。樹枝粉碎機(jī)的購買和使用成本低，操作簡單方便，性能可靠，安全，降低農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度，生產(chǎn)成本也可以降低到農(nóng)民收入又開發(fā)了新途徑，環(huán)境保護(hù)效益和經(jīng)濟(jì)效益等是很可觀的。
1.2選題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1我國樹枝粉碎機(jī)的研究現(xiàn)狀
當(dāng)前，國內(nèi)的研究者對玉米棒、稻殼、秸稈、麥殼等農(nóng)作物的粉碎進(jìn)行了很多的深入的研究，而且也研制出了各種相對應(yīng)粉碎機(jī)械設(shè)備。但是，針對果園林木業(yè)的釆伐加工的剩余物，原木材和林木生產(chǎn)的過程中除去了分叉等產(chǎn)生的枝杈、腐爛或不能用的原木段木材等，果園林樹木的樹枝修剪粉碎的技能及機(jī)械配置的專研還是相對于有點(diǎn)少的[2]。相關(guān)設(shè)備也不常見。
當(dāng)前我國最常見和最適用的牽引式樹枝的粉碎機(jī)，大都是用來粉碎花園或者街道修剪后的樹枝等。因?yàn)樾藜糇鳂I(yè)的工作的地點(diǎn)比較分散，就需要粉碎機(jī)粉碎和修剪等一起作業(yè)，所以就需要相關(guān)的拖車設(shè)備牽引。這類粉碎機(jī)最大可粉碎直徑為200mm以上的樹枝，其動(dòng)力功率一般大都在30kw以上。該類型的樹枝粉碎機(jī)運(yùn)行起來是穩(wěn)定可靠的，還能粉碎較大直徑的樹枝，但機(jī)器噪音和能源消耗都比較高[3]。
北京農(nóng)業(yè)推廣站研發(fā)的SFJ-8.0型的樹枝粉碎機(jī)作業(yè)時(shí)，樹枝的直徑直徑大于20mm可經(jīng)過刀盤切碎后再進(jìn)入粉碎室中進(jìn)行粉碎，樹枝在錘片的作用下被粉碎成為木屑，當(dāng)木屑的粒徑能通過篩孔時(shí)則被拋出。枝條直徑小于20m毫米時(shí)，在入口處切成約50毫米，然后進(jìn)入粉碎室被粉碎。這種機(jī)器適用于中小樹枝枝條的粉碎，但是效率不太高，工序較為復(fù)雜，成本也比較高[4]。
QS型系列樹枝粉碎機(jī)可粉碎樹枝直徑在10-140毫米之間的樹枝。這種類型的機(jī)器的轉(zhuǎn)子和切刀都是在主軸上的，但是這種機(jī)器不適合對韌性大的樹枝粉碎。
唐碩專研了一種由拖拉機(jī)來牽引和供應(yīng)動(dòng)力的粉碎機(jī)，這種粉碎機(jī)可以移動(dòng)起來工作，但是這種粉碎機(jī)有點(diǎn)大，工作時(shí)對地形要求有一定的平整度，不適合南疆果園林間的工作，而且該機(jī)粉碎后的木屑粒度在5毫米以上[6]。
付敏，諶春諱等研發(fā)的是先切再粉碎并要求有高細(xì)粒度的樹枝粉碎機(jī)，這主要是集中在發(fā)展的粉碎材料高細(xì)粒度的實(shí)施和設(shè)計(jì)新的類型的錘子。粉碎后的粒度較小，可直接適用于生物質(zhì)的發(fā)電等。但是機(jī)器太復(fù)雜，往往使材料粉碎高細(xì)顆粒，導(dǎo)致低能耗和其他問題 [7]。
趙俊等研發(fā)的樹枝粉碎機(jī)設(shè)備可以根據(jù)切碎滾筒的負(fù)荷大小，自動(dòng)的調(diào)整喂入量的多少，樹枝切碎直徑最大可達(dá)300毫米。該設(shè)備包括設(shè)備系統(tǒng)，電控系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)，機(jī)型較大，還需要專門牽引機(jī)械[8]。
1.2.1.1 我國粉碎機(jī)相關(guān)機(jī)構(gòu)的研究現(xiàn)狀
1、喂入裝置的研究現(xiàn)狀
送料裝置的功能是將樹枝條往擠壓裝置中推送，并在擠壓過程中支撐，以適應(yīng)不同直徑的枝條。
我國的送料裝置有：（1）朱思洪研究的“浮動(dòng)式”，主要是給料輥組件，包括進(jìn)料輥、軸承、液壓馬達(dá)等，這種方式可以適應(yīng)喂入滾輪組件的上下浮動(dòng)以適應(yīng)不同直徑的樹枝的粉碎:（2）張漢月研究的液壓驅(qū)動(dòng)喂料機(jī)構(gòu)，是由液壓馬達(dá)直接驅(qū)動(dòng)撥料輪。（3）直接喂入方式，即喂料輥轉(zhuǎn)動(dòng)使樹枝均勻喂入操作簡單、安全，且進(jìn)料速率快等。
2、粉碎裝置的研究現(xiàn)狀
我國當(dāng)前即有三種粉碎裝置盤式切碎加錘片錘碎和鼓式切碎加錘片錘碎，或直接由粉碎錘粉碎3種結(jié)構(gòu)形式。其中，盤式切碎加錘片錘碎應(yīng)用比較廣泛。
1.2.2 國外樹枝粉碎機(jī)的研究現(xiàn)狀
目前，有關(guān)設(shè)備在國外的相關(guān)研究和應(yīng)用有：
KF-150A型粉碎機(jī)是由日本公司生產(chǎn)的，可以對修剪的樹枝進(jìn)行粉碎后再利用。其采用的是二級處理方式即利用氣壓油壓的輥式喂料裝置和滾筒切刀的高速破碎，可將樹枝粉碎為2毫米的木屑。粉碎后的木屑可用作田間植被覆蓋物、生物質(zhì)堆肥、制作食用菌培養(yǎng)基等；日本研制的SR3000-1樹枝切碎機(jī)采取切削刀片和破碎刀片組合，該機(jī)有效切削樹枝直徑最大可達(dá)170毫米。
瑞典布魯克斯公司推出的805CTECo型可移動(dòng)式樹枝粉碎機(jī)的功率可達(dá)到331KW，同樣是使用的鼓式切碎機(jī)構(gòu)，可切碎木材的最大直徑為500毫米。
以上所述，國內(nèi)相關(guān)科研院所、科研院所等相關(guān)科研機(jī)構(gòu)開展了相關(guān)研究，并制定了相關(guān)的設(shè)備，但是，存在的問題，如有限的工作場所，有限的應(yīng)用范圍，低能耗等問題。而國外的設(shè)備價(jià)格太貴，系統(tǒng)也復(fù)雜，引進(jìn)使用的成本比較高，同時(shí)也存在一定的使用局限性。所以，設(shè)計(jì)一個(gè)在用于果園林的可移動(dòng)小型樹枝粉碎機(jī)將擁有很大的市場前景和社會(huì)需求。
1.3 研究的內(nèi)容
依據(jù)現(xiàn)在國內(nèi)外的各種樹枝粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理，結(jié)合南疆果園林工作地勢的空間狹小和樹枝粗細(xì)等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一個(gè)移動(dòng)方便，操作簡單，破碎效率高，節(jié)能和穩(wěn)定的小錘，可動(dòng)枝條粉碎機(jī)，粉碎的最大直徑為30 mm的樹枝，磨粒徑小于5mm的粉碎目標(biāo)。設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要有：
（1）根據(jù)南疆果園林樹枝粉碎機(jī)的粉碎要求等確定該粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)并研究確定整機(jī)的設(shè)計(jì)方案
確定粉碎機(jī)設(shè)計(jì)的總體方案和設(shè)計(jì)目標(biāo)及設(shè)計(jì)原則和相關(guān)的工作過程是依據(jù)可粉碎樹枝最大直徑為30mm且粉碎粒度小于5毫米的粉碎目標(biāo)來確定的。相關(guān)零部件組成的設(shè)計(jì)思想和方案的選擇及相關(guān)部件的裝配。
（2）該機(jī)主要部件的計(jì)算與設(shè)計(jì)
根據(jù)總體方案的設(shè)計(jì)，對各關(guān)鍵零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，如對喂料裝置、轉(zhuǎn)子總成以及粉碎室等的相關(guān)零部件的具體設(shè)計(jì)和研究計(jì)算，并且對有關(guān)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，進(jìn)一步對整機(jī)的整體設(shè)計(jì)進(jìn)行完善。
（3）對關(guān)鍵粉碎部件進(jìn)行三維建模
本課題主要是結(jié)合了國內(nèi)外樹枝粉碎機(jī)的原理和特點(diǎn)，研究了一種錘片式小型樹枝粉碎機(jī)，分析并設(shè)計(jì)了轉(zhuǎn)子總成，喂料裝置，傳動(dòng)裝置等關(guān)鍵零部件。本機(jī)工作時(shí)，操作工人將樹枝喂入到進(jìn)料斗中經(jīng)喂料輥裝置將樹枝連續(xù)均勻地送到粉碎室中進(jìn)行粉碎處理；物料經(jīng)過錘片的打擊剪切作用后進(jìn)入粉碎室，經(jīng)過錘片和破碎襯板使物料進(jìn)一步被粉碎，錘片的末端與破碎襯板頂端間隙不超過5毫米，這樣確保了粉碎后的木屑粒徑符合要求；樹枝經(jīng)過一次打斷和一次粉碎后在扇葉的氣流作用下通過篩網(wǎng)經(jīng)出料口排出。
1.4 技術(shù)路線
本課題研究的技術(shù)路線如圖所示。
查閱相關(guān)資料文獻(xiàn)
選定粉碎機(jī)類型
總體方案設(shè)計(jì)
關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)
傳動(dòng)裝置
轉(zhuǎn)子總成
粉碎室
喂料裝置
整體裝配設(shè)計(jì)
圖 1-1 技術(shù)路線圖
2小型可移動(dòng)式樹枝粉碎機(jī)的總體設(shè)計(jì)
2.1 總體設(shè)計(jì)的目標(biāo)原則
本課題研究設(shè)計(jì)的可移動(dòng)式小型樹枝粉碎機(jī)主要是用于南疆的果園林修剪后的樹枝的粉碎。本機(jī)在果園林工作時(shí)可以移動(dòng)著將修剪下來的樹枝進(jìn)行粉碎，而且粉碎的結(jié)果可達(dá)到要求。
果園林修剪的樹枝通過針對直徑最大為30毫米的樹枝并且實(shí)現(xiàn)只有單通道進(jìn)料，只進(jìn)行一次粉碎的粉碎目標(biāo)，這樣可以使生產(chǎn)率提高，達(dá)到能耗降低的目的。該粉碎機(jī)的具體設(shè)計(jì)目標(biāo)原則如下：
（1）可粉碎最大直徑為30毫米的樹枝
（2）粉碎粒度可達(dá)5mm以下
本課題研究設(shè)計(jì)的機(jī)器是將樹枝粉碎后的物料用于成型燃料壓縮、生物質(zhì)碳化和沼氣發(fā)酵等，其要求的粒徑不是很細(xì)小，所以將粉碎木屑粒徑大小定在5毫米以下，長度小于30毫米即可滿足設(shè)計(jì)要求。
（3）該粉碎機(jī)有較好的適應(yīng)性
（4）適用于大型果林、園林
（5）操作簡單，安全可靠
（6）生產(chǎn)效率高，使用成本低。
2.2粉碎機(jī)總體方案的確定
為了解決南疆在果園對修剪的殘枝樹枝粉碎的問題，在查閱大量文獻(xiàn)和相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對以上問題設(shè)計(jì)了一個(gè)在果園和園林使用的小型可移動(dòng)式粉碎機(jī)，粉碎機(jī)的能量來源于小型拖拉機(jī)，查閱資料采用輸出軸轉(zhuǎn)速為540r/min的拖拉機(jī)，為整體方案的設(shè)計(jì)供應(yīng)參考和依據(jù)。
2.2.1 主要參數(shù)的選擇
粉碎機(jī)的主要參數(shù)的確定是依據(jù)生產(chǎn)率的要求和原料的情況。參考現(xiàn)有粉碎機(jī)的粉碎轉(zhuǎn)速大都在1400-2000r/min左右，選取粉碎機(jī)主軸轉(zhuǎn)速為1600r/min，生產(chǎn)能力可達(dá)到700kg/h。
2.3 工作原理的確定
我國當(dāng)前即有三種粉碎裝置盤式切碎加錘片錘碎和鼓式切碎加錘片錘碎，或直接由粉碎錘粉碎3種結(jié)構(gòu)形式。本課題研究的樹枝粉碎機(jī)主要由傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)料裝置、粉碎裝置、出料裝置以及帶行走輪的機(jī)架等零部件組成，其工作原理是拖拉機(jī)作為動(dòng)力，拖拉機(jī)的輸出軸和變速箱的主軸用萬向聯(lián)軸器相連接，變速箱的另一端輸出軸和轉(zhuǎn)子一端的輸入軸通過帶輪相連接，轉(zhuǎn)子總成的另一端輸出軸與喂料輥也用帶輪相連。樹枝從喂料口進(jìn)入經(jīng)過喂料輥秩序的進(jìn)入粉碎室經(jīng)錘片錘碎，在粉碎室錘片和齒板相互摩擦再次達(dá)到粉碎的目的，使物料在粉碎室內(nèi)在氣流和扇葉的作用下被扇出送至接料斗。
2.4 粉碎機(jī)構(gòu)的確定
樹枝粉碎設(shè)備的粉碎機(jī)構(gòu)主要包括錘片式粉碎機(jī)中的錘片、破碎襯板，篩網(wǎng)以及輥式粉碎機(jī)的壓輥等。這些有關(guān)的零部件是對物料直接作用的，當(dāng)對物料施加的作用力大于其內(nèi)部凝聚力時(shí)，可以使物料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)被破壞從而進(jìn)行粉碎。粉碎機(jī)粉碎部件施加的作用力粉碎的方式主要有壓碎、磨碎、鋸切碎和擊碎等[9]。
（1）壓碎
利用兩輥軸采用相同的轉(zhuǎn)速相對運(yùn)動(dòng)來對物料擠壓和摩擦從而達(dá)到破碎的目的的這種粉碎方式即為壓碎。這種粉碎方式的不足之處是不能對物料進(jìn)行充分粉碎。
（2）磨碎
使用兩個(gè)盤式的帶有齒槽的部件，通過相對移動(dòng)對物料產(chǎn)生切削和摩擦力的作用使其被破壞的粉碎方式稱為磨碎。這種方法大多適用于含水率較低的非油性材料，可具體視現(xiàn)實(shí)需要來加工成粒度不同的產(chǎn)品，多用于制粉。
（3）鋸切碎
采用雙齒面與齒形零件以不同轉(zhuǎn)速相對旋轉(zhuǎn)或相對運(yùn)動(dòng)的材料產(chǎn)生鋸切作用，在剪切力作用下使材料被破壞的方式稱為鋸切。對于谷物飼料的粉碎該方式使用較多。
（4）擊碎
當(dāng)高速運(yùn)行的相關(guān)工作部件沖擊材料時(shí)，材料被一瞬間沖擊力大，這是用于對脆性材料的破碎，而且破碎的范圍是非常大的。但是這種方式的不足之處是要求工作部件的速度快，會(huì)帶來一定振動(dòng)和噪音。
根據(jù)本課題設(shè)計(jì)粉碎機(jī)的目標(biāo)原則，本課題研究的粉碎機(jī)不宜釆用過大機(jī)型的設(shè)計(jì)且粉碎后粒度要求適中。所以，綜合考慮錘片式粉碎方式可以很好的到達(dá)設(shè)計(jì)目標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)，而且錘片式粉碎機(jī)還具有結(jié)構(gòu)簡單、制作方便、適用性較廣、生產(chǎn)效率高；容易控制物料的粒度、沒有空轉(zhuǎn)等特點(diǎn)。
本課題鉆研設(shè)計(jì)的粉碎機(jī)的工作原理和動(dòng)刀與定刀的工作原理類似，本機(jī)設(shè)計(jì)的是有關(guān)粉碎零部件對樹枝直接進(jìn)行粉碎處理，樹枝的粉碎需粉碎部件的剪切后在進(jìn)行粉碎，而錘片的工作原理正好具有剪切和粉碎的作用。所以，經(jīng)過多方面的考慮后最后選擇并確定了錘片式粉碎結(jié)構(gòu)作為本課題研究的粉碎機(jī)粉碎構(gòu)件的設(shè)計(jì)方案。
2.5 進(jìn)、出料方式的確定
2.5.1 進(jìn)料方式的確定
進(jìn)料口位置主要有軸向進(jìn)給、切向進(jìn)給、徑向進(jìn)給等[10]。然而本課題設(shè)計(jì)的粉碎機(jī)主要采用的的是錘片對樹枝的打擊剪切作用從而達(dá)到粉碎德牧的的，所以本課題進(jìn)料口的方式采取的進(jìn)料方式為切向進(jìn)料的方式。
由于該課題研究設(shè)計(jì)的粉碎機(jī)的粉碎對象是樹枝，所以，為了減小機(jī)型體積，簡化結(jié)構(gòu)，節(jié)能，本課題研究設(shè)計(jì)的粉碎機(jī)將不會(huì)使用傳統(tǒng)的切割盤將枝條切割成木屑后再喂入粉碎室粉碎的方式，而采取的是將樹枝直接送入研磨室，并在錘片的作用下將樹枝直接壓碎。所以，本課題研究選擇的進(jìn)料方式為進(jìn)料斗加喂料輥喂料的送料方式，這種方式進(jìn)料操作安全可靠，而且進(jìn)料的速度快。
2.5.2 出料方式的確定
粉碎機(jī)使用較多的出料裝置有三種主要方式即自重出料、氣力輸送出料及機(jī)械輸送出料[11]。
氣力輸送方式是因?yàn)槠錃饬鞯奶攸c(diǎn)對物料水分的揮發(fā)有幫助，而且可對粉碎設(shè)備和物料進(jìn)行冷卻，并且氣流的作用還能使篩網(wǎng)的出料能力提高，使生產(chǎn)率的提高。但成本較高，能耗較大。
由于其成本低、結(jié)構(gòu)簡單，在中、小型機(jī)器上大多使用了自重出料的方式。但其不足之處有除塵、輸送不便、消風(fēng)等。
機(jī)械輸送方式大多采用螺旋輸送機(jī)配合加負(fù)壓吸風(fēng)和料斗出料裝置。但是其機(jī)型設(shè)備過大，價(jià)格昂貴，功耗較高，多適用于大型多功能粉碎機(jī)中。
綜合上述的特點(diǎn)分析，本課題研究的粉碎機(jī)是小機(jī)型，并且粉碎后的木屑粒度不是太大，設(shè)計(jì)時(shí)釆用的是非重復(fù)式一次性粉碎的粉碎方式。所以，本粉碎機(jī)的出料方式釆用的是轉(zhuǎn)子總成上的扇葉扇料的方式即粉碎后的木屑在粉碎室的扇葉氣流作用下，經(jīng)過篩網(wǎng)扇至出料口出料。
2.6 動(dòng)力及傳動(dòng)方案的確定
由于該課題設(shè)計(jì)的是能夠移動(dòng)的樹枝粉碎機(jī)，而且多用于南疆果園林間的修剪后的樹枝的粉碎，所以為了能夠在果園林等缺乏電力資源的情況下并且需要在不同的地方移動(dòng)著工作，本粉碎機(jī)的動(dòng)力采用拖拉機(jī)。粉碎機(jī)主軸所需轉(zhuǎn)速在1400r/min到2000r/min之間的轉(zhuǎn)速較為常見，所以采用變速箱和拖拉機(jī)相連接，改變輸出轉(zhuǎn)速，達(dá)到所需粉碎的轉(zhuǎn)速。因此，考慮到V帶傳動(dòng)具有傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、緩沖吸振、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，本機(jī)設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)裝置采用的都是V帶輪。
2.7移動(dòng)裝置的選擇
本課題研究的粉碎機(jī)的移動(dòng)裝置是通過小型帶后板的拖拉機(jī)來拖動(dòng)的，不需要進(jìn)行太復(fù)雜的移動(dòng)裝置，只需在機(jī)架上安裝移動(dòng)行走輪和連接拖拉機(jī)牽引裝置即可。機(jī)架上安裝了可折疊式的支撐架，當(dāng)需要卸載機(jī)械時(shí)可把支撐架放下支撐機(jī)架，防止機(jī)械到處移動(dòng)。
2.8 粉碎機(jī)總體方案如圖所示
(a)
(b)
1.進(jìn)料口 2. 喂料輥 3. 上箱體 4.錘片 5.扇葉 6. 錘架板7.篩網(wǎng) 8.出料口 9.接料斗
10. 行走輪 11.齒板 12.下箱體
圖 2-1 粉碎機(jī)總體結(jié)構(gòu)圖
3關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)
3.1 轉(zhuǎn)子總成
轉(zhuǎn)子組件是設(shè)計(jì)粉碎機(jī)的重點(diǎn)，它是粉碎樹枝最主要的部件，并且是直接和樹枝相作用的。轉(zhuǎn)子組件的有關(guān)零件的設(shè)計(jì)直接確定了粉碎機(jī)的功能。當(dāng)機(jī)器作業(yè)時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子組件對樹枝粉碎，有關(guān)零件和部件設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，確定了樹枝被破碎的質(zhì)量，整個(gè)機(jī)器的平衡以及產(chǎn)生的振動(dòng)和噪音，機(jī)器的耗能和生產(chǎn)率等。如圖3-1所示為樹枝粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子總成的總體設(shè)計(jì)圖。
圖 3-1 轉(zhuǎn)子總成
該課題設(shè)計(jì)鉆研的機(jī)器的轉(zhuǎn)子組件的重要零件包括錘片、主軸、銷軸、扇葉、錘架板、定位套筒、等，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖3-1所示。錘架板的結(jié)構(gòu)采用的是支撐板銷孔的設(shè)計(jì)，主軸用軸套套入與架板與之間緊固連接；錘片與間隔套筒分別在4根銷軸上間隔排列，套筒與銷軸采用徑向通孔螺栓緊固連接。每根銷軸上布置3塊錘片，共12塊。主軸軸套上帶有扇葉，可在轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)及時(shí)把物料輸送出去。
3.1.1 錘片的設(shè)計(jì)
粉碎機(jī)用來打擊剪切樹枝的重要零件是錘片，也是主要的易損件。錘片的形狀、尺寸、數(shù)目和排列方法對粉碎機(jī)的度電產(chǎn)量，成品粗細(xì)度均有一定的影響。
1)錘片的形狀、材料、尺寸和數(shù)目
（a）普通矩形錘片 （b）（c）（d）工作棱角堆焊耐磨合金材料矩形錘片 （e）（f）（g）端口形狀特殊設(shè)計(jì)矩形錘片 （h）鋸齒圓形錘片 （i）（j）組合錘片 （k）錘頭刀具 （l）雙棱形錘片
圖 3-2 不同錘片形狀
在本課題中，機(jī)器的粉碎過程主要是依賴于錘片的擊打和沖撞作用來對樹枝的粉碎作用，完成樹枝的粉碎的目的。因此在選擇錘片時(shí)應(yīng)考慮到不同形狀錘片的優(yōu)缺點(diǎn)，要考慮到其粉碎效果要求，錘片使用壽命及設(shè)計(jì)成本等問題，本課題設(shè)計(jì)的錘片將選用雙銷孔式普通矩形錘片，如圖3-2所示。其具有結(jié)構(gòu)形狀簡單、容易制造、適用性好以及節(jié)約材料等特點(diǎn)，通過換銷孔和換邊的裝配，可以輪換著使用四個(gè)角來工作。
本課題錘片的設(shè)計(jì)結(jié)合現(xiàn)有錘片厚度的優(yōu)缺點(diǎn)以及設(shè)計(jì)的樹枝粉碎機(jī)要求粉碎后的木屑粒度不算很小，而且設(shè)計(jì)的思路為非重復(fù)式一次性粉碎的方式，完成粉碎主要是依賴于錘片的錘打和打擊剪切枝條來實(shí)現(xiàn)粉碎的具體情況和考慮需要延長錘片使用壽命等的要求以及轉(zhuǎn)子布列要求等，從較寬較厚的方向?qū)M(jìn)行錘片設(shè)計(jì)。參考現(xiàn)有常規(guī)的矩形錘片的尺寸及本課題設(shè)計(jì)的粉碎機(jī)粉碎室的相關(guān)尺寸，為實(shí)現(xiàn)對樹枝有效剪切粉碎達(dá)到所需要的粒度要求，錘片末端到齒板的距離為5毫米。所以本課題設(shè)計(jì)的錘片長度為160毫米，厚度設(shè)計(jì)為12毫米，寬度為50mm的錘片。
(a)
(b)
圖 3-3 錘片
粉碎機(jī)的生產(chǎn)能力和功能損耗是受錘片的數(shù)量的影響。錘片太多，工作時(shí)產(chǎn)生的環(huán)形氣流大，使粉碎的物料大部分都集中在環(huán)流上，這樣不僅使物料減少了被打擊機(jī)會(huì)，空載功率也會(huì)增大，導(dǎo)致粉碎能力下降，生產(chǎn)率降低。國產(chǎn)系列粉碎機(jī)選用的錘片數(shù)目為片。根據(jù)試驗(yàn)，片生產(chǎn)率高，鋼材消耗不多，而且錘片磨損后易于平衡。
錘片數(shù)目，式中：為錘片厚度，為錘片配制系數(shù)，，想得到較大粒度需取小值。
最后結(jié)果圓整Z=12，錘片所采用材料為45Mn鋼，兩頭采用熱處理，硬度為。
2) 錘片的排列
錘片的布列形式，對轉(zhuǎn)子的均衡、物料在粉碎室內(nèi)的散布以及錘片的使用壽命等有關(guān)系，錘片的排列應(yīng)滿足以下要求：
(1)錘片應(yīng)沿整個(gè)工作寬度均勻排列;
(2)錘片在工作中不應(yīng)該將飼料推向粉碎室的一端或中間；
(3)錘片的排列不應(yīng)破壞轉(zhuǎn)子的平衡。
錘片的基本排列方式有對稱排列、螺旋線排列、交錯(cuò)排列三種。
（一）對稱排列形式：這種排列方式平衡性能好，飼料在粉碎室內(nèi)分布較均勻。缺點(diǎn)是兩個(gè)錘片走在一條直線，重復(fù)打擊次數(shù)增多。如果要升高機(jī)器工作效能，就需要加多錘片數(shù)量，但是這樣究增多了容易被磨損零件的數(shù)目和原材料的損耗。9F-60型及浙農(nóng)-400型粉碎機(jī)即采用這種排列形式。
（二）螺旋排列形式：它分為單螺旋和雙螺旋結(jié)構(gòu)排列，簡單形式的排列，但工作會(huì)引起材料的螺旋運(yùn)動(dòng)，使該方向上的錘片加劇磨損從而引起轉(zhuǎn)子沿軸向載荷不均勻的問題。而且主軸在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)容易對設(shè)備造成振動(dòng)從而損壞設(shè)備，所以這種排列方式較少使用。
（三）交錯(cuò)排列：在銷軸相對位置的離心力可以平衡彼此，有一個(gè)統(tǒng)一的和非重復(fù)的錘片的運(yùn)動(dòng)蹤跡跟蹤，有良好的平衡性能，機(jī)器工作時(shí)振動(dòng)小。缺點(diǎn)是物料存在一定側(cè)向推移，兩側(cè)錘片磨損較快。但由于優(yōu)點(diǎn)顯著，應(yīng)用比較廣泛，國產(chǎn)系列粉碎機(jī)的大多數(shù)機(jī)型、廣西系列粉碎機(jī)、秦嶺系列粉碎機(jī)等均采用這種排列方式。
本課題設(shè)計(jì)的粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子總成采取的是四銷軸孔的計(jì)劃，上述幾種形式都是最常用的的布列形式，所以本設(shè)計(jì)的粉碎機(jī)錘片的排列形式結(jié)合以上各種排列形式的優(yōu)缺點(diǎn)和粉碎機(jī)現(xiàn)實(shí)工作需要，采用的排列方式如圖3-4所示的交錯(cuò)排列形式。
3.1.2 主軸的設(shè)計(jì)
在機(jī)械傳動(dòng)中，軸起重要作用，設(shè)計(jì)時(shí)需采用恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)使得其具有一定的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，此外還應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)工藝性等。
一般制作軸的材料主要是碳鋼和合金鋼，在市面上合金鋼比之余碳鋼貴，應(yīng)力集中較敏感，實(shí)際應(yīng)用也相對較少，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》第九版358頁表15-1可知道軸的材料和熱處理方法的選擇，并確定了軸的材料的許用應(yīng)力。沒有特殊要求，用作高速，較大功率，可選用45鋼，用調(diào)質(zhì)處理，使得具備良好的機(jī)械性能和力學(xué)性能。調(diào)質(zhì)處理的布氏硬度的范圍為217~255Mpa， δB=640MPa， δs=355MPa， δ-1=275MPa，許用彎曲應(yīng)力δ-1=60MPa，剪切疲勞強(qiáng)度τ-1=155MPa。
3.1.3 錘架板的設(shè)計(jì)
本課題研究設(shè)計(jì)的粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子總成的錘架板是由四塊塊支撐板和一個(gè)套筒焊接組合的整體。采用四支撐板結(jié)構(gòu)可以更好的確保銷軸的使用壽命，防止銷軸中間受力過大而彎曲使銷軸受力均勻。具體結(jié)構(gòu)如圖3-4所示：
(a)
(b)
圖 3-4 錘架板
3.1.4 套筒和銷軸的設(shè)計(jì)
套筒和銷軸的作用主要是用來定位錘片的。錘片在銷軸上繞著銷軸旋轉(zhuǎn)，而套筒則決定了錘片在銷軸上的位置。
如圖3-5所示，本課題設(shè)計(jì)的銷軸長度設(shè)定為240mm，直徑為20mm，相應(yīng)套筒內(nèi)徑為20mm，外徑為24mm，套筒的設(shè)計(jì)結(jié)合錘片排列安裝的間距要求，長度設(shè)計(jì)為20mm和35mm兩組。如圖3-6，（a）為長套筒，（b）為短套筒。定位套筒和銷軸之間也采用銷來固定，保證定位的準(zhǔn)確性。
圖 3-5 銷
（a）長套筒
（a） 短套筒
圖3-6 套筒
3.2 喂料裝置的設(shè)計(jì)
本課題設(shè)計(jì)進(jìn)料裝置主要包括進(jìn)料口、進(jìn)料口擋板、喂料輥等，如圖3-7所示。粉碎機(jī)工作時(shí)，工作人員需要根據(jù)樹枝的分叉情況和直徑大小經(jīng)過進(jìn)料斗喂入樹枝，樹枝在喇叭形的進(jìn)料斗的收縮作用下集中到喂料輥的下方，然后在喂料輥排齒咬合的作用下進(jìn)入粉碎室，待粉碎的樹枝被輸送到粉碎室進(jìn)行粉碎。
圖 3-7 喂料裝置
3.2.1 喂料斗的設(shè)計(jì)
本課題研究設(shè)計(jì)的喂料斗是用鋼板加工而成，進(jìn)料斗厚為3mm，其從開口到入口處的截面面積是逐步變小的即采用的是喇叭形設(shè)計(jì)。這樣的設(shè)計(jì)是為了讓枝條在進(jìn)料時(shí)可以使不勻稱和帶分叉的枝條能夠進(jìn)入到進(jìn)料口并且其工作過程中具有一個(gè)收縮的作用。其設(shè)計(jì)需要想到到要使工作人員在喂料時(shí)操作方便，所以設(shè)計(jì)的進(jìn)料斗的尺寸為：開口喇叭處為600mm的正方形，深為800mm，相對于水平面向上傾斜角度為30°。
3.2.2 喂料輥的設(shè)計(jì)
本課題設(shè)計(jì)研究的喂料輥采用的是在軸上的8塊排齒板一周均勻分布的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，齒板間的夾角為45°。每塊齒板由厚5mm鋼板加工而來，高度為20mm，排齒的齒高5mm，長度為260mm，齒距10mm，喂料棍齒頂圓直徑為80mm。如圖3-8所示。
圖 3-8 喂料輥
3.3 粉碎室的設(shè)計(jì)
粉碎機(jī)的粉碎室主要由破碎襯板篩網(wǎng)等封圍而成。物料在粉碎室中由粉碎室內(nèi)部的相關(guān)部件的相互作用完成對物料的粉碎和對粉碎后的物料出料的。
3.3.1 粉碎室的形狀
為了使粉碎室內(nèi)的環(huán)流層被破壞，提高粉碎機(jī)的粉碎效率，國內(nèi)外的許多研究人員致力于改進(jìn)粉碎室結(jié)構(gòu)的研究。常見的粉碎室形狀設(shè)計(jì)如圖3-9所示[12]。
（a）環(huán)形偏心狀；（b）圓形徑向進(jìn)料；（c）圓形切向進(jìn)料；（d）全水滴狀；（e）3/4水滴狀；（f）全篩桃形
圖 3-9 常見粉碎室的形狀
本課題設(shè)計(jì)的小型樹枝粉碎機(jī)可以借鑒傳統(tǒng)飼料粉碎機(jī)粉碎室的設(shè)計(jì)[13]。綜上考慮確定該粉碎機(jī)的粉碎室的外形采用的是偏離圓心與齒板組合的方式，如圖3-9所示。本課題的粉碎機(jī)設(shè)計(jì)思路為采用非重復(fù)式一次性粉碎的粉碎方式，即樹枝經(jīng)過打擊剪切作用后被打斷，只需要進(jìn)行一次粉碎便從出料口出料，因此本課題設(shè)計(jì)的粉碎室的粉碎過程主要是只在進(jìn)料口與出料口的這段圓弧上進(jìn)行。為了防止物料隨轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)而形成環(huán)流導(dǎo)致物料不能及時(shí)有效的進(jìn)行粉碎和排出，所以本課題設(shè)計(jì)的粉碎室采用偏心設(shè)計(jì)。
3.3.2 破碎襯板
破碎襯板的功用是增強(qiáng)粉碎能力，尤其是對于濕度高、韌性大、纖維質(zhì)多的樹枝，功用較為明顯。破碎襯板是一表面由許多凸起齒的弧形板，齒的工作面最好與錘片旋轉(zhuǎn)的切線方向垂直，以便物料垂直的與破碎襯板工作面相碰撞，從而增強(qiáng)粉碎的效果。為了破碎襯板耐磨，其加工的材料一般采用鑄鐵，表面激冷成白口。要求齒面平直光滑，不得有翹曲變形和裂紋。破碎襯板的厚度為5mm,結(jié)構(gòu)如圖3-10所示：
圖 3-10 破碎襯板
3.3.3 篩網(wǎng)
篩板一般由鋼板沖孔而成，通常釆用圓孔，大部分呈三角排列。篩片一般用20號或B3鋼板沖壓而成，并經(jīng)熱處理，表面應(yīng)平整、光滑，不允許有裂紋、剝層、毛刺和斑疤，篩孔分布均勻，不得有連沖、漏沖或沖不透等缺陷。篩網(wǎng)也是該機(jī)器的主要工作部件和容易磨損的部件，篩網(wǎng)的設(shè)計(jì)對機(jī)器的粉碎功能和粉碎后物料的質(zhì)量影響較大。
以前選用的篩網(wǎng)的篩孔的形狀有圓錐形，圓柱形和魚鱗形等，由于圓形孔篩具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便等優(yōu)點(diǎn)，適用范圍較廣。在傳統(tǒng)的錘片粉碎機(jī)中，篩網(wǎng)是安裝在粉碎室周圍的整個(gè)圓周。篩網(wǎng)的主要作用是控制物料粉碎粒度，同時(shí)也是在粉碎時(shí)對物料進(jìn)行剪切、摩擦、撞擊等作用[14]。
本課題研究設(shè)計(jì)的樹枝粉碎機(jī)與傳統(tǒng)的不大相同，該粉碎機(jī)的篩網(wǎng)只在粉碎室出口處安裝有一塊篩網(wǎng)。該網(wǎng)的篩孔是橢圓形，短徑為20毫米，長徑為30毫米。篩板厚5mm，寬280毫米，長徑530毫米，如圖3-11所示。該篩板的作用主要是對物料出料時(shí)減速，防止其高速飛出不便收集以及對操作人員造成傷害，而且該篩網(wǎng)還能阻止較長較大的物料由于各種原因粉碎不完全而直接高速飛出。
圖 3-11 篩網(wǎng)
3.4 機(jī)架和移動(dòng)裝置的選擇
本課題研究的粉碎機(jī)的移動(dòng)是通過小型帶后板的拖拉機(jī)來拖動(dòng)的，不需要進(jìn)行太復(fù)雜的移動(dòng)裝置，只需在機(jī)架上安裝移動(dòng)行走輪和連接拖拉機(jī)牽引裝置即可。機(jī)架上安裝了可折疊式的支撐架，當(dāng)需要卸載機(jī)械時(shí)可把支撐架放下支撐機(jī)架，防止機(jī)械到處移動(dòng)。
粉碎機(jī)的機(jī)架是整機(jī)的底座，變速箱、接料斗和粉碎機(jī)主體要固定安裝在底座上，在滿足設(shè)計(jì)原則的要求，底座的設(shè)計(jì)和選取應(yīng)盡可能的簡單和輕便，盡量減少機(jī)身的體積和重量，因此選擇用角鋼焊接制成，通過螺栓連接固定機(jī)體和變速箱等相關(guān)零部件。如圖3-12所示為機(jī)架和下箱體的組合。
圖 3-12 機(jī)架和移動(dòng)裝置及下箱體
這種可移動(dòng)式樹枝粉碎機(jī)由牽引臂、變速箱、傳動(dòng)裝置、喂料裝置、粉碎裝置、機(jī)架和行走輪輪等組成，粉碎室箱體內(nèi)由破碎襯板、齒板、篩網(wǎng)、轉(zhuǎn)子總成、排料口等相關(guān)結(jié)構(gòu)組成。喂料裝置主要由進(jìn)料口、進(jìn)料口擋板和喂料輥等組成。牽引臂、變速箱、粉碎室箱體等固定安裝在機(jī)架上。
4傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)
由于該課題設(shè)計(jì)的是能夠移動(dòng)的樹枝粉碎機(jī)，而且多用于南疆果園林間的修剪后的樹枝的粉碎，所以為了能夠在果園林等缺乏電力資源和電力傳輸不方便的情況下并且需要在不同的地方移動(dòng)著工作，本粉碎機(jī)的動(dòng)力采用拖拉機(jī)，輸出轉(zhuǎn)速為540r/min。粉碎機(jī)主軸所需轉(zhuǎn)速在1400r/min到2000r/min之間的轉(zhuǎn)速較為常見，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》第二版37-165，采用第一派生型P0型變速箱和拖拉機(jī)相連接，改變輸出轉(zhuǎn)速，達(dá)到所需粉碎的轉(zhuǎn)速。因此，考慮到V帶傳動(dòng)具有傳動(dòng)平穩(wěn)、緩沖吸振、結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，本粉碎機(jī)設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系統(tǒng)均采用V帶輪來傳動(dòng)。
4.1 帶輪的設(shè)計(jì)
1）確定計(jì)算功率
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》第九版第156頁表8-8得工況kA=1.2。由i=2000/1400=1.43。
計(jì)算功率Pca：Pca=P?kA=1.2×9.48=11.38KW。
2）選擇V帶型號
根據(jù)Pca=11.38KW，n=2000r/min，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》第九版第157頁圖8-11可選取普通型A帶
3）帶輪的基準(zhǔn)直徑dd與帶速驗(yàn)算
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第九版第157頁圖8-11知,小帶輪基準(zhǔn)直徑推薦為112~140mm，
由表8-7和8-9，取小帶輪dd1=125m，且由dd2=i×dd1=1.43×125=179mm，
根據(jù)表8-9，取大帶輪標(biāo)準(zhǔn)直徑dd2=180mm，帶速v=3.14×125×140060×1000=9.16m/s，v值在5m/s
120° 適合。
6）確定帶的根數(shù)
（1）計(jì)算單根V帶的額定功率
由dd1=125和n=2000r/min，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》第九版第151頁表8-4得P0=2.44KW，
依據(jù)n=2000r/min，i=1.43，A式皮帶，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》第一百五十三頁表8-5得ΔP0=0.19KW，
查表8-6得kα=1，表8-2得kL=0.98
由式 Pr=P0+?P0?Kα?KL (4-5)
得Pr=2.6KW。
（2)計(jì)算V帶的根數(shù)z
z=PcaPr=11.382.6=4.37 取4根。
7） 計(jì)算單根V帶的初拉力F0
根據(jù)149頁表8-3可知A型帶的單位長度質(zhì)量q=0.105kg/m，因此
F0=500×(2.5-Kα)PcaKαzv+qv2 (4-6)
F0=500×2.5-1×11.381×4×6.54+0.105×6.542=382.93N。
8） 計(jì)算軸力
Fp=2zF0sina12 (4-7)
Fp=2×4×382.93×sin173°2=1685N
9） 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
V帶輪的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)輪輻結(jié)構(gòu)的不同可分為實(shí)心式、腹板式、孔板式、橢圓輪輻式。V帶輪的結(jié)構(gòu)形式與基準(zhǔn)直徑有關(guān)，本課題所選用的是實(shí)心式。查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-11得A槽型，如圖4-1：
（a）小帶輪 (b) 大帶輪
圖 4-1 帶輪結(jié)設(shè)計(jì)
4.2 主軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.2.1計(jì)算主軸上的功率P1、轉(zhuǎn)速n1、轉(zhuǎn)矩T1
Pd=Fv1000η0 (4-8)
Pd=383×6.541000×0.96×0.982=3KW ，P1=3×0.96=2.88KW，
這里的η0為傳動(dòng)效率。
電動(dòng)機(jī)主軸：Td=9550×Pdnd=9550×2.881000≈27.5N?m (4-9)
粉碎機(jī)主軸：T1=Td?i?η0=27.5×2×0.96≈52.8N?m (4-10)
4.2.2 初步確定軸的最小直徑
查表15-3得A0=107~126取115。
由式 d≥A03Pn (4-11)
d=19mm考慮到軸上有兩個(gè)鍵槽，故dmin=d(1+13%)=22mm
取dmin=30mm
4.2.3軸的校核
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》第九版三百五十八頁表15-1可知道軸的材料和熱處理方法的選擇，并確定軸的材料的許用應(yīng)力。沒有特殊要求，用作高速，較大功率，可選用45鋼，用調(diào)質(zhì)處理，使得具備良好的機(jī)械性能和力學(xué)性能。調(diào)質(zhì)處理HBS=217-255MPa。σB=640， σs=355MPa，彎曲疲勞強(qiáng)度σ-1=275MPa，許用彎曲應(yīng)力σ-1=60MPa，剪切疲勞強(qiáng)度τ-1=155MPa。
1)軸的強(qiáng)度校核
在對軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時(shí)，應(yīng)該按軸的實(shí)際工作情況，選取適當(dāng)?shù)男：斯剑ㄈ缦拢﹣硇：?，假如軸同時(shí)還承受不大的彎矩，用降低τ的手段來分析。
τ=TWT≈955000Pn0.2d3≤τ (4-12)
代入前面計(jì)算的數(shù)據(jù)，計(jì)算得τ=TWT≈955000Pn0.2d3=18.5MPa≤25MPa，故滿足強(qiáng)度條件。
2) 軸的剛度校核
在粉碎機(jī)主軸所受載荷作用下，主軸將或多或少發(fā)生變形。因此，如果有剛度要求的話，需進(jìn)行剛度校核。
對于階梯軸，φ=5.73×1041LGi=1zTiliIpi （4-13）
對于一般傳動(dòng)軸，可取φ=0.5~1°/m；對于要求較高的傳動(dòng)軸，可取φ=0.25~0.5（°）/m，如果是要求不高的傳動(dòng)軸軸，φ可大于1(°)/m。
經(jīng)計(jì)算，φ=5.73×1041LGi=1zTiliIpi=0.3，故滿足剛度條件。
4.2.4 鍵的選擇與校核
第一處即安裝小帶輪的地方的軸徑為：d=30mm，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》第九版106頁表6-1（GB/t1096-2003）選取的鍵的截面尺寸為：b×h=8×7，由輪轂寬度并參考鍵的長度系列，取鍵長L=63mm（小于輪轂寬度）。軸為45號鋼，且屬靜連接，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6-2可得:，取平均值，鍵的工作長度為l=L-b=63-8=55mm，k=0.5h=0.5×8=4mm。查《機(jī)械設(shè)計(jì)》106頁得
σP=2T×103kld=2×55.07×1034×55×30 (4-14)
σp=16.69MPa≤σP
經(jīng)計(jì)算，該處鍵滿足要求，可安全工作。
總 結(jié)
本設(shè)計(jì)主要做了以下工作：
由于南疆的果園林每一年都會(huì)產(chǎn)生大量的廢棄枝椏及修剪后的樹枝不能達(dá)到效果的處理和使用，所以就可以在果園林地里粉碎后馬上就輸送出去以方便對粉碎后的物料使用，而果園的實(shí)際狀況等因素制約了現(xiàn)在有的某些機(jī)械設(shè)備進(jìn)來粉碎。通過對現(xiàn)有樹枝粉碎機(jī)進(jìn)行分析和比較，確定了針對南疆果園殘枝樹枝粉碎機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)了一種小型可移動(dòng)式樹枝粉碎機(jī)。總體方案為：樹枝從喂料口進(jìn)入經(jīng)過喂料輥秩序的進(jìn)入粉碎室經(jīng)錘片錘碎，在粉碎室錘片和齒板相互摩擦再次達(dá)到粉碎的目的，使物料在粉碎室內(nèi)在氣流和扇葉的作用下被扇出送至接料斗。
對現(xiàn)有的樹枝粉碎機(jī)進(jìn)行分析，結(jié)合本課題研究的樹枝粉碎機(jī)將樹枝粉碎成長度為30mm，粒度達(dá)5mm以下的木屑，其用途也非常廣泛。
結(jié)合總體方案的設(shè)計(jì)確定，對轉(zhuǎn)子總成、喂料裝置、粉碎裝置、傳動(dòng)裝置等關(guān)鍵零部件相關(guān)參數(shù)及尺寸的確定和計(jì)算，并進(jìn)行了組裝配合，完成了單通道厚錘片的非重復(fù)式粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)方案。
使用solidworks軟件對粉碎機(jī)關(guān)鍵部件三維建模和虛擬配合。
致 謝
首先要感謝的是我的指導(dǎo)老師老師，沒有她的及時(shí)督促和悉心指導(dǎo)，設(shè)計(jì)不可能順利完成。在設(shè)計(jì)上經(jīng)常遇到的問題就和老師溝通，我學(xué)到了很多。我常常與她交流設(shè)計(jì)中遇所到的問題，并且得到她的言傳身教，使我受益頗多。老師寬厚待人的品格和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度讓我學(xué)到了如何學(xué)習(xí)。
另外，也要感謝我的舍友和其他同學(xué)，他們在尋找資料，解答疑惑等方面，都給了我很大的幫助和借鑒。在相互監(jiān)督、相互討論的過程中，指出了彼此的不足，并從中受益！此外，他們追求完美，追求卓越的學(xué)習(xí)態(tài)度是值得學(xué)習(xí)的！
最后，謝謝所有給予我關(guān)心和支持的老師和同學(xué)們，使我能順利如期的完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，并祝各位老師和同學(xué)身體健康，在工作上和學(xué)習(xí)上順心順意！
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