软秸秆散包粗碎机的设计与分析

【摘要】：农作物秸秆是很好的木煤（生物质固体成型燃料）原料。我国目前农作物秸秆的利用率还很低，很多农民将收获后的农作物秸秆焚烧，既造成资源浪费又污染了环境。为了使麦秸、稻秸等软秸秆能够顺畅地流通，解决其体积庞大、贮藏和运输不便的问题，需采用专用打包机将其打包，使用前需将软秸秆包分散，而在流水线上进行散包时有速度的要求，人工散包无法跟上且增加秸秆预处理成本，因此需要专用的设备将软秸秆包解包散包。而现有的散包机存在能耗高、易堵塞等问题，为此，本文设计了一台软秸秆散包粗碎设备，主要的研究内容和工作如下： （1）分析了普遍使用的软秸秆物料的性能和切碎方式，提出软秸秆包的散包粗碎方式采用轮刀式与锤片式切碎方式相结合的方案。 （2）研究分析了圆盘、螺旋叶片两种刀盘方案的刀片切割理论，得出刀片安装在螺旋叶片上属于等滑切角切割，散包粗碎过程更稳定，确定了采用螺旋叶片作刀盘的散包粗碎器方案。 （3）提出了散包粗碎机整体结构的设计方案，并根据理论和经验，对散包粗碎机的主要工艺参数和动力参数进行了选择和计算，对刀片进行了简化受力分析。对链条输送机的关键部件和主要参数进行了选择和计算，校核验算得出输送链条、传动链条、减速电机的选择合理可靠，满足要求。 （4）利用Solid Edge建模技术对整机的零部件进行结构设计、三维建模和虚拟装配，最终的装配模型不存在静态干涉。对散包粗碎机的主轴进行了受力分析和强度校核，结果表明轴的强度和刚度满足要求。 （5）利用ANSYS软件对散包粗碎机的刀片进行结构静力学分析，结果表明，刀片的设计合理，强度满足要求；对主轴进行模态分析，结果表明散包粗碎机运行时主轴不会出现激烈振动现象，其结构设计合理。 （6）利用机械系统动力学分析软件ADAMS对散包粗碎机的转子部件进行仿真分析，结果表明，散包粗碎装置各运动部件之间不发生相互运动干涉；未张紧的带传动使下散包轴的稳定转速受加工阻力的影响很大，远低于设计要求；对带传动进行张紧后，散包粗碎装置运动稳定，下散包轴的稳定转速受加工阻力影响很小，满足设计和工作要求。 本文的研究成果，可以为软秸秆散包机的设计提供参考，促进我国秸秆的规模化利用和木煤的推广，改善目前严重的环境问题。 【关键词】：软秸秆 散包粗碎机 结构设计 有限元分析 仿真分析
【学位授予单位】：南京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TQ914.3;TQ051.9
【目录】：

• 致谢3-4
• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 选题背景及意义9-10
• 1.1.1 木煤燃料概述9
• 1.1.2 开发软秸秆散包机的必要性9-10
• 1.2 软秸秆散包机的国内外发展现状10-12
• 1.2.1 国内典型散包机的结构与工作原理10-11
• 1.2.2 国外典型散包机的结构与工作原理11-12
• 1.3 课题研究内容及意义12-14
• 第二章 软秸秆特性及切碎方式研究14-17
• 2.1 软秸秆的性能分析14-15
• 2.1.1 软秸秆的物理特性14
• 2.1.2 软秸秆的切碎特性14
• 2.1.3 软秸秆剪切、拉伸等特性的研究14
• 2.1.4 软秸秆加工特性影响因素的研究14-15
• 2.2 秸秆切碎方法研究15-16
• 2.2.1 轮刀式切碎方式15
• 2.2.2 滚刀式切碎方式15-16
• 2.2.3 锤片式切碎方式16
• 2.3 本章小结16-17
• 第三章 软秸秆散包粗碎机设计方案17-32
• 3.1 散包粗碎机的设计目标17
• 3.2 散包粗碎机整机结构方案分析17-20
• 3.2.1 刀片类型选择与布置方案17
• 3.2.2 散包粗碎器的结构方案设计17-19
• 3.2.3 散包粗碎机的动力配置与传动方案19
• 3.2.4 进料装置方案19
• 3.2.5 出料方式的选择19-20
• 3.3 散包粗碎机、链条输送机的整体结构设计20-23
• 3.3.1 散包系统的工作部件20
• 3.3.2 链条输送机的整体结构及工作原理20-21
• 3.3.3 散包粗碎机的整体结构及工作原理21-23
• 3.4 散包粗碎机主要参数的选择与计算23-27
• 3.4.1 主要工艺参数和结构参数的选择与计算23-24
• 3.4.2 散包粗碎机构的计算24-27
• 3.4.3 电动机驱动功率27
• 3.5 链条输送机关键部件及主要参数的选择与计算27-31
• 3.5.1 链条输送机功率估算27
• 3.5.2 输送链条与链轮主要参数的选择与计算27-29
• 3.5.3 链传动的计算与传动链条强度校核29-30
• 3.5.4 减速电机的选型与校核30-31
• 3.6 本章小结31-32
• 第四章 散包粗碎机结构设计32-47
• 4.1 散包粗碎器的结构设计33-34
• 4.1.1 上、下散包粗碎器的结构设计33-34
• 4.1.2 上、下主轴的相对位置34
• 4.2 散包粗碎机带传动的设计34-37
• 4.2.1 带传动的计算34-36
• 4.2.2 主电机的支撑和一级带传动张紧系统36-37
• 4.2.3 二级带传动张紧系统37
• 4.3 散包粗碎机主轴的设计与校核37-42
• 4.3.1 主轴的材料及热处理37
• 4.3.2 主轴各段轴径的确定37
• 4.3.3 主轴的结构设计37-39
• 4.3.4 主轴的受力分析与强度、刚度校核39-42
• 4.4 等边三角形直刃刀片的设计42-43
• 4.4.1 刀片的选材及热处理42
• 4.4.2 刀片几何参数的选择42
• 4.4.3 刀片三维模型的建立42-43
• 4.5 螺旋叶片的设计43-44
• 4.5.1 螺旋叶片的参数选择与计算43
• 4.5.2 螺旋叶片及其组件的三维模型建立43-44
• 4.6 链条输送机关键部件的结构设计44-46
• 4.6.1 输送链条的结构44-45
• 4.6.2 链条输送机的张紧装置45-46
• 4.7 虚拟样机模型静态干涉检验46
• 4.8 本章小结46-47
• 第五章 散包粗碎机关键部件的有限元分析47-57
• 5.1 有限元基础47-48
• 5.1.1 有限元法概述47-48
• 5.1.2 ANSYS 软件简介48
• 5.2 刀片的静力学分析48-52
• 5.2.1 建立刀片的有限元模型48-50
• 5.2.2 有限元求解及结果分析50-52
• 5.3 主轴的模态分析52-56
• 5.3.1 创建主轴的有限元模型52-54
• 5.3.2 有限元求解及结果分析54-56
• 5.4 本章小结56-57
• 第六章 散包粗碎机转子部件的仿真分析57-64
• 6.1 虚拟样机技术概述57
• 6.2 ADAMS 软件简介57
• 6.3 对散包粗碎机转子部件的仿真分析57-62
• 6.3.1 散包粗碎机转子部件虚拟样机的建立57-60
• 6.3.2 转子部件仿真结果分析60-62
• 6.4 本章小结62-64
• 第七章 总结与展望64-66
• 7.1 总结64
• 7.2 展望64-66
• 参考文献66-68
• 附录 攻读学位期间发表的学术论文与取得的科研成果68

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