秸秆打包机设计


    玉米秸秆打包机 目 录 摘 要 1 ABSTRACT 2 第一章 绪论 3 1.1 本课题研究的目的意义 3 1.2 秸秆打包机目前急需解决的瓶颈 3 1.3 本课题的指导思想及解决的主要问题 4 第二章 打包机功能设计 5 2.1 打包机开车的初始化 5 2.2 手动操作功能 5 2.3 自动操作功能 5 2.4 打包机的辅助工作运行方式 5 2.5 功能异常警示功能 5 2.5.1 功能异常类别 6 2.5.2 常见的故障检查项目 6 第三章 打包机整机设计 7 3.1整机机构方案设计 7 3.1.1送料箱的设计方案 7 3.1.2压料箱方案的设计 8 3.1.3送料箱的设计 9 3.1.4总体结构的设计 9 3.2秸秆打包机各运行动作简介 10 第四章 机械系统的设计 12 4.1传动方案的选择 12 4.1.1链传动的选择 12 4.1.2链轮的选择 14 4.1.3电动机的选择及调速方式 15 4.2打包机力矩传动轴的设计 20 4.2.1传动轴的选型和尺寸 20 4.2.2轴上零件的固定方法 20 4.3压料箱的设计 21 4.4出料箱的设计 21 第五章 总结与展望 22 参考文献 23 致 谢 24 附录 摘 要 玉米秸秆打包机 众所周知,中国有着悠久历史的农耕文明,有着广袤的耕地面积,约占世界耕地面积的7%。但是,由于农村的快速发展与城镇务工人口的增多,多数玉米秸秆不是被扔在沟里就是堆在一起焚烧。这不仅是一种陋习,更是一种浪费,还对环境造成了污染。近年以来,中国加强了对环境污染的管控,同时提出了国民经济的持续增长的要求。因此,必须想法设法加速玉米秸秆的综合利用技术的研究的步伐。 玉米秸秆打包机是一种集粉碎、压缩、打包与一体化的农业机械设备,他的工作原理可以简单的概括为:将松散的约(1-100)mm的玉米秸秆放入料仓推送到压料仓,然后由液压压缩设备对玉米秸秆进行压缩,最后由液压推送设备把玉米秸秆推入包装袋。打包后的玉米秸秆不仅可以缩小秸秆体积同时也方便了运输,并节省了存储空间。玉米秸秆被手工集束后多用于满足火力发电,但是相对于秸秆打包机来说不仅集束速度慢、占用面积大、不方便运输且效率也极为低下,同时也提高了厂商的各项支出。秸秆打包机也显著消除减轻职工的劳动强度并降低能源和资源的消耗。  本设计广泛查阅了国内外打包机资料及影像视频,对其工艺流程进行逐步分解,对打包机各个构件进行了具体设计。在完成以上步骤的基础上最终确定了总的设计方案。 关键词:玉米秸秆打包机;液压;工作装置;设计 ABSTRACT Corn straw baler As we all know, China has a long history of farming civilization, with a vast area of cultivated land, accounting for about 7% of the world's cultivated land. However, due to the rapid development of the countryside and the increase in the number of urban migrant workers, most of the corn stalks are not thrown in the ditch or piled up together for incineration. This is not only a bad habit, it is a waste, but it also pollutes the environment. In recent years, China has strengthened its control over environmental pollution and has also raised the requirements for sustained growth of the national economy. Therefore, it is necessary to try to accelerate the pace of research on the comprehensive utilization technology of corn stover. Corn stalk baler is a kind of agricultural machinery equipment that combines crushing, compression, packing and integration. His working principle can be simply summarized as: push loose loose corn stover of about 1-100 mm into silo The silo is compressed, and then the corn straw is compressed by a hydraulic compression device, and finally the corn straw is pushed into the package by a hydraulic pushing device. The packaged corn stalk not only reduces the straw volume but also facilitates transportation and saves storage space. Corn stalks are mostly used to meet thermal power generation after being bundled by hand. However, compared with the straw baler, not only the clustering speed is slow, the occupied area is large, the transportation is inconvenient, and the efficiency is extremely low, and the various expenses of the manufacturers are also increased. Straw balers also significantly reduce the labor intensity of workers and reduce energy and resource consumption. This design has extensively reviewed the baler data and video and video at home and abroad, and gradually decomposed the process flow, and specifically designed the various components of the baler. Based on the above steps, the overall design was finalized. Keywords: corn straw baling machine; Hydraulic pressure; Working device; design 第一章 绪论 1.1 本课题研究的目的意义 环保节能成为国家发展主导潮流,节能减排是近多年来最为流行的环保口号。作为回收资源设备的打包机行业符合大势所趋,需求量在目前的基础上只会会稳中有增。 农村经济经过多年的高速发展,传统玉米秸秆处理方式已经与现在社会发展趋势不匹配,这就引发了液压秸秆打包机的问世。近年来液压秸秆打包机市场规模不断扩大。行业需求旺盛,产品供不应求。市场发展势头喜人。 江淮及东三省地区农作物丰富,产出丰富的玉米秸秆物料,随着我国国民经济的飞跃式发展 ,电力能源的供应已经展现出非常紧张的趋势。因此,利用玉米秸秆发电在江淮及东三省地区有着非常好的发展前景。目前在江淮及东三省地区大多数使用的是软物质发电,也就是我们大家所熟悉的火力发电,火力发电发电原料主要有松软的稻草、小麦、玉米秸秆等草本类农作物,这些火力发电原料具有体积大、质轻等特点,为了满足火力发电锅炉持续燃烧发热量,需要将稻草、小麦、玉米秸秆等草本类农作物原材料集束到一定的体积和质量,然后再运送到发电锅炉炉膛内焚烧。 玉米秸秆、稻草等原材料发电的广泛利用有效缓解了煤炭资源的利用,同时大大减轻了煤炭资源不完全燃烧产生的有害气体的排放,对环境保护起着积极改善的作用,也有效响应了十八大以来国家节能减排的号召。[1] 1.2 秸秆打包机目前急需解决的瓶颈 国内玉米秸秆打包机发展到现在有很多问题不尽如人意。玉米秸秆燃料在收集、存储和输送是电厂持续经营的问题所在,秸秆燃料进行集束打包成为解决上述问题的有效途径。目前用测绘或类比的方式设计秸秆打包机在国内较为流行,由于国内玉米秸秆打包机和国外相比起步比较晚,无论是在设计方面还是在工艺流程方面和外国相比都有着明显的差距,国内玉米秸秆打包机液压设备及主要传送装置的工作参数设计和国外相比也存在一定的瑕疵。本次论文设计的玉米秸秆打包机有一定的局限性,需要人工对整根玉米秸秆进行切割成规定的数值、需要人工进行收集及运输,虽然说相对于传统的玉米秸秆处理方式提高了经济效益,但是工作效率依然低下。本次设计主要针对玉米秸秆压缩流程的影响因素进行分析, 目的:对存在瑕疵的工作参数进行校正。 首先选择初始密度作为可能的影响因素,对初始密度选择三个不同的有代表性的数值样本,每个不同的数值分别进行四次压缩试验,得到打包机传送装置的位移量和相应的压力数据,对测定数据按规定进行处理。同理我们选择秸秆含水率及加载速度分别重复上述实验。 (1)加载速度对压缩压力的影响 从表格1-1设定的条件背景我们可以看出:喂入秸秆量(恒定)、秸秆含水率(恒定)的前提下,观察不同的加载速度对压缩压力的影响,四次压缩压力分别求取平均值,得出数据绘制成表格1-1 对比表格1-1我们可以看出:在压缩密度不变时的压缩压力随着加载速度显著变小。 实验项目 加载速度 四次压缩压力均值 喂入秸秆量(恒定) 15mm/min 500N 秸秆含水率(恒定) 25mm/min 210N 表1-1 通过对实验测定数据绘制成压缩压力变化示意图进行分析,压缩密度为定量的条件下,加载速度和压缩压力呈现负相关关系。我们可以得出以下结论:加载速度是打包机的重要参数,加载速度适当既能提高压缩功效比还能有效减少对能量的依赖。这里需要注意的问题是:加载速度大于80mm/min时,已经集束好的秸秆会出现震荡现象以至于绑扎的线绳断裂。因此,对秸秆压缩还需要进行专项实验 以找到合适加载速度。 (2) 喂入量的影响 实验条件选择加载速度、含水率为定量的前提下,首先我们选择二个不同的喂入量进行实验,设定一次喂入量在180g时打包机进行工作,二个不同的喂入量下进行试验, 重复四次打包压缩实验。同理我们继续选择喂入量为220g时分别进行打包压缩实验,对测得的工作参数绘制成表格1-2。 实验项目 喂入量 四次压缩压力均值 加载速度(恒定) 180g 268N 含水率(恒定) 220g 320N 表1-2 通过观察表1-2我们能够对比得出以下结论:喂入量对应的概率小于0.05时,喂入量对一定密度下的压缩压力影响高度显著。喂入量数值不同时,秸秆打包机对应压缩压力的变化趋势如图1-2 所示。保持压缩密度不变的条件下, 压缩压力和喂入量呈现正相关关系。 (3) 含水率的影响 实验条件选择加载速度、喂入量为定量的前提下, 首先我们选择三个不同的含水率进行实验,设定含水率在6%时打包机进行工作,二个不同的含水率下进行试验,重复四次打包实验。对测得的工作参数绘制成表格,同理我们继续选择含水率为11.8%时分别进行打包压缩实验,对测得的工作参数绘制成表格1-3。 实验项目 含水率 四次压缩压力均值 加载速度(恒定) 6% 185N 喂入秸秆量(恒定) 11.8% 127N 表1-3 通过观察表1-3我们能够对比得出以下结论:含水率对于一定压缩密度时的压缩压力影响非常显著。含水率对应的概率<0.06时、压力值=220.3N,在保持压缩密度为定量的条件下,压缩压力和含水率呈现负相关关系。 通过观察表1-1、1-2、1-3可以得出如下结论: 1)喂入量、含水率及加载速度是秸秆压缩机压缩压力的敏感因素。在相同压缩密度下,压缩压力和含水率呈现负相关关系、加载速度和压缩压力呈现负相关关系、加载速度和压缩压力呈现负相关关系。 2)分析压缩曲线, 压缩过程分松散和压紧两个主要阶段, 但在压缩后程还存在一个阶段, 但在此阶段稻草很小的变形引起压缩力急剧上升, 因此对生产没有实际意义。另外, 各个因素在压紧阶段比松散阶段的影响要显著。[2] 1.3 本课题的指导思想及解决的主要问题 十八大召开以来,中国的经济发展水平迅速,但是随着科技的发展、生活加电及电气设备的增多,电力供应一度非常紧张。目前常用的发电模式为水力发电、风力发电及火力发电,玉米秸秆火力发电在江淮及东三省地区有着良好的发展前景。目前在江淮及东三省地区多数使用的是软质发电,也就是我们所说的火力发电,其发电原料主要有松软的稻草、小麦、玉米秸秆等草本类农作物,这些火力发电原料具有体积大、质轻、价格低廉、非常具有普遍性等特点,为了满足火力发电锅炉持续燃烧的发热量,需要将上述原材料集束到一定的体积和质量,然后再运送到发电锅炉炉膛内焚烧。 第二章 打包机功能设计 2.1 打包机开车的初始化 首先保持所有控制柜的柜门呈闭合状态,拉上电闸,给控制柜进行送电。设备上的所有“紧急停车”按钮必须处于开启状态,也就是按钮处于“ON”位置。按下“液压电机启动”按钮,指示灯工作表示液压系统已经处于带电状态。同理,关闭液压系统,其指示灯同开启状态呈相反状态。 按下“控制电源通”按钮,指示灯工作表示控制电源处于带电状态。手动进行操作“送料风机启动”开关,设备内部各个电动机和风机处于带电工作状态,“送料风机接通”指示灯处于工作状态。同理,关闭送料风机,上述各设备依次处于断电转速减慢状态,“送料风机接通”指示灯灭。 2.2 手动操作功能 当玉米秸秆打包机内置的感应器出现故障或者特殊情况需要手动进行操作时,与全自动操作相比功效比较低下,主要体现在以下几个方面:散乱的玉米秸秆进入压料箱预压系统需要手动按下按钮启动、预压过玉米秸秆达到一定重量时候,压料箱内的称量系统需要手动按下按钮启动、大力矩的主压液压油缸其启动按钮需要手动操作启动、工人套装打包袋和接袋子的时间相对全自动玉米秸秆打包机延长很多,也容易造成工人的疲劳。 2.3 自动操作功能 玉米秸秆打包机按照操作系统自动化程度的不同,又可以细分为半自动和全自动玉米秸秆打包机。而本设计论文的设计主要是针对手动玉米秸秆打包机的设计,和全部实现自动化操作的全自动玉米秸秆打包机相比结构类似,但操作原理确是差异很大。全自动玉米秸秆打包机内置称量感应器、预压系统感应器与打包机内部的液压油缸相互配合完成整个玉米秸秆的打包过程,而仅仅需要一个工人即可完成套装打包袋和接袋子的全过程,和手动玉米秸秆打包机相比,省却了工人手动扎丝捆扎的过程,很大程度上提高了工作效率同时也有效缓解了工人的疲劳程度。全自动玉米秸秆打包机通过压料箱内置的液压油缸及称量感应器感应到散乱的玉米秸秆达到一定重量时,预压系统开关按钮自动启动开始对杂乱、松散的玉米秸秆进行预压,预压间隔时间控制系统内部已经设定,随着不断的玉米秸秆进入压料箱,预压系统循环进行工作。当预压的玉米秸秆达到一定重量时候,压料箱内部的称量感应器开始对称量系统发送数据,称量系统开关按钮自动启动。此时,压料箱内部的主压系统开关按钮随后自动启动,开始对玉米秸秆进行大力矩的压实。带有感应器的全自动玉米秸秆打包机是打包机市场的主流产品,价格也相对手动秸秆打包机贵了不少。 2.4 打包机的辅助工作运行方式 1.当玉米秸秆打包机内置的感应器出现故障或者特殊情况需要手动进行操作时,压料箱内置的秸秆预压系统、称量(重量)系统以及压料箱内的大力矩主要压实系统需要手动进行操作。 2.当玉米秸秆打包机需要检修或试验其性能时,由于没有玉米秸秆进入打包机,所以,压料箱内部的称量(重量)系统是不工作的,而仅仅需要压料箱内部的秸秆预压系统以及大力矩主要压实系统进行工作即可达到目的,此时需要手动选择操作。 3.当玉米秸秆打包机长时间工作或者维修保养时,打包机内部残留的秸秆需要手动启动打包机内置的旋转柱清扫。 2.5 功能异常警示功能 当玉米秸秆打包机出现功能异常不能正常进行工作时,操作台控制面板会有相应的故障提示,例如:如下玉米秸秆打包机常见的功能异常。 1.压料箱内部称量系统感应器出现故障,不能进行有效称量或者传递称量数据(包括数据错误) 。 2.压料箱内部预压系统不能感应到玉米秸秆进入到压料箱或是压料箱内部没有玉米秸秆而预压系统进行工作。 3.压料箱内部的大力矩压实系统在预压系统工作后不能正常进行工作,压料箱内部主压系统的液压缸的压杆会在一次大力矩压缩玉米秸秆后有个升起动作,但是如果出现程序紊乱或者电气连接线接触不良会导致主压系统内液压缸压杆不能自动升起。 4.提升缸在玉米秸秆进行大力矩压实后会进行提升缸体自动复位,但是由于缸体底部导轨出现弯曲变形或者出现程序紊乱现象导致缸体不能正确走到预定的悬吊位置。 5.旋转柱主要用来清扫玉米秸秆打包机内部残留的秸秆,当旋转柱在一次自动进行清扫后,由于有异物阻碍或是出现程序紊乱导致旋转柱不能走到极限位置。 6.压料箱在玉米秸秆打包机的定位位置出现偏差,导致主压系统的大力矩压力杆件进行压料时,压杆位置出现压料偏差。 以上功能异常仅仅是几种常见的故障表象,只有熟悉每种常见功能异常的特征才能有的放矢的进行查找原因,进行故障排除。 2.5.1 功能异常类别 玉米秸秆打包机故障的表现形式主要有三类:压料箱内部的预压系统出现故障、称量(重)系统出现故障以及压料箱内大力矩主压系统出现故障,当玉米秸秆打包机出现上述任何一种或者多种故障时,故障指示灯均会处于工作状态并伴随着报警器发出蜂鸣声。 2.5.2 常见的故障检查项目 打包机操作台上安装有故障显示器,该显示器可显示出如下常见故障:旋转柱不在极限位置报警;压料箱不在正确位置报警;预压压料箱不在正确位置报警;主压压料箱未提起报警;压料箱同步控制报警;制动器故障报警;提升缸不在正确的悬吊位置报警;秤故障报警;推料板卡住报警;垂直挡料板故障报警。[3] 第三章 打包机整机设计 3.1整机机构方案设计 3.1.1送料箱的设计方案 零乱松散的秸秆经过打包机打包压实后,成品面积为为900平方毫米的正方体形状,重量约为800公斤左右。如图3-1,我们可以看出,秸秆打包机主要分为四个部分:压料、送料箱、送料机构、液压动力箱。 图3-1 从图3-1我们可以清晰的看到,压料箱距离地面具有一定的设计高度,我们不可能把原材料直接放入压料箱,本处设计用到具有一定倾斜角度的输送带或输送链进行从低到高传送。查阅相关资料和于某宝销售的输送链和输送带对比分析来看:棉质帆布带芯耐磨输送带,表层覆盖较耐磨的胶料,具有强度高,变形小的特点。平板式输送链具有适应环境能力强、刚度好、变形小的特点。所以在权衡之下,我们本次设计选择平板输送链,其送料方式更能满足恶劣工作环境的要求。 为了防止输送链被卡住,本次设计选择在输送构件的两边,加设防护木板,木板的高度约为250mm,木板与传送构件采用螺栓固定。加设防护木板主要目的是为了遮挡除秸秆外的其余杂物进入输送链,以便于输送机构工作不受影响。 3.1.2压料箱方案的设计 通过传送链将玉米秸秆原料缓慢传送到压料箱之后,压料箱中液压油缸的压杆开始按照既定程序工作,混杂的玉米秸秆在压力的作用下变得密实成型,液压压杆随之压缩密实成型的压实料增多,会持续将压好的秸秆推出压料箱。压料箱中的割刀会对即将进入送料箱的压实料进行切割,不规则不密实的部分将被切割掉,然后将料推入送料箱。压料箱如图3-2。 图3-2 压料箱 以下是玉米秸秆打包机压料箱的设计要求及思路: 压料箱要有足够的强度和疲劳强度,才能满足液压推杆对压料箱施加的压力。所以在设计时,沿着推力的方向采用遍布的加强筋的设计方案,此方案既可以减少材料,减小重量,降低成本,有可以满足强度的要求。 切割秸秆的横向刀位于压料箱中,设计高度为距离地平面1000mm,主要作用:将秸秆上部不规则不密实的部分切割掉,以使受压后的秸秆呈规则的长方体形状,以便于运输储存。 玉米秸秆打包机接料口的设置思路为:接料口形状为上口大下口小的斗形,与压料箱的上部紧密衔接。通过链式传送带将玉米秸秆原材料按一定速率输送到接料口,后进入压料箱。设计目的是:将秸秆原材料接收到压料箱,避免秸秆落到外部,防止资源和能源的浪费。 压料箱的示意图和相关机构如图所示。[5] 3.1.3送料箱的设计 玉米秸秆经过压料箱基本压实后,由压料箱推杆将密实成型的压实料推入送料箱。需要注意的是虽然压实成型的压实料已经经过压料箱割刀的切割,但是由于玉米秸秆存在一定的韧性,不可能压实料会被切割的整整齐齐,边部依然会存在毛躁粗劣的刀痕等,所以为了弥补这种缺陷我们有必要在设计送料箱时对压实料进行二次压实,使其形状更规则。 送料箱的设计思路为:在送料箱的内部另外设置一功率约为(6-8)Mpa的液压缸体,其压力值小于小于压实箱内部的液压缸体。目的:对压料箱推送出来的压实料进行二次整形,使周边参差不齐的毛边被压平,外观看上整齐有序便于存储和运输。 图3-3出料箱示意图 送料箱的设计长度为2000mm,内部要求平整规则,其最大承重量可以同时可以承载两个包,以方便工人具有充足的时间对打包后的压实料进行穿丝纵向扎紧。 送料箱和相关机构的示意图如图3-3所示。[6] 3.1.4总体结构的设计 玉米秸秆打包机的四大主要部件已经在上述部分做出了详述。下面我们主要来讲一下其装配方式。 根据玉米秸秆打包机的工作流程来看,液压动力箱和压料箱是相互衔接的,它们之间使用螺栓相连接,压料箱和送料箱是相互衔接的,它们之间同样使用螺栓相连接。送料箱不和这三个部件接触,而是孤立在外与压料箱的送料口平行对齐。各个大部件的安装示意图如图3-4所示。[7] 图3-4 3.2秸秆打包机各运行动作简介 玉米秸秆打包机可以实现自动控制,通过内置既定的PLC程序来实现自动运行。工作人员只需按照操作说明来操作设备即可。 秸秆打包机的主要动作流程如图3-5所示。 图3-5秸秆打包机的主要动作流程图 从图3-5我们可以看出,全自动玉米秸秆打包机内置称量感应器、预压系统感应器与打包机内部的液压油缸相互配合完成整个玉米秸秆的打包过程,而仅仅需要一个工人即可完成套装打包袋和人工穿丝打包的全过程,和纯手动玉米秸秆打包机相比,省却了工人称量、观察预压、主压的过程,很大程度上提高了工作效率同时也有效缓解了工人的疲劳程度。全自动玉米秸秆打包机首先通过传送链把玉米秸秆送到压料箱,压料箱内置的液压油缸及称量感应器感应到散乱的玉米秸秆达到一定重量时。压料箱预压系统开关按 钮自动启动开始对杂乱、松散的玉米秸秆进行预压,预压间隔时间控制系统内部已经设定,随着不断的玉米秸秆进入压料箱,预压系统循环进行工作。当预压的玉米秸秆达到一定重量时候,压料箱内部的称量感应器开始对称量系统发送数据,称量系统开关按钮自动启动。此时传送链停止送料,压料箱内部的主压系统开关按钮随后自动启动,开始对玉米秸秆进行大力矩的压实。当压实的玉米秸秆压实料达到一定厚度时,行程传感器被触发,此时大力矩主压系统停止进行压料,开始退料,对包进行切割、工人在出料箱进行铁丝穿孔密封。这里需要注意到是:上述过程是个循环往复的过程,除打包过程,其余工艺行成一个闭环流程。 第四章 机械系统的设计 4.1传动方案的选择 4.1.1链传动的选择 企业现场附加设备电动机是本次设计的动力装置,其转动轴和力矩传动轴之间的力矩传递靠带传动或者链传动来实现的,这里我们选择传动方案为带传动或链传动,以下我们来分别分析带传动或者链传动的优缺点。 带传动具有以下优点: 1) 带传动具有一定的韧性,能有效减少冲击荷载 2) 带传送采用柔性连接,能有效减少噪声污染 3) 带传送制造和安装精度不高,成本低。 4) 带传动负荷超载时,通过带的滑动有效减少其他零件的损坏。 5) 带传动适应环境能力强。 带传动具有以下缺点: 1) 负荷超载出现弹性打滑现象时,工效降低、传送比出现误差。 2) 带的使用寿命较链传动短。 链传动具有以下优点: 1) 负荷相同的情况下,链传动传递给轴的力矩小。 2) 和带传动相比,链传动能在小于70%rh环境下工作 3) 和带传动相比,链传动能在小于150摄氏度环境下工作 链传动具有以下缺点: 1) 链传动对轴承的定位要求较高,只能平行轴上使用链传动。 2) 和带传动相比,链传动在在高速运转的情况下不平稳。 3) 不适用于载荷变化较大的工作场合。 4) 链传动会产生噪声污染。 通过对比带传动和链传动的优缺点我们可以看出:链传动能够适应高温、高湿的作业环境,虽然潮湿的环境会造成传送链的锈蚀,但是按照规定定期进行保养,是能够减缓链的寿命衰落。从长远经济效益来看我们选择套筒滚子链。由于传递功率和转矩较大,本课题中采用的是双排链,,相关参数参照下表4-1。 表4-1 ISO链号: 12A 外或中链板高度:h3max|mm 15.62 链条通道高度:h1min|mm 18.34 节距: p|mm 19.05 过渡链节尺寸①:l1min|mm 7.9 测量力|双排: N 560 滚子直径:d1max|mm 11.91 过渡链节尺寸①:l2min|mm 9.14 抗拉载荷|双排:min|kN 62.3 内节内宽:b1min|mm 12.57 过渡链节尺寸①:c|mm 0.1 销轴全宽|双排:b5max|mm 49.8 销轴直径:d2max|mm 5.96 排距: pt|mm 22.78 内链板高度:h2max|mm 18.08 套筒孔径:d3min|mm 5.98 内链节外宽:b2max|mm 17.75 外链节内宽:b3min|mm 17.81 运输链负责承载运输秸秆,需要较大的抗拉载荷系数,选用的是单排滚子链,采用中碳钢淬火处理,硬度>40 HRC~45HRC,其示意图如图4-2所示,相关参数见下表4-2。[8] 表4-2 ISO链号: 64B 外或中链板高度:h3max|mm 90.17 链条通道高度:h1min|mm 91.08 节距: p|mm 101.6 过渡链节尺寸①:l1min|mm 47.07 测量力|双排: N 7960 滚子直径:d1max|mm 63.5 过渡链节尺寸①:l2min|mm 47.07 抗拉载荷|单排:min|kN 1120 内节内宽:b1min|mm 60.96 过渡链节尺寸①:c|mm 0.2 销轴全宽|单排:b5max|mm 130.9 销轴直径:d2max|mm 39.4 排距: pt|mm 119.89 内链板高度:h2max|mm 90.17 套筒孔径:d3min|mm 39.45 内链节外宽:b2max|mm 92.02 外链节内宽:b3min|mm 92.15 4.1.2链轮的选择 一、根据上述表4-1、表4-2确定链轮各设计参数 1、 小链轮齿数:Z1=Z3 2、 链节数:Lp=(z1+z2)/2+2a/p+{(z2-z1)/2π}²p/a =(23+46)/2+2×(100p/p)+(23/2π)²p/100p =34.5+200+0.134 =234.6 ,取Lp=235 3、 传动功率:PO≥Kap/KzKp=1.2×7.5/1.23=5.08 kW 其中Ka=1.2,Kz=1.23,Kp=1 4、 链节距:P=19.05 5、 中心距: =1969.29 ,取 二、小链轮基本尺寸的计算 1、 齿沟圆弧半径:r1=0.5025dr÷0.05=6.034775 ,取r1=6 2、 齿角沟半角(°):°/2=55°-60°/z=52.39° 工作段圆弧半径:r2=1.3025drcos(°/2)÷0.05=15.56 3、 工作段圆弧中心角(°):β=18°-56°/z=18°-56°/23=15.57 4、 齿顶圆弧中心坐标: V=1.3drsin(180°/z)=2.10 5、 齿形半角:r/2=17°-64°/z=14.22 6、 齿顶圆弧半径:r3=dr{1.3cos(r/2)÷0.8cosβ-1.3025)-0.05 =5.98(1.26+0.77-1.3025)-0.05 =8.61 7、 工作段直线部分长度:bc=dr{1.3sin(r/2)-0.8sinβ)} =5.98(0.319-0.2147) =242 8、 e点至齿沟圆弧中心连的距离: =p{1÷(2r1-dr)/d} =19.05{1÷(2×6.03475-11.91)/140} =19.07 三、小链轮轴向尺寸的确定 1、尺宽:bf1=0.93b1=11.94 2、齿侧倒角:ba=0.13p=2.4765 3、齿侧半径:rx=19.05 4、齿全宽:bfm=(m-1)pt÷bf1=34.72 小链轮和电动机轴之间用键连接,将电动的的转矩输出传动给双排滚子链,再由滚子链带动主动轴转动。主动轴再带动运输链转动,最终实现对秸秆的运输。[9] 4.1.3电动机的选择及调速方式 感应电动机具有如图4-1所示多种调速方式, 如图4-1所示。 图4-(1)电动机调速方法 感应电动机也就是我们常说的异步电动机,是上个世纪九十年科学家代尼古拉·特斯拉所发明,感应电动机内部有个鼠笼状的转子,其在交流电正负极所形成的磁场中进行运转,铜线圈转子绕组切割正负极磁感应线会产生电位差。 由于玉米秸秆打包机通过链传动缓慢将秸秆原材料输送到进料口,其传送机构运行速度较慢,因此要求频率调节的范围较宽,对调速的范围要求较高,所以本次设计我们采用变频调速方式。型号为YCT2004B,通过查询相关文献, 电动机尺寸如图4-2所示。 图4-(2) 表4-3电动机参数 型 号 拖动电动机功率(KW) 额定转矩(N.m) 调速范围(r/min) 转速变化率(%) 重量(kg) CT200 4B 7.5 47.7 1250-125 <2.5 224 机座号 A A/2 WB WC D E 基本尺寸 基本尺 寸 基本尺寸 基本尺寸 极限偏差 基本尺寸 极 限 偏 差 基 本 尺 寸 极 限 偏 差 200 -4B 318 159 356 50 ±15 38 +0.018 +0.002 110 ±0.43 机座号 安装尺寸 外形尺寸 F G H K AB AC AD HD L 基本尺寸 极限 偏差 基本尺寸 极限偏差 基本尺寸 极限偏差 基本尺寸 极限偏差 位置度偏差 200 -4B 10 0 -0.036 33 0 -0.2 200 0 -0.5 19 +0.43 0 1.5 410 430 235 485 860 4.2打包机力矩传动轴的设计 4.2.1传动轴的选型和尺寸  我们需要考虑下列因素来确定轴的设计:主动轴的材质,极限拉力值N、极限载荷值、轴的尺寸和形状。通过查询相关文献我们得知轴的结构和形状受到下面几个因素制约: (1)轴的材质选择。 (2)轴的受力情形和力矩在轴上的分布状态(点分布、线分布、集中分布)。 (3)与轴相互配合的零部件及其选择何种连接方式。 (4)轴承的选型以及轴承与轴的定位位置。 (5)轴加工方法选择、轴的加工精度。 我们对主动轴进行设计时要多加考虑上述制约因素 通过查询相关文献,本论文玉米秸秆打包机力矩传动轴材质选择20CrMnTi,轴的类型和尺寸如图4-(3)所示。 图4-(3)力矩传动轴示意图 玉米秸秆打包机力矩传动轴我们选择使用平键传动力矩,由于力矩对此力矩传动轴 所施加的应力不是很大,加上力矩传动动轴材质为20CrMnTi,我们可以适当选择使用中空的设计方法。 4.2.2轴上零件的固定方法 一、周向固定 与传动轴上配合的零件我们选择花键和过盈配合的方式:链轮与轴采用花键固定的方式(周向固定);轴承直径大于轴套直径,这里采用过盈配合的方式(周向固定)。 二、轴向固定 轴左端的链轮采用轴肩、套筒和轴承端盖的方式实现轴向的固定;轴右端第一个链轮采用轴肩和轴端螺钉挡圈的方式固定;轴右端第二个链轮采用轴肩、套筒和轴承端盖的方式实现轴向的固定。 密封方式采用石棉橡胶垫片,在轴转动过成中由于发热引起的轴的轴向伸长量可以有垫片进行补偿,避免了轴由于发热而引起的变形。[10] 4.3压料箱的设计 压料箱内部的液压缸对压料箱施加的压力,要大于进料箱和出料箱内部液压缸的工作压力,因此,对液压缸进行设计,要充分考虑液压缸对压料箱传递的力矩,但同时还要以节省材料降低成本为要求之一精心设计。压料箱的底盘采用HT200,骨架采用角钢焊接而成,在角钢的四周应用钢板焊接组成箱体。为了满足强度的要求在箱体的外围焊接25mm宽扁钢作为加强肋板对压料箱进行加固。 4.4出料箱的设计 出料箱顾名思义主要用来暂时存放压实的秸秆包,工作人员对玉米秸秆压实包在此进行人工纵向穿丝捆扎,出料箱的骨架选材Q235焊接而成。 第五章 总结与展望 为期半年的毕业设计终于要告一段落了,毕业设计不仅仅是对自己大学以来所学知识的总结和运用,也是对自己是否能够熟练掌握书本知识的一个严峻考验。 本次毕业设计是对农业机械设计的一次浅藏辄止的探索,虽然设计的内容很浅显,但是我却从中学到了很多知识,对于以前模糊不清问题有了更清晰的理解。在论文设计过程中不仅锻炼了我独立思考并勇于解决困难的能力,同时在此次的毕业设计中通过翻阅文献资料我也自学了很多之前未能接触到的知识。秸秆打包机是一次机电一体化设计,分为总体结构设计、控制系统设计和液压系统设计。在总体结构设计中又分别对传送机构、压料箱、出料箱等进行了详实的说明。液压系统部分提供的压力强大,对秸秆压缩质量高。但本课题设计的秸秆打包机自动化程度不高,不能进行自动穿丝打包,效率较低,给工人增加了劳动强度。 在设计中遇到不少的困难,其中由于接触过秸秆打包机,没有切身的感受,对设计的造成了不小的困难。通过指导老师的帮助,以及大量的实物资料的补充,使自身不断得到了锻炼,同时也克服了一个又一个困难。 本次论文设计的玉米秸秆打包机太具有局限性,需要人工对整根玉米秸秆进行切割成规定的数值、需要人工进行收集及运输,虽然说相对于传统的玉米秸秆处理方式提高了经济效益,但是工作效率依然低下。目前在国外已经有在田间集收集、切割、打包一体的自动化设备。小时候看过中央电视台的一个新闻,新闻画面中浙江的一个农户面对上百亩成片的玉米秸秆且笑且愁的表情记忆犹新。我希望不久的某一天我们国家的农户再次面对汪洋般的玉米秸秆能够喜笑颜开,因为我们国产自动化设备已经普及。 设计即将画上一个句号。虽然自己设计的思路有不成熟的地方,有些地方甚至有可能出现些小的错误;但是这次设计使自身的机械专业素养得到了新的修业,有了明显的提高。设计的结束意味着自己从事机械事业的开始,前面的路对于我来说很长。 参考文献 [1] 李倩; 周一届; 顾瑞华, 农业开发与装备, Agricultural Development & Equipments, 编辑部邮箱 2008年 05期 [2] 李金明,苗晓婷;液压系统常见故障分析及排除方法[J].试验技术与试验,2006(1):66- 68 [3] 张晓娟; 刘玲; 王建东; 王云鹏, 机械传动, Journal of Mechanical Transmission, 编辑部邮箱 2002年 02期 [4] 杨春东; 中国棉花加工, China Cotton Processing, 编辑部邮箱 2001年 06期 [5] 张玉敏; 石河子科技, Shihezi Science and Technology, 编辑部邮箱 2007年 06 [6] 席占军; 液压气动与密封, Hydraulics Pneumatics & Seals, 编辑部邮箱 2008年 01期 [7] 马永贵, 钟史明.秸秆发电技术综述[J].沈阳工程学院学报( 自然科学版) ,2007, ( 7) : 201- 205. [8] 杨明韶, 毕玉革. 草类物料压缩试验研究中的突破性进展[J].农机化研究, 2005, ( 1) : 1- 5. [9] 王春光. 高密度压捆时牧草在压缩室内的受力和变形研究[J].农业工程学报, 1999, 15(4):55- 59. [10] 刘伟峰, 杨明韶, 马彦华.饲草料压捆机最大压缩力的分析研究[J].农机化研究2003, ( 10) : 70- 72. [11] M.O.Faborode, J.R.O’Callaghan. Optimizing the Compressing/Briquetting of Fibrous Agricultural Materials. J.Agric.Engng. Res. 1987,38:245- 262. [12] O’Dogherty M J.A study of the physical and mechanicalproperties of wheat straw[J].Agric Engng Res,1995,62- 133. [13] Linden D. Handbook on Batteries (2nd edition)[ M] .New York:McGraw- Hill,1995:108~110. [14] Contestabile M, Panero S, Scrosati B. A laboratoryscalelithium- ion battery recycling process[ J] .Journalof Power Sources,2001,92:65~69. [15] Sebastien Patoux, Marca M Doeff. Direct synthesis ofLiCo1/3Mn1/3Ni1/3O2 from nitrate precursors[ J] .ElectroCommun,2004,6:747~772. 致 谢 本次毕业设计是在我的导师马秋成老师的悉心指导和亲切关怀下完成的,从最初进行课题研究到最后撰写论文,在这些过程中无不都注入了老师的心血。在近三个月的时间里,老师渊博的知识、严谨的治学态度和勇于开拓、精益求精的工作作风使我受益匪浅,导师的教诲和启发,学生将终生难忘。在此,谨向付出巨大心血和辛劳的老师表示至诚的敬意! 无论是在平时的学习生活中,还是毕业设计的进行中同学都给予了我不少帮助和诚恳的建议,在此表示感谢。 在这里,我要特别感谢其他同学老师,多年来,没有他们的支持和鼓励,我就不可能坚持到现在,是他们给了我学习的动力和力量;没有他们的悉心照顾,我也不可能顺利完成学业! 最后,谨向所有给予我的关心、支持和帮助的所有老师、同学表示由衷的谢意! 本文档由香当网(https://www.xiangdang.net)用户上传

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    文档贡献者

    王***朝

    贡献于2020-12-23

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