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菠蘿葉粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)
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摘要
菠蘿葉作為一種重要的生物質(zhì)能源，在我國(guó)產(chǎn)量巨大，但至今卻一直沒(méi)有得到充分利用；本文根據(jù)菠蘿葉的生物學(xué)特性和力學(xué)特性，制定了菠蘿葉粉碎還田處理的工藝路線，在此基礎(chǔ)上對(duì)粉碎刀的類型、刀具的排布等一系列問(wèn)題進(jìn)行了綜合分析，設(shè)計(jì)了雙輥式菠蘿葉粉碎還田機(jī)，并對(duì)其總體結(jié)構(gòu)、工作原理與主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹；雙輥式菠蘿葉粉碎還田機(jī)與輪式拖拉機(jī)配套使用，通過(guò)一次作業(yè)即可實(shí)現(xiàn)菠蘿葉粉碎還田的目的，搶農(nóng)時(shí)、省勞力，具有較高的作業(yè)效率；本設(shè)計(jì)將為菠蘿葉的合理利用、菠蘿葉粉碎還田樣機(jī)試制及試驗(yàn)提供重要的理論參考。
關(guān)鍵詞：菠蘿葉；雙輥式；粉碎還田
目 錄
1緒論 1
1.1設(shè)計(jì)的目的與意義 1
1.2菠蘿葉粉碎機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀 1
2總體方案設(shè)計(jì) 2
2.1設(shè)計(jì)原則 2
2.2工作原理 2
3總體方案確定 3
3.1傳動(dòng)裝置的設(shè)置 3
3.2切碎裝置的設(shè)計(jì) 3
3.3粉碎裝置及刀輥的確定 3
3.4總裝配圖的設(shè)計(jì) 4
4 菠蘿葉粉碎作業(yè)原理分析 5
4.1菠蘿葉粉碎機(jī)作業(yè)運(yùn)動(dòng)分析 5
4.2菠蘿葉粉碎刀片運(yùn)動(dòng)方程 5
4.3菠蘿葉粉碎刀片運(yùn)動(dòng)軌跡 6
4.4菠蘿葉粉碎刀片的速度分析 8
4.5菠蘿葉粉碎刀片的加速度 9
5各裝置的參數(shù)選擇與計(jì)算 9
5.1菠蘿葉粉碎機(jī)主要參數(shù)的設(shè)計(jì) 9
5.2切碎部分傳動(dòng)設(shè)計(jì) 13
總 結(jié) 15
致 謝 17
參考文獻(xiàn) 18
畢業(yè)設(shè)計(jì)
1緒論
1.1設(shè)計(jì)的目的與意義
菠蘿又叫做鳳梨，是熱帶地區(qū)很有名的水果，含有豐富的維生素B，能夠緩解人的壓力、助消化。菠蘿含有的酵素有助食物中的生物質(zhì)的分解，利于人體吸收，飽餐之后來(lái)幾片鳳梨可去油膩、幫助消化，菠蘿中鉀含量高，適合做為高血壓患者烹煮食物的調(diào)味劑，以取代鹽的使用量【1】。我國(guó)菠蘿葉種植面積越60000平方米，菠蘿果實(shí)平均產(chǎn)量17t平方千米，莖葉120-150t平方千米。菠蘿葉除含約有3%的纖維外，還富含我們?nèi)梭w需要的大量微量元素。在菠蘿收獲后對(duì)于剩下的菠蘿葉的一般處理方法就是讓菠蘿葉在地里晾曬以后，直接用火對(duì)其植株進(jìn)行點(diǎn)燃然后還田。這種處理方式不但會(huì)讓環(huán)境遭到嚴(yán)重警告破壞，還使資源沒(méi)有得到很好的利用，最近的幾年在菠蘿葉多方面的開(kāi)發(fā)利用有了新的成果。以現(xiàn)在的狀況來(lái)看，菠蘿葉大部分還是用粉碎機(jī)粉碎拋灑于田間的方法，這樣的方法效率高、速度快，應(yīng)用和推廣起來(lái)會(huì)很方便。在廣東種植區(qū)菠蘿葉直接粉碎還田應(yīng)用比較多，相對(duì)是地勢(shì)平坦的地區(qū)，粉碎還田是目前菠蘿葉利用的主要形式、因此，菠蘿葉粉碎還田工藝與粉碎還田機(jī)械的研究具有重要意義。
1.2菠蘿葉粉碎機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀
1.2.1國(guó)外粉碎機(jī)械的發(fā)展?fàn)顩r
巴西、菲律賓等國(guó)家的菠蘿葉大部分用于粉碎還田。國(guó)外的莖稈還田機(jī)具結(jié)構(gòu)很大成分是具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作效率高等特點(diǎn)[2]。同時(shí)另有對(duì)徑稈根部進(jìn)行處理加工的整株莖稈粉碎還田機(jī)械。到現(xiàn)在為止國(guó)外莖稈還田機(jī)機(jī)械普遍向大馬力輪式拖拉機(jī)配套與寬幅的方面發(fā)展，寬幅莖稈粉碎還田機(jī)具采用液壓折疊的方式進(jìn)行運(yùn)輸。菠蘿葉粉碎機(jī)械是寬幅的狀態(tài)下，在有限的范圍內(nèi)能夠獨(dú)自仿形，是為了使工作范圍內(nèi)的根葉粉碎與生長(zhǎng)狀況相適應(yīng)。日本運(yùn)用的是在半入式聯(lián)合收割機(jī)的尾部加上粉碎草部件的方式，首次就可以完成整地和根葉粉碎。在大功率、多功能為主的粗飼料粉碎機(jī)具有優(yōu)勢(shì)的狀況下，西方國(guó)家比較著重制造小型粗飼料粉碎機(jī)，它特點(diǎn)是動(dòng)力消耗小、重量輕、體積小。粉碎刀片沿微銑意大利賽科公司的生產(chǎn)設(shè)備、螺旋線分布的小振動(dòng)、研磨均勻；英國(guó)艾里溫公司制造的36MKⅡ型稻草捆粉碎機(jī)，粉碎轉(zhuǎn)子只有六個(gè)鉸錘，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)能力為2t/h，研磨室的性能和結(jié)構(gòu)進(jìn)一步得到改進(jìn)提高[4]。
1.2.2 國(guó)內(nèi)粉碎機(jī)械現(xiàn)狀
如今菠蘿葉粉碎機(jī)現(xiàn)有的技術(shù)缺陷是可靠性和性能上還存在很大問(wèn)題，并且莖葉粉碎機(jī)的主要工作部件制造質(zhì)量都不高。所以菠蘿葉粉碎機(jī)的發(fā)展方向可以為：
（1)不斷完善和改進(jìn)現(xiàn)有的機(jī)型，增大制造機(jī)型的通用性，還田機(jī)和粉碎機(jī)實(shí)現(xiàn)一體化，一般機(jī)型的主要部件實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，如粉碎機(jī)的刀片、錘片、刀輥等；
(2)提高和改進(jìn)粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能。能耗低、設(shè)計(jì)使用加工性能高的粉碎發(fā)展的方向；
(3)延長(zhǎng)機(jī)械部件的工作壽命，提高各部件的工作質(zhì)量；
(4)進(jìn)一步達(dá)成田間機(jī)器作業(yè)的半自動(dòng)化和自動(dòng)化，然后降莖稈粉碎作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度，確保加工質(zhì)量，提高生產(chǎn)率，朝著大型聯(lián)合機(jī)械作業(yè)、大功率、目標(biāo)發(fā)展；
（5)因玉米秸、麥秸和菠蘿葉等莖稈稈樣式、物理機(jī)械特征都有差別，應(yīng)根據(jù)作物莖稈的不同和區(qū)域特制而設(shè)計(jì)加工適應(yīng)性較強(qiáng)的機(jī)具。
但是，國(guó)內(nèi)莖稈粉碎機(jī)依然無(wú)法開(kāi)脫部分技術(shù)問(wèn)題的困擾。問(wèn)題是設(shè)備性能差、可靠性低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴、調(diào)節(jié)試用不方便、生產(chǎn)率低、有針對(duì)性等。因此，迫切需要進(jìn)一步加強(qiáng)和改進(jìn)菠蘿葉破碎機(jī)的性能，和菠蘿葉粉碎機(jī)是一個(gè)不可替代的部分的莖稈破碎機(jī)。為次本論文著重對(duì)菠蘿葉粉碎機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和研究，進(jìn)一步希望在莖桿粉碎機(jī)領(lǐng)域研制出能耗低、生產(chǎn)效率高的機(jī)器，從而在莖桿粉碎機(jī)領(lǐng)域探索出一條新道路。
2總體方案設(shè)計(jì)
2.1設(shè)計(jì)原則
（1）該機(jī)由驅(qū)動(dòng)裝置、粉碎裝置、車輪、框架等主要部分組成，在完全剪切、碰撞、撕裂、壓碎后的離心力作用下，沿磨后的離心力作用下的聯(lián)合作用。
（2）整體機(jī)構(gòu)不要太復(fù)雜，各部件尺寸要合乎要求。部件運(yùn)行流暢，功耗小，切碎粉碎效果要最佳話。
2.2工作原理
本機(jī)是通過(guò)三點(diǎn)懸掛機(jī)構(gòu)把整機(jī)縣掛在拖拉機(jī)上，然后由拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出軸連接在菠蘿葉粉碎機(jī)的減速器輸入軸上，經(jīng)過(guò)二級(jí)減速器的減速效果，將減速動(dòng)力由減速器的輸出軸輸出連接在小皮帶輪上，經(jīng)過(guò)皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)兩個(gè)刀輥的高速旋轉(zhuǎn)，前刀輥為動(dòng)刀，后刀輥我們選用的是Y型的定刀。兩個(gè)刀輥的刀片按照一定的排布保證了粉碎時(shí)達(dá)到不重不漏的效果，首先前刀輥將地表的菠蘿殘珠進(jìn)行切斷然后甩入刀粉碎機(jī)內(nèi)，當(dāng)它流經(jīng)殼和定刀輥遭遇剪切，在下降的過(guò)程中定刀和動(dòng)刀同時(shí)作用從而達(dá)到切碎目的，在前刀輥甩刀，后刀輥定刀共同作用下對(duì)菠蘿葉進(jìn)行撕裂、碰撞、破碎，經(jīng)一系列操作后的碎葉片再經(jīng)離心力作用從而沿粉碎機(jī)后蓋板排除拋灑地面，完成最終要求的粉碎工作。
3總體方案確定
3.1傳動(dòng)裝置的設(shè)置
傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)目的主要有兩個(gè)：
（1）將拖拉機(jī)的動(dòng)力傳遞給粉碎裝置；
（2）按切碎粉碎的長(zhǎng)度要求達(dá)到速度匹配。
3.2切碎裝置的設(shè)計(jì)
切割的雙刀輥是菠蘿葉粉碎機(jī)的重要工作機(jī)構(gòu)，雙刀輥設(shè)計(jì)的是否合理，對(duì)消耗功率、粉碎效果以及機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的均勻程度有直接的影響，影響切碎性能的主要因素有：
(1) 切割的時(shí)候不要讓菠蘿葉和切刀產(chǎn)生滑動(dòng)，從而減低切割時(shí)所產(chǎn)生額外功率；
(2) 切刀切的時(shí)候不要產(chǎn)生動(dòng)蕩，菠蘿葉在與動(dòng)刀相遇的時(shí)候不要跑偏；
(3) 切割阻力矩要變化均勻。
3.3粉碎裝置及刀輥的確定
（1）目前現(xiàn)在農(nóng)田的切碎裝置按形式大致分為甩刀式、盤刀式和滾刀式三種。依據(jù)三種刀的不同特性以及優(yōu)缺點(diǎn)，我們所研究的菠蘿葉粉碎機(jī)選用Y型定刀和雙直式甩刀。高速旋轉(zhuǎn)的刀片雙直刀甩刀以切碎為主打擊為輔，且菠蘿葉面厚而油膩多纖因此采用多支撐切斷，在滿足符合的情況下，動(dòng)定刀的間隙要小，排列密度要大。該機(jī)所選用的刀片要經(jīng)過(guò)一系列的熱處理，從而具有的良好的抗沖擊性和耐磨性，對(duì)菠蘿葉具有較好的粉碎性能。
（2）刀輥則選用動(dòng)刀輥和定刀輥雙刀輥結(jié)合的復(fù)合刀輥。這樣的設(shè)計(jì)，可以減少機(jī)具作業(yè)次數(shù)，提高菠蘿葉的粉碎強(qiáng)度 ，該還田機(jī)采用了前動(dòng)刀后定刀式的雙刀棍結(jié)構(gòu)，在動(dòng)力輸出軸的帶動(dòng)下，兩個(gè)刀輥?zhàn)魍虻母咚傩D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。雙輥式菠蘿莖葉粉碎的刀輥布置如下圖所示，兩個(gè)刀輥分別為前刀輥、后刀輥，前面的甩刀輥起到撿拾和切削最后將菠蘿葉細(xì)碎到所要達(dá)到的目的，后刀輥是為了將菠蘿葉的徹底粉碎。最后在工作的過(guò)程中將甩刀的回轉(zhuǎn)半徑與地表相切；，再在后刀輥的表面安裝定刀，為了減少功耗與地面保持一定間隙。
圖3-1 總裝的三維圖
3.4總裝配圖的設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，從而確定了總裝配如下圖所示：
1.車輪 2.側(cè)板 3.定刀輥 4.傳動(dòng)帶 5.彈簧 6.張緊輪 7.動(dòng)刀輥 8.連桿
圖3-2總裝配圖
4 菠蘿葉粉碎作業(yè)原理分析
4.1 菠蘿葉粉碎作業(yè)運(yùn)動(dòng)分析
菠蘿葉粉碎機(jī)是在東方紅954的的牽引下進(jìn)行的菠蘿葉粉碎作業(yè)，在拖拉機(jī)前進(jìn)的過(guò)程中粉碎機(jī)也在同步運(yùn)行，因?yàn)椴ぬ}葉是呈蓮花狀生長(zhǎng)的，粉碎機(jī)在接觸菠蘿殘珠的同時(shí)粉碎機(jī)的前刀輥首先將菠蘿殘珠向一側(cè)偏斜，然后由甩刀與地面接觸，因?yàn)榧羟辛Φ淖饔茫鬯闄C(jī)的橫梁在到達(dá)A點(diǎn)時(shí)（見(jiàn)圖4-1）甩刀作用菠蘿根部，在斜向上的牽引力和高速旋轉(zhuǎn)的刀輥的離心力綜合作用下將植株拔出地表，然后隨著刀輥和側(cè)板、頂板的共同作用下將拔出的殘珠卷到菠蘿葉粉碎機(jī)的兩個(gè)刀輥之間，最后經(jīng)過(guò)動(dòng)刀、定刀的相互切削、摩擦、碰撞、撕扯等方式將菠蘿葉粉碎，拋灑于地表。
圖 4-1菠蘿葉割刀示意圖 圖4-2菠蘿葉粉碎示意圖
4.2菠蘿葉粉碎刀片運(yùn)動(dòng)方程
菠蘿葉粉碎還田機(jī)是一種由拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)粉碎刀輥旋轉(zhuǎn)來(lái)完成不同粉碎作業(yè)的機(jī)具。它的刀軸采用反轉(zhuǎn)（從機(jī)具的右側(cè)看，轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较颍┑倪\(yùn)動(dòng)形式方式，是一種橫軸臥式反向旋轉(zhuǎn)機(jī)械。在進(jìn)行田間粉碎作業(yè)時(shí)，其主要工作部件（菠蘿葉粉碎還田刀片）的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)是由兩種簡(jiǎn)單運(yùn)動(dòng)合成而得到，即回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和直線運(yùn)動(dòng)，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為相對(duì)運(yùn)動(dòng)，直線運(yùn)動(dòng)為牽連運(yùn)動(dòng)?；剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是刀刀片工作過(guò)程中，隨刀軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，圍繞刀軸軸心旋轉(zhuǎn)所形成的運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)是相對(duì)于刀軸軸心參考系的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，（記其速度為相對(duì)速度Vr，即刀尖的線速度）；另一種運(yùn)動(dòng)是刀軸軸心參考系隨機(jī)組前進(jìn)時(shí)具有的直線運(yùn)動(dòng)（記其速度為牽連速度Ve，即機(jī)組的前進(jìn)速度）。
故，刀片刀尖的絕對(duì)速度Va的運(yùn)動(dòng)矢量方程為：
Va=Ve+Vr （4-1）
如果知道刀片的旋轉(zhuǎn)角速度ω 、回轉(zhuǎn)半徑R、機(jī)器的作業(yè)速度Ve時(shí)，經(jīng)由一系列運(yùn)算，就可以求出它的軌跡方程。刀片的運(yùn)動(dòng)軌跡是由刀尖M點(diǎn)連續(xù)運(yùn)動(dòng)形成。以垂直向上為y軸的標(biāo)準(zhǔn)方向，以機(jī)器工作的方向?yàn)閤軸的標(biāo)準(zhǔn)方向，旋轉(zhuǎn)刀軸的軸心O為兩坐標(biāo)軸的交叉點(diǎn)即原點(diǎn)（如圖4-3所示），建立二維坐標(biāo)系。
4-3刀片運(yùn)動(dòng)軌跡圖
以M點(diǎn)在x軸正半軸時(shí)，時(shí)間t的起點(diǎn)，則在t瞬時(shí)，刀尖點(diǎn)M（x，y）坐標(biāo)可表示為：
（4-2）
式中：
ω——刀軸（菠蘿葉粉碎還田刀片）回轉(zhuǎn)角速度（rad/s）；
R——菠蘿葉粉碎還田刀片回轉(zhuǎn)半徑（mm）；
Ve——機(jī)組前進(jìn)的速度（m/s）；
ωｔ——菠蘿葉粉碎還田刀片轉(zhuǎn)角（rad）。
通過(guò)整理（4.2）式，便可以得到M點(diǎn)的軌跡方程為：
（4-3）
在旋耕機(jī)研究中，通常引入旋耕速比（刀片刀尖的相對(duì)速度與牽連速度比）λ以便于問(wèn)題得解決，借鑒于此。
則用數(shù)學(xué)公式表示為：
（4-4）
將由式（4.4）的代入式（2.3），整理后便可以得到刀尖M點(diǎn)的軌跡
（4-5）
式（4.5）所表示的曲線為擺線，由此說(shuō)明，菠蘿葉粉碎還田刀片在作業(yè)過(guò)程中運(yùn)動(dòng)軌跡是擺線。
4.3 菠蘿葉粉碎還田刀片運(yùn)動(dòng)軌跡
通過(guò)對(duì)刀尖M點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行分析，建立了軌跡方程，由軌跡方程可知，與菠蘿葉粉碎還田刀片的運(yùn)動(dòng)軌跡的形狀相關(guān)的參數(shù)為：機(jī)組前進(jìn)速度Ve、刀尖M點(diǎn)的回轉(zhuǎn)半徑R、刀軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω 有關(guān)。由式（4-4）可知，當(dāng)R、Ve和ω 變化時(shí)，即λ 取值范圍變化時(shí)，刀尖M點(diǎn)的軌跡曲線有以下特點(diǎn)：
圖4-4 不同λ對(duì)應(yīng)的通用刀片運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖
（1）當(dāng)時(shí)刀片工作軌跡如圖4-4（A）、（B）所示。刀片的運(yùn)動(dòng)方向在任何位置都與機(jī)具的前進(jìn)方向相同，運(yùn)動(dòng)軌跡呈無(wú)扣短幅擺線狀，刀片只能對(duì)菠蘿葉進(jìn)行一次粉碎，不能對(duì)菠蘿葉進(jìn)行反復(fù)的沖擊揉搓。機(jī)組在進(jìn)行菠蘿葉還田作業(yè)時(shí)的速度在0.7～2m/s之間，若刀片以小于2m/s的速度，沖擊砍切菠蘿葉，則不能對(duì)菠蘿葉進(jìn)行粉碎，達(dá)不到菠蘿葉粉碎還田的目的。
（2）當(dāng)時(shí)刀片工作軌跡如圖4-4（C）所示。由圖可知，刀片在工作過(guò)程中，軌跡曲線是一條余擺線，其所包羅部分存在重合，當(dāng) λ 越大時(shí)，余擺線橫弦也越大，重合部分面積越大。當(dāng)機(jī)組前進(jìn)速度為0時(shí)，即λ 無(wú)窮大時(shí)，刀片的運(yùn)動(dòng)軌跡為一圓，此時(shí)橫弦最大，等于2R。
由以上分析可知，當(dāng)λ 越大時(shí)，刀片在工作過(guò)程中，能夠?qū)Σぬ}葉進(jìn)行多次沖擊揉搓，有助于提高機(jī)具的粉碎效果；刀片旋轉(zhuǎn)到特定角度范圍時(shí)，刀片刀尖的絕對(duì)水平運(yùn)速度為負(fù)值，此時(shí)刀尖的運(yùn)動(dòng)方向與機(jī)組前進(jìn)方向相反，刀片有菠蘿葉有向后拋撒的作用，有利于菠蘿葉均勻的散布在地表。
4.4 菠蘿葉粉碎刀片的速度分析
菠蘿葉粉碎還田刀在作業(yè)時(shí)，刀片沖擊揉搓秸稈過(guò)程中，所經(jīng)各處的運(yùn)動(dòng)速度和加速度是不完全相同。刀片的絕對(duì)速度是一個(gè)隨時(shí)間變化而不斷變化的的變量。通過(guò)式（4-2）對(duì)時(shí)間t進(jìn)行求導(dǎo)，可得到刀片沿x軸和y軸的速度方程，見(jiàn)式子（4-5）
(4-5)
由式（4.5）能夠得到刀片的絕對(duì)速度va（沖擊菠蘿葉的速度），表示為：
（4-6）
由式（4.6）可知:
刀片轉(zhuǎn)動(dòng)到此位置時(shí)，刀尖(刀片)絕對(duì)速度達(dá)到了極值點(diǎn)，分別為最小值和最大值。為保證整機(jī)的粉碎效果，必須使刀尖的最小速度不小于粉碎菠蘿葉所需要的最小速度30m/s即 Va=Vr-Ve大于等于30m/s。刀尖的最小值可表示為如式（4-7）所示。
(4-7)
由于：
（4-8）
故，當(dāng)?shù)都獾幕剞D(zhuǎn)半徑R確定時(shí)，刀尖的線速度（相對(duì)速度）Vr 只與刀軸的轉(zhuǎn)速n相關(guān)： (4-9）
將式（4.9）帶入到式（4.7）中
(4-10)
(4-11)
當(dāng):Vmin =30m/s；Vmax =2m/s（當(dāng)菠蘿葉粉碎還田機(jī)田間作業(yè)時(shí)，機(jī)組的前進(jìn)速度在0.7～2m/s之間）； R=250mm時(shí)，刀軸的最小轉(zhuǎn)速為1223r/min
因此，若想保證菠蘿葉粉碎還田的作業(yè)質(zhì)量，必須保證機(jī)具刀輥轉(zhuǎn)度達(dá)到1223r/min以上。為了得到良好的菠蘿葉粉碎質(zhì)量和較高的整機(jī)作業(yè)效率，實(shí)際菠蘿葉粉碎過(guò)程中刀輥轉(zhuǎn)速不低于n=1400r/min。
4.5菠蘿葉粉碎刀片的加速度
當(dāng)菠蘿葉粉碎還田刀的刀軸以角速度ω 勻速旋轉(zhuǎn)，機(jī)組以恒定速度v 前進(jìn)時(shí)，刀片刀尖只存在指向刀軸中心的向心加速度a 。則對(duì)刀片的速度方程組（4-5）求導(dǎo)，就能夠得到刀片的分加速度方程：
由此可知，刀片刀尖的絕對(duì)加速度為：
5各裝置的參數(shù)選擇與計(jì)算
5.1菠蘿葉粉碎機(jī)主要參數(shù)的設(shè)計(jì)
5.1.1回轉(zhuǎn)直徑與粉碎室寬度
在已經(jīng)知道所需要的生產(chǎn)率的前提下，能夠使用公式
式中G——為生產(chǎn)能力 t/h
D——為轉(zhuǎn)子直徑 m
L——為轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度 m
——為物料粉碎前的密度t/m3 ，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取0.26t/m3
由于生產(chǎn)能力G=18.2m3/h ，經(jīng)計(jì)算，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子直徑D=500mm，轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度L=800mm，粉碎室寬度B=900mm。
5.1.2粉碎功率的確定
在已知刀片的最大回轉(zhuǎn)直徑D和粉碎室寬度B的乘積可由以下經(jīng)驗(yàn)公式求得（機(jī)械工程手冊(cè)第11卷）：
式中 KC——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，常用Kc=0.55-0.75
N——粉碎機(jī)功率kw
u——刀片回轉(zhuǎn)線速度m/s；粉碎菠蘿葉時(shí)u一般取50m/s
計(jì)算取N=30kw，從而選擇拖拉機(jī)的功率和模型。再根據(jù)高速旋轉(zhuǎn)的要求，選擇了東方紅954拖拉機(jī)動(dòng)力。滿載轉(zhuǎn)速為720r/min。
5.1.3菠蘿葉切入的設(shè)計(jì)
菠蘿葉的位置對(duì)機(jī)器的切入性能有很大的影響。切入方式可分為切向切入或軸向切入。本粉碎機(jī)采用的是切向切入方式。切線進(jìn)入的三個(gè)情況：起點(diǎn)方向的交點(diǎn)和結(jié)束的葉片軌跡切線或偏差。相切或相交，好的葉片材料抓取性能好，但如果相交太深，就會(huì)出現(xiàn)返料現(xiàn)象，且機(jī)械負(fù)荷波動(dòng)較大。切入線與刀片運(yùn)動(dòng)軌跡想離時(shí)，雖不返料，但物料也不易被刀片抓取，切入性能差。所以本次設(shè)計(jì)選取的是相交式的設(shè)計(jì)。
圖5-1切入方向與刀片運(yùn)動(dòng)軌跡
的相對(duì)位置
5.1.4刀片的選擇
粉碎機(jī)刀片的形狀有多種，見(jiàn)圖5-2。其中以長(zhǎng)方形刀片的使用壽命長(zhǎng)；階梯型刀片性能好；一種適用于破碎較多的纖維飼料的是一種急性角形葉片；適用于粉碎骨頭、貝克和礦物的是組合式葉片。
（a） （b） （c） （d）
a-長(zhǎng)方形刀片 b-階梯形刀片
c-銳角形刀片 d-組合形刀片
圖5-2 刀片的形狀
刀片的厚度與所選物品的種類有個(gè)很大關(guān)系；研磨谷物類一般選用的刀片厚度為2～4mm；各種作物根莖稈用約為6mm；骨頭、貝殼等用=6～10mm。故根據(jù)經(jīng)驗(yàn)去刀片厚度=5mm。刀 片粉碎用65Mn鋼，兩段工作區(qū)熱處理后硬度HRC56～62。
綜合考慮各種因素，最終確定選a型長(zhǎng)方形的刀片，其示意圖如圖5-5。
圖5-3長(zhǎng)方形的刀片
刀片的尺寸可由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
D為轉(zhuǎn)子直徑，a，b，c為上圖所示尺寸
經(jīng)過(guò)計(jì)算，確定a=100mm，b=50mm，c=38.5mm。
5.1.5刀片的數(shù)量和分布
刀輥上刀片數(shù)量的多少對(duì)索要粉碎物品的質(zhì)量和效率有非常重要的影響，每一個(gè)刀片所承擔(dān)的勞作面積和密度也有關(guān)聯(lián)，合理刀片的數(shù)據(jù)由正交試驗(yàn)得到，并以刀具分布狀況來(lái)衡量，我國(guó)是一種低密度的粗磨，高密度的細(xì)磨。由試驗(yàn)的數(shù)據(jù)我們可以得出了這樣一組關(guān)系式，關(guān)系式為：
式中 B——粉碎室寬度(m)；
D——轉(zhuǎn)子直徑(m)；
z——刀片數(shù)；
b——刀片厚度(m)；
ε——為常數(shù)，一般取1.0～2.3
由于刀片厚度b=3mm，經(jīng)過(guò)估算，取ε=2.08，比較合適，得到z=24。
5.1.6刀片排列方式的確定
目前粉碎機(jī)刀片的排布有以下集中，主要有對(duì)稱排列，螺旋線排列，交錯(cuò)分布三種。三種排列的優(yōu)缺點(diǎn)如表5-1：
表5-1刀片排列方式的優(yōu)缺點(diǎn)
排列方式
缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
螺旋線排列
該螺旋線設(shè)置在破碎腔的一側(cè)，葉片不平衡，平衡性差。
刀片在轉(zhuǎn)子上排列均勻，相鄰兩刀片的水平距離相等，對(duì)物料的重復(fù)打擊次數(shù)少。
對(duì)稱排列
兩個(gè)刀片走一條直線，重復(fù)打擊次數(shù)增多。為了提高效率，我們必須增加葉片數(shù)量，增加耐磨零件和鋼材的消耗量。
平衡性能好，物料在粉碎室內(nèi)分布均勻。
交錯(cuò)排列
破碎室材料交錯(cuò)排列的現(xiàn)象會(huì)使我們刀片使用壽命變短，破碎不穩(wěn)定等現(xiàn)象。
葉片力函數(shù)在平面上，平衡性能好，機(jī)械工作是振動(dòng)小。
考慮到各方面的情況，我們發(fā)現(xiàn)，葉片分布的對(duì)稱布置更適合于這種設(shè)計(jì)，所以葉片選擇對(duì)稱布置的選擇，如下圖5-4所示
圖5-4 刀片轉(zhuǎn)子
5.2切碎部分傳動(dòng)設(shè)計(jì)
5.2.1動(dòng)力輸出的選擇
在前面粉碎機(jī)功率的選擇確定中已經(jīng)確定了東方紅954拖拉機(jī)為源動(dòng)力輸出。獨(dú)立輸出轉(zhuǎn)速是720r/min。
5.2.2傳動(dòng)比的分配
已知經(jīng)減速器減速的轉(zhuǎn)速n1為360r/min。主軸轉(zhuǎn)速可由如下公式求得：
（5-1）
式中： u為刀片回轉(zhuǎn)線速度（m/s）
D為轉(zhuǎn)子工作直徑（m）
N為主軸轉(zhuǎn)速（r/min）
，所以傳動(dòng)比。
5.2.3軸的選擇計(jì)算與校核
V帶傳動(dòng)效率取η=0.96，則
P2=P1×η=37×0.96=35.52kw
N2=1911r/min
（5-2）
初步確定軸最小直徑：
軸的最小直徑的估計(jì)，根據(jù)公式。所選軸的材料為45鋼，淬火和回火處理。根據(jù)表15-3，取A0=126，于是得：
mm （5-3）
輸出軸的最小直徑是軸的第一段，它和帶輪過(guò)盈配合。
按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算：
這種方法是只通過(guò)軸的扭矩來(lái)計(jì)算軸的強(qiáng)度；如果不受彎矩的影響，應(yīng)當(dāng)考慮減少允許的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力的方法。之后對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度的校核時(shí)按照彎扭強(qiáng)度計(jì)算，強(qiáng)度不夠再進(jìn)行調(diào)整。
軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：
（5-4）
式中：——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa；
——軸所受的扭矩，N·mm；
——軸的抗扭截面系數(shù)，mm3；
——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa；
——軸傳遞的功率，kW；
——軸的轉(zhuǎn)速，r/min。
實(shí)心軸的抗扭截面系數(shù)計(jì)算式為：
（5-5）
式中：d—軸的直徑；
由公式可得軸的直徑
得：35.52mm。這樣求出的直徑，只能作為承受扭矩作用的最小直徑dmin ，取dmin=40mm。
Ⅰ-Ⅱ之間裝帶輪，Ⅱ-Ⅲ之間裝軸承端蓋及軸承，Ⅲ-Ⅳ之間裝刀片及分隔板，Ⅳ-Ⅴ之間裝軸承及軸承端蓋，Ⅴ-Ⅵ之間裝端蓋。
根據(jù)周向定位要求確定各段長(zhǎng)度與直徑：
1.為了滿足軸上帶輪的配合并符合最小直徑要求，設(shè)計(jì)DⅠ-Ⅱ=60mm，LⅠ-Ⅱ=60mm。
帶輪右邊軸端固定用軸肩固定，所以選擇DⅡ-Ⅲ=65mm，LⅡ-Ⅲ=5mm。
2.初步選擇滾動(dòng)軸承。根據(jù)DⅡ-Ⅲ=60mm，設(shè)計(jì)DⅢ-Ⅳ=60mm，因此選用深溝球軸承6311型。其大小d×D×B=55mm×60mm×29mm。取LⅢ-Ⅳ=46mm。
3.由于Ⅳ-Ⅴ段是為與轉(zhuǎn)子配合的軸，結(jié)合轉(zhuǎn)子的尺寸和壁厚，所以取=205mm，設(shè)計(jì)D=60 mm
4.軸Ⅴ-Ⅵ左邊設(shè)計(jì)軸肩，目的是做轉(zhuǎn)子的軸端固定。取DⅤ-Ⅵ=55，設(shè)計(jì)LⅤ-Ⅵ=30mm。
5.軸Ⅴ-Ⅵ是為了安裝端蓋用的，故同樣取DⅥ-Ⅶ=40mm，LⅥ-Ⅶ=30mm。
設(shè)計(jì)的軸總長(zhǎng)為1500mm。如下圖所示。
圖5-5 粉碎軸結(jié)構(gòu)示意圖
按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度：
很據(jù)日常的生活經(jīng)驗(yàn)，取α=0.8，W=0.1d3
故安全。
總 結(jié)
該說(shuō)明從各個(gè)方面講了一下菠蘿是怎么生長(zhǎng)的、菠蘿有什么用處、菠蘿葉有事怎么被處理的等一系列關(guān)于菠蘿的問(wèn)題，雖然我們可能都吃過(guò)菠蘿但是卻不一定見(jiàn)過(guò)菠蘿是如何生長(zhǎng)的，本文也算給自己和大家普及了一下關(guān)于菠蘿方面的小知識(shí)。本文主要介紹的是關(guān)于菠蘿葉粉碎機(jī)是如何設(shè)計(jì)的，在設(shè)計(jì)的時(shí)候要注意什么一起我們所設(shè)計(jì)的菠蘿葉粉碎機(jī)要滿足一個(gè)什么樣的要求，為此我看了不少相關(guān)的書、上了好多網(wǎng)站去了解了菠蘿和粉碎機(jī)相關(guān)的東西。本機(jī)主要有傳動(dòng)裝置、粉碎裝置和機(jī)架等組成。菠蘿葉粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)中，切碎裝置是一個(gè)關(guān)鍵部位，關(guān)系到整機(jī)的切碎效率和質(zhì)量等技術(shù)問(wèn)題。本機(jī)切碎裝置采用雙刀輥破碎，破碎能力強(qiáng)，定刀和動(dòng)刀的排列首先保證了對(duì)菠蘿葉切時(shí)的不重不漏。
為了這次設(shè)計(jì)我也充分體驗(yàn)到了作為一個(gè)將要畢業(yè)的大學(xué)生，自己學(xué)的東西還是那么的欠缺，給自己的設(shè)計(jì)也帶來(lái)了不少的阻力。書到用時(shí)方恨少，設(shè)計(jì)的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)當(dāng)我們上大一、大二的時(shí)候那些老師交給我們的專業(yè)知識(shí)是多么重要，然后我們大部分卻只是為了應(yīng)付考試，在考試后的很短時(shí)間內(nèi)有又東西大部分都還給了老師，自己卻沒(méi)有真正的理解，在此也為老師辛勤的付出說(shuō)聲對(duì)不起。萬(wàn)不得已的我必須重新的去學(xué)習(xí)當(dāng)初自己落下的知識(shí)，或許其中的酸甜苦辣只有經(jīng)歷過(guò)了才會(huì)體會(huì)，當(dāng)然因?yàn)樵O(shè)計(jì)時(shí)候要用到許多專業(yè)的知識(shí)，光靠自己并不能完全的理解其中的精華所在，所以說(shuō)也麻煩了不少次親愛(ài)的老師們和同學(xué)們，我的成長(zhǎng)也有你們的光環(huán)，在此謝謝您們。
在設(shè)計(jì)的時(shí)候因?yàn)橛卸S圖和三維圖，為此自己在電腦上也安裝了相關(guān)的二維和三維軟件，因?yàn)榘姹镜膯?wèn)題也安裝了不少次，在此期間也給自己腦補(bǔ)了不少關(guān)于計(jì)算機(jī)的知識(shí)?？蓱z之人必有可恨之處，當(dāng)時(shí)的我就像一個(gè)跳梁小丑顯得是那么可笑，現(xiàn)在也理解了為什么提倡活到老學(xué)到老的那種精神。
通過(guò)這次設(shè)計(jì)我知道了自己的不足，也知道了在以后生活中該怎么辦、該拿一種什么樣的態(tài)度去對(duì)臺(tái)生活，經(jīng)歷了這么多也算給自己好好上了一課。
致 謝
本論文是老師的悉心指導(dǎo)下完成的，老師不僅給我提供了指導(dǎo)性的意見(jiàn)，平時(shí)更是非常關(guān)心論文進(jìn)展的情況，督促、指導(dǎo)我們完成論文。自始至終給我們著無(wú)微不至的照顧，在我們最需要的時(shí)候總是默默的為我們付出。在此，向老師表示最真摯的謝意。導(dǎo)師那嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的態(tài)度，科學(xué)求實(shí)的精神及為人處事的優(yōu)秀品質(zhì)使我不僅在學(xué)術(shù)方面，而且在做人處事方面都受益匪淺。另外我還要感謝在設(shè)計(jì)過(guò)程中幫到我的身邊同學(xué)、老師，正是通過(guò)與大家的相互討論學(xué)習(xí)，加深了我對(duì)知識(shí)的理解和運(yùn)用。白駒過(guò)隙，大學(xué)四年就這樣悄無(wú)聲息接近尾聲，四年來(lái)我見(jiàn)識(shí)了很多，也學(xué)習(xí)到了很多。修人修性、修身修德，常懷一個(gè)感恩的心，四年里留下了太多的回憶，也有太多的不舍，懷揣一個(gè)感恩的心，心中對(duì)自己的老師、同學(xué)、學(xué)校以及所有幫助過(guò)自己的人有太多的留戀。千言萬(wàn)語(yǔ)匯成一句話：感謝我的生命中有您們。
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