一种树枝粉碎机的设计.docx
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一种树枝粉碎机的设计
吉林农业大学
学士学位毕业设计
说明书
题目名称：
树枝破碎机设计
学生姓名：
付达
院系：
工程技术学院专业年级：
12级农机
指导教师：
初立东职称：
副教授
2016年5月23日
吉林农业大学
2016届本科毕业设计（论文）材料目录
学院
班级
学号
学生
姓名
成绩
指导教师姓名
导师团
成员姓名
工程技术
农机二班
付达
初立东
毕业设计
（论文）题目
树枝粉碎机的设计
序
材料名称
份数
备注
1
毕业设计（论文）正文
1
2
毕业设计（论文）任务书
1
3
毕业设计图纸
12
4
开题报告（含综述或参考文献翻译）
1
5
中期检查表
1
6
指导教师评阅意见表
1
7
同行教师评阅意见表
1
8
答辩记录表
1
毕业设计（论文）电子文档
1
档案编号
备注
摘要
随着人们对环境意识的日益增强,对环境的要求也越来越高,城市废弃树枝的随意堆放及焚烧被逐渐禁止,废弃树枝的处理及综合利用成了城市园林及环卫部门亟待解决的问题。
经过国内外众多科研单位多年的研究和探索，树枝的切碎技术取得了突破性的进展，树枝粉碎机械也从而得到了前所未有发展。
输送机构也从以前的手动式喂入转变为更先进带传动的输送方式，这样既能减少人力劳动，也更能提高效率。
本文对国内外的一些树枝粉碎机的技术特点进行了分析，了解了树枝粉碎效果的因素，以及现有树枝粉碎机产品的优缺点，并在其基础上设计了一台树枝粉碎机，希望对树枝粉碎机的发展能提供一些参考。
本树枝粉碎机能够碎直径最大为200mm以内的树枝，采用“浮动”式喂入机构，使其能适应不同直径的树枝。
该机器工作平稳，安全可靠，操作方便，加工效率高。
并且对该机器还附带了牵引机构，便于移动作业。
关键词:
环境树枝粉碎机喂入机构输送机构
Abstract
Alongwiththepeopletothegrowingenvironmentalawareness,environmentalrequirementsarealsogettinghigherandhigher,citybranchofrandomstackingandburninghasbeenbanned,processingandcomprehensiveutilizationofwastebranchesithasbecomeurgenttosolvecitylandscapingandsanitationsectorproblems.Aftertheresearchandexplorationinmanyresearchinstitutionsathomeandabroadformanyyears,shreddingTechnologyBranchmadebreakthroughprogress,branchpulverizingmachinerywhichhasbeenhithertounknowndevelopment.Conveyingmechanismfromthemanualbeforefeedingintothedeliveryofmoreadvancedwayofbelttransmission,whichcannotonlyreducethehumanlabor,butalsocanimprovetheefficiencyof.
Technicalcharacteristicsofsomebranchgrinderathomeandabroadthispaperanalyzed,understandingthefactorsbranchpulverizingeffect,advantagesanddisadvantagesofexistingbranchmillproducts,andthedesignofabranchcrusheronthebasisofdevelopmentofthebranchdisintegrator,hopetoprovidesomereference.MotoKimiecrushercancrushthelargestdiameterwithin200mmbranches,the"floating"typefeedingmechanism,sothatitcanadapttodifferentdiameterbranches.Themachineisstable,safeandreliable,convenientoperation,highprocessingefficiency.Andthemachinealsocomeswithatractionmechanism,convenientmobileoperation.
Keywords:
Environment,branchdisintegrator,feedingmechanism,conveyingmechanism
第一章绪论
1.1课题研究背景，目的及其意义
城市绿化过程中，每年都要修剪下来大量的树枝。
修剪下的树枝形状各异、大小不等、粗细也不均匀，收集整理十分的不便。
由于树枝蓬松，运输效率很低，所以费时又费力，而且运输安全性较差。
而运出的树枝，部分被送到垃圾场，部分被烧掉。
虽然树枝处理了，但环境却被污染了，而且也浪费了人力物力。
因此树枝处理不但是令市政部门头疼的问题，也是工厂、学校、小区、果园等等每年都要面临的问题。
将树枝就地粉碎，不仅可以节省运输的成本、减少树枝堆积用地、净化环境，而且削片粉碎后的枝叶碎渣还可以用于生产有机堆肥，改良土壤，进行循环利用；或加工成制浆造纸和生产人造板所需的工艺木片；或进行粉碎后再利用，制作成压缩燃料块或作为裸露地覆盖物，能变废为宝。
近年来，树枝削片粉碎处理悄然兴起，这不仅大大地改变了以往靠人力处理枯枝落叶的模式、加快了树枝树叶的处理速度，而且节省了费用，还减轻了工人的劳动量，成了树枝处理必然的发展趋势。
因此，我认为研制树枝粉碎机，对提高树枝处理效率、扩大树枝的用途、提高树枝的利用率、节约资源、美化环境具有十分重要意义和必要性。
1.在粉碎理论方面：
传统上学者一直认为物料进入粉碎室后受到锤片的正面冲击，受冲击的物料撞向齿板或筛片，然后反弹到锤片上，多次重复此过程。
同时物料被旋转的锤片和固定的筛片摩擦粉碎。
前西德的Friedrich教授利用高速摄影首次证实了物料进入粉碎室后受到的是偏心冲击而不是传统上认为的正面冲击。
中国农机院通过实验得出了粉碎机比功率及粉碎物料的几何平均值之间的关系；此外还得出粉碎机度电产量与筛孔直径的关系。
2.物料环流层：
为了破坏环流层，近年来出现了水滴形粉碎机。
水滴型粉碎机是将普通锤片粉碎机的粉碎室从圆形变为了水滴形，这样既增大了粉碎室筛板的有效筛理面积，又能破坏物料在粉碎室形成环流，有利于粉碎后物料排出粉碎室，粉碎效率有所提高。
另外水滴型粉碎机有主粉碎室和再粉碎室，物料在粉碎室内可形成二次打击，同一台粉碎机就能实现粗、细、微细3种粉碎形式。
但这种粉碎机体积较大、制造复杂、成本较高，适合于综合性饲料厂使用。
粉碎室有圆形和水滴形之分，粉碎室为圆形时，容易形成环流层，不利于出料，而粉碎室为水滴形时较易破坏环流层。
内蒙古农业大学的刘文广、刘伟峰研究使用异型筛（非圆形）破坏环流层、提高效率，原理与使用水滴形或椭圆形粉碎室一样，但仍存在筛片磨损的问题。
3.粉碎机设计理论
孙红彬等研究了立式粉碎机的工作原理及结构，对立式粉碎机的结构设计做了阐述，包括喂料装置、下料叉管等。
张乾能、宗力利用UGNX的三维建模功能，建立粉碎机的三维模型。
同时，用UGNX的模型分析和运动仿真模块，对粉碎机进行分析，提高了设计的可靠性，并对锤片进行了有限元分析，找出了锤片的危险截面。
黄石市饲料公司的徐新武对饲料粉碎机的吸风系统进行设计与研究，通过生产实践证明产量比原来提高73%，粉碎机无灰尘外溢现象，排料口吸风罩运转正常，粉碎机温度低，电机负荷小。
4.粉碎机性能影响因素
天津理工学院的董坚挺等建立了锤片式粉碎机转子组振动的力学模型及数学模型,分析了其固有频率及在额定转速下的振幅与其它参数的关系,为锤片式粉碎机在设计、制造、安装3个环节减少设备振动提供理论依据。
因此，树枝粉碎削片机，对提高树枝等燃烧农作物处理效率、扩大树枝的用途、提高树枝等农作物废料的利用率、节约资源、美化环境具有重要意义。
1.2基本情况
随着人们环境意识的日益增加，对环境的要求越来越高，城市废弃树枝的随意堆放及焚烧被逐渐禁止，废弃树枝的处理及综合利用成了城市园林及环卫部门亟待解决的问题。
城市绿化过程中，每年都要修剪下大量的树枝。
修剪下的树枝形状各异、大小不等、粗细不均，收集整理十分不便。
由于树枝蓬松，运输效率低，费时又费力，而且运输安全性差。
而运出的树枝，部分被送到垃圾场，部分被烧掉。
虽然树枝处理了，但污染了环境，浪费了人力物力。
因此树枝处理不但是令市政部门头疼的问题，也是工厂、学校、小区、果园等每年都要面临的问题。
将树枝就地粉碎削片，不仅可以节省运输成本、减少树枝堆积用地、净化环境，削片粉碎后的枝叶碎渣还可以用于生产有机堆肥，改良土壤，进行循环利用；或加工成制浆造纸和生产人造板所需的工艺木片；或进行粉碎后再利用，制作成压缩燃料块或作为裸露地覆盖物，能变废为宝。
近年来，树枝削片粉碎处理悄然兴起，这不仅大大地改变了以往靠人力处理枯枝落叶的模式、加快了树枝树叶的处理速度，而且节省了费用，还减轻了工人的劳动量，成了树枝处理的必然发展趋势。
因此，研制树枝粉碎机，对提高树枝处理效率、扩大树枝的用途、提高树枝的利用率、节约资源、美化环境具有重要意义。
树枝粉碎机主要由输送机构、喂入机构、粉碎机构、行走机构、悬挂机构、机架等组成。
本间就主要是进行总体方案的确定并对输送机构、喂入机构、粉碎机构、行走机构、悬挂机构、机架等进行设计，喂入机构采用的事南京农业大学朱思洪教授的“浮动”式喂入机构。
粉碎机构的设计依据是传动轴获得动力后，驱动刀盘和粉碎刀片在机壳内做旋转运动，物料不断的被投入、削片和粉碎，最后经排料机构排出。
树枝粉碎机的核心部分在粉碎机构，粉碎机构的好坏直接决定了树枝粉碎的效果，树枝粉碎机的粉碎部分的工作过程主要是刀具与树枝相互运动的过程，也就是树枝被切削的过程。
显然，木材切削力与木材的材料性质之间依然有密切的联系。
然而，到至今为止，有关切削方面的研究结果基本上集中在有关木材切削力与木材的密度、木材含水率以及木材硬度之间的关系上，有关木材切削与木材密度之间关系方面的内容较少。
这是因为木材的密度，不但与木材的力学性质有密度的关系，而且是一种难以测得的物理性质。
因此，木材切削力与木材力学性质之间究竟有怎么的关系，还有待进一步的研究与深入。
1.3选题的设计思想，设计方法及改进
本课题要求设计的树枝粉碎机主要用于粉碎小径级的废料和树枝等农作物废料,粉碎出的碎料也是用于制造肥料等,对削片质量要求不高.故设计结构简单,移动方便和便于操作.针对这些要求,设计飞刀为对称分布的长刀,以满足最大切削直径和力矩平衡的要求。
设想该树枝粉碎机粉碎的碎屑最大长度10mm，根据设计要求，进料口和出料口有了改进，刀盘保持一定的厚度加大其转动惯量，以防止切削过程中刀盘转速波动太大。
由发动机的功率要求确定树枝粉碎机的生产能力，计算出合适的飞刀数量和切削功率以及切削力。
飞刀的伸出量能够调整，保证切削质量。
由于进料方式为水平进料，故设计进料槽为方形进料口，长度较长，保证长树枝也能顺利进料。
进料槽的结构型式也比较简单，以使其安装方便，并便于加工。
普通树枝粉碎机的工作噪声高达110dB左右。
为了减低噪声降低噪声，本设计采用以下方式：
加厚机罩体的厚度，以提高隔声效果。
1.4预期结果
本树枝粉碎机机，结构紧凑合理，零件加工方便，操作简便，生产能力大，碎片合格率高，废料质量还可以适当调节，单位废料产量能耗低，用一般的牵引机车即可拖动和运输，适用于城市林业业废料的处理等，是国内将农作物废料转化为有机肥，纸业原材料，处理小型树枝木材的理想设备。
第二章国内外树枝粉碎机的现状
2.1国内外树枝粉碎机的发展现状和趋势
我国树枝粉碎机于20世纪60年代开始研究，70年代中期开始研究伐区木片生产工艺设备，80年代国家设立“伐区树枝木片生产设备及工艺的研究”攻关课题，进行了系统研究，取得了一定成果。
进入90年代，木片生产得到了快速发展，木材削片机制造业也随之进一步发展。
目前已至少有30多家生产削片机的厂家，生产20多种型号的木材削片机。
我国目前所用的削片机主要有以下几种型号：
（1）BX117C盘式削片机;
（2）BX1107/4盘式削片机;（3）BX116盘式削片机;（4）BX1108/3盘式削片机;此外，还有极少量的BX1710B盘式削片机和BX1112盘式削片机等。
至于树枝粉碎机，我国常州市林机厂及其它生产企业在90年代就曾研制过多种机型，功率一般为3-5kW，但都未推广，主要原因都是功率太小，只能削小树枝，径级到30~40mm就削不动，无法满足使用要求。
国外大规模的木片生产始于60年代，近年来发展很快，不仅产量迅速增加，而且在一些国家，如日本、前苏联、美国等国已发展成为木材工业部门中的一个独立体系。
在瑞典、芬兰等国则成为木材加工企业中不可缺少的组成部分。
而且国外树枝削片机的性能也比国内要好一些，这主要表现在其产品型号齐全，功率强劲，外形美观，操作方便，噪声低，人性化设计等。
如美国的百莱玛设备公司的产品威猛系列切枝机。
其中威猛BC600XL型就是一款高产量、大功率的切枝机，它具有独创的外观设计和驱动系统，具有同类产品中最大的进料口。
从细小的树枝到直径150mm的树干，BC600XL型切枝机都能从容应付。
其较大的动力和宽阔的进料口使其功效超卓，并可省去大量的对树枝的预先修理时间。
近年来，国外树枝粉碎机的研制有了进一步的发展，主要是增加辅助进料槽；增加进料槽的截面积；铰接式安装进料槽；侧面出料（木片）；减少飞刀尺寸和角度，并且装刀多刀化；飞刀夹装在刀盘上，并呈螺旋线安装；刀盘悬臂式装配；降低削片机噪声；增设第二底刀以及使其多刃化；可调节生产率的削片机；改进切削机构和进给方式以及适应不同原料的削片的专用、通用、以及削片机组和削片生产线。
2.2现有产品的优缺分析
通过对目前市面上几款树枝粉碎机的了解，做出归纳的出，现有树枝粉碎机的特点如下：
（1）基本都配有电机或柴油机，这样可以适用于固定作业或者野外无电区作业；
（2）在机架上设计有行走机构，可有汽车或拖拉机牵引行进，使用场所较多，无需人工搬运；
（3）采用合金刀具，安装角度合理，切碎效率高，使用寿命长；
（4）设有过载安全装置；
（5）操作方便、简单、维护快捷；
（6）结构合理、紧凑、性能稳定、切碎质量较好。
虽然现在的科学技术发展迅速，树枝粉碎机产品也是伴随着科技进步的步伐一起很快的更新换代，但是很多产品还是存在着一些不足，这些缺点需要经过不断的研究分析后才能得到慢慢的解决。
下面在对市场上现有的树枝粉碎机的缺点进行罗列和分析：
（1）噪声
噪声问题一直是机械设备无法避免的问题，任务的机械的运行都会产生一定的噪声，噪声产生的原因很多，比如动力系统的运作产生的噪声，机架工作装置的噪声，彻底的消除噪声是不可能的，噪音只能通过某些措施进行降低。
根据对树枝粉碎机噪声产生传播的分析，控制噪声主要从以下3个方面实施：
一是对噪声声源的控制；二是对噪声传播途径的控制；三是对噪声接受者的保护。
其中对噪声声源的控制是最根本的，也是最直接的措施，但是对噪声源难以进行控制，就需要在噪声的传播途径中采取措施，比如吸声，隔声，消声，减震及隔振等措施。
（2）振动
振动是在机械加工过程中，因机械，机床工件或道具发生周期性的跳动。
加工过程中如发生振动，会使工件已加工表面上出现条痕或者布纹状痕迹，使得表面光洁度显著下降，还会使机械机床、夹具中的连接零件松动，缩短机床的寿命，影响工件在夹具中的正确定位。
此外，由于振动，势必降低切削速度，损坏切削工具，降低生产率，造成噪声污染。
机械产生振动的原因有很多，根据树枝粉碎机出现的振动现象表现形式，分析原因，大致如下：
①树枝粉碎机回转件不平衡所引起的周期性变化的离心力。
如由于电机或卡盘、皮带轮回转不平衡引起的。
②树枝粉碎机传动零件缺陷所引起的周期性变化的传动力。
如因刀架、主轴轴承等传动零件的制造误差而引起的周期性振动。
③切削过程本身的不均匀性所引起的周期性变化的切削力。
如车削多边形或表面不平的工件及在车床上加工外形不规则的毛胚工件。
④往复运动部件运动方向改变时产生的惯性冲击。
如平面磨削过程的方向改变或瞬时改变机床的回转方向。
⑤有外界其他振源传来的干扰力。
在锻造车间附近，因空气锤的振动引起其他机床的振动，甚至共振。
机械消减振动的措施：
①对树枝粉碎机的高速回转的零件进行动平衡或设置自动平衡装置。
或采用减振装置。
②调整轴承及镶条等处的间隙，改变系统的固有频率，使其偏离激振品率；调整运动参数，是可能引起受迫振动的振源频率，远离机床加工薄弱模态的固有频率。
③提高传动装置的稳定性。
④动力源与机械和机床本体分置在两个基础上以实现隔振。
常用的隔振材料及隔振器有橡胶隔振、泡沫橡胶、毛粘等等。
⑤隔离外来振动的影响，采取隔振措施，如在电动机底座和垫板之间垫上具有弹性的木板或硬胶皮等。
上述2个缺点也是一般机械普遍需要解决的难题，同时树枝粉碎机还存在其他的缺点，但是这些缺点并不会影响树枝粉碎机的正常使用也不会对树枝粉碎机的粉碎效果有干扰。
缺点与优点是并存的，在一定条件下甚至是相互转化的。
是要我们认真研究，这些问题都可以得到相依的解决。
相信在不久的将来，树枝粉碎机将是一台多功能，高效率，低污染，低成本的普及农用机械，为我们美好的生活添砖加瓦。
2.3一般树枝粉碎机的结构
树枝粉碎机是一台连贯工作的机械，它的运行具有连续性，协调性。
这种工作特点是由树枝粉碎机的自身结构所决定的，树枝粉碎机只要由输送机构、喂入机构、粉碎机构、排料机构、悬挂机构、机架等组成。
输送机构、喂入机构、粉碎机构、排料机构、悬挂机构、机架这几个部件是树枝粉碎机必不可少的部分。
喂入机构是连接输送机构和粉碎机构的中间机构，而粉碎机构是整台树枝粉碎机的核心部分，也是最难设计和研究的部分，驱动机构是树枝粉碎机的动力源，整台机器的运动能力都应该是由驱动机构提供的。
行走机构、悬挂机构等都是一些辅助的机构，可以使树枝粉碎机在使用的过程中更加的方便。
2.4树枝粉碎机的工作原理
树枝粉碎机的工作原理很简单，就是将上述各个机构结合在一起，同时运行就可以了。
首先由动力机构分别给输送机构、喂入机构、粉碎机构、排料机构提供动力，然后是从输送机构开始，将树枝输送至喂入机构，再有喂入机构进入粉碎机构进行粉碎，最后通过排料机构排除废料。
如图2-1
图2-1树枝粉碎机的原理图
2.5国内外树枝粉碎机产品
目前，市场上的树枝粉碎机主要有以下几种：
1、SFJ-8.0树枝粉碎机（如图2-2）
由北京农业机械实验室鉴定推广站研制的SFJ-8.0树枝粉碎机为双道喂入式树枝粉碎机，主要由驱动装置、粉碎刀盘、双喂料桶等组成。
工作时，直径为20-75mm的树枝条通过粗枝料筒喂入，经过削片后进入粉碎室，被高速旋转的锤片打碎成木屑，然后筛片清选，碎木屑从出料口被高速抛出。
若直径在20mm以下的树枝条可以通过细枝料筒喂入粉碎室，树枝被切成50mm左右的料段，然后进入粉碎室锤击粉碎成木屑，最后经过筛片的筛选，碎木屑从出料口高速抛出。
该树枝粉碎机适用于中小枝条的粉碎。
图2-2SFJ-8.0树枝粉碎机
2、牵引式树枝粉碎机（如图2-3）
该种类的树枝粉碎机的主要组成结构是：
料斗、控制杆、喂料机构、切碎机构、排料机构、驱动机、行走机构、悬挂机构、机架等组成。
能够主要粉碎园林或城市街道修剪下来的树枝。
由于树枝修剪工作的作业范围大，树枝粉碎机需跟随修建一起作业，因此需要拖车牵引行走。
修剪下来的树枝直径相差较大，最粗的可达到200mm以上。
所以切碎机的功率一般在30kw以上。
该类型的树枝粉碎机工作可靠，稳定性高，在粉碎直径较大的树枝时生产效率较高，但机器的杂音较大，是该机器的劣势。
图2-3牵引式树枝粉碎机
3、FS型枝条粉碎机（图2-4）
该机使伊春林科院为粉碎林区藤条灌木所研制的一台小型粉碎机。
其特点是功率小，机构简单，移动较为方便。
加工时，将藤条灌木投入到进料口。
旋转刀盘上的叶片转动形成气流，使直接推动木片作圆周运动形成气流，木片就沿着机壳切线的方向被抛到下一道工序进行粉碎。
图2-4FS型枝条粉碎机
第三章主要技术参数的确定与计算
树枝粉碎机的设计和计算根据树枝粉碎机的各个机构不同特点来进行的，分别有输送结构、喂入结构、切碎结构、排料结构、行走结构等。
3.1输送机构的设计计算
3.1.1输送机构的计算
（1）输送带的选择
①输送带宽度的选择
因为输送的物料为树枝所以选取带宽B=500mm的输送带，托辊的直径D=80mm，托辊的辊子的转速为955（r/min）
②输送带速度的选择
V=10m/s,K=1.00
③输送带宽度和输送能力
根据任务书的要求输送带的输送能力不小于500kg/h。
④输送带型号的选择
选择CC-56的输送带，帆布层数为4
电机选择：
Y90L-4额定转速1400r/min额定功率1.5kw质量27kg
（2）输送带张力和强度，垂度的校核
①输送带最大张力的近似计算
在水平或者较小的倾角输送，单滚筒传动，整体制动较小的简单情况下的，可按照下式进行计算
Fmax=Fwζ（1+1/eμα-1）
式中Fmax—输送带最大张力（N）
ζ—启动洗漱，可取1.3—1.7
e—自然对数的底数，e=2.718
μ—输送带与驱动滚筒之间的摩擦系数
α—围包角（rad）
查非标准机械设备设计手册可知
μ=0.35—0.45；取μ=0.4
ζ=1.5；α=1.74rad；
所以Fmax=505╳1.5╳（1+1/e0.4*1.74-1）
=1510.69
≈1511（N）
②输送带强度，垂度的校核
输送带强度的校核可以按照公式
Z≧Fmaxn/Bσ
式中Z—衬垫层数；
B—带宽（mm）；
σ—带芯强度[N/（mm/层）]
n—安全系数
Z≧1511*8/500/56=1.73
输送带的带宽强度满足。
输送带垂度校核是对输送带的最小张力进行校验，因此，有载区段输送带最小张力F'min，无载区段舒总带最小张力F"min分别满足
F'min≧[F'min]=5（q+q0）1'cosβ；
F"min≧[F"min]=5q0l"cosβ
式中β—输送机的倾斜角（度）
经计算校核后满足强度要求。
3.1.2输送带托辊滚轴和轴承的设计选择
（1）输送带托辊转动轴的选择计
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