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1、山东理工大学 毕业设计（论文）题 目： 自走式穗茎兼收玉米联合收 获机切碎抛送装置的设计 学 院：农业工程与食品科学学院 专 业：机械设计制造及其自动化学生姓名： 指导教师： 毕业设计（论文）时间：二一年 3 月 1日 6 月 17日 共 16周摘要玉米是我国三大粮食作物之一，各地都有种植。我国玉米常年种植面积约为0.25亿公顷，产量达1.2亿吨，秸秆产量也超过2亿吨。不论是对于提高粮食综合生产能力、确保粮食安全，还是对于满足日益增长的饲料需求，玉米种植都具有举足轻重的地位。为了促进农业的现代化，必须实行粮食生产的机械化，尤其应加快实现收获环节的机械化。但目前我国玉米收获机械化程度还不到10%
2、，这已成为玉米种植生产的瓶颈。本课题通过对现有玉米收获机的研究分析，比较其优缺点，设计出一种性能可靠、结构简单、布局合理的自走式穗茎兼收型玉米联合收获机。该收获机收割部分主要包括拨禾轮、摘穗单元、果穗输送装置、秸秆切碎器、搅龙输送装置和秸秆抛送装置。果穗输送装置配合下刮板式果穗升运器，将果穗输送到联合收获机后上方进行剥皮、暂存。通过UG对收割部件进行三维虚拟设计和装配，检测各部件设计参数是否合理，并检测各部件是否存在干涉等，以便更好的完成此次课题任务。研制出适合我国国情的自走式穗茎兼收型玉米联合收获机，对我国经济和农畜牧业的发展具有非常重要的现实意义。关键词：玉米 收获机 穗茎兼收 切碎器 搅
3、龙 抛送AbstractCorn is one of the three major grain crops in our country, and has planted throughout here and there. Chinas annual planted area is more than 25 million hectares, and the output of corn is up to 120 million tons, corn stalks is more than 2 million tons. Planting corn has an important pos
4、ition in increasing the comprehensive productivity of grain，ensuring food safety as well as meeting the demand of feedstuff. In order to promote agricultural modernization, we must implement the mechanization of grain production, especially should accelerate the realization of mechanized harvesting,
5、 However, our corn harvest mechanization level is very slow, it is less than 10 percent, and it becomes the weak link of the grain planting and production.This research starts on the basis of analyzing the merits and short comes of existing corn combine harvesters, is to design a new kind of dependa
6、ble performance and simple structure and rational layout spike-stalk-reaping backpack corn combine. This corn harvester mainly made up of distribute rotor、threshing unit、paddle screw conveyer、straw chopped device、screw conveyor and straw cast send parts. Grain conveyer cooperating with under-scraper
7、 lift-conveyer, conveyed earcorn to the back-above of corn combine harvester for skinning.Though the three dimensional virtual designing and assembling by using UG for the harvest parts, we can detection of the rationality of component parameters and interference of component. On this basis, we comp
8、lete the topic task better. This topic, developed the spike-stalk-reaping backpack corn combine harvester suitable for Chinas national conditions, has very important practical significance to our country economy and the agriculture and the development of animal husbandry.Key words: corn harvester sp
9、ike-stalk-eaping Chopped device screw conveyor straw cast send34目录摘要IAbstractII目录III第一章 绪 论11.1 课题的提出与意义11.2 国内外玉米收获机发展现状31.2.1 国外玉米收获机发展现状31.2.2 国内玉米收获机发展现状41.3 本课题的主要研究内容61.4 本章小结6第二章 秸秆切碎抛送方案的确定与初步设计72.1 切碎器的设计72.2 抛送装置的设计102.3 本章小结12第三章 秸秆切碎抛送装置的详细设计133.1 切碎器的参数设计133.1.1 切碎装置主要参数的确定133.1.2切碎器各部分
10、结构设计153.2 抛送装置的设计183.2.1 搅龙组件的设计183.2.2 抛送器的设计203.3本章小结23第四章 各部件的校核244.1 抛送轴校核244.2 轴承的校核284.3 键的校核284.4 本章小结29第五章 总结与展望305.1 总结305.2 进一步设想30参考文献32致 谢34第一章 绪 论1.1 课题的提出与意义玉米是我国三大粮食作物之一，常年种植面积约0.25亿公顷，产量达1.2亿吨，秸秆产量也超过2亿吨。分别占粮食种植面积的 21.1%和粮食总产量的 30%，在粮食生产中占有极重要的地位。同时，玉米也是优质饲料和医药、化工原料，玉米的籽粒、秸秆均是很有价值的资源
11、。随着我国人民群众生活水平的日益提高和改善，农牧业结构的进一步调整，作为主要饲料原料的玉米(籽粒、秸秆)需求量会大幅度增加，玉米生产将有一个大的发展和飞跃。搞好玉米生产加工对农业、农民、农村乃至整个国民经济的发展都具有重要意义。我国是人口大国，存在着人多地少的突出矛盾，粮食生产在很多地方都是一年两作。随着我国经济的快速发展，进城务工的农民是越来越多，农村劳动力向第二、三产业转移的步伐加快，在很多地方，农业生产劳动力的季节性短缺问题已经相当严重，特别是在农忙时节，劳动力的相对短缺和抢农时对劳动力的大量需求的矛盾比较突出。玉米收获的季节性强、劳动强度高、作业量大。加快发展玉米收获作业机械化，对于提
12、高作业效率，减轻劳动力生产强度，有效解决“抢收抢种”矛盾，确保玉米实现适时收获和小麦及时播种，实现玉米、小麦生产双丰收具有重大意义。不少地方依靠人力、畜力作业已经难以满足抢收、抢种的要求。因此，玉米的机械化生产特别是机械化收获就显得尤为重要。从耕地、播种和收获三个主要生产环节的机械化水平来看，收获机械化是最薄弱的环节，而玉米收获机械化则是这一薄弱环节中的薄弱环节。成了影响玉米生产机械化发展的瓶颈。据资料显示：全国的玉米机械化收获面积只占2%，而可作为饲料的秸秆60%66%以上被焚烧掉，只有14.7%20.1%的玉米秸秆经机械切碎还田，用于青贮的只有20%22%。玉米生产的发展拉动了机械的需求，
13、玉米生产机械化也将是我国农业机械化发展的一个新增长点。从我国第三步战略目标看，农业机械化的发展趋势，己由生产环节的机械化向全过程机械化发展。随着农村经济的不断发展和国家大幅度的惠农补贴政策的实施，激发了农民购机用机的积极性，继小麦联合收获全面推广的良好势态后，玉米联合收获机也得到了迅猛发展。玉米收获包括摘穗和秸秆处理两项工作。秸秆的处理有打捆、还田等方式。秸秆还田技术主要是机械化秸秆切碎直接还田技术，它是以机械的方式将田间的农作物秸秆直接切碎并抛洒于地表，随即耕翻入土，使之腐烂分解，从而培肥地力，实现农业增产增收。机械化秸秆还田技术具有显著的经济效益和社会效益。近几年，随着玉米秸秆还田作为持续
14、性生产措施，逐步得到普及并产生了很好的经济效益，但全面耕作中出现了一些问题，产生了负效应，具体表现在部分秸秆还田后的麦田出现出苗率低、苗黄、苗弱，甚至死苗现象，不但不增产，反而减产，分析其原因主要有以下几个方面。一、碳氮比失调秸秆本身碳氮比为6585：l，而适宜微生物活动的碳氮比为25：1，秸秆还田后土壤中氮素不足，使得微生物与作物争夺氮素，结果秸秆分解缓慢，麦苗因缺氮而黄化、苗弱，生长不良。二、秸秆切碎不符合要求有的地块切碎后的秸秆过长，其长度大于10厘米，不利于耕翻，影响播种。三、土壤大小孔隙比例不合理秸秆还田后，使土壤变得过松，大孔隙过多，导致跑风，上壤与种子不能紧密接触，影响种子发芽生
15、长，使小麦扎根不牢，甚至出现吊根现象。这也使得不少农民焚烧秸秆，进而造成了严重的空气污染，导致了诸如飞机不能起降、高速公路事故频发等社会公害事件的发生。在实现小康向更加富裕迈进的新时期，随着人民生活水平的提高，食物营养结构也在不断改善，农牧业结构将进一步优化调整，畜牧业比重将进一步增大，农牧业良性循环的发展将增大对饲料作物的需求。但由于我国草原资源有限，过渡的滥垦及放牧造成的草原退化、沙尘暴剧增等，使得生态环境急剧恶化，牲畜饲草需求的矛盾更加突出。因此大力开发茎杆资源，发展以茎杆为主要饲料的农区畜牧业，是我国畜牧业发展的重要途径。我国当前在秸秆饲料利用上，主要有四种方法：直接饲喂、经过青贮后饲
16、喂、氨碱复合处理以及生物处理。它们一般都需要经过铡切后再进行处理。铡切加工是适应牛、羊等反刍动物的饲养需要发展起来的一种对农作物秸秆的加工方法。作物秸秆经铡切加工后，改善了饲料的适口性，动物采食后，更容易消化吸收，从而提高了饲料的利用率。另外，为了方便运输、存贮和饲喂及其机械化的需要，也需要将饲料等切成一定长度的碎段。所以铡切是处理秸秆饲料的最基本而又重要的方法之一。一般说来，对于玉米秸秆的青贮或氨化，铡切是重要的预处理。首先，经过一定程度的铡切，可以增加秸秆的表面积，增大秸秆与氨化介质的接触面积，有利于氨化作用；能够更多地释放出秸秆内的汁液来，为青贮中乳酸菌的繁殖提供营养；其次，只有切得短才
17、能压得实，只有压得实才能最大限度地排除空气，从而抑制好氧菌的作用并为乳酸菌的活动创造一个良好的环境。此外，铡切或粉碎也是饲料、饲草配合或混合的必要预处理。所以，铡切是秸秆饲料加工中一个重要的操作。基于上述现状及原因，当前农民十分需要可实现秸秆粉碎并回收的机型。研制适宜我国国情的穗茎兼收型玉米联合收获机具有重要的现实意义。1.2 国内外玉米收获机发展现状1.2.1 国外玉米收获机发展现状1921年，第一台玉米联合收获机问世。在机械化程度较高的欧洲和美洲的某些国家，玉米机械化收获已有几十年的历史。目前，经济发达的国家都已经基本上实现了玉米收获的机械化。从总体设计上看，国外机型有两种基本形式：一种是
18、专用于玉米果穗的收获机，俄罗斯、乌克兰和东欧一些国家，由于玉米在收获期籽粒含水率高，不适合直接脱粒，故采用专用的玉米联合收获机收获玉米果穗，如乌克兰赫尔松康拜因联合收获机制造公司的kcky-6型玉米收获机，可以进行摘穗、果穗剥皮与青贮联合作业，实现穗茎兼收；另一种是在小麦联合收割机上配置专用的玉米割台，美国、加拿大等国家由于其种植地块大且多为一年一季种植，收获时玉米籽粒的含水率低，一般是在谷物联合收获机上换装玉米割台，采用直接脱粒的收获方式， 如美国的John Deere公司、Case公司、德国Mengle公司和道依茨公司等生产的玉米联合收获机，绝大部分是在小麦联合收获机上换装玉米割台，并通过
19、调节脱粒滚筒的转速和脱粒间隙进行玉米的联合收获。随着科学技术的不断发展，国外的玉米联合收割机正在向着大型化、专业化、通用性、高适应性、智能化和人性化方向发展。John Deere公司生产的大型谷物联合收割机配备的1293型玉米割台，一次可收获玉米达12行，割台总宽度达8m左右，联合收割机所配发动机的功率达250kW左右，生产效率高，适合大农场与大地块作业。法国布光公司是一家专业设计生产玉米整穗收获机械的企业，其产品在全球(特别是在欧洲)农机行业享有很高的声誉。该公司生产的2行、4行和6行糯玉米、种子玉米收获机可进行鲜食玉米收获，收获质量好，生产率高，但是价格昂贵。美国纯考普公司研制的收获机可配
20、备一行或两行玉米割台， 同时也可配备1.5m的油葵割台，实现了一机多用。随着全球定位系统、地理信息系统和遥感技术的发展，玉米收获机的智能化程度越来越高。智能化小区玉米收获机在收获过程中可将种子进行称重和计量，并测定其含水率，同时计算出于质量贮存，并迅速计算打印出小区的产量数据，再将整个试验小区试验的平均数、变异系数和显著性都由计算机计算出来，同时汇总成表。目前，Pixal1公司、Oxbo国际公司和John Deere公司等企业生产的联合收割机都安装了产量检测器，可在玉米收获后绘制出农场各个不同区域产量的直方图。此外，在考虑提高技术性能的同时更注重驾驶的操控性、舒适性和安全性。驾驶室内安装有空调
21、，提高了驾驶员的舒适性，缓解了环境恶劣造成的疲劳，增加了安全性。1.2.2 国内玉米收获机发展现状我国玉米收获机械研制起步较晚，50年代后才开始进行引进和研制，但在“文革”期间被迫中断。1971年全国农业机械化工作会议以后，玉米机械化收获掀起高潮，经历了从引进国外样机试用、仿制、改进到消化吸收、自行设计两个阶段，并取得了很好的成果。到目前为止，我国从事玉米收获机研制生产的单位有60多家，已开发研制出的机型有60多个产品。从整体情况看，目前生产玉米联合收获机除悬挂式（背负式）外，大都处于样机研制或试验阶段。各种机型仍需不断改进和完善，到大规模投入生产应用尚需一段时间。我国生产的玉米联合收获机按收
22、获工艺可分为两种：摘穗剥皮果穗收集茎秆粉碎还田(或收集)；摘穗果穗收集茎秆粉碎还田(或收集)。根据这两种收获工艺研制的机型有牵引式、悬挂式（背负式）、自走式和玉米割台等四种类型。1、牵引式玉米联合收获机牵引式玉米联合收获机式是我国最早研制和开发的机型，具有摘穗、剥皮、果穗装车、茎秆粉碎还田或收集等功能。该机型在收获作业时，拖拉机牵引玉米收获机顺垄行走，同时由拖拉机输出轴输出的动力驱动摘穗装置、切碎装置、升运装置、剥皮装置等各作业部件运动。此时，果穗先有摘穗装置拉断摘下，然后经升运装置输送到剥皮装置，剥皮后的果穗再经升运装置收集至拖车。摘穗后的茎秆由切碎装置切碎还田。由于收获机安置在动力机械的一
23、侧，所以作业前需要人工收割开道，加之机组较长，转弯半径大，因此作业地块较大才适应，虽然该机技术成熟，但难以适应当前农村一家一户小地块的种植模式，除在个别农场应用外，在广大农村应用较少。2、悬挂式（俗称背负式）玉米联合收获机悬挂式（背负式）玉米联合收获机是我国特有的一种玉米收获机械，它充分利用了拖拉机的动力和行走装置，提高了拖拉机的利用率。悬挂式（背负式）机型的收获工艺一般为：摘穗输送果穗装箱茎秆粉碎还田。在收获作业时，玉米果穗通过摘穗装置摘下，然后经过搅龙横向输送到升运器，再通过升运器将果穗收集到果穗箱，玉米秸秆在拖拉机碾压后通过粉碎装置切碎还田。该种机具具有结构简单、操作方便、机动灵活等特点
24、。与大型自走式玉米联合收获机相比，具有价格低廉的优点。其缺点是与拖拉机组装工作量大，机组作业时 驾驶人员舒适性差。3、自走式玉米联合收获机该机具有籽粒损失小、剥皮效果好、动力匹配合理、机动灵活等优点。适应性和可靠性比其他机型强。该机可一次完成多行玉米的摘穗、剥皮、果穗集箱、秸秆粉碎处理作业；机具的转向、割台升降、秸秆粉碎机升降都采用液压控制，方便省力；行走速度可根据作物长势或路面情况进行无级调节。提高了机具的适应能力；部分机型配置了电子监控系统，大大提高了使用安全性。由于机具采用全液压转向、行走无级变速、自动对行、转动部件转速显示、故障检测报警等先进技术，因此其技术水平已接近国际先进水平。但由
25、于机具结构复杂，需要较多的专用设备和工艺装备，加之生产企业受资金限制前期投入不够。因此，许多关键部件的精度难以保证，导致机具可靠性不高。4、玉米专用割台玉米专用割台是用于替换谷物联合收获机上的谷物收割台，从而将谷物联合收获机转变成玉米联合收获机。目前试验应用的主要是在自走式小麦联合收获机上将其割台换成玉米摘穗台。一次完成摘穗、输送和集箱等作业。图4为玉米割台工作原理简图。该机在工作时，分合器从玉米茎秆的下部插入行间将植株扶正，并引导茎秆进入两组回转的带拨齿的拨禾链。拨禾链将茎秆引入摘穗板和拉茎辊的工作间隙中，由相对回转的拉茎辊将其向下方强制拉出。果穗到达拉茎辊上方的摘穗板时，由于果穗直径大于摘
26、穗板的间隙，被阻挡在摘穗板上，而茎秆被拉茎辊继续向下拉引，果穗从而被摘离。已摘下的果穗再被送入联合收获机的脱粒装置，进而脱粒和清粮。换装玉米割台时，需依据玉米的尺寸、湿度等物理特性对脱粒、分离和清选装置作相应的调整。这种割台适应我国北方一年一作地区，目前该装置应用的较少。当前市场上正在试验示范的大都是不带脱粒的玉米割台，这种割台在一年两作地区市场前景看好。1.3 本课题的主要研究内容根据国内外玉米收获机的发展现状和为了满足我国农业对玉米收获机的要求，本论文对自走式穗茎兼收型玉米联合收获机割台部分进行了设计。该部分将拨禾轮、摘穗单元、果穗输送装置、秸秆切碎器、搅龙输送装置和秸秆抛送装置进行合理布
27、置，整合为一个整体，一次作业完成摘穗和秸秆切断抛送过程。本课题对自走式玉米联合收获机割台及升运器部分进行分析改进设计。课题的主要研究内容包括：1、对割台的主要部件进行理论分析，确定主要的结构和参数。主要部件包括拨禾轮、摘穗单元、果穗输送装置、秸秆切碎器、搅龙输送装置和秸秆抛送装置等；2、通过UG对割台部分进行三维虚拟设计和装配，检查设计的合理性，是否有干涉现象等，并提出进一步的设想。1.4 本章小结玉米是我国三大粮食作物之一，其生产对工农业的发展起着举足轻重的作用。但是其生产的机械化水平却一直很低，而且产生的大量茎杆也没有得到有效的利用。因此，急需研制一种集果穗收集和茎杆切碎回收于一体的新型玉
28、米联合收获机。长期以来，由于各地区的玉米种植行距不统一，收获工艺不同，机收成本高、机器可靠性和适应性差等诸多因素，严重影响了玉米收获机械在我国的推广使用。本文通过对国内外玉米收获机的现状和发展趋势的研究分析，研制出适合我国国情的自走式穗茎兼收型玉米联合收获机具有非常重要的现实意义。第二章 秸秆切碎抛送方案的确定与初步设计割台作为玉米收获机的核心部件，其结构和参数合理与否，直接影响着整机的作业质量、可靠性、功率消耗等。此切碎抛送装置正是为配置立式摘穗辊实现穗茎兼收而研制的，本文在接下来的篇幅里重点对切碎器、搅龙、抛送装置的选型、设计过程进行论述。2.1 切碎器的设计玉米秸秆坚硬、粗壮而且长度大，
29、单位面积产量高，它的切碎与抛撒（送）是耗能最大的作业之一，所以对秸秆切碎刀及切碎装置的研究始终是热门话题。目前，国内外的玉米收获机械研究人员提出了多种切碎结构和抛送方式。1 型转子式甩刀 苏联生产的KKX3型立式辊玉米联合收获机及我国生产的仿苏YS3型玉米收获机使用这种粉碎刀，如图2-1 所示。该刀配置在摘穗辊后方，其轴线与摘穗辊垂直，在转子轴上铰接有带三角刀片的刀架，每收割行共六把刀，每排三把呈 180对称分布。1、摘穗辊 2、定刀 3、转轴 4、甩刀 5、甩刀座 6、壳体图2-1 型转子式甩刀2 盘刀式切碎装置这种切碎装置由径向装在转盘上的平面刀组成，如图2-2所示。转盘直径较大，秸秆垂直
30、于转盘平面进到定刀上，被动刀切碎，然后由抛送叶片通过抛送筒抛入到运输车里，这种装置由于喂入宽度不能大于转盘半径，所以不能适应宽幅收割，此种切碎机型结构简单，传动方便，工作可靠，但地区适应性差，不适于在小垄距地区作业。因此，不适于应用在适应垄距范围广的玉米收获机具上。1、动刀 2、抛送板 3、刀盘 4、定刀图2-2 盘刀式切碎装置3 平面盘筒式切碎刀 此种刀型最常见于青饲料切碎机上，由于这种刀平面与轴线为倾斜配置，有良好的滑切作用，切段质量好，用于青饲收获机上，刀片有直接抛送作用，可将碎秸秆直接抛入饲料拖车，如图2-3所示。1、摘穗辊 2、动刀 3、壳体 4、定刀图2-3 平面盘筒式切碎刀4 滚
31、筒式平板曲刃切碎装置 4YLQ2B 玉米收获机最早使用此切碎装置，滚筒刀配置在摘穗辊后方，其轴线与摘穗辊平行，如图2-4所示。 1、转轴 2、上刀架板 3、切刀 4、下刀架板图2-4 滚筒式平板曲刃刀切碎装置5 曲面直刃盘筒式切碎刀 如图2-5 所示，此种刀型为平面盘筒式切碎刀的改型。两者之间最大的差别在于动刀片的形状。图2-5 曲面直刃盘筒式切碎刀滚筒式平板曲刃切碎器是我国近年首创并获得普遍推广的新型切碎器，主要由切碎滚筒，动刀，定刀和壳体组成。其主刀刃片与定刀片都是直线刃，而且为倾斜安装，切碎器的刀架一端大，另一端小，但动刀片刃线在回转时所形成的轨迹，并不是圆锥面，而是一个圆柱面，故刀片的
32、切割速度稳定，这可以提高切碎质量，而且具有安装方便、易于刃磨和便于调整切碎段长度等优点。滚筒式玉米青贮切碎器在畜牧业发展中得到了广泛的应用。再根据本设计配合立式摘穗辊到的需要和空间位置的限制，因此选择滚筒式平板曲刃切碎器。考虑到切碎器比较长，单排刀强度不够，同时为了减小冲击，降低割台的震动，使切碎效果更好，功耗降得更低，切碎器选择安装双排四把直刃斜装动刀进行切碎工作。这样可以使切段均匀，切割质量好，较高的生产率和较高的功率利用率，具体结构如图2-6所示。1、基板 2、定刀组件 3、动刀架 4、动刀 5、切碎器壳体图2-6 切碎器2.2 抛送装置的设计秸秆经滚筒切碎后，一般由抛送装置抛出机外，从
33、而进行回收青贮或直接还田。滚筒式切碎器机常用的抛送装置有直抛式和带有专用抛送器两种类型。直抛式切碎装置的切碎滚筒除完成切碎秸秆外同时还有抛送秸秆的功能，该方式为了保证物料的抛送距离，要求滚筒转速较高，功率消耗大，常用于中小型青饲收获机上。带有专用抛送装置的切碎器只需要完成切碎物料，抛送工作由专门的抛送装置完成。切碎滚筒与抛送器之间又有两种配置方式。一种是切碎滚筒与抛送装置间用横向螺旋输送器联接。物料经切碎滚筒切碎后，有螺旋输送器送入抛送器，然后被抛入挂车内。这种配置可使抛送器偏置在已割地一边，离挂车较近，可减少抛送损失，大多用于牵引式或自走式宽幅青饲收获机上。另一种是抛送器直接对接在切碎滚筒后
34、方，其结构较紧凑，大多用于自走式机型。考虑到本课题所设计的结构的限制，本论文中选用第一种抛送方式，如图2-7所示。秸秆经切碎器切碎后由搅龙输送至抛送器，然后抛送到挂车里。搅龙和抛送组件由轴承座1（左右两端各一个）支撑，搅龙由链轮2提供动力，抛送组件由链轮6提供动力。在本设计中，下抛送筒设计成由一个矩形入口逐渐过渡为圆出口的结构，如图2-8所示。采用这种设计有两个方面的原因：一是根据流体力学的原理，让出口断面积与入口断面积之间有一个抛送梯度比（），这样有利于物料的抛送；二是为了方便调整抛送筒的角度来调整物料最后的导出方向，此抛送筒方向的可以在45范围内调节。1、轴承座 2、搅龙链轮 3、搅龙焊合
35、 4、壳体 5、抛送组件 6、抛送链轮图 2-7 搅龙抛送结构示意图图 2-8 抛送筒结构示意图2.3 本章小结对现有的切碎器、搅龙抛送装置设计方案和工作原理进行分析，选择适合本课题设计要求的方案。完成了对秸秆切碎器、抛送装置的方案选择和初步设计。第三章 秸秆切碎抛送装置的详细设计3.1 切碎器的参数设计影响秸秆切碎器性能的因素很多，如动刀与定刀的配置关系、动刀片的滑切角、切碎滚筒的转速（切割速度）、定刀的性状、动定刀之间的切割间隙、刀片的刃角、物料的机械特性及喂入量等。采用平板刀，力求实现切碎性能稳定、功率消耗小、抛送性能好的特点。在制造方面，结构简单可靠、成本低廉。在能耗方面，相同效率下节
36、能显著。3.1.1 切碎装置主要参数的确定1切碎长度为了满足贮存和喂养的要求，应能获得不同长度的切段。 茎秆通过摘穗拉茎辊挤压，茎节被挤碎，切碎长度在 640 mm 即符合青贮要求。茎秆理论切碎长度，是指相邻刀片切断动作之间物料的进给量。切割长度可通过改变秸秆喂入速度、切碎器转速或刀片数目进行调整。结合切碎器顶圆的线速度，根据相关公式可计算出秸秆切碎的理论长度：式中： 为喂入速度，4m/s；为切碎器的转速，1500r/min；为滚筒单排安装的动刀片数量，4片。由此计算可得秸秆切碎长度理论值为=30mm。2动刀与定刀夹角 试验表明，滑切比砍切省力。主要有两方面原因：一是微观状态下刀刃为锯齿状，砍
37、切时饲草仅受压应力，滑切同时受压应力与张应力，而饲草的破碎张应力小于压碎应力；二是滑切时刀刃斜置，故单位长度刃口的切割阻力减小了。平板刀刀刃 AB 的运动轨迹为圆柱面。刃口曲线是圆柱被平面所切的椭圆曲线的一段，其结构参数如图3-1 所示。从图中可得到所切椭圆曲线的方程为：平板刀结构参数间的关系可用下式表示：。式中：Z为刀刃上 A 点的坐标值； 为倾斜角，平板刀刀面所在平面与滚筒中心线的夹角； R为切碎滚筒刀刃轨迹半径； 为平板刀刀刃上A点的安装前倾角。图3-1 平板形动刀在滚筒体上的结构参数从理论分析中我们可知：平板刀的安装前倾角是个变值，从A点到B点，值逐渐变大。当用沿滚筒纵长方向移动的磨石
38、磨锐刀刃时，可获得弧形刃口，这样的刀刃线回转起来是一个圆柱面。因此，平板刀式滚筒切碎器在动刀是平板刀，定刀是平板直刃刀的情况下，定刀安装位置正常而不倾斜，这样可获得一定的滑切角（此处也即挤推角），切割回转角也较大，故切碎器的性能较好。实验表明，角越大，其切碎性能越好，但抛送性能越差。因此在设计中，角的选取应在保证可靠抛送切碎物的前提下，尽量大一些。试验表明，对于含水率为 74%的玉米秸，保证抛送应满足条件5760。由图3-1 可知，倾斜角与滚筒长度或直径有关。由于受平板刀切碎滚筒的结构限制，倾斜角不可能取得过大，一般取斜角a =47，通过试验，我们取a =，以满足刀片的滑切性能。 3 滚筒其它
39、参数的确定 滚筒直径选定为300mm，宽度520mm。3.1.2切碎器各部分结构设计1动刀的设计动刀采用直刃平板刀，为了使动刀的稳定性更加可靠，动刀安装在动刀架上，动刀架焊接在动刀盘上，以减小工作过程中动刀的变形。动刀安装后应保持平整所以采用小半圆头低方颈螺栓连接。由于动刀是高速旋转件，为了增加可靠性，防止意外事故的发生，此处采用双螺母结构。动刀与外壳之间的间隙为2.5mm，动刀长度为259mm，宽度为80mm，如图3-2所示。动刀安装后动刀刃的运动轨迹程圆柱状。图3-2 动切刀刀刃由于磨损而变钝，作业质量下降，生产效率降低，功耗增加。因此，刀片除需要足够的强度、刚度和韧性外，还应具有很好的耐
40、磨性和一定的硬度。刀片一般用工具钢（T10、Cr12MoV）制成，刃部经热处理，淬火区宽度为刀片宽度的三分之一，淬火硬度为4552HRC或5258HRC；非淬火区硬度不得高于38HRC。应特别注意好动刀片的硬度和强韧性的关系，否则会造成动刀片急剧磨损甚至因脆性过大而发生断裂现象。同时，刀片刃磨表面粗糙度值为1.6m。刀刃应锋利，刃口厚度不大于0.2mm，不得有崩刃和裂纹等缺陷。从材料性能和经济性两方面考虑，65Mn钢是制造动刀的理想材料，但应采用合理的热处理工艺获得理想的金相组织与性能，如细化晶粒、合理的淬火（分级淬火、等温淬火、更换淬火介质等）和充分回火，降低内应力，获得耐磨性高的下贝氏体组
41、织、以实现强韧性和耐磨性的统一。热处理后的动刀片耐磨性优于T10和Cr12MoV材料制造成的刀片，因此，选用65Mn钢材作为动、定刀的刀片材料。2动刀盘的设计动刀安装在动刀架上，动刀架焊接在动刀盘上。为了防止动刀在旋转的过程变形过大而导致动刀被打坏，采用3个动刀盘。动刀盘焊接在管轴上，外径取275mm，两侧圆盘上开有4个开口，中间圆盘开有8个角开口，以便安装动刀架。动刀安装在动刀盘上后应有一定的滑切角，且动刀所在平面与轴线所在的平面有一定的夹角。经过计算得出滑切角为7.3，动刀所在平面与轴线所在平面夹角为。为了减轻转动件的质量，每个动刀盘上都均布开有6个直径为40的孔。如图3-3所示。1、下轴
42、头 2、下动刀盘 3、动刀架 4、动刀 5、管轴 6、中动刀盘 7、螺栓 8、上轴头图3-3 切碎器转动件3、管轴焊合为了减轻转动件的质量，节约材料，同时也为了增加动刀盘焊接的牢固性，切碎器转动件选择管轴。查询机械手册，选择第一系列的76的无缝钢管作为原料进行加工的到。两端采用45号钢车出轴头，轴径为30mm，选用UCP206进行支撑。如图3-4所示。4定刀组件的设计定刀组件主要由定刀、定刀架和引导板组成，如图3-5所示。为了便于调节切削参数，定刀上开有长孔，只需要松开定刀上的螺栓，调节定刀的位置即可达到目的。定刀引导板配合后壳体上的引导板，由茎辊喂入的秸秆引入切碎器进行切碎。支撑。如图3-3
43、所示。1、下轴头 2、下动刀盘 3、动刀架 4、管轴 5、中动刀盘 6、上动刀盘 7、上轴头图3-4 管轴焊合1、定刀架 2、定刀 3、定刀引导板 4、螺栓图3-5 定刀组件5切碎器壳体的结构设计为了便于秸秆的排出，外壳采用半封闭设计，即壳体两侧未完全封闭。外壳分为前后两部分，壳体间用螺栓连接。切碎器前壳体开有一道35mm宽的开口，以便秸秆的喂入。切碎器后壳体有一个200mm宽的出口，与横轴的夹角为。切碎器壳体两端盖的厚度取3mm，半封闭外壳取2mm。同时为了避免动刀运转过程中与外壳发生刮擦，动刀与外壳之间应有足够大的间距，取间隙宽度为4mm，则外壳的外径为314mm。外壳的最低点应与摘穗辊的
44、最低点大致在一个水平面上。同时前壳体弯折出引导板，与定刀引导板配合后引导由茎辊喂入的秸秆，图3-6所示。1、 后壳体 2、联接螺栓 3、前壳体 4、基板图3-6 切碎器壳体3.2 抛送装置的设计在切碎器的后方安装横向搅龙输送器，搅龙输送器另外一侧与抛送器相连。横向搅龙将秸秆收集器送过来的切碎秸秆全部输送到位于一端的抛送器，在抛送器叶片的高速旋转作用下，将切碎的秸秆抛出，抛送出去的秸秆回收青贮或直接还田。抛送器设计时，应注意能将秸秆加速到一定速度并将其抛出，一般采用搅龙和抛送器叶片组合使用。由于旋转的叶片没有强制输送能力，难以将秸秆输送到其中，搅龙具有强制输送和积压的能力，能将切碎的秸秆源源不断
45、地强制输送到抛送器叶片所在的腔体中。3.2.1 搅龙组件的设计搅龙组件主要由搅龙右轴承座、螺栓、搅龙链轮、搅龙管轴、搅龙叶片、搅龙左轴承座组成，如图3-7所示。动力从搅龙右端的链轮输入，经搅龙右轴承座带动搅龙旋转，从而将切碎后的玉米秸秆输送至抛送器。1 搅龙管轴的设计搅龙管轴原材料选择普通钢管第一系列的76mm钢管，长度为1205mm。这样既有利于减轻搅龙的重量，又为搅龙叶片的焊合带来方便，增加了焊合的牢固性、可靠性。1、搅龙右轴承座 2、螺栓 3、搅龙链轮 4、搅龙管轴 5、搅龙叶片 6、搅龙左轴承座图3-7 搅龙组件2 链轮的参数技术动力从搅龙右端的链轮输入，经搅龙右轴承座带动搅龙旋转，从
46、而将切碎后的玉米秸秆输送至抛送器。经过计算选择的型号为10A，满足设计所要求的力矩。计算项目计算内容计算结果选择链轮齿数小链轮齿数Z1=17传动比i=n2/n1=360/180i =2大链轮齿数Z2=i Z1=2*17取奇数Z2=35选取链节距初定中心距取a=12p链节数取=56传动功率=1.2 =0.887 =10.54kw链节距根据0.54kw、n1=300r/min 查出选用10A取=9.525mm确定实际中心距中心距取a=118mm计算作用轴上载荷链速0.81有效拉力=493.9N轴上载荷=1.21.2493.9=711.33.2.2 抛送器的设计青饲收获机的抛送装置主要由抛送器和抛送筒组成。抛送筒主要包括上抛送筒，下抛送筒和导向板等部分。切碎物由轴向进入抛送器，由切向抛出，经抛送筒抛入饲料挂车内。本抛送器主要由抛送轴、抛送器壳体、抛送叶片焊合、抛送链轮组成，如图3-8所示。动力经抛送链轮传至抛送轴，然后带到