毕业设计论文小型秸秆压捆机结构设计.doc
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1、摘 要本次设计主要是对小型秸秆压捆机进行设计。这种机械是之前没有接触过的,在设计初期,查阅了大量的资料,了解压捆机的相关结构后,确定了本次设计的压捆机的结构方案。结构方案确定之后,对每个结构进行细化,并结合机械设计的知识,根据任务书的要求,将每个结构计算定型。最后,将所设计的内容进行整理,编写设计说明书,并绘制相关零部件的二维图。本次设计根据我国的实际需要,在目前的设计研究基础上,并结合了现有的压捆机压缩理论,利用现代理论与设计方法改进了小型秸秆压捆机的设计。关键词:秸秆;压捆机;结构设计;全套图纸加V信153893706或扣 3346389411ABSTRACTThis paper is m
2、ainly on the small straw baling press design.This kind of machinery is not before contact, in the early design, consult a lot of data, after the relevant structure of the decompression baler, determine the design of the baler structure.After the structure scheme is determined, each structure is refi
3、ned, combined with the knowledge of mechanical design, according to the requirements of the task book, the calculation of each structure is finalized.Finally, the contents of the design are sorted out, the design specification isprepared, and the 2d drawing of relevant parts is drawn.According to th
4、e actual needs of our country, based on the current design and research, combined with the existing compression theory of baler, the design of small straw baler is improved by using modern theory and design method. In addition, this paper also analyzes the benefit of the baler, based on the design o
5、f the small straw baler.KEY WORDS:Straw; Baling machine; Structural design; 目 录第一章 绪论41.1研究背景和目的41.2秸秆压捆机的分类41.3国内外研究现状4第二章 压缩理论72.1压缩理论的研究概况72.2秸秆压缩理论研究112.2.1秸秆压缩过程研究112.2.2压缩力的分析11第三章 秸秆压捆机结构方案设计133.1 压捆机的结构组成133.2拾捡机构142.3输送喂入机构143.4输送喂入参数设计153.5压捆室的参数设计153.6 压缩成型机构163.6.1 压缩机构方案163.6.2 压缩成型装置参数
6、计算173.7密度调节机构203.8减速器的设计20第四章 压捆机的效益分析214.1生态效益214.2社会效益224.3经济效益22总 结24参考文献25致谢27第一章 绪论1.1研究背景和目的我国的农作物产量巨大,在国际上产量也是首屈一指。由最新的研究数据显示,目前我国现有世界排名第二的的各天然草地,约3.93亿平方米,占国土面积41.7%。同时我国每年生产约6.4亿吨的秸秆,成为了当之无愧的秸秆大国。1如何将秸进行处理,这是一个一直在进行探讨的问题。自非常久远的年代起,劳动人民就将秸秆进行就地焚烧处理,这不仅对环境造成了极大的污染,还更是对资源的浪费。而如今的科学技术相比以前得到了巨大的
7、提升,我们思考问题也更加具有深度而不是浮于表面。如何更加绿色健康无害的处理秸秆,让它对环境的影响降低至最小,甚至是变废为宝,这是一个值得不断探索的话题。目前很多国家都已经逐渐地将秸秆进行二次利用,但是因为秸秆比较松散,密度较小,所以造成了运输的困难。要想解决秸秆的再利用问题,那么秸秆的运输是一个首先需要被攻克的难题。本次设计就是针对秸秆的运输问题设计一台小型的秸秆压捆机,将秸秆打包成高密度的草捆之后进行运输再利用,如果能够批量生产,那么对秸秆的二次利用有着很大的帮助。1.2秸秆压捆机的分类目前市场上的秸秆压捆机形式多种多样,可按照动力源、工作方式、压捆的形状和压捆的密度进行区分。根据动力源的不
8、同,秸秆压捆机可以由拖拉机驱动,由轴驱动,由发动机驱动,自驱动等。其中,有良好性能拖拉机驱动的压捆机是最经济也是比较合适的。根据压捆机输出草捆形状的不同,分为方捆压捆机和圆捆压捆机。其中方捆大多数为连杆活塞压缩,圆捆大多为卷压式压缩。根据输出草捆的密度进行分类,压捆机可大致分为高密度,中密度,低密度三种。1.3国内外研究现状1.3.1国外压捆机的发展概况人类历史上第一台压捆机是由美国人在1870年研制出来的,它是一台机械式固定压捆机,可用于牧草的压捆作业。后经过其他人的不断改进,在欧美国家被推广。到了20世纪初,小方捆压捆机被设计研究出来,后来开始系统量产化。近年来,随着科学技术的不断发展,压
9、捆机被不断优化改进,设备更加成熟,种类也更加繁多。后随着控制技术的发展,压捆机的结构和控制技术更加的完善,将单片机、PLC、工控机融入进来,逐步地实现了压捆机的自动化作业。511图1-1 BC5000系列小方捆压捆机1.3.2国内的研究状况国内的压捆机发展相对落后,早期的秸秆、牧草都是通过人手动进行压缩,那样会造成秸秆的密度过小。至20世纪中期,我们才开始使用固定式捆草机,通过畜力作为动力。到了60年代,在学习国外比较先进的技术后,我国也正式开始进行小型压捆机的研究设计。在当时,国内比较缺乏秸秆压捆机方面的设计研究的报道。我国在50年代后期开始设计研究使用畜力作为动力的固定式压捆机,60年代初
10、通过对国外小型秸秆压捆机引进并研究基础上,小方草捆压捆机的研究设计步入正轨。70年代我国仿制的压捆机开始量产,80年代,我国加大了对压捆机研发的投入,乃至到现在,国内的压捆机行业处于一个蓬勃发展的时代12。 图1-2 小方捆打捆机 图1-3 圆捆打捆机1.3.3压捆机的发展趋势纵观国内外大中型企业,秸秆收获技术的需求和研究将朝着以下方向发展:1机器智能化、系统化,以满足现代社会快速发展下的需求。2采用现代设计理论方法对机器结构进行优化、提高机器性能和经济性。机器性能通过电子计算机和液压系统的应用得到了进一步提高,操作更加舒适。3在提高压捆密度时尽量降低功率的消耗,减少生产成本。第二章 压缩理
11、论2.1压缩理论的研究概况压缩理论是压捆机设计研究的基础理论依据,研究价值极其重要。1938年西德学者斯卡维特(Skalweit)第一次对纤维物料进行了压缩过程实验研究。他的实验是在密闭的环境中低速的进行压缩,通过实验数据对压缩力和压缩后牧草容积密度之间的关系进行研究,根据数据得出了一下经验公式: (21)式中: 压缩力,(kg/cm);压缩后物料的密度,(kg/m); 初始压缩力(kg/); 纤维物料的初始密度,( kg/m);m是试验系数。1959年西德另一位学者麦威斯(Mewes )再次对斯卡维特(Skalweit)所得出的数学模型进行验证,根据实验数据,他认同斯卡维特(Skalweit
12、)的数学模型。在此之外,通过实验他还发现纤维物料的初始密度会影响压缩过程中的压缩力。在斯卡维特(Skalweit)的基础上对压缩力与物料密度之间的数学模型进行了改进: (22) (23)式中:压缩力,(kg/cm);压缩后物料的密度,(kg/m);物料的初始密度,(kg/m);c和m均为试验系数。1964年西德学者萨哈特(Sacht)通过对小麦和燕麦秸秆进行压缩实验,第一次发现所压缩物料的湿度是影响压缩密度的一个关键因素。在对比分析之后,他发现,当压力小于200N/cm时斯卡维特(Skalweit)所得出的数学模型才成立,并再次改进斯卡维特(Skalweit)的数学模型: (24)式中:压缩力
13、kg/mm);被压缩物料的湿度;压缩后物料的密度,(kg/m);;c和m均为试验系数。该c和m的值如表11所示:表2-1物料压缩实验系数压力范围系数小麦秸秆89%干重燕麦秸秆88.5%干重苜蓿83.5%干重牧草86%干重15-50N/cmc2.539.83.76.75m1.471.591.691.9650-200 N/cmc2.871.561.788.55m1.892.352.642.73苏联学者也进行了很多关于纤维物料压缩的实验,如奥索波夫(Osobov)通过实验得到研究结论,被压缩物料的初始密度和压缩过程中的压缩程度是纤维物料压缩过程压缩力的唯一影响因素,因此提出以下数学模型: (25
14、)式中: 压缩后物料的密度,(kg/m);物料的初始密度,(kg/m);c和a均为试验系数。另一位学者赫拉帕奇(Hulapaqi)研究认为,压缩后压缩物的压缩程度不是影响纤维物料压缩过程中压缩力的唯一因素,压缩过程中的压缩速度以及物料的湿度也能对压缩力造成极大的影响并不可忽视。他提出了以下数学模型:P= (26)式中: 物料的湿度系数;=l0.02(w15.30);w物料的湿度;压缩速度影响系数;压缩速度;压缩后物料的密度,(kg/m);物料的硬度系数c和m均为试验系数,一般取c=1.92,m=2.178。赫拉帕奇(Hulapaqi)的实验虽然是在密闭容器中进行的,但其研究结论在开式压捆室中通
15、过对干重85的小麦秸秆进行的压缩实验得到了验证。从此之后很长一段时间,他的研究理论都一直被用作压捆机设计研究的基础依据,在压捆机的设计中具有方向性的指导意义。普斯特金(Pusteky)通过实验对纤维物料的喂入量和压缩过程中的压缩力的关系进行了研究,实验时他利用改变物料的厚度与压缩量作为变量进行实验研究得出了下面的数学模型: (27)式中:压缩力,(kg/m);s物料的初始厚度,(mm);x对物料的压缩量,(mm);A和b均是试验系数。后来,他又使用同样的方法在密闭容器中对麦秸进行实验研究,并得出麦秸在密闭容器内压缩时,压缩力与压缩量之间呈抛物线关系: (28)式中:p压缩力,(kg/m);x对
16、物料的压缩量,(mm);A和n是试验系数。同时,英国和美国等国的学者也对纤维物料的压缩理论作出了很大的贡献,如:1984年英国学者多佛而奇(0Dogherty)和威来尔(Wheller)根据物料的容积密度范围不同,在经过实验分析之后提出了以下数学模型: (400kg/m) (29) () (210)式中:压缩力,(kg/cm);物料正在压缩时的密度,(kg/m);n、m均是试验系数。1987年英国学者法波若德(Faborode)和卡拉凡(OCallaghan)在此基础上考虑了纤维物料被压缩时的初始密度对压缩力的影响,并提出了下面的数学模型: (211)式中:压缩力(kg/cm);物料在压缩过程
17、中的密度,(kg.m);物料的初始密度,(kg/m);A、b均是试验系数。通过对数学模型的进一步推导得到:令:A;b ; 将公式(111)转化成压缩力与压缩活塞行程之间的关系: (212)式中:物料的初始松散模量;物料的临界密度,(kg/m);s压缩活塞的位移,(mm);l压捆室长度,(mm)。81996年我国学者杨明韶等在真正的高密度牧草压捆9KG350上通过大量的实验对比分析,对压缩力,压缩物料初始密度,压缩过程物料密度,以及压缩力之间的关系进行了详细的研究,并提出了数学模型: (213)并以此为依据进行推导得出各参数之间的数学关系P= (214)式中: P压缩力,(Mpa);牧草的初始密
18、度,(kg/m);牧草压缩过程中的密度,(kg/m);x牧草的压缩量(mm);A、B、b均是实验系数。通过学习研究国内外众多专家学者对压缩理论的研究,他们从不同的角度,不同的条件,对压缩理论进行了不断的研究改正和创新发现。依靠这些研究成果,我才能以此为基础依据对秸秆压捆机进行结构设计,秸秆等纤维物料的压缩过程实验理论分析及研究,为我的设计提供了指导性的方向。通过这些研究理论依据,我才最终完成了小型秸秆压捆机的结构设计及部分参数计算。2.2秸秆压缩理论研究2.2.1秸秆压缩过程研究根据压捆机的空间条件及被压缩物料的压缩环境可以分为闭式压缩与开式压缩。闭式压缩的压缩过程是整体喂入完成之后再进行压缩
19、完全喂入一次,再进行一次压缩,是间断式工作。压捆完成后产品留在压捆室内不会排出去,每次工作都是独立的。开式压缩压缩过程是一边喂入一边压缩,经过重复不间断的喂入与压缩工作,直到形成的草捆充满压捆室。在压缩过程中,因为物料的影响因素不同,所以在此过程中受到的压缩力也不同。当形成的草捆达到预设好的尺寸时,打捆机构运作。捆好之后的草捆被后面继续喂入压缩的物料挤压排出。开式压缩为不间断作业,做功以及消耗功率比闭式压缩大,但其效率远远超过闭式压缩。压缩成型机构的工作可分为三个步骤:首先,开始喂入物料,活塞向后移动,将物料向后推动但并不进行压缩,此阶段称为充满阶段。其次,活塞继续向后移动并做往复直线运动,
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