玉米秸秆打包机设计.docx

摘要众所周知，中国有着悠久历史的农耕文明，有着广袤的耕地面枳，约占世界耕地面积的7心然而，伴随着农村经济与城镇化的急剧发展，约仃55%的玉米枯秆被人为的废弃和就地焚烧，这不仅会造成严重的资源浪贽同时也对自然环境造成严重的损伤。十八大以来，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。玉米嵇秆作为一种优质的可再生能源，具有体枳大、质量轻的特点，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。玉米祜杆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：将松收的约（ITOO）mm的玉米格杆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牯杆推入包装袋。打包后的玉米稻秆不仅Ur以缩小嵇秆体积同时也方便了运输,并节省了存储空间。玉米格秆打包机被广泛地用于工农业生产。相对于原有的手工掴扎，秸秆打包机提高了物件的包装速度，降低了厂商的成本，提高了经济效益，显著消除减轻职工的劳动强度并降低能源和资源的消耗。本设计论文广泛借鉴了国内外桔秆打包机文献，对秸秆打包机的工作原理进行了详细分解，对桔秆打包机工作装置进行了详实的设计。针对总体的工艺要求和设备情况，确定了总体的设计方案.关键词：玉米桔秆打包机：液压：工作装置第1章前言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秘中有增。农村经济经过多年的高速发屣，传统玉米秸秆处理方式已经与现在社会发展趋势不匹配,这就引发了液压枯秆打包机的问世。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，产出丰富的玉米桔秆物料，随若我国经济的飞跃式发展，电力供应已经非常紧张0因此，玉米枯杆发电在上述地区有若良好的发展前景。目前在上述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、玉米秸杆等草本类农作物,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，需要将上述原材料集束到一定的体枳和质量，然后再运送到发电锅炉炉膛内焚烧。玉米桔秆、稻草等原材料发电的广泛利川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，也有效响应了卜八大以来国家节能减排的号召。第2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己经处于带电状态。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。按下“送料风机启动”按纽，集料箱、布料箱电机、送料风机依次处于带电工作状态，“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手动操作功能预压系统、称量系统、主压系统的按钮需要按需进行手动操作。2.3自动操作功能预压系统、称量系统、主压系统按照既定程序完全实行自动化操作，自动操作系统是玉米稽秆打包机的主要工作方式，是电气自动控制设计的核心。2.4打包机的辅助工作运行方式U)手动打包有三种状态：主压、预压手动，秤接通方式。(2)空载试车有三种状态主压自动，预压自动，秤断开方式。(3)旋转柱清扫方式：主要为了便于维修工清扫枯杆。2.5故障报警功能玉米嵇秆打包机出现故障时，会有相应的故障报警2. 5.1故障类别故障的表现形式主要有三类：主压故障、预压故障、称地故障，当玉米稽杆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.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：制动落故障报警：提升缸不在正确的悬吊位置报警：科故障报部：推料板I；住报警：垂直挡料板故障报警.第3章总体设计3. 1总体方案的设计3.1.1 送料箱方案的设计零乱松散的祐杆经过打包机打包压实后，成品面积为为900平方宅米的正方体形状,重量约为800公斤左右。如图3T,我们可以看出，枯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37从图1-3我们可以清晰的看到，压料箱具仃一定的设计高度，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涟进行从低到高传送。查阅相关资料和于某宝销售的输送锌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，技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K住，本次设计选择在输送链的外侧，加固薄而轻质的片钢作为防护层避免卷入大颗粒的杂质，以便于输送链正常的工作。在输送链板的两侧采用挡板来形成运送秸秆的槽路。带动运输链转动的主动轴放在送料机构的上端如图3T所示，采用电动机作为驱动提供动力。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，压料箱中的液压压杆将散乱的玉米精秆压缩密实成型，这一动作是在压料箱中实现的。液压压杆随之压缩宓实成型的压实料增多，会持续将压好的桔秆推出压料箱。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.翻口图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，沿若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100omm.主要作用：将桔秆上部不规则不密实的部分切割掉，以使受压后的桔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，避免桔秆落到外部，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。3.1.3 送料箱的设计.K米秸秆经过压料箱基木压实后，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，但是由于玉米祐杆存在一定的韧性，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找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：在送料箱的顶部设置一功率相对压实箱的液压缸小点的液压缸，以此来对压实料进行二次压实，使上部粗糙的毛边被压平，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200Omm,内部要求平整规则，其最大承求量可以同时可以承载两个包，以方便工人具仃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。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。根据玉米稽杆打包机的工作流程来看，液压动力箱和床料箱是相互衔接的，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.图3-43. 2祐杆打包机各运行动作简介玉米拈杆打包机可以实现自动控制，通过内置既定的P1.C程序来实现白动运行。工作人员只需按照操作说明未操作设备即可.枯秆打包机的主要动作流程如图3-5所示。渊t三馨超镇压开始相勖橱一解豁BA工包乐融过图3-5枯杆打包机的主要动作流程图第4章机械系统的设计4. 1传动方案的选择5. 1.1链传动的选择玉米桔秆送料机构中的骐动的动力设备电动机，电动机的转动轴和胆动主动轴之间的力矩传递舞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H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) 和带传动相比，链传动不会出现弹性打滑现象。2) 负荷相同的情况下，链传动比带传动传送尺寸紧凑。3) 负荷相同的情况下，链传动比带传动张紧力小，传递给轴的力矩小。4) 和带传动相比，链传动功效比较高。5) 和带传动相比，链传动能在高温、高湿的环境中使用链传动具有以下缺点：1)链传动对轴承的定位耍求较高，只能平行轴上使用链传动。6) 和带传动相比，族传动在在高速运转的情况下不平稳。2)不适用于载荷变化较大的工作场合。7) 和带传动相比，链传动会产生噪声污染。6)链传动制造和安装精度要求相对带传动较高，成本相对之较高。通过对比带传动和链传动的优缺点我们可以看出：无论是同步齿形带亦或是套筒滚子链都能应用于电动机的转动轴和驱动主动轴之间的力矩传递。但是考虑到玉米枯秆打包机的工作环境：露天高温、经常受到日晒雨淋，从长远经济效益来看我们选择套筒滚子跳。由下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4T。表41ISota号：12外或中锥板高度：h3maxImn15.62链条通道掰僮：h1.inmu1&34节电P11ra19.05过渡徒节尺寸：!inH1.n7.9测量力I双柞：560浪子直径：d1.mnx三n11.91过渡链节尺寸：12ninmn9.14抗拉敦荷双排:minkN62.3内节内:b1.minm12.57过渡链节尺寸：c11m0.1销轴全宽双排:b5aax111149.8销轴直径：d2max:urnH.'M1.排距，pttn1122.78内脏板高度：h2三axr111118.08套筒孔径：d311irHin5.98内链节外宽：b2maxma17.75外钺节内宽：Kinms17.81运输徒负责承载运输秸秆，需要较大的抗拉载荷系数，选用的是单棒滚子链，采用中碳钢淬火处理，硬度XOHRC45HRC,其示意图如图4-2所示，相关参数见下表4-2。表4-2ISO链号：64B外或中链板高度：h3maxnun90.17链条通道高度：h1.minmm91.08节距：P1.mm101.6过渡琏节尺寸：1IHIininC1.17.07测量力I双排:N7960滚子直径：d1.maxm63.5过渡能节尺寸：12min11n47.07抗拉载荷I单排：minkN1120内节内宽：60.96过渡链节尺寸:C1.mI0.2精轴全宽I单排:130.9b1.minmmb5m<xmm销轴直径：d2maxmm39.4排距：pt三119.89内链板高度：h2maxnun90.17套筒孔径：d3minnun39.45内链节外宽：b2maxnw92.02外链节内宽：b3minnun92.154. 1.2筮轮的选择电动机上小链轮的计算：一、小链轮节距和中心距的确定1.小锥轮齿数：ZI=Z32、 链节数：1.p=(z1+z2)2+2ap+(z2-z1)/211ipa=(23+46)2+2×(100pp>+(232)1p100p3.5,200,0.=234.6.取1.p=2353、 传动功率：1.j0KapZKzKp=I.2×7.5/1.23=5.08kU'其中Ka=I.2,KZ=1.23,KP=I4、 链节垣：P=19.05a=#p一手)+J(1.p-手-8(等)：5. 中心距：=】颊.29,取a=1970二、小坡轮基本尺寸的计算】、齿沟圆瓠半径：r1.=0.5025dr÷0.05=6.034775,取r1.=6=62、 齿角沟半角(°):.2=55-60oz=52.39°工作段圆弧半径:r2=1.3025drcos(o2)÷0.05=15.563、 工作段E1.中心角(°):3=180-56°z=18°-56°/23=15.57W=IJdrcos-=15.344、 齿顶EI罪中心坐标：,V=1.3drsin(1.8Oz)=2.IO齿形半角：r2=17°44°z=1.4226、 齿顶圆弧半径：r3=dr1.女os(r2)÷08cos1.3025)-0.05=5.98(1.26*0.77-1.3025)-0.05=S.617、 工作段直线部分长度：bc=dr1.3sin(r2)-0.8si11)=5.98(0.319-0.2147)=2428、 e点至齿沟网孤中心连的距离：、=pI÷(2r1.dr)d-19.051.÷(2×6.03475-11.91)/140)=19.07三、小链轮轴向尺寸的确定1、尺宽：bf1.=().93b1.=11.942、齿侧倒角：ba=O.13p=2.47653、齿侧半径：rx=19.054、齿全宽：bfin=(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，再由潦子链带动主动轴转动。主动轴再带动运输链转动，最终实现对牯杆的运输。4.1.3电动机的选择及调速方式感应电动机采用交流调速方式，其中交流调速方式又分为高效谢速和低效调速。感应电动机的转速方式又分为三种：频率(I)调节、感极对数调节、转差率调节，如图47所示。交流调速方式百效调速-I液力偶合器调速_液粘离合器调速图41电动机调速方法低效调由于玉米粘杆打包机通过链传动缓慢将牯杆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H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YCT20WB地过查询相关文献，变频调速其布以下特点：D效率高，调速过程中没有附加损耗：2) 应用范用广，可用于笼型异步电动机:3) 调速范围大，特性硬，精度高：4) 技术更杂，造价高，维护检修困难。电动机尺寸如图42所示。图4-2表4-3电动机参数型号拖动电动机功率(KQ)施定转矩(Min)冏速延用(rmir)转速变化率闯a*(kg)C200IB7.547.71250-125<2.5224机座号A/2UBUCDE基本尺寸基本尺寸基本尺寸基本尺寸极限偏&基本尺寸极限偏差艮八尺、J极限偏差200-1B31815935650±1538W.018却002110±0.43机座号安装尺寸外形尺寸FGHKABACADHD1.4本尺寸极限保差基本尺寸极限偏龙於本尺寸极限偏差屈本尺寸极限偏差位置度偏差200-IB100-0.036330-0.22000-0.519-0.4301.5410430235.1852川4.2传动轴的设计4.2.1轴结构的设计对玉米祜杆打包机主动轴进行设计时，我们需要考虑下列因索：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主动轴材质选择IOC匚承受拉力b=轴上的载荷Fg2KiF=1525N釉的类型和尺寸如图4-3所示。图4-3主动轴示意图玉米桔秆打包机在动轴我们选择使用花健传动，由于此主动轴主要用于秸秆打包机的力矩传递.加上主动轴材质为40Cr,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、周向固定与传动轴上配令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捌的方式固定：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，在釉转动过成中由于发热引起的轴的轴向伸长量可以有小片进行补修，避免了轴由于发热而引起的变形。,1.3压料箱的设计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，但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HT2OO,骨架采用角钢焊接而成，在珀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20mm宽扁钢作为加强筋.在压料箱的中间部位焊接V型刀对压实后的秸秆进行切割.刀的示意图如图4-5所示。图45V型刀示意图4.4出料箱的设计出利箱顾名思义主要用来暂时存放压实的秸秆包，工作人员对玉米粘秆压实包在此进行人工纵向穿丝掴扎，出料箱的骨架选材Q235饵接而成.第5章总结与展望通过近一个学期的毕业设计.，对自身四年来所学到的机械方面知识做了一个比较充分地综合运用和考验。此次毕业论文的课题是玉米祜杆打包机,从总体上来讲，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，时桔秆压缩质量高。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。通过指导老师的楮助，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。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家养得到了新的修业，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，Agricu1.tura1.Deve1.opment&Equipmcnis,编辑部加箱2018(5)2李金明,苗晓婷：液压系统常见故障分析及排除方法叫.试验技术与试法，2016(1):66-683张晓娟：刘玲；王建东；王云的，机械传动，Jourim1.o1.-Mechanica1.TranSmiSSiOn.编辑部邮箱2017(2)4杨春东；中国棉花加工，ChinaCottonProcessing,编辑部邮箱2017(6)5张玉敏；石河子科技，ShiheziScienceandTechno1.ogy.编辑部邮箱2017(6)：6席占军：液压气动与密封，Hydrau1.icsPneumatics&Seak,编辑部部箱20187马永炎，仲史明.粘轩发电技术综述J沈阳工程学院学报(自然科学版)，2017,(7):201-205.18杨明韶,毕玉革.草类物料压缩试验研究中的突破性进展几农机化研究.2015,(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JI1.1999,15(4):55-59.10刘伟峰,杨明招，马彦华.饲草料压捆机最大压缩力的分析研究J1.农机化研究2016.(10):70-72.11M.O.FaborodeJ.R.O'Ca1.1.ag1.wn.Optimizing(heCompressingZBriquettingofFibrousAgricu1.tuni1.Materia1.sJ.Agric.Engng.Res.1.987.38:245-262.(12O,DoghcrtyMJ.Astudyof(hephysica1.andIncchanica1.propcrticsofwheatstrawJ).AgricEngngRes.1995,62-133.