必威 必威betway必威 必威betway生物质燃料是指包括植物材料和动物废料等有机物质在内的燃料，是人类使用的最 古老燃料的新名称。 生物质燃料的加工设备主要是切碎机和压块机。 该设计以秸秆作为生物质燃料代表。以加工设备的小型化为切入点，以农村家庭或 集体作为主要使用人群， 将切碎机与压块机设计为一体。 农民收获秸秆后加工出秸秆煤， 自己留作生活燃料。为了使秸秆煤燃烧方便，最后压块成型的形状为日常使用的蜂窝煤 状。根据现有资料的查询，最后秸秆煤密度约为每立方米 535 千克，生产能力为每小时 500 千克。 切碎部分采用架式切碎机的原理，刀架上装有两把动刀，为了保持刀架的动平衡， 将两把刀的相位错开 90°。 喂入后的秸秆在旋转的动刀刃和固定在机架上定刀刃的作用 下被切碎成一定理论长度（10mm）的碎段。秸秆被切碎后在重力作用下落入压块部分的 压缩室内。压块部分方案采用冲头式。被切碎的秸秆在粘结剂的作用下被冲头冲压成型 为蜂窝煤形状的秸秆块。为了使压块部分结构尽量简单紧凑，压块部分传动机构采用正 弦机构,用电动机作为整个设备的动力源。 关键词：蜂窝煤状 架式切碎机 冲头式 正弦机构

　　我国是农业大国，据估算，每年可产生农作物秸秆 6 亿多吨，如何开发利用秸秆是 件大事，但以往多被露地燃烧或低值利用，不仅污染了环境，还会酿成事故。生物质燃 料的出现从根本上遏制了焚烧，并且成为重要的新能源。 生物质燃料是一种很好的清洁可再生能源，含硫量低，热值相当于标准煤的 50％， 秸秆煤就是一种生物质燃料，而且生物质燃料燃烧后的草木灰还可以作为钾肥还田。将 秸秆切碎后进行压块固化为具有一定密度形状的块状燃料，解决了秸秆不易收集运输的 缺点，为现今秸秆的处置提出一种可行性高的方案，应用前景广阔。 目前国内生产生物质燃料的机械普遍为大中型机械，粉碎机和压块机并不为一体， 成本很高，操作要求高，很难在农村进行推广使用。国内已经有不少秸秆成型固化的生 产设备。这些设备的制造是面向大型的生物质燃料加工工厂，粉碎机和压块机不为一体 而且都是中大型机械，生产能力高，成本要求很高，操作维修复杂，农民将秸秆卖给这 种工厂费时费力不赚钱。目前小型化的生物质燃料加工机械还是空白。 秸秆固化成煤为它的使用、储存提供了许多便利，不仅保护了环境，也给秸秆的利 用开辟了商业化和产业化的途径。在森林资源匮乏、能源短缺的今天，资源丰富、可再 生、进行循环利用的生物质燃料将改变人们的用能结构，也将进一步解决能源短缺、环 境保护和农民增收的问题。

　　我国是农业大国，每年秸秆产量大，但是利用情况很不理想。国际能源机构的有关 研究表明，秸秆是一种很好的清洁可再生能源，其平均含硫量只有千分之三点八，而煤 的平均含硫量达千分之十以上。经测定：秸秆热值约为 15000kj/kg，相当于标准煤的 50％， 相当于民用煤炭的 70％。 但是秸秆不易收集和运输， 制约了秸秆作为燃料的应用。 将秸秆切碎后固化为具有一定密度的块状燃料，解决了秸秆不易收集和运输的缺点，为 现今秸秆的处置提出一种可行性高的方案，同时解决了秸秆处置问题。 生物质燃料秸秆煤是以秸秆类生物质为原料，利用现代科技将其经过热压等加工处 理，把松散的秸秆固化成型为具有一定密度的块状“煤” 。秸秆煤可以通过物理和化学 的方法得到。将秸秆粉碎后掺入粘土煤粉等添加剂，然后在特殊条件下通过化学的方法 使其炭化变煤，技术要求高且普遍不成熟，推广使用难。利用秸秆压块技术得到一定密 度的成型燃料，技术相对简单，成本低，易于推广，前景广阔。 秸秆固化成煤为它的使用、储存提供了许多便利，不仅保护了环境，也给秸秆的利 用开辟了商业化和产业化的途径。在森林资源匮乏、能源短缺的今天，资源丰富、可再 生、进行循环利用的生物质燃料将改变人们的用能结构，也将进一步解决能源短缺、环 境保护和农民增收的大问题。

　　如上所述，秸秆资源的利用对我国意义重大，秸秆的综合利用受到各级政府的扶植 和支持。眼下，一些所谓利用农作物秸秆生产出的“秸秆沼气” 、 “秸秆煤” 、 “秸秆炭” 等项目被某些商家宣传的天花乱坠，说是一本万利，前途无量。但是要想用化学的方法 使秸秆变成秸秆煤，其技术要求很高，不但要解决焦油、水分、温度等各种难题，而且 其他相关技术业十分复杂。有的厂家对外声称拥有该项技术和设备是不可全信的。目前 秸秆压块技术比较成熟，技术要求相对较低，受到了国家农业部门的关注。秸秆的成型 固化是农业部积极推广的项目，并已在河南试点，取得了很好的效果。

　　基于国内生物质燃料生产的现状，以加工设备的小型化为切入点，设备的使用对象 为农村家庭或集体，使生物质燃料的生产成本尽量低，为此将切碎机与压块机设计为一

　　体。农民收获秸秆后加工出秸秆煤自己留作生活燃料。为使秸秆煤燃烧方便，最后压块 成型的形状为现今蜂窝煤的形状（ 100 75m m） 。根据现有查阅的资料，最后秸秆煤密 度约为 535kg/m3，生产能力为 500kg/h。 本课题设计的设备成本低，操作简单实用，农户使用该成型的燃料又能大大节约生 活燃料开支，大大提高了农民利用秸秆资源的积极性，解决了环境问题，前景广阔。

　　现有的各类切碎（粉碎）机绝大多数都是用作生产牲畜饲料。可将干草、秸秆和谷 物籽粒等打击粉碎用的机械，统称粉碎机。目前我国生产的粉碎机，可分为爪式、锤片 式和劲锤式三种。其中劲锤是粉碎机不仅用得很少，从发展看，其结构业逐渐接近于爪 式，故不再阐述。将干草、秸秆等切成一定长度的碎段的机械，统称为切碎机。按切碎 机切碎器的形式，可将切碎机分为滚刀式，圆盘式等几种。

　　以 9F-55 型锤片式饲料粉碎机为例，它由转子、粉碎室、料斗、输送装置、机架和 传动装置等部分组成，如图 2.1 所示：

　　1. 电动机 2. 机壳 3. 环筛 4.锤片 5.初切刀 6.输料管 7.集料筒 粉碎机工作时， 原料由喂入斗进入粉碎机内， 先被初切刀切成碎段， 落入粉碎室后， 被高速回转的锤片打击，此时饲料稍有破裂，并获得更高的速度，并以此速度运动撞击 在筛片上，得到进一步粉碎。随后，饲料又受到高速锤片的再次打击而更细碎，以后又 重复上述粉碎过程，直至饲料颗粒可通过环筛筛孔，被排出粉碎室为止。饲料在粉碎室 内被击碎的过程中，实际上还兼有碰撞、搓擦作用，加强了粉碎效果。饲料成品由出料 嘴被风机吸入，经风机吹送至输料管，进入集料筒。气体与粉料的混合物一旦进入直径

　　突然增大的集料筒，速度骤然下降，因而较轻的空气从集料筒顶部的管道中排出，较重 的饲料粉料沉落在下面，从排料斗排出。

　　滚刀式切碎机的刀片，安装在一个回转的滚筒上。滚刀式切碎机的主要工作部件是 上、下喂入辊、定刀以及安装在切碎滚筒上的动刀片，如图 2.2 所示。工作时，上、下 喂入辊作方向相反的转动，抓取秸秆或饲草夹紧着向由定刀和动刀构成的切割副送进。 滚筒回转时，安装在其上的动刀片就把支承在定刀片上的秸秆或饲草切断。饲草不断送 进，滚筒不停回转，饲草就被切成一定长度的碎段。显然，饲草切碎短的长度与喂入速 度有关，当滚筒转速、动刀片数目一定是，加大喂入速度将使切碎段变长，反之，则变 短。

　　图 2.3 滑切角示意图 图（2.3）中，AB 为动刀刃， v 为动刀速度，可将 v 分为垂直与刃口的速度—砍切速 度 vn 和平行于刃口的速度—滑切速度 v t ，两者的夹角成为滑切角  ，滑切角的正切成为 滑切系数：

　　当  =0，称砍切。当  0，称为滑切。实验证明，切割比阻（kg/cm）随滑切角在一 定范围内的增大而降低。滑切省力的原因，一是刀刃在微观状态下为锯齿状，砍切时秸 秆仅受压应力，滑切时却同时受到压应力与张应力。二是滑切时刀刃斜置，故单位长度 刃口的切割阻力减小了。此为，滑切时实际作用的动刀片磨刃角（成为动态刃磨角）变 小，也导致切割阻力的降低。 按动刀及其刃口的形状，常用的滚刀式切碎器可分为螺旋线刀刃，直刀曲刃和直刀 直刃三类，工作示意图如图 2.4 所示。

　　图 2.4 滚刀式切碎机工作示意图 1.饲草 2.上喂入辊 3.下喂入辊 4.定刀 5.切碎滚筒 6.动刀片

　　圆盘式切碎器上安装有二、四或六片动刀片，这些刀片的刃线，都被安装在一个旋 转平面上。按其旋转体的形式，可将它分为盘式、板式和架式三种。 盘式切碎器常用在中小型切碎机上，适用于刀片数较少的情况。圆盘上装有两把凹 曲线刃的动刀片，每把动刀片用三个螺栓固定，另用三个螺钉靠顶的方法调整刀片与底 刃间的间隙，刀片间隙为 0.5~1mm，另有 6 片抛送叶片，固定在圆周上，借以将切碎段 抛向高处。 1）盘式切碎机 图 2.5 是一种盘式切碎器的铸造圆盘及固定在上面的凹曲线刃刀片、抛送叶片。圆 盘用灰铸铁制成，转动惯量比较大，因此可兼有飞轮的作用。这种铸造圆盘式切碎器的 刚度好，故可较好的保证在高速和受冲击的作用下变形效，刀片间隙可以调整的较小而 不碰刀。

　　图 2.5 盘式切碎机 1.固定 2.螺栓 3.动刀片 4.圆盘 5.抛送叶片 6.间隙 2）板式切碎机 板式切碎器圆盘组装有 4 把直线 片抛送叶片以及转轴都固定的 安装在一块方形的钢板上。钢板也可以做成圆形的或多角形的，视需要而定。这种形式 的圆盘刚度较差，但批量生产是制造简便，用在多到的大型切碎机上。 3）架式切碎机 架式切碎器有一个烛照或焊接的双翼刀架，刀架上铆有两片抛送叶片，各有 4 各螺 栓固定了两把圆弧线刃刀片。刀片间隙的调整也是用调节螺钉。架式圆盘刚度尚好，但 只使用于刀片数少的情况。由于刀片少，刀架质量不均匀，一次工作时不够平稳。多用 在中小型切碎机上,如图 2.6 所示。

　　图 2.6 架式切碎机 a.刀架组装 b.刀片间隙的调整 c.圆弧刃刀片 1.动刀片 2.抛送叶片 3.固定螺栓 4.固定调节螺钉 5.刀架 6.底刃板（定刀片）

　　1）开式压缩成型设备 秸秆成型方式基本可分为开式和闭式两类。所谓闭式压缩，是指用一个柱塞对装入 一端封闭的压模内的物料进行压缩，使其成型并达到一定密度后取出，然后装入新物料 再进行压缩的过程。而开式压缩是用一个柱塞对压缩室内的物料进行压缩，克服压缩室 与物料间的摩擦力推动物料向压缩室出口方向移动，然后边喂入边压缩，被压缩后的成 型物料随压缩过程的进行自动离开压缩室。国外主要是进行闭模压缩试验研究，但与实 际压缩状况存在较大距离，国内主要采用螺旋挤压方式或柱塞冲压法进行开模压缩。图 2.7 为进行开模压缩的压捆机。

　　图 2.7 压捆机工作过程 1.活塞 2.喂入口 3.草片 2）环模式压粒机 环模式压粒机主要由进料斗、压辊、拨料盘、压模、主轴、块收集箱、传动装置和 机座等部分构成。 粉料经送料器时与水混合均匀， 被送入压粒器的压粒室 （图 2.8 所示） ， 在两把喂入刀的作用下，粉料被均匀的分配到压模与滚轮的工作表面上，压模作主动旋 转，在摩擦力的作用下，滚轮以高得多的转速作同向回转，从而在压模与滚轮的切点处 产生了巨大的挤压力，粉料被压缩并被挤入模孔内，克服模孔的阻力，渐被压实，挤出， 最后伸出压模外，被切断刀切断，切断的颗粒饲料由出料口排出。由于粉料在环模内受 到剧烈的摩擦与挤压作用，颗粒的温度可达 76-84 摄氏度，故在贮藏和包装前，必须冷 却去潮，将产品水分降到 11-13%。

　　图 2.8 环模压力机压力原理 1.切断刀 2.挤出的棒料 3.压模 4.滚轮 5.喂入刀 6.粉料 3）螺旋挤压式压块机 工作部件可以是圆柱的或圆锥的，有单螺旋或双螺旋，水平或垂直螺旋，螺距一定 或变化。原料喂入机内，在机内受到螺旋的挤压粉碎，混合搅拌，向一端移动并被压入 环模孔，从模板孔通过后被固定刀或动刀切成颗粒饲料。 4）冲头式（柱塞式）压块机 这种生物质燃料设备压块部分由缸体和冲头组成。冲头在曲柄连杆机构或者液压缸 的作用下往复运动，物料进入压缩室后，在冲头的冲压作用下在封闭的压缩室内被压缩 成块并推至缸体的最左端，如图 2.9 所示。

　　锤片式粉碎机：原料由喂入装置进入锤片式粉碎机后，经历初切，碰撞，摩擦，出 料过程变为颗粒，从效果上来说经历初切和粉碎，粉碎效果最好，粉碎后的粒度可以通 过筛网间隙调节，部分粉碎机粉碎粒度可以达到 1.2mm 左右，本课题所设计设备要求无 需将秸秆粉碎至如此小的粒度。锤片式粉碎机粉碎后的粉尘很多，不易收集。 锤片式粉碎机的结构非常复杂，含有初切装置、粉碎装置、集料装置、风机等，成 本很高，技术要求也很高，维修很困难，而且体积大，重量大，与本课题要求不符。 由于粉碎主要通过撞击摩擦完成，锤片式粉碎机需要很高的主轴转速以使锤片获得 很高的端线m/s 左右） ，主轴转速在 2500r/min~5000r/min 之间，而农业机械普 遍要求主轴转速不可太高。在如此高转速的主轴带动下，粉碎室内形成强大气流，需配 置相应的风机增大粉碎室内风压才能将粉碎好的物料输送出去，大大加大了设备的复杂 程度。 滚刀式切碎机：为了获得合理的剪切角，滚刀式切碎机的转子比较复杂。螺旋线刀 刃、直刀曲刃切碎机刀具的刀刃曲线不仅形状复杂，设计困难，而且制造成本高，刃磨 极为困难，不适合农户使用。虽然直刀直刃切碎器刀具的刀刃形状皆为直线，但是机架 形状复杂，设计非常困难。 圆盘式切碎机：本课题设计方案为秸秆被切碎后直接在重力作用下落入压缩室，故 不需要抛送装置，结构比较简单。切碎机刀片数目，粉碎后秸秆长度，喂入速度存在严 格的关系，为了使喂入速度不至于过大，刀片数目设计为 2。由此看来，切碎机的诸多 方案中，架式切碎机虽然切割阻力矩不均匀，工作不平稳，刀架刚度不好，但是结构简 单，成本较低。 综上所述，本课题切碎部分的方案采用架式切碎机的原理方案。

　　开式压缩成型设备：开式压模的压块机最后成型密度，物料初始密度等参数不好控 制，秸秆的压块过程分析困难，不适合作为本课题的方案。 环模式压粒机：环模式压粒机目前的技术比较成熟，但是对初始物料的含水量，粉 碎程度有较高要求。要求物料为粉料，但是本课题切碎部分无法实现。物料在高温高压 下发生物理和化学的反应成型，成型具体过程复杂，不适合作为本课题的方案。 螺旋挤压式压块机：这种成型设备原理简单，但是成型后的秸秆为颗粒状，最终密

　　度很低。这种压粒机在我国主要用于生产软颗粒鱼饵料。此方案不适合作为本课题的方 案。 冲头式压块机：冲头式的秸秆成型设备结构原理比较简单，物料初始密度、压缩后 密度、冲头行程的参数易于设计，采用冲头式秸秆压块设备作为本课题的方案，最后秸 秆煤的形状为 100 75, 与市面上蜂窝煤的形状相同。 若是使用液压提供活塞的动力，还需配置液压泵等液压设备，大大提高了成本，故 采用电机或拖拉机提供动力，传动机构采用曲柄连杆机构。

　　本课题切碎部分的方案采用架式切碎机的原理方案，刀架上装有两把动刀，为了保 持刀架的动平衡两把刀相位错开 90°。 秸秆轴向喂入后在旋转的动刀刃和固定在机架上 定刀刃的作用下被切碎成理论长度一定（10mm）的碎段。秸秆被切碎后在重力作用下落 入压块部分的压缩室。压块部分方案采用冲头式。被切碎的秸秆在粘结剂的作用下被冲 头冲压成型为蜂窝煤形状的秸秆块。为了使压块部分结构尽量紧凑简单，压块部分传动 机构采用正弦机构。整个设备动力源为电动机。

　　设计生产率为 500kg/h，切碎理论长度为 10mm，刀盘上安装刀片数为 2，玉米秸秆 初始自然密度为 30kg/ m 3 ，玉米秸秆平均直径为 30mm。由于农业机械的主轴转速不可 太高，将主轴转速定为 600r/min。 喂入速度(质量)为 500kg/3600s=0.1389kg/s 在安装有两把动刀的情况下，单位时间内喂入秸秆的长度为 600/10  2  10mm/s=200mm/s 单位时间喂入体积为

　　据资料《玉米秸秆的压缩特性及其压粒与压缩密度的数学模型》 ，秸秆压缩时压力 与压缩密度的关系曲线

　　图 4.1 压力-压缩密度曲线 揉切后玉米秸秆在闭式容器内的压缩过程分为松散、过渡和压紧三个阶段，压力和 压缩密度的关系在不同阶段内可用不同的数学模型来表示。 松散阶段：P=0~0.08MPa，拟合曲线为   a  bp ，a=149.46,b=3606.45。这种线性 关系说明揉切后玉米秸秆的变形是以克服物料之间空隙为主的过程,此时秸秆压缩性较 好。 过渡阶段：P=0.08~0.2MPa，拟合曲线为   apb ，a=741.229，b=0.2206。本阶段 揉切后玉米秸秆的压缩性逐渐变差，通过增加压力来增加秸秆的压缩密度可获明显效 果。 压紧阶段：P0.2MPa，拟合曲线为   apb ，a=595.400，b=0.065。此阶段提高压 力对提高揉切后玉米秸秆压缩密度的实际意义非常小。 设计本压块部分使切碎后秸秆经历松散阶段和过渡阶段成型为秸秆煤，最终密度为 过渡阶段的最大密度 535 kg / m 3 ,形状为 100 75 的圆柱。 据资料，秸秆的容积密度和粒度有重要关系。粒度是指矿粒的尺寸，一般以该矿粒 的最大长度来表示。通常物料是由各种粒度的矿粒组成的。为了表示物料粒度的组成情 况，常以若干各级别（或称粒级）所占的百分数来表示。不同粒度秸秆的容积密度如下 表 4-1 所示： 玉米秸秆经切碎部分后的长度的分布实际是很复杂的。 秸秆的平均直径为 30mm， 估 计容积密度为粒度为 30mm 的容积密度即 168.5 kg / m 3 。 压缩比为 535/168=3.18

　　质量 588750 109 m3  535kg / m3  0.315kg 根据秸秆喂入速度（质量）0.1389kg/s，得出压块部分一次个行程所需时间为 0.315/0.1389=2.268s 压缩一次的平均功率 50.04J/2.268s=22.06w 若在曲轴上安装飞轮，以使冲头不工作时，电机带动飞轮旋转，使它储存能量，而 在冲压的短暂时间里，主要靠飞轮降低转速释放能量以降低电机的功率，假如压缩消耗 J 的能量全部由飞轮提供，由 E   2 ，  为电机转速，初选 1500r/min,得 2

　　可见由于由于压缩部分消耗能量太少而电机转速较高，安装带轮减小电机功率没有 必要，其理论上的转动惯量可由电机与切碎部分主轴之间的带轮等其他零件提供。 综上所述，压块部分功率为 22w。

　　切碎机主轴转速 600r/min，由于切碎部分切割阻力矩极不均匀，考虑到电机价格， 选用同步转速为 1500r/min 的电机，电机的动力经皮带传递到切碎机主轴上，再由切碎 机主轴经传动系统传递到喂入辊和压块部分上。 压块部分的曲轴与切碎机主轴传动比较大， 需采用二级传动。 曲轴与主轴轴线平行， 空间位置比较远，第一级传动采用带传动，第二级采用齿轮传动。 两个喂入辊的轴线互相平行， 它们都与主轴的轴线°， 需要利用锥齿轮传动， 传动比比较大，采用二级减速器，高速级为锥齿轮传动，低速级为圆柱直齿轮传动。 根据一般齿轮传动效率为 0.95，皮带传动效率为 0.96，锥齿轮传动效率为 0.935，

　　滚动轴承传动效率为 0.99，大致估算设备所需功率需 10.10kW，取安全系数为 1.3，则 电机功率为 10.10 kW  1.3  13.13kW ,最后选择的电机为 Y160L-4，额定功率为 15kW。 主轴大带轮的设计 考虑到传动系统的损失，主轴传递到喂入辊的功率约为

　　选取工况系数：切碎机的切割阻力矩极不均匀，载荷变动很大，设计为空载启动， 普通 V 带传动，每天工作小时数10,查手册，此种工况下工况系数 K A  1.3 ，由公式

　　为使设备结构尽量紧凑， 设计让小带轮和大带轮体积尽量小， 小带轮基准直径 d d 1 取 B 型带的最小值 125mm 皮带的弹性滑动系数   0.01 ~ 0.02 ，取为 0.015， 由公式

　　计算实际中心距 a  446 mm 根据带型查得大带轮基准宽度 14.0mm， 基准线mm，第一槽对称面至端面距离 12.5 1 mm ，最小轮缘厚 7.5mm，轮槽

　　计算得轴径 d  33mm，轴上有 4 个键槽，分别对应大带轮，主轴和曲轴之间小带轮， 刀盘和锥齿轮，故最小轴颈为 28.95  1.15  33.29 mm ，圆整为 34mm；

　　轴颈 34mm 的条件下查手册得键的截面尺寸为 10  8，键的结构采用普通平键，为动 联接，大带轮采用材料 HT150，联结中较弱零件材料为铸铁， [ p ] 为 70~80，取平均值 75； 满足键强度条件下大带轮的键的接触长度最小值满足公式

　　计算得 l min  30.27mm， 键的实际最小长度为 30.27b=40.27， 取键长标准值为 45mm， 键标记为：键 10  45 GB1096-79； 大带轮轴向固定方法为一端轴肩，一端轴端挡圈，考虑到大带轮的载荷有冲击，采 用 A 型轴端挡圈。根据轴颈选公称直径为 40mm，材料为 Q235-A，不经表面处理，标记 为： 挡圈 GB 891-86 40。

　　刀架厚度为 0.4  57  22.8 圆整为 23mm 2）刀具设计 为了使切碎情况为滑切而不是砍切，同时刀具的制造刃磨比较容易，本设备的刀片

　　采用圆弧刃刀片。 如图 4.2 所示，ABCD 为切碎断面，CD 为定刀刃， O1 为刀架回转中心， O2 为圆弧刀

　　图 4.2 圆弧刃刀片 类比 9ZF-1.0 风送式铡草机，CD 取 170mm，则秸秆经过喂入辊前的喂入厚度为

　　231480/170  136.17(mm) ， 考虑到秸秆喂入经过喂入辊时秸秆别小程度的压缩， 试取喂

　　入口高度为 110mm。 当使用专设的辅助式叶轮抛送器时，滚筒式切碎机的圆周速度通常仅有 18~24m/s。 因为本设计的切碎机没有抛送设备，所以类比上述滚筒式切碎机，圆弧刀切割部分最小 的刀端线m/s，根据刀架的转速 600r/min,得 喂入口内壁距刀架回转中心距离为 18000 / 62.8  287 mm ，圆整为 290mm； 喂入口外壁距刀架回转中心距离为 290  110  400 mm 。 类比 9ZF-1.0 风送式铡草机，圆弧刃半径为 375mm。 当刀架作顺时针回转式，圆弧刃与定刀刃构成一个剪切副，像一把剪子一样剪切秸 秆，两条刃线构成一个角  ，称为挤推角。在点 E 处，动刀的速度为 v，显然，v 的方 向是和动径相垂直的。 可以把 v 分解为两个速度：和 O2 E 在同一直线上的速度 Vn ，称为砍切速度。与 Vn 方向垂直的速度，称为滑切速度。这两个方向的速度的夹角，称为滑切角  。滑切角不 能取的过大，过大时刀片就要做得更长些，也不一定省功；此外，滑切角过大必将引起 挤推角过大。如果挤推角过大，必将引起秸秆从切割副挤推出去， ，秸秆不断被切断而 滑向喂入口的右边，使切割不均匀，刀片外短磨损严重。因此，为了保证切割，应使

　　由作图法确定， 在切碎断面内的各点中， 切割断面左下角的 D 点附近滑切角  最小，

　　切割断面右上角的 B 点附近滑切角最大。9ZF-1.0 风送式铡草机滑切角在 8°至 26°之 间，类比其滑切角的范围令 D 点滑切角为 8°，取刀刃半径为 375mm，则通过绘图法计 算的刀刃中心与刀架中心距离为 440mm， 据此得出的最大滑切角为 29°， 大约符合要求。 故设计喂入口截面为 170  110 ，刀刃半径为 375mm，刀刃中心与刀架中心间距 440mm， 喂入口内壁距回转中心 290mm，刀具两侧面夹角为 23°。

　　1）喂入辊工作条件的确定 喂入辊工作时，对秸秆产生作用力 R。设 R 力与两喂入辊轴心连线夹角为  。两喂 入辊喂入饲料时，还有摩擦力 fR,方向与 R 垂直。fR 是起卷入秸秆作用的力，R 力在水 平方向的分力是阻止秸秆卷入的力。故喂入辊的工作条件为

　　即    ，其中  为秸秆对喂入辊表面的摩擦角，对秸秆为 17°~27°，如图 4.3 所示：

　　可以近似的认为，喂入辊正压力 R 是作用在饲草与喂入辊接触弧线的中点，如果要 求秸秆喂入层厚度 A 大些，为保证喂入条件，必须加大喂入辊半径。 因 故

　　式中， a——经喂入辊压紧后秸秆层厚 r——喂入辊允许最小半径 将 A=136，a=110，  =22°带入得 rmin  46.58mm，取喂入辊半径 r  50mm 为了增大喂入辊的喂入能力，尽可能增大  ，才有那个具有周向沟槽的沟齿形辊。 2）喂入辊转速的确定 由喂入辊半径 r=50mm 及喂入辊短线mm/s 得 喂入辊角速度为 200 / 50  4rad / s ，换算为 38.21r/min 圆整为 38r/min。

　　1）主要参数的设计 传动比为 600 / 38  15.79 ，圆整为标准传动比 16， 考虑到喂入辊的轴线与主轴轴线垂直，减速器采用圆锥圆柱减速器。各齿轮材料均 采用 45 钢，硬度为 240HBS，如图 4.4 所示。

　　图 4.4 圆锥-圆柱二级减速器示意图 分配传动比：圆锥齿轮传动比为 0.25  15.79  3.9 ，取为 3，圆柱齿轮传动比为

　　喂入辊共消耗功率 580W，为计算简便，轴 1、2、3 传递的功率都按 0.7kW 计算。 轴 1 传递的扭矩为

　　取小锥齿轮的齿数为 23，则大锥齿轮齿数为 69。 锥齿轮接触强度计算公式

　　⑦查得接触疲劳寿命系数 K HN 1  K HN 2  0985 ⑧计算接触疲劳需用应力 取失效概率为 1%，安全系数 S=1，得

　　确定公式内的各计算数值： ①查得两齿轮的弯曲疲劳极限为  FE1   FE2  500MPa ②查得弯曲疲劳寿命系数 K FN1  0.85 ， K FN 2  1.0 ； ③计算弯曲疲劳需用应力 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4，由公式

　　曲轴转速为 26.455r/min,主轴至曲轴的传动比为 600 / 26.455  22.68 主轴与曲轴的轴线的中心距很大，采用二级传动，高速级为皮带，低速级为圆柱齿 轮。 圆柱齿轮主要参数采用主轴至喂入辊减速器中圆柱齿轮的参数：

　　为了使压缩部分能够自动的卸料，必须设计相应机构使每次压缩行程结束后压缩块 能够移出压缩室准备第二次压缩。传统的蜂窝煤生产设备采用槽轮机构，但是设计槽轮 机构的动力传输部分相对复杂，本设计借鉴检索到的专利《卧式多冲头蜂窝煤成型机》 （专利号 8520 4144）中的蜂窝煤成型机冲头的主要原理进行设计，如图 4.5 所示。 冲头右端有两个螺纹孔，用于跟导轨座内的推杆连接。冲头向左移动的工程中，导轨内 的推杆通过套筒 D 和销钉 B 将动力传递到推杆 A 上，推杆 A 对切碎后的秸秆施加一定压 力，从而达到压块的效果。当压缩过程进行完成后，秸秆块充满了套筒左端，冲头开始 向右移动。冲头向右移动出压缩室的过程中，推杆 A 在弹簧和销钉作用下随套筒一起移 动，秸秆块在套筒左端也随套筒向右移动。当销钉与限位座 C 接触后，套筒再向右移动 而在销钉的作用下推杆不再运动，秸秆块在推杆作用下被推出套筒左端，从而实现了卸 料的目的。

　　图 4.5 冲头示意图 A 冲头内推杆，B 销钉，C 限位座，D 冲头的套筒 套筒左端的内径即为最终秸秆块的直径 100mm，推杆左断面与套筒左端的距离即最 终秸秆块的高度 75mm。卸料过程中销钉相对套筒移动的距离为 80mm，套筒上开槽的长 度应在 80mm 以上。 弹簧选用最简单的端部不并紧不磨平的弹簧， 查标准值选取中径为 35mm， 材料直径 3mm 的弹簧， 查取标准得工作极限载荷下的单圈变形量 f=11.35mm， 最小套筒直径 42mm， 最大心轴直径 28mm。设计套筒内径 46mm，推杆中部外径 24mm。销钉选用 A12  90 。

　　上面已计算出压缩前秸秆的长度为 75mm  3.18  238 .5mm 。 秸秆在重力作用下落入 压缩室，秸秆落至压缩室内一部分长度内，压缩室的长度至少为 2  238 .5  477 mm 。但 是如果压缩室只有 477mm 长，掉落的秸秆可能从压缩室右端露出，压缩室右端与切碎部 分下壳体右壁距离 50mm。 冲头在卸料的过程中必须保证最后冲头的推杆和压缩室右端有

　　切碎机主轴端部有锥齿轮，同时由于刀具的安装切碎过程中会有轴向的冲击，故采 用圆锥滚子轴承，根据设计的轴颈选择轴承 30210。 圆锥圆柱齿轮减速器高速级选用圆锥滚子轴承 30204，低速级由于几乎没有轴向力 选用深沟球轴承 6008， 一级圆柱齿轮减速器两个齿轮轴都没有轴向力， 都采用深沟球轴 承，低速级采用轴承 6004，高速级采用轴承 6008。 以切碎机的轴承端盖为例，如图 3.6 所示：

　　类比减速器螺栓的选用，轴承端盖的螺栓直径根据轴承外径选择，本设备轴承端盖 螺栓均为 M6。 根据减速器中心距定出减速器箱体和地脚螺栓的公称直径， 本设备减速器 箱体螺栓为 M8，地脚螺栓为 M12。轴承与箱体的螺栓均用弹簧垫片放松，地脚螺栓加装 普通平垫片防松。

　　通过本次设计和查阅相关资料， 我熟悉了农业机械的特点， 熟练掌握了切碎 （粉碎） 机和压块机的工作原理和主要结构。在掌握了各类型切碎（粉碎）机和压块机的工作原 理的基础上，提出了小型化、生物质燃料加工设备的设计方案。 在设计过程中， 我进一步熟悉了机械的设计方法， 大大丰富巩固了自己的专业知识。 本设计为创新设计，目前绝大多数切碎（粉碎）机和压块机都是以生产饲料为目的并且 都不为一体，关于秸秆处理这方面的资料非常少，我在设计过程中将现有的切碎机设备 结构修改，借鉴设计了新型的压块机冲头并将切碎机和压块机集成为一体。在创新设计 过程中我大大丰富了自己的视野，收获良多。 本设备主要优点： 1）切碎机、压块机集成为一体，从而实现了生物质燃料加工设备的小型化，降低 了设备的成本，对现在农村秸秆的处置有重要意义。 2）冲头采用创新的组合式冲头，在没有槽轮等间歇机构情况下实现了自动的卸料 进料，使设备大大简化。 由于本人设计水平和条件有限，该设备还存在许多问题，如： 1）关于秸杆加工的各种具体参数很难查阅到，而且目前关于秸秆切碎压块的各项 数据均为个人在特定条件下实验得出，缺乏统一性。一些关于秸秆粉碎压块的理论现在 还处于模糊阶段， 没有定论。 本设计的数据来源许多来自估计类比， 没有自己实验验证， 存在数据不准确的大问题。 2）秸秆压缩前需要添加添加剂，关于添加剂的有些知识不在本专业的领域内，而 且添加的位置，如何控制添加量，如何设计搅拌部分问题很复杂，本设计关于此部分内 容仅仅进行了初步的原理设计，没有具体设计，装配图上也没有表达。 3）冲头虽然结构新颖优点明显，但是工艺性和刚度非常不好，很难线） 切碎部分的切碎长度的分布非常复杂， 需要实验得出， 本设计均用理论长度 10mm 进行设计，误差很大 5）因时间原因切碎部分刀架没有动刀定刀的间隙调整机构，实用性很差

　　6）压块部分采用冲头式对压缩室内壁和冲头磨损相当严重，而且非常容易堵塞。 7）传动系统设计需要优化，本设计的传动系统有些复杂，同时机架不实用需改进。 8）由于严重缺乏实际经验，本设计的设备安全性存在问题。

　　通过大学期间的学习，运用所学知识，经过几个月的精心准备，我的毕业设计最终 顺利完成了。设计期间，涉及到许多专业课知识，承蒙各位老师在百忙之中，抽出时间 给与指导，特别是在张鹏老师的亲切关怀和精心指导下，使设计得以顺利完成。张老师 他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我， 使我终生受益。在本科学习期间，各位老师倾注心血，都始终给予我细心的指导和不懈 的支持与关怀，让我不论是在学习上，还是在做人上都受益匪浅，最终能够顺利完成学 业。在此，谨向所有关心和教育过我的老师表示衷心的感谢以及崇高的敬意。 总之，这次毕业设计得到很多人的帮助，从开始进入课题到论文的顺利完成，有很 多可敬的师长、同学、朋友给了我无微的帮助，在此表示我对你们的深深的谢意！必威 betway必威必威 betway必威