一种树枝粉碎机的设计

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：

学生姓名： 付达

树枝破碎机设计

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

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

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Abstract

Along with the people to the growing environmental awareness, environmental requirements are also getting higher and higher, city branch of random stacking and burning has been banned, processing and comprehensive utilization of waste branches it has become urgent to solve city landscaping and sanitation sector problems. After the research and exploration in many research institutions at home and abroad for many years, shredding Technology Branch made breakthrough progress, branch pulverizing machinery which has been hitherto unknown development. Conveying mechanism from the manual before feeding into the delivery of more advanced way of belt transmission, which can not only reduce the human labor,but also can improve the efficiency of.

Technical characteristics of some branch grinder at home and abroad this paper analyzed, understanding the factors branch pulverizing effect, advantages and disadvantages of existing branch mill products, and the design of a branch crusher on the basis of development of the branch disintegrator, hope to provide some reference. Moto Kimie crusher can crush the largest diameter within 200mm branches, the \"floating\" type feeding mechanism, so that it can adapt to different diameter branches. The machine is stable, safe and reliable, convenient operation, high processing efficiency. And the machine also comes with a traction mechanism, convenient mobile operation.

Keywords:

Environment,branch disintegrator,feeding mechanism, conveying mechanism

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目录

摘要 ................................................................................. 2 目录 ................................................................................. 3 第一章 绪论 .................................................................... 5

1.1 课题研究背景，目的及其意义 ....................... 5 1.2基本情况 ............................................................ 6 1.3 选题的设计思想，设计方法及改进 ............... 7 1.4 预期结果 ........................................................... 7 第二章 国内外树枝粉碎机的现状 ................................ 9

2.1 国内外树枝粉碎机的发展现状和趋势 ........... 9 2.2 现有产品的优缺分析 ..................................... 10 2.3一般树枝粉碎机的结构 ................................... 11 2.4树枝粉碎机的工作原理 .................................. 12 2.5国内外树枝粉碎机产品 .................................. 12 第三章 主要技术参数的确定与计算 .......................... 14

3.1输送机构的设计计算 ...................................... 14

3.1.1输送机构的计算 ................................... 14 3.1.2输送带托辊滚轴和轴承的设计选择 ... 16 3.1.3电机与托辊的传动连接 ....................... 16 3.2粉碎室结构设计 .............................................. 17

3.2.1刀盘的设计 ........................................... 17

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3.2.2飞刀的设计 ........................................... 18 3.3喂入机构的设计计算 ...................................... 20 3.4轴的计算与校核 .............................................. 20 3.5机架的设计 ...................................................... 23

3.5.1机架类型的选择 ................................... 24 3.5.2机架中其他结构的尺寸确定 ............... 25

第四章 粉碎机事项 ...................................................... 26

4.1使用维护 .......................................................... 26 4.2操作及调整 ...................................................... 26 4.3保养 .................................................................. 27 结论 ............................................................................... 28 致谢 ............................................................................... 29 参考文献........................................................................ 30 附录 ............................................................................... 31

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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。

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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UG NX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

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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10 mm，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

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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。

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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

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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） （2）

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； 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） （4） （5） （6）

采用合金刀具，安装角度合理，切碎效率高，使用寿命长； 设有过载安全装置；

操作方便、简单、维护快捷；

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

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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，

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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

基本结构 动力机构 输送机构 喂入机构 粉碎机构 排料机构

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，

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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2-2 SFJ-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。

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图2-4 FS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

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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；

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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算

依据上面的计算，托辊的直径D=80mm，所以试取轴的直径为30mm，下面对轴进行计算。

根据需用扭应力计算：传动轴受转矩作用后，扭应力应该小于许用扭应力，因此，轴的最小直径应满足下公式

d≧(Tp+γ)╳(p+n)1/3

式中P— 轴传递的功率（kw） n— 轴的转速（r/min） Tp— 轴的许用应力（kN）

γ— 空心轴的外径与空径之比，γ=0 查机械工程师手册第3版可以得到γ=0，Tp=18MPa 计算公式可以得出d≧1.41mm 所以d=30mm满足条件。 （2）输送带托辊轴轴承的选择计算

根据上面输送托辊轴的直径可以查机械设计手册（第5版第4卷）选取轴承的轴承代号为6006深沟球轴承，基本参数为：基本尺d=300mm，D=55mm，B=13mm。

辊轮的材料有很多种类，在此选择45钢材料作为辊轮的材料，可以满足辊轮的强度要求。

3.1.3电机与托辊的传动连接

（1）电机与托辊的传动采用带传动的方式 ①传动带的选择

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根据传动的速度可以选用普通平带，结构式由数层挂胶帆布粘合而成，该平带的特点是抗拉强度较大，带长可以更具需要截取，预紧力保持性较好，而且价格低廉，开遍式较柔和；但是过载能力较小，耐热，耐油性能差。由于在传送过程中传送带速度比较慢，所以产生的热量不会太大，同时又会暴露在空气中，所以很好的散去了热量，选择传送带的型号为190.胶帆布层数为3，带厚为3.6mm带宽的范围在16-20mm，最小带轮直径伟160mm。 ②V带轮的设计

上面计算可知，电机的转速为1400r/min，而托辊的最大转速为955r/min，而一般的带传动效率在87%到98%，这里我们选取带传动的传动效率为90%，可以通过计算看出传动比i：

i=1400（r/min）╳90%/955(rad/min)=1.3 查表的到V带轮最小基准直径为ddmin=75mm

取小带轮的直径为100mm，根据传动比i=1.3可以算出大带轮直径为130mm。 （2）联轴器的选择

联轴器是机械传动中常用的部件，它们主要是用来连接轴与轴（或连接轴与其他回转零件），以传递运动与转矩；又是也做安全装置。

因为联轴器所传递的许用转速远远大于此带传动的转速，所以可以根据轴孔的直径来选择，因为d=28mm，所以查机械设计手册（第五版第4卷）可以选用联轴器的型号为：YLD4，该联轴器的质量小，转动的惯量也小，所以安全性和稳定性都相对比较好。

3.2粉碎室结构设计

3.2.1刀盘的设计

本机设计处理树枝的最大直径为200mm，因此刀盘需要有足够的转动惯量和转速。刀盘两个主要功能分别是安装飞刀和储存能量，即刀盘也具有飞轮的功能。在不切削时刀盘储存能量，在切削树枝时刀盘能量，有此保证了粉碎室的连续工作。刀盘的两侧分别有切刀和风叶，并在切刀部位开孔（如图3-1）。树枝从刀盘的左侧进入，经过喂入机构上的定刀与刀盘上动刀的相互作用，经切削后，部分的木屑从刀盘上的孔穿进右侧，还有部分会由于重力原因导入下面，最后都在风叶的作用下，顺着机壳排出。

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1，切刀 2，刀盘 3，扇叶片

图3-1 刀盘示意图

根据公式

T=F*r

式中T—切削时的扭矩

F—切削力

r—飞刀到刀盘中心轴线的距离

首先要考虑到本机处理树枝的最大直径为200mm，刀盘安装槽就必须略大于200mm，再加上主轴和轴承座的影响，并留在适当的余量，刀盘的外径为1000mm比较合适，考虑到刀盘安装飞刀和转动惯量等因素，刀盘厚度为60mm。

3.2.2飞刀的设计

（1）飞刀的结构

飞刀是刀盘的主要部件之一，飞刀的性能对树枝粉碎机的粉碎效果起到了至关重要的作用。切刀的前、后两个刀面间的夹角交楔角β，如图3-2，楔角的大小对切削性能的影响也很大。当β越小，刀刃越锋利，切削性能越好，但是飞刀刚度会变小，一般β取40—48度，本机β选43度。

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1.切刀 2.定刀 图3-2飞刀与底刀示意图

（2）飞刀的安装及其固定

后刀面与切削面之间的夹角叫切刀的安装角α，如图3-2，α太大会影响切削的性能；但α太小时，后刀面的磨损会比较大，从而导致寿命变短，综合考虑各种因素，一般α=1—5度，本机取2度。

在设计中，飞刀在刀盘上的安装均采用螺钉装夹安装，它的特点是安装方便，飞刀的伸出量相对较为容易调整。 （3）飞刀的具体尺寸

当刀盘在旋转的时候，需要考虑到它的平衡性问题，四把飞刀位置需要两两的对称，又因为本机处理树枝最大直径为200mm，所以刀刃长度必须要略大于200mm，才能使切削没有死角，刀刃的长度选210mm，厚15mm。 （4）飞刀与定刀之间切削间隙的调节

刀刃与定刀之间的间隙δ也对切削性能有较大的影响。因为各种树枝具有不同的尺寸和外形的特征，有的粗，有的细，有时候会有树叶等杂物，合理的间隙一般为δ=0.2—0.5mm，我们可以通过调节定刀的位置来调节切削间隙δ。

3.2.3扇叶片的设计

扇叶片就是风叶，主要是为粉碎室内提供推力，使得通过刀片粉碎后的树枝和木屑能够顺利的排出粉碎机构。根据风叶片的出口角度的不同，扇叶片非为三种不同的类型，分别是①后向叶型②径向叶型③前向叶型。因为径向型的叶片较为方便加工，而且叶片的磨

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损较小，也不容易积垢，所以本机采用了径向型的叶片。其安装支架采用两两夹角都为120度，从而通过焊接而成。

3.3喂入机构的设计计算

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。喂入装置的功能就是将传送带送来的树枝匀速推进到粉碎室中，并在粉碎过程中扶持树枝。为了使此装置能喂入不同直径的树枝（最大直径为200mm），喂入装置采用了“浮动式”工作原理，即喂入滚轮可以在垂直滑道内上下浮动，喂入滚轮有液压马达驱动，液压马达的进油管和回油管采用软管，以适应喂入滚轮的上下浮动。树枝由左侧输送带自动被送入喂入装置，被喂入滚轮圆周上的齿条咬住，树枝被拖入粉碎室，同时喂入滚轮组件靠重力作用始终压在树枝上，以适应树枝直径的变化。树枝前断进入粉碎装置开始粉碎后，喂入滚轮继续压在树枝上，在切削过程中起扶持和送料作用。

喂入装置设计的关键参数有：喂入滚轮的最小直径和轴向长度，液压马达的转速和驱动力矩以及喂入滚轮组件的重量。

喂入滚轮的最小直径主要有树枝的最大直径确定。为了保证喂入滚轮的齿条能够见树枝咬住，喂入的树枝应该位于喂入滚轮轴心线的下面。设树枝的最大直径为dmax，滚轮的最小直径为dmin,则有dmax›2dmin，喂入滚轮的直径也不宜多大，以避免滚轮中心线到切刀的距离多大，给喂入滚轮输送和扶持树枝造成困难，使得粉碎过后的碎屑过长。综合考虑以上两个方面的要求，本机的喂入滚轮直径取420mm。喂入滚轮的轴向长度应该大于所适应树枝的最大直径，可适当小于输送带，取450mm。

3.4轴的计算与校核

已知P=1.5kw n=1400r/min 轴长870mm 直径220mm 1.计算弯矩M

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F×b-FRA（a+b）=0

FRA=

F•bab 取切削力F=60N a=470mm b=400mm

所以FRA=60•470470400=32.41N

Fy0Fs-FRA-Fbab-32.41N M0M-FRAX0

MFbabX32.41X

X≦191mm

则Mmax=6190.31N•mm 21

2计算扭矩 TFR

D =F

2220 =60

2 =6600N•mm

3.按扭转强度条件验算

T0.2d1.59550001400 =

0.2223 =0.48MPa

TWZ955000Pn 3根据45钢的 [T] 在 25－45 MPa

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0.48远小于25 所以合适

4.按弯扭合成强度验算

M2(T)2 ca

M 取0.3 ca26190.312（0.36600）

30.222 =3.05MPa 3.05远小于25 所以合适

3.5机架的设计

机架承受着各机构的重量，在树枝粉碎机工作的时候，会产生一定的负荷工作载荷，而这些载荷也将有机架承受，所以机架的强度、刚度和稳定性都必须符合相应的要求。根据归纳机架的设计必须满足的要求如下：

（1） 在满足强度、刚度和稳定性的前提下，机架应要求重量轻，成本低； （2） 抗振的性能要好，受迫振动幅度必须限制在允许的范围以内； （3） 噪音小；

（4） 温度场的分布合理，热变形对精度的影响小；

（5） 机构设计合理，工艺性良好，便于铸造，焊接和机械加工； （6） 便于安装调整，方便维修和更换零部件；

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（7） 造型好，既经济使用，有美观大方。

3.5.1机架类型的选择

（1）选择机架

机架类型的选择直接影响到机架后面的设计和计算，据了解机架主要分为：铸造机架和焊接机架，根据两种机架的特点，再结合粉碎机自身的特点，选择焊接型的机架，焊接机架和铸造机架相比具有强度和刚度较好，重量轻，生产周期短，加工简便，在结构设计上灵活，壁厚可以相差很大，并且根据工况需要可以在不同的部位选用不同的材料等特点。虽然焊接机架的成本较高，造价高，但是对于像树枝粉碎机这样的机械，在用料和焊接的质量上不会有太高的要求，所以在成本上不会有很大的提高。该机的机架使用的材料是槽钢，在结构上保证了一定的强度和稳定性，同时也便于焊接，是相对最合适的选择。机架的形状见(图3-3)

图3-3 机架示意图

（2）机架生产注意点

焊接机架在焊接的过程中有一些注意点是必须加以重视的。如果武略了默写主意事项可能会导致整个机架的实效，所以这些注意点在一定程度上决定机架的质量。通过学习，想注意事项中较为重要的几条进行了罗列：（1）材料的可焊接性：焊接件钢材的选择要考虑可焊接性，可焊接性查的材料会造成焊接困难，是的焊缝可靠性降低，并且增加工作量。（2）合理布置焊缝：焊缝的应力区低于许用应力区，以获得承载能力大，变形小的构件；

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为减小焊缝应力集中和变形，焊缝布置应尽可能的对称，最好至中线的距离要相等；尽可能的减少焊缝的数量和尺寸；焊缝不能布置在加工面和需要表明处理的部位上；避免焊缝的汇交和密集（3）提高抗震性：由于普通材料的吸振动能力抵御铸钢，所以抗震能力要求对机架采取一定的抗振措施。 （3）机架的基本尺寸确定

机架的基本尺寸（即切碎机构的固定架）定为1500mm╳1630mm材料选用热轧槽钢。该材料流动性好，用于承受中等弯曲应力。

3.5.2机架中其他结构的尺寸确定

机架中除了用于承载输送机构、喂入机构、粉碎机构等主要工作部件外，还有一些用于行走、固定的机构，便于机器的整体移动。

行走机构是是机械可以便捷的托运和移动，提高了机械的使用率和工作效率。行走机构的种类很多，有履带式，车轮式，滚轮式等等。一般情况下，车轮式是机械设计中使用较为多的一种形式，该中行走机构安装方便，维修简单，可代替性好，价格也比较低。所以此树枝粉碎机中的行走机构就采用了车轮式，在主机架中使用两个大的车轮，既满足了行走的需要，又满足了机架的承载需要。在输送机构的承载机架上安装了一个较小的行走轮。通过机械手册可以查询到：大的行走轮为50╳5，小的行走轮为30╳3.5。行走机构可以使得机器很方便的进行转移和拖动，是树枝粉碎机不可缺少的一个重要部分。

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第四章 粉碎机事项

4.1使用维护

（1）安装

①粉碎机的安装可根据实际需要确定。工作场合需要保证良好的通风。固定使用的粉碎机宜用地脚螺栓固定在混凝土基础上。在用小型拖拉机带动时，应注意转速的配套，如果一次传动转速达不到设计要求，可在机架上装设中间传动轴，以增加传动次数；并应根据粉碎机铭牌上所规定的额定转速，配制直径适当的皮带轮。

②粉碎机的旋转方向应与机盖上所示的红色箭头方向相符。 （2）试机

①试机前应检查配套动力使用粉碎机的旋转方向是否与机益上箭头方向相符合。 ②检查零件的完整情况及紧固情况，特别是刀盘等高速转动的零件，必须固定紧固。 ③检查粉碎机座上的固件情况。

④打开机盖，确保粉碎室内没有杂物。用手转动主轴皮带轮，查看转动是否灵活，有无撞击声。然后将机盖拧紧。

⑤检查轴承内的润滑脂，如果发现润滑脂变质，应用清洁的柴油或煤油将轴承清洗干净，更换新的润滑脂。

⑥检查完毕后，空车试运转5—10分钟。如运转正常，即可正式工作。

4.2操作及调整

（1）粉碎机启动后，待转动正常才能投料。投料时要均匀连续，不要时多时少，防

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止超载工作。

（2）原料应清选，最好不要将金属和碎石等混入粉碎室。无聊卡塞时，可用木棍等处理，禁止把手伸入喂料斗。听到不正常声音应立即停车检查。

（3）使用集料带时，当袋内聚集达到1/3时，应立即取出，一面温度上升，产量下降。取出后应抖动不带增加透气性。

（4）投料完毕，应空转2—3分钟，把残料完全排出。

4.3保养

（1）每天工作结束后，应及时清理机器，检查各连接固定部位是否有松动。 （2）经常润滑轴承，防止轴承因缺油而磨损。

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结论

我国是一个农林资源十分丰富的国家，各个地区的树木都十分多，而每年又有许多的树枝残枝在一定程度上被浪费，有的被焚烧，有的被直接人在路边，不仅造成资源的浪费，而且还会造成环境的污染。因此，树枝粉碎机的诞生解决了很多问题。树枝不再是树木的残余物，从前被遗弃的树枝树叶都可以变废为宝，变为原材料进行加工和利用。

我设计树枝粉碎机机参考了大多数长刀削片机结构设计，传动方式采用带传动，缓和载荷冲击，减小了噪声，防止因过载而造成零件的损坏，但带的寿命较短，过载时产生打滑，使效率降低且不能保持准确的传动比。并给此树枝粉碎机加上了行走装置，使树枝粉碎机提高了机械的使用率和工作效率。

树枝粉碎技术还在不断的发展中，所以树枝粉碎机额在不断的更新换代。随着科学技术的不断进步，树枝粉碎机的完善程度将会有进一步的提升。人们对环境保护和资源节约的日益重视，也会是树枝粉碎机的使用越来越广泛。

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致谢

首先要感谢的是我的指导老师蒋老师，没有他的及时督促和悉心指导，设计不可能顺利完成。在这设计的半年来，无论是在学习上还是在生活上，都得到了老师无微不至的关怀。我能经常与他交流设计中遇到的问题，得到他的言传身教，受益颇多。老师严谨求实的治学态度、宽厚待人的品格让我学到的不仅是如何做学问，还有如何做人。老师永远是我学习的榜样。

非常感谢机械教研室的老师在设计过程中给予的指导和帮助。 感谢同窗学友等的全力帮助。

感谢在四年中对我的培养，感谢四年中辛苦栽培我的所有老师，感谢无私帮助我的所有同学，并祝各位老师和同学身体健康，工作学习事事顺心！

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参考文献

[1]宋宝昌,程立杰.FS型粉碎机的研制[J].木材加工机械,1997(4)：12-14

[2]徐新煌,王秋珍.SFG50树枝粉碎机及其应用探索［J］. 城建车辆与设备,1991(4):12-14 [3]张汉月,黄激文.园林树枝切碎机的设计［J］.广东农机,2002(3):8-9 [4]百度百科. http://baike.baidu.com/view/3380964.htm,2012. [5]王友林.树枝粉碎机的设计要点及分析[J].林业建设,2008(2):31-33 [6]王乃康.现代园林机械[M].北京：中国林业出版社，2001(4):38-40 [7]百度百科. http://www.mutanjisb.com/fsj/szfsj.html，2012.

[8]Victor Yakhot, Steven A. Orszag. Renormalization group analysis of turbulence.I. Basic theory[J]. journal of Scientific Computing,1986,1(1)：201-203.

[9]S.Nikolov, Modelling and simulation of particle breakage in impact crushers. International Journal of Mineral Processing.2004, 74 :S219-S225：441-453. [10]百度百科.http://www.jwfu.com/products/5280/46679.html,2012.

[11]牛晓华,吴兆迁,樊涛.木质物料粉碎机的设计[J].林业劳动安全,2008，21(3):14-17 [12]高锐.HLZFS430Q树枝粉碎机的研制[J].福建林业科技,2011，38(3):82-84. [13]朱思洪,付东荔,缪小红.树枝粉碎机的研制[J].南京农业大学学报,2004，27(3):111-113.

[14]顾正平,沈瑞珍.盘式短刀树枝削片设计参数的影响因素[J].北京林业大学学报,2002,24(5):183-186.

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[15]付敏.木质生物质粉碎及规模化制粉机械设计及理论研究[D].哈尔滨：东北林业大学,2010.

[16]朱思洪，贺亮，李军芳.树枝切削性能试验研究[J]中国制造业信息化，2006,(13)

附录

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 名称 总装图 机架 输送机构 粉碎机构 飞刀 主轴 带轮 扇盘 进料辊轮 托辊盖 进料口 端盖

图纸编号 SZFSJ-OO SZFSJ-O1 SZFSJ-02 SZFSJ-O4 SZFSJ-13 SZFSJ-15 SZFSJ-17 SZFSJ-10 SZFSJ-06 SZFSJ-05 SZFSJ-03 SZFSJ-11 图幅 0# 0# 1# 1# 3# 3# 3# 3# 3# 3# 3# 3# 31