小型可移动式树枝粉碎机关键部件的研究

【摘要】传统能源短缺的现实正逐步在世界发展的舞台上浮现,雾霾等环境污染问题已对我们的健康生活造成威胁,温室效应已成为全球关注的重点问题之一。在此背景之下,选择开发和利用清洁可再生能源将成为发展的必然,生物质能源是可再生能源中的重点发展对象之一。然而,大部分林木原料早期都需要进行粉碎才能进行进一步的处理和开发利用,粉碎技术和设备在生物质利用转化过程中起决定性的作用。因此,针对山地树林、果园每年产生大量修剪树枝和废弃枝桠无法有效清理和利用,急需进行现场粉碎以便及时运输出来和方便利用,而山地地形和现实情况等原因限制了现有设备进入山地有效使用等问题,本文设计研制了一种小型可移动式树枝粉碎机。根据设定的设计目标和技术路线,以及对木质材料的特性研究和对相关树枝进行剪切试验,研究、选择并确定了整体设计方案,完成了对关键部件的详细设计计算,并对其进行三维建模,对锤片、主轴等进行了有限元分析以及对转子总成进行虚拟样机动平衡分析,且成功加工组装试验样机,做了相关粉碎试验,确定了粉碎机的相关参数,验证了粉碎效果。本文主要研究内容和结论如下：1)本文研究的粉碎机粉碎对象为木质类材料,由此,结合现有木质类材料研究理论,研究分析了木质材料的相关组成成分及相关成分对材料特性的影响,并分析了木质材料的相关力学特性和对其造成影响的因素。此外,对柑橘树枝和栾树树枝进行了力学剪切试验,比较了两种不同树枝在不同含水率情况下的剪切强度,并进行了相关分析研究,了解了树枝剪切强度相关变化趋势,对粉碎机相关设计和计算提供了理论基础和现实依据。2)通过对相关粉碎理论的研究,结合本课题树枝粉碎机的可粉碎最大直径为30mm树枝、粉碎粒度可达到5mm以下、物料适应性好、适用于山地园林、果园等设计目标,研究并确定了本课题粉碎机总体设计方案：采用单通道喂料辊通过喂料口均匀连续喂料,树枝进入粉碎室直接由锤片进行剪切,打击和粉碎,不需要刀盘切削等前处理,树枝经过一次打击剪切一次粉碎后变成木屑便出料,无需多次重复循环粉碎。并由此确定各个各部分的具体设计方案。3)结合整体设计方案的研究确定,对转子总成、喂料装置、粉碎室等关键部分进行详细设计。对锤片等部件进行详细研究设计和计算,确定了树枝粉碎机关键部件各个零件的相关参数和尺寸并进行组装配合。完成了单通道、厚锤片、非重复式粉碎的详细、完整的树枝粉碎机设计方案。4)运用Pro/E软件,对粉碎机关键部件进行了三维建模和虚拟装配,对关键组成部分进行了动画仿真和体积干涉分析,保证了设计的合理性；运用ANSYSWorkbench软件对锤片进行静力学有限元分析证明了其设计满足工作强度要求,以及对转子主轴进行了模态分析,保证了该主轴设计在粉碎机在工作过程中不会发生共振现象；运用ADAMS软件对转子总成进行了动平衡分析,证明了本粉碎机设计的转子总成在高速平稳运行时处于动平衡状态。5)成功搭建了满足试验条件的试验样机平台,通过相关树枝粉碎试验得出了本粉碎机最经济实用主轴转速范围为2050-2200r/min,并可确定为2100r/min。并通过在该主轴转速下的验证试验知道了本粉碎机的单位能耗可低至3.162kw·h/m3,生产率达0.851m3/h,较同类小型木质类粉碎机优势明显。
【作者】夏雄；
【导师】张衍林；
【作者基本信息】华中农业大学，农业机械化工程，2014，硕士
【关键词】树枝粉碎机；木质材料；锤片；关键部件；ANSYSWorkbench；ADAMS；粉碎试验；

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