粉碎机设计的开题报告(川农).doc

四川农业大学本科生毕业论文（设计）开题报告
毕业论文（设计）题目
玉米粉碎机的粉碎装置设计
选题类型
应用型
课题来源
自选项目
学院
信息与工程技术学院
专业
农业机械化及其自动化（教育）
指导教师
廖念禾
职称
副教授
姓名
罗正波
年级
2010
学号
20104052
开题报告（立题依据、研究的主要内容及预期目标、研究方案、论文进度安排、主要参考文献）
1.立题依据
1.1研究背景与意义
我国刚进入社会主义阶段时的经济非常落后，在党的领导下我国的经济不断发展，人民的生活水平有了很大的提高，其中在物质方面取得的成就最为突出。有资料显示畜牧业和农业生产在2010年呈持续增长势态：粮食总产为54647.7万吨，比上年增加1565.5万吨；全年肉类总产量为7925.8万吨，比上年增长3.6%；禽蛋2762.7万吨，增长0.7%：奶类产量3748.0万吨，增长0.4%[1]。畜牧业的快速发展以及国家对现代农业建设投资力度的加大使得养殖业中所使用的玉米、大豆、秸秆、干草等的粉碎机不断的更新换代。近几年来，在我国惠农政策的推动下，我国的农业机械正处于快速发展时期，持续增长，出现了生产与销量两旺的喜人态势。
与此同时，我国的玉米粉碎机机型多样。从高速到低速：主要存在的问题是锤片式粉碎机的堵塞、振动和噪音大、轴承过热、耐磨损差、使用周期短、能耗高、对粉碎原料有限制、适用于脆性物料的粉碎、微粒表面形状不规则、而锤片式粉碎机生产的微粒主要是球形、因此体积密度相比低5％～15％，以及初期设备投资较大，潜在维修成本高[2]。目前，我国国内出现了许多小型大型的粉碎机，在一定程度上提高了作业效率。但是由于粉碎机结构复杂，市场空间大，许多生产厂家纷纷开始研制、生产玉米粉碎机，因此大量结构不同、可靠性差、效率低的玉米粉碎机被应用，给使用者带来了不必要的损失[3、4]。
为此，相关科研人员对玉米粉碎装置做了大量的理论、试验研究，取得了较大进步，但在大多数场合，玉米粉碎机的零件易磨损，工作可靠性不好。提高其工作性能仍是我国农机科研工作者迫切需要解决的问题。农业的农机化发展是解决 “提高农民收入、改善农村面貌、稳定农业发展等问题”的需要。加快了农机化的发展，使农业向着机械化方向发展，不断提升劳动生产率，降低成本，减轻农民的劳动强度,提高资源完全的利用率具有重要的研究意义[6]。
1.2国内外研究现状
1.2．3国内发展玉米粉碎机状况
玉米是世界三大粮食作物之一，年总产量约7亿t；中国的玉米产量是世界的第二位。玉米的加工便是农业生产的延伸，也是工业加工的上游产业。我国畜牧业生产具有悠久的历史，但我国饲养技术和饲养装备却相当落后，大大的阻碍了畜牧业的发展。而饲料加工机器的工作性能低，所以提高玉米粉碎机的可靠性是我们每个农机人都该做的努力，生产出更好的饲料生产机器[1、5、8]。
目前我国的市场上已有锤片式粉碎机和爪齿式粉碎机，其中锤片式粉碎机基本构造包括圆筒筛板、转子、锤片和固定在锤片转子周围的冲击齿板。其工作原理是将物料引入冲击齿板、筛板与旋转锤片间的空间，利用锤片等的部件对物料的打击和搓擦作用，将物料破碎成若干小粒，是一种冲击式的粉碎设备。工作时，被加工的物料进入粉碎室内，受到高速的旋转的锤片的反复冲击、摩擦在齿板上的碰撞，从而被逐步粉碎至需要的粒度通过筛孔漏下。锤片式饲料粉碎机因其占地面积小、粉碎效率高、耗电量小等优点，在目前饲料工业中得到了广泛的普及应用[7]。这些粉碎机虽有生产率高、能耗低、调节操作方便等优点，但由于各类型的粉碎机结构较为复杂，并且粉碎起来存在许多缺点：①动力浪费大，度电产量不高②粉碎粒度不均匀③机器部件磨损快，工作稳定性差④生产率低⑤使用筛片磨损快，生产成本增加⑥整体结构大，不易移动，所以我们该设计一个小型的玉米粉碎机[9、10]。本课题设计的粉碎机是专门把玉米粉碎的一种加工机械，该设计在机体结构和部分零件等方面的问题都进行了选择。因此应该开发更可靠的粉碎机，以适合我国畜牧业的发展需要。
我国玉米粉碎机生产现状：研制和发展已有30多年的历史，自50年代开始，我国从原苏联引进的技术与样本机的基础上进行研究设计，有部分省市已设计生产了多种型号规格的产品。从2003年开始，我国饲料粉碎机械产品开始纳入工业产品生产许可管理。2004年7月至2009年8月，已发许可证586份，分布在全国26个省、直辖市、自治区。其中，领证数最多的4个省为辽宁（96）、四川（85）、河南（59）、山东（58）。
20世纪90年代末，上海春谷机械制造有限公司研制开发的“横宽型振动筛锤片粉碎机”，在粉碎筛下装一偏心振动电机，偏心块转动引起的反作用力，使筛面前后往复运动，连续不断地接近旋转的末端，这种振动改变了粉碎机堵筛状况，提高粉碎机筛网的瞬态开孔率，增强对高水分、高粘度、高纤维物料小筛孔的抗堵能力，从而提高了粉碎机效率。
2007年初，上海沃仕机械有限公司研制开发了“双转子锤片粉碎机”。该粉碎机有2个旋转方向相同的转子，2个粉碎室之间连通，构成“∞”型的粉碎室，中间装有导流装置。GTC导撞粉碎技术是引导物料流和锤片撞击的一种方法，它能有效阻止环流层的形状，增加锤片对物料的正面冲击的概率，利用一部分颗粒与颗粒之间的碰撞，解决小筛孔（1.5mm以下）堵塞问题，实现超细粉碎工艺，提高了超细粉碎的产量。2008年，武汉明博机电设备有限公司、河北无极县元大饲料机械公司等企业也相续研制了“双转子锤片粉碎机”。
2009年，上海春谷机械制造有限公司又开发了“振筛剪式锤片粉碎机”。该粉碎机在筛面、物流环内均匀地放置定锤。如160KW粉碎机有45片定锤（每组9片×5排）。它将动锤单向锤击方式改变为动锤和定锤双锤剪切方式，解决了粉碎机锤片对物料的相对速度要求较高，而筛表面物料运动速度要求低的矛盾，改善了粉料均匀度，产量也明显增加。
2009年8月，江苏牧羊集团研制开发了第三代“超越”锤片式粉碎机，它与原超越系列微粉碎机相比，锤片由4mm改为5mm，粉碎室底部增加了一块挡流条。国家渔业机械仪器质量监督检验中心于2009年8月10日、15日在南宁华港农牧发展有限公司对该型机用玉米（含水率12.8‰）进行了委托检测。检测结果：筛孔直径1.0mm，产量13.39t/h；筛孔直径1.5mm，产量18.93t/h。检测结果表明，该机型性能优良[11]。
目前,我国饲料粉碎机械产品的生产企业数接近1000家,生产的产品品种、规格齐全,能基本满足我国畜牧、水产养殖业发展的需要,但还有一些有特殊要求的饲料粉碎机和特大功率的机型,仍然需要从国外进口，这是我们农机人的努力方向，生产出属于自己国家的养殖饲料所需机型。我国现在生产的许多规格的产品已经能替代进口产品,在主要的技术指标已经接近了国际先进水平,而且在价格上有很大的优势。在我国生产的各种机型都有不同数量的出口,其中小型粉碎机的出口批量较大,主要销往东南亚、非洲等国家。而我国的玉米粉碎机主要存在的问题是：1生产效率低，能耗大，粉碎时产量越低，电耗越高，粉碎性能越差。含水率越高越难粉碎。以及筛孔的尺寸，越小加工效率降低。2 玉米粒、大豆等饲料加工性能差（粉料排除困难，对物料重复打击，温度升高，粉碎机效率急剧下降，无用功急剧增加。）3更换筛片频繁(筛片的材质和热处理情况、筛孔大小、粉碎物料的种类及原料的含杂质情况均对筛片的使用寿命有很大影响。) [12]。我国饲料粉碎机械工业尚处于由传统型向机械化、自动化和集约化过渡的起步阶段．仍然有许多问题需要努力解决，不断改进提高。
1.2.4国外发展玉米粉碎机的发展状况
国外玉米粉碎机的发展情况，锤片式粉碎机在国外饲料工业生产中应用最为广泛。如北美地区配备的锤片粉碎机，最大直径可达1.9M，筛片面积4.5M,转速3600r\min，锤片线速度107m\s，功率447W，大多数还配有供风系统用于气力输送。但在最近几年中，辊式粉碎机由于其适于粗粉生产及低噪音、低能耗、粒度均匀这些优点而越来越受欢迎[13]。
美国Roskamp Champion(CPM)公司生产的HM系列水滴型卧式粉碎机采用全宽度双向进料方式，使筛片有效利用面积最大化，减少了换锤片次数，水滴型筛可以阻止料环流层的形成，大大提高了粉碎效率。HM54系列粉碎机转子直径为1．372 m．锤片末端速度达123．3 m／s，配套动力为75—447 kW，筛片面积1．527—4．5833m2。Champion系列粉碎机采用交错开孔排列布置的筛片，不同孔径的筛片组合使用，效率提高10％一15％，并在粉碎机转子隔板上分布有2组销轴孔来调节锤筛间隙，以此调节粉碎粒度[14]。
德国Heitling EMl2系列粉碎机可选用双速控制或无级调遣，全新的快速锤片更换结构，筛片分6片安装，可快速不停机换筛片，筛孔尺寸可调，筛面包角达324°。
日本细川密克朗(Hosokawa Micron)公司生产的ACM型立式无筛微粉碎机，通过不同形式的转子体与定子套的优化配置，可获得最佳粉碎效果．利用高效分级涡轮可及时排出细粉，避免过度粉碎，能耗较低，同时产品细度调节较为方便，平均细度(d50)在10—1000μm范围。由于大风量输送物料，散热效果好．可有效地降低物料温升。Hosokawa Micron公司生产的卧式多级微粉碎机将风机和粉碎机同轴组合在一起．采用两级串联粉碎和内分级．粉碎效率高．能耗低，产品平均粒径3～100μm，并内设排渣装置，提高了粉碎产品的质量和纯度[15]。
意大利GBS公司(GOLFETTO／BERGA／SANTATI)最新生产的MSVl20／25型立式粉碎机，在增大锤片与物料撞击区的同时，尽可能减少了粗粉与筛片的摩擦以降低温升；其转筒型筛片及大筛理面积结构有助于出粉，无须再配传统的吸风装置；机体内部涂覆耐磨材料显著降低了噪声。该机配备了AB 60／R型喂料机，可自动排出铁质杂物，能根据电机的功耗实现均匀进料[15]。
2.可行性分析
2.1具备的条件
(1) 多年来，国内外很多的农业机械研究者对玉米粉碎机中的破碎装置进行了大量的研究，并取得了一定的突破，积累了很多宝贵的成功经验。同时，也产生了很多的失败经验。为本课题提供了大量的理论参考条件。
(2) 国内很多农业机械厂商生产了大量的不同型号的小型玉米粉碎机，并在部分地区推广，同时也出现了很多的问题。这些问题为本课题提供了大量的实际参考。
(3) 在校期间，本人对于农业机械设计相关课程（机械设计基础）有着一定的学习和理解，并对一些绘图软件较为熟悉，为完成课题的理论设计打下一定的基础。
2.2待解决的问题
主要存在的问题：
（1）玉米粉碎机粉碎颗粒不均匀。
（2）粉碎机锤片的工作可靠性和使用寿命较低，容易磨损
（3）玉米粉碎机工作时容易被堵塞，需要经常清理。
（4）玉米粉碎机体积比较大，并且不易移动。
我们需要对以上存在的问题加以解决，需要对当前已存在的玉米粉碎机进行分析，再进行结构上的合理设计。
3.研究的主要内容
（1）提出玉米粒粉碎装置的设计方案
（2）玉米粒粉碎装置的设计主要包括的设计（锤片、轴的受力）。同时对易损件进行强度，疲劳校核。
（3）绘制粉碎装置各个部件零件草图及总装配图
4.研究方案
(1)通过国内外玉米粒粉碎机发展概况的研究与阐述，归纳出其优点与不足，并对其提出设计方案。 1通过间断的使用减小摩擦 2 减小结构尺寸，使粉碎机易移动。并对其提出三种不同的设计方案。以下是三种方案的简要特点：
①方案1：锤片采用矩形锤片
特点：运用的较多，通用性好，形状简单，易制造。它有两个销连孔，其中一个孔销连在销轴上，可以轮换使用四个角来工作。
②方案2：锤片采用阶梯型锤片
特点：阶梯型锤片工作棱角多，粉碎效果更好，但是与之相比耐磨性要差些。
③方案3：锤片采用尖角型锤片
特点：尖角锤片适用于粉碎牧草等纤维质饲料，但是耐磨性也差。
（2）锤片式粉碎机方案的简要特点：当物料由进料口进入机膛时，立即受到高速旋转的锤片的打击而破碎，当物料在机膛内连续多次撞击而粒度小到能通过底下的筛面的筛孔时，就可以从出料口流出。缺点是一般的粉碎机整体比较大而不易移动。
粉碎机的锤片容易磨损，所以采用方案一使用矩形锤片，因其通用性好、制造成本低、使用成本也低，还可以轮换使用四个角，便增加了其使用寿命。
(3) 通过计算相关参数设计粉碎装置的各个主要部件。绘制出零件设计图纸和装配图纸。
5.创新点
目前玉米粉碎机的粉碎颗粒不均匀、锤片的工作可靠性和使用寿命较低，而且工作时易被堵塞，需要经常清理。玉米粉碎机体积比较大，并且不易移动。所以此设计是生产出工作可靠性强的微小型易移动的玉米粉碎机（重点在提高可靠性）。
6.预期目标
参考以前的设计者的作品，并设计一种微小型的玉米粒的粉碎装置。具体预期目标如下：
（1）算出玉米粒粉碎装置运动过程中的力；

（2）画出玉米粒粉碎装置的零件图和装配图；
（3）在可能的情况下，找厂家进行试生产和进行试验。
7.进度安排
(1) 2013年4月前完成开题报告，并提交导师审查。同时，根据初步确定的思路，搜集、整理有关文件资料；
(2) 2013年5月—7月　进行收集资料，设计粉碎机的结构；
(3)2013年8月—9月如果有条件，可去有关公司和企业参观；
(4) 2013年9月—10月初步完成论文撰写，并送导师审阅；
(5) 2013年10月—11月份在导师指导下，完成论文的修改工作；
(6) 2013年12月　进行论文、设计图纸的打印，并准备论文答辩。
8.主要参考文献
[1]韩长赋陈晓华.中国农业发展报告[M].北京:中国农业出版社 ,2011
[2]周文华,董玲.粉碎机的常见机械故障及排除方法[J].江西省农业机械研究所,2007(6):36-37
[3]邓洁红,曹乐平.锤式粉碎机的优化设计[J].粮油食品科技,2005 13（3）:14-21
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[5]陈璥.玉米淀粉工业手册[M].北京:中国轻工业出版社,2009
[6]王净,王鹏等.锤片式饲料粉碎机主要因素对工作性能的影响[J].河北北方学院,2010（4）：64-71
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[9]袁巧霞,任奕林主编.食品机械使用维护与故障诊断[M].北京:机械工业出版社,2009
[10] 邱礼平,龙秀主编.食品机械设备[M].北京:化学工业出版社,2010
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[13] Kurt A Rosentrater, Gregory D Williams. Design Considerations for the Construction and Operation of Feed Milling Facilities. partⅡ：process Engineering considerations [EB/OL] ,2004(4)
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[15] 王与,王顺喜.饲料粉碎机发展现状分析[J].北京：粮食与饲料工业,2007（10）：29-32
指导教师意见

指导教师签名：

年月日

开题小组意见

负责人及成员签名：

答辩时间：年月日

注：1. 选题类型：基础型、应用基础型、应用型、调研型；
2. 课题来源：国家级项目、省部级项目、横向合作项目、校级项目、自选项目；

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