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本科畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告書 題 目 秸稈粉碎機設(shè)計 姓 名 學(xué) 號 專 業(yè) 指導(dǎo)教師 職 稱 學(xué) 位 課題來源 自選 科學(xué)依據(jù)（包括課題的科學(xué)意義；國內(nèi)外研究概況、水平和發(fā)展趨勢；應(yīng)用前景等） 1，科學(xué)意義 我國是個農(nóng)業(yè)大國，每年農(nóng)村的秸稈量就有6.50 億噸，到2014 年達7.26 億噸，相當(dāng)于3 億噸標(biāo)準(zhǔn)煤[1]?？梢姡谶@些秸稈中蘊藏著豐富的能源，近年來，由于針對絕大部分秸稈采用就地焚燒或者掩埋等措施，造成了無法充分利用秸稈中能量的問題，我國用于飼料的秸稈能量還不足10%[2]，同時又對環(huán)境造成了極大的破壞。因此，作為一個生物質(zhì)產(chǎn)出大國，對于我國生物質(zhì)能源的開發(fā)仍然值得我們?nèi)パ芯亢吞接憽? 生物質(zhì)原料在開發(fā)利用前期都需要進行相應(yīng)的粉碎加工處理，只有當(dāng)生物質(zhì)的粉碎顆粒符合一定的尺寸和要求時，才能為后續(xù)的生物質(zhì)研究與利用做好充分的準(zhǔn)備。所以，秸稈粉碎機的研究對生物質(zhì)能源的開發(fā)與利用有著非常重要的意義[3]。 目前，我國所研究制造的粉碎機也是多種多樣，技術(shù)相對較成熟，但就現(xiàn)有的粉碎機而言，從設(shè)備的能耗、產(chǎn)量，物料的適應(yīng)性、粉碎粒度、經(jīng)濟性以及機型本身的工作穩(wěn)定性、操作安全性、壽命、工作性能等多方面進行綜合考慮，還是有許多不完善的地方，不能很好地滿足各類生物質(zhì)粉碎的要求[4]。綜上，秸稈粉碎機的研究，對我國生物質(zhì)能源利用的經(jīng)濟化、商業(yè)化和促進農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展都具有十分重要的意義。 本研究主要探討臥式秸稈粉碎機的工作原理及其設(shè)計過程。 2，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析 粉碎機的研制在國內(nèi)己有幾十年的歷史，主要集中在飼料粉碎和農(nóng)作物秸稈切碎等方面[5]。粉碎技術(shù)根據(jù)粉碎方式和粉碎手段的不同可分為鍘切式、錘片式、揉切式和組合式粉碎技術(shù)[6]。在我國，秸稈粉碎機普遍采用的是錘片式和爪齒式粉碎[7]。 我國經(jīng)過多年的潛心研究，錘片式粉碎機的技術(shù)水平和性能指標(biāo)基本上能達到國際同類產(chǎn)品的先進水平。我國秸稈粉碎機企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品品種多、規(guī)格齊全，基本上能夠滿足我國生產(chǎn)發(fā)展的需 要。但是錘片式粉碎機仍然存在能耗高、效率低等問題[8]。國內(nèi)外對于稻稈粉碎機的研宄已有幾十年的歷史，期間研究制造了各種不同型號的粉碎機，但是粉碎原理大同小異。國外注重提高生產(chǎn)效率，主要發(fā)展自動化程度高、通用性好的大型機具，其配套動力大多在75kw以上，例如丹麥的朵 農(nóng)機械廠，生產(chǎn)的由拖拉機動力輸出軸驅(qū)動的朵農(nóng)805型稻桿粉碎設(shè)備，功率高于55kw[9];丹麥的 President有限公司，生產(chǎn)的功率為73.5--110.25KW的錘式粉碎機，生產(chǎn)率達到4--5t/h[10];然而西歐一些公司卻專注小型結(jié)稈粉碎設(shè)備的研制，如意大利的Sike公司設(shè)計的小型桶式稻稈粉碎設(shè)備機體尺寸和配套動力都小，刀片呈螺旋狀排列，振動影響小，粉碎后物料粒度均勻[11].20世紀(jì)80--90年代起，為了滿足各種不同的生產(chǎn)需求，我國研制了各種不同類型的粉碎機，粉碎技術(shù)根據(jù)粉碎方式和粉碎手段的不用，可分為鍘切式、錘片式、揉切式和組合式粉碎技術(shù)[12]。 隨著我國對農(nóng)業(yè)資源不斷開發(fā)與利用，對秸稈粉碎機的理論研究與創(chuàng)新顯得尤為重要。因此，需要重視對秸稈粉碎機的理論研究與創(chuàng)新，優(yōu)化現(xiàn)有的粉碎設(shè)備，進一步改進和完善現(xiàn)有機型，使各種機型的主要工作部件實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，提高秸稈粉碎機的質(zhì)量，降低能耗，增強機組的安全性，發(fā)展一體化聯(lián)合加工設(shè)備，進而提高生產(chǎn)效率、降低勞動強度和加工成本，從而使經(jīng)濟效益更加顯著[13]。同時，根據(jù)不同地區(qū)特點及廣大農(nóng)民的需求，發(fā)展功能較為全面、價格適宜的粉碎設(shè)備，從而提高農(nóng)民的積極性。大力開拓秸稈粉碎機的經(jīng)濟市場，增加秸稈粉碎機的種類和機型，進而降低其生產(chǎn)成本，進一步促進秸稈粉碎機的研制開發(fā)[14]。 3，應(yīng)用前景 （1）秸稈燃料 作物秸稈一直是我國農(nóng)村的主要燃料,上世紀(jì)80年代以前占農(nóng)村能源的70%以上,上世紀(jì)90年 代已下降至30%。目前仍有村民以直接燃燒的方式加以利用,利用率低,其煙霧會造成環(huán)境污染。秸 稈進行深加工提高燃燒值后,再做為燃料則可緩解這一問題,如秸稈壓縮燃料等,但對于現(xiàn)已習(xí)慣于石油燃料的百姓來說,還需要推廣過程。秸稈作為沼氣原料成為生物能源,是解決農(nóng)村家居能源的有效途徑,但我國幅員遼闊,南北方溫度差異大,北方地區(qū)冬季沼氣發(fā)生量的穩(wěn)定性尚需技術(shù)支持[15]。 （2）秸稈肥料 還田利用是秸稈主要利用方法之一,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中已廣為應(yīng)用。秸稈中除含碳水化合物外,還含多種無機元素,秸稈肥中有機質(zhì)豐富,氮、磷、鉀養(yǎng)分較為均衡。秸稈還田后將成為很好的有機肥資源,緩解耕地中氮、磷、鉀的比例失調(diào)問題。但秸稈合理應(yīng)用是一個復(fù)雜的過程,無論是哪種還田方式都涉及很多問題,還田不當(dāng)都會帶來不良的后果[16]。生秸稈很難被土壤中微生物所分解,所以秸稈在土壤中被分解轉(zhuǎn)化周期較長,秸稈粉碎程度、土壤水分、單位面積內(nèi)秸稈數(shù)量等因素都將影響秸稈還田效果。秸稈分解時需要吸收一定的氮,直接還田時需添加一定肥料,以免與農(nóng)作物爭氮影響生長,還田后地塊害蟲呈增多趨勢。大豆、煙草等秸稈不宜直接還田。秸稈漚肥還田時,則要對溫度、時間、水分等因素進行控制,否則也將影響綠肥效果[17]。 （3） 秸稈飼料 農(nóng)作物秸稈加工制作秸稈飼料亦稱過腹還田,秸稈內(nèi)含有可消化的干物質(zhì)粗蛋白質(zhì)等成分,特別 適于飼喂反芻動物,所以一直是豐富的飼料資源。傳統(tǒng)做法是直接將秸稈作為牲畜的粗飼料,但由于秸稈中纖維素、木素等物質(zhì)不易被消化吸收,需經(jīng)過適當(dāng)處理,改變秸稈的組織結(jié)構(gòu),改善適口性,提高秸稈飼料的消化率及營養(yǎng)價值[18]。秸稈飼料處理有多種方法,物理方法是通過切斷、粉碎等方式改變秸稈外觀結(jié)構(gòu)。蒸煮和膨化熱噴處理工藝效果很好,但由于設(shè)備投資較高,尚難在飼料加工中大量應(yīng)用[19]?；瘜W(xué)處理方法如堿化處理,使秸稈纖維膨脹、半纖維素和部分木質(zhì)素溶解。 參考文獻 [1]王雅鵬，孫鳳蓮，丁文斌，等． 中國生物質(zhì)能源開發(fā)利用探索性研究［M］． 北京: 科學(xué)出版 社，2010. [2]薛建華.飼草加工機械概述[J].農(nóng)產(chǎn)品加工,2003(12):34-35. [3]祖宇，郝玲，董良杰,我國秸稈粉碎機的研究現(xiàn)狀與展望[J],2012. [4]朱文德，陳永生，肖宏儒，等． 我國生物質(zhì)粉碎加工技術(shù)的研究進展［J］． 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備， 2007( 7) : 47 －50． [5]錢春華． 桑枝削片粉碎機三維設(shè)計與結(jié)構(gòu)分析的研究［D］． 南京: 南京林業(yè)大學(xué)，2006． [6]于海燕，劉向陽． 秸稈飼料加工機械現(xiàn)狀及進展［J］． 糧油加工與食品機械，2003( 6) : 53 －55． (4)作為栽培基質(zhì) 從 20 世紀(jì)后期有機廢棄物利用成為栽培基質(zhì)研究的熱點。農(nóng)業(yè)廢棄物是可資源化利用的有機廢棄物中最理想的材料, 不但富含作物生長所必需的各類營養(yǎng)元素, 而且基本沒有城市垃圾中的重金屬污染等限制因素。可供利用的農(nóng)業(yè)廢棄物主要有作物秸稈、樹皮、稻殼、椰殼等。Jespersen 研究發(fā)現(xiàn), 腐熟有機廢棄物 ( 水貂糞、牛糞、麥秸和鮮木片)按 20%～40%的體積比與泥炭混合, 其栽培效果優(yōu)于或近于泥炭[20]。在中國南方, 應(yīng)用炭化稻殼、椰殼纖維等廢棄資源作為栽培基質(zhì)已經(jīng)相當(dāng)成熟和普遍.北方地區(qū)將玉米秸、稻秸用于無土栽培和育苗過程也有報道。由于秸稈基質(zhì)容重偏小,大小孔隙比偏大, 因此多數(shù)作為復(fù)合基質(zhì)的組分加以利用, 與重型基質(zhì)材料復(fù)配可顯著改善其物理性狀. (5)其它應(yīng)用 除用于造紙行業(yè)外,秸稈可作為建材、食用菌、編織、制炭等行業(yè)的生產(chǎn)原料。發(fā)達國家以農(nóng)作物秸稈為原料,采取生物技術(shù)手段發(fā)酵生產(chǎn)燃料油氣、單細胞蛋白、酶制劑等高科技產(chǎn)品,已取得成果或一定的生產(chǎn)規(guī)模,國內(nèi)亦有學(xué)者在從事研究[21]. 參考文獻 [1]王雅鵬，孫鳳蓮，丁文斌，等． 中國生物質(zhì)能源開發(fā)利用探索性研究［M］． 北京: 科學(xué)出版 社，2010. [2]薛建華.飼草加工機械概述[J].農(nóng)產(chǎn)品加工,2003(12):34-35. [3]祖宇，郝玲，董良杰,我國秸稈粉碎機的研究現(xiàn)狀與展望[J],2012. [4]朱文德，陳永生，肖宏儒，等． 我國生物質(zhì)粉碎加工技術(shù)的研究進展［J］． 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備， 2007( 7) : 47 －50． [5]錢春華． 桑枝削片粉碎機三維設(shè)計與結(jié)構(gòu)分析的研究［D］． 南京: 南京林業(yè)大學(xué)，2006． [6]于海燕，劉向陽． 秸稈飼料加工機械現(xiàn)狀及進展［J］． 糧油加工與食品機械，2003( 6) : 53 －55． [7]汪莉萍． 復(fù)合式秸稈粉碎機設(shè)計方法理論研究［D］． 哈爾濱: 東北林業(yè)大學(xué)，2010． [8]祖宇，郝玲，董良杰,我國秸稈粉碎機的研究現(xiàn)狀與展望[J],2012. [9]宋永健.農(nóng)作物糧食秸稈收獲一體機：中國，200820188162.2[P]. 2008.9.16 [10]鎮(zhèn)江市農(nóng)業(yè)機械技術(shù)推廣站：中國，201020674726.0[P].2010.12.23 [11]何毅,農(nóng)作物秸稈還田機械化技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展趨勢分析,農(nóng)業(yè)開發(fā)與裝備2013年第7期 [12]于海燕，劉向陽.秸稈飼料加工機械現(xiàn)狀及進展.糧油加工與食品機械，2003(6):53 -55. [13]祖宇，郝玲，董良杰,我國秸稈粉碎機的研究現(xiàn)狀與展望[J],2012. [14]劉晃． 我國飼料粉碎機的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］． 漁業(yè)現(xiàn)代化，2004( 1) : 42 －43． [15]聶勛載.再談合理利用非木材纖維任重而道遠[J].中華紙業(yè),2009,30(24):13-15. [16]鄭書敏.煙稈-潛在的制漿造紙原料[J].國際造紙,2001(1):46-48. [17]趙偉. 2009年中國造紙工業(yè)產(chǎn)銷情況分析[J].中華紙業(yè)2009,30(23):6-13. [18]胡健,曾靖山,鄭熾嵩.幾種非木材原料爆破法紙漿的研究[J].造紙科學(xué)與技術(shù),2004(6):32-35. [19]鄭書敏.煙稈-潛在的制漿造紙原料[J].國際造紙,2001(1):46-48. [20]Jespersen L M. Production of compost in a heat composting plant and test of compost mixtures as growing media for greenhouse culture [J] . Acta Hort. 1993,342:127-142. [21]聶勛載.再談合理利用非木材纖維任重而道遠[J].中華紙業(yè),2009,30(24):13-15. 研究內(nèi)容 了解并分析學(xué)習(xí)現(xiàn)有粉碎機的結(jié)構(gòu)、工作原理和技術(shù)特點，設(shè)計秸稈粉碎機的各級裝置及整體結(jié)構(gòu)，主要包括進料口、粉碎機構(gòu)、輸送機構(gòu)及機身動力傳動機構(gòu)，使桿狀的秸稈成較短的細絲狀并能夠被牲畜食用或易于用來進行生物質(zhì)能的提取。 詳細內(nèi)容： 1，秸稈粉碎機進料口的設(shè)計：結(jié)合秸稈特點設(shè)計合適的進料口，并方便進行人工進料。 2，秸稈粉碎機粉碎機構(gòu)的設(shè)計：設(shè)計合適的錘片粉碎機構(gòu)，將桿狀秸稈細碎化。 3，秸稈粉碎機輸送機構(gòu)的設(shè)計：設(shè)計適當(dāng)?shù)倪\輸裝置，可使經(jīng)粉碎后的細絲狀秸稈易于收集或還田且回收率高。 4，秸稈粉碎機機身的設(shè)計：設(shè)計合理的機身機架，保證粉碎機工作時的穩(wěn)定性和安全可靠性。 5，通過實驗及計算確定相應(yīng)位置的零部件的材料、尺寸、公差等數(shù)據(jù)和選型以及標(biāo)準(zhǔn)件的選配。 6，對關(guān)鍵的軸類零件、齒輪進行強度校核。 7，完成機架的設(shè)計，并對全部零部件進行總體安裝布置。 8，研究所設(shè)計秸稈粉碎機的優(yōu)缺陷及應(yīng)用情況。 擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實驗方案及可行性分析 1，研究方法： 首先，認真閱讀設(shè)計任務(wù)書，查閱相關(guān)資料和文獻，通過對秸稈粉碎機全面、正確的掌握來確定出一個整體的設(shè)計方案，畫出機構(gòu)運動圖，并明確所要設(shè)計的零部件及機構(gòu)；其次，復(fù)習(xí)所學(xué)過的相關(guān)專業(yè)課程，參考相關(guān)資料手冊，通過三維建模實驗和理論計算進行各個零部件的設(shè)計計算，對于需要進行受力分析及失效分析校核的零部件，可以用三維仿真來模擬進行試驗；最后，結(jié)合現(xiàn)有的秸稈粉碎機完善所設(shè)計的數(shù)據(jù)，可以查閱到的數(shù)據(jù)直接從手冊等查詢，無法直接查閱的根據(jù)現(xiàn)有的粉碎機來調(diào)整確定。 2，技術(shù)路線： 認真閱讀分析設(shè)計任務(wù)書，明確設(shè)計任務(wù) 查閱相關(guān)資料確定整體方案，并對方案進行篩選和可行性分析 了解現(xiàn)有的秸稈粉碎機的設(shè)計制造情況，搜集任務(wù)所需的數(shù)據(jù)資料 結(jié)合計算機繪圖軟件和理論計算設(shè)計機架和各傳動裝置 通過受力分析設(shè)計計算各零部件的尺寸、選材等 參考可查閱的相關(guān)手冊和現(xiàn)有粉碎機，完成電機的選型 完成所有零件設(shè)計和部件設(shè)計 完成秸稈粉碎機的總體設(shè)計 撰寫編輯技術(shù)文件 3，可行性分析： 市面上現(xiàn)已有秸稈粉碎機，各個機構(gòu)裝置都有可行的設(shè)計方案，本設(shè)計根據(jù)常見的錘片式粉碎，采用進料、粉碎、回收出料的方案，具備可行性。關(guān)于機身機架的設(shè)計，已擬定出具體的設(shè)計方案，也具備可行性。其余的各個零部件都有詳細的設(shè)計計算過程，都具備可行性。 同時，大學(xué)期間，所學(xué)的專業(yè)課程如《機械原理》、《機械設(shè)計》、《理論力學(xué)》、《材料力學(xué)》、《金屬材料及熱處理》等都是很好的資料，并且獨立完成了課程設(shè)計，所以已具備一定的理論設(shè)計計算能力，再加之對計算機繪圖軟件的熟練掌握運用，定可以順利完成本次設(shè)計任務(wù)。 研究計劃及預(yù)期成果 1，研究計劃： 2014.11.25-----2014.12.15：查找文獻（中、外），并確定所翻譯的外文文獻； 2014.12.16-----2014.12.31：閱讀相關(guān)文獻資料，了解“秸稈粉碎機”的相關(guān)信息，形成大 致思路； 2015.01.03-----2015.01.10：瀏覽閱讀所查文獻，完成開題報告； 2015.01.11-----2015.01.15：完成外文翻譯； 2015.01.16-----2015.01.31：構(gòu)思出設(shè)計方案的雛形； 2015.03.01-----2015.04.10：整體方案設(shè)計，各個零部件的設(shè)計及校核； 2015.04.10-----2015.04.30：用PRO-E進行三維模擬，繪制總裝圖、部裝圖、零件圖； 2015.05.03-----2015.05.30：撰寫設(shè)計說明書并進行修改完善； 2015.06.01-----2015.06.20：進行畢業(yè)論文答辯。 2，預(yù)期成果： （1）翻譯一篇與課題相關(guān)的外文文獻； （2）撰寫論文的格式、字數(shù)要達到學(xué)校學(xué)院的要求； （3）提交總裝圖1張、部裝圖2張、達到加工要求的關(guān)鍵零件圖8張； （4）總結(jié)自己在本次設(shè)計中的收獲和心得。 指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日