小型秸稈壓塊機設計
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畢業(yè)論文（設計）開題報告要求
開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文（設計）的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。
一、選題依據(jù)
1.論文（設計）題目及研究領域；
2.論文（設計）工作的理論意義和應用價值；
3.目前研究的概況和發(fā)展趨勢。
二、論文（設計）研究的內(nèi)容
1.重點解決的問題；
2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路）；
3.本論文（設計）預期取得的成果。
三、論文（設計）工作安排
1.擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）；
2.論文（設計）進度計劃。
四、文獻查閱及文獻綜述
學生應根據(jù)所在學院及指導教師的要求閱讀一定量的文獻資料，并在此基礎上通過分析、研究、綜合，形成文獻綜述。必要時應在調(diào)研、實驗或?qū)嵙暤幕A上遞交相關的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順，較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎。
五、其他要求
1.開題報告應在畢業(yè)論文（設計）工作開始后的前四周內(nèi)完成；
2.開題報告必須經(jīng)學院教學指導委員會審查通過；
3.開題報告不合格或沒有做開題報告的學生，須重做或補做合格后，方能繼續(xù)論文（設計）工作，否則不允許參加答辯；
4.開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導教師；
5.開題報告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。?。
一、選題依據(jù)
1、 研究領域
本題目涉及機械設計、機械原理等多方面的知識。
2、 論文（設計）工作的理論意義和應用價值
秸稈壓塊是指秸稈或牧草經(jīng)閘側后進行高密度壓縮成塊狀。秸稈是一種放錯地方的資源，在人類的日常生活中，會產(chǎn)生許許多多的剩余物，特別在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生大量的秸稈資源，秸稈資源是可再生的生物質(zhì)能源，包含著大量的營養(yǎng)物質(zhì)，但由于人們對此資源缺乏認識，利用方式單一、落后，有效利用率低，導致這種資源松散的分布在大面積范圍內(nèi)，給收集應用帶來巨大困難。但隨著近來農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結構的調(diào)節(jié)，人們對于秸稈的有效利用的需求不斷增長，利用工業(yè)化手段將這種資源“變廢為寶”顯得尤為重要，小型秸稈壓塊機就應運而生，不僅可以解決畜業(yè)動物的飼養(yǎng)問題，也可以提高資源的綜合利用率。因此設計一臺小型秸稈壓塊機就可通過機械化作業(yè)完成秸稈的粉碎、壓塊過程，提高了生產(chǎn)效率。而且由于國內(nèi)秸稈壓塊設備的市場需求逐漸變大，且進口壓塊機價格比較昂貴、操作及維修想多復雜，不適用于一般中小型農(nóng)場。針對這種現(xiàn)狀，有必要開發(fā)成本低廉、易于操作和維修、可調(diào)式壓頭的小型秸稈壓塊機械。因此本研究具有一定的現(xiàn)實意義及必要性，選題的內(nèi)容符合機制專業(yè)的培養(yǎng)要求，設計方向明確，難易度適中。設計工作在現(xiàn)有的研究基礎上展開，具備理論基礎和技術可行性。學生已掌握設計所需的相關知識，在軟硬件方面及查獻等方面有切實保障。同時，指導教師具備相關設計背景，學生有充裕的時間開展工作。
3、 目前研究的概況和發(fā)展趨勢
秸稈壓塊是五十年代中期出現(xiàn)的一種新工藝，秸稈壓塊設備在歐美等發(fā)達國家已研究生產(chǎn)多年，并出口到世界各地，目前我國的秸稈壓塊機存在自動化程度低、價格昂貴、操作及維修復雜等弊端。針對這種現(xiàn)狀，有必要開發(fā)自動化程度高、成本低廉、易于操作和維修的小型壓塊機械。根據(jù)物料的結構特點，在設計過程中，采用環(huán)模式可移動式秸稈壓塊機，利用Top-down的設計方法，完成總機設計。本設計共包含四大部分：切碎裝置、自動上下料機構、壓頭（曲柄連桿機構）、行走及駐停機構。結構設計完成后，利用有限元分析軟件對關鍵零部件進行強度校核。
1954年美國約翰迪公司研制出世界上第一臺移動性秸稈壓塊機，隨后又生產(chǎn)了400型、425型、429型秸稈飼料壓塊機，后來在美國廣泛使用的是環(huán)模式壓塊機。日本時代研制的工廠化加工草塊的成套裝備，可實現(xiàn)計量、烘干分離、除塵壓塊及草料的運輸、草塊的冷卻及包裝，也可加工稻麥秸稈等，成品含水率在10%到13%。隨后前蘇聯(lián)，英國，丹麥以及其他國家都先后的生產(chǎn)了符合自己國家生產(chǎn)實際的秸稈壓塊機，這種新興技術被廣泛應用開來，大大提高了秸稈資源的可利用率。
秸稈壓塊機的主要類型有環(huán)模式、柱塞式、圓錐螺旋推進式以及纏繞式壓塊機。設備的作業(yè)型式主要有兩種：一種是田間流動式作業(yè)，一種是工廠化作業(yè)。其發(fā)展趨勢為：提高生產(chǎn)率，降低成本，節(jié)省能源，實現(xiàn)微機自動化控制等。我國是從90年代各研究所和生產(chǎn)廠家才開始研究壓塊設備，現(xiàn)在國內(nèi)使用的主要類型是環(huán)模式壓塊機。雖然隨著我國改革開放的偉大進程，綜合國力的顯著增強，科學技術的不斷迅猛發(fā)展，現(xiàn)在的設備與以往不可同日而語，有許多企業(yè)和科研機構都研發(fā)出比較有科技含量的設備并應用于實踐，但生產(chǎn)穩(wěn)定的設備并不多，主要原因是技術并沒有完全成熟，生產(chǎn)成本過高，功耗大，并且價格高昂，這給秸稈壓塊機的普及帶來巨大不利。
二、論文（設計）研究的內(nèi)容
1. 重點解決的問題
(1).壓塊機傳動裝置的傳動方式；
(2).設計參數(shù)的合適選擇；
(3).環(huán)模結構分析。
2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路）
(1).壓塊機原理及結構確認；
(2).壓塊機總體結構設計；
(3).秸稈切碎裝置設計；
(4).上下料機構設計；
(5).壓塊機壓頭機構設計；
(6).壓塊機行走及駐停機構設計。
3.本論文（設計）預期取得的成果
結合具體的設計要求，通過學習及查閱相關方面的資料，全面的了解和掌握壓塊機的工作原理和結構，完成壓塊機總體結構設計及相關功能部件的設計，對關鍵部件的強度進行有限元分析。最終完成論文、壓塊機的3D模型、2D工程圖（裝配圖、零件圖）、關鍵件有限元分析報告、外文文獻翻譯
三、論文（設計）工作安排
1.擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數(shù)）；
首先采用文獻研究法，通過閱讀有關論文、圖書及相關資料，針對具體的設計要求，著重從理論及結構上對國內(nèi)外現(xiàn)有秸稈壓塊機進行全面的了解；第二，采用Top-down設計方法，進行整機功能劃分；第三，利用3D設計方法，逐一進行各機構、部件的設計，確定零件尺寸及進行干涉檢查；第四，有限元分析法，利用有限元分析模塊對關鍵部件進行強度分析
2. 論文（設計）進度計劃
第1周：查閱相關文獻，收集資料，了解設計內(nèi)容；
第2周：翻譯外文文獻，完成相關工作；
第3周：分析歸納文獻，撰寫文獻綜述，確定研究方法，撰寫開題報告；
第4周：整理開題報告、文獻綜述，開題報告答辯；
第5周：小型秸稈壓塊機總體方案設計；
第6周：開展切碎裝置設計的工作;
第7周：整理已開展的工作，中期檢查；
第8周：進行上下料機構設計；
第9周：；開展壓頭設計（曲柄滑塊機構）的工作；
第10周：行走及駐停機構設計；
第11周：進行關鍵部件的有限元分析，校核其強度；
第12周：系統(tǒng)整合，進行總裝配；
第13周：生成、完善2D和3D圖紙；
第14周：修改完善設計說明書；
第15周：完善畢業(yè)設計各項內(nèi)容；
第16周：做好答辯PPT，提交論文，準備答辯。
四、需要閱讀的參考文獻
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[5] 章日晉等編.機械零件的結構設計[M].北京: 機械工業(yè)出版社，2014.
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附：文獻綜述
文獻綜述
隨著化石能源的日益枯竭，其替代品新能源和可再生能源的開發(fā)及利用成為各國研究的重點，而對中國這樣人均能源資源占有量很低，且分布極不均勻的發(fā)展中國家來說則顯得尤為重要。目前，作為能源的生物質(zhì)主要指農(nóng)業(yè)、林業(yè)及其他廢棄物，如各種農(nóng)作物秸稈、油料作物及木材加工廢棄物、城市工業(yè)有機廢棄物以及動物糞便等。據(jù)統(tǒng)計， 我國現(xiàn)在每年的秸稈產(chǎn)量約為7億t，扣除一部分用作飼料和其它原料，作為能源利用的達3.76 億噸。
植物秸稈原料質(zhì)地松散、體積大、熱值低、不便運輸和貯存，采用秸稈壓塊機使秸稈致密成型，便可成為高品位燃料。秸稈成型燃料具有密度高、便于運輸和儲存、形狀和性質(zhì)均一、燃燒性能好、熱值高、適應性強、燃料操作控制方便等優(yōu)點，可用于鍋爐和煤氣發(fā)生爐，也可用于工業(yè)、家庭和農(nóng)業(yè)、園林的暖房取暖。我國作為農(nóng)業(yè)大國，植物秸稈資源豐富，因此，秸稈能源將會成為一種發(fā)展前景非?？捎^的替代能源。目前，秸稈壓塊機主要分為螺旋擠壓式成型機、活塞沖壓式成型機和環(huán)模式成型機3 種機型。
根據(jù)物料的結構特點，在設計過程中，采用環(huán)模式可移動式秸稈壓塊機，利用Top-down的設計方法，完成總機設計。本設計共包含四大部分：切碎裝置、自動上下料機構、壓頭（曲柄連桿機構）、行走及駐停機構。結構設計完成后，利用有限元分析軟件對關鍵零部件進行強度校核。秸稈壓塊機主要由電機、進料機構、進料斗、皮帶輪、皮帶、保護罩、環(huán)模壓縮室和底座組成，環(huán)模式秸稈壓塊機工作時的擠壓方式屬于開式壓縮，利用環(huán)模、壓輪和物料3 者間的摩擦擠壓作用使短段散狀物料成型。壓塊機的傳動方式采用皮帶傳動，皮帶傳動具有過載保護和緩沖吸振的能力。環(huán)模是壓塊機最重要的構件之一， 其性能好壞直接影響壓塊機性能。由于環(huán)模、壓輪和物料3者之間擠壓摩擦， 尤其是物料在環(huán)?？變?nèi)受到的高壓摩擦和物料本身受力變形， 消耗的能量以熱能的方式放出，使環(huán)模和物料溫度升高，導致環(huán)模的磨損加快，使用壽命縮短。
一、我國秸稈壓塊機設計的發(fā)展現(xiàn)狀
我國從20世紀80年代引進并開始致力于生物質(zhì)壓縮成型技術的研究。南京林化所在“七五”期間開展了對生物質(zhì)壓縮成型機的研制即對生物質(zhì)成型理論的研究，目前我國成型機的生產(chǎn)和應用已形成了一定規(guī)模，熱點主要集中在螺旋擠壓成型機上，但是仍然存在著很多問題，因此有待于進一步深入研究。中國從20世紀80年代引進螺旋推進式秸稈壓塊機，生物質(zhì)壓縮技術的研究開發(fā)已有二十多年的歷史。當時,一些科研單位和生產(chǎn)企業(yè)借鑒歐、美發(fā)達國家的先進牧草加工技術和設備,結合我國秸稈綜合利用的具體國情,開發(fā)研制出機械化秸稈壓塊飼料設備進行試驗生產(chǎn)。目前,在國內(nèi)從事該項技術研究、生產(chǎn)的大專院校、科研院所、國有和民營企業(yè)已達數(shù)十家。河北省石潛集團研制的9JG-1500型秸稈壓塊大型成套設備和中國農(nóng)機院內(nèi)蒙古分院研制的9YK-0. 4D型小型秸稈壓塊機是較有代表性的產(chǎn)品,并已小批量投放市場。
機械化秸稈壓塊飼料技術作為新生事物,還剛剛起步,在國內(nèi)發(fā)展速度不一,河北、內(nèi)蒙古等省份發(fā)展較快。如河北省為加快該項技術的推廣步伐,實施了“機械化秸稈壓塊飼料示范項目” 。2011年由省財政撥出150萬專項資金,首批選擇了條件較好的5個項目縣進行示范,生產(chǎn)玉米秸稈壓塊飼料。2012年省財政又投入200萬元建立了10個項目縣進行示范推廣。有關項目市、縣也都投入了相應的配套資金。在示范點的帶動下,一些民間資金也被吸引到秸稈壓塊飼料項目的投入上來。據(jù)不完全統(tǒng)計,全省已建成各類秸稈壓塊飼料生產(chǎn)企業(yè)近40多家,年產(chǎn)秸稈壓塊飼料生產(chǎn)能力已接近10萬t ,機械化秸稈壓塊飼料技術得到了快速發(fā)展。但從國內(nèi)總體情況來看,多數(shù)省份發(fā)展較為緩慢,部分省份還是空白,機械化秸稈壓塊飼料技術的推廣應用尚處于試驗、示范的初期。秸稈壓塊飼料生產(chǎn)設備亦屬于產(chǎn)品介紹期,其性能、質(zhì)量仍存在一些不足,有待進一步改進提高。
二、世界秸稈壓塊機設計的發(fā)展現(xiàn)狀
早在1954 年，美國約翰迪爾( John． Deere) 公司就研制成功了世界上第一臺移動式壓塊機，從1965 年起先后生產(chǎn)了400 型田間撿拾壓塊機和390 型壓塊機。此外，美國蘭代爾( Lundell) ，西德法爾( Fahr) ，威利格爾( Welger) ，丹麥塔魯普( Taarup) ，法國里維爾( Ｒivierrecasalis) 和日本時代制鐵有限公司也生產(chǎn)了多種型式的青、干草壓塊機。20 世紀60 年代，蘇聯(lián)開始引進和研制飼草壓塊機，制造了相應的成套設備。國外技術發(fā)展有以下幾個特點：
一是生產(chǎn)技術大部分已經(jīng)成熟，并達到規(guī)?；蜕唐坊?；二是已經(jīng)由過去燒壁爐的生活用能為主轉向了生產(chǎn)階段：設備制造比較規(guī)范，耗能較高，成本較貴，同等生產(chǎn)能力的設備是國內(nèi)的5-6倍，在發(fā)達國家中，生物質(zhì)能研究開發(fā)應用主要集中與氣化，液化、熱解，固化與直接燃燒等方面。
美國2014年生物質(zhì)能供應量72Mtoe，越戰(zhàn)美國能源供應總量的3%，計劃2030年達到30%。歐盟2003年25國生物質(zhì)能消費量69Mtoe，約占歐盟能源總消費量的4%。國外生物質(zhì)致密固化成型產(chǎn)品的發(fā)展分為三個階段，從20世紀30-50年代為研究、示范、交叉引進階段，研究的著眼點以代替化石能源為目標，20世紀30年代，螺旋式成型機在美國開始設計生產(chǎn)，同時現(xiàn)代化的活塞式成型機也在瑞典、德國得到推廣。
20世紀70-90年代為第二階段，各國普遍重視化石能源對環(huán)境的影響，同時由于出現(xiàn)了能源危機，生物質(zhì)壓縮固化成型燃料發(fā)展很快，西歐及日本等國家已成為一種產(chǎn)業(yè)，1984年日本已有172家工廠生產(chǎn)秸稈壓塊機進行生物質(zhì)壓縮固化成型燃料。
第三階段為90年代后，首先以丹麥為首開展了規(guī)?；醚芯抗ぷ?，隨后瑞典、德國、奧地利等國都相后開展相關研究，聯(lián)合國也將此作為重點研究開發(fā)研究項目。
三、我國與世界強國的差距
雖然我國近年來發(fā)展速度較快并取得重大進展，但于世界強國相比還有一定差距，主要表現(xiàn)在從國內(nèi)總體情況來看,多數(shù)省份發(fā)展較為緩慢,部分省份還是空白,機械化秸稈壓塊飼料技術的推廣應用尚處于試驗、示范的初期。秸稈壓塊飼料生產(chǎn)設備亦屬于產(chǎn)品介紹期,其性能、質(zhì)量仍存在一些不足,有待進一步改進提高。
四、未來10～15年中國秸稈壓塊機的發(fā)展趨勢
秸稈壓塊機技術能充分發(fā)揮農(nóng)作物秸稈的價值,提高利用率,具有顯著的經(jīng)濟效益,良好的社會效益和生態(tài)效益。在秸稈綜合利用方面又探索出一條新的有效途徑,在總結經(jīng)驗的基礎上繼續(xù)研究治本的措施”的指示精神,是一個具有廣闊發(fā)展前景的新型秸稈綜合利用技術。
1、符合產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策,保護生態(tài)環(huán)境,發(fā)展方向正確
在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整過程中,許多地方已把畜牧業(yè)作為發(fā)展重點,并逐步發(fā)展成為大農(nóng)業(yè)的第一主導產(chǎn)業(yè)牧區(qū)禁牧和小區(qū)集中飼養(yǎng)將使飼料供應成為發(fā)展畜牧業(yè)的關鍵問題,秸稈壓塊飼料的出現(xiàn)有效解決了飼料問題,順應了畜牧業(yè)發(fā)展的需要。農(nóng)作物秸稈用于飼料,既可變“廢”為寶,又可杜絕焚燒秸稈現(xiàn)象,減少環(huán)境污染,而且秸稈過腹還田還充分提高了肥效,順應了“綠色、環(huán)保、高效”農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向。
2、經(jīng)濟效益顯著,市場需求量大,發(fā)展動力強勁
玉米秸稈飼料市場價格在300～ 400元/ t之間,高時可達450元/ t。生產(chǎn)成本一般在200～ 250元/t之間,利潤率30% 以上,生產(chǎn)企業(yè)2年左右即可收回成本。畜牧養(yǎng)殖場每年需要大量的飼料,以養(yǎng)牛為例,一頭牛平均每年就要消耗4～ 5 t飼料,一個養(yǎng)幾十頭牛的小型養(yǎng)殖場就需上百噸的飼料。每年冬、春兩季更是飼料青黃不接時節(jié),貯備秸稈飼料成為有效辦法。隨著畜牧業(yè)的發(fā)展,飼料的需求量還會增加,所以秸稈飼料的市場需求潛力巨大。經(jīng)濟效益和市場需求為秸稈壓塊飼料快速發(fā)展提供了強勁的動力。
3、增加農(nóng)民收入,易于農(nóng)民接受,群眾基礎廣泛
農(nóng)民直接交售玉米秸稈的價格約40～ 60元/t; 如果農(nóng)閑時將秸稈風干、粉碎加工成半成品交售價格可達100～ 120元/ t。與秸稈青貯飼料相比,雖然秸稈的直接交售價格相近,但對秸稈的收獲期沒有限制,不要求秸稈新鮮、青嫩,收獲、交售時間較為充裕; 而且還可以充分保證玉米生長周期,不會降低產(chǎn)量。秸稈壓塊飼料技術成為一項增收效果明顯、惠及面廣泛、每戶農(nóng)家都可以參與的新技術。
4、原料取材廣泛,數(shù)量巨大,發(fā)展基礎雄厚
農(nóng)作物秸稈可以永續(xù)生產(chǎn),是可更新、可再生資源。全國農(nóng)作物秸稈年生產(chǎn)量6億t以上(玉米秸稈約2. 2億t) ,其中只有20% 用作草食性動物家畜飼料,用作秸稈還田或燃料等用途的占60%以上,可用于生產(chǎn)壓塊飼料的秸稈數(shù)量巨大,遍布全國糧食主產(chǎn)區(qū),為秸稈壓塊飼料長遠發(fā)展打下堅實原料基礎。
5、營養(yǎng)價值良好,飼喂儲運方便,產(chǎn)品特點鮮明
農(nóng)作物秸稈中均含有較高的營養(yǎng)成份,其中玉米秸稈粗蛋白含量可達5. 7% ,與普通牧草粗蛋白6% ～ 9%的含量較為接近。玉米秸稈壓塊飼料經(jīng)過“熟化”以后提高了營養(yǎng)價值,改善了適口性,并可根據(jù)具體需求增配添加劑,進一步提高營養(yǎng)價值。秸稈壓塊飼料以1∶ 8～ 1∶ 10的壓縮比縮小飼料體積,高溫加工殺滅有害霉菌,故運輸方便、貯存安全、節(jié)省場地,是牧區(qū)冬季飼養(yǎng)牲畜、防災減災的最佳飼料。飼喂時只需將飼料按1∶ 1的比例用水噴灑即可食用,簡單易行。因此,秸稈壓塊飼料被稱為牛羊的“壓縮餅干”、“方便面” ,其鮮明的特點為飼養(yǎng)牲畜提供了極大的方便。
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