錘片式粉碎機(jī)設(shè)計(jì)【錘片式飼料粉碎機(jī)】【粉碎飼料】
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江西農(nóng)業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書
設(shè)計(jì)（論文）
課題名稱
錘片式粉碎機(jī)設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
黃進(jìn)偉
院（系）
工學(xué)院
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
指導(dǎo)教師
饒洪輝
職 稱
講師
學(xué) 歷
博士
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）要求：
1、 設(shè)計(jì)要求獨(dú)立完成，不得抄襲。
2、 設(shè)計(jì)符合生產(chǎn)需要，具有一定的實(shí)用性。
3、 查閱相關(guān)的文獻(xiàn)、資料，能熟練掌握AutoCAD和Pro/E繪圖，對(duì)機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)及農(nóng)業(yè)機(jī)械有較深入的理解好認(rèn)識(shí)。
4、 設(shè)計(jì)說(shuō)明書和圖紙符合相關(guān)國(guó)標(biāo)規(guī)定及工學(xué)院的畢業(yè)設(shè)計(jì)要求。
5、 完成一份4000字以上的設(shè)計(jì)說(shuō)明書和共計(jì)1.5張以上的A0圖紙。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容與技術(shù)參數(shù)：
設(shè)計(jì)內(nèi)容：設(shè)計(jì)一種以錘片高速旋轉(zhuǎn)從而粉碎飼料的粉碎機(jī)，要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，采摘靈活、效率高，能基本滿足粉碎飼料需要。
技術(shù)參數(shù)：所設(shè)計(jì)的粉碎機(jī)規(guī)格要在500*335*650之內(nèi)；結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單，操作方便，成本低,粉碎效率高；電動(dòng)機(jī)選擇三相異步，型號(hào)為Y100L-1，轉(zhuǎn)速為1440r/min。
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作計(jì)劃：
1. 課題準(zhǔn)備階段，了解課題的內(nèi)容，初步定出解決方案。
2. 錘片式粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)子部分設(shè)計(jì)。
3. 錘片式粉碎機(jī)箱體以及總體設(shè)計(jì)。
4. 編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。
接受任務(wù)日期 年 月 日 要求完成日期 年 月 日
學(xué) 生 簽 名 年 月 日
指導(dǎo)教師簽名 年 月 日
系（部）主任簽名 年 月 日
JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY
本 科 畢 業(yè) 論 文（設(shè) 計(jì)）
題目： 錘片式粉碎機(jī)
學(xué) 院： 工學(xué)院
姓 名： 黃進(jìn)偉
學(xué) 號(hào)： 20080959
專 業(yè)：機(jī)械制造設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化
年 級(jí)： 二00八
指導(dǎo)教師： 饒洪輝 職 稱： 講師
二○一二 年 五 月
錘片式粉碎機(jī)設(shè)計(jì)
摘要
粉碎在飼料的生產(chǎn)過(guò)程中是至關(guān)重要的一道工序，對(duì)于原材料的充分利用以及動(dòng)植物的充分吸收起到關(guān)鍵作用。而此次設(shè)計(jì)的錘片式粉碎機(jī)則是當(dāng)前粉碎機(jī)內(nèi)最為常見的一類，它是一種利用高速旋轉(zhuǎn)的錘片來(lái)?yè)羲轱暳系臋C(jī)器，它具有通用性廣、效率高、粉碎質(zhì)量好、操作維修方便、動(dòng)力消耗低等優(yōu)點(diǎn)。
整個(gè)設(shè)計(jì)對(duì)粉碎機(jī)的各個(gè)零件都做了詳細(xì)地?cái)⑹龊陀?jì)算，例如錘片的安裝、主軸的計(jì)算以及篩片的選擇和計(jì)算。力求使得所設(shè)計(jì)的粉碎機(jī)便于拆卸、操作簡(jiǎn)便、度產(chǎn)量高等。當(dāng)然，它也不是非常完美的，但我想對(duì)以后更為先進(jìn)的錘片式粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)以及推廣、進(jìn)一步理論研究起到了些許作用。
關(guān)鍵字：粉碎、飼料、錘片式粉碎機(jī)
Abstract
Grinding in the feed the production process is very important procedure, to make full use of raw materials and the animals and plants to play a key role fully absorbed. And this design hammer-shape pulverizer is the most common in a mill, it is a use of high speed rotating hammer piece to shatter feed machines, it has the versatility the wide, high efficiency, crushing of good quality, convenient operation and maintenance, power consumption advantages.
The whole design of the crusher of each part to do a detailed narration and calculation, such as the installation of hammer, the calculation and the selection and calculation of the screen piece. Efforts to get the design for easy removal crusher, simple operation, high yield degrees. Of course, it also is not very perfect, but I want to more advanced after hammer-shape pulverizer design and promotion, further theory research have some role.
Key words: grinding, feed, hammer mill
目錄
摘要 I
Abstract II
第一章 緒論 1
1.1 粉碎的概述 1
1.2 粉碎的目的 1
1.3 粉碎的方法 1
1.4 對(duì)飼料粉碎機(jī)的要求 2
1.5 對(duì)飼料粉碎機(jī)工作性能的評(píng)價(jià) 2
1.6 粉碎機(jī)的類型 3
第二章 設(shè)計(jì)原理 4
2.1 粉碎機(jī)理 4
2.2 設(shè)計(jì)原理 4
第三章 錘片式粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算 6
3.1 主要技術(shù)參數(shù)的確定 6
3.1.1 錘片末端線速度V 6
3.1.2 轉(zhuǎn)子工作直徑和粉碎室寬度 6
3.1.3 轉(zhuǎn)子工作直徑 7
3.1.4 粉碎室寬度B 7
3.1.5 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n的確定 7
3.1.6 生產(chǎn)率Q的確定 8
3.1.7 配套功率N 8
3.2 電動(dòng)機(jī)的選擇 8
3.3 錘片的安裝 9
3.3.1 錘片的形狀及結(jié)構(gòu)尺寸 9
3.3.2 錘片的材料 11
3.3.3 錘片的安裝排列 11
3.4 篩片的設(shè)計(jì) 12
3.5 主軸的設(shè)計(jì) 14
3.5.1 選擇軸的材料 14
3.5.2 軸的轉(zhuǎn)速 14
3.5.3 軸的輸入功率 14
3.5.4 軸轉(zhuǎn)矩 15
3.5.5 軸直徑的確定 15
3.5.6 軸的設(shè)計(jì)原則 15
第四章 主要零件校核 16
4.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16
4.2 軸的受力圖 16
第五章 粉碎機(jī)的安裝與維護(hù) 20
5.1 粉碎機(jī)的安裝要求 20
5.2 粉碎機(jī)的維修保養(yǎng) 20
5.3 粉碎機(jī)常見故障的原因與排除方法 21
參考文獻(xiàn) 22
致謝 23
23
第一章 緒論
1.1 粉碎的概述
飼料粉碎對(duì)飼料的消化和動(dòng)物的生產(chǎn)性能有明顯影響，對(duì)飼料的加工過(guò)程與產(chǎn)品質(zhì)量也有重要影響。適宜的粉碎粒度可顯著提高飼料的轉(zhuǎn)化率，減少動(dòng)物糞便排泄量，提高動(dòng)物的生產(chǎn)性能，有利于飼料的混合、調(diào)質(zhì)、制粒、膨化等。
粉碎機(jī)械式應(yīng)用機(jī)械力對(duì)固體物料進(jìn)行粉碎作業(yè)，使之變?yōu)樾K、細(xì)?；蚍勰┑臋C(jī)械。粉碎機(jī)械式破碎機(jī)械和粉碎機(jī)械的總稱。兩者通常安排排粒度的大小作大致的區(qū)分：排料中粒度大于3mm的含量占總排量50%以上者稱為破碎機(jī)械，小于3mm的含量占總排量50%以上者則稱為粉磨機(jī)械，也稱粉碎機(jī)械。
1.2 粉碎的目的
粉碎的目的主要有以下兩個(gè)方面：1）增加飼料的表面積，以利于動(dòng)物的消化和吸收。動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)試驗(yàn)證明，減少顆粒尺寸，改善了干物質(zhì)、蛋白質(zhì)和能量的消化和吸收，增加了飼料轉(zhuǎn)化率；2）改善和提高物料的加工性能。通過(guò)粉碎可使物料的粒度基本一致，減少混合均勻后的物料分級(jí)。對(duì)于微量元素及一些小組分物料，只有粉碎到一定的程度，保證其有足夠的粒數(shù)，才能滿足混合均勻度要求；又如對(duì)于制粒加工工藝，粉碎物料的粒度必須考慮粉碎粒度與顆粒飼料的相互作用。粉碎的粒度會(huì)影響顆粒的耐久性和水產(chǎn)飼料在水中的穩(wěn)定性。
1.3 粉碎的方法
飼料粉碎是利用外力的方法克服固體物料內(nèi)部的凝聚力而將其破裂的過(guò)程。也就是依靠機(jī)械力將大塊破碎成小塊，是幾何形狀的變化，沒有化學(xué)變化。常用方法有：
（1） 擊碎。依靠沖擊力將物料破碎的過(guò)程，采用這種方法的有錘片式粉碎機(jī)和爪式粉碎機(jī)，應(yīng)用很廣。
（2） 磨碎。利用剪切力、摩擦力將物料破碎的過(guò)程，采用這種方法的有磨盤是粉碎機(jī)，適合于加工干燥而不含油的物料。
（3） 壓碎。依靠壓力作用將物料壓碎，采用這種方法的有對(duì)輥式輥壓機(jī)，適合于加工壓扁產(chǎn)品物料，粉碎不徹底。
（4） 劈碎。依靠劈力作用將物料劈開，利用這種方法的有青飼料切碎機(jī)，適合于加工秸稈、牧草類飼料。
粉碎機(jī)粉碎過(guò)程一般包含兩種以上的粉碎方法，在具體的設(shè)計(jì)和粉碎機(jī)使用中，根據(jù)物料的物理特性進(jìn)行設(shè)計(jì)和使用。
1.4 對(duì)飼料粉碎機(jī)的要求
（1）成品粒度可調(diào)，通用性要好。
（2）粉碎成品粒度要均勻，飼料溫升要小。
（3）進(jìn)、出料連續(xù)和方便。
（4）度電產(chǎn)量高，能耗低。
（5）主要工作部件耐磨，易更換。
（6）有吸鐵裝置，防止主要工作部件的損壞。
（7）作業(yè)時(shí)粉塵少，噪音小。
1.5 對(duì)飼料粉碎機(jī)工作性能的評(píng)價(jià)
飼料粉碎機(jī)工作性能的評(píng)定指標(biāo)：
（1） 粉碎機(jī)的生產(chǎn)率。單位時(shí)間內(nèi)能粉碎的飼料量，一般每次測(cè)定時(shí)間為30分鐘左右。
（2） 負(fù)荷功率。指電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷，可在電動(dòng)機(jī)的電路內(nèi)接入電度表。
（3） 度電產(chǎn)品量。為了表示粉碎機(jī)粉碎產(chǎn)品的能量消耗，可用能量比耗。
（4） 飼料升溫。每次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，用水銀溫度計(jì)在飼料出口處的成品中測(cè)定溫度。
（5） 飼料細(xì)碎度。細(xì)碎度是之粉碎后飼料所有顆粒的平均直徑，代表粉碎的程度。
1.6 粉碎機(jī)的類型
按粉碎機(jī)械的結(jié)構(gòu)特征可將粉碎設(shè)備分為5類：
（1） 錘片式粉碎機(jī)。該機(jī)利用高速、旋轉(zhuǎn)的錘片撞擊作用使物料破碎。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、價(jià)格便宜、適應(yīng)性廣，除水分較高飼料外，幾乎可粉碎所有飼料。如淀粉含量較高的谷物，含油較高的餅粕，含纖維較高的果殼、秸稈等。目前國(guó)內(nèi)、外飼料廠普遍采用該種機(jī)型。
（2） 爪式粉碎機(jī)。主要利用撞擊和剪切作用，撞擊部件與設(shè)備固定，撞擊作用強(qiáng)烈，適合粉碎脆性硬質(zhì)物料。
（3） 盤式粉碎機(jī)。利用摩擦與切削作用粉碎飼料。盤式粉碎機(jī)的工作面有圓盤形式或圓錐形，可以一盤固定、一盤轉(zhuǎn)動(dòng)，或以兩盤相向轉(zhuǎn)動(dòng)。該機(jī)適用于粉碎干燥而不含油的飼料，可得較細(xì)的成品。
（4） 輥式粉碎機(jī)。常用兩個(gè)表面帶有橫向斜齒的同徑磨輥，因相向或不同速轉(zhuǎn)動(dòng)而產(chǎn)生的剪切、擠壓作用將物料粉碎，適合粉碎谷物飼料，不適于粉碎含油或含水大于18%的物料。
（5） 破餅機(jī)。將大塊油餅破碎成小塊，以后經(jīng)粉碎機(jī)細(xì)碎。破餅機(jī)油錘片式及對(duì)輥式兩種。錘片式機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但噪聲大，輥式的機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
按產(chǎn)品粒度來(lái)分：粉碎機(jī)可分為粗碎機(jī)、中碎機(jī)、微粉碎機(jī)和超微粉碎機(jī)。
在飼料生產(chǎn)企業(yè)：一般選用中碎的錘片式粉碎機(jī)作為主要粉碎機(jī)械。
第二章 設(shè)計(jì)原理
2.1 粉碎機(jī)理
被粉碎物料靠重力從粉碎機(jī)進(jìn)料口進(jìn)入，其下落速度為0.15m/s～0.30m/s。隨即和線速度為80m/s以上的錘片末端想接觸，低速的物料在首次與高速的錘片發(fā)生劇烈的撞擊后，被撞擊拉入加速區(qū)，在此顆粒速度能在很短的時(shí)間內(nèi)被提高到接近錘片的末端線速度，并隨著錘片一起作圓周運(yùn)動(dòng)，而在全速區(qū)逐漸形成物料環(huán)流層，同時(shí)物料也得到進(jìn)一步的粉碎。此后，由于錘片以很高的速度將物料擊向篩板，但物料本身和錘片打擊方向垂直方向運(yùn)動(dòng)，因此，物料很難通過(guò)篩板。
2.2 設(shè)計(jì)原理
圖2-1 錘片粉碎機(jī)原理圖
1， 風(fēng)輪；2鼓風(fēng)座；3轉(zhuǎn)子；4，齒板；5，軸承座；6.軸承蓋；7，皮帶輪；8，主軸
轉(zhuǎn)子為粉碎機(jī)的主要構(gòu)成部分，轉(zhuǎn)子通常由錘片、錘架板、主軸、銷軸等組成。對(duì)于整機(jī)而言，則由進(jìn)料、粉碎及出料三個(gè)部分組成。飼料由進(jìn)料斗進(jìn)去，在轉(zhuǎn)子、篩片、齒板和機(jī)體構(gòu)成的粉碎室內(nèi)粉碎。通過(guò)篩孔后，經(jīng)排粉口、風(fēng)機(jī)、輸送管、集料筒出料。
錘片式粉碎機(jī)
1--進(jìn)料斗 2--上箱體 3--下箱體 4--風(fēng)輪 5--出料口
飼料由進(jìn)料斗切向進(jìn)入機(jī)體后，在高速回轉(zhuǎn)錘片的打擊下飛向齒板，與齒板碰撞彈回后再次受到錘片的打擊；同時(shí)在篩片與錘片間，飼料受到強(qiáng)烈的摩擦。在反復(fù)的打擊、碰撞、摩擦的作用下，小于篩孔的飼料通過(guò)風(fēng)機(jī)及輸送管進(jìn)入集料筒。
所以此次的錘片粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)主線就是圍繞著錘片為主的轉(zhuǎn)子為中心，放入適合的機(jī)體內(nèi)。當(dāng)然，其他部件例如軸、電動(dòng)機(jī)、風(fēng)輪、進(jìn)出口設(shè)備都很重要。
第三章 錘片式粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 主要技術(shù)參數(shù)的確定
粉碎機(jī)的參數(shù)選擇是很重要的，由于機(jī)械的設(shè)計(jì)都是很復(fù)雜的，所以好的參數(shù)選擇對(duì)整機(jī)設(shè)計(jì)之后的性能將有著至關(guān)重要的作用。通過(guò)查閱大量資料以及對(duì)本次設(shè)計(jì)的粉碎機(jī)的規(guī)格的綜合考慮，確定了以下主要技術(shù)參數(shù)。
3.1.1 錘片末端線速度V
查閱資料可知，目前，國(guó)內(nèi)粉碎秸桿的線速度一般為，但是實(shí)際工作中常用的是。錘片的線速度高，沖擊粉碎能力強(qiáng)，但噪音大，粉碎機(jī)振動(dòng)加劇且空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速增加，特別是加工莖桿物料時(shí)，沖擊負(fù)荷大，功率消耗大，使得生產(chǎn)率降低。由于粉碎秸桿等纖維質(zhì)物料，它的粉碎主要是靠搓擦、剪切作用進(jìn)行粉碎，其線速度可取較小值且考慮到軸承壽命、零件強(qiáng)度、轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡問題，故取V=25m/s。
3.1.2 轉(zhuǎn)子工作直徑和粉碎室寬度
轉(zhuǎn)子工作直徑和粉碎室寬度與配套動(dòng)力有一定的關(guān)系：
其中： ——系數(shù) 一般K=9～23之間較為適宜
——配套動(dòng)力（千瓦）
——轉(zhuǎn)子工作直徑（㎜）
——粉碎室寬度（㎜）
3.1.3 轉(zhuǎn)子工作直徑
當(dāng)配套動(dòng)力一定時(shí)，轉(zhuǎn)子直徑過(guò)大則機(jī)器龐大，材料消耗多，成本增加，若轉(zhuǎn)子直徑過(guò)小，當(dāng)線速度一定時(shí)，則會(huì)造成主軸轉(zhuǎn)速過(guò)高，工作平穩(wěn)性差，不利于粉碎，促使生產(chǎn)率降低。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)需要、轉(zhuǎn)子速度和鑿片線速度，確定轉(zhuǎn)子直徑。
其中： ——鑿片線速度（m/s） V=25m/s
——轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 由后面計(jì)算得 n=1200r/min
取D=400mm。
3.1.4 粉碎室寬度B
粉碎室寬度太大，物料分布不均勻，當(dāng)鑿片數(shù)量一定時(shí)，搓擦次數(shù)少，粉碎能力低；粉碎室寬度太小，物料不能得到很好的粉碎，粉碎能力降低，生產(chǎn)率也降低。根據(jù)現(xiàn)有資料和轉(zhuǎn)子直徑，考慮到粉碎物料為秸桿等粗纖維物質(zhì)，可取大些，故確定粉碎室寬度B=200mm。
由式可得：，滿足要求。
3.1.5 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n的確定
根據(jù)粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子直徑D，線速度V和實(shí)際加工要求，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n由下式可得：
3.1.6 生產(chǎn)率Q的確定
由于粉碎機(jī)的功率都是生產(chǎn)出機(jī)器之后才能夠?qū)嶋H測(cè)量，現(xiàn)只有根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行初步計(jì)算，由公式：
其中： ——物料容重 秸桿容重
——轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速
——物料形成環(huán)流成時(shí)的影響系數(shù) 取
——進(jìn)料不均勻的影響系數(shù) 取
——下料口對(duì)排料所產(chǎn)生的影響系數(shù) 取
——轉(zhuǎn)子直徑
——粉碎室高度
=0.14 (T/h)
3.1.7 配套功率N
粉碎機(jī)的粉碎功率可以有經(jīng)驗(yàn)公式求得：
其中： ——系數(shù) ，，取
——生產(chǎn)率，
所以配套功率
3.2 電動(dòng)機(jī)的選擇
根據(jù)粉碎機(jī)的工作條件及生產(chǎn)要求，在電動(dòng)機(jī)能夠滿足使用要求的前提下，盡可能選用價(jià)格較低的電動(dòng)機(jī)，以降低制造成本。由于額定功率相同的電動(dòng)機(jī)，如果轉(zhuǎn)速越低，則尺寸越大，價(jià)格越貴。粉碎機(jī)所需要的功率為N=2.0kw，
且由上面計(jì)算可知，要求電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之上，即1200r/min之上，綜合查表可得其型號(hào)。
故選用Y系列（100L1-4）型三相籠型異步電動(dòng)機(jī)。
Y系列三相籠型異步電動(dòng)具有效率高、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、且提高了防護(hù)等級(jí)、提高了絕緣等級(jí)、噪音低、結(jié)構(gòu)合理產(chǎn)品先進(jìn)、應(yīng)用很廣泛。其主要技術(shù)參數(shù)如下：
型號(hào)：Y100L1-4
同步轉(zhuǎn)速：1440r/min
額定功率：N=2.2kw
滿載轉(zhuǎn)速：1440r/min
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩：
最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩：
3.3 錘片的安裝
3.3.1 錘片的形狀及結(jié)構(gòu)尺寸
錘片是錘片式粉碎機(jī)最主要的，也是最易損耗的工作部件。錘片借助銷軸連接在錘架板上，其尺寸、形狀、工作密度與排列方式、材料材質(zhì)與制造工藝等，對(duì)粉碎效率和工作質(zhì)量均有較大的影響。錘片的形狀很多，其中最常用的為板條狀錘片。
1矩形 2~4 階梯形 5 尖角形
本次設(shè)計(jì)所選用的錘片為雙孔型矩形錘片，為上圖1號(hào)。具體圖形如下：
3.3.2 錘片的材料
錘片的制造材料、如處理及加工精度是錘片的質(zhì)量的主要影響因素。錘片的材料一般有低碳鋼、中碳鋼、特種鑄鐵和合金鋼等。此次設(shè)計(jì)錘片選用的材料為中碳鋼，45號(hào)。這種鋼材通過(guò)淬火處理后，每個(gè)邊角可使用60-100h。但不宜采用整體淬火的熱處理方式。
為進(jìn)一步延長(zhǎng)錘片壽命，可以再錘片的邊角部位堆焊碳化鎢合金等高硬材料，焊層厚1~3mm。其使用壽命比65Mn整體淬火錘片的使用壽命提高了7~8倍，但成本也會(huì)高出2倍。
為了保證錘片的耐磨性，熱處理后淬火區(qū)硬度應(yīng)達(dá)到HRC50~57.但是非淬火區(qū)硬度不超過(guò)HRC28，特別是銷軸孔附近，以達(dá)到良好的減震效果，同時(shí)減少對(duì)銷軸的磨損。
3.3.3 錘片的安裝排列
錘片安裝在轉(zhuǎn)子銷軸上的位置，稱作排列方式。它關(guān)系到轉(zhuǎn)子平衡、物料在粉碎室內(nèi)的分布、錘片磨損的均勻程度。對(duì)錘片排列的基本要求為錘片的運(yùn)動(dòng)軌跡不重復(fù)。沿粉碎室寬度錘片運(yùn)動(dòng)均勻、物料不被推向一側(cè)，有利于轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡。常用的錘片排列方式有螺旋線排列、對(duì)稱排列、交錯(cuò)排列和對(duì)稱交錯(cuò)排列等4種。本次設(shè)計(jì)所選用的為對(duì)稱交錯(cuò)排列。
排列方式見下圖：
通過(guò)對(duì)稱交錯(cuò)排列的安裝，可以滿足錘片旋轉(zhuǎn)空間的不重疊，充分打擊到粉碎室內(nèi)的物料，提高工作效率。而且這樣排列平衡性好，是應(yīng)用較廣的一種安裝排列方法。
3.4 篩片的設(shè)計(jì)
篩片是錘片式粉碎機(jī)主要的工作部件和易損件之一，其對(duì)粉碎效率和粉碎質(zhì)量有較大影響。錘片式粉碎機(jī)上所用的篩片有圓柱形孔篩、圓錐形孔篩和魚鱗孔篩三種。由于圓柱形孔篩結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，應(yīng)用最廣。
一般將篩孔按其直徑分為4個(gè)等級(jí)：小孔1~2毫米，中孔3~4毫米，粗孔5~6毫米，大孔8毫米。篩孔的孔形狀和篩片厚度以及有效篩孔面積（開孔率）都是影響粉碎機(jī)工作特性的因素。
此次設(shè)計(jì)篩孔直徑設(shè)計(jì)為4mm，為中孔。設(shè)計(jì)圖為：
篩板展開局部放大圖
表3-1 SB/T10119篩片的規(guī)格尺寸（mm）
篩號(hào)
篩孔直徑d
孔距t
開孔率
（%）
尺寸
允差
尺寸
允差
20
2.0
±0.07
3.0， 3.2， 3.5
±0.375
40，35，30
25
2.5
±0.07
3.5， 3.7， 4.0
±0.375
46，41，35
30
3.0
±0.07
4.0， 4.4， 5.0
±0.375
51，42，33
40
4.0
±0.09
5.0， 5.5， 6.0
±0.375
58，48，40
通過(guò)上述數(shù)據(jù)可知篩片的開孔率K為：
式中：d——篩孔直徑（mm）；
t——篩孔中心距（mm）。
開孔率K是篩片質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)，它是指篩片上篩孔總面積占整個(gè)篩面有效篩粒面積的百分率。它反映了相同孔徑的篩片物料過(guò)篩能力。篩片開孔率越大，粉碎時(shí)，可供物料過(guò)篩的面積就越大，粉碎效率也就越高。
篩片安裝在粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子外圍，根據(jù)不同的進(jìn)料形式篩片形成不同的包角。此次設(shè)計(jì)的為切向進(jìn)料的粉碎機(jī)，包角為180o，也稱半篩。
3.5 主軸的設(shè)計(jì)
軸是機(jī)械傳動(dòng)中的重要零件，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足合理的結(jié)構(gòu)，足夠的強(qiáng)度必要的強(qiáng)度和振動(dòng)穩(wěn)定性，以及良好的工藝性等?？傊?，所謂的軸的設(shè)計(jì)，就是根據(jù)軸上零件的定位和固定要求，以及加工和裝配要求，合理定出軸的結(jié)構(gòu)外形和全部尺寸的過(guò)程。
軸的材料主要是碳素鋼和合金鋼，毛坯多為軋制的圓鋼或鍛件，根據(jù)傳動(dòng)的功率和一些參數(shù)，選擇材料。最常用的材料是45鋼，經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理，得到的組織具有良好的綜合力學(xué)性能，即在較高的強(qiáng)度，同時(shí)具有良好的塑性和韌性。
3.5.1 選擇軸的材料
因無(wú)特殊需要，選用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表2-5查得，毛坯直徑≦200㎜，硬度217～255HBS，σB=650MPa，σS=360MPa，
σ-1=275MPa，τ-1=155MPa。由表2-2查得，等效系數(shù)=0.2，=0.1。
3.5.2 軸的轉(zhuǎn)速
已知：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n=1440r/min，
粉碎機(jī)的主軸轉(zhuǎn)速n=1200r/min,
所以傳動(dòng)比i=1.2
3.5.3 軸的輸入功率
電動(dòng)機(jī)：=2.2kw，
粉碎機(jī)主軸：
——電動(dòng)機(jī)與主軸的傳動(dòng)效率，帶傳動(dòng)=0.94
3.5.4 軸轉(zhuǎn)矩
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩：==9550=14590.28N
粉碎機(jī)主軸：==9550=16457.83N
3.5.5 軸直徑的確定
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式11.2確定軸的最小直徑：
其中： ——許用切應(yīng)力， 由表16.2
——軸傳遞功率 ，
——主軸轉(zhuǎn)速，
——由表16.2 ，
由上式可得： ，故取。
3.5.6 軸的設(shè)計(jì)原則
軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般原則：軸上零件的布置應(yīng)使軸受力合理；軸上零件定位可靠，拆裝方便；軸應(yīng)采用各種應(yīng)力集中和提高軸疲勞強(qiáng)度繁的結(jié)構(gòu)措施；應(yīng)具有良好的結(jié)構(gòu)工藝性，便于加工制造和保證精度；對(duì)于要求剛性大的軸，還應(yīng)從結(jié)構(gòu)上考慮減小軸的變形。根據(jù)以上原則，確定出軸的結(jié)構(gòu)尺寸。
第4章 主要零件校核
此校核計(jì)算參照《機(jī)械設(shè)計(jì)》例題16.2
通過(guò)查表，軸承選6307，寬度B=21mm；
通過(guò)前面的計(jì)算可知，軸的材料， σB=650MPa，σS=360MPa，
4.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
軸結(jié)構(gòu)圖
4.2 軸的受力圖
由一系列已知條件和上述計(jì)算結(jié)果，軸中間受圓周力=3080N，徑向力=1140N，軸向力=625N。
所以畫出軸的受力圖（a）
通過(guò)軸的受力情況可計(jì)算支承反力：
==330N
==2570N
垂直面反力：==3080/2=1540N
畫軸彎矩圖：
水平面彎矩圖（b）：
垂直面彎矩圖（c）：
綜合上述，可知合成彎矩：
所以合成彎矩圖（d）：
畫軸轉(zhuǎn)矩圖：軸受轉(zhuǎn)矩T==84890N.mm
用插入法由表16.3查得：
應(yīng)力校正系數(shù)：=60/102.5=0.59
所以轉(zhuǎn)矩圖（e）：
當(dāng)量彎矩，在軸中間截面處：
=
=124000N.mm
所以所校核軸的軸徑：
<45mm.
所以軸的強(qiáng)度設(shè)計(jì)滿足要求。
第5章 粉碎機(jī)的安裝與維護(hù)
5.1 粉碎機(jī)的安裝要求
1）錘片式粉碎機(jī)應(yīng)安裝在底層樓上或地下室中，并打好混凝土或條石基礎(chǔ)。中、大型粉碎機(jī)應(yīng)安裝有匹配的減振器，以減少振動(dòng)與噪聲。
2）使用大于15千瓦的電動(dòng)機(jī)，應(yīng)有降壓?jiǎn)?dòng)器，以降低啟動(dòng)電流，應(yīng)裝有配套的相同容量的電流表、電壓表、電度表及開關(guān)燈儀表。
5.2 粉碎機(jī)的維修保養(yǎng)
1）嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行操作，班前班后應(yīng)認(rèn)真仔細(xì)地做好必要的檢查、維護(hù)和清潔；
2）機(jī)器工作1000小時(shí)，應(yīng)拆卸清洗軸承1次；
3）每作業(yè)1~3個(gè)月應(yīng)做定期檢查與維修；
4）零件嚴(yán)重磨損或損壞時(shí)須及時(shí)修理或更換；
5）如停機(jī)時(shí)間較長(zhǎng)，應(yīng)將機(jī)器內(nèi)外的塵污和殘留物清楚干凈，以免機(jī)器銹蝕、雜物結(jié)垢發(fā)生篩孔和管道堵塞；
6）在停機(jī)時(shí)間更長(zhǎng)時(shí)，還應(yīng)使機(jī)器進(jìn)入符合長(zhǎng)期保管的技術(shù)狀態(tài)，確保機(jī)器安全；
7）在吊裝機(jī)器時(shí)可利用粉碎機(jī)兩側(cè)的4個(gè)圓孔，平移時(shí)可在底座下放置若干根管子推動(dòng)機(jī)器做平面位移；
8）錘片式粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)子上通常安裝有4組錘片，錘片呈對(duì)稱排列形式，安裝錘片時(shí)，必須嚴(yán)格按排列要求，相對(duì)應(yīng)兩組錘片的質(zhì)量相差不得大于5克；
9）應(yīng)根據(jù)粉碎成品的粒度要求來(lái)選用相應(yīng)篩號(hào)的篩片。
5.3 粉碎機(jī)常見故障的原因與排除方法
粉碎機(jī)是飼料廠制取飼料的主要設(shè)備之一，粉碎機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性直接影響生產(chǎn)效率及后面工序的正常運(yùn)行，因此，維修及操縱人員學(xué)會(huì)分析和處理粉碎機(jī)系統(tǒng)的常見故障，并在短期內(nèi)予以排除，盡快恢復(fù)生產(chǎn)，就顯得特別重要。
故障現(xiàn)象
故障原因
排除方法
電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)困難
①電壓過(guò)低
②保險(xiǎn)絲易燒斷
③電路有誤
④粉碎室內(nèi)有積料
①躲過(guò)用電高峰再進(jìn)行啟動(dòng)
②更換與電動(dòng)機(jī)容量相符的保險(xiǎn)絲
③整改電路
④清除粉碎室內(nèi)的積料
粉碎室內(nèi)有異常響聲
①鐵石等硬物進(jìn)入機(jī)體內(nèi)
②機(jī)體內(nèi)零件脫落或損壞
③錘篩間隙過(guò)小
①停機(jī)清除硬物
②停車檢查，更換零件
③使間隙符合規(guī)定尺寸
生產(chǎn)率顯著下降
①電動(dòng)機(jī)功率不足
②錘片厚度不適合或嚴(yán)重磨損
③錘片布置不合理
④原料水分過(guò)高
⑤篩孔不符合要求
⑥吸風(fēng)不足或出料不暢
①檢修電動(dòng)機(jī)
②掉頭使用或更換新錘片
③按說(shuō)明書要求布置和安裝錘片
④干燥原料
⑤更換合適規(guī)格的篩片
⑥調(diào)整風(fēng)量或疏通出料管路
進(jìn)料口反噴
①輸送管道堵塞
②篩孔堵塞
③吸風(fēng)不足
④進(jìn)料導(dǎo)向板位置不正
①疏通堵塞管道
②清理篩孔或更換篩板
③調(diào)大吸風(fēng)量
④調(diào)正導(dǎo)向板位置
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致謝
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成，真的是經(jīng)歷了很多辛苦的日子。從最初的毫無(wú)頭緒，到處查資料問同學(xué)老師，到中期沒日沒夜的畫圖，再到后來(lái)的修圖，還有就是最后設(shè)計(jì)說(shuō)明書編寫遇到的諸多計(jì)算問題，現(xiàn)在回想，真的很是頭疼。但終究經(jīng)過(guò)一個(gè)多月的時(shí)間，我還是圓滿的完成了它。
首先得非常感謝我的指導(dǎo)老師——饒洪輝。饒老師勤懇細(xì)致的精神、知識(shí)淵博的才華讓我很是欽佩。不管什么時(shí)候遇到困難，老師都是認(rèn)真細(xì)致的給予講解，并且告知不需太急，給予鼓勵(lì)，這一次的設(shè)計(jì)不僅讓我學(xué)會(huì)了專業(yè)知識(shí)，也讓我學(xué)到了一些為人的方式。
其次還有我周圍的同學(xué)們，因?yàn)樗麄冸x我最近，很多時(shí)候只要一有困難，立馬就是像同學(xué)們求助，同學(xué)之間都是無(wú)私的，坦誠(chéng)的，很值得珍惜。
當(dāng)然還有工學(xué)院的各位老師，是他們四年來(lái)教會(huì)我諸多知識(shí)，如今知識(shí)后悔當(dāng)初沒有盡力學(xué)的很好，到現(xiàn)在踽踽而行。同樣感謝農(nóng)大四年來(lái)的培養(yǎng)，即將離開母校，希望母校明天會(huì)更好！
附錄1 譯 文
摘 要:錘片磨損會(huì)破壞錘片式粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子的平衡,加劇轉(zhuǎn)子振動(dòng)。該文的研究目的是基于虛擬樣機(jī)技術(shù)探討錘片磨損對(duì)轉(zhuǎn)子振動(dòng)的影響規(guī)律。采用MDT和vN4D建立了SFSP112×30型錘片式粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子的虛擬樣機(jī)模型,對(duì)不同錘片磨損情況下粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)進(jìn)行了仿真。結(jié)果表明:錘片磨損后,轉(zhuǎn)子振動(dòng)頻率組成變化不大,而振動(dòng)幅值和強(qiáng)度變化較大,其中低頻段振動(dòng)強(qiáng)度增強(qiáng),高頻段振動(dòng)強(qiáng)度降低;導(dǎo)致轉(zhuǎn)子質(zhì)心徑向偏移的錘片磨損使轉(zhuǎn)子振動(dòng)幅值和強(qiáng)度均變大,而導(dǎo)致質(zhì)心軸向偏移的磨損對(duì)轉(zhuǎn)子振動(dòng)影響不大;同樣由于轉(zhuǎn)子質(zhì)心的徑向偏移,轉(zhuǎn)子受迫振動(dòng)頻率強(qiáng)度增加較多。因此,為了降低子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng),最好避免轉(zhuǎn)子質(zhì)心發(fā)生徑向偏移。
關(guān)鍵詞:錘片式粉碎機(jī)；錘片；虛擬樣機(jī)(VP)；磨損；振動(dòng)
簡(jiǎn) 介
能從谷物中的營(yíng)養(yǎng)提取出來(lái)的飼料粉碎機(jī)已經(jīng)發(fā)展很多年了。但是因?yàn)樗荒芴幚硖厥獾脑?，像谷類食品和礦石，所以除了丕林島（地名）的少數(shù)人在研究飼料粉碎機(jī)外，很少人去研究他。盡管飼料粉碎機(jī)已經(jīng)可以解決很多問題，比如振動(dòng)、噪音、堵塞，用他特有的結(jié)構(gòu)來(lái)解決問題，而且可以連續(xù)工作并達(dá)到一定的精度。
雖然一些方法，比如比較低的回轉(zhuǎn)速度，寬的轉(zhuǎn)子直徑被采用，好轉(zhuǎn)了他的性能，但是那些問題不能扯得的被解決。最近，分析了飼料粉碎機(jī)在工作狀態(tài)下轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，旋轉(zhuǎn)的速度能被粉碎機(jī)控制在稍低或者稍高的程度。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速在正常工作下都是不變的，除了在長(zhǎng)時(shí)間工作摩擦后。由于錘片的排列或者是其他的因素，產(chǎn)生轉(zhuǎn)子的離心力不固定，所以錘片的磨損是不均衡的，因此，我們要學(xué)習(xí)掌握錘片要磨損時(shí)候的特征，為了使粉碎機(jī)振動(dòng)保持穩(wěn)定。
實(shí)質(zhì)上的原型技術(shù)（VP）是一個(gè)用cad加工程序代替真實(shí)的模型，為了測(cè)試這種產(chǎn)品的特性和特征。這就像電腦的硬件和軟件的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)通過(guò)vp技術(shù)開展起來(lái)。同時(shí)，傳統(tǒng)的模擬技術(shù)對(duì)VP的認(rèn)識(shí)理解很有基礎(chǔ)。除了高科技種田，VP技術(shù)還適用于日益發(fā)展的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)。作者努力的將VP技術(shù)應(yīng)用于工程分析技術(shù)。
對(duì)于飼料粉碎機(jī)中轉(zhuǎn)子單一的動(dòng)力模型，被用來(lái)發(fā)展轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)，轉(zhuǎn)子有效的運(yùn)動(dòng)模型被MDT和VN4D當(dāng)做虛擬原型來(lái)用。VP技術(shù)模擬不同情況的磨損下，研究轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的震動(dòng)和錘片磨損的分析。
1.單一化轉(zhuǎn)子的模型
SFSP112×30的轉(zhuǎn)子的錘片被均勻的排列，它是由定子、滾球軸承、錘片、軸子組成，最大轉(zhuǎn)速為1480r/min。所以它的最大頻率應(yīng)該是1480/60=24.6Hz。
圖一 SFSP112×30的轉(zhuǎn)子圖表
基于集總的單一化原則叁數(shù)方法 被單一化的模型應(yīng)該有同樣的總質(zhì)量，瞬間的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有最初的質(zhì)心位置決定。粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)子被單一化的分別運(yùn)行在六個(gè)圓盤里。在這系統(tǒng)里，每一個(gè)自我排列的定子，會(huì)在壓力的作用下自己運(yùn)行到指定的位置，能夠計(jì)算出他們最后的位置。
2.轉(zhuǎn)子的虛擬原型
轉(zhuǎn)子的3D模型需要建立在一個(gè)MDT的三維建模軟件上，VP的技術(shù)原本是用來(lái)實(shí)現(xiàn)Vn4D的，其中包括重要的參數(shù)從轉(zhuǎn)子的發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。一些重要參數(shù)列出如下
（1）定子連接上，平鍵連接被強(qiáng)固連接完全代替；
（2）強(qiáng)固連接也被用來(lái)連接圓盤；
（3）因?yàn)檩S子被用來(lái)限制錘片的位置，所以強(qiáng)固連接被用來(lái)限制軸子和錘片的位置；
（4）在錘片和螺釘通過(guò)強(qiáng)固連接，來(lái)限制彼此的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，來(lái)完成軸的夾緊；
（5）球軸承被軸襯所代替，軸襯確定參數(shù)。
（6）電動(dòng)機(jī)的限制被增加到左邊的結(jié)束，他的參數(shù)、轉(zhuǎn)力矩輸出功能被設(shè)置在平衡的感電電動(dòng)機(jī)上
3.VP技術(shù)的模擬分析
為了要加速模擬速度，唯一的沒有外部的那些環(huán)境應(yīng)用的負(fù)荷被模擬，同時(shí)，粉碎機(jī)需要非常短的加速時(shí)間，沒有負(fù)載的環(huán)境是不可能的。粉碎機(jī)需要加速的這段時(shí)間內(nèi)，轉(zhuǎn)子跑到他的位置上。 錘片的排列的結(jié)果，在研磨中起作用的軸通常用不同種型號(hào)，錘片通過(guò)定子的排列的長(zhǎng)短來(lái)確定。因此質(zhì)心上的轉(zhuǎn)子偏離最初的位置。根據(jù)概率公差，質(zhì)心的方向也就是軸運(yùn)動(dòng)的方向，磨損的方向是在情理之中的。此外，和磨損情形對(duì)比，錘片的磨損也是模擬的。
根據(jù)模擬的結(jié)果列出表1
磨損的圖被展現(xiàn)在圖4上，第四個(gè)錘片和軸子被標(biāo)在Ⅰ和Ⅳ上，當(dāng)從軸向觀察，每組的錘片，每組都標(biāo)著1到8平行的定子，在圖4A磨損程度每個(gè)錘片是平等的。圖 4B條的磨損程度，每個(gè)錘片的一組是不平等的，而相應(yīng)的錘片組有Ⅰ ，Ⅲ 同樣的磨損程度。至于Fig.4c和Fig.4d的磨損程度的錘片是不相同完全。圖5顯示振動(dòng)加速度和動(dòng)力頻譜圖的球軸承收集在這一過(guò)程中，該轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)第一第二輪之后， 14號(hào)實(shí)線代表的振動(dòng)響應(yīng)左軸承和虛線代表是正確的。 圖4示意圖磨損形式。錘片的磨損的主體部分的振動(dòng)頻率之前和之后沒有變化。 但強(qiáng)度在每一個(gè)頻率是完全不同的圖5振動(dòng)響應(yīng)每個(gè)軸承從相應(yīng)的頻率，損壞轉(zhuǎn)子。在低頻階段加強(qiáng)和強(qiáng)度削弱了在高頻率的階段。特別是根據(jù)“甚至磨損”形勢(shì)的變化很大大于其他情況下。和同樣的結(jié)論可以發(fā)現(xiàn)振動(dòng)擴(kuò)增管轉(zhuǎn)子。通過(guò)對(duì)比Fig.5b和Fig.5c ， 可以推斷，徑向偏移嚴(yán)重破壞了平衡的轉(zhuǎn)子。這一結(jié)論也可以通過(guò)Fig.5d和 Fig.5e的對(duì)比得到。由于徑向偏移量“相鄰不均勻磨損“顯然是大于“不對(duì)稱不均勻磨損” 。強(qiáng)度在強(qiáng)迫振動(dòng)頻率（24.67赫茲）增加多少更根據(jù)“甚至耐磨”和“相鄰不均勻磨損”的情況，雖然有點(diǎn)變化根據(jù)以上兩種情況對(duì)比。
4結(jié)論
?（1）磨損形式并不影響能使錘片的振動(dòng)頻率改變的轉(zhuǎn)子。然而，它確實(shí)帶來(lái)了明顯的變化強(qiáng)度的頻率，其中的強(qiáng)度低頻率的階段，同時(shí)加強(qiáng)這一高頻率階段的削弱。
（2）徑向偏移現(xiàn)實(shí)出來(lái)是不穩(wěn)定的轉(zhuǎn)子相對(duì)于軸向偏移。振幅和強(qiáng)度大大增加時(shí)質(zhì)心偏離徑向。
（3）強(qiáng)度的強(qiáng)迫振動(dòng)頻率大大提高時(shí)，會(huì)出現(xiàn)無(wú)論是錘片磨損均勻或鄰近群體錘片磨損不均等方面的磨損情況。它需要較大的徑向力來(lái)抵消這兩個(gè)磨損形式，結(jié)果是不穩(wěn)定的轉(zhuǎn)子。
（4）基于以上這些結(jié)論，為了控制飼料粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)子的振動(dòng)，飼料粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)子不應(yīng)徑向偏移。因此，轉(zhuǎn)子需要很好的平衡特別是需要在達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡之前進(jìn)入正常的運(yùn)行。
附錄2 英文參考資料
Vibration generated by the abrasion of the hammer slicein feed-grinder based on virtual prototype technology
Abstract: The abrasion of the hammer slice can cause the rotor of the feed-grinder to lose balance and then make the grinder vibrate. A virtual prototype (VP) based on the rotor of SFSP112×30 feed-grinder was set up by using MDT and vN4D for investigating the relationship between the abrasion of the hammer slice and the vibration of the rotor. By simulating the VP with various abrasion forms, it has been found that the abrasion form does not influence the makeup of the vibration frequency but the intensity. That is, the intensity of the low-frequency stage strengthens but that of the high-frequency stage weakens when the hammer slices are worn out. The vibration amplitude and intensity both increase when the abrasion makes the centroid of the rotor offset radially. However, they do not change much when the centroid offsets axially. The intensity of the forced vibration frequency also greatly rises when the center of mass offsets radially.
Therefore, to damp the vibration of the feed-grinder the centroid of the rotor had better not offset radially.
Key words feed-grinder; hammer slice; virtual prototype (VP); abrasion; vibration
Vibration generated by the abrasion of the hammer slice in feed-grinder based on virtual prototype technology[J]. As one of the kernel equipment in feedstuff processing industry, the feed-grinder has been developed for years. But because of its special processing object, like cereal and mineral, there are few theoreti- cal studies on the feed-grinder except some experimen- tal researches. However, while the feed-grinder runs into many problems such as vibration, noise and clog- ging which mainly result from its own structure char- acteristics, running environment and fitting precision.
Although some methods such as lower rotational speed and wider rotor diameter have been adopted to im-prove its performance, those problems cannot be thor- oughly solved. Recently, et al has analyzed the vibration of the feed-grinder by calculat- ing the natural frequency of the rotor. Therefore, the rotation speed can be adjusted to be lower or high- er than the resonance speed to damp the vibration of the pulverator. But the natural frequency of the rotor is not constant, especially after long time grinding. On account of the array of the hammer slices and other factors, the hammer slices usually abrade unevenly, which causes the eccentricity of the rotor and then make the grinder vibrate[9]. Therefore, studying the characteristics when the hammer slices abrade is quite practical for taking better action to damp the vibration of the pulverator.
Virtual prototype (VP) technology is a process ofusing a CAD model, instead of a physical prototype, to test and evaluate the specific characteristics of a product or a manufacturing process[1]. The develop- ment of hardware and software of computer and network technology widely expands the application of VP. Meanwhile, traditional optimization and simula- tion techniques provide essential foundation to realize VP. Except for the hi-tech field, VP technology has also been applied to agricultural machinery design increasingly[10]. The authors attempt to apply VP technology to the engineering analysis of general machinery.
In this paper a simplified dynamic model for the rotor of the feed-grinder was developed based on rotor dynamics and the corresponding virtual prototype of the rotor was generated by using MDT and vN4D. By simulating the VP under different abrasion situations, the vibration characteristics of the rotor when the hammer slices abrade was analyzed.
1 Simplified model of the rotor
The rotor of SFSP112×30 feed-grinder with the symmetrical hammer slice array is shown in Fig.1. It consists of spindle, ball bearings, disk boards, ham-mer slices, pins and sleeves and its full-load rotational speed is 1480 r/min. So its frequency of the forced vibration should be 1480/60=24.67Hz.
Fig.1 Diagram of the rotor of SFSP112×30 feed-grinder
Based on the simplification principle of lumped parameter method[2]that the simplified model should have the same gross mass, moment of inertia and posi- tion of centroid to the original, the rotor of the pulver- ator was simplified into a one-span six-disc rotor system with two springs' support, as shown in Fig.2. The right end of the spindle and the center of each ball bearing and disk board are chosen as the positions of six disks. Fig.2 Simplified model of the rotor
The ball bearing is generally considered that it only provides stiffness because of its small damping[3]. In the system each self-aligning bearing on one side of the spindle is modeled as a spring, the stiffness of which can be calculated in the light of the following equation[4]:
2 Virtual prototype of the rotor
The 3D model of the rotor which only includes parts related to the simulation was built in MDT, a three- dimensional modeling software. The initialization of VP was fulfilled in vN4D, including importing the 3D model from MDT, modifying constraints between the parts and appending motor power[5]. Some important steps are listed below:
1) Instead of flat key joint each disk board is attached to the spindle by rigid joint which locks two bodies together absolutely.
2)Rigid jointis also used to fasten the pin with the disk board.
3) Because sleeves are used to limit the positions of the hammer slices, rigid joint is set as the constraint between the sleeve and the pin.
4) Constraint between the hammer slice and the pin is revolution joint, which is used to limit the motion of two bodies so that one body only rotates about a certain axis with respect to the other body.
5) The ball bearings are replaced by bushing constraint which can simulate the function of ball bearings. Eq. (1) is set as the stiffness function parameter of bushing constraint.
6) A motor constraint is added to the left end .
3 VP simulation and analysis
In order to accelerate the simulation speed, only those circumstances without external applied load were simulated. Meanwhile, since the pulverator needs a very short accelerating time, only the stage when the rotor runs stably is considered in this paper. As a result of the permutation of the hammer slices, the axial distribution of the material in the mill housing is often inhomogeneous and so does the wear extent of each hammer slice along the spindle. There- fore, the centroid of the rotor deviates from its original position. According to the probable deviation direction of the centroid, namely, radial, axial and both directions, four kinds of abrasion forms were specified. Furthermore, to contrast with the vibration under abrasion situations the performance with undamaged hammer slices was also simulated. The results of simulation are listed in Table 1.Table 1 VP simulation results with five abrasion forms of hammer slices
The diagrammatic sketch of the assumed abrasion forms is shown in Fig. 4. The four pin-and-sleeve groups were labeled fromⅠtoⅣclockwise when viewed from the axial direction and the hammer slices in each group are all marked from 1 to 8 parallel to the spindle. In Fig.4a the worn extent of each hammer slice is equal. In Fig. 4b the worn extent of each hammer slice in one group is unequal while the corresponding hammer slices in groupⅠandⅢhave the same worn extent. As for Fig.4c and Fig.4d the worn extent of the hammer slice is not identical entirely.
Figure 5 shows the vibration acceleration and power spectrum diagram (PSD) of the ball bearings collected in the process that the VP of the rotor ran for one second after it had wheeled for 14 s. Real line represents the vibration response of the left bearing and dashed line represents that of the right one. Fig.4 Sketch of abrasion forms.
The component of the vibration frequency changes little before and after the hammer slices are worn out. But the intensity at each frequency is quite different Fig.5 Vibration response of each bearing from the corresponding frequency of undamaged rotor.
At low-frequency stage the intensity strengthens and weakens at high-frequency stage. Especially the intensity under " even abrasion" situation changes much greater than that under other situations. And the same conclusion can be found for the vibration amplitude of the rotor. By contrasting Fig.5b and Fig.5c, it can be inferred that the radial offset of the centroid badly destroyed the balance of the rotor. This conclusion can also be acquired by contrasting Fig.5d and Fig.5e because the radial offset quantity of "adjacent uneven abrasion" is obviously larger than that of "asymmetric uneven abrasion". The intensity at the forced vibration frequency (24.67Hz) increases much more sharply under " even abrasion" and " adjacent uneven abrasion" situations while it changes a little under the other two situations.
4 Conclusions
1) The abrasion form of hammer slice does not influence the makeup of the vibration frequency of the rotor. However it really brings obvious changes to the intensity of the frequency, which exhibits that the intensity of low-frequency stage strengthens while that of high-frequency stage weakens.
2) The radial offset of the centroid can markedly disrupt the balance of the rotor compared with the axial offset. The vibration amplitude and intensity both increase greatly when the center of mass deviates radially.
3) The intensity at the forced vibration frequency is greatly raised when either the hammer slices wear evenly or the adjacent hammer slice groups wear unevenly with respect to other abrasion forms. It owes to the larger radial centroidal offset of these two abrasion forms that results in the imbalance of the rotor.
4) Based on these conclusions above, in order to damp the vibration of the feed-grinder the centroid of the rotor should not present radial offset. So the rotor needs to be well balanced especially in the dynamic balance test before going into operation.
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