0403302郭超顆粒成型機(jī)

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1、 1 前言 1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國外的開發(fā)工作開始于上個(gè)世紀(jì)中葉。首先由日本申報(bào)了利用木屑為原料采用螺旋擠壓的手段來制造出棒狀顆粒的第1個(gè)專利，后來有成立了有關(guān)成型燃料行業(yè)的協(xié)會(huì)。70年代初，美國成功研究研發(fā)了環(huán)模擠壓式顆粒成型機(jī)，并得到了廣泛的應(yīng)用。歐洲的發(fā)達(dá)國家也都先后開發(fā)研發(fā)了沖壓式成型機(jī)、輥模擠壓式顆粒成型機(jī)。其中有著120多年歷史的德國卡爾公司生產(chǎn)的動(dòng)輥式平模制粒機(jī)，它不但能夠生產(chǎn)出中低密度的顆粒，而且還能生產(chǎn)較優(yōu)高密度的顆粒，成品產(chǎn)量大、能耗低而且質(zhì)量好，在世界各地得到了廣泛應(yīng)用。就算在最早開發(fā)成功螺旋擠壓成型顆粒機(jī)的日本也有采用環(huán)模顆粒成型機(jī)的大型生產(chǎn)企業(yè)。 我國從上

2、個(gè)世紀(jì)末才開始研究開發(fā),一邊組織科技攻關(guān),一邊引進(jìn)國外先進(jìn)技術(shù)。經(jīng)過學(xué)習(xí)，借鑒研制出各種類型的適合在我國投入生產(chǎn)的顆粒壓縮成型機(jī)，用以生產(chǎn)各種規(guī)格的棒狀、塊狀顆粒。 在顆粒成型技術(shù)研究、開發(fā)方面，世界的發(fā)展趨勢(shì)都是裝備生產(chǎn)的專業(yè)化、產(chǎn)品生產(chǎn)的批量擴(kuò)大化、生產(chǎn)裝備的系列化和標(biāo)準(zhǔn)化。特別是在國內(nèi)，我們應(yīng)在設(shè)備的實(shí)用性、系列性上努力，在提高技術(shù)水平的同時(shí)降低生產(chǎn)成本，為以后生物能的大規(guī)模開發(fā)利用鋪好道路。 1.2 本課題的內(nèi)容和任務(wù) 本課題主要介紹了關(guān)于環(huán)模制粒機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算過程。其中包括電機(jī)的選擇，傳動(dòng)帶的設(shè)計(jì)計(jì)算，攪拌桶、螺旋輸送機(jī)、環(huán)模制粒機(jī)的計(jì)算等。

3、 2 攪拌機(jī)的選擇計(jì)算 攪拌的作用是將兩種或多種不同的物質(zhì)混合，通過機(jī)械運(yùn)動(dòng)使他們互相分散開來，從而達(dá)到均勻混合。攪拌操作可以分為機(jī)械攪拌和氣體攪拌。但是在大多數(shù)的工業(yè)生產(chǎn)中，攪拌機(jī)為機(jī)械攪拌，其中更以中，低壓立式鋼制容器的攪拌設(shè)備為主。主要的攪拌裝置有以下幾類：1.立式容器中心攪拌2.偏心式攪拌3.傾斜式攪拌4.底攪拌5.臥式容器攪拌6.臥式雙軸攪拌7.旁入式攪拌8.組合式攪拌。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本課題選用立式容器中心攪拌。 2.1 立式容器中心攪拌的設(shè)計(jì)計(jì)算 2.1.1 立式容器中心攪拌概述 一般認(rèn)為功率3.7kw以下為小型攪拌機(jī)，而5.5-22kw的為中型攪拌機(jī)。本設(shè)計(jì)為

4、小型。同時(shí)根據(jù)攪拌葉片形式，立式容器中心攪拌又可分為：槳式，開啟渦輪式，圓盤渦輪式，鋸齒圓盤渦輪式，三葉后彎式，推進(jìn)式等等。根據(jù)本設(shè)計(jì)情況，攪拌葉片選擇圓盤渦輪式中的斜葉式。 2.1.2 立式容器中心攪拌主要參數(shù)的確定 (1)攪拌罐的的容積和各部位尺寸。 根據(jù)整體尺寸選擇攪拌罐內(nèi)壁直徑為600mm，長度為420mm。 容積： . （2-1） 公稱容積為： (2-2) 式中： —裝料系數(shù)； 計(jì)算得： (

5、m) (m) (2)攪拌葉片系數(shù)的確定 由HG/T3796國標(biāo) 圖2-1 攪拌葉片簡圖 (2-3) =60(mm) (2-4) =75(mm) (2-5) 旋葉片數(shù)Z取6 (3)轉(zhuǎn)速 立式容器中心攪拌的葉端線速度取值為2-6m/s 由,則攪拌轉(zhuǎn)速為191—634取轉(zhuǎn)速為300(r/min) (4)功率 攪拌器功率消耗： (2-6) 式

6、中： K—功率準(zhǔn)數(shù)修正總系數(shù),與攪拌形式幾何參數(shù)、攪拌設(shè)備形狀有關(guān)； —功率準(zhǔn)數(shù),與雷諾系數(shù)()物質(zhì)粘度、攪拌形式及攪拌設(shè)備相關(guān)的幾何參數(shù)有關(guān)； —物料密度,250(kg/m)； N—轉(zhuǎn)速； —攪拌器葉端直徑； P等于2.28(kw) (2-7) 式中： —電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)之間傳遞裝置額的總效率 計(jì)算得：等于2.42(kw) 2.2 電機(jī)和減速器的選擇 根據(jù)電機(jī)功率和轉(zhuǎn)速的需求,選擇額定轉(zhuǎn)速2880r/min,功率為3kw的Y100L-2-3-B5V1的立式電機(jī)。根據(jù)立式容器中心攪拌器的結(jié)構(gòu)需求，選取擺線針輪減速

7、器，初選傳動(dòng)比i=9的X4LY39-B18的擺線針輪減速器。 3 輸送機(jī)的選擇計(jì)算 常用固體物料輸送設(shè)備有以下幾種：1.帶式輸送器2.螺旋輸送器3.刮板輸送器4.斗式提升器5.氣力輸送裝置。其中，螺旋輸送器又稱絞龍，它有輸送攪拌混合作用。同時(shí)它的結(jié)構(gòu)緊湊、卸料方式簡單、密封性能好、功率消耗大、對(duì)物料破碎性能好、對(duì)過載敏感、輸送距離短，適合本設(shè)計(jì)的要求，所以本設(shè)計(jì)選用該輸送器。 螺旋輸送器又可分為水平螺旋式輸送器、垂直輸送器、彈簧輸送器，根據(jù)本設(shè)計(jì)的整體布局，選用水平螺旋輸送器。 螺旋輸送器的旋轉(zhuǎn)葉片有實(shí)體螺

8、旋面型、帶式螺旋面型、葉片螺旋面型三種。一般采用實(shí)體螺旋面型，所以本設(shè)計(jì)選用實(shí)體螺旋面型。 3.1 螺旋輸送機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算 生產(chǎn)中一般采用實(shí)體螺旋葉片、沒有吊掛軸承、等螺距的普通螺旋輸送機(jī)。 圖3-1 螺旋輸送機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 3.1.1 螺旋葉片的直徑 螺旋葉片的直徑是螺旋輸送機(jī)的重要參數(shù)，直接關(guān)系到輸送機(jī)的生產(chǎn)量和結(jié)構(gòu)尺寸。螺旋葉片直徑通常制成標(biāo)準(zhǔn)系列，D有100、120、150、200、250、300、400、500和600mm。本設(shè)計(jì)取用D為200(mm) 3.1.2 螺旋葉片的螺距 通?？砂聪率接?jì)算螺距： （

9、3-1） 對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)輸送機(jī)，通常=0.8-1.0；當(dāng)傾斜布置，或物料流動(dòng)性較差時(shí)，<0.8當(dāng)水平布置時(shí)，=0.8-1.0；這里取0.9。螺距S為180(mm) 3.1.3 旋轉(zhuǎn)軸直徑 旋轉(zhuǎn)軸直徑d=(0.2-0.35)D這里取0.3，則d為60(mm) 3.1.4 螺旋軸轉(zhuǎn)速 （3-2） 式中： A-物料的綜合特性系數(shù),由表查的A=35; 為78(r/min) 按照螺旋輸送機(jī)的轉(zhuǎn)速系列,取N為75(r/min) 3.1.5 傾斜角度 本設(shè)計(jì)采用水平布置,所以傾斜角度為0 3.1.6 填充系數(shù) 對(duì)物料的輸送能力和能

10、量消耗有很大影響，適當(dāng)取小值較有利，傾斜角度大小對(duì)其也有一定的影響。參考填充系數(shù)表,取 3.1.7 生產(chǎn)率計(jì)算： （3-3） 式中： Q-生產(chǎn)率(t/h)； D-螺旋葉片半徑(m)； d-轉(zhuǎn)軸外徑(m)； S-螺距(m)； N-螺旋轉(zhuǎn)速(r/min)； -物料填充系數(shù)； -容重0.25； Q為1.7358(t/h) 3.1.8 傳動(dòng)功率 (3-4) 式中： L-輸送機(jī)長度m； -總阻力系數(shù)取2； H-提升高度； P=0.0096(kw) 電動(dòng)機(jī)的功率：

11、 (3-5) 式中： ； 為0.1021(kw) 3.2 電機(jī)和減速器的選擇 選擇Y801-4三相異步電動(dòng)機(jī)，滿載轉(zhuǎn)速為1390r/min,額定功率為0.55kw。 選取傳動(dòng)比為17的X3WY0.5517B18系列的擺線針輪減速器。 4 制粒設(shè)備的選擇計(jì)算 目前最為常用的制粒機(jī)有：1螺旋擠壓式成型機(jī)2活塞沖壓式成型機(jī)3壓輥式顆粒成型機(jī)。其中壓輥式顆粒成型機(jī)又可以分為平模制粒機(jī)、環(huán)模制粒機(jī)。 其中環(huán)模顆粒成型機(jī)的產(chǎn)量穩(wěn)定，顆粒密度、?；禂?shù)高，所以本設(shè)計(jì)選用環(huán)模顆粒成型機(jī)。

12、4．1 環(huán)模制粒機(jī)介紹與參數(shù)確定 制粒系統(tǒng)主要部件為壓模、壓輥。 壓模具有許多均布小孔，制粒過程中物料在強(qiáng)烈擠壓下將物料擠入壓模小孔，因此壓模應(yīng)具有較好的強(qiáng)度與耐磨性。一般來說，?？仔问接兄毙慰住㈦A梯形孔、外錐形孔、內(nèi)錐形孔。模孔內(nèi)表面的粗糙度小于1.25.環(huán)模表面的硬度是HS70-80。 壓輥的作用是向壓模擠壓物料使其從?？字袛D出成形。為防止打滑，壓輥表面都會(huì)加工出與軸線平行的淺槽。其材料應(yīng)用高碳鋼熱處理制成，硬度達(dá)到HS80 圖4-1 環(huán)模成型示意圖 加工時(shí)，環(huán)模轉(zhuǎn)動(dòng)主軸不動(dòng) 本設(shè)計(jì)選定制粒規(guī)格為直徑為10mm的顆粒,則模孔直徑為10mm 4.1.1 ?？组L度L

13、 (4-1) 式中： —物料在?？變?nèi)受到的單位壓力，一般在20-40mpa這里取40mpa； S—孔模斷面積，—靜摩擦系數(shù)與物料性質(zhì)有關(guān)參考相關(guān)資料可得； —側(cè)向壓力系數(shù)0.5； —孔模參數(shù)0.64； L約為50(mm) 4.1.2 長徑比C C=L/D (4-2) C=5 4.1.3 主軸轉(zhuǎn)速N (4-3) (4-4) 式中： —物料和環(huán)模的表面摩擦角

14、,?。? (mpa),b=1.5-2； 計(jì)算可得轉(zhuǎn)速N,95(r/min)<N<450(r/min) 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)參數(shù),取N=290(r/min) 4.1.4 功率計(jì)算 根據(jù)制粒產(chǎn)量與制粒的噸料電耗指標(biāo)，即可算出主電動(dòng)機(jī)功率P: P=Q·K =Q·10 (4-5) 式中： Q—產(chǎn)量 根據(jù)螺旋輸送機(jī)可得:P為17.358(kw) 4.1.5 膜孔內(nèi)徑D 根據(jù)單位功率面積理論推導(dǎo)，環(huán)模內(nèi)徑D應(yīng)在一最佳范圍內(nèi)，由單位功率面積A計(jì)算公式得：

15、 (4-6) 式中： A-單位功率面積,設(shè)計(jì)時(shí)常取2500mm/kw； K—0.25； D=235.117,圓整后可取235 4.1.6 壓帶寬b b=(0.3—0.6)D (4-7) 可取120(mm) 4.1.7 ?？讛?shù)Z 環(huán)模內(nèi)表面S S=·D·b (4-8) S=88548(mm)孔模斷面積，s=25 Z=S/s (4-9) 式中：

16、—開孔率,0.3 Z為338.4,圓整取340 4.1.8 模輥間隙 模輥間隙調(diào)整至關(guān)重要，間隙太小會(huì)使磨損加??；間隙太大則會(huì)造成打滑。模輥間隙一般為1—4mm，對(duì)于環(huán)模制粒機(jī)一般取物料間隙為1—3mm。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)取為2(mm)。 4.2 電動(dòng)機(jī)及減速器的選擇 選取Y180M-4電動(dòng)機(jī)額定功率為18.5kw，滿載轉(zhuǎn)速為1470r/min。選用V型皮帶輪減速,傳動(dòng)比為5 5 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)及計(jì)算 此帶轉(zhuǎn)動(dòng)為環(huán)模成型部分減速裝置,傳動(dòng)比為5 帶輪設(shè)計(jì) 5.1 確定計(jì)算功率 (5-1)

17、 式中： —計(jì)算功率，kw； —工作情況系數(shù)，由表可查的1.1； P—所需傳遞的額定功率，18.5kw； 為20.35kw 5.2 選擇V帶的帶型 根據(jù)計(jì)算功率和小帶輪轉(zhuǎn)速，從相關(guān)資料中選取普通B型帶 5.3 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)算帶速 初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑 根據(jù)V帶帶型，參照資料選取小帶輪直徑mm 驗(yàn)算帶速v V=12m/s,一般應(yīng)使V=5—25m/s，最高不超過30m/s,符合要求 計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑 (5-2) i=5,=800mm。圓整后800mm。 5.4 確定中心距a，并選擇V帶的基準(zhǔn)長度

18、根據(jù)帶傳動(dòng)整體尺寸的限制條件或要求的中心距，初定中心距 0.72 (5-3) 初定中心距為700 計(jì)算相應(yīng)的帶長 (5-4) 約為3053.48mm 根據(jù)帶的基準(zhǔn)長度，選擇3150mm 計(jì)算中心距a及變動(dòng)范圍 傳動(dòng)的實(shí)際中心距近似為: (5-5) A約為748.26mm 5.5 驗(yàn)算小帶輪上的包角 為了提高帶傳動(dòng)的工作能力，應(yīng)使： (5-6) 驗(yàn)證通過 5.6 確定帶的根數(shù)Z

19、 (5-7) 式中： —單根普通V帶的基本額定功率取3.62； —單根普通V帶的額定功率的增量,取0.46； —包角修正系數(shù),取0.84； —長度系數(shù),取1.07； Z=5 5.7 確定帶的初拉力 (5-8) 式中： q—傳送帶單位長度的質(zhì)量,kg/m； N 5.8 計(jì)算帶傳動(dòng)的壓軸力 (5-9) 3285(N) 6 切刀 剪切是環(huán)模成型設(shè)備的最后一道工序，也是至關(guān)重要的組成部分。 一般來說

20、，切刀的數(shù)量和壓輥保持一致，通過調(diào)整切刀徑向和軸向的位置，就可以切出不同長度的顆粒。 切刀可以分為硬直刀片型和軟質(zhì)刀片型，兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)。其中，硬直刀片型耐磨性能好而韌性較差，它比較適合切削大粒徑的顆粒。而軟質(zhì)刀片型則相反，它韌性好耐磨性差，較為適合切削小粒徑的顆粒。 安裝方法： 硬直刀片型一般調(diào)整刀片到環(huán)模表面為5mm，距離太近容易產(chǎn)生粉料，同時(shí)刀片也容易受到損害。距離太遠(yuǎn)，切成的顆粒長短不一致，很難達(dá)到要求。 軟質(zhì)型刀片因?yàn)榫哂辛己玫膹椥?，可以直接安裝在貼住換膜外表面的位置，這樣就可以切出整齊均勻的物料顆粒 在實(shí)際生產(chǎn)中，可以根據(jù)需要靈活調(diào)整。 本設(shè)計(jì)采用軟質(zhì)型刀片

21、 圖6-1 切刀示意圖 7 其他部分的的設(shè)計(jì)及計(jì)算 7.1 軸的校核 軸主要是支撐壓輥，本設(shè)計(jì)軸為靜止軸，主要承受徑向壓力，所以必須能過承受一定的彎曲應(yīng)力，據(jù)此選軸的基本參數(shù)。 經(jīng)計(jì)算可得出該軸的危險(xiǎn)截面彎矩為8835N·mm,扭矩為609N·mm 根據(jù): （7-1） 選定軸材料為45鋼，符合要求,故安全。 7.2 鍵的選擇和校核 根據(jù)小帶輪上軸的直徑，選取b·h·l=18·11·80的圓頭普通平鍵。選用鑄鐵材料 由公式:

22、 （7-2） 所以符合要求 可以選用 7.3 軸承的選擇 根據(jù)受力與安裝本設(shè)計(jì)選用3對(duì)圓錐滾子軸承分別為32011,32918,32210。 結(jié) 論 設(shè)計(jì)出一臺(tái)簡單易用、成本低廉、生產(chǎn)效果好的農(nóng)藥顆粒成型機(jī)，該機(jī)器應(yīng)用電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力源，為對(duì)物料擠壓成型過程提供動(dòng)力。成型過程穩(wěn)定可靠，生產(chǎn)出來的農(nóng)藥顆粒質(zhì)地均勻，密度高，完全符合所需要求。整個(gè)成型過程材料的成型率高，物料利用率高?？蓪?shí)現(xiàn)大量生產(chǎn)某一規(guī)格農(nóng)藥顆粒的任務(wù)，易于實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。 該畢業(yè)課題需要學(xué)生運(yùn)用所學(xué)機(jī)械知識(shí)，設(shè)計(jì)一臺(tái)應(yīng)用于農(nóng)藥顆粒制造的顆粒成型機(jī)械。該機(jī)械可以連續(xù)不間斷供料，制

23、造規(guī)定規(guī)格的顆粒，回收利用生產(chǎn)過程中的廢料。該機(jī)械要實(shí)現(xiàn)如下功能： (1)該機(jī)械可以連續(xù)不間斷的供料。 (2)能夠生產(chǎn)出均勻的農(nóng)藥顆粒。 參 考 文 獻(xiàn) [1]邱凌.生物質(zhì)致密成型研究進(jìn)展[J].能源技術(shù),1998(3):57-61. [2]李美華,俞國勝.生物質(zhì)燃料成型技術(shù)研究現(xiàn)狀[J].木材加工機(jī)械.2005(2):36-40. [3]鄭戈,楊世關(guān),孔書軒,張百良.生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)的發(fā)展與分析[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 1998,32(4):349—354. [4]陳軍華,楊志軍.有

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