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內(nèi)外組合雙環(huán)模制粒機(jī)
2
目 錄
摘 要 1
Abstract 3
1 概述 5
1.1 設(shè)計(jì)目的和意義 6
1.2 環(huán)模制粒機(jī)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 7
1.2.1 國外研究現(xiàn)狀 8
1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 9
1.3 設(shè)計(jì)任務(wù) 10
2內(nèi)外組合雙環(huán)模制粒機(jī)總體方案設(shè)計(jì) 11
2.1主要組成部分 11
2.2 主要技術(shù)參數(shù) 14
2.3 工作原理與工作過程概述 14
2.3.1內(nèi)外組合雙環(huán)模制粒機(jī)的工作原理 14
2.3.2內(nèi)外組合雙環(huán)模制粒機(jī)的主要工作過程 15
2.4 喂料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 16
2.4.1 喂料器輸送結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16
2.4.2 喂料器參數(shù)計(jì)算 17
2.5電機(jī)的選擇 18
2.6機(jī)槽的設(shè)計(jì) 18
3 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 20
3.1 主電機(jī)的選擇 20
3.2 主傳動(dòng)計(jì)算 20
3.2.1 定v帶的型號(hào)和帶輪直徑： 21
3.2.2驗(yàn)算帶速V 21
3.2.3驗(yàn)算傳動(dòng)誤差ε 21
3.2.4確定中心距及帶的基準(zhǔn)長度Ld 21
3.2.5驗(yàn)算小帶輪包角a1 22
3.2.6確定V帶的根數(shù)Z 22
3.2.7確定初拉力F。 22
3.2.8計(jì)算作用在帶輪軸上的壓力FZ 22
3.3轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì)和校核 23
3.4 喂料軸的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核計(jì)算 26
4 制粒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 29
4.1 環(huán)模的加工工藝綜述及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 29
4.1.1環(huán)模的熱處理工藝 29
4.1.2 環(huán)模?？椎募庸すに?30
4.1.3 環(huán)模的結(jié)構(gòu) 30
4.1.4 方案設(shè)計(jì) 30
4.2 環(huán)模的參數(shù)計(jì)算 30
4.2.1 環(huán)模厚度計(jì)算 31
4.2.2 環(huán)模單位功率面積的計(jì)算 31
4.3 內(nèi)環(huán)模的設(shè)計(jì)計(jì)算 31
4.4 環(huán)模和內(nèi)環(huán)模工作間隙調(diào)整 32
4.5 其他零件的設(shè)計(jì)及設(shè)備維護(hù) 33
4.5.1 底座的設(shè)計(jì) 33
4.5.2 軸承蓋 33
4.5.3過載保護(hù)裝置 33
4.6 設(shè)備維護(hù) 33
5 環(huán)模的有限元分析 35
5.1 關(guān)于有限元方法的介紹 35
5.2 環(huán)模失效原因分析 35
5.3 環(huán)模有限元模型的建立及分析 36
5.3.1 環(huán)模與內(nèi)環(huán)模三維模型的生成 37
5.3.2 環(huán)模材料模型的建立 37
5.3.3 網(wǎng)格劃分 37
5.3.4 載荷和約束加載 38
5.3.5 有限元求解 39
5.3.6 對有限元結(jié)果進(jìn)行分析 41
設(shè)計(jì)心得 42
結(jié)論 44
致謝 45
參考文獻(xiàn) 46
摘 要
隨著我國近幾年經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，國內(nèi)的飼料機(jī)械技術(shù)在科學(xué)創(chuàng)新方面有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。例如，牧羊集團(tuán)和正昌集團(tuán)他們是我國飼料機(jī)械發(fā)展最快的企業(yè)，他們的技術(shù)不僅引領(lǐng)全國，還可與先進(jìn)國家技術(shù)相媲美。此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)是以現(xiàn)有制粒設(shè)備為基礎(chǔ)，并取長補(bǔ)短，進(jìn)行了改造和創(chuàng)新，力求設(shè)計(jì)方案較現(xiàn)有產(chǎn)品在各方面性能都有所提高?，F(xiàn)有的技術(shù)中，有一種環(huán)模制粒機(jī)，包括機(jī)架和圓筒形的中空環(huán)模，環(huán)模壁上徑向開設(shè)有若干模孔，環(huán)模一端徑向設(shè)有進(jìn)料通道，所述環(huán)模經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)與動(dòng)力輸八機(jī)械相連接，環(huán)模內(nèi)設(shè)有至少一個(gè)壓棍，壓棍可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在壓輥固定的機(jī)構(gòu)上，工作時(shí)，環(huán)模轉(zhuǎn)動(dòng)，物料從進(jìn)料通道進(jìn)入環(huán)模內(nèi)，被環(huán)模帶動(dòng)，不斷從壓輥和環(huán)模之間空過，在壓輥的擠壓之下，物料被從模孔中擠出，被切刀裝置切斷后形成顆料裝的物料；其不足之處在于：這種制料機(jī)工作效率低下。然而內(nèi)外組合雙環(huán)模制粒機(jī)使制粒效率大幅提高。
本課題以某企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)需求為背景，以內(nèi)外組合雙環(huán)模制粒機(jī)為研究對象，以高質(zhì)量、低成本、環(huán)保、節(jié)能為指導(dǎo)思想，對內(nèi)外組合雙環(huán)模制粒機(jī)的工作原理、關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)型式、關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)計(jì)算等內(nèi)容展開研究。課題研究成果將對相關(guān)企業(yè)產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供有效的指導(dǎo)，具有較大的理論意義與實(shí)用價(jià)值。研究內(nèi)容：
1．國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀具體要求：了解目前國內(nèi)環(huán)模制粒機(jī)現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)、原理，并進(jìn)行歸納、分析，寫出文獻(xiàn)綜述。
2．內(nèi)外組合雙環(huán)模制粒機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)具體要求：在研究現(xiàn)有環(huán)模制粒機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，確定內(nèi)外組合雙環(huán)模制粒機(jī)優(yōu)化結(jié)構(gòu)，繪制關(guān)鍵部件的三維結(jié)構(gòu)圖與工程圖。
3．內(nèi)外組合雙環(huán)模制粒機(jī)關(guān)鍵部件性能分析具體要求：應(yīng)用有限元分析軟件對關(guān)鍵部件進(jìn)行性能分析與強(qiáng)度校核。
其創(chuàng)新點(diǎn)主要分布于喂料機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)部分。該方案從整機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性、產(chǎn)量、能耗、產(chǎn)品質(zhì)量等角度著手，改善機(jī)器性能。方案設(shè)計(jì)以理論計(jì)算為依據(jù)，目的是使設(shè)計(jì)方案更合理、更具說服力。同時(shí)，繪圖過程中也借助于CAD進(jìn)行了輔助設(shè)計(jì)，提高了設(shè)計(jì)效率。
關(guān)鍵詞： 雙環(huán)模 制粒機(jī) 有限元
Abstract
Internal and external combination 2-ring mould granulating machine is by powder feed conditioning (plus steam or water), extrusion die hole forming, cutting, cooling dry, crushing, screening, finally meet specific product quality made the request. It will cooperate with good various powder feed compressed into granules, changed the physical properties and feed biochemical performance and improve the feed utilization rate and to feed the applicability. Our feed industry late start, many granulating equipment compared with foreign equally, there is still a gap. Through the visit to feed machinery factory, many manufacturers domestic understanding of existing granulating equipment performance are this certain disadvantages. But along with the rapid development of economy in recent years, domestic feed machinery technology in scientific innovation has a breakneck development. For example, shepherd group and zhengchang group they feed machinery in China is the fastest growing enterprise, their technology not only lead the country, still can match with advanced countries technology. The graduation design based on existing granulating equipment for the foundation, and complement each other, reformation and innovation perpetuallystrive to design scheme is in all aspects of existing products performance is improved. The existing technology, have a kind of ring die granulating machine, including frame and the cylindrical hollow ring ring die wall module, open several model hole radial ring die end, with feeding channel, radial referred by the transmission system ring die with power lost eight mechanical connections, ring die equipped with at least one pressure stick, pressure stick can rotate installed in pressing roller fixed institutions, work, ring die rotating, material from incoming channel into the ring ring die mould, was driven, constantly from pressing roller and ring die, in space between the extrusion pressure roller, under from model hole material being squeezed by cutting knife device, off the material form makings outfit; Its defect lies in: this system feeder low productivity. Yet internal and external combination 2-ring mould granulating machine make granulating efficiency greatly improve.
This topic to some enterprise product design demand as a background, based on the internal and external combination 2-ring mould granulating machine as the research object, by the high quality and low cost, environmental protection, energy saving as the guiding ideology, internal and external combination of mould granulating machine double working principle, key components, the key components structure forms of content such as design calculation launched research. Research results of relevant enterprise products to provide effective guidance optimized design, which have great theoretical significance and practical value. The research content:
1. The research status of related domestic domain specific requirements: learn about the domestic existing ring die granulating machine structure, principle, and summarized, analysis, write literature review.
2. Internal and external combination 2-ring mould granulating machine mechanical structure concrete requirements: on the research existing ring die granulating machine mechanical structure, and on the basis of internal and external combination 2-ring mode determine optimized structure and granulating machine is the key part of three-dimensional structure drawing with engineering drawings.
3. Internal and external combination 2-ring mould granulating machine key components performance analysis requirements: finite element analysis software on the key component analysis and strength check performance.
Its innovation points distributed mainly feed institutions, transmission parts. The scheme from the machine running stability, production, energy consumption, product quality, improve the machine performance perspective. Design based on theoretical calculation, the purpose is to make design more reasonable and more persuasive. At the same time, drawing in the process also conducted by CAD auxiliary design, improve the design efficiency.
Keywords: 2-ring mode Granulating machine FEA
1 概述
隨著世界飼料機(jī)械技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，制粒機(jī)的制造技術(shù)和成形理論研究得到了飛速的發(fā)展，使用制粒機(jī)生產(chǎn)顆粒飼料已得到普及。目前，常用的顆粒壓制機(jī)有膨化制粒機(jī)、環(huán)模壓制機(jī)和平模壓制機(jī)等基本類型。且環(huán)模制粒機(jī)具備生產(chǎn)效率高，耗能低，工作穩(wěn)定等特點(diǎn)，適用于大中型企業(yè)，得到很廣泛的應(yīng)用。
我國的飼料工業(yè)是一個(gè)新興的產(chǎn)業(yè)。它是在現(xiàn)代化進(jìn)程中應(yīng)運(yùn)而生的。飼料工業(yè)依賴于農(nóng)業(yè)而服務(wù)與養(yǎng)殖業(yè)，并隨著農(nóng)業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展而興旺發(fā)達(dá)起來。至今，完整的飼料工業(yè)體系已經(jīng)初步形成，成為我國經(jīng)濟(jì)中不可缺少的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)支柱，在國民經(jīng)濟(jì)中有不可替代的地位，發(fā)揮著越來越大的作用?，F(xiàn)在，我國已能夠生產(chǎn)出各種規(guī)格型號(hào)的飼料制粒機(jī)械，像環(huán)模、平模、膨化制粒機(jī)，牧草飼料制粒機(jī)等等。產(chǎn)量從0.12t/h至40t/h,配套功率從5.5kw至315kw不等。我國飼料機(jī)械技術(shù)也不斷的在改革創(chuàng)新，逐漸與先進(jìn)國家技術(shù)水相靠近。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，能源短缺問題成為長期困擾人類社會(huì)發(fā)展的主要問題之一。據(jù)預(yù)測，地球上蘊(yùn)藏的可開發(fā)利用的煤和石油等化石能源將分別在200年和30~40年以內(nèi)耗竭，而天然氣按儲(chǔ)采比也只能用60年[1]。生物質(zhì)燃料這種可再生的新能源的開發(fā)和利用不僅能緩解能源危機(jī)，而且可以減輕環(huán)境污染同時(shí)節(jié)約能源。生物質(zhì)既是低碳燃料，又由于其生長過程中吸收，因此被認(rèn)為生物質(zhì)燃料可實(shí)現(xiàn)溫室氣體零排放。生物質(zhì)燃料是光合作用產(chǎn)生的有機(jī)可燃物的總稱，其來源豐富[2-5]。要走可持續(xù)發(fā)展的道路，開發(fā)利用生物質(zhì)燃料，意義十分重大。研究高品質(zhì)、高效率的生物質(zhì)燃料已成為支持能源可持續(xù)發(fā)展的迫切需求。
到目前為止，各個(gè)國家或地區(qū)開發(fā)利用生物質(zhì)作為燃料主要集中在三個(gè)方面：（1）將生物質(zhì)材料降解為液體燃料，主要產(chǎn)品是燃料油和醇類燃料[6]；（2）將生物質(zhì)燃料氣化成氣體燃料，生物質(zhì)沼氣，主要成分為甲烷()和少量的二氧化碳，產(chǎn)生過程分為水解階段、產(chǎn)氫產(chǎn)乙酸階段和產(chǎn)甲烷階段三個(gè)階段[7]；（3）加工成便于運(yùn)輸和貯存的一定形狀燃料并提高燃燒效率，固化成型[8]。而第三種一方面解決環(huán)境保護(hù)問題，另一方面又能產(chǎn)生代用燃料，近年來越來越受到人們的廣泛重視。環(huán)模制粒機(jī)是生產(chǎn)顆粒燃料的主要機(jī)械設(shè)備，其性能很大程度上決定了燃料的加工產(chǎn)量，在燃料加工過程中有著非常重要的地位。
近年來，國內(nèi)生物質(zhì)燃料機(jī)械企業(yè)在環(huán)模制粒機(jī)的設(shè)計(jì)、制造不斷進(jìn)步中，性能不斷提高，與國外同類產(chǎn)品的差距也在慢慢縮小，但是，基于我國的制粒機(jī)都是模仿國外的先進(jìn)產(chǎn)品，而對于制粒機(jī)理方面的研究幾乎還是空白，這樣同級(jí)上的比較，我國的制粒機(jī)就明顯的存在結(jié)構(gòu)不合理、生產(chǎn)效率偏低、能耗偏高等缺陷。而環(huán)模的使用壽命和生產(chǎn)效率低問題尤為突出，國內(nèi)生產(chǎn)的環(huán)模使用壽命短那是一個(gè)不可忽視的問題[9-10]。
研究雙環(huán)模制粒機(jī)理與結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)，對設(shè)計(jì)出具有國際先進(jìn)水平的制粒機(jī)具有積極的推進(jìn)作用。僅憑理論分析難以得到較為切合實(shí)際的分析結(jié)果，隨著計(jì)算機(jī)有限元技術(shù)及相關(guān)測試技術(shù)的發(fā)展和信號(hào)分析技術(shù)的提高，大量的計(jì)算機(jī)仿真分析和先進(jìn)的測試分析手段的應(yīng)用，目前，采用有限元分析與理論分析及動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，對制粒系統(tǒng)進(jìn)行更為深入的研究，是當(dāng)前制粒機(jī)的研究方向。利用計(jì)算機(jī)仿真軟件建立環(huán)模-內(nèi)環(huán)模系統(tǒng)的有限元模型，選擇合適的求解器對模型進(jìn)行計(jì)算與分析，并進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)修改設(shè)計(jì)與分析，為該類機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。
1.1 設(shè)計(jì)目的和意義
大學(xué)時(shí)光，悄然逝去。在這四年中，我不僅學(xué)到了自己需要的知識(shí)，同時(shí)也提高了自己的能力。但是，學(xué)到的很多東西畢竟僅僅都是書本上的理論知識(shí)，顯然和實(shí)際有很大的差距。通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我可以將自己所學(xué)到的理論知識(shí)更好的與實(shí)際相結(jié)合起來，從中能夠鍛煉我的思維能力，同時(shí)也是對這幾年所學(xué)知識(shí)的一個(gè)綜合的運(yùn)用，同時(shí)也為將來要從事的職業(yè)打下良好的基礎(chǔ)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)同樣也是大學(xué)最關(guān)鍵的一個(gè)教育環(huán)節(jié)，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我要能夠靈活、系統(tǒng)的運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，提高自己分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)作風(fēng)和吃苦耐勞、一絲不茍、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度。同時(shí)，也使自己更加熟練的掌握“如何查閱國內(nèi)為有關(guān)的技術(shù)資料和文獻(xiàn)”，從中學(xué)會(huì)調(diào)查、收集、整理比較有價(jià)值的資料，在保留同類產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，運(yùn)用新技術(shù)、新工藝、新資料、新材料、大膽創(chuàng)新，以彌補(bǔ)同類產(chǎn)品的不足之處，使產(chǎn)品趨于更合理、更先進(jìn)、更優(yōu)化、更具有使用價(jià)值和良好的經(jīng)濟(jì)效益。
1.2 環(huán)模制粒機(jī)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
制粒的歷史可以追溯到1990年，起初是用于飼料加工的，飼料工作者在實(shí)踐中積累了很多經(jīng)驗(yàn)，致力于改善制粒機(jī)性能。
圖1.1鑄模式制粒機(jī)示意圖 圖1.2擠壓式制粒機(jī)示意圖
圖1.3 Schueler型制粒機(jī)示意圖 圖1.4平模制粒機(jī)示意圖
圖1.5環(huán)模制粒機(jī)示意圖
世界上第一臺(tái)與制粒機(jī)相似的機(jī)器是一臺(tái)鑄模式設(shè)備[11]，如圖1.1所示。1910年左右，世界上第一臺(tái)擠壓式制粒機(jī)問世[11]，如圖1.2所示。該制粒機(jī)工作機(jī)理基本與現(xiàn)在的擠壓式制粒機(jī)相同。到1920年，斯凱勒(SchMeler)提出了壓縮法制粒，如圖1.3所示，但這種制粒方法磨損嚴(yán)重[11]，在1920期間，在總結(jié)了之前的制粒機(jī)工作原理的基礎(chǔ)上，研制成功了第一臺(tái)平模制粒機(jī)[11]，如圖1.4，這種機(jī)器裝有圍繞中心軸回轉(zhuǎn)的滾輪，迫使物料擠壓向下，通過水平固定模板的?？?，旋轉(zhuǎn)切刀把物料切割成一定長度的顆粒。而幾乎在同一時(shí)期，世界上第一臺(tái)環(huán)模制粒機(jī)研制成功，如圖1.5所示，最初的環(huán)模制粒機(jī)是一個(gè)壓輥，以后演變成兩個(gè)、三個(gè)過程，利用壓輥的擠壓力將粉狀物經(jīng)由環(huán)模的環(huán)?？字袛D出。環(huán)模制粒機(jī)是環(huán)?？恐鬏S轉(zhuǎn)動(dòng)而回轉(zhuǎn)，其內(nèi)有兩個(gè)或者三個(gè)壓輥，工作時(shí)壓輥將粉狀物壓入環(huán)模孔中，擠出成形后呈圓柱形，并被固定切刀切斷成顆粒物料。這種環(huán)模制粒機(jī)制粒質(zhì)量好，生產(chǎn)效率高，能耗比其他幾種要少。在此基礎(chǔ)上，環(huán)模制粒機(jī)性能不斷改善，其后60年支配了整個(gè)飼料業(yè)。到如今生物質(zhì)燃料的廣泛被研究開發(fā)，環(huán)模制粒機(jī)在這一領(lǐng)域的引用也日漸廣泛。
從環(huán)模制粒機(jī)的整個(gè)發(fā)展來看，制粒機(jī)的基本工作原理沒變，而環(huán)模制粒機(jī)的制造水平和技術(shù)性能大有改善[12]。平模與環(huán)模的區(qū)別在于：
一、喂料方式：環(huán)模制粒機(jī)采用機(jī)械強(qiáng)迫式進(jìn)料，高速旋轉(zhuǎn)離心分布進(jìn)入制粒室，通過刮刀來分布物料，喂料不均勻；平模制粒機(jī)是靠物料自身重量垂直進(jìn)入壓制室，能夠均勻喂料。
二、壓力：在同等直徑下的模具內(nèi)，環(huán)模壓輪直徑的大小受環(huán)模模具直徑的限制，所以壓力大小受限；平模壓輪直徑的大小不受模具直徑的限制，可以加大內(nèi)裝軸承空間，選用大號(hào)軸承增強(qiáng)壓輪的承受能力，不僅提高了壓輪的壓制力，而且還延長了使用壽命。
三、出料方式：環(huán)模屬于高轉(zhuǎn)速，物料排出時(shí)破損率高；而平模屬于低轉(zhuǎn)速，破損率低。
? 四、壓輪調(diào)節(jié)方式：環(huán)模制粒機(jī)要是用壓輪中間的偏心輪上的兩個(gè)螺絲來調(diào)節(jié)壓力；平模制粒機(jī)是采用螺紋絲柱m100中心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，頂力百噸，下落平穩(wěn)、觸擊柔和、壓力均勻。可采用旋轉(zhuǎn)手動(dòng)和液壓自動(dòng)調(diào)節(jié)兩種方式。
???? 從平模與環(huán)模的對比中我們可以看出平模的壓力比環(huán)模大，所以對于像木屑、秸桿等這種物料輕，難以成型的粗纖維用平模較好。??
1.2.1 國外研究現(xiàn)狀
CPM公司生產(chǎn)的環(huán)模制粒機(jī)采用斜齒齒輪減速箱傳動(dòng)結(jié)構(gòu)；Bǖhler公司生產(chǎn)的環(huán)模制粒機(jī)采用雙壓輥、環(huán)模式、單電機(jī)三角皮傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。單位生產(chǎn)效率高，運(yùn)行費(fèi)用低，結(jié)構(gòu)比較簡單，操作維修方便；Mǖnch公司生產(chǎn)的環(huán)模制粒機(jī)有環(huán)模、錐形壓輥平模制粒機(jī)兩種；三輥式制粒機(jī)是以英國UMT公司為代表的一種典型環(huán)模制粒機(jī)。美國在1976年前后利用飼料成型技術(shù)，開發(fā)了壓輥式顆粒燃料成型機(jī)；日本在1983年前后從美國引進(jìn)了該技術(shù)。到1987年，已有十幾張顆粒燃料工廠投入運(yùn)行。
生物質(zhì)燃料成型技術(shù)受到國外發(fā)達(dá)國家的普遍重視，并投入了大量的資金和技術(shù)力量研究和開發(fā)生物質(zhì)燃料成型設(shè)備，走在了該領(lǐng)域的前沿。20實(shí)際30年代，美國開始研究致密成型燃料技術(shù)，并研制了活塞-模具式成型機(jī)，利用大壓力擠壓原料通過成型模具而形成致密成型燃料[13-14]。20世紀(jì)50年代日本從國外引進(jìn)技術(shù)后進(jìn)行了改進(jìn)，研究應(yīng)用了螺旋式擠壓成型機(jī)，并發(fā)展成了日本壓縮型燃料的工業(yè)體系，并逐步推廣到了臺(tái)灣、泰國乃至歐洲國家和美國。20世紀(jì)70年代初，美國又研制開發(fā)了內(nèi)壓滾筒式顆粒成型機(jī)[15]。生物質(zhì)壓縮燃料在西歐國家以及日本等國已稱謂一種產(chǎn)業(yè)，印度和東南亞一些國家對這項(xiàng)技術(shù)的研究與應(yīng)用也相當(dāng)重視。目前，國外生物質(zhì)燃料成型技術(shù)已基本成熟，生物質(zhì)致密成型燃料已經(jīng)商品化廣泛應(yīng)用于供熱、取暖和發(fā)電領(lǐng)域，同時(shí)各國政府為促進(jìn)生物質(zhì)燃料成型技術(shù)的發(fā)展提供了政策和資金上的支持，生物質(zhì)能源近年發(fā)展迅速。
1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
我國從20世紀(jì)80年代起開始致力于生物質(zhì)壓縮成型技術(shù)的研究。湖南省衡陽市糧食機(jī)械廠于1985年研制了第一臺(tái)ZT-63型生物質(zhì)壓縮成型機(jī)，江蘇連云港東海糧食機(jī)械廠于1986年引進(jìn)了一臺(tái)OBM-88棒狀燃料成型機(jī)。1993年前后，我國從國外引進(jìn)了近20條生物質(zhì)壓縮成型生產(chǎn)線，基本上都采用螺旋擠壓式，以鋸木屑為原料，生產(chǎn)“碳化”燃料[16]。1994年河南農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國農(nóng)機(jī)能源動(dòng)力所分別研究出PB-I型[17]、CYJ-35型機(jī)械活塞沖壓式成型機(jī)，1998年河南農(nóng)業(yè)大學(xué)研制出HPB-I型液壓活塞式雙向擠壓生物質(zhì)成型機(jī)，2002年中南林學(xué)院也研制了相應(yīng)設(shè)備[13]。2006年河南農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的HPB-IV型液壓驅(qū)動(dòng)活塞式成型機(jī)和合肥天炎綠色能源開發(fā)有限公司TYK-II秸稈成型機(jī)均采用一級(jí)螺旋預(yù)熱預(yù)壓，二級(jí)活塞壓縮技術(shù)，解決了普通成型機(jī)對原料含水率要求較高和模具易磨損的不足。為降低顆粒燃料成型的能耗，河南省科學(xué)院能源研究所研制了一種在常溫下生產(chǎn)顆粒燃料的環(huán)模顆粒成型機(jī)[18]。2004年，清華大學(xué)和北京惠眾實(shí)科技有限公司開發(fā)的Highzones生物質(zhì)固化成型技術(shù)，利用壓輥擠壓原理實(shí)現(xiàn)了生物質(zhì)就地及時(shí)壓縮，其性能優(yōu)于國際上現(xiàn)有的顆粒成型技術(shù)[19-20]。目前，生物質(zhì)燃料成型技術(shù)已日趨成熟[21]，并已部分實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
近年來，生物質(zhì)燃料以其各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)在我國得到了比較廣泛的推廣和應(yīng)用。但在燃料生產(chǎn)中，顆粒的質(zhì)量問題依然很大。主要原因在于國內(nèi)廠家對顆粒燃料的制粒機(jī)理缺乏深入的研究。國外針對環(huán)模制粒機(jī)理的研究很多，但是大多數(shù)研究肯定是保密的，導(dǎo)致國內(nèi)對于該方面的研究很少，缺乏對制粒過程全面研究?，F(xiàn)有的技術(shù)中，有一種環(huán)模制粒機(jī)，包括機(jī)架和圓筒形的中空環(huán)模，環(huán)模壁上徑向開設(shè)有若干模孔，環(huán)模一端徑向設(shè)有進(jìn)料通道，所述環(huán)模經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)與動(dòng)力輸八機(jī)械相連接，環(huán)模內(nèi)設(shè)有至少一個(gè)壓棍，壓棍可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在壓輥固定的機(jī)構(gòu)上，工作時(shí)，環(huán)模轉(zhuǎn)動(dòng)，物料從進(jìn)料通道進(jìn)入環(huán)模內(nèi)，被環(huán)模帶動(dòng)，不斷從壓輥和環(huán)模之間空過，在壓輥的擠壓之下，物料被從?？字袛D出，被切刀裝置切斷后形成顆料裝的物料；其不足之處在于：這種制料機(jī)工作效率低下。然而內(nèi)外組合雙環(huán)模制粒機(jī)使制粒效率大幅提高。
1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)
設(shè)計(jì)題目：內(nèi)外組合雙環(huán)模制粒機(jī)
主要內(nèi)容和要求：設(shè)計(jì)方案的確定；喂料器技術(shù)參數(shù)的確定；電機(jī)參數(shù)的確定；帶傳動(dòng)系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)的確定；主軸剛度的校核計(jì)算；環(huán)模和內(nèi)環(huán)模配合使用的技術(shù)參數(shù)的確定，環(huán)模的制作工藝過程；內(nèi)外組合雙環(huán)模制粒機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)具體要求：在研究現(xiàn)有環(huán)模制粒機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，確定內(nèi)外組合雙環(huán)模制粒機(jī)優(yōu)化結(jié)構(gòu)，繪制關(guān)鍵部件的三維結(jié)構(gòu)圖與工程圖。內(nèi)外組合雙環(huán)模制粒機(jī)關(guān)鍵部件性能分析具體要求：應(yīng)用有限元分析軟件對關(guān)鍵部件進(jìn)行性能分析與強(qiáng)度校核。
2內(nèi)外組合雙環(huán)模制粒機(jī)總體方案設(shè)計(jì)
2.1主要組成部分
現(xiàn)有的技術(shù)中，有一種環(huán)模制粒機(jī)，包括機(jī)架和圓筒形的中空環(huán)模，環(huán)模壁上徑向開設(shè)有若干?？?，環(huán)模一端徑向設(shè)有進(jìn)料通道，所述環(huán)模經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)與動(dòng)力輸八機(jī)械相連接，環(huán)模內(nèi)設(shè)有至少一個(gè)壓棍，壓棍可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在壓輥固定的機(jī)構(gòu)上，工作時(shí)，環(huán)模轉(zhuǎn)動(dòng)，物料從進(jìn)料通道進(jìn)入環(huán)模內(nèi)，被環(huán)模帶動(dòng)，不斷從壓輥和環(huán)模之間空過，在壓輥的擠壓之下，物料被從模孔中擠出，被切刀裝置切斷后形成顆料裝的物料；其不足之處在于：這種制料機(jī)工作效率低下。然而內(nèi)外組合雙環(huán)模制粒機(jī)使制粒效率大幅提高。
內(nèi)外雙環(huán)模制粒機(jī)，包括機(jī)架和環(huán)模，環(huán)模壁上徑向開設(shè)有若干?？祝h(huán)模一端設(shè)有進(jìn)料通道，機(jī)架上固定有主套，環(huán)模另一端與皮帶輪相固定，皮帶輪經(jīng)軸承安裝在主套外；環(huán)模內(nèi)設(shè)置有圓筒形的內(nèi)環(huán)模，內(nèi)環(huán)模壁上也開設(shè)有若干徑向的?？?，內(nèi)環(huán)模的一端連接有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸安裝在調(diào)整套內(nèi)，調(diào)整套穿過主套安裝在機(jī)身上；主套上安裝有喂料軸，喂料軸軸向穿過環(huán)模和內(nèi)環(huán)模之間的間隙伸入進(jìn)料通道中，喂料軸上設(shè)有螺旋推進(jìn)葉片，螺旋推進(jìn)葉片從進(jìn)料通道的進(jìn)料口下側(cè)延伸至環(huán)模和內(nèi)環(huán)模之間的間隙中。?？讛?shù)目多，可同時(shí)從環(huán)模和內(nèi)環(huán)模上進(jìn)行制粒，其工作效率高，可用于糧食、飼料加工中的制粒。本結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，合理；能防止溫度上升，在低溫下制粒，能確保原料擠壓成顆粒狀，抑制壓力的上升；生產(chǎn)效率高、轉(zhuǎn)動(dòng)慢、噪音小，原料中的異物，能通過環(huán)模之間的間隙排出，不易損壞機(jī)器。該機(jī)喂料、調(diào)質(zhì)、制粒分別采用獨(dú)立傳動(dòng)，工作可靠。該設(shè)備主要組成部分有：喂料系統(tǒng)，調(diào)質(zhì)系統(tǒng)，傳動(dòng)成型系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)。如圖2.1 所示為內(nèi)外組合雙環(huán)模制粒機(jī)的結(jié)構(gòu)圖，如圖2.2 內(nèi)外組合雙環(huán)模制粒機(jī)三維模型。
1．轉(zhuǎn)軸 2.喂料軸 3.主套 4.皮帶輪 5.環(huán)模 6.進(jìn)料口7.螺旋推進(jìn)葉片8.進(jìn)料通道9.內(nèi)環(huán)模10.調(diào)整套 11.機(jī)架12.間隙調(diào)整臂13.隔板14.內(nèi)出料口
圖2.1 內(nèi)外組合雙環(huán)模制粒機(jī)的結(jié)構(gòu)圖
圖2.2 內(nèi)外組合雙環(huán)模制粒機(jī)三維模型
2.2 主要技術(shù)參數(shù)
項(xiàng)目
參數(shù)
生產(chǎn)率（t/h）
4～8
壓模內(nèi)徑（mm）
660
內(nèi)模直徑（mm）
460
?？字睆剑╩m）
10
壓模轉(zhuǎn)速(r/min)
282
內(nèi)模轉(zhuǎn)速(r/min)
450
喂料絞龍轉(zhuǎn)速(r/min)
100～300
螺旋面直徑（mm）
120
螺距（mm）
30
槳葉直徑（mm）
200
螺距（mm）
30
偏心軸偏心距(mm)
60
配
套
動(dòng)
力
主電機(jī)
10KW
轉(zhuǎn)軸電機(jī)
2.5KW
喂料電機(jī)
2.5KW
主傳動(dòng)三角帶規(guī)格
3根SPC4500
2.3 工作原理與工作過程概述
2.3.1內(nèi)外組合雙環(huán)模制粒機(jī)的工作原理
粉狀配合飼料是一個(gè)連續(xù)壓制過程,它建立在粉狀顆粒間有空隙存在的基礎(chǔ)上。粉狀物料是一種由具有一定流動(dòng)性的分散顆粒組成的不連續(xù)松散體,在擠壓力的作用下粉粒相互移近和重新排列,粉粒間所含氣體不斷逸出,從而使得粉粒間的間隙減小,聯(lián)接力增大,最后被壓制成具有一定密度,一定強(qiáng)度的顆粒飼料。在壓粒過程中,飼料的蛋白質(zhì)和糖分受熱產(chǎn)生可塑性,淀粉部分糊化.“壓?！?簡單地說就是一個(gè)擠壓式的熱塑過程。內(nèi)外雙環(huán)模制粒機(jī)，包括機(jī)架和環(huán)模，環(huán)模壁上徑向開設(shè)有若干模孔，環(huán)模一端設(shè)有進(jìn)料通道，機(jī)架上固定有主套，環(huán)模另一端與皮帶輪相固定，皮帶輪經(jīng)軸承安裝在主套外；環(huán)模內(nèi)設(shè)置有圓筒形的內(nèi)環(huán)模，內(nèi)環(huán)模壁上也開設(shè)有若干徑向的?？?，內(nèi)環(huán)模的一端連接有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸安裝在調(diào)整套內(nèi)，調(diào)整套穿過主套安裝在機(jī)身上；主套上安裝有喂料軸，喂料軸軸向穿過環(huán)模和內(nèi)環(huán)模之間的間隙伸入進(jìn)料通道中，喂料軸上設(shè)有螺旋推進(jìn)葉片，螺旋推進(jìn)葉片從進(jìn)料通道的進(jìn)料口下側(cè)延伸至環(huán)模和內(nèi)環(huán)模之間的間隙中。該裝置工作時(shí)，環(huán)模和內(nèi)環(huán)模由動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)，喂料軸也可轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)喂料軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可將進(jìn)料通道內(nèi)的物料推進(jìn)到環(huán)模和內(nèi)環(huán)模之間的間隙中，當(dāng)環(huán)模和內(nèi)環(huán)模轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，物料一部分被壓從環(huán)境上的?？字斜粩D出，另一部分從內(nèi)環(huán)模上的?？字斜粩D出到內(nèi)環(huán)模內(nèi)腔中；與現(xiàn)有技術(shù)相比，該設(shè)計(jì)?？讛?shù)目多，可同時(shí)從環(huán)模和內(nèi)環(huán)模上進(jìn)行制粒，其工作效率高。為了方便調(diào)節(jié)環(huán)模和內(nèi)環(huán)模之間的間隙，所述轉(zhuǎn)軸與調(diào)整套之間偏心設(shè)置，調(diào)整套上固定有周向可轉(zhuǎn)動(dòng)的間隙調(diào)整臂，所述間隙調(diào)整臂與機(jī)架之間可拆卸地相連接。間隙調(diào)整臂可與機(jī)架相對轉(zhuǎn)動(dòng)或者固定，其轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可帶動(dòng)調(diào)整套轉(zhuǎn)動(dòng)，由于轉(zhuǎn)軸與調(diào)整套之間偏心設(shè)置，因此，轉(zhuǎn)軸的位置的改以即可改變內(nèi)環(huán)模和環(huán)模之間的間隙，當(dāng)間隙調(diào)整到適合位置時(shí)，可將調(diào)整臂與機(jī)架固定。環(huán)模是顆粒機(jī)的主要工作部件,配合飼料從供料機(jī)構(gòu)較均勻地供給攪拌機(jī)構(gòu),飼料在攪拌機(jī)構(gòu)中與水(或其他添加物)混合后,投入壓粒機(jī)構(gòu)中,飼料在環(huán)模與環(huán)模的擠壓下,從壓模的?？字袛D出來成為顆粒。從工作過程分析,一環(huán)模是主動(dòng)回轉(zhuǎn)零件,另一環(huán)模是靠與環(huán)模內(nèi)表面摩擦而轉(zhuǎn)動(dòng)的.從運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的角度分析,環(huán)模和壓輥是一對外摩擦機(jī)構(gòu)，通過摩擦力帶動(dòng)壓輥運(yùn)動(dòng)。
2.3.2內(nèi)外組合雙環(huán)模制粒機(jī)的主要工作過程
當(dāng)水分含量為12％～14％的配合飼料進(jìn)入混合喂料器后，飼料經(jīng)加入一定量的水后，被螺旋漿葉混合攪拌均勻后送進(jìn)調(diào)質(zhì)器內(nèi)，進(jìn)行糊化。如果需要，也可以將糖蜜、脂等液體均勻噴灑到物料中去，脂的添加量不得超過3％，以利于成形。調(diào)質(zhì)后的物料水分達(dá)到15％～17％，然后經(jīng)分配器分配到轉(zhuǎn)動(dòng)的環(huán)式壓模和內(nèi)壓模的工作面上。內(nèi)外雙環(huán)模制粒機(jī)，包括機(jī)架和環(huán)模，環(huán)模壁上徑向開設(shè)有若干?？祝h(huán)模一端設(shè)有進(jìn)料通道，機(jī)架上固定有主套，環(huán)模另一端與皮帶輪相固定，皮帶輪經(jīng)軸承安裝在主套外；環(huán)模內(nèi)設(shè)置有圓筒形的內(nèi)環(huán)模，內(nèi)環(huán)模壁上也開設(shè)有若干徑向的?？?，內(nèi)環(huán)模的一端連接有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸安裝在調(diào)整套內(nèi)，調(diào)整套穿過主套安裝在機(jī)身上；主套上安裝有喂料軸，喂料軸軸向穿過環(huán)模和內(nèi)環(huán)模之間的間隙伸入進(jìn)料通道中，喂料軸上設(shè)有螺旋推進(jìn)葉片，螺旋推進(jìn)葉片從進(jìn)料通道的進(jìn)料口下側(cè)延伸至環(huán)模和內(nèi)環(huán)模之間的間隙中。環(huán)模和內(nèi)環(huán)模由動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)，喂料軸也可轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)喂料軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可將進(jìn)料通道內(nèi)的物料推進(jìn)到環(huán)模和內(nèi)環(huán)模之間的間隙中，當(dāng)環(huán)模和內(nèi)環(huán)模轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，物料一部分被壓從環(huán)境上的模孔中被擠出，另一部分從內(nèi)環(huán)模上的?？字斜粩D出到內(nèi)環(huán)模內(nèi)腔中，物料在強(qiáng)烈的擠壓下，克服孔壁的阻力，并不斷從壓模孔中成條的擠出。擠出時(shí)被裝置在壓模外的切刀切成長度適宜的顆粒。切刀的位置可以調(diào)節(jié)，以控制顆粒的長短。剛壓制出的顆粒溫度一般在75℃～90之間，水分在15％～16％左右，必須在經(jīng)過冷卻降溫，揮發(fā)水分使其溫度接近室溫，以便保管儲(chǔ)藏。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該設(shè)計(jì)模孔數(shù)目多，可同時(shí)從環(huán)模和內(nèi)環(huán)模上進(jìn)行制粒，其工作效率高。
2.4 喂料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
喂料機(jī)構(gòu)的作用是將待制粒倉中的粉狀物料均勻地輸送到調(diào)質(zhì)部分，其關(guān)鍵是保證輸送速度的穩(wěn)定。傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)通常是依靠螺旋輸送機(jī)來實(shí)現(xiàn)這種功能。螺旋輸送機(jī)又稱“絞龍”，是一種無撓性牽引構(gòu)件的連續(xù)輸送設(shè)備。其結(jié)構(gòu)主要包括料槽、螺旋葉片和轉(zhuǎn)動(dòng)軸組成的螺旋體，兩端軸承和驅(qū)動(dòng)裝置幾部分。工作時(shí)，物料由進(jìn)料口進(jìn)入料槽，并在螺旋葉片的推動(dòng)下沿螺旋槽作軸向移動(dòng)，直至卸料口被排出。螺旋輸送機(jī)的類型有水平、垂直和傾斜三種形式，本設(shè)計(jì)中選用水平螺旋輸送機(jī)。與其它輸送設(shè)備相比，螺旋輸送機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、橫截面積小、密封性好、操作維修安全、方便、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，這也正是它被廣泛應(yīng)用的原因之一。
2.4.1 喂料器輸送結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
該設(shè)備的螺旋輸送機(jī)葉片采用單頭滿面式螺旋葉片，螺旋葉片的一邊緊貼在軸上，形成完整的螺旋面。這種葉片構(gòu)造簡單，輸送能力強(qiáng)，便于均勻地輸送粉類物料。
螺旋面采用右旋設(shè)計(jì)方案。由于輸送物料中含有一定水分，為了防止葉片生銹，影響物料輸送和產(chǎn)品質(zhì)量，選用不銹鋼作為葉片材料。同時(shí)，由于在工作過程中，葉片磨損比較嚴(yán)重，為了增加其耐磨性，要對葉片進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，以提高其表面硬度。
螺旋葉片厚度為4mm，螺距為（0.8-1）D，D為螺旋直徑，由于本設(shè)計(jì)采用水平結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，取S=D，機(jī)殼厚度為4mm。 如圖2.3所示喂料螺旋輸送軸。
圖2.3 喂料螺旋輸送軸
2.4.2 喂料器參數(shù)計(jì)算
(1) 螺旋直徑D與螺旋軸轉(zhuǎn)速n的計(jì)算
根據(jù)公式：
D ≥ k(Q/ΨPC)1/2
其中：
Q:輸送能力，t/h；
K：物料特性系數(shù)，常用物料的k值見?運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊?表15-1；
Ψ:填充系數(shù)，見?運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊?表15-1；
C：傾角系數(shù)，見?運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊?表15-1；
P:物料松散密度，見?運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊?表15-6；
D≥0.115m 圓整：D=S=120mm
n≤A/(D)1/2
其中：
A：物料綜合系數(shù)，見?運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊?表15-6；
n≤50/(0.2)1/2 n≤111
Q=47D2.n.S.Ψ.P.C
其中：
Q:輸送機(jī)輸送能力（有任務(wù)書得Q=8）(t/h)
S:螺距 m
8=47*0.2*0.2*0.2*0.3*1.1 n≤124 圓整：n=120 r/min
(2) 物料沿軸向的推進(jìn)速度計(jì)算
根據(jù)公式：
式中：
V：物料的軸向推進(jìn)速度（m/s）；
S：螺旋葉片的螺距（m）；
n：螺旋軸轉(zhuǎn)速（r/min）;
物料沿軸向推進(jìn)速度： V=0.03*120/60=0.06 m/s
2.5電機(jī)的選擇
由于N=0.75 kw,所以驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)選用YTC型電磁調(diào)速異步電動(dòng)機(jī)，該電機(jī)有三相異步交流電機(jī)、渦流離合器與測速發(fā)電機(jī)組成，并與控制器配合使用，工作時(shí)，此電機(jī)能根據(jù)軸上承受載荷的不同自動(dòng)地、無級(jí)地調(diào)整其輸出轉(zhuǎn)速，達(dá)到無級(jí)變速喂料，控制不同喂料量的目的。電機(jī)如圖2.4所示。
圖2.4 主電機(jī)
2.6機(jī)槽的設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)中的機(jī)槽采用法蘭和截面為U字型的鋼制機(jī)槽。U型機(jī)槽的厚度為4mm薄鋼板，其兩側(cè)臂垂直，底部成半圓形，在 U型機(jī)槽的端面焊接有法蘭，用以固定蓋板和端蓋。機(jī)槽半圓的內(nèi)徑大于螺旋葉片半徑，允許少量的物料滯留于槽底，以防葉片與槽底摩擦。
為了對機(jī)槽進(jìn)行密封，機(jī)槽上部裝有用薄鋼板制成的蓋板，蓋板用螺栓固定在槽體上端的鋼制法蘭上。蓋板可以開啟，以便對槽體進(jìn)行必要的檢查。蓋板上開有進(jìn)料口，機(jī)槽底部開有卸料口，均做成方形，以便安裝料管。
3 主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.1 主電機(jī)的選擇
根據(jù)吳克疇教授摘譯的《混合飼料生產(chǎn)工藝》一書介紹，一臺(tái)飼料壓粒機(jī)的生產(chǎn)率可以近似的由下式來計(jì)算,有公式換算可以算出：
式中：
N：壓粒電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率（KW）；
：要壓粒的散料密度（t/）；
：壓粒電動(dòng)機(jī)的效率取0.8——0.9；
P：需要壓粒壓力，兆赫，帕=N/；
：決定于壓縮率K（未壓粒的散裝物和壓粒后的顆粒密度的比率）；
K：壓縮率，可取0.5——0.7；
公式換算得到驅(qū)動(dòng)功率的算法：
已知：Q=10, =0.9；
查表得到P=56；=0.5；；
帶入計(jì)算得到N=9KW，所以取N=10 KW。經(jīng)查表：選取主電機(jī)型號(hào)為：Y280S-4 ，額定功率：10KW，轉(zhuǎn)速：1480r/min。
3.2 主傳動(dòng)計(jì)算
該設(shè)計(jì)方案主傳動(dòng)系統(tǒng)采用V帶傳動(dòng)。和其它機(jī)械傳動(dòng)比較，帶傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：工作可靠，使用壽命長；傳動(dòng)平穩(wěn)；無噪音,傳動(dòng)效率高；結(jié)構(gòu)緊湊；功率和速度適用范圍很廣等。工作時(shí),由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)小、大皮帶輪，并經(jīng)傳動(dòng)空軸帶動(dòng)環(huán)模轉(zhuǎn)動(dòng)，環(huán)模與內(nèi)環(huán)模擠壓物料成形。
3.2.1 定v帶的型號(hào)和帶輪直徑：
（1）、 計(jì)算設(shè)計(jì)功率：設(shè)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際輸出功率為，工作情況系數(shù)為
=1.3有：
Pd =1.3*10=13 KW
（2）、選帶的型號(hào)：Pd=13 KW, n1 =14480 r/min
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材圖11-12可查出帶的型號(hào)：
選?。?C型V帶
（3）、計(jì)算大小帶輪直徑：
設(shè)小帶輪直徑為：dd1；大帶輪直徑為：dd2。
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材由表10-11及10-5取dd1=250
dd2= n1/n2* dd1=1480/382*250=968.57 圓整dd2=960
3.2.2驗(yàn)算帶速V
V=3.14* dd1* n1 /60000=19.36m/s
在5-25范圍內(nèi)，帶速適合。所以V在允許范圍內(nèi)
3.2.3驗(yàn)算傳動(dòng)誤差ε
傳動(dòng)比 i= dd2/ dd1=3.84
原傳動(dòng)比i、= n1/n2=3.87
則傳動(dòng)誤差ε=( i、-i)/ i=.008 在允許誤差0.05范圍內(nèi)
3.2.4確定中心距及帶的基準(zhǔn)長度Ld
(1) 初定中心距a。
0.7（dd1 +dd2）≤ a?！?（dd1 +dd2）
922 ≤ a?！?420
所以a。=1600
（2）、初算V帶
Ld。= 2a。+3.14/2（dd1 +dd2）+（dd1 -dd2）2/4a。
=4780.6
（3）確定帶的基準(zhǔn)長度Ld由表10-2選取Ld=5000
(4)確定實(shí)際中心距a
a=a。+（Ld-Ld。）/2
=1741.45
安裝時(shí)最距離amin=a-0.15Ld
=1714.26
張緊或補(bǔ)償伸長所需最大中心距amax=a+0.3Ld
=1845.12
3.2.5驗(yàn)算小帶輪包角a1
a1=180。-57.3。*（dd1 -dd2）/a
=148.47>120。
3.2.6確定V帶的根數(shù)Z
（1）單帶基本額定功率平P1 P1=8.12
（2）考慮傳動(dòng)比的影響，額定功率的增量 ΔP1=0.26
（3）包角系數(shù)Ka Ka=0.925
(4)長度系數(shù)KL KL=1.04
(5)V帶的根數(shù)Z Z≥13 /[(0.26+8.12)*0.925*1.04 ] =2.8
所以Z=3
3.2.7確定初拉力F。
由10-1 查得q=0.3kg/m
F．=500*Pd*(2.5/Ka-1)/(vz)+qV2
=434.1N
3.2.8計(jì)算作用在帶輪軸上的壓力FZ
FZ=2Z*F。*sin (a1/2)
=1800.6
大帶輪與小帶輪模型如圖3.1所示。
大皮帶輪 小皮帶輪
圖3.1 大帶輪與小帶輪模型
3.3轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì)和校核
電機(jī)的轉(zhuǎn)矩通過一對皮帶輪傳遞給軸，軸帶動(dòng)固定其上的環(huán)模一期旋轉(zhuǎn)，因此，軸是主要的傳動(dòng)和連接部件。軸的主要制造工藝和計(jì)算如下：
1、 軸材料為45鋼；
2、 該軸采用鍛造方式加工，然后再進(jìn)行車削和銑削加工；
3、 軸上設(shè)有軸承支座，為了將內(nèi)環(huán)模和主軸定位，保證兩零件的同軸度，環(huán)模和軸用螺栓連接，并用螺栓定位，軸結(jié)構(gòu)請參見制粒部分部裝圖。
4、 軸承選擇：
型號(hào)分別為：軸承22313CK-W33 GB/T288-94，雙列圓柱輥?zhàn)虞S承；
軸承NU414 GB/T283-94，圓柱棍子軸承。
轉(zhuǎn)軸的校核：
轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)如零件圖，軸的材料為45號(hào)鋼調(diào)質(zhì)處理：
大帶輪轉(zhuǎn)矩T：
計(jì)算支撐反力：
軸受力圖：
計(jì)算得：
彎矩圖：
軸所受轉(zhuǎn)矩為：
e
許用應(yīng)力用插入法查表得：；
許用應(yīng)力值： 。
應(yīng)力校正系數(shù)：
轉(zhuǎn)矩圖：
當(dāng)量彎距圖：
危險(xiǎn)截面當(dāng)量彎矩：雙列圓柱輥?zhàn)虞S承中心線處：
校核軸徑：
內(nèi)環(huán)模軸采用軸結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度要求。
用許用應(yīng)力法校核軸徑：
危險(xiǎn)截面處：
其中：
結(jié)論：該截面是安全的。轉(zhuǎn)軸如圖3.2所示。
圖3.2 轉(zhuǎn)軸
3.4 喂料軸的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核計(jì)算
圖3.3 喂料軸的結(jié)構(gòu)示意圖
喂料軸的直徑由聯(lián)軸器內(nèi)徑、皮帶輪內(nèi)徑、軸承內(nèi)徑、螺旋葉片內(nèi)徑等決定。如圖3-3軸的結(jié)構(gòu)示意圖。
1計(jì)算受力
此傳動(dòng)軸中間部分與帶輪相連接， 。按許用彎曲應(yīng)力計(jì)算法校核。
轉(zhuǎn)矩
圓周力
軸向力
徑向力
2計(jì)算支承受力
水平面反力
垂直面反力
3計(jì)算彎矩
水平面最大彎矩
垂直面最大彎矩
合成彎矩最大值
4計(jì)算軸的轉(zhuǎn)矩
軸受轉(zhuǎn)矩
5校核軸的強(qiáng)度
針對某些危險(xiǎn)截面（即彎矩和扭矩大而軸徑可能不足的截面）做彎扭合成強(qiáng)度校核計(jì)算。按第三強(qiáng)度理論，計(jì)算應(yīng)力
W=4288
因選此輸出軸材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由查文獻(xiàn)[2]查得，因此，故安全。如圖3.4所示喂料軸。
圖3.4 喂料軸
28
4 制粒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
4.1 環(huán)模的加工工藝綜述及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
內(nèi)外雙環(huán)模是顆粒飼料壓制機(jī)的關(guān)鍵零件之一,又是易損件,價(jià)格不菲;其質(zhì)量的好壞和質(zhì)量是否穩(wěn)定,直接影響環(huán)模的使用壽命和顆粒飼料壓制機(jī)的產(chǎn)量、飼料的質(zhì)量,從而影響飼料加工的生產(chǎn)成本。
內(nèi)外雙環(huán)模失效的主要形式是模孔及環(huán)模內(nèi)環(huán)表已磨損報(bào)廢,也有少量環(huán)模開裂和?？锥氯磯翰怀隽希－h(huán)模的使用壽命主要與環(huán)模材料、環(huán)模的加工工藝有關(guān);對同一環(huán)模材料和同一加工工藝,環(huán)模的使用壽命還與飼料配方、飼料生產(chǎn)工藝參數(shù)、工藝操作等有關(guān)。環(huán)模初試壓是否順利出料主要與環(huán)模?？妆砻婀鉂嵍扔嘘P(guān)。目前,國產(chǎn)顆粒飼料壓制機(jī)的環(huán)模材料常見的有２０號(hào)鋼、３５號(hào)鋼、４５號(hào)鋼、２０Ｃｒ、４０Ｃｒ、２０ＣｒＭｎＴｉ、４０ＣｒＭｎＭｏ等中、低碳優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)和合金結(jié)構(gòu)鋼,也有少量采用不銹鋼制造。
4.1.1環(huán)模的熱處理工藝
在常用環(huán)模材料加工工藝中,常見的熱處理方法有正火、調(diào)質(zhì)、淬火、滲碳、滲氮。要針對不同的環(huán)模材料,綜合考慮這些熱處理方法的特點(diǎn),而安排于機(jī)加工工序之間。正火處理消除內(nèi)應(yīng)力,為下一道工序作準(zhǔn)備。在環(huán)模加工工藝中,正火處理一般安排在鍛造之后或粗加工之前,也有安排在精車之前。經(jīng)正火處理后的環(huán)模,切削性能有所改善,并能適當(dāng)?shù)馗纳萍庸ず蟊砻婀鉂嵍取?
環(huán)模調(diào)質(zhì)的目的能獲得較高的強(qiáng)度和韌性性能,特別是保持環(huán)模心部的綜合機(jī)械性能。在環(huán)模加工工藝中,一般安排在精車,擴(kuò)孔之前或粗加工之后;也可以安排在滲氮之前。對于中碳優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼,要注意淬火與高溫回火的時(shí)間間隔不宜過長,否則,因環(huán)模的復(fù)雜結(jié)構(gòu)而可能造成環(huán)模的熱處理裂紋。
環(huán)模的淬火處理常用的冷卻介質(zhì)為水和油。在水中的冷卻速度比在油中快些。如在水中加入０．１５%～０．３０%的聚乙烯醇,其冷卻介于水和油之間,可得到較好的熱處理組織。淬火一般安排在擴(kuò)孔后或磨削加工之前,可作最終熱處理工藝。
滲碳處理能提高模孔和內(nèi)環(huán)表面的硬度,提高其耐磨性,從而提高環(huán)模的使用壽命。滲碳主要針對含碳量０．１５%～０．２５%的優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼如２０號(hào)鋼、２０Ｃｒ、２０ＣｒＭｎＴｉ等。
4.1.2 環(huán)模?？椎募庸すに?
環(huán)模模孔表面光潔度直接影響環(huán)模生產(chǎn)飼料時(shí)是否順利出料的關(guān)鍵。一般用人工進(jìn)給的鉆孔工藝很難達(dá)到其要求的光潔度。而進(jìn)口的多工位鉆孔專用機(jī)床由于設(shè)備價(jià)格昂貴和其鉆頭依賴進(jìn)口,導(dǎo)致環(huán)模制造成本增加。有的廠家采用專用機(jī)床,雖然能達(dá)到光潔度要求,但生產(chǎn)成本也比較高。利用普通鉆床經(jīng)過改進(jìn)并輔以必要的工裝,能夠?qū)崿F(xiàn)鉆（擴(kuò)）孔半自動(dòng)化,取得令人滿意的環(huán)模模孔表面光潔度和較高的生產(chǎn)效率,降低制造成本;其方法是利用單片機(jī)控制兩個(gè)步進(jìn)電機(jī),其中一個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制鉆（擴(kuò)）孔進(jìn)給方式,另一個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制環(huán)模的轉(zhuǎn)角,達(dá)到自動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng);經(jīng)加工后?？妆砻婀鉂嵍瓤蛇_(dá)０．８,產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,生產(chǎn)成本降低,自動(dòng)化程度大為提高。通過不同的編程,可改變鉆（擴(kuò)）孔的鉆頭或（銑刀）的進(jìn)給運(yùn)動(dòng),可分一步或多次對同一孔進(jìn)行加工;更換不同直徑的鉆頭（或銑刀）,可加工不同直徑?？椎沫h(huán)模。
4.1.3 環(huán)模的結(jié)構(gòu)
環(huán)模孔的形狀與尺寸也對產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)率大小有很大影響。一般?？椎慕孛娉蕡A形，有四種：直形孔、階梯孔、外錐孔和內(nèi)錐孔。按孔徑大小可以分為兩種：內(nèi)小外大、內(nèi)大外小，前者用于?？讖叫∮?0 mm ，后者用于?？諒酱笥?0 mm，其所以有此差別是有利于成形。直孔和階梯孔適于配合飼料的制粒，但是，階梯孔不常用，外錐孔適于脫脂糖等高纖維飼料，內(nèi)錐孔使于草粉類體積大的飼料，由于直形孔加工簡單，用得最為廣泛。進(jìn)料口有三種形式：直孔、錐孔和曲線