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家用食品粉碎機(jī)設(shè)計(jì)
摘要
為了降低農(nóng)民在粉碎機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)勞動(dòng)強(qiáng)度、提高工作效率,設(shè)計(jì)粉碎機(jī)設(shè)計(jì)。該機(jī)主要有入料口、柵格式凹板和釘齒脫粒滾筒及傳動(dòng)部件等組成。以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)輸出軸輸出，再通過傳動(dòng)帶傳遞到釘齒脫粒滾筒上，釘齒脫粒滾筒配合柵格式凹板將粉碎機(jī)設(shè)計(jì)，玉米粒從柵格式凹板分離并排出機(jī)體外，而玉米芯從入料的另一端排出機(jī)體之外。
關(guān)鍵詞：粉碎機(jī)；結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)
1引言
隨著社會(huì)的進(jìn)步，生活中的每一個(gè)角落都有機(jī)器的參與。農(nóng)業(yè)是我國(guó)的基礎(chǔ)經(jīng)濟(jì)、是國(guó)家發(fā)展的根本，機(jī)械化的普及，不僅使農(nóng)業(yè)加強(qiáng)了農(nóng)業(yè)化生產(chǎn)，同時(shí)也減輕了農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)北方地區(qū)種植小麥、玉米等農(nóng)作物約占我國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的45%以上，同年出口量北方地區(qū)占全國(guó)達(dá)20%左右。因此我國(guó)北方地區(qū)更需要實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)，從而提高農(nóng)業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率。如今我國(guó)北方大部分地區(qū)基本上從種到收到入倉(cāng)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化作業(yè)，更值得慶幸的是每種機(jī)械的開發(fā)和利用都有相當(dāng)可觀的市場(chǎng)，科技的創(chuàng)新更很好的開闊了市場(chǎng)。這里僅對(duì)一種粉碎機(jī)設(shè)計(jì)是課題討論研究，粉碎機(jī)設(shè)計(jì)是玉米脫皮后，經(jīng)過一段時(shí)間的風(fēng)干，然后將玉米利用粉碎機(jī)使玉米和玉米芯分開，這種機(jī)械就是粉碎機(jī)設(shè)計(jì)。它的工作原理是：粉碎機(jī)設(shè)計(jì)在進(jìn)行粉碎機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，利用釘齒滾筒回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的釘齒與柵格式凹板之間的間隙相配合，使玉米粒拖下（釘齒滾筒和柵格式凹板之間的揉搓作用，將玉米粒脫離玉米芯，并借助其他的機(jī)械機(jī)構(gòu)將玉米粒和玉米芯分別從兩個(gè)不同的出口排出機(jī)體之外，循環(huán)脫粒，不斷的進(jìn)行填入---脫粒---排出機(jī)體。
2粉碎機(jī)設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)
粉碎機(jī)設(shè)計(jì)主要組成部分：入料口、釘齒脫粒滾筒軸、柵格式凹板、機(jī)架等部分組成。整體組成如圖1所示：
2.1入料部分
入料口與粉碎機(jī)設(shè)計(jì)的上蓋部分相連，它是利用一厘米厚的鐵板制成，入料部位與釘齒滾筒的釘齒部位相切，將已撥皮的玉米從入料口進(jìn)入，下滑到脫粒部位，即釘齒滾筒和柵格式凹板之間，進(jìn)行脫粒。
2.2脫粒部分
脫粒部分主要是由釘齒滾筒、柵格式凹板、半圓型上蓋組成。玉米穗在釘齒滾筒和柵格式凹板之間進(jìn)行脫粒，將已脫下的玉米粒從柵格式凹板的縫隙漏下，落到下滑板，由倉(cāng)口排出機(jī)體之外，玉米芯借助于滾筒上的螺旋排列的釘齒的螺旋推力和螺旋導(dǎo)向作用，由入料口的另一端（即出料口）排出機(jī)體之外。
2.3篩選部分
篩選部分主要是由柵格式凹板完成，它是由一定數(shù)量的鐵條及兩條主要梁和兩條副梁組成，每?jī)筛F條之間的縫隙可以將玉米卡住，然后快速旋轉(zhuǎn)的釘齒滾筒將被卡死的玉米強(qiáng)行脫粒，當(dāng)然，無(wú)論是工作時(shí)還是安裝時(shí)，柵格式凹板是固定不動(dòng)的。粉碎機(jī)設(shè)計(jì)之后，再將玉米粒經(jīng)過柵格式凹板，從凹板的縫隙漏出，順著斜滑板滑出機(jī)體之外，目的是將玉米和玉米芯分開。
2.4機(jī)架部分
機(jī)架是由左機(jī)架、右機(jī)架、出料口、下滑板及穩(wěn)定結(jié)實(shí)的主機(jī)梁組成，機(jī)架是粉碎機(jī)設(shè)計(jì)的主要支撐，他承擔(dān)著粉碎機(jī)的主要重量和動(dòng)力、負(fù)載和力矩，因此它的設(shè)計(jì)是許強(qiáng)不弱的部分。機(jī)架的兩部分要各自穩(wěn)定，而且相對(duì)固定，以便做到機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不會(huì)產(chǎn)生晃動(dòng)、歪斜，造成人身危險(xiǎn)，因此為了機(jī)架的堅(jiān)固，此家用食品粉碎機(jī)設(shè)計(jì)采用三毫米厚的角鐵制成。
2.5粉碎機(jī)設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)
為了更優(yōu)化玉米脫離機(jī)的機(jī)型和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，此粉碎機(jī)設(shè)計(jì)采用電力拖動(dòng)，而且電動(dòng)機(jī)也同樣采取節(jié)能式，電動(dòng)機(jī)安裝在粉碎機(jī)設(shè)計(jì)的下部，與粉碎機(jī)的機(jī)架的下機(jī)梁固定連接，這樣可以節(jié)省電動(dòng)機(jī)所占用的空間。粉碎機(jī)設(shè)計(jì)的從入料到脫粒到分離玉米粒和玉米芯，最后將玉米粒和玉米芯排出機(jī)體之外，是粉碎機(jī)設(shè)計(jì)一體完成的，它最大的優(yōu)點(diǎn)是在短時(shí)間內(nèi)可以完成幾個(gè)人的勞動(dòng)強(qiáng)度，從而提高了工作效率，節(jié)省了勞動(dòng)時(shí)間。此粉碎機(jī)設(shè)計(jì)有這些優(yōu)點(diǎn)之外，還有安全性能高、效率高、堅(jiān)固耐用、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于維修和保管。
圖1總體結(jié)構(gòu)
3 家用食品粉碎機(jī)設(shè)計(jì)
根據(jù)《粉碎機(jī)》一書的介紹，有關(guān)粉碎機(jī)設(shè)計(jì)TY—4.5型的相關(guān)設(shè)計(jì)的參考數(shù)據(jù)：粉碎機(jī)主軸為750～850，柵格式凹板的直徑為320，其凹板的長(zhǎng)度為710，在主軸上設(shè)有四條釘齒條，每條釘齒條上均勻分布著七個(gè)釘齒，總共28個(gè)釘齒呈螺旋均勻安裝，以便玉米芯隨螺旋釘齒的螺旋作用排出機(jī)體之外，釘齒滾筒的直徑為，滾筒上的釘齒長(zhǎng)度為33.5。
3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇
根據(jù)實(shí)踐測(cè)量得知每個(gè)釘齒的均勻受力為40，當(dāng)粉碎機(jī)設(shè)計(jì)正常工作時(shí)釘齒滾筒上的釘齒條快速旋轉(zhuǎn)，其中均有兩條釘齒條受玉米所給的切向力，而另外兩個(gè)釘齒條是空行程，因此，，即粉碎機(jī)設(shè)計(jì)正常工作時(shí)，受到的切向力為560。
其中：—釘齒所受的力
—參與工作的釘齒個(gè)數(shù)
—參與工作的釘齒條數(shù)
3.2 釘齒條上的釘齒轉(zhuǎn)速
當(dāng)粉碎機(jī)設(shè)計(jì)的釘齒滾筒快速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其上釘齒條的釘齒同樣有一定的轉(zhuǎn)速，這個(gè)轉(zhuǎn)速原于主軸的轉(zhuǎn)速和釘齒的半徑，即：，
其中：—釘齒的轉(zhuǎn)速
—粉碎機(jī)主軸的轉(zhuǎn)速
—釘齒距軸心的距離
3.3 釘齒滾筒的轉(zhuǎn)速
粉碎機(jī)設(shè)計(jì)所需功率為，應(yīng)由粉碎機(jī)的工作阻力和運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)求定，即：，計(jì)算求得：
。
3.4 電動(dòng)機(jī)的功率
電動(dòng)機(jī)功率由公式來計(jì)算，粉碎機(jī)傳動(dòng)裝置的總效率，應(yīng)由組成傳動(dòng)裝置的各個(gè)部分運(yùn)動(dòng)副的效率只積，即 ，其中、、 分別為每一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副的效率，選取傳動(dòng)副的效率值如下：
滾動(dòng)軸承（每對(duì)）0.98～0.995 即取 =0.99
V帶傳動(dòng) 0.94～0.97 即取 =0.97
滾筒轉(zhuǎn)動(dòng) （因?yàn)獒旪X條固定于滾筒上） 即取 =1
則
由此可得電動(dòng)機(jī)的功率：
3.5 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速
根據(jù)資料《粉碎機(jī)》一書可查得主軸的轉(zhuǎn)速在 750～850，按《機(jī)械設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》中表一所推薦的傳動(dòng)比合理取值范圍，取V帶的傳動(dòng)比2～4，即可滿足電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與主軸的轉(zhuǎn)速相匹配，故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速范圍可選為：～～。
符合這一范圍的同步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的有720，1440，2900，根據(jù)容量和相關(guān)轉(zhuǎn)速，由《機(jī)械設(shè)計(jì)通用手冊(cè)》查出三種適宜的電動(dòng)機(jī)型號(hào)，因此有三種不同的傳動(dòng)比方案，如表1：
表1 電動(dòng)機(jī)的型號(hào)和技術(shù)參數(shù)及傳動(dòng)比
方案
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
額定
功率
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速
基本參數(shù)
P/kW
同步
轉(zhuǎn)速
滿載
轉(zhuǎn)速
效率（%）
電動(dòng)機(jī)重量（KG）
功率因數(shù)
1
Y160M2-8
5.5
750
720
85
119
0.74
2
Y132S2-4
5.5
1500
1440
85.5
68
0.84
3
Y132S1-2
5.5
3000
2900
85.5
64
0.88
綜臺(tái)考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、重量以及帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比，可知方案3比較適合。因此選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y132S1-2。所選電動(dòng)機(jī)的額定功率＝5.5kw，滿載轉(zhuǎn)速=2900r／min，總傳動(dòng)比適中，傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)較緊湊。如表2：
表2 其主要參數(shù)如下表
型 號(hào)
額定功率
KW
滿 載 時(shí)
額 定 電 流
額 定 轉(zhuǎn) 矩
最 大 轉(zhuǎn) 矩
轉(zhuǎn)速r／min
電流（380V）
效 率 %
功率因數(shù)
Y132S2-4
5.5
1440
11
85.5
0.84
7
2.0
2.2
表３ 電動(dòng)機(jī)尺寸列表
單位
中心高
H
外形尺寸
底腳安裝尺寸
地腳螺栓孔直徑
軸伸尺寸
裝鍵部位尺寸
電動(dòng)機(jī)的輸出軸尺寸
132
4 傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì)
4.1 電動(dòng)機(jī)的選擇[10]
4．1．1粉碎機(jī)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)參數(shù)
進(jìn)料粒徑≤150
出料粒徑≤10
4．1．2 功率的確定
由邦德理論
N=k×(1/─1/) （4-1）
式中：d—出料粒徑，um；
D—進(jìn)料粒徑，um；
Q—產(chǎn)量，t/h；
得
N=185×(1/―1/)X40
?=57kw
由電機(jī)功率,查手冊(cè):
選電機(jī)型號(hào)為Y280M-6
功率為55kw
轉(zhuǎn)速為980r/min
外形尺寸為1198×555×640(長(zhǎng)×寬×高)。
4．2 傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)[10]
4.2.1 確定計(jì)算功率Pca
考慮到載荷的性質(zhì)、原動(dòng)機(jī)的不同和每天工作時(shí)間的長(zhǎng)短等，計(jì)算功率Pca比要求傳遞的功率P略大，即
（4-2）式中： KA——工作情況系數(shù)，
4.2.2 選擇V帶型號(hào)[1]
根據(jù)計(jì)算功率
由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖12-1-1確定選用D型帶。
4.2.3 確定帶輪直徑dd1，dd2
a) 參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)部分，選取小帶輪直徑=355。
b) 驗(yàn)算帶的轉(zhuǎn)速
（4-3）
=
帶的速度合適 (普通V帶)
c) 從動(dòng)帶輪直徑
= （4-4）
由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表12-1-10查得=400mm
4.2.4 確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度
根據(jù) 0.7(+)<<2(+) （4-5）
取 =1200
根據(jù) （4-6）
由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表12-1-4 選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度
（4-7）
4.2.5 驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角
（4-8）
主動(dòng)輪包角合適
4.2.6 確定V帶根數(shù)z
a)由線性插值法求得額定計(jì)算功率P0
（4-9）
額定功率值的增量△P0=3.92,包角系數(shù)Kα=0.98,長(zhǎng)度系數(shù)KL=0.90
b)計(jì)算V帶根數(shù)z
（2-10）
由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表12-1-18
由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表12-1-21
由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表12-1-22
根
取z=5根
4.2.7 計(jì)算單根V帶初拉力F
(2-11)
由表12-1-23 m=0.62
4.2.8 計(jì)算對(duì)軸的壓力FQ
(4-12)
5 粉碎機(jī)設(shè)計(jì)主要參數(shù)的確定
5.1基本結(jié)構(gòu)參數(shù)
5.1.1 轉(zhuǎn)子的直徑與長(zhǎng)度[7]
轉(zhuǎn)子直徑一般根據(jù)給料塊的尺寸來決定，提出轉(zhuǎn)子直徑與給料塊尺寸之比為1.2～5,大型粉碎機(jī)取低值。D=1000mm。
轉(zhuǎn)子軸直徑與長(zhǎng)度之比值一般為0.7～2，物料沖擊力較強(qiáng)時(shí),應(yīng)取較大的比值.
（5-1）
（5-2）
5.1.2 基本結(jié)構(gòu)尺寸[11]
a．給料口寬度、長(zhǎng)度、高度、傾角
給料口寬度大于2倍最大給料尺寸取B=300mm、L=310mm,為了要求給料有一
定的垂直下落速度取h=560mm,要求入料塊經(jīng)導(dǎo)板給入，因此，導(dǎo)板的傾角不應(yīng)小于60，否則引起給料塊的堆積。
b．卸料口尺寸
粉碎機(jī)的卸料口尺寸由產(chǎn)品粒度的大小來決定。
c．給料方式
粉碎機(jī)要求給料塊有一定的垂直下落速度，故給料口一般都設(shè)置在機(jī)架的上方。
5.1.3 錘頭質(zhì)量的確定[11]
由于粉碎機(jī)設(shè)計(jì)的錘頭是通過偏心銷軸固定在轉(zhuǎn)子上的，所以正確地選擇
錘頭質(zhì)量消耗都有很大的作用，如果錘頭質(zhì)量選的過小，則可能滿足不了錘頭一次就將物料破碎的要求。若是選得過大，這是不經(jīng)濟(jì)的，而且旋轉(zhuǎn)起來產(chǎn)生的離心力也很大，對(duì)轉(zhuǎn)子上的其它零件要產(chǎn)生影響并且易損壞。因此，錘頭質(zhì)量一定要滿足錘擊一次使物料破碎，并使無(wú)用功率消耗達(dá)到最小值，同時(shí)還必須不使錘頭過度向后偏倒。
計(jì)算錘頭質(zhì)量的方法有兩種：一種是使錘頭運(yùn)動(dòng)起來產(chǎn)生的動(dòng)能等于破碎物料所需的破碎功，另一種是根據(jù)碰撞理論的動(dòng)量相等原理。前一種方法由于沒有考慮錘頭打擊物料后的速度損失，故計(jì)算出來的錘頭質(zhì)量往往偏小，需要根據(jù)實(shí)際情況修正。
5.1.3.1按動(dòng)能定理計(jì)算錘頭質(zhì)量
（5-3）
式中 D ─ 轉(zhuǎn)子直徑，mm ；
n ─ 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，m/s；
─ 轉(zhuǎn)子圓周方向的錘頭排數(shù)；
─ 轉(zhuǎn)子橫向每排的錘頭個(gè)數(shù)；
因?yàn)? （5-4）
（5-5）
（5-6）
（5-7）
式中 N ─ 電動(dòng)機(jī)功率，kw；
E ─ 錘頭的動(dòng)能，J；
m ─ 錘頭的質(zhì)量，kg；
v ─ 錘頭的圓周速度，m/s；
─ 轉(zhuǎn)子上全部錘頭每轉(zhuǎn)一次所產(chǎn)生的動(dòng)能, J；
所以
5.1.3.2 按動(dòng)量定理計(jì)算錘頭質(zhì)量
國(guó)家碰撞理論動(dòng)量相等的原理計(jì)算錘頭質(zhì)量時(shí)，考慮到錘頭打擊物料后必然
會(huì)產(chǎn)生速度損失。如果錘頭打擊物料后，其速度損失過大，就會(huì)使錘頭繞本身的懸掛軸向后偏倒，這時(shí)錘頭由于速度減小而使動(dòng)能減小，在下一次與物料相遇時(shí)，物料通過而不破碎物料，因而會(huì)降低粉碎機(jī)的生產(chǎn)率和增加無(wú)用功的消耗。為了使錘頭打擊物料后產(chǎn)生的偏倒，能夠由離心力的作用而在第二次破碎物料前很快恢復(fù)到正常工作位置，就要求錘頭打擊物料后的速度損失不宜過大。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，錘頭打擊物料后的允許速度損失隨著粉碎機(jī)的規(guī)格大小而變，一般允許速度損失為40～60％。即
（5-8）
式中 ─ 錘頭打擊物料前的圓周線速度，m/s；
─ 錘頭打擊物料后的圓周線速度，m/s；
（5-9）
式中 ─ 修正系數(shù)，=0.21～0.28
─ 物料的抗壓強(qiáng)度,
─ 物料邊長(zhǎng), m
─ 錘頭打擊物料的時(shí)間,一般采用0.001～0.0015s。
（5-10）
式中 ─ 錘頭的實(shí)際質(zhì)量，kg；
─ 錘頭重心到懸掛點(diǎn)的距離，m；
─ 錘頭打擊中心到懸掛點(diǎn)的距離，m。
5.2 主要工作參數(shù)的確定
5.2.1 轉(zhuǎn)子的速度
從粉碎機(jī)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)可看見，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速是粉碎機(jī)的重用工作參數(shù)，它影響著粉碎機(jī)的破碎效率、破碎比和生產(chǎn)能力。
由 （5-11）式中 ─ 轉(zhuǎn)子的圓周速度，m/s；
─ 轉(zhuǎn)子直徑，m。
得
一般中小型粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)速為750～1500r/min，圓周速度為25～70m/s。
5.2.2 生產(chǎn)能力[7]
（5-12）
式中 L ─ 轉(zhuǎn)子長(zhǎng)度，m；
b ─ 卸料篦條間歇，m；
─ 出料塊的粒度，m；
Z ─ 卸料篦條間歇的數(shù)目，
─ 松散與排料不均勻系數(shù)0.02；
K ─ 轉(zhuǎn)子圓周方向錘子的排數(shù)；
n ─ 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，r/min；
r ─ 石灰石的堆積比重，。
5.2.3 功率[12]
功率消耗和很多因數(shù)有關(guān)，但主要取決于物料的性質(zhì)，轉(zhuǎn)子的圓周速度，破碎比和生產(chǎn)能力。
（5-13）
式中 m ─ 錘頭質(zhì)量，kg；
R ─ 轉(zhuǎn)子半徑，m；
n ─ 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，r/min；
─ 機(jī)械效率， =0.7～0.85；
─ 修正系數(shù)。與轉(zhuǎn)子的圓周速度有關(guān)，隨圓周速度增加而減少，因?yàn)樗俣扔?，每個(gè)錘頭打擊物料的機(jī)會(huì)率愈低。
查《建筑材料機(jī)械設(shè)計(jì)》表1-4 得=0.00125。
5.3 轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[4]
5.3.1 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核
5.3.1.1軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
a) 軸的材料及熱處理
由于粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)功率不是太大，對(duì)其重量和尺寸無(wú)特殊要求，故選擇常用材料45鋼，調(diào)質(zhì)處理。
b)初估軸徑
按扭矩初估軸的直徑，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-2，得C=106-117，考慮倒安裝皮帶輪僅受扭矩作用，取C=110，則
(5-14)
式中： C——由軸承的材料和承載情況縮確定的常數(shù)；
P——軸的輸出功率，kw；
n——軸的轉(zhuǎn)速，r/min.
符合要求，所以軸的設(shè)計(jì)合格。
5.3.2 軸的強(qiáng)度計(jì)算[1]
軸的各段長(zhǎng)度主要根據(jù)軸上零件的轂長(zhǎng)或軸上的零件配合部分的長(zhǎng)度確定。另外，也要根據(jù)機(jī)體及軸承蓋等零件有關(guān)。本設(shè)計(jì)中，綜合考慮機(jī)體、轉(zhuǎn)子、襯板、軸承座等因素的影響后，軸的具體設(shè)計(jì)尺寸如圖5-1所示。
圖5-1 軸的結(jié)構(gòu)尺寸
5.3.2.1 破碎力的確定
沖擊時(shí)間的計(jì)算 (5-15)
式中: R——料塊的半徑，m；
v——轉(zhuǎn)子的圓周速度，m/s。
破碎力P的計(jì)算
(5-16)
式中: P——破碎力，N；
m——料塊的質(zhì)量，kg；
v0——沖擊后物料的速度，m/s；
t——沖擊時(shí)間，s。
5.3.2.2 軸的受力分析(見圖5-2)
a． 畫軸的受力簡(jiǎn)圖(見圖b)。
圖5-2 軸的受力分析及彎扭矩圖
b． 計(jì)算支承反力。
由式： (5-17)
得
由式： (5-18)
得
在垂直面上
(5-19)
c． 畫彎矩圖（見圖c，d，e）
由式： （5-20）
在水平面上，a—a剖面左側(cè)
a—a剖面右側(cè)
在垂直面上
合成彎矩，a—a剖面左側(cè)
由式： （5-21）
得
a—a剖面右側(cè)
d．畫轉(zhuǎn)矩圖（見圖f）
由式： （5-22）
得，轉(zhuǎn)矩
5.3.2.3 判斷危險(xiǎn)剖面
顯然，由圖中a—a截面處合成彎矩最大、扭矩為T，該截面左側(cè)可能是危險(xiǎn)剖面；b—b截面處合成彎矩不是最大，但該截面左側(cè)軸徑小于a—a截面處軸徑，故b—b截面左側(cè)也可能是危險(xiǎn)剖面。若從疲勞強(qiáng)度角度考慮，a—a、b—b截面處均有應(yīng)力集中，且b—b截面處應(yīng)力集中更嚴(yán)重，故a—a截面左側(cè)和b—b截面左、右側(cè)均有可能是疲勞破壞危險(xiǎn)剖面。
5.3.2.4 軸的彎扭合成強(qiáng)度校核
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-1查得
由式 （5-23）
a) a—a截面左側(cè)
由式 （5-24）
b) b—b截面左側(cè)
b—b截面處合成彎矩：
由式： （5-25）
5.3.2.5 軸的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核
由表10-1查得。
a． a—a截面左側(cè)
由附表10-1查得由附表10-4絕對(duì)尺寸；軸經(jīng)過磨削加工表面質(zhì)量系數(shù)則
彎曲應(yīng)力 （5-26）
應(yīng)力幅
平均應(yīng)力 Mpa
切應(yīng)力 (5-27)
式中： T ─ 軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩，N.mm;
W ─ 抗扭截面系數(shù),。
校核危險(xiǎn)剖面疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)安全系數(shù)
（5-28）
在彎矩作用下和在轉(zhuǎn)距作用下的安全系數(shù)分別為
（5-29）
（5-30）
得，
查表10-6得許用安全系數(shù)顯然S>>, 故a—a剖面安全。
b. b—b截面右側(cè)
抗彎截面系數(shù)
抗扭截面系數(shù)
彎曲應(yīng)力
切應(yīng)力
由附表10-1查得過盈配合引起的有效應(yīng)力集中系數(shù)。
又。則
顯然，故b—b截面右側(cè)安全。
c. b—b截面左側(cè)
b—b截面左右側(cè)的彎矩、扭矩相同。
彎曲應(yīng)力
切應(yīng)力
，由附表10-2查得圓角引起的有效應(yīng)力集中系數(shù)
，由附表10-4查得絕對(duì)尺寸系數(shù)
。則
顯然，故b—b截面左側(cè)安全。
以上計(jì)算表明：軸的彎扭合成強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度是足夠的。
5.3.3 轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)參閱了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上對(duì)粉碎機(jī)的研究資料,結(jié)合各類型粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子的不同結(jié)構(gòu) ,錘頭排列分布方式如圖5-3所示。
圖5-3 轉(zhuǎn)子的安裝結(jié)構(gòu)
1-鍵；2-軸套；3-上圓盤；4-中圓盤；5-錘頭；6-下圓盤；
7-轉(zhuǎn)子隔套；8、9-偏心銷軸；10-鍵；11-軸套；12-主軸
由圖5-3可知, 錘頭在兩隔板之間是按60°的間隔布置著六個(gè)錘頭,即著六個(gè)錘頭中心線處在一個(gè)平面上。設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)調(diào)整錘頭間隔套尺寸,保持錘頭總數(shù)不變，而如此排布錘頭在破碎腔空間上有效利用了錘頭的“空間打擊”能力，能夠顯著提高破碎效率，降低了能耗。
5.3.3.1 錘頭的設(shè)計(jì)[11]
錘頭是錘式破碎的主要工作零件。錘頭的質(zhì)量、形狀和材質(zhì)對(duì)粉碎機(jī)的生產(chǎn)能力有很大的影響。錘頭動(dòng)能的大小與錘頭的質(zhì)量成正比，動(dòng)能越大，即錘頭的質(zhì)量愈大，破碎效率越高，能耗也愈大。因此，要根據(jù)不同的進(jìn)料塊尺寸來選擇適當(dāng)?shù)腻N頭質(zhì)量。錘頭的耐磨性是其主要質(zhì)量指標(biāo)，提高錘頭的耐磨性，可縮短粉碎機(jī)的檢修停車時(shí)間。從而，提高粉碎機(jī)的利用率和減少維護(hù)費(fèi)用。傳統(tǒng)的錘頭一般是用高碳鋼鍛造或鑄造，也有用高錳鋼鑄造的。近來有的用高鉻鑄鐵錘頭復(fù)合鑄造，即錘柄采用ZG310～570鋼，而錘頭采用高鉻鑄鐵，其耐磨性比高錳鋼錘頭提高數(shù)倍。
現(xiàn)在錘頭的設(shè)計(jì)已經(jīng)由傳統(tǒng)的整體式設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變?yōu)榻M合式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。另外，新型材料的研制，特別是高硬度耐磨材料的研制成功也為錘頭的設(shè)計(jì)及錘頭性能的提高提供了保證條件，也為本課題提供了較大的選擇余地。在綜合考慮了本課題的技術(shù)要求和工作要求后，我們決定采用新型的組合式錘頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（如圖5-4所示）。
圖5-4 組合式錘頭
5.3.3.2 安裝[3]
轉(zhuǎn)子與主軸之間的配合為間隙配合，配合為D8/H8。
5.4 軸承和鍵的選用[8]
5.4.1 軸承的選用和潤(rùn)滑
a．軸承所受載荷的大小、方向和性質(zhì)，是選擇滾動(dòng)軸承的主要依據(jù)。
上端選： GB/T288-1994 1536622型調(diào)心滾子軸承
下端選： GB/T288-1994 153622型調(diào)心滾子軸承
GB5801-1994 9039430型推力調(diào)心滾子軸承
b．校核軸承的使用壽命
根據(jù) （5-31）
對(duì)于153662型軸承，假定其壽命為3年
查手冊(cè)
該軸承符合要求。
c．軸承潤(rùn)滑方式選用油管潤(rùn)滑。
5.4.2 鍵的選用
a．鍵分別選平鍵
28×16×104 （GB1095-86）
36×20×848 （GB1095-86）
b．平鍵的校核
根據(jù) （5-32）
T ─ 轉(zhuǎn)矩，；
d ─ 軸的直徑，；
h ─ 鍵的高度，；
─ 鍵的工作長(zhǎng)度，；
─ 許用擠壓應(yīng)力，，
由《機(jī)械手冊(cè)》表3.1查得=30～45。
鍵一：28×16×104
符合要求。
鍵二：36×20×848
符合要求。
第六章 PLC設(shè)計(jì)
⒍1 PLC的選擇
PLC控制系統(tǒng)輸入信號(hào)有20個(gè)，均為開關(guān)量，其中手動(dòng)開關(guān)有兩個(gè)，選擇開關(guān)有3個(gè)延時(shí)，開關(guān)有2個(gè)，接近開關(guān)有7個(gè)，壓力輔助1個(gè)。
PLC控制系統(tǒng)的輸出信號(hào)有14個(gè)，其中12驅(qū)動(dòng)中間繼電器KA1～KA10，2個(gè)驅(qū)動(dòng)延時(shí)繼電器。
根據(jù)輸入和輸出信號(hào)個(gè)數(shù)，PLC可選三菱FX1N-40MR-001，其輸入點(diǎn)數(shù)有24，輸出點(diǎn)數(shù)有16，滿足要求而且留有一定裕量。
⒍2現(xiàn)場(chǎng)器件與PLC內(nèi)部等效繼電器地址編號(hào)對(duì)照表
輸入信號(hào)
名稱
功能
I/O編號(hào)
SA2
點(diǎn)動(dòng)/半點(diǎn)動(dòng)
X0
SA3
脫模方式
X1
SA4
壓制方式
X2
SB4
靜止
X3
SB5
慢下
X4
SB6
回程
X5
SB7
頂出
X6
SB8
退回
X7
SB9
工作1
X10
SB10
工作2
X11
KT1
保壓延時(shí)
X12
KT2
取坯延時(shí)
X13
SP1
主缸壓力
X14
SQ1
滑塊下限
X15
SQ2
滑塊快轉(zhuǎn)慢
X16
SQ3
滑塊浮動(dòng)
X17
SQ4
滑塊下限
X20
SQ5
頂缸上限
X21
SQ6
頂缸下限
X22
光電保護(hù)
X23
輸出信號(hào)
KA1
Y0
KA2
Y1
KA3
Y2
KA4
Y3
KA5
Y4
KA6
Y5
KA7
Y6
KA8
Y7
KA9
Y10
KA10
Y11
KA11
Y12
KA12
Y13
KT1
Y14
KT2
Y15
⒍3工作流程與動(dòng)作順序
工作方式
序號(hào)
動(dòng)作名稱
液壓閥（YA）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
點(diǎn)動(dòng)
1
滑塊快下
+
+
+
2
滑塊回程
+
+
+
+
3
頂缸頂出
+
+
+
4
頂缸退回
+
+
半自動(dòng)
浮動(dòng)壓制
A一般脫模
1
滑塊快下
+
+
+
2
滑塊慢下預(yù)壓
+
+
+
3
浮動(dòng)壓制
+
+
+
+
4
保壓
5
泄壓
+
+
6
滑塊回程
+
+
+
7
頂缸退回
+
+
8
手動(dòng)取坯
9
頂缸頂出
+
+
+
10
手動(dòng)加料
11
轉(zhuǎn)下一循環(huán)
B保護(hù)脫模
1
滑塊快下
+
+
+
2
滑塊慢下預(yù)壓
+
+
+
3
浮動(dòng)壓制
+
+
+
4
保壓
5
泄壓
+
+
6
頂缸退回
+
+
7
滑塊回程
+
+
+
8
手動(dòng)取坯
9
頂缸頂出
+
+
+
10
手動(dòng)加料
11
轉(zhuǎn)下一循環(huán)
單向壓制
C一般脫模
1
滑塊快下
+
+
+
2
滑塊慢下壓制
+
+
+
3
保壓
4
泄壓
+
+
5
滑塊回程
+
+
+
6
頂缸頂出
+
+
+
7
手動(dòng)取坯
8
頂缸退回
+
+
9
手動(dòng)加料
10
轉(zhuǎn)下一循環(huán)
D保護(hù)脫模
1
滑塊快下
+
+
+
2
滑塊慢下壓制
+
+
+
3
保壓
4
泄壓
+
+
5
頂缸頂出
+
+
+
+
6
滑塊回程
+
+
+
7
手動(dòng)取坯
8
頂缸退回
+
+
9
手動(dòng)加料
10
轉(zhuǎn)下一循環(huán)
其它
1
靜止
2
緊急回程
+
+
+
3
緊急停止
⒍4 PLC與現(xiàn)場(chǎng)器件的連接圖
⒍5 PLC程序的設(shè)計(jì)
梯形圖程序如下：
先按下SB2啟動(dòng)電機(jī)，把選擇開關(guān)SA2旋轉(zhuǎn)到“調(diào)整”位置按壓相應(yīng)的按扭可得相應(yīng)的點(diǎn)動(dòng)動(dòng)作。按下SB6，X005置1，輔助繼電器M12得電驅(qū)動(dòng)液壓閥YA1、YA2、YA 6、YA9動(dòng)作，滑塊回程，放手手動(dòng)作即停。打開光電保護(hù)，按下SB5，X004置1，輔助繼電器 M11得電驅(qū)動(dòng)液壓閥壓YA1、YA4、YA5動(dòng)作，滑塊慢下，放手動(dòng)作則停止。同理，按下SB7，輔助繼電器M13得電驅(qū)動(dòng)液壓閥YA1、YA8、YA11動(dòng)作，頂缸頂出，放手動(dòng)作即停止。按下SB8，輔助繼電器M14得電驅(qū)動(dòng)液壓閥YA1、YA7動(dòng)作，頂缸退回，放手動(dòng)作即停止。
若要完成半自動(dòng)浮動(dòng)壓制中的一般脫模方式，當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)后，點(diǎn)動(dòng)調(diào)整，把滑塊調(diào)到上限位SQ1和頂缸調(diào)到上限位SQ5作為初始狀態(tài)位置。在此過程中狀態(tài)器S0～S26全部復(fù)位。把選擇開關(guān)SA2旋轉(zhuǎn)到“工作”位置，準(zhǔn)備工作就緒。把選擇開關(guān)SA4旋轉(zhuǎn)到“浮動(dòng)”一側(cè)，把選擇開關(guān)SA3轉(zhuǎn)到“一般”一側(cè)。初始脈沖M8000驅(qū)動(dòng)，置位S0后置位S10，復(fù)位S0。按壓雙手按扭，輔助繼電器M31得電驅(qū)動(dòng)液壓閥YA1、YA3、YA5動(dòng)作，滑塊快速下行。當(dāng)滑塊快速下行到SQ2位接近開關(guān)得電X016置1，置位S11，復(fù)位S10，輔助繼電器M32得電驅(qū)動(dòng)液壓閥YA1、YA4、YA5動(dòng)作，滑塊慢行預(yù)壓?；瑝K下行到SQ3，置位S12，復(fù)位S11，輔助繼電器M33得電驅(qū)動(dòng)液壓閥YA1、YA5、YA10和YA12動(dòng)作，進(jìn)行浮動(dòng)壓制。當(dāng)主缸壓力達(dá)到極值或滑塊到達(dá)下限位SQ4后，置位S13復(fù)位S12。延時(shí)繼電器得電保壓延時(shí)，時(shí)間到置位S14復(fù)位S13，輔助繼電器M34得電驅(qū)動(dòng)液壓閥YA2、YA9動(dòng)作泄壓，同時(shí)延時(shí)繼電器T2得電延時(shí)，時(shí)間到置位S15復(fù)位S14，后置位S16復(fù)位S15，輔助繼電器M35得電驅(qū)動(dòng)液壓閥YA1、YA6、YA9動(dòng)作滑塊回程。當(dāng)滑塊達(dá)上限位SQ1后，置位S17復(fù)位S16，輔助繼電器M36得電驅(qū)動(dòng)液壓閥YA1、YA7動(dòng)作頂缸退回。頂缸達(dá)下限位SQ6后，置位S20復(fù)位S17，Y015得電驅(qū)動(dòng)延時(shí)繼電器KT2得電手動(dòng)取坯延時(shí)，時(shí)間到或是按壓雙手1和雙手2置位S21復(fù)位S20后置位S22再?gòu)?fù)位S21，輔助繼電器M39得電驅(qū)動(dòng)液壓閥YA1、YA8、YA11動(dòng)作頂缸頂出，頂缸達(dá)上限位SQ5后置位S24復(fù)位S22，手動(dòng)加料轉(zhuǎn)到下一循環(huán)。
若要完成半自動(dòng)浮動(dòng)壓制中的保護(hù)脫模方式，當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)后點(diǎn)動(dòng)調(diào)整，把滑塊調(diào)到上限位SQ1和把頂缸調(diào)到下限位SQ5作為初始狀態(tài)位置。在此過程中狀態(tài)器S0～S26全部復(fù)位。把選擇開關(guān)SA2旋轉(zhuǎn)到“工作”位置，準(zhǔn)備工作就緒。把選擇開關(guān)SA4旋轉(zhuǎn)到“浮動(dòng)”一側(cè)，把選擇開關(guān)SA3轉(zhuǎn)到“保護(hù)”一側(cè)。初始脈沖M8000驅(qū)動(dòng)，置位S0后置位S10，復(fù)位S0。按壓雙手按扭，輔助繼電器M31得電驅(qū)動(dòng)液壓閥YA1、YA3、YA5動(dòng)作，滑塊快速下行。當(dāng)滑塊快速下行到SQ2位接近開關(guān)得電X016置1，置位S11，復(fù)位S10，輔助繼電器M32得電驅(qū)動(dòng)液壓閥YA1、YA4、YA5動(dòng)作，滑塊慢行壓制?；瑝K下行到SQ3，置位S12，復(fù)位S11，輔助繼電器M33得電驅(qū)動(dòng)液壓閥YA1、YA5、YA10和YA12動(dòng)作，進(jìn)行浮動(dòng)壓制。當(dāng)主缸壓力達(dá)到極值或滑塊到達(dá)下限位SQ4后，置位S13復(fù)位S12。延時(shí)繼電器得電保壓延時(shí)，時(shí)間到置位S14復(fù)位S13，輔助繼電器M34得電驅(qū)動(dòng)液壓閥YA2、YA9動(dòng)作泄壓，同時(shí)延時(shí)繼電器T2得電延時(shí)，時(shí)間到置位S15復(fù)位S14，后置位S17復(fù)位S15，輔助繼電器M36得電驅(qū)動(dòng)液壓閥YA1、YA7動(dòng)作頂缸退回。當(dāng)頂缸退回達(dá)下限位SQ6后，置位S16復(fù)位S17，輔助繼電器M35得電驅(qū)動(dòng)液壓閥YA1、YA6、YA9動(dòng)作滑塊回程?；瑝K上行達(dá)上限位SQ1后，置位S20復(fù)位S16，Y015得電驅(qū)動(dòng)延時(shí)繼電器KT2得電手動(dòng)取坯延時(shí)，時(shí)間到或是按壓雙手1和雙手2置位S21復(fù)位S20后置位S22在復(fù)位S21，輔助繼電器M39得電驅(qū)動(dòng)液壓閥YA1、YA8、YA11動(dòng)作頂缸頂出，頂缸達(dá)上限位SQ5后置位S24復(fù)位S22，手動(dòng)加料轉(zhuǎn)到下一循環(huán)。
若要完成半自動(dòng)單向壓制中的保護(hù)脫模方式，當(dāng)電機(jī)啟動(dòng)后，點(diǎn)動(dòng)調(diào)整，把滑塊調(diào)到上限位SQ1和頂缸調(diào)到下限位SQ6作為初始狀態(tài)位置。在此過程中狀態(tài)器S0～S26全部復(fù)位。把選擇開關(guān)SA2旋轉(zhuǎn)到“工作”位置，準(zhǔn)備工作就緒。把選擇開關(guān)SA4旋轉(zhuǎn)到“單向”一側(cè)，把選擇開關(guān)SA3轉(zhuǎn)到“保護(hù)”一側(cè)。初始脈沖M8000驅(qū)動(dòng)，置位S0后置位S10，復(fù)位S0。按壓雙手按扭，輔助繼電器M31得電驅(qū)動(dòng)液壓閥YA1、YA3、YA5動(dòng)作，滑塊快速下行。當(dāng)滑塊快速下行到SQ2位接近開關(guān)得電X016置1，置位S11，復(fù)位S10，輔助繼電器M32得電驅(qū)動(dòng)液壓閥YA1、YA4、YA5動(dòng)作，滑塊慢行壓制。當(dāng)主缸壓力達(dá)到極值或滑塊達(dá)下限位SQ4后，置位S13復(fù)位S11。延時(shí)繼電器得電保壓延時(shí)，時(shí)間到置位S14復(fù)位S13，輔助繼電器M34得電驅(qū)動(dòng)液壓閥YA2、YA9動(dòng)作泄壓，同時(shí)延時(shí)繼電器T2得電延時(shí)，時(shí)間到置位S15復(fù)位S14，后置位S25復(fù)位S15，輔助繼電器M41得電驅(qū)動(dòng)液壓閥YA1、YA8、YA9、YA10動(dòng)作頂缸頂出，頂缸到達(dá)上限位SQ5后置位S26復(fù)位S25，輔助繼電器M42得電驅(qū)動(dòng)液壓閥YA1、YA6、YA9動(dòng)作滑塊回程，滑塊到達(dá)上限SQ1后置位S20復(fù)位S26，Y015得電驅(qū)動(dòng)延時(shí)繼電器KT2得電手動(dòng)取坯延時(shí)，時(shí)間到或是按壓雙手1和雙手2置位S21復(fù)位S20后置位S23復(fù)位S21，輔助繼電器M40得電驅(qū)動(dòng)液壓閥YA1、YA7動(dòng)作頂缸退回。頂缸達(dá)下限SQ6后，置位S24復(fù)位S23，手動(dòng)加料轉(zhuǎn)到下一循環(huán)。
⒍6指令程序
步序
指令
說明
1
LD X000
2
AND M12
3
OR X005
4
ANI X015
5
ANI M11
6
ANI M31
7
ANI M32
8
OUT M12
滑塊回程
9
OUT T3
K10
12
LDI X000
13
ANI X003
14
AND X023
15
ANI M12
16
MC N0
M10
19
LD X004
20
ANI X020
21
ANI X014
22
ANI M12
23
OUT M11
滑塊慢下
24
LD X006
25
ANI X021
26
ANI M14
27
OUT M13
頂缸頂出
28
LD X007
29
ANI X022
30
ANI M13
31
OUT M14
頂缸退回
32
MCR N0
34
LD M8000
35
OUT TO
K5
38
LDI T0
39
ORI X000
40
OR M12
41
OR X003
42
ZRST（FNC40）
S0～S26全部復(fù)位
S20
S26
47
LDI X023
48
ZRST（FNC40）
S0～S19全部復(fù)位
S10
S19
53
ZRST（FNC40）
S21～S26全部復(fù)位
S21
S26
58
LD X000
59
AND T0
60
PLS M30
62
LD M30
63
SET S0
65
STL S0
66
LD X002
67
AND X021
68
LDI X002
69
AND X022
70
ORB
71
AND X015
72
SET S10
74
STL S10
75
LD X010
76
AND X011
77
OUT M31
滑塊快下
78
LD X016
80
SET S11
81
STL S11
82
OUT M32
滑塊慢下
83
LD X002
84
AND X017
86
SET S12
87
LDI X014
88
OR 020
89
AND X002
90
SET S13
92
STL S12
93
OUT M33
浮動(dòng)壓制
94
LD X014
95
OR X020
96
SET S13
98
STL S13
99
OUT Y014
保壓
100
LD Y014
101
AND X012
102
SET S14
104
STL S14
105
OUT M34
泄壓
106
OUT T2
D8030
109
LD T2
110
SET S15
112
STL S15
113
LD X002
114
MPS
115
AND X001
116
SET S16
118
MPP
119
ANI X001
120
SET S17
122
LDI X002
123
MPS
124
AND X001
125
SET S18
127
MPP
128
ANI X001
129
SET S25
130
STL S16
131
OUT M35
滑塊回程
132
LD X015
133
MPS
134
AND X001
135
SET S17
137
MPP
138
ANI X001
139
SET S20
141
STL S17
142
OUT M36
頂缸退回
143
LD X022
144
MPS
145
AND X001
146
SET S20
148
MPP
149
ANI X001
150
SET S16
152
STL S18
153
OUT M37
滑塊回程
154
LD X015
155
AND X001
156
SET S19
158
STL S19
159
OUT M38
頂缸頂出
160
LD X021
161
AND X001
162
SET S20
164
STL S25
165
OUT M41
頂缸頂出
166
LD X021
167
ANI X001
168
SET S26
170
STL S26
滑塊回程
171
OUT M42
172
LD X015
173
ANI X001
174
SET S20
176
STL S20
177
OUT Y015
178
LD Y015
179
AND X013
180
OR X010
181
OR X011
182
SET S21
184
STL S21
185
LD X002
186
SET S22
188
LDI