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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)工作開始于上個世紀(jì)中葉。首先由日本申報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個專利，后來有成立了有關(guān)成型燃料行業(yè)的協(xié)會。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，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、輥模擠壓式顆粒成型機。其中有著120多年歷史的德國卡爾公司生產(chǎn)的動輥式平模制粒機，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的日本也有采用環(huán)模顆粒成型機的大型生產(chǎn)企業(yè)。 我國從上

2、個世紀(jì)末才開始研究開發(fā),一邊組織科技攻關(guān),一邊引進國外先進技術(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，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)展趨勢都是裝備生產(chǎn)的專業(yè)化、產(chǎn)品生產(chǎn)的批量擴大化、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)備的實用性、系列性上努力，在提高技術(shù)水平的同時降低生產(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)模制粒機的設(shè)計計算過程。其中包括電機的選擇，傳動帶的設(shè)計計算，攪拌桶、螺旋輸送機、環(huán)模制粒機的計算等。

3、 2 攪拌機的選擇計算 攪拌的作用是將兩種或多種不同的物質(zhì)混合，通過機械運動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，攪拌機為機械攪拌，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)計計算 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，而5.5-22kw的為中型攪拌機。本設(shè)計為

4、小型。同時根據(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，推進式等等。根據(jù)本設(shè)計情況，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： —電動機至工作機之間傳遞裝置額的總效率 計算得：等于2.42(kw) 2.2 電機和減速器的選擇 根據(jù)電機功率和轉(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。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，初選傳動比i=9的X4LY39-B18的擺線針輪減速器。 3 輸送機的選擇計算 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、對物料破碎性能好、對過載敏感、輸送距離短，適合本設(shè)計的要求，所以本設(shè)計選用該輸送器。 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。一般采用實體螺旋面型，所以本設(shè)計選用實體螺旋面型。 3.1 螺旋輸送機的設(shè)計計算 生產(chǎn)中一般采用實體螺旋葉片、沒有吊掛軸承、等螺距的普通螺旋輸送機。 圖3-1 螺旋輸送機結(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的重要參數(shù)，直接關(guān)系到輸送機的生產(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)計取用D為200(mm) 3.1.2 螺旋葉片的螺距 通?？砂聪率接嬎懵菥啵? （

9、3-1） 對于標(biāo)準(zhǔn)輸送機，通常=0.8-1.0；當(dāng)傾斜布置，或物料流動性較差時，<0.8當(dāng)水平布置時，=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) 按照螺旋輸送機的轉(zhuǎn)速系列,取N為75(r/min) 3.1.5 傾斜角度 本設(shè)計采用水平布置,所以傾斜角度為0 3.1.6 填充系數(shù) 對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 傳動功率 (3-4) 式中： L-輸送機長度m； -總阻力系數(shù)取2； H-提升高度； P=0.0096(kw) 電動機的功率：

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

12、4．1 環(huán)模制粒機介紹與參數(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)具有較好的強度與耐磨性。一般來說，?？仔问接兄毙慰?、階梯形孔、外錐形孔、內(nèi)錐形孔。?？變?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，環(huán)模轉(zhuǎn)動主軸不動 本設(shè)計選定制粒規(guī)格為直徑為10mm的顆粒,則?？字睆綖?0mm 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； 計算可得轉(zhuǎn)速N,95(r/min)<N<450(r/min) 根據(jù)經(jīng)驗參數(shù),取N=290(r/min) 4.1.4 功率計算 根據(jù)制粒產(chǎn)量與制粒的噸料電耗指標(biāo)，即可算出主電動機功率P: P=Q·K =Q·10 (4-5) 式中： Q—產(chǎn)量 根據(jù)螺旋輸送機可得: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計算公式得：

15、 (4-6) 式中： A-單位功率面積,設(shè)計時常取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，間隙太小會使磨損加??；間隙太大則會造成打滑。模輥間隙一般為1—4mm，對于環(huán)模制粒機一般取物料間隙為1—3mm。根據(jù)經(jīng)驗參數(shù)取為2(mm)。 4.2 電動機及減速器的選擇 選取Y180M-4電動機額定功率為18.5kw，滿載轉(zhuǎn)速為1470r/min。選用V型皮帶輪減速,傳動比為5 5 帶傳動的設(shè)計及計算 此帶轉(zhuǎn)動為環(huán)模成型部分減速裝置,傳動比為5 帶輪設(shè)計 5.1 確定計算功率 (5-1)

17、 式中： —計算功率，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 計算中心距a及變動范圍 傳動的實際中心距近似為: (5-5) A約為748.26mm 5.5 驗算小帶輪上的包角 為了提高帶傳動的工作能力，應(yīng)使： (5-6) 驗證通過 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 計算帶傳動的壓軸力 (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。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)型刀片因為具有良好的彈性，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 在實際生產(chǎn)中，可以根據(jù)需要靈活調(diào)整。 本設(shè)計采用軟質(zhì)型刀片

21、 圖6-1 切刀示意圖 7 其他部分的的設(shè)計及計算 7.1 軸的校核 軸主要是支撐壓輥，本設(shè)計軸為靜止軸，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)計算可得出該軸的危險截面彎矩為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)計選用3對圓錐滾子軸承分別為32011,32918,32210。 結(jié) 論 設(shè)計出一臺簡單易用、成本低廉、生產(chǎn)效果好的農(nóng)藥顆粒成型機，該機器應(yīng)用電動機作為動力源，為對物料擠壓成型過程提供動力。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。整個成型過程材料的成型率高，物料利用率高。可實現(xiàn)大量生產(chǎn)某一規(guī)格農(nóng)藥顆粒的任務(wù)，易于實現(xiàn)批量生產(chǎn)。 該畢業(yè)課題需要學(xué)生運用所學(xué)機械知識，設(shè)計一臺應(yīng)用于農(nóng)藥顆粒制造的顆粒成型機械。該機械可以連續(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。該機械要實現(xiàn)如下功能： (1)該機械可以連續(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 [1]邱凌.生物質(zhì)致密成型研究進展[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. 1998,32(4):349—354. [4]陳軍華,楊志軍.有

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