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南京航空航天大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
摘要
錘片式粉碎機(jī)是飼料加工機(jī)械的四大主機(jī)之一,是飼料生產(chǎn)必要的設(shè)備之一,其性能對(duì)飼料廠的節(jié)能降耗意義重大。分析了錘片式粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),設(shè)計(jì)出滿足要求的錘片式粉碎機(jī)。建立了錘片式粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子的離散化模型，利用ADAMS軟件術(shù)對(duì)錘片對(duì)稱交錯(cuò)排列形式的粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真分析，得到了與實(shí)際情況相近的結(jié)論。仿真結(jié)果表明，錘片對(duì)稱交錯(cuò)排列轉(zhuǎn)子的平衡性較好，其中交錯(cuò)排列轉(zhuǎn)子兩端軸承承載情況相近,轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性好。轉(zhuǎn)子是錘片式粉碎機(jī)的主要工作部件。利用Pro/E對(duì)錘片式粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子中的各零件進(jìn)行三維建模、虛擬裝配、模型分析和動(dòng)態(tài)仿真。設(shè)計(jì)者可以充分利用Pro/E單一數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)，通過改變尺寸參數(shù)來方便地修改和更新零件，還可以直觀地觀察和分析轉(zhuǎn)子的外形、零件間的相互位置關(guān)系和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。
關(guān)鍵詞：振動(dòng)；仿真；錘片式粉碎機(jī)； Pro/E；轉(zhuǎn)子；三維建模
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Abstract
Hammers mill, which is one of the four main feed processing machineries and one of the necessary equipment of feed processing, has a great influence on economy energy sources in feed factory. In this paper the structural features of the hammers mill are analyzed. The statics and the vibration characteristic of its frame are investigated with the ADAMS software. A discrete model of hammers mill's rotor was set up. Mill's rotor arranged in different hammer forms was analyzed by way of dynamic simulation with virtual prototype technology. The result that is similar to facts was deduced. The conclusion indicated that the rotor with interlaced or symmetry-interlaced hammer form has better balance and the former is with good stability because of its equal load on each bearing. Rotor is an important assembly of hammers mill. This research utilized Pro/E to carry out three-dimensional modeling of the parts of hammer mill’s rotor, virtual assemble, model analysis, and motion emulation. Designers can modify the parts easily by changing size parameters, and also can observe forming, position relation of parts and motion state of the rotor.
Key words: Vibration；Simulate；hammers mill；Pro/E；rotor；3D modeling
目錄
摘要 I
Abstract II
1 綜 述 3
1.1 課題的目的和意義 3
1.2 國(guó)內(nèi)外錘片式粉碎機(jī)發(fā)展概況 4
1.2.1國(guó)外錘片式粉碎機(jī)發(fā)展概況 4
1.2.2我國(guó)粉碎機(jī)械發(fā)展概況 10
1.3、我國(guó)粉碎設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì) 15
2 錘片式粉碎機(jī)的設(shè)計(jì) 16
2.1 錘片式粉碎機(jī)的主要結(jié)構(gòu) 16
2.2.電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)方案選擇確定及設(shè)計(jì)計(jì)算 17
2.2.1轉(zhuǎn)子直徑D與粉碎室寬度B的確定 17
2.2.2 配套功率N的確定 18
2.2.3. 傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì) 19
2.2.4 V帶及帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 20
2.3轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì) 34
2.3.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 34
2.3.2 錘片的設(shè)計(jì) 36
2.3.3錘片的排列方式 38
2.3.4 錘架板 41
2.3.5套筒的設(shè)計(jì) 42
2.4 機(jī)架、機(jī)殼、輸送裝置及進(jìn)、出料口設(shè)計(jì) 43
3 零件強(qiáng)度校核 44
3.1軸的強(qiáng)度校核 44
3.1.1 求軸上的載荷 44
3.2 軸承壽命校核 50
3.2.1求比值 51
3.2.2初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P 51
3.2.3驗(yàn)算軸承壽命 52
3.3鍵的選擇及校核計(jì)算 52
4 基于Pro/E的轉(zhuǎn)子三維實(shí)體造型 54
4.1主軸 54
4.2 錘片 55
4.3 套筒、錘架板 55
4.4 錘片隔套、銷軸 57
4.5 轉(zhuǎn)子的虛擬裝配 58
5 清洗裝置三維造型 59
6 總結(jié)與建議 60
6.1總結(jié) 60
6.2建議 61
參考文獻(xiàn) 62
致 謝 63
1 綜 述
1.1 課題的目的和意義
目前，國(guó)內(nèi)外飼料廠的原料粉碎大都采用錘片式粉碎機(jī)，它利用高速旋轉(zhuǎn)的錘片對(duì)物料產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊和搓擦，而達(dá)到物料破碎的目的。其主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)(梁春鴻，2003：朱新華和郭文川，1999；龐聲海和饒應(yīng)昌，1989)。
粉碎是工業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)不可缺失的工序之一。粉碎是指在外力的作用下，克服了固體物料分子間的內(nèi)聚力，使固體物料外觀尺寸由大變小，物料顆粒的比表面積(單位質(zhì)量的表面積)由小變大的過程。粉碎后可以提高物理作用及化學(xué)反應(yīng)的速度。在把固體物料變成最終成品的許多加工過程中，粉碎是一個(gè)非常重要的工藝過程，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，人類生活和生產(chǎn)中每年約有數(shù)千億噸固體物料需要經(jīng)過各種程度的粉碎加工。由于人類生產(chǎn)的飛速發(fā)展和生活水平的迅速提高，人們對(duì)粉碎加工的產(chǎn)品需求增加。因而需經(jīng)粉碎加工處理的固體物料也將增多。這就需要深入研究粉碎過程，對(duì)粉碎理論、方法、設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)的探討。為此在20世紀(jì)80年代初形成了一門獨(dú)立的學(xué)科—粉碎工程學(xué)，專門研究固體物料的粉碎行為及其屬性的學(xué)科…。
粉碎機(jī)是粉碎加工的主要設(shè)備，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人類生活的許多領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。例如在制藥業(yè)、化工業(yè)、食品業(yè)、飼料加工業(yè)，還有冶金礦山、涂料、建材、造紙等行業(yè)，甚至科研單位都需要粉碎機(jī)。由于粉碎機(jī)在許多行業(yè)得到普遍使用，目前粉碎機(jī)的市場(chǎng)還有很大潛力，因此國(guó)內(nèi)外對(duì)粉碎機(jī)的研究與發(fā)展均很重視。但是各種物料在粉碎加工過程中產(chǎn)生發(fā)熱、振動(dòng)和磨擦等作用，使能源大量消耗，因此粉碎作業(yè)是消耗巨大能量的低效作業(yè)。多年來，技術(shù)人員一直在從理論研究、舊設(shè)備改造到創(chuàng)新設(shè)備，直至改變生產(chǎn)工藝流程等方面來研究如何達(dá)到高效節(jié)能地完成粉碎過程，達(dá)到降低其功耗高等缺點(diǎn)。但目前真正節(jié)能高效的粉碎機(jī)還沒有開發(fā)出來。研制出更符合實(shí)際生產(chǎn)需要的高效率的粉碎機(jī)，還有待于廣大科研人員和制造商們的發(fā)明創(chuàng)造。相關(guān)粉碎工程學(xué)科專家指出，今后若干年內(nèi)粉碎工程學(xué)發(fā)展的中心議題仍然是降低能耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。
1.2 國(guó)內(nèi)外錘片式粉碎機(jī)發(fā)展概況
錘片式粉碎機(jī)因具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、通用性好、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于各種物料的粉碎，被稱為萬能粉碎機(jī)。目前，在國(guó)內(nèi)外飼料加工企業(yè)中錘片式粉碎機(jī)是最重要的生產(chǎn)設(shè)備之一，大約一半以上的物料要經(jīng)過錘片式粉碎機(jī)加工。
1.2.1國(guó)外錘片式粉碎機(jī)發(fā)展概況
近年來，國(guó)外對(duì)超細(xì)粉碎及分級(jí)設(shè)備、工藝、微細(xì)顆粒粒度測(cè)定等方面的研究十分活躍，這是由于國(guó)外在復(fù)合材料、新型陶瓷、電子材料等許多尖端技術(shù)方面迅速發(fā)展而決定的。在先進(jìn)的工業(yè)化國(guó)家，微米級(jí)超細(xì)粉碎設(shè)備已渡過了其發(fā)明時(shí)期，而進(jìn)入成熟、配套、完善的階段 ,設(shè)備研究朝著亞微米級(jí)超細(xì)粉碎和微米級(jí)精密分級(jí)的方向發(fā)展。粉碎技術(shù)的發(fā)展主要表現(xiàn)在產(chǎn)品微細(xì)化、微粉功能化、 設(shè)備自動(dòng)化、節(jié)能新工藝和新設(shè)備及低污染高強(qiáng)度材料的應(yīng)用等方面。
1895年美國(guó)研制出人類歷史上第一臺(tái)錘片式粉碎機(jī)，之后錘片式粉碎機(jī)在國(guó)外飼料工業(yè)生產(chǎn)中便得到迅速發(fā)展。由于飼料所用原料上的差異，在歐洲的飼料加工多采用混合粉碎(先配料后粉碎)，且經(jīng)常沒有任何谷物原料；而美國(guó)的飼料配方是以50％的玉米或小麥為基礎(chǔ)的，很少使用難以粉碎的谷物，比如燕麥和大麥等，原料水分也略低于歐洲。從應(yīng)用形式上錘片式粉碎機(jī)向兩個(gè)方向發(fā)展：首先在于美國(guó)的產(chǎn)品追求篩片面積大，而歐洲的講究沖擊齒板面積大。例如，美國(guó)的Champion公司及Jacobson公司等標(biāo)榜自己的產(chǎn)品為全周篩，而歐洲最為典型的是荷蘭的Van Aarsen公司的2D系列錘片式粉碎機(jī)，其沖擊齒板面積幾乎達(dá)整個(gè)粉碎室周圍面積的一半(占46％)；其次在于篩片的安裝。美國(guó)錘片式粉碎機(jī)在安裝、更換篩片時(shí)必須停機(jī)并且打開機(jī)殼才能進(jìn)行，而歐洲的許多錘片式粉碎機(jī)是從軸向插入式，不需停機(jī)和打開機(jī)殼即可抽出原有篩片，插入新?lián)Q篩片；還有的機(jī)型可沿軸的一端插入從另一端抽出，還可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)遙控?fù)Q篩， Van Aarsen公司的2D系列錘片式粉碎機(jī)兩側(cè)裝有遙控電動(dòng)換篩裝置，在運(yùn)行中就可以更換篩片。
還有其它變型粉碎機(jī)，如渦輪粉碎機(jī)，其特點(diǎn)為在粉碎室篩片的末尾或在與進(jìn)料口約成270。角處，使未過篩的粗粒物料沿垂直方向向上拋出粉碎室，然后靠重力作用返回粉碎區(qū)。該機(jī)型的優(yōu)點(diǎn)是不需配備外設(shè)篩分設(shè)備，粗粒物料在機(jī)內(nèi)自行循環(huán)；缺點(diǎn)是整機(jī)結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，不能通過簡(jiǎn)單調(diào)換轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向來利用錘片的兩側(cè)。
大部分錘片式粉碎機(jī)只有一個(gè)轉(zhuǎn)速，MIAC公司在20世紀(jì)50年代研制出第一臺(tái)雙速驅(qū)動(dòng)的H880型錘片式粉碎機(jī)，雙轉(zhuǎn)速可以增強(qiáng)打擊作用，提高粉碎效率。在國(guó)外，近年來為適應(yīng)飼料粉碎的特點(diǎn)及需求，還有采用變頻裝置控制錘片式粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)速來改善其粉碎性能。在結(jié)構(gòu)上，近年來還出現(xiàn)了立式錘片粉碎機(jī)。
下面是幾種國(guó)外常見的粉碎機(jī)：
1）V9H型錘式粉碎機(jī)
羅馬尼亞生產(chǎn)的型錘式粉碎機(jī)是一種萬能型粉碎機(jī),它既能粉碎各種谷物精飼料，也能粉碎干草覃稈等飼料，這種粉碎機(jī)的特點(diǎn)是初體用鑄件制成，利于制造，篩板的包角大，生產(chǎn)效率高和采用內(nèi)包式排料風(fēng)扇，使排料部分的結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化。
圖1.1所示是這種粉碎機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在兩塊圓形的轉(zhuǎn)盤上銷連有六排長(zhǎng)方形的活動(dòng)錘片，每排有錘片八枚共有48片，篩板包在轉(zhuǎn)盤之外,其包角約為280°，較大的包角有利于粉碎飼料的通過，從而能減低動(dòng)力消耗和提高生產(chǎn)率。整個(gè)篩板鑲嵌在鑄鐵機(jī)殼的凹槽中，安裝牢固，篩子不易變形,粉碎機(jī)上共附有五種不同孔徑的篩板，其孔徑分別為1、2、3、4、5毫米?？梢愿鶕?jù)所粉碎飼料種類和細(xì)度要求的不同來選用適當(dāng)?shù)暮Y板。撞擊板裝在粉碎室的右上角。
在精料盛料斗的底部有一個(gè)可調(diào)插板，它可以改變斗底排料口的大小，用來控制精料的流量。在斗底排料口的下面有一塊傾斜的托料板，通過裝在機(jī)殼外的調(diào)節(jié)桿可以調(diào)節(jié)托料板的傾斜角度，以控制飼料喂人斗。當(dāng)托料板傾角增大時(shí)，飼料能很快的通過，因此喂入增大，反之則減小。
在粉碎莖桿、干草等粗飼料時(shí),應(yīng)把草料喂人斗前端的擋板向前轉(zhuǎn)動(dòng)使草料能直接落人粉碎室中。風(fēng)扇葉片裝在轉(zhuǎn)盤的側(cè)壁上，這樣就大大地簡(jiǎn)化了風(fēng)扇結(jié)構(gòu)，并且也省去了風(fēng)扇人口部分的吸料管。動(dòng)力通過皮帶輪和一對(duì)齒輪來帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤，齒輪的速比為1:3.5。
這種粉碎機(jī)適合與20~30馬力的拖拉機(jī)配套使用,也可用15千瓦的電動(dòng)機(jī)來帶動(dòng)。皮帶輪的轉(zhuǎn)速為800~900轉(zhuǎn)/分。粉碎谷物飼料的生產(chǎn)率為350~1250公斤/時(shí),干草為100~150公斤/時(shí)。外形尺寸為1250×700×3000毫米,重量為710公斤。
圖1.1 V9H型粉碎機(jī)
2）英國(guó)Massey-Ferguson公司935型萬能粉碎機(jī)
這種粉碎機(jī)的通用性很大，它除了能粉碎各種谷物飼料外，也能粉碎秸稈、磨制草粉和制作青貯飼料，此外還能作為拋送器之用，將切碎的青飼料拋入青貯塔。
這種粉碎機(jī)的外形如圖1.2所示，它由喂料斗、機(jī)殼、轉(zhuǎn)盤、吹送管和聚料桶等部分組成。喂料斗裝在機(jī)殼的側(cè)壁，機(jī)殼的內(nèi)部裝有轉(zhuǎn)盤和篩板，頂部與吹送管相聯(lián)，吹送管的末端與聚料桶相接。喂料斗成簸箕形，在其前端有一塊半圓形 的罩蓋，蓋內(nèi)有一塊月牙形的擋板，用來防止飼料從粉碎室里向外飛濺。
圖1.2 935型萬能粉碎機(jī)
轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)見圖1.3所示，其直徑為23英寸，轉(zhuǎn)盤的主體是一塊用厚鋼板制成的圓盤，中央裝有主軸，軸的一端裝有皮帶輪。轉(zhuǎn)盤的四周裝有四排活動(dòng)的錘片，每排有7枚，共28枚。錘片銷為埋頭式，在粉碎干草時(shí)不致纏草。每排錘片的前側(cè)各裝有一塊風(fēng)扇葉板。葉板的作用是5/8英寸厚的鋼板完成槽形，其工作面經(jīng)過淬火處理。把風(fēng)扇和錘片裝在一起是這種粉碎機(jī)的最大特點(diǎn)。它可以大大地簡(jiǎn)化粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)盤的側(cè)面裝有兩把快速裝卸的折刃口切刀。當(dāng)粉碎谷物飼料時(shí)，必須把切刀卸下，粉碎干草或切碎青飼料時(shí)必須裝上。
圖1.3 裝有切刀的轉(zhuǎn)盤
篩板裝在機(jī)殼內(nèi)，包在轉(zhuǎn)盤的四周篩板共有三種，其孔徑分別為1/16、1/4、和1.5英寸。吹送管用一根遠(yuǎn)觀支撐，能繞支撐管作270°的轉(zhuǎn)動(dòng)。
這種粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)速為2200—2500轉(zhuǎn)/分，所需功率為10—25馬力，粉碎谷物飼料的生產(chǎn)率為1—4噸/時(shí)，干草為1—2.5噸/時(shí)，粗飼料為2—4噸/時(shí)青飼料為4—7噸/時(shí)。
3）法國(guó)Carriere-Guyot公司Pulverix牌飼料粉碎機(jī)
該公司生產(chǎn)有三種類型的固定錘桿式粉碎機(jī)。1型的外形如圖1.4所示，3型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖1.5。這三種形式的結(jié)構(gòu)基本相似，只有1型為自重排料，2型和3型為氣流排料。
圖1.4 Pulverix1型粉碎機(jī)外形
圖1.5 Pulverix3型粉碎機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
5）日本橫山工業(yè)公司的雙轉(zhuǎn)盤式粉碎機(jī)
目前世界上所有的錘式粉碎機(jī)都存在有粉碎效率不高的缺點(diǎn)，這主要是因?yàn)榉鬯槭覂?nèi)有一團(tuán)已粉碎的飼料包在轉(zhuǎn)盤的周圍，形成環(huán)形，隨著錘片一同轉(zhuǎn)動(dòng)，因此從喂人口新進(jìn)人的飼料首先是與這個(gè)環(huán)形的飼料相遇，被帶著緩慢地旋轉(zhuǎn)，然后才能與錘片相遇，受到錘片的打擊。由于飼料顆粒在受打擊時(shí)已具有一定的速度，根據(jù)沖量定律，這時(shí)打擊力將會(huì)顯著地減弱，使粉碎機(jī)的粉碎效率不高。但是采用雙轉(zhuǎn)盤式粉碎機(jī)不但能避免這種缺點(diǎn)，而且由于在打擊時(shí)飼料顆粒的運(yùn)動(dòng)方向是與錘片的方向相反，因此反而會(huì)增強(qiáng)打擊作用，能提高粉碎機(jī)的效率。
圖1.6所示是日本橫山工業(yè)公司所生產(chǎn)的一種底部卸料式雙轉(zhuǎn)盤粉碎機(jī)的剖面圖。在長(zhǎng)方形的機(jī)殼里有兩個(gè)圓形的轉(zhuǎn)盤，形成兩個(gè)互相聯(lián)通的粉碎室。第一粉碎室的底部裝有篩板，其包角為165°左右，頂部裝有齒板，包角為100°。第二粉碎室篩板的包角為250°，齒板包角70°。兩個(gè)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同。當(dāng)飼料由進(jìn)料口進(jìn)入第一粉碎室后，先受到第一轉(zhuǎn)盤上錘片的打擊，然后進(jìn)入第二粉碎室，再次受到第二轉(zhuǎn)盤上錘片的打擊，由于飼料進(jìn)入第二粉碎室時(shí)的運(yùn)動(dòng)正好與錘片的運(yùn)動(dòng)方向相反，因此受到的打擊就比第一粉碎室大一倍。粉碎好的飼料穿過篩板由底部的排料管排出。
橫山工業(yè)公司共生產(chǎn)有五種型號(hào)的雙轉(zhuǎn)盤粉碎機(jī)，轉(zhuǎn)盤的直徑為490—1000毫米，寬度為190—750毫米，轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速可根據(jù)飼料種類的不同加以調(diào)節(jié)，其變化范圍為1300—3200轉(zhuǎn)/分。
圖1.6 底部卸料式雙轉(zhuǎn)盤粉碎機(jī)
另外還有美國(guó)Pulverizing機(jī)械公司的Micro-Bud 牌立軸反射型錘式粉碎機(jī)，移動(dòng)式飼料粉碎和混合機(jī)組等在此不做詳細(xì)介紹。
1.2.2我國(guó)粉碎機(jī)械發(fā)展概況
粉碎的目的與意義：固體物料經(jīng)過粉碎，顆粒由大變小，物料單位質(zhì)量的表面積增加，可以提高物理作用及化學(xué)反應(yīng)的速度；在礦物加工過程中，礦石經(jīng)過粉碎，可以實(shí)現(xiàn)不同礦物的彼此解離；幾種固體物料的混合，也必須在細(xì)粉狀態(tài)下，才能均勻混合。粉體材料最重要的質(zhì)量指標(biāo)之一是粒度和粒度分布，而粒度和粒度分布決定了粉體產(chǎn)品的技術(shù)性能和應(yīng)用范圍。例如，物料的比表面積、化學(xué)反應(yīng)速率、吸附性、堆積性、補(bǔ)強(qiáng)性、在液相介質(zhì)中的沉降速度、溶解性、光學(xué)性能、電性、磁性等，這些都與應(yīng)用范圍有直接關(guān)系。而產(chǎn)品的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ξ锪系牧６燃傲６确植季袊?yán)格的要求。粉碎是當(dāng)代飛速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)社會(huì)必不可少的一個(gè)工業(yè)環(huán)節(jié)。粉體技術(shù)被看作是高技術(shù)工業(yè)最重要的基礎(chǔ)技術(shù)之一。
我國(guó)農(nóng)作物秸桿資源十分豐富，年產(chǎn)量高達(dá)517億噸。秸稈中含有可消化干物質(zhì)35%～50%。粗蛋白3%～8%，特別適合于喂飼牛、羊等反芻動(dòng)物。改革開放以來，我國(guó)糧食總產(chǎn)量提高很快，但是我國(guó)人口多，人均耕地少，每年人均占有糧食一直低于400kg，不可能提供大量糧食用作飼料。因此，充分利用和開發(fā)農(nóng)作物秸稈飼料，發(fā)展“節(jié)糧型畜牧業(yè)”，特別是對(duì)于發(fā)展農(nóng)區(qū)秸稈養(yǎng)牛，具有十分重要的意義。80年代以來，我國(guó)對(duì)農(nóng)作物秸稈處理進(jìn)行了許多研究工作。應(yīng)用最廣泛的是粉碎和鍘切機(jī)械加工，因?yàn)椋瑹o論是化學(xué)處理還是生物處理，其首先的工序需要將秸稈粉碎或鍘切。下面對(duì)我國(guó)飼料粉碎機(jī)械和秸稈切碎機(jī)械的發(fā)展情況作一概述，并對(duì)存在的一些問題進(jìn)行初步探討。
20世紀(jì)90年代以來，我國(guó)飼料機(jī)械行業(yè)中的企業(yè)江蘇正昌集團(tuán)和江蘇牧羊集團(tuán)，大膽引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，根據(jù)當(dāng)前國(guó)際上飼料粉碎機(jī)發(fā)展的潮流，先后開發(fā)生產(chǎn)160-200 kW的水滴型粉碎機(jī)、立軸式粉碎機(jī)。如其中的水滴型粉碎機(jī)采用了有利于提高效率的水滴型粉碎室，錘篩間隙可調(diào)，實(shí)現(xiàn)了粗細(xì)微粉碎，還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)負(fù)荷控制等特點(diǎn)。上海春谷實(shí)業(yè)有限公司最新研制開發(fā)的橫寬形振動(dòng)篩錘片式粉碎機(jī)，它是由電動(dòng)機(jī)、多層篩體(篩體分內(nèi)層篩和外層篩)、振動(dòng)器、機(jī)體等組成。飼料的粗粉碎和超細(xì)粉碎兩者可以通用，效率高，粉粒比較均勻，對(duì)水分較高的原料和含纖維的原料有較好的適應(yīng)性，易損件篩片壽命長(zhǎng)，錘片更換周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
經(jīng)過50多年的研究、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和改進(jìn)，國(guó)產(chǎn)錘片式粉碎機(jī)的技術(shù)水平和性能已接近或達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品先進(jìn)水平。我國(guó)飼料粉碎機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品品種、規(guī)格齊全，能基本滿足我國(guó)畜牧、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的需要，但在目前社會(huì)整體能源短缺的背景下，錘片式粉碎機(jī)還是存在功耗高的缺點(diǎn)顯得尤為突出。
飼料粉碎機(jī)械是我國(guó)應(yīng)用最為普遍的粉碎機(jī)械，也是最為典型的粉碎機(jī)械，其中粗飼料粉碎機(jī)械主要有通用飼料粉碎機(jī)械、草粉加工機(jī)械、秸稈揉搓機(jī)械和多功能組合機(jī)械等。
通用飼料粉碎機(jī)按結(jié)構(gòu)形式可分為錘片式、齒爪式、磨盤式和輥式等, 其中以錘片式應(yīng)用最廣泛。
1）錘片式粉碎機(jī)
錘片式粉碎機(jī)是我國(guó)主要農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)2004年我國(guó)約有300多家飼料粉碎機(jī)的生產(chǎn)企業(yè)。我國(guó)從1955年開始，在從原蘇聯(lián)引進(jìn)的技術(shù)與樣機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行研究設(shè)計(jì)錘片式粉碎機(jī)，有部分省市設(shè)計(jì)生產(chǎn)了多種型號(hào)規(guī)格的產(chǎn)品。1958年開始大量推廣，1966年各地自己選型、設(shè)計(jì)、制造，型號(hào)雜亂，沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。1966～1975年間，國(guó)家組織了全國(guó)科技力量對(duì)已有的各種機(jī)型進(jìn)行試驗(yàn)、選型及系列設(shè)計(jì)。1972年在山東省紅旗牌爪式飼料粉碎機(jī)的基礎(chǔ)上，制定了NJ86－72部級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。1975年原第一機(jī)械工業(yè)部機(jī)械院農(nóng)機(jī)所組織了11個(gè)省市23個(gè)單位對(duì)錘片式粉碎機(jī)進(jìn)行了一系列試驗(yàn)選型和系列設(shè)計(jì)工作，把全國(guó)幾十個(gè)品種統(tǒng)型為一個(gè)系列六種機(jī)型，即9F、32、45、55和9FQ—40、50、60型，初步完成了以9F系列錘片粉碎機(jī)為主的飼料粉碎機(jī)型定型工作，使該產(chǎn)品提高了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化程度，并對(duì)產(chǎn)品更新?lián)Q代、提高行業(yè)的生產(chǎn)水平和產(chǎn)品質(zhì)量起到了很大的作用，但是70年代以前，全國(guó)幾乎沒有專業(yè)化的錘片式粉碎機(jī)械生產(chǎn)廠家。錘片式粉碎機(jī)作為一個(gè)專業(yè)化的機(jī)械制造行業(yè)則是在80年代初才開始發(fā)展起來的。根據(jù)國(guó)家科委“星火計(jì)劃”和原機(jī)電部新產(chǎn)品研制計(jì)劃，中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究院與該行業(yè)的17家主要生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行了錘片式粉碎機(jī)新系列新產(chǎn)品的聯(lián)合設(shè)計(jì)，并于1991年3月通過了部級(jí)新產(chǎn)品鑒定，該系列包括3個(gè)系列，11種機(jī)型，配套動(dòng)力從3kW到45kW。
20世紀(jì)90年代以來，我國(guó)飼料機(jī)械行業(yè)中的企業(yè)江蘇正昌集團(tuán)和江蘇牧羊集團(tuán)，大膽引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，根據(jù)當(dāng)前國(guó)際上飼料粉碎機(jī)發(fā)展的潮流，先后開發(fā)生產(chǎn)160～200 kW的水滴型粉碎機(jī)、立軸式粉碎機(jī)。如其中的水滴型粉碎機(jī)采用了有利于提高效率的水滴型粉碎室，錘篩間隙可調(diào)，實(shí)現(xiàn)了粗細(xì)微粉碎，還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)負(fù)荷控制等特點(diǎn)。上海春谷實(shí)業(yè)有限公司最新研制開發(fā)的橫寬形振動(dòng)篩錘片式粉碎機(jī)，它是由電動(dòng)機(jī)、多層篩體(篩體分內(nèi)層篩和外層篩)、振動(dòng)器、機(jī)體等組成。飼料的粗粉碎和超細(xì)粉碎兩者可以通用，效率高，粉粒比較均勻，對(duì)水分較高的原料和含纖維的原料有較好的適應(yīng)性，易損件篩片壽命長(zhǎng)，錘片更換周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
經(jīng)過50多年的研究、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和改進(jìn)，國(guó)產(chǎn)錘片式粉碎機(jī)的技術(shù)水平和性能已接近或達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品先進(jìn)水平。我國(guó)飼料粉碎機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品品種、規(guī)格齊全，能基本滿足我國(guó)畜牧、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的需要，但在目前社會(huì)整體能源短缺的背景下，錘片式粉碎機(jī)還是存在功耗高的缺點(diǎn)顯得尤為突出。
2）齒爪式飼料粉碎機(jī)
齒爪式飼料粉碎機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕優(yōu)點(diǎn)，也是應(yīng)用較廣的一種飼料粉碎機(jī)。50～60年我國(guó)以仿制、改進(jìn)機(jī)型為主，70年代在紅旗牌爪式碎機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了系列設(shè)計(jì)，統(tǒng)一成 270、310、370、450 型5個(gè)品種，配套動(dòng)力為 3～13 kW，并布實(shí)施了《爪式粉碎機(jī)》標(biāo)準(zhǔn)；80年代后，山東即墨縣農(nóng)業(yè)機(jī)械廠和青島大華機(jī)器廠開發(fā)生產(chǎn)了FFC系列爪式飼料粉碎機(jī)，其型號(hào)包括FFC—45、FFC—45A、FFC—37、FFC—23、FFC—15 等，配套動(dòng)力為111～11kW。廣東省陽山縣機(jī)械廠開發(fā)生產(chǎn)了 9FZ 系列齒爪式飼料粉碎機(jī)，其型號(hào)包括9FZ—150、9FZ—230、9FZ—370、9FZ—450，配套動(dòng)力為015～10kW，四川簡(jiǎn)陽機(jī)械廠等單位開發(fā)生產(chǎn)了9FZ系列齒爪式飼料粉碎機(jī)，其型號(hào)包括 9FZ —15、9FZ—20、9FZ—23、9FZ—29、9FZ—31、9FZ —35、9FZ—37，配套動(dòng)力為0175～7 kW；河南滎陽市三張機(jī)械廠生產(chǎn)的JWF 系列齒盤式飼料粉碎機(jī)， 其型號(hào)包括JWF150、JWF160、JWF200、JWF250、JWF320。1984年修訂了《齒爪式粉碎機(jī)》標(biāo)準(zhǔn), 取代了1972 年的標(biāo)準(zhǔn)。
80年代中期以前，我國(guó)沒有專用的草粉加工機(jī)械，而是用通用型錘片粉碎機(jī)加工草粉。1985年，由呼和浩特牧機(jī)所研制的9CJ—500型草粉加工機(jī)組通過機(jī)械部鑒定，是國(guó)內(nèi)最早研制的草粉機(jī)。1986 年，該所研制的9FQ—40型飼草粉碎機(jī)通過鑒定。隨后北京市農(nóng)機(jī)所研制了93FC—750和93FCY—150型草粉機(jī)，遼寧農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所研制了9CJ—55型草粉機(jī), 牧機(jī)廠研制生產(chǎn)了93FC—650 和93FC—750 型草粉機(jī)，江西紅星機(jī)械廠生產(chǎn)了93FC—50 型飼草粉碎機(jī)。石家莊市農(nóng)機(jī)研究所研制的9JF和9J F—A 型草粉機(jī)，可加工小麥、玉米等秸稈草粉，也可鍘切青干飼料和粉碎玉米等，9JF—A型于1997 年通過鑒定，投入批量生產(chǎn)。該機(jī)加工草粉的生產(chǎn)率比老式粉碎機(jī)提高1倍。
為適應(yīng)玉米秸稈養(yǎng)牛發(fā)展的需要，80 年代后期開始，我國(guó)北方一些省、市、區(qū)，開發(fā)研制了粗飼料揉搓機(jī)。它可以將玉米等秸稈揉搓成細(xì)絲狀，提高了玉米秸稈喂牛的適口性，利于牛消化吸收秸稈中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。揉搓機(jī)是在錘片式飼料粉碎機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，用齒板代替篩片，在高速旋轉(zhuǎn)的錘片和齒板作用下， 將秸稈揉搓成細(xì)絲。1989年，黑龍江省畜牧機(jī)械化研究所研制的9RC40型粗飼料揉搓機(jī)通過了省級(jí)鑒定。隨后在90年代初期和中期, 遼寧省農(nóng)機(jī)研究所研制的9RF—40型揉搓粉碎機(jī)，吉林省農(nóng)機(jī)研究所研制的9RF—40型揉搓機(jī)，吉林省白城市農(nóng)牧機(jī)械化研究所研制的9QT—800型粗飼料揉切調(diào)質(zhì)處理機(jī)，安徽省濉溪縣農(nóng)機(jī)推廣站研制的9JX—300 型秸稈揉搓機(jī)均通過鑒定。一些企業(yè)也開發(fā)生產(chǎn)了飼料揉搓機(jī)械。如江西紅星機(jī)械廠的93FC—50型揉草機(jī)，山西省大同農(nóng)牧機(jī)械廠的9RS—40型揉草機(jī)，北京燕京集團(tuán)的9SC—400型揉草機(jī)，遼寧省鳳城東風(fēng)機(jī)械廠的93RC—40型揉搓機(jī)。中國(guó)農(nóng)大農(nóng)業(yè)工程研究院研制的9LRZ —80型立式秸稈揉切機(jī)，克服了鍘草機(jī)破節(jié)率低、揉搓機(jī)能耗高、生產(chǎn)率偏低的缺點(diǎn)，并吸收了這兩種機(jī)具的優(yōu)點(diǎn)，使其結(jié)構(gòu)新穎，效率較高，巳于1999年通過農(nóng)業(yè)部鑒定。
這是將鍘草、粉碎和揉搓等功能組合成一體的機(jī)械。如黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)研制的93RZ—40型揉漿機(jī), 集切斷、粉碎、揉搓功能于一體，物料在錘刀、定刀和齒板的綜合作用下被粉碎，在離心力和風(fēng)機(jī)作用下排出提高了效率。
磨碎機(jī)主要依靠?jī)蓚€(gè)工作表面或介質(zhì)之間的擠壓和摩擦力將物料研磨成極細(xì)的產(chǎn)品。
1)片磨：適用于物料磨碎，也適用于研磨含水分高的物料以及韌性大的物料。按照磨盤安裝位置可以分為立磨和臥磨兩種；按照磨片的材質(zhì)不同可分為剛磨、金剛砂磨、石墨、陶瓷磨等，用途十分廣泛。
2)錐形磨粉機(jī)：適用于小麥、雜糧和豆類的干磨和濕磨。工作時(shí)，依靠?jī)赡ヮ^磨齒對(duì)物料的擠壓和剪切作用磨碎物料。錐形磨的特點(diǎn)是適應(yīng)性廣、經(jīng)久耐用、加工低廉，但是干磨時(shí)成品的溫升較高、成品質(zhì)量較差、耗能大、生產(chǎn)效率低、噪聲較大、軋距調(diào)整比較復(fù)雜。
3)對(duì)輥式粉磨機(jī)：根據(jù)使用對(duì)象不同，又可分為農(nóng)用小型磨粉機(jī)和大、中型磨粉機(jī)。前者裝備有一對(duì)磨，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便、生產(chǎn)率低;后者配制有兩對(duì)磨輥，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機(jī)械化自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)率高，如國(guó)產(chǎn) MY型磨粉機(jī)。
4)立式輥磨機(jī)：亦稱立式磨，其結(jié)構(gòu)型式有十余種之多，如萊歇磨(Loeshe mill)等。輥磨機(jī)是利用快速轉(zhuǎn)動(dòng)的若干個(gè)輥?zhàn)訉?duì)固定磨盤中的物料進(jìn)行輥壓產(chǎn)生的研磨作用而粉碎，有效粉碎功較高；由于它是風(fēng)掃式磨，兼具粉磨與烘干的功能。其缺點(diǎn)是磨輥與磨盤的磨損大、壽命短 ,需采用高耐磨材料制作，且檢修、更換較復(fù)雜。德國(guó)的洪堡公司、美國(guó)的富勒公司和丹麥的史密斯公司等都相繼開發(fā)出各自的輥磨機(jī)系列產(chǎn)品。其他磨碎機(jī)械在此不再一一贅述。
1.3、我國(guó)粉碎設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)
鑒于粉碎技術(shù)及設(shè)備的應(yīng)用涉及化工、冶金、建材、電子、化工、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)等許多領(lǐng)域的廣泛性，以及被粉碎材料種類的多樣性，尤其是當(dāng)代高新技術(shù)發(fā)展對(duì)材料深加工制備提出越來越高的要求:粒度微細(xì)化、粒度分布均勻化或顆粒形狀特定化、品質(zhì)高純化、表面處理功能化等等，必將促使粉碎技術(shù)與設(shè)備的不斷發(fā)展。其發(fā)展和研究的主要方面應(yīng)包括:
1)開發(fā)粉碎與分級(jí)相結(jié)合的閉路工藝及設(shè)備，從而降低能耗，提高生產(chǎn)率；
2)提高和改進(jìn)現(xiàn)有粉碎設(shè)備的性能，降低生產(chǎn)成本，增加品種和機(jī)型；
3)實(shí)現(xiàn)工藝研究和設(shè)備開發(fā)的一體化，針對(duì)具體物料特性，進(jìn)行設(shè)備開發(fā)設(shè)計(jì)；
4)重視粉碎基礎(chǔ)理論的研究。
2 錘片式粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)
2.1 錘片式粉碎機(jī)的主要結(jié)構(gòu)
一般錘片式粉碎機(jī)主要由電動(dòng)機(jī)，機(jī)架和機(jī)殼，轉(zhuǎn)子，進(jìn)、出料斗，輸送裝置等部分組成。
一般錘片式粉碎機(jī)簡(jiǎn)圖如下所示：
圖2.1 錘片式粉碎機(jī)整體結(jié)構(gòu)
因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)不僅需要設(shè)計(jì)秸稈粉碎機(jī)裝置，實(shí)現(xiàn)秸稈的振動(dòng)清洗、烘干和粉碎等秸稈處理工藝流程，得到潔凈的秸稈纖維，供后續(xù)壓制成型為各種產(chǎn)品所用。所以選擇如下結(jié)構(gòu)：
雙帶輪驅(qū)動(dòng)：
已知設(shè)計(jì)參數(shù)：
該粉碎機(jī)為單軸錘片式谷物粉碎機(jī)，為了提高粉碎機(jī)的利用率，該粉碎機(jī)采用了不同轉(zhuǎn)速用以粉碎不同的物料，所用轉(zhuǎn)子速度為1000r/min、3229r/min、4299r/min，粉碎物料的線速度為20.9m/s、67.6m/s、90m/s。
工作條件：根據(jù)設(shè)計(jì)要求，產(chǎn)量0.5—1噸每小時(shí)，每年工作300天，設(shè)計(jì)壽命5年，工作載荷較平穩(wěn)。
2.2.電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)方案選擇確定及設(shè)計(jì)計(jì)算
2.2.1轉(zhuǎn)子直徑D與粉碎室寬度B的確定
1）轉(zhuǎn)子直徑D的確定
由得轉(zhuǎn)子直徑為：
2）粉碎室寬度B的確定
粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子直徑D與粉碎室寬度B之積可用以下經(jīng)驗(yàn)公式求得:
(2—1)
式中：B—粉碎室寬度，mm；
k—經(jīng)驗(yàn)系數(shù),一般取0.29～0.75；
D—轉(zhuǎn)子直徑，mm。
DB確定之后, 為了降低噪音, 一般采用大轉(zhuǎn)子低轉(zhuǎn)速, 確定要根據(jù)粉碎物料的品種具體分析。如果以粉碎玉米等顆粒為主, 要采較小的B和較大的D；如果是以粉碎牧草為主，則要采用較大的B和較小的 D。
將數(shù)據(jù)代入式(3—1)得：
B=0.5×400mm
=200mm
2.2.2 配套功率N的確定
電動(dòng)機(jī)配套功率由下式確定：
N=（6.4-10.5）Q (3—2)
式中：N—電動(dòng)機(jī)功率，KW；
Q—生產(chǎn)率,t/h。
得配套電動(dòng)機(jī)的功率為：
N=（6.4—10.5）0.6 KW
=（3.84—6.3）KW
根據(jù)JB/T5274—1991 所選電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為 Y132S—4，其主要參數(shù)如下所示：
額定功率：7.5 KW
滿載轉(zhuǎn)速：1440r/min
額定轉(zhuǎn)矩：2.2Nm
最大轉(zhuǎn)矩：2.3Nm
機(jī)座帶底腳，端蓋無凸緣（B3型）安裝尺寸和外形尺寸見表3—1所示：
表2—1電動(dòng)機(jī)安裝尺寸
機(jī)座號(hào)
D
F
G
E
K
H
A
B
C
AB
AC
AD
HD
L
132S
38k5
10
33
80
12
132
216
140
89
280
275
210
315
475
詳見圖2-2：
圖2-2電動(dòng)機(jī)外形
2.2.3. 傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì)
1）傳動(dòng)方案的確定
a、根據(jù)設(shè)計(jì)的已知條件可以用以下幾種不同的方式來驅(qū)動(dòng)粉碎機(jī)如電動(dòng)機(jī)（可換擋電機(jī)）直接驅(qū)動(dòng)、電機(jī)帶動(dòng)齒輪傳動(dòng)或者是電機(jī)通過皮帶輪、鏈輪來驅(qū)動(dòng)?？紤]環(huán)保、結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性以及經(jīng)濟(jì)實(shí)用性本次設(shè)計(jì)選用第三種傳動(dòng)方式即V帶傳動(dòng)。
傳動(dòng)簡(jiǎn)圖如2-3圖所示：
圖2-3粉碎機(jī)傳動(dòng)圖
b、V帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)
該工作機(jī)有輕微振動(dòng)，由于V帶有緩沖吸振能力，采用V帶傳動(dòng)能減小振動(dòng)帶來的影響，并且該工作機(jī)屬于小功率、載荷變化不大，可以采用V帶這種簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，并且價(jià)格便宜，標(biāo)準(zhǔn)化程度高，大幅降低了成本。帶傳動(dòng)是一種撓性傳動(dòng)，不僅滿足了工作機(jī)的性能要求，適應(yīng)工作條件、工作可靠，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、成本低維護(hù)方便快捷且傳動(dòng)效率高。
2.2.4 V帶及帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
1） 確定計(jì)算功率
由計(jì)算功率由下式確定：
= （2—3）
查表8-7得工作情況系數(shù)=1.3，故
==1.37.5 kW=9.75 kW
由表8-7查的工作情況系數(shù)（增速情況下）=1.31.11
由式（3—3）得此時(shí)的計(jì)算功率為：
==1.31.117.5KW=10.8KW
==1.111.37.5 KW=11.505KW
2） 選擇V帶的帶型
根據(jù)、由圖8-11選用B型。
3）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)算帶速
4）初選大帶輪的基準(zhǔn)直徑。
A．由表8-6和表8-8，取小帶輪的基準(zhǔn)直徑 = 125mm ，大帶輪直徑=280mm、=355mm。
B. 驗(yàn)算帶速v
由下式確定V帶的速度：
（2—4）
得：
因?yàn)? m/s＜＜30 m/s，故帶速合適。
5） 計(jì)算大（?。л喌幕鶞?zhǔn)直徑。根據(jù)式（2-5），計(jì)算小帶輪的基準(zhǔn)直徑
(2—5)
傳動(dòng)比分別為：
由式（2—5）得到：
=180mm
==
== =118.9mm
根據(jù)表8—8圓整到標(biāo)準(zhǔn)直徑則：
=180mm
=125mm
=125mm
6）確定V帶的中心距和基準(zhǔn)長(zhǎng)度
a.初定中心距=700 mm。
可按照式（3—6）計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度
（2—6）
由式（2—6）計(jì)算轉(zhuǎn)速為1000r/min時(shí)帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度：
mm
mm
由表8—2選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度為1800mm。
將數(shù)據(jù)代入式（2—6）計(jì)算轉(zhuǎn)速為3229r/min時(shí)帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度：
2044mm
由表8—2選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度為2000mm。
由式（2—6）計(jì)算轉(zhuǎn)速為4299r/min時(shí)帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度：
=
2172mm
由表8—2選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度為2240mm。
B. 可按式（2—7）計(jì)算實(shí)際中心距
（2—7）
由式（2—7）得轉(zhuǎn)速為1000r/min時(shí)實(shí)際中心距：
mm
=660mm
由式（2—7）得轉(zhuǎn)速為3229r/min時(shí)實(shí)際中心距：
mm
=678mm
由式（2—7）得轉(zhuǎn)速為4299r/min時(shí)實(shí)際中心距：
mm
=734mm
7) 驗(yàn)算小(大)帶輪上的包角
可由式（2—8）來計(jì)算小帶輪的包角的大小
（2—8）
將數(shù)據(jù)代入式（3—8）來計(jì)算轉(zhuǎn)速為1000r/min的小帶輪的包角大小為：
將數(shù)據(jù)代入式（2—8）來計(jì)算轉(zhuǎn)速為3229r/min的小帶輪的包角大小為：
將數(shù)據(jù)代入式（2—8）來計(jì)算轉(zhuǎn)速為4299r/min的小帶輪的包角大小為：
8) 計(jì)算帶的根數(shù)Z
A. 計(jì)算單根V帶的額定功率
由mm和r/min，查表8-4a得單根V帶的基本額定功率為kW；
根據(jù)r/min、和B型帶，查表8—4b得單根V帶額定功率的增量為△P=0.34KW。
用同樣的方法可以得到直徑為=280mm和=355mm的V帶的基本額定功率為kW、kW,功率增量均為0.
查表8-5得，表8-2得，用同樣的方法得到、；、；
可由式（2—9）來計(jì)算單根V帶的額定功率：
（2—9）
將有關(guān)數(shù)據(jù)代入式（2—9）得到不同轉(zhuǎn)速時(shí)單根V帶的額定功率：
轉(zhuǎn)速為1000r/min的皮帶輪所用單根V帶的額定功率為：
=KW
=KW
轉(zhuǎn)速為3229r/min的皮帶輪所用單根V帶的額定功率為：
=7.5×0.98×0.97KW
=7.1KW
轉(zhuǎn)速為4299r/min的皮帶輪所用單根V帶的額定功率為：
=8.13×0.95KW
=7.7KW
B. 計(jì)算V帶的根數(shù)Z
可由式（2—10）來計(jì)算：
（2—10）
將有關(guān)數(shù)據(jù)代入式（2—10）得到不同轉(zhuǎn)速時(shí)所需皮帶的根數(shù)為：
=
取Z=4
取=2
取=2
9) 計(jì)算單根V帶的初拉力的最小值
由表8-3的B型帶的單位長(zhǎng)度質(zhì)量q=0.18 kg/m，可由式(2—11)來計(jì)算單根V帶的最小初拉力
(2—11)
將有關(guān)數(shù)據(jù)代入式(2—11)可得不同轉(zhuǎn)速的皮帶輪的最小初拉力：
轉(zhuǎn)速為1000r/min的皮帶輪上最小初拉力為：
=N
=213.3N
轉(zhuǎn)速為3229r/min的皮帶輪上最小初拉力為：
=N
=278.6N
轉(zhuǎn)速為4299r/min的皮帶輪上最小初拉力為：
=N
=304.4N
應(yīng)使帶的實(shí)際初拉力＞。
10) 計(jì)算壓軸力
壓軸力的最小值為：
（2—12）
將數(shù)據(jù)代入式（2—12）用于不同轉(zhuǎn)速的皮帶輪的最小壓軸力：
轉(zhuǎn)速為1000r/min的皮帶輪上最小壓軸力為：
轉(zhuǎn)速為3229r/min的皮帶輪上最小壓軸力為：
=
轉(zhuǎn)速為4299r/min的皮帶輪上最小壓軸力為：
考慮到帶輪的安裝固定問題本次設(shè)計(jì)中將用于三個(gè)不同轉(zhuǎn)速的皮帶輪設(shè)計(jì)成一體的，具體布置方案詳見（11. 帶輪的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)）中帶輪布置簡(jiǎn)圖。
11) 帶輪的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8—10得到采用B型V帶時(shí)相應(yīng)的皮帶輪輪槽截面尺寸如圖2-4所示：
圖2-4 V型帶輪輪槽截面
皮帶輪布置圖如圖2-5、2-6所示：
圖2-5 與電機(jī)相連的皮帶輪結(jié)構(gòu)形狀
圖2-6 與主軸相連的皮帶輪結(jié)構(gòu)形狀
12） 電動(dòng)機(jī)固定方案
由于本次設(shè)計(jì)中粉碎機(jī)可粉碎不同物料，粉碎速度不同而引起用皮帶輪傳動(dòng)時(shí)兩皮帶輪的中心距不同，因此電動(dòng)機(jī)就不能是固定不動(dòng)的，必須可以移動(dòng)用來適應(yīng)不同粉碎速度下的不同中心距。
采用螺紋自鎖的方式來實(shí)現(xiàn)。
螺紋連接件采用單線普通螺紋，當(dāng)螺旋升角（）小于螺旋副的當(dāng)量摩擦角（），連接螺紋就能夠自鎖。采用導(dǎo)軌和T型槽利用螺釘來固定。電動(dòng)機(jī)通過導(dǎo)軌移動(dòng)，螺釘固定在T型槽的中來固定電動(dòng)機(jī)。具體方案如圖2-8所示：
圖2-7電動(dòng)機(jī)固定方案圖
2.3轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì)
轉(zhuǎn)子是錘片式粉碎機(jī)的主要工作部件，由主軸、定位套筒錘架板、銷軸、錘片和錘片隔套等組成。
2.3.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1）初步確定軸的最小直徑
先按式（2—13）初步估算軸的最小直徑
（2—13）
式中：—軸的最小直徑,mm ；
—系數(shù),可由下表查的；
—輸出軸上的功率，(帶的傳動(dòng)效率：0.96)，KW ；
—軸的轉(zhuǎn)速,r/min。
表2-2 軸常用幾種材料的及值
選取軸的材料為45剛，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)上表， 取=120
在這里只需計(jì)算轉(zhuǎn)速為1000r/min的轉(zhuǎn)子直徑即可，則有：
根據(jù)實(shí)際需要去該軸的最小直徑為40mm。
2）擬定軸上零件的裝配方案
根據(jù)設(shè)計(jì)的要求該軸上零件的裝配方案如下圖所示：
圖2-8 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖
3）各軸段的直徑和長(zhǎng)度確定
a.為了滿足皮帶輪的軸向定位的要求，I-II軸段右端需制出一軸肩，軸承左端用軸承擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑D=42mm，由于皮帶輪軸向比較長(zhǎng)又考慮到軸的強(qiáng)度問題所以與皮帶輪配合的軸的長(zhǎng)度要小于皮帶輪寬度，故取。
b.初步選擇軸承。因軸承只需要承受徑向力而承受軸向力很小，故選用深溝球軸承。參照工作要求并根據(jù)=40mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度的深溝球軸承6308，其尺寸為，軸承與軸的周向定位采用過渡配合來保證，此處選軸的直徑尺寸公差為m6，而。
c.取安裝錘片處的軸段5-6的直徑為，錘片是裝在靠錘架板支撐的銷軸上的。已知粉碎室的寬度為200mm，為了固定錘架板將軸段3-4設(shè)計(jì)成帶有螺紋的，用鎖緊螺母來固定錘架板。因此軸段，，退刀槽寬度為。
d.考慮到粉碎機(jī)工作一段時(shí)間后兩件磨損以及避免空載啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，故軸左右兩端是對(duì)稱的，右端同樣裝有皮帶輪。
e.至此，已初步確定了軸的直徑和長(zhǎng)度，總長(zhǎng)度L=560mm。
4）軸上零件的周向定位
皮帶輪與軸的周向定位均采用平鍵連接，按40mm由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得平鍵截面，C型鍵，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為100mm，錘架板與軸連接選用A型平鍵，尺寸為。軸承與軸的周向定位是由過度配合來保證的。
5）取軸端倒角為，各軸肩處圓角半徑見圖3-4所示。
2.3.2 錘片的設(shè)計(jì)
錘片是錘式粉碎機(jī)最主要的工作部件,也是易損件。我國(guó)每年錘片耗用鋼材數(shù)萬噸以上。提高錘片的使用壽命具有重要意義。錘片的形狀、尺寸、排列方法、線速度對(duì)粉碎效率有很大的影響。目前世界上有多種形狀的錘片。各種錘片的使用性能比較見表2-3。
表2—3各種錘片使性能比較
錘片類型
使用性能
矩形錘片
通用性好,形狀簡(jiǎn)單,易制造。
焊耐磨合金
延長(zhǎng)使用壽命,制造成本較高。
階梯形錘片
工作棱角多,粉碎效果好,但耐磨性差。
尖角錘片
適于粉碎纖維質(zhì)物料,但耐磨性差。
環(huán)形錘片
只有一個(gè)銷孔,工作中自動(dòng)變換工作角因此磨損損均勻,使用壽命較長(zhǎng),但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。
由國(guó)家機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了錘片的型式，規(guī)格和設(shè)計(jì)要求。根據(jù)本此的設(shè)計(jì)要求選擇I型錘片，其具體設(shè)計(jì)圖形如圖2-9所示：
圖2-9 錘 片
本次設(shè)計(jì)中選用I型錘片，錘片的具體參數(shù)為：
長(zhǎng)度a:120mm
寬度c：40mm
厚度e：3mm
孔到錘片一端的距離b：90mm
由于錘片是粉碎機(jī)加工的核心部件，所以要求較高。本錘片選擇的金屬材料是65Mn鋼，且經(jīng)過熱處理。熱處理淬火區(qū)硬度為50-57HRC,非淬火區(qū)硬度不超過28HRC。其淬火區(qū)如圖2-11所示：
圖2-10錘片淬火區(qū)分布圖
2.3.3錘片的排列方式
錘片式粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)子不同于機(jī)械設(shè)備中常見的內(nèi)部無活動(dòng)部件的轉(zhuǎn)子，其執(zhí)行粉碎工作的主要部件—錘片，是懸掛在均布于轉(zhuǎn)子錘架板的銷軸上的，其與銷軸的聯(lián)結(jié)方式屬于鉸接，各錘片可繞銷軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)。
一般來說，不同用途、規(guī)格的錘片式粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子的銷軸數(shù)（即圓周均布的錘片組數(shù)）有所不同，但為減少運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的不平衡，一般均為偶數(shù)；另外，單根銷軸上裝配的錘片數(shù)量時(shí)常差別很大，但總的原則是，同一臺(tái)粉碎機(jī)關(guān)于中心對(duì)稱的兩根銷軸上裝配的錘片數(shù)量相同。
如圖2-12所示為四銷軸十六錘片對(duì)稱排列轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。
圖2-11錘片式粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)
1、 銷軸 2、隔套 3、園螺母4、止退墊圈 5、錘片6、主軸 7、錘架板
主軸既起著安裝、支撐錘架板及錘片組的作用，又擔(dān)負(fù)著動(dòng)力的輸入；錘架板是將錘片組與主軸連接成一體的中介；銷軸穿過兩錘架板上對(duì)稱均布的孔，并與錘片鉸接；隔套的作用僅是將錘片間隔開來，根據(jù)需要形成各種排列方式。
隔套的長(zhǎng)短很容易通過加工予以改變，其排列位置、順序又可以方便地進(jìn)行調(diào)整，這為錘片組多種排列形式的出現(xiàn)提供了條件。常見的方式有螺旋線排列、對(duì)稱排列、交錯(cuò)排列、對(duì)稱交錯(cuò)排列4種（龐聲海和饒應(yīng)昌，1989；杜小強(qiáng)，2003），如圖2-13所示。
(a) 螺旋線排列 (b) 對(duì)稱排列
(c) 交錯(cuò)排列
(d) 對(duì)稱交錯(cuò)排列
圖2-12轉(zhuǎn)子錘片組排列
(a) 螺旋線排列：
螺旋線排列方式分單、雙螺旋兩種，圖a為單螺旋線排列。該排列是最簡(jiǎn)單的錘片排列方式，錘片軌跡均勻，不重復(fù)，但關(guān)于主軸中心對(duì)稱的各對(duì)銷軸上各自錘片組產(chǎn)生的離心力合力的作用線不在同一直線上，存在著不平衡力矩。
(b) 對(duì)稱排列：
該排列方式中，關(guān)于主軸中心對(duì)稱兩銷軸上的錘片安裝對(duì)稱，錘片運(yùn)動(dòng)軌跡重復(fù)。工作過程中，錘片磨損比較均勻。
(c) 交錯(cuò)排列：
該排列分單片和雙片兩種形式，圖c為雙片交錯(cuò)排列。工作中，錘片軌跡均勻，不重復(fù)，但工作時(shí)物料略有推移，銷軸間隔套品種多。
(d) 對(duì)稱交錯(cuò)排列：
該方式錘片左右排列對(duì)稱，運(yùn)動(dòng)軌跡均勻，不重復(fù)，軌跡覆蓋區(qū)域廣。
(a) 螺旋線排列：
螺旋線排列方式分單、雙螺旋兩種，圖a為單螺旋線排列。該排列是最簡(jiǎn)單的錘片排列方式，錘片軌跡均勻，不重復(fù)，但關(guān)于主軸中心對(duì)稱的各對(duì)銷軸上各自錘片組產(chǎn)生的離心力合力的作用線不在同一直線上，存在著不平衡力矩。
(b) 對(duì)稱排列：
該排列方式中，關(guān)于主軸中心對(duì)稱兩銷軸上的錘片安裝對(duì)稱，錘片運(yùn)動(dòng)軌跡重復(fù)。工作過程中，錘片磨損比較均勻。
(c) 交錯(cuò)排列：
該排列分單片和雙片兩種形式，圖c為雙片交錯(cuò)排列。工作中，錘片軌跡均勻，不重復(fù)，但工作時(shí)物料略有推移，銷軸間隔套品種多。
(d) 對(duì)稱交錯(cuò)排列：
該方式錘片左右排列對(duì)稱，運(yùn)動(dòng)軌跡均勻，不重復(fù)，軌跡覆蓋區(qū)域廣[2]。（銷軸摩擦對(duì)錘片式粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)影響的研究，劉寶，2006）
本次設(shè)計(jì)采用的是對(duì)稱交錯(cuò)布置的錘片排列方式。
2.3.4 錘架板
錘架板起支撐銷軸和錘片的作用。轉(zhuǎn)盤架的直徑設(shè)為260mm,厚度為4mm.其質(zhì)量為0.4kg具體形狀如圖2-14所示：
轉(zhuǎn)子的工作直徑為400mm。
圖2-13 錘架板
2.3.5套筒的設(shè)計(jì)
套筒形狀如圖2-15示所示：
圖2-14 套 筒
2.4 機(jī)架、機(jī)殼、輸送裝置及進(jìn)、出料口設(shè)計(jì)
機(jī)架、機(jī)殼：機(jī)架用于支持粉碎機(jī)主體和安裝風(fēng)機(jī)；機(jī)殼分上下機(jī)殼兩部分，內(nèi)部裝有篩片和轉(zhuǎn)子。
輸送裝置：包括風(fēng)機(jī)、輸料管和集粉器。
進(jìn)、出料口：進(jìn)料斗連接在上機(jī)殼上，斗內(nèi)裝有進(jìn)料調(diào)節(jié)板，控制飼料喂入量。出料口連接在下機(jī)殼的下方，物料通過它或進(jìn)入風(fēng)機(jī)或粉房。
圖2—15 進(jìn)料口、上機(jī)殼
常見的臥式錘片式粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)的示意圖：
圖2-16 粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
本次設(shè)計(jì)也是采用臥式結(jié)構(gòu)。
3 零件強(qiáng)度校核
3.1軸的強(qiáng)度校核
3.1.1 求軸上的載荷
由于影響主軸強(qiáng)度的因素較多，這里不作全面分析，只能做一個(gè)初步的估算。
軸上受力分析：
1）軸上主要承受以下幾種力：
a.皮帶輪的徑向力；
b.轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于不平衡引起的離心力；
c.軸承支反力。
2)求各力的大小
a.皮帶輪的壓軸力
由于該粉碎機(jī)用于粉碎不同的三種物料，其粉碎速度不同，用的V帶根數(shù)也不同，因此皮帶輪上壓軸力也不同，由前面得到三種不同情況下的壓軸力為：
=
b.離心力公式為：
式中：—質(zhì)量，，為重力，為重力加速度，m/s；
—質(zhì)點(diǎn)距軸心的距離，m；
—角速度，，rad/s。
錘片組允許質(zhì)量差5克引起的離心力：
轉(zhuǎn)子允許中心偏移量引起的離心力：
已知轉(zhuǎn)子重20kg，轉(zhuǎn)子中心線允許偏移量為0.01 mm；
兩項(xiàng)合計(jì)：
=202.5N+50.6N
=253.1N
轉(zhuǎn)子重力和離心力，都是由兩個(gè)轉(zhuǎn)盤傳到主軸上的，離心力方向隨主軸旋轉(zhuǎn)而變化。根據(jù)分析，當(dāng)離心力方向均為鉛垂