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附錄1 譯 文
摘 要:錘片磨損會(huì)破壞錘片式粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子的平衡,加劇轉(zhuǎn)子振動(dòng)。該文的研究目的是基于虛擬樣機(jī)技術(shù)探討錘片磨損對(duì)轉(zhuǎn)子振動(dòng)的影響規(guī)律。采用MDT和vN4D建立了SFSP112×30型錘片式粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子的虛擬樣機(jī)模型,對(duì)不同錘片磨損情況下粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子的振動(dòng)進(jìn)行了仿真。結(jié)果表明:錘片磨損后,轉(zhuǎn)子振動(dòng)頻率組成變化不大,而振動(dòng)幅值和強(qiáng)度變化較大,其中低頻段振動(dòng)強(qiáng)度增強(qiáng),高頻段振動(dòng)強(qiáng)度降低;導(dǎo)致轉(zhuǎn)子質(zhì)心徑向偏移的錘片磨損使轉(zhuǎn)子振動(dòng)幅值和強(qiáng)度均變大,而導(dǎo)致質(zhì)心軸向偏移的磨損對(duì)轉(zhuǎn)子振動(dòng)影響不大;同樣由于轉(zhuǎn)子質(zhì)心的徑向偏移,轉(zhuǎn)子受迫振動(dòng)頻率強(qiáng)度增加較多。因此,為了降低子運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng),最好避免轉(zhuǎn)子質(zhì)心發(fā)生徑向偏移。
關(guān)鍵詞:錘片式粉碎機(jī)；錘片；虛擬樣機(jī)(VP)；磨損；振動(dòng)
簡(jiǎn) 介
能從谷物中的營(yíng)養(yǎng)提取出來(lái)的飼料粉碎機(jī)已經(jīng)發(fā)展很多年了。但是因?yàn)樗荒芴幚硖厥獾脑?，像谷?lèi)食品和礦石，所以除了丕林島（地名）的少數(shù)人在研究飼料粉碎機(jī)外，很少人去研究他。盡管飼料粉碎機(jī)已經(jīng)可以解決很多問(wèn)題，比如振動(dòng)、噪音、堵塞，用他特有的結(jié)構(gòu)來(lái)解決問(wèn)題，而且可以連續(xù)工作并達(dá)到一定的精度。
雖然一些方法，比如比較低的回轉(zhuǎn)速度，寬的轉(zhuǎn)子直徑被采用，好轉(zhuǎn)了他的性能，但是那些問(wèn)題不能扯得的被解決。最近，分析了飼料粉碎機(jī)在工作狀態(tài)下轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，旋轉(zhuǎn)的速度能被粉碎機(jī)控制在稍低或者稍高的程度。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速在正常工作下都是不變的，除了在長(zhǎng)時(shí)間工作摩擦后。由于錘片的排列或者是其他的因素，產(chǎn)生轉(zhuǎn)子的離心力不固定，所以錘片的磨損是不均衡的，因此，我們要學(xué)習(xí)掌握錘片要磨損時(shí)候的特征，為了使粉碎機(jī)振動(dòng)保持穩(wěn)定。
實(shí)質(zhì)上的原型技術(shù)（VP）是一個(gè)用cad加工程序代替真實(shí)的模型，為了測(cè)試這種產(chǎn)品的特性和特征。這就像電腦的硬件和軟件的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)通過(guò)vp技術(shù)開(kāi)展起來(lái)。同時(shí)，傳統(tǒng)的模擬技術(shù)對(duì)VP的認(rèn)識(shí)理解很有基礎(chǔ)。除了高科技種田，VP技術(shù)還適用于日益發(fā)展的農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)。作者努力的將VP技術(shù)應(yīng)用于工程分析技術(shù)。
對(duì)于飼料粉碎機(jī)中轉(zhuǎn)子單一的動(dòng)力模型，被用來(lái)發(fā)展轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)，轉(zhuǎn)子有效的運(yùn)動(dòng)模型被MDT和VN4D當(dāng)做虛擬原型來(lái)用。VP技術(shù)模擬不同情況的磨損下，研究轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的震動(dòng)和錘片磨損的分析。
1.單一化轉(zhuǎn)子的模型
SFSP112×30的轉(zhuǎn)子的錘片被均勻的排列，它是由定子、滾球軸承、錘片、軸子組成，最大轉(zhuǎn)速為1480r/min。所以它的最大頻率應(yīng)該是1480/60=24.6Hz。
圖一 SFSP112×30的轉(zhuǎn)子圖表
基于集總的單一化原則叁數(shù)方法 被單一化的模型應(yīng)該有同樣的總質(zhì)量，瞬間的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有最初的質(zhì)心位置決定。粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)子被單一化的分別運(yùn)行在六個(gè)圓盤(pán)里。在這系統(tǒng)里，每一個(gè)自我排列的定子，會(huì)在壓力的作用下自己運(yùn)行到指定的位置，能夠計(jì)算出他們最后的位置。
2.轉(zhuǎn)子的虛擬原型
轉(zhuǎn)子的3D模型需要建立在一個(gè)MDT的三維建模軟件上，VP的技術(shù)原本是用來(lái)實(shí)現(xiàn)Vn4D的，其中包括重要的參數(shù)從轉(zhuǎn)子的發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。一些重要參數(shù)列出如下
（1）定子連接上，平鍵連接被強(qiáng)固連接完全代替；
（2）強(qiáng)固連接也被用來(lái)連接圓盤(pán)；
（3）因?yàn)檩S子被用來(lái)限制錘片的位置，所以強(qiáng)固連接被用來(lái)限制軸子和錘片的位置；
（4）在錘片和螺釘通過(guò)強(qiáng)固連接，來(lái)限制彼此的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，來(lái)完成軸的夾緊；
（5）球軸承被軸襯所代替，軸襯確定參數(shù)。
（6）電動(dòng)機(jī)的限制被增加到左邊的結(jié)束，他的參數(shù)、轉(zhuǎn)力矩輸出功能被設(shè)置在平衡的感電電動(dòng)機(jī)上
3.VP技術(shù)的模擬分析
為了要加速模擬速度，唯一的沒(méi)有外部的那些環(huán)境應(yīng)用的負(fù)荷被模擬，同時(shí)，粉碎機(jī)需要非常短的加速時(shí)間，沒(méi)有負(fù)載的環(huán)境是不可能的。粉碎機(jī)需要加速的這段時(shí)間內(nèi)，轉(zhuǎn)子跑到他的位置上。 錘片的排列的結(jié)果，在研磨中起作用的軸通常用不同種型號(hào)，錘片通過(guò)定子的排列的長(zhǎng)短來(lái)確定。因此質(zhì)心上的轉(zhuǎn)子偏離最初的位置。根據(jù)概率公差，質(zhì)心的方向也就是軸運(yùn)動(dòng)的方向，磨損的方向是在情理之中的。此外，和磨損情形對(duì)比，錘片的磨損也是模擬的。
根據(jù)模擬的結(jié)果列出表1
磨損的圖被展現(xiàn)在圖4上，第四個(gè)錘片和軸子被標(biāo)在Ⅰ和Ⅳ上，當(dāng)從軸向觀察，每組的錘片，每組都標(biāo)著1到8平行的定子，在圖4A磨損程度每個(gè)錘片是平等的。圖 4B條的磨損程度，每個(gè)錘片的一組是不平等的，而相應(yīng)的錘片組有Ⅰ ，Ⅲ 同樣的磨損程度。至于Fig.4c和Fig.4d的磨損程度的錘片是不相同完全。圖5顯示振動(dòng)加速度和動(dòng)力頻譜圖的球軸承收集在這一過(guò)程中，該轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)第一第二輪之后， 14號(hào)實(shí)線代表的振動(dòng)響應(yīng)左軸承和虛線代表是正確的。 圖4示意圖磨損形式。錘片的磨損的主體部分的振動(dòng)頻率之前和之后沒(méi)有變化。 但強(qiáng)度在每一個(gè)頻率是完全不同的圖5振動(dòng)響應(yīng)每個(gè)軸承從相應(yīng)的頻率，損壞轉(zhuǎn)子。在低頻階段加強(qiáng)和強(qiáng)度削弱了在高頻率的階段。特別是根據(jù)“甚至磨損”形勢(shì)的變化很大大于其他情況下。和同樣的結(jié)論可以發(fā)現(xiàn)振動(dòng)擴(kuò)增管轉(zhuǎn)子。通過(guò)對(duì)比Fig.5b和Fig.5c ， 可以推斷，徑向偏移嚴(yán)重破壞了平衡的轉(zhuǎn)子。這一結(jié)論也可以通過(guò)Fig.5d和 Fig.5e的對(duì)比得到。由于徑向偏移量“相鄰不均勻磨損“顯然是大于“不對(duì)稱(chēng)不均勻磨損” 。強(qiáng)度在強(qiáng)迫振動(dòng)頻率（24.67赫茲）增加多少更根據(jù)“甚至耐磨”和“相鄰不均勻磨損”的情況，雖然有點(diǎn)變化根據(jù)以上兩種情況對(duì)比。
4結(jié)論
?（1）磨損形式并不影響能使錘片的振動(dòng)頻率改變的轉(zhuǎn)子。然而，它確實(shí)帶來(lái)了明顯的變化強(qiáng)度的頻率，其中的強(qiáng)度低頻率的階段，同時(shí)加強(qiáng)這一高頻率階段的削弱。
（2）徑向偏移現(xiàn)實(shí)出來(lái)是不穩(wěn)定的轉(zhuǎn)子相對(duì)于軸向偏移。振幅和強(qiáng)度大大增加時(shí)質(zhì)心偏離徑向。
（3）強(qiáng)度的強(qiáng)迫振動(dòng)頻率大大提高時(shí)，會(huì)出現(xiàn)無(wú)論是錘片磨損均勻或鄰近群體錘片磨損不均等方面的磨損情況。它需要較大的徑向力來(lái)抵消這兩個(gè)磨損形式，結(jié)果是不穩(wěn)定的轉(zhuǎn)子。
（4）基于以上這些結(jié)論，為了控制飼料粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)子的振動(dòng)，飼料粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)子不應(yīng)徑向偏移。因此，轉(zhuǎn)子需要很好的平衡特別是需要在達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡之前進(jìn)入正常的運(yùn)行。
附錄2 英文參考資料
Vibration generated by the abrasion of the hammer slicein feed-grinder based on virtual prototype technology
Abstract: The abrasion of the hammer slice can cause the rotor of the feed-grinder to lose balance and then make the grinder vibrate. A virtual prototype (VP) based on the rotor of SFSP112×30 feed-grinder was set up by using MDT and vN4D for investigating the relationship between the abrasion of the hammer slice and the vibration of the rotor. By simulating the VP with various abrasion forms, it has been found that the abrasion form does not influence the makeup of the vibration frequency but the intensity. That is, the intensity of the low-frequency stage strengthens but that of the high-frequency stage weakens when the hammer slices are worn out. The vibration amplitude and intensity both increase when the abrasion makes the centroid of the rotor offset radially. However, they do not change much when the centroid offsets axially. The intensity of the forced vibration frequency also greatly rises when the center of mass offsets radially.
Therefore, to damp the vibration of the feed-grinder the centroid of the rotor had better not offset radially.
Key words feed-grinder; hammer slice; virtual prototype (VP); abrasion; vibration
Vibration generated by the abrasion of the hammer slice in feed-grinder based on virtual prototype technology[J]. As one of the kernel equipment in feedstuff processing industry, the feed-grinder has been developed for years. But because of its special processing object, like cereal and mineral, there are few theoreti- cal studies on the feed-grinder except some experimen- tal researches. However, while the feed-grinder runs into many problems such as vibration, noise and clog- ging which mainly result from its own structure char- acteristics, running environment and fitting precision.
Although some methods such as lower rotational speed and wider rotor diameter have been adopted to im-prove its performance, those problems cannot be thor- oughly solved. Recently, et al has analyzed the vibration of the feed-grinder by calculat- ing the natural frequency of the rotor. Therefore, the rotation speed can be adjusted to be lower or high- er than the resonance speed to damp the vibration of the pulverator. But the natural frequency of the rotor is not constant, especially after long time grinding. On account of the array of the hammer slices and other factors, the hammer slices usually abrade unevenly, which causes the eccentricity of the rotor and then make the grinder vibrate[9]. Therefore, studying the characteristics when the hammer slices abrade is quite practical for taking better action to damp the vibration of the pulverator.
Virtual prototype (VP) technology is a process ofusing a CAD model, instead of a physical prototype, to test and evaluate the specific characteristics of a product or a manufacturing process[1]. The develop- ment of hardware and software of computer and network technology widely expands the application of VP. Meanwhile, traditional optimization and simula- tion techniques provide essential foundation to realize VP. Except for the hi-tech field, VP technology has also been applied to agricultural machinery design increasingly[10]. The authors attempt to apply VP technology to the engineering analysis of general machinery.
In this paper a simplified dynamic model for the rotor of the feed-grinder was developed based on rotor dynamics and the corresponding virtual prototype of the rotor was generated by using MDT and vN4D. By simulating the VP under different abrasion situations, the vibration characteristics of the rotor when the hammer slices abrade was analyzed.
1 Simplified model of the rotor
The rotor of SFSP112×30 feed-grinder with the symmetrical hammer slice array is shown in Fig.1. It consists of spindle, ball bearings, disk boards, ham-mer slices, pins and sleeves and its full-load rotational speed is 1480 r/min. So its frequency of the forced vibration should be 1480/60=24.67Hz.
Fig.1 Diagram of the rotor of SFSP112×30 feed-grinder
Based on the simplification principle of lumped parameter method[2]that the simplified model should have the same gross mass, moment of inertia and posi- tion of centroid to the original, the rotor of the pulver- ator was simplified into a one-span six-disc rotor system with two springs' support, as shown in Fig.2. The right end of the spindle and the center of each ball bearing and disk board are chosen as the positions of six disks. Fig.2 Simplified model of the rotor
The ball bearing is generally considered that it only provides stiffness because of its small damping[3]. In the system each self-aligning bearing on one side of the spindle is modeled as a spring, the stiffness of which can be calculated in the light of the following equation[4]:
2 Virtual prototype of the rotor
The 3D model of the rotor which only includes parts related to the simulation was built in MDT, a three- dimensional modeling software. The initialization of VP was fulfilled in vN4D, including importing the 3D model from MDT, modifying constraints between the parts and appending motor power[5]. Some important steps are listed below:
1) Instead of flat key joint each disk board is attached to the spindle by rigid joint which locks two bodies together absolutely.
2)Rigid jointis also used to fasten the pin with the disk board.
3) Because sleeves are used to limit the positions of the hammer slices, rigid joint is set as the constraint between the sleeve and the pin.
4) Constraint between the hammer slice and the pin is revolution joint, which is used to limit the motion of two bodies so that one body only rotates about a certain axis with respect to the other body.
5) The ball bearings are replaced by bushing constraint which can simulate the function of ball bearings. Eq. (1) is set as the stiffness function parameter of bushing constraint.
6) A motor constraint is added to the left end .
3 VP simulation and analysis
In order to accelerate the simulation speed, only those circumstances without external applied load were simulated. Meanwhile, since the pulverator needs a very short accelerating time, only the stage when the rotor runs stably is considered in this paper. As a result of the permutation of the hammer slices, the axial distribution of the material in the mill housing is often inhomogeneous and so does the wear extent of each hammer slice along the spindle. There- fore, the centroid of the rotor deviates from its original position. According to the probable deviation direction of the centroid, namely, radial, axial and both directions, four kinds of abrasion forms were specified. Furthermore, to contrast with the vibration under abrasion situations the performance with undamaged hammer slices was also simulated. The results of simulation are listed in Table 1.Table 1 VP simulation results with five abrasion forms of hammer slices
The diagrammatic sketch of the assumed abrasion forms is shown in Fig. 4. The four pin-and-sleeve groups were labeled fromⅠtoⅣclockwise when viewed from the axial direction and the hammer slices in each group are all marked from 1 to 8 parallel to the spindle. In Fig.4a the worn extent of each hammer slice is equal. In Fig. 4b the worn extent of each hammer slice in one group is unequal while the corresponding hammer slices in groupⅠandⅢhave the same worn extent. As for Fig.4c and Fig.4d the worn extent of the hammer slice is not identical entirely.
Figure 5 shows the vibration acceleration and power spectrum diagram (PSD) of the ball bearings collected in the process that the VP of the rotor ran for one second after it had wheeled for 14 s. Real line represents the vibration response of the left bearing and dashed line represents that of the right one. Fig.4 Sketch of abrasion forms.
The component of the vibration frequency changes little before and after the hammer slices are worn out. But the intensity at each frequency is quite different Fig.5 Vibration response of each bearing from the corresponding frequency of undamaged rotor.
At low-frequency stage the intensity strengthens and weakens at high-frequency stage. Especially the intensity under " even abrasion" situation changes much greater than that under other situations. And the same conclusion can be found for the vibration amplitude of the rotor. By contrasting Fig.5b and Fig.5c, it can be inferred that the radial offset of the centroid badly destroyed the balance of the rotor. This conclusion can also be acquired by contrasting Fig.5d and Fig.5e because the radial offset quantity of "adjacent uneven abrasion" is obviously larger than that of "asymmetric uneven abrasion". The intensity at the forced vibration frequency (24.67Hz) increases much more sharply under " even abrasion" and " adjacent uneven abrasion" situations while it changes a little under the other two situations.
4 Conclusions
1) The abrasion form of hammer slice does not influence the makeup of the vibration frequency of the rotor. However it really brings obvious changes to the intensity of the frequency, which exhibits that the intensity of low-frequency stage strengthens while that of high-frequency stage weakens.
2) The radial offset of the centroid can markedly disrupt the balance of the rotor compared with the axial offset. The vibration amplitude and intensity both increase greatly when the center of mass deviates radially.
3) The intensity at the forced vibration frequency is greatly raised when either the hammer slices wear evenly or the adjacent hammer slice groups wear unevenly with respect to other abrasion forms. It owes to the larger radial centroidal offset of these two abrasion forms that results in the imbalance of the rotor.
4) Based on these conclusions above, in order to damp the vibration of the feed-grinder the centroid of the rotor should not present radial offset. So the rotor needs to be well balanced especially in the dynamic balance test before going into operation.
塔里木大學(xué)
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū)
學(xué)院
機(jī)械電氣化工程學(xué)院
班級(jí)
學(xué)生姓名
學(xué)號(hào)
課題名稱(chēng)
小型物料粉碎機(jī)的設(shè)計(jì)
起止時(shí)間
年 月 日—— 年 月 日（共 14 周）
指導(dǎo)教師
職稱(chēng)
講師
課題內(nèi)容
粉碎是利用機(jī)械的方法克服固體物料內(nèi)的凝聚力而將其破碎的一種操作，它是食品加工的基本操作之一，習(xí)慣上稱(chēng)作為破碎。粉碎在工業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品加工行業(yè)具有重要的作用。錘片式粉碎機(jī)是利用高速旋轉(zhuǎn)的錘片對(duì)進(jìn)入粉碎室的物料反復(fù)錘擊，加上轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)離心力作用，使物料在粉碎室內(nèi)的齒板與篩片問(wèn)相互撞擊，粉碎成細(xì)小粉末。設(shè)計(jì)一種小型錘片式粉碎機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的中等粉碎，成品粒度0.1-2mm。
擬定工作進(jìn)度（以周為單位）
第 1周（ -- ）查閱相關(guān)文獻(xiàn)，準(zhǔn)備撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告。
第2-3周（ -- ）粗畫(huà)結(jié)構(gòu)草圖，確定設(shè)計(jì)方案，完成開(kāi)題報(bào)告。
第4-5周（ -- ）根據(jù)工作要求，查閱相關(guān)手冊(cè)，選擇、設(shè)計(jì)計(jì)算并校核各零部件。
第6-8周（ -- ）運(yùn)用CAD軟件，繪制并完成二維零件圖和裝配圖。
第9-10周（ -- ）條件允許的情況下，運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件完成部分零部件的三維建模。
第11周（ -- ）從維護(hù)、調(diào)試等方面對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行說(shuō)明。
第12-13周（ -- ）完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
第14周（ -- ）答辯。
主要參考文獻(xiàn)
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任務(wù)下達(dá)人（簽字）
年 月 日
任務(wù)接受人意見(jiàn)
任務(wù)接受人簽名
年 月 日
注：1、此任務(wù)書(shū)由指導(dǎo)教師填寫(xiě)，任務(wù)下達(dá)人為指導(dǎo)教師。
2、此任務(wù)書(shū)須在學(xué)生畢業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)開(kāi)始前一周下達(dá)給學(xué)生本人。
3、此任務(wù)書(shū)一式三份，一份留學(xué)院存檔，一份學(xué)生本人留存，一份指導(dǎo)教師留存。
2012屆畢業(yè)生
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）資料
學(xué)生姓名
學(xué) 號(hào)
所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院
專(zhuān) 業(yè) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化與自動(dòng)化
班 級(jí)
塔里木大學(xué)教務(wù)處制
12 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 小型物料粉碎機(jī)的設(shè)計(jì) 說(shuō)明書(shū) 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化 班 級(jí) 指導(dǎo)教師 日 期 塔里木大學(xué)教務(wù)處 目錄 前言 ................................................................................................................................................................1 1 緒論 ............................................................................................................................................................2 1.1 本課題研究的目的及意義 ..................................................................................................................2 1.2 本課題的研究現(xiàn)狀和分析 ..................................................................................................................2 1.2.1.現(xiàn)有粉碎機(jī)類(lèi)型及其特點(diǎn) ...............................................................................................................2 1.3 本課題需要重點(diǎn)研究的、關(guān)鍵的問(wèn)題及解決的思路 ......................................................................3 2 錘片式粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)說(shuō)明 ............................................................................................................................3 2.1 錘片式粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖 ......................................................................................................3 2.2 錘片式粉碎機(jī)的工作原理 ..................................................................................................................4 3 傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) ............................................................................................................................................4 3.1 電動(dòng)機(jī)選擇 ..........................................................................................................................................4 3.2 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 ..............................................................................................................................5 3.3 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ..................................................................................................................................6 4 錘片式粉碎機(jī)的零件說(shuō)明 ........................................................................................................................7 4.1 轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)直徑 D（MM） 、粉碎室寬度 B（MM）和主軸轉(zhuǎn)速 N (R/MIN) ....................................7 4.2 錘片選擇 ..............................................................................................................................................7 4.3 篩子設(shè)計(jì) ..............................................................................................................................................8 4.4 錘篩間隙設(shè)計(jì) ......................................................................................................................................8 4.5 轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì) ..............................................................................................................................................9 4.6 喂料裝置設(shè)計(jì) ......................................................................................................................................9 4.7 閘板設(shè)計(jì) ............................................................................................................................................10 4.8 粉碎室設(shè)計(jì) ........................................................................................................................................10 5 軸的設(shè)計(jì) ..................................................................................................................................................10 6 鍵選擇與校核 ..........................................................................................................................................11 7 軸的校核 ..................................................................................................................................................12 8 軸承 ..........................................................................................................................................................13 8.1 軸承的選擇 ........................................................................................................................................13 8.2 軸承的潤(rùn)滑和密封 ............................................................................................................................14 8.3 軸承的密封 ........................................................................................................................................14 8.4 軸承端蓋的設(shè)計(jì) ................................................................................................................................14 9 軸系零件的定位 ......................................................................................................................................14 9.1 軸向定位 ............................................................................................................................................14 9.2 周向定位 ............................................................................................................................................14 10 機(jī)架設(shè)計(jì) ................................................................................................................................................14 11 箱體的設(shè)計(jì) ............................................................................................................................................15 12 錘片式粉碎機(jī)注意事項(xiàng)、調(diào)試、維護(hù)和保養(yǎng) ....................................................................................15 13 結(jié)論 ........................................................................................................................................................16 致謝 ..............................................................................................................................................................17 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................................................18 塔里木大學(xué)畢業(yè)論文 1 前言 小型物料含有豐富營(yíng)養(yǎng)成分，且具有較高的食用價(jià)值和工業(yè)價(jià)值。本課題的設(shè)計(jì)，對(duì)發(fā)展小型 物料深加工，增加財(cái)政收入，幫助山區(qū)農(nóng)民脫貧致富將起到積極的推進(jìn)作用。 本設(shè)計(jì)以增加粉碎能力和篩分效率入手，要設(shè)計(jì)一種高效、低耗、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、使 用安全的小型物料粉碎機(jī)。我的設(shè)計(jì)思路為：制定方案—選擇功率—設(shè)計(jì)帶傳動(dòng)—設(shè)計(jì)粉碎室寬 度、轉(zhuǎn)子直徑—進(jìn)行細(xì)節(jié)方面的設(shè)計(jì)（包括軸、篩子、錘片選擇、軸承密封裝置、機(jī)架、連接件 等）—進(jìn)行軸、鍵的強(qiáng)度校核—畫(huà)零件圖和裝配圖—編寫(xiě)說(shuō)明書(shū)。 該粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，粉碎室比較窄，生產(chǎn)率比較高主要包括轉(zhuǎn)子、錘片、主軸、喂料口、閘 板、篩子、粉碎室、機(jī)架等部分，以小功率的電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，采用帶傳動(dòng)，利用高速旋轉(zhuǎn)的錘 片對(duì)進(jìn)入粉碎室的物料進(jìn)行反復(fù)錘擊，加上轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)離心力作用，使物料在粉碎室與篩片問(wèn)相 互撞擊摩擦，利用篩片孔的直徑控制加工產(chǎn)品粒度，最后粉碎成細(xì)0.1—2mm 的小粉末，粉碎后的 顆粒通過(guò)篩片進(jìn)入出粉管經(jīng)出料口排出。 塔里木大學(xué)畢業(yè)論文 2 1 緒論 1.1 本課題研究的目的及意義 粉碎是利用機(jī)械的方法克服固體物料內(nèi)的凝聚力而將其破碎的一種操作，它是食品加工的基 本操作之一，習(xí)慣上稱(chēng)作為破碎。粉碎在工業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品加工行業(yè)具有重要的作用。而小型物料不 但包括日常的生活用品，如花椒、玉米等日常生活用品，也包括某些材料如藥材等。在這些材料 的加工過(guò)程中離不開(kāi)粉碎機(jī)，隨意對(duì)粉碎機(jī)的研究是順應(yīng)省會(huì)生產(chǎn)的需要。 隨著化工、建材、非金屬礦、涂料等行業(yè)的發(fā)展,人們對(duì)非金屬礦物原料的產(chǎn)品細(xì)度要求越來(lái) 越高。例如,超細(xì)粉可作為超導(dǎo)材料的添加劑某些藥品只有達(dá)到微米級(jí)才能被人體吸收彩色顯像管 用的石墨乳、精細(xì)化工中的化妝品以及油漆、涂料等均需要產(chǎn)品細(xì)膩而均勻。 同時(shí)，粉碎機(jī)還應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品的加工，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)，并且機(jī)械化技術(shù)越來(lái)越高，這就需要我 們更進(jìn)一步的研究小型物料粉碎機(jī)，使其相關(guān)性能滿(mǎn)足農(nóng)產(chǎn)品加工的需求。 在粉碎工業(yè)粉碎機(jī)的地位是不可或缺的，各種各樣的粉碎機(jī)雖然工作原理不盡相同，但是所 產(chǎn)生的意義都是相同的。粉碎是利用機(jī)械的方法克服固體物料內(nèi)的凝聚力而將其破碎的一種操作， 屬于尺寸減小機(jī)械的范疇，對(duì)物料施加一定的外力，克服分子間的內(nèi)聚力，就將物料分裂破碎的 操作稱(chēng)為尺寸減小，而物料的化學(xué)性質(zhì)不會(huì)發(fā)生變化。本設(shè)計(jì)從增加粉碎能力和篩分效率入手， 進(jìn)行了各種方案的探討，要設(shè)計(jì)一種具有高效、低耗、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、使用安全的小型粉 碎機(jī)。 1.2 本課題的研究現(xiàn)狀和分析 我國(guó)粉碎機(jī)是隨著 20 世紀(jì)五六十年代養(yǎng)豬業(yè)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。1972 年在山東紅旗爪齒 式粉碎機(jī)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了全國(guó)系列化。國(guó)內(nèi)常用的普通粉碎機(jī)主要有錘片式和齒爪式兩種，它 們都是采用機(jī)械的方法對(duì)原料以沖擊方式進(jìn)行粉碎。被粉碎的原料有谷粒類(lèi)、果蔬類(lèi)、莖稈類(lèi)、 餅粕類(lèi)和礦物類(lèi)等，起適用范圍廣泛，通用性強(qiáng)，而且構(gòu)造簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，易于控制產(chǎn)品的 粒度，適用維修方便、可靠。目前，國(guó)內(nèi)小型粉碎機(jī)多為爪式，產(chǎn)量低、粉碎粒度不易調(diào)整。在 農(nóng)戶(hù)中還有使用柴油機(jī)帶動(dòng)的粉碎機(jī)（如 9F-36 等型號(hào)） ，其噪音大，使用不方便。 例如：正昌 138 系列冠軍王粉碎機(jī)采用組合多腔粉碎室，粉碎效率較普通機(jī)型提高 l0％一 30％。牧羊 SWFP66×100 型錘片式微粉碎機(jī)采用可調(diào)節(jié)的軸端進(jìn)風(fēng)口。有效改善了粉碎機(jī)的輔助 吸風(fēng)系統(tǒng)，提高了粉提高了粉碎效率。 國(guó)外典型的錘片式飼料粉碎機(jī)。由于錘片式粉碎機(jī)的技術(shù)進(jìn)步，飼料粉碎作業(yè)具有更高的效 率、更低的電耗和成本。 例如：北美地區(qū)使用的錘片式粉碎機(jī)，直徑達(dá) 1.9m，篩片面積 4.5m2，轉(zhuǎn)速 3600r／min ，錘 片線速度 107m／s，功率 447kW，大多還配有供風(fēng)系統(tǒng)用于氣力輸送。 美國(guó) Roskamp Champion(CPM)公司的 HM 系列水滴型臥式錘片粉碎機(jī)，篩孔采用交錯(cuò)開(kāi)孔 排列布置方式，采用不同篩孔直徑(3．2～4.8mm)的篩片組合使用，效率提高 10％～15％，可通 過(guò)調(diào)節(jié)錘篩間隙來(lái)控制產(chǎn)品粒度。 荷蘭 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)行中即可更 換篩板，配有自動(dòng)電磁清潔系統(tǒng)，適應(yīng)性得到提高。 意大利 GBS 公司的 MSVl20／25 型立式粉碎機(jī)，機(jī)體內(nèi)部涂覆耐磨材料顯著降低了粉碎機(jī)噪 聲。 瑞士 Buhler 公司的 DFZK 一 2 型系列雙立軸錘片式粉碎機(jī)，自動(dòng)控制系統(tǒng)中配備有重顆粒剔 除、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)堵料等功能，先進(jìn)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和動(dòng)力配備使得該機(jī)的單位產(chǎn)量電耗相對(duì)早先機(jī) 型有所降低。 1.2.1.現(xiàn)有粉碎機(jī)類(lèi)型及其特點(diǎn) （1）沖擊式粉碎機(jī) 目前帶有內(nèi)分級(jí)結(jié)構(gòu)的沖擊式粉碎機(jī)也很普遍，要注意分級(jí)系統(tǒng)與粉碎機(jī)的粉碎腔的有機(jī)結(jié) 合，特別是在分級(jí)系統(tǒng)的葉片設(shè)計(jì)與調(diào)整上氣流的流動(dòng)方面。生產(chǎn)實(shí)踐中，有些企業(yè)往往注重粉 碎機(jī)部分而忽略了分極系統(tǒng)，結(jié)果設(shè)備使用不理想。 （2）振動(dòng)粉碎機(jī) 塔里木大學(xué)畢業(yè)論文 3 有水平型氣流磨、垂直環(huán)形氣流磨、對(duì)沖式氣流磨、流化床式氣流磨、靶式氣流磨、旋轉(zhuǎn)式 氣流粉碎機(jī)等。其粉碎機(jī)理也是靠沖擊，不過(guò)是靠高速氣流推帶物料，使物料與物料、氣流、固 定機(jī)件(沖突板)的沖擊而粉碎的干式、連續(xù)作業(yè)?？蛇m用于礦靶式和旋轉(zhuǎn)式還可以用作塑料及纖 維分布區(qū)域很窄。又因?yàn)闅怏w在噴嘴處所以粉碎溫度很低，可用于低溫點(diǎn)和粉碎機(jī)的設(shè)各投資大、 能耗大、運(yùn)轉(zhuǎn)成本高，所以其應(yīng)用受到了很大限制。一般只在高值高檔產(chǎn)品才使用。此外。尚有 稱(chēng)噴射粉碎法的，是氣流粉碎的別稱(chēng)。原理是利用流體能量進(jìn)行噴射而使物料粉碎。有超聲波沖 擊粉碎、噴射沖擊、噴氣粉碎等。其本質(zhì)都是在循環(huán)氣流中運(yùn)動(dòng)的粒子能中心部位被加速，引起 相互沖突而式粉碎機(jī)一類(lèi)使用于硬質(zhì)性物料粉碎。 （3）膠體磨 膠體磨是一種高速旋轉(zhuǎn)、靠沖擊、剪切和摩擦而粉碎的濕式、連續(xù)作業(yè)國(guó)有多種產(chǎn)品。缺點(diǎn) 是對(duì)固液濃度比有一定要求，且要求破碎比鞍大時(shí)，需多次磨才能達(dá)到要求。 （4）錘片式粉碎機(jī) 錘片式粉碎機(jī)是利用高速旋轉(zhuǎn)的錘片對(duì)進(jìn)入粉碎室的物料反復(fù)錘擊，加上轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)離心力 作用，使物料與粉碎室內(nèi)的篩片相互撞擊摩擦，利用篩片控制加工產(chǎn)品粒度，粉碎成細(xì)小粉末。 粉碎機(jī)采用雙圓盤(pán)轉(zhuǎn)子，中間設(shè)置架板，既作轉(zhuǎn)予骨架支撐兩片圓盤(pán)，又起到風(fēng)機(jī)葉片的作用， 在轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)造成負(fù)壓，實(shí)現(xiàn)了軸向高負(fù)壓進(jìn)料和高壓差排料的理想設(shè)計(jì)。其特點(diǎn)是機(jī)構(gòu)簡(jiǎn) 單，粉碎室比較窄，具有溫度低、噪音小、效率高等特點(diǎn)。適宜制藥、食品、化工、科研、冶金 等工業(yè)部門(mén)將含淀粉的物料或礦石等干燥的物料。粒度大小通過(guò)更換不同孔徑的網(wǎng)篩獲得 （5）齒爪式粉碎機(jī) 齒爪式粉碎機(jī)對(duì)物料的粉碎以打擊為主，兼有擠壓、鋸切碎等。其主要有進(jìn)料口、動(dòng)齒盤(pán)轉(zhuǎn) 子、定齒盤(pán)、包角為 360o的環(huán)篩和排料口等組成。工作時(shí)，物料從喂料斗軸向喂入，落入粉碎室 的物料在定齒的支撐作用下，受到定、動(dòng)齒盤(pán)和篩片的沖擊、碰撞與搓擦作用，粉碎后的顆粒通 過(guò)篩片進(jìn)入出粉管經(jīng)出料口排出。定齒盤(pán)上有兩圈齒，齒的斷面呈扁矩形，動(dòng)齒盤(pán)上安裝有三圈 齒，其橫截?cái)嗝娉蕡A、扁矩形。其缺點(diǎn)是噪聲和粉塵較大。 1.2.2 現(xiàn)有的粉碎方法: （1）壓碎 物料在兩平面間受到緩慢增長(zhǎng)的壓力作用而粉碎。對(duì)大塊物料，第一步多采用此 法處理。 （2）劈碎 物料受楔狀刀具的作用而被分裂。多用于脆性材料的破碎。 （3）剪碎 物料在兩個(gè)破碎工作面間，如同承受載荷的兩支點(diǎn)（或多支點(diǎn)）梁，除了外力作 用點(diǎn)受劈力外，還發(fā)生彎曲折斷。多用于硬脆性大塊物料的破碎。 （4）擊碎 外力在瞬間受到外來(lái)的沖擊力而被擊碎。 （5) 磨碎 物料在兩個(gè)工作面或各種形狀的研磨面之間受到摩擦、剪切作用而被削成為細(xì)粒。 1.3 本課題需要重點(diǎn)研究的、關(guān)鍵的問(wèn)題及解決的思路 本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一種小型粉碎機(jī)，采用錘片式、水滴型篩片結(jié)構(gòu)，頂端徑向進(jìn)料，具有操作方便、 質(zhì)量輕、生產(chǎn)率高的特點(diǎn)，解決了粉碎機(jī)的過(guò)載問(wèn)題，使電機(jī)工作穩(wěn)定，本設(shè)計(jì)重點(diǎn)研究采用動(dòng) 力源為電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)粉碎機(jī)，將小型物料粉碎小型物料在粉碎室內(nèi)受錘片與物料問(wèn)相互撞擊，粉 碎成細(xì)小粉末實(shí)現(xiàn)對(duì)花椒的中等粉碎，要求成品粒度 0.1-2mm。 （1）根據(jù)小型粉碎機(jī)的生產(chǎn)率選擇合適的配套功率。 （2）確定傳動(dòng)方式。 （3）根據(jù)配套功率設(shè)計(jì)粉碎室寬度 B、錘片數(shù) Z、轉(zhuǎn)子直徑 D 等。 （4）畫(huà)出零件圖和裝配圖。 （5）對(duì)軸和鍵進(jìn)行校核計(jì)算。 （6）制定粉碎機(jī)的注意事項(xiàng)、日常維護(hù)和檢修方案。 2 錘片式粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)說(shuō)明 2.1 錘片式粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖 經(jīng)過(guò)探討，確定小型物料粉碎機(jī)的總體結(jié)構(gòu)，包括轉(zhuǎn)子、錘片、主軸、喂料口、閘板、篩子、 粉碎室、機(jī)架等。 整個(gè)機(jī)體左右對(duì)稱(chēng)，轉(zhuǎn)子可以正反轉(zhuǎn)工作。當(dāng)錘片一側(cè)磨損后，可改變轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向，不需 停車(chē)來(lái)調(diào)換錘片。 塔里木大學(xué)畢業(yè)論文 4 583924671 1.喂料斗 2.閘板 3.粉碎室 4.轉(zhuǎn)子 5.軸 6.錘片 7.篩片 8.出料口 9.機(jī)架 圖 2-1 錘片式粉碎機(jī)結(jié)構(gòu)圖 2.2 錘片式粉碎機(jī)的工作原理 工作時(shí),電動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶傳動(dòng)帶動(dòng)粉碎機(jī)的軸高速回轉(zhuǎn)，物料從喂料斗進(jìn)入粉碎室后,受到高 速回轉(zhuǎn)錘片的打擊而破裂,并以較高的速度飛向篩片,與篩片撞擊和摩擦后進(jìn)一步破碎,通過(guò)如此反 復(fù)打擊, 物料被粉碎成小碎粒。利用篩片孔的直徑控制加工產(chǎn)品粒度，最后粉碎成細(xì)0.1—2mm 的 小粉末 ，粉碎后的顆粒通過(guò)篩片進(jìn)入出粉管經(jīng)出料口排出。錘片粉碎機(jī)的工作過(guò)程主要由兩方面 構(gòu)成:一是物料受錘片的沖擊作用；二是錘片和物料、篩片和物料相互間的摩擦作用。 3 傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 綜合考慮效率、質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)性能、生產(chǎn)條件。選擇用普通 V 帶傳動(dòng)。帶傳動(dòng)具有良好的撓性， 可緩和沖擊，吸收振動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。 3.1 電動(dòng)機(jī)選擇 (1)配用的電動(dòng)機(jī)的功率 P(KW)的大小，要根據(jù)粉碎機(jī)粉碎小型物料的生產(chǎn)能力 Q(t/h)來(lái)決 定，不宜過(guò)大或過(guò)小。一般應(yīng)按下式計(jì)算：P=(6.4～10.5)Q。如要求粉碎得較細(xì)，系數(shù)的值可取 大一點(diǎn)， ，如要求粉碎得較粗，系數(shù)的值可取小一點(diǎn)。 ，按照經(jīng)驗(yàn)取 Q=100kg/h，則電動(dòng)機(jī)的功率 P=10.5×100=1.05kw，查機(jī)械手冊(cè)綜合考慮選用 Y 型三相異步電動(dòng)機(jī) Y90s-2。 表 3-1 電動(dòng)機(jī)主要性能 型 號(hào) 額定功率 kw滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速 minr額定電流 A 效 率 % 功率因數(shù) 額 定 轉(zhuǎn) 矩最 大 轉(zhuǎn) 矩 電動(dòng)機(jī)質(zhì) 量 kg Y90s-2 1.5 2840 3.44 78 0.78 2.3 22 塔里木大學(xué)畢業(yè)論文 5 表 3-2 電動(dòng)機(jī)主要外形尺寸 電動(dòng)機(jī)主要外形安裝尺寸如圖 3-1 圖 3-1 電動(dòng)機(jī)外形尺寸圖 3.2 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 （1）確定計(jì)算功率 Pca=kAP=1.1×1. 5×=1.65KW （3-1 ） 其中 kA 為工作系數(shù)，P 為傳動(dòng)的額定功率。 （2）選擇 V 帶的帶型 根據(jù) Pca、n 1 由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版圖 8—11 選用 Y 型帶。 （3）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 并驗(yàn)算帶速 Vd ①初選主動(dòng)輪的基準(zhǔn)直徑 。由機(jī)械設(shè)計(jì)第八版表 8—6 和表 8—8，取大帶輪的基準(zhǔn)直徑 1 =40mm≥ =20mm。 （3-1dmin)(d 2） ②驗(yàn)算帶速 V = m/s （3-1063.4??Vd95.106284.?? 3） 因?yàn)?5m/s
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