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編 號(hào) 無(wú)錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 題目： AHZC0655 錘片粉碎機(jī)的設(shè)計(jì) 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動(dòng) 化 專 業(yè) 學(xué) 號(hào)： 0923827 學(xué)生姓名： 奚 偉 指導(dǎo)教師： 俞經(jīng)虎 （職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無(wú)錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠(chéng) 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） AHZC0655 錘片粉碎 機(jī)的設(shè)計(jì) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi) 容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外， 本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作 品。 班 級(jí)： 機(jī)械 97 學(xué) 號(hào)： 0923827 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無(wú)錫太湖學(xué)院 信 機(jī) 系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目 AHZC0655 錘片粉碎機(jī)的設(shè)計(jì) 2、專題 二、課題來(lái)源及選題依據(jù) 粉碎在飼料的生產(chǎn)過(guò)程中是至關(guān)重要的一道工序， 對(duì)于原材料的充分利用 以及動(dòng)植物的充分吸收起到關(guān)鍵作用。 而此次設(shè)計(jì)的錘片式粉碎機(jī)則是當(dāng)前粉 碎機(jī)內(nèi)最為常見的一類， 它是一種利用高速旋轉(zhuǎn)的錘片來(lái)?yè)羲轱暳系臋C(jī)器， 它 具有通用性廣、效率高、粉碎質(zhì)量好、操作維修方便、動(dòng)力消耗低等優(yōu)點(diǎn)。 粉碎飼料原料常用擊碎、磨碎、壓碎或鋸切碎等方式。但是，從粉碎粒 度以及效率等要求出發(fā)，粉碎飼料原料采用最廣泛的是錘片粉碎機(jī)（擊碎）。 因此，分析研究并設(shè)計(jì)錘片粉碎機(jī)具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。 三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： ① 熟悉錘片粉碎機(jī)的發(fā)展歷程，特別是近十幾年來(lái)的先進(jìn)的粉碎機(jī)的特點(diǎn)； II ② 熟練掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的方法并將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到設(shè)計(jì)上； ③ 熟練掌握 CAD 等作圖軟件并運(yùn)用到設(shè)計(jì)機(jī)械上； ④ 掌握機(jī)械的設(shè)計(jì)、可行性分析、材料的選用、機(jī)械的裝配； ⑤ 分析所設(shè)計(jì)的機(jī)器的性能的優(yōu)點(diǎn)及不足并提出展望； 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械 97 班 姓名 奚 偉 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問(wèn)）： 指導(dǎo)教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 〔學(xué)科組組長(zhǎng)研究所所長(zhǎng)〕 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 III 摘 要 粉碎是糧食加工生產(chǎn)過(guò)程中一道至關(guān)重要的工序，對(duì)于原材料的充分利用以及動(dòng)植 物的充分吸收起到關(guān)鍵作用，能夠極大地提高飼料的利用率；同時(shí)，粉碎原料粒度的小 對(duì)后續(xù)工序(如制粒等) 的難易程度和成品質(zhì)量都有著非常重要的影響，而且，粉碎粒度的 大小直接影響著生產(chǎn)成本，在生產(chǎn)粉狀配合飼料時(shí)，粉碎工序的電耗約為總電耗的 50%～ 70%。粉碎粒度越小，越有利于動(dòng)物消化吸收，也越有利于制粒，但同時(shí)電耗會(huì)相 應(yīng)增加，反之亦然。 粉碎過(guò)程的實(shí)質(zhì)是通過(guò)輸入能量使得物料的比表面積增大的過(guò)程。在此過(guò)程中，能 量消耗在表面積增大、顆粒變形、摩擦、組織結(jié)構(gòu)的變化方面。對(duì)于不同性質(zhì)的原料， 不同的粉碎方式，不同的輸入能量，粉碎過(guò)程也不同。 我國(guó)每年粉碎加工總量達(dá) 2 億多噸。飼料粉碎機(jī)作為飼料工業(yè)的主要裝備，對(duì)飼料 質(zhì)量、飼料報(bào)酬、飼料加工成本的形成是一個(gè)重要因素。所以，恰當(dāng)?shù)卣莆辗鬯榧夹g(shù)、 選用適當(dāng)?shù)姆鬯闄C(jī)型是飼料生產(chǎn)不可忽視的問(wèn)題。 本課題設(shè)計(jì)的是一種經(jīng)濟(jì)節(jié)能型錘片粉碎機(jī)。本錘片粉碎機(jī)用于玉米等物料的破碎， 具有產(chǎn)能高，節(jié)約能源，破碎效率高等特點(diǎn)。操作簡(jiǎn)便，維修方便，使用壽命長(zhǎng)。 關(guān)鍵詞：粉碎；飼料加工；錘片式；節(jié)能高效 IV Abstract Grinding is a very important procedure in food processing production process, to make full use of raw materials and the animals and plants to play a key role fully absorbed; the same time, crushed raw grain have a very significant impact on the degree of small follow-up processes (such as granulation, etc.), the ease and quality of finished products; Moreover, the granularity of the size of a direct impact on production costs in the production of powdered formula feed, grinding process power consumption is about the total power consumption of 50% to 70%. The smaller the granularity, the more conducive to animal digestion and absorption, the more conducive to granulation, but power consumption will increase accordingly, and vice versa. The substance of the crushing process materials through the input energy makes the process of increasing the specific surface area. In this process, the energy consumption in the surface area increases, the particle deformation, friction, and organizational structure change. Crushing the raw materials of different nature, different input energy, the process of pulverizing. China smash the processing of a total of more than 200 million tons a year. The feed mill equipment, as the feed industry and feed quality, feed efficiency, feed processing cost is an important factor. Therefore, the proper grasp of grinding technology, selection of the appropriate type of shredder feed production can not be ignored. The subject of design is an economical and energy-efficient hammer mill. The hammer mill for crushing of materials such as corn, high productivity, energy conservation, fragmentation and high efficiency. Simple operation, easy maintenance, long service life. Key words: crushing process；feed processing; hammer smashing; Energy conservation； efficient V 目錄 摘 要 .III ABSTRACT IV 1 緒論 .1 1.1 粉碎理論 .1 1.2 粉碎的方法 .1 1.2.1 壓碎 .1 1.2.2 劈碎 .2 1.2.3 沂碎 .2 1.2.4 沖擊破碎 .2 1.2.5 磨碎 (研磨 ) .2 1.3 粉碎機(jī)的分類 .3 1.4 錘片粉碎機(jī)的概況 .3 1.5 錘片粉碎機(jī)的原理 .4 1.6 錘片粉碎機(jī)的分類 .5 1.7 國(guó)內(nèi)外錘片式粉碎機(jī)發(fā)展概況 .6 1.7.1 國(guó)外錘片式粉碎機(jī)發(fā)展概況 6 1.7.2 我國(guó)的錘片式粉碎機(jī)發(fā)展概況 7 2 錘片粉碎機(jī)的總體設(shè)計(jì) .9 2.1 原理及工作類型 .9 2.2 錘片粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu) .9 2.3 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 .10 3 錘片粉碎機(jī)主要部件的設(shè)計(jì)說(shuō)明 .11 3.1 已知條件 .11 3.2 電機(jī)的選擇 .11 3.3 V 型帶設(shè)計(jì) 11 3.4 主軸的設(shè)計(jì) .14 3.4.1 選擇軸的材料及熱處理 14 3.4.2 主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15 VI 3.4.3 軸的強(qiáng)度校核 16 3.4.4 軸承的校核 19 3.4.5 軸承的校核 19 3.4.6 有限元分析 20 3.5 錘片的設(shè)計(jì) 22 3.6 轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì) .24 3.7 篩網(wǎng)和齒板的設(shè)計(jì) .25 3.8 排料裝置的設(shè)計(jì) .25 3.8.1 粉碎機(jī)排料裝置的概況 25 3.8.2 輸送設(shè)備的選擇 26 3.8.3 螺旋輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 27 4 錘片粉碎機(jī)的操作、維護(hù)和檢修 .28 4.1 生產(chǎn)操作 .28 4.2 設(shè)備維護(hù)和更換 .28 4.3 設(shè)備的定期檢修 .29 4.4 錘片和篩網(wǎng)的更換 .29 5 結(jié)論與展望 .30 5.1 結(jié)論 .30 5.2 不足之處及未來(lái)展望 .30 致謝 .31 參考文獻(xiàn) .32 AHZC0655 錘片粉碎機(jī)的設(shè)計(jì) 1 1 緒論 1.1 粉碎理論 粉碎過(guò)程的實(shí)質(zhì)是通過(guò)輸入能量使得物料的比表面積增大的過(guò)程。在此過(guò)程中，能量消 耗在表面積增大、顆粒變形、摩擦、組織結(jié)構(gòu)的變化方面。對(duì)于不同性質(zhì)的原料，不同的粉 碎方式，不同的輸入能量，粉碎過(guò)程也不同。 實(shí)際粉碎過(guò)程中的粉碎料粒度分布受到兩個(gè)主要因素的影響，即原料性質(zhì)和粉碎設(shè)備結(jié) 構(gòu)與操作參數(shù)，實(shí)際粉碎過(guò)程是一個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程，有以下三種粉碎破壞模型。 （1）體積粉碎模型 物料初始粉碎時(shí)整個(gè)顆粒就收到全面破壞，但初始生成物種大多數(shù)為粒度較大的中間顆 粒，隨著粉碎的進(jìn)行，這些中間顆粒逐漸被粉碎成細(xì)小顆粒，達(dá)到穩(wěn)定，粉碎能耗與體積變 化成正比。這種模型反映了大多數(shù)粉碎的過(guò)度過(guò)程，社用于一般脆性物料的沖擊粉碎。 （2）表面粉碎模型 物料的粉碎進(jìn)發(fā)生在顆粒的表面，而不發(fā)生在顆粒內(nèi)部，即物料的粉碎過(guò)程是從外層逐 漸向內(nèi)層破碎的，所需能量與粉碎后新生的表面積成正比。該模型適用于各種物料的微粉碎 和超微粉碎、韌性和堅(jiān)硬物料的粉碎，粉碎作用方式主要是研磨和低強(qiáng)度沖擊粉碎。 （3）均一粉碎模型 粉碎過(guò)程中輸入至物料顆粒的能量直接傳遞到顆粒的各個(gè)部分，顆粒被直接粉碎成均勻 的細(xì)小顆粒，粉碎能耗與物料內(nèi)產(chǎn)生的裂紋長(zhǎng)度成正比。適用于低強(qiáng)度脆性物料的強(qiáng)力沖擊 粉碎。 1.2 粉碎的方法 物料粉碎的方法類型繁多，但按施力方法不同．對(duì)物料粉碎有擠壓、彎曲、沖擊、 剪切 和研磨等方法。 而在粉碎機(jī)械中， 施 力 情 況 卻 是 很 復(fù) 雜 的 ， 往往是幾種施力方式同時(shí)存在， 當(dāng)然在某一臺(tái)粉碎機(jī)械中也只有一種或二種主要施力。 由于物料顆粒本身的形狀是不規(guī)則的、 而且不同物料的物性不同， 所以應(yīng)該采用不同的 粉研方法。利用機(jī)械力粉碎物料按施加外力的不同有如下幾種方法。 1.2.1 壓碎 在兩塊工作面之間放置， 然后施加壓力， 物料在受到壓應(yīng)力作用后達(dá)到其抗壓強(qiáng)度而破 碎．其工作原理見圖a 。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 圖 1.1 機(jī)械力粉碎方式 1.2.2 劈碎 將物料置于一個(gè)平面和一個(gè)帶尖棱的工作平面之間， 當(dāng)物料受到帶尖棱的工作平面 力的作用時(shí)， 物料會(huì)沿著壓力作用線的方向劈裂。 劈裂的原因是由于劈裂平面上的拉項(xiàng) 力達(dá)到或超過(guò)物料拉伸強(qiáng)度極限。 物料本身的拉伸強(qiáng)度極限比抗壓強(qiáng)度極限小的多。其 工作原理見圖 b。 1.2.3 沂碎 在彎曲應(yīng)力作用下物料破碎。 破碎后的物料受集中載荷作用： 支點(diǎn)簡(jiǎn)支梁或多支點(diǎn)梁， 當(dāng) 物料的彎曲應(yīng)力達(dá)到物料的彎曲強(qiáng)度時(shí)， 即被折斷而破碎。其工作原理見圖 c、d。 1.2.4 沖擊破碎 在沖擊力作用下物料破碎， 見圖 f， 其破碎力是瞬時(shí)作用的，具有效率高、 破碎比大、能量 消耗小的特點(diǎn)。沖擊破碎有如下幾種情況： ① 固定的工作面受到高速運(yùn)動(dòng)的物料的沖擊； ② 物料受到運(yùn)動(dòng)的工作體的沖擊； ③ 高速運(yùn)動(dòng)的物料互相沖擊； ④ 懸空的物料受到高速運(yùn)動(dòng)的工作體的沖擊。 1.2.5 磨碎 (研磨 ) 在受到一定的壓力和剪切力作用后，物料與運(yùn)動(dòng)的工作表面之間其剪切應(yīng)力達(dá)到物料 的剪切強(qiáng)度極限時(shí)， 物料便粉碎； 或物料彼此之間摩擦?xí)r的剪切、 磨削作用 而使物料粉碎， 見圖g。 根據(jù)以上幾種粉碎方式得出有以下幾種不同的工作原理的機(jī)構(gòu)可供選擇。 1.3 粉碎機(jī)的分類 在飼料、肥料、燃料的生產(chǎn)使用中，粉碎機(jī)主要有壓碎機(jī)、輥式粉碎機(jī)、磨碎機(jī)、齒爪 AHZC0655 錘片粉碎機(jī)的設(shè)計(jì) 3 式粉碎機(jī)、錘式粉碎機(jī)、刀式粉碎機(jī)等幾大類型。 1)壓碎機(jī) 壓碎機(jī)是利用兩個(gè)表面光滑、大小相同的壓輥，以相同的速度相向運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)進(jìn)入物料產(chǎn) 生壓力，在壓力與摩擦力的作用下，將物料壓扁或破碎。根據(jù)以上特點(diǎn)，有人送給這類粉碎 機(jī)一個(gè)比較通俗易懂的稱謂-壓扁機(jī)。 2)輥式粉碎機(jī) 輥式粉碎機(jī)又分為圓柱形拉絲輥式粉碎機(jī)、方體鋸齒輥式粉碎機(jī)兩個(gè)小類別。輥式粉碎 是利用表面有銳利鋸齒狀的兩個(gè)相同或不同大小而轉(zhuǎn)速不同的對(duì)輥將物料進(jìn)行切碎、沖擊、 擠壓，生產(chǎn)出不同細(xì)度的顆粒。優(yōu)點(diǎn)是產(chǎn)量高、粉末少，顆粒成型好，缺點(diǎn)是對(duì)水分要求嚴(yán) 格(≤17%)，對(duì)油料作物、纖維含量高物料不適合，一般應(yīng)用在干燥后顆粒或塊、片狀物料的 破碎。這種粉碎機(jī)又被人們稱為對(duì)輥式破碎機(jī)或碎粒機(jī)。 3)磨碎機(jī) 磨碎機(jī)是利用機(jī)體內(nèi)兩個(gè)表面帶有齒槽的圓齒盤或圓錐型齒盤作相對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)，將進(jìn)入物料 摩擦、壓榨，生產(chǎn)出各種粒度的成品，特點(diǎn)是動(dòng)力配置小、體積小、價(jià)位低、粉末多，成品 中鐵的含量高，主要用于糧食加工、食品制造方面。 4)齒爪式粉碎機(jī) 齒爪式粉碎機(jī)利用機(jī)體內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子盤與固定齒盤相咬合，將物料打擊、沖撞，憑 篩片細(xì)化成需要的粉 末或顆粒。特點(diǎn)是細(xì)度高，均勻性好，主軸轉(zhuǎn)速高，但相對(duì)產(chǎn)量低，傳動(dòng)方式單一。 5)錘式粉碎機(jī) 錘式粉碎機(jī)是靠轉(zhuǎn)子的錘或錘片在轉(zhuǎn)子的運(yùn)轉(zhuǎn)下，對(duì)物料撞擊破碎，再用篩片細(xì)化。特 點(diǎn)是用途廣，產(chǎn)量高，傳動(dòng)連接方式靈活，空車啟動(dòng)迅速，維護(hù)方便，被廣泛地應(yīng)用在飼料、 肥料、燃料、糧油生產(chǎn)當(dāng)中，人們形象地稱之為廣譜性粉碎機(jī)。錘式粉碎機(jī)根據(jù)性能、構(gòu)造 又分為多功能粉碎專用高效型、水滴式、立軸錘式、雙立軸錘式等多種樣式的粉碎機(jī)。 6)刀式粉碎機(jī) 刀式粉碎機(jī)又叫切片式多功能粉碎機(jī)，先由刀片將固體物料切片或段，而后利用錘片對(duì) 物料做選擇性粉碎。這類粉碎機(jī)適合粗切或粗粉，用途單一。 1.4 錘片粉碎機(jī)的概況 錘片粉碎機(jī)是飼料加工的主要設(shè)備，錘片式粉碎機(jī)基本構(gòu)造包括錘片轉(zhuǎn)子、圓筒篩板錘 片和固定在錘片轉(zhuǎn)子周圍的沖擊齒板。其工作原理是被粉碎的物料自上部給料口靠重力進(jìn)入， 其下落一段過(guò)程后，受到高速運(yùn)動(dòng)的錘片打擊，低速的物料在首次與高速的錘片發(fā)生劇烈的 撞擊后，被錘片撞擊后進(jìn)入加速區(qū)，在此時(shí)顆粒速度能在很短的時(shí)間內(nèi)被提高到接近錘片的 末端線速度，并隨著錘片一起作圓周運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而在全速區(qū)逐漸形成物料環(huán)流層，同時(shí)物料也 得到進(jìn)一步的粉碎。在轉(zhuǎn)子下部，設(shè)有篩板， 粉碎物料中小于篩孔尺寸的粒級(jí)通過(guò)篩板排出， 大于篩孔尺寸的粗粒級(jí)阻留在篩板上繼續(xù)受到錘子的打擊和研磨，最后通過(guò)篩板排出機(jī)外。 錘片式飼料粉碎機(jī)因其占地面積小、粉碎效率高、耗電量小等優(yōu)點(diǎn)，在目前飼料工業(yè)中得到 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 了廣泛的普及應(yīng)用。 錘片式粉碎機(jī)在國(guó)外飼料工業(yè)生產(chǎn)中同樣有著廣泛的應(yīng)用。因?yàn)樵陲暳纤迷仙洗嬖?著不同，美國(guó)的飼料配方主要是以玉米和小麥為基礎(chǔ)的，很少使用難以粉碎的谷物，例如燕 麥、大麥等,而歐洲的飼料多采用混合粉碎的方式，并且經(jīng)常沒(méi)有任何谷物原料；而原料水 分也略高于美國(guó)。由于這樣的原因進(jìn)而使得錘片式粉碎機(jī)向兩個(gè)方向發(fā)展：歐洲的粉碎機(jī)講 究沖擊齒板面積大，而美國(guó)的產(chǎn)品則追求篩板面積大。 1.5 錘片粉碎機(jī)的原理 粉碎機(jī)是由裝有錘片的安裝固定在主軸上的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子外圍安裝的齒板或篩片組成。電 機(jī)與轉(zhuǎn)子一般采用直聯(lián)傳動(dòng)。粉碎機(jī)一般采用上進(jìn)料，物料進(jìn)入錘片和篩片的間隙中，在懸 空狀態(tài)下被一定線速運(yùn)轉(zhuǎn)的錘片強(qiáng)烈打擊，成為若干碎粒，物料在錘片運(yùn)動(dòng)的圓形軌跡的切 線方向撞擊在篩片或齒板上，部分碎粒穿過(guò)篩孔，排出機(jī)外為合格物料，不合格的物料再回 彈，再受錘片打擊，如此往復(fù)達(dá)到粉碎目的。同時(shí)，物料在粉碎過(guò)程中以階梯式的軌跡環(huán)行 運(yùn)動(dòng)，通常叫做環(huán)流（見示意圖） 。環(huán)流是不能破壞的，所謂水滴式、在篩板低部設(shè)一 U 形 槽根本沒(méi)有起到任何破壞環(huán)流的作用。它破壞的只是該裝置所占區(qū)域的環(huán)流，但該區(qū)域的粉 碎功能也隨之消失了。 1、篩片 2、物料環(huán)流軌跡 3、脆片運(yùn)轉(zhuǎn)軌跡 圖 1.2 環(huán)流 AHZC0655 錘片粉碎機(jī)的設(shè)計(jì) 5 1.6 錘片粉碎機(jī)的分類 按照粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子軸的布置位置可分為臥式和立式。通常錘片粉碎機(jī)是指的臥式粉碎機(jī)。 最近我國(guó)生產(chǎn)出立軸式錘片粉碎機(jī)，在性能上它具有很大的優(yōu)越性，將有可能取代現(xiàn)有臥式 錘片粉碎機(jī)。 按照物料進(jìn)入粉碎室的方向，錘片粉碎機(jī)可以分為切向喂入式、軸向喂入式和徑向喂入 式三種（圖1.3） 。按某些部位的變異，它又有各種特殊型式：如水滴式粉碎機(jī)和無(wú)篩粉碎機(jī) 等。 1.切向喂入式粉碎機(jī)（圖1.3a）飼料從粉碎室切向方向喂入，上機(jī)體安有齒板，故篩片 包角一般為180°。它可以粉碎谷物、油餅（粕） 、秸稈等各種飼料，其通用性較好，既粉碎 谷物，也粉碎小塊豆餅和切碎后的莖桿及牧草。 2. 軸向喂入式粉碎機(jī)（圖1.3b）飼料從主軸方向進(jìn)入粉碎室，即依靠安裝在轉(zhuǎn)子上的 葉片起風(fēng)機(jī)作用將物料吸進(jìn)粉碎室。這種粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)子為懸臂式，轉(zhuǎn)子周圍一般為包角 360°的篩片（環(huán)篩或水滴形篩） 。其適于粉碎谷物，但在喂入口安裝切片后，又可粉碎牧草， 莖桿等。 3.徑向喂入式粉碎機(jī)（圖1.3c）特點(diǎn)是整個(gè)機(jī)體左右對(duì)稱、飼料從轉(zhuǎn)子頂部進(jìn)入粉碎室， 轉(zhuǎn)子可正反轉(zhuǎn)使用，這樣，當(dāng)錘片的一側(cè)磨損后，可以通過(guò)改變位于粉碎室正上方導(dǎo)料機(jī)構(gòu) 的方向以改變物料進(jìn)入粉碎室的方向。同時(shí)，由于聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用，轉(zhuǎn)子的運(yùn)轉(zhuǎn)方向隨之發(fā) 生改變，這樣不必拆卸錘片即可實(shí)現(xiàn)錘片工作角轉(zhuǎn)換，大大簡(jiǎn)化了操作過(guò)程（圖1.3） 。徑向 喂入式粉碎機(jī)的篩片包角大多為300°左右，有利于排料。 a. 切向喂入 b. 軸向喂入 c. 徑向喂入 1. 進(jìn)料口 2. 轉(zhuǎn)子 3. 錘片 4. 篩片 5. 轉(zhuǎn)子 圖1.3 錘片粉碎機(jī)類型 4.水滴式粉碎機(jī)（圖1.4） 由于粉碎室形飯店水滴頁(yè)得名。它是軸向喂入式粉碎機(jī)的一 種變形，其篩片做成水滴形狀，目的是破壞物料環(huán)流層。據(jù)資料，這種粉碎機(jī)可以提高粉碎 效率，降低能耗。按篩片結(jié)構(gòu)的不同，水滴式粉碎機(jī)又分為全水滴篩式（圖1.4a）和部分齒 板式（圖1.4b） 。后者的篩片包角只有270°，在粉碎室的頂部則安裝齒板，這種形式可以提高 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 篩片的使用壽命，但篩分效率較前者有所降低。 a. 全水滴篩式 b. 部分齒輪式 1. 錘片 2. 篩片 3.齒板 圖1.4 水滴式粉碎機(jī) 1.7 國(guó)內(nèi)外錘片式粉碎機(jī)發(fā)展概況 1.7.1 國(guó)外錘片式粉碎機(jī)發(fā)展概況 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。MIAG 公司在上世紀(jì)50年代研制的 H880型錘片式粉碎機(jī)同時(shí)配用兩 臺(tái)轉(zhuǎn)速不同的電動(dòng)機(jī)，使該公司當(dāng)時(shí)不僅在制粒方面，而且在錘片式粉碎領(lǐng)域都處于領(lǐng)先地 位。該機(jī)型可稱為第一臺(tái)真正用于配合飼料工業(yè)的錘片式粉碎機(jī)。當(dāng)時(shí)，人們對(duì)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 3000r/min 是很推崇的。在以后的數(shù)年，人們的注意力集中在降低錘片式粉碎機(jī)的工作噪聲 上，其主要措施之一是降低轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，一般降為1000～1500r/min。為保持恰當(dāng)?shù)腻N片末 端線速度，粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)子直徑必然要同時(shí)增大。Biihler-Beka 公司研制了這類機(jī)型的第一 代產(chǎn)品—zinal 系列粉碎機(jī)，其轉(zhuǎn)子直徑約為1100～1200mm，粉碎室寬度為350～650mm。隨 后又有被稱為大型粉碎機(jī)的產(chǎn)品不斷問(wèn)世，典型的如 Lame-miag 公司產(chǎn)品，其粉碎室直徑為 1200mm，篩板寬度達(dá)1100mm；Amandus kahl 公司生產(chǎn)的 Akana2000型，其轉(zhuǎn)子直徑為 1200mm，篩板寬度1000mm，配用動(dòng)力355kW；Afall/zaragoza 公司的產(chǎn)品，其粉碎室直徑達(dá) 1446mm，篩板寬度達(dá)1100mm。綜合各種資料可以發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)錘片式粉碎機(jī)盡管有許多相同 之處，但仍存在很大區(qū)別，其重要原因在于飼料廠所用原料的不同。歐洲的飼料廠多為混合 粉碎（先配料后粉碎） ，且經(jīng)常沒(méi)有任何谷物原料；而大多數(shù)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比如燕麥、大麥之類的谷物等，原料水分也略低于歐 AHZC0655 錘片粉碎機(jī)的設(shè)計(jì) 7 洲。 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(guò)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(guò)簡(jiǎn)單調(diào)換轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向來(lái)利用錘片的兩側(cè)。 大多數(shù)錘片式粉碎機(jī)都具有結(jié)構(gòu)對(duì)稱，轉(zhuǎn)子可正反轉(zhuǎn)以利用錘片兩側(cè)的特點(diǎn)，外形多為 上部帶斜角的矩形，同時(shí)水滴式的也較流行，在國(guó)外，近年來(lái)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(lái)改善其粉碎性能。在結(jié)構(gòu)上，最新的還有立式 錘片式粉碎機(jī)。 1.7.2 我國(guó)的錘片式粉碎機(jī)發(fā)展概況 目前，飼料粉碎機(jī)在我國(guó)有著很好的應(yīng)用和發(fā)展。我國(guó)飼料粉碎機(jī)的生產(chǎn)企業(yè)約有 300 多家，生產(chǎn)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，但還有 一些有特殊要求的飼料粉碎機(jī)和特大功率的機(jī)型,仍然需要從國(guó)外進(jìn)口。我國(guó)現(xiàn)在生產(chǎn)的許 多規(guī)格的產(chǎn)品已經(jīng)能替代進(jìn)口產(chǎn)品，在主要的技術(shù)指標(biāo)已經(jīng)接近國(guó)際先進(jìn)水平，而且在價(jià)格 上有很大的優(yōu)勢(shì)。在我國(guó)生產(chǎn)的各種機(jī)型都有不同數(shù)量的出口，其中出口批量較大的是小型 粉碎機(jī)，主要銷往非洲、東南亞等第三世界國(guó)家。 70 年代以前，我國(guó)幾乎沒(méi)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(lái)的。發(fā)展初期，是非常艱難的， 因?yàn)榇嬖谥鴩?guó)際上的技術(shù)壁壘等緣故，許多關(guān)鍵技術(shù)需要自己不斷去研究和探索，其中的艱 辛不是一句兩句就能說(shuō)出來(lái)的，凝聚著多少人的智慧的結(jié)晶才達(dá)到現(xiàn)今的成果。所以我們更 應(yīng)該為今天的成果而向過(guò)去的前輩們致敬。隨著錘片式粉碎機(jī)產(chǎn)品的理論研究和對(duì)國(guó)外引進(jìn) 樣機(jī)的分析、消化和吸收，以及一些新的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的采用，該行業(yè)制定了 ZBB93018－89《錘片式飼料粉碎機(jī)一般技術(shù)條件》 、GB6971－86《飼料粉碎機(jī)試驗(yàn)方法》 和 JB/T9822.1－99《錘片式飼料粉碎機(jī) 技術(shù)條件》 、SB/T10117 －92《錘片粉碎機(jī)》等國(guó)家 標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以指導(dǎo)錘片式粉碎機(jī)的研制、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。 因?yàn)樵陲暳纤迷仙洗嬖谥煌绹?guó)的飼料配方主要是以玉米和小麥為基礎(chǔ)的，很 少使用難以粉碎的谷物，例如燕麥、大麥等,而歐洲的飼料多采用混合粉碎的方式，并且經(jīng) 常沒(méi)有任何谷物原料；而原料水分也略高于美國(guó)。由于這樣的原因進(jìn)而使得錘片式粉碎機(jī)向 兩個(gè)方向發(fā)展：歐洲的粉碎機(jī)講究沖擊齒板面積大，而美國(guó)的產(chǎn)品則追求篩板面積大。其次 在于篩板的安裝。美國(guó)錘片式粉碎機(jī)在安裝、更換篩板時(shí)必須停機(jī)并且打開機(jī)殼才能進(jìn)行， 但是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)殼即可抽出原有篩板，插 入新?lián)Q篩板；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，如 VanAarsen 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。所以具有很強(qiáng)的適用性。 20 世紀(jì) 90 年代以來(lái)，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) 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 160～200 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)。 經(jīng)過(guò)幾十年的研究、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。但是目前我國(guó)飼料粉碎機(jī)企業(yè)的關(guān)鍵和核心技術(shù)基本依賴從國(guó) 外引進(jìn)，自主技術(shù)開發(fā)和創(chuàng)新能力弱。另一方面，錘片粉碎機(jī)存在的高能耗問(wèn)題也迫切著需 要得到合理的解決。所以問(wèn)題很多，同時(shí)，可以發(fā)展和提高的方面也很多，我們更應(yīng)該為我 國(guó)的粉碎機(jī)發(fā)展而做出貢獻(xiàn)。 AHZC0655 錘片粉碎機(jī)的設(shè)計(jì) 9 2 錘片粉碎機(jī)的總體設(shè)計(jì) 2.1 原理及工作類型 錘片粉碎機(jī)的主要工作部件為帶有錘片的轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子由主軸、軸套、銷軸和錘片組成。 電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子在破碎室內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)。物料自上部給料口給入機(jī)內(nèi)，手高速運(yùn)動(dòng)的錘子的打 擊、沖擊、剪切、研磨作用而粉碎。在轉(zhuǎn)子下部，設(shè)有篩板，粉碎物料中小于篩孔尺寸的粒 級(jí)通過(guò)篩板排除，大于篩孔尺寸的粗粒級(jí)阻留在篩板上繼續(xù)受到錘子的打擊和研磨，最后通 過(guò)篩板排除機(jī)外。采用螺旋輸送機(jī)傳送粉碎后的顆粒。 錘式粉碎機(jī)類型很多，按結(jié)構(gòu)特征可分類如下： 按轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)方向，分為單轉(zhuǎn)子錘式破碎機(jī)和雙轉(zhuǎn)子錘式破碎機(jī)。 按錘子排數(shù)，分為單排式（錘子安裝在同一個(gè)回轉(zhuǎn)個(gè)面上）和多排式（錘子分布在幾個(gè) 回轉(zhuǎn)平面上） 。 按錘子在轉(zhuǎn)子上的連接方式，分為固定錘式和活動(dòng)錘式。固定錘式主要用于軟質(zhì)物料的 細(xì)碎和粉磨。 圖 2.1 錘片粉碎機(jī)粉碎示意圖 2.2 錘片粉碎機(jī)的結(jié)構(gòu) 1)單轉(zhuǎn)子錘片粉碎機(jī)可分為可逆式和不可逆式兩種類型。本設(shè)計(jì)采用可逆式類型，錘片 粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)子首先向某一方向旋轉(zhuǎn)，對(duì)物料進(jìn)行粉碎。該方向的錘片一側(cè)即受到磨損。磨損 到一定程度后，通過(guò)雙向電機(jī)使轉(zhuǎn)子反向旋轉(zhuǎn)，此時(shí)錘片的另一側(cè)繼續(xù)參與工作。單轉(zhuǎn)子不 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 可逆式錘片粉碎機(jī)的轉(zhuǎn)子只能向一個(gè)方向旋轉(zhuǎn)，當(dāng)錘片磨損到一定程度后，必須停車調(diào)換轉(zhuǎn) 子的方向或者更換錘片。相比于轉(zhuǎn)子不可逆的形式，該種設(shè)計(jì)大大提高連續(xù)工作的壽命。 2)本設(shè)計(jì)的主軸上安裝有數(shù)排圓盤，在轉(zhuǎn)子圓盤上連接錘片的銷軸對(duì)應(yīng)的有兩排銷孔， 當(dāng)錘片端部磨損后可以將銷軸插在靠外的銷孔內(nèi)，從而調(diào)整錘片和篩網(wǎng)之間的間隙，增加錘 片與物料的接觸面積，提高粉碎效率。錘片用銷軸鉸接在各排圓盤之間。為了防止圓盤的軸 向竄動(dòng)，在圓盤的兩端用壓緊錘盤和銷緊螺母固定。轉(zhuǎn)子兩端支承在滾子軸承上，軸承用螺 栓固定在機(jī)殼上。主軸與電動(dòng)機(jī)用皮帶輪連接。 3)圓弧狀篩網(wǎng)安裝在轉(zhuǎn)子下方，篩網(wǎng)的兩端用螺栓固定裝在機(jī)殼的橫梁上。 2.3 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)子線速度的大小與物料性質(zhì)、破碎粒度、錘片的磨損程度和機(jī)器的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。 隨著線速度的增加可使破碎比以及產(chǎn)品中細(xì)初級(jí)含量增加，但是線速度過(guò)大，將顯著增加功 率消耗，同時(shí)會(huì)引起錘片、篩網(wǎng)以及軸套的激烈磨損。粉碎脆性物料時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速應(yīng)該比粉 碎粘性物料時(shí)大 40%。轉(zhuǎn)子的線速度一般在 30-50m/s。通常把線速度大于 50m/s 的粉碎機(jī)稱 為快速粉碎機(jī)，低于 30m/s 的稱為慢速粉碎機(jī)。 本設(shè)計(jì)的主軸轉(zhuǎn)速在 2600r/min 左右，錘片的線速度達(dá)到 80m/s 左右，屬于快速粉碎機(jī)。 AHZC0655 錘片粉碎機(jī)的設(shè)計(jì) 11 3 錘片粉碎機(jī)主要部件的設(shè)計(jì)說(shuō)明 3.1 已知條件 A.允許最大進(jìn)料粒度（mm）15 B.允許最大物料硬度（莫氏）6.5 C.粉碎細(xì)度要求達(dá)到（目）20-325 D.產(chǎn)量最小達(dá)到每小時(shí)（kg）600 由已知的物料硬度，以及生產(chǎn)能力可以查設(shè)計(jì)手冊(cè)（破碎與篩分機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊(cè)） 可得到粉碎該硬度等級(jí)的物料需要錘片動(dòng)能：E=1.47J；可脾性系數(shù) K=0.5。 3.2 電機(jī)的選擇 配根據(jù)粉碎機(jī)的工作條件及生產(chǎn)要求，在電動(dòng)機(jī)能夠滿足使用要求的前提下，盡可能選 用價(jià)格較低的電動(dòng)機(jī)，以降低制造成本，因?yàn)轭~定功率相同的電動(dòng)機(jī)，如果轉(zhuǎn)速越低，則尺 寸越大，價(jià)格越貴。同時(shí)，篩片中篩孔的尺寸大小也決定著所需電動(dòng)機(jī)功率的大小，一般情 況下，篩孔的直徑越小，所需的電動(dòng)機(jī)的功率越大。本粉碎機(jī)加工的是谷物類飼料，對(duì)加工 的飼料粉碎程度有多種選擇，故選擇參數(shù)應(yīng)較大，這里選擇系數(shù)為 10，加工能力為 0.6 噸/ 小時(shí)，所以配用的電機(jī)功率 N=6KW，查找機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，根據(jù)電機(jī)選擇標(biāo)準(zhǔn)，選擇額定功 率 N=7.5KW 的 Y 系列三相交流異步電動(dòng)機(jī)。具體參數(shù)如下： 型號(hào)：Y132S2-2 額定功率 7.5KW 同步轉(zhuǎn)速 3000r/min 滿載轉(zhuǎn)速 2900r/min 滿載電流 7A 滿載時(shí)效率 86.2% 滿載功率因素 0.88 堵轉(zhuǎn)電流 7A 堵轉(zhuǎn)扭矩 2N*m 最大轉(zhuǎn)矩 2.2N*m 噪聲 83dB 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 0.01kg*m^2 凈重 70kg 3.3 V型帶設(shè)計(jì) 該工作機(jī)有輕微振動(dòng)，由于 V 型帶有緩沖吸振作用，采用 V 型帶傳動(dòng)能減小振動(dòng)帶來(lái) 的影響，并且 V 型帶標(biāo)準(zhǔn)化程度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝卸方便，價(jià)格較低，降低了生產(chǎn)成本。 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 圖 3.1 帶傳動(dòng)示意圖 1）確定設(shè)計(jì)功率 公式： PKad? （3.1） 式中： —— 工作情況系數(shù)a —— 所傳遞的功率P 由設(shè)計(jì)資料得 取 1.2 =7.5kwaK 得 =9kwd 2）選用 V 帶類型 普通 V 帶的型號(hào)根據(jù)傳動(dòng)設(shè)計(jì)功率 和小帶輪的轉(zhuǎn)速 選取。dP1n 已知 =9kw =2900r/min 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選用 B 型帶dP1n 3）確定帶輪基準(zhǔn)直徑 、 并驗(yàn)算帶速d2 參照 GB/T13575.1-92 中選取 =290mm，設(shè)計(jì)的主軸轉(zhuǎn)速為 2600r/min。1d 經(jīng)計(jì)算，連接在主軸上的帶輪基準(zhǔn)直徑 =325mm2 驗(yàn)算帶速 V AHZC0655 錘片粉碎機(jī)的設(shè)計(jì) 13 V= snd/60/1? = 0294.3? =28.7m/s0Fmin)( 9）確定壓軸力 p 壓軸力的最小值為 215sin.432sin)(2)(m0min ?????Fzp =1864N 10）V 帶的張緊 通過(guò)不同位置的安裝孔移動(dòng)電機(jī)的位置，改變 V 帶的中心距，從而實(shí)現(xiàn)對(duì) V 帶的張緊。 3.4 主軸的設(shè)計(jì) 3.4.1 選擇軸的材料及熱處理 軸的材料種類很多，選擇時(shí)應(yīng)主要考慮如下因素： 1. 軸的強(qiáng)度、剛度及耐磨性要求； 2. 軸的熱處理方法及機(jī)加工工藝性的要求； AHZC0655 錘片粉碎機(jī)的設(shè)計(jì) 15 3. 軸的材料來(lái)源和經(jīng)濟(jì)性等。 軸的常用材料是碳鋼。碳鋼比合金鋼價(jià)格低廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性低，可通過(guò)熱處理 改善其綜合性能，加工工藝性好，故應(yīng)用最廣，一般用途的軸，多用含碳量為0.25～0.5%的 中碳鋼。 根據(jù)粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子的工作強(qiáng)度，選擇優(yōu)質(zhì)碳素鋼—45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。 3.4.2 主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1、主軸輸出功率，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩計(jì)算： 根據(jù)第一部分電機(jī)計(jì)算可以得出 ，KWPm9?min/260rn 則轉(zhuǎn)矩 NnTm .753426095950?? 2、軸的最小直徑計(jì)算： 計(jì)算公式為 ??3032.095nPAdT??? （3.2） 主軸的材料選擇為 鋼，查設(shè)計(jì)手冊(cè)可得4??18,50?AT? 則 ，取md34.726.3?? md34.87? 即主軸上直徑最小處： . 3、擬定軸上的零件裝配方案。如圖 圖 3.2 主軸 1）為了滿足帶輪的尺寸要求 L12=450mm， md120?? 2）初步選擇滾動(dòng)軸承。因主軸承主要受有徑向力較大的作用，而所受的軸向力相對(duì)很小， 初選圓柱滾子軸承，根據(jù) L12 的直徑，選擇軸承型號(hào)為 N220E，d=150 D=200，B=44，所以 L23 的直徑為 150mm。由于轉(zhuǎn)子軸向長(zhǎng)度為 1600mm，初選 L23=1800mm 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 3）根據(jù)結(jié)構(gòu)要求擬定 ， ；mL604-3?d204-3? ， ；5? m185? ， ；866 ， 。L47??d247?? 3.4.3 軸的強(qiáng)度校核 1.按鈕局強(qiáng)度條件計(jì)算，公式如下 （3.3）??TTdn PW?????32.095 已知 ，??4mi,/26,9?mrnKP? 根據(jù)設(shè)計(jì)軸的最小直徑為 ，d3.87????TT ?????6.24.2015min 則其他各段也符合要求。 2.彎扭合成強(qiáng)度計(jì)算 軸上受到三個(gè)力的作用，分別是 V 帶的拉力，一對(duì)軸承的徑向力 V 帶的壓軸力為 1864N，即為對(duì)軸垂直徑向力 根據(jù)大小帶輪的軸徑的位置關(guān)系可以得到 V 帶隊(duì)主軸的水平徑向力 水平徑向力 NFRt 584an?? 水平方向和豎直方向上的受力分析圖如下： r1 圖 3.3 水平方向受力分析圖 AHZC0655 錘片粉碎機(jī)的設(shè)計(jì) 17 FtNH12 圖 3.4 豎直方向受力分析圖 其中，L1=320mm，L2=1750mm 根據(jù)力矩平衡方程得： ??mNRFtT mNMVHNVrKNFHtN?????????????4.9316.0584 .5863,508(1 .2.2.461527031538282 =?¤ 圖 3.5 水平面彎矩圖 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 Mv1=506.3N?¤ 圖 3.6 豎直面彎矩圖586.?¤ 圖 3.7 總彎矩圖 T=93.4N?¤M 圖 3.8 扭矩圖 AHZC0655 錘片粉碎機(jī)的設(shè)計(jì) 19 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí)通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面 C）的強(qiáng)度。根據(jù) 式（15-5 ）和上表中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力，取 a=0.6,軸 的計(jì)算應(yīng)力 MpaWTMca 42.10150.)4.93()86()( 3 22221 ???????? 前已選定軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表 15-1 查得 6][1?? 因此 ,故安全。][1??ca 3.4.4 軸承的校核 根據(jù)主軸設(shè)計(jì)，帶輪鍵所在軸的直徑為 120mm，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（摘自 GB/T1095- 2003，GB/T1096-2003)選取鍵的尺寸選定為 30×18×180，普通平鍵連接的強(qiáng)度條件為：3210[]kldTpp???? (3.4) 式中：d 是軸的直徑；l 是鍵的工作長(zhǎng)度，l=L-b=150；h 是鍵的高度；[p]是許用壓力；k 鍵 與輪轂鍵槽的接觸高度，k=0.5h,T 傳遞的轉(zhuǎn)矩,取 h=9mm,L=150，則 ??apap MPPkldFkldT 10536.12465.301210210 333 ???????? ??? 故鍵的強(qiáng)度滿足要求。 3.4.5 軸承的校核 主軸兩端安裝有兩個(gè)相同型號(hào)的圓柱滾子軸承，主要承受徑向載荷。下面對(duì)這對(duì)圓柱滾 子軸承壽命和強(qiáng)度校核。 （一） 、圓柱滾子軸承壽命校核 1 根據(jù)主軸設(shè)計(jì)可知： mNnPTm .7530246950950???? 由帶輪計(jì)算可知： d12on2?o? 則 NdTFt 6.503127.304??? NFntr 45.132cos0tan62.503cosa?????tan?F 則 0?ta 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 查機(jī)械設(shè)計(jì)得深溝球軸承的最小 e 值為 0.22，故此時(shí)0Fta? 2、初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷 P，根據(jù)式（4-22） （3.5）)(arpYXf?? 查機(jī)械設(shè)計(jì)得 ，取 ；2.1~0?pf 2.10,? 則 NP48597.28.1? 3、根據(jù)公式（4-23） ，求軸承應(yīng)有的基本額定動(dòng)載荷： （3.6）?6 '10hnLPC? 則 NC24.3710536148.2596??? 4、演算軸承壽命，根據(jù)公式（4-24） （3.7） ????????PCnLh601hh 502.6148.259373??? 則該軸承符合設(shè)計(jì)要求。 3.4.6 有限元分析 有限元分析方法簡(jiǎn)介 有限元分析（FEA，F(xiàn)inite Element Analysis）利用數(shù)學(xué)近似的方法對(duì)真實(shí)物理系統(tǒng)（幾 何和載荷工況）進(jìn)行模擬。還利用簡(jiǎn)單而又相互作用的元素，即單元，就可以用有限數(shù)量的 未知量去逼近無(wú)限未知量的真實(shí)系統(tǒng)。 有限元分析是用較簡(jiǎn)單的問(wèn)題代替復(fù)雜問(wèn)題后再求解。它將求解域看成是由許多稱為有 限元的小的互連子域組成，對(duì)每一單元假定一個(gè)合適的(較簡(jiǎn)單的）近似解，然后推導(dǎo)求解 這個(gè)域總的滿足條件(如結(jié)構(gòu)的平衡條件） ，從而得到問(wèn)題的解。這個(gè)解不是準(zhǔn)確解，而是近 似解，因?yàn)閷?shí)際問(wèn)題被較簡(jiǎn)單的問(wèn)題所代替。由于大多數(shù)實(shí)際問(wèn)題難以得到準(zhǔn)確解，而有限 元不僅計(jì)算精度高，而且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段。 有限元是那些集合在一起能夠表示實(shí)際連續(xù)域的離散單元。有限元的概念早在幾個(gè)世紀(jì) 前就已產(chǎn)生并得到了應(yīng)用，例如用多邊形（有限個(gè)直線單元）逼近圓來(lái)求得圓的周長(zhǎng)，但作 為一種方法而被提出，則是最近的事。有限元法最初被稱為矩陣近似方法，應(yīng)用于航空器的 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算，并由于其方便性、實(shí)用性和有效性而引起從事力學(xué)研究的科學(xué)家的濃厚興趣。 經(jīng)過(guò)短短數(shù)十年的努力，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和普及，有限元方法迅速?gòu)慕Y(jié)構(gòu)工程強(qiáng) AHZC0655 錘片粉碎機(jī)的設(shè)計(jì) 21 度分析計(jì)算擴(kuò)展到幾乎所有的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，成為一種豐富多彩、應(yīng)用廣泛并且實(shí)用高效的 數(shù)值分析方法。 有限元分析方法的一般過(guò)程如圖所示： 圖 3.9 有限元分析過(guò)程 對(duì)主軸施加相應(yīng)的載荷后，得到如下結(jié)果： 圖 3.10 位移節(jié)點(diǎn)圖 圖 3.11 應(yīng)力單元節(jié)點(diǎn)圖 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 22 3.5 錘片的設(shè)計(jì) 1. 錘片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 錘片是錘片式粉碎機(jī)最主要的，也是最易損耗的工作部件。錘片借助銷軸連接在錘架板 上，其尺寸、形狀、工作密度與排列方式、材料材質(zhì)與制造工藝等，對(duì)粉碎效率和工作質(zhì)量 均有較大的影響。 目前世界上有幾十種形狀的錘片，根據(jù)不同的粉碎要求采用不同的錘片。本錘片粉碎機(jī) 采用的是階梯形錘片，工作棱角多，粉碎效果好。結(jié)構(gòu)包括錘片本體，其上設(shè)有與粉碎機(jī)轉(zhuǎn) 子的銷軸連接的卡孔，錘片上的工作端上還有與其固連的錘齒，所不同的是，所述的錘齒為 硬質(zhì)合金制成，因?yàn)橛操|(zhì)合金材料具有硬度高、耐磨性能好等優(yōu)點(diǎn)，因此以硬質(zhì)合金材料制 成的錘齒其抗錘擊、摩擦能力特別強(qiáng)，錘片的耐磨效果可大幅提高；由于錘片是通過(guò)其上設(shè) 有的卡孔，卡套于粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子上的銷軸相連，為了減少對(duì)卡孔的磨損，還可以在錘片上的卡 孔內(nèi)側(cè)設(shè)置圓形的耐磨內(nèi)套，或是在卡孔內(nèi)側(cè)靠近錘片工作端的一邊設(shè)置半圓形的耐磨內(nèi)套。 本粉碎機(jī)錘片的工作端上所設(shè)的錘齒是由硬質(zhì)合金材料制成，由于硬質(zhì)合金材料的硬度 高、耐磨性強(qiáng)、抗氧化等效果均較好，故以其制成的錘齒具有較好的耐沖擊、耐磨性能，且 其耐磨損能力是鐵的 10 倍左右，使得錘片與物料的接觸部位變得更加耐磨，也有效地提高 了粉碎機(jī)錘片的有效使用壽命和粉碎效率，并且將硬質(zhì)合金錘齒及與其連接的工作邊的厚度 加厚，使得錘齒與物料的接觸面更大，而將齒尖制成鋒利的銳角狀，也使得錘齒更加容易地 將物料粉碎，因此也更進(jìn)一步地提高了錘片的粉碎效率；而且硬質(zhì)合金也較容易地焊接在錘 片上，其與錘片的結(jié)合度也很好；焊接的難度不大、制造工藝也較簡(jiǎn)單。 錘片的結(jié)構(gòu)示意圖如下： AHZC0655 錘片粉碎機(jī)的設(shè)計(jì) 23 圖 3.12 錘片 如圖所示，本錘片包括錘片本體 1，其上設(shè)有與粉碎機(jī)轉(zhuǎn)子上銷軸連接的卡孔 3；錘片 本體 1 的工作端上還設(shè)有焊接于上與之固連的錘齒 2，卡孔 3 內(nèi)側(cè)、靠近錘片本體 1 工作端 的一邊設(shè)有半圓形的耐磨內(nèi)套 4，以減小對(duì)卡孔 3 的磨損；所述的錘齒 2 的齒尖為直角齒尖 且呈階梯狀分布于錘片本體的工作端側(cè)邊。 2. 錘片個(gè)數(shù)計(jì)算 錘擊部件由銷軸，隔套，錘片組成。錘擊部件跟著粉碎機(jī)主軸在機(jī)殼內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，由于 離心力的作用錘片呈輻射狀。物料進(jìn)入機(jī)器內(nèi)后，首先在粉碎室（1）內(nèi)被錘片擊碎，同時(shí) 造成物料與篩網(wǎng)，物料與物料之間的碰撞，加之錘片對(duì)物料的研磨作用使物料粉碎，當(dāng)物料 離心運(yùn)動(dòng)到機(jī)器內(nèi)中部時(shí)進(jìn)入粉碎室（2） ，物料在錘片和安裝在機(jī)殼橫梁上的錘頭運(yùn)動(dòng)，進(jìn) 而被二次粉碎。 粉碎能力主要與錘片的動(dòng)能、物料的性質(zhì)（如物料的可碎密度及硬度等） 、含水量及喂 料的均勻程度等因素有關(guān)。 粉碎機(jī)生產(chǎn)能力經(jīng)驗(yàn)公式： frKEQ?1 式中： —— 錘擊部件的粉碎能力，t/h1Q —— 錘片的數(shù)量系數(shù)rK —— 可脾性系數(shù)f 與錘片數(shù)量關(guān)系可參考下表：r 表 3-1 錘片數(shù)量/個(gè) r K 6~8 0.02 9~12 0.022 12~20 0.024 20~32 0.026 由上式帶人數(shù)據(jù)，其中 E = 1.47J = 0.5fK Q = 0.3t/h 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 24 計(jì)算得： 0.026rK? 查表得錘片數(shù)量應(yīng)在 20~32 之間，考慮到回轉(zhuǎn)平面的需要初選錘片的數(shù)量：G=28 錘片的材料以高錳鋼為最好，但是高錳鋼價(jià)格較高，一般很少使用。本設(shè)計(jì)錘片材料選用含 鉻鋼，主要特點(diǎn)是韌性較低，但強(qiáng)度大，硬度高，耐磨性好，且加之性能好，價(jià)格適中，可 以代替低碳鋼、中碳鋼。 3.6 轉(zhuǎn)子的設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)子錘片粉碎機(jī)的主要工作部件，本設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)子包括軸承、主軸、錘架板、主軸隔套、 錘片、錘片隔套及銷軸等，錘片粉碎機(jī)工作時(shí)依靠轉(zhuǎn)子上高速旋轉(zhuǎn)的錘片對(duì)物料進(jìn)行錘擊， 達(dá)到粉碎物料的目的，銷軸主要起懸掛錘片的作用，同時(shí)錘片可繞銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)，用錘片隔套可 以限制錘片的軸向竄動(dòng)以及繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，銷軸則插入錘架板的銷軸孔內(nèi)，可在銷軸孔中轉(zhuǎn)動(dòng)， 銷軸兩端帶有銷孔，軸向固定采用開口銷進(jìn)行固定。需要更換錘片時(shí)先拆開開口銷，即可抽 出銷軸。 由于轉(zhuǎn)子由兩排銷軸穩(wěn)固，錘架板的體積大大減小，也減小了轉(zhuǎn)子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受到粉 碎環(huán)流物料的磨損，增加了轉(zhuǎn)子的使用壽命，整個(gè)轉(zhuǎn)子的質(zhì)量減輕，整機(jī)耗用的電能也相對(duì) 下降。 轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)示意圖如下： 1、 主軸，2、錘架板，3、錘片架，4、錘片，5、隔套（一）6、錘片隔套（二） 圖 3.13 轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)三維圖 AHZC0655 錘片粉碎機(jī)的設(shè)計(jì) 25 3.7 篩網(wǎng)和齒板的設(shè)計(jì) （1）篩網(wǎng)（篩片）是錘片式粉碎機(jī)主要的工作部件和易損件之一，其對(duì)粉碎效率和粉碎 質(zhì)量有較大影響。錘片式粉碎機(jī)上所用的篩片有圓柱形孔篩、圓錐形孔篩和魚鱗孔篩三種。 由于圓柱形孔篩結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，應(yīng)用最廣。按篩網(wǎng)配置的形式，又可分為底篩、環(huán)篩 和側(cè)篩。底篩和環(huán)篩安裝于轉(zhuǎn)子的四周，彎成圓弧和圓圈狀。側(cè)篩安裝于轉(zhuǎn)子的側(cè)面，呈平 圓狀。側(cè)篩使用壽命適于加工堅(jiān)硬的物料，缺點(diǎn)是換篩不便。我國(guó)粉碎機(jī)多采用底篩和環(huán)篩。 按篩孔直徑大小一般分為四級(jí)：小孔 1~2mm，中孔 3~4mm，粗孔 5~6mm，大孔 8mm 以上。 本設(shè)計(jì)采用環(huán)篩的方式，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是：篩選效果較好，安裝更換方便。篩網(wǎng)的 材料為 HT200，考慮到需要粉碎不同的物料，所以篩網(wǎng)有 3 種型號(hào)，分別是孔徑 2mm、4mm 及 6mm。 （2）齒板 齒板的作用是阻礙環(huán)流層的運(yùn)動(dòng)，降低物料在粉碎室的運(yùn)動(dòng)速度，增強(qiáng)對(duì)物 料的碰撞、搓擦和摩擦作用，他對(duì)粉碎效率有一定影響。如果物料以破碎、篩網(wǎng)孔徑較小、 成品物料的排出效果較好時(shí)，齒板的作用不顯著；對(duì)于纖維多、韌性大、濕度高的物料，齒 板的作用較顯著。齒板一般用鑄鐵鑄造，其表面激冷成白口，以增強(qiáng)其耐磨性。齒板的齒形 有人字形、直齒形和高齒槽形三種。 根據(jù)物料的性質(zhì)，篩網(wǎng)的孔徑，本設(shè)計(jì)的工作機(jī)裝配對(duì)稱的齒板。齒板齒形為人字形， 通過(guò)螺栓與箱體連接。 篩網(wǎng)和齒板的布局如下圖所示： 圖 3.14 篩網(wǎng)和齒板布局圖 3.8 排料裝置的設(shè)計(jì) 3.8.1 粉碎機(jī)排料裝置的概況 粉碎機(jī)排料方式對(duì)粉碎性能有很大影響。排料裝置必須及時(shí)地把已粉碎的物料排出并輸 無(wú)錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 26 送走；保證連續(xù)作業(yè)和高的效率，則要求排料裝置使粉碎室發(fā)生一定負(fù)壓，以利改善粉碎機(jī) 的工作性能。房間的排料方式有三種：自重落料、氣力輸送和機(jī)械輸送（如負(fù)壓吸風(fēng)） （1）自重落料 該方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉，但粉碎成品存在消風(fēng)、除塵、輸送等問(wèn)題，多用于小型單 機(jī)。 （2）氣力輸送（負(fù)壓吸送） 采用氣力輸送排出與輸送粉碎成品油許多優(yōu)點(diǎn)：如吸走成品中的水分；冷卻成品和粉碎 機(jī)本身，使成品溫升減低 5~10℃，利于貯存；提高篩片的篩落能力，因而提高了粉碎機(jī)的 生產(chǎn)能力（可提高生產(chǎn)率 15%~25%） ；此外，負(fù)壓吸風(fēng)輸送機(jī)還可以減少粉塵的揚(yáng)塵度。但 其缺點(diǎn)是氣力輸送功耗大、設(shè)備昂貴。據(jù)資料介紹，氣力輸送風(fēng)機(jī)的配套功率約為粉碎機(jī)的 25%~30%，約為機(jī)械輸送的 2~3 倍。因此，采用氣力輸送排料不多，僅用于輸送量小，距 離短的場(chǎng)合。 （3）機(jī)械出料 對(duì)于生產(chǎn)量大于 2.5t/h 的粉碎機(jī)，應(yīng)采用機(jī)械出料。常用方式有： 1）螺旋和刮板輸送機(jī)加負(fù)壓吸風(fēng)的出料裝置：螺旋輸送量比粉碎機(jī)產(chǎn)量應(yīng)大于 10%以上， 物料在螺旋殼體內(nèi)的充滿系數(shù)不得超過(guò) 45%。殼體的上半部最好設(shè)計(jì)成擴(kuò)散形，以便空氣在 壓損小、風(fēng)速低的情況通過(guò)螺旋輸送機(jī)。此外。吸風(fēng)管道與螺旋殼體連接處要加大成喇叭口， 并在來(lái)料一側(cè)傾斜更大，喇叭口的截面積應(yīng)比風(fēng)管截面大 3~5 倍，使其風(fēng)速降為 1.25~2.5m/s。這樣，即可提高粉碎機(jī)的產(chǎn)量，又可避免氣流帶走很多物料。 2）料斗—吸風(fēng)—螺旋出料裝置：粉碎的物料先卸于料斗，經(jīng)吸風(fēng)器—螺旋輸送機(jī)輸出，在 料斗上設(shè)置吸風(fēng)系統(tǒng)，其風(fēng)力不能太大，否則將帶走大量粉料、增加功耗。增大粉塵處理準(zhǔn) 備的負(fù)荷，甚至不能正常工作。 綜合考慮粉碎機(jī)的產(chǎn)能、物料的性質(zhì)、能耗的影響等因素，選擇機(jī)械出料的方式。 由于本設(shè)計(jì)無(wú)需對(duì)粉碎機(jī)的粉碎成品進(jìn)行除塵，干燥的處理（可在后續(xù)工作流程中處理） ，所以無(wú)需安裝風(fēng)機(jī)及除塵裝置，設(shè)計(jì)合理的輸送裝置即可。 3.8.2 輸送設(shè)備的選擇 1) 概述 可以選用的輸送設(shè)備范圍很廣，重要的是應(yīng)當(dāng)了解其主要型號(hào)的優(yōu)缺點(diǎn)以及選擇的方法。 在可行性的研究中必須迅速?zèng)Q定可用的輸送機(jī)設(shè)備類型及其費(fèi)用。 輸送系統(tǒng)的選用應(yīng)比較其如下優(yōu)缺點(diǎn)，即：投資；維修和操作費(fèi)；效率；可靠性；使用的難 易；對(duì)工藝過(guò)程的適應(yīng)性；污染及對(duì)環(huán)境的影響。大多設(shè)備制造廠家都能提供各種物料在各 種形式下的輸送距離、輸送高度以及相應(yīng)的輸送能力方面的資料。 2) 初步選擇 選擇輸送設(shè)備的基本分析包括以下步驟：確定輸送任務(wù)的目標(biāo)，列出被輸送物料的容積、 輸送距離和物料的加工方法，并考慮將來(lái)發(fā)展的要求，收集有關(guān)被輸送物料的數(shù)據(jù)，像物料 的塊度、堆密度和影響輸送方式的有關(guān)數(shù)據(jù)；考慮可能影響輸送設(shè)備類型選擇的可用的場(chǎng)地 空間；研究可采用設(shè)備的基本類型；根據(jù)效率和適用性、投資和維修、操作費(fèi)來(lái)比較適合的 AHZC0655 錘片粉碎機(jī)的設(shè)計(jì) 27 設(shè)備類型；做出選擇。 3) 主要選擇因素 知道被輸送物料的最大塊度尺寸有助于確定采用哪種輸送機(jī)。一般螺旋輸送機(jī)和埋刮板 輸送機(jī)對(duì)輸送物料的塊度有限制，帶式及類似的輸送機(jī)則沒(méi)有限制。 粉狀的物料會(huì)有灰塵的問(wèn)題存在，因此必須選擇密封的輸送設(shè)備?？梢钥紤]螺旋輸送機(jī)、埋 刮板輸送機(jī)、氣力輸送或封閉的帶式輸送機(jī)，但要根據(jù)物料的磨琢性而定。