水滴式粉碎室粉碎机设计【含CAD图纸和说明书】
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本科毕业设计说明书题目 水滴型粉碎室粉碎机 学 院:姓 名:学 号:专 业:年 级:指导教师 摘 要水滴式粉碎室粉碎机,是一种采用水滴形的粉碎室,运用高速旋转的锤片来击碎固体原料至所要求的尺寸的机械。主要由粗碎,细碎,风力输送机和电机等装置组成。通过高速撞击达到粉碎的目的。它是目通用性最广,对饲料湿度敏感性小,调节粉碎度方便,具有结构简单、生产率高和使用安全等特点。粉碎机采用钢板焊接结构,电动机与粉碎机转子安装在同一底座上,采用柱销联轴器直联传动,转子经动平衡校验,可正反向工作,操作门有安全互锁装置以保证操作门不能打开,进料口在粉碎机顶部,可与各种形式的喂料机构相配,锤片为对称混合排列。关键词:多功能粉碎机;锤片;水滴室;安全互锁装置AbstractDroptype grinding chambermill,is acrushing chamber adoptsteardrop shaped using high-speedusinghigh-speed rotatinghammerto smashthe solid materialtothe required sizeof the mechanical.Is mainly composed ofcoarse crushing,fine crushing device,composed of wind conveyer and the motor ect.Reach the crushingpurpose throughhigh speed impact.Itisthe most widelyuniversal,feed on thehumiditysensitivity small,convenientadjustmentof grinding degree,has the characteristics of simple structure,high productivityand safetyetc.Pulverizer adoptsthe steel plate welded structure,withthe rotormotorinstalledon the same base,thecolumnpin couplingdirecttransmission,rotordynamic balance checking,canwork in reverse,operation doorsafetyinterlocking deviceto ensure theoperation ofthe door can not be opened,inletinthe top part ofcrushing,and variousforms offeedingmechanism ofmatch,hammerfor the symmetricmixed arrangement.Keywords: multi-functional grinder;hammer;waterchamber;safetyinterlocking device目录第一章 绪论51.1国内粉碎机应用背景51.2国外粉碎机特点51.3目前国内先进的粉碎机械61.4我国饲料粉碎机技术发展值得注意的几个方面61.5普通粉碎机存在的主要问题:71.6水滴室粉碎机的设计意义与创新8第二章 水滴室粉碎室粉碎机总体设计92.1.1工作原理的选择与分类92.1.2水滴型粉碎机的运动原理102.2方案的论证102.3.1参数规格确定132.3.2SFSP水滴型锤片粉碎机主要结构13第三章 主要技术参数的确定和计算153.1锤片的选择163.2 锤架板的设计183.3定位套筒193.4销轴的设计193.5隔套设计:193.6筛板的设计20第四章:动力设计与轴的计算224.1主电机的选择和计算224.2 轴的材料的选用22第5章 标准件的选择245.1 电动机的选择245.2轴承的选择255.3键的选择255.4其他25第六章 主要工作零部件的强度校核266.1锤片强度校核266.1.1 锤片单片的横断面抗拉强度266.1.2 锤片剪切强度校核286.2 轴的强度校核296.2.1作用在轴上的力的分析29结论33参考文献34致谢35摘 要水滴式粉碎室粉碎机,是一种采用水滴形的粉碎室,运用高速旋转的锤片来击碎固体原料至所要求的尺寸的机械。主要由粗碎,细碎,风力输送机和电机等装置组成。通过高速撞击达到粉碎的目的。它是目通用性最广,对饲料湿度敏感性小,调节粉碎度方便,具有结构简单、生产率高和使用安全等特点。粉碎机采用钢板焊接结构,电动机与粉碎机转子安装在同一底座上,采用柱销联轴器直联传动,转子经动平衡校验,可正反向工作,操作门有安全互锁装置以保证操作门不能打开,进料口在粉碎机顶部,可与各种形式的喂料机构相配,锤片为对称混合排列。关键词:多功能粉碎机;锤片;水滴室;安全互锁装置AbstractDroptype grinding chambermill,is acrushing chamber adoptsteardrop shaped using high-speedusinghigh-speed rotatinghammerto smashthe solid materialtothe required sizeof the mechanical.Is mainly composed ofcoarse crushing,fine crushing device,composed of wind conveyer and the motor ect.Reach the crushingpurpose throughhigh speed impact.Itisthe most widelyuniversal,feed on thehumiditysensitivity small,convenientadjustmentof grinding degree,has the characteristics of simple structure,high productivityand safetyetc.Pulverizer adoptsthe steel plate welded structure,withthe rotormotorinstalledon the same base,thecolumnpin couplingdirecttransmission,rotordynamic balance checking,canwork in reverse,operation doorsafetyinterlocking deviceto ensure theoperation ofthe door can not be opened,inletinthe top part ofcrushing,and variousforms offeedingmechanism ofmatch,hammerfor the symmetricmixed arrangement.Keywords: multi-functional grinder;hammer;waterchamber;safetyinterlocking device目录第一章 绪论51.1国内粉碎机应用背景51.2国外粉碎机特点51.3目前国内先进的粉碎机械61.4我国饲料粉碎机技术发展值得注意的几个方面61.5普通粉碎机存在的主要问题:71.6水滴室粉碎机的设计意义与创新8第二章 水滴室粉碎室粉碎机总体设计92.1.1工作原理的选择与分类92.1.2水滴型粉碎机的运动原理102.2方案的论证102.3.1参数规格确定132.3.2SFSP水滴型锤片粉碎机主要结构13第三章 主要技术参数的确定和计算153.1锤片的选择163.2 锤架板的设计183.3定位套筒193.4销轴的设计193.5隔套设计:193.6筛板的设计20第四章:动力设计与轴的计算224.1主电机的选择和计算224.2 轴的材料的选用22第5章 标准件的选择245.1 电动机的选择245.2轴承的选择255.3键的选择255.4其他25第六章 主要工作零部件的强度校核266.1锤片强度校核266.1.1 锤片单片的横断面抗拉强度266.1.2 锤片剪切强度校核286.2 轴的强度校核296.2.1作用在轴上的力的分析29结论33参考文献34致谢35第一章 绪论1.1国内粉碎机应用背景我国每年饲料粉碎总量有2亿多吨,饲料粉碎机对于饲料粉碎的成本,粉碎质量的控制,掌握先进的粉碎机设计,适当的选用合适的粉碎机,成为饲料生产不可忽视的问题。20世纪90年代以来,我国饲料机械行业大胆引进国外先进技术和设备,先后开发生产160200kw的水滴型粉碎机,立轴式粉碎机和横款型振动筛锤片式粉碎机等,有利于提高效率,锤筛间隙可调还可以实现自动负荷控制等。我国饲料粉碎机生产企业基本满足我国畜牧水产养殖发展的需要,但特殊要求和特大功率的机型仍然需要从国外进口,而中小型粉碎机主要可销往东南亚、非洲。我国粉碎机的市场还有很大潜力,但真正有生命力的拳头产品还不多,我国粉碎行业在基础建设的强劲投入中需求猛增,出现了产能过剩、中小企业低端竞争,产品技术含量低、耗能严重等现象。1.2国外粉碎机特点国外锤片式粉碎机应用广泛,由于在饲料所用原料上的差异,在欧洲的饲料多为混合粉碎,几乎没有谷物原料;而美国的饲料配方以50%的玉米或小麦为基础,原料水分略低于欧洲。锤片式粉碎机向两个方向发展:美国的产品追求筛板面积大,而欧洲的讲究冲击齿板面积大。饲料行业为使粉碎粒度均匀合理,饲料行业尝试引入循环粉碎,先粉后筛,筛后再粉的分步,粉碎机械和混合机械各司其职,也提高了粉碎产量和粉碎效率,降低电耗。美国生产有HM系列水滴型卧式粉碎机采用全宽度顶部双向进料方式,使筛片有效利用面积最大化,减少换锤片次数,水滴型筛可阻止物料环流层的形成,大大提高粉碎效率。意大利生产的MSV120/25型立式粉碎机,增大锤片与物料撞击区的同时,尽可能减少了粗粉与筛片的摩擦以降低温升,转筒型筛片及大筛理面积结构有利于出粉,无需配备传动系统的吸风装置。荷兰生产的型半圆筛,双侧面大冲击板,双向双速电动机,配有电子控制的变速喂料器,根据主电机负荷自动调整喂料量,适用于粗粉设备。德国生产的可选用双速控制或无极调速,全新的快速锤片更换机构,筛片分为6片安装,快速不停机换筛片,筛孔尺寸可调,筛面包角324。日本生产的ACM型立式无筛微粉碎机,通过不同形式的转子与定子衬套的优化配置,可获得最佳粉碎效果,利用高效分级涡轮可及时排除细粉,散热好,提高了粉碎产品的质量和纯度。1.3目前国内先进的粉碎机械20世纪90年代,我国饲料行业崛起数家以江苏牧羊,江苏正昌等龙头企业,通过引进国外先进设备,根据我国市场需求调整产品结构,先后开发了75350KW的水滴型锤片式粉碎机,立轴式微粉碎机,江苏牧羊已形成以“水滴王968”系列为代表的粗粉碎机,SWFP“超越” 微粉碎机为代表的微粉碎机,SWFLB“超乐”系列超微粉碎机,水滴王968”系列配备动力为75350Kw ,产量为1270t/h,试用筛孔为1.24.0mm,而在用3.0mm筛孔时,粉碎玉米吨料电耗最低可达5.2KWh,粗粉碎性能指标和稳定性处于领先地位,在结构方面,采用了有利于提高粉碎效率的水滴型筛片,一步到位的联式压筛机构,不停机换筛机构,可调整锤筛间隙。1.4我国饲料粉碎机技术发展值得注意的几个方面从1955年起,我国开始研制锤片式饲料粉碎机,经过60年的发展,我国实力料粉碎机械不论产品品种,产品结构,还是生产能力及综合性能都有了长足的发展和进步,经历过引进, 消化吸收,自主开发,合资合作等,我国饲料粉碎机械工业已经具备一定的规模和水平,但从整体上,我国饲料粉碎机械尚处于由传统型向机械化,自动化和集约化过渡的起步阶段,任然有许多问题需要努力解决,不断改进提高。1粉碎设备自动化调控水平有待提高。目前国内粉碎机设备大多是单元操作机,作业时还停留在人工控制阶段。导致效率不高,质量不行,对紧急情况不能做出迅速反应,我们应根据需要为设别引入智能化控制系统,实现粉碎全过程的闭环控制。2主要易损部件消耗大, 使用寿命有待进一步提高。应从耐磨,耐冲击,高寿命低成本等方面综合考虑,如采用高合金及其他新型耐磨材料作为耐磨件,利用表面渗硼,渗碳、硬质合金堆焊等表面强化处理工艺,用热处理手段改变材料的组织用以提高性能。3粉碎作业能耗高,效率低,生产能力与粉碎粒度相互制约。4粉碎机可靠性及整机质量需要进一步提高。以农村个体户为主要销售对象的小型饲料粉碎机,在质量上一般表现在以下几个方面,材质不符合要求,偷工减料,安全警告标志,安全防护装置不符合要求。5秸秆、草类专用粉碎机有待进一步开发。我国秸秆饲料多种多样,如玉米秸,麦秸和稻草等,其形态的物理机械特性各不相同,秸秆粉碎机械有很大的市场需求。根据作物特点和地区特点设计专用秸秆和饲草粉碎机。6生物质能源领域需要新型物料粉碎机械亟待研究开发。1.5普通粉碎机存在的主要问题:图1-1,环流层的形成 物料从粉碎机进料口进入,方向朝下,粉碎机锤片以切线方向锤击物料,对物料的锤击相对速度大约80m/s,虽有利于提高粉碎效率,但物料进入后经锤片碰击,即随锤片同向运动,此时锤片对物料的相对速度迅速减小,速度差约10-50m/s,相对速度降低,不利于粉碎。而现有粉碎机不能同时兼顾锤片高速度和筛表面物料低速度的问题,即“双速问题”。二是粉碎机内,物料运动沿筛表面切线方向,物料出孔是在筛表面法线方向,不利于出料。旋转物料会产生离心场,物料随机分布在筛内表面,细粉料穿过而大的则被挡住,在筛表面形成一层颗粒分布较粗的易堵塞的料环,同时又阻挡了粉碎机内分布较细的料环,从而内环细粉料和筛孔接触的机会降低,如何破掉此物料环,就成为了重点,即常说的破环问题。 1.6水滴室粉碎机的设计意义与创新水滴型粉碎机将粉碎室从圆形变为水滴形,既增大的了粉碎室筛板的有效筛理面积,又能破坏物料在粉碎室内形成环流层,有利于粉碎后物料排除粉碎室,粉碎效率了15%,适应于广泛的饲料加工。图1-2,粉碎机原理示意图本次毕业设计的水滴室粉碎机设计特点:进料口呈长方形,顺物料切线方向运动,可以将物料环内的物料翻到筛表面,改善出孔方向,增加锤片和物料的速度差。本粉碎机采用钢板焊接结构,电动机与粉碎机转子安装在同一底座上,采用弹性柱销联轴器直联传动,可正反向工作来延长易损件的使用寿命。 可以匹配稳定的喂料装置,如螺旋喂料机,叶轮喂料机、振动喂料机、皮带喂料机。粉碎机的工作电流波动不应超过额定电流的2%4%.操作门有安全保护装置以保证转子转动时操作门不能打开,进料口在粉碎机顶部,可与各种形式的喂料机构相配,锤片为混合排列,压筛机构简洁、可靠,筛片更换方便,整机工作室采用水滴形结构,便于出料,底部设有除杂装置。 该粉碎机主要用于粉碎粒状物料,如:玉米、谷物、谷壳等,对物料的适应性很强,该机经过严格的转子平衡测试。产量高、工作平稳、安全可靠、装卸方便,是理想的高效粉碎设备,广泛用于粮食,饲料、化工等行业使用。第二章 水滴室粉碎室粉碎机总体设计2.1.1工作原理的选择与分类小麦,大豆和玉米等饲料的粉碎,目前我国有以下几种粉碎方法:按照工作原理可分为击碎、磨碎、压碎和锯切碎等,按照产品粒度及粉碎比可分为粗粉碎机、中粉碎机、微粉碎机及超微粉碎机;按照粉碎机转子的转速可分为低速(900r/min)粉碎机按照结构类型一般分类为如图1表2-1 饲料粉碎机按照结构类型分2.1.2水滴型粉碎机的运动原理水滴型粉碎机的运动分为主运动和辅助运动:主运动是水滴型粉碎机的转子及其上面的锤片的绕主轴旋转运动;辅助运动是粉碎机在工作的时候中的下料,风机的辅助排料,下料口的进料导向机构和压筛机构,减震器减震作用。该机械的运动形式为转子随着主轴转动,分布在其上的锤片以高速锤击饲料使得其粒度变小达到所需要求,通过分在水滴室型腔内距离锤片一定距离的筛板,由风机造成粉碎室内负压而排出物料。2.2方案的论证方案的运动结构分析如图2粉碎机获取下料粉碎切入回转筛选振动排送吹动动力供应能量转换能量传递与分配支撑与辅助底座表2-2,粉碎机运动结构分析粉碎机的功能分析如图所示:功能原理设计:利用形态学矩阵将各个功能元的解进行综合,如下表得出水滴室粉碎机形态学矩阵表23,粉碎机功能元分解功能元功能元的解(功能载体)1234下料下料斗喂料器切入进料导向板回转转子锤片式联轴器带式辊式振动筛板组合式筛片卸料风机除尘器卸料器能量转换柴油机汽油机电动机液压马达能量传递与分配齿轮箱油泵链传动带传动2.3总体方案的确定与动力设计2.3.1传动部分设计:水滴室粉碎机的转子及分布在其上的锤片的转动是由电机,皮带及皮带轮,联轴器和轴承等组成,电动机的转动带动皮带轮,通过联轴器而使转子转动工作,从而得到所需要粒度的粉碎后的饲料。传动方案分析:水滴室粉碎机的传动系统分为两种方式,1、齿轮传动,电机传递的扭矩通过一个有保护作用的联轴器,传入一个有分配传动比的减速器,然后通过联轴器传入开式齿轮副,从而带动主轴转动。如图:图2-1,齿轮传动式系统图这种传动方案的特点是工作可靠,使用寿命长,传动准确,使用寿命长结构紧凑适于速度范围广。2、皮带传动由电动机的转矩通过皮带传入联轴器直接进入主轴,如图4:图2-2,皮带轮传动系统方案这种传动方案具有传动噪音小,能承受一定的冲击载荷,起到过载保护作用等特点。传动方案的确定 方案三:直联传动这种方案具有效率高,结构紧凑,传动效果好。2.3.1参数规格确定 规格型号为SFSP5660S(转子直径D=560mm,粉碎室宽度B=600mm,)产量应达到8t/h。粉碎物料为玉米,小麦,高粱,大麦等作物。含水量不超过14%,从经济上来讲要求造价低,适合我国材料制造,且适合中小型养殖户的需求。噪声应低,最大可能降低能耗,检查时自动停止运行。通过几种方案的对比,鉴于粉碎机的工作环境以及工作状况,转速高,确定粉碎机的为第三方案。2.3.2 SFSP水滴型锤片粉碎机主要结构底座:起到连接和支承粉碎机各部件的作用,使其形成一个整体,粉碎后的物料由底座下面排出。图1,转子模型转子:由主轴、销轴、锤片、轴承等组成,是粉碎机主要运动部件。转子转速较高,装配后在不装销轴和锤片的情况下,必须进行静、动平衡校验。 筛网固定架:压紧筛网靠锁紧固定架,固定架上部有弹簧压紧机构,松紧程度可以调节。图2-3,筛网固定架上部壳体组件:顶部有进料口,下部于底座螺栓连接,进料口处有耐磨板,磨损过多可以更换。如果锤片磨损可以通过壳体侧面滴状小板处抽出销轴,以更换锤片,而不用拆下整个上部壳体。进料导向机构:可以使物料从左边或右边进入粉碎室,进料导向板手动控制,触动行程开关,自动改变电机的转向,使之与进料方向相符。如图:顺时针逆时针图2-4,导流方向与转子转向匹配示意操作门:更换筛板或锤片时须开启操作门。操作门上装设行程开关,门在打开时,行程开关使电机控制回路断电,保证电机在该状况下不能运转。第三章 主要技术参数的确定和计算粉碎机的参数选择是很重要的,影响粉碎机性能的因素很多,这些因素之间的关系也较复杂,完全靠计算确定还有困难。而所设计的粉碎机类型在国内尚无资料可查,其主要结构参数是通过对该机和通用型粉碎机的性能进行比较,并根据饲料等粗纤维质物料的加工工艺性和国内外资料来合理确定的。3.1锤片的选择粉碎机易损部件主要是锤片,筛片及冲击齿板,也是粉碎过程中影响粉碎成本的重要因素。目前世界上有多重形状的锤片,各种锤片使用性能见表:表3-1,各种锤片使用性能比较锤片类型 使用性能矩形锤片 通用性好,形状简单,易制造焊耐磨合金 延长使用寿命,制造成本较高阶梯型锤片 工作棱角多,粉碎效果好,但耐磨性差尖角锤片 适于粉碎纤维质物料,但耐磨性差环形锤片 只有一个销孔,工作中自动变换工作角,因此磨损均匀,使用寿命长,但结构复杂由表得知,其中的矩形锤片使用性能比较好,根据JB/T9822.21999标准规定了三种规格,制造锤片的材料有10、20号优质碳素结构钢(经渗碳处理后实现耐磨和韧性的提高)及65锰钢,为提高锤片的耐磨性,常用的处理方法是在锤片工作棱角堆焊碳化钨合金,对锤片进行表面硬化处理。锤片的形状为矩形双孔锤片,机械工程手册-饲料加工机械,材料选用65Mn钢,JB/T699-1999,经过表面热处理硬度达到5057HRC,材料性能,锤片末端堆焊碳化钨合金,焊层厚度约13mm,选用我国规定的标准锤片规格I系列,锤片的尺寸如图:选用II系列的锤片。锤片安装方案的确定:锤片的数量与排列 锤片粉碎机转子上锤片的数量与排列方式,影响到转子的平衡、物料在粉碎室内的分布、锤片磨损的均匀程度以及粉碎机的工作效率。 锤片的数量用单位转子宽度上锤片的数量(锤片密度)来衡量,密度过大则转子启动转矩大、物料受打击次数多,度电产量降低;密度过小则粉碎机的产量将受到影响。 锤片的排列是指转子上各组锤片之间及同组锤片之间的相对位置关系。锤片的排列方式最好达到下列要求:转子转动时,每块锤片的运动轨迹不重复;物料不会在锤片的推移下粉碎室内发生向一侧偏移的现象(特殊要求除外);转子受力平衡,高速运转时不产生振动。图5-9是常见的几种锤片排列方式的平面展开图,它们表示的是四组锤片在转子上的相对位置。 1,锤片组数:粉碎机采用四组锤片,这样具有良好的动平衡性能。锤片的排列方式:常用排列方式有四种:对称,交错,混合和螺旋排列。如图图3-1 锤片排列方式a螺旋线排列 b对称排列 c交错排列 d混合排列螺旋线排列分为单螺旋和双螺旋两种,螺旋线排列方式最简单,轨迹均匀,不重复,但工作时物料将顺螺旋线向一侧推移,使得一侧锤片磨损加剧,此外,销轴I、III上的锤片离心力合力R1和R3作用相距e两力不能平衡,高速时会产生振动。对称排列:对称的两轴I和III轴,II和IV轴对称的锤片运动轨迹重复,同样轨迹密度下,需要增加锤片的数量,耗用钢材较多,但合力平衡,物料无侧移,锤片磨损也比较均匀。交错排列:分为单片和双片两种,锤片轨迹均匀,不重复,对称轴上离心力合力可相互平衡,转子运动平稳,但工作时物料略有推移,销轴间隔套品种多。混合排列:轨迹均匀,不重复,锤片排列左右对称,4根销轴上的合力在同一个平面上,对称轴相互平衡,因此平衡性好,故此种排列应用较广。锤片线速取值为86m/s, 锤片末端线速度V的确定,V的增大对物料打击,挫擦和磨碎作用提高,能增加粉碎机能力和产品细度,但V过大会使机器空载功率增加,同时因转子不平衡产生的噪音和振动也随之增加,粉碎能力反而下降,因此,合适的V值对提高粉碎机性能至关重要。锤片数量Z 锤片数量对粉碎机的性能也有一定的影响,锤片多就打击次数多,功率消耗大效率也会下降,而片数少粉碎能力也下降,偏离最佳值,效率也会下降,锤片数Z 由以下公式确定:Z= (取整数) 其中: B粉碎机宽度(mm) 锤片厚度(mm) 锤片配置密度系数,一般取0.20.42即锤片厚度与锤片配置密度系数约等于1图3-2 锤片磨损示意图3.2 锤架板的设计锤架板起着支撑销轴和锤片的作用,材料选择高锰钢(ZGMn13),外径500.尺寸如图厚度6mm图3-3 锤架板3.3定位套筒锤架板定位套筒内径75mm,外径90mm,材料选择铸铁。长度为60mm,与轴配合公差等级为IT7级精度。共6段。3.4销轴的设计 初选20毫米,用开口销定位,加上锤片隔套,用来定位锤片的排列。3.5隔套设计:长隔套27,短隔套17(黄金分割比例),锤片活动距离5mm,隔套厚度10mm,用开口销连接。开口销:GB/T91 228,公差H14,材料为Q235。原料为玉米,水分不大于14,容量不低于0.72吨/米3;粉碎机筛板筛孔直径3毫米,开孔率不低于33。3.6筛板的设计设计成水滴型,筛理面积比普通型大,筛落能力强;另外也可以防止产生气物环流,似的粉碎后的合格细粉尽快晒筛出,避免了过度粉碎造成的能耗损失。 筛板的调整根据粉碎后的物料的细度要求来选用相应筛孔的筛板。筛板在磨穿或被打坏后需及时更换新筛板,筛板从两侧操作门装入,并由压紧机构压紧。粉碎机的筛片一般有冷轧钢板冲孔而成,通常采用圆孔,呈正三角型排列。这种排列成本低,应用广。鱼鳞筛片虽然比平板圆孔筛片产量高出20%30%,但鱼鳞筛片成品平均粒度大,且在双向旋转切换时需要换掉筛片方向,为增加筛片的使用寿命,通常还需要对筛片进行渗碳,氮化热处理,成本高。筛片的类型有:圆筒形,水滴形,亚椭圆形,U型和型,采用的粉碎原理是无支撑式的冲击粉碎,在粉碎过程中,被加工的物料进入粉碎室,受到高速旋转的锤片的反复冲击,搓擦和在齿板上的碰撞,从而被逐步粉碎至所需要的粒度后穿过筛孔排出。粉碎产生的细粉在气流的作用下,通过分级装置排出,而粗粉在重力或负压作用下重新进入粉碎区再次被粉碎。筛孔直径与粉碎细度的关系大体为:成品平均粒度(mm)=(1/41/3)筛孔直径(mm)。 筛板面积及开孔率的影响 锤片式粉碎机的生产率受筛板通过能力的制约见下式: G=vF(t/h)式中:G生产率(t/h); v气流产品通过筛孔时的平均速度(m/s); F筛板的有效筛理面积(m2); 气流产品通过筛板时的容重(t/m3)。 由上式可见,加大筛板面积、提高筛板的开孔率(增大有效筛理面积),从而提高粉碎机的小时生产率。根据JB710农业机械汇编,优先选用15号或20号钢,经过碳氮共渗,渗层厚度为0.070.17mm。表面热处理硬度不低于HRC3070,筛板的开孔率K我们取33.3%,筛孔排列方式为60度“品型”交错排列。筛板的筛孔计算公式为K=90.7 100%, d为筛孔直径,t为孔距,对于饲料的粉碎,选取中孔直径3mm,6目。从而得到孔距为5mm。图3-4,筛网尺寸与分布3.7锤筛间隙R的确定锤筛间隙R是影响粉碎机重要性能参数之一,粉碎机在工作时,粉碎室内的锤片末端和筛片之间有一层随锤片旋转的物料环流气流层,平均速度越为锤片速度的一半,这样降低打击作用,增加了摩擦损耗,由于离心力的作用,F=mr,粗颗粒处在环流层外层,得不到很好的粉碎,同时细颗粒处在环流层内层,又难以从筛孔及时排出,产生过粉现象。R过大时,这种情况会更加严重,过小环流物料层的速度就大,速度方向与筛孔接近垂直,致使粉碎后的物料不易通过筛孔,而是产品粒度过细,能耗增加。合理选用则会降低这些负面作用。一般谷物粉碎机R=48mm,这里我们选择:8mm,R=(25),为筛孔直径。第四章:动力设计与轴的计算4.1主电机的选择和计算设计粉碎机所需要的功率N是根据粉碎室的宽度B,转子直径D的比值:K=N/(BD) 在我国,K的值一般取值为(815)Kw/ .计算值约为33.6kw,这里我们取值为37千瓦。锤片线速取值为86m/s, 锤片末端线速度V的确定,V的增大对物料打击,挫擦和磨碎作用提高,能增加粉碎机能力和产品细度,但V过大会使机器空载功率增加,同时因转子不平衡产生的噪音和振动也随之增加,粉碎能力反而下降,因此,合适的V值对提高粉碎机性能至关重要,见表1。见表1表4-1 不同物料所需锤片末端线速度物料线速度m/s物料线速度m/s高粱48大麦88玉米52燕麦105小麦65麸糠110黑麦75燕麦壳115K=N/(BD) 在我国,K的值一般取值为(815)Kw/ .K值初定为10,则计算值约为33.6kw, 初选P=33.6kwP=P/ P电机功率P粉碎机计算功率i1带传动传动功率效率i2粉碎机主轴联轴器传动功率效率P=33.6/(0.950.96) =36.8kw因此根据4选择电动机基本数据如表2-1所示:(机械设计手册第五卷)这里我们取值为37千瓦。根据粉碎机的工作环境和条件, 4.2 轴的材料的选用轴的材料主要采用碳素钢和合金钢,碳素钢比合金钢价廉,对应力集中的敏感性较小,所以应用较为广泛。常用的碳素钢有3050钢,这里选用45钢,并进行热处理和表面强化处理,可以提高轴的疲劳强度和耐磨性,如有必要还可进行渗碳,以提高轴的耐蚀性。轴的转速为中已确定电动机转速=2950r/min. 轴的输入功率电动机 P=37kw主轴 =35.2kw (9)电动机与主轴的传递效率,=0.95选取轴的材料及热处理 材料选择40Gr钢 调质处理 表15-1,材料性能:硬度241286HRB ,抗拉强度B=735MPa,屈服极限s=540MPa,弯曲疲劳极限-1=355MPa,剪切疲劳极限-1=200MPa,许用弯曲应力-1=70MPa 机械设计输出轴上的功率P1,转速n,和转矩T,取包括轴承在内的效率=0.97P1=P=370.97=35.9KwT=9550000 =116218Nmm按扭转强度计算估算轴的直径dA 式中d轴的直径,mm P轴传递的额定功率,kw A系数,查表153,选取A=112,于是得到dmin= A =112 =25.8mm, 当轴上有键槽时,应适当增大轴径,单键增大5%-7%,双键增大10%-15%,取d=50mm。 输出轴的最小直径显然是安装联轴器处的轴的直径,为了使所选用的轴的直径与联轴器的孔径相适应,同时选取联轴器的型号。联轴器的计算转矩Tca=KAT 查表14-1,取KA=1.7,则Tca=KAT=1.7116218=197572Nmm。轴的结构设计1拟定轴上零件的装配方案2根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度1)为了满足半联轴器的轴向定位要求,I-II段轴段右端需要制出一轴肩,故取II-III段的直径dII-III=57mm,左端用轴端挡圈定位:按照轴端直径取挡圈直径D=60mm。半联轴器与轴配合的毂孔长度L1=84mm,为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上,取II-III段轴长为82mm。2)初步选择滚动轴承。轴承受到变载的弯矩作用,因此选择调心球轴承,参照工作要求并根据dII-III=57mm,初步选择0基本游隙组,标准精度级的调心球轴承2212,尺寸为dDB=60mm110mm28mm,故取dIII-IV=60mm,而 lVII-VIII=28mm。3)右端滚动轴承采用轴肩定位。查的2212型轴承定位轴肩高度是9mm,因此取dVI-VII=69mm。4)取安装套筒处的轴段IV-V的直径dIV-V=75mm,套筒左端与左轴承之间同样采用轴肩定位,已知套筒的的长度64mm,共7段。第5章 标准件的选择5.1 电动机的选择根据粉碎机的工作条件及生产要求,在电动机能够满足使用要求的前提下,尽可能选用价格较低的电动机,以降低制造成本。由于额定功率相同的电动机,如果转速越低,则尺寸越大,价格越贵。粉碎机所需要的功率为37KW,故选用Y系列(IP44)型三相笼型异步电动机。 Y系列三相笼型异步电动机是按照国际电工委员会(IEO)标准设计的,具有国际互换性的特点。其中Y系列(IP44)电动机为全封闭的自扇冷式笼型三相异步电动机,具有防灰尘、铁屑或其它杂务物侵入电动机内部之特点,B级绝缘,工作环境不超过40,相对温度不超过95%,海拔高度不超过1000m,额定电压为380V,频率50HZ,适用于无特殊要求的机械上,如农业机械。 Y系列三相笼型异步电动具有效率高、耗电少、性能好、噪声低、振动小、体积小、运行可靠、维修方便等优点。且提高了防护等级和绝缘等级、结构合理、产品先进、应用很广泛。其主要技术参数如下:我们选择Y系列(IP44)JB/T9616-1999,电机型号为Y200L2-2,额定电压380V,效率90.5,功率因数0.89,转速2950r/min ,堵转转矩/额定转矩=2,堵转电流/额定电流=7,最大转矩/额定转矩=2.2。中心高200mm,重量250kg,电机轴径55mm。安装方法是:具有端盖式轴承,和一个轴伸的电机,B35,端盖上带凸缘,凸缘有通孔,凸缘在D端,安装型式:借底脚安装在基础构件上,并附用凸缘安装。5.2轴承的选择根据对该粉碎机的结构和对轴的受力分析可知,由于锤片为混合排列,在转子的转动过程中锤片所产生的离心力相互抵消,轴承受到锤片产生的径向力为零。 考虑到粉碎机的载荷比较大且有冲击载荷,选用粉碎设备常用的调心滚子轴承。结构代号为2212,GB/T281-1994内径d=60mm,外径D=110,mm,基本额定载荷Cr=34.0KN,安装尺寸:ra=1.5mm,质量1.1kg。e=0。28,Y0=2.4,Y1=2.3,Y2=3.5。B=28mm。可同时承受径向载荷和轴向载荷,外圈可分离,安装时可调整轴承的游隙,成对使用。5.3键的选择联轴器与电机连接的键,考虑到与轴端相连,承载一定的转矩,载荷有中等冲击。电机轴径为55mm,查表6-1机械设计,查的键的截面尺寸为:宽度b=16mm,高度h=10mm,由联轴器宽度选择并参考键的长度系列,取键长L=70mm。键标记为:键C1670GB/T1096-2003。联轴器的选择:HL4联轴器 GB/T5014-2003,半联轴器的孔径dI-II=50mm,半联轴器的长度L=112mm,半联轴器与轴配合的毂孔L1=84mm。主轴上的键采用圆头平键,型号为键A 20490GB/T1096-2003.5.4其他 螺母的选用:主要根据所用螺栓规格进行选择: GB617086。锁紧螺母:GB/T812-1988 M752。垫圈的选择:根据需要选用普通平垫圈:GB84885。螺栓的选择:用来连接支承电动机钢板与支架、支承粉碎机钢板与支架用螺栓:由于是用于板间连接,螺栓主要是受到剪切作用,故采用受剪螺栓连接。选用GB578386。第六章 主要工作零部件的强度校核6.1锤片强度校核 锤片是秸秆粉碎机的主要工作零件,对于强度和硬度都有较高的要求。当转子高速旋转时,锤片就受到离心力、物料对锤片的反力等作用,由于物料在粉碎室中的运动是相当复杂的,则其离心力作用又远远大于其它对锤片的作用力。因此对锤片的强度校核只考虑其主要受力,即离心力对锤片的拉伸应力的影响,故对锤片单片横断面和锤片打孔处进行抗拉和抗剪的强度校核6.1.1 锤片单片的横断面抗拉强度 锤片旋转时的离心力: (11) 式中:为锤片的重量,kg; (12) 为锤片的体积,; 锤片整体的体积2螺钉孔的体积 (13) 为钢材的密度,;65Mn钢所以,将V、的值代入公式(12),重力加速度,;主轴转速, n=2950r/minR锤片重心相对于主轴轴心的回转半径,m;所以,将、g 、n 、R的值代入公式(11),得 为锤片单片根部横断面的受拉面积。 (14)式中:D为螺孔直径; 为锤片厚度; 所以,将、的值代入公式(14), 因为 锤片采用65Mn钢,查机械设计手册得65Mn钢的抗拉许用应力, 所以,锤片满足抗拉强度要求。6.1.2 锤片剪切强度校核 (15)式中:为锤片离心力; 为剪切面积。 剪切面积为锤片螺孔的表面积,即 (16)式中:为锤片螺孔的直径;D=20.5mm 为锤片的厚度。 将、的值代入公式(16)中,得 将、的值代入公式(15)中,得 剪切许用应力与拉伸许用应力有如下关系: (17)取由得 所以,锤片的抗剪切强度满足要求。6.2 轴的强度校核该机主轴与电动机轴联接是通过皮带传动进行连接,传递转矩,转子固定在轴上,因此可以认为转子对轴的作用力为均布载荷,均匀作用在轴上。由于转子上锤片的排列呈螺旋线排列,在同一个平面上每个锤片所产生的力相等,但它们在轴上产生的离心力的合力的作用线相距e0,两力不能平衡。所以锤片产生的离心力对轴产生影响,使其产生弯曲变形,轴除受弯矩外,还受扭曲变形。所以用弯扭组合变形对轴进行强度校核。6.2.1作用在轴上的力的分析由于凿在转子上采用螺旋线排列,其所产生的离心力不能相互抵消,但可以算出转子上每列锤片产生的离心力的合力。 锤片在转子上按互差90排列,分为四列:轴受力如图图6-1,主轴径向受力图S图6-2主轴的水平受力 图6-3 主轴的垂直受力图 图6-4主轴的合成弯矩图画轴转矩图如图图6-4主轴的转矩图许用应力用插入法由表16.3查得: (3-39)应力校正系数 (八)画当量弯矩图 当量转矩 T=0.59*9987.2 =5892.5N.mm T=5892.5N.mm 图66主轴的当量弯矩图直径 d1=d1-2(ha+C)*m =60-2*(1+0.25)*m =52.5mm d=32.3mm50mm (3-41) 符合结论毕业设计是我们大学生在校得最后一个环节,认真做好毕业设计,不断提高毕业设计的质量,是现阶段的重要任务,也是提高自己的好机会。为期一学期的毕业设计即将结束,也就意味着我们的大学生活将要落幕。在这一个学期的时间里我学到了许多的专业知识,同时体会到了作为一名设计者,设计的过程是异常十分艰难的,在此阶段要接受实践的考验,要对基础知识有充分的掌握。在设计的这段时间里,通过老师的耐心指导,自己不断的查找翻阅资料加上同学的帮助,我在规定时间里努力地完成了设计任务;在此同时我各方面的能力得到了一定的提升。这次毕业设计使我明白了原来自己知识比较欠缺,基础知识不扎实,自己要学的知识还很多。以前没有认真学习,现在要用起来发现很多地方都不怎么清楚。后悔没好好学习。这次设计,我明白了学习是个长期积累得过程,在以后的工作、生活中应该不断的学习,努力提高知识面及综合素质。本次设计的课题是水滴式粉碎室粉碎机。设计题改变了传统单一的粉碎室,使粉碎机粉碎范围得到很大程度的拓宽,降低了成本。在设计过程中出现了很多问题,例如:轴和锤架板轴向定位,怎样将二种粉碎结合起来等一系列问题。在严霖元老师的指导帮助下得到解决。在以后的设计中,从实际出发,多查阅资料,首先要掌握其工作原理,然后选用传动系统,确定最优方案,画出大致总装配图,再逐一对零部件进行设计及校核,最后整理出完整设计说明书。34水滴式粉碎室粉碎机毕业设计参考文献1 濮良贵,纪名刚机械设计北京:高等教育出版社,2006:62-116.2金清肃机械设计课程设计华中科技大学出版社,2007:39-713 胡继强食品机械与设备中国轻工业出版社,1998:10-224 郑水林,祖占良中国超细粉碎技术与设备现状J中国非金属矿工业导1999(5):175 崔建云食品加工机械与设备. 中国轻工业出版社,2004:15-256 但永红,何小于饲料粉碎机锤片热处理工艺的进展机械工程材料,1994:8-127 杨华明,王淀佐超细粉碎技术的进展J金属矿山,1998(9):208 赵大兴工程制图北京:高等教育出版社,2004:198-2179 甘永立几何量公差与检测上海科学技术出版社,2007:30-5010 张世昌,李旦,高航机械制造技术基础北京:高等教育出版社,2007:204-26011 刘鸿文材料力学北京:高等教育出版社,2007:73-9712杜小强,宗力 基于虚拟样机的锤片式粉碎机转子动力学特性研究 农业机械学报 2005,13曹康,金征宇,现代饲料加工技术,200314黄红英.提高饲料粉碎产量的几大要素,广东饲料(2001,03)15 王晓博;谢瑞淸 锤片式粉碎机转子机构结构动态优化设计期刊论文 锤片式粉碎机 2010(05) 致谢经过几个月的忙碌和工作,本次毕业设计已经接近尾声,作为一个本科生的毕业设计,由于经验的匮乏,难免有许多考虑不周全的地方,如果没有导师的督促指导,以及同学们的支持,想要完成这个设计是难以想象的。 在这里要感谢严霖元老师、孙通老师、吴老师。老师平日里工作繁多,但在我做毕业设计的每个阶段,从查阅资料到设计草案的确定和修改,中期检查,后期详细设计,装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。由于我基础知识掌握不牢固,很多地方会出错,在吴老师的细心指导下才纠正图纸中的错误。除了严霖元老师的专业水平外,他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样,并将积极影响我今后的学习和工作。 其次要感谢我的同学对我无私的帮助,特别是在软件的使用方面,正因为如此我才能顺利的完成设计。我要感谢我的母校江西农业大学,是母校给我们提供了优良的学习环境;另外,我还要感谢那些曾给我授过课的每一位老师,是你们教会我专业知识。毕业了,你们对我的谆谆教诲,会影响我的一生。在此,谢谢大家。学生签名:王朋利日期 :2014年5月10日
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