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固体物料颗粒造粒机的设计.doc

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固体物料颗粒造粒机的设计.doc

需要全套设计及图纸请联系731767310目录1引言................................................................11.1课题的背景及意义..................................................11.1.1生物有机肥的作用................................................11.1.2固体废弃物的处理................................................11.2课题相关技术的国内外发展概况......................................21.3课题的研究内容....................................................32设计任务书..........................................................33设计计算说明书......................................................43.1挤压式平模造粒机的工作原理........................................43.2挤压式平模造粒机的总体设计........................................43.2.1挤压式平模造粒机具体机型的选择..................................53.2.2辊轮个数的确定..................................................53.2.3切刀安装方式和切刀数目的确定....................................63.2.4电动机的安装方式及传动减速方式的确定............................63.3挤压式平模造粒机的动力设计........................................73.3.1电动机功率计算..................................................73.3.2电动机的选择...................................................103.4挤压式平模造粒机传动组件的设计...................................103.4.1传动组件的设计.................................................103.4.2传动组件运动参数的计算.........................................113.4.3锥齿轮组的设计计算.............................................123.4.4空心轴的校核计算...............................................163.4.5轴承的校核计算.................................................263.4.6键的选择及强度计算.............................................273.5挤压式平模造粒机造粒和出粒组件的设计.............................283.5.1造粒组件的设计.................................................283.5.2出粒组件的设计.................................................314使用说明书.........................................................325标准化审查报告.....................................................32结论.................................................................32参考文献.............................................................34致谢...............................................................3511引言1.1课题的背景及意义1.1.1生物有机肥的作用生态有机肥营养元素齐全,能够改良土壤,改善使用化肥造成的土壤板结。改善土壤理化性状,增强土壤保水、保肥、供肥的能力。生物有机肥中的有益微生物进入土壤后与土壤中微生物形成相互间的共生增殖关系,抑制有害菌生长并转化为有益菌,相互作用,相互促进,起到群体的协同作用,有益菌在生长繁殖过程中产生大量的代谢产物,促使有机物的分解转化,能直接或间接为作物提供多种营养和刺激性物质,促进和调控作物生长。有机肥在适宜的温度、湿度、空气等条件下,被微生物持续分解,释放出各种养分和二氧化碳供给作物吸收利用,比化肥的肥效长。有机肥在作物根系形成的优势有益菌群能抑制有害病原菌繁衍,增强作物抗逆抗病能力降低重茬作物的病情指数,连年施用可大大缓解连作障碍。减少环境污染,对人、畜、环境安全、无毒,是一种环保型肥料。有机肥中的腐殖质能吸收某些农药,从而消除农药残毒及减轻重金属污染土壤,减轻土壤环境污染,改善周边生态环境1。1.1.2固体废弃物的处理生产有机肥的原料很多,有农业废弃物,畜禽粪便,工业废弃物,生活垃圾等。近年来固体废弃物的排放量与日俱增,而以固废减量化、资源化、无害化为目的的固体废弃物处理与处置技术也在多元化的发展之中。我国的农业生产中普遍存在着过量施用化肥、有机肥施用不足而导致的农业环境污染、农产品质量不高的问题。在发展生态农业、走可持续发展道路的今天,充分地利用已有的固体废弃物,特别是富含有机质和一定量氮、磷、钾等营养元素的有机废物来发展生物有机肥技术具有相当重要的意义。有机复合肥设备是用于对固体废弃物的无害化处理和资源化利用的专业设备。设备采用的主要原料为禽畜粪便、菌类下脚料等有机废弃物,经过预处理、槽式发酵、混合、造粒成型、冷却包装等工序,完成连续式的有机肥工厂化生产,实现有机废弃物的无害2化处理、资源化利用。有机复合肥设备的主要组成机器有发酵激活机、发酵槽、混合机、造粒机、冷却包装机等。本课题研究的是有机复合肥的成型造粒机2。1.2课题相关技术的国内外发展概况国内外造粒技术经过发展,日渐成熟并形成了专门的学科和独立的技术。目前世界上大型造粒机生产企业有日本两家和德国一家,日本神户制钢公司产品在中国市场的占有率非常高。造粒技术主要有搅拌造粒法、沸腾造粒法、压力成型造粒法、热熔融成型法、喷雾干燥造粒法等3。国外造粒技术较为先进,大多采用大型造粒设备,具备完善的检测监控系统,自动化程度高。国内造粒技术多为模仿国外技术起步,同时针对国内情况加以完善和改进4。搅拌法造粒是将某种液体或粘结剂渗人固态细粉末并适当地搅拌,使液体和固态细粉末相互密切接触,产生粘结力而形成团粒。其优点是成型设备结构简单、单机产量大、所形成的颗粒易快速溶解、湿透性强,缺点是颗粒均匀性不好,所形成的颗粒强度较低。沸腾制粒法是喷雾技术和流化技术综合运用的结果,传统的混合制粒干燥在同封闭容器内一次完成,实现一步法制粒,原料粉末在床内建立流态化,同时将粘合剂雾滴喷至流化界面成粒,经干燥挥发水份随排风带出机外5。压力成型法是将粉体物料限定在特定的空间中,通过施加外力而压紧为密实状态。压力成型的成功与否,一方面取决于施加外力的有效利用和传递,另一方面取决于颗粒物料的物理性质。具有适应能力强、产量大、造粒品粒度均匀、颗粒强度好、成粒率高等优点。李海丽研究用挤压造粒工艺生产糖泥有机无机复混肥。挤压造粒成型机理是通过容积变化,在外力作用下使原来松散的物料由液向桥粘结力作用而捏聚成一定形状颗粒。由于碾轮转动与摩擦产生的热量,使物料升温至45~55℃,可蒸发掉产品中多余的水分。采用挤压造粒工艺生产的产品不易碎,无返料6。挤压造粒机可分为如图11中的几种。3图11挤压造粒机分类热熔融成型法是利用产品的低熔点特性一般低于300℃,将熔融的物料通过特殊的冷凝方式,使其冷凝结晶成所要求的片状、条状、块状及半球状等形状7。热熔融成型法具有工艺流程短、热量消耗低、产品产量高和环保效益好等优点,但是其产品规格有限,产品范围窄,对参数要求高,设备昂贵。李闯研究用尿素熔融喷浆造粒法制造复合肥8。其以尿素熔融液为主要氮源,通过造粒过程中产生涂布作用与其它固体基础原料混和,使产品外观圆滑,颗粒具有较高的强度,在造粒过程中既是原料又充当液相参与过程,并能提供一定的热量,便于成球,且减少了烘干过程所需的热能。1.3课题的研究内容本课题设计的固体颗粒造粒机是挤压式平模造粒机。为了更好的处理有机固体废弃物,减少对环境的污染,也为了有机复合肥设备节能高效的生产有机肥成品颗粒,本文从以下几个方面进行了设计计算根据实际的工作需求和功能要求,确定挤压式平模造粒机的总体设计方案。对挤压式平模造粒机各组成部分进行分析比较,选择最优零件配件,同时解决主要技术关键点。最后对关键零件如主轴、锥齿轮、空心轴和心轴等进行设计计算及校核,保证其功能要求和性能要求,并绘制造粒机总装配图和辊轮机构组件的装配图及部分零件图。2设计任务书挤压造粒机对辊式挤压机粒面对辊挤压机光面对辊挤压机华夫面对辊挤压机推压式挤压机螺杆式挤压机卧式环模挤压机立式平模挤压机单螺杆挤压机双螺杆挤压机动辊式挤压机动模式挤压机4本课题的主要设计技术参数如表21所示。表21主要技术参数生产率整机功率主轴转速1.5~2T/h22~35kw144r/min3设计计算说明书3.1挤压式平模造粒机的工作原理造粒机动力由减速电机提供,电机通过联轴器与造粒机传动组件连接,经传动组件再次减速后转速达到预定标准的144r/min,同时将动力传递给造粒机主轴,造粒机主轴带动模板和甩料盘转动。有机肥物料倒入造粒室,经刮料脚布料成约1mm厚度,随着模板的转动,由于摩擦力的作用,物料被辊轮挤压,从模板上密布的小孔中挤压成条状。甩料盘上的两把切刀把条状物料切割成颗粒状成品有机肥,然后甩料盘把颗粒有机肥从盛粒筒上的排料口甩出。3.2挤压式平模造粒机的总体设计本次毕业设计的是立式平模挤压机,其结构简图如图31所示。辊轮模板切刀电动机图31立式平模挤压机结构简图5我们需要确定挤压式平模造粒机具体机型,辊轮的个数,切刀安装方式和切刀数目,传动减速方式,电动机的安装方式等。3.2.1挤压式平模造粒机具体机型的选择立式平模挤压机分为动辊式挤压机和动模式挤压机,两种挤压机各有优缺点9。动辊式挤压机的模板固定不动,通过电动机提供动力将动力传给主轴,主轴带动辊轮组件转动,同时由于滚轮和模板之间布有固体物料进而产生摩擦力带动辊轮转动,所以形成了辊轮架公转,辊轮自转,模板上的物料随着辊轮的自转而被碾压入模板的小孔中,实现物料的挤压成型。相对于动辊式挤压机,动模式挤压机的模板随着空心轴转动,而辊轮架固定在心轴上不动,所以辊轮不会随着辊轮架转动,既辊轮和模板都自转实现造粒。动辊式挤压机辊轮和辊轮架固定在主轴随主轴转动,其结构相对简单,检查维修方便,但由于辊轮的转动惯量大,所需电动机功率偏大。动辊式挤压适合于大型、高产量的挤压造粒机10。动模式挤压机效率高,所需电动机功率较小。由于模板固定在空心轴上而辊轮和辊轮架固定在心轴上不动,导致动模式挤压机的结构复杂,所以造粒机的检修不方便。同时由于模板的结构决定了动模式挤压机整机尺寸不能过大,太大的话模板所受的压力过大会导致其强度不够,模板容易失效。本次设计中固体物料处理规模较小,产量不是很大,所需造粒机尺寸较小,所以优先选择效率高、造粒成本较低的造粒机,即动模式挤压机。3.2.2辊轮个数的确定挤压造粒机的辊轮数目一般为25个。辊轮个数直接影响造粒机单位小时的产量,辊轮个数越多,造粒机生产率越高,且造粒机的生产率与辊轮个数成正比11。同时,辊轮个数的增多直接导致辊轮与物料面的摩擦力增大,从而使模板所需扭矩增大,这就需要选择输出功率和扭矩较大的电动机。本次设计要求造粒机的生产率达到1.5~2T/h,整机功率约为22~35kw。滚轮个数的多少将直接影响产品的质量,生产的效率和整机规模的大小,因此考虑到生产率和整机功率都比较大,优先选用多个辊轮,即4个或者是5个辊轮。6辊轮架有互相垂直的4根小轴(4轴辊轮架称为十字轴)或圆周均布的5根小轴两种,在其它条件相同时,后者比前者造粒能力大,但5根小轴制造困难、精度难以保证。设计中各小轴轴线在垂直方向的相对高度应有精度要求,高度差引起各小轴上辊轮与模板间的隙差,不利于物料挤入模板孔中。同样各小轴的水平度影响辊轮宽度方向与模板间隙的均匀度,也不利于物料进入模板孔中。所以辊轮架上的小轴越多,其制造越困难,精度越低,故选择4轴辊轮架,即十字轴。所以本次设计的立式平模造粒机的辊轮个数为4个。3.2.3切刀安装方式和切刀数目的确定切刀通常有两种安装方式,一种是安装在甩料盘上,切刀随着甩料盘的旋转而转动,依靠转动产生的动能实现切粒一种是安装在箱体上固定不动,由模板转动产生的动能实现切粒。动辊式挤压机模板固定不动,适合前一种的切刀安装方式,而动模式挤压机模板随主轴转动,适合后一种安装方式,同时,安装在箱体上的切刀容易调整切刀的角度,以此控制有机肥颗粒成品的形状12。切刀通常有两种工作模式一种是间隙式切粒,切刀与模板之间有固定的间隙,这种切粒方式操作简单,切刀与模板磨损小,使用寿命长,但切出的颗粒形状不规则、碎屑多一种是接触式切粒,切刀始终与模板保持接触,这种切粒方式切出的颗粒外观整齐、碎屑少,产品质量高,但切刀与模板磨损快,使用寿命短13。由于有机肥颗粒对外观形状及产品质量要求不高,所以选择间隙式切粒方式,减少模板的磨损,增加模板使用寿命。模板转速和切刀的数量共同决定了有机肥颗粒的长度,模板转速越快,切刀数量越多,则有机肥颗粒越短。同时切刀数目越多,切刀的磨损也会减少。本次设计要求造粒机主轴转速为144r/min,故使用两把切刀为宜。3.2.4电动机的安装方式及传动减速方式的确定电动机有两种安装方式,卧式安装和立式安装。电动机采用卧式安装时,虽然占用空间较大,但是输出轴一般没有轴向载荷,不需要安装轴承,同时卧式安装的电动机振动较小,运行平稳性好。由于是卧式安装,需要把电动机输出轴的水平旋转变为垂直旋转,同时电动机需要再次减速,综合考虑采用锥齿轮传递转速及扭矩。7电动机立式安装占用空间少,散热快,但电动机输出轴轴向载荷大,需要安装滚子轴承承受载荷,立式安装主轴和电动机轴都是垂直旋转,所以可以用圆柱齿轮或者是皮带轮减速。立式安装主要适合小型电动机的安装,电动机较大时采用立式安装容易导致电动机振动过大,稳定性不好。本次设计所需的电动机功率较大,尺寸较大,为了电动机运行的平稳性,采用卧式安装电动机为宜,同时使用一对锥齿轮减速传动。3.3挤压式平模造粒机的动力设计3.3.1电动机功率计算电动机功率由主轴所需转矩确定,主轴转矩是由造粒机辊轮和固体物料的摩擦力确定的。辊轮的工作示意图如图32所示。h0wbRφ0h图32辊轮工作示意图图32中,0辊轮与物料接触面弧长圆心角0h物料厚度,取mmh10h模板与滚轮的间隙,mmh2.01.0,取mmh2.0R辊轮半径,实际滚轮半径mmR90w辊轮宽度,实际滚轮宽度mmw74f辊轮与有机物料之间的摩擦系数,20.015.0f,取18.0f

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