AHZC0655 锤片粉碎机设计

欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 编编 号号 无锡太湖学院 毕毕业业设设计计 论论文文 题目 题目 AHZC0655 锤片粉碎机的设计锤片粉碎机的设计 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业 学 号 0923827 学生姓名 奚 伟 指导教师 俞经虎 职称 副教授 职称 2013 年 5 月 25 日 无锡太湖学院本科毕业设计 论文 无锡太湖学院本科毕业设计 论文 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 本人郑重声明 所呈交的毕业设计 论文 AHZC0655 锤片粉碎 机的设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果 其内 容除了在毕业设计 论文 中特别加以标注引用 表示致谢的内容外 本毕业设计 论文 不包含任何其他个人 集体已发表或撰写的成果作 品 班 级 机械 97 学 号 0923827 作者姓名 2013 年 5 月 25 日 I 无锡太湖学院无锡太湖学院 信信 机机 系系 机械工程及自动化机械工程及自动化 专业专业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一 题目及专题 一 题目及专题 1 题目 AHZC0655 锤片粉碎机的设计 2 专题 二 课题来源及选题依据二 课题来源及选题依据 粉碎在饲料的生产过程中是至关重要的一道工序 对于原材料的充分利用 以及动植物的充分吸收起到关键作用 而此次设计的锤片式粉碎机则是当前粉 碎机内最为常见的一类 它是一种利用高速旋转的锤片来击碎饲料的机器 它 具有通用性广 效率高 粉碎质量好 操作维修方便 动力消耗低等优点 粉碎饲料原料常用击碎 磨碎 压碎或锯切碎等方式 但是 从粉碎粒 度以及效率等要求出发 粉碎饲料原料采用最广泛的是锤片粉碎机 击碎 因此 分析研究并设计锤片粉碎机具有很强的现实意义 三 本设计 论文或其他 应达到的要求 三 本设计 论文或其他 应达到的要求 熟悉锤片粉碎机的发展历程 特别是近十几年来的先进的粉碎机的特点 熟练掌握机械设计的方法并将所学知识运用到设计上 熟练掌握 CAD 等作图软件并运用到设计机械上 掌握机械的设计 可行性分析 材料的选用 机械的装配 II 分析所设计的机器的性能的优点及不足并提出展望 四 接受任务学生 四 接受任务学生 机械 97 班班 姓名姓名 奚 伟 五 开始及完成日期 五 开始及完成日期 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六 设计 论文 指导 或顾问 六 设计 论文 指导 或顾问 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所所长学科组组长研究所所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 2012 年年 11 月月 12 日日 摘摘 要要 粉碎是粮食加工生产过程中一道至关重要的工序 对于原材料的充分利用以及动植 物的充分吸收起到关键作用 能够极大地提高饲料的利用率 同时 粉碎原料粒度的小 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 III 对后续工序 如制粒等 的难易程度和成品质量都有着非常重要的影响 而且 粉碎粒度的 大小直接影响着生产成本 在生产粉状配合饲料时 粉碎工序的电耗约为总电耗的 50 70 粉碎粒度越小 越有利于动物消化吸收 也越有利于制粒 但同时电耗会相 应增加 反之亦然 粉碎过程的实质是通过输入能量使得物料的比表面积增大的过程 在此过程中 能 量消耗在表面积增大 颗粒变形 摩擦 组织结构的变化方面 对于不同性质的原料 不同的粉碎方式 不同的输入能量 粉碎过程也不同 我国每年粉碎加工总量达 2 亿多吨 饲料粉碎机作为饲料工业的主要装备 对饲料 质量 饲料报酬 饲料加工成本的形成是一个重要因素 所以 恰当地掌握粉碎技术 选用适当的粉碎机型是饲料生产不可忽视的问题 本课题设计的是一种经济节能型锤片粉碎机 本锤片粉碎机用于玉米等物料的破碎 具有产能高 节约能源 破碎效率高等特点 操作简便 维修方便 使用寿命长 关键词关键词 粉碎 饲料加工 锤片式 节能高效 Abstract Grinding is a very important procedure in food processing production process to make full IV 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 目录目录 摘 要 III ABSTRACT IV 欢迎下载本文档参考使用 如果有疑问或者需要 CAD 图纸的请联系 q1484406321 V 1 绪论 1 1 1 粉碎理论 1 1 2 粉碎的方法 1 1 2 1 压碎 1 1 2 2 劈碎 2 1 2 3 沂碎 2 1 2 4 冲击破碎 2 1 2 5 磨碎 研磨 2 1 3 粉碎机的分类 3 1 4 锤片粉碎机的概况 3 1 5 锤片粉碎机的原理 4 1 6 锤片粉碎机的分类 5 1 7 国内外锤片式粉碎机发展概况 6 1 7 1 国外锤片式粉碎机发展概况 6 1 7 2 我国的锤片式粉碎机发展概况 7 2 锤片粉碎机的总体设计 9 2 1 原理及工作类型 9 2 2 锤片粉碎机的结构 9 2 3 转子转速 10 3 锤片粉碎机主要部件的设计说明 11 3 1 已知条件 11 3 2 电机的选择 11 3 3 V 型带设计 11 3 4 主轴的设计 14 3 4 1 选择轴的材料及热处理 14 3 4 2 主轴的结构设计 15 3 4 3 轴的强度校核 16 3 4 4 轴承的校核 19 3 4 5 轴承的校核 19 3 4 6 有限元分析 20 3 5 锤片的设计 22 3 6 转子的设计 24 3 7 筛网和齿板的设计 25 VI 3 8 排料装置的设计 25 3 8 1 粉碎机排料装置的概况 25 3 8 2 输送设备的选择 26 3 8 3 螺旋输送机的结构设计 27 4 锤片粉碎机的操作 维护和检修 28 4 1 生产操作 28 4 2 设备维护和更换 28 4 3 设备的定期检修 29 4 4 锤片和筛网的更换 29 5 结论与展望 30 5 1 结论 30 5 2 不足之处及未来展望 30 致谢 31 参考文献 32 AHZC0655 锤片粉碎机的设计 1 1 绪论绪论 1 1 粉碎理论粉碎理论 粉碎过程的实质是通过输入能量使得物料的比表面积增大的过程 在此过程中 能量消 耗在表面积增大 颗粒变形 摩擦 组织结构的变化方面 对于不同性质的原料 不同的粉 碎方式 不同的输入能量 粉碎过程也不同 实际粉碎过程中的粉碎料粒度分布受到两个主要因素的影响 即原料性质和粉碎设备结 构与操作参数 实际粉碎过程是一个比较复杂的过程 有以下三种粉碎破坏模型 1 体积粉碎模型 物料初始粉碎时整个颗粒就收到全面破坏 但初始生成物种大多数为粒度较大的中间颗 粒 随着粉碎的进行 这些中间颗粒逐渐被粉碎成细小颗粒 达到稳定 粉碎能耗与体积变 化成正比 这种模型反映了大多数粉碎的过度过程 社用于一般脆性物料的冲击粉碎 2 表面粉碎模型 物料的粉碎进发生在颗粒的表面 而不发生在颗粒内部 即物料的粉碎过程是从外层逐 渐向内层破碎的 所需能量与粉碎后新生的表面积成正比 该模型适用于各种物料的微粉碎 和超微粉碎 韧性和坚硬物料的粉碎 粉碎作用方式主要是研磨和低强度冲击粉碎 3 均一粉碎模型 粉碎过程中输入至物料颗粒的能量直接传递到颗粒的各个部分 颗粒被直接粉碎成均匀 的细小颗粒 粉碎能耗与物料内产生的裂纹长度成正比 适用于低强度脆性物料的强力冲击 粉碎 1 2 粉碎的方法粉碎的方法 物料粉碎的方法类型繁多 但按施力方法不同 对物料粉碎有挤压 弯曲 冲击 剪切 和研磨等方法 而在粉碎机械中 施力情况却是很复杂的 往往是几种施力方式同时存在 当然在某一台粉碎机械中也只有一种或二种主要施力 由于物料颗粒本身的形状是不规则的 而且不同物料的物性不同 所以应该采用不同的 粉研方法 利用机械力粉碎物料按施加外力的不同有如下几种方法 1 2 11 2 1 压碎压碎 在两块工作面之间放置 然后施加压力 物料在受到压应力作用后达到其抗压强度而破 碎 其工作原理见图a 无锡太湖学院学士学位论文 2 图 1 1 机械力粉碎方式 1 1 2 2 2 2 劈碎劈碎 将物料置于一个平面和一个带尖棱的工作平面之间 当物料受到带尖棱的工作平面 力的作用时 物料会沿着压力作用线的方向劈裂 劈裂的原因是由于劈裂平面上的拉项 力达到或超过物料拉伸强度极限 物料本身的拉伸强度极限比抗压强度极限小的多 其 工作原理见图 b 1 1 2 2 3 3 沂碎沂碎 在弯曲应力作用下物料破碎 破碎后的物料受集中载荷作用 支点简支梁或多支点梁 当 物料的弯曲应力达到物料的弯曲强度时 即被折断而破碎 其工作原理见图 c d 1 1 2 2 4 4 冲击破碎冲击破碎 在冲击力作用下物料破碎 见图f 其破碎力是瞬时作用的 具有效率高 破碎比大 能量 消耗小的特点 冲击破碎有如下几种情况 固定的工作面受到高速运动的物料的冲击 物料受到运动的工作体的冲击 高速运动的物料互相冲击 悬空的物料受到高速运动的工作体的冲击 1 1 2 2 5 5 磨碎磨碎 研磨研磨 在受到一定的压力和剪切力作用后 物料与运动的工作表面之间其剪切应力达到物料 的剪切强度极限时 物料便粉碎 或物料彼此之间摩擦时的剪切 磨削作用 而使物料粉碎 见图g 根据以上几种粉碎方式得出有以下几种不同的工作原理的机构可供选择 1 31 3 粉碎机的分类粉碎机的分类 在饲料 肥料 燃料的生产使用中 粉碎机主要有压碎机 辊式粉碎机 磨碎机 齿爪 AHZC0655 锤片粉碎机的设计 3 式粉碎机 锤式粉碎机 刀式粉碎机等几大类型 1 压碎机 压碎机是利用两个表面光滑 大小相同的压辊 以相同的速度相向运转 对进入物料产 生压力 在压力与摩擦力的作用下 将物料压扁或破碎 根据以上特点 有人送给这类粉碎 机一个比较通俗易懂的称谓 压扁机 2 辊式粉碎机 辊式粉碎机又分为圆柱形拉丝辊式粉碎机 方体锯齿辊式粉碎机两个小类别 辊式粉碎 是利用表面有锐利锯齿状的两个相同或不同大小而转速不同的对辊将物料进行切碎 冲击 挤压 生产出不同细度的颗粒 优点是产量高 粉末少 颗粒成型好 缺点是对水分要求严 格 17 对油料作物 纤维含量高物料不适合 一般应用在干燥后颗粒或块 片状物料的 破碎 这种粉碎机又被人们称为对辊式破碎机或碎粒机 3 磨碎机 磨碎机是利用机体内两个表面带有齿槽的圆齿盘或圆锥型齿盘作相对运转 将进入物料 摩擦 压榨 生产出各种粒度的成品 特点是动力配置小 体积小 价位低 粉末多 成品 中铁的含量高 主要用于粮食加工 食品制造方面 4 齿爪式粉碎机 齿爪式粉碎机利用机体内高速旋转的转子盘与固定齿盘相咬合 将物料打击 冲撞 凭 筛片细化成需要的粉 末或颗粒 特点是细度高 均匀性好 主轴转速高 但相对产量低 传动方式单一 5 锤式粉碎机 锤式粉碎机是靠转子的锤或锤片在转子的运转下 对物料撞击破碎 再用筛片细化 特 点是用途广 产量高 传动连接方式灵活 空车启动迅速 维护方便 被广泛地应用在饲料 肥料 燃料 粮油生产当中 人们形象地称之为广谱性粉碎机 锤式粉碎机根据性能 构造 又分为多功能粉碎专用高效型 水滴式 立轴锤式 双立轴锤式等多种样式的粉碎机 6 刀式粉碎机 刀式粉碎机又叫切片式多功能粉碎机 先由刀片将固体物料切片或段 而后利用锤片对 物料做选择性粉碎 这类粉碎机适合粗切或粗粉 用途单一 1 4 锤片粉碎机的概况锤片粉碎机的概况 锤片粉碎机是饲料加工的主要设备 锤片式粉碎机基本构造包括锤片转子 圆筒筛板锤 片和固定在锤片转子周围的冲击齿板 其工作原理是被粉碎的物料自上部给料口靠重力进入 其下落一段过程后 受到高速运动的锤片打击 低速的物料在首次与高速的锤片发生剧烈的 撞击后 被锤片撞击后进入加速区 在此时颗粒速度能在很短的时间内被提高到接近锤片的 末端线速度 并随着锤片一起作圆周运动 进而在全速区逐渐形成物料环流层 同时物料也 得到进一步的粉碎 在转子下部 设有筛板 粉碎物料中小于筛孔尺寸的粒级通过筛板排出 大于筛孔尺寸的粗粒级阻留在筛板上继续受到锤子的打击和研磨 最后通过筛板排出机外 锤片式饲料粉碎机因其占地面积小 粉碎效率高 耗电量小等优点 在目前饲料工业中得到 无锡太湖学院学士学位论文 4 了广泛的普及应用 锤片式粉碎机在国外饲料工业生产中同样有着广泛的应用 因为在饲料所用原料上存在 着不同 美国的饲料配方主要是以玉米和小麦为基础的 很少使用难以粉碎的谷物 例如燕 麦 大麦等 而欧洲的饲料多采用混合粉碎的方式 并且经常没有任何谷物原料 而原料水 分也略高于美国 由于这样的原因进而使得锤片式粉碎机向两个方向发展 欧洲的粉碎机讲 究冲击齿板面积大 而美国的产品则追求筛板面积大 1 5 锤片粉碎机的原理锤片粉碎机的原理 粉碎机是由装有锤片的安装固定在主轴上的转子 转子外围安装的齿板或筛片组成 电 机与转子一般采用直联传动 粉碎机一般采用上进料 物料进入锤片和筛片的间隙中 在悬 空状态下被一定线速运转的锤片强烈打击 成为若干碎粒 物料在锤片运动的圆形轨迹的切 线方向撞击在筛片或齿板上 部分碎粒穿过筛孔 排出机外为合格物料 不合格的物料再回 弹 再受锤片打击 如此往复达到粉碎目的 同时 物料在粉碎过程中以阶梯式的轨迹环行 运动 通常叫做环流 见示意图 环流是不能破坏的 所谓水滴式 在筛板低部设一 U 形 槽根本没有起到任何破坏环流的作用 它破坏的只是该装置所占区域的环流 但该区域的粉 碎功能也随之消失了 1 筛片 2 物料环流轨迹 3 脆片运转轨迹 图 1 2 环流 AHZC0655 锤片粉碎机的设计 5 1 6 锤片粉碎机的分类锤片粉碎机的分类 按照粉碎机转子轴的布置位置可分为卧式和立式 通常锤片粉碎机是指的卧式粉碎机 最近我国生产出立轴式锤片粉碎机 在性能上它具有很大的优越性 将有可能取代现有卧式 锤片粉碎机 按照物料进入粉碎室的方向 锤片粉碎机可以分为切向喂入式 轴向喂入式和径向喂入 式三种 图1 3 按某些部位的变异 它又有各种特殊型式 如水滴式粉碎机和无筛粉碎机 等 1 切向喂入式粉碎机 图1 3a 饲料从粉碎室切向方向喂入 上机体安有齿板 故筛片 包角一般为180 它可以粉碎谷物 油饼 粕 秸秆等各种饲料 其通用性较好 既粉碎 谷物 也粉碎小块豆饼和切碎后的茎杆及牧草 2 轴向喂入式粉碎机 图1 3b 饲料从主轴方向进入粉碎室 即依靠安装在转子上的 叶片起风机作用将物料吸进粉碎室 这种粉碎机的转子为悬臂式 转子周围一般为包角 360 的筛片 环筛或水滴形筛 其适于粉碎谷物 但在喂入口安装切片后 又可粉碎牧草 茎杆等 3 径向喂入式粉碎机 图1 3c 特点是整个机体左右对称 饲料从转子顶部进入粉碎室 转子可正反转使用 这样 当锤片的一侧磨损后 可以通过改变位于粉碎室正上方导料机构 的方向以改变物料进入粉碎室的方向 同时 由于联动机构的作用 转子的运转方向随之发 生改变 这样不必拆卸锤片即可实现锤片工作角转换 大大简化了操作过程 图1 3 径向 喂入式粉碎机的筛片包角大多为300 左右 有利于排料 a 切向喂入 b 轴向喂入 c 径向喂入 1 进料口 2 转子 3 锤片 4 筛片 5 转子 图1 3 锤片粉碎机类型 4 水滴式粉碎机 图1 4 由于粉碎室形饭店水滴页得名 它是轴向喂入式粉碎机的一 种变形 其筛片做成水滴形状 目的是破坏物料环流层 据资料 这种粉碎机可以提高粉碎 效率 降低能耗 按筛片结构的不同 水滴式粉碎机又分为全水滴筛式 图1 4a 和部分齿 板式 图1 4b 后者的筛片包角只有270 在粉碎室的顶部则安装齿板 这种形式可以提高 无锡太湖学院学士学位论文 6 筛片的使用寿命 但筛分效率较前者有所降低 a 全水滴筛式 b 部分齿轮式 1 锤片 2 筛片 3 齿板 图1 4 水滴式粉碎机 1 7 国内外锤片式粉碎机发展概况国内外锤片式粉碎机发展概况 1 7 1 国外锤片式粉碎机发展概况国外锤片式粉碎机发展概况 1895年美国研制出人类历史上第一台锤片式粉碎机 之后锤片式粉碎机在国外饲料工业 生产中便得到迅速发展 MIAG 公司在上世纪50年代研制的 H880型锤片式粉碎机同时配用两 台转速不同的电动机 使该公司当时不仅在制粒方面 而且在锤片式粉碎领域都处于领先地 位 该机型可称为第一台真正用于配合饲料工业的锤片式粉碎机 当时 人们对转子的转速 3000r min 是很推崇的 在以后的数年 人们的注意力集中在降低锤片式粉碎机的工作噪声 上 其主要措施之一是降低转子的转速 一般降为1000 1500r min 为保持恰当的锤片末 端线速度 粉碎机的转子直径必然要同时增大 Biihler Beka 公司研制了这类机型的第一 代产品 zinal 系列粉碎机 其转子直径约为1100 1200mm 粉碎室宽度为350 650mm 随 后又有被称为大型粉碎机的产品不断问世 典型的如 Lame miag 公司产品 其粉碎室直径为 1200mm 筛板宽度达1100mm Amandus kahl 公司生产的 Akana2000型 其转子直径为 1200mm 筛板宽度1000mm 配用动力355kW Afall zaragoza 公司的产品 其粉碎室直径达 1446mm 筛板宽度达1100mm 综合各种资料可以发现 大多数锤片式粉碎机尽管有许多相同 之处 但仍存在很大区别 其重要原因在于饲料厂所用原料的不同 欧洲的饲料厂多为混合 粉碎 先配料后粉碎 且经常没有任何谷物原料 而大多数美国的饲料配方是以50 的玉米 或小麦为基础的 很少使用难以粉碎的比如燕麦 大麦之类的谷物等 原料水分也略低于欧 AHZC0655 锤片粉碎机的设计 7 洲 还有其它变型粉碎机 如涡轮粉碎机 其特点为在粉碎室筛片的末尾或在与进料口约成 270 角处 使未过筛的粗粒物料沿垂直方向向上抛出粉碎室 然后靠重力作用返回粉碎区 该机型的优点是不需配备外设筛分设备 粗粒物料在机内自行循环 缺点是整机结构不对称 不能通过简单调换转子旋转方向来利用锤片的两侧 大多数锤片式粉碎机都具有结构对称 转子可正反转以利用锤片两侧的特点 外形多为 上部带斜角的矩形 同时水滴式的也较流行 在国外 近年来为适应饲料粉碎的特点及需求 还有采用变频装置控制锤片式粉碎机的转速来改善其粉碎性能 在结构上 最新的还有立式 锤片式粉碎机 1 7 21 7 2 我国的锤片式粉碎机发展概况我国的锤片式粉碎机发展概况 目前 饲料粉碎机在我国有着很好的应用和发展 我国饲料粉碎机的生产企业约有 300 多家 生产的产品品种 规格齐全 能基本满足我国畜牧 水产养殖业发展的需要 但还有 一些有特殊要求的饲料粉碎机和特大功率的机型 仍然需要从国外进口 我国现在生产的许 多规格的产品已经能替代进口产品 在主要的技术指标已经接近国际先进水平 而且在价格 上有很大的优势 在我国生产的各种机型都有不同数量的出口 其中出口批量较大的是小型 粉碎机 主要销往非洲 东南亚等第三世界国家 70 年代以前 我国几乎没有专业化的锤片式粉碎机械生产厂家 锤片式粉碎机作为一 个专业化的机械制造行业则是在 80 年代初才开始发展起来的 发展初期 是非常艰难的 因为存在着国际上的技术壁垒等缘故 许多关键技术需要自己不断去研究和探索 其中的艰 辛不是一句两句就能说出来的 凝聚着多少人的智慧的结晶才达到现今的成果 所以我们更 应该为今天的成果而向过去的前辈们致敬 随着锤片式粉碎机产品的理论研究和对国外引进 样机的分析 消化和吸收 以及一些新的国际标准的采用 该行业制定了 ZBB93018 89 锤片式饲料粉碎机一般技术条件 GB6971 86 饲料粉碎机试验方法 和 JB T9822 1 99 锤片式饲料粉碎机 技术条件 SB T10117 92 锤片粉碎机 等国家 标准 行业标准 以指导锤片式粉碎机的研制 1895 年美国研制出人类历史上第一台锤片 式粉碎机 之后锤片式粉碎机在国外饲料工业生产中便得到迅速发展 因为在饲料所用原料上存在着不同 美国的饲料配方主要是以玉米和小麦为基础的 很 少使用难以粉碎的谷物 例如燕麦 大麦等 而欧洲的饲料多采用混合粉碎的方式 并且经 常没有任何谷物原料 而原料水分也略高于美国 由于这样的原因进而使得锤片式粉碎机向 两个方向发展 欧洲的粉碎机讲究冲击齿板面积大 而美国的产品则追求筛板面积大 其次 在于筛板的安装 美国锤片式粉碎机在安装 更换筛板时必须停机并且打开机壳才能进行 但是欧洲的许多锤片式粉碎机是从轴向插入式 不需停机和打开机壳即可抽出原有筛板 插 入新换筛板 还有的机型可沿轴的一端插入从另一端抽出 还可实现自动遥控换筛 如 VanAarsen 公司的 2D 系列锤片式粉碎机两侧装有遥控电动换筛装置 在运行中就可以更换 筛片 所以具有很强的适用性 20 世纪 90 年代以来 我国饲料机械行业中的企业江苏正昌集团和江苏牧羊集团 大 胆引进国外先进技术和设备 根据当前国际上饲料粉碎机发展的潮流 先后开发生产 无锡太湖学院学士学位论文 8 160 200 kW 的水滴型粉碎机 立轴式粉碎机 如其中的水滴型粉碎机采用了有利于提高 效率的水滴型粉碎室 锤筛间隙可调 实现了粗细微粉碎 还可以实现自动负荷控制等特点 经过几十年的研究 设计 生产和改进 国产锤片式粉碎机的技术水平和性能已接近或 达到国际同类产品先进水平 但是目前我国饲料粉碎机企业的关键和核心技术基本依赖从国 外引进 自主技术开发和创新能力弱 另一方面 锤片粉碎机存在的高能耗问题也迫切着需 要得到合理的解决 所以问题很多 同时 可以发展和提高的方面也很多 我们更应该为我 国的粉碎机发展而做出贡献 AHZC0655 锤片粉碎机的设计 9 2 锤片粉碎机的总体设计锤片粉碎机的总体设计 2 1 原理及工作类型原理及工作类型 锤片粉碎机的主要工作部件为带有锤片的转子 转子由主轴 轴套 销轴和锤片组成 电动机带动转子在破碎室内高速旋转 物料自上部给料口给入机内 手高速运动的锤子的打 击 冲击 剪切 研磨作用而粉碎 在转子下部 设有筛板 粉碎物料中小于筛孔尺寸的粒 级通过筛板排除 大于筛孔尺寸的粗粒级阻留在筛板上继续受到锤子的打击和研磨 最后通 过筛板排除机外 采用螺旋输送机传送粉碎后的颗粒 锤式粉碎机类型很多 按结构特征可分类如下 按转子回转方向 分为单转子锤式破碎机和双转子锤式破碎机 按锤子排数 分为单排式 锤子安装在同一个回转个面上 和多排式 锤子分布在几个 回转平面上 按锤子在转子上的连接方式 分为固定锤式和活动锤式 固定锤式主要用于软质物料的 细碎和粉磨 图 2 1 锤片粉碎机粉碎示意图 2 2 锤片粉碎机的结构锤片粉碎机的结构 1 单转子锤片粉碎机可分为可逆式和不可逆式两种类型 本设计采用可逆式类型 锤片 粉碎机的转子首先向某一方向旋转 对物料进行粉碎 该方向的锤片一侧即受到磨损 磨损 到一定程度后 通过双向电机使转子反向旋转 此时锤片的另一侧继续参与工作 单转子不 无锡太湖学院学士学位论文 10 可逆式锤片粉碎机的转子只能向一个方向旋转 当锤片磨损到一定程度后 必须停车调换转 子的方向或者更换锤片 相比于转子不可逆的形式 该种设计大大提高连续工作的寿命 2 本设计的主轴上安装有数排圆盘 在转子圆盘上连接锤片的销轴对应的有两排销孔 当锤片端部磨损后可以将销轴插在靠外的销孔内 从而调整锤片和筛网之间的间隙 增加锤 片与物料的接触面积 提高粉碎效率 锤片用销轴铰接在各排圆盘之间 为了防止圆盘的轴 向窜动 在圆盘的两端用压紧锤盘和销紧螺母固定 转子两端支承在滚子轴承上 轴承用螺 栓固定在机壳上 主轴与电动机用皮带轮连接 3 圆弧状筛网安装在转子下方 筛网的两端用螺栓固定装在机壳的横梁上 2 3 转子转速转子转速 转子线速度的大小与物料性质 破碎粒度 锤片的磨损程度和机器的结构等因素有关 随着线速度的增加可使破碎比以及产品中细初级含量增加 但是线速度过大 将显著增加功 率消耗 同时会引起锤片 筛网以及轴套的激烈磨损 粉碎脆性物料时 转子转速应该比粉 碎粘性物料时大 40 转子的线速度一般在 30 50m s 通常把线速度大于 50m s 的粉碎机称 为快速粉碎机 低于 30m s 的称为慢速粉碎机 本设计的主轴转速在 2600r min 左右 锤片的线速度达到 80m s 左右 属于快速粉碎机 AHZC0655 锤片粉碎机的设计 11 3 锤片粉碎机主要部件的设计说明锤片粉碎机主要部件的设计说明 3 1 已知条件已知条件 A 允许最大进料粒度 mm 15 B 允许最大物料硬度 莫氏 6 5 C 粉碎细度要求达到 目 20 325 D 产量最小达到每小时 kg 600 由已知的物料硬度 以及生产能力可以查设计手册 破碎与筛分机械设计选用手册 可得到粉碎该硬度等级的物料需要锤片动能 E 1 47J 可脾性系数 K 0 5 3 2 电机的选择电机的选择 配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 因为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 同时 筛片中筛孔的尺寸大小也决定着所需电动机功率的大小 一般情 况下 筛孔的直径越小 所需的电动机的功率越大 本粉碎机加工的是谷物类饲料 对加工 的饲料粉碎程度有多种选择 故选择参数应较大 这里选择系数为 10 加工能力为 0 6 吨 小时 所以配用的电机功率 N 6KW 查找机械设计手册 根据电机选择标准 选择额定功 率 N 7 5KW 的 Y 系列三相交流异步电动机 具体参数如下 型号 Y132S2 2 额定功率 7 5KW 同步转速 3000r min 满载转速 2900r min 满载电流 7A 满载时效率 86 2 满载功率因素 0 88 堵转电流 7A 堵转扭矩 2N m 最大转矩 2 2N m 噪声 83dB 转动惯量 0 01kg m 2 净重 70kg 3 3 V型带设计型带设计 该工作机有轻微振动 由于 V 型带有缓冲吸振作用 采用 V 型带传动能减小振动带来 的影响 并且 V 型带标准化程度高 结构简单 装卸方便 价格较低 降低了生产成本 无锡太湖学院学士学位论文 12 图 3 1 带传动示意图 1 确定设计功率 公式 PKP ad 3 1 式中 工作情况系数 a K 所传递的功率P 由设计资料得 取 1 2 7 5kw a KP 得 9kw d P 2 选用 V 带类型 普通 V 带的型号根据传动设计功率 和小带轮的转速选取 d P 1 n 已知 9kw 2900r min 查机械设计手册选用 B 型带 d P 1 n 3 确定带轮基准直径 并验算带速 1d d 2d d 参照 GB T13575 1 92 中选取 290mm 设计的主轴转速为 2600r min 1d d 经计算 连接在主轴上的带轮基准直径 325mm 2d d 验算带速 V AHZC0655 锤片粉碎机的设计 13 V snd 60000 11 60000 290290014 3 28 7m s 0 F min0 F 9 确定压轴力 p F 压轴力的最小值为 2 152 sin 5 24332 2 sin 2 min0min FzFp 1864N 10 V 带的张紧 通过不同位置的安装孔移动电机的位置 改变 V 带的中心距 从而实现对 V 带的张紧 3 4 主轴的设计主轴的设计 3 4 13 4 1 选择轴的材料及热处理选择轴的材料及热处理 轴的材料种类很多 选择时应主要考虑如下因素 1 轴的强度 刚度及耐磨性要求 2 轴的热处理方法及机加工工艺性的要求 AHZC0655 锤片粉碎机的设计 15 3 轴的材料来源和经济性等 轴的常用材料是碳钢 碳钢比合金钢价格低廉 对应力集中的敏感性低 可通过热处理 改善其综合性能 加工工艺性好 故应用最广 一般用途的轴 多用含碳量为0 25 0 5 的 中碳钢 根据粉碎机转子的工作强度 选择优质碳素钢 45 钢 调质处理 3 4 23 4 2 主轴的结构设计主轴的结构设计 1 主轴输出功率 转速 转矩计算 根据第一部分电机计算可以得出 KWPm9 min 2600rn 则转矩mmN n P T m 75 30242 2600 9 95500009550000 2 轴的最小直径计算 计算公式为 3 0 3 2 0 9550000 n P A n P d T 3 2 主轴的材料选择为钢 查设计手册可得45 184 45 0 A T 则 取mmd34 87 2600 42 302 156 3 mmd34 87 即主轴上直径最小处 mmd34 87 3 拟定轴上的零件装配方案 如图 图 3 2 主轴 1 为了满足带轮的尺寸要求 L12 450mm mmd120 21 2 初步选择滚动轴承 因主轴承主要受有径向力较大的作用 而所受的轴向力相对很小 初选圆柱滚子轴承 根据 L12 的直径 选择轴承型号为 N220E d 150 D 200 B 44 所以 L23 的直径为 150mm 由于转子轴向长度为 1600mm 初选 L23 1800mm 无锡太湖学院学士学位论文 16 3 根据结构要求拟定 mmL60 4 3 mmd200 4 3 mmL50 54 mmd180 54 mmL80 65 mmd30 65 mmL46 76 mmd24 76 3 4 33 4 3 轴的强度校核轴的强度校核 1 按钮局强度条件计算 公式如下 3 3 T T T d n P W T 3 2 0 9550000 已知 45min 2600 9 Tm rnKWPP 根据设计轴的最小直径为 mmd34 87 76 TT 6 32 34 872 0 24 131452 3 min 则其他各段也符合要求 2 弯扭合成强度计算 轴上受到三个力的作用 分别是 V 带的拉力 一对轴承的径向力 V 带的压轴力为 1864N 即为对轴垂直径向力 根据大小带轮的轴径的位置关系可以得到 V 带队主轴的水平径向力 水平径向力 NFF Rt 584tan 水平方向和竖直方向上的受力分析图如下 Fr FNV1 FNV2 图 3 3 水平方向受力分析图 AHZC0655 锤片粉碎机的设计 17 Ft NH1 FNH2 图 3 4 竖直方向受力分析图 其中 L1 320mm L2 1750mm 根据力矩平衡方程得 mNRFtT mNMVMHM mNFNVMV mNFNHMH FNVFrFNV KNFrFNV NFNHFtFNH NFtFNH 44 9316 0 584 58 5863 50634 98 111 3 50632 0 153832 0 11 34 9832 0 32632 0 11 46212258412 12217503201 1538326186412 32617503201 2222 MH1 98 34N M 图 3 5 水平面弯矩图 无锡太湖学院学士学位论文 18 Mv1 506 3N M 图 3 6 竖直面弯矩图 M 586 58N M 图 3 7 总弯矩图 T 93 44N M 图 3 8 扭矩图 AHZC0655 锤片粉碎机的设计 19 按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面 即危险截面 C 的强度 根据 式 15 5 和上表中的数据 以及轴单向旋转 扭转切应力为脉动循环应力 取 a 0 6 轴 的计算应力 Mpa W TM ca 42 1410 1500 1 44 93 58 586 3 3 222 2 2 1 前已选定轴的材料为 45 钢 调质处理 由表 15 1 查得Mpa60 1 因此 故安全 1 ca 3 4 43 4 4 轴承的校核轴承的校核 根据主轴设计 带轮键所在轴的直径为 120mm 查机械设计手册 摘自 GB T1095 2003 GB T1096 2003 选取键的尺寸选定为30 18 180 普通平键连接的强度条件为 3 210 kld T pp 3 4 式中 d 是轴的直径 l 是键的工作长度 l L b 150 h 是键的高度 p 是许用压力 k 键 与轮毂键槽的接触高度 k 0 5h T 传递的转矩 取 h 9mm L 150 则 apap MPMP kld d F kld T 100536 1 2465 3 1010101225 322 10 2 2 102 33 3 3 故键的强度满足要求 3 4 53 4 5 轴承的校核轴承的校核 主轴两端安装有两个相同型号的圆柱滚子轴承 主要承受径向载荷 下面对这对圆柱滚 子轴承寿命和强度校核 一 圆柱滚子轴承寿命校核 1 根据主轴设计可知 mmN n P T m 75 30242 2600 9 95500009550000 由带轮计算可知 mmd120 o n 20 o 0 则 N d T Ft62 5035 120 275 30242 2 NFF n tr 45 15325 cos 20tan 62 5035 cos tan 0 0tan ta FF 则 0 t a F F 无锡太湖学院学士学位论文 20 查机械设计得深沟球轴承的最小 e 值为 0 22 故此时 0 e F F t a 2 初步计算当量动载荷 P 根据式 4 22 3 5 arp YFXFfP 查机械设计得 取 2 1 0 1 p f2 1 p f0 1 YX 则NP148 2529879 210812 1 3 根据公式 4 23 求轴承应有的基本额定动载荷 3 6 6 10 60 h nL PC 则NC24 113371 10 5000300060 148 25298 6 4 演算轴承寿命 根据公式 4 24 3 7 P C n Lh 60 106 hhLh5000 2 6124 148 25298 24 113371 300060 10 3 6 则该轴承符合设计要求 3 4 63 4 6 有限元分析有限元分析 有限元分析方法简介 有限元分析 FEA Finite Element Analysis 利用数学近似的方法对真实物理系统 几 何和载荷工况 进行模拟 还利用简单而又相互作用的元素 即单元 就可以用有限数量的 未知量去逼近无限未知量的真实系统 有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解 它将求解域看成是由许多称为有 限元的小的互连子域组成 对每一单元假定一个合适的 较简单的 近似解 然后推导求解 这个域总的满足条件 如结构的平衡条件 从而得到问题的解 这个解不是准确解 而是近 似解 因为实际问题被较简单的问题所代替 由于大多数实际问题难以得到准确解 而有限 元不仅计算精度高 而且能适应各种复杂形状 因而成为行之有效的工程分析手段 有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元 有限元的概念早在几个世纪 前就已产生并得到了应用 例如用多边形 有限个直线单元 逼近圆来求得圆的周长 但作 为一种方法而被提出 则是最近的事 有限元法最初被称为矩阵近似方法 应用于航空器的 结构强度计算 并由于其方便性 实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣 经过短短数十年的努力 随着计算机技术的快速发展和普及 有限元方法迅速从结构工程强 AHZC0655 锤片粉碎机的设计 21 度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域 成为一种丰富多彩 应用广泛并且实用高效的 数值分析方法 有限元分析方法的一般过程如图所示 图 3 9 有限元分析过程 对主轴施加相应的载荷后 得到如下结果 图 3 10 位移节点图 图 3 11 应力单元节点图 无锡太湖学院学士学位论文 22 3 5 锤片的设计锤片的设计 1 锤片的结构设计 锤片是锤片式粉碎机最主要的 也是最易损耗的工作部件 锤片借助销轴连接在锤架板 上 其尺寸 形状 工作密度与排列方式 材料材质与制造工艺等 对粉碎效率和工作质量 均有较大的影响 目前世界上有几十种形状的锤片 根据不同的粉碎要求采用不同的锤片 本锤片粉碎机 采用的是阶梯形锤片 工作棱角多 粉碎效果好 结构包括锤片本体 其上设有与粉碎机转 子的销轴连接的卡孔 锤片上的工作端上还有与其固连的锤齿 所不同的是 所述的锤齿为 硬质合金制成 因为硬质合金材料具有硬度高 耐磨性能好等优点 因此以硬质合金材料制 成的锤齿其抗锤击 摩擦能力特别强 锤片的耐磨效果可大幅提高 由于锤片是通过其上设 有的卡孔 卡套于粉碎机转子上的销轴相连 为了减少对卡孔的磨损 还可以在锤片上的卡 孔内侧设置圆形的耐磨内套 或是在卡孔内侧靠近锤片工作端的一边设置半圆形的耐磨内套 本粉碎机锤片的工作端上所设的锤齿是由硬质合金材料制成 由于硬质合金材料的硬度 高 耐磨性强 抗氧化等效果均较好 故以其制成的锤齿具有较好的耐冲击 耐磨性能 且 其耐磨损能力是铁的 10 倍左右 使得锤片与物料的接触部位变得更加耐磨 也有效地提高 了粉碎机锤片的有效使用寿命和粉碎效率 并且将硬质合金锤齿及与其连接的工作边的厚度 加厚 使得锤齿与物料的接触面更大 而将齿尖制成锋利的锐角状 也使得锤齿更加容易地 将物料粉碎 因此也更进一步地提高了锤片的粉碎效率 而且硬质合金也较容易地焊接在锤 片上 其与锤片的结合度也很好 焊接的难度不大 制造工艺也较简单 锤片的结构示意图如下 AHZC0655 锤片粉碎机的设计 23 图 3 12 锤片 如图所示 本锤片包括锤片本体 1 其上设有与粉碎机转子上销轴连接的卡孔 3 锤片 本体 1 的工作端上还设有焊接于上与之固连的锤齿 2 卡孔 3 内侧 靠近锤片本体 1 工作端 的一边设有半圆形的耐磨内套 4 以减小对卡孔 3 的磨损 所述的锤齿 2 的齿尖为直角齿尖 且呈阶梯状分布于锤片本体的工作端侧边 2 锤片个数计算 锤击部件由销轴 隔套 锤片组成 锤击部件跟着粉碎机主轴在机壳内高速旋转 由于 离心力的作用锤片呈辐射状 物料进入机器内后 首先在粉碎室 1 内被锤片击碎 同时 造成物料与筛网 物料与物料之间的碰撞 加之锤片对物料的研磨作用使物料粉碎 当物料 离心运动到机器内中部时进入粉碎室 2 物料在锤片和安装在机壳横梁上的锤头运动 进 而被二次粉碎 粉碎能力主要与锤片的动能 物料的性质 如物料的可碎密度及硬度等 含水量及喂 料的均匀程度等因素有关 粉碎机生产能力经验公式 f r K E KQ 1 式中 锤击部件的粉碎能力 t h 1 Q 锤片的数量系数 r K 可脾性系数 f K 与锤片数量关系可参考下表 r K 表 3 1 锤片数量锤片数量 个个 r K 6 80 02 9 120 022 12 200 024 20 320 026 由上式带人数据 其中 E 1 47J 0 5 f K Q 0 3t h 无锡太湖学院学士学位论文 24 计算得 0 026 r K 查表得锤片数量应在 20 32 之间 考虑到回转平面的需要初选锤片的数量 G 28 锤片的材料以高锰钢为最好 但是高锰钢价格较高 一般很少使用 本设计锤片材料选用含 铬钢 主要特点是韧性较低 但强度大 硬度高 耐磨性好 且加之性能好 价格适中 可 以代替低碳钢 中碳钢 3 6 转子的设计转子的设计 转子锤片粉碎机的主要工作部件 本设计的转子包括轴承 主轴 锤架板 主