辊式挤压成型机机架设计与有限元分析

1、年月磷肥与复肥第卷第期设备与材料辊式挤压成型机机架设计与有限元分析张帆，王宇航，姜永涛，佟占胜（中国重型机械研究院有限公司，陕西西安）摘要介绍辊式挤压成型机的工作原理和产品特点，重点阐述了机架设计中的要点与细节问题，并以，挤压成型机为例计算得到侧臂支架的应力与变形分布。验证了机架结构设计的合理性。关键词辊式挤压成型机；铰接式机架结构设计；侧板有限元分析中图分类号文献标志码文章编号（），。（，眦，）：，：；辊式挤压成型机的工艺简述辊式挤压成型机是挤压造粒成套设备的核心设备。其作用是将（）低于的粉状肥料（氯化钾、型复合肥料）挤压成厚的片状产品，再经过破碎和筛分，达到密度和体积特定要求的粒状合格产品

2、，而筛分出的细粉又返回到挤压机进行再次挤压。该机对调配好的粉状混合物料施加高压时由于离子力、范德华力等的存在，产生很强的结合力，从而获得致密而牢固的粒状产品。挤压成型工艺优点主要体现在以下方面：）物料前期不需要进行干燥处理；）物料水分低，工艺过程产生的酸性物质少，因此腐蚀较小；）挤压过程为物理过程，无化学污染。本文将以我院新研发的一喂料系统；变频减速机；定辊轴系；动辊轴系；机架；一液压系统；辊缝测量系统挤图辊式挤压成型机结构压成型机（为目前自行设计的最大机型）为例，对其工作原理及机架设计进行介绍和分析。辊式挤压成型机的工作原理辊式挤压成型机的结构见图。物料由喂料系统上部进料口送人，经螺旋向下输

3、送，两辊子由电机经减速机驱动使其相向旋转。并带动物料向下运动，在由液压系统提供的作用于两辊之间的压力作用下，物料在两个辊子之间形成致密片状体。辊式挤压成型机的机架设计挤压机机架是各个系统部件安装的基准。其强度、稳定性、安装方便性、可维护性决定了整个系统的性能。本机机架采用铰接式设计，结构设计原则是安全可靠，加工容易，装配方便，易于检修。收稿日期】作者简介】张帆（）。男。陕西西安人工程师。：万方数据生磷肥与复肥第卷第期挤压成型机机架的结构如图所示。其中为分别同定于上机架和下机架左右两侧的滑道。上下机架和侧板支架通过连接销铰接在一起，形成框架式结构。为了保证机架的刚度，上下机架横梁之间设计有连接梁

4、。一滑逼；一机槊；侧臂；上机槊；连矮锖图辊式挤压成型机铰接式机架机架设计过程中应注意解决的几个问题在强度上满足需求后，为了便于维修和调试，产品设计中重点考虑解决以下问题。）考虑到辊面的正常磨损，要保证整机正常工作时的辊缝，需要在定位块之间增加可调节的机构。其简单的方案是在两定位块之间增加调整垫片组。当辊面磨损到一定程度后，通过去除一定厚度的垫片来保证工作间隙。当垫片去除到一定程度后，就必须补焊辊子的表面硬化层。机架结构的设计需要考虑焊接操作的在线性，即无需拆卸辊子，去除左右机罩，即可在机架上进行焊接。活动机罩上设计有观察窗，便于观察辊面的磨损情况。）液压系统为设备的关键部件，其核心部件为提供左

5、右压力的液压缸。由于压力大，且液压缸一端连接于动辊轴承座的一端，另一端连接于侧臂支架上，因此连接部分的设计应注意接触面的大小和平面度。液压缸杆径端部设计有承压板，将载荷分散均布于动辊轴承座的侧面。在端部压板和承压板之间设计有一材质的聚四氟乙烯平板，使得设备工作时压力分布均匀，状态平稳。）辊系的拆装调整需快捷，方便。整机投入使用后，进料口与物料输入设备相连，出料法兰同物料收集设备相连，整机检修调试时不应影响其他设备，因此设计成侧臂铰接式结构（见图）。在侧臂放水平后，侧臂上的连接面同下机架上表面有一定距离，其尺寸正好等于轴承座凹槽的深度。这样在侧臂放平的情况下，轴系连同轴承座可由专用工装拉出，对整

6、机输入输出端口均不影响，便于维万方数据图动辊、定辊轴系的拆卸修、补焊辊子耐磨层或更换油封与易损件等操作。）油脂润滑系统除包括轴承润滑点和骨架油封的润滑外，比较关键的是动辊轴承座滑道的润滑。设备工作时，动辊轴承座在滑道上作频繁的往复运动，滑道需要充分的润滑才能保证良好的工作状态。动辊轴承座凹槽三面固定有耐磨性能较好的一衬板，滑道材料在综合考虑机械性能及表面要求和成本的情况下定为钢表面淬火，滑道表面需加工出环形油槽。实践表明，单个滑道个润滑孔有可能在工作时造成润滑不充分，因此需要个或个以上的润滑孔。油脂润滑系统需设计为定时润滑。机架受力与有限元分析机架结构如图所示，每个油缸由两块侧板支撑，工作中侧

7、板承受加载油缸张紧力，同时侧板通过销轴固定在机架上面，两个销孔处承受较大的力。由于工作压力大，对侧板的强度要求很高，应对侧板进行强度和刚度的校核。模型的建立和加栽工作中挤压机动辊承受两个张紧油缸的加载力，每个油缸的推力约为，通过油缸底座传递到两个侧板上，每个侧板承受的压力。分析中将油缸底座位置作为固定约束，将油缸压力转化到两销孔所在位置施加。销孔处力的加载方式近似模拟实际工况，采用曲线加载，加载结果如图、图所示。图侧板栽荷和约束添加结果第：囊鑫期张帆等辊式挤压成型机机架设计与有限元分析甄”“戴熟圈销孔处栽荷莽加鲒呆在保证设备主体结构不变的情况下对侧板结构进行改进，以满足设备的使用要求。主要的改

8、进为：将侧板销轴接触的位置贴焊厚侧板，以增加接触面积，提高承载能力；同时将侧板的材料由变更为。将新结构重新建模，并添加载荷约束，导人软件中进行分析。新结构的分析结果如图、图所示，结构改进后侧板的最大应力现在销孔处为最大位移出现在侧板下部，为。上计算结果和分析侧板材料初设为，弹性模量，泊松比“，屈服强度极限。抗拉强度极限。碳钢、铜、铝等塑性材料通常以屈服形式失效，宜采用第三或第四强度理论校核。出于安全考虑分析采用第强度理论，在软件中的指标是（等效应力）。经分析所得，侧板等效应力云图如图所示，侧板销处的应力最大为部为曩：需虿翥蔫罨。图琏进后侧扳等效应力图。侧板的各项位移台图如图所示，位移最大值出现在侧板的下。蔫雨一纛雨蒸两蔫悉。图改进詹侧板各目值移合图新结构采用，屈服强度极限口侧板的应力与材料的屈服极限比值为：口；工作中侧板承受较大的工作压力根据喂料量的变化，工作载荷存在一定的围侧板等效应力图波动，对侧板的强度和刚度要求较高设计采用安全系数为，分析所得，满足强度设计要求。侧板的变形为，满足侧板的刚度设计瓣黜圭景要求。厂结论）辊式挤压成型机的机架设计是一个综合设瓦熏焉蒜菰蓊藏计的过程，是产品工艺设计、结构设计、装配设计、强度和刚度设计等相关要求的集中体现；设计过程和工艺密切相关，在达到功能要求的情况下尽量在细节上完善。）在产品设计阶段对产品关键零部件进