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外文翻译资料 1 机电一体化技术及其应用研究 1 机电一体化技术发展 机电一体化是机械、微、控制、机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化。 字化 微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。 数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。 能化 即要求机电产品有一定的智能 ,使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在 控机床上增加人机对话功能，设置智能 I/O 接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经网络、灰色、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。 块化 由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而 有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。 络化 由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化 方向发展。 性化 机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在外文翻译资料 2 色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种享受，如家用机器人的最高境界就是人机一体化。 型化 微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。微机电系统(称 指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制 电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。自 1986 年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针， 1988 年美国加州大学 校研制出第一个微电机以来，国内外在艺、材料以及微观机理方面取得了很大进展，开发出各种 件和系统，如各种微型传感器（压力传感器、微加速度计、微触觉传感器），各种微构件（微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等）。 成化 集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程 中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。 源化 是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。 色化 技术的发展给人们的生活 带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果。所以，人们呼唤保护环境，回归，实现可持续发展，绿色产品概念在这种呼声中应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求，机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。 2 机电一体化技术在钢铁中应用 在钢铁企业中，机电一体化系统是以微处理机为核心，把微机、工控机、数外文翻译资料 3 据通讯、显示装置、仪表等技术有机的结合起来，采用组装合并方式，为实现工程大系统的综合一体化创造有力条件，增强系统控制精度、质量和可靠性。机电一体化技术在钢铁企业中主要应用于以下几个方面： 能化控制技术 (由于钢铁具有大型化、高速化和连续化的特点，传统的控制技术遇到了难以克服的困难，因此非常有必要采用智能控制技术。智能控制技术主要包括专家系统、模糊控制和神经等，智能控制技术广泛于钢铁的产品设计、生产、控制、设备与产品质量 诊断等各个方面，如高炉控制系统、电炉和连铸车间、轧钢系统、炼钢 连铸 轧钢综合调度系统、冷连轧等。 布式控制系统 ( 分布式控制系统采用一台中央机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。分布式控制系统可以是两级的、三级的或更多级的。利用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。随着测控技术的，分布式控制系统的功能越来越多。不仅可以实现生产过程控制，而且还可以实现在线最优化、生产过程实时调度、生产计划统计管理功能，成为一种测、控、管一体化的综合系统。 有特 点控制功能多样化、操作简便、系统可以扩展、维护方便、可靠性高等特点。 监视集中控制分散，故障面小，而且系统具有连锁保护功能，采用了系统故障人工手动控制操作措施，使系统可靠性高。分布式控制系统与集中型控制系统相比，其功能更强，具有更高的安全性。是当前大型机电一体化系统的主要潮流。 放式控制系统 (开放控制系统 (计算机技术发展所引出的新的结构体系概念。“开放”意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持，按此标准设计的系统，可以实现不同厂家 产品的兼容和互换，且资源共享。开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管理计算机互联，实现控制与经营、管理、决策的集成，通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联，实现测量与控制一体化。 算机集成制造系统 (钢铁企业的 将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体，用以实现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控外文翻译资料 4 制。目前钢铁企业已基本实现了过程自动化，但这种“自动化孤岛”式的单机自动化缺乏信息资源的共享和生产过程的统一管理，难以适应钢铁生产的要求。 未来钢铁企业竞争的焦点是多品种、小批量生产，质优价廉，及时交货。为了提高生产率、节能降耗、减少人员及现有库存，加速资金周转，实现生产、经营、管理整体优化，关键就是加强管理，获取必须的效益，提高了企业的竞争力。美国、日本等一些大型钢铁企业在 20 世纪 80 年代已广泛实现 。 场总线技术 ( 现场总线技术 ( 连接设置在现场的仪表与设置在控制室内的控制设备之间的数字式、双向、多站通信链路。采用现场总线技术取代现行的信号传输技术 (如 4 20 C 直 流传输 )就能使更多的信息在智能化现场仪表装置与更高一级的控制系统之间在共同的通信媒体上进行双向传送。通过现场总线连接可省去 66%或更多的现场信号连接导线。现场总线的引入导致变革和新一代围绕开放自动化系统的现场总线化仪表，如智能变送器、智能执行器、现场总线化检测仪表、现场总线化 现场就地控制站等的发展。 流传动技术 传动技术在钢铁工业中起作至关重要的作用。随着电力技术和微电子技术的发展，交流调速技术的发展非常迅速。由于 交流传动的优越性，电气传动技术在不久的将来由交流传动全面取代直流传动，数字技术的发展，使复杂的矢量控制技术实用化得以实现，交流调速系统的调速性能已达到和超过直流调速水平。现在无论大容量电机或中小容量电机都可以使用同步电机或异步电机实现可逆平滑调速。交流传动系统在轧钢生产中一出现就受到用户的欢迎，应用不断扩大。 外文资料翻译 1 n is on of of of a of a of of as NC of as of a of it is to in NC / O of as of up a As of of a is a If is to of 文资料翻译 2 as in we As of of is of to AN a to a as of so in be of of be no 1.5 of is to of is in to it so on of or a to as is of 1.6 is a in to to be by is of or 986 1988 at at of as . 外文资料翻译 3 a of of of in at In to of a be to of at be to 1.8 to as As on be to a of of in s in at of of in of is of In of be in of is to of is at of of 2 in of in In of at of as by of a 文资料翻译 4 in in in As a of it is to in as a of a be or to on of be of be as a of be is of is to a of Is of 外文资料翻译 5 is of by a of in be of so to to to is be to of to of of of of of is of of of In to of is to to of of in 980s is in of in to 0 C 外文资料翻译 6 it in in on be 6% or to of CS of as C in a of C C to of in C C of to AC C or be to or AC in of as a to 目 录 摘要 1 关键词 1 1 前 言 1 研究意义 2 国内外现状 2 饲料颗粒机 概述 4 2 饲料颗粒机 总体设计 4 饲料颗粒机 技术指标的确定 4 异步电动机型号的选择 5 皮带的选择 6 确定计算功率 6 选取 V 带带型 6 确定带轮基准直径 6 验算带速 6 确定窄 V 带的基准长度和中心距 6 计算带所需的基准长度 6 计算实际中心距 a 7 验算主动轮包角 7 计算窄 V 带根数 Z 7 计算预紧力 7 计算带传动作用在轴上载荷 7 压辊的结构设计 8 环模的结构设计 8 主机的结构设计 9 3 饲料颗粒机 的主要工作部件的设计 10 环模的设计 10 环模材料选择 11 模孔压缩比和粗糙度 12 单位功率面积 13 环模内径 D 和压带宽 b 14 模孔开孔率 14 压辊的设计 15 压辊直径 d 15 压辊与压辊轴承的设计 18 压辊轴承的选择 18 主轴的设计 19 轴的校核 19 4 结论 22 参考文献 23 致谢 24 附录 25 湖南农业大学 东方科技学院全日制普通本科生 毕业设计诚信声明 本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。 同时，本论文的著作权由本人与湖南农业大学东方科技学院、指导教师共同拥有。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人 承担。 毕业论文 作者签名： 年 月 日 湖南农业大学东方科技学院 全日制普通本科生毕业设计 饲料颗粒机 的设计 F 学生姓名 ： 王 武 学 号： 200841914602 年级专业及班级： 2008级机械设计制造 及其自动化 (6)班 指导老师及职称： 向阳 副教授 学 院： 理工学部 湖南长沙 提交日期： 2012年 5月 1 饲料颗粒机 设计 学 生： 王 武 指导老师： 向 阳 （ 湖南农业大学 东 方科技学院，长沙 410128） 摘 要 ： 随着养殖业的不断发展和养殖规模的不断扩大，饲料的需求量日趋增长。如今世界上动物性食品以高于人口增长的速度发展，世界市场上的动物性食品空前丰富。在品目繁多的动物饲料中，颗粒饲料占有非常大的比重，有些国家生产的颗粒饲料占全部饲料的 50%以上。饲料，特别是颗粒饲料，在养殖生产中的作用越来越重要，对国民经济发展的影响越来越大。研究设计高效节能，易操作，效率高，寿命长的饲料颗粒机，对于生产加工颗粒饲料，提高养殖业的效益，增强我国饲料工业在国际市场的竞争力都有着重大 的作用。 关键词 ： 饲料 ；环模； 颗粒 机 2 u 10128) As of of of of of of In a of in in of 0% of in in to is of of of s s in a 3 目 录 摘要 1 关键词 1 1 前 言 1 研究意义 2 国内外现状 2 饲料颗粒机概述 4 2 饲料颗粒机总体设计 4 饲料颗粒机技术指标的确定 4 异步电动机型号的选择 5 皮带的选择 6 确定计算功率 6 选取 V 带带型 6 确定带轮基准直径 6 验算带速 6 确定窄 V 带的基准长度和中心距 6 计算带所需的基准长度 6 计算实际中心距 a 7 验算主动轮包角 7 计算窄 V 带根数 Z 7 计算预紧力 7 计算带传动作用在轴上载荷 7 压辊的结构设计 8 环模的结构设计 8 主机的结构设计 9 3 饲料颗粒机 的主要工作部件的设计 10 4 环模的设计 10 环模材料选择 11 模孔压缩比和粗糙度 12 单位功率面积 13 环模内径 D 和压带宽 b 14 模孔开孔率 14 压辊的设计 15 压辊直径 d 15 压辊与压辊轴承的设计 18 压辊轴承的选择 18 主轴的设计 19 轴的校核 19 4 结论 22 参考文献 23 致谢 24 附录 25 5 1 前 言 饲料颗粒机属于饲料制粒设备。是以玉米、 豆粕、秸秆、草、稻壳等的粉碎物直接压制颗粒的饲料加工机械 。 饲料颗粒机广泛适用于大、中、小型水产养殖，粮食饲料加工厂，畜牧场，家禽养殖场，个体养殖户及中小型养殖场，养殖户或大、中、小型饲料加工厂使用。将饲料加工成颗粒状比混合粉状饮料可获得更高的经济效益。颗粒形成过程还能使谷物、豆类中的胰酶抵制因子发生变性作用，减少对消化的不良影响，能杀灭各种寄生虫卵 和其它病原微生物，减少各种生虫及消化系统疾病。本设计的目的在于针农户家庭小规模养殖生产的需要，设计一种小型饲料颗粒机。 研究意义 （ 1）结构简单 ,适应性广 ,占地面积小 ,噪音低。 （ 2）粉状饲料、草粉不需要或少许液体添加即可进行制粒 ,故颗粒饲料的含水率基本为制粒前物料的含水率 ,更利于储存。 （ 3）鸡、鸭、鱼等 ,比混合粉状饲料可获得更高的经济效益。 （ 4）干料加工 ,生产的饲料颗粒硬度高、表面光滑、内部熟化，可提高营养的消化吸收。 （ 5）颗粒形成过程能使谷物、豆类中的胰酶抵制因子发生变性作用，减少 对消化的不良影响，能杀灭各种寄生虫卵和其它病原微生物，减少各种生虫及消化系统疾病。 国内外现状 近年来，由于消费需求和养殖结构变化，我国饲料产品结构已发生较大变化，小型饲料颗粒机价格使我国的水产饲料产量年均增长率高达 17%，远高于配合饲料 8%的平均增速，猪料、禽料比例呈下降趋势。水产饲料业已成为饲料行业发展中的最大亮点。 1991 年我国水产饲料产量只有 75 万吨，然而至 1999 年，其产量已激增至 400 万吨，占饲料总产量的 为了使我国水产饲料工业能够沿着科学的道路 发展，从“六五”开始，国家对我国主要的养殖对象的营养需求和饲料配方组织了全国性的科技攻关，“六五”至“九五”期间，小型饲料颗粒机价格分别进行了“我国主要养殖鱼类的营养需求和鱼饲料配方的研究”、“主要水生动物饲料标准及检测技术的研究”、“鱼类营养及饲料配制技术的研究”等，目前还对我国主要名优养殖对象的饲料添加剂、预混料等进行研究。提出了草鱼、青鱼、团头鲂、鲤鱼、尼罗罗非鱼等的饲料配方和添加剂预混料的配方，颁布了鳗鲡和中国对虾的饲料标准（代号分别为 6 目前正在进行一些主要养 殖鱼类的饲料标准制定工作。开展了甲鱼、河蟹、石斑鱼、大黄鱼等海淡水养殖对象的饲料和添加剂的研究。同时，我国水产饲料在饲料原料、加工、机械、添加剂以及研究开发条件、测验手段、质量监测、科研队伍建设、人才培养诸多方面，均得到相应发展，具备了进一步研究开发和发展工业生产的能力。 近年来，我国小型饲料颗粒机价格水产饲料行业一路高歌猛进，其直接原因是缘于国内水产养殖业一直持续地较高增长。众所周知，中国是目前世界上最大的水产品养殖国，同时也是目前世界上惟一一个养殖产量超过捕捞产量的国家。当前，我国水产品总产量约占 全球总量的 35%，其中水产品养殖产量占全球养殖产量的 2/3，已连续十三年高居世界首位。养殖产量占有如此高的比重，这在世界主要渔业大国中是绝无仅有的。 中国是世界上水产饲料市场容量最大的国家，正是由于庞大的水产养殖市场给我国水产饲料产业带来了巨大的发展空间。其中引人注目的是八十年代之后，以对虾、鳗、甲鱼等为代表的名优水产品的养殖迅猛发展，形成了阵阵的“养殖热”。作为发展水产养殖业物质基础之一的饲料加工业，随之得到快速发展，涌现出不少名优企业，一些名牌饲料受到养殖者的青睐。 根据 2010 年食物发展纲要 ， 2010 年我国水产品人均占有量将达到 44 公斤（即总量达到 5720 万吨），但目前只有 斤。因此，在未来 6 年当中，水产业的产量还将有大的提高。而我国现有小型饲料颗粒机价格水产养殖品 2500 万吨的产量中，仅有 20%左右是以饲料喂养生产的。根据我国目前的政策，海洋和江河捕捞产量保持零增长，水产品总量的增长将基本上由养殖产量来提供，采用饲料养殖的比例预期将提高到 35%以上， 2010 年水产饲料的市场需求量将达到1500 2000 万吨，将在现有产量的基础上增长 。 如今饲料颗粒机更趋向于 小型颗粒机的发展。小型颗粒机机型吸取了国内外颗粒机之精华，为节能新产品。过去一般将饲料加工成粉末后饲喂，存在饲喂不方便、适口性差、家畜挑食、利用率低等缺陷。随着新型小型颗粒饲料机械的问世及普及，现在已可以方便地将粉末饲料加工成颗粒饲料。可采用照明电为动力，在压辊的挤压下从模孔中压出制粒，可以很方便地调整颗粒长短，其结构简单，占地面积小，噪音低，加工成颗粒饲料后具有很多优点。 饲料颗粒机 概述 饲料颗粒 加工设备按成型的工作原理分类有：活塞冲压式成型机、螺旋挤压式成 7 型机和辊模挤压式成型机三大类； 按成型的工艺分类有：热压成型机和冷压成型机两大类；按秸秆成型后的形状分类有：实心棒状、空心棒状、颗粒状和块状四大类。根据秸秆原料的含水率、长度、拥有量等情况和秸秆成型形状的不同，其相应加工设备和成型工艺也不相同 13。 根据压辊式形状的不同，压辊式成型机课分为环模成型和平模成型机，其中环模成型机又可以分为卧式和立式 2 种机型。卧式环模成型机是现有成型机的主流机型。这种机型由于有压模的更换保养方便、样机容易进行尺寸和速度放大等特点，所以近年来有了很大的发展。立式环模成型机的压模和压辊的轴线都是垂直设置。这种机 型具有构造简单、结构紧凑、使用方便等特点，因此本文采用立式设计。环模旋转成型机成型工艺为冷压成型，生产产品的形状为块状，适宜在农村分散设点就地加工生产秸秆成型块，是解决秸秆运输、储存问题，使秸秆成为规模化工业燃料的有效途径之一。 饲料颗粒机 其主要如图 1 所示。 3 驱动轴 6 环模 图 1 饲料颗粒 机工作原理图 of 2 饲料颗粒机 总体设 计 饲料颗粒机 技术指标的确定 目前国内外市场上的颗粒 颗粒机 均采用热压缩成型工艺 (颗粒成型温度在 230C 左右 )加工而成，但利用热成型工艺加工颗粒，会损失一部分的生物质能量，污染环境，不是理想的颗粒成型工艺。本文利用冷压缩成型工艺来加工生物质燃料 饲料颗粒机 ，能节省成本、简化机构、更适应农民使用。确定本次设计的 饲料 颗粒机的技术指标如 8 下： （ 1） 整机功率： 2） 最佳产量： 100150kg/h （ 3） 成型尺寸： 5 块状 为实现冷压缩成型工艺加工生物质颗粒燃料，确定本次设计的成型机具体传动方案为 ：电动机通过皮带与主轴相连，环模通过螺栓连接固定在壳体上，两压辊通过行星板与主轴连接，带动压辊转动。这种传动的好处在于：首先，通过调整皮带轮的大小，可以方便地调节压辊转数；其次，通过主轴拖动压辊，其机械结构简单，传动路线短，功率损耗低；最后，通过环模与压辊的滚动挤压出物料，使摩擦力降到最低，有利于提高产量，降低吨电耗。具体传动路线见图 2。 图 2 饲料颗粒机 传动方案 of 异步电动机型号的选择 三相交流电源容易获得，因此本次设计的 饲料 颗粒成型机动力源采用三相异步电动机。由于该 饲料 颗粒成型机对电动机无特殊的要求，因此本次设计选用最常用的 Y 9 系列笼型三相异步电动机，型号规格为 座不带底脚，端盖有凸缘）型，此电动机具有效率高，工作可靠，结构简单，维修方便，价格低等优点。具体参数见表 1。 表 1 三相异步电动机参数表 of 机型号 定功率 W 额定电压 380V 额定转速 1440r/定电流 皮带的选择 确定计算功率 2 （ 1） 式中： 工况系数，查表 11础）取 2 电动机额定功率， 计算功率， 选取 V 带带型 根据 00r/机械设计手册图 6定选用 窄 V 带。 确定带轮基准直径 为提高 V 带寿命，条件允许的情况下小带轮直径尽量取较大值 26。选取小带轮直径 40m，大带轮直径 10 验算带速 1 （ 2） 5m/s，满足设计要求。 确定窄 V 带 的基准长度和中心距 根据 d1+ 2（ d1+初步确定中心距 =610 计算带所需的基准长度 10 0212210d 422 （ 3） 将 入上式得 取基准长度 1880 计算实际中心距 a 20 （ 4） 将数值代入式（）计算得 a 为 620 验算主动轮包角 001201 a 5） 主动轮上的包角满足要求。 计算窄 V 带根数 Z Z （ 6） 式中： 包角修正系数，选取 L 带长修正系数，选取 98 单根 表得 功率增量，查表得 据上式计算选取 Z=3根。 计算预紧力 20 0 A （ 7） 查机械设计手册，单位长度质量 q=m，所以计算得 1 计算带传动作用在轴上载荷 2s 0 （ 8） 计算得 所以带传动具体参数如表 2 所示 表 2 带传动参数表 of 11 传递功率 /紧力 /N 轮直径 /轮直径 /速度 /(m/s) 准长度 /880 续表 2 带长修正系数 心距 /60 小轮包角 / 角修正系数 定功率 /率增量 /轮转速 /(r/轮转速 /(r/轴力 /N 际传动比 动比误差 工况系数 计功率 /槽类型 根数 3 最大功率 /压辊的结构设计 物料形成的基本原理是通过环模和压辊之间的相互挤压力来克服物料通过模孔的阻力，从而达到压型的目的。在环模相同的情况下，压棍直径越大，环模和压棍之间形成的三角挤压范围就越大，越有利于挤压作用。理论上讲，单辊的压辊直径可做得最大，挤压时间、挤出效果也最好，但在机器运转时，压辊和压模之间的作用力在主轴、主轴轴承和空 轴之间传递，所以单辊制粒机的主轴、主轴轴承和空轴等机械结构比较粗大，只有在小型实验室制粒机及难于制粒的大型秸秆压块机中采用。双压辊制粒机两压辊之间的挤压力在主轴头上平衡，压模上的反作用力相互抵消，设备上的主轴 (主轴轴承处 )、主轴轴承和空轴等受力小，机械结构紧凑，因此本设计采用双压辊。 环模的结构设计 环模是颗粒机的关键零件，是成型机的最主要易损件。根据统计，环模损耗费占整个生产车间维修费的 25以上 7，同时对挤压出来的物料质量有着直接的影响。因此，了解环模的特性并对环模进行正确的选用、 合理的使用以及有效的保养，对于成型机来说是至关重要的。本次设计中，环模材料为 20火后表面硬度为 8，环模内经为 180缩比为 模和压辊的结构如图 3。 12 图 3 环模压辊结构图 of 主机的结构设计 饲料 颗粒成型机结构形式多种多样，国内外也各不相同，根据结构形式，有立式 、卧式和平模 三种。 图 4 饲料颗粒 环模成型机 虑此次设计主要是用于广大农村，因此采用结构简单、使用方便和经济性好的立式中心传动结构，由主轴带动压辊转动来实现压制成型，此种结构传动简单，结构可靠，通过合理确定环模和压辊的直径，以及电动机的功率和转数，确保了该机的产能和工作温度，在实际运行中表现良好。具体压辊环模的结构如图 7所示。 13 1、主轴 2、轴承 3、行星板 4、环模 5、压辊 6、轴承 7、机架 图 5 工作部件结构图 of 3、 饲料颗粒机 的 主要工作部件的设计 环模的设计 环模是 饲料颗粒 成型机的关键零件之一，对挤压出来的物料质量有着直接的影响。同时，环模也是成型机的最主要易损件之一，价格不菲，根据统计，环模损耗费占整个生产车间维修费的 25以上 7。其质量的好环和质量是否稳定，直接影响环模的使用寿命和颗粒成型机的产量以及颗粒的质量，从而影响颗粒加工的生产成本。因此，了解环模的特性并对环模进行正确的设计、合理的使用以及有效的保养，对于颗粒生产来说是至关重要的。 环模材料选择 目前，国内外环模生产商加工环模 主要使用以下三类材料：碳素结构钢、合金结构钢和不锈钢。碳素结构钢如 45 钢，其热处理硬度一般为 50，它属于比较低档的环模材料，其耐磨性和耐腐蚀性都较差；合金结构钢，如 204035处理硬度在 上，并具有良好的综合力学性能，由此类材料制造的环模强度高，耐磨性也好，但缺点是耐腐蚀性不好；不锈钢材料有 43，这些材料的刚度和韧性都较好，热处理硬度大于 具有良好的耐磨性和耐腐蚀性，使用寿命较长 24o 在常用环模材料加工工艺中，常见 的热处理方法有正火、调质、淬火、渗碳、渗氮。要针对不同的环模材料，综合考虑这些热处理方法的特点，进而安排于机加工工序之间。 正火是将环模加热到 上，保温一段时间 (45 分钟至 90 分钟 ) 14 后， 26在空气中冷却。正火处理的冷却速度比退火处理的冷却速度快些，得到的组织要细一些，且生产效率也要高些。因此，常用正火处理来消除前一道工序所带来的各种组织或性能上的缺陷，消除内应力，为下一道工序作组织准备。在环模加工工艺中，正火处理一般安排在锻造之后或粗加工之前，也有安排在精车之前。经正火处理 后的环模，切削性能有所改善，并能适当地改善加工后表面光洁度 25。 调质是将环模加热到 50以上，保温一段时间 (45分钟至 90分钟 )后，迅速冷却 (淬油 )后，再高温回火。调质的目的是获得较高的强度和韧度相互配合的综合机械性能，特别是保持环模心部的综合机械性能 。 在环模加工工艺中，一般安排在精车，扩孔之前或粗加工之后；也可以安排在渗氮之前，为最终热处理准备良好的组织。对于中碳优质结构钢和合金结构钢，要注意淬火与高温回火的时间间隔不宜过长，否则，因环模的复杂结构而可能造成环模的热处理 裂纹。 淬火是将环模加到 0 50，保温一段时间 (45分钟至 90分钟 )后，快速冷却。常用的冷却介质为水和油。在水中的冷却速度比在油中快些。如在水中加入 聚乙烯醇，其冷却介于水和油之间，可得到较好的热处理组织。淬火一般安排在扩孔后或磨削加工之前，可作最终热处理工艺。 渗碳是向环模模孔表面和内环表面渗入碳原子，形成较高硬度、较严密的碳铁化合物组织，以提高模孔和内环表面的硬度，提高其耐磨性，从而提高环模的使用寿命。渗碳主要针对含碳量 优质结构钢和低合金钢如 20号钢、 200碳时间与渗碳层厚度有关，可根据经验测定。常见的环模渗碳方式为固体渗碳。其方法是将环模埋入装满木炭和助渗剂 (渗碳箱内，加热至 920 950 (一般为 930 )，保温一段时间，视渗碳层厚度要求而定，取出空冷或油冷、水冷，也有气体渗碳的 ，一般将环模竖着堆放入密封的井式渗碳炉中，通入渗碳气体或滴入含碳的液体，在 930保温后，空冷或油冷、水冷。渗碳作最终热处理工艺。 渗氮一般作为环模的最后热处理工艺，其目的一方面是保证环模的心部性能，另一方面是在表面得到耐磨的、致密的氮铁化合物。渗氮常用于中碳优质结构钢和中碳合金结构钢如 45号钢、 4040氮后，渗氮表面硬度可达 72，有较高的耐蚀性，可增强对水及水蒸汽的腐蚀。但由于氮化时间较长，氮化成本较高，因而造成环模价格也略高些。常见渗氮有井式炉气体渗氮和辉光离 子氮化。 在加工制造环模时，应对环模毛坯的硬度加以控制，其硬度在 220之间为宜，如果硬度过高，钻孔时钻头易断裂，并造成死孔，硬度过低则影响模孔的光洁度。 15 为了控制毛坯内部材质的均匀性，有条件的话，应对每个毛坯进行内部探伤，防止毛坯内部有裂纹、气孔、夹砂等缺陷。 25 本文所设计的环模材料采用 20处理后表面硬度为 58。具体加工和热处理的过程为：开料 锻造 正火 粗车 调质 精车 钻 (扩 )孔 渗碳 磨 （除氧化层） 一试压 涂防锈油 检验入库。 20 模孔压缩比和粗糙度 常见的环模孔主要有直形孔、阶梯形孔、外锥形孔和内锥形孔等。阶梯形孔又分为释放式阶梯孔 (俗称减压孔或释放孔 )和压缩式阶梯孔，如图 8 所示，不同的模孔形式适合不同种类的物料。本设计考虑加工工艺，并充分考虑吨电耗，本次设计采用如图 9孔形结构 15。 环模压缩比是指环模孔的有效长度和环模孔的最小直径的比值，它是反映燃料挤压强度的一个指标。压缩比越大，挤出的燃料颗粒越结实。对于直形孔的环模压缩比来说，环模孔的有效长度即为环模的总厚度，最小直径即为模孔本身的直径；对于释放式阶 梯孔和外锥形孔来说，模孔的有效长度即为环模的总厚度减去释放孔的长度或外锥孔的长度，小直径段的孔径即为计算压缩比的孔径；对于压缩式阶梯孔和内锥形孔来说，这种情况比较特殊，一般把整个环模厚度作为模孔的有效长度，最小直径取小直径段的孔径，当然，这样计算出的环模压缩比的含义和前两种情况是有区别的。本次设计模孔直径为 30用压缩比为 75/30= 图 6 孔型结构图 of 16 图 7 饲料颗粒 环模成型机孔形结构图 of 粗糙度也是衡量环模质量的重要指标。在同样的压缩比下，粗糙度值越大，物料挤出阻力越大，出料越困难，过大的粗糙度也影响物料表面的质量。本次设计的环模孔内表面的粗糙度值为 进一步减小工作阻力，在环模使用之前，在油料中加入25的细沙对环模孔进行研磨 2h，经研磨后的环模，孔面光滑，阻力小，有利于进行秸秆的压制成型。 单位功率面积 单位功率面积是指压粒主电机每 对应环模有效压带面积 （ ,它是衡量成型机性能的重要参数，也是设计成型机的主要依据。该参数太大，主电机功率偏小，则造成超载，反之则浪费能耗。因此，单位功率面积（ W）必须有一最佳值 . 纵观国内外生产厂家 ,单位功率面积取值范围为 300600W, 设计时 500W,这样使成型性能较稳定，可靠性好 5。 单位功率面积 A 计算公式： b （ W） (9) 式中： S 环模压带有效面积（ D 环模内径（ b 环模压带宽（ 环模内径 D 和压带宽 b 根据单位功率面积理论推导，环模内径 D 应在一最佳范围内，由单位面积 S 计算式得： b （ （ 10） 一般， D 与 b 的关系为： b=(=数） 17 ( （ 11） 本设计中，主电机 功率 P=位功率面积 A=500W， ,取 k=以： ）（ 0 0 D （ 12） 实际机子上的环模内径设计为 240b=0（ 模外径为 320 模孔开孔率 压模表面开孔率的大小，直接影响秸秆环模成型机的产量和机加工难易程度。开孔率搞，则其产量大，但加工孔眼多，制 造所需的工时就多。在考虑开孔率和产量的同时，应特别注意压模表面有足够的支撑面积，保证有足够抗断裂能力和结构强度，以防止承载是破裂而缩短使用寿命。对于开孔率问题，国内外以做了大量实验研究，一般认为，根据模孔直径不同，开孔率可在 20%30%之间选择 2。 开孔率计算公式为 : （ 13） 式中 模孔半径（ N 模孔数 从式 (13)可以看出，在模孔直径一定的情况下，要提高环模的开孔率，必须增加模孔数，增加模孔数将导致壁厚减小，但最小壁厚必须满足环模强度的需要。本次设计环模材料使用 20孔为 30，采用渗碳的热处理工艺，渗碳层厚约 时保证壁厚有足够的韧性，因此设计模孔数为 26。 19861752 2615 2 压辊的设计 压辊直径 d 饲料 颗粒成型机的 环模和压辊尺寸是颗粒成型机诸参数中最为重要的两个基本参数。因而选择最佳的环模和压辊径比（ =r/R)是设计颗粒机的关键问题，解决这个问题，不仅有助于进一步认识压粒过程中的一些基本规律，还可为设计和改进颗粒机提供理论依据。这里从颗粒机工作时某些参数之间的几何关系加以研究，环模区工况如图 8 所示。 18 图 8 环模区工况图 of 由图 3 3 可以计算压辊所能攫取的物料层厚度： c i n 22 （ 14） c i 20 15） 式中： R 环模的直径， mm r 压辊的直径， mm 压辊所能攫取的物料层厚度， 物料攫取角， ( ) 式（ 15）表明了攫取层厚度 模成型机 辊模径比以及模径 R 之间的关系。根据式（ 15）进行计算，从而可得到理论最佳值如表 32。 表 3 理论最佳值 / 10 20 30 40 50 60 最大值 模转动时，压辊沿坏模的内表面运动，并依靠物料与压辊、环模之间的摩擦力将攫取的物料压入模孔中。为了 研究攫取条件，从压粒变形区内靠近咬入弧的一小微段物料的受力状态来分析。这时环模、压辊和物料之间存在着以下诸力：环模作用于 19 物料的正压 M 和物料、环模内表面间的摩擦力 T 压辊作用于物料的正压力 N 和物料、压辊表面间的摩擦力 F，如图 9 所示。 图 9 物料体受力分析图 of 碍物料进入压粒变形区得力为： 钳入物料的力为： T=料欲进入压粒变形区必有： M=取条件： 18 21211ff （ 16） 式中： 物料与压辊之间的摩擦系数 物料与环模之间的摩擦系数 将所设计的值代入上式，符合要求。 由图 8 可知，压辊旋转一周，被一个压辊挤入模孔中的物料量由攫取层厚度 的体积为： 16 02 （ 17） 式中： 物料压实层的宽度， 坏模开孔率 R 为模孔半径， 式（ 15）代入式（ 17）得： 22220 c i （ 18） 若压辊数目为 Z， 转速为 n，秸秆的初始密度为 0 时，生物质环模成型机的生产率为： 20 22202 c o ss i 19） 由式（ 19）可以看出，成型机的生产率与其他影响因素之间的关系。但其中由于压辊数目同辊模径比有相互制约的关系，因此 Z 的增量不一定在任何情况下都能使生产率得到提高，为进一步研究生产率，现分析压辊数目 Z 与辊模径比之间的关系。设 m 为辊模径比的极限值，可得出： 14 （ 20） 根据式（ 20）得到表 42 表 4 压辊个数 Z 与辊模径比的关系 of Z m Z m 2 表 4 可知，当 Z 取 2 时为 以，压辊直径 d=（ =170 压辊与压辊轴承的设计 对于 饲料 颗粒成型机来说，压辊是主要易损件之一，其寿命的长短直接影响到颗粒燃料生产成本，因此对压辊合理设计、提高使用寿命有着重要的意义。 饲料颗粒 成型机在造粒的过程中要求压辊与环模之间保持一定的间隙，一方面是使物料进入模孔，另一方面避免环模和压辊直接接触。该间隙随物料类型的不同而变，一般保持在0 15右，而造粒过程中，物料对压辊 和环模的磨损恰恰使这一间隙经常改变，因此要求压辊能够调整偏心，这样可以补偿磨损，提高压辊寿命。基于此理论，本次设计选择压辊轴材料为 40制处理，表面硬度为 辊材料选择为20面采取渗碳热处理工艺，渗碳后硬度为 54。 压辊轴承的选择 本次设计压辊轴承选用既可以承受径向力又可以承受轴向力的圆锥滚子轴承；其型号为 33208。设定轴向游隙时必须考虑热膨胀。采用 度升高总是使轴承游隙减小；采用 三种不同的情况：当滚动圆锥 顶点，即轴承外圈滚道延长线与轴承中心线的交点重合时，轴承游隙不受热膨胀的影响；当两轴承距离较近，滚子圆锥顶点互相交错，轴承轴向游隙会随热膨胀的增加而减小；当轴 21 承距离较大时，滚子圆锥顶点不相交，轴承轴向游隙会随着热膨胀的增加而增大。 由于 饲料 颗粒成型机在工作时，压辊、环模与物料相互摩擦和挤压，产生大量的热。这些热量势必引起压辊轴系和轴承游隙的变化，因此在设计时必须加以考虑。由于压辊轴较短，因此无论轴承采用哪种安装方式，在受热的状态下都会使轴承轴向游隙减小。考虑到加工和安装结构简单，本次设计的一对圆锥滚子轴承采 用 装配时保证轴承的轴向游隙为 0 15体结构见图 10。 图 10 压辊轴承配合图 0 of 主轴的设计 传递功率为 轴转速 200r/料牌号： 45 调质；硬度 ( 230；抗拉强度： 650服点： 360曲疲劳极限： 270扭转疲劳极限： 155用静应力： 260用疲劳应力： 180 首先根据轴的基本直径估算公 式估算主动轴的基本直径： 13 （ 21） 式中 d 为轴的基本直径， P 为轴的传递功率， C 为计算常数，取决于材料及受载情况； n 为轴的转速， r/ 选 C=110，将功率和转速代入式（ 21）可求得直径为 虑到轴端要安装压辊需开键槽，将其轴颈增加 3%7%，所设计的主轴的基本直径必须大于所求的直径，现取轴的直径为 60 （ 1）轴传递的 转矩： 66 0 9 （ 22） （ 2）轴的结构设计 22 按照工作要求，该轴立式放置，轴的一端与联轴器相连，另一端与旋转部件相连，中间通过轴承支撑，该轴基本上只产生扭转变形，初步结构尺寸如图 11 所示。 轴的校核 （ 1）皮带轮作用力 由上计算得 509N （ 2）校核轴的弯曲强度和扭转强度如下图所示： 图 11 轴结构图 of 图 12 水平面剪力图（ N） 2 of (N) 23 图 13 水平面弯矩图（ N 3 N 图 14 合成弯矩图（ N 4 N 图 15 扭矩（ N 5 N （ 4） 弯曲应力校核如表 5： 表 5 弯曲
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