全价饲料生产线成品检验部分设计机械设计制造及其自动化专业毕业设计毕业论文.doc

青岛农业大学 毕 业 论 文（设计） 题 目：全价饲料生产线成品检验部分设计 姓 名： 黎发扬 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 2007.01 学 号： 20074521 指导教师： 姜新明 2011 年 6 月 18 日 毕业设计诚信声明毕业设计诚信声明 本人声明：所呈交的毕业论文（设计）是在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果，论文中引用他人的文献、数据、图表、资料均已作明确 标注，论文中的结论和成果为本人独立完成，真实可靠，不包含他人成果及 已获得青岛农业大学或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同 工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日 毕业论文（设计）版权使用授权书 本毕业论文（设计）作者同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论 文（设计）的复印件和电子版，允许论文（设计）被查阅和借阅。本人授权 青岛农业大学可以将本毕业论文（设计）全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本毕业论文（设 计） 。本人离校后发表或使用该毕业论文（设计）或与该论文（设计）直接 相关的学术论文或成果时，单位署名为青岛农业大学。 论文（设计）作者签名： 日期： 年 月 日 指 导 教 师 签 名： 日期： 年 月 日 目 录 摘 要 I Abstract II 1 绪论 .1 1.1 本课题研究的目的和意义1 1.2 饲料筛分机械的国内外发展状况1 1.3 本课题的研究内容2 2 总体方案的确定 3 2.1 筛选物料和加工要求的分析3 2.1.1 物料分析3 2.1.2 加工要求的分析 3 2.2 筛分原理的分析3 2.2.1 根据原料的外形和尺寸来筛分3 2.2.2 根据原料的密度来进行筛分4 2.3 总体方案的确定4 3 筛分部分的设计 .7 3.1 筛网的选择7 3.1.1 筛网种类7 3.1.2 筛孔形状和排列的选择.8 3.1.3 筛网的厚度与孔距.9 3.1.4 筛桶的整体形状.9 3.2 透筛率9 3.3 物料的受力与运动分析.10 3.4 筛分效率和处理能力.12 4 喂料部分的设计 14 4.1 喂料的装置的选型.14 4.2 物料的运动和受力分析.14 4.3 螺旋输送机的设计参数分析.15 4.3.1 输送量.15 4.3.2 螺旋轴转速.16 4.3.3 螺距16 4.3.4 螺旋叶片直径.16 4.3.5 螺旋轴直径.17 4.3.6 螺旋升角.17 4.3.7 外径与料槽的间隙17 4.3.8 输送长度L .18 4.3.9 输送机驱动功率及筛分功率.18 4.3.10 螺旋叶片的设计计算.19 5 动力传动部分的设计 21 5.1 电机的选择 21 5.1.1 电动机类型和结构形式的选择.21 5.1.2 电机功率的选择21 5.1.3 电机转速的确定21 5.1.4 电机座的设计.22 5.2 传动机构的选型 22 5.2.1 传动方式的拟定22 5.2.2 V 带的参数设计23 5.3 拟定轴上零件的装配与定位 26 5.3.1 轴上零件的方向、顺序、相互关系26 5.3.2 轴承的选择26 5.3.3 转轴的设计计算27 6 结论31 参考文献32 致谢33 I 全价饲料生产线成品检验部分设计 摘 要 在饲料的加工过程中，成品粉料会结团并可能掺入少量杂质，常用的筛分机械不能有效打碎粉团 并清除杂质，此次课题设计是在熟悉饲料特性和分析筛分原理的基础上，采用圆锥离心式筛分原理， 能够有效解决上述问题。粉团在筛桶内受到打板的冲击作用迅速解体成小于筛孔的颗粒，颗粒随着打 板绕桶壁旋转，在离心力的作用下透过筛孔。物料透过筛孔的概率受筛孔的大小、形状、排列，物料 的运动方式和物料特性的影响，为了在提高处理能力的同时保证筛分效率，需要综合考虑各种影响因 素。筛桶为圆锥形，打板轴向偏转，杂质在重力和打板轴向推力的作用下能顺利排出。喂料方式采 0 8 用螺旋输送，送料均匀，能够搓碎粉团和进一步混合物料。喂料和筛分共用一根转轴，结构紧凑，以 较低的能耗获得高质量的粉料。 键词键词：筛网；透筛率；打板；绞龙 II Design of Complete Feed Production Line Product Inspection Part Abstract In the feed process, the finished powder will agglomerate and may be mixed with a small amount of impurities, commonly used screening machinery can not effectively break the dough and remove impurities, the subject is familiar with the feed characteristics of the design and analysis of screening principles based on the use conical centrifugal screening principles to effectively address the issue. Dough in the barrel screen role was playing board quickly disintegrated into the impact of particles smaller than the sieve, particles with a plate rotating around the sides of casks, under the effect of centrifugal force through a sieve. The probability of the material through the sieve by sieve size, shape, arrangement, movement of materials and material properties of way, in order to increase processing capacity while ensuring the efficiency of screening, various factors must be considered. Conical screen drum, a plate of axial deflection, impurities in the gravity and the role of a plate under axial thrust smooth discharge. Spiral conveyor feeding method, feeding even, to twist Suifen groups and further mixed materials. Feeding and screening shared a shaft, compact, lower power consumption to obtain high-quality powder. Key words: mesh; through screening rates; a plate; auger 青岛农业大学机电工程学院本科毕业论文（设计） 1 1 绪论 1.1 本课题研究的目的和意义 随着畜牧业得到快速发展，对饲料的需求量也大大提高，从而带动我国饲料生产及 饲料机械的发展。在饲料生产工艺过程中，粉料混合完毕后就是进行原料打碎、清理、 筛选，为下一步的制粒工艺做好准备。有些饲料工厂在制粒之前未对原料进行打碎清理 检验，导致制粒机卡死或毁坏，生产出来的颗粒饲料里含有杂物，影响到饲料厂的连续 正常加工及产品质量。以上情况表明饲料厂必须用检验筛对原料进行打碎筛选，清除大 杂。 课题要求在熟悉饲料加工工艺及原理的基础上，设计出一台粉料检验筛选设备，命 名为成品检验筛。饲料工厂的加工模式是 24 小时流水线式，且全自动电控，该设备要求 结构紧凑，占地面积小，生产效率高，能够有效打碎大团物料，滤出粉料，清除杂物， 并且运行平稳，易于维修和操作。这对于保证产品的质量要求、提高劳动效率、降低工 人的劳动强度以及降低生产成本，提高经济效益等都具有十分重要的意义。 1.2 饲料筛分机械的国内外发展状况 就目前比较成熟的饲料加工工艺来看，饲料加工的步骤分为：原料初清微量元素 添加物料粉碎原料混合粉料检验制粒冷却干燥装袋。在制粒工艺之前必 须对混合后的物料进行打碎，清除麻绳、塑料、石块等杂物1，原料的不同，其所含杂质 的粒度、形状有所不同，因此清理过程中应有针对性地采用合适的筛面规格、筛分原理、 筛分设备。但粕类原料和谷类原料相比，其特点是易成团，流动性不好，杂质含量不高， 为了将成团物料打散，通常采用带有打板的筛子。根据现有的使用经验，筛孔尺寸可按 选取。不需粉碎的原料通称粉料，饲料厂粉料种类多，用量也不同，大多为10 15mm 粮油行业的副产品，因而杂质含量不高，主要是加工过程中混入的麻袋片、麻绳等大杂。 在生产全价饲料、浓缩饲料时，通常采用平面回转筛或振动筛进行清理。混合后的物料 在制粒前需要也清理筛进行筛分，一方面可以清理加工过程中可能混入的及原料清理中 未能除去的杂质，另一方面可以将成团物料打散，这对喷油后的饲料尤为重要 2。物料 特性对透筛率的影响与影响粘附力的因素表现出高度的一致性，说明粘附力是影响透筛 青岛农业大学机电工程学院本科毕业论文（设计） 2 过程的重要原因3。一些科研单位与制造企业合作，研制成功几种专门用于团粉料打碎清 理的筛子，在这方面做的很好的是江苏牧羊集团。 由商业部武汉粮科所设计的 SCQZ 系列清理筛是在吸取国内外同类产品结构特点的 基础上研制的，具有工作稳定可靠，结构简单，易于操作4。该类型机器的工作原理为： 当喂料螺旋将被筛理粉料强制喂入筛筒之后，粉料受到旋转打板的冲击作用使粉料中的 结团物料被打碎，同时粉料在打板的推动下，与打板一起绕筛筒内表面作圆周运动。在 离心力的作用下，使小于筛孔尺寸的粉料迅速穿过筛孔，从底部出料口排出机外。大于 筛孔尺寸的大杂则在打板的作用下向大杂出料口方向推移，最后排出机外25。 随着社会的进步和科学水平的日益提高，筛选技术也在不断地向前发展着。21 世纪 以来，随着世界经济的高速发展而出现的能源紧张间题日趋严重和筛分难度的增加，一 些传统的设备已不能适应生产的要求，这就促使了人们对筛选设备的改进5。其中比较有 代表性的为瑞士布勒公司的新产品 MTRA 型检验筛和英国西蒙公司的6。就检验筛而言， 关键还在于如何来进一步地提高设备的筛选效率和单位筛宽的处理能力7。如果能做到使 一台设备起到原来两台或三台设备的作用，则在工厂内就能减少设备的数量、减少设备 的占地面积和减少操作维护的工作量，从而就能达到降低消耗和降低成本的目的。 1.3 本课题的研究内容 在熟悉饲料工艺和了解现有国内饲料清理筛分机器结构的基础上，设计出一台专门 用于混合（喷油）粉料的打散、筛选、除杂的设备。该机器要有较高的筛选效率和很好 稳定性，易于维修和操作，满足企业的生产需要。 分析现有筛分机械的筛分方式和原理，拟定符合本次设计要求的筛分方式，对筛分 和喂料过程进行设计计算，对重要零部件进行绘制。 青岛农业大学机电工程学院本科毕业论文（设计） 3 2 总体方案的确定 2.1 筛选物料和加工要求的分析 2.1.1 物料分析 饲料加工中通常所用的都是粉料，本次设计的检验筛位于混合工序和制粒工序之间。 粉料是由粉碎机制成，其粒度大概在 15mm 之间，粒度不大且颗粒分明，无粘连性。 制粒所用的原料必须是成分齐全、分布均匀、无杂质的混合粉料，但各种粉料在混合机 中需要经过来回搅拌，搅拌的时候必然受到一定的挤压力，混合的时候还需要加入食用 油，由于挤压力和食用油的粘结性作用，粉料混合完毕后会出现结块、结团的现象，而 且由于前面清理不干净、搬运、添加辅料等工序不可避免的导致原料里任然混有少量杂 质，根据以往的经验混入的杂质多为麻绳、塑料碎片，很显然该原料并不完全符合制粒 机的要求。 2.1.2 加工要求的分析 得到的原料必须是粒度均匀、形状规则、颗粒松散的粉料，本次所设计的机器要求 能够有效打散粉料并且进行除杂筛分。综合以往筛分发展，根据筛分目的可以把筛分作 业分为以下几种：准备筛分，检查筛分，最终筛分，脱水筛分，脱泥筛分，脱介筛分， 选择筛分。本设计的筛分是在检查筛分的基础上加入了打散工序，且产量是在 40t/h 左右， 与类似的筛分设备相比，该机器要求的处理能力较高。 2.2 筛分原理的分析 筛分的定义是：通过一定的机械装置分离出符合一定要求的物质。通用的主要筛分 设备是筛子，利用筛孔来进行有分离，通过查阅筛分机械手册，筛分作业主要利用 了两大原理。 2.2.1 根据原料的外形和尺寸来筛分 分析物料的几何因素来确定筛孔的大小和形状，由于筛分方式的不同，利用这一原 青岛农业大学机电工程学院本科毕业论文（设计） 4 理的筛分机械有以下几种：圆形振动筛、直线振动筛、平面回转筛；滚筒筛、旋转 概率筛、离心筛、弧形筛、检验筛、圆锥清理筛。振动筛是利用平面筛子的振动使物料 与筛子之间发生相对运动，当物料的尺寸小于筛孔且刚好落入筛孔时，在重力的作用下， 小于筛孔的成为筛下物，大于筛孔的成为筛上物，依据振动方式的不同来获得不同工作 原理的筛子。第二组的工作原理主要依靠物料或筛网的旋转来产生相对运动，当物料尺 寸小于筛孔且刚好落入筛孔时，主要是在离心力的作用下，离心力比重力的作用效果要 好，以此达到筛分物料的目的。值得注意的是旋转概率筛是靠离心力促使原料在筛网上 水平移动，原料从筛孔分离的作用力还是重力。 2.2.2 根据原料的密度来进行筛分 分析混合原料中不同物质密度的不同，通过一定的方式来达到筛分，就目前有液分 和风分两种。液分是取介于需要分级原料密度之间的溶液，由于浮力的作用，可以轻 松实现分级，但是该种方式要求溶液不会破坏原料的理化性质，故应用有限。风分是 用于杂质密度较小且杂质表面积较大时的筛分，通常所采取的方式是透过筛网给以一定 风速和气压的气流，风速过大会将有用物吹走，风速过小降低筛分效率和处理量。 2.3 总体方案的确定 在进行粉料筛分清理时，目前有以下三种方案可供选用。 方案一：滚筒式 在粮油加工过程中清理大杂多采用滚筒筛，其结构如图 2-1 所示。 图 2-1 方案一原理结构图 1.进料管 2.螺旋片 3.筛桶 4.电动机 5.传动装置 6.清理刷 7.机架 青岛农业大学机电工程学院本科毕业论文（设计） 5 滚筒式分级筛工作时，原料从进料口经进料斗落入筛筒内部，筛筒旋转时，穿过筛 孔的筛下物从出口流出，通不过筛孔的大杂废弃物在滚动的作用下，借助下筛筒内壁的 导向螺旋，被引至位于进口通道下方，从大杂口排出机外，导向螺旋不仅有助于排出大 杂废弃物，并且起到阻止物料随同筛上物外流的作用。 通过方案分析，该设备的处理量大，但是筛桶在旋的时候，其筛面利用率不高，有 效筛分面积大打折扣，而且没有用来打散结团粉料的装置，这些因素导致该设备的筛分 效率不高，相当多的有用物料被当做杂质筛除。 方案二：平面回转式 在传统的饲料加工过程用来清理细小颗粒、分级物料时多采用平面回转筛，其结构 如图 2-2 所示。 图 2-2 方案二原理结构图 1.机座 2.尾部支撑机构 3.筛体 4.观察口 5.进料口 6.传动箱 7.电动机 8.出料口 平面回转式分级筛工作时，进料口集中喂入的物料，在筛体进料端横向椭圆运动作 用下，迅速分布在整个筛宽上，并产生自动分级。该振动筛的优点筛面利用率高，通用 性强，能够有效进行物料分级筛分，但是其处理能力不够高。本设计要求筛分的物料的 具有粘性，振动筛中的物料是靠自身重力的作用从筛孔穿过，其透筛作用力力不强，在 物料层过厚时可能会造成堵孔，而且该设备不具备高效的团状粉料打散装置，总体会降 低筛分效率。 方案三：圆锥离心式 用来筛分含杂量少、易结团的原料易采用圆锥离心筛，其简要结构图如图 2-3 所示。 青岛农业大学机电工程学院本科毕业论文（设计） 6 图 2-3 方案三原理机构图 1.出料端口 2.转子 3.筛桶 4.刷子 5.打板 6.进料斗 7.出料口 8.喂料螺旋 9.电动机 10.防护罩 该方案采用圆锥离心方式进行筛分，由筛体、转子、筛筒和传动等构成。当喂料螺 旋将被筛理粉料进入筛筒之后，粉料受到旋转打板的冲击，使粉料中的结团物料被打碎， 同时粉料在打板的推动下，与打板一起绕筛筒内表面作圆周运动。在离心力的作用下， 小于筛孔尺寸的粉料迅速穿过筛孔，从底部出料口排出机外。不能排出的大杂则在打板 的作用下向大杂出料口方向推移，最后排出机外。 通过对上述三种方案进行比较，结合本次设计的目的，可总结出第三种方案适合本 次设计的要求。它主要是采用的离心式筛分，筛分效率高，能达到要求的 95%，物料在 打板的作用下绕筛桶旋转，粉料因此获得离心力，粉团受到打板的冲击而破碎，这刚好 符合粘性粉料的要求。打板在安装的时候有一定的倾角，一般是 510 度，该角度使物料 获得了一个轴向的推动力，使得筛上物得以排出筛桶。喂料装置的设计采用的是螺旋输 送（俗称绞龙） ，绞龙输送能够保证进料的均匀性，而且绞龙的运动方式有利于粉团的破 碎。该方案中打板与绞龙公用一根轴，使得机器结构紧凑、占地面积少，并且减少了功 率的损失。综上所述，第三种方案在满足物料特性和提高筛分效率方面能得到保证。 青岛农业大学机电工程学院本科毕业论文（设计） 7 3 筛分部分的设计 筛分装置主要涉及到混合粉料的分离，结合设计经验和理论知识，这部分要设计计 算的内容包括：筛网的选择，物料的受力分析，物料的运动分析，筛分效率和处理能力 等。 3.1 筛网的选择 3.1.1 筛网种类 筛网是筛分机械的核心部件，物料的筛分必须通过达到分级的目的，现在通常所用 的筛面有冲孔筛、栅筛、编制筛。 栅筛由以圆钢、角钢、方钢、扁钢为材料做成的栅条，这些栅条平行并按一定的 间距排列组成栅筛，通常所采用的制造工艺是焊接而成。栅筛的过筛能力强，处理量大， 其栅缝一般为 30mm40mm，由于栅条很宽，这种类型的筛网只能用来初步清理大杂。 编织筛由金属丝交织而成，其主要优点是制造方便，开孔率大，物料易于透过筛 孔且不堵孔，其缺点就是不耐磨，容易损坏，所以其不能适用于摩擦力系数大，不间断 工作时间长的场合。 冲孔筛是目前使用最广的筛面，也达到标准化制造。通常是在薄钢板或镀锌铁板 上用冲模冲出一定形状及大小的筛孔，常用的筛孔形状有三角形、腰圆形、圆形等。冲 孔筛筛孔分布均匀，筛面耐磨，强度高。其简图如图 3-1 所示。 图 3-1 筛板样图 本次设计的筛分装置，其筛网不动，粉料在打板的推动下沿筛面圆周运动，筛面受 到粉料的冲击力和摩擦力，粉料则在离心力的作用下概率通过筛孔。综上分析采用冲孔 晒筛作为筛面。 青岛农业大学机电工程学院本科毕业论文（设计） 8 3.1.2 筛孔形状和排列的选择 本次设计的的筛分原理是按照粉料与杂质的大小、孔型不同来分级，需要筛分的原 料是由结团粉料和大杂组成，结团粉料在打板的作用下迅速解体为直径为 210mm 的颗 粒，大杂主要为不规则塑料薄膜或绳线。考虑到以上因素及冲孔筛标准，选择筛孔为直 径 14mm 的圆孔筛。 颗粒穿过筛面的概率与单位面积上开孔所占比例成正比，开孔率越高，则透筛率相 应的提高。在筛孔几何尺寸的条件下，筛孔在筛面的排列形式和孔距将影响到筛面的有 效筛分面积，开孔率的计算公式(3-1)如下： (3-1) 21 /100%kFF 式中 K开孔率 筛面总面积 2 F 筛孔总面 1 F 圆孔筛的排列有六角形和正方形两种，如图 3-2 所示。 正方形排列的开孔率为 (3-2) 2 1 2 100% 4() r K mr 六角形排列的开孔率为 (3-3) 2 2 100% 2 3 r K mr 图 3-2 筛孔排列图 青岛农业大学机电工程学院本科毕业论文（设计） 9 将以上求得的开孔率进行比较 2 1 4 1.16 2 3 K K 比较可以看出在孔径和孔距相同的条件下，六角形的开孔率高，此外，六角形是交 错排列，颗粒沿任一方向运动都有机会接触到筛孔，而正方形的排列留有一空带，若颗 粒沿此空带运动则无机会透筛，降低了筛理效率。 3.1.3 筛网的厚度与孔距 冲孔筛通常用金属薄钢板或镀锌板冲压而成，筛厚一般只要 0.4mm0.8mm 之间，若 磨损太大可适当考虑板厚加大，但是过厚的筛板会造成堵孔，根据经验可按以下公式取 板厚 (3-4)0.6251.25 d: 式中筛面厚度， 筛孔直径d 由开孔率计算公式可知，孔距 p 越小则开孔率越大，但是孔距与筛面的强度相关， 孔距小则筛面强度低、寿命短。通过查阅筛板国标 GB/T16202008，在筛孔直径为 14mm 时，孔距取 20mm9。 3.1.4 筛桶的整体形状 粉料是依靠离心力的作用透过筛孔，且为了方便粉料在筛桶内的轴向移动，所以筛 桶设计为圆锥形，小端进料，大端排杂10。 3.2 透筛率 首先观察物料的筛分过程，可将其分为两个阶段：物料层上端易于穿过筛孔的颗 粒透过物料层到达筛面到达筛面且易于穿过筛孔的颗粒透过筛孔成为筛下物。颗粒在 一定的筛面上透过筛孔有一定的概率性，该概率成为透筛率。 根据以往经验，颗粒透过筛孔的概率受到以下因素影响：物料的含水性 筛子的 有效筛分面积 筛孔的大小 颗粒与筛孔的相对大小 颗粒相对于筛子的运动方向 和与筛面的夹角。 由此可以看出筛分过程受很多复杂因素的影响，其筛分规律不能单纯的用数学语言 来完全表达。在相同的实验条件下可以看到，大大小于筛孔尺寸的颗粒在筛分开始后， 青岛农业大学机电工程学院本科毕业论文（设计） 10 很快成为筛下物，粒度越靠近筛孔尺寸的颗粒，其通过筛孔的时间越长，如果假定部分 条件理想化，可以计算出其透筛率11。结合本次设计，就球形颗粒透过圆孔做数学分析如 下： 如图 3-3 所示，阴影部分为透筛区，圆孔直径为 D，颗粒直径为 d，透筛率为，物 t P 料相对筛面垂直下落， (3-5) 22 22t DdDd P DbDb 取， 14Dmm5dmm3bmm0.53 t p 图 3-3 筛面示意图 从公式（3-5）可以看出透筛率与孔、孔距物料直径的关系，但为了便于杂质的排除， 筛面通常都是倾斜设计的。当颗粒倾斜到达筛面时，其与筛孔边碰撞弹跳后，仍有较大 机会透过筛孔。 通过大量实验分析，统计其透筛率的变化，设为变量，当时，其透筛 d i D 0.75i 时间较短，概率变化曲线平滑，当时，透筛时间变长，概率变化曲线突然变陡。0.75i 粒度比小于 0.75 的颗粒称为易筛粒，粒度比大于 0.75 的颗粒称为难筛粒。 3.3 物料的受力与运动分析 根据设计的筛分方案，筛桶为圆锥形，将物料的受力简化为单个颗粒的受力，设其 青岛农业大学机电工程学院本科毕业论文（设计） 11 锥角为，小端直径为，大端直径，筛桶长 L，筛网为圆形冲孔筛，打板倾斜一定 1 d 2 d 角度，筛桶的放置方式为水平卧式。 物料在绞龙的推动下从小端进入筛桶，筛桶是不动的，筛桶内的打板则绕轴心快速 旋转，受打板的冲击作用，物料迅速解体，所用时间很短，由于物料飞溅，其受力分析 涉及到很多因素，暂且不分析。松散后的粉料在重力和冲击力的作用下，粉料到达筛面， 此时在打板的推动作用下，绕圆锥筛面离心运动。前面也说明打板的安装有一定的倾斜 度，物料此时受到重力，打板的推力，建立坐标系，推力可分解为轴向力，径GFF 1 F 向分力。 2 F 其受力示意图如图 3-4 所示。 图 3-4 受力分析图 通过图 3-4 可以看出，物料在筛桶内有绕筛桶的圆周运动和沿筛面的轴向滑动，轴 向滑动是在重力 G1 和推力分力 F2 的作用下形成的。在筛面设定好的条件下，其总筛分 面积是一定的，物料能够覆盖的面积称为有用筛分面积，为了增大透筛率和处理能力， 必须保证最大的有用筛分面积。筛桶为圆锥形，可以发现当离心力大于重力时，即 ，物料能够铺满整个筛面而获得最大的筛分面积， 2 rwg 通过计算分析其运动方程如下： （3-6） 22 1 1 22 1 sintan F FGarcf FG a m （3-7） 2 1 1 sin 2 i rrat 2 () i rr 2 1 cos 2 yat （3-8） 青岛农业大学机电工程学院本科毕业论文（设计） 12 （3-9）sin i xrwt （3-10）cos i zrwt 式中沿轴线运动的加速度 小端直径 a 1 r 大端直径 角速度 2 rw 锥角，取 0 2 其运动轨迹为渐开螺旋线，示意图如图 3-5 所示。 图 3-5 单颗物料简化轨迹图 3.5 筛分效率和处理能力 在评价筛分机械时，筛分效率和处理能力是两个重要指标12。处理能力是指筛子在保 证筛分效率的前提下单位面积每小时所处理的物料吨数（） ，表示筛子的数量指 2 / t m h: 标；筛分效率是指实际筛得物料与理论筛得物料的比较，表示的是筛子的工作质量指标。 筛分效率可用下列公式表示： (3-11) 4 10 % 100 ab ab 原料中能筛过物的含量a 所得筛余物中能筛过物的含量b 青岛农业大学机电工程学院本科毕业论文（设计） 13 就一般情况，筛分效率受以下因素影响。 被筛理物料的物理性质。物料的粒度大小、几何形状、密度、湿度会影响其透筛 率和筛网的堵孔率。 筛面的几何因素。筛孔的形状、大小、排列及筛网的厚度会影响透筛率，筛网表 面物理化学性质会影响物料的流动性和堵孔率。 筛面和物料的运动特性。筛面的运动方式有平面回转、圆振动、旋转，或者筛子 不动，物料在一定的作用力下运动。运动的速度、方向、时间等运动特性会影响有用筛 分面积、物料层厚度、筛分快慢。 生产条件。 筛分效率可以通过采取一定的措施来使其不断提高，不过。1 筛分效率的设定与多种已知和未知因素相关，就一部筛分机器而言，其筛分效率与 物料被筛时间的关系如图 3-6 所示。 图 3-6 效率-时间图 由图 3-6 可以看出，在前 20s 的时间内筛分效率迅速增加，再往后，其筛分效率增 加平滑，趋于 95%左右。观察物料的运动轨迹可知，物料的被筛分时间由轴向运动速度 和筛长来决定。筛分时间过长会造成功率浪费，甚至物料进出不平衡造成筛桶内物料堆 积，筛分时间过短会造成有用成分还未被筛分就排出筛桶外。 筛子的处理能力分为理想处理能力和实际处理能力。理想处理能力由筛桶和物料的 各种几何、运动、物理关系来决定，实际处理能力则由单位时间的进料量来决定，进料 青岛农业大学机电工程学院本科毕业论文（设计） 14 量计算在后面分析。很显然理论处理能力要大于实际处理能力，根据设计筛分机械的要 求，理论应该超过实际的 30%。 结合筛网选用国标和以往经验数据，筛桶长约 900mm，直径不低于 400mm，锥角 为，角速度不低于。具体尺寸详见 CAD 图纸。 0 22/rad r 青岛农业大学机电工程学院本科毕业论文（设计） 15 4 喂料部分的设计 4.1 喂料的装置的选型 筛分装置在进行筛分作业时需要有一个喂料装置不断地输送物料，以保证筛分不间 断，本次的设计要求喂料时进料均匀，并且还具有一定的混合打散的功能。结合以往设 计粮油机械的经验，可采取螺旋输送的方式进行喂料，该喂料装置又称为绞龙，绞龙的 运动方式为轴向旋转，可与打板共用一轴，使结构紧凑。其工作原理是：物料从进料口 进入，当转轴转动时，物料受到螺旋叶片法向推力的作用，该推力的径向分力和叶片对 物料的摩擦力会对物料起到搅拌打散的效果，但也可能带着物料绕轴转动，但由于物料 本身的重力和料槽对物料的摩擦力的缘故，才不与螺旋叶片一起旋转，而在叶片法向推 力的轴向分力作用下，沿着料槽轴向移动。其结构如图 4-1 所示。 图 4-1 绞龙结构图 螺旋输送机主要有水平、倾斜、垂直等种类，根据实际设计需要选型，在本设计中其主 要是进行给料作业，所以选则为水平输送。 4.2 物料的运动和受力分析 根据的绞龙的结构和运动方式可知，螺旋面对物料的作用力为 F，但由于物料与叶片 的摩擦作用，F 力的方向与叶面的法向偏离了一定角度。F 力可分解为法向分力 F1和径 向分力 F2，力的作用下，物料在料槽中进行着一个复合运动，既沿轴向移动，又沿径向 旋转，既有轴向速度 V1，又有圆周速度 V2，其合速度为 V。如图 4-2 所示。 青岛农业大学机电工程学院本科毕业论文（设计） 16 图 4-2 受力分析 运动分析 4.3 螺旋输送机的设计参数分析 4.3.1 输送量 输送量是螺旋输送机的一个衡量指标，该指标主要是根据生产量来确定的，但它又 与其他参数密切相关，其公式为： (4-1) 1 3600QF V Q螺旋输送机的输送量（t/h） F料槽内物料层得横截面积（m2） D螺旋叶片的直径（mm） 填充系数 物料的单位容积质量（） 3 /t m 倾斜输送系数 由于在实际工作中不考虑物料轴向阻滞的影响，所以轴向移动速度 V1 Sn/60 把，V1 Sn/60 代入公式（4-1）式中 2 / 4FD （4-2） 2 =47nQD S S螺距 （mm） n转速（r/min） 由上式可以看出，当输送量确定后，可以调整相应的参数来达到 Q 的要求，本次设计 的检验部分的处理能力是 4060（t/h） 。 青岛农业大学机电工程学院本科毕业论文（设计） 17 参照螺旋输送机设计国标，可查得=0.5 =0.6 =1 4.3.2 螺旋轴转速 螺旋轴的转速对输送量有直接的影响，转速过低则达不到设计产量。当转速超过一 定的极限值时，物料会因为过大的离心力而外抛，所以需要对轴的转速 n 做一定的限制13。 根据经验公式：n （4- max /AD 3） A 物料的综合特性系数，本次物料为谷物粉料，查表可取 A=86 所允许的临界转速 max n D螺旋外径 式中 n 为螺旋的实际转速 ，其不能超过临界转速。 max nn 4.3.3 螺距 螺距不仅决定着螺旋的升角，还决定着在一定填充系数下物料运行的滑移面，所以 其大小影响输送过程。通常可按下式计算螺距: （4- 1 SK D 4） 由于物料的流动性较差，取值时 K10.8 4.3.4 螺旋叶片直径 该直径直接关系到输送机的生产量和结构尺寸，将（4-3） 、 （4-4）式带入式（4-1） ， 此时可取 K1=0.7 ,得到下列公式 2 5 1 47DAKQ （4-5） 5 2 1 ) 47 ( AK Q D 由于各变量已知，当 Q 取 50 时，可求得 D0.320=320mm 螺旋叶片的直径通常制成标准系列。D=100, 120, 200, 250, 300, 315, 青岛农业大学机电工程学院本科毕业论文（设计） 18 350，400， 500 和 600mm。 根据公式（4-5）计算出来的数据，按照标准系列将其圆整化，可取 D=315mm 在叶片直径确定的情况下可求得 S220 n153 4.3.5 螺旋轴直径 螺旋轴径的大小与螺距有关，因为两者共同决定了螺旋叶片的升角，也 决定了物料的滑移方向及速度分布。一般轴径的计算公式： （4-6）0.20.35dD: 取 D=315，则 d=63110 在机器的设计方案中，为方便绞龙的制造及减少轴应力应变，叶片是采取焊接的 方式固定在圆柱钢管上，该钢管与主轴套在一起，并用螺钉紧固，结合钢管的选用标 准,可取螺旋轴直径 d 为 77mm 4.3.6 螺旋升角 螺旋叶片任一点的法线与螺旋轴线的夹角称螺旋升角，螺旋升角的求解公式如下： (4-7) 1 =tan () i s D 其中 S螺距（mm） ，该点所在螺旋线直径(mm) i D 10 =tan ()13 s D 外 10 =tan ()=43.6 s d 内 由此可见升角是不断变化的，从外圆到内轴，升角递增。 4.3.7 外径与料槽的间隙 螺旋输送机在安装的时候，螺旋外径与料槽要有一定的间隙，若间隙过小则造成不 必要的摩擦，若间隙过大会造成漏料。根据设计标准，其最小间隙不能小于名义间隙的 50%14。其间隙取值可参照下表 表 4-1 间隙参照表 螺旋外径 10012516020025031540050063080010001250 青岛农业大学机电工程学院本科毕业论文（设计） 19 名义间隙 7.5 10 12.5 15 20 4.3.8 输送长度 L L 是指螺旋输送机的绞龙轴向长度，该长度一般由实际工作需要和设计环境来确定。 本次设计的绞龙主要只是进行均匀喂料，所以不需要很长的，结合以往的设计经验可取 两个螺距。即 L=2S 4.3.9 输送机驱动功率及筛分功率 （1）螺旋输送机的运动阻力 由于螺旋输送的转动和物料向前运动而产生了若干反抗运动的阻力，由下列阻力组 成： 物料运行阻力 F1 空载运转阻力 F2 倾斜阻力 F3 本次设计的螺旋输送装置采取水平输送方式，所以不存在了倾斜角；，F3=0 （2）驱动功率 = P1 + P2 += （4- 0 p 3 P/ 367/ 20QLQL 8） 式中 P1物料运行所需的功率 P2输送机空转时所需的驱动功率 倾斜功率，该功率为 0 3 P 物料运动阻力系数 ，该阻力系数可查表取 0.7 所以 P 1.19kw （3）筛分功率 （4-9） 3 0 10 mrm pk gGF （4-10） 2 m rm r w F g 4 m Dd r 青岛农业大学机电工程学院本科毕业论文（设计） 20 式中阻力因数 m k G 单位时间进入筛桶的物料重 当取为 2.3，G 为 50，为 150时 m k/t g h:w/ minrad 求得筛分功率为 1.8kw 4.3.10 螺旋叶片的设计计算 螺旋片是螺旋输送器的主要工件，然后焊在螺旋轴上。 （1）材料选取 常用螺旋叶片的材料分为 16Mn 和 Q235A 两种，叶片厚度为 23mm，采用冷态拉伸 成型，均取得满意的效果。 （2）螺旋叶片展开如图 4-3 所示，其下料尺寸计算如下。 内螺旋线投影长 （4- 1 bd 9） 外螺旋线投影长 B 为叶宽 （4- 2 (2 )bdB 10） 内螺旋线实长 （4- 22 11 lSb 11） 将 d=77mm，B=119mm 代入得： 22 1 230242334lmm 外螺旋线实长 （4-12） 22 22 lSb 22 2 2309901016lmm 内螺旋线展开半径 1 1 21 B l R ll （4-13） 青岛农业大学机电工程学院本科毕业论文（设计） 21 将 B=119mm， =334mm，=1016mm 代入得： 1 l 2 l 1 119 334 58.3 1016334 Rmm 理论计算螺旋叶片展开料内孔直径为，考虑到叶片拉伸 11 22 58.3116.6Rmm 过程在板厚方向的变形的影响（内孔变小）15，取内孔加工后的直径为。 1 117mm 外螺旋线片展开半径 21 RRB 将mm，B=119mm 代入得： 1 58.3R 2 58.3+119=177.3Rmm 理论螺旋叶片展开料外圆直径 22 22 177.3354.6Rmm 由于整个螺旋轴在后期整体需要加工叶片外圆，所以在叶片下料时，外径取 =355mm。 叶片展开料缺口夹角 2 2 180 360 o o l R 将=1016mm，=177.3mm 代入得： 2 l 2 R 1801016 36032 177.3 o oo 图 4-3 绞龙叶片下料展开图 青岛农业大学机电工程学院本科毕业论文（设计） 22 5 动力传动部分的设计 5.1 电机的选择 电机为整套设备提供动力，应根据装机容量、结构形式、转速来确定具体型号。 5.1.1 电动机类型和结构形式的选择 我国通用的电力为 220v 和 380v 的交流电，一般情况下该选用交流电机。Y 系列电 动机具有高效、节能、振动小、噪声小和运行安全的特点，安装尺寸和功率等级符合 IEC 国际标准，适合于无特殊要求的各种机械设备，故选用 y 系列。 5.1.2 电机功率的选择 电动机功率的选择要依据工作部分的功率，过大会浪费，过小就会超负荷造成电机 损坏，电机所需要输出的实际功率可表示如下： （5- w d p pkw 1） 电机所需输出的实际功率 d p 工作部分消耗的功率 w p 电动机与工作部分之间的总效率 工作部分的总功率为=1.19+1.8=2.99+ w ppp 输送筛分 kw 总效率=0.840.960.980.79: 电机带轮轴承 kw 故=3.78 w d p pkw kw 5.1.3 电机转速的确定 在绞龙的计算中确定轴的转速介于，传动比，则电机转120 / minr153 / minr5i 青岛农业大学机电工程学院本科毕业论文（设计） 23 速 600765。n 综上可查阅机械设计手册第三版 P23-34，可选电机型号为 Y160M1-8，其额定功 率为 4kw，转速为 720r/min，效率为 84%。 5.1.4 电机座的设计 机座包括机架和基板，其主要作用就是用来固定电机，使电机相对于整部机器处于 一个准确的位置。机座的受力情况很复杂，会产生压缩、弯曲、扭转等变形，在设计电 机座时要选择合适的材料，确定合理的结构和尺寸。 本次设计的机座与喂料装置的箱体相连，机座主要采用型材焊接而成，设计中所用 的型材是 8#槽钢，10mm 热轧钢板。电机与机座采用螺栓连接，螺栓在焊接机座时已装 入，由于带轮在使用一定时间后会出现松弛，所以螺栓是安置在一个长槽内以方便调节 电机的固定位置。电机的轴端会受到一定的压轴力，为了防止受压轴力的作用而移动， 所以在固定板上会有定位螺钉。具体结构和尺寸参照 CAD 图纸。 5.2 传动机构的选型 5.2.1 传动方式的拟定 本次设计在传动部分要求结构简单、价格低廉、缓冲吸振、传动平稳。 ，可选用带传 动，带传动的基本组成零件为主动带轮、从动带轮和传动带。其传动示意图如图 5-1 所示。 图 5-1 带轮传动图 1.主动带轮 2.从动带轮 青岛农业大学机电工程学院本科毕业论文（设计） 24 5.2.2 V 带的参数设计 已知电机型号为 Y160M1-8，电动机满载时额定功率，转速，4PKW 1 720r / minn 传动比，每天工作超过 16 小时。1:5i 确定计算功率 P 由机械设计表 8-7 查的工作情况系数=1.3，故 （5-2）1.3 45.2 caa PK PKW 选择 V 带的带型 根据、由图 8-11 选用 A 型。 ca P 1 n 确定带轮的基准直径并验算带速 V d d 初选小带轮的基准直径。 1d d 由机械设计表 8-6 确定其最小基准直径 min )/75 d mm （d 由机械设计表 8-8，取小带轮的基准直径 1 125 d dmm 验算带速 v。按式机械设计公式（813）验算带的速度 （5-3） 1 1 125 720 5/ 60 100060 1000 d d n vm s 由于带速的推荐速度为，故带速合适5/30/m svm s 计算大带轮的基准直径。 根据机械设计公式（8-15a） ，计算大带轮的基准直径 2d d （5-4） 21 5 125625 dd didmm 根据表 8-8 圆整为=630mm 2d d 确定 V 带的中心距 a 和基准长度 d L 根据机械设计公式（8-20） （5-5） 12012 0.7()2() dddd ddadd 初定中心距 0 600amm 由机械设计公式（8-22）计算带所需的基准长度 青岛农业大学机电工程学院本科毕业论文（设计） 25 （5-6） 2 21 0012 0 2 () 2() 24 (630 125) 2 600(125630)2492 24 600 dd ddd dd Ladd a mm 由机械设计表 8-2 选带的基准长度 2500 d Lmm 按机械设计公式（8-23）计算实际中心距 a （5-7） 0 0 25002492 600604 22 dd LL aamm 该值处于中心距的范围内 528.51510mmmm: 所以该中心距符合要求 验算小带轮上的包角 1 （5-8） 121 57.357.3 180()180(630 125)13290 604 o ooo dd dd a 计算带的根数 z 计算单根 v 带的额定功率 r P 由和，查机械设计表 8-4a 得 1d d 1 n 0 1.07PKW 根据，i 和 A 型带， 1 n 查机械设计表 8-4b 得 0 0.09PKW 查机械设计表 8-5 得0.88K 查机械设计表 8-2 得，于是1.09 L K （5-9） 00 ()(1.070.09) 0.88 1.091.12 rL PPPKKKW 计算 V 带的根数 z。 （5-10） 5.2 4.6 1.12 ca r P z P 故取 5 根。 计算单根 V 带的初拉力的最小值 0min ()F 由机械设计表 8-3 得 A 型带的单位长度质量，所以0.1/qkg m 青岛农业大学机电工程学院本科毕业论文（设计） 26 （5-1