机械毕业设计（论文）-尿素自动拆包出料装置的设计（全套图纸三维）.pdf

说明书说明书 设计题目：设计题目： 尿素自动拆包出料装置的设计尿素自动拆包出料装置的设计 专业年级：机械设计制造及其自动化专业年级：机械设计制造及其自动化 2011 级级 学学 号：号： 姓姓 名：名： 指导教师、职称：指导教师、职称： 2015 年 5 月 27 日 目录目录 摘要 . i abstract ii 1 绪论 - 1 - 1.1 前言 - 1 - 1.2 尿素的简介 - 1 - 1.3 尿素自动拆包出料装置的目的意义 - 2 - 1.4 自动拆包机的发展现状 - 2 - 2 尿素自动拆包出料装置设计方案确定 - 4 - 2.1 本装置设计的背景 - 4 - 2.2 尿素的理化性质 - 4 - 2.3 尿素包装袋规格 - 5 - 2.4 方案的确定 - 5 - 2.4.1 方案的拟定 - 5 - 2.4.2 方案的确定 - 7 - 3 输送机构的设计 - 8 - 3.1 输送机类型的确定 - 8 - 3.2 布置方式 - 8 - 3.3 输送带的选型 - 8 - 3.4 输送机滚筒的选型 - 9 - 3.5 输送机传动滚筒轴承及轴承座的选型 - 9 - 3.6 支架材料的选取 . - 10 - 3.7 钢板的选择 . - 10 - 3.8 电动机的选择 . - 10 - 4 拆包机构的设计 . - 12 - 4.1 拆包机构的布置 . - 12 - 4.2 支架及斜板的选择 . - 12 - 4.3 刀具的设计 . - 12 - 5 出料装置的设计 . - 13 - 5.1 支架材料的选取 . - 13 - 5.2 滚筒的选型 . - 13 - 5.3 轴承座的选择 . - 14 - 5.4 滑槽 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5.5 储仓 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 5.6 布局 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 6 结论 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致谢 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 i 摘要摘要 尿素自动拆包出料装置主要是应用在以尿素为还原剂的脱硝中尿素袋的卸料或储 存，其必须与输送装置等设备配合使用。尿素自动拆包出料装置的主要任务是实现尿素 袋的自动拆包，并使得空袋及杂质和尿素颗粒分离开来。本次说明书介绍了尿素自动拆 包出料装置的设计。它和输送装置配合，共同完成自动拆包的整个作业。本文主要内容 如下： 输送机构的设计：输送机构的设计：输送机构主要由带式输送机、驱动装置以及支撑输送机的支架组 成。输送机构的设计部分主要内容为输送皮带、滚筒、轴承座、钢板、电动机以及支架 材料等零部件的选型及计算，并根据题目要求和结合实际情况对输送机构进行合理的布 置。 全套图纸，三维加全套图纸，三维加 153893706 拆包机构的设计：拆包机构的设计：拆包机构主要由破袋刀具、刀架以及相应的支架组成。拆包机构 的设计部分主要内容为对刀具进行设计及选型，并对刀具在整个机构进行合理布置，以 及对支架的合理安置，使得刀具能够快速轻松破袋，使破袋效果良好。 出料装置的设计：出料装置的设计：出料装置主要由出料的 v 型排列滚筒、导引滑槽以及相应的支架 组成。出料装置的设计部分主要内容为对 v 型排列滚筒、轴承座、钢板、滑槽以及支架 的选型，并将各部分零件进行合理布置，使得尿素袋拆包之后的尿素颗粒能够通过出料 装置顺利漏到储仓内，而空的尿素袋则统一收集，使得尿素袋自动和尿素颗粒分离。 关键词关键词：尿素自动拆包；输送机构；拆包机构；出料装置；v 型排列滚筒 ii abstract abstract: automatic unpacking discharging device is mainly used in using urea as the material unloading or storage bag and urea nitrate reducing agent of urea, with the use of the main equipment and conveying device. the main task of automatic unpacking feeding device is automatic unpacking implementation of urea and urea bag, so that the air bagand impurities and urea particles separated. the design of the conveying mechanism：the transportation mechanism is mainly composed of the belt conveyer, the driving device and the support of the supporting conveyer conveying mechanism design part of the main content for the selection and calculation of the conveyor belt, roller, bearing, steel, motor and scaffold materials in parts, and according to the topic request and combined with the actual situation on the transport mechanism for a reasonable layout. remove design package mechanism：the main body of the disassembly mechanism is composed of the broken bag cutter, the rest frame and the corresponding bracket remove the mechanism design part of the main content of the tool for the design and selection of the package, and the tool in the whole body of layout is reasonable, and the reasonable placement of stent makes tools to quickly and easily broken bag, the bag breaking effect is good. the design of feeding device:the discharging device is mainly composed of a v type material cylinder, guide chute and the corresponding support. out of feeding device design main content is in v- shaped arrangement of roller, bearing seat, plate, a sliding chute and the support selection and reasonable arrangement of the various parts of the the bags of urea unpacking after urea particles through a feeding device smoothly drain to the storage bin, and iii empty bag of urea unified collection, making bags of urea automatic and granular urea separation. key word：automatic unpacking discharging device of urea; transport mechanism; unpacking mechanism; discharging device; v type cylinder - 1 - 1 绪论绪论 1.1 前言前言 现如今，国民经济发展迅速，尤其是农业和工业更是实现质的飞跃。不管农业或者 是工业都需要用到肥料，肥料也是不断在研发、改进，其中尿素是常见的化肥之一，尿 素在农业和工业中的应用都相当的广泛。 众所周知， 常见的尿素一般都是用编织袋装的， 以前都是用的人工拆包，尤其是需要量多的大型农业、工业发展基地，一方面是人工拆 包速度跟不上，另一方面是需要很多的劳动力，靠人工拆包根本不可行。因此才有了尿 素自动拆包装置的出现。 在国内乃至世界，尿素的需求量还是非常大的，甚至在未来的发展中，尿素也是作 为农业和工业以及其他方面领域的重要原料，而尿素自动拆包装置能在一定程度上推进 农业、工业的发展进度，成为农业、工业自动化的实现的一个重要环节。 1.2 尿素的简介尿素的简介 1773 年，伊莱尔罗埃尔（hilaire rouelle）发现尿素。在 1828 年，德国化学家 弗里德里希维勒最先使用无机物质氰酸氨（nh4cno，一种无机化合物，由氯化铵和氯 酸银反应制得的)与硫酸铵人工合成了尿素 【1】。原本他是打算合成氰酸铵的，却意外得 到了尿素。 尿素的学名叫碳酰二胺， 是人工合成的第一个有机物， 外观为白色针状晶体或粉末， 无嗅，味咸，熔点 130 摄氏度，当加热超过熔点后，两分子尿素可脱氨生成一分子缩二 脲，同时放出氨气。因为在人的尿液中含有这种物质，所以才取名为尿素。尿素含氮 (n)46，是固体氮肥中含氮量最高的。尿素广泛存在于自然界中，如新鲜人尿中含尿 素 0.3%-0.4。尿素作为氮肥始于 20 世纪初，50 年代以后由于尿素含氮量高、用途广 和工业生产流程的不断改进，世界各国发展很快。我国从 60 年代开始建立中型尿素厂。 1973 年后，随着年产 30 万吨合成氮的大型尿素场陆续兴建，我国已经成为世界上重要 的尿素生产国。 尿素产量约占我国目前氮肥总产量的 40， 是仅次于碳铵的主要氮肥品 种之一。尿素是氨和二氧化碳在高温和高压下化合而成的，一般作为氮肥使用，是很重 要的肥料 【2、3、4】。 建国以来，我国的合成氨氮肥工业遵循自力更生和国外引进两条腿走路的方针，已 经拥有世界首位生产能力和先进技术装备的综合实力。合成氨尿素已身居世界领先水 平。 20 世纪末我国化肥工业迅速发展引进大量的氮肥生产的先进技术装备， 从而促进了 我国民族工业的迅速发展。 以尿素为还原剂与 no 在 sncr 下的化学反应方程式为： - 2 - co（nh2）22nh2+co nh2+non2+h2o co+non2+co2 总的反应式为： no+co（nh2）2+1/2o22n2+co2+2h2o 从以上反应方程式可以看出，在适当的炉膛温度下 nox 与还原剂（尿素）反应，生 成无害的氮气、二氧化碳和水。在温度过高的情况下尿素本身也会被氧化成 nox，反而 会增加 nox的排放。而且尿素颗粒在运输和储存的安全性会比液氮高很多，所以以尿素 作为还原剂的 sncr 技术对于场地受限的电厂的脱硝改造会很有优势，因此尿素成为脱 硝的重要原料，以尿素为还原剂的脱硝需采用大量袋装尿素。 1.3 尿素自动拆包出料装置的目的意义尿素自动拆包出料装置的目的意义 以尿素为还原剂的脱硝需采用大量袋装尿素， 每天均需由人工拆包， 倒入提升装置， 常规的袋装尿素重 50kg，如果每天都人力搬运拆包卸料的话，既浪费时间也浪费人力， 而且尿素具有刺激性，对人体有一定影响，此工作对企业职业病防护有一定影响。 江苏省南京某化肥厂职工医院就对接触尿素粉尘工人健康状况做了一个调查报告， 选择了该化肥厂接触尿素粉尘工人 71 名作体检，调查报告显示有接触尿素粉尘的工人 中有 8 例皮肤丘疹、脱屑，占 11.3%；31 例慢性鼻炎表现或鼻粘膜充血，占 43.7%；在 尿素氮含量中，37 名接触粉尘的工人平均 12.5 毫克，其中 6 人超过 17 毫克，最高 23 毫克 【6】。种种的调查报告显示，尿素粉尘对人体的伤害是特别大的，特别是对尿素人工 拆包的工人们。 本次设计是针对常规 50kg 袋装尿素而设计的尿素自动拆包出料装置， 将规则码放的 袋装尿素输送到一定高度进行拆包，并自动倒入到储仓，并且空袋及杂物没有落入储仓 内。 1.4 自动拆包机的发展现状自动拆包机的发展现状 在此之前专家就针对有毒、有腐蚀性等对人体有伤害的粉状、颗粒状袋装物料的拆 卸，就设计研发制造出了自动破袋卸料机。如 jpd 自动破袋卸料机，主要应用在化工、 石油、建材、冶金、电力、食品、医药、粮食、环保等领域中的干燥粉状物料自动拆袋 卸料作业，如硝石灰、氧化镁、石英砂、石灰石、木屑、蛋白粉、活性碳、奶粉、pvc 粉、粉煤灰、尿素、粘土、石膏、水泥、污水处理添加粉料等均可进行自动拆袋卸料作 业，它通过皮带机自动给袋，割刀装置自动破袋，振筛自动袋料分离、卸料等步骤物料 靠重力落进贮斗中来完成拆袋卸料工作。作业中产生的粉尘被携带的除尘装置滤除，使 工人能在清洁的环境中工作。该设备具有高效、环保、操作简单、维护方便等，与其它 输送设备配套使用可完成破袋卸料又可完成粉体输送储存等功效。jpd 型自动破袋卸料 - 3 - 机具有工作可靠、消耗功率小的特点， 它特别适用于有毒易燃和强腐蚀、 高粉 尘及人员不易接触的场合。 而jxp大袋拆包卸料机则是用于吨 袋装粉粒状物料拆包卸料作业，在塑 料，橡胶行业和其他行业使用，对大袋 (吨袋)装如塑料树脂， 炭黑和食品添加 剂等干燥的粉粒状物料进行拆包卸料 作业。它通过提升吨袋至设备进料口, 人工拆开吨袋下料口,打开流量阀并辅 以振动装置促使吨袋内 的粉粒状物料靠重力落 进贮斗中来完成拆包卸 料工作。 图 1-2 jpd 自动破袋卸料机 图 1-1 jxp 大袋拆包卸料机 - 4 - 2 尿素自动拆包出料装置设计方案确定尿素自动拆包出料装置设计方案确定 2.1 本装置设计的背景本装置设计的背景 以尿素为还原剂的脱硝需采用大量袋装尿素， 每天均需由人工拆包， 倒入提升装置， 由于尿素具有刺激性，对人体有一定影响，此工作对企业职业病防护有一定影响。因此 需要设计一套装置，可将规则码放的袋装尿素进行拆包，并自动倒入到储仓，空袋及杂 物不得落入储仓内。具体条件如下： （1）尿素编织袋主要材料构成为聚丙烯袋、聚乙烯袋，缝制方法为缝底袋、缝边底 袋。其主要生产工艺是利用塑料原料经挤出薄膜、切割、单向拉伸为扁丝，经过经纬编 织； （2）常规 50kg 尿素编制袋规 格 80cm55cm； （3）尿素储仓现场布置图； （4） 方案一： 装置可采用从地 面开始拆包出料， 然后通过传送带 输送到储仓的尿素颗粒入口； 方案二: 装置可先用传送带把 袋装尿素转运至储仓的尿素颗粒 入口附近，再进行拆包出料； 2.2 尿素的理化性质尿素的理化性质 尿素的平均粒度为 0.8-2.5mm，堆密度为 0.776t/m 3 ，悬浮速度 8.7-9.4m/s，【5】颜 色为白色，熔点为 132.7 度，分子量为 60.05 【1】。 尿素的物理性质：尿素的化学式为 co(nh2)2，相对分子质量为 60.06 ，无色或白色 针状或棒状结晶体，工业或农业品为白色略带微红色固体颗粒，无臭无味。尿素含氮量 约为 46.67%，密度为 1.335g/cm 3，熔点 132.7。尿素易溶于水、醇，难溶于乙醚、氯 仿，且呈弱碱性。 尿素的化学性质：尿素能与酸作用生成盐。有水解作用。在高温下可进行缩合反应， 生成缩二脲、缩三脲和三聚氰酸。尿素在酸、碱、酶作用下（酸、碱需加热）能水解生 成氨和二氧化碳。尿素对热不稳定，加热至 150-160将脱氨成缩二脲。若迅速加热将 脱氨而三聚成六元环化合物三聚氰酸。 图 2-1 尿素储仓现场布置图 - 5 - 2.3 尿素包装袋规格尿素包装袋规格 尿素的包装常规 50kg 尿素编制袋 规格 80cm55cm，尿素编织袋主要材 料构成为聚丙烯袋、聚乙烯袋，缝制方 法为缝底袋、缝边底袋。其主要生产工 艺是利用塑料原料经挤出薄膜、切割、 单向拉伸为扁丝，经过经纬编织。 2.4 方案的确定方案的确定 2.4.1 方案的拟定方案的拟定 针对本装置设计的背景及条件拟 定了以下 3 种方案： 方案 1： 拆包机的切 割装置采用最简单的单 刀划缝型，就是通过带 式输送机先把尿素袋输 送到一定的高度，然后 依靠自身重力从斜坡上 滑落，被斜面上突起的 一把尖刀划出一条缝， 待尿素袋下滑到 v 型槽 上，尿素颗粒经过刀锋 从 v 型槽下漏掉，通过 导向滑槽进入储仓，尿 素袋继续滑过 v 型槽， 实现尿素和袋的分离。 此方案的优点是结构非常简单，功率较小。在这个方案中，整个装置只需要在输送装置 上使用动力，其余都是靠尿素袋自身重力完成自动拆包卸料的。所以此方案的关键在于 尿素袋自身的重力势能，但是尿素袋经过 v 型槽时，有可能停留在 v 型滑槽上，以至于 影响后续的流程。简图如图 2-3。 图 2-2 50kg 尿素包装袋及尿素颗粒 图 2-3 方案 1 简图 - 6 - 方案 2：滚轮挤压 型，工作流程如下： 尿素袋通过带式输送 机运输到一定高度， 而后垂直下落，经过 一对齿辊将尿素袋挤 破挤烂，之后落到倾 斜的条形网状物体 上，尿素颗粒通过网 状空隙漏出，而尿素 袋则沿着倾斜的条行 网滑出，实现尿素和 尿素袋的分离。此种 方案的优点在于破 袋效果相对较好， 但不足的地方在于 会破坏尿素袋的完 整性，使尿素袋零 零散散，不利于收 集，还有一个问题 就是尿素颗粒有可 能会堆积在尿素袋 上和袋子一起滑出 去，造成尿素的浪 费，也有可能尿素 袋会停留在倾斜条 形网上，造成堆积， 影响工作流程。简图如图 2-4。 方案 3：尿素袋通过带式输送机运输到一定高度，通过凸起的一把刀将尿素袋破袋， 然后经过有一定角度倾斜的 v 型排列滚筒，尿素颗粒从中间的缝隙漏出，待尿素颗粒漏 完之后，尿素袋自动滑出，与尿素分离，漏出去的尿素颗粒漏到下方的一个凹形滑槽， 滑到储仓口，漏进储仓，从而实现尿素自动拆包出料的整个过程。简图如图 2-6。 图 2-5 方案 2 简图 图 2-4 齿辊实物图 - 7 - 2.4.2 方案的确定方案的确定 对于装置的拆包机构，考 虑到尿素编织袋的材质，尿素 袋会很容易被割破，所以就没 必要利用电动滚刀进行破袋， 只需要一把突起的尖刀就能 够破袋，这样就使得装置更简 单化，也能够节省成本；对于 出料装置，相比三个方案，方 案 3 的 v 型排列滚筒更加的适 合，因为不用外加的动力就能 够实现尿素颗粒与尿素袋的 自动分离，而且分离效果比前 两个方案更佳，这个方案还有 个优点，就是不会破坏尿素袋 的完整性，使得分离之后的尿 素袋可以统一收集。经过分析，选定方案 3 作为尿素自动拆包出料装置的设计方案。图 2-7 为整个装置的三维模型图。 图 2-6 方案 3 简图 图 2-7 尿素自动拆包出料装置三维模型 - 8 - 3 输送机构的设计输送机构的设计 3.1 输送机类型的确定输送机类型的确定 带式输送机 的优点是运输能 力大,而且工作 阻力小,耗电量 低,约为刮板输 送机耗电量的 1/31/5。因在 运输过程中物料 与输送带一起移 动,故磨损小,物 料的破碎性小。 由于结构简单, 既节省设备,又节省人力,故广泛应用于我国国民经济的许多工业部门。国内外的生产实 践证明,带式输送机无论在运送能力方面,还是在经济指标方面,都是一种较先进的运送 设备。由于带式输送机的输送能力比较大，而且输送距离较长，结构简单可靠，消耗能 量较小，比较适合本设计的要求，因此采用带式输送机。图 3-1 为本设计装置的输送装 置三维模型图。 3.2 布置方式布置方式 考虑到本设计的需求，需要把尿素带运送到一定高度，所以就采用了单滚筒传动的 形式，并且输送机有一定倾斜向上的角度，倾角为 30 度。 3.3 输送带的选型输送带的选型 经查找机械设计手册，输送带的规格如下： 表 3-1 输送带规格 宽度/mm 极限偏差/mm 300 5 400 5 500 5 图 3-1 输送装置三维模型 - 9 - 600 7 650 7 8003200（200 递增） 1.0% 因为尿素编织袋的规格为80cm55cm， 所以皮带的宽度选用600mm的， 总长度为25m。 带芯材质为普通棉帆布（cc），帆布层数 3 层。由于需要将尿素袋倾斜向上运输，故输 送带采用可以增大摩擦阻力的人字形花纹输送带。输送带厚度为 5mm，每米的质量为 5.02kg/m。 3.4 输送机滚筒的选型输送机滚筒的选型 输送机滚筒选用型号为 hl-01r-a-89 的滚筒，具体参数如下： 表 3-2 hl-01r-a-89 滚筒参数 3.5 输送机传动滚筒轴承及轴承座的选型输送机传动滚筒轴承及轴承座的选型 轴颈处的直径为 20mm,经查找画法几何及机械制图附表 17，选取轴承型号 6404 型深沟球轴承。 表 3-3 深沟球轴承 04 系列部分轴承参数 轴承代号 d/mm d/mm b/mm rsmin 6403 17 62 17 1.1 6404 20 72 19 1.1 6405 25 80 21 1.5 筒外径/mm 89 筒长/mm 600 管厚/mm 2.0 轴外径/mm 20 轴长/mm 700 - 10 - 6406 30 90 23 1.5 6407 35 100 25 1.5 对于输送机传动滚筒的轴承座，因为传动滚筒选用 hl-01r-a-89 的滚筒，轴承选用 6404 型深沟球轴承，所以对应的轴承座选用外球面立式轴承座 ucp204，内径 20mm。 3.6 支架材料的选取支架材料的选取 支撑输送机及拆包出料装置的支架材料统一选用空心方钢， 经查找 机械设计手册 规格如下(理论重量按钢的密度 7.85g/cm 3计算)： 表 3-4 40402 型号方钢规格 边长 a/mm 精度允许偏差 1 组/mm 精度允许偏差 2 组/mm 精度允许偏差 3 组/mm 理论重量 （kg/m） 40 0.40 0.50 0.60 12.6 为了 防止支撑 在地面上 的空心方 钢磨损， 在 每个接触 地面的方 钢底下都 焊接一块 60602 的 q235 钢板。 3.7 钢板的选择钢板的选择 输送机上输送带下方的钢板、拆包装置上方的钢板以及出料装置排列滚筒下方的钢 板统一选用 q235，厚度 2mm，以方便购买与加工。 3.8 电动机的选择电动机的选择 规定输送机传送带运行速度 v 为 1m/s。因此传动滚筒的转速 n1=f=v/2r=1/（89 10 -3）=3.58r/s，其中 r 为传动滚筒的半径。 图 3-2 空心方钢实物 图 3-3 空心方钢的底板三维模型 - 11 - 输送机所需功率 pw=pv/1000=5509.8 1/1000=2.45kw,其中 p 为 5 包尿素的重量， v 为输送带运行速度。 设：带对输送带效率。带=0.96 减减速机效率。减=0.96 传传动效率。传=0.98 筒输送机滚筒效率。筒=0.96 估算传动系统的总效率： =带减传筒=0.960.96 0.980.96=0.87 输送机所需的电动机功率为：p =pw/=2.45/0.87=2.82kw 考虑到 y 系列笼型电动机具有体积小,造价低,工作可靠的优点且易于实现自动控制, 所以选取 y 系列电动机，型号为 b3_y100l-2 电动机，具体参数如下： 表 3-5 b3_y100l-2 电动机参数 电动机型号 额定功率 /kw 满载转速/ （r/min） 额定转矩 最大转矩 质量/kg b3_y100l-2 3 1430 2.2 2.3 38 电动机与传动滚筒的速比 n=n2/n1=1430/60/3.58=6.66，其中 n2为电动机的满载转 速， 因此选择与该型号电动机配套的 nmrv75 型号减速机， 高 h 为 205mm， 长 a 为 172mm， 宽 c 为 112mm，输出孔大小为 28mm，减速机速比为 7.5：1。 图 3-5 b3_y100l-2 电动机