机械毕业设计（论文）-双轴桨叶式加湿调质机的设计（全套图纸）

双轴桨叶式加湿调质机的设计双轴桨叶式加湿调质机的设计 学生姓名 学 号 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 农业机械化及其自动化 班 级 16-4 班 指导老师 日 期 2016.05 塔里木大学机械电气化工程学院制 16 届毕业设计 前前 言言 稻米是我国的主要粮食作物之一，产量居世界首位。我国作为大米消费大国，约有 67%的居民 以大米为主食。如何确保优质稻谷碾出优质大米，对大米加工业具有重要意义。本课题主要研究稻 谷碾米加工前的糙米加湿调质环节，糙米加湿调质技术可以利用适宜水分与糙米的混合降低碎米 率、提高糙米碾米的整精米率、降低碾米能耗、改善大米食用及外观品质 【8】。 随着糙米调质机的不断发展，调质工序对混合精度的要求越来越高，生产规模越来越大，因而 对调质机的要求也越来越高， 近年来在国内外稻米加工厂中逐步推广使用的卧式双轴桨叶式加湿调 质机就是适应这种发展形势而研制开发的一种新型高效调质机， 与其它类型调质机相比， 该机型具 有混合能力强，速度快，精度高，残留量小，能耗低，适用范围广等特点。该机混合时不受物料比 重粒度形状等影响， 不产生离析， 对粉料间配比小到 1:10000 时或液体添加量达 20%以上时也可保 证得到均匀混合，其混合过程柔和，不破坏物料原始物理特性，其吨料能耗比目前饲料厂中普遍使 用的主要机型螺带式混合机低 60% 以上，其混合均匀度变异系数 v C小于 5%，最佳可达 3%，每批 混合时间为 30 秒到 60 秒，显著缩短了混合周期，提高了混合精度，为促进这种高效混合机的发 展及推广应用，本文将对卧式双轴桨叶式加湿调质机的结构特点工作机理及结构设计等作简介。 关键词：关键词：糙米；加湿；双轴桨叶式；调质机 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 目目 录录 1 引言引言 . 1 1.1 课题研究的意义 1 1.2 国内外双轴桨叶式加湿调质机的发展状况 1 1.3 国内外双轴桨叶式加湿调质机存在的问题 2 1.4 研究的内容和方法 2 1.5 预期目标 2 1.6 重点研究的关键问题及解决思路 3 2 双轴桨叶式加湿调质机总体设计双轴桨叶式加湿调质机总体设计 . 3 2.1 双轴桨叶式加湿调质机结构特点及调质机理 3 2.2 双轴桨叶式加湿调质机的原理 8 3 混合度评价方法混合度评价方法 . 9 3.1 标准差评价法 . 9 3.2 变异系数评价法 . 9 3.3 设计的主要任务 10 4 加湿调质机关键结构设计加湿调质机关键结构设计 . 10 4.1 机体的设计 . 10 4.2 叶片的设计 . 12 4.3 桨叶与轴的配合 . 15 4.4 桨叶与轴的材料选择和连接方式 . 16 4.5 转子设计 . 16 4.6 转子转速 n 的确定 . 17 5 出料机构设计出料机构设计 . 18 5.1 出料机构工作原理 . 18 5.2 进料机构各零件的设计和选择 . 20 5.3 连杆的强度校核 . 21 5.4 轴承的选择 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 6 动力装置的选用动力装置的选用 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 7 机架的设计说明机架的设计说明 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 总总 结结 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致致 谢谢 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献参考文献 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 塔里木大学毕业论文 1 1.引言引言 1.1 课题研究的意义课题研究的意义 在稻米加工过程中,糙米的加湿调质是决定碾米效率及成米质量的关键环节。因此,作为加湿调 质工序主导设备的调质机, 其性能的好坏与作业效果如何, 将直接影响大米的产品质量和生产效 率。本文设计一种加湿调质机能将稻谷正常储藏水分含量 12%-13%左右，均匀提高到最佳碾磨含水 率 15.5%-16.5%之间。本机的设计是对糙米的均匀加湿调质，使得糙米的糠层和胚吸水之后膨胀软 化，形成外大内小的水分梯度和外小内大的强度梯度，糙米外表面的摩擦系数增大，不必用很大的 挤压力和剪切力即可实现碾白，大大减少了碾米过程中的破碎和裂纹，提高整精米率，大幅度降低 碾米能耗，并提高大米表面光洁度。目前双轴桨叶加湿调质机以其独特的混合方式,在国内外稻米加 工市场中被广泛应用。本文将对其双轴桨叶的加湿调质设计思路、调质机理及性能特点作一研究。 1.2 国内外双轴桨叶式加湿调质机的发展状况国内外双轴桨叶式加湿调质机的发展状况 1.2.1 国外双轴桨叶式加湿调质机的发展现状 国外的双轴桨叶式加湿调质机在20世纪80年代末已经开始研制,国际上糙米流通加工以日本的 技术最先进，糙米的调质研究起步较早。日本是主要生产稻谷的国家之一，由于有发达的工业和科 学技术作后盾，加上国家对发展农业有一系列的扶植政策，包括对农田基本建设及农户购置大型农 业机械政府给予补贴（高达 50%）及优惠贷款等，使日本的农业机械化发展十分迅速且具有较高的 水平。日本稻谷处理加工技术与设备具有世界领先水平，其加工工艺有很多值得借鉴之处。挪威 F orberg 公司在上 20 世纪 90 年代初推出了双轴桨叶式系列加湿调质机,其有效容积 25-5000L,结构 特点、加湿调质机理、传动方式与国内双轴桨叶式加湿调质机基本相同。 1.2.2 国内双轴桨叶式加湿调质机的发展现状 我国糙米加湿调质工艺和设备的研究起步较晚,政府一直将包括稻米在内的粮食作物生产放在 高产的研究上。近年国内企业和业界人士开始研究糙米加湿调质工艺和设备，苏州楚天自控设备研 究有限公司设计的 MCT-6 型糙米调质器，其水雾发生器能产生散开角大于 60 度的超微水雾粒子，该 调质器已在江苏、浙江、黑龙江、甘肃等省的十多家米厂得到应用。哈尔滨双硕盛粮机技术工程有 限公司开发生产了 SCS 系列糙米调质自动加湿机。 国内各企业、 科研部门所研制的卧式双轴桨叶调质机机型结构基本相同, 例如 SLHSJ 系列卧式 双轴桨叶高效调质机,其每批产量为 25-4000kg,功率为 0.75-55kw,产品已形成系列化。 塔里木大学毕业论文 2 1.3 国内外双轴桨叶式加湿调质机存在的问题国内外双轴桨叶式加湿调质机存在的问题 我国研究糙米加湿调质技术起步较晚发展缓慢，和发达国家相比只能望其项背，目前我国对糙 米调质机的发展存在如下问题。 (1)国内糙米调质设备很少。 (2)研究糙米加湿调质机的技术参数对加湿调质效果的影响这方面的技术很少。 (3)我国的调质设备都是仿国外先进的，还存在技术的缺陷和缺乏创新的设计。 因此研究适合我国稻米品种特性的专用调质设备及其技术参数是该项技术推广应用的关键。 1.4 研究的内容和方法研究的内容和方法 根据我国糙米加湿调质机的发展现状和存在问题以及未来对调质机的发展要求，设计一种加湿 调质机能将稻谷正常储藏水分含量 12%-13%左右， 均匀提高到最佳碾磨含水率 15.5%-16.5%之间的双 轴桨叶式加湿调质机。双轴桨叶式加湿调质机主要由动力输入装置、加湿调质装置、控制装置、混 合搅拌装置、进出料装置组成。其中，动力装置是通过两个发动机带动两轴转动，传输动力给转子， 桨叶以一定圆周速度旋转。加湿调质装置是由安装在进料口处的传感器和 BSPT-1/4 LNN3 型外螺纹 微细雾化喷头组成，当糙米由进料口落入时，传感器感应到物料下落的信号，雾化喷头开始向下落 糙米均匀喷水，当物料完全进入搅拌仓内，传感器接收不到物料下落信号，雾化喷头自动停止喷水。 这样的设计既能够将水均匀的附着在糙米表面，又降低了水源的消耗。 在导师的指导以及预备试验的基础上，确定了以下主要内容： （1）双轴桨叶式调质机内轴向混合机理 依据混合机理，设计了双轴桨叶式加湿调质机。重点分析双轴桨叶式混合机的轴向混合机理， 得到了不同转速下的不同混合效果。并建立了相关数学模型，同时研究了转速对能耗的影响规律。 研究结果表明双轴桨叶式加湿调质机轴向混合良好，是一种高效的混合装置。 （2）加湿调质机的辅助部件设计 在以上研究的基础上， 依据得到的技术参数， 分别对搅拌仓、 搅拌装置、 喷淋装置等进行设计， 为双轴桨叶式加湿调质机的实际应用服务。 1.5 预期目标预期目标 （1）调质机操作方便，结构简单，通用性好，噪音小，使用寿命长。 （2）混合速度快，混合过程温和，运转平稳，混合效率高，混合后糙米水分刚好达到预期含水 量，同时动力上要消耗少。 （3）减少碾米过程中的破碎和裂纹，提高整精米率，并提高大米表面光洁度。 塔里木大学毕业论文 3 (4)不污染环境，安装、使用、维修保养方便的特点。 1.6 重点研究的关键问题及解决思路重点研究的关键问题及解决思路 （1）选择合适动力传递方式，设计工作装置和传动装置。 （2）利用Solidworks进行虚拟样机绘制，完成整机各零部件的三维建模。 （3）运用Auto CAD软件，绘制二维零件图和装配图。 2双轴桨叶式加湿调质机总体设计双轴桨叶式加湿调质机总体设计 固体混合设备按照对颗粒作用力的方式分为容器固定型、容器回转型和复合型三类。容器固定 型混合器主要是通过电机带动混合容器的内部构件来混合颗粒，外围的混合容器是固定不动的，主 要有螺带式、犁刀式，流化床，双轴桨叶式等。容器回转型混合器主要是通过电机带动整个混合设 备转动来实现颗粒的混合均匀，有滚筒式，V 型，双锥型等。复合型混合器是在容器回转型的基础 上，在其容器内部设置有内构件，内构件和容器一起转动，如在混合器内设有挡板。其中，容器固 定型混合器具有装载量大、类型多、满足不同物性颗粒的混合、实现颗粒中添加液体的混合等优点。 双轴桨叶式混合机是一种容器固定型混合设备，具有混合均匀度高，混合速度快，混合能力强、 能耗低，残留量小，适用范围广等特点。颗粒的大小、形状、容重等严重影响混合效果，而双轴桨 叶式混合机不受这些因素影响，工作时不产生离析和分级，在液体添加量 20%以上，或者物料间配 比小到 1:10000 时，不破坏物料原始物理特性，混合过程比较温和。其吨料能耗比比目前饲料厂中 普遍使用的主要机型螺带式混合机低 64%左右；其混合均匀度变异系数 v C 5% ,最佳可达 3% ,每批 混合时间为 30 秒到 60 秒。显著缩短了混合周期，提高了混合精度，也能保证混合均匀，综上所述， 双轴桨叶式混合机属于新型高效的混合设备，其大大缩短了混合时间，生产率显著提高，混合性能 优越，为国内混合相关行业掀开新的一页。 2.1 双轴桨叶式加湿调质机结构特点及调质机理双轴桨叶式加湿调质机结构特点及调质机理 2.1.1双轴桨叶式加湿调质机结构特点 双轴桨叶式调质机主要由机体、转子、出料机构、传动装置和控制装置组成。 塔里木大学毕业论文 4 图2-1 双轴桨叶式加湿调质机的整体结构示意图 液压控制装置 动力装置 转子 出料门 机体 塔里木大学毕业论文 5 1.顶盖 2.入料口 3.机架 4.搅拌仓 5.轴承座 6.连杆 7.摇杆 8.摆动气缸 9.电动机 10.减速器 11.联轴器 12.转子轴 13.叶片 14.供水管 15.雾化器 图2-2 双轴桨叶式加湿调质机二维示意图 塔里木大学毕业论文 6 机体： 机体为双槽形 ,其截面形状呈 W 形, 机壳用普钢或不锈钢板制造, 机体顶盖上有两个大 小不一的圆形进料口 , 用于进料或排气、观察等。两机槽底部各开有一个排料口, 用于快速排空机 内混合均匀后的物料。两排料口各有一个排料门 ,排料门的开关控制有气动或电动两种形式。 转子：机体内并排装有两个转子,转子由轴和多组桨叶组成, 每组桨叶有两片叶片。大部分桨叶 呈45安装在轴上, 只有一根轴最左端的桨叶和另一根轴最右端的桨叶与轴线的夹角小于其他桨叶, 其目的是让物料在此处获得更大的抛辐而较快地进入另一转子作用区。两轴安装的中心距小于两组 桨叶长度之和, 由于两轴上的桨叶组对应错开, 转子运转时 ,两根轴上的对应桨叶端部在机体中央 部分形成交叉重叠, 但又不产生碰撞干涉。 出料机构：该机型在底部设有两个出料门 ,采用大开门结构,门框周围装有橡胶密封件,门关闭 时,门体侧面紧贴密封件,防止机内物料泄漏, 密封件设计时应考虑更换问题, 以便橡胶条损坏或老 化后更换方便。每个出料门一般都各自配有独立的控制机构 ,分别控制出料门的开关 ,出料门控制 机构主要由气缸、主动摇杆、连杆、从动摇杆、行程开关、限位块等组成。出料门装在联动轴上, 联 动轴与从动摇杆连接在一起 ,气缸头与主动摇杆铰接,连杆分别与主动摇杆、从动摇杆铰接,气缸往 复运动时 ,通过连杆机构使联动轴转动,从而带动出料门开关 ,迅速排料,排空后立即关门。该结构 采用一个与气缸活塞杆相连接的双联主动摇杆,其两端分别与两连杆铰接。 当气缸活塞往复运动时 , 带动双联主动摇杆转动, 并通过连杆分别带动两从动摇杆同时相向转动, 从而带动两出料门同时开 关动作。 传动装置：传动部分采用两台电机直联型减速器分别驱动两轴同步相向旋转的型式。 控制装置：主要是控制电机的启停及排料门的开关,排料门的开关控制可与进出料控制联锁。 2.1.2 双轴桨叶式加湿调质机调质机理 调质机工作时,机内物料受两相向旋转的转子桨叶作用,在机槽中进行着一个多重复合运动。以 图2-3中分别与两桨叶接触的物料颗粒A和 A 为例进行分析,设旋转桨叶面作用在物料颗粒A和 A 上的力分别为P、 P ,由于摩擦的原因 ,P、 P 的方向分别与桨叶面的法线偏离了角,角由物 料对桨叶面的摩擦角及桨叶表面粗糙程度决定, 忽略桨叶表面粗糙程度对角的影响, 可认为 。物料颗粒A、 A 在 P、 P 的作用下,在机槽内进行着一个复合运动, 既有圆周速度 2 v 、 2 v ,又有轴向速度 1 v、 1 v ,其合速度分别为v、 v 。依物料混合运动状态 ,双轴桨叶式调质机混合 操作的机理有: (1)对流混合 塔里木大学毕业论文 7 由于有 1 v、 1 v 的存在,两轴区的物料将分别沿各自轴线按受力方向流动,到达轴端后,由于轴端 有一组特殊角度桨叶的作用,物料转而流向另一轴区, 如此反复, 整个调质机内形成了一个水平面 的循环流动的物料流, 如图2-3 所示(按箭头指示方向循环)。 图 2-3 水平面的物料流 由于有 2 v、 2 v的存在,两轴区的物料将分别绕各自轴线转动,这一方面在各轴区内形成了一个垂 直面的循环流动物料流,另一方面,在两轴区交界处的物料还有横向的跨越分界线的流向对方轴区的 物料流。与一般调质机相比, 双轴桨叶式调质机由于有这样多方位的复合循环对流物料流 ,将使机 内物料更多更快地从某一处向另一处移动, 实现粗略的、团块状的混合,并在此基础上,可以有更多 的物料表面进行细致的、颗粒间的混合。 (2)剪切混合 由于物料内有速度分布,在物料中彼此形成剪切面,各物料团块或颗粒相互滑动或碰撞,形成剪 切混合。 一般资料也认为,物料的圆周速度与剪切作用相关,由图 2-4 可见,机内物料颗粒的圆周速度 又与桨叶面的法线偏离了角), 因此,其剪切混合作用也比较明显。 塔里木大学毕业论文 8 图 2-4 物料运动速度分解 (3)扩散混合 主要指相邻两粒子相互改变位置所引起的局部混合,最终可达到完全均匀混合。 扩散混合作用在 整个机内都存在,但在机体中线附近区域更显著,原因是两转子反方向旋转并在机体中线有一个桨叶 的运动重叠区,这就使得中线附近的物料受旋转桨叶的作用,比其他部位的物料强烈两倍以上。这个 区域中被桨叶翻动的物料在离开桨叶的瞬间,由于惯性作用,在空中散落, 散落过程中,物料互相摩 擦渗透 ,在机体中线附近形成了一个“散式”流态化区域。 该区域中的物料,对单个颗粒来讲, 它不 再依靠与其他邻近颗粒的接触而维持它的空间位置,相反,在失去了以前的机械支承后,每个颗粒可 在流态化区域中自由运动,物料颗粒在自由运动中充分进行扩散混合。该区域中摩擦力小,混合作用 轻而平和 ,混合物无离析现象。 物料的扩散混合过程在该区域就类似于液体中的分子扩散过程,它是 无规则的运动,这种现象,也就是有的资料中所称的“瞬间失重混合运动” 。 2.2 双轴桨叶式加湿调质机的原理双轴桨叶式加湿调质机的原理 该双轴加湿调质机主要由两根相反旋转的轴以一定的相位排列及由安装在轴上面的桨叶构成。 在电机的驱动下，一侧轴上的桨叶将物料甩起随其一道旋转，另一侧轴上的桨叶利用相位差将一侧 甩起的物料反向旋转甩起。这样，两侧的物料便相互落人两轴问的腔内。从而物料在调质机的中央 部位形成了一个流态化的失重区（见图 2-5）,且以低圆周速旋转。物料被提升后形成了旋转涡流， 这种处于失重状态下的涡流产生混合作用。使物料快速、充分均匀地混台运动着的物料。虽然是固 体，但其表现却象流体一样。由于桨叶以一定的角度安装，且以低圆周速转，使物料快速、充分、 均匀地混合。 塔里木大学毕业论文 9 图2-5 物料混合运动示意图 3.混合度评价方法混合度评价方法 标准差S和应用变异系数 v C作为检测混合机混合力及功能的参数。变异系数可反应混合度的 变化，值越小代表混合越充分，颗粒群分布越均匀。 3.1 标准差评价法标准差评价法 标准差评价法计算简单，一般采用多个样本数据的标准偏差S来评价颗粒混合程度，其大小受评 定次数的影响。而且，S大小与各测定值相对于平均值的残差有关，不受各测定值的大小影响。混合 物料中各组分含量相差较大，采用标准偏差反应混合程度比较困难，所以标准差法具有局限性。标 准偏差数学表达公式如下： = = n i i xx n S 1 2 0) ( 1 1 (3- 1) 其中 n 为试验样本总数， i x为任一样本中某指定成分的含量， 0 x 为所有样本中某种指定成分含 量的算术平均值。混合过程中的标准偏差是不断减小的，S 越小表示混合效果越好。当样本中混合 物料某种成分含量与样本大小无关，且符合正态分布时，标准差就可以评价其混合程度，该成分含 量的均值是其控制值。 3.2 变异系数变异系数评价法评价法 又称离散度，针对标准偏差评价法的不足，在标准差方法的基础上提出变异系数 v C评价方法， 不仅能客观地反映混合程度，而且平均值这一参数也能突显出来。变异系数是在上述标准偏差的基 础上利用数学公式（3- 1）进行计算，表达式如下： 0 x S Cv= (3- 2) 式中： v C变异系数； 塔里木大学毕业论文 10 S标准偏差； 0 x样本中某种指定成分含量的算术平均值。 采用变异系数法能正确反应各组分的混合程度。本文将采用变异系数作为轴向运动颗粒混合度 作为评判指标。 3.3 设计的主要任务设计的主要任务 3.3.1 一次糙米工作量 本设计初定调质机一次工作量定为 100kg。 3.3.2 着水量计算 2 1 N QQ QN = + + 水 水 Q kg76 . 4 84 . 0 4 = 水 Q 式中： N2着水后糙米含水率， 2 N=16.0%； N1未初始糙米含水率， 1 N=12.0%； Q 一次所需调质的糙米总重量，Q=100kg； Q水糙米加湿所需的水量。 4 加湿调质机关键结构设计加湿调质机关键结构设计 4.1 机体的设计机体的设计 4.1.1 混合室体积 V 根据调质机的理论，调质机的最佳混合批量应以物料刚好达到转子中心线为佳、而对于新型独 特的双轴机，要求其能在满负荷下工作(即其生产能力超过其设计能力)，则其充满系数应在 06 0.8 范围内，依据公式： )( 3 m G V = （4-1） 式中： V 调质机有效容积（ 3 m)； G批次混合量(500kg批)； 塔里木大学毕业论文 11 混合物容重，容重大小需要根据具体混合物料来测定，其容重受物料粒度、水分等因 素影响，经测定 =0.832t/m3 ； 充满系数， 即糙米所占容积与发芽仓容积之比， 其充填系数 = 0.60.8， 本文取 =0.6； 4.1.2 混合室有效容积各部分尺寸的确定 图4-1 调质机壳体示意图 调质机的混合室有效容积结构如图 4-1 中所示。将混合室容积分成圆柱体与长方体的组合，依 据几何关系得： 21 VVV+= (4-2) 222 1 22bakaRV= bhakhabV 112 = 式中： V混合室有效容积（ 3 67 . 1 mV = ）； 1 V混合室下半部体积,即物料与转子顶部平齐时的体积 ； 2 V混合室上半部体积； R半边“W”型壳体半径(mm)； 1 D“W”型壳体直径(mm)； L 壳体长度(m)。 为了造型美观，将壳体的长宽比定为黄金分割比， 即： 塔里木大学毕业论文 12 618.01: 1 =LD （4-3） 由(4-2)和(4-3)得： 67. 1=V= 2 2 1 1 31 820.618 D D +（） （4-4） 根据对壳体的设计计算，得出的数据如下： 调质机有效容积： 3 67 . 1 mV =； w型壳体内径： mmR44.401=； 壳体的长度：mmL2 .1235=。 4.2 叶叶片片的设计的设计 4.2.1 桨叶的形状的设计 根据物料特性及工艺要求定，对于有液体添加的混合物料，桨叶应选用结构简单的形状，以减 少卸料及清理困难。此外，为减小物料阻力，还应尽量缩短桨叶切割边长度，由于在面积相同的情 况下，正方形的周长较短，所以桨叶的形状应设计成正方形或接近正方形为宜。同时为减少桨叶叶 片在搅拌物料中所受到的摩擦阻力，桨叶底端设计为弧形，比顶端长度要短些。 图 4-2 叶片的示意图 塔里木大学毕业论文 13 图 4-3 桨叶示意图 4.2.2 叶片的安装方式 叶片的安装方式是保证双轴调质机性能的关键，安装不恰当，就不能达到期望的忧越性能。又 根据物料流态化失重区的形成机理及轴的受力均衡情况，初定每螺距上安装四个叶片。安装角为45 度。 4.2.3 叶片参数的确定 图4-4 叶片安装示意图 如图 4-4 所示，设叶片长为 L，宽为 c，轴向投影长度为 b，径向投影为 a，叶片安装角为， 考虑叶片转子的平衡稳定性，叶片在轴上的安装数目应取偶数，又因为每螺距上有四个叶片。故： .)8 , 6 , 4 , 2( 4 =K K L a (4-5) 式中： 塔里木大学毕业论文 14 a叶片径向投影长度(单位：mm)； L调质机壳体长度(L=1235.2mm)； k偶数因子(取 k=4)。 则式(4-5)得： )( 2 . 77 16 2 . 1235 mma= 根据图 4-1 的几何关系： sin a c = （4-6） 4.2.4 叶片安装角的确定 混合室内的物料颗粒除了受电机驱动轴叶片上力的作用外，还受物料粒子问的摩擦力及物料粒 子与壳体的摩擦作用而产生复杂的复合运动，设其合成运动速度为 合 v、在轴线上的速度为 轴 v，圆 周上的速度为 周 v。如图 3-5 所示为物料颗粒运动示意图。 图 4-5 物料颗粒运动示意图 如图 4-5 所示，依据几何关系 cos sin = ABv合 60 n 2 R AB= cos sin 60 n 2= R v 合 )cos( cos sin 60 )(cos 1 +=+= Dn vv 合轴 (4-7) 塔里木大学毕业论文 15 式(4-7)中： n叶片轴转速(rmin)； R半边壳体的半径(mm)； 叶片安装角； 物料颗粒的摩擦角（=2328）； 对于双轴调质机，要达到其最佳的混合效果，最大限度地降低动力消耗，使物料能形成流态化 的失重区，应使物料的离心力小于重力， 即mgRm 2 （4-8） 60 n2 = (4-9) 由上式(4-8)和(4-9)得： n R g30 (R=402.44mm) n47.14(rmin) 即调质机转于的临界转速 临 n47.14(r/min)那么由转速 n 导致的物料颗粒轴向速度 V 也应有 一个极大值。显然，要求得式(4-6)的 轴 v的极大值，只需对安装角求 一阶导数。然后令0= d dv轴 即可。 所以 0)2cos(=+ 得： 2 2 =+ 或 2 2 =+ (舍去) 取=24，叶片的安装角度： =33 则上式(4-6)得： )(65.141 33sin 2 . 77 sin mm a c= 4.3 桨叶桨叶与与轴的轴的配配合合 4.3.1 转子轴的设计 轴一般在中段采用空心轴，两端为实心轴端，以减轻自重，改善受力状况。桨叶通过支撑杆固 塔里木大学毕业论文 16 定在轴上，每根轴都有两个可自动调心的圆锥滚子轴承支承。为了方便转子与机壳内壁的工作间隙 大小进行调节，轴承支座可以设计成可调结构。 4.3.2 轴与桨叶的安装位置 机体内并排装有两个转子，转子由轴和多组桨叶组成，每组桨叶有两片叶片，桨叶一般呈45 角安装在轴上，只有一根轴最左端的桨叶和另一根轴最右端的桨叶与轴线的夹角小于其它桨叶，参 考文献，该角度设计为35。目的是让物料在此处获得更大的抛牺而较快地进入另一转子作用区。桨 叶与轴的配合如图4-6所示。 图4-6 桨叶与轴的配合示意图 4.4 桨叶与轴的材料选择和连接方式桨叶与轴的材料选择和连接方式 桨叶与支承杆间采用焊接方式连接。焊接件加工简单、裕量小、受力也较明确、同时焊接的刚 度大、 整体性好。 在此桨叶与支撑杆选用 30 号钢， 该材料有较高的强度和较好的韧性， 焊接性中等， 热处理方式为正火。轴采用 45 号钢，该材料具有良好的综合力学性能，热处理方式为调质。支撑杆 与轴间采用过渡配合，使支撑杆固定在轴上。 4.5 转子设计转子设计 4.5.1 两转子的安装关系 根据两转子的受力分析及叶片的受力对性，采用两转子叶片间相切及相位为 180的安装方式， 如图 4-7 和图 4-8 所示。 塔里木大学毕业论文 17 a 轴向的转子形状 b 径向的转子形状 图4-7 两转子的安装形状 图4-8 两转子三维安装示意图 4.6 转子转速转子转速n的确定的确定 据有关资料介绍， 调质机叶片末端线速度范围国内为V=0 81. 62(ms)； 日本RM 公司为V=1 1.2(ms)；美国SW公司为V=0.91.25(ms)；挪威Forberg公司为0.851.28(m/s)； 由于挪威 Forberg公司生产的双轴调质机最早取得成功，这里取V=0.851.28进行计算。 由上式(4-7)知： n 2sin 60cos V R = 合 塔里木大学毕业论文 18 因为 合 v即为叶片末端的线速度。所以： 0.85 n1 60 D sin cos a 1.28 )2( 1 RD = 解上式得：34.31(r/min)n47.68(r/min) 又因为： 临 n47.14(r/min) 所以34.31(r/min)n47.14(r/min) 即该(500kg批)调质机转子的转速应在34.31(r/min)n47.14(r/min)范围内。 两轴中一个轴 顺时针转动, 而另一轴逆时针转动,使桨叶的转动呈齿轮式转动, 两者均以小于47.14 (r/min)的速 度旋转。具体转速要视电动机及传动比而定。 5 出料机构设计出料机构设计 5.1出料机构出料机构工作工作原理原理 图5- 1 控制机构示意图 该机底部设有两个出料门，两个出料门由控制机构控制，分别控制出料门的开关。该机构采用 一只气缸同时控制两排料门开关的结构，如图 5-1 所示。该结构采用一个与气缸塞杆铰接的双联主 动摇杆，其两端分别与两连杆铰接，气缸往复运动时，通过连杆机构带动两从动摇杆同时相向转动， 从而带动两排料门同步开关动作。出料门装在联动轴上，该轴与从动摇杆连接。如图 5-2 所示，控 制放料口开关的机构示意简图。 塔里木