毕业设计（论文）-OKL-150型螺旋式颗粒肥料成型机设计【全套图纸】.doc

目 录1.前言11.1设计目的和意义11.2国内外技术发展现状11.3主要研究内容22.技术任务书（JR）32.1设计的依据32.2产品的用途和使用范围32.3主要的工作原理32.4已经考虑过的若干方案的比较33.设计计算说明书（SS）43.1机构方案分析43.2总体设计53.2.1结构组成及工作原理53.2.2主要技术参数63.3螺旋挤压装置的设计计算73.3.1生产能力的计算73.3.2功率的计算83.3.3螺旋轴的设计83.3.4成型模孔的设计93.4传动系统的设计103.4.1电动机选型 外形如图3103.4.2减速器的选型113.4.3传动比的计算113.4.4皮带传动的设计113.5主轴强度的校核153.6主要设计结果194.使用说明书（GM）194.1产品的用途及使用范围194.2操作及维护194.3使用前的准备工作194.4使用方法205.标准化审查报告206.主要研究结论216.1结论216.2进一步改进意见21参考文献23致谢24山西农业大学信息学院毕业设计说明书OKL-150型螺旋式颗粒肥料成型机1.前言全套图纸，加1538937061.1设计目的和意义根据作物营养学说，植物吸收养分的主要途径为扩散、质流和截获。其中扩散是植物吸收养分的最主要途径。因此在作物根系附近创造一个高营养环境特别重要。大颗粒肥料在土壤中可以形成一个大的养分含量较高的区域，不断扩散供作物吸收利用，而这个区域周围的土壤，则不致因养分浓度过高而影响土壤微生物的活动。其优点如下：（1）在土壤中养分分解和移动较好地解决了作物生长期长，而氮肥肥效短的矛盾。普通碳铵习惯用撒施的方法，在旱地肥料散落在地表，几吹日晒，很容易变成氨气而挥发损失掉；在水田因易被氧化成硝态氮而随水下渗，一部分淋失掉，另一部分发生脱氮损失。大颗粒肥料深施入地后，减少了淋失、氨挥发和反硝化损失，延长了肥效期，提高了化肥利用率。（2）具有抗破碎性和抗结块性 大颗粒肥料堆贮一段时间后，由于颗粒内部的重结晶作用，具有一定的硬度，比较坚实，远距离运输冲撞也不易破碎。同时由于造粒后的重结晶作用，肥料中水分含量越来越少，而养分含量却越来越高，且不会发生结块现象，不仅便于人工施用，而且为机械化施肥创造了条件。螺旋式颗粒肥料肥料成型机是把粉末状的物料通过机器的加工成型成圆柱状颗粒。成型的过程电机启动通过三角带带动减速器转动减速器通过联轴器带动螺杆转动,物料由进料斗喂入,在螺杆的旋转作用下使得物料受到挤压，挤压的物料通过成型模的小孔成型,经集料装置接收挤出得颗粒肥料排出机外,物料在强大的挤压作用下被挤出小孔。从而得到大颗粒肥料。来提高土壤的肥力问题。本科题就是为了生产大颗粒肥料而设计螺旋式颗粒肥料成型机。1.2国内外技术发展现状 （1）国外技术研发现状 早在20世纪30年代，美国就开始研究螺旋式颗粒成型技术并研制了螺旋式成型机。在1976年，开发出了螺旋式颗粒肥料成型设备。日本于20世纪50年代引进固化成型技术后进行了改进，发展成了日本固化成型颗粒肥料的工业体系，研制出了圆柱状成型机及相关设备。20世纪70年代后期，欧洲许多国家如芬兰、比利时、法国、德国、意大利等也开始研究大颗粒肥料技术的研究。当前，日本、美国及欧洲一些国家螺旋式颗粒肥料成型设备已经定型并形成了产业，在农业领域普遍推广应用。在亚洲，泰国、印度、菲律宾等国家从20世纪80年代开始先后研制成螺旋式颗粒肥料成型机。目前，国外生产大颗粒肥料技术的成型设备主要有四种，即环模颗粒成型机、螺杆挤压成型机、机械驱动冲压成型机和液压驱动冲压成型机。国外大颗粒肥料的发展大体分为三个阶段。20世纪30年代至50年代为研究、示范、交叉引进阶段，研究的着眼点以大颗粒肥料代替原始的小颗粒肥料。20世纪70年代至90年代为第二阶段，各国普遍对大颗粒肥料的认识。对大颗粒肥料产生了兴趣，开展大颗粒肥料研究，到90年代，欧洲、美洲和亚洲的一些国家在农业领域大量地应用大颗粒肥料。20世纪90年代后期至今为第三阶段，大颗粒肥料的肥效让各国认同，都研究和使用螺旋式颗粒肥料成型机制造大颗粒肥料并使用大颗粒肥料。总之，国外螺旋式颗粒肥料的技术发展有如下特点：生产技术大部分已经成熟，并达到规模化和商品化；设备制造比较规范，但能耗高，价格高。（2）国内研发现状。我国从20世纪80年代起开始致力于螺旋式颗粒肥料技术的研究，主要引进韩国、日本、中国台湾等成套设备。随后，荷兰、比利时等国家的技术和设备也相继引入我国。我国也在研究大颗粒肥料的技术，也设计出了螺旋式颗粒肥料成型机。标志着我国的螺旋式颗粒肥料生产设备达到国际水平。在全国范围内，还处于研究示范试点阶段，设备的技术原理比较先进，成本低廉，适合我国国情；规模化和市场化较差；管理不规范，支持政策缺乏，推广速度缓慢。1.3主要研究内容 本课题的主要研究内容有：(1)螺旋式颗粒肥料成型机的成型原理。(2)螺旋式颗粒肥料成型机的组成机构。(3)螺旋式颗粒肥料成型机的传动系统。(4)螺旋式颗粒肥料成型机的工作效率。2.技术任务书（JR）2.1设计的依据 螺旋式颗粒肥料成型机的设计依据是：植物吸收养分的主要途径为扩散、质流和截获。其中扩散是植物吸收养分的最主要途径。因此在作物根系附近创造一个高营养环境特别重要。大颗粒肥料在土壤中可以形成一个大的养分含量较高的区域，不断扩散供作物吸收利用，而这个区域周围的土壤，则不致因养分浓度过高而影响土壤微生物的活动。螺旋式颗粒肥料肥料成型机是把粉末状的物料通过机器的加工成型成圆柱状颗粒。成型的过程电机启动通过三角带带动减速器转动减速器通过联轴器带动螺杆转动,物料由进料斗喂入,在螺杆的旋转作用下使得物料受到挤压，挤压的物料通过成型模的小孔成型,经集料装置接收挤出得颗粒肥料排出机外,物料在强大的挤压作用下被挤出小孔。从而得到大颗粒肥料。来提高土壤的肥力问题。本科题就是为了生产大颗粒肥料而设计螺旋式颗粒肥料成型机。2.2产品的用途和使用范围本次设计的螺旋式颗粒肥料成型机是用于中小型企业的生产，生产颗粒肥料的直径10mm。生产的颗粒可保存也可直接施入农田，所以植物都可以使用。是未来肥料的首选。2.3主要的工作原理电机启动通过三角带带动减速器转动减速器通过联轴器带动螺杆转动，物料由进料斗喂入，在螺杆的旋转作用下使得物料受到挤压，挤压的物料通过成型模的小孔成型，经集料装置接收挤出得颗粒肥料排出机外，物料在强大的挤压作用下被挤出小孔。 2.4已经考虑过的若干方案的比较 考虑过的设计方案有平模成型、环模成型、活塞冲压式成型机、压辊式颗粒成型机、环模挤压成型、平模挤压成型等成型机。下面将对比分析。（1）活塞冲压式成型机。该机由河南农业大学和中国农业机械化科学研究院研制。河南农业大学率先对冲压式生物质固化成型设备进行了应用研究，所设计的往复式活塞双向挤压成型机具有创新性。生产试验和分析结果表明：该成型机可显著提高易损件的使用寿命，降低单位产品能耗，工作平稳，成型可靠，成本低，投入回收期短，推广前景广阔。但该类型设备所生产的颗粒肥料密度比较小。（2）螺旋挤压式成型机。中国林业科学研究院林产化学工业研究所率先开始研制螺旋挤压式成型机，主要由加热装置、螺旋挤压装置和控制装置组成。但这些设备存在着一些诸如成型筒及螺旋轴磨损严重、寿命较短、电耗大等缺点。2005年又研制开发的螺旋式颗粒肥料成型机，该机产量可达到500千克时，是目前国内产量最大的颗粒肥料成型设备。使用该设备可以大大减少人工成本，提高经济效益。（3）压辊式颗粒成型机。颗粒成型技术主要从瑞典引进。但是在颗粒成型加工过程中能量消耗较大。（4）环模挤压成型。主要有两种，一种采用内环模压辊挤压成型，一种采用双环模对辊挤压成型，这两种都是由饲料成型设备改进而来。前者以北京盛昌绿能科技有限公司改进美国技术为代表，是目前欧美国家的主流技术，设备采用常温成型，产品为颗粒状及方块状，设备生产能力14吨，环模工作寿命约600小时，根据配置其售价30万60万元套。在北京市大兴区礼贤镇建有年产2万吨的示范工厂。（5）平模挤压成型。由饲料成型设备改进而成，以吉林华光研究所为代表。设备采用常温成型，产品颗粒状，设备生产能力50300千克时，平模工作寿命约400小时，售价5万15万元套。在国内有少量应用。我国一些科研单位针对成型设备存在的各种问题做了大量研究试验，对设备的关键部件进行了改进，还对各类成型机进行比较分析，综合其优点进行了设备改造。但生产率低的问题需进一步研究解决，并加快了颗粒肥料的研发步伐，总结出了螺旋式颗粒肥料成型机对颗粒成型的产量大，运行平稳。所以本课题设计螺旋式颗粒肥料成型机。3.设计计算说明书（SS）3.1机构方案分析本设计在布局上采用折叠式，即螺杆、减速器在一个水平面上,将电机置于另一个水平面上这样布置,一是较大幅度减少了整机长度,提高了设备刚度,节省了原材料,降低了成本；二是电机与减速器之间采用三角带传动,起到了缓冲作用,可避免因原料带入异物造成螺杆堵转、引起瞬间负荷过大时,烧坏电机或损坏减速器等故障的发生；三是由于电机位置较低、极大地降低了机械振动与噪声。3.2总体设计本设计在布局上采用折叠式,即螺杆、减速器在一个水平面上,将电机置于另一个水平面上这样布置,一是较大幅度减少了整机长度,提高了设备刚度,节省了原材料,降低了成本；二是电机与减速器之间采用三角带传动,起到了缓冲作用, 可避免因原料带入异物造成螺杆堵转、引起瞬间负荷过大时, 烧坏电机或损坏减速器等故障的发生；三是由于电机位置较低极大地降低了机械振动与噪声如图11电动机 2皮带 3机架 4减速器 5连轴器6螺旋轴 7入料口 8成型模 9收集装置图1 总体设计图3.2.1结构组成及工作原理螺旋式颗粒颗粒肥料成型机由机架、螺杆、成型模、减速器、电机等组成。电机启动通过三角带带动减速器转动减速器通过联轴器带动螺杆转动,物料由进料斗喂入,在螺杆的旋转作用下使得物料受到挤压，挤压的物料通过成型模的小孔成型,经集料装置接收挤出得颗粒肥料排出机外,物料在强大的挤压作用下被挤出小孔。组成结构如图21电动机 2皮带 3机架 4减速器 5连轴器6螺旋轴 7入料口 8成型模 9收集装置图2 组成结构及工作原理图3.2.2主要技术参数序号项目单位参数1外形尺寸：长宽高111550213022重量结构重量200使用重量2403生产率14配套动力5.55螺旋轴转速606传动比207螺旋输送量t/h2.48螺旋输送机螺旋直径mm1509螺旋轴转速r/min6010电动机转速r/min7403.3螺旋挤压装置的设计计算3.3.1生产能力的计算实体叶片式螺旋机的输送量由下式计算：=2.4（）式中：Q螺旋外径（m）；t螺距（m）；n螺旋转速；倾斜输送系数；输送物料的单位容积质量；充满系数。带式叶片输送机的输送量与带宽有关；浆式叶片输送器的输送量与叶片的数量、尺寸、形状、位置和转角等有关；本设计的螺旋叶片式实体叶片，然后由实际验证试验校正确定。主要参数的计算实体叶片螺旋的直径D，由下式计算：=150mm式中物料综合特性系数；按上式计算的D值应按资料圆整为标准螺旋直径。按上式可以得出螺旋的直径D=160mm.螺旋的转速n不应超过极限转速=64.85()式中：物料特性系数t螺距（m）； 按上式得出螺旋的转速为n=60（）圆整后的D、n值和相应的t值，还必须按下式进行充满系数的验算：求出的值若大于所推荐值的上限，则应加大D值；如小于推荐的下限，则应降低n值。3.3.2功率的计算螺旋输送机驱动装置的额定功率：=5.5（kw）式中：螺旋输送机轴功率（kw）；功率储备系数，在1.2-1.4间选用；驱动装置总功率，；L物料水平输送距离（m）；H物料提升高度（m）；物料的运动阻力系数；Q输送量3.3.3螺旋轴的设计螺旋式颗粒肥料成型机的螺杆按不同的分类方法有多种型式。如按螺杆螺纹直径分类有等径与变径之分; 按螺杆螺距分类有等距与变距之分; 按螺杆螺纹型式分有连续与断续之分等。各种类型螺杆的优缺点比较从略。针对本设计加工对象综合考虑, 确定采用等径、断续、变螺距螺杆。螺杆上的螺旋共分四段，第一段为喂料螺旋, 主要作用是输送物料; 第二段是预压螺旋主要作用是对物料进行初步挤压；初步使物料压紧，并有物料挤出，第三段、第四段， 是压力增加螺旋, 主要作用是不断增加对物料的进一步挤压, 使物料被强制挤出。特别是第四段具有恒压作用,使得物料的均匀挤出，基本均匀一致, 以利于加工的稳定性。3.3.4成型模孔的设计成型模上有许多模孔, 物料就是在这被挤出的。模孔的设计十分重要, 它的主要参数包括: 模孔大小和分布密度。为了确保被挤出的物料能够及时挤出, 成型孔的孔隙率越大越好。又由于成型筒要求承受螺旋挤压产生的强大压力,所以孔隙率也不能太大。通常孔隙率选择原则有：成型筒的刚度好时。 选大些；成型筒刚度差时，选小些。成型孔大时，孔隙率取较大值；成型孔小时，孔隙率取较小值。对于孔隙率的选择目前还没有统的标准, 多数采用试验法确定。孔直径的选择：一般来讲, 成型孔直径越大, 越有利于物料的挤出，相反, 成型孔直径越小, 越不利于物料的挤出， 过小时，就不能保证物料的挤出。选择成型孔时,首先要考虑所加工物料的粒径大小, 加工物料的单个粒径大时, 成型孔直径选择也要相应大些, 以利于物料的的挤出。但也不能过大, 否则, 可能会造成较大的料损; 加工物料的粒径小时, 孔直径选择也要相应小些, 但也不能太小, 因为成型孔太小时, 容易造成堵塞, 不能保证物料的顺利挤出。目前, 成型孔直径的选择方法主要有定性选择法和经验选择法, 般要经过两到三次试验确定。本设计主要加工农业肥料。初取成型孔10mm最佳。3.4传动系统的设计3.4.1电动机选型 外形如图3图3 电动机由于运输机的主要阻力是运输货物和机械自身的重力,也知道运输机与地面的角度,故可以估计运动阻力最大约为9000N.工作机所需要的电动机输出功率为=工作机所需要功率为=5.2KW为工作机的效率设分别为弹性连轴器,齿式联轴器,滚动轴承,闭式齿轮传动的效率,查可得=0.99 =0.99 =0.99 =0.97则传动装置的总效率为=0.85故电动机所需的功率=5.5KW根据已知条件可得工作机滚筒转速=60r/min3.4.2减速器的选型根据工作要求，为了使尺寸和重量减小选择二级减速器。确定传动件的布置形式螺旋式颗粒肥料成型机的运动只是转子的回转，无特殊要求，故减速机轴线采用水平布置确定减速机体的结构在没有特殊要求时，齿轮减速器机体采用沿齿轮轴线水平部分的结构，以便于装配基于以上要求选择展开式圆柱齿轮减速器。螺旋式颗粒肥料成型机的载荷较大，要求驱动系统能提供很大动力，减速机内各部分所受冲击也很大，尤其是对齿轮的要求，一定要有足够的刚度和硬度，故此选用硬齿面齿轮。型号：ZLY规格：112 额定转:740r/min 传动比：20额定功率：7KW3.4.3传动比的计算=(1.3-1.5)取=1.4=3 则=4.2=740所以选取YCT200-4A转速740的电动机传动比i=203.4.4皮带传动的设计(1)皮带轮的设计。电机转轴直径38mm 减速器低速轴直径22mm轴径D=38基准宽度 =14mm 基准线上槽深 =3.5mm 基准线下槽深 =10.8mm 槽间距 e=19.00.4mm第一槽对称面至端面的距离 f=mm 最小轮缘厚度 =7.5mm 带轮宽度 B=(z-1)e+2f=44mm带轮基准直径 2.5d=95mm外径 =+2=102mm带轮设计如图4图4 轴径D=38皮带轮轴径22mm基准宽度 =14mm 基准线上槽深 =6mm 基准线下槽深 =10.8mm 槽间距 e=19.00.4mm第一槽对称面至端面的距离 f=mm 最小轮缘厚度 =7.5mm 带轮宽度 B=(z-1)e+2f=44mm 带轮基准直径 2.5d=55外径 =+2=75mm带轮设计如图5图5 轴径22mm皮带轮(2)皮带的设计选择V带型号由表69查的工作情况系数=1.2，所以计算功率：=1.2=1.25.5=6.6KW确定带轮的基准直径由表67和表610，取主动轮基准直径=95mm。验算带的速度V=3.6790计算带的根数z计算单根V带的额定功率P由d95mm和n740r/min，查表84a得P1.39KW根据n740r/min。i2和B型带，查表84b得P0.11KW查表85得K=0.925,表82得K=0.99，于是P=（P+P）KK =(1.139+0.11)0.9250.99=2.86KW计算V带的根数zZ1.92取2根.计算单根V带的初拉力的最小值（F）由表83得A型带的单位长度质量q0.1kg/m（F）500+qv500+0.16.28180.2N应使带的实际初拉力F（F）。计算压轴力F压轴力的最小值为（F）2z（F）sin25180.2sinN 1746N取两根v带合适，并符合设计要求。B型V带的截面尺寸。顶宽b=17.0mm 节宽=14.0mm 高度h=10.5mm截面积s=138.0mm 偰角=403.5主轴强度的校核按机械设计手册轴的设计公式有式中P-轴的传递功率N-轴的转速C-与轴的材料有关的系数经计算（本轴选用45号钢C=80）同步轴的受力主要是径向的，主要是轴承座对其的支持力，另外还有驱动系统给它的扭转力。力的分析与计算轴所受的纽矩理论值：Mn=9549P/n=19350N.m实际值：Mn=T.d/2=13070.4N.M在XOY平面内由上图可得方程解得 SAx=1242N SBx=4366N在YOZ平面内由上图可得方程解得 SAz=1809N SBz=795.3N同步轴的弯矩扭矩计算如图所示在XY平面内根据受力可以画出弯矩图YZ平面受力图根据上图可画出YZ平面弯矩图合成弯矩图扭矩图轴的疲劳强度是轴的结构和尺寸确定之后进行的，目的是检验轴对疲劳强度破坏的能力，方法是校核危险截面的安全系数，其计算公式是式中-1-材料的弯曲疲劳极限M、T-轴在危险截面上所受的弯矩和扭矩Z、ZP-轴在截面上的抗弯截面模量S-疲劳强度的许用安全系数、-弯曲和扭转时平均应力所折合为应力幅的等效系数、-从标准零件的疲劳极限到零件的疲劳的换算系数上式中-有效应力集中系数-绝对尺寸影响系数KR-表面光洁度系数-表面状态系数查表得：b=70 -1=35=0.15 =0.25K=1.89 K=1.71K=1.1 =0.5S=1.8Z=10-33.141403/32=269Zp=1033.141403/16=538由此可知轴的疲劳强度符合要求。3.6主要设计结果（1）OKL-150型螺旋式颗粒肥料成型机实现了设计要求。（2）结构的简单化使得整机重量的减轻。（3）传动系统使用皮带传动使得传动系统的稳定运行，（4）成型机构能形成柱状颗粒实现了生产的可靠性，（5）整机结构安全实现了生产的安全性，4.使用说明书（GM）4.1产品的用途及使用范围本次设计的螺旋式颗粒肥料成型机是用于中小型企业的生产，生产颗粒肥料的直径10mm。生产的颗粒可保存也可直接施入农田，所以植物都可以使用。是未来肥料的首选。4.2操作及维护（1）每次起动后，应先空载运转一定时间，待设备运转正常后方可加料，应保持加料均匀，不得大量突增或过载运行。（2）如无特殊情况，不得负载停机。一般应在停止加料后，待机糟内物料基本卸空时再停机。如满载运输时发生紧急停机后的起动，必须先适量排除颗粒成型机入料口内的物料，在启动机器。（3）操作人员应经常检查机器各部，特别是螺旋轴和机器孔模应保持完好无损状态。还有就是机器的皮带的完好无损，一旦发现有残缺损伤的机件应及时修复或更换。4.3使用前的准备工作（1）检查所有零件是否完整齐备。（2）检查各紧固件是否有松动现象。（3）检查带轮是否适度，各传动部件是否灵活。（4）将单组擦洗干净，以保证产品的清洁卫生。（5）将所有润滑点都注满润滑油。4.4使用方法空载开启机器等待机器旋转稳定后把物料倒入入料口中，形成颗粒后接收颗粒。将要停止加工时应在停止加料后，待模具中的物料基本被挤出后在停机，以免下次加工启动时负载太大损毁机器。5.标准化审查报告OKL-150型螺旋式颗粒肥料成型机的设计已基本完成，现具备全套图纸和一些基本数据，根据有关规定，对其进行标准化审查，结果如下：（1）设计图纸和文件图纸和文件所用的编号原则符合以下标准和有关规定：GB/T177101999 数据处理校验系统；JB/T 5054.81991 产品图样既涉及文件通用和借用件管理办法；JB/T 5054.42000 产品图样及设计文件编号原则；JB/T 88231998 机械工业企业计算机辅助管理信息分类编码导则。（2）产品图样及设计文件符合以下标准和有关规定：GB/T 10609.11989 技术制图 标题栏；GB/T 10609.21989 技术制图 明细栏；GB/T 146891993 技术制图 图纸幅面和格式；GB/T 17825.21999 技术制图 比例；GBN/T 17825.101999 CAD文件管理 基本格式；JB/T 5054.62000 产品图样及设计文件 更改办法。（3）螺纹加工应符合GB/T15054.181（普通螺纹基本牙距）、GB150540294（普通螺纹直径与螺距原则）。内、外螺纹公差应分别符合GB19781(普通螺纹公差与配合)中7H、6H规定的公差值。（4）对焊接件焊接前对焊接应先清除其表面污物，焊缝均应平整。（5）密封垫圈应齐全完好，结合严紧，不漏油。（6）各机件上的紧固件均需紧固、不许有松动、不得有误装漏装现象。6.主要研究结论6.1结论本设计设计了螺旋式颗粒成型装置的各个零部件，并结合导师提供的很多建设性指导，对螺旋式颗粒肥料成型机的传动装置和颗粒成型装置的各部件进行了总体的布局安排。主要结论有：（1）传动系统的设计，主要有螺旋轴的传动，皮带轮的传动。（2）传动轴，螺旋轴的强度达到了实际应用的强度，皮带的传动效率和强度强度也达到了传动需要的强度。（3）完成了螺旋式颗粒成型机的设计，我设计的螺旋式颗粒肥料成型机的型号是OKL-150型，其输送量为2.4t/h，螺旋公称直径150mm，滚动轴承直径50mm，螺旋轴直径50mm，螺旋轴的转速60r/min。（4）在带的传动中需要两条皮带的传动在本设计中，皮带的传动起到了缓冲作用, 可避免因原料带入异物造成螺杆堵转、引起瞬间负荷过大时, 烧坏电机或损坏减速器等故障的发生6.2进一步改进意见（1）设计结果有待生产样机后，进行实际考核和验证。（2）整机结构需利用计算机辅助工程软件，进行有限元分析，以优化设计机构。（3）主要工作部件和结构，有待于通过计算机仿真技术进行进一步的分析和研究，以验证设计参数的合理性。（4）进一步的设计计算使总机的质