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饲料膨化机设计机械075班 王超 指导教师 张红霞摘 要：针对中、小型禽畜养殖户对饲料膨化机的需求，设计了一台挤压式饲料膨化机，该膨化机主要由电动机、V带传动、直齿圆柱齿轮减速器、螺杆等组成，其工作原理靠螺杆传动与物料挤压引起的摩擦热对物料进行膨化， 其主要参数生产能力为5001000kg/h，挤压功率为3.27kW，该机机械结构简单、操作方便。关键词：禽畜养殖；饲料加工；挤压膨化目前，农村一些中小型养鸡厂、养猪厂采用传统的饲喂生料的方法进行养殖，会产生过料现象，增加养殖成本。生料还会使一些鸡或猪的幼崽患一些肠道疾病，而使用饲料膨化机膨化后的饲料会提高幼崽成活率，有益畜禽健康，提高经济效益。我国饲料膨化机用户大量增加而生产厂家相对较少，因此饲料膨化机价格比较昂贵。饲料膨化机操作难度较高，因膨化加工涉及温度、压力、湿度、负荷等多种工作参数，操作员不但了解各种工艺参数，还需要掌握各种原料的特性，需要较全面的专业知识和工作经验，中小型畜禽养殖户大多文化水平较低，正确进行饲料膨化机的操作较困难。如果养殖户在饲料膨化点加工，会使饲养成本升高。因此，研究一台适合中、小型畜禽养殖户的机构简单，操作方便，并且价格低廉的饲料膨化机是非常必要的。1 结构与工作原理饲料膨化机由电动机、V带传动、直齿圆柱齿轮减速器、螺杆等组成，如图1-1所示。其工作原理是靠螺杆传动与物料挤压引起的摩擦热对物料进行膨化，物料在螺杆中的挤压经历固体输送、熔融、均化和冷却的过程。其工作过程是电动机通过V带传动，经直齿圆柱齿轮减速器减速后带动螺杆转动，物料落入加料段，然后由螺旋推力作用被推至熔融段及均化段，物料温度升高，最后从膜孔挤出。 1电动机 2 V带传动 3螺杆 4直齿圆柱齿轮减速器 图1-1 饲料膨化机机构简图 2 膨化装置设计2.1 螺杆的设计2.1.1 工艺设计物料在螺杆中的挤压经历固体输送、熔融、均化和冷却的过程，其结构如图2-1所示。 图2-1 螺杆分段图2.1.2 主要参数确定（1）螺杆直径的确定 一般在初步确定螺杆的生产能力和转速后，可根据经验生产能力公式初步确定螺杆的直径。 （2-1） 式中 Q生产能力，Q1000kg/h； 螺杆外直径，cm； n螺杆转速，取n=240r/min； 经验出料系数，取。由公式（2-1）代入数据，得 cm，取cm。（2）长径比的确定螺杆一般长径比选为4.27.1，本设计取=7，所以L约为70cm。2.1.3 螺杆的强度校核螺杆的连接方式按照与减速箱中的传动轴固定方式采用紧固式连接。这种连接的螺杆与传动轴为同一零件，在挤压时其螺杆端部在机筒内浮动，计算时可近似为一端固定的悬臂梁。螺杆的受力状态如图2-2所示。在螺杆上的全长上主要受物料的压力p、克服物料的阻力所需的扭矩和螺杆的自重G的作用。由图2-3可知，沿螺杆径向所受的压力p大小相等，方向相反而相互抵消。故计算时对p的影响只考虑轴向压力p对螺杆的作用力（即螺杆所受的轴向力），并且螺杆的纵向弯曲问题可忽略。因此，对螺杆的强度计算，可归结为压、扭、弯联合作用下的复合计算。由于一般情况下螺杆根径处的承载能力最差，所以，对螺杆的强度计算，可进一步归结为在上述复合应力作用下螺杆根径断面的强度计算。图2-2 螺杆受力分析其强度条件为： （2-2）式中 螺杆的合成应力，Pa；Pa，由轴向力产生的压缩应力，经计算Pa，由螺杆自重G产生的弯应力，经计算Pa；扭矩产生的剪应力，经计算Pa； 材料的许用应力，机筒材料选为（其屈服强度Pa），故螺杆材料的许用应力=Pa。由公式（2-2）代入数据校核，满足强度条件。2.2 机筒的设计2.2.1 机筒的结构机筒在整个系统中是仅次于螺杆的重要零部件。这里采用分段式机筒如图2-3所示。分段式机筒是将机筒分成几段加工，然后各自用法兰或其螺栓连接起来。其优点是机械加工比整体式机筒容易，便于改装长径比及便于拆卸清洗。图2-3 分段机筒结构图2.2.2 加料口的设计加料口的结构如图2-4所示，加料口的左壁设计成垂直，便于加工，但向中心线方向偏移约。右壁偏离中心线约左右，便于进料。加料口的形状（俯视）为矩形，其长边平行于轴线，长度约1.5倍螺杆直径。图2-4 加料口断面形状2.3 模板的设计模板上具有多排圆形孔洞并使用一个板模。模孔的孔径比与压强的关系有： （2-3）式中 D模孔直径，m； L模孔长度，m； f饲料原料与金属的摩擦系数，大多数摩擦系数在0.370.7之间，取f=0.4； 机筒内模孔进料处压强，=2.5105Pa； 模孔出孔处大气压，=1.01105Pa。 由公式（2-3）代入数据，得：D/L=1.77mm当直径选为10mm时，则孔长17.7mm。2.4 加热与冷却装置设计2.4.1 加热装置由于刚开机时需要预热以减少人工消耗，因此需要外部加热，电阻加热是最广泛的加热方式，其装置具有外形尺寸小、质量轻、装设方便等优点。由于电阻加热器是采用电阻丝加热机筒后，再把热传到物料上，而机筒又是一个具有一定厚度的筒体，因此在机筒的径向方向上便形成较大的温度梯度。这里采用铸铝加热器，其结构如图2-5所示。图2-5铸铝加热冷却器2.4.2 加热功率的确定膨化机机筒的加热所需要的功率目前多根据经验计算。 （2-4） 式中 p机筒加热功率，kW； 机筒内直径，cm，机筒内径与螺杆外径保持一定间隙，取=10.04cm； L/Ds螺杆长径比； 单位面积的加热功率，W/cm2，的值一般由经验选定。目前一般取，本设计取A=3.5。经计算，P=8.86kW。2.4.3 冷却装置膨化机的冷却采用机筒水冷却如图2-6所示，它是在机筒的表面车出螺旋沟槽，然后绕上冷却水管。 图2-6 机筒表面开槽冷却图2.5 加料与切割装置设计为了将物料不断地供给挤压机，将挤压出的产品不断地切割成段，必须在挤压机上设有加料装置和切割装置。一般采用重力加料，物料在料斗中靠本身的重力进入挤压机内的加料段。切割热的粘性物料时，需要切割器，一般采用高速切割器，安装在紧靠挤压机模板的中心位置，这种切割器通过不同切刀，将生产出的产品切割成所需的形状。切刀采用没有接触角的刀片，这种切刀易于加工，如图2-7所示。图2-7 切刀结构简图 3 传动装置设计3.1 电动机的选择选择Y2-160M-4三相异步电动机，即可满足要求。3.2 V带传动设计选择B型V带，传动中心距为400mm，带长1398mm，带的根数为4根。3.3 齿轮传动设计选用小齿轮齿数z1=18，大齿轮齿数z2=102，模数m=6.5渐开线直齿圆柱齿轮传动。精度等级为7级精度。小齿轮选用40Cr调质，齿面硬度为240260HBS，大齿轮选用45钢调质，齿面硬度220HBS。 经校核满足强度要求。4 结论本设计在保证机器机械结构简单、安全可靠、操作方便、价格低廉的基础上，使膨化装置、传动装置的设计结构更加紧凑。由于时间的限制，挤压压力和挤压温度方面需要进一步的试验研究确定最佳的参数，以进一步改进机器的结构。 参考文献1 张魁学，武康开，周佩成，等.影响单螺杆挤压膨化机性能的因素的试验研究J.农业机械学报，1995，26（3）. 2 张裕中，王景.食品机械加工技术M.北京：中国轻工业出版社，1998：6-25，45-49.3 邹岚，白洪涛.饲料膨化机模孔几何参数理论分析D.中国农业工程学会2007年学术年会论文集.2007：17-18.4 张裕中.食品加工技术装备M.北京：中国轻工业出版社，2007.5 濮良贵，纪名刚.机械设计M.第7版.北京：高等教育出版社，2001.6 庞启淮.小功率电动机应用技术手册M.北京：机械工业出版社，1996. 9 王世刚，张秀亲，苗淑杰.机械设计实践M.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2003.8 徐灏.机械设计手册M.第2版.北京：机械工业出版社，2001. 9 陆玉,何在洲,佟延伟.机械设计课程设计M.第3版.北京：机械工业出版社，2000.10 机械设计手册编委会.机械设计手册M.新版.北京：机械工业出版社，2004.Feed extrusion machine designAbstract：For the ruquire of fodder of medium or small livestock farmers, design a extrusion type feed extrusion machine.This extrusion machine is comprised of electromotor、V belt、spur gear reducer、screw and so on.its working principle is based on screw drive and material extrusion which arouse the power of friction to puffing material.The production capa