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机械毕业设计论文
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机械毕业设计145水滴式粉碎机实体设计,机械毕业设计论文
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附件 5 2006 届本科生毕业论文（设计）中期汇报 表填表日期： 专 业 机械设计制造及其自动化 学 院 工程学院 姓 名 刘希梁 指导教师 万霖 论文（设计） 题 目 水滴式饲料粉碎机的实体设计 毕业论文（设计）前期工作小结 1 总体情况 在指导教师的指导和热心帮助下 ， 我对本次设计的基本思路已经比较清晰 ，有了比较明确的设计目的 ， 更系统的了解了原有机器的优缺点 ,根据当今设计与创新的思路的潮流 ， 保留了原有的长处 ,以原有的不足为本次设计的改造基础 ， 对机器的 某些零件和部件的 尺寸和布置方式进行了调整 ,紧扣了环保和节能的两大创新主题。 2存在 的主要问题 在本次设计中，工作中心主要围绕在了锤片的布置方式上，以往的布置方式为交错排列在锤片轴上，虽然旋转时轨迹不重合，粉碎的均匀；但是该排列不满足动平衡要求，对两端轴承磨损严重，发热较多，能耗较大，此外，还增加了有害震动和噪声。 若排列方式改为对称交错排列，不仅保留了原有的优点，还避免了上述的缺点。但对称交错排列增大了工作难度，须对其进行多次动平 毕业论文（设计）前期工作小结 衡实验。 除上述问题以外 ，根据给定的物料的喂入量选折的电动机功率相对偏小 ，进而算出的主轴直径 也相对偏小，而两端支撑的跨距较大，整体刚度较小，使得高速旋转时由于存在偏心质心而产生较大的离心力， 同样会引发上文中所出现的缺点，对工作不利 。 3改进措施 适当增加轴的直径，以提高其刚度；改善材料的均匀程度；对主轴进行静平衡矫正。 指导教师意见 指导教师签名： nts nts学士学位毕业设计 水滴式饲料粉碎机的 实体设计 学生姓名： 刘希梁 学 号 ： 20054024109 指导教师： 万霖 所在学院： 工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 中国大庆 2009 年 5 月 nts 1 黑龙江八一农垦大学 毕业设计 (论文 )开题报告 学生姓名： 刘希梁 学 号： 20054024109 专 业： 机械设计制造及其自动化 设计 (论文 )题目： 水滴式粉碎机实体设计 指导教师： 万 霖 2009 年 3 月 18 日 nts 2 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 文 献 综 述 1、 饲料粉碎 目的及意义 改革开放以来，我国畜牧业得到了长足发展，畜牧业生产水平不断提高，主要畜产品产量持续 二十多年快速增长，畜牧业已成为我国农村经济的支柱产业，也是农民增收的亮点 随着农村农业产业结构的调整 , 畜牧业将成为农村发展经济的主导产业。广大农民充分利用当地自然资源 , 大力发展养殖业 , 促进农产品转化增值 , 增加农民经济收入。 随着畜禽业迅速发展，我国饲料产量已达到 4500万 t，总产量居世界第二位。根据全国饲料发展钢要规定的目标， 2000年饲料加工能力要达到 1 1.2亿 t。我国主要生产年单班产量在 5万 t以下的饲 料 加工设备，不能满足市场发展的需要。因此，应重点发展年单班产量 5 4O万 t的饲料机械， 随着畜牧业的 不断发展，农民对饲料机械的要求也越来越高 。要重点发展的成套设备主要包括粉碎机、混合机、制粒机、冷却机、破碎机、分级筛、原粮及粉料清理机、膨化机等。饲料工业使用的粉碎设备有很多种形式。其中，锤片式粉碎机因其占地面积小、粉碎效率高、耗电量小等优点，得到了最广泛的普及应用。 粉碎 ,是饲料加工生产过程中 7大工序 (原料接收、清 理、粉碎、配料、混合、制粒成形、计量包装 )的重要工序之一 ,粉碎效果的好坏对饲料产品的适口性、饲喂效果及后续工序的加工品质有着重要影响。一般饲料中需粉碎的原料占配方比例的 50% 80%,粉碎加工 环节的电耗占整个工艺的 30% 70%,其加工成本对整个饲料生产成本有着举足轻重 的作用。因此对粉碎机结构、粉碎效率、电耗、粉碎粒度大小及均匀性、易损部件的耐磨性、粉碎机自动控制等方面的研究 ,对配合饲料加工生产有着重要意义。 2、 我国饲料粉碎机技术发展现状 20 世纪 90 年代以来 ,我国饲料机械行业中崛起了数家 以江苏牧羊、江苏正昌为代表的企业集团 ,成为行业中的龙 头企业 ,这些企业通过引进国外先进技术和设备 ,根据我国 市场需求调整产品结构 ,先后开发了 75350 kW 水滴型锤 片式粉碎机、立轴式微粉碎机 ,创出了水滴王、 冠军、优胜等 品牌 ,形成了标准化、系列化产品 ,一些产品已达到国际先进 技术水平。江苏牧羊集团至今已形成了以“水滴王 968” 系 列粉碎机为代表的粗粉碎机 , SWFP“ 超越 ” 系列微粉碎机为 代表的微粉碎机 , SWFL B 型 “ 超乐 ” 系列超微粉碎机为代表 的超微粉碎机等多种品类的粉碎机设备群。牧羊 968 水滴 王系列粉碎机 ,功率配备为 75350 kW,产量为 1270 t/h,适用筛片筛孔 1. 2 4. 0 mm。根据目前对比检测结果 ,968 系列在用 3. 0 mm 筛孔粉碎玉米时吨料电耗最低可达 5. 2 kWh, 其粗粉碎 性能指标和稳定性处于领先地位 ,在结 构方面 ,采用了有利于提高粉碎效率的水滴型筛片 ,一步到 位的联动式压筛机构 ,不停机换筛技术 ,可调整的锤筛间隙 ,实现普通粉碎与微粉碎的转换 ,提高了生产效率。 SWFP“ 超 越”系列微粉碎机功率配备为 55200 kW,适用筛片筛孔为 0. 6 2. 0 mm,吨料电耗较低 ,采用 1. 0 mm 筛孔筛片粉 碎玉米时吨料电耗可达 14. 5 kWh, 采用 0. 8 mm 筛孔筛 片粉碎玉米时吨料电耗可达 17. 8 kWh, SWFP66100(132 kW) 型鱼料粉碎产量为 10 t/h。 SWFL B 型 “ 超乐 ” 系 列超微粉碎机 ,功率配备为 90160 kW,在 90%通过 80 目 的条件下产量为 1. 25. 5 t/h。 上海春谷实业有限公司研制开发的横宽形多层振动筛锤片式粉碎机 (见图 2),它是由电动机、多层筛体 (常分为内 外两层筛 )、振动器、机体等组成。内层筛起抗磨防破作用 ,外层筛起分级筛选作用。工作时 ,外层筛上物料在振动条件 下会回到内层筛上继续粉碎 ,合格粉粒在振动条件下从外层 筛筛孔排出。由于增加内层筛 ,使得外层筛的使用寿命成倍 延长 ,筛nts 3 破漏料事故下降。这种粉碎机对饲料的粗粉碎和超 细粉碎都适用 ,效率高 ,粉 粒比较均匀 ,对水分较高的原料和 纤维含量高的原料有较好的适应性 ,易损件筛片寿命长 ,锤 片更换周期长 。 3、 我国饲料粉碎机技术发展值得注意的几个方面 从 1955年起 ,我国开始研制锤片式饲料粉碎机 ,经过 50多年的发展 ,我国饲料粉碎机械不论是产品品种、产品结构 ,还是在生产能力及综合性能都有了长足的发展和进步。经历了引进、消化吸收、自主开发、合资合作生产等几个阶段 ,目前我国饲料粉碎机械工业已具备一定的规模和水平 ,生产 的饲料粉碎机械设备主要技术指标与国际水平基本相当。但是从整体上看 ,我国饲料粉碎机械工业尚处于由传统型向 机 械化、自动化和集约化过渡的起步阶段 ,仍然有许多问题 需要努力解决 ,不断改进提高。 (1)粉碎设备自动化调控水平有待提高。目前国内粉碎 备大多是单元操作机 ,作业时还停留在人工控制阶段 ,人这样 ,粒度均匀性就得不到 工 程 控制的局限性决定了设备的生产效果难以达到很高的要求 ,如粉碎物料条件变化时 ,为了生产出特定粒度的颗粒 ,往 往需要不断的对设备进行调整 ;对紧急情况做出迅速的响应 ,使设备的安全性受到限制。因 此 ,在设计面向高端市场的设备时 ,应根据实际需要为设备 引入智能化控制系统 ,实现粉碎全过程的闭环控制 (2)主要易损部件消耗 大 ,使用寿命有待进一步提高。 目前我国粉碎机使用的锤片、筛片及齿板等易损件在性能、使用寿命上还与国际水平有一定差距。因此 ,应从耐磨、耐 冲击、高寿命、低成本等方面综合考虑 ,如采用高合金及其它 新型耐磨材料作为耐磨件 ,利用表面渗硼、渗碳、硬质合金堆 焊等表面强化处理工艺 ,用热处理的手段来改变材料的组 织 ,获得各种耐磨的、高硬度的结构来提高耐磨性。 (3)粉碎作业能耗高 ,效率低 ,生产能力与粉碎细度相互 制约。尤其在微粉碎时 ,物料温升高 ,噪声大 ,粒度不均匀。 由于微粉碎时锤筛间隙较小 ,筛孔较小 ,而转子转速又高 ,物 料通过筛板困难 ,这增大了物料与筛板的摩擦生热 ,使得电 机的一部分功率转化为热能和噪声而浪费 ,同时还造成物料 在粉碎室内的过度粉碎 ,使粒度不均匀。粉碎效率是衡量 一个粉碎系统性能的关键指标 ,对饲料加工的经济效益有着 重要影响。提高粉碎效率 ,降低单位能耗一直是人们努力研 究的首要问题。建议今后在粉碎原理、流场分布、高效筛分、气流分选等方面进行深入研究 ,通过优化粉碎机结构及其配 套设备的操作参数 ,选用合理的粉碎工艺 ,研究粉碎粒度与 电耗的关系 ,充分发挥自动化控制作用 ,以进一步提高生 产率。 (4)粉碎机的可靠性及整机质量需要进一步提高。以辽 宁省的抽查结果为例 ,在抽查的 20 个产品中有 65%的存在 不同程度的缺陷 。一般来说 ,以面向饲料加工企业的大中 型饲料粉碎机产品一般是由具有一定生产规模的企业生产 ,其产品质量相对较好。但以农村个体用户为主要销售对象的小型饲料粉碎机 ,由于结构简单 ,价格不高 ,市场需求大 ,生产投入小 ,容易拼装 ,也占据了不小的市场份额。这些粉 碎机存在的质量问题一般表现在以下几方面 :材质不符合要 求 ,偷工减料 ,安全警告标志、安全防护装置不符合要求。 (5)生物质能源领域需要的新型物料粉碎机械亟待研究 开发。农作物秸秆、树枝、树叶、草类等物料都 是可利用的生物质能源 ,在生产生物质能源如液体燃料过程中需要对其进 行完善的预处理 ,但生物质能源原料加工处理机械非常少 ,加工质量和效率很不理想 ,开发新型生物质能源物料粉碎机 械具有光明前景。由于各种生物质的物理特性有很大差异 ,因此应建立全面的物料特性数据库 ,以便研究开发专用的粉 碎机械。 Petre I. Miu 在 2006 年综述了玉米、大麦、小麦、水 稻秸秆等几种常见生物质的物理机械特性 ,对比分析了切碎 机、锤式粉碎机、圆盘粉碎机加工不同生物质时的工艺数据 ,提出研究粉碎、分离与能耗的关系 ,优化粉碎工艺 ,开发新型 粉碎机械仍 是未来的发展方向 。 nts 4 参考资料 1曹 康 ,金征宇 .现代饲料加工技术 M.上海 :上海科学技术 文献出版社 , 2003. 2李忠平 ,朱 江 ,韩邦华 .饲料粉碎技术研究新进展 J.饲料 工业 , 2002, 23(11): 36. 3俞信国 .锤片粉碎机 P.中国专利 : 97234455. 1, 1999-03-12. 4邓洁红 ,曹乐平 .锤式粉碎机的优化设计 J.粮油食品科技 , 2005, 13(3): 1421 5杜小强 ,宗 力 .基于虚拟样机的锤片式粉碎机转子动力学特 性研究 J.农业机械学 报 , 2005, 36(7): 5356. 6贺志昌 .微粉碎机及风网系统的探讨 J.广东饲料 , 2000, 9(1): 3839. 7杨 柳 ,杨者森 .我省饲料粉碎机产品质量分析 J.农业机械 化与电气化 , 2006(4): 4243. 8饲料工业 “ 十一五 ” 发展规划 农牧发 2006-11 号 EB/ 9 OL.中国饲料工业信息网 , 2006-08-04. 10王少伟 ,孙成林 ,译 .粉碎 M.北京 :建筑工业出版社 ,1982. 11母福生 .破碎理论的研究现状及发展要求 J.硫磷设计与 粉体工程 ,2006,(4):20-23. 12方苍舟 ,等 .亚微米分级机的研制及其试验研究 J.非金属 矿 ,2006,(2):90-92. 13孙成林 .近年我国超细粉碎及超细分级发展及问题 J.全 国首届旋流器分离理论与应用研讨会论文集 ,矿业快报 ,2002,(增刊 ):65-70. 14孙成林 .我国干式分级理论研究现状 J.中国粉体技术 (信 息资讯版 ),2005,(3):22-28. nts 5 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径） 1、 锤片 布置的 优化 设计 9FS 一 534 型粉碎机采用了水滴形筛片， 物料喂入粉碎室后，受锤片打击而进入环流层。当环流的物料转过 270 度 后，便以切线方向向对 面筛片撞击，部分粒度合格的物料穿过筛孔，不合格即物 料 重新落入锤片 旋 转区，再次受锤片打击。这样，物料每环流一次，环流层就被彻底破坏一 次 ，从而增加了锤片打击物料的机率，改进了粉碎机的粉碎性能和排粉能力 ，但由于其锤片布置方式为 非对称 交错 性 排列，虽锤片旋转时轨迹不 重合 ， 但其交错的排列增加了动不平衡 性 ，引起两端轴承有较大的磨损，耗能增加。 结构型式： 水滴式 锤筛间隙 :该 机配置了 8、 12、 20 毫米三种锤 隙（ 间隙的大小由筛托 调 节块来调整 ） 。 粉碎室宽度 ： 选为 360 毫米。 锤片数目 ： 24 锤片布置方式：对称交错排列 优化后将原有的 16 个 锤片 改为 26 个，增加了 作业容量 ， 提高了物料的粉碎能力；此外对称交错排列不仅轨迹均匀、不重合，而且锤片排列左右对称，四根销轴上的合力作用在同一平面上，对称轴相互平衡，因此平衡性好。 2、 转子结 型式 构的 优化 设计 9FS 一 534 型粉碎机 采取了三锤架板的转子结构，为了适应侧顶部的进料方式，本次设计改为在两 两 锤架板之间，对称焊有后倾状的四对叶片， 这样既 能加强锤架板的强度，改善销轴的受力状况，又能增加粉碎室的风量和风压，无须配用外部风运设备，节约投资。 3、 研究 方法 Pro/ENGINEER 工具软件是美国参数技术公司（ Parametric Technology Corporation，简称 PTC）的重要产品。在目前的三维造型软件中占有重要地位，并作为当今世界机械 CAD/CAE/CAM 领域的新标准而得到业界的认可和推广。作为高等学校和研究机构来说，该软件是进行设计的重要工具。 Pro/ENGINEER 第一个提出参数化设计的概念，并且采用了单一的数据库来解决特征的 相关性问题。 Pro/ENGINEER 基于特征方式，能够将设计至生产过程集成到一起，实现并行工程设计。 Pro/ENGINEER 软件的 CAE 模块具有强大的工程分析能力。在Pro/MECHANICA 模块中可对零件模型进行有限元分析和优化；在机构运动模块中，可对零部件模型进行机构运动仿真，并获得距离、速度等输出曲线。 本设计首先是对刀盘式揉搓切碎器进行 设计计算， 在 利用 Pro/ENGINEER 进行实体造型设计与仿真分析。模拟出切碎与揉搓过程和抛送的运动轨迹，及其切碎速度、加速度的变化。 nts 6 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告 指导教师意见 ： 1对“文献综述”的评语： 2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测： 指导教师： 年 月 日 所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日 nts黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计） I 摘 要 锤片式粉碎机是转子在高速旋转工况下工作的机械，如其他高速旋转机械一样，存在静态不平衡问题，也存在旋转工况下的动态不平衡问题，这不可避免地要在运转产生振动和噪声，从而对粉碎机的安装基础、自身结构、使用性能 (能耗、效率 )及工环境带来不利影响。根据动静平衡原理，采用了改变锤片的在轴上的布置方式，将原来的非对称式改为较易建立动静平衡的对称交错排列，并运用了传统的平衡校验方法对改进后的转子进行了验算，从而建立了基本上的动静平衡。考虑了不平衡量大小和不平衡位置对转子系统振动的影响 ;校核了结构的强度，得到了机座 结构的静刚度值和动刚度值。分析结果表明不平衡度对整机的震动和强度有较大影响。应用机械优化设计理论，探讨了利用动静平衡原理进行结构动态优化设计，优化效果比较显著 ;最后针对影响锤片式机动态特性的其它因素，提出了减振措施。 所得结论为粉碎机产品的减振降噪设计以及转子的动静平衡校验提供理论依据时 ， 通过对锤片式粉碎机结构动态优化设计方法的研究，为今后相似类型旋转机械的优化设计提供一个工程参考。 关键词 :锤片式粉碎机 ；动态特性；动态优化设计； 动静平衡 。 nts黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计） II Abstract Hammer mill is a high-speed rotation of rotor operating conditions in the work of machinery, like other high-speed rotating machinery, the existence of static imbalance, but also the dynamics of rotating unbalanced conditions, which inevitably arise in the operation vibration and noise, so the installed base of the mill, its own structure, the use of performance (energy efficiency) and a negative impact on work environment. According to the principle of static and dynamic balance, using a hammer to change the axis of the layout in the original non-symmetric static and dynamic balance changed to be easier to establish symmetry with staggered, and the use of the traditional method of checking the balance of the improved rotor were checked, Basically, in order to set up the static and dynamic balance. Taking into account the size and imbalance unbalance location of the vibration of rotor system; check the structural strength, by the base structure of the value of static stiffness and dynamic stiffness values. Analysis of results showed that the imbalance of the whole intensity of the shock and have a greater impact. Application of mechanical optimal design theory, to explore the use of static and dynamic balance between the principle of dynamic optimization of structural design and optimization of a significant effect; final hammer against the impact of the dynamic characteristics of machines and other factors, the measures proposed by the vibration. The conclusions for the mill products, as well as noise and vibration reduction design of static and dynamic balance of rotor check and provide a theoretical basis, through the hammer mill on the structural dynamic optimization design study for future similar to the type of optimum design of rotating machinery to provide a reference works. Keywords: hammer mill； dynamic characteristics； dynamic optimization of the design； static and dynamic balance. nts 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 0 - 目 录 摘 要 . 错误 !未定义书签。 Abstract . 错误 !未定义书签。 1. 前言 . - 1 - 1.1 水滴式饲料粉碎机的发展前景 . - 1 - 1.2 三维实体设计在我国农业机械设计的作用 . - 6 - 2.水滴式饲料粉碎机的总体设计 . - 8 - 2.1 电动机的确定 . - 8 - 2.2 基本结构组成 . - 8 - 2.3 工作原理及力学分析 . - 9 - 3.关键部件的设计 . - 11 - 3.1 锤片的设计 . - 11 - 3.1.1 锤片的种类 . - 11 - 3.1.2 锤片的材质与热处理 . - 12 - 3.1.3 锤片数量的确定 . - 12 - 3.1.4 锤片的排列和厚度 . - 13 - 3.1.5 锤片末端线速度的确定 . - 15 - 3.1.6 锤 筛 间隙的确定 . - 16 - 3.2 粉碎室的形状和结构 . - 17 - 3.2.1 粉碎室的形状 . - 17 - 3.2.2 粉碎室的结构 . - 18 - 3.3 转子结构并尺寸与粉碎室宽度及改进 . - 18 - 3.3.1 转子结构并尺寸与粉碎室宽度 . - 18 - 3.3.2 转子上的改进 . - 18 - 3.4 筛片的设计 . - 19 - 3.5 电机与转子的连接 . - 20 - 3.6 旋转主轴的设计及理论校核 . - 21 - 3.6.1 主轴的设计 . - 21 - 3.6.2 旋转主轴的力学分析及理论校核 . - 22 - 3.7 滑动轴承的热平衡计算 . - 24 - 4.整机的虚拟装配 . - 27 - 5.水滴型饲料粉碎机的主要参数 . - 29 - 6.结论 . - 30 - 7.结束语 . - 30 - 8.致谢 . - 30 - nts 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 1 - 1. 前言 1.1 水滴式饲料粉碎机的 发展前景 改革开放以来，我国畜牧业得到了长足发展，畜牧业生产水平不断提高，主要畜产品产量持续二十多年快速增长，畜牧业已成为我国农村经济的支柱产业，也是农民增收的亮点 。 随着畜禽业迅速发展，我国饲料产量已达到 4500万 t，总产量居世界第二位。根据全国饲料发展钢要规定的目标， 2000年饲料加工能力要达到 1 1.2亿 t。我国主要生产年单班产量在 5万 t以下的饲料加工设备，不能满足市场发展的需要。因此，应重点发 展年单 班产量 5 4O万 t的饲料机械， 随着畜牧业的不断发展，农民对饲料机械的要求也越来越高 。要重点发展的成套设备主要包括粉碎机、混合机、制粒机、冷却机、破碎机、分级筛。 我国饲料工业已经发展成为国民经济中不可缺少的重要基础产业，它对人民生活水平的 提高及社会的发展发挥着越来越重要的作用。国内外饲料工业的核心设备之一是饲料粉碎机，其中锤片式粉碎机扮演主角，虽然其工作性能受众多因素影响，但冲孔筛筛分效率不高导致众多问题 :(l)能耗增高； (2)能量利用系数较低 (约为 2)40%)； (3)饲料过度粉碎影响畜禽采食及消化利 用； (4)饲料环流层加剧整机工作性能下降； (5)生产能力受限，经济效益不佳，每年因此减少国民经济收入保守估计约有数百亿元，全球经济损失更是巨大。如何提高其筛分效率，国内外学者进行过很多研究，研究内容及研究进展可归纳为 :(l)增大筛分面积 (2)改进吸风系统 (3)加振动装置 (4)采用破坏环流层措施 (5)采用二次粉碎工艺。 在筛分过程方面，有代表性的研究是 THYN和 PECHLUK曾利用同位素跟踪技术研究粉碎机内物料统计运动规律，沈在春、刘承俊等学者利用高速摄影研究过两相环流的运动趋势，但筛分效率与筛型及各 参数的定量关系，筛分效率与有关参数的数学模型等基础性研究未见文献报道。很多宏观而定性分析评述或试验研究文献在有关刊物到处可见。它反映出提高筛分效率是生产实践渴求解决的重大问题之一，由于前人研究对象几乎均为冲孔筛，创新程度有待加强，因而难以取得实质性突破，筛分效率问题，至今悬而未决。 通过试验和研究，在对国内外大量机型分析比较后发现 :冲孔筛存在一些致命弱点，如高速运动 (30-90m/s)的饲料颗粒在跨跃孔径时间极短的条件下，小于或等于孔径的颗粒穿过筛孔的统计概率很小。要从根本上解决问题，应当采用新型筛才能取得 突破，因此本课题直接以全新的前所未有的筛型为研究对象进行研究，争取在筛分理论方面有所创新，起码在新型筛的筛分原理及筛分效率方面提供一些新知识或新见解。高效筛的发明能从根本上解决上述问题，并给饲料工业及畜禽养殖业带来巨大的经济效益。另外，筛分作业也在其它行业得到广泛应用，如水泥、化工、医药、矿业、陶瓷、轻工、生物工程、航空航天等。所以，本课题对推动科技进步和社会发展以及国民经济和个人生活水nts 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 2 - 平的提高将产生积极而深远的影响。 饲料产业中最终产品是饲料，饲料在激烈的市场竞争中能否取胜，决定因素之一是饲料价格，而饲料 价格与饲料加工成本密切相关。好的加工设备不仅可以提高其质量，而且还可以降低其加工成本。所以本课题的研究意义还在于 :通过对新型粉碎机粉碎、筛分机理的研究、探索其内在规律、找到提高粉碎机生产率、降低饲料的生产成本、提高饲料质量的有效途径，以促进饲料粉碎的科技进步。我国每年有 8000 万亿吨饲料粮和 1-2 亿吨农作物秸杆等被粉碎加工成饲料。饲料粉碎机保有量为 150 万台以上，每年消耗动力为 20-30亿千瓦小时。现有粉碎机能耗很大，在能源紧张的情况下，对粉碎机的高效节能研究更具有重大意义和迫切性。 最近十余年来 , 世界上 对肉、蛋、乳的需求有很大的增长 , 而每生产吨肉或蛋需要混合饲料 3.5 4.0吨 , 每吨乳需要 0.3吨精料。根据估计 , 全世界每年大约要用粉碎机粉碎六千万吨谷物和其他饲料。随着饲料消耗量的增加 , 饲料加工机械近些年来有了很快的发展。此外 , 随着科学技术的不断进展 , 也为粉碎机械的改进提供了不少方便之处。例如 , 采用了先进的电测仪器和高速摄影技术 , 为粉碎机的性能侧定提供了方便 , 弹性力学的发展为粉碎理论的建立奠定了基础 , 相似理论的发展为粉碎机械的系列化设计提供了依据 , 金属材料的进步为高强度耐磨部件的出现提 供了可能性。 饲料工业使用的粉碎设备有很多种形式。其 中，锤 粉碎过程的研究进展长久以来 , 研究粉碎机械的一些学者们 , 皆认为饲料在粉碎机内的粉碎过程 ,大致可分为三个步骤 ：（ 1） 饲料颗粒落人粉碎室内后 , 首先受到锤片的正面冲击 ； (2) 受冲击后的颗粒以一定的速度冲向齿板 , 被弹回后再次受到锤片的冲击 ； (3)饲料颗粒与筛板和锤片产生摩擦 ， 颗粒之间彼此互相碰撞。这些学者们在上述假定的基础五推导了一系列的计算公式 , 大作数学游戏的文章 , 对解决实际问题并没有很大帮助。此外 , 在粉碎机上还有一个很重要的问题 , 长久以来 一直没有弄清 , 那就是如果把单颗饲料放到平板上 , 受到工作部件 的冲击或挤压时 , 只需要很小的能量就能碎裂 , 但是当把饲料放到粉碎机中去粉碎时 , 则往往要耗费几十倍的能量才能碎裂参这究竞是什承原因一直没能得到满意的答案。 直到近些年来 , 由于高速摄影技术的进步 , 才有可能实地观侧粉碎机内的粉碎过程 , 通过对影片的分析 , 获得很多新的发现 , 从而否定了许多前人所建立的假说 , 提出了一些新的见解。 片式粉碎机因其占地面积小、粉碎效率高、耗电量小等优点，得到了最广泛的普及应用。 最早的锤片式粉碎机都只有一个运行速 度， MIAG公司在上世纪 50年代研制的 H880型锤片式粉碎机同时配用两台转速不同的电动机，使该公司当时不仅在制粒方面，而且在锤片式粉碎领域都处于领先地位。该机型可称为第一台真正用于配合饲料工业的锤片式粉碎机。当时，人们对转子的转速 3000r/min是很nts 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 3 - 推崇的。在以后的数年，人们的注意力集中在降低锤片式粉碎机的工作噪声上，其主要措施之一是降低转子的转速，一般降为 1000 1500r/min。为保持恰当的锤片末端线速度，粉碎机的转子直径必然要同时增大。 Biihler-Beka公司研制了这类机型的第一代产品 zinal系列粉碎机，其转子直径约为 11001200mm，粉碎室宽度为 350 650mm。随后又有被称为大型粉碎机的产品不断问世，典型的如 Lame-miag公司产品，其粉碎室直径为 1200mm，筛板宽度达 1100mm；Amandus kahl公司生产的 Akana2000型，其转子直径为 1200mm，筛板宽度1000mm，配用动力 355kW； Afall/zaragoza公司的产品，其粉碎室直径达 1446mm，筛板宽度达 1100mm。 综合各种资料可以发现，大多数锤片式粉碎机尽管有许多相同之处，但仍存在很大区别 ，其重要原因在于饲料厂所用原料的不同。欧洲的饲料厂多为混合粉碎（先配料后粉碎），且经常没有任何谷物原料；而大多数美国的饲料配方是以 50%的玉米或小麦为基础的，很少使用难以粉碎的比如燕麦、大麦之类的谷物等，原料水分也略低于欧洲 ， 国内的情况与后者基本相似。 大多数锤片式粉碎机都具有结构对称，转子可正反转以利用锤片两侧的特点，外形多为上部带斜角的矩形，同时水滴式的也较流行，转速 为3000r/min， 1500r/min左右。它们的主要区别在于美国的产品追求筛板面积大，而欧洲的讲究冲击齿板面积大。例如，美国的 Champion公司及 Jacobson公司等标榜自己的产品为全周筛，而欧洲最为典型的是荷兰的 Van Aarsen公司的 2D系列锤片式粉碎机，其冲击齿板面积几乎达整个粉碎室外周围面积的一半（占46%）。其次在于筛板的安装。美国锤片式粉碎机在安装、更换筛板时必须停机并且打开机壳才能进行，而欧洲的许多锤片式粉碎机是从轴向插入式，不需停机和打开机壳即可抽出原有筛板，插入新换筛板；还有的机型可沿轴的一端插入从另一端抽出，更进一步的还可自动遥控换筛， Van Aarsen公司的 2D系列锤片式粉碎机两侧装有遥控电动换筛装置 ，在运行中即可更换。 几乎所有的锤片式粉碎机都有一个共同的缺点，即粉碎后物料的粒度不够理想，因为饲料原料经锤片粉碎后的物料粒度分布接近于对数 正态分布，也就是说粉碎后物料粒度是不均匀的。传统的锤片式粉碎机控制粉碎物料粒度的能力是有限的，虽然锤片的厚度可影响粉碎物料的粒度（较厚的锤片会产生较多的细粉，较薄的锤片粉碎物料的粒度略粗），但锤片不易经常更换，所以最初控制粉碎物料粒度的措施是采用不同筛眼的筛网或冲孔筛板等。 筛孔实际上控制的是最大粒度，粉碎物料的粒度分布仍为对数 正态分布，粒度仍然不均匀。 后来，有些锤片式粉碎机采用不同速度的电动机来驱动，高转速（ 3000r/min）用于细粉碎，低转速（ 1500r/min）用于粗粉碎，但这两种速度差别太大，而且研究表明锤片末端速度对粉碎物料的粒度分布、对数标准偏差的影响也不大。近年来，还有些厂家推崇采用频率控制装置来控制改善粉碎粒度的均匀度，但这类设备的价格太高，难以应用于饲料生产。 为使粉碎粒度均匀合理，从上世纪 80 年代初，饲料行业就开始尝试从nts 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 4 - 其它行业引入循环粉碎，先粉后筛、筛后再粉的分步粉碎工艺，同时可提高粉碎产量和粉碎效率、降低粉碎电耗。在组合这 些工艺时，只需将粉碎机与筛分设备按一定的关系进行组合，即在粉碎工序中增加筛分设备。这样一来，粉碎机的功能就发生了变化，在一次直接粉碎（不加设筛分设备）时粉碎机既要负责粉碎，又要负责筛出最大粒度；而在循环粉碎中，粉碎机只负责粉碎，把控制粉碎物料粒度的任务交给了相配套的筛分设备。在组合这些工艺时，多用传统的锤片式粉碎机，也有一些厂家开发了一些新型设备，如 Berga 公司的 “ 能控制制粒度的粉碎机 ” ，仿照传统的结构，将排料方式改为根据情况让待粉碎物料在粉碎室内运行一周或半周时从粉碎室内排出，这样可省去复杂的换筛装置或 昂贵的双电动机，只需配以筛分装置即可准确地控制粉碎物料粒度，将不合要求的（过粗的）物料返回粉碎室。粉碎物料在粉碎室内运动半周后即被排出机外的锤片式粉碎机统称为开放式，它不仅减少了能耗和机件的磨损，而且还提高了粉碎效果和生产效率。 为避免不必要的料粒运动，还有其它变型粉碎机，如涡轮粉碎机，其特点为在粉碎室筛板的末尾或在与进料口约成 270 角处，使未过筛的粗粒物料沿垂直方向向上抛出粉碎室，然后靠重力作用返回粉碎区。该机型的优点是不需配备外设筛分设备，粗粒物料在机内自行循环；缺点是整机结构不对称，不能通过 简单调换转子旋转方向来利用锤片的两侧。 粉碎是饲料加工生产过程中重要工序之一， 粉碎 作业涉及到饲料加工成本（ 电耗、 易损部件） 、 重量损 耗（ 水分和粉尘） 、混合、颗粒饲料质量、畜禽鱼的生产 性能和家畜的健康（ 溃疡）、 操作环境的改善（ 粉尘、 声） 。因此，饲料粉碎技术改 进对提高饲料生产效率、 饲料产品质量和降低生产成 有着重要的经济意义， 也是许多研究人员一直探索 的课题。研究主要内容有粉碎效率的提高、 合理的粉 碎工艺、 粉碎机结构、粉碎机电耗、粉碎机操作的方便性、 粉碎粒度的大小和均匀性、易损部件的耐磨性、粉 碎机噪声的 控制、粉碎机的自动控制、对产品质量和畜禽鱼生产性能的影响等。 本文对饲料粉碎技术发展 进粉碎机的类型与粉碎机的结构粉碎机类型的不同及粉碎机结构的变化，对粉碎 物料的影响相当大。 根据粉碎物料的粒度可分为普通 粉碎机、 微粉碎机、超微粉碎机；根据粉碎机的结构可 分为销连锤片式、 劲锤式、对辊式和齿爪式。一般的畜 禽料通常采用普通的锤片粉碎机或对辊粉碎机， 幼小 动物、普通的水产饲料可采用微粉碎机、水滴式锤片粉碎机、爪式粉碎机，而特种水产饲料和水产的开口饲料需要采用超微粉碎机， 有的甚至需要用胶体磨才 能达到开口饲料所需要的粒度要求。 行综合分析， 以使饲料粉碎技术能更好地为饲料生 产服务。 普通锤片粉碎机是饲料工业生产中应用最广泛的。其粉碎原理是无支承式的冲击粉碎， 在粉碎过程 中，锤片与物料的碰撞绝大部分为偏心冲击，使物料在粉碎室内发生旋转，会消耗一部分的能量，这也是锤片粉碎机耗能高的重要原因之一。同时， 由于锤片 粉碎机的粉碎室结构和物料受高速锤片的冲击nts 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 5 - 作用，物料在离心力作用下会贴着筛面形成圆周运动， 产生 环流层， 大颗粒的物料在外层， 小颗粒的物料在内层， 粉碎达到粒度要求后小颗粒不能及时从筛孔正常排出，出现了物料与锤片的反复冲击，形成物料的过 度粉碎， 粉碎电耗增加， 粉料的温度升高，使物料内的水 分形成水蒸汽，水蒸汽与细粉末会粘附于筛板，更加严重堵塞筛孔，粉碎效率下降，尤其是在物料细粉碎时，环流对粉碎效率的影响更严重。要提高锤片粉碎 机效率， 就必须破坏粉碎过程的环流产生。 立轴式粉碎机也是锤片粉碎机的一种，粉碎过程可分成预粉碎和主粉碎 2个区域，其特征是采用了 环筛， 还有底面的筛板 ， 筛理面积大，有助于粉碎 后物料快速排料，同时由于物料的重力作用，环筛的垂直筛面上粘附物料少，筛孔通过能力强；粉碎机转子上的刮板保证了底筛的有效利用， 且产生一定的风压，促进粉碎 后物料的快速排出，有效提高了整个粉碎室的筛落能力，无需在排料中设置独立吸风系统，既省去吸风系统的设备投资， 又解决了长期困扰饲料 厂因吸风系统故障而产生的粉碎效率低下的问题， 且 减少了物料在粉碎过程中水分损失。 粉碎效率和粉碎 机产量有较大程度的提高，粉碎后的物料粒径均匀，潜在的细粉少， 粉碎电耗可以节省 。立轴式锤片 粉碎机适合于饲料粗粉碎及二次粉碎工艺前道粉碎，但不适用于物料的细粉碎。 对辊粉碎机是有支承的粉碎。物料的粉碎作用主要由对辊的剪切、挤压作用产生，外力的作用绝大部分用于物料的粉碎，物料的粉碎效率比较降低了 粉碎的能耗（ 没有物料的旋转、过度粉碎 ， 物料 的温度升高较小）， 据介绍，辊式粉碎机与传 统的锤片粉碎机系统相比， 节约能量在 60%以上。可 减少粉尘产生和维持费用， 降低噪音。粉碎过程中物 料水分损失少，粉碎产品的粒度均匀性好，产品的物理特征极佳， 有利于物料流动和混合。在物料的粗粉 碎中能取得较好的粉碎效果， 但辊式粉碎机不适用于 细粉碎，对多种物料的通用性也较差，尤其是各种物料混合以后的粉碎性能就更差， 轧辊的维修需要专用 设备，这些特性限制了对辊粉碎机在饲料生产中的应 用。 目前国内的一些次质小麦因价格便宜而广泛应用 于饲料生产， 开发粉碎小麦的专用粉碎机有相当的市 场需求， 对辊粉碎机在这方面应有一席之地。 锤片粉碎机是一个高速运转的设备。粉碎过程易 损部件是粉碎机的锤片和筛片， 也是粉碎过程中影响 粉碎成本的一个关键因素， 高质量的锤片可以降低粉 碎过程中锤片的消耗，提高单位时间内的粉碎机产量。 因此，加强锤片表面强化工艺的研究十分必要，以 提供各饲料厂家迫切需求的高耐磨性， 高使用寿命的 锤片。粉碎机锤片的寿命与机械加工的性能有关， 锤 片的材质选用和热处理方式的不同是影响其寿命的主要因素。为了增加锤片的使用寿命， 研究人员对锤 片的结构参数和热处理进行了一系列的研究， 锤片强 化研究应从耐磨、 耐冲击、高寿命、低成本等方面综合考虑。主要有 3 种途径： 1.采用高合金的耐磨材料作 为耐磨件， 如高、中锰钢、高铬铸铁等； 2.利用表面抗 磨处理工艺， 如表面渗硼、渗碳、硬质合金堆焊等表面 强化处理； 3.用热处理的手段来改变材料的组织，获 得各种耐磨的、 高nts 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 6 - 硬度的结构来提高耐磨性。要防止 筛片在粉碎过程中的破损， 就必须保证筛片的强度和 刚度， 合理的开孔率和冲孔技术优劣对筛片的强度有 较大的影响， 筛片耐磨性亦应主要从材料的选择和热 处理技术上考虑。 粉碎工艺是饲料粉碎技术中比较重要的 一个环节， 合理的粉碎工艺能使粉碎粒度符合要求和生产量 合理， 同时可节省粉碎过程中的能量消耗。粉碎工艺的选择应由产品质量、 粉碎粒度、加工成本、投资额大 小等来确定、从粉碎的先后有先配料后粉碎、先粉碎后配料或者是两者的综合；从粉碎的次数有一次粉碎、 二次粉碎和单一循环粉碎。先配料后粉碎工艺有 利于控制饲料产品粒度的均匀性， 有利于某些油性物 料和粘性物料等粉碎适合于加工含副产品较多的畜禽饲料和水产饲料以及宠物饲料； 先粉碎后配料工艺 可根据物料的特性配备相应的粉碎机，针对性强，但对于多品种物料粉碎带来不便； 对较粗的粒料进行 先 粉碎，然后配料混合后进行粉碎，是先粉碎与后粉碎工艺综合应用，有利于物料混合均匀，有利于物料碎粒度的降低，该工艺适合于特种水产饲料；大型畜禽饲料生产厂可采用二次粉碎或单一循环粉碎艺，前道粉碎可采用筛孔较大粉碎机或对辊粉碎以提高粉碎机的产量和节省粉碎电耗； 小型饲料生 厂可采用一次粉碎工艺， 以节省设备的投资。 综上所述，纵观锤片式粉碎机为适应饲料粉碎的特点及需求的演变过程，可以得出以下大致的发展过程与趋势：锤片式粉碎机的转速从单速驱动发展为双速驱动，目前正向变速驱动发展；由原来的既粉碎又控制物料的最大粒度 向只负责粉碎而配置相应的筛分设备的方向发展；粉碎室内的粉碎区即有效粉碎点的数量由一个发展为多个；欧美各国因为饲料原料的特点曾使锤片粉碎机向两个方向发展：美国式追求筛板面积大，而欧洲式讲究冲击齿板面积大。锤片式粉碎机 有两类型式 发展，在选择时根据各自饲料原料的特点来考虑 ，本文是结合了国内外发展的趋势和我国国内的情况，设计的一个适合我国秸杆等饲料原料加工的锤片式粉碎机。 1.2 三维实体设计在我国农业机械设计的作用 我国是一个农业大国。 进入 21 世纪，特别是我国加入 WTO 以来，我国农机工业和农机化事业出现了一些新的变 化， 尤其是大面积的使用农机具以提高劳动效率，降低成本将是一个必然的趋势。 在我国的诸多农机产品中，不仅种类繁多，其技术含量有高也有低，但总体来看与国外发达国家还有一定差距，与我国农村的市场需求也存在一定距离。 在这样的形势下，我们就更加需要利用先进的手段来进行产品开发工作，争取以最高的效率和最低的成本为广大农民兄弟提供最高效、最便捷的农机产品。 这样三维农业机械化的设计对新时代的发展来说就显得尤为重要了。目前以三维设计为基础的农业机械化设计道路，正在以崭新的姿态应用于大中型农业机械的生产当中。随着各种三维设计软 件功能的日益强大化 ,更加促进了的nts 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 7 - 三维设计的发展。不远的将来 ,以三维设计软件为基础的农业机械化设计道路 ,将得到广大的普及和实际的利用。我们不但可以利用三维设计软件进行零件的设计，更加可以进行虚拟的装配设计，最后我们可以利用装配关系来进行运动的仿真，既可以实现干涉的测量，又可以进行产品说明展示和应用，最终实现产品的优化设。 目前 我们不但应用三维设计软件来进行实体零件的设计、装配等产品设计设计工作，而且三维加工软件在实际的生产中也起到了重大作用。我们可以利用三维软件的制造模块来对建构的实体进行 NC 加工的模拟，而且可 以模拟加工走刀的路径，和 NC 模拟切削，最后，我们还可以对工件进行过切的检测。当一切工序完成后，我们就可以生成 NC 数据，直接输入加工中心进行应用。这样可以大大的降低工人的劳动强度，并且能更好的体现设计者的设计思想。 由此可见，机械现代化的发展和先进设计软件的应用是分不开的，合理有效的利用三维软件，是加快设计，制造，生产等一系列流程的循环时间，使陈旧的生产模式在质量上得到飞跃！虽然目前我国农业发展对三维软件的应用还在少数。但我相信，这种快捷的生产模式必将是未来发展和新型建设的趋势和动力所在。 nts 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 8 - 2.水滴式饲料粉碎机的总体设计 2.1 电动机的确定 电动机的功率计算 跟据公式有 N=K Q 其中 K 功率系数 Q 台时产量 这里取 K=10.5，而已知 Q=0.6t/h 于是所需电动机的功率 N=10.5 0.6=6.3kw 取 粉碎室的宽度 B 是 280mm 转子直径 D 为 560m， 在由公式： 2kBz（ 2-1） 确定锤片的数量，粉碎机宽度 B 为 280mm,取锤片厚度为 5mm ,而锤片配置密度系数 k 一般取值 0.2 0.42,本次取为 0.42，算得 z=（ 0.42 280） /5=23.52所以确定锤片的数量 z 为 24 片。 图 1 电动机尺寸图 JO4-52-Z 结构尺寸如上图 表 一 电动机的主要参数 2.2 基本结构组成 1 进料口和喂料器 （ 1）本次设计的饲料粉碎机属于中型机械 故选为径向进料方式。 （ 2）喂料器的选用：为保证粉碎机能够连续稳定的工作，需要配有能够连续稳定的供料系统，能够方便的调整物料流量的喂料器，常用的喂型号 同步转速 r min 额定功率 /kw 额定转矩 N m JO4-52-Z 2910 7.5 2.2 额定电流 A 额定电压 V 电机重 Kg 15 380 7.5 nts 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 9 - 料器是皮带式喂料器，本次设计亦采用此种结构。 2 水滴式锤片饲料粉碎机基本构造 包括水滴形筛板、转子、锤片、用于锤片间定位的套筒、固定在转子周围的冲击齿板、 喂入口、抛送室、风机叶片、上机体 、电机、下机体、机座、粉碎室等主要结构构成。 2.3 工作原理及力学分析 传统的粉碎机 均使用环形筛。由于环形筛与转子同心，锤片与筛子之间有一段距离，这样就给物料提供了一个环状的运动空间。当物料进入粉碎室后，被锤片打击而被锤碎，并随锤片做高速旋转。由于颗粒大小不一样，颗粒大的分布在环流层的外圈，颗粒小的在内圈运动，这种分布状况恰与生产要求相反，不但阻碍小粒粉料的过筛，也减少了大粒料受锤片击打的几率，所以必然导致粉碎机生产率的提高受到限制。 而本次设计的饲料粉碎机采用了水滴形的筛片，物料喂入粉碎室后，受锤片打击而进入环流层。当环流的物料转过 270o 后，便以切线方向向对面筛片撞击，部分粒度合格的 物料穿过筛孔，不合格的物料重新落入锤片回转区，再次受锤片的打击。这样，物料每环流一次，环流层就彻底的破坏一次，从而增加了锤片打击物料的几率，改进了粉碎机的性能和排粉能力。 其两大特点：（ 1）粒度均匀，粉末少，且物料升温小。 （ 2）功率消耗少，生产率高。 图 2. 粉碎机结构示意图 1. 上机壳 2.筛片 3.锤片 4.侧门 5.转子 6.电动机 7.筛托 8.下机 壳 9.下料斗 锤片式粉碎机转子轴组所受的外力只有锤片对物料的打击力，锤片是在高速运动状态下与物料颗粒碰撞来击碎物料，为减少由锤片传到轴承传到机体上的冲击力，应使锤片回转中心与销轴的轴线重合。对于矩形锤片来说，锤片中心与销轴中心之间的距离 l 应 符合下式： nts 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 10 - yxxl 42 2 （ 2-2） 式中： 222 adcax ， 862222 dd caacy 我国锤片式粉碎机的锤片以制定了行业标准，根据农业机械手册，此次设计选用 型锤片，其基本尺寸为： 表 二 锤片的尺寸表 形 式 尺 寸（ mm） a b c d e 140 5.05.0100 60 30.50 5 baclle图 2 附锤片受力运动示意图 故根据上式和上述数据带入数据： 21405.306014022 x=332.6 y= 3.110038 5.305.3014.36 60140601402222 故算得 l =30.32mm 由上述粉碎理论分析可知，当质量为 m 的物料由喂入口向机体内运动时，在 t 时间内速度由 0 增至 V1 时，由冲量定律可知 物料受到的打击力为 1F ： nts 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 11 - 1F =111 60 tm DntmV （ 2-3） 式中 m 物料的质量， D 转子直径， m V1 锤片的末端线速度， m/s n 转子转速， r/min 1t 物料受打击的时间， s 3.关键部件的设计 3.1 锤片的设计 3.1.1 锤片的种类 锤片的种类有许多，按外型分有矩形锤片、阶梯形锤片、 多角形锤片与尖角形锤片 等（如下图 5） 。 其中矩形锤片因其通用性好、形状简单、易制造和节约原料而应用最广。它有两个销孔，其中一销孔连在销轴上，可轮换使用四个角来工作。在角边堆焊碳化钨或特殊的耐磨合金，可以延长使用寿命 2 3倍，但制造成本较高。阶梯形锤片耐磨性能差，多角形锤片与尖角形锤片相似，它们具有粉碎效果好、使用寿命长的优点，但制造复杂、生产成本高。我 国的锤片式粉碎机的锤片已标准化， 1986 年由中国农机院拟定的机械工业部部标三种规格，都是矩形双孔锤片，其中 I 型用于小型粉碎机 。本文选用矩形锤片。 ( l )( k )( j )( i )( h )( g )( f )( e )( d )( c )( b )( a )（ a)矩形锤片 (b) (c) (d)两端堆焊耐磨合金的矩形锤片 (e)阶梯锤片 (f) (g)两端有尖 角的锤片 (h)周边锯齿圆形锤片 ( i) (j)组合锤片 (k)椰头式锤片 (l)双菱头锤片 图 3 锤片种类和形状 nts 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 12 - 3.1.2 锤片的材质与热处理 锤片的材料与热处理工艺的选择很重要。目前我国常见的有低碳钢固体 渗碳淬火、中碳钢热处理、特种铸铁和在锤片工作棱角堆焊耐磨合金等多种方式。不论何种方法都应在保证耐磨耐用的同时，保证锤片耐受冲击、生产安全。当采用 45 号、 65 号、 65Mn、 60SiMn 等优质钢做锤片的材料时，热处理后淬火区硬度为 HRC50 57，非淬火区硬度不超过 HRC28。一般使用 60 100 小时后锤片应换角使用。为延长锤片寿命，最常见的方法是堆焊碳化钨合金，焊层厚 13mm。其使用寿命比 65Mn 整体淬火锤片的使用寿命提高了 7 8 倍，但成本高出 2 倍。堆焊碳化钨锤片的缺点是对焊接工艺和转子平衡的要求较高。 选 用 65Mn 的锤片，经渗碳处理，渗碳层深度 0.8 1.2 毫米， 淬火后硬度达 HRC50 58。这种锤片粉碎含水 10 12 的玉米时，使用寿命为 120 小时左右；采用 45#钢经碳氮共渗，硬度为 HRC56 62 的锤片，粉碎含水 10 20 的玉米，使用寿命一般是 160 小时左右；采用 钢，先渗碳后渗硼的锤片。使寿命是 350 小时左右；采用 45#钢在工作边进行碳化钨合金堆焊的锤片，使用寿命一般为 600小时左右。如以 65Mn渗碳处理的锤片使用寿命为 1的话， 45 钢碳氮共渗为 1 3 3A渗碳硼为 3。 45#碳化堆焊为 5。 从以上数据可知，锤片使用低碳钢经渗碳渗硼处理，以及 45#钢经碳化钨合金堆焊处理后，使用寿命明显得到提高，先渗碳后渗硼的锤片具有其它化学热处理难以达到的硬度 (表面硬度在 HV1200 2000)，而且其外层是 FeB，硼化铁十分耐磨，使得锤片在工作时不会产生脆性剥落现象，从而起到保护作用。碳化钨合金的堆焊是借助于基体金属熔化将其粘合在一起， 堆焊部份的硬度可以达到 HRA93 93.7因而此处理方法的锤片也十分耐磨，但是专业生产厂家在堆焊过程中，比较难控制堆焊量 ，因而生产成本比 65Mn渗碳处理高两倍。但使用寿命比 65Mn渗碳处理的锤片高三倍以上。因此选用 45#钢碳化钨堆焊的锤片是比较经济划算的。 本文选取锤片的材料采用 45#钢材料 ，在边缘部分进行渗碳处理，渗碳深度为 0.8-1.3mm。 3.1.3 锤片数量的确定 锤片数量对粉碎的性能也有一定影响。片数太多，打击次数多，功率消耗大，效率下降；片数太少，粉碎能力降低，效率也下降。偏离最佳值，效率就会下降。锤片数 Z由下式确定： 04.195 28034.0 kBz（ 3-1） 式中： B一粉碎机宽度 (mm) 一锤片厚度 (mm) k一锤片配置密度系数，一般取 k=O.28 0.42 nts 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 13 - 由于需要对称布置，故取为 24 片 。 3.1.4 锤片的排列和厚度 锤片安装在转子销轴上的位置，称做排列方式。它关系到转子平衡、物料在粉碎室内的分布、锤片磨损的均匀程度。对锤片排列的要求：锤片的运动轨迹不重复、沿粉碎室宽度锤片运动均匀、物料不被推向一侧、有利于转子的平衡。 常用的锤片的排列方式 有螺旋线排列、对称排列、交错排列和对称交错排列四种。 以往机器采用交错排列，不仅不能满足动平衡要求，而且工作时物料略有推移，销轴间隔套品种应用较多。 对称排列的锤片运动轨迹重复，在相同轨迹密度下，需用较多锤片。优点是对称销该设计选用的锤片是对称排列的。轴的离心力合力作用线重合 e=0 且大小相等，因此可以相互平衡，故转子运行平稳，物料也无侧移现象，锤片磨损比较均匀，且磨损量特别小，故应用最广。 对称交错排列不仅轨迹均匀，不重复，而且锤片排列左右对称，四根销轴上的合力作用在同一平面上，对称 轴相互平衡，因此平衡性能好。 本次设计就采用了对称交错排列。 锤片的排列方式如下： 图 4 锤片式粉碎机转子锤片的布置方式 转子的动平衡计算，如下： （ 1） 在每根锤片轴上分布 8 根的两轴所构成的平面上 nts 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 14 - A BF F F F F F FFF F F F F F F F图 5 锤片式粉碎机转子平面受力图 设每个锤片旋转时所产生的离心力 2mrF ， 两标线之间的距离为 l 由于有关 离心力的各参数在锤片之间均相同，故各锤片所产生的离心惯性力均相等。 且两根轴的转子数目相等，且相对于中间线对称布置。 0F 于是满足静平衡要求。 对两端轴承 A、 B 分别取矩 02425141311122 FlFlFlFlFlFlFlFlFMA 同理： 0 FMB 在此位置 A、 B 两处满足动平衡。 （ 2）在每根锤片轴上分布 4 根的两轴所构成的平面上 BAF FF FFFFF图 6 锤片式粉 碎机转子平面受力图 由于有关离心力的各参数在锤片之间均相同，故各锤片所产生的离心惯性力均相等。 且两根轴的转子数目相等，且相对于中间线对称布置。 0F ， 于是满足静平衡要求。 对两端轴承 A、 B 分别取矩 01615910 FlFlFlFlFMA nts 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 15 - 同理： 0 FMB 在此位置 A、 B 两处满足动平衡。 据有关资料及试验表明。当转子高速旋转时，锤片在物料中搅动，好象若干把切刀，锤片过厚，则效率不高，但过薄又易磨损，故 在我国是根据性能价格比来定的，一般采用 5mm或 6mm的矩形锤片。转子上锤片的多少对粉碎能力有较大的影响，每个锤片数目通过正交试验得到 并以锤片密度来衡量。我国一般现行的是低密度用于粗粉碎高密度用于细粉碎。由于粉碎机在粉碎玉米等脆性物料时，主要是锤片的高速冲击使物料颗粒受弯矩而粉碎的而在粉碎秸秆、茎蔓类物料时，则主要是由于锤片的高速冲击使物料与锤片的棱角和筛片、齿板发生剧烈的搓擦而粉碎的。试验证明薄锤片有利于这两种物料粉碎过程的进行：在同等条件下粉碎玉米用 3 mm厚锤片时产量为 ll4.7 kg(kW h)，比用 5 mm厚锤片产量 100.2 kg(kW h)提高 14.5，但薄片耐磨性差，在具体确定时，要根据实际情况而定。因为本文所设计的粉碎机主要用于谷类物料，故选取锤片厚度为 5mm。 3.1.5 锤片末端线速度的确定 粉碎机锤片的线速度对粉碎机主要性能指标有着极为重要的影响。因为锤片式粉碎机主要是靠冲击来粉碎物料的，在粉碎机其它结构参数均不变的情况下，锤片施予被粉碎物体的能量是与锤片线速度的平方成正比的， 锤片末端线速度 V增大时，增强锤片对物料的打击、搓擦和磨碎作用，能增加粉碎能力和产品细度，但 V过大 会使机器的空载功率增加，同时因转子不平衡产生的噪音和振动也随之增加，粉碎能力反而下降，因此，合适的 V值对提高粉碎机性能至关重要。根据有关资料介绍，不同的物料需要不同的 V值 (见表 2)。 表 三 不同物料的 v值表 物料 高粱 玉米 小麦 黑麦 线速度 m/s 48 52 65 75 物料 大麦 燕麦 麸糠 燕麦壳 线速度 m/s 88 105 110 115 计算锤片末端的线速度： 由于转子直径选为 560mm，且电机转速已选定为 2910r/min，且经过联轴器直接连接于转子的主轴之上， 根据 公式： smdnv /99.8460000 291056014.360000 （ 3-2） 在实际生产中，粉碎机的应用是多元的，需要通用性比较强的。根据试验nts 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 16 - 及使用的经验，目前我国常用的锤片式粉碎机的锤片末端线速度多在 8090m/s。 所以本文选取锤片末端线速度 V 为 80 90m/s。 上述算得数据满足上述末端线速度的选取范围。 3.1.6 锤 筛 间隙的确定 锤筛间隙是指转子旋转时锤片末端与筛板内表面之间距离，它直接决定粉碎室物料层的厚度，物料层太厚，摩擦粗碎作用减弱，粉碎可能将筛孔堵塞而不易穿过筛孔：物 料厚太薄。则物料太易穿过，对粉碎粒度有影响。 锤筛间隙对粉碎机的工作性能有较大影响。当锤筛间隙较大时，在饲料中靠近筛面饲料颗粒运动速度较慢，合格的产品容易穿过筛孔，但外圈稍大的饲料颗粒不易与筛片接触，受打击的机会少，同时筛片对它们的摩擦作用也会因速度低而减弱，因此度电产量下降，成品变粗。间隙大到一定程度时，筛面上的饲料颗粒运动速度过慢，甚至堵塞筛孔，使生产率进一步下降。当锤筛问隙过小时，外圈饲料受到锤片打击的机会多，在筛面上的饲料运动速度高，不易穿过筛孔，使摩擦粉碎的作用增大，将饲料粉碎得过细，更加不利于排粉 ，不但 浪费动力，使度电产量下降，而且成品也显过细。 度电产量（锤片间隙/谷壳高粱605040302010161412108图 7 锤筛间隙与度电产量的关系 nts 黑龙江八一农垦大学毕业论文 - 17 - 锤片间隙图 8 锤筛间隙图 间隙的大小主要取决于筛孔直径和被粉碎物料的品种。对于一定物料和筛孔有其 最佳的
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