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机械毕业设计论文
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机械毕业设计789毫米级木材制粉机结构设计,机械毕业设计论文
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摘 要 文章介绍了生物质的能源的储量，生物质污染，我国能源紧缺问题，我国生物质燃油技术的发展，生物质利用的途径，生物质加工工艺以及粉碎机的粉碎理论，联系生物质燃油技术的发展现状，探讨了对现有的粉碎机进行优化设计。并且设计了一台毫米级木材制粉机，来满足未来生物质燃油的大规模生产的需求。查阅国内外资料，对影响制粉效果的主要因素进行了分析。例如锤筛间隙、锤头数目、筛孔的分布以及角度等因素作了分析和试验。本设计利用实验数据得出最优化的设计方案，针对目前国内木粉机存在的问题，找出了影响木粉机工作性能的因素以及它对 产量和粒度的影响，该设计具有应用范围广、科技含量高、经济效益好、环紧污染少、制粉粒度小、结构简单等特点，是能够适应和满足生物质燃油大规模生产需求的制粉机械。 关键词： 能源；生物质；木材；设计；制粉设备nts ABSTRACT This paper introduces the biomass energy reserves, biomass energy shortage problem in China, pollution, biomass fuel technology development, biomass utilization of biomass processing technology, and the theory of contact, grinding mill biomass fuel technology development present situation, discussed the existing pulverizer optimization design. And the design of a millimeter grade wood powder, to meet future biomass fuel mass production needs. The domestic and foreign material, the influence factors of powder is analyzed. Screening for clearance, hammer hammer, the distribution and the opening Angle of the analysis and test. This design using the experimental data of optimization design scheme, the problems existing in the wood powder machine, influenced the wood working performance of the machine and its influence on the yield and grain, the design has wide application range, high science and technology content, good economic benefit, less pollution, tighten powder size is small, simple structure and so on, is able to adapt and satisfy the demand of mass production biomass fuel pulverizing machinery. Keywords： energy； biomass； timber； design； powder manufacturing apparatus nts 目 录 摘要 . Abstrac . 第 1章 绪论 .1 1.1 生物燃油的发展现状及我国发展生物燃油的必要性 .1 1.2 我国的生物质能源的储量 .2 1.3 木粉机的现状 和生物质的粉碎 .2 第 2章 制粉机参数分析 .4 2.1 制粉机工作原理 .4 2.2 影响粉碎效果的几个主要因素 .5 2.2.1 锤筛间隙 .5 2.2.2 吸风量及其筛分能力 . 5 2.2.3 再粉碎室 . 6 2.2.4 锤筛间隙、筛孔与粒度、电耗关系 . 7 2.2.5 锤片排布 . 7 2.2.6 筛孔的合理分布 . 8 2.2.7 筛板的开孔率 . 9 2.2.8 筛板的棱角筛孔 . 9 2.2.9 筛片包角对粉碎效率的影响 . 10 2.2.10 筛板振动的影响 . 11 2.2.11 碎室形式的影响 . 11 2.2.12 转自偏心的影响 . 11 2.3 粉碎机的能耗 .11 2.3.1 试验设计及试验数据 . 12 第 3章 粉碎机主要参数 . 14 3.1 粉碎机传动系统的确定 .14 3.2 功率的确定 .14 nts 3.3 轴的设计 .14 3.4 轴承的选择 .16 3.5 电机的选择 .16 第 4章 减速器设计计算 . 17 4.1 选电机类型 .17 4.2 运动和动力参数计算 .18 4.3 带传动设计计算 .19 4.4 齿轮基本结构及尺寸 .21 第 5章 主要部件选用及校核 . 26 5.1 轴的设计计算及校核 .26 5.1.1 轴的强度校核 . 26 5.1.2 轴的强度校核 . 29 5.2 轴承的选择及校核 .33 5.2.1 轴轴承的选择 . 33 5.2.2 轴轴承的选择 . 33 5.3 键的选择与校核 .34 5.3.1 轴 带轮处 . 34 5.3.2轴 齿轮处 . 34 5.3.3 轴 联轴器处 . 35 5.3.4 轴 齿轮处 . 35 5.4 联轴器的选择 .35 5.4.1 联轴器选择依据 . 35 5.4.2 联轴器型号的确定 . 35 5.5 减速器其它附件的设计 .36 5.6 轴承端盖结构及尺寸 .37 5.6.1. 凸缘式轴承端盖简图 . 37 5.6.2. 轴承端盖基本尺寸 . 37 结论 . 38 参 考文献 . 39 致谢 . 41 nts 附录 .错误 !未定义书签。 nts nts1 第 1 章 绪 论 1.1 生物燃油的发展现状及我国发展生物燃油的必要性 生物质液化燃油简称生物燃油 (Bio-fuel-oil)，其是一种以废弃生物质为原料，经特 殊的热化学液化工艺转化及分离所获得的新型、绿色和可再生的生物质液体燃料。这里所说的生物质是指由光合作用产生的各种植物物质和动物废弃物。生物燃油具有取之不尽、用之不竭的特点以及优良的环保特性。生物燃油不含硫，其碳的循环是动态的，每两年即可完成“ 光合作用 +二氧化碳 生物质生物燃油光合作用 +二氧化碳生物质”的闭合循环链，理论上可实现对大气环境的“ 零”排放。因此，生物燃油是一种真正的可再生绿色环保型新能源，使用生物燃油，可有效地保护自然环境、维护生态平衡，环保效益巨大。 生物燃油的研发现状 在生物质 的能源化利用领域中，生物质热裂解液解制油试验装置，得出了各运行参数对生物油的产率联机分析系统定量分及组成的影响程度，并用 GC-MS 析了生物油的主要组分。在此基础上，针对已有的生物质热裂解液化工艺中能源利用率不高以及液体产物不，研发了生物质整合式热裂解分级制取液分级等缺点，达到的生物质处理量，适合规模体的燃料装置 20kg/h 化制取代用液体燃料，目前正在开展深层技术和扩展应用的研究。此外，近两年东北林业大学、中国科学院广州能源所、哈尔滨工业大学、上海理工大学等也开展了实验室规模的相关研究。 我国发展生物燃油的必 要性 近年来，我国国民经济发展速度远远超过了资源发展速度，石油安全问题日益凸现。相关数据显示， 2007 年中国进口石油达 0.7 亿吨 ，而 2005 年中国石油消费达到 3.2 亿吨，对外依存度近 50% ，预 2020 年中国石油消耗将达到 5 亿吨左右。专家认为，中国的能源 :即油价风险、油源风险、通安全现在正面临四大风险道风险和政治风险。油价攀升将导致我国外汇支付大量增加， 2004 年我国进口石油花掉 430 多亿美元， 2005 年花掉 500 多亿美元。目前全世界年产原油 38 亿吨，真正进入国际石油贸易的只有 22 亿多吨，其中美国一年进口 石油 7亿多吨，占世界整个石油贸易总量的 1/3。日本年进口石油 2.6 亿吨，韩、德、法等国年进口石油都在 1 亿吨以上。在这种情况下，各石油消费国围绕石油，我国可能面临无油可买的局资源的争夺将愈演愈烈面。而发展生物燃油可缓解我国柴油供应紧张的局面，减少石油进口，为能源安全提供保障。同时随着我国汽车保有量的急剧上升，汽车尾气已成为我国大气污染，要改善汽车尾气排放，的重要原因。从炼油角度考虑必须调整炼油装置，由此将带来油品生产成本的提高。而以生物燃油替代普通柴油不失为卓有成效nts2 的方法之，发展生物质燃油对恢复生态、农村经济 发展。此外增加农民收入也将具有重要意义。因此，我国发展生物，战略燃油具有显著的社会效益、环保效益及经济效益意义重大。 1.2 我国的生物质能源的储量 我国是一个农业大国，可利用的生物资源十分丰富。例如，我国每年可产各种秸秆、米芯、棉柴、稻壳等农 7 亿多吨，约合 7 亿 2 3 亿吨石油当量目前，业废弃生物质用于取暖做饭、饲料加工、人造板和就地粉碎还田等近 3 亿 ，尚有 4 亿多吨未利用。除了上述农业秸秆类废弃生物质以外，我国每年产有亿 1.3 标准煤的薪柴生物以及 2亿吨标准煤的城市有机垃圾有待处理和利用。薪柴生物质通常指薪炭林 产出的薪柴及用材林产生的枝桠、木材加工的下脚料，目前我国年产薪柴约为 2.1 亿立方米 ，其热值约为 15MJ/Kg 。因此，我国目前每年至少有 4 亿吨标准煤的废弃生物质资源可以利用，它相当于至少每年有 3 亿吨生物燃油的开发潜力。利用农业废弃生产生物燃油不但可以降低生产成本，还能变废为宝，减少环境污染，在我国目前是一个比较可行的方案。充分发挥生物燃油每年 3 亿吨的开发潜力， 足可产生巨大的社会效益和经济效益。 1.3 木粉机的现状和生物质的粉碎 国家高新技术浙江丰利粉碎设备有限公司结合国内外先进技术自主创新研制出MFJ-500 型超细粉体制粉设备。该机整机性能稳定、效率高、占地面积小、易安装，特别适用于木屑类、纤维类等纤维性物料的超细粉碎加工，细度可达 400 目 600 目。但是目前的粉碎机生产的木粉无论从细度和产量上都无法满足大规模加工生物燃油的的需求。所以是本次设计锤式粉碎机的目的就在于提高产量和加工细度。 生物质的粉碎是加工生物质燃油的一个十分重要的环节，也是保证生物质燃油大规模生产的基础。生物质粉末的细度越高，化学反应越充分，生物质燃油的产量越高。所以本设计目的就是设计出一台高产量高细度的木粉制造设备 -毫米级木材制粉 机。 粉碎和破碎的方式主要有挤压 、弯曲折断、剪切、撞击和研磨。为了使物料获得更好的粉碎效果，各种粉碎机综合利用了多种粉碎方式，其中，锤片式粉碎机广泛应用，粉碎效果良好，性价比高。 nts3 图 1-1 木粉生产工艺流程示意图 1 木屑 ； 2 木材枝丫 ； 3 削片机 ； 4 锤式粉碎机 ； 5 圆筛 ； 6 干燥机 ； 7 磁选机 ； 8 研磨机 ； 9 精选机 nts4 第 2 章 制粉机参数分析 2.1 制粉机工作原理 图 2.1 工作原理 在图示加速区内物料是由刚进入粉碎机的物 料和经过转向板、齿板的顺环料流组成 ， 它在锤片的打击作用下作加速运动。物料经过加速区后 ， 在锤片和筛板的共同作用下 ， 料层速度达到最大并稳定下来 ， 而这区域称之为全速区。加速区中 ， 料层平均速度慢 ， 料流方向和锤片运动方向不一致 ， 锤片和物料之间相对速度大 ， 所以刚进入粉碎机大的脆性颗料 (如秸秆、棉杆等 )很容易这时被打击而粉碎 ， 受到打击的大颗粒及大颗粒碎片 ， 获得较大的速度后 ， 象子弹一样以较快的速度冲击着其它脆性、纤维质颗粒 ， 先配料后粉碎纤维质物料在这一作用下能得到较好的粉碎 ， 这区域内粉碎的物料粒度较粗 ， 是进行着以击碎为主的 粗粉碎。进入全速区 ， 料层的速度快 ， 与锤片的相对速度小 ， 打击力小 ， 但与筛板之间摩擦作用加强 ， 粉碎的物料粒度较细 ， 是进行着以摩擦作用为主的细粉碎 ， 所以当成品粒度要求较粗时 (16目筛上物达 20%以上 )，可以加速区为主粉碎区。在成品粒度要求较细时 (20目筛上物达 10%以下 )， 可以全速区为主粉碎区。以上不同要求可通过不同锤筛间隙及锤片排布来实现。 nts5 2.2 影响粉碎效果的几个主要因素 2.2.1 锤筛间隙 锤筛间隙是指锤片到筛板之间的距离 ， 通常以锤片端面中心到筛板的最小距离表示。在选用加速区为主粉碎区时 ， 这也就是要求减 少全速区的磨碎作用 ， 减少粉碎机在这一区域内的动力消耗 ， 使粉碎机功率主要消耗在加速区内 ， 如图 2-2 所示 A 型锤片 ， 锤筛间隙大 ， 筛面料层较厚 ， 与锤片、筛板之间摩擦作用小 ， 料层速度慢 ， 全速区内功率损耗小 ， 料流顺环进入加速区后再次粉碎 ， 加速区成为主粉碎区 ； 图 2 -2所示C 型锤片 ， 锤筛间隙小 ， 筛面料层薄 ， 料流与锤片、筛板之间摩擦作用强 ， 料层速度快 ， 该区内 图 2-2功率损耗大 ， 全速区成为主粉碎区。 图 2.2 锤片锤筛间隙型 2.2.2 吸风量及其筛分能力 不同锤筛间隙对吸风量有不同的要求 ， 不同的锤筛间隙过筛能力也 不同。通常粉碎机系统中采用一定的辅助吸风 ， 减少因锤片运转把料层带入锤片运动轨迹内 ， 而引起功率大量浪费。 A型锤片因间隙大、料层厚 ， 在吸风量不足时 ， 内部物料高速运动产生离心力作用于筛面料层 ， 锤片的转动使料层变厚 ， 料层之间剪切作用减弱 ， 紧靠筛面料层速度慢 ， 大颗粒慢慢聚集于筛面 ， 出料受阻 ， 主机电流增加。另一方面 ， 内部高速运转的料流在进料口上料层造成压力 ， 阻碍着物料进入 ， 经过一定时间后 ， 机内过度粉碎的物料短时内通过筛板 ， 主机电流迅速下降 ， 进料口料层下落 ， 重复上一过程。这时主要表现为电流波动大 ， 间歇式排料 ， 声音时高时低 ， 锤片工作面以上及锤销轴、锤架板磨损严重 ， 成品粒度过细但也有粗粒 ， 这一情况在饲料厂比较普遍。随着单位筛面吸风量的增加 ， 锤片经过筛面料层时搅动物料并及时吸到筛面料层中 ，进入锤片运动轨迹内的物料减少 ， 内部料流功率消耗减少 ， 筛面压力减小 ， 筛分出料nts6 通畅 ， 这时主要表现为电流平稳 ， 声音稳定 ， 锤销轴、锤架板基本不被物料磨损 ， 锤片主要在工作面上磨损 ， 对于 3mm 左右筛板 ， 增产 30 %左右 ， 并随着筛孔减小 ， 产量增加效果更为明显 ， 随着吨料电耗下降 ， 达到最佳产量。这时再增加吸风量 ， 筛面料层上力增加筛分能力下降 ， 吨料电耗有所上升 ， 因此吸风量大小有一最佳值。 B 型锤片锤筛间隙小 ， 料层薄 ， 当吸风量不足时 ， 筛面料层压力比 A型锤片小 ， 如图 2-3 所示 ， 吨料电耗曲线比 A型锤片平稳。所以在吸风量不足、风网系统更改又比较困难时 ，可用 B型锤片更换 A型锤片 ， 来提高产量。 图 2.3 吸风量对产量的影响 2.2.3 再粉碎室 锤筛间隙较大时 ， 粉碎作用主要发生在加速区内 ， 经过加速区大颗粒料流要在机内顺环后再次进入加速区粉碎 ， 如图 4 在下部加一再粉碎室 ， 料流经过再粉碎室时 ，和再粉碎相撞后运动方向改变 ， 与锤片间相对速度增加 ， 成为另一加速区 ， 粉碎大颗粒 ， 减少顺环次数 ， 另外也重新调整料层内物料的分布 ， 利于筛分 ， 进一步减少在全速区内的功耗 ， 增加产量。 图 2.4 粉碎室对产量的影响 nts7 2.2.4 锤筛间隙、筛孔与粒度、电耗关系 如前所述 ， 不同的锤筛间隙 ， 有着不同粉碎机理 ， 在和筛孔配合使用时 ， 吨料电耗如图 5 所示 ， 以加速区为主粉碎区的 A 型锤片 ， 随着粉碎机筛孔的减小、成品粒度变细 ， 料层在粉碎室内顺环次数增加 ， 功率消耗增长较快 ， B 型锤片锤筛间隙小 ，全速区的粉碎作用加强 ， 当筛孔减小、成品粒度变细时 ， 其功率损耗增长比 A 型锤片慢。所以在实际生产中 ， 一般筛孔径在 3mm 及以上时 ， 用 A 型锤片 ， 也称为粗粉碎 ；筛孔径在 115mm 2. 5mm 之间时 ， 用 B 型锤片 ， 也称为细粉碎 ； 筛孔径在 112mm 及以下 ， 可用 C 型锤片 ， 称之为微粉碎。使用同一种筛孔粉碎时 ， 不考虑电耗 ， A 型锤片成品粒度比 B 型锤片粗、 B 型锤片成品粒度比 C 型锤片粒度粗。 图 2.5 能耗关系 2.2.5 锤片排布 进行粗、细、微不同的粉碎时 ， 锤片在粉碎机轴向上排布也不应相同。锤片在筛面上经过时 ， 也带动周围料流前进 ， 锤片在轴向排布加密时 ， 料流平均速度加快 ， 所以细、微粉碎时 ， 要求轴向加密锤片 ， 一方 面可加强全速区粉碎作用 ； 另一方面可加快料流平均速度 ， 使过筛成品细小而均匀。 双锤片排布 粗粉碎中全速区主要进行着筛分作用 ， 随着料层在筛面上流动、筛分 ， 大颗粒料不断地在筛面上聚集起来 ， 因锤筛间隙大 ， 锤片对筛面上料层的翻动能力弱 ， 所以筛分能力将慢慢地减弱 ， 减小产量、增加细粉。如在锤片排布中适当加入一些 B 型加长锤片 ， 将有利于对筛面上料层的翻动作用 ， 增加筛分能力 ， 增加产量。 锤片的磨损 和击碎、磨碎相对应的锤片磨损也存在两种形式 ， 一种是加速区内以打击为主的磨损 ， 一种是全速区以摩擦作用为主的磨损。加速区内 ， 料层厚 ， 主要工作面为图 6 的B 面 ， 在这区内冲击作用强 ， 要求 B 面材料有较好的韧性、耐冲击性。全速区内 ， 料nts8 层较薄、摩擦作用强 ， 工作面为 A 面 ， 这种摩擦性磨损要求材料有较好的硬度、耐磨性。实际使用中是两种磨损的综合结果 ， 锤头堆焊层如图 6 ， 因此对于 A 型要求有较长的 B 面 ， A 面可薄一点 ， 焊层材料耐冲击性好。 C 型锤片 B 面短 ,A面厚 ， 焊层材料耐磨性 ， 硬度好 ， 保证两者均匀合理磨损。 图 2.6 锤片 2.2.6 筛孔的合理分布 早期东北农学院做过一次试验 ， 把粉碎机筛板圆周方向均匀分隔成数十份 ， 每份上装一袋 ， 开车一段时间后 ， 分析 袋中成品的粒度、重量 ， 得出上部筛板粒度较粗等结论。实际上 ， 如图 7， 粉碎机上部筛板到锤片之间距离大 ， 筛面料层速度慢 ， 大粒子是比较容易过筛。而在实际使用中 ， 为提高产量而增加辅助吸风系统后情况就不同了 :从粉碎机的上、下筛板比较 ， 下部筛板和出风方向垂直 ， 上部筛板和出风方向平行且料层较厚 ， 引起下部筛板出风比上部大 ； 进料口正面筛板和背面筛板比较 ， 由于粉碎机转子的风机效应 ， 使进料口正面筛板出风量比背面大。吸风量大的部位吸过的粒度较粗 ， 吸风量不足的部位 ， 出料不畅 ， 粒度细小。因此在精细调节成品粒度时 ， 可用上部比下部大一号的双 孔筛或背面比正面大一号的双筛板 ， 增加相应部位过筛能力 ，增加产量和粒度的均匀性。 图 2.7 筛孔的分布 nts9 2.2.7 筛板的开孔率 筛板的开孔率也是很重要的因素 ， 开孔率大 ， 筛分能力强 ， 产量高 ， 粒度均匀。如图 8,正三角形底为 t ， 筛孔直径为 d ， 则开孔率为 2 2 2 2( 2 d / 4 ) / ( 3 t ) ( 0 . 9 d ) / t ， 制约着开孔率增大主要因素是冲孔工艺和筛板强度 ， 一般 112mm 及以上筛板开孔率见表 1。开孔率低于这一值将影响粉碎机的生产能力并引起物料的过度粉碎 ， 112mm 以下筛板当开孔率如表 1时 ， 强度较差 ， 可使用不锈钢筛板或减少图 7筛板易碎区的开孔率来提高使用寿命 ， 因为图 7 指定区域上部物料形成楔角作用力大、料层薄 ， 筛板容易破损 ， 因此可适当降低这一区域开孔率 ， 提高强度 ， 增加寿命。 筛孔排布： 正三角形的筛孔有两种排布方式 ， 通常把孔距平行于料流方向时 ， 定为“定向 1”；孔距垂直于料流方向时 ， 定为“定向 2”。定向 1 筛板冲孔加工工艺性较好 ， 所以市场上销售大多数是这种筛板。定向 2 型筛板在料流方向分割的每个区域内有比较均匀的开孔率 ， 而定向 1型筛板在料流方向分割的一半区域开孔率较小 ， 从而影响筛分能力。试验表明 ， 在相同条 件下 ， 定向 2型筛板比定向 1 型筛板产量可提高 20 % 30 %左右。 图 2.8 筛孔的开孔率 2.2.8 筛板的棱角筛孔 在料流方向上 ， 阻碍物料越过筛孔的这一尖角这里称之为筛板筛孔的棱角。筛板上筛孔的棱角也是应该引起重视的一个问题。筛面料层运动过程中 ， 既有平行于筛板方向的剪切作用 ， 又有垂直于筛板的离心、吸风等综合作用 ， 使经过筛孔的物料与该棱角相撞 ， 既可起到粉碎作用 ， 又可起到阻碍物料越过筛孔 ， 增加过筛孔能力的作用。所以新使用的筛板其筛孔被冲成喇叭口型 ， 毛面朝内安装使用 ， 利于出料 ， 当运行一nts10 定时间后 ， 筛孔棱角 被磨损 ， 物料从筛孔上滑过可能性增加 ， 粉碎、筛分能力下降 ，改变转子转向 ， 使用筛孔的另一个棱角 ， 将利于保持原有生产能力。实际生产中可根据粉碎机的电流上升值 ， 适时调整转子转向 ， 一般随着筛孔尺寸的减小 ， 筛孔棱角引起对过筛能力的变化越明显 ， 110mm 筛孔的新筛板比棱角磨损后的旧筛板产量可高出50 %左右。另外为增加筛孔使用寿命 ， 可对筛板进行渗碳、氮化等提高硬度的热处理。比较薄的筛板 ， 当二角都磨损后 ， 也可反面使用筛板 ， 这时筛孔棱角造成的过筛能力的增加将优于冲孔喇叭口造成对筛孔的阻塞作用。总之 ， 粉碎机的产量、成品粒度均匀性等是由多方面的因素综合决定的 ， 随着筛孔直径减小、成品细度增加 ， 可通过使用 A 、 B 、 C 型锤片即不同的锤筛间隙进行粗、细、微粉碎 ， 并可通过吸风量、锤片排布、再粉碎室、双锤片排布、筛板开孔率、排布方向等和锤片、筛板有关的因素使产量达到最佳值 ， 成品粒度均匀。对于不同的粉碎形式 ， 合理的锤头焊层以及筛板合理的结构和使用方法 ， 有利于延长锤片和筛板的使用寿命 ， 提高粉碎效率。 2.2.9 筛片包角对粉碎效率的影响 粉碎机上通常采用容易制造、比较耐磨的园孔筛。实际生产中，在满足饲料质量标准对饲料成品粒度要求的前提下，采 用较大筛孔直径的筛片，可提高粉碎机的台时产量和度电产量，成品的颗粒均匀度变好，温升降低。所以，应尽可能增大有效筛孔面积的百分率筛面上筛孔的总面积占整个筛面面积的百分率，它随孔径增大而增加，随孔距离增大而减少 .增大有效筛孔面积的百分率可提高筛片的通过性，因此，在保证筛片强度和刚度的前提下应尽量减小孔间距。当筛片宽度一定时，加大筛片包角，能增大筛理面积，有效提高度电产量。目前粉碎机使用的筛片包角有 180， 300， 360三种，筛片包角越大，粉碎效率越高。筛片包角和筛孔直径对玉米粉碎效率的影响见图 2-9。 由图 2-9可知 ，粉碎机的度电产量随筛片包角的增加而增加 .筛片包角从 90增加到 360，粉碎效率并非成线性增加，在 90 180区段内增加的幅度大 ，从180 360增加较慢 .筛孔直径越小 ，筛片包角对度电产量影响越大。因此 ，当粉碎机所用的筛孔直径小时，应尽量选择大的筛片包角。 nts11 图 2.9 筛子直径、筛子包角对粉碎效率的影响 2.2.10 筛板振动的影响 因为粉碎室内时会形成环形气流层，该环流层不利于出料，当筛板振动时使环流层的厚度在不断变化，也就在不断破坏环流层，从而增加出料机会，提高产量。 2.2.11 碎室形式的影响 粉碎室有圆形和水滴式之分，粉碎室为圆形时较易形成环流层，不利于出料，而粉碎室为水滴式时较易破坏环流层，利于物料的析出筛板。 2.2.12 转自偏心的影响 粉碎机转子的安装一般为两块筛板对称面上且在下部筛板的圆心处，其实这不是最佳的安装，而是要偏心一点更好，因为这样更以破坏环流层，从而提高产量。 2.3 粉碎机的能耗 粉碎机械一般属于重负荷机械，粉碎机所需能耗占整个工艺过程能耗的一大半，因此研究粉碎过程的能量消耗对于节省动力和改进机器都有重要意义。粉碎过程消耗的能量与粉 碎比有关。粉碎比用 i 表示， i = D0/Di ，式中 D0 表示物料粉碎前颗粒平均直径， Di 为物料粉碎后颗粒平均直径。当粉碎比相当大时 i 10 ，粉碎能耗比较符合雷廷智的“面积假说”，即粉碎所需的能耗与物料，表面积的增加成正比。所以粉碎所需的功 A = K1 (i-1) D0 D0，式中 D 反映物料在粉碎前的原始表面积， K 则决定于物料的形状、质地、粉碎方法等综合性因素。 在粉碎机械中，粉碎过程都不是理想的，其所需要的能量包括有效功、无效功以及机械传动损耗。由前述公式看，粉碎物料所作功与粉碎比有直接 关系，因此在任何粉碎机中，都应该避免不必要的过度粉碎，而要使粉碎后的物料粒度尽可能均匀一致。在食品生产中，往往将不同粒度的物料分别加工，每次完成较小的粉碎比，中间再加以筛分分级，避免粉碎比太大使机器功率过大，同时减少了不必要的重复粉碎，提高制品质量。提高锤片式粉碎机的生产效能的关键之一，是提高筛子的筛落能力，以克nts12 服其排粉效率低于粉碎效率的缺点。其次，在结构上，要尽可能破坏物料的环流层，使细粒能及时排除，避免重复而无小地过渡粉碎。 2.3.1 试验设计及试验数据 粉碎机工作性能的指标主要有生产率 Q、平均度电产 量 GK 和细碎度 M。通过试验来测定粉碎机的生产率、能耗、粉料的细碎度、分析影响粉碎机工作性能指标的因素。试验采用玉米作为粉碎物料，设计了喂入量 A线速度 B 筛片孔径 C 三因素三水平的等水平正交试验。三因素三水平的正交试验共有 27 次，同时考虑交互作用。粉碎机生产率 Q可由下式计算得出： tGQ 式中： Q - 单位时间内粉碎的料粉重量 G - 实验粉碎的粉料重量 t 实验时间 平均度产量 GK 可由下式计算得出： KGGK 式中 ： GK 平均度产量 hkwkg * ； G 实验粉碎的料粉重量； K 耗电度数 hkw 细碎度 M可由下式计算得出 : 10032 3222 2112 1002 0 PaaPaaPaaPaM 式中： a1、 a2、 a3、 a4 各个编制孔径（ mm） ，本试验分别是 0.4、 0.8、 1.6、 3.2； P0、 P1、 P2、 P3 各筛筛面的粉料重量（ kg） 。 表 2-1 项目 实验参数（ kg/h） Q(kg/h) CK(kg/kw*h) M(mm) 喂入量 A 7 275 67.0 0.72 10 387 63.3 0.68 13 398 55.2 0.71 线速度 B 120 345 61.2 0.72 135 367 63.8 0.68 nts13 150 348 60.0 0.62 筛片孔径 C 0.8 317 55.2 0.58 1.5 341 59.4 0.67 3.0 403 70.4 0.75 细碎度方差分析对于粉料的细碎度筛片孔径的影响非常显著锤片的线速度影响也有一定的显 著 对喂入量不呈现说明它对细碎度的影响不明显 改进粉碎机显著性结构若考虑细碎度 重点考虑线速度和筛片孔径尤其是筛片孔径的大小那么是否可以不考虑喂入量 .其实不然 因为通过分析喂入量和筛片孔径因素产生的交互作用表现了显著性 交互作用对试验结果产生的作用优于单个因素的作用生产率方差分析粉碎机的生产率方差分析筛片的孔径显著筛片孔径的大小对生产率的影响比较大线速度对生产率并不明显其他因素包括交互作用没有表现出显著性度电产量方差分析度电产量方差分析是试验因素对能耗的显著性表明喂入量和筛片孔径对能耗的影响显著。喂分析入量和锤片线速度的交互作用 线速度和筛片孔径因从显著性分析来看 粉碎机素的交互作用表现显著的能耗并不是简单的改进某个零部件结构或机构就可以实现涉及到影响能耗的因素很多 只有全面的权衡才可找到最佳的解决方案。 从以上分析可以清楚的知道，有一组合是最优的方案：喂入量在 2 水平，线速度在 3水平，筛片孔径在 3水平，这一组合下能得到理想的粉碎效果。生产率达 492kg/h，平均度电产量达 80kg 方差分析结果表明，喂入量和筛片孔径的显著性明显，这两个因素对试验结果产生较大的影响 .根据试验分析结果，确定锤片式粉碎机较佳的粉碎速度是转子转速喂入量控制在 450 : 480kg/h 左右，筛片采用 3mm 孔径的筛片。在保留粉碎机原有特点的基础上，根据试验的数据分析和研究 对锤片式粉碎机作部分的改进设计达到预期的效果。 nts14 第 3章 粉碎机主要参数 3.1 粉碎机传动系统的确定 传统锤片式粉碎机大多只有一个转速，不利于多种物料对转速的不同要求。对主电机采用变电阻调速电机，通过控制柜可获得各种物料的最佳粉碎速度。在锤片长度不超过 200mm，锤片最佳线速度最大达到 106m/s 的情况下，转轴速度应达到 : m in/50642.014.32 601062 60 rrvn 依据以上数据 ，配用电机及传动形式。采用三角带传动 ，原动机转速 1440r/min ，带轮传动比 i = 4 ，完全可以满足各种谷物粉碎的需要。传动系统见图 2。电机的功率根据转速和生产量选用。 图 3.1 传动系统示意图 3.2 功率的确定 依照同类锤式粉碎机的参数设计以及对主轴的要求，粉碎机的驱动功率为P=75KW。 3.3 轴的设计 1、 选择轴的材料 选择轴的材料 45 钢，经调质处理，其机械性能： 111650360300155 6 0bsbM P aM P aM P aM P aM P ants15 2、 初步计算轴径 选 115Ca0i = i a / i 0 = 9 9 / 7 5 = 1 . 3 2i = i / 9 9 / 7 5 1 . 3 2i 3m in PndC 3、 按弯扭合成校核 轴传递的转矩： 651T 9 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 0Pn P 压力 : 66F = P S = 8 1 0 6 3 5 8 . 5 1 0 1 0 5 0 8 6 8 0 N （由实验测得） 锤头、锤架、销轴、轴套自身的重力： 3 3 2G = v g = 7 . 8 5 1 0 / 1 0 ( 9 3 3 3 0 5 4 9 9 . 2 6 )k g m v v d 其 中 图 3.2 计算轴上的支反力： 水平面的支反力 HAR / 2HBRF垂直面的支反力 VAR / 2VBRGnts16 2 2 2 2V 2M ( ) , ( 5 0 8 6 8 0 )G Hl M l 22VHM M M, 取 55= 0 . 6 , T = 0 . 6 9 . 5 5 1 0 5 . 7 3 1 0PP a 2 2ca2 2 2 2()()bcaac a V HM M M TM M M T 经查表： 3 3b= 32 , 0 .1d aW W d 2 2 2 5 226 ( 5 . 7 3 1 0 )2 2 1 3 610 . 0 1 3 . 6 1 0ac a V HaM M M Pac a bWd d 2a2 caaca 2aMW 将各参数带入上式，整理得到下面的等式： 1 4 1 1 7 4 1 2 85 5 9 2 6 2 2 1 1 2 1 3 66 . 7 1 0 2 . 4 1 0 6 . 5 1 0 1 . 6 1 0 6 1 01 . 6 1 0 0 . 9 1 0 0 . 3 6 1 0 9 6 3 . 2 8 1 0 3 . 6 1 0d d dd d d d P d 经整理计算得出： 48.11d 根据实际要求取： 5.14d 3.4 轴承的选择 粉碎机的工作负荷大、轴运转速度较高、工作温度较高。因此，要求轴承承载能力强、耐磨、使用寿命长、制造及安装维护方便，在这里我选择调心球轴承。 标准号： GB/T281-1994 轴承代号： 1202 3.5 电机的选择 根据生产动
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