复合肥滚压式制粒机设计 (2)

目 录摘要 .1关键词 .11 前言 .21.1 课题背景和研究意义 .41.2 国内外研究现状 .41.2.1 复合肥制粒机发展历史 .41.2.1 双轴制粒机 .5l.2.2 盘式制粒机 .51.2.3 转鼓制粒机 .51.2.4 挤压制粒机 .51.3 存在的问题 .61.4 研究方法和技术路线 .61.5 研究目标 .72 总体方案设计 .72.1 设计要求 .72.2 总体结构 .72.3 工作原理 .73.1 环模设计 .83.1.1 环模力学分析 .83.1.2 制粒攫取条件 .93.1.3 被压入物料高度 .103.1.4 环模的工作面积、孔结构、厚度和开孔率 .103.1.5 环模的厚度 .133.1.6 环模线速度 .133.1.7 环模内径设计 .143.1.8 环模材料要求 .153.1.9 环模制造加工工艺 .153.2 辊的设计 .163.2.1 压辊结构 .163.2.2 压辊类型选择 .163.2.3 压辊直径的确定 .173.2.4 压辊材料选择 .183.2.5 结构参数确定 .183.2.6 压辊数目确定 .183.3 切刀 .193.4 喂料刮板和匀料辊 .193.5 模辊间隙 .203.6 辊轴 .204 电动机的选择 .214.1 选择电动机的类型和结构型式 .224.2 确定电动机的容量 .224.3 电动机转速的选择 .235 皮带传动设计 .246 变速箱设计 .276.1 总体结构设计 .276.2 动力传动路线设计 .276.3 齿轮传动设计 .286.3.1 主要参数选择 .286.3.2 齿轮的校核 .306.4 轴承参数的选择 .30结论 .31参考文献 .31致 谢 .321复合肥滚压式制粒机的设计摘 要：本文在分析制粒机的结构组成和工作原理的前提下，介绍说明了小型复合肥滚压式制粒机的设计原则和设计步骤。并根据设计原则的要求，首先选择了小型复合肥滚压式制粒机的类型，确定复合肥滚压式制粒机的环模参数、传动型式、转速,等选择。然后具体设计复合肥滚压式制粒机的传动装置包括变速箱的结构设计、皮带相关机构设计、关键零件的强度校核、支撑架和工作部件总成的设计。其中环模的设计是本次设计中的主要内容，它包含了大量的工作：资料的整理，参数的设定，相关计算，绘图等。关键词：小型复合肥制粒机；环模制粒；压辊；V 带2The Design Of Compound Roller Type Granulating MachineAbstract: Based on the analysis of structure and working principle of pelletizer, under the premise of introduction to illustrate the small compound roller type granulating machine design principles and design steps. And according to the requirement of the design principles, first select the small compound roller type granulating machine type, to determine the compound fertilizer ring mode parameters of the roller type granulating machine, transmission type, speed, etc. And specific design of compound fertilizer roller type granulating machine transmission, including transmission structure design, key components of the intensity, the supporting frame and the design of working parts assembly. The ring die design is the main content in this design, it contains a lot of work, the sorting of data, parameter setting, related calculation, drawing, etcKey words: small compound fertilizer granulator; Ring die pellet; Roller pressure; V belt31 前言1.1 课题背景和研究意义肥料是农业生产的物质基础，是粮食的粮食。充分认识肥料，在我国粮食生产和农业持续发展中的作用与不可替代性，是思考农业可持续发展战略及对策的重要特别是化肥基础。现代农业只益成为以科学进步为基础的工业体系，我国和世界范围的农业生产经验证明，在以科学进步为基础的诸项农业技术措施中，施肥尤其是化肥是最快、最有效、最重要的增产措施，是调整农田生态系统养分循环和平衡的最重要手段。复合肥是复合肥料和混合肥料的统称，是指同时含有氮、磷、钾三要素中的两种或两种以上养分的商品肥料。复合肥的出现和迅速发展是科学施肥提高到一个新水平的标志，是肥料生产和使用的基本方向。随着农村劳动力向第二、三产业的转移，农业生产的集约化、机械化水平不断提高，农业上需要根据作物需肥特性和土壤肥力状况来生产和供应同时含有几种营养成分的复混肥料，以便一次机械施肥作业即可达到要求。复合肥料的产量技术是衡量一个国家化肥工业发达程度的重要方面。复合肥制粒就是把多种商品肥或者农家肥制成粒状。与农家土肥混合制成颗粒肥，不但包装、运输方便，而且适于用机械深层施制粒是用机械将粉状配合原料挤压成颗粒状物料, 颗粒状物料体积小、密度大, 便于运输、贮存。复合肥滚压式制粒机是将粉状化肥或农家肥制成颗粒，使肥效延长且不易流失。本文探讨将一种专用复合肥料制成颗粒状的机械滚压式制粒机。目前生产上应用的盘式制粒机转角调整机构角度调整有限,难以满足生产工艺的多样化要求,对于复合肥制粒来说,盘式制粒机的缺点是操作时物料温度较低,不易利用高温制粒，而且盘式制粒机系统，流程简单：间歇加料，返料不随机循环，主要靠工人经验控制各个生产环节，产品质量波动较大，操作性和控制性都很差，无法实现系统机械化和自动化。这种盘式制粒机已不符合社会生产力发展的需要，随着社会生产力的发展，自动化程度高、制粒效果、能耗低的滚压式制粒机更有市场；在我国农村，农家肥等肥料都是直接施肥，肥效低；不同的土地需要的复合肥的成分比例不同，企业生产的复合肥难以满足所有的需求，农家自配的复合肥，又不能制粒，肥效减低。因此，研究设计一种满足农家要求的复合肥料造粒机具有重要的现实意义。1.2 国内外研究现状1.2.1 复合肥制粒机发展历史制粒的历史实际上可以追溯到 1900 年 ，铸模式颗粒机开始使用。百年来，制药、44制饲料、制化肥等邻域的工作者们在实践中积累了宝贵的经验，致力于改善制粒机性能，提高制粒机各方面的性能。生产复混肥料的设备主要有破碎机、混合机、造粒机、干燥机、冷却机、筛分机、调理机和包装机。制粒机是复混肥料生产中的主要设备，主要有盘式制粒机、双轴制粒机、挤压制粒机、转鼓制粒机、流化床制粒机等 。21.2.1 双轴制粒机 双轴制粒机是一个水平的的 U 型槽，槽内设有两根平行的转轴，轴上装有浆叶，返料及料浆分别由料口和进料从造粒前端加入。在两轴反向旋转和浆叶的作用下，物料得到成分混合、黏结和涂布，进行团聚造粒，同时通过叶浆的推动，使成粒肥料不断流向造粒机尾端，由出料口卸出。l.2.2 盘式制粒机主要由变速箱、皮带传动、底盘、调节装置、制粒圆盘和刮刀机构等组成。动力通过皮带传送给变速箱，经变速箱降速增扭后再将动力传给制粒盘主轴，带动主轴旋转。经过混合好的原料和返料在圆盘上方加入，在旋转方向方设有喷液口。由于物料随着制粒圆盘的旋转而不断翻滚，细粒物料受喷液的黏结作用，颗粒不断长大；倾斜圆盘的旋转使颗粒分层，大颗粒处于上层，达到合乎规格的颗粒就可以从圆盘的下缘连续出料，处于下层较小的颗粒在圆盘中与新加进的物料继续在圆盘中黏结长大、连续出料。 1.2.3 转鼓制粒机主要由进料口、料浆分布器、氨分布器、托轮装置、挡轮、转鼓、变速箱、刮刀机构和电机等组成。转鼓造粒机的转鼓用托轮和挡轮支撑，由驱动装置经齿轮传动使鼓体旋转。机内装有料浆分布器和氨分布器，粒化产品从转鼓尾端的出料箱排出。鼓体内设有刮刀机构以刮除黏结在鼓体内壁的结料。1.2.4 挤压制粒机（1）对辊挤压制粒机。对辊挤压制粒机的制粒类型有两种，一是滚轮表面为平面，物料经挤压后成片状，然后经打碎机打碎、筛分和磨角，得到合格粒度的颗粒产品。另一种是滚轮表面有球型凹穴，两滚轮定位后，物料经挤压成扁球型颗粒产品。通过调节两辊轮间的问隙来满足制粒工艺的需要，如铸模式制粒机。如图 1 所示。5图 1 铸模式 Fig 1 Casting mode(2)轮碾挤压造粒机。混合好的物料由螺旋送料器送至制粒机构的碾压模板上，在碾压辊轮以大约 3/s 的线速度在压模板上转动，产生强大的积压力对物料进行碾压，强制物料通过模板的钻孔，使成圆柱条状，在模板下旋转的的割料刀切断成颗粒，从排料口排出。一般成品直径为(210) mm，长度为(48) mm。制粒机理是通过机械压力制粒，原料含水分低、成粒时的温度稳定，特别适宜于以碳酸氢氨为原料的复混肥料的生产。主要有挤压式、平模式、环膜式 。3挤压式 平模式 环膜式Extrusion type Flat pattern Ring membrane typ图 2 三种挤压式制粒机Fig 2 Three extrusion granulating machine1.3 存在的问题目前生产上应用的制粒机体积庞大、占地大、操作复杂且价格昂贵，难以符合广大农民的需求。对于复合肥制粒来说，平模粒机的缺点是操作时物料温度较低，不易利用高温制粒，压力低制粒松散，制粒效率低。我国传统的复混肥生产流程主要为盘式制粒机系统，流程特点是：间歇加料，返料不随机循环，主要靠工人经验控制各个生产环节，产品质量波动较大，操作性和控制性都很差，无法实现系统机械化和自动化 。11.4 研究方法和技术路线根据肥料制粒工艺要求，初步进行总体方案设计，确定传递工作路线 、传动比，然后对环模、压辊和切刀机构、功率、皮带传动、变速箱及附属机构等进行设计计算；最后完成制粒机的设计。61.5 研究目标研究设计一款适应广大农村需求的小型复合肥制粒机。该制粒机工作稳定，制粒效果达标，制粒效率高，适用范围较广。 2 总体方案设计2.1 设计要求1.加工能力：500kg/h2.滚压工作部件采用耐磨材料3.制粒直径 3-8mm，且大小均匀4.结构合理，使用安全方便2.2 总体结构滚压式复合肥制粒机主要由支架、变速箱、电动机、环模、压辊、转轴以及附属机构组成。它们的主功能是使物料成型并均匀出料。它体积小，能满足农民的需求的要求。该设计的制粒机为二辊式环模复合肥制粒机。制粒机由电动机提供动力，动力经减速器降低转速增大转矩后通过联轴器与制粒机环模主轴连接并带动环模转动。环模与压辊间产生挤压力，从而使进入环模的肥料形成一定形状和密度的颗粒从环模模孔中挤出。电动机为 380V 三相异步电动机，功率为 4kW。采用一级圆柱齿轮减速器。环模制粒机整体结构如图 3 所示。2.3 工作原理 制粒机主要由电机、传动机构、环模、压辊、刮刀、切刀组件及机身和机架等组成。环模的周围钻有许多孔，在环模内装有一对压辊，压辊装在一个不动的支架上，压辊能随环模的转动而自转。压辊与压模圈保持一很小的间隙。工作时环模在电机主动力的驱动下以一定的转速顺时针旋转；随着肥料进入制粒室，肥料开始被摄入工作区，压辊借助工作区内摩擦力的作用也开始顺时针旋转。随着模辊的旋转，摄入的物料向前移动加快，挤压力和物料的密度逐渐增加。当挤压力增大到足以克服模孔内物料与内壁的摩擦力时，具有一定密度和粘结力的物料就被挤压进环模孔内。由于模辊的不断旋转，物料不断被挤压进环模孔，通过环模孔向外挤压，再由固定不动的切刀将其切成短圈柱状颗粒 。971.进料口 2.环模制粒机主体 3.十字滑块联轴器 4.支撑架 5.减速器 6.皮带轮 7.电机 8.出料口1.Inlet 2.Ring die pellet machine body 3.Oldham coupling 4.Racks 5.Gear reducer 6.Pulle 7.Motor 8. Discharging port图 3 环模制粒机整体结构Fig 3 Ring die pellet machine overall structure3 制粒室主要零部件设计 3.1 环模设计3.1.1 环模力学分析根据物料在挤压过程中的不同状态，一般将制粒室中的物料分为三个区：供料区、变形压紧区和挤压成形区。供料区：基本上没有外力作用在物料上，随着环模的旋转，物料紧贴在环模的内圈上，受到离心力，物料密度比较小。变形压紧区：随着环模、压辊的旋转，物料进入变形压紧区，由于受到模辊的挤压作用，物料之间的空隙逐步减小，物料之间的接触表面积增大，物料逐步被压实，产生不可逆变形，密度增大。挤压成形区：模辊间隙在挤压成形区最小，因此物料在这个区受到的挤压力最大。物料进入挤压成形区之后，接触表面积进一步增大，产生了较好的粘接，密度进一步8增大。当物料受到的挤压力超过了模孔对其的摩擦阻力时，物料被压入模孔并从模孔中挤出，形成柱状颗粒。制粒室中的物料三个区域如图 4 所示。图 4 制粒室中的物料三个区Fig 4 Granulating material three area in the chamber3.1.2 制粒攫取条件物料从供料区被压辊带入变形压紧区主要依靠物料与压辊、环模表面的摩擦力。被带入变形压紧区的物料越多，产量也就越高，因此有必要探讨一下物料被带入变形压紧区的条件。取变形压紧区靠近供料区的一小段物料进行受力分析。如图 5 所示，引压辊表面将物料攫入变形压紧区的临界点 点的切线和压模内表面 点的切线，两AB切线相交于 点。以 点为原点， 为 x 轴，图中 ，定义为攫取角。对CCBC物料三角柱 作受力分析，三角柱 受到压辊对其的压力 ，摩擦力 ，环AB 1N1F模对其的压力 ，摩擦力 。2N2F图 5 制粒攫取条件受力分析Fig 5 Granulating grab conditions force analysis 阻碍物料进入变形区的力为：(1)sin1NF阻9将物料攫入变形压紧区的力为：(2)2cos1F推取物料与压辊、环模之间的摩擦系数分别为 、 ，则：1f2(3) 21NffF推物料从供料区被攫入变形压紧区的条件是 ，即：阻推 Fsin1cos21fNf（4）由图 3-2 可知：sin1cosNf（5） 联立 （1） 、 （2）式，由 得： 9021tanf（6）由式（6）可见， 与摩擦系数 、 成正比关系，因此，影响摩擦系数 、1f2 1f的因素，如物料成分，环模材料等，都是影响攫取角的因素。满足攫取条件，即满2f足式（6） ，就可制粒。环模制粒机其挤压力 N 可以根据其与制粒密度的推导公式 ：10(7)652.34eN在规定制粒密度 =1.2g/cm 时，可得：3F=3.447KN3.1.3 被压入物料高度如图 5 所示，设压辊的外表面半径为 ，环模的内表面半径为 R， 的长度为 ，rOAx在环模与压辊圆心连线的方向上，环模与压辊之间的距离相对于环模与压辊的尺寸是很小的，因此，根据三角形 可得：OPA得：xrR2)(cos2)(cos2rrx被压入物料的高度 即 的长为：hAB(8)(s22RrrRh 由经验可取 =30，根据 =150mm， =70mm，求出 =17mm。Rh103.1.4 环模的工作面积、孔结构、厚度和开孔率环模工作面积：环模工作面积指环模的内径周长和有效宽度的乘积，有效宽度指环模两越程槽之间的距离。环模工作面积 ，环模制粒机的设计功率和环EDS模工作面积成正比，因此功率一定的制粒机，一般环模直径 D 和环模有效宽度 E 成反比，在低产量的制粒中，为保证环模轴向出料均匀，减小环模有效宽度，则增大环模直径 D。模孔朝向：因为颗粒肥料是从环模上的小孔挤出，模孔的轴线一般都是指向坏模的轴线。环模的孔形和厚度：选择环模的孔径太小、厚度太厚，则生产效率低下、成本费用高，反之则颗粒松散、影响质量和制粒效果。因此科学地选用环模的孔形和厚度等参数是高效、优质生产的前提。环模的孔形：目前常用的模孔形状主要有直形孔、反向阶梯孔、外锥形扩孔和正向带锥形过渡阶梯孔 4 种。直形孔加工简单，使用最为普遍；反向阶梯孔和外锥形扩孔减小了模孔的有效长度，缩短了物料在模孔中的挤压时间，适宜于加工直径小于10mm 的颗粒；正向带锥形过渡阶梯孔适宜于加工直径大于 10mm 的颗粒。 进料孔口 D 直径应大于模孔直径，这样可减少物料的入孔阻力，以利于它们进入模孔。进料孔有 3 种基本形式，即直孔、锥孔和曲线形孔。研究表明进料孔形中以曲线形孔最优，其次是锥孔，直孔最差。不过，曲线孔需要专用工具加工，尤其是在孔径较大时加工较为困难。一般将小孔(孔径小于 10mm)环模的模孔进料孔采用曲线孔形，而大孔(孔径大于 10mm)环模的模孔进料孔不采用曲线孔形，而是采用锥孔、直孔或与锥孔组合形式。锥孔生产小孔颗粒时，进口锥角 p =30。对于大孔径，难以压制纤维性轻质原料，常用正向带锥形过渡阶梯孔，直径为d10mm，D=12d， =3045。实现大孔预压、小孔成形挤压的过程，确保制粒的质量。有研究表明 ：51）倒角 30环模型孔应力较大，45倒角环模，60倒角环模型孔较前者在倒角处应力依次递减，在非倒角处应力值明显依次递减小。这说明 60倒角环模孔在工作时的应力较 30和 45小。2）30倒角环模型孔的位移和 45倒角环模型孔位移较 60倒角环模型孔均较大。3）60倒角环模孔结构好 ，与实际吻合。11本设计选用 60倒角环模孔。图 6 环模孔的形状Fig 6 Ring of the shape of the die模孔的排布方式也是环模设计里面一个很重要的问题。根据制粒对象的不同，颗粒料的大小也不同，但是一旦制粒对象确定后，颗粒料的大小也就基本确定料，模孔的大小也就可以确定下来。通常模孔的排布方式有两种，一种是排成比较整齐的阵列，一种是错位排布，如图 7 所示。为了使物料能够比较好地进入模孔，模孔的排布方式一般是进行错位排列。在考虑压摸有足够强度的条件下，尽量提高开孔率。环模钻孔时的排列方式一般沿周向排列，并在宽度方向上排与排之间的小孔相互交错，使整个钻出的小孔呈近似等边角形排列。本设计按等边三角形布孔，三角形边长为a=5.8mm。12图 7 模孔的排列方式Fig 7 Die arrangement环模孔开孔率：环模表面开孔率的大小，直接影响复合肥制粒机的产量和加工难易程度。开孔率高，则其产量大，但加工孔眼多，制造所需的工时就多。在考虑开孔率和产量的同时，应特别注意压模表面有足够抗断裂能力和结构强度，以防止承载破裂而缩短使用寿命。对于开孔率问题，国内外做了大量的实验研究，一般认为，根据模孔直径不同，开孔率可在 20%-30%之间选择 。7开孔率 计算公式为：(9)RbNr20式中 模孔半径（mm）0N模孔数本设计环模模孔为 ，设计模孔数为 1600 轴向方向每行 10 个孔，环模上共 1603行。 %4.196052.1模孔的有效长度(L)：模孔的有效长度是指物料挤压成形的孔模长度。模孔的有效长度越长，物料在模孔内的挤压时间越长，制成后的颗粒越坚硬，强度越好，颗粒质量也越好。反之，则颗粒松散，粉化率高，颗粒质量降低。3.1.5 环模的厚度环模的厚度需要综合考虑模孔的有效长度、减压孔的深度以及环模的强度来确定。环模厚度和孔径以及被压物料特性有关，环模越厚、模孔越深、孔径越小，则孔壁阻力越大，物料挤压越坚实。压制不同物料，不光按孔径来选用环模，还需要选用相应的最佳环模厚度，即选用最佳厚径比，以便获得优质颗粒肥料，还不堵塞模孔。压缩比(L/d): 模孔的有效工作长度 L 与其孔径 d 之比，称之为长径比。压制不同的物料，需要采用相应的最佳长径比，藉以压制成密实的颗粒制品。一般压缩比取13525，根据复合肥的粘性等特性，在此论文中取 10。大部分复合肥的直径为 3mm 左右，因此取模孔有效长度 L=30mm，有相关资料查得环模厚度 T=36mm 。73.1.6 环模线速度设计环模转速时要考虑四个问题：制粒产量：它与转速没有成正反比关系，但存在最佳转速范围对应最佳产量；颗粒成形率：太高转速容易把压制出来的颗粒甩碎，降低成形率，即等于产量下降；不同肥料配方对应不同转速，以压制高品质颗粒；环模内径尺寸，环模运转过程中产生离心力，转速太高，离心力就越大，影响制粒机稳定性。综合上面因素和结合世界制造制粒机的经验，环模的转速应由环模内径线速度确定。根据经验，模孔直径小的环模，应采用较高的线速，而模孔直径大的环模则应采用较低的线速。一般认为，模孔直径为 3.26.4mm 时，压模的最高线速可达到 10.2m/s；模孔直径为 1619mm 时，压模的最高线速应限制在 6.16.6m/s。在实际应用中，国内外厂商选用的环模线速均在 3.5 一 8.5m/s。本设计环模速度 =3.5m/sv。63.1.7 环模内径设计环模内径 D 和压带宽 b：根据单位功率面积理论推导，环模内径 D 应在一最佳的范围内，由单位功率面积 A 计算式得：即： (10)PbAPD在相同环模面积的情况下，宽度过小使环模直径相应增大，从而主机整体体积都增加，造成不必要的浪费；宽度过大使物料落入环模后，不能达到布料均匀，至使环模和压辊在使用的过程中磨损不均匀，寿命减少。经研究试验，一般 b 与 D 的关系为:16KDb)3.02(所以：D= (11)AP环模直径与制粒能耗的关系：大直径环模颗粒机由于增加了环模的有效工作面积和压辊的挤压作用，可提高肥料的生产效率，降低磨损费用和操作成本，但是小规模的生产使用大径的环模，也就选着大型制粒机，会增加制粒成本。因此制粒机的规模大小，决定了环模的直径大小。14环模的直径与使用寿命和成本之间的关系：环模的直径与使用寿命成线性关系，环模的直径越大，环模的使用寿命越长。选择最优直径，从而可以降低环模和压辊的磨损费用。总结：从各方面考虑，环模直径越大越好，但由于是设计小型农家制粒机，环模直径不能取太大，而且比较普遍的现象是，大型颗粒机生产小孔径颗粒肥料时效果不如小型颗粒机效果好，尤其是在生产直径中 3mm 以下的颗粒时特别明显，而复合肥直径大多数为 3mm 左右。根据国内外制粒机参数及优先数列确定环模直径系列：250、300、320、350、400、420、508、558、678、768 等。本设计中取 300mm,K 取0.2，b=kD,则 b=60mm。图 8 环模孔参数Fig 8 Ring die parameters3.1.8 环模材料要求(1)耐腐蚀性：有些复合肥在高温、高压下会引起点蚀，从而腐蚀环模材料。因此，腐蚀是影响环模性能的最关键的影响因素，必须加以控制。高铬、高碳的环模具有很好的耐腐蚀性。(2)韧性：在制粒过程中环模承受很大的压力，这种压力能引起环模的即时损坏；超过工作时间也会造成环模的疲劳损伤。因此，环模材料的选择、热处理的方法和模孔的多少都是决定环模韧性的重要因素。(3)耐磨性：多数环模的损坏是由于磨耗。环模会因使用而引起表面磨损和模孔增大。环模的耐磨性随它的表面硬度、显微结构和化学成分而变化。要使环模得到最佳的耐磨性，关键在于材料的选择和热处理的方法 。8综上所述：环模的材料选用高铬合金，此设计中选用 4Crl3，4Cr13 材料含碳0.4%0.5%，铬 12%14%，其中含 Cr 量在 12%的环模使用寿命比含 Cr 量 13.5%以上的环模寿命低。4Cr13 材料刚度和韧性都较好，热处理常用整体焠火，硬度大于HRC50，并具有良好的耐磨性和耐腐蚀性，使用寿命较长，吨料环模费用最低。153.1.9 环模制造加工工艺对于同一环模材料，不同的加工工艺将直接影响环模的质量及质量稳定性，因此，制定合理的环模加工工艺非常重要，是提高其使用寿命和稳定质量的关键。环模因其结构，一般由锻造专业厂家提供环模锻打毛坯。一个合理的环模加工工艺主要包括锻造、粗车、精车、钻扩孔、磨内孔及在机加工工序间安排适当的热处理工艺。4Crl3 环模材料加工工艺开料一锻造一粗车一法兰孔一钻孔一倒角一沉孔一清洗一淬火一精磨。材质 4Cr13 制粒机环模，环模的锻造工艺是：圆锭锯床切割成环模坯料，坯料锻造加热入炉温度为 700以下，预热 35h，缓慢加热 34h，升温到 1160保温 2h 后出炉锻造( 始锻温度 1140，终锻温度 900)，往返锻造 4 次。终锻后立即退火，退火工艺为缓（慢升温到 880保温 5h，随炉降温到 660后再升到 860，保温 3h 后随炉冷却至 500出炉） 。21粗糙度也是衡量环模质量的重要指标。在同样的压缩比下，粗糙度值越大，饲料挤出阻力越大，出料越困难，过大的粗糙度也影响颗粒表面的质量。合适的粗糙度值为应在 0.81.6 之间。环模模孔加工工艺:环模模孔加工设备主要有：自动多工位钻床、单头手工钻、单头自动钻等设备。自动多工位钻床常见的有：8 一 12 工位的立式或卧式钻床和 4 一 8工位高速注油深孔枪钻。3.2 辊的设计3.2.1 压辊结构压辊主要由压辊轴、压辊、滚动轴承等组成。压辊的作用压辊的作用是将物料挤压入模孔，在模孔中受压成型。1.压辊轴 2.密封盖 3.压辊 4.滚动轴承 5.挡圈161.Pressure roller 2.Hermetic seal 3.Roller 4.Roller bearing 5.Retaining ring图 9 压辊基本结构Fig 9 Press roller structure3.2.2 压辊类型选择压辊具有较大的承压能力。要求压辊表面具有较大的摩擦系数，以便能攫住粉料；常见的压辊有：（1）开蜂窝孔式，带物料一般，压力均匀性一般；凹穴内填满物料，形成摩擦表面摩擦系数较小，物料不易侧向滑移。（2）开沟槽式，带物料量多，压力不均匀；在辊面上有窄形的槽沟以增加摩擦力，与凹穴辊面一样，物料不易侧向滑移。（3）碳化钨光压辊，带物料量少，压力均匀；辊面嵌有碳化钨颗粒，表面粗糙，质硬耐磨。对于磨损压辊严重及粘性大的物料，这种辊面尤为见效。具有碳化钨涂面的压辊，使用寿命比其它两种较长。但在使用时，务必使该辊定位准确，避免磨损压模。从工作效果和制造工艺考虑，小型制粒机可选择浅开槽式压辊，即压辊表面有与轴线平行的浅槽。3.2.3 压辊直径的确定颗粒形成的基本原理如图 10 所示。它是通过环模和压辊之间相互的挤压力，克服物料通过模孔的阻力，从而达到制粒的目的。图 10 挤压原理图（双辊制粒）Fig 10 Extrusion principle diagram (double roll granulation)相同环模下，压棍直径越大，环模和压棍之间型成的三角挤压范围越大，越利于挤压作用。理论上单辊的压辊直径可做得最大，挤压时间，挤出效果应最好，但在机器运转时，压辊和压模之间的作用力在主轴、主轴轴承、空轴等之间传递，所以单辊17制粒机的主轴、主轴轴承、空轴等机械结构粗大，只在小型制粒机应用极难用于大型制粒机中。双压辊制粒机的两只压辊之间挤压力 F1 和 F3 在主轴两端夹板上平衡；压模上的反作用力 F2 和 F4 相互抵消，设备上的主轴（主轴轴承处） 、主轴轴承、空轴上受力小，机械结构小，是实际中使用最多的机型。根据经验确定压辊外径与压模内径比为 =0.47，并圆整后确定压辊直径 。k13压辊直径 d= D， 取 0.47，D=300mm，则 d=141.1mm 圆整的 d=140mm，压辊k中空，如 11 图所示，根据受力分析 ，其最大应力发生在 A、B， ，14 WNR318.0max。62BHW图 11 压辊弯矩图Fig 11 Roller bending moment diagramN=3.342KN，空心内径取 90mm，H=25mm，B=60mm，则得：MPaPa12043.7max符合要求。3.2.4 压辊材料选择压辊工作过程中主要受到物料对其径向的挤压和切向的摩擦作用，其破坏主要由磨损引起，因此压辊材料需要较高的硬度，而对强度的要求较环模低。压辊材料的表面硬度理论上应低于环模的表面硬度，这样能保证环模的磨损较低。原则上，环模和压辊的最佳寿命比为 1:1，从而实现同时换件，节约时间，即压辊材料为 4Cr13 合金钢，经调质处理后其表面硬度为 HB350。3.2.5 结构参数确定压辊主要有直径和长度两个尺寸参数。设计中环模内径取 300mm，轴向长度60mm。目前常用环模制粒机中，压辊数目一般为 13 个，其直径和环模内径之比为 1：21：3 之间。当压辊数目较多时，上述比值取较小值。压辊长度同环模轴向长度，18取为 60mm。压辊通过与物料间的挤压摩擦作用将物料带入模孔，并挤压成型。为增大压辊对物料的摩擦作用，减小压辊表面的磨损，将压辊加工为沟槽辊面，沟槽深度为 3.5mm。3.2.6 压辊数目确定有研究表明，影响环模使用寿命的主要因素交变载荷作用下环模横截面上拉、压弯曲应力引起的疲劳失效，即为弯曲应力和接触挤压应力作用下的交替变换的折算应力引起的疲劳破坏。构件的疲劳破坏与交变荷载作用下的应力幅和应力比有关，应力幅和应力比的增大将加速构件的疲劳破坏。压辊数目的变化主要引起弯曲应力的改变，合理的压辊数目，有效提高环模使用寿命。随着辊的数目增多，交变应力影响减少，减少的趋势降低；但是随着辊数目增多，对物料的压力减少。综上所述本设计采用最常用的两个压辊，两压辊时，交变应力比一辊小得多比三辊稍大，压力也较大 。103.3 切刀切刀数量一般由制粒机压辊个数决定的，每只压辊配一把切刀。通过调整切刀相对环模在周向与径向的位置，可以控制颗粒的长度。切刀一般分为硬质刀片型及薄刀片型。硬质刀片耐磨性好，韧性差，适用于大粒径；薄刀片韧性好，耐磨性差，适用于小料径。在调整时，硬质刀片一般要调整到刀口离环模外表面 5mm 左右，距离太小时粉料会增多，且可能会碰伤刀口，太大时颗粒长度难以一致，有可能会出现长颗粒料，因为随着距离的增大，刀口对颗粒的折弯力矩增大，颗粒可能会从环模表面折断。薄刀片因为具有弹性，可以调整到贴住环模外表面的位置，这样切出的颗粒整齐一致，特别适用于一些小粒径复合肥。在实际生产中，切刀的调整是很灵活的，可根据需要使用一把、两把或三把切刀进行切割。由于制粒机在供料时，可能存在分配上的缺陷，分配到每个压辊上的肥料量就不能保证完全一致，这样在每个挤压区内挤出的颗粒长度就不一样，有的挤压区挤出的颗粒长些，有的挤压区挤出的颗粒短些，但在一个挤压区内基本是一致的，对于这种情况，就应该分别调整每个切刀的位置。3.4 喂料刮板和匀料辊物料在沿环模轴向由外向里进入上下压制腔时, 因物料与机体的摩擦以及物料本身内部摩擦, 其所具有的动能是逐渐衰减的, 加上离心力的作用, 这样就使得物料贴附在环模内壁时, 并非沿轴向均匀分布。为了清除粘积在传动盘内表面上的少量粉料, 该机器在主轴头上固定了一刮料斜铁, 将传动盘上积存的粉料铲除, 而铲下的粉料较19密实并通过斜铁、压辊和传动盘与压辊之间的间隙又重新进入上下压制腔, 从这个意义上讲, 这也是对压制腔一种少量喂料, 但方向与上述相反。喂料刮板与环模间距为3mm。物料在进入压缩区前分布不均匀，导致压辊表面压应力不均，致使非常规磨损, 而这种磨损是非常有害的, 其产生的后果也是相当严重的。要想有效地解决这一问题、改善磨损, 我们必须从如何尽量使进入压缩区前的物料能均匀地分布在环模内壁上着手。可增设匀料辊如图 12 所示，通过匀料辊扫平环模上的物料，使物料 尽可能的均匀分布。匀料辊直径 35mm，匀料辊与环模间距 =20mm。h图 12 匀料辊和喂料刮板Fig 12 Roll and feeding scraper3.5 模辊间隙正确地调整环模和压辊之间的工作间隙是环模使用的关键。一般来说，环模与压辊之间的间隙在 0.10.3mm 之间为宜。通常情况下，新压辊和新环模相配宜采用稍大的间隙，旧压辊和旧环模相配宜采用较小的间隙，大孔径的环模宜选用稍大的间隙，小孔径的环模宜选用稍小的间隙，容易制粒的物料宜取大间隙，难以制粒的物料宜取小间隙。若压辊与环模的间隙太小，会加剧两者间的磨擦，缩短各自的使用寿命。若两者间的间隙太大，物料将在两者之间打滑，不易成型。通常应在保证物料能顺利成型的前提下，尽可能的调大环模和压辊的间隙。设计中环模和压辊尺寸为中小型，复合肥与两者间的摩擦系数处于中上水平，故取压辊和环模间的间隙为 0.2mm。203.6 辊轴压辊轴上有两个轴承，由于工作时有一定的轴向力，选用圆锥滚子轴承 30210。可知 d=50mm,D=90mm，T=21.75mm 。则压辊轴直径为 50mm。如图 3-7 所示， 3.42KN，压辊轴受力图如图 13 所示。2FF=1710NNq6.58104.31切应力 MPaaA300.372应力图如图 14 所示。图 13 压辊受力图Fig 13 Trying to press roller图 14 应力图Fig 14 Stress diagram弯矩图如图 15 所示图 15 弯矩图Fig 15 bending moment diagram21最大弯矩 mNM4.10829.6581049.17max最大拉应力 MPaPaDWIR1203maxax 所以轴符合规格。4 电动机的选择电动机是已经系列化 的产品，在机械设计中，要根据工作载荷大小及性质、转速高低、起动特性、过载情况、工作环境、安装要求及空间尺寸限制和经济性等要求从产品目录中选择电动机的类型、结构形式、容量和转速，最后确定具体型号。4.1 选择电动机的类型和结构型式由于小型农家复合肥制粒机对起动转距有较高要求，根据其结构特点，应选交流电动机，Y 系列电动机具有高效、节能、震动小和运行安全可靠的特点，安装尺寸和功率等级符合 IEC 国际标准，符合小型复合肥制粒机的工作要求。4.2 确定电动机的容量环模内径线速度计算公式： （m/s）60nDv则环模转速： （r/min） n60（12）式中 D环模内径（m）D=300mm， =3.5m/s 可求得：v=223（r/min）n这符合经验参数 100400 r/min 的环模转速范围。 环模受到的转矩： nPT954转换为环模驱动力： DRQ9542压辊的挤压力： nffF功率： 954nDP（12）式中，P 电机传递给环模的功率； D环模内直径；n环模转速； f复合肥与环模的摩擦系数（ =0.10.37） 。f由 F=3.443KN， =0.1 可求得：P=2.153KWf22图 16 环模转矩受力图Fig 16 Ring die by trying to torque电