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全套设计含CAD图纸 JGC 400 型环模平置式 秸秆 固化 成型 系统 设计 研究 全套 CAD 图纸

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内容简介：

摘要通过生物质能技术的开发，秸秆固化成型燃料技术就出来了，它能够在家里面使用， 还能够用来供暖，在工业生产上，可以用来做燃料，最近这些年很多人在研究它，所以说对它进行设计，对它进行研究还是非常有必要的。本次设计的主要内容是 9JGC-400 型环模平置式秸秆固化成型机系统设计与研究。其主要设计内容有：对 9JGC-400 型环模平置式秸秆固化成型机总体方案进行筛选、分析较量与最终选用。其中包括环模结构的设计与确定，压辊结构的设计与确定。对此方案中涉及到的带传动、齿轮传动及轴进行设计、计算与校核。对其标准件进行选择与确定。通过 cad 绘图软件完成成型机装配图、主要零件图进行设计和绘制。本次设计的环模平置式秸秆固化成型机，为现实的设计、研究及生产提供一定的理论依据。关键词秸秆；固化成型；环模平置式；设计IIAbstractStraw solidified fuel technology is one of the main development directions of biomass energy development and utilization technology. It can not only provide cooking and heating energy for family, but also as fuel of industrial boiler and power plant, instead of coal, natural gas, fuel oil and other fossil energy. Therefore, it is very meaningful to design and research it.The main content of this design is the design and research of 9JGC-400 ring mold flat straw curing machine. The main design contents are as follows: screening, analysis and final selection of the overall scheme of 9JGC-400 ring mold flat straw curing machine. It includes the design and determination of the ring die structure and the design and determination of the roller structure. The design, calculation and verification of belt drive, gear transmission and shaft involved in this plan are carried out. The selection and determination of the standard parts are made.Through CAD drawing software, the assembly drawing and main parts drawing of the machine are designed and drawn. The design of the ring mold flat straw curing machine, provides a theoretical basis for the actual design, research and production.KeywordsStrawcuring moldingring mold flatdesign目录IV摘要IAbstractII1 绪论11.1 本课题研究的背景11.2 秸秆固化成型机的概述11.3 生物质固化成型工艺及成型设备的分类11.3.1 生物质固化成型工艺的分类11.3.2 生物质固化成型设备的分类21.4 国内外秸秆固化成型机的发展现状41.5 本课题研究的目的及意义52 工作原理及主要结构的设计与确定72.1 工作原理72.2 环模结构的设计与确定92.2.1 环模模孔的确定92.2.2 环模转速的确定112.2.3 环模厚度的确定122.3 压辊结构的设计与确定122.3.1 压辊的材料及表面122.3.2 压辊的技术参数132.3.3 模辊间隙132.3.4 压辊直径142.4 单位功率面积142.5 电机型号的选择与确定153 主传动系统设计与计算173.1 传动形式的选择与确定173.2 带传动的设计计算173.2.1 带传动的选型173.2.2 V 带设计计算183.3 主轴的设计213.4 螺栓组的结构设计224 主要零部件的校核234.1 紧固环模的螺栓校核234.2 螺栓受力分析及校核234.3 主轴的校核25结论27致谢28参考文献291.1 本课题研究的背景1 绪 论38在农业生产，林业生产的时候，有很多剩余材料。比方说，田里面省下来了秸秆，还有稻壳，玉米芯，花生壳等等。在进行林业生产的时候，有剩下来的树脂，树叶，木材的剩料等等。上面所说的这些材料，他们在很多地方都有，并且是分散的存在的，堆积密度是非常小的，所以说要想收集起来，进行运输还有保存的话，是有难度的。所以，现在才有了生物质固体成型燃料的技术，在规定的温度下，规定的压力下，粘合剂用的就是木质素，将分散下来的这些材料进行压缩，有的压缩成为棒子，有的压缩成为一个块。压缩好了之后，就跟煤炭差不多，这样就方便我们运输，还有保存；燃烧的时候性能是更好的，利用率明显提高了很多。1.2 秸秆固化成型机的概述植物的原料里面有纤维素，有树脂，有蜡等等。正常在阔叶木，或者是针叶木的里面， 木素的在里面的量有到了 27-32%、禾草这种里面包含的量是达到了 14-25%。按照掌握的知识可以知道，植物质就算是不一样的，但是他们都是有木质素包含在里面的，不过他们的成分，还有他们的结构都是不可能完全相同的。正常的温度下面，木质素对于有级溶剂来说，它是不能进行溶解的，对于木质素来说，它不是一种晶体，所以说不管是熔点，还是软化点，它都是没有的，如果温度到了七十度到一百一十度这个范围的时候，它就会出现软化了，并且还会有一点粘性。在温度超过两百度，没有超过三百度的时候，它就熔化成为液体了，粘度是非常大的。因为现在使用的机器是压缩成型的，特别是有的机器加工的生物质成型块都是非常大的，基本上在成型模最后的地方，想要对它进行加热，那么只需要用电阻丝就可以了，不仅能够让形状满足需要，并且阻力也变得更小。设计的这个秸秆压块机，将秸秆这些生物材料进行粉碎，进行压缩，这样就可以加工成为我们需要的效能高，并且非常环保的燃料，或者是饲料了。秸秆压块机生产出来的产品都是用来当做饲料或者是燃料用。放到现实中进行使用之后，发现它不好的地方进行改进，现在秸秆压块机相对来说是非常完善了，这种机器的机动化程度是非常高的，并且生产的数量也是非常大的，价格不高，而且耗费的电量还不错，用起来相当简单，对环境没有任何的污染等等好处。所以现在秸秆压块机对很多农作物的秸秆，还有一些比较小的树枝这样的材料进行加工。1.3 生物质固化成型工艺及成型设备的分类1.3.1 生物质固化成型工艺的分类在对生物原料进行生产的时候，有两种办法，一种是冷压加工，一种是热轧加工，对加工的这些生物原料进行成型的时候，也有两种办法，一种是干态的，还有一种是湿压的， 另外还要就是一种机粘结剂的，一种是不加粘结剂的。按照工艺跟工艺是不一样的，对工艺来进行分类，有常温湿压的，还有热压加工的，还有碳化加工的，还有冷压态加工的。（1） 、常温湿压成型工艺这种加工办法基本上加工的生物原料水分含量都是非常高的。要是原料是纤维类的话， 如果产生了腐化，那么能量就会少一些了，不过进行了挤压，进行了加压之后，它的性能 也就变好了很多。在正常的温度下，对纤维类的原料用水进行浸泡，泡了好几天之后出现 水解，那么它的压缩性就明显变好了很多，纤维也就没有那么硬了，还有有的地方都开始 进行降解了，在压缩的时候是非常容易的。通过一些不复杂的模具，把这个分解之后的生 物材料从废水里面捞出来，之后还要对这些材料进行压缩，这样燃料块也就被压缩出来了。在泰国，还有菲律宾这些国家，这个技术用的是非常多的，正常的燃料压块的热值的平均 数在每千克二十三千焦，在这些国家，他们是非常环保的能量，在燃料市场上的销售非常 好。（2） 、热压成型工艺现在用的最多的加工工艺就是生物质压缩工艺。它在加工的时候，具体的步骤是：首先对原料进行进行粉碎，之后对这些粉碎之后的原料进行干燥，把它们进行挤压，挤压好了之后对这些材料进行降温，温度降下来之后将它们都包装起来。（3） 、炭化成型工艺按照加工的步骤不一样，对碳化成型的加工工艺还能进行分类：首先将它们的型加工出来，之后再进行碳化加工的步骤是：首先取得原材料，对这些原材料进行粉碎，进行干燥，之后把这些原材料按照规定的形状加工出来，成型了之后对它进行碳化，最后将温度降下来，对产品进行包装。首先进行碳化，之后在进行成型的生产加工加工的步骤就是：首先取得原材料，将原材料粉碎下来，将里面的脏东西扔掉，对这些原材料进行碳化，将粘合剂加进去，对产品进行挤压，加工成为我们需要的形状，对产品进行干燥，最后将加工好的产品包装起来。（4） 、冷压成型工艺在正常的温度下面，给生物原料一个很高的压力，对它进行挤压，让它加工成为需要的燃料块。通过挤压，就会有热量出现，那么生物原料里面的木质素就会出现塑化的粘结。1.3.2 生物质固化成型设备的分类现在，用的最多的加工机器是螺旋挤压式的，活塞式的，还有压辊式的。（1） 、螺旋挤压式成型机这种机器对生物质进行挤压，通过螺旋杆来进行，从外面对它进行加热，将温度保持在一百五十度三百度，这样就可以让木质素，还有纤维素这些元素变软，这样原料就会被挤压起来了，成为了一大块。要想在生产的时候，避免原料里面的含水量很快的进行蒸发， 那么就算是挤压好了大块，有可能因为水分含量比较少，所以就会出现开裂的情况，这个块就形成不了了，正常原料的含水量要保持在百分之八到百分之十二的样子，加工成型的时候，压力有多大，主要是看这个原料的密度是多少，还有要求成型的块密度是多少，正常挤压力是在 490012740Pa 范围里面，加工出来的燃料的形状基本上都是一个棒子，并且是空心的，这个棒子的直径大小在五十毫米到六十毫米。图 1-1 里面展示。（2） 、活塞冲压式成型机图 1-1 螺旋式挤压成型机构这种机器要想将燃料加工出来，是通过活塞来回的动作来进行生产的。根据驱动力不一样，进行划分，一种是机械式的，还有一种是液压式的。要是机器是机械式的，那么它对能量进行保存的时候，是通过飞轮来进行的，要想让冲压活塞进行动作，主要是通过曲柄连杆装置来实现的，原来的物料都是松开来的，冲压活塞对它进行冲压，慢慢的冲压成为我们需要的形状。冲压机如果是液压式的，它的动力来源是液压油缸的，将冲压活塞带动着进行生产加工，对生物散料进行冲压，一直冲压加工到我们需要的物料的形状。冲压式成型机一般生产的燃料的形状有棒子样的，还有块状的，加工出来的产品，它的密度是在 0.1-1.1 这个范围里面的。这个里面，液压式冲压成型机对于原料的含水量是没有太高的要求的，可以让原料含有的水量达到百分之二十。图 1-2 里面展示出来。图 1-2 活塞式挤压成型机构示意图（3） 、压辊式压块成型机这个机器的组成有两部分，一个是压辊，还有一个是压膜。压辊顺着自己的轴进行转动。生产齿，或者是槽在压辊的外面一圈，这样对原料进行压紧的时候，不会出现打滑的情况。压模有两种，一种是圆盘型的，还有一种是圆环形的，制造成型孔在压模的上面， 这样要加工的物料就会进到压辊还有压模的中间去，因为压辊的作用，那么物料就被压到了成型孔的里面去。从这个成型孔里面出来的物料就成为了圆柱，或者是棱柱，之后用刀把这些压块进行切割。图 1-3 里面展示的就是。图 1-3 环模式挤压成型机构示意图1.4 国内外秸秆固化成型机的发展现状我们国家从上世纪八十年代开始从国外购买先进的秸秆固化成型机，并且在这个基础上结合我们国家的实际情况进行研发。到了九十年代之后，我们国家研究出来了型号不一一样的生物质成型机，还有碳化机组。到了二十一实际的时候，我们国家又研究出来了活塞式的液压成型机，现在在我们国家的产业已经基本上形成了。虽然说从国外买回来很多比较先进的生物质成型机器，也进行了很多的研究，不过在我们国家实际上发展的压缩成型机只有两种类型：一个是螺旋挤压式的，还有一个是液压冲压式的。现在我们国家使用的螺旋挤压成型机超过了八百台，生产量在 100200kg.t-1 这个范围里面，电动机的功率在 7.5-18kW，电加热功率 2-4kW，加工出来的成型燃料基本上都是棒子的样子，直径大小在 50-70mm，单位产品电耗 70-100kWh.t-1，现在基本上这些机器基本上都不工作了，因为原料用的是木屑，在市面上，还有使用的资源都是非常有目的的，花费的钱是非常多的。螺旋挤压机器损耗是比较大的，修起来花费的时间比较短， 耗费的能耗还是比较多的。所以说，螺旋式成型机最主要的就是螺杆要用多长时间。我们国家生产了一种螺杆，它的材料是非常特别的，可以不间断的工作五百小时，不过花费的钱是非常多的，液压式生物质成型机在对物料进行加工的时候，是通过活塞进行冲压的， 活塞的动力来源于液压，在工作的时候稳定性是非常不错的，这样的话容易破损的零件使用时间也可以变得更长；在 2002 年的时候，我们国家研究出来了第三代的液压驱动，这种秸秆成型机是双头活塞式的，对于螺旋挤压成型机的上面，螺杆容易损坏的这个问题进行了解决，并且这个技术也是比较成熟的。在国外，对生物质进行致密固化的时候，有三个发展时间段：第一个阶段，是从上世纪的三十年代到五十年代，在这个时间段里面，进行研究，进行引进，研究的主要内容就是想取代石油，一开始英国有一家单位对煤炭能源进行研究，后来对精煤进行生产，慢慢的发展到对造纸厂里面没用的东西进行生产。在上世纪三十年代的时候，美国人开始研究螺旋式的成型机，并且在德国，还有瑞典大范围使用更加现代的活塞式成型机。燃料块的原料是锯末的，在市面上的竞争力是非常强的，后来到了五十年代，压缩机的动力来源有了油压，水压的，还有机械的。第二个时间段，也就是上个世纪的七十年代到九十年代，很多国家都开始发现，石油对于我们生活的环境石油很大的影响的，并且这种石油能源是不可再生的，总有用完的一天，生物质压缩固化成型块的发展是非常的迅速的，在发达国家，这个行业是已经具备相当的规模的。第三个时间段，也就是到了上世纪九十年代之后，丹麦这个国家开始大规模的进行研究，先是通过生物质能对电力进行发电，之后德国，奥地利这些国家也开始对它进行大范围的研究，用比较大的锅炉将原来使用的燃料给取代掉，在联合国，现在也专门成立了项目组，对它进行研究。1.5 本课题研究的目的及意义（1） 、新时代的农村需要新时代的农民最近这些年，我们国家对于农村是越来越重视的，不管是在技术，投入的钱这些方面， 政府都进行了很大的投入。进行新农村的建设之后，农村的道路变好了，农村的房子也编号了，新的农业生产的模式也出来了，不过，就算是有新的政策，新的思路，新的面孔， 在对新农村进行建设的时候，大家对于低碳农机的接收程度还是比较低的，根本原因在于宣传的少了，现在农村的经济已经发展的不错了，不过农民的思想还是非常落后的，所以， 要想让农民接受低碳农机这个观念，那么首先从理论上要对农民进行宣传，告诉他们怎么样将技术进行提升，让他们能够接受这个观念。之后，加大宣传，加大对农民的教育，告诉他们现在社会已经改变了，需要的是跟现在这个时代适应的观念；第三，我们农村的管理干部要做表率，这样大家才会跟着他学，对于低碳农机的观念接受程度就跟深了。低碳农机说的是油耗更低，排放更少，效率更高，并且使用了之后，农民的收益变得更高，只有年轻的农民才能将农村改变，只有农民变得强大了，我们这个国家才能总体变得强大了。（2） 、只有在农机工业有了更新的发展基础上，新的农机才能有更大的发展要想让农机的经济变得更加低碳，那么农机产品就需要是低碳型的。因为要想发展的农机经济是低碳型的，所以就需要我们的农机站对于农业发展投入一些钱，技术的发展对于我们国家的农业发展必须是适合的，每一个环节都有需要的农业机械。比方说，农机产品的动力来源是太阳能的，或者是农机产品的动力来源是沼气热能的等等。对农机具要按照时间进行保养，有问题了要及时的进行维修，尤其是农忙的时候，对于机器的保养还有维修要加强，让他们在工作的时候保持在最好的状态，能耗要变得更低， 废气排放的更少，在农地上进行工作的时候效率更高，加大农机技术的培训，让农民买了之后就会用，平时可以对机器进行一些基础性的保养，那么机器的性能就非常不错了，油耗变得更少，产生的经济效益更好，防止机器有问题还需要进行工作，机器的工作性能也就变得更高了，这样一来节能减排的效果也就变得更好了。2.1 工作原理2 工作原理及主要结构的设计与确定模辊工作的时候，因为电动机产生动力，环模顺时针进行转动，跟着调质好的物料就进到压块室里面去了，秸秆就被带到工作的地方去了，因为工作区域里面有摩擦力，所以在这个作用下压辊也开始跟着它进行顺时针方向的转动。跟着模辊进行转动，带到里面物料也就开始向前面进行移动，并且速度是越来越快的，挤压力一直在变大，物料的密度也是在不断变大的。在挤压力大到一定程度的时候，可以将这个摩擦力克服掉，那么密度还有粘结力都满足要求的物料，这个时候就被挤到了环模的孔里面去了。因为模辊一直在进行转动的，秸秆就不停的被挤到环模孔的里面去，在这个孔里面加工好的秸秆就被从环模孔里面挤出去了。2-1 图纸里面就是粉状的饲料怎么样被进行挤压的，它有三个部分，一个是供料的区域，还有一个是变形压紧的区域，还有一个是挤压成型的区域。（1） 、供料区图 2-1 环模固化成型机压块原理示意图因为环模跟压辊之间会有一个楔形角出现，这个角度比物料的临界摩擦角还要大，物料层是一直在被进行压制的，跟着环模一直在向前进行移动的，在环模和压辊的中间进行推挤，跟着变形压紧的范围里面，物料层不停的向前进行移动，慢慢的对环模还有压辊转动的时候，会有新的压紧空间形成，对这个空间进行补进。在供料的这个地方，机械外力对物料是没有任何影响的，不过因为环模在进行转动，因为有离心力的作用，所以物料在环模里面的壁上面是紧紧的靠着的。（2） 、变形压紧区环模跟压辊之间会有一个工作楔形角，这个角度比物料的临界摩擦角还要小，在环模还有压辊的作用下，物料层就跟着进行转动，它移动的方向是挤压成型的地方，并且在这个变形挤压区里面，因为它一直在动作，所以这个面积是一直在变小的，物料层慢慢的被压紧了，物料的密度是变得越来越大的，它里面的每一个点的压强都比摩擦阻力还要小， 所以物料只有在不停的被挤压，不过它没有朝着环模孔里面进行动作的。现在挤压力变得越来越大，粉粒的空间变得越来越小，所以物料就会出现形状的改变，这种改变是不能恢复的。（3） 、挤压成形区在这个区域里面，环模跟压辊中间的缝隙是变得更小了，挤压力是变大的很快的，粉粒体相互之间接触的时候，面积变得更大，粘结性就非常不错了，并且慢慢的挤压到环模孔里面去。这个时候压块会出现弹性的改变，还有会出现塑性的形状的改变等等，所以这个压块的密实程度就变得更大了。物料在进行不停的挤压，从环模孔里面挤出来之后，存在回弹率。2-2 就是环模还有压辊的工作图纸，物料被挤到环模孔里面去之后，挤压力就达到最大了，并且一直都在 D 这个点。D 这个点压力开始释放，一直到 F 这点，挤压力基本上就变成 0 了。物料从 F 这个点转过去之后，就有环状的粘附层在压模里面的面上出现。这个粘附层的厚跟辊模之间的缝隙有很大的关系，跟它的结构的刚性，还有剩下来的物料膨胀度都有很大的关系。环模跟压辊的缝隙越是大，那么剩下来的物料的层厚就越是厚，膨胀的越是大，那么粘附层变得就越是厚。图 2-2 环模与压辊工作示意图经过环模的圆形 O 这个地方，引出来一条射线经过挤压区的临界点，跟环模，还有压辊在 A,A1 这个地方进行相交，将这两个点的切线画出来，他们有交点，交点是 C，比 ACA1 还要小。也就是说模辊对物料的攫入角 。开始有物料进去的时候，这个角度是非常大的， 也就是所谓的攫入角最大值 max。在一个物料一直在进行挤压的时候，这个角度一直在变小，最后都没有了，也就是 0。这个角也就是我们前面说到的楔形角。在这个物料的特征没有变化的时候，这个 max 变小了，那么挤压物料的时候就更加容易。对于这个机器来说，压辊还有压模这些零件都是非常重要的，他们的工艺数据配合的是不是好，性能是不是好，质量是不是好，对压块机的生产效率有很大的影响，加工产品的质量也有很大的影响。2.2 环模结构的设计与确定2.2.1 环模模孔的确定在环模上面的小孔里，秸秆料从这个地方出来，模孔的轴向基本上都指向环模的轴线， 图纸 2-3 里面展示。环模的孔是什么形状，厚度是多少，对于压块的质量，还有压块时候的效率都有很大的影响。要是环模的孔非常小，又很厚的话，那么生产率就比较差了，并且花费的钱还多，加工出来的压块非常松。所以，环模的孔的形状，还有厚度选用的好， 才能确保生产效率高，产品质量好。环模的孔：现在用的比较多的孔的形状是直的，反向阶梯的，还有外锥形的，还有正向带锥形过渡的。直形孔生产起来非常容易，用的也是很多的；反向阶梯孔，还有外锥形孔，模孔的有效长变得没有那么长了。在模孔里面的物料进行挤压的时候，加一个压块在上面，这个压块的直径要比十毫米还要小；正向带锥形过度梯孔，可以用来生产的压块， 直径要比十毫米还要大，含有的粗纤维是非常大的，体积小，质量小。除了上面说的这几种，还有一些别的孔，比方说不是圆形的，外锥形孔等等，不过用的少。直形孔要加一个压块进行配合。图 2-3 环模模孔类型(a 内小外大，b 相反)这个进料孔比模孔的直径还要大，这样一来物料进到孔里面去的阻力就变小额，方便他们进到模孔里面去。美国生产了一种压模，它的进料空是曲线的，要是压模的模孔是非常大的，不能用这种曲线孔，用锥形孔，或者是直形的孔。压块的孔是非常小的时候，进口这个地方的锥角在三十度，如果孔的直径是非常大的，那么纤维性的材料，非常轻的，是压制不了的，一般用的是正向带锥形过渡阶梯孔，这个孔的最小直径是十毫米、I=12d，角度在 3045 。这样不管是大孔还是小孔都可以进行压制，压块的质量才能满足要求图 2-4 模孔的参数压块的孔是非常小的时候，进口这个地方的锥角在三十度，如果孔的直径是非常大的， 那么纤维性的材料，非常轻的，是压制不了的，一般用的是正向带锥形过渡阶梯孔，这个孔的最小直径是十毫米、I=12d，角度在 3045 。这样不管是大孔还是小孔都可以进行压制，压块的质量才能满足要求。要是原料含有的纤维量是非常大的，因为压块是有一些差别的，所以在进行压块的时候，将模孔的阻力变得更少，所以设计的模孔有两个区段，有的时候，特别是加工的物料在孔里面堵起来的时候，或者因为减压孔的原因，环模的强度变小了，所以用的是锥孔跟直孔的过渡办法来进行组合，或者也能够用锥孔。对于压模来说，开孔率是非常重要的一个指标，他对于压块机的生产力影响是非常大的，压模的强度一定要满足要求，之后将开的孔变得越多越好。在算开孔率的时候，办法跟粉碎机筛孔的开孔率是一样的，按照孔的直径不一样，正常开孔率在百分之二十到三十。在设计环模的时候，它的布局也是非常重要的，按照养的动物不一样，压块的大小也就不一样了，只要将养的对象定下来之后，压块的大小也就定下来，自然模孔的大小也就定下来了。模孔的布局办法有两种，一种是排列整齐的，一种是排列不整齐的，图纸 2-5 里面有所展示。要想让物料在模孔里面更好的进去，它在布局的时候用的是错位的方案， 一般都是按照三角形的形状来进行。图 2-5 模孔的排列方式（1） 、压缩比模孔进口的地方比上模孔的面积，这个数据代表的是物料进到压制的地方之后，怎么样对物料进行有效压缩的一个数值。如果孔的直径比十毫米还要小， D2d2=156，要是比十毫米还要大，那么孔的直径也就变得更大了。（2） 、模孔的有效长度(L)说的就是物料被挤压的孔模有多长。这个数值大的话，那么在模孔的里面，物料被挤压的时间就越长了，压制了之后压块就变得更硬了，强度就变得更大了，压块的质量也是更好的。反过来说，压块变松了，粉化率变得更高，压块的质量也就没有那么好。、（3） 、环模的厚度(T)在确定环模的厚的时候，按照模孔的有效长度，减压孔的深还有环模的强度大小来进行。压模越是厚，那么模孔就越是深，孔的直径就越是小，那么孔壁的阻力就变得更大， 物料挤压的就更紧。饲料不一样，在对压模进行选用的时候，还要按照孔的直径来进行选择，这个压模的厚应该是最合适的，这样饲料块才是最好的，对模孔还不会造成堵塞。（4） 、长径比(L/d)长径比说的就是有效工作长度比上孔的直径。按照生产的物料不一样，使用的长径比都是最合适的，这样就可以加工出来压的非常紧的饲料块。物料的颗粒直径不一样，对它进行压块的时候，压模选用的直径应该是合适的，这样加工出来的产品才能是质量一样的， 并且生产效率还能非常高。2.2.2 环模转速的确定对环模转动的速度进行设计的时候要注意下面几点：（1） 、压块的生产量，跟转动速度是没有关系的，在最合适的转动速度里面生产出最合适的量；（2） 、压块成形率，转动的速度太快的话，压块会被弄碎了，成型率就变低了；（3） 、饲料不一样，那么转动的速度也就不一样，压制出来的饲料质量是非常好的；（4） 、环模转动的速度受到环模里面直径的线速度的影响。经验告诉我们，环模的模孔要是比较小的话，那么线速度就是非常快的，但是模孔要是直径非常大的话，那么线速度都是非常慢的。环模的线速度对于压块的效率有很大的影响，对于压块的紧密度影响也不小。在一个区间里面，环模的线速变快了之后，生产的量就变多了，耗能也是变大了的。很多公司的传动用的是可调的双速的，这样就算孔的直径不一样，原料的生产需要不一样都能够适应，这样生产出来的压块质量才是比较好的，并且压块机的使用范围也变大了。很多国外的生产单位，在一个机器上，配备的环模的线速有两种，或者是三种，使用的人按照不一样的生产需要去进行选择。所以说，怎么样实现环模线速的最佳状态，对于现实的生产来说，还是非常有必要的。2.2.3 环模厚度的确定物料的特征，还有模孔的大小就将模厚定下来了，要加工的饲料不一样，那么需要使用的径比是最佳的，这样一来压块的质量就是非常好的。在表格 2-1 里面就有比较合适的长径比：表 2-1 不同类型饲料的适宜模孔直径和深度范围饲料类型横孔直径模孔深度深径比（H/a）最小一般最大最小最大含谷物高的配合饲料4.04.86.43845514550575057649.59.48.012.511.910.0热敏感饲料及尿素饲料4.04.86.41925322532383238454.85.25.08.07.97.0含天然蛋白质高的浓缩饲料4.04.86.49.53238455138455157455157645.07.97.05.47.010.68.96.74.051576412.816奶牛配合饲4.857647011.914.6料6.464707610.011.99.57076897.49.4按照需要，确定物料的压块的半径大小是五毫米，确定环模的厚在 45 毫米，横孔的直径大小是 4.8mm。根2.3 压辊结构的设计与确定压辊的组成是压辊偏心轴，压辊壳等等。压辊是用来把物料压到模孔里面去的，在模孔里面对它进行挤压，之后就将饲料快生产出来了。1. 压辊偏心轴 2.密封盖一 3.密封盖二 4.压辊壳5.滚动轴承 6.定距环 7.垫圈 8.螺母 9.螺塞 10.挡圈图 2-6 压辊结构示意图2.3.1 压辊的材料及表面模线的速度，还有辊线的速度都是一样的，不过辊的直径不大，所以压辊的损耗是要要比压模的还要大一点的。如果辊跟模一起来进行更换，那么压辊的硬度是要比压模还要大的，大 5-6HRC。所以压辊的材料一般用的都是高碳合金钢。要想让物料进到模孔里面去，压辊跟物料里面肯定会有摩擦力。压辊的面都是粗糙的，并且形式不一样，避免压辊出现打滑的情况。2.3.2 压辊的技术参数环模成型机，一般使用的压辊有两个到三个，情况比较特备的话，用的更多；按照受力来进行确定，压辊三个是最好的。平模成型机正常使用的压辊是两个到五个，用的比较多的是四个。如果是两个压辊的成型机，直径比在 0.430.55，如果用的是三个压辊的， 直径比在 0.390.46。平模成型机的压辊的直径正常是环模的一点六倍，这样才能让这两个压实的非常紧。在实际使用的时候，这两种机器的功率都是一样的，压辊的直径比在1.251.77。压辊使用的材质，从理论上来说硬度要比压模的小，只有这样才能确保环模的损耗小一些，使用时间也可以长一些，在我们国家，模跟辊配比的时候比例在 1:2，国外的比例在 1:3。2.3.3 模辊间隙对磨辊的缝隙进行调整是非常重要的，分析太小额，损耗就变大了；缝隙太大的话， 就会有打滑的情况出现，对于产品的质量影响是不小的。模合辊之间的缝隙正常在 0.1 0.4，如果是环模型的，缝隙在 0.10.3，压草粉为 0.5。要是压块机是平模的，他们之间的缝隙在 0.0050.3。在环模里面将压辊装进去，通过压辊偏心轴，对于压辊的面和环模里面的面之间的缝隙进行调整，要调整到跟环模接触的时候刚刚好将压辊进行带动是最好的。图 12 里面展示的就是压辊的调节原理。将压辊调节螺栓 3 松下来，将抵在偏心调节凸缘进行拧动，将压辊的调整螺栓 3 进行调整，这样对于压辊跟关模之间的缝隙就可以进行调整了，调整到合适的地方之后，将调节螺栓拧紧了，这样就实现锁紧了。1.偏心调节块 2.前板 3.压辊调节螺栓 4.压辊 5.环模图 2-7 压辊调节示意图对辊还有模的缝隙进行自动化调整的时候，类型是非常多的，它是通过气压装置，或者是液压装置来进行自动化的调整的。通过气压将电动机带着进行转动，如果电机是气动的，那么花键就会带着蜗轮蜗杆进行转动，因为梯形螺旋进行的动作是来来回回进行的， 调节杆的两头是装在球面轴的上面的，那么在一定的区间里面，调节杆是可以进行摆动的， 那么调隙轮也就被带着进行转动了，这样一来模跟辊之间的缝隙就进行调整了。还有环模里面要是有料堵在里面了，那么能让压辊跟环模里面的面分的很远，这样做清理起来是非常容易的，并且花费的时间也变短了，效率也是变高的。2.3.4 压辊直径将物料挤压到模孔里面，并且从模孔里面挤出来，用的就是压辊。为了避免出现打滑的情况，还有在压辊的面上加大摩擦，加大耐磨性，一般用的都是将压辊轴进行拉伸。因为压辊的直径比上压模的直径是 0.4：1，这两个的线速度是一样的，压辊用的原材料是合金钢。压辊的直径大小对于压块的时候物料的摄入角，所以说可能的话，用的压辊的直径是比较大的，压辊的直径跟环模里面的直径的关系是：式中 D 压辊直径; d 换膜直径2d 3 D2（2-1） d 0.43D因为两个压辊的中间有螺栓，并且还要对缝隙进行调整，他们之间的关系式：d = (0.39 0.43)D 再加上，D=485mm，那么 d=189210mm，确定 d=200mm。2.4 单位功率面积这个因素可以对压块机的工作性能唉进行横梁，对于压块机的设计来说，是非常重要的，这个数据要是大了，那么主电机的功率就变小了，就会出现超载的情况，反过来浪费就比较多了，所以单位功率面积的数值一定要是比较合适的。正常来说，这个数值的大小在 2000-4000mm2/kw，论文里面确定它的大小是 2500mm2/kw，选用这个数值，压块的稳定性是非常好的，并给可靠性还非常高。环模里面的直径必须要在一个合理的区间里面，已经知道单位功率的面积了，那么说：式中 D环模内径； A单位功率面积b 压带宽p电机功率 D = AP / pb(mm)A = Dbp（2-2）环模的面积如果是一样的，要是宽比较小的话，那么环模的直径就变得大了，这样一来这个机器的整个体积就变得很大了，有许多的浪费会出现；要是宽变大了的话，草料掉到环模里面去之后，不了就非常不运城的，那么环模跟压辊在用的时候，损耗就不是那么均匀的，使用时间也就变得没有那么长了。环模的宽，还有直径应该选用是比较合理的， 也就可以对压制机的产量进行确保，让容易坏的零件使用时间变得更长，让整个机器的使用时间也变得更长。研究了之后，用下面的式子来表现 b 跟 D 的关系：b=（0.1-0.2）D=kD（2-3）式中 k工作系数。那么 D =AP / p k (mm)，确定 A=4000 mm2/kw ，k=0.1，就有了 D=485mm。这样的话，b=48.5mm。图 2-8 环模示意图图 2-9 环模与压辊2.5 电机型号的选择与确定正常来说，机器对于调整速度的要求不是很高的话，那么使用的电动机可以选用笼型三相电的。因为这个电动机的在启动的时候容量跟电源的容量是能够匹配的。一般的的笼型电动机，在进行启动的时候，转矩是比较小的，特别是启动用的是降压，只能用在空载， 或者是载荷比较轻的地方。要是笼型电动机启动转矩非常高的，基本上用的地方启动转矩是非常大的机器上，比方说压缩机等等。有的机器是要进行有级调整速度的，可使用的电动机是变极多速笼型电动机，比方说电梯上用等等。要是有的是装有飞轮的，并且负载是带有冲击性的，那么使用的电动机应该是高转差笼型电动机，比方说冲压机床等等。如果启动的时候转矩要求非常大的，机器启动，停止都是非常频繁的，并且还要对速度进行调整，那么使用的电动机是绕线型的。要是生产机器的容量比较小的，并且对于速度不需要调整的，可以用同步电动机。 要是有的机器在对速度进行调整的时候范围比较大的，或者是对于所处地点要进行控制的，那么使用的电动机应该是励直流低压电机电动机。要是有的机器机械特征是比较软的，启动转矩是比较大的，那么使用的电动机可以是串励或复励直流电动机。直流电动机后期维护起来比较麻烦一点，而且价格也稍微高一些。工作地点有爆炸危险的话，使用的电动机应该是防爆结构的。按照危险的等级来进行对电动机进行选择。主电机的功率跟压块多少个，还有环模里面的直径关系是不小的，在对压块机进行设计的时候，一开始要知道生产多少个压块，之后将这个压块的综合指标分析出来，那么就可以将主电机的功率算出来，按照国家的规定，每一吨料耗费的电量是 10KWh/t，用下面的式子把主电机的功率算出来：P=产量 x 吨位点耗=QK（kw）已经知道每小时生产的数量是零点五吨，那么主电动机的功率大小是P=QK=5KW，确定标准电机的功率大小是五点五千瓦。再加上环模的转动的速度，确定主电机的型号是：Y132M2-6，额定功率 5.5KW、满载的时候转动的速度是 960r/min， 电机效率 85.3%。3 主传动系统设计与计算3.1 传动形式的选择与确定现在压块机的主传动系统有两种，下面来进行详细的介绍：（1） 、齿轮传动类型这种类型的传动，动力来自于主电机。通过联轴器，让齿轴跟着电机一起进行转动， 通过一对齿轮将速度降低下来，带着孔轴，还有压模进行同时间的转动。齿轮传动时候的特征是：可以确保一瞬间的传动比没有变化，稳定性非常好，进行传送的时候准确性非常好， 并且可靠性很高;功率进行传送的时候区间是非常大的，并且传送的速度区间也是非常大的；构造是非常的紧凑的，并且工作的时候可靠性是非常高的，传动比是非常大的；传动的时候效率是非常高的，并且使用的时间也是比较长的；不管是加工齿轮，还是安装，他们的要求都是非常高的，齿轮使用的原材料基本上是铸铁等等。（2） 、带传动型式它的动力主要是从主电动机来的，经过皮带轮之后，速度就降低额，之后将压模进行带着进行转动。传动时候的特征是：构造不复杂，可以用在两个轴的中心距比较大的进行传动的地方；传动的时候非常稳定，并且不会出现噪声，可以进行缓冲，对振动进行吸收；如果出现过载的情况，在带轮的上面带子会出现打滑的情况，避免比较薄的零部件被弄坏了，这样对它的安全性是有很大的好处的；传动比不能确保是精确的，带轮使用的原材料是铸铁的等等。这篇论文里面的传动形式用的是带传动。3.2 带传动的设计计算3.2.1 带传动的选型带传动的组成零件，一个是带轮，一个是传动带。在主动轮转动起来的时候，带轮跟非常简单的，传动起来非常稳定。买的时候花的钱是比较少的，而且对振动可以进行吸收等等，在现代的机械里面用的是非常多的。根据工作时候的原理不一样，带传动有两种， 一种是摩擦型的，还有一种是齿合型的。如果带传动是摩擦型的，按照带传动的横截面不一样，来进行划分，有平带传动，有V 带的，有圆带的，还有多楔带的，3-1 图纸里面展示出来了。（a）平带传动(b)V 带传动（c）圆带传动（d）多楔带传动图 3-1 摩擦型带传动的几种类型带传动的构造不复杂，传动时候效率是非常高的，带轮加工起来也比较简单，要是传动中心距非常大的话，那么用的是比较多的。V 带的截面就是一个梯形，等腰的，有一些对应的轮槽在带轮的上面。进行传动的， V 带两边的面跟轮槽是靠在一起的。槽面进行摩擦之后，摩擦力的最大数值也就出现了。还有，V 带轮的传动比是非常大的，构造非常紧凑，很多 V 带都是标准化的。V 带传动有这些好处存在，所以用的是比较多的。圆带的构造是没有那么复杂的，它的材质用的是皮革，棉麻，聚氨酯等等，基本上都是用在传动功率比较小的地方。多楔带的柔性是非常不错的，并且它的摩擦力也是非常大的，对于很多 V 带的长度不一样的问题，造成受力不匀称问题解决掉了的。在传动的功率非常大的时候，结构要求紧凑的时候，会用到这种传动。因为论文里面的电机功率是很小的，并且加上实际生产的需要，主传动的系统一定要紧凑，对比了之前介绍的这些传动之后，确定用的是 V 带进行传动的。3.2.2 V 带设计计算已经知道的数值是：主电机功率 P=17KW，转动速度=960r/min，环模转动速度=395r/min，每天要八个小时进行工作。传动比式中n1 主电机转动速度；n2 环模转动速度； I传动比。（1）将功率 Pca 算出来 = n1n2= 960 = 2.4395（3-1）查看书本里面的表格 8-7，就有 Ka = 1.1 ，那么Pca= Ka p = 1.1 5.5 = 6.05kw（3-2）式中 Ka 功率因数； P 电机功率。（2） 、将 V 带的类型确定下来从书本里里面的图纸 8-11 可以查出来 Pca 、n1 ，确定用的是 A 这种类型的。（3） 、将带轮的基准直径定下来，并且对带速进行验算将小带轮的基准直径初步算出来dd 1查看书本里面的表格 8-6,8-8，确定小带轮的基准直径的大小是dd 1= 112mm 。对带速进行验算通过式子v = dd 1 n160 1000=5.63m/s（3-3）式中dd1n1 小带轮基准直径； 转动速度。5m/sv30m/s，所以这个带速是满足要求的。将大带轮的基准直径算出来。按照式子dd 2 = idd2式中dd1 小带轮基准直径；dd2 小带轮基准直径；i 传动比。可以算出来，（3-4）dd2 = 2.4 112 269mm查看书本里面的表格 8-8，确定是 280mm。（4） 、将 V 带的中心距，还有基准长度都算出来按式子0.7(dd1+dd2) 2(dd1+dd2 )，0将数据， 代进去可以算出来274mm 0 748mm ， 中心距的大小确定是 500mm。将带需要的基准长度算出来Ld0= 20+（d d 1（d）d 1+ dd 2 +dd 2）2= 2 500 + 2 （ 112 + 280）+= 1630mm40(280 - 112)24 500（3-5）式中 Ld0 计算基准长度0理论中心距dd1 小带轮基准直径；查看书本里面的表格 8-2，可以把带的基准长度确定出来 Ld = 1600mm 。（5） 将真正的中心距算出来 a(L - L )（1600 - 1630） = 0+ dd0 = 500 +22= 485mm因为轮带有加工时候的偏差，还有带子的长度的偏差，弹性松下来之后会有一个补充紧张出现，那么将中心距的改变区间就可以算出来：min = 0.015Ld = 4850.015 1600 = 461mmmax = + 0.03Ld = 485 + 0.031600 = 533mm这样就可以知道中心距的改变的区间就是 461533。（6） 、将小带轮的包角验算出来1 180o= 180o-（d d 1 -57.3 od d2）48557.3o式中1 小带轮包角；dd1 小带轮基准直径；dd2 小带轮基准直径； 160o-（ 280 - 112） 485（3-6）（7）、将带有多少根算出来 z（1） 将一根 V 带的额定功率算出来 Pr 。已经知道dd 1 = 112mm 和=960r/min，查看资料 8-4a 就有了 P0 = 1.15KW 。按照 n1 =960r/min， i = 2.4 还有型带是 A 型的，查看书本的表格 8-4b 就可以知道P0 = 0.11KW 。查看书本里面的表格 8-5 就可以知道 K = 0.95，查看书本里面的表格 8-2 就可以知道K = 0.99 ，那么说Pr =（P0 + P0） K KL = ( 1.15 + 0.11)0.95 0.99KW = 1.22kW（3-7）式中Pr 一根 V 带的额定功率（2） 将 V 带有多少根算出来 z。z = PcaPr= 6.05 4.961.22（3-8）式中 zV 带的根数。所以 V 带有 5 根。（3）将一根 V 带的初拉力的最小的数值算出来 查看书本里面的表格 8-3 可以知道，A 型带的单位长的质量就是那么(F )= 500 (2.5 - K )Pca + qv2 = 178N(F )0 minK zv（3-9）式中0Kmin 初拉力的最小值；全角系数；Zv 带根数；Vv 带速度；Pca计算功率；Q单位长度质量。那么真正的带的初拉力要满足这个关系才行。3.3 主轴的设计p3n在算轴的直径最小值的时候，按照轴的扭转强度来进行，用下面的式子来算：d A0式中n 主轴转动时候的速度 r min（3-10）A0 用的比较多的轴的原材料的t T 的 A0 值p 主轴上的功率kw轴的原材料用的是碳钢，还有合金钢，有的还会用球墨铸铁。碳钢这种材料，强度是非常大的，不过应力集中的时候敏感度不是很高，一般都是进行机械加工，或者是进行热处理，价格不高，使用的范围比较大。正常机器上面的轴，用的是比较优质的碳钢，在这个里面用的最多是 45 号。要想让机械性能变得更好，那么对它要进行正火处理，或者是调质处理。轴如果载荷比较小，或者是没有那么重要的，热处理就没有必要了，只要使用一般的碳素钢就好了。合金钢的机械性是非常不错的，一般生产的轴速度非常快，载荷比较大，并且体积小，质量比较轻的。要是温度非常高，或者是非常低，或者是工作环境容易腐蚀的话，那么这种轴还是用合金钢来生产是比较好的。轴究竟用哪一种材料，要按照它的工作状况，是不是重要，是不是复杂，生产数量等等来进行考虑，选用最合适的。由于端盖与轴之间为螺纹联接，故在第一段加工出退刀槽和螺纹。第二段和第四段装配一对调心滚子轴承。装在第二段上的轴承分别用挡圈和压辊台肩定位，第四段上的轴承用压辊台肩和轴肩定位，故在第二段有 3mm 的轴肩。D1=80mm，D4=70mm，由于第四段上轴承从始端装入，故第三段直径大于 70mm，取 D3=75mm，以便于安装。第五段装两个O 形圈和一个密封圈。轴的末端用销固定连接在压块机的底座上。图 3-2 主轴轴承用的是调心滚子的，这个轴承的型号是 22218C。3.4 螺栓组的结构设计在对螺栓组进行设计的时候，按照下面的图纸 3-3 来进行，螺栓有八个，他们的格局都是对称着的。图 3-3 螺栓组的结构设计4 主要零部件的校核4.1 紧固环模的螺栓校核论文里面设计的这个环模的数据是：ID = 547mm；O = 324mm；W = 244mm；d = 4mm； L = 41.9mm；T = 60mm； x = 14.4mmD = 6mm；O = 60；可以将环模的凸肩的质量算出来：n = 200r / minm1 = p (r2 - r1) L p = 3.14(882 - 642)8 7.8 = 179Kg在环模的中间部分，它的质量就是：m2 = p (r2 - r1) L p - M = 3.14(882 - 642) 22.4 7.8 - 37 = 228kg那么就可以知道这个环模的质量是 407kg4.2 螺栓受力分析及校核1、因为受到环模的重力的作用，就会有一个倾覆力矩作用在上面。M = G L = 4070 16.2 = 65934NCM式中 M 倾覆力矩； G 重力；L 力臂。（4-1）2、因为有倾覆力矩施加在上面，会有一个加载作用在下面的三个螺栓的上面，它的载荷就变小了，那么说，螺栓在上面的话，承受的力量是非常大的，算出来载荷的大小：Fmax= MLmax/ Z I 2i=1= 65934 / (21 4 + 42 2)= 392.5N所以说上面的螺栓承受的轴方向的载荷是F = Fmax = 392.5N3、因为重力的原因，环模左边的面进行连接的时候，可能会有滑移出现，要想没有滑移出现，那么要符合下面的关系式：式中 KS防滑系数；FzFoKsG（4-2）G环模重力；FZ总拉力；F0螺栓预紧力；G环模重力。确定接触面之间的摩擦系数是 f=0.16，确定防滑系数 Ks=1.2，那么可以算出来每一个螺栓螺栓需要的预紧力的大小是：F K S G =1 K S G 11.2 4070 = 3816 N 0FZZf= 8 0.16（4.3）式中 f摩擦系数。4、在每一个螺栓的上面承受的总的拉力的大小：C20F = F +b F式中 F轴向载荷；（Cb + Cm）（4-4）Cb螺栓刚度系数；Cm连接件刚度系数。Cm 、Cb 代表的是螺栓，还有连接零件的刚度，他们都是一个规定的数值。如果说Cb /( Cb + Cm )=0.2，那么Cm /( Cb + Cm )=0.8 ，这样的话：F = 3816 N + 0.2392.5N = 3894N5、因为环模在进行启动的时候，它实际上就是一个加速的过程，在五分钟时间里面， 角速度就可以到达每分钟两百转，那么角加速度就是： = nmax = 200 2 = 4.2rs-1t300所以说，螺栓可以对扭矩进行承受，因为螺栓跟下面的底座之间会有一个摩擦力，那么需要根据下面的结合面不进行转动的条件来进行符合：式中 Fo预紧力；FzFoRKsM=KsJ（4-5）R螺栓中心到环模中心的距离；z螺栓个数；f摩擦系数； Ks防滑系数； M扭矩；J转动惯量。那么每一个螺栓需要的预紧力的大小是：F 1 KS J11.2 57.9= 271.4N0ZFR= 8 0.16 0.84那么预紧力的大小是 F0 271.4N 6、将螺栓的直径大小定下来螺栓的原材料是 Q235，它的等级是 4.6 的，查资料知道屈服极限是 s=240Mpa。查资料可以知道许用拉应力还有切应力的安全系数的大小是 s=1.5，sr=2.5，所以说： = S= 240 = 160MP S式中屈服极限；S 安全系数。S1.5aa = S = 240 = 96 MP（4-6） S式中屈服极限；sr安全系数。Sr2.5（4-7）按照下面的式子可以把螺栓的危险截面的直径大小算出来：d 0.5( 4 1.3F2 ) = 6.4mm0（4-8）要想让这个构造合理性更好，确定螺纹的公称直径的大小是 d=16mm，螺纹比较小的直径大小是d1 = 14.5mm 。4.3 主轴的校核对轴上面的载荷，还有受到的力量进行分析。按照轴受到的力量的特征，因为压辊环模对饲料进行挤压， 这个时候就会有径向力出现。假设定位就像图纸里面画的， F1=F2=125