模块化环模制粒机试验样机设计（全套含CAD图纸）
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下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985毕业设计说明书论文作者学号学院系机械工程学院专业机械工程及自动化（机械制造）题目模块化环模制粒机试验样机三维设计与性能分析指导者评阅者20年5月副教授下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985毕业设计说明书（论文）中文摘要环模制粒机是饲料工业中制造颗粒饲料的高性能机械，它广泛应用于各大、中型企业，所制的颗粒具有较高的质量，但其本身有着耗能高、稳定差、易磨损的缺点。本文从国内外环模制粒机现有的结构、原理出发，进行分析归纳，研究模块化环模制粒机试验样机的优化结构，设计出环模制粒机的各项机械结构，应用有限元分析软件进行关键部件的三维仿真性能分析，了解影响环模使用寿命的各项因素，并得出提高环模性能的方式，最终探讨了模块化的优势及可行性。关键词环模制粒机优化结构有限元下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985毕业设计说明书（论文）外文摘要TITLETHREEDIMENSIONALDESIGNANDPERFORMANCEANALYSISOFMODULARRINGDIEPELLETMILLTESTPROTOTYPEABSTRACTRINGDIEPELLETMILLISHIGHPERFORMANCEMACHINERYOFPARTICLEMANUFACTURINGINFEEDINDUSTRY,ITISWIDELYUSEDINLARGEANDMEDIUMSIZEDENTERPRISES,PREPAREDPARTICLESHAVEHIGHERMASS,BUTITHASDEFECTSOFHIGHENERGYCONSUMPTION,POORSTABILITY,EASYTOWEARANDTEARTHISARTICLESTARTFROMTHEEXISTINGSTRUCTURE,PRINCIPLEOFRINGDIEPELLETMILLATHOMEANDABROAD,THROUGHANALYZINGANDINDUCING,STUDYONTHESTRUCTUREOPTIMIZATIONOFMODULARRINGDIEPELLETMILLTESTPROTOTUPE,DESIGNTHEMECHANICALSTRUCTUREOFTHERINGDIEPELLETMILL,USINGFINITEELEMENTANALYSISSOFTWARETOPERFORMANCEANALYSISOFTHREEDIMENSIONALSIMULATIONCRITICALCOMPONENTS，TOUNDERSTANDINGTHEVARIOUSFACTORSOFRINGDIEWHICHINFLUENCED，ANDDRAWAWAYTOIMPROVETHEPERFORMANCEOFTHERINGMOLD，FINALLYDISCUSSESTHEADVANTAGESANDFEASIBILITYOFMODULARKEYWORDSRINGDIEPELLETMILLOPTIMIZETHESTRUCTUREFEM下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985目次1引言111国内外研究现状12环模制粒机421主要工作原理422主要组成结构523模块化设计73环模制粒机设计831确定主机功率832环模设计833压辊设计1034主传动设计1235调质器设计1536喂料器设计1737支撑架、支撑板及箱体1838制粒设备总装装配2039本章小结214环模的有限元分析2241环模的结构静力学分析2242环模的结构动力学分析2543本章小结27结论28致谢29参考文献30下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985本科毕业设计说明书（论文）第1页共31页1引言近年来，随着人们生活水平不断地提高，对于动物蛋白有着越来越高的需求，从而促进了畜牧业的飞速发展。饲料行业的发展为人类提供着大部分的动物蛋白，饲料加工设备也在逐步优化，为社会做出了巨大的贡献，行业价值不容小觑。我国饲料生产产量已成为世界第一，饲料工业产值在国内生产总值中的比例超过131，为了满足制粒行业与日俱增的需求，国内外一直都在制粒加工机械优化和创新上做着不懈的努力，越来越多的企业和机构对制粒加工进行了深入的探讨。环模制粒机是生产颗粒饲料的主要饲料机械设备，其性能在很大程度上决定了饲料加工产量，在饲料加工过程中占有非常重要的地位。环模制粒机的特点在于产量大，颗粒成型美观，密度高，不用添加任何添加剂也能制作出颗粒，环模与压辊间磨损均匀，能大幅降低易损品的损耗，配件拆装简单，易于维护。但环模制粒机耗电量大，环模使用寿命低，需经常更换，费时费力，影响制粒生产。本课题从现有环模制粒机机械结构的基础上出发，探究环模制粒机试验样机优化结构，分析模块化环模和压辊可行的必要因素，对关键环模制粒部分进行三维结构设计，使环模和压辊能易于更换、调试，并应用有限元分析软件对环模部件进行性能分析与强度校核，使之满足制粒强度需求。11国内外研究现状在环模制粒成型研究和技术上，国内近几年来发展迅速，但由于国外掌握大量先进技术和专业人才，相比仍有一定差距，我国还缺乏大功率、环模直径更大的机型，并且环模使用寿命也仍有差距。111国外技术及研究现状各个发达国家目前已经有着相对完善的饲料制粒装备技术体系，可以提供高效率的生产方案及工程设备，对于设备的材料性能和加工技术有着系统地研究，关键部件的使用寿命均已超过国内相同类型产品的2到3倍，对结构和工艺进行优化，高效节能的同时还考虑到材料的环保问题，同时提升着制粒装备的可靠性。国外在制粒成套设备集成管理上可以提供从半自动生产到全自动生产，大规模生产已成为主力，时产50100T，单机功率甚至达到上千瓦。在环模制粒挤压成型力学模型的研究中，HOLM等2建立了木质粉体在环模孔内本科毕业设计说明书（论文）第2页共31页挤压成型的力学模型，并分别用小型试验制粒机和单孔制粒单元试验装置进行了试验，推导出了挤压力方程式，解决了力学模型中泊松比、摩擦系数、预加作用力三者相互作用的关系；在粉体颗粒内部结构中，KALIYAN3利用电子扫描显微镜观察出不同方式制造出的玉米秸秆颗粒和柳枝稷颗粒，发现颗粒之间的结合方式主要是固体桥接，并通过紫外荧光照片发现主要由天然黏合剂纤维素和蛋白质形成固体桥接，并提出了有必要调节物料的水分含量和制粒温度来使得这些黏合剂融化，进而形成质量更好的颗粒；国外研究人员还提出了新型制粒结构以提高制粒生产效率，迈斯特4提出在制粒机中使用切割转子，该转子的外周面上布有切割的刀片都由一驱动系统带动旋转，在制粒过程中对颗粒可以进行及时地定向切割，有助于提高制粒效率；在成型颗粒质量研究中，OBIDZISKI5应用实验型制粒机研究了制粒机结构参数，如环模孔径长度、模辊间隙对饲料颗粒质量的影响，得出随着孔径长度和模辊间隙的增加，颗粒密度和动态耐久性也随之增加，且颗粒质量与动态耐久性之间存在线性关系。112国内技术及研究现状国内部分制粒生产指标已经达到国际先进水平，经过技术改革，研发了双齿轮驱动制粒机、双极同步带驱动制粒机、双辊制粒机、平模制粒机、双轴分功能制粒机调质器等多种新型制粒设备，能够适应多种生产需求。不断优化环模和压辊的结构、工艺参数，并有着满足不同物料的系列化产品。从材料、表面处理和形状优化技术方面来对环模和压辊的使用寿命进行有效的改善，并逐渐向着生产线大型化、智能化发展。但总体技术相对落后，缺乏先进的试验与检测条件支撑，经验设计比重大，成套控制系统智能化水平匮乏，与国际先进水平有着较大差距。环模制粒机生产率方面，国内范文海6等人研究了其理论计算及影响因素，指出在环模直径一定的情况下增大环模宽度、压辊直径，提高环模转速以及增加压辊数量在一定范围内可以提高环模制粒机生产率；而环模表面开孔率也是影响生产率的一大因素，高放7研究得出，理论上环模表面开孔率越大，制粒机的生产率越高，但开孔率的大小直接影响加工的难易程度和环模的强度，因此在保证环模有足够的强度及易加工的条件下，应该提高开孔率；在工艺和结构技术方面，施迎春8提出了采用生物质颗粒燃料制取工艺，使用该工艺的制粒机采用相向旋转并外切的双环模，环模上布有若干压制通孔，孔心均指向圆心，可大幅减少单位能耗；江苏牧羊集团有限公司9提出在压辊壳的圆周方向开设弧形凹槽，弧形槽沿壳体轴向由两端向中间本科毕业设计说明书（论文）第3页共31页延伸呈弧状，可解决现有技术中壳体易磨损、卷料性差的难题，保证壳体磨损均匀而且不易堵塞，以便达到节能的目的；环模、压辊是环模制粒机的关键部件，它们的使用寿命是目前制粒存在的主要问题，研究主要在结构受力分析、摩擦磨损机理分析、模具材料、模具结构、热处理等方面。张炜10等研究了环模制粒机中环模结构型孔的有限元分析，得到了环模孔倒角与环模孔轴向路径的应力与变形的影响关系认为60倒角孔的变形小，结构性能最好；朱滨峰等11研究出一种新型预应力环模，使环模的淬硬部分受到一种预应力，以抵消环模工作时压辊对它施加的部分或全部应力，进而降低环模工作时的总应力，提高环模的使用寿命。本科毕业设计说明书（论文）第4页共31页2环模制粒机21主要工作原理制粒的主要方式有挤出制粒、挤压制粒、团聚制粒、搅拌破碎制粒、熔融制粒、喷雾制粒及流化制粒12，应用不同的机械结构和工程原理来达到相同的制粒目的，即将粉状物、块状物等形态的物料进行加工，制成具有特定形状和大小的颗粒物。在其中，环模制粒属于挤出式制粒，也就是用挤出、滚筒挤压及压制等加工方式，将干燥粉体、含有粘结剂的湿润粉体制成圆柱形、球形和片形的方式。环模制粒时，将物料放在压辊和环模的转动滚轮之间，在压辊转动的时候与环模产生挤压力，将物料从环模的模孔中连续不断地挤出，再用切刀切断，制成颗粒。挤压原理如图21所示。图21挤压原理图在物料压制成颗粒的过程中，物料要经过四个区域13给料区、压紧区、挤压区及成形区。物料在给料区时，完全处在自由状态，只受到环模旋转时的离心力，致使物料附在环模内表面上。紧接着物料进入压紧区，在这个区域，物料受到压辊的挤压力，逐渐挤压进入模孔，但由于孔隙有余量，所以物料不会变形。在压辊挤压力逐渐增大后，物料进入挤压区，孔隙减小，物料逐渐压缩混合，充满模孔。在成形区，物料进行弹性形变，在新入物料的挤压下逐渐挤出模孔。物料挤压成型的条件是压辊能把物料挤压到模孔的扩孔中，并且物料受到的挤压力要大于物料在模本科毕业设计说明书（论文）第5页共31页孔中产生的摩擦力。22主要组成结构环模制粒机一般分为卧式环模挤出制粒机和立式环模挤出制粒机。卧式环模制粒机中环模水平安装，环模内有23个压辊，压辊轴线呈水平，环模由主电机带动旋转，安装在环模内的压辊不进行公转，但会由于环模的转动引起的摩擦力产生自转。进入制粒室的物料被整料器均匀地分布到压辊之间，挤入模孔，切割成型。立式环模机型中的环模轴线与水平面成垂直安装，环模内有两个或多个压辊，将物料连续不断地供给旋转的环模和压辊之间，从而进行挤压成型。211卧式环模制粒机卧式环模制粒机由给料装置、调质器、造粒器和其他部件构成，简要的结构如图22所示。图22卧式环模制粒机结构示意图给料装置主要由电磁调速机，减速器，联轴器，螺旋轴和螺旋壳。电机包括变频电机和减速器，用来与变频器连接，可以改变输出速度。螺旋壳，螺旋轴和轴承等部件，通过驱动调速电机进行工作。调质装置包括电动机，传动机构，转子和壳体，蒸汽口。其功能是注入蒸汽，将配合粉状物料调质到一定的温度和湿度后送入制粒室制粒。调质器壳体由不锈钢制成。制粒器主要由主电机、传动机构、转子、本科毕业设计说明书（论文）第6页共31页环模、压辊、刮刀、切刀组件及机身和门等组成。粉状物料调理过后，放入喂料锥，通过刮刀将物料均匀地布置在环模与压辊之中。物料在压辊与环模的挤压下通过模孔挤压成型，最后由切刀将挤压成型的物块切割成颗粒状，由出料口排出。212立式环模制粒机立式环模制粒机一般由主电机、减速机、压辊轮装置、切刀和环模等组成，简要的结构如图23所示。图23立式环模制粒机1撒料器；2侧料箱；3贮料室；4排料桨叶；5轧辊；6切刀；7轧模；8调节闸门物料由制粒机的侧料箱落入机体上方的贮料室，在贮料室底部开有两个对称的孔口，通过闸门调节开度，可以改变供料量。随着竖轴的旋转，排料桨叶把物料以准确的数量投入下面的制粒室。两个压辊轴也被固定安装在贮料室的下部。环模由竖轴带动旋转，模上开有很多辐射状带锥度的径向孔。两个压辊由于环模旋转时的摩擦力而自转，两者相互作用，把原料强制地挤压入模孔。在模孔的外边缘安装有可调节的切刀，将颗粒切断。本科毕业设计说明书（论文）第7页共31页立式环模制粒机广泛应用于化工、医药及催化剂工业中，用于制造比较坚硬的颗粒。而卧式环模制粒机常应用于饲料、合成树脂、炭黑、化肥、活性炭、陶土等方面，所以本次以卧式环模制粒机进行设计。23模块化设计模块早在建筑行业中就有了自己的概念，用来分成各种自由组合的建筑单元进行连接和互换，在引入机械制造行业后，模块的功能更加得以体现，其功能特征、连接接口等都与真实的产品对接在了一起。模块化设计的产品可以有不同的组合搭配，生产多种需求的产品，也可满足个别商家的定制需求14。在相似的产品上可以直接引用已有的零部件及设计经验，减少了设计和制造的流程，而模块的设计人员可以用更多精力关注其产品的质量和可靠性，从而促进整个行业的良性发展。在制粒机长期工作的情况下，环模和压辊都会出现不同程度上的磨损，以至于失效，所以环模和压辊需要定期的维护和更换。而环模和压辊模块化可以大大缩短更换时间，提高制粒生产率。不仅如此，模块化还能为环模和压辊的单独设计制造提供便利，依靠模块结构、尺寸和参数的标准化，组合多种不同的制粒系统，可以制造出大量的多样化产品，大大缩短饲料颗粒整体的研发和制造周期，满足快节奏的市场需求。本科毕业设计说明书（论文）第8页共31页3环模制粒机设计31确定主机功率一般确定主电机功率时都必须要先知道制粒生产的物料类型，以及制粒产量，然后考虑制粒的电耗标准，方可算出其功率，按照国家标准取电耗为10KWH/T，则主电机功率按下式计算PQW（31）其中，P为主机功率，KW；Q为生产率，T/H；W为吨电耗，KWH/T。由于技术要求中制粒机试验样机功率为110KW，即取标准电机功率P110KW。查阅中小型电机选型手册，最终确定选用Y315S4电动机，额定功率110KW、额定转矩18NM、转速1480R/MIN、效率925、COS089。32环模设计在环模设计中考虑到模块化的设计需求，主要取决于三个方面15，一是环模的相对独立性，即环模可以单独地设计、制造、调试及修改，方便各个企业对环模进行设计和生产；二是环模的互换性，环模在接口位置的结构、尺寸及参数都满足标准要求，即可实现大量的多产品需求；三是环模的通用性，环模可适用于不同系列的制粒机产品，满足跨系列产品通用的需求。321确定环模面积确定环模面积前首先需确定单位功率面积，它是指制粒机主电机每千瓦时所对应环模有效压带面积，是衡量制粒机性能的重要参数，也是设计制粒机的主要依据16。参数过大或过小都会造成不必要的浪费。而制粒机单位功率面积大都凭经验估计，颗粒越难挤压单位功率面积越小。依据国内外制粒机机型经验数据，单位功率面积取值范围在2040CM/KW，设计时常取25CM/KW。这样使压粒性能较稳定，可靠性好。根据单位功率面积，按照下式确定环模工作面积本科毕业设计说明书（论文）第9页共31页SPA（32）其中，A为单位功率面积，CM/KW；S为环模工作面积，CM。则环模工作面积计算为SPA110252750（CM）。322确定环模直径与宽度环模直径D与环模宽度B之间的关系为B（02035）DKD（33）其中，B为环模有效宽度，MM；D为环模内径，MM；K为环模宽径比。根据单位功率面积理论推导，环模内径D应在一最佳范围内，由公式（32）和（33）得（34）PAK（35）B根据经验，取K034。计算并圆整，得出D540MM，B185MM。323确定孔型、孔数和材料颗粒饲料被压辊从模孔中挤压出来，模孔决定颗粒的形状，有着非常重要的作用，目前模孔的形状有多种，如直形孔、压缩阶梯孔、释放阶梯孔、内锥形孔、外锥形孔等。环模的模孔深度与孔径的比值对制粒的质量和效率有非常大的影响17。例如已确定模孔直径的环模，孔深增大，也就是深径比增大时，生产效率降低，制粒成本提高，但相对颗粒的硬度和密度也得到了提高；相反，孔深减小，深径比减小，则效率提高，成本降低，硬度和密度下降。孔型及详细尺寸设计如图（31）所示，模孔总长度90MM，开口角6018，模孔直径为6MM。为保证环模强度，模孔按照等边三角形分布如图（32），环模的开孔率选择为03（一般在02035）。模孔采用钻、扩孔半自动化的方式制造，可以有效提高模孔的生产效率，并且达到所需要的光洁度。本科毕业设计说明书（论文）第10页共31页，图31孔型参数图32设计的环模考虑到环模在制粒过程中常常要与压辊和物料进行摩擦，且物料在调质后在不同程度上均含有水分，会产生不同程度的腐蚀效果，所以环模材料选为17CRNIMO，真空淬硬处理，有较高的耐磨性、耐腐蚀性，硬度均匀。33压辊设计在压辊设计中同样考虑到模块化的设计方向，在独立性、互换性及通用性上与环模的设计思想相同，环模和压辊在制粒系统里属于有特定功能的子系统，这些子系统可以作为通用性的模块和整个系统产生多样的组合类型，从而形成新的系统，进而制造不同种类的产品。模块化子系统不仅可以缩短饲料颗粒的研发和制造周期，并且可以增加饲料的多样性，满足快节奏的市场需求。331压辊表面设计压辊将物料挤压进环模模孔，使颗粒在模孔中挤压成型，为了使物料有效压入模孔，物料与压辊之间必须有一定的摩擦力，因而常常将压辊表面制成防止打滑的表面结构，有如图33（A）（B）（C）三种结构形式。本科毕业设计说明书（论文）第11页共31页（A）带凹穴辊面（B）槽沟型辊面（C）碳化物辊面图33压辊的三种结构形式其中（A）带凹穴辊面的凹穴内容易填满物料，形成摩擦表面，摩擦系数较小，使物料不易滑动；在（B）槽沟型辊面中，辊面上有窄形的槽沟以增加摩擦力，且槽型两端不应铣通；（C）碳化物辊面中，辊面堆焊碳化钨，使表面粗糙，质硬耐磨，对于磨损压辊严重及黏性大的物料，效果显著，寿命较长，但造价较高19。本设计压辊表面选为槽沟型辊面，以增大摩擦力。332压辊参数、材料及总成装配压辊直径直接影响挤压物料时的摄取角，所以在尽可能大的条件下，采用较大直径的压辊。压辊直径D与环模内径D之间的关系为（36）D其中，D为压辊直径，MM；D为环模内径，MM；为辊径比。由目前主流环模机型辊径比的数据得到，0430485，使两压辊间有装配的间隙，为了增大摄取角，取048，计算并圆整，得到压辊直径D260MM。压辊宽本科毕业设计说明书（论文）第12页共31页度取为185MM，以使和环模进行高效地挤压成型。压辊材料选用硬度低、韧性好的50MN，以便更好地保护环模不受损耗。压辊安装在两个压辊偏心轴上，压辊偏心轴由三个部分组成，左侧的台阶轴用来将压辊轴固定在压辊固定盘，中间直径最大的部分用于安装轴承及压辊壳，右侧的台阶轴用来锁紧压辊并调整压辊间隙。其中两侧的台阶轴和压辊的中轴线有一个偏心，用来调节环模和压辊之间的间距，便于安装使用压辊。压辊总成装配如图34所示。图34压辊总成装配34主传动设计主传动方案采用直齿齿轮传动，优点在于工作可靠性强，使用寿命长，传动平稳，传递功率高，结构紧凑，功率和速度使用范围广泛。工作时，由主电机带动齿轮轴进行转动，进而带动大齿轮和环模转动，促使环模与压辊挤压成型颗粒饲料。本科毕业设计说明书（论文）第13页共31页图35主传动示意图341确定齿型、精度等级、材料及齿数首先需要确定环模线速度及环模转速，进一步才能确定传动比进行传动系统设计。环模线速度的值应当大于一个临界速度，这个临界速度可以将物料有效地抛至压辊与环模之间，若速度过高，则会使制粒机振动幅度加大，增加能耗，还会使物料在模孔中停留时间过短，影响颗粒成型率；若速度过慢，则物料被抛至的高度过低，不能有效地挤压成型。所以环模线速度应当取一中间值。由目前主流制粒机型在不同环模直径下线速度取值统计数据得出，环模线速度的大致取值范围在58M/S，且在同一直径的环模中，不同机型的线速度取值差别较大，所以为了配合不同的饲料颗粒，同一直径的环模应该配有多种不同的线速度以便提高设备的多变性。根据以上要求，选取环模线速度值为6M/S。得出环模的转速，计算并圆整转速为212R/MIN。主传动方式选为一级齿轮传动，选用齿形为直齿圆柱齿轮传动，则传动比为14802127。因为机床主轴传动，选用7级精度。材料由机械原理与机械设计（下册）表101中选择大齿轮为45钢（调质），硬度为240HBS，小齿轮为40CR调质，硬度为280HBS。选择小齿轮齿数为Z124，大齿轮齿数为Z2247168，模数M25。为了简化体积，在保证强度的前提下将小齿轮设计为齿轮轴的形式，图36为设计的齿轮轴。本科毕业设计说明书（论文）第14页共31页图37为设计的大齿轮。图36设计的齿轮轴图37设计的大齿轮342主轴设计主轴在制粒系统中是最基础的一个部件，用来连接压辊支撑板，定位空心轴、轴承等，这些零部件通过主轴得到延伸。所以在材料的选择上要有高的强度、好的刚性且不易变形等特点，45钢有较大的密度，良好的机械性能，是选择主轴材料的首选。主轴的总长考虑到大齿轮和齿轮轴的大小，选择在1000MM左右，易于稳定整个制粒机平衡，主轴的直径考虑到和空心轴传动时中间的轴承大小，阶梯轴的直径选为180MM，设计的主轴如图38所示。图38设计的主轴343空心轴设计空心轴在制粒系统中是连接齿轮和环模传动的重要部件，驱动电机通过齿轮轴和大齿轮将转矩输出给空心轴，空心轴在驱动力下带动环模工作。空心轴的材料选用45钢，有较高的强度和韧性。制造上选择先锻造，后车削和铣削的方式进行加工。本科毕业设计说明书（论文）第15页共31页空心轴与主轴之间采用轴承连接，空心轴与环模之间采用传动键连接，用螺栓加紧，保证了之后环模和主轴的同轴度。空心轴上的键槽用于大齿轮的定位和传动，保证了传动的稳定性，空心轴的设计如图39所示。图39设计的空心轴35调质器设计351确定调质筒直径物料在进入制粒室之前需要蒸汽调质以便物料熟化并消毒，使饲料颗粒更易于被动物消化吸收，提高饲料使用效率。调质筒直径和调制轴转速直接影响物料的调质质量，所以要合理地设计调质筒的直径和调质轴转速，其中调质时间多少尤其重要，调质时间的计算公式如下（37）24360DLVKVTSQ其中，V是调质筒的体积，M；D为调质筒的直径，M；L为调质筒的长度，M，取L6D；是饲料容重，T/M，取06T/M；K为饲料充满系数，取K04；Q为调质轴输送量，T/H，通常为制粒机设计产量的1520倍，取Q18Q。将上述有关参数带土调质时间计算公式，得出本科毕业设计说明书（论文）第16页共31页2604436018DTQ（38）331807660434QTDQT根据加工质量要求，调质时间确定为25S，即T25S。由于设计要求主电机功率为110KW，根据主电机功率计算式PQW（39）其中P为主电机功率，KW；Q制粒产量，T/H；W为电耗，KWH/T。一般按国家标准取电耗为10KWH/T，则得出Q11T/H。带入公式（36），计算并圆整，得到调质筒直径为490MM。352调质器结构设计、计算调质器选用单级桨叶式调质器，此类型调质器可通过改变桨叶的倾斜角度来控制物料的推进速度，控制物料整体调质的时间，以达到调质的最佳效果。桨叶式调质器输送量与桨叶结构参数的关系式如下（310）075CBDCOSTANQ其中，A为叶片宽度，A（0406）B，MM为叶片安装角，1545；为物料容重，KG/M；N为叶片轴转速，R/MIN；为充满系数，015055；C为调质修正系数，01505；B为叶片长度，MM；D为叶片轴直径，MM。以式（38）为参照依据，并考虑到调质器对物料的适应性，设计调质器的长度为2800MM，叶片轴直径145，桨叶安装角35，叶片长度150MM，叶片宽度70MM。设计的调质轴如图310所示。本科毕业设计说明书（论文）第17页共31页图310设计的调质轴353调质器的电机调质轴的转速对于物料搅拌成效起着关键作用，若速率太高，物料熟化时间过短，还没有完全糊化就被送进制粒室制粒，颗粒质量不高。相反，若转速太低，调质时间偏长，则会损失许多维生素，导致物料流动性差，含水率偏高，影响制粒性能和冷却效果。调质轴的转速受到很多因素的影响，一般在100300R/MIN内。选取电动机型号为YCT2004B，额定功率为75KW，调速范围在1251250R/MIN。传动系统采用链传动箱传动。36喂料器设计喂料器是一种将粉状物料均匀地传送到调质机构中，这种喂料机构通常有两种形式螺旋喂料器、离心喂料器。传统的喂料器大多选择螺旋传送机构，也被称为“绞龙”，这是一种无挠性牵引构件的可以连续输出的机械设备。喂料器的主要结构有料槽、螺旋叶片、传动轴、两端轴承、驱动装置等部分。喂料器工作时，从进料口中将物料放入入料槽，并在螺旋叶片的带动下沿着螺旋槽轴向移动，最后在卸料口被排出。螺旋送料机有三种类型，包括水平、垂直及倾斜样式，本设计选用水平螺旋式喂料机20。相较其他喂料输送设备，螺旋输送机的优点在于结构简单、横截面积小、密封性能好、维修操作安全方便、制造成本低等，所以常常选用螺旋式喂料器作为喂料结构。361喂料输送结构设计喂料设备采用单头满面式螺旋叶片来作为螺旋输送机叶片，螺旋叶片的一侧紧贴在传动轴上，从而形成完整的螺旋面。这一种螺旋叶片构造简单，输送能力高，可以均匀地输送物料。本科毕业设计说明书（论文）第18页共31页螺旋输送机的螺旋面采用右旋的方案设计，因为输送物料中含有不同含量的水分，为了防止螺旋叶片生锈，影响输送的物料质量和输送速率，采用不锈钢作为螺旋叶片的材料。并且考虑到螺旋叶片在工作过程中发生的磨损情况，对螺旋叶片进行调制处理，提高叶片的表面硬度，增加其耐磨性。螺旋叶片输送机输送量Q的计算公式如下（311）2SN3604D其中，S为螺距，M；D为螺旋直径，M；N为螺旋轴转速，R/MIN；为饲料容重，T/M；为充满系数，取值在08095间21。根据公式（39）和运输机械设计选用手册，设计喂料器螺旋送料杆，额定功率15KW，螺旋叶片厚度取用5MM，螺距为100MM，螺旋直径为200MM，螺杆直径60MM，送料长度800MM，总长919MM，机壳厚度为5MM。设计的喂料器如图311所示。图311设计的喂料器362喂料器电机选择由于额定功率为15KW，所以驱动螺旋轴转动的电动机选用YCT1324B型电磁调速电动机，此系列电动机是一种控制简单的交流调速电动机，由Y系列三相异步电动机、涡流离合器及测速发电机组成，配合控制器，可以在比较大的转速范围中进行平滑的无极调速，调速范围在1251250R/MIN，以便控制不同量物料的输送。本科毕业设计说明书（论文）第19页共31页363喂料机槽设计本设计中的机槽采用法兰和截面为U字型的钢制机槽。U型机槽的厚度为5MM薄钢板，其两侧臂垂直，底部成半圆形，在U型机槽的端面焊接有法兰，用以固定盖板和端盖。机槽半圆的内径大于螺旋叶片半径，允许少量的物料滞留于槽底，以防叶片与槽底摩擦。为了对机槽进行密封，机槽上部装有用薄钢板制成的盖板，盖板用螺栓固定在槽体上端的钢制法兰上。盖板可以开启，以便对槽体进行必要的检查。盖板上开有进料口，机槽底部开有卸料口，均做成方形，以便安装料管。37支撑架、支撑板及箱体371环模支撑架环模支撑架设计成圆锥型结构，整体采用钣金焊接制造工艺，用螺钉来连接环模和支撑架，如图312。图312环模支撑架装配372压辊支撑板在环模制粒机中，压辊支撑板主要是用来支撑压辊稳定的，一般情况下，压辊支撑板刚性相对较弱，很容易致使模辊间间隙扩大，从而影响制粒机的稳定性。压辊支撑板的主要结构零件有支撑轴、双辊、连接板等。压辊支撑板根据支撑轴的不同可以分为圆柱支撑、长方体支撑、异形体支撑等，本设计采用的是圆柱支撑结构，如图313。本科毕业设计说明书（论文）第20页共31页图313压辊支撑板增加圆柱支撑轴可以有效提高支撑结构的刚性需求，有效提高制粒的稳定性，以便制粒生产量的提高。373箱体设计制粒机箱体用来支撑主轴与齿轮轴，设计上不仅要考虑到两齿轮的啮合距离，还要考虑到机体在工作时的刚性与稳定性需求。所以箱体采用铸造性能和减震性能较好的HT200作为材料，铸造成型并进行时效处理，满足箱体承受压力及振动的需求。尺寸上略高于两轴的宽度总和，选取1200MM作为箱体总高，底座宽度在齿轮轴长度的参考下选取600MM作为底宽，设计的箱体如图314所示。图314设计的箱体本科毕业设计说明书（论文）第21页共31页38制粒设备总装装配在总体装配中，由下到上依次进行，制粒机、调质器及喂料器的进出口相互配合，各驱动电机位于各系统的侧面，总的装配图如图315所示。图315设计的齿轮驱动环模制粒系统装配图39本章小结本章主要研究了环模制粒机的结构特性，分析了喂料器、调质器及制粒器的传动方式，对其尺寸参数进行了详细的计算，并选用了相应的材料以满足加工质量的要求。在设计上大都选用标准化尺寸参数，便于各个模块之间的互换性和通用性，为制粒机的调试和更换带来了方便，提高生产效率。本科毕业设计说明书（论文）第22页共31页4环模的有限元分析环模制粒机中环模的使用寿命一直是决定制粒生产率和生产成本的一大因素，如何提高环模的使用寿命，一直是国内外专家研究探讨的关键问题。SOLIDWORKS有限元分析软件SIMULATION可以将环模进行三维仿真分析，因为环模在制粒过程中，受到压辊通过物料对其施加的正压力、物料的摩擦力、电机对其产生的驱动力矩，所以利用SIMULATION对环模进行结构静力学、结构动力学分析，以对环模性能做全方位的审核，完成环模制粒机的性能优化，提高环模使用寿命22。41环模的结构静力学分析线性静态结构分析用于计算在固定不变的载荷作用下结构的效应，不考虑惯性和阻力的影响。环模制粒机中环模材料选择的是结构钢，其弹性模量，1E20PA环模材料的泊松比028，材料选择如图41所示。环模的主要结构参数中，环模内径540MM，环模外径720MM，环模宽度185MM，为使计算方便，忽略环模的模孔。图41选择的材料参数从SOLIDWORKS中导入已经创建好的环模三维模型，如图42本科毕业设计说明书（论文）第23页共31页图42导入三维模型环模划分网格，依靠细化网格，用很多的结构单元模型来提高计算精度，系统自动运算后，划分节点为114181个，划分元素为77125个23，如图43。图43环模网格划分由于环模内表面受到物料及压辊对其产生的正压力，施加载荷沿环模径向，施加载荷大小根据环模内表面受力公式本科毕业设计说明书（论文）第24页共31页（41）12PQDD其中，P为电机功率，W；为电机效率；为传动效率；为环模转动角速度，12R/S；R为环模内半径，F为环模和压辊间摩擦力。计算并圆整，得到环模内表面所受到的正压力为283N。在环模两侧进行约束，则应力分析云图如图44，总变形分析云图如图45所示。图44应力分析云图从应力分析云图中可以看出，环模内侧受到的正压力最大，从环模内向外逐渐减小，但环模内表面上的应力不是非常均匀的。在强度方面，材料所受到的最大屈服力为4786N/M，在许用应力大小范围内，满足环模强度要求。图45总变形分析云图本科毕业设计说明书（论文）第25页共31页从总变形分析云图上可以看出，在受到内表面正应力的情况下，环模内表面的中间所受变形相对较大，而两侧固定部分形变较小。因此在设计压辊宽度的时候，应考虑到环模的宽度，在环模的有效宽度即模孔的最大位置处的基础上，压辊宽度稍大一些即可，保证颗粒成型率，但不宜过大，这样会使环模内表面模孔处受到过大应力而导致变形，减小使用寿命。42环模的结构动力学分析环模在转动过程中受到电机对其产生的驱动力矩M，所以应用有限元分析，研究结构对于动载荷的响应，以便确定结构的承载能力和动力学特性，也为改善结构性能提供重要依据。选择SIMULATION上侧工具栏中的外部载荷，下拉选择力矩。由于环模在转动过程中的两侧面是固定在壳体上的，所以施加约束在环模的两侧面。施加的驱动载荷大小根据公式（42）2MFR其中，M为环模所受到的驱动力矩，NM；F为环模内表面所受到的正应力，N；R为环模内径半径，M。计算并圆整，得到M229NM，施加载荷和方向如图46所示。图46施加载荷在SIMULATION上侧工具栏处选择运行，通过计算生成环模所受驱动载荷的总应本科毕业设计说明书（论文）第26页共31页力分析云图，如图47所示，生成的位移云图如图48所示。图47总应力分析云图从环模所受到的驱动载荷总应力分析云图中可以看出，环模边缘处受到的驱动力矩相对较大，向中间逐渐减小，因此为了保证环模的可靠性，应适量降低环模内表面所受到的正应力，或者减小环模内径大小，从而降低驱动力矩的大小，直至环模内侧不会受到过大的变形影响，才可以保证环模的使用寿命。从强度上看环模所受到的最大屈服力为100799N/M，满足环模的强度要求。本科毕业设计说明书（论文）第27页共31页图48位移云图从环模所受驱动力矩的形变图中可以看出，环模内侧中间部分形变相对严重，越靠近边缘固定环模出形变减小，这也是因为压辊宽度小于环模总宽度所造成的，解决方法同正应力影响下造成的形变，增大压辊宽度即可。43本章小结本章主要的工作是应用有限元分析软件SIMULATION对环模进行性能分析，通过网格划分提高计算精度，并施加约束和一定的载荷，得到应力分析图和形变分析图，从而进行环模的强度校核，对环模的磨损失效状况作出分析，给出解决方案以有效提高环模的使用寿命。本科毕业设计说明书（论文）第28页共31页结论通过对环模制粒机这一高效制粒机械的研究和探索，我了解到了当今饲料工业的发展现状，认识到了多种制粒方式和制粒设备，在其中环模制粒机以它高性能的制粒产量，高质量的生产颗粒，被广泛应用于各大、中型饲料养殖企业。但也由于制粒机本身的高耗能、高损耗及稳定差，一直是专家和企业想要解决的首要问题。本次设计在现有环模制粒机的结构上进行优化设计，按照技术要求对环模制粒机的制粒系统、调质系统、喂料系统逐一进行设计计算，在多种可选功能配件中选择结构相对紧凑，性能可靠稳定的配件来装配，并应用SOLIDWORKS三维设计软件对制粒设备进行三维仿真及整体装配，从而画出设备的工程图，细化功能参数和技术要求。用有限元分析软件SIMULATION对关键部件环模进行性能分析，了解影响环模使用寿命的因素，包括所受压辊和物料产生的正应力和摩擦力，电机的驱动力矩，整个制粒设备在运行时所产生的热能，从而得出提高环模性能的方式，如压辊宽度稍大于环模制粒时的有效宽度，环模宽度在合理结构中选择较大值等。最后分析模块化环模和压辊的优势，在于产品的多样性以及缩短环模维护和更换的周期，探讨满足模块化的的必要因素，如环模
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