有剂型复合颗粒肥生产线设计及制粒机改制研究

有剂型复合颗粒肥生产线设计及制粒机改制研究

根据不同作物生长发育的要求，以有机猪粪便、油菜籽饼、河湖泥等为介质，混合一定比例的有机成分（氮、磷、钾等），以满足不同的作物生长需求。这两种优秀的全价养分肥料是现代农业发展的方向。1996年7月起,我们承担有机型复合颗粒肥生产线设计及制粒机改制研究课题。因急于生产蔺草专用肥,该生产线从调研、设计到设备采购、制作、安装、调试先后只用了4个月时间。于1996年11月开始试生产,并改进试生产中出现的问题,特别是对生产线的主设备——原用于饲料的制粒机进行了改制,取得成功。目前,生产线运行正常,生产率达到设计要求,颗粒肥的强度、粒度符合GB15063-94标准。1制粒机的设计在调查研究和试验的基础上,借鉴颗粒饲料生产工艺,确定有机型复合颗粒肥的生产工艺流程如图1所示。经实际试验,压制出来的颗粒肥水分含量小于4%,耐磨性达96.4%,能满足储备、运输和施肥的要求,故不需“烘干”程序。考虑到有机肥中有较多的杂物,特别是铁杂等硬物进入制粒机,将使机器的负荷增大,影响机器的正常运行,甚至使压辊轴断裂,同时加剧压模和压辊的磨损。因此,在工艺流程中配置“去铁杂”程序,在加工机组中安装了去铁杂能力极强的“永磁筒”。2制备颗粒前粉碎的制粒机在诸多设备中,制粒机是关键。由于国内还没有生产有机型复合颗粒肥的制粒机,且时间紧迫,我们依据对应论方法中的相似设计原理,可以用饲料制粒机经过适当改制后代替肥料制粒机。接着又对各种饲料制粒机的制粒机理进行分析对比,决定选用环模-压辊碾压式制粒机。其压辊与环模各接触点相对运动速度相同,故各处碾压力大小、碾压速度一致,能使颗粒坚实度、颗粒长度均匀,制粒机理合理、生产工艺先进、机器效率高。制粒机选定后,根据生产工艺流程和制粒机的生产率,确定了与之配套的粉碎机、提升机、混合机、永磁筒等设备的技术参数。考虑到干的畜禽粪便在粉碎过程中有大量的尘埃,吸如人体内,会影响人的健康,并且尘埃飞扬污染环境。为此,我们建了一套除尘装置,主要由密封的沉积室组成,将粉碎后的物料打入沉积室,使尘埃沉积在室内。自制的两台振动式过筛机,均采用电动机带偏心块装置,结构简单,其中一台做成移动式的,便于各种物料过筛。制粒机出来的颗粒温度在40～60℃间,在秋、冬、春季度生产,颗粒经料斗、振动筛自然冷却后即可装袋;在夏季生产,为加快冷却速度,在振动筛后安装了一台风扇。加工机组的布置(见图2)按现成厂房设计,机组总高度为6.8米,若厂房较低,可将混合机放在较低位置,先将配料提升到混合机,然后再将混合料提升到料斗。采用框架集装式结构安装,框架由角钢和槽钢用螺栓联接,便于装拆和维修。所有电器控制集中在电控柜内。3环模和模孔之间的断裂肥料与饲料的成分有着本质的区别,经测定,肥料的摩擦系数大于饲料的摩擦系数,工作阻力大于加工颗粒饲料的工况,故在试生产期间出现了模孔易堵塞、生产率较低、压辊轴多次断裂等问题。经认真分析和计算,对制粒机的关键零部件环模和压辊轴进行了改制。颗粒的耐磨性达94.6%,说明碾压阻力很大。碾压阻力大,模孔易堵塞,导致制粒机生产率降低。碾压阻力的大小与模孔的长径比有关,长径比大,物料通过模孔的距离长,碾压阻力就大。从材料和长径比两方面对环模进行了改进:材料由碳钢换为合金钢,从而提高了环模的机械强度和耐磨性;￠4.5mm的模孔,其长径比由8改为6.6,从而减小模孔的工作阻力。环模改制后,模孔堵塞现象消除,制粒机的生产率提高50%以上,达到设计要求。虽由于材料更换,环模的价格提高了20%,但环模的使用寿命却提高了一倍多,故改制后的环模经济效益提高显著。压辊轴在试生产期间多次出现断裂,并且断裂均发生在截面积最小的￠17mm处(见图3)。经分析,造成断裂的主要原因是该轴强度不够。压辊轴在工作时不转动,主要承受弯矩,可视为固定心轴。因其载荷变化不大,截面上的弯曲应力可按静应力处理。压辊轴的受力和弯矩如图4所示。A、B为支座处,直径均为25mm;C、D为轴颈处,直径均为40mm,承受相同的截荷F,其单位为牛顿(N),E是危险截面处,直径仅17mm。截面上弯曲应力计算式为:σ=M/W=M/[0.1d3(1-α4)]式中M——截面上弯矩;W——抗弯截面系数;d——截面处直径;α——截面处内、外径之比。由计算公式得:σE=7.25F/{0.1×173×[1-(8/17)4]}=15.52×10-3F(N/mm2)σC=35.6F/{0.1×403×[1-(8/40)4]}=5.57×10-3F(N/mm2)σE/σC=2.8由上式可看出,E处的弯曲应力是C处的2.8倍。按等强度理论分析,压辊轴原设计结构不合理,这也就是￠17mm处多次断裂的原因。在不影响轴的功能的前提下,我们将危险截面的直径由17mm增大到20mm,使截面积增大了49%,