立式饲料搅拌机的设计

立式饲料搅拌机的设计摘要立式搅拌机的主要功能是实现物料的充分搅拌，能够实现不同散状物料之间的充分融合，从而达到提高生产效率、降低生产成本、保证产品质量的目的。因此，在设计立式搅拌机时，首先要对立式搅拌机的结构设计要求进行分析，以便确定立式搅拌机的结构设计。在此基础上，对立式搅拌机中其余零件的结构形状进行设计，并对立式搅拌机中关键零部件的强度进行校核计算，以确保其安全性和可靠性。其次，还要完成立式搅拌机中其他零件的结构形状设计，确保其能够满足实际使用需求。此外，还要完成立式搅拌机中相关标准件的选取工作。在此基础上，根据实际使用需求确定相应的标准件类型和数量。最后，还要完成立式搅拌机的总体结构以及各个零件进行了设计和选择，并利用CAD软件制作了装配图和零件图等相关图纸；撰写立式搅拌机说明书；同时还需要对其进行可靠性试验。关键词：立式；搅拌机；结构；校核目录TOC\o"1-3"\h\u第1章绪论 第1章绪论1.1搅拌机的重要性以及本文研究意义近几年来，我国经济迅速发展，人民生活水平不断提高，进入了全面小康社会。人们开始追求生活的舒适，如今，机械产业的发展，逐渐满足了人们的需要，让人们的生活水平得到了提高，机械让人们的生活变得更快捷，更方便，更高效。在此背景下，饲料混合器在我国已有相当长的发展历史，并被广泛应用于机械、农业和养殖业等诸多行业。现在的饲料搅拌设备有两种，一种是立式，另一种是卧式。为了让饲料的营养比例更合理，让加入的饲料可以更好地混合，人们发明了饲料搅拌机。在农业养殖和水产养殖中，饲料搅拌机得到了广泛的应用。本论文所设计的立式饲料搅拌器，是在对国内外已有的搅拌器进行分析和研究后，对其进行改造而成的一种新的搅拌器，它的主要用途是搅拌和混合饲料。与常规的搅拌器相比，该搅拌器具有更高效、更方便的特点。立式搅拌机主要由不锈钢和碳钢两种材料制成，该机型的密封性非常好，并且不会有任何残渣。它的工作原理是：待饲料由搅拌机的进料口进入到搅拌仓中，由转子带动搅拌杆对饲料进行搅拌，与此同时，因为搅拌仓在不停的旋转翻滚，所以所有的饲料也在不间断的翻动、剪切、对流扩散，从而实现了均匀搅拌的目的[1]。为确保所养殖的家禽能健康生长，需要对其所供给的饲料进行合理的营养搭配和充分的混合。但目前的搅拌设备存在着工作效率低、结构不稳定、成本高等问题，所以我们需要对其进行改进，开发出一种新型的水平立式搅拌设备。在老师的指导下，本论文设计了一款立式搅拌机，并对立式搅拌机的传动装置展开了设计和分析，使其所选择的结构可以达到应用的要求，同时还对一些重要的零件进行了检验。1.2发展状况与发展趋势1.2.1国内研究现状当前，我国饲料混合机械的发展尚处在起步阶段，产品种类繁多，品牌不一，存在着诸多问题亟待解决。饲料混合机械在国外发展得比较早，与我国的总体工业相比，它的设备比较先进，而且它的自动化程度和规范化程度也比较高。根据不完全的数据统计，当前国内的饲料搅拌机主要有四大类，分别是：卧式饲料搅拌机、立式饲料搅拌机、小型饲料搅拌机、高速搅拌机。而在国外，使用的最多的，就是TMR。按其构造特征，可将其划分为水平式与垂直式；按其动力来源，可分为牵引型，自走型和固定型。卧式混合料，适合于大型畜禽养殖行业的饲料处理.它由一个容器，一个螺旋搅拌叶片，一个驱动部件，它的工作效率高，搅拌均匀。不过和其他仪器比起来，它的体积要大得多。立式混合料，体积小，便于搬运和使用。传统的立式，主要是依靠地心引力的作用，将食物由上而下，由上至下，再由下而上，呈伞形抛出，不断循环，直至完全混合。随着科技的进步，为适应更广泛的用户要求，小型化饲料混合器在国内市场上得到了广泛的应用。具有省时、省力、省钱、搅拌效果好、加料方便等优点。另有一款高速搅拌机，它与普通的饲料搅拌机有很大的区别，它的作用是将不同粘度的原料进行粉碎、分散、乳化，适合于对涂料等饲料的搅拌、分散和溶解。1.2.2国外研究现状近年来，TMR型立式饲料混合器在国外市场上得到了广泛的应用。根据不完全的数据显示，这种混合器在欧美市场的使用率，高达百分之七十到八十。随着科学技术的发展，机械化农业的发展，将会有更多的新产品投入市场。有需要才有市场，有需要才能得到改善。就当前的搅拌器市场来看，无论在国内还是国外，都存在着许多的可能与潜力，正等着有关的产业与企业去开发。1.3本课题主要研究内容本文在对当前的立式搅拌机工作原理的理解基础上，结合当前立式搅拌机工作的优点，最终确定了本文设计的立式搅拌机整体结构设计方案。首先，本文确定了所采用的立式搅拌机工作形式是立轴式立式搅拌机，并对其传动系统以及搅拌系统展开设计、计算校核，使其可以满足设计要求。利用2D软件，实现了垂直混合器的总成及部件图的绘制。因此，本文的研究内容可分为如下几个章节。第一部分：通过对立式混合器的市场分析，明确立式混合器对畜牧业生产的重要作用，从而明确本论文的选题意义；第二部分：对垂直混合器的工作模式进行了研究，并对论文所提出立式搅拌机器的整体设计方案进行了研究。第三步：按照整个设计的思路进行设计。对搅拌设备，主轴等进行了设计.从而达到了我们的设计需求。第四步：利用CAD软件实现了平面图的生成，从而实现了本论文的工作。

第2章立式饲料搅拌机总设计方案2.1搅拌机结构总设计方案立立式饲料搅拌机由机架，传动装置，搅拌装置等构成。下面我们来分析一下各个部分的结构，机架：其中，框架采用Q235型普通碳钢焊接而成，具有较好的综合性能。强度高，可承受立式混合料在工作时所承受的所有重量及所受的力。变速器：利用电动机，通过V带带动轮带动中心轴的转动，通过中心轴带动中心齿轮的转中、中心齿轮通过行星轮减速机构，将动力分成两部分。在此基础上，通过行星轮架向整个搅拌部件传输动力，实现搅拌部件的自转。同时，行星轮将动力任送从包变轴，电机为三相异步电动机，而带传动也用于中心距较大的场合，其带轮为HT200灰铸铁铸造而成。灰铸铁是很常见的一种，它易于浇铸成形。另外，它具有良好的抗压性、吸振性、价格低廉等特点，是一种较好的制造滑轮的材料。由于行星齿轮减速器具有体积小，质量轻，输出扭矩大等优点，因此特别适用于本论文的设计。对传动轴、皮带等部件进行了计算和检查。搅拌器：搅拌器是搅拌器工作的关键部分。本机是一种用于对饲料进行混匀的设备，主要由搅拌桶，搅拌轴等构成。箱子里装的是饲料，必须要容易铸造，而且要有很好的减震性能，所以都是用灰口铸造的。搅拌轴是由45级钢材制成，具有良好的综合机械性能。对于搅拌体系的设计等进行了检验。2.2.1搅拌机设计要求该机构要求能够做到让搅拌充分进行，也就是把电机打开，把搅拌好的各种物料放进去，就可以做到充分的搅拌，这个项目采取的是一种设计原则，也就是利用现有的立式搅拌机的工作原理，让它的结构充分合理。在便于加工的情况下，可以根据下面的公式来提高机械的使用效率和功能。因此，在进行设计时，要注意如下方面：第一：结构简单，能够实现充分的混合，混合桨叶的夹角合理；第二：该结构应使组装和拆卸变得非常容易。考虑到垂直混合器的机械装置，它在输送的过程中，必须确保它的结构紧凑，占用的空间较小；第三步：大约3立方米的体积，搅拌均匀。2.2立式搅拌机型号搅拌机的型号主要是由以下的相关参数进行组合而成的，其所代表的意义如图2.1所示：图2.1搅拌机型号2.3搅拌主机结构构成立式搅拌机由动力传动系统、搅拌系统等组成。本文着重研究了立式搅拌机的有关系统，并完成了本课题的主要研究内容。2.3.1搅拌装置的设计立式搅拌机可以进行强制搅拌，主要是利用叶片在使用的过程中，通过叶片的旋转产生推力，使介质之间相互混合，从而实现搅拌的动作，通常情况下，叶片的形式主要有铲片式和螺旋带式。本文选用螺旋带式。2.3.2机架的设计立式搅拌机中的机架主要是受所抬起的重物重力，机架再承受整体的力，需要具备足够的抗变形能力，而且机架左右立板中的螺母会承受一定的压力。在实际计算过程中我们需要将整个其余部件与机架当做整体进行分析。

第3章螺旋机构的设计3.1螺旋叶片直径的计算按公式（式3-1）式中：——螺旋叶片直径（m）；——输送能力（t/h），取3；——物料松散密度（t/m3），输送物料选择饲料，取1.25；——充填系数，取0.25；——物料综合特性经验系数，取0.0565；——输送倾角系数，取1；即：查机械设计手册取标准：=160mm。3.2螺旋轴转速的计算按公式（式3-2）式中：——螺旋叶片直径（m）；——物料综合系数，查得35；即：取标准值：3.3校核充填系数由公式：（式3-3）式中：——螺旋距离（m），取；即：故：=0.004<0.25～0.30，满足要求。3.4螺距计算根据公式：（式3-4）即：3.5螺旋轴功率计算由公式：（式3-5）式中：N0——螺旋轴功率（KW）；——输送长度，m；——输送高度，m，提升时取正值，下降时取负值；——生产率（t/h）；——运行阻力系数，取1.9；即：3.6电动机功率计算（式3-6）式中：——起动系数，取1.2；——传动效率，取0.92；即：选择驱动装置时应该满足下列关系（式3-7）式中：——许用功率与转速比，根据螺旋直径为160mm，查手册取1.2；即：，满足要求。

第4章传动部分设计4.1电机的选择本立式搅拌机体积比较小，结构比较简单。它的运行原理是依靠电动机的运行来产生动能，并经过减速器的调节，使得整个系统的运行更顺畅。因此立式搅拌机的电动机的功率等参数在设计之初需要根据这几个重要的前提条件加以考虑。而文中所研究的立式搅拌机综合考虑暂选型号为Y112M-4，其额定功率为4kw，转速为，相关参数如表4.1所示：表4.1电动机的主要参数型号额定功率KW转速r/min轴颈mmY112M-44144042图4.1电动机简图表4.2电动机尺寸中心高H(mm)外形尺寸L(mm)安装脚B(mm)轴颈尺寸16060021042×1104.2传动比分配由于发电机的速度高达1440r/min，而搅动轴的速度则达到了112r/min，因此，立式搅拌机的总传动系统比可达到12.9。此外，在不同的输入输出方面，可将其分别设置成：带有驱动器的设备可达到2，而采用减速器的设备可达到6.45。4.3V带传动的设计传动系统的核心部分是主动和从动的轮子，以及连接它们的传动带。所以选用V带传动。（1）设计计算=1\*GB3①确定计算功率，查得工况系数=1.3由公式：（式4-1）计算后得=1.1×4=4.4kw，查找相关资料选择V带型号为A型。=2\*GB3②确定带轮的基准直径并验算带速v初选小带轮的直径根据V带带型确定小带轮直径为=，故取小带轮直径=验算带速，通过资料验算带的速度V==（式4-2）带速一般为，故带速适合。计算大带轮的基准直径通过资料计算大带轮的基准直径V带的传动比，取。则=（式4-3）通过资料圆整=确定V带的中心距和基准长度，根据机械设计书式（8-20）初定中心距=。通过资料计算（式4-4）通过资料选带的基准长度=,通过资料计算实际中心距（式4-5）计算得:。验算小带轮上的包角（式4-6）满足V带包角要求。计算带的根数Z，计算单根V带的额定功率由和，通过资料得根据，=2和A型通过资料得，通过资料得，通过资料得，于是计算V带根数Z（式4-7）取4根V带。计算单根V带的初拉力的最小值，通过资料得A型带的单位长度质量,所以（式4-8）应使带的实际拉力。计算压轴力，压轴力的最小值为（式4-9）（2）带轮的结构=1\*GB3①V带轮的设计要求带轮上面的各轮槽尺寸及其上面的角度都需要确保精度要好，同时工作面要经过精加工，这样能够避免在以后使用过程中的磨损情况。=2\*GB3②V带轮材料的选择由于文中所计算得V带轮的转速则，转速并不是很高，材料通常选取HT150或HT200。=3\*GB3③带轮的结构与尺寸我们在实际设计过程中可以通过带的型号来对带轮轮槽的尺寸进行进一步的额确定。设计的基本原则如下：当（轴径）时，可用实心式；时，可采用腹板式；当同时时，可采用孔板式；当时可采用轮辐式。=4\*GB3④V带轮的轮槽V带轮要与轮槽所选的V带的型号一致。为了确保工作面之间能够紧密结合起来，文中在设计的时候刻意将其做成小于。在将V带轮安装到轮槽内时，应确保它的外圆和底部之间的距离保持在规定的最低值，以确保轮槽的基准直径不会超过这两者的范围。和。轮槽工作表面粗糙度为1.6或4.2。表4.3带轮参数项目符号YZABSPYSPZSPASPB基准宽度5.38.511.014.0基准线上槽深度1.62.02.753.5槽间距80.3120.3150.3190.4第一槽对称面至端面的距离7181最小轮缘厚55.567.5带轮宽外径主动带轮计算：根据，第一槽对称面至端面的距离：，槽间距：，基准线上槽深度：，，最小轮缘厚：，基准宽：。取，，轮缘宽度：（式4-10）=。在总要求范围内。槽宽：。顶圆直径：。根据电动机轴径：，轴伸长度：。，取，取轮缘宽;。而，所以采用实心式带轮。从动带轮计算：，从动轮的设计原理与主动轮大致相同，但其轮毂与轴之间的间隙可以通过调整轴的直径来调整。一槽至端面距离：，槽间距：，基准线上槽深：，，最小轮缘厚：，基准宽：。取，，轮缘宽度：=。在总要求范围内。槽宽：顶圆直径：这个带轮与减速器主动轴相连，由，可计算：，取。，，，（式4-11）取。因为，所以采用腹板式。4.4减速器选型为了保证立式搅拌机的正常运行，我们需要确保其转速不超过112r/min。经过查阅相关资料，我们选择了HWT160-6.45-I蜗杆减速器。减速器尺寸：中心距：，中心高：=125；最大外形尺寸：L=336，B=190，H=148；主动轴：=40，=82；被动轴：=65，=70。通过以上计算可知传动装置的总传动比立式搅拌机的动力传输采用V带传动，其中减速器与搅拌轴之间采用联轴器连接，以确保其有效的运转，从而提高整个系统的性能和可靠性。表4.2各传动部件的传动效率类别传动形式效率（%）带传动V带传动0.96轴承滚动轴承0.98减速器蜗杆减速器0.95从而可计算出从电动机至立式搅拌机主轴传递的总效率为===0.885（式4-12）4.5运动参数的计算各轴转速计算各轴功率计算各轴扭矩计算

第5章轴的设计和计算5.1蜗杆轴的设计和计算根据扭矩初定轴颈=110（式5-1）考虑到所设计的轴上有键槽的存在，在设计考虑的时候需要将直径增大7%，则。同时应有带轮在此处，因此我们将蜗杆轴轴的设计如下。图5.1蜗杆轴简图轴的受力简图如下：图5.2蜗杆轴受力图根据相关公式对蜗杆轴上相关力进行计算（式5-2）（式5-3）1）对蜗杆轴在xy平面上进行受力分析，如下所示。图5.4xoy平面受力图则N根据计算结果得到剪力图和弯矩图。图5.5剪力、弯矩图则2）对蜗杆轴在xoz平面内受力分析。图5.6xoz平面受力图则剪力图和弯矩图绘制如下。图5.7剪力、弯矩图则3）蜗杆的输入转矩为，转矩图如下。图5.8转矩图最大转矩一般都是在带轮轴颈的位置处发生，因此我们在实际校核的时候只需对此处的位置进行计算即可。4）按弯扭合成校核轴的强度（式5-4）根据第三强度理论进行校核=7.55MPa（式5-5）查找45号钢的=60MPa，因此所设计的轴合适5）根据扭转强度校核带轮处的强度（5-6）查找45号钢的=60MPa，因此带轮处的强度也符合要求。5.2蜗轮轴的设计和计算初定轴颈=110：（式5-7）轴结构的设计简图如下。图5.9蜗轮轴简图受力分析结果如图5.10所示。图5.10受力分析图1）在xoy平面内受力分析图如下。图5.11xoy平面受力图则1423.3N剪力图和弯矩图如图5.12图5.12剪力、弯矩图最大弯矩在蜗轮轴颈处发生：。2）在xoz平面内受力分析如图5.13所示。图5.13xoy受力分析图则3910.5N剪力图和弯矩图如下。图5.14剪力、弯矩图根据上图分析可知：最大弯矩在蜗轮轴颈处：。3）转矩计算搅拌轴上的输入转矩如5.15所示。图5.15转矩图4）根据弯扭合成对轴的强度进行校核（式5-8）根据第三强度理论校核=5.99MPa（式5-9）查找45号钢的=60MPa，因此符合要求。5）对联轴器轴颈处按照扭转强度进行校核查找45号钢的=60MPa，因此联轴器轴颈处符合要求。5.3搅拌轴的设计和计算初定轴颈=110：(式5-10)轴的设计如图5.16所示。图5.16搅拌轴简图轴的受力分析如图5.17所示。图5.17受力分析图1）在xoy平面内受力分析图如图5.18所示。图5.18xoy平面受力图则剪力图和弯矩图如下。图5.19剪力、弯矩图最大弯矩在搅拌轴搅拌叶片安装的位置处发生（式5-11）2）在xoz平面内受力分析如下所示。图5.20xoz平面受力分析图则（式5-12）则剪力图和弯矩图如下。图5.21剪力弯矩图最大弯矩在搅拌轴搅拌叶片安装位置处发生3）搅拌轴上的转矩计算扭矩图如下所示。图5.22转矩图4）先按弯扭合成校核轴的强度（式5-13）则按第三强度理论进行校核=18.2MPa（式5-14）查找45号钢的=45MPa，可知轴的强度满足要求。5）按扭转强度校核带轮处的强度（式5-15）查找45号钢的=45MPa，因此带轮处的强度也符合要求。结论在对当前的立式搅拌机工作原理的理解基础上，与当前立式搅拌机工作的优势相结合，最终确定了本文设计的立式搅拌机整体结构设计方案。首先，本文确定了所采用的立式搅拌机工作形式是立轴式立式搅拌机，并对其传动系统以及搅拌系统展开设计、计算校核，使其可以满足设计要求。利用2D软件，实现了垂直混合器的总成及部件图的绘制。因此，本文的研究内容可分为如下几个章节。第一部分：通过对垂直搅拌设备的市场和它在畜牧业中的重要地位的分析，明确论文的选题意义；第二部分：对垂直混合器的工作模式进行了研究，并对论文所提出的垂直混合器的整体设计方案进行了研究。第三部分：按照整个设计的思路进行设计。对搅拌设备，主轴等进行了设计.从而达到了我们的设计需求。第四部分：利用CAD软件对其进行了相应的平面图的绘制，从而实现了本论文的整个工作。这次的毕业设计提高了我的独立性，在一次又一次的查阅文献和与之有关的内容时，在这次的学习中，我的性格变得更加的坚韧，我的学识也在不断的增长，我对这些学习软件的理解也有了更高的层次，当我把这些东西都融会贯通之后，我对这些软件的掌握一定会对我今后的工作有很大的帮助，这次的设计无疑让我在学习中有了更大的进步，也让我的性格更加的成熟，这对我将来的生活有很大的帮助。

参考文献[1]章文明，高俊，董延.影响饲料混合均匀度的因素及其在中国的现状[J].饲料与畜牧，2015(4)：59-63.[2]蒋三生，郭辉.TMR饲料搅拌机刀片结构优化设计[J]饲料工业，2017,38(3):12-14.[3]王帅.牛羊饲料搅拌机构的设计[J].农业科技与装备,2018(03):31-32+35.[4]郭庆贺，李景彬，坎杂.肉羊饲料混合搅拌机混料系统的试验研究[J].石河子大学学报(自然科学版)，2016，34(3)：385-390.[5]冯静安，张宏文，梅卫江，曹卫彬，付威.立式TMR

饲料搅拌机工作参数优化试验研究[J]机械，2013,40(6):18-