内外组合双环模制粒机设计1.docx

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内外组合双环模制粒机设计1

摘要1

Abstract3

1概述5

1.1设计目的和意义6

1.2环模制粒机的国内外研究现状7

1.2.1国外研究现状8

1.2.2国内研究现状9

1.3设计任务10

2内外组合双环模制粒机总体方案设计11

2.1主要组成部分11

2.2主要技术参数14

2.3工作原理与工作过程概述14

2.3.1内外组合双环模制粒机的工作原理14

2.3.2内外组合双环模制粒机的主要工作过程15

2.4喂料机构设计16

2.4.1喂料器输送结构设计16

2.4.2喂料器参数计算17

2.5电机的选择18

2.6机槽的设计18

3主传动系统的设计20

3.1主电机的选择20

3.2主传动计算20

3.2.1定v带的型号和带轮直径：

21

3.2.2验算带速V21

3.2.3验算传动误差ε21

3.2.4确定中心距及带的基准长度Ld21

3.2.5验算小带轮包角a122

3.2.6确定V带的根数Z22

3.2.7确定初拉力F。

22

3.2.8计算作用在带轮轴上的压力FZ22

3.3转轴的设计和校核23

3.4喂料轴的设计及强度校核计算26

4制粒系统的设计与计算29

4.1环模的加工工艺综述及结构设计29

4.1.1环模的热处理工艺29

4.1.2环模模孔的加工工艺30

4.1.3环模的结构30

4.1.4方案设计30

4.2环模的参数计算30

4.2.1环模厚度计算31

4.2.2环模单位功率面积的计算31

4.3内环模的设计计算31

4.4环模和内环模工作间隙调整32

4.5其他零件的设计及设备维护33

4.5.1底座的设计33

4.5.2轴承盖33

4.5.3过载保护装置33

4.6设备维护33

5环模的有限元分析35

5.1关于有限元方法的介绍35

5.2环模失效原因分析35

5.3环模有限元模型的建立及分析36

5.3.1环模与内环模三维模型的生成37

5.3.2环模材料模型的建立37

5.3.3网格划分37

5.3.4载荷和约束加载38

5.3.5有限元求解39

5.3.6对有限元结果进行分析41

设计心得42

结论44

致谢45

参考文献46

摘要

随着我国近几年经济的高速发展，国内的饲料机械技术在科学创新方面有了突飞猛进的发展。

例如，牧羊集团和正昌集团他们是我国饲料机械发展最快的企业，他们的技术不仅引领全国，还可与先进国家技术相媲美。

此次的毕业设计是以现有制粒设备为基础，并取长补短，进行了改造和创新，力求设计方案较现有产品在各方面性能都有所提高。

现有的技术中，有一种环模制粒机，包括机架和圆筒形的中空环模，环模壁上径向开设有若干模孔，环模一端径向设有进料通道，所述环模经传动系统与动力输八机械相连接，环模内设有至少一个压棍，压棍可转动地安装在压辊固定的机构上，工作时，环模转动，物料从进料通道进入环模内，被环模带动，不断从压辊和环模之间空过，在压辊的挤压之下，物料被从模孔中挤出，被切刀装置切断后形成颗料装的物料；其不足之处在于：

这种制料机工作效率低下。

然而内外组合双环模制粒机使制粒效率大幅提高。

本课题以某企业产品设计需求为背景，以内外组合双环模制粒机为研究对象，以高质量、低成本、环保、节能为指导思想，对内外组合双环模制粒机的工作原理、关键部件结构型式、关键部件设计计算等内容展开研究。

课题研究成果将对相关企业产品的优化设计提供有效的指导，具有较大的理论意义与实用价值。

研究内容：

1．国内相关领域的研究现状具体要求：

了解目前国内环模制粒机现有的结构、原理，并进行归纳、分析，写出文献综述。

2．内外组合双环模制粒机机械结构具体要求：

在研究现有环模制粒机机械结构的基础上，确定内外组合双环模制粒机优化结构，绘制关键部件的三维结构图与工程图。

3．内外组合双环模制粒机关键部件性能分析具体要求：

应用有限元分析软件对关键部件进行性能分析与强度校核。

其创新点主要分布于喂料机构、传动部分。

该方案从整机运行稳定性、产量、能耗、产品质量等角度着手，改善机器性能。

方案设计以理论计算为依据，目的是使设计方案更合理、更具说服力。

同时，绘图过程中也借助于CAD进行了辅助设计，提高了设计效率。

关键词：

双环模制粒机有限元

Abstract

Internalandexternalcombination2-ringmouldgranulatingmachineisbypowderfeedconditioning（plussteamorwater）,extrusiondieholeforming,cutting,coolingdry,crushing,screening,finallymeetspecificproductqualitymadetherequest.Itwillcooperatewithgoodvariouspowderfeedcompressedintogranules,changedthephysicalpropertiesandfeedbiochemicalperformanceandimprovethefeedutilizationrateandtofeedtheapplicability.Ourfeedindustrylatestart,manygranulatingequipmentcomparedwithforeignequally,thereisstillagap.Throughthevisittofeedmachineryfactory,manymanufacturersdomesticunderstandingofexistinggranulatingequipmentperformancearethiscertaindisadvantages.Butalongwiththerapiddevelopmentofeconomyinrecentyears,domesticfeedmachinerytechnologyinscientificinnovationhasabreakneckdevelopment.Forexample,shepherdgroupandzhengchanggrouptheyfeedmachineryinChinaisthefastestgrowingenterprise,theirtechnologynotonlyleadthecountry,stillcanmatchwithadvancedcountriestechnology.Thegraduationdesignbasedonexistinggranulatingequipmentforthefoundation,andcomplementeachother,reformationandinnovationperpetuallystrivetodesignschemeisinallaspectsofexistingproductsperformanceisimproved.Theexistingtechnology,haveakindofringdiegranulatingmachine,includingframeandthecylindricalhollowringringdiewallmodule,openseveralmodelholeradialringdieend,withfeedingchannel,radialreferredbythetransmissionsystemringdiewithpowerlosteightmechanicalconnections,ringdieequippedwithatleastonepressurestick,pressurestickcanrotateinstalledinpressingrollerfixedinstitutions,work,ringdierotating,materialfromincomingchannelintotheringringdiemould,wasdriven,constantlyfrompressingrollerandringdie,inspacebetweentheextrusionpressureroller,underfrommodelholematerialbeingsqueezedbycuttingknifedevice,offthematerialformmakingsoutfit;Itsdefectliesin:

thissystemfeederlowproductivity.Yetinternalandexternalcombination2-ringmouldgranulatingmachinemakegranulatingefficiencygreatlyimprove.

Thistopictosomeenterpriseproductdesigndemandasabackground,basedontheinternalandexternalcombination2-ringmouldgranulatingmachineastheresearchobject,bythehighqualityandlowcost,environmentalprotection,energysavingastheguidingideology,internalandexternalcombinationofmouldgranulatingmachinedoubleworkingprinciple,keycomponents,thekeycomponentsstructureformsofcontentsuchasdesigncalculationlaunchedresearch.Researchresultsofrelevantenterpriseproductstoprovideeffectiveguidanceoptimizeddesign,whichhavegreattheoreticalsignificanceandpracticalvalue.Theresearchcontent:

1.Theresearchstatusofrelateddomesticdomainspecificrequirements:

learnaboutthedomesticexistingringdiegranulatingmachinestructure,principle,andsummarized,analysis,writeliteraturereview.

2.Internalandexternalcombination2-ringmouldgranulatingmachinemechanicalstructureconcreterequirements:

ontheresearchexistingringdiegranulatingmachinemechanicalstructure,andonthebasisofinternalandexternalcombination2-ringmodedetermineoptimizedstructureandgranulatingmachineisthekeypartofthree-dimensionalstructuredrawingwithengineeringdrawings.

3.Internalandexternalcombination2-ringmouldgranulatingmachinekeycomponentsperformanceanalysisrequirements:

finiteelementanalysissoftwareonthekeycomponentanalysisandstrengthcheckperformance.

Itsinnovationpointsdistributedmainlyfeedinstitutions,transmissionparts.Theschemefromthemachinerunningstability,production,energyconsumption,productquality,improvethemachineperformanceperspective.Designbasedontheoreticalcalculation,thepurposeistomakedesignmorereasonableandmorepersuasive.Atthesametime,drawingintheprocessalsoconductedbyCADauxiliarydesign,improvethedesignefficiency.

Keywords:

2-ringmodeGranulatingmachineFEA

1概述

随着世界饲料机械技术的不断发展和完善，制粒机的制造技术和成形理论研究得到了飞速的发展，使用制粒机生产颗粒饲料已得到普及。

目前，常用的颗粒压制机有膨化制粒机、环模压制机和平模压制机等基本类型。

且环模制粒机具备生产效率高，耗能低，工作稳定等特点，适用于大中型企业，得到很广泛的应用。

我国的饲料工业是一个新兴的产业。

它是在现代化进程中应运而生的。

饲料工业依赖于农业而服务与养殖业，并随着农业和养殖业的发展而兴旺发达起来。

至今，完整的饲料工业体系已经初步形成，成为我国经济中不可缺少的经济产业支柱，在国民经济中有不可替代的地位，发挥着越来越大的作用。

现在，我国已能够生产出各种规格型号的饲料制粒机械，像环模、平模、膨化制粒机，牧草饲料制粒机等等。

产量从0.12t/h至40t/h,配套功率从5.5kw至315kw不等。

我国饲料机械技术也不断的在改革创新，逐渐与先进国家技术水相靠近。

随着经济的发展和生活水平的提高，能源短缺问题成为长期困扰人类社会发展的主要问题之一。

据预测，地球上蕴藏的可开发利用的煤和石油等化石能源将分别在200年和30~40年以内耗竭，而天然气按储采比也只能用60年[1]。

生物质燃料这种可再生的新能源的开发和利用不仅能缓解能源危机，而且可以减轻环境污染同时节约能源。

生物质既是低碳燃料，又由于其生长过程中吸收

，因此被认为生物质燃料可实现温室气体零排放。

生物质燃料是光合作用产生的有机可燃物的总称，其来源丰富[2-5]。

要走可持续发展的道路，开发利用生物质燃料，意义十分重大。

研究高品质、高效率的生物质燃料已成为支持能源可持续发展的迫切需求。

到目前为止，各个国家或地区开发利用生物质作为燃料主要集中在三个方面：

（1）将生物质材料降解为液体燃料，主要产品是燃料油和醇类燃料[6]；

（2）将生物质燃料气化成气体燃料，生物质沼气，主要成分为甲烷（

）和少量的二氧化碳，产生过程分为水解阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段三个阶段[7]；（3）加工成便于运输和贮存的一定形状燃料并提高燃烧效率，固化成型[8]。

而第三种一方面解决环境保护问题，另一方面又能产生代用燃料，近年来越来越受到人们的广泛重视。

环模制粒机是生产颗粒燃料的主要机械设备，其性能很大程度上决定了燃料的加工产量，在燃料加工过程中有着非常重要的地位。

近年来，国内生物质燃料机械企业在环模制粒机的设计、制造不断进步中，性能不断提高，与国外同类产品的差距也在慢慢缩小，但是，基于我国的制粒机都是模仿国外的先进产品，而对于制粒机理方面的研究几乎还是空白，这样同级上的比较，我国的制粒机就明显的存在结构不合理、生产效率偏低、能耗偏高等缺陷。

而环模的使用寿命和生产效率低问题尤为突出，国内生产的环模使用寿命短那是一个不可忽视的问题[9-10]。

研究双环模制粒机理与结构优化技术，对设计出具有国际先进水平的制粒机具有积极的推进作用。

仅凭理论分析难以得到较为切合实际的分析结果，随着计算机有限元技术及相关测试技术的发展和信号分析技术的提高，大量的计算机仿真分析和先进的测试分析手段的应用，目前，采用有限元分析与理论分析及动态实验相结合的方法，对制粒系统进行更为深入的研究，是当前制粒机的研究方向。

利用计算机仿真软件建立环模-内环模系统的有限元模型，选择合适的求解器对模型进行计算与分析，并进行相应的结构修改设计与分析，为该类机构的设计提供参考依据。

1.1设计目的和意义

大学时光，悄然逝去。

在这四年中，我不仅学到了自己需要的知识，同时也提高了自己的能力。

但是，学到的很多东西毕竟仅仅都是书本上的理论知识，显然和实际有很大的差距。

通过这次的毕业设计，我可以将自己所学到的理论知识更好的与实际相结合起来，从中能够锻炼我的思维能力，同时也是对这几年所学知识的一个综合的运用，同时也为将来要从事的职业打下良好的基础。

毕业设计同样也是大学最关键的一个教育环节，在这次毕业设计中，我要能够灵活、系统的运用所学知识，提高自己分析问题、解决问题的能力，培养认真、严谨的学习作风和吃苦耐劳、一丝不苟、严谨的治学态度。

同时，也使自己更加熟练的掌握“如何查阅国内为有关的技术资料和文献”，从中学会调查、收集、整理比较有价值的资料，在保留同类产品优点的同时，运用新技术、新工艺、新资料、新材料、大胆创新，以弥补同类产品的不足之处，使产品趋于更合理、更先进、更优化、更具有使用价值和良好的经济效益。

1.2环模制粒机的国内外研究现状

制粒的历史可以追溯到1990年，起初是用于饲料加工的，饲料工作者在实践中积累了很多经验，致力于改善制粒机性能。

图1.1铸模式制粒机示意图图1.2挤压式制粒机示意图

图1.3Schueler型制粒机示意图图1.4平模制粒机示意图

图1.5环模制粒机示意图

世界上第一台与制粒机相似的机器是一台铸模式设备[11]，如图1.1所示。

1910年左右，世界上第一台挤压式制粒机问世[11]，如图1.2所示。

该制粒机工作机理基本与现在的挤压式制粒机相同。

到1920年，斯凯勒（SchMeler）提出了压缩法制粒，如图1.3所示，但这种制粒方法磨损严重[11]，在1920期间，在总结了之前的制粒机工作原理的基础上，研制成功了第一台平模制粒机[11]，如图1.4，这种机器装有围绕中心轴回转的滚轮，迫使物料挤压向下，通过水平固定模板的模孔，旋转切刀把物料切割成一定长度的颗粒。

而几乎在同一时期，世界上第一台环模制粒机研制成功，如图1.5所示，最初的环模制粒机是一个压辊，以后演变成两个、三个过程，利用压辊的挤压力将粉状物经由环模的环模孔中挤出。

环模制粒机是环模靠主轴转动而回转，其内有两个或者三个压辊，工作时压辊将粉状物压入环模孔中，挤出成形后呈圆柱形，并被固定切刀切断成颗粒物料。

这种环模制粒机制粒质量好，生产效率高，能耗比其他几种要少。

在此基础上，环模制粒机性能不断改善，其后60年支配了整个饲料业。

到如今生物质燃料的广泛被研究开发，环模制粒机在这一领域的引用也日渐广泛。

从环模制粒机的整个发展来看，制粒机的基本工作原理没变，而环模制粒机的制造水平和技术性能大有改善[12]。

平模与环模的区别在于：

一、喂料方式：

环模制粒机采用机械强迫式进料，高速旋转离心分布进入制粒室，通过刮刀来分布物料，喂料不均匀；平模制粒机是靠物料自身重量垂直进入压制室，能够均匀喂料。

二、压力：

在同等直径下的模具内，环模压轮直径的大小受环模模具直径的限制，所以压力大小受限；平模压轮直径的大小不受模具直径的限制，可以加大内装轴承空间，选用大号轴承增强压轮的承受能力，不仅提高了压轮的压制力，而且还延长了使用寿命。

三、出料方式：

环模属于高转速，物料排出时破损率高；而平模属于低转速，破损率低。

 四、压轮调节方式：

环模制粒机要是用压轮中间的偏心轮上的两个螺丝来调节压力；平模制粒机是采用螺纹丝柱m100中心调节机构，顶力百吨，下落平稳、触击柔和、压力均匀。

可采用旋转手动和液压自动调节两种方式。

    从平模与环模的对比中我们可以看出平模的压力比环模大，所以对于像木屑、秸杆等这种物料轻，难以成型的粗纤维用平模较好。

1.2.1国外研究现状

CPM公司生产的环模制粒机采用斜齿齿轮减速箱传动结构；Bǖhler公司生产的环模制粒机采用双压辊、环模式、单电机三角皮传动结构。

单位生产效率高，运行费用低，结构比较简单，操作维修方便；Mǖnch公司生产的环模制粒机有环模、锥形压辊平模制粒机两种；三辊式制粒机是以英国UMT公司为代表的一种典型环模制粒机。

美国在1976年前后利用饲料成型技术，开发了压辊式颗粒燃料成型机；日本在1983年前后从美国引进了该技术。

到1987年，已有十几张颗粒燃料工厂投入运行。

生物质燃料成型技术受到国外发达国家的普遍重视，并投入了大量的资金和技术力量研究和开发生物质燃料成型设备，走在了该领域的前沿。

20实际30年代，美国开始研究致密成型燃料技术，并研制了活塞-模具式成型机，利用大压力挤压原料通过成型模具而形成致密成型燃料[13-14]。

20世纪50年代日本从国外引进技术后进行了改进，研究应用了螺旋式挤压成型机，并发展成了日本压缩型燃料的工业体系，并逐步推广到了台湾、泰国乃至欧洲国家和美国。

20世纪70年代初，美国又研制开发了内压滚筒式颗粒成型机[15]。

生物质压缩燃料在西欧国家以及日本等国已称谓一种产业，印度和东南亚一些国家对这项技术的研究与应用也相当重视。

目前，国外生物质燃料成型技术已基本成熟，生物质致密成型燃料已经商品化广泛应用于供热、取暖和发电领域，同时各国政府为促进生物质燃料成型技术的发展提供了政策和资金上的支持，生物质能源近年发展迅速。

1.2.2国内研究现状

我国从20世纪80年代起开始致力于生物质压缩成型技术的研究。

湖南省衡阳市粮食机械厂于1985年研制了第一台ZT-63型生物质压缩成型机，江苏连云港东海粮食机械厂于1986年引进了一台OBM-88棒状燃料成型机。

1993年前后，我国从国外引进了近20条生物质压缩成型生产线，基本上都采用螺旋挤压式，以锯木屑为原料，生产“碳化”燃料[16]。

1994年河南农业大学、中国农机能源动力所分别研究出PB-I型[17]、CYJ-35型机械活塞冲压式成型机，1