双驱动带式环模制粒机三维设计与性能分析.docx

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双驱动带式环模制粒机三维设计与性能分析

双驱动带式环模制粒机三维设计与性能分析

摘要饲料制粒机是一种重要的农业机械，它在饲料工业中的应用范围非常广泛。

国内饲料机械企业虽然在制粒机的设计、制造领域取得了很大进步，产品的外观、性能指标不断提高，但是与国外同类型设备相比较，仍然存在结构不合理，生产效率偏低、能耗偏高等缺陷，这极大地制约了产品的国际竞争力。

摘要本次毕业设计主要研究的是双驱动带式环模制粒机，首先介绍了制粒工艺和制粒机的工作原理，包括环模制粒机的几大基本组成，阐述了各个各部分的功能。

同时，进行三维建模，进而通过计算机对其结构优化，提高制粒机的性能。

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最后，由于环模制粒机对环模的性能要求较高，所以以环模为例，对其进行有限元分析，测试其各项性能参数，并优化其结构。

关键词：

环模，制粒机，有限元

ABSTRACT

Pelletmillisoneoftheagriculturalmachinery,whichplaysanimportantroleinthefeedprocessingmachinery,andit’swidelyusedinfeedprocessingindustry.Thoughthedomesticfeedprocessingmachineryenterpriseshavemadegreatprogressinthemachinedesign，manufacture，andimprovedtheappearanceandperformanceoftheproducts，comparedwiththesameforeignequipment，domesticpelletmillsstillhavealotofdisadvantagessuchasunreasonablestructures，lowproductivities，highenergyconsumption．Thesehaverestrictedtheinternationalcompetitivenessofthedomesticpelletmill．

Thispaperismainlyfocusonthering-typematrixofpelletmill.Theprocessandthefundamentalprincipleofpelletmillareintroduced,includingtheclassificationandthedevelopmentofpelletmill.Meanwhile,three-dimensionalmodelarecreated.Thenwecananalyzetheperformanceofthering-typematrixallbythecomputer.

4.2.2模孔有限元结果分析27

结论28

致谢29

参考文献30

1绪论

1.1选题意义

促进现代化农业的发展，农业机械设备扮演者重要的角色。

饲料颗粒机是农业机械中的典型设备，它的广泛应用，改进了饲料的形式，大大提高了效率和生存率。

因此，研究制粒机械的优化设计，对于实际应用有着重要的意义。

制粒机是饲料机械的四大主机之一，随着饲料工业的快速发展，对饲料机械的需求越来越大，对高品质、高效率的饲料机械产品的需求也越来越迫切。

目前，国内已经有大量的饲料机械企业对制粒机的设计、制造等领域取得了许多重大成果，我国的饲料制粒技术与国外的差距也在不断缩小。

但是，在同等条件下，和国外的相关饲料机械设备比较，我国自行研制的产品仍然存在很多不足之处。

在材料性能、结构参数、强度耐用度等方面，仍然还有有待提高。

研究环模制粒机的工作机理和结构优化，对推进国内制粒机械的发展具有积极的推进作用，同时也促进了我国畜牧业的生产效率的提高。

1.1.1制粒机的发展历史

在《制粒的历史与发展》（美国拉里•H•匹兹齐）[1]一文中。

作者详尽介绍了制粒的发展过程，制粒的源起可以追溯到1900年，近一个世纪以来饲料制粒工作者不断创新技术，想方设法改善饲料的性能。

人们发现，经过挤压加工的饲料，不仅改善了饲料加工的特性，还更利于动物的饲育。

原料通过机器内的热、压力和水分的综合作用，其中的淀粉被糊化。

这样，生产出来的饲料能更好地被动物所吸收利用。

颗粒饲料的均一性，防止了个别原料的适口性和动物拣食带来的麻烦。

因此，饲料制粒后动物采食均衡，排除饲料组分再分离的弊病。

颗粒饲料与粉料相比，也相对地减少了饲料的损耗。

制粒在饲料密度和流动性两个方面改善了饲料的加工性能，特别对许多纤维素含量高的原料，制粒增加了饲料的密度，体积缩小，这无论在贮藏和运输中都比较方便和经济。

同时，制粒更能控制饲料的比重和改善饲料的流动性。

颗粒饲料比粉料不容易结拱和附着筒仓、料仓上。

1.2论文的研究方法和结构

首先，本毕业设计要完成的是对所研究机械，即双驱动带式环模制粒机的三维建模和工程图的获取。

传统设计方法是首先跟据二维的工程图开始设计，而当今的制造领域，CAD计算机辅助设计已经逐渐过渡到三维建模，这也将是未来机械制造发展的主流趋势。

本次设计采用直接对环模制粒机三维建模，再生成二维工程图的方法。

这将大大缩短设计时间，提高效率。

其次，结合环模制粒机的主要结构，研究制粒机理，通过对不同工作条件的探讨，分析各种因素对生产率的影响规律。

根据材料力学、弹塑性力学理论，推导环模抗弯强度及接触强度的计算公式，结合这两个公式对环模的使用寿命进行分析。

然后，针对制粒机的不同应用领域和环模的不同工况，推导正交各向异性及各向同性材料在模孔中的受力模型。

建立环模内表面的受力模型，确定力的作用区域，为后续的有限元分析奠定基础。

最后，结合力学模型运用ANSYS软件对环模进行有限元仿真。

把仿真结果与理论推导结果及实际情况分别进行对比。

分析物料在模孔中的挤压过程，对这个过程选择正确的模型及合适的单元，针对不同孔型的模孔物料挤压过程进行仿真，比较不同孔型模孔的受力及磨损，为模孔的优化提供依据。

2.制粒机简介

2.1制粒机的分类和基本特点

国外畜牧业和农用机械发达的国家，对制粒技术的研究从未停止过。

英、美最早在二三十年代就开始了制粒机的研制。

第一台环模制粒机1931年在美国诞生，英国随后也研制成功。

到七十年代，许多欧洲国家也都具有了环模制粒机的生产能力。

虽然制粒机的工作原理和形式在整个发展过程中变化不大，但其制造水平和性能却在持续改进。

我国在国外制粒机发展的影响下，制粒机的制造水平也越来越成熟。

2）产量稳定，颗粒密度、成形率应达到要求。

3）设备的工作部件应经久耐用，质量稳定，便于调整修复和更换，单位产量能耗低。

4）蒸汽管道等配套设备安装方便，并且便于维修。

2.3环模制粒机的制粒工艺及制粒过程

环模和平模制粒机都属于压模式制粒机，制粒原理相似，都是利用挤压原理使饲料成型。

在挤压力的作用下，连续送人具有一定流动性的分散颗粒，颗粒受压相互移近并重新排列，其中的气体不断溢出，原料的密度不断增大，同时原料中的添加剂和水分也促进了这一形成过程。

最终，粉末状的原料被加工成一定密度和强度的颗粒饲料。

制粒过程也可以理解为一个挤压式的热塑过程。

2.3.1制粒工艺

制粒工艺是将粉状饲料原料或成品制成颗粒的过程，主要由预处理、制粒成型和后处理工艺3个阶段组成，预处理主要由调制器及其供汽（蒸汽锅炉、管道及附件）、添加油脂（糖蜜）系统完成；制粒成型由制粒器完成；后处理部分主要包括冷却器、破碎机及分级筛等。

在具体配置上，根据不同饲料的生产要求而有所区别。

根据不同的饲喂对象，可分为畜禽饲料制粒工艺和水产饲料制粒工艺；根据不同的组合方式又有多种类型工艺派生。

因此，制粒工艺不是一成不变的，而是在基本工艺的基础上根据饲料配方、客户要求和科技发达程度有所不同。

环模制粒机主要由待制粒仓、螺旋给料器、调质搅拌器、压粒器、电机及减速传动装置组成。

环模制粒机工作时，粉状的物料通过上方的料斗进入喂料绞龙，绞龙以一定的速度使物料均匀地流入搅拌器筒体。

搅拌器中装有连续的桨叶，同时其中还通入了一定温度和湿度的蒸汽，这一过程可使物料软化、糊化、热化。

根据不同颗粒饲料的要求，还可随蒸汽添加一定的糖蜜、脂肪等液体到物料中。

在通过强磁保安装置去除可能混入的杂质之后，物料进入下料斜槽，最后流进压制室。

进行制粒后，颗粒成型被切刀切断，排出机外，完成制粒过程。

4．成形区：

在压模孔内已充满了已被压实成形的饲料柱体，在模孔内侧又不断接受新挤入的粉料，使饲料柱体向外侧推移排出模孔，这时挤压力必须克服模孔内料柱摩擦力的总和。

物料在模辊转动作用下压制成颗粒有两个条件：

一足模辊要把物料攫入变形口，二是压辊对物料挤压力要大于模孔内料柱的摩擦阻力。

虽然环模制粒的结构较复杂，成本高，但它制粒质量好，颗料硬度高，所以使用较普遍。

3双驱动带式环模制粒机的结构

环模制粒机根据应用的场合不同，有许多种不同的型号。

为了便于三维建模，本次毕业设计选定其中一种型号（SZLH30型），其基本性能参数如下。

基本参数产量

（t/h）主电机功率

（kW）喂料绞龙功率（kW）搅拌器功率

（kW）

1～4220.552.2

结构参数压模内径

（mm）压模有效宽度

（mm）压辊外径

（mm）压辊个数

300801452

转速喂料绞龙转速

（r/min）搅拌器转速

（r/min）压模转速

（r/min）

12～120416381

表31SZLH30型制粒机的相关参数

根据以上参数，即可确定双驱动带式环模制粒机其他的动力参数和结构参数。

由于制粒机采用双电机驱动，所以主电机的功率为11kW，查阅机械设计手册，选择主电机的型号为Y160L-6型三相异步电动机，其额定转速为970r/min，通过两侧的皮带传动减速，可以达到压模的转速要求。

3.2送料调质机构

喂料器山绞龙筒体5、绞龙轴7、带座轴承8等组成，见图3-4，其作用是通过绞龙轴的旋转将待制粒仓中的粉状物料输送到搅拌器中，绞龙简体、绞龙轴及其叶片均由不锈钢制成，绞龙轴上的叶片为满面式，便于均匀输送物料，绞龙轴可连同轴承座一起从绞龙筒体中抽出，以便内部及绞龙轴的清理。

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