带清洗烘干装置的秸秆粉碎机设计.docx

1、带清洗烘干装置的秸秆粉碎机设计摘要锤片式粉碎机是饲料加工机械的四大主机之一,是饲料生产必要的设备之一,其性能对饲料厂的节能降耗意义重大。分析了锤片式粉碎机的结构特点,设计出满足要求的锤片式粉碎机。建立了锤片式粉碎机转子的离散化模型，利用ADAMS软件术对锤片对称交错排列形式的粉碎机转子进行动力学仿真分析，得到了与实际情况相近的结论。仿真结果表明，锤片对称交错排列转子的平衡性较好，其中交错排列转子两端轴承承载情况相近,转子稳定性好。转子是锤片式粉碎机的主要工作部件。利用Pro/E对锤片式粉碎机转子中的各零件进行三维建模、虚拟装配、模型分析和动态仿真。设计者可以充分利用Pro/E单一数据库管理技术

2、，通过改变尺寸参数来方便地修改和更新零件，还可以直观地观察和分析转子的外形、零件间的相互位置关系和运动状态。关键词：振动；仿真；锤片式粉碎机； Pro/E；转子；三维建模 AbstractHammers mill, which is one of the four main feed processing machineries and one of the necessary equipment of feed processing, has a great influence on economy energy sources in feed factory. In this paper

3、the structural features of the hammers mill are analyzed. The statics and the vibration characteristic of its frame are investigated with the ADAMS software. A discrete model of hammers mills rotor was set up. Mills rotor arranged in different hammer forms was analyzed by way of dynamic simulation w

4、ith virtual prototype technology. The result that is similar to facts was deduced. The conclusion indicated that the rotor with interlaced or symmetry-interlaced hammer form has better balance and the former is with good stability because of its equal load on each bearing. Rotor is an important asse

5、mbly of hammers mill. This research utilized Pro/E to carry out three-dimensional modeling of the parts of hammer mills rotor, virtual assemble, model analysis, and motion emulation. Designers can modify the parts easily by changing size parameters, and also can observe forming, position relation of

6、 parts and motion state of the rotor.Key words: Vibration；Simulate；hammers mill；Pro/E；rotor；3D modeling 1 综 述1.1 课题的目的和意义目前，国内外饲料厂的原料粉碎大都采用锤片式粉碎机，它利用高速旋转的锤片对物料产生强烈的冲击和搓擦，而达到物料破碎的目的。其主要特点是结构简单、适应性强(梁春鸿，2003：朱新华和郭文川，1999；庞声海和饶应昌，1989)。粉碎是工业生产环节不可缺失的工序之一。粉碎是指在外力的作用下，克服了固体物料分子间的内聚力，使固体物料外观尺寸由大变小，物料颗粒的比表

7、面积(单位质量的表面积)由小变大的过程。粉碎后可以提高物理作用及化学反应的速度。在把固体物料变成最终成品的许多加工过程中，粉碎是一个非常重要的工艺过程，据不完全统计，人类生活和生产中每年约有数千亿吨固体物料需要经过各种程度的粉碎加工。由于人类生产的飞速发展和生活水平的迅速提高，人们对粉碎加工的产品需求增加。因而需经粉碎加工处理的固体物料也将增多。这就需要深入研究粉碎过程，对粉碎理论、方法、设备进行系统的探讨。为此在20世纪80年代初形成了一门独立的学科粉碎工程学，专门研究固体物料的粉碎行为及其属性的学科。粉碎机是粉碎加工的主要设备，在工农业生产、人类生活的许多领域被广泛应用。例如在制药业、化工

8、业、食品业、饲料加工业，还有冶金矿山、涂料、建材、造纸等行业，甚至科研单位都需要粉碎机。由于粉碎机在许多行业得到普遍使用，目前粉碎机的市场还有很大潜力，因此国内外对粉碎机的研究与发展均很重视。但是各种物料在粉碎加工过程中产生发热、振动和磨擦等作用，使能源大量消耗，因此粉碎作业是消耗巨大能量的低效作业。多年来，技术人员一直在从理论研究、旧设备改造到创新设备，直至改变生产工艺流程等方面来研究如何达到高效节能地完成粉碎过程，达到降低其功耗高等缺点。但目前真正节能高效的粉碎机还没有开发出来。研制出更符合实际生产需要的高效率的粉碎机，还有待于广大科研人员和制造商们的发明创造。相关粉碎工程学科专家指出，今

9、后若干年内粉碎工程学发展的中心议题仍然是降低能耗，提高经济效益。1.2 国内外锤片式粉碎机发展概况锤片式粉碎机因具有结构简单、通用性好、适应性强等优点，广泛地应用于各种物料的粉碎，被称为万能粉碎机。目前，在国内外饲料加工企业中锤片式粉碎机是最重要的生产设备之一，大约一半以上的物料要经过锤片式粉碎机加工。1.2.1国外锤片式粉碎机发展概况近年来，国外对超细粉碎及分级设备、工艺、微细颗粒粒度测定等方面的研究十分活跃，这是由于国外在复合材料、新型陶瓷、电子材料等许多尖端技术方面迅速发展而决定的。在先进的工业化国家，微米级超细粉碎设备已渡过了其发明时期，而进入成熟、配套、完善的阶段 ,设备研究朝着亚微

10、米级超细粉碎和微米级精密分级的方向发展。粉碎技术的发展主要表现在产品微细化、微粉功能化、 设备自动化、节能新工艺和新设备及低污染高强度材料的应用等方面。1895年美国研制出人类历史上第一台锤片式粉碎机，之后锤片式粉碎机在国外饲料工业生产中便得到迅速发展。由于饲料所用原料上的差异，在欧洲的饲料加工多采用混合粉碎(先配料后粉碎)，且经常没有任何谷物原料；而美国的饲料配方是以50的玉米或小麦为基础的，很少使用难以粉碎的谷物，比如燕麦和大麦等，原料水分也略低于欧洲。从应用形式上锤片式粉碎机向两个方向发展：首先在于美国的产品追求筛片面积大，而欧洲的讲究冲击齿板面积大。例如，美国的Champion公司及J

11、acobson公司等标榜自己的产品为全周筛，而欧洲最为典型的是荷兰的Van Aarsen公司的2D系列锤片式粉碎机，其冲击齿板面积几乎达整个粉碎室周围面积的一半(占46)；其次在于筛片的安装。美国锤片式粉碎机在安装、更换筛片时必须停机并且打开机壳才能进行，而欧洲的许多锤片式粉碎机是从轴向插入式，不需停机和打开机壳即可抽出原有筛片，插入新换筛片；还有的机型可沿轴的一端插入从另一端抽出，还可实现自动遥控换筛， Van Aarsen公司的2D系列锤片式粉碎机两侧装有遥控电动换筛装置，在运行中就可以更换筛片。还有其它变型粉碎机，如涡轮粉碎机，其特点为在粉碎室筛片的末尾或在与进料口约成270。角处，使未

12、过筛的粗粒物料沿垂直方向向上抛出粉碎室，然后靠重力作用返回粉碎区。该机型的优点是不需配备外设筛分设备，粗粒物料在机内自行循环；缺点是整机结构不对称，不能通过简单调换转子旋转方向来利用锤片的两侧。大部分锤片式粉碎机只有一个转速，MIAC公司在20世纪50年代研制出第一台双速驱动的H880型锤片式粉碎机，双转速可以增强打击作用，提高粉碎效率。在国外，近年来为适应饲料粉碎的特点及需求，还有采用变频装置控制锤片式粉碎机的转速来改善其粉碎性能。在结构上，近年来还出现了立式锤片粉碎机。下面是几种国外常见的粉碎机：1）V9H型锤式粉碎机 罗马尼亚生产的型锤式粉碎机是一种万能型粉碎机,它既能粉碎各种谷物精饲料

13、，也能粉碎干草覃秆等饲料，这种粉碎机的特点是初体用铸件制成，利于制造，筛板的包角大，生产效率高和采用内包式排料风扇，使排料部分的结构大大简化。图1.1所示是这种粉碎机的内部结构，在两块圆形的转盘上销连有六排长方形的活动锤片，每排有锤片八枚共有48片，筛板包在转盘之外,其包角约为280，较大的包角有利于粉碎饲料的通过，从而能减低动力消耗和提高生产率。整个筛板镶嵌在铸铁机壳的凹槽中，安装牢固，筛子不易变形,粉碎机上共附有五种不同孔径的筛板，其孔径分别为1、2、3、4、5毫米。可以根据所粉碎饲料种类和细度要求的不同来选用适当的筛板。撞击板装在粉碎室的右上角。在精料盛料斗的底部有一个可调插板，它可以改

14、变斗底排料口的大小，用来控制精料的流量。在斗底排料口的下面有一块倾斜的托料板，通过装在机壳外的调节杆可以调节托料板的倾斜角度，以控制饲料喂人斗。当托料板倾角增大时，饲料能很快的通过，因此喂入增大，反之则减小。在粉碎茎杆、干草等粗饲料时,应把草料喂人斗前端的挡板向前转动使草料能直接落人粉碎室中。风扇叶片装在转盘的侧壁上，这样就大大地简化了风扇结构，并且也省去了风扇人口部分的吸料管。动力通过皮带轮和一对齿轮来带动转盘，齿轮的速比为1:3.5。这种粉碎机适合与2030马力的拖拉机配套使用,也可用15千瓦的电动机来带动。皮带轮的转速为800900转/分。粉碎谷物饲料的生产率为3501250公斤/时,干

15、草为100150公斤/时。外形尺寸为12507003000毫米,重量为710公斤。图1.1 V9H型粉碎机2）英国Massey-Ferguson公司935型万能粉碎机这种粉碎机的通用性很大，它除了能粉碎各种谷物饲料外，也能粉碎秸秆、磨制草粉和制作青贮饲料，此外还能作为抛送器之用，将切碎的青饲料抛入青贮塔。这种粉碎机的外形如图1.2所示，它由喂料斗、机壳、转盘、吹送管和聚料桶等部分组成。喂料斗装在机壳的侧壁，机壳的内部装有转盘和筛板，顶部与吹送管相联，吹送管的末端与聚料桶相接。喂料斗成簸箕形，在其前端有一块半圆形 的罩盖，盖内有一块月牙形的挡板，用来防止饲料从粉碎室里向外飞溅。图1.2 935型

16、万能粉碎机转盘结构见图1.3所示，其直径为23英寸，转盘的主体是一块用厚钢板制成的圆盘，中央装有主轴，轴的一端装有皮带轮。转盘的四周装有四排活动的锤片，每排有7枚，共28枚。锤片销为埋头式，在粉碎干草时不致缠草。每排锤片的前侧各装有一块风扇叶板。叶板的作用是5/8英寸厚的钢板完成槽形，其工作面经过淬火处理。把风扇和锤片装在一起是这种粉碎机的最大特点。它可以大大地简化粉碎机的结构。转盘的侧面装有两把快速装卸的折刃口切刀。当粉碎谷物饲料时，必须把切刀卸下，粉碎干草或切碎青饲料时必须装上。图1.3 装有切刀的转盘筛板装在机壳内，包在转盘的四周筛板共有三种，其孔径分别为1/16、1/4、和1.5英寸。

17、吹送管用一根远观支撑，能绕支撑管作270的转动。这种粉碎机的转速为22002500转/分，所需功率为1025马力，粉碎谷物饲料的生产率为14吨/时，干草为12.5吨/时，粗饲料为24吨/时青饲料为47吨/时。3）法国Carriere-Guyot公司Pulverix牌饲料粉碎机该公司生产有三种类型的固定锤杆式粉碎机。1型的外形如图1.4所示，3型的内部结构见图1.5。这三种形式的结构基本相似，只有1型为自重排料，2型和3型为气流排料。图1.4 Pulverix1型粉碎机外形图1.5 Pulverix3型粉碎机内部结构图5）日本横山工业公司的双转盘式粉碎机目前世界上所有的锤式粉碎机都存在有粉碎效率

18、不高的缺点，这主要是因为粉碎室内有一团已粉碎的饲料包在转盘的周围，形成环形，随着锤片一同转动，因此从喂人口新进人的饲料首先是与这个环形的饲料相遇，被带着缓慢地旋转，然后才能与锤片相遇，受到锤片的打击。由于饲料颗粒在受打击时已具有一定的速度，根据冲量定律，这时打击力将会显著地减弱，使粉碎机的粉碎效率不高。但是采用双转盘式粉碎机不但能避免这种缺点，而且由于在打击时饲料颗粒的运动方向是与锤片的方向相反，因此反而会增强打击作用，能提高粉碎机的效率。图1.6所示是日本横山工业公司所生产的一种底部卸料式双转盘粉碎机的剖面图。在长方形的机壳里有两个圆形的转盘，形成两个互相联通的粉碎室。第一粉碎室的底部装有筛

19、板，其包角为165左右，顶部装有齿板，包角为100。第二粉碎室筛板的包角为250，齿板包角70。两个转盘转动方向相同。当饲料由进料口进入第一粉碎室后，先受到第一转盘上锤片的打击，然后进入第二粉碎室，再次受到第二转盘上锤片的打击，由于饲料进入第二粉碎室时的运动正好与锤片的运动方向相反，因此受到的打击就比第一粉碎室大一倍。粉碎好的饲料穿过筛板由底部的排料管排出。 横山工业公司共生产有五种型号的双转盘粉碎机，转盘的直径为4901000毫米，宽度为190750毫米，转盘的转速可根据饲料种类的不同加以调节，其变化范围为13003200转/分。图1.6 底部卸料式双转盘粉碎机 另外还有美国Pulveriz

20、ing机械公司的Micro-Bud 牌立轴反射型锤式粉碎机，移动式饲料粉碎和混合机组等在此不做详细介绍。1.2.2我国粉碎机械发展概况粉碎的目的与意义：固体物料经过粉碎，颗粒由大变小，物料单位质量的表面积增加，可以提高物理作用及化学反应的速度；在矿物加工过程中，矿石经过粉碎，可以实现不同矿物的彼此解离；几种固体物料的混合，也必须在细粉状态下，才能均匀混合。粉体材料最重要的质量指标之一是粒度和粒度分布，而粒度和粒度分布决定了粉体产品的技术性能和应用范围。例如，物料的比表面积、化学反应速率、吸附性、堆积性、补强性、在液相介质中的沉降速度、溶解性、光学性能、电性、磁性等，这些都与应用范围有直接关系。

21、而产品的应用领域对物料的粒度及粒度分布均有严格的要求。粉碎是当代飞速发展的经济社会必不可少的一个工业环节。粉体技术被看作是高技术工业最重要的基础技术之一。我国农作物秸杆资源十分丰富，年产量高达517亿吨。秸秆中含有可消化干物质35%50%。粗蛋白3%8%，特别适合于喂饲牛、羊等反刍动物。改革开放以来，我国粮食总产量提高很快，但是我国人口多，人均耕地少，每年人均占有粮食一直低于400kg，不可能提供大量粮食用作饲料。因此，充分利用和开发农作物秸秆饲料，发展“节粮型畜牧业”，特别是对于发展农区秸秆养牛，具有十分重要的意义。80年代以来，我国对农作物秸秆处理进行了许多研究工作。应用最广泛的是粉碎和铡

22、切机械加工，因为，无论是化学处理还是生物处理，其首先的工序需要将秸秆粉碎或铡切。下面对我国饲料粉碎机械和秸秆切碎机械的发展情况作一概述，并对存在的一些问题进行初步探讨。20世纪90年代以来，我国饲料机械行业中的企业江苏正昌集团和江苏牧羊集团，大胆引进国外先进技术和设备，根据当前国际上饲料粉碎机发展的潮流，先后开发生产160-200 kW的水滴型粉碎机、立轴式粉碎机。如其中的水滴型粉碎机采用了有利于提高效率的水滴型粉碎室，锤筛间隙可调，实现了粗细微粉碎，还可以实现自动负荷控制等特点。上海春谷实业有限公司最新研制开发的横宽形振动筛锤片式粉碎机，它是由电动机、多层筛体(筛体分内层筛和外层筛)、振动器

23、、机体等组成。饲料的粗粉碎和超细粉碎两者可以通用，效率高，粉粒比较均匀，对水分较高的原料和含纤维的原料有较好的适应性，易损件筛片寿命长，锤片更换周期长等优点。经过50多年的研究、设计、生产和改进，国产锤片式粉碎机的技术水平和性能已接近或达到国际同类产品先进水平。我国饲料粉碎机生产企业的产品品种、规格齐全，能基本满足我国畜牧、水产养殖业发展的需要，但在目前社会整体能源短缺的背景下，锤片式粉碎机还是存在功耗高的缺点显得尤为突出。饲料粉碎机械是我国应用最为普遍的粉碎机械，也是最为典型的粉碎机械，其中粗饲料粉碎机械主要有通用饲料粉碎机械、草粉加工机械、秸秆揉搓机械和多功能组合机械等。通用饲料粉碎机按结

24、构形式可分为锤片式、齿爪式、磨盘式和辊式等, 其中以锤片式应用最广泛。1）锤片式粉碎机锤片式粉碎机是我国主要农业机械产品之一，据统计2004年我国约有300多家饲料粉碎机的生产企业。我国从1955年开始，在从原苏联引进的技术与样机的基础上进行研究设计锤片式粉碎机，有部分省市设计生产了多种型号规格的产品。1958年开始大量推广，1966年各地自己选型、设计、制造，型号杂乱，没有统一的标准。19661975年间，国家组织了全国科技力量对已有的各种机型进行试验、选型及系列设计。1972年在山东省红旗牌爪式饲料粉碎机的基础上，制定了NJ8672部级标准。1975年原第一机械工业部机械院农机所组织了11

25、个省市23个单位对锤片式粉碎机进行了一系列试验选型和系列设计工作，把全国几十个品种统型为一个系列六种机型，即9F、32、45、55和9FQ40、50、60型，初步完成了以9F系列锤片粉碎机为主的饲料粉碎机型定型工作，使该产品提高了标准化、系列化和通用化程度，并对产品更新换代、提高行业的生产水平和产品质量起到了很大的作用，但是70年代以前，全国几乎没有专业化的锤片式粉碎机械生产厂家。锤片式粉碎机作为一个专业化的机械制造行业则是在80年代初才开始发展起来的。根据国家科委“星火计划”和原机电部新产品研制计划，中国农业机械化研究院与该行业的17家主要生产企业进行了锤片式粉碎机新系列新产品的联合设计，并

26、于1991年3月通过了部级新产品鉴定，该系列包括3个系列，11种机型，配套动力从3kW到45kW。20世纪90年代以来，我国饲料机械行业中的企业江苏正昌集团和江苏牧羊集团，大胆引进国外先进技术和设备，根据当前国际上饲料粉碎机发展的潮流，先后开发生产160200 kW的水滴型粉碎机、立轴式粉碎机。如其中的水滴型粉碎机采用了有利于提高效率的水滴型粉碎室，锤筛间隙可调，实现了粗细微粉碎，还可以实现自动负荷控制等特点。上海春谷实业有限公司最新研制开发的横宽形振动筛锤片式粉碎机，它是由电动机、多层筛体(筛体分内层筛和外层筛)、振动器、机体等组成。饲料的粗粉碎和超细粉碎两者可以通用，效率高，粉粒比较均匀，

27、对水分较高的原料和含纤维的原料有较好的适应性，易损件筛片寿命长，锤片更换周期长等优点。经过50多年的研究、设计、生产和改进，国产锤片式粉碎机的技术水平和性能已接近或达到国际同类产品先进水平。我国饲料粉碎机生产企业的产品品种、规格齐全，能基本满足我国畜牧、水产养殖业发展的需要，但在目前社会整体能源短缺的背景下，锤片式粉碎机还是存在功耗高的缺点显得尤为突出。2）齿爪式饲料粉碎机齿爪式饲料粉碎机具有结构紧凑、体积小、重量轻优点，也是应用较广的一种饲料粉碎机。5060年我国以仿制、改进机型为主，70年代在红旗牌爪式碎机的基础上进行了系列设计，统一成 270、310、370、450 型5个品种，配套动力

28、为 313 kW，并布实施了爪式粉碎机标准；80年代后，山东即墨县农业机械厂和青岛大华机器厂开发生产了FFC系列爪式饲料粉碎机，其型号包括FFC45、FFC45A、FFC37、FFC23、FFC15 等，配套动力为11111kW。广东省阳山县机械厂开发生产了 9FZ 系列齿爪式饲料粉碎机，其型号包括9FZ150、9FZ230、9FZ370、9FZ450，配套动力为01510kW，四川简阳机械厂等单位开发生产了9FZ系列齿爪式饲料粉碎机，其型号包括 9FZ 15、9FZ20、9FZ23、9FZ29、9FZ31、9FZ 35、9FZ37，配套动力为01757 kW；河南荥阳市三张机械厂生产的JWF

29、 系列齿盘式饲料粉碎机， 其型号包括JWF150、JWF160、JWF200、JWF250、JWF320。1984年修订了齿爪式粉碎机标准, 取代了1972 年的标准。80年代中期以前，我国没有专用的草粉加工机械，而是用通用型锤片粉碎机加工草粉。1985年，由呼和浩特牧机所研制的9CJ500型草粉加工机组通过机械部鉴定，是国内最早研制的草粉机。1986 年，该所研制的9FQ40型饲草粉碎机通过鉴定。随后北京市农机所研制了93FC750和93FCY150型草粉机，辽宁农业机械化研究所研制了9CJ55型草粉机, 新疆牧机厂研制生产了93FC650 和93FC750 型草粉机，江西红星机械厂生产了9

30、3FC50 型饲草粉碎机。石家庄市农机研究所研制的9JF和9J FA 型草粉机，可加工小麦、玉米等秸秆草粉，也可铡切青干饲料和粉碎玉米等，9JFA型于1997 年通过鉴定，投入批量生产。该机加工草粉的生产率比老式粉碎机提高1倍。为适应玉米秸秆养牛发展的需要，80 年代后期开始，我国北方一些省、市、区，开发研制了粗饲料揉搓机。它可以将玉米等秸秆揉搓成细丝状，提高了玉米秸秆喂牛的适口性，利于牛消化吸收秸秆中的营养物质。揉搓机是在锤片式饲料粉碎机基础上发展起来的，用齿板代替筛片，在高速旋转的锤片和齿板作用下， 将秸秆揉搓成细丝。1989年，黑龙江省畜牧机械化研究所研制的9RC40型粗饲料揉搓机通过了

31、省级鉴定。随后在90年代初期和中期, 辽宁省农机研究所研制的9RF40型揉搓粉碎机，吉林省农机研究所研制的9RF40型揉搓机，吉林省白城市农牧机械化研究所研制的9QT800型粗饲料揉切调质处理机，安徽省濉溪县农机推广站研制的9JX300 型秸秆揉搓机均通过鉴定。一些企业也开发生产了饲料揉搓机械。如江西红星机械厂的93FC50型揉草机，山西省大同农牧机械厂的9RS40型揉草机，北京燕京集团的9SC400型揉草机，辽宁省凤城东风机械厂的93RC40型揉搓机。中国农大农业工程研究院研制的9LRZ 80型立式秸秆揉切机，克服了铡草机破节率低、揉搓机能耗高、生产率偏低的缺点，并吸收了这两种机具的优点，使

32、其结构新颖，效率较高，巳于1999年通过农业部鉴定。这是将铡草、粉碎和揉搓等功能组合成一体的机械。如黑龙江八一农垦大学研制的93RZ40型揉浆机, 集切断、粉碎、揉搓功能于一体，物料在锤刀、定刀和齿板的综合作用下被粉碎，在离心力和风机作用下排出提高了效率。磨碎机主要依靠两个工作表面或介质之间的挤压和摩擦力将物料研磨成极细的产品。1)片磨：适用于物料磨碎，也适用于研磨含水分高的物料以及韧性大的物料。按照磨盘安装位置可以分为立磨和卧磨两种；按照磨片的材质不同可分为刚磨、金刚砂磨、石墨、陶瓷磨等，用途十分广泛。2)锥形磨粉机：适用于小麦、杂粮和豆类的干磨和湿磨。工作时，依靠两磨头磨齿对物料的挤压和剪切作用磨碎物料。锥形磨的特点是适应性广、经久耐用、加工低廉，但是干磨时成品的温升较高、成品质量较差、耗能大、生产效率低、噪声较大、轧距调整比较复杂。3)对辊式粉磨机：根据使用对象不同，又可分为农用小型磨粉机和大、中型磨粉机。前者装备有一对磨，其结构简单，操作方便、生产率低;后者配制有两对磨辊，其结构复杂、机械化自动化程度高、生产率