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湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院
全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
飼料顆粒機(jī)的設(shè)計(jì)
THE DESIGN OF FEED PARTICLES MACHINE
學(xué)生姓名：王武
學(xué) 號(hào)：200841914602
年級(jí)專(zhuān)業(yè)及班級(jí)：2008級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造
及其自動(dòng)化(6)班
指導(dǎo)老師及職稱(chēng)：向陽(yáng) 副教授
學(xué) 院：理工學(xué)部
湖南·長(zhǎng)沙
提交日期：2012年5月
飼料顆粒機(jī)設(shè)計(jì)
學(xué) 生：王 武
指導(dǎo)老師：向 陽(yáng)
（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128）
摘 要：隨著養(yǎng)殖業(yè)的不斷發(fā)展和養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴(kuò)大，飼料的需求量日趨增長(zhǎng)。如今世界上動(dòng)物性食品以高于人口增長(zhǎng)的速度發(fā)展，世界市場(chǎng)上的動(dòng)物性食品空前豐富。在品目繁多的動(dòng)物飼料中，顆粒飼料占有非常大的比重，有些國(guó)家生產(chǎn)的顆粒飼料占全部飼料的50%以上。飼料，特別是顆粒飼料，在養(yǎng)殖生產(chǎn)中的作用越來(lái)越重要，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響越來(lái)越大。研究設(shè)計(jì)高效節(jié)能，易操作，效率高，壽命長(zhǎng)的飼料顆粒機(jī)，對(duì)于生產(chǎn)加工顆粒飼料，提高養(yǎng)殖業(yè)的效益，增強(qiáng)我國(guó)飼料工業(yè)在國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力都有著重大的作用。
關(guān)鍵詞：飼料；環(huán)模；顆粒機(jī)
The Design of Feed Particles Machine
Student：Wang Wu
Tutor：Xiang Yang
(Oriental Science ＆Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)
Abstract：As the ceaseless development of aquaculture and breeding scale unceasing expansion, the demand of feed growing. Now the world of animal foods with higher population growth rate of development, the world market of unprecedented abundance of animal food. In a wide variety of goods in animal feed, pellet feed occupies very large proportion, some countries in the production of pellet feed more than 50% of the total feed. Feed, particularly in pellet feed, aquaculture production in the increasingly important role, the effect that develops to national economy is more and more big. Research and design of high efficiency and energy saving, easy operation, high efficiency, long service life of the machine feed particles, the production and processing of grain feed, improve breeding efficiency, enhance China's feed industry 's competitiveness in the international market have a significant role.
Key words：Feed；Ring mode；Granule machine
目 錄
摘要……………………………………………………………………………1
關(guān)鍵詞…………………………………………………………………………1
1 前言………………………………………………………………………………1
1.1 研究意義………………………………………………………………2
1.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀 ……………………………………………………………2
1.3 飼料顆粒機(jī)概述 ………………………………………………………4
2 飼料顆粒機(jī)總體設(shè)計(jì) ………………………………………………………4
2.1 飼料顆粒機(jī)技術(shù)指標(biāo)的確定……………………………………………4
2.2 異步電動(dòng)機(jī)型號(hào)的選擇 ………………………………………………5
2.3 皮帶的選擇……………………………………………………………6
2.3.1 確定計(jì)算功率 ……………………………………………6
2.3.2 選取V帶帶型 ……………………………………………6
2.3.3 確定帶輪基準(zhǔn)直徑…………………………………………6
2.3.4 驗(yàn)算帶速 …………………………………………………6
2.3.5 確定窄V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和中心距………………………6
2.3.6 計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld………………………………6
2.3.7 計(jì)算實(shí)際中心距a……………………………………………7
2.3.8 驗(yàn)算主動(dòng)輪包角a1………………………………………7
2.3.9 計(jì)算窄V帶根數(shù)Z………………………………………7
2.3.10 計(jì)算預(yù)緊力 …………………………………………………7
2.3.11 計(jì)算帶傳動(dòng)作用在軸上載荷…………………………………7
2.4 壓輥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ……………………………………………………8
2.5 環(huán)模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ……………………………………………………8
2.6 主機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) …………………………………………………………9
3 飼料顆粒機(jī)的主要工作部件的設(shè)計(jì)……………………………………10
3.1 環(huán)模的設(shè)計(jì) ……………………………………………………………10
3.1.1 環(huán)模材料選擇…………………………………………………11
3.1.2 ?？讐嚎s比和粗糙度…………………………………………12
3.1.3 單位功率面積 ………………………………………………13
3.1.4 環(huán)模內(nèi)徑D和壓帶寬b……………………………………14
3.1.5 ?？组_(kāi)孔率…………………………………………………14
3.2 壓輥的設(shè)計(jì)…………………………………………………………15
3.2.1 壓輥直徑d……………………………………………………15
3.2.2 壓輥與壓輥軸承的設(shè)計(jì) ………………………………………18
3.2.3 壓輥軸承的選擇………………………………………………18
3.3 主軸的設(shè)計(jì)……………………………………………………………19
3.3.1 軸的校核………………………………………………………19
4 結(jié)論…………………………………………………………………………22
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………23
致謝…………………………………………………………………………24
附錄…………………………………………………………………………25
1 前言
飼料顆粒機(jī)屬于飼料制粒設(shè)備。是以玉米、豆粕、秸稈、草、稻殼等的粉碎物直接壓制顆粒的飼料加工機(jī)械 。飼料顆粒機(jī)廣泛適用于大、中、小型水產(chǎn)養(yǎng)殖，糧食飼料加工廠，畜牧場(chǎng)，家禽養(yǎng)殖場(chǎng)，個(gè)體養(yǎng)殖戶及中小型養(yǎng)殖場(chǎng)，養(yǎng)殖戶或大、中、小型飼料加工廠使用。將飼料加工成顆粒狀比混合粉狀飲料可獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。顆粒形成過(guò)程還能使谷物、豆類(lèi)中的胰酶抵制因子發(fā)生變性作用，減少對(duì)消化的不良影響，能殺滅各種寄生蟲(chóng)卵和其它病原微生物，減少各種生蟲(chóng)及消化系統(tǒng)疾病。本設(shè)計(jì)的目的在于針農(nóng)戶家庭小規(guī)模養(yǎng)殖生產(chǎn)的需要，設(shè)計(jì)一種小型飼料顆粒機(jī)。
1.1 研究意義
（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,適應(yīng)性廣,占地面積小,噪音低。
（2）粉狀飼料、草粉不需要或少許液體添加即可進(jìn)行制粒,故顆粒飼料的含水率基本為制粒前物料的含水率,更利于儲(chǔ)存。
（3）雞、鴨、魚(yú)等,比混合粉狀飼料可獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。
（4）干料加工,生產(chǎn)的飼料顆粒硬度高、表面光滑、內(nèi)部熟化，可提高營(yíng)養(yǎng)的消化吸收。
（5）顆粒形成過(guò)程能使谷物、豆類(lèi)中的胰酶抵制因子發(fā)生變性作用，減少對(duì)消化的不良影響，能殺滅各種寄生蟲(chóng)卵和其它病原微生物，減少各種生蟲(chóng)及消化系統(tǒng)疾病。
1.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀
近年來(lái)，由于消費(fèi)需求和養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)變化，我國(guó)飼料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)已發(fā)生較大變化，小型飼料顆粒機(jī)價(jià)格使我國(guó)的水產(chǎn)飼料產(chǎn)量年均增長(zhǎng)率高達(dá)17%，遠(yuǎn)高于配合飼料8%的平均增速，豬料、禽料比例呈下降趨勢(shì)。水產(chǎn)飼料業(yè)已成為飼料行業(yè)發(fā)展中的最大亮點(diǎn)。1991年我國(guó)水產(chǎn)飼料產(chǎn)量只有75萬(wàn)噸，僅占我國(guó)飼料總產(chǎn)量的2.1%。然而至1999年，其產(chǎn)量已激增至400萬(wàn)噸，占飼料總產(chǎn)量的5.8%。
為了使我國(guó)水產(chǎn)飼料工業(yè)能夠沿著科學(xué)的道路發(fā)展，從“六五”開(kāi)始，國(guó)家對(duì)我國(guó)主要的養(yǎng)殖對(duì)象的營(yíng)養(yǎng)需求和飼料配方組織了全國(guó)性的科技攻關(guān)，“六五”至“九五”期間，小型飼料顆粒機(jī)價(jià)格分別進(jìn)行了“我國(guó)主要養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)的營(yíng)養(yǎng)需求和魚(yú)飼料配方的研究”、“主要水生動(dòng)物飼料標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)技術(shù)的研究”、“魚(yú)類(lèi)營(yíng)養(yǎng)及飼料配制技術(shù)的研究”等，目前還對(duì)我國(guó)主要名優(yōu)養(yǎng)殖對(duì)象的飼料添加劑、預(yù)混料等進(jìn)行研究。提出了草魚(yú)、青魚(yú)、團(tuán)頭魴、鯉魚(yú)、尼羅羅非魚(yú)等的飼料配方和添加劑預(yù)混料的配方，頒布了鰻鱺和中國(guó)對(duì)蝦的飼料標(biāo)準(zhǔn)（代號(hào)分別為SCl004-92，SC2012-94）；目前正在進(jìn)行一些主要養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)的飼料標(biāo)準(zhǔn)制定工作。開(kāi)展了甲魚(yú)、河蟹、石斑魚(yú)、大黃魚(yú)等海淡水養(yǎng)殖對(duì)象的飼料和添加劑的研究。同時(shí)，我國(guó)水產(chǎn)飼料在飼料原料、加工、機(jī)械、添加劑以及研究開(kāi)發(fā)條件、測(cè)驗(yàn)手段、質(zhì)量監(jiān)測(cè)、科研隊(duì)伍建設(shè)、人才培養(yǎng)諸多方面，均得到相應(yīng)發(fā)展，具備了進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)和發(fā)展工業(yè)生產(chǎn)的能力。
近年來(lái)，我國(guó)小型飼料顆粒機(jī)價(jià)格水產(chǎn)飼料行業(yè)一路高歌猛進(jìn)，其直接原因是緣于國(guó)內(nèi)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)一直持續(xù)地較高增長(zhǎng)。眾所周知，中國(guó)是目前世界上最大的水產(chǎn)品養(yǎng)殖國(guó)，同時(shí)也是目前世界上惟一一個(gè)養(yǎng)殖產(chǎn)量超過(guò)捕撈產(chǎn)量的國(guó)家。當(dāng)前，我國(guó)水產(chǎn)品總產(chǎn)量約占全球總量的35%，其中水產(chǎn)品養(yǎng)殖產(chǎn)量占全球養(yǎng)殖產(chǎn)量的2/3，已連續(xù)十三年高居世界首位。養(yǎng)殖產(chǎn)量占有如此高的比重，這在世界主要漁業(yè)大國(guó)中是絕無(wú)僅有的。
中國(guó)是世界上水產(chǎn)飼料市場(chǎng)容量最大的國(guó)家，正是由于龐大的水產(chǎn)養(yǎng)殖市場(chǎng)給我國(guó)水產(chǎn)飼料產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了巨大的發(fā)展空間。其中引人注目的是八十年代之后，以對(duì)蝦、鰻、甲魚(yú)等為代表的名優(yōu)水產(chǎn)品的養(yǎng)殖迅猛發(fā)展，形成了陣陣的“養(yǎng)殖熱”。作為發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)物質(zhì)基礎(chǔ)之一的飼料加工業(yè)，隨之得到快速發(fā)展，涌現(xiàn)出不少名優(yōu)企業(yè)，一些名牌飼料受到養(yǎng)殖者的青睞。
根據(jù)《2010年食物發(fā)展綱要》，2010年我國(guó)水產(chǎn)品人均占有量將達(dá)到44公斤（即總量達(dá)到5720萬(wàn)噸），但目前只有33.8公斤。因此，在未來(lái)6年當(dāng)中，水產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)量還將有大的提高。而我國(guó)現(xiàn)有小型飼料顆粒機(jī)價(jià)格水產(chǎn)養(yǎng)殖品2500萬(wàn)噸的產(chǎn)量中，僅有20%左右是以飼料喂養(yǎng)生產(chǎn)的。根據(jù)我國(guó)目前的政策，海洋和江河捕撈產(chǎn)量保持零增長(zhǎng)，水產(chǎn)品總量的增長(zhǎng)將基本上由養(yǎng)殖產(chǎn)量來(lái)提供，采用飼料養(yǎng)殖的比例預(yù)期將提高到35%以上，2010年水產(chǎn)飼料的市場(chǎng)需求量將達(dá)到1500～2000萬(wàn)噸，將在現(xiàn)有產(chǎn)量的基礎(chǔ)上增長(zhǎng)1.5～2.5倍。
如今飼料顆粒機(jī)更趨向于小型顆粒機(jī)的發(fā)展。小型顆粒機(jī)機(jī)型吸取了國(guó)內(nèi)外顆粒機(jī)之精華，為節(jié)能新產(chǎn)品。過(guò)去一般將飼料加工成粉末后飼喂，存在飼喂不方便、適口性差、家畜挑食、利用率低等缺陷。隨著新型小型顆粒飼料機(jī)械的問(wèn)世及普及，現(xiàn)在已可以方便地將粉末飼料加工成顆粒飼料?？刹捎谜彰麟姙閯?dòng)力，在壓輥的擠壓下從?？字袎撼鲋屏＃梢院芊奖愕卣{(diào)整顆粒長(zhǎng)短，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小，噪音低，加工成顆粒飼料后具有很多優(yōu)點(diǎn)。
1.3 飼料顆粒機(jī)概述
飼料顆粒加工設(shè)備按成型的工作原理分類(lèi)有：活塞沖壓式成型機(jī)、螺旋擠壓式成型機(jī)和輥模擠壓式成型機(jī)三大類(lèi)；按成型的工藝分類(lèi)有：熱壓成型機(jī)和冷壓成型機(jī)兩大類(lèi)；按秸稈成型后的形狀分類(lèi)有：實(shí)心棒狀、空心棒狀、顆粒狀和塊狀四大類(lèi)。根據(jù)秸稈原料的含水率、長(zhǎng)度、擁有量等情況和秸稈成型形狀的不同，其相應(yīng)加工設(shè)備和成型工藝也不相同[13]。
根據(jù)壓輥式形狀的不同，壓輥式成型機(jī)課分為環(huán)模成型和平模成型機(jī)，其中環(huán)模成型機(jī)又可以分為臥式和立式2種機(jī)型。臥式環(huán)模成型機(jī)是現(xiàn)有成型機(jī)的主流機(jī)型。這種機(jī)型由于有壓模的更換保養(yǎng)方便、樣機(jī)容易進(jìn)行尺寸和速度放大等特點(diǎn)，所以近年來(lái)有了很大的發(fā)展。立式環(huán)模成型機(jī)的壓模和壓輥的軸線都是垂直設(shè)置。這種機(jī)型具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、使用方便等特點(diǎn)，因此本文采用立式設(shè)計(jì)。環(huán)模旋轉(zhuǎn)成型機(jī)成型工藝為冷壓成型，生產(chǎn)產(chǎn)品的形狀為塊狀，適宜在農(nóng)村分散設(shè)點(diǎn)就地加工生產(chǎn)秸稈成型塊，是解決秸稈運(yùn)輸、儲(chǔ)存問(wèn)題，使秸稈成為規(guī)?；I(yè)燃料的有效途徑之一。飼料顆粒機(jī)其主要如圖1所示。
1. 原料 2.壓輥 3驅(qū)動(dòng)軸4.切刀 5.成品 6 環(huán)模
圖1飼料顆粒機(jī)工作原理圖
Fig 1 the work principle diagram of biomass ring-die briquetting machine
2 飼料顆粒機(jī)總體設(shè)計(jì)
2.1 飼料顆粒機(jī)技術(shù)指標(biāo)的確定
目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上的顆粒顆粒機(jī)均采用熱壓縮成型工藝(顆粒成型溫度在230"C左右)加工而成，但利用熱成型工藝加工顆粒，會(huì)損失一部分的生物質(zhì)能量，污染環(huán)境，不是理想的顆粒成型工藝。本文利用冷壓縮成型工藝來(lái)加工生物質(zhì)燃料飼料顆粒機(jī)，能節(jié)省成本、簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)、更適應(yīng)農(nóng)民使用。確定本次設(shè)計(jì)的飼料顆粒機(jī)的技術(shù)指標(biāo)如下：
（1） 整機(jī)功率：1.1kw
（2） 最佳產(chǎn)量：100~150kg/h
（3） 成型尺寸：φ5塊狀
為實(shí)現(xiàn)冷壓縮成型工藝加工生物質(zhì)顆粒燃料，確定本次設(shè)計(jì)的成型機(jī)具體傳動(dòng)方案為：電動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶與主軸相連，環(huán)模通過(guò)螺栓連接固定在殼體上，兩壓輥通過(guò)行星板與主軸連接，帶動(dòng)壓輥轉(zhuǎn)動(dòng)。這種傳動(dòng)的好處在于：首先，通過(guò)調(diào)整皮帶輪的大小，可以方便地調(diào)節(jié)壓輥轉(zhuǎn)數(shù)；其次，通過(guò)主軸拖動(dòng)壓輥，其機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)路線短，功率損耗低；最后，通過(guò)環(huán)模與壓輥的滾動(dòng)擠壓出物料，使摩擦力降到最低，有利于提高產(chǎn)量，降低噸電耗。具體傳動(dòng)路線見(jiàn)圖2。
1. 壓輥 2.環(huán)模 3.電動(dòng)機(jī)4.小帶輪 5.大帶輪
圖2 飼料顆粒機(jī)傳動(dòng)方案
Fig 2 transmission scheme of biomass ring-die briquetting machine
2.2 異步電動(dòng)機(jī)型號(hào)的選擇
三相交流電源容易獲得，因此本次設(shè)計(jì)的飼料顆粒成型機(jī)動(dòng)力源采用三相異步電動(dòng)機(jī)。由于該飼料顆粒成型機(jī)對(duì)電動(dòng)機(jī)無(wú)特殊的要求，因此本次設(shè)計(jì)選用最常用的Y系列籠型三相異步電動(dòng)機(jī)，型號(hào)規(guī)格為B5（機(jī)座不帶底腳，端蓋有凸緣）型，此電動(dòng)機(jī)具有效率高，工作可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便，價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。具體參數(shù)見(jiàn)表1。
表1三相異步電動(dòng)機(jī)參數(shù)表
Table 1 parameter table of three-phase asynchronous motor
電機(jī)型號(hào)
Y132S-4
額定功率
1.1`KW
額定電壓
380V
額定轉(zhuǎn)速
1440r/min
額定電流
2.7A
2.3 皮帶的選擇
2.3.1 確定計(jì)算功率
PCA=P2KA=5.5×1.0=5.5kW （1）
式中：KA——工況系數(shù)，查表11-6（基礎(chǔ)）取1.0
P2——電動(dòng)機(jī)額定功率，kW
PCA——計(jì)算功率，kW
2.3.2 選取V帶帶型
根據(jù)PCA和減速器輸出轉(zhuǎn)速為300r/min查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)圖6-1-4確定選用SPB型窄V帶。
2.3.3 確定帶輪基準(zhǔn)直徑
為提高V帶壽命，條件允許的情況下小帶輪直徑盡量取較大值[26]。選取小帶輪直徑ddl=140m，大帶輪直徑dd2=410mm。
2.3.4 驗(yàn)算帶速
（2）
Vmax=35m/s，滿足設(shè)計(jì)要求。
2.3.5 確定窄V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和中心距
根據(jù)0.7（d1+d2）＜a0＜2（d1+d2），初步確定中心距ao左=610mm。
2.3.6 計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld
（3）
將ao和dd帶入上式得Ld為1879.8mm
選取基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld為1880mm。
2.3.7 計(jì)算實(shí)際中心距a
（4）
將數(shù)值代入式（）計(jì)算得a為620mm
2.3.8 驗(yàn)算主動(dòng)輪包角a1
（5）
主動(dòng)輪上的包角滿足要求。
2.3.9 計(jì)算窄V帶根數(shù)Z
（6）
式中：Ka——包角修正系數(shù)，選取Ka=0.9
KL——帶長(zhǎng)修正系數(shù)，選取KL=0．98
P0——單根V帶額定功率，查表得5.20kW
ΔP0——功率增量，查表得1.07kW
根據(jù)上式計(jì)算選取Z=3根。
2.3.10 計(jì)算預(yù)緊力
（7）
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，單位長(zhǎng)度質(zhì)量q=0.20kg/m，所以計(jì)算得F0=113.47N
2.3.11 計(jì)算帶傳動(dòng)作用在軸上載荷
（8）
計(jì)算得FP為1068.25N。
所以帶傳動(dòng)具體參數(shù)如表2所示
表2帶傳動(dòng)參數(shù)表
Table 2 parameter table of belt transmission
傳遞功率/kw
1.1
預(yù)緊力/N
113.47
小輪直徑/mm
140.0000
大輪直徑/mm
410.0000
線速度/(m/s)
10.85
基準(zhǔn)長(zhǎng)度/mm
1880
續(xù)表2
帶長(zhǎng)修正系數(shù)
0.98
中心距/mm
860
小輪包角/°
143.34
包角修正系數(shù)
0.90
額定功率/kW
5.20
功率增量/kW
1.07
小輪轉(zhuǎn)速/(r/min)
1440.00
大輪轉(zhuǎn)速/(r/min)
300.00
壓軸力/N
1068.25
實(shí)際傳動(dòng)比
5.07
傳動(dòng)比誤差
2.8%
工況系數(shù)
1.00
設(shè)計(jì)功率/kW
1.10
輪槽類(lèi)型
SPB
帶根數(shù)
3
最大功率/kw
1.15
2.4 壓輥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
物料形成的基本原理是通過(guò)環(huán)模和壓輥之間的相互擠壓力來(lái)克服物料通過(guò)?？椎淖枇?，從而達(dá)到壓型的目的。在環(huán)模相同的情況下，壓棍直徑越大，環(huán)模和壓棍之間形成的三角擠壓范圍就越大，越有利于擠壓作用。理論上講，單輥的壓輥直徑可做得最大，擠壓時(shí)間、擠出效果也最好，但在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，壓輥和壓模之間的作用力在主軸、主軸軸承和空軸之間傳遞，所以單輥制粒機(jī)的主軸、主軸軸承和空軸等機(jī)械結(jié)構(gòu)比較粗大，只有在小型實(shí)驗(yàn)室制粒機(jī)及難于制粒的大型秸稈壓塊機(jī)中采用。雙壓輥制粒機(jī)兩壓輥之間的擠壓力在主軸頭上平衡，壓模上的反作用力相互抵消，設(shè)備上的主軸(主軸軸承處)、主軸軸承和空軸等受力小，機(jī)械結(jié)構(gòu)緊湊，因此本設(shè)計(jì)采用雙壓輥。
2.5 環(huán)模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
環(huán)模是顆粒機(jī)的關(guān)鍵零件，是成型機(jī)的最主要易損件。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，環(huán)模損耗費(fèi)占整個(gè)生產(chǎn)車(chē)間維修費(fèi)的25％以上[7]，同時(shí)對(duì)擠壓出來(lái)的物料質(zhì)量有著直接的影響。因此，了解環(huán)模的特性并對(duì)環(huán)模進(jìn)行正確的選用、合理的使用以及有效的保養(yǎng)，對(duì)于成型機(jī)來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。本次設(shè)計(jì)中，環(huán)模材料為20CrMnTi，淬火后表面硬度為HRC55～58，環(huán)模內(nèi)經(jīng)為180mm，壓縮比為2.5，環(huán)模和壓輥的結(jié)構(gòu)如圖3。
圖3 環(huán)模壓輥結(jié)構(gòu)圖
Fig 3 structure of ring-die and roller
2.6 主機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
飼料顆粒成型機(jī)結(jié)構(gòu)形式多種多樣，國(guó)內(nèi)外也各不相同，根據(jù)結(jié)構(gòu)形式，有立式、臥式和平模三種。
圖4 飼料顆粒環(huán)模成型機(jī)
Fig4 vertical biomass ring-die briquetting machine
考慮此次設(shè)計(jì)主要是用于廣大農(nóng)村，因此采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便和經(jīng)濟(jì)性好的立式中心傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，由主軸帶動(dòng)壓輥轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)壓制成型，此種結(jié)構(gòu)傳動(dòng)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)可靠，通過(guò)合理確定環(huán)模和壓輥的直徑，以及電動(dòng)機(jī)的功率和轉(zhuǎn)數(shù)，確保了該機(jī)的產(chǎn)能和工作溫度，在實(shí)際運(yùn)行中表現(xiàn)良好。具體壓輥環(huán)模的結(jié)構(gòu)如圖7所示。
1、主軸 2、軸承 3、行星板 4、環(huán)模 5、壓輥 6、軸承 7、機(jī)架
圖5 工作部件結(jié)構(gòu)圖
Fig 5 the structure of working parts
3、 飼料顆粒機(jī)的主要工作部件的設(shè)計(jì)
3.1 環(huán)模的設(shè)計(jì)
環(huán)模是飼料顆粒成型機(jī)的關(guān)鍵零件之一，對(duì)擠壓出來(lái)的物料質(zhì)量有著直接的影響。同時(shí)，環(huán)模也是成型機(jī)的最主要易損件之一，價(jià)格不菲，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，環(huán)模損耗費(fèi)占整個(gè)生產(chǎn)車(chē)間維修費(fèi)的25％以上[7]。其質(zhì)量的好環(huán)和質(zhì)量是否穩(wěn)定，直接影響環(huán)模的使用壽命和顆粒成型機(jī)的產(chǎn)量以及顆粒的質(zhì)量，從而影響顆粒加工的生產(chǎn)成本。因此，了解環(huán)模的特性并對(duì)環(huán)模進(jìn)行正確的設(shè)計(jì)、合理的使用以及有效的保養(yǎng)，對(duì)于顆粒生產(chǎn)來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。
3.1.1 環(huán)模材料選擇
目前，國(guó)內(nèi)外環(huán)模生產(chǎn)商加工環(huán)模主要使用以下三類(lèi)材料：碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼和不銹鋼。碳素結(jié)構(gòu)鋼如45鋼，其熱處理硬度一般為HRC45～50，它屬于比較低檔的環(huán)模材料，其耐磨性和耐腐蝕性都較差；合金結(jié)構(gòu)鋼，如20CrMnTi、40Cr、35CrMo等，熱處理硬度在HRC50以上，并具有良好的綜合力學(xué)性能，由此類(lèi)材料制造的環(huán)模強(qiáng)度高，耐磨性也好，但缺點(diǎn)是耐腐蝕性不好；不銹鋼材料有4Crl3、3Crl3等，這些材料的剛度和韌性都較好，熱處理硬度大于HRC50，并具有良好的耐磨性和耐腐蝕性，使用壽命較長(zhǎng)[24]o
在常用環(huán)模材料加工工藝中，常見(jiàn)的熱處理方法有正火、調(diào)質(zhì)、淬火、滲碳、滲氮。要針對(duì)不同的環(huán)模材料，綜合考慮這些熱處理方法的特點(diǎn)，進(jìn)而安排于機(jī)加工工序之間。
正火是將環(huán)模加熱到AC1或ACM30℃--50℃以上，保溫一段時(shí)間(45分鐘至90分鐘)后，[26]在空氣中冷卻。正火處理的冷卻速度比退火處理的冷卻速度快些，得到的組織要細(xì)一些，且生產(chǎn)效率也要高些。因此，常用正火處理來(lái)消除前一道工序所帶來(lái)的各種組織或性能上的缺陷，消除內(nèi)應(yīng)力，為下一道工序作組織準(zhǔn)備。在環(huán)模加工工藝中，正火處理一般安排在鍛造之后或粗加工之前，也有安排在精車(chē)之前。經(jīng)正火處理后的環(huán)模，切削性能有所改善，并能適當(dāng)?shù)馗纳萍庸ず蟊砻婀鉂嵍萚25]。
調(diào)質(zhì)是將環(huán)模加熱到AC3或AC130℃～50℃以上，保溫一段時(shí)間(45分鐘至90分鐘)后，迅速冷卻(淬油)后，再高溫回火。調(diào)質(zhì)的目的是獲得較高的強(qiáng)度和韌度相互配合的綜合機(jī)械性能，特別是保持環(huán)模心部的綜合機(jī)械性能。在環(huán)模加工工藝中，一般安排在精車(chē)，擴(kuò)孔之前或粗加工之后；也可以安排在滲氮之前，為最終熱處理準(zhǔn)備良好的組織。對(duì)于中碳優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼，要注意淬火與高溫回火的時(shí)間間隔不宜過(guò)長(zhǎng)，否則，因環(huán)模的復(fù)雜結(jié)構(gòu)而可能造成環(huán)模的熱處理裂紋。
淬火是將環(huán)模加到AC3或AC1以上30℃～50℃，保溫一段時(shí)間(45分鐘至90分鐘)后，快速冷卻。常用的冷卻介質(zhì)為水和油。在水中的冷卻速度比在油中快些。如在水中加入0.15％～0.30％的聚乙烯醇，其冷卻介于水和油之間，可得到較好的熱處理組織。淬火一般安排在擴(kuò)孔后或磨削加工之前，可作最終熱處理工藝。
滲碳是向環(huán)模?？妆砻婧蛢?nèi)環(huán)表面滲入碳原子，形成較高硬度、較嚴(yán)密的碳鐵化合物組織，以提高?？缀蛢?nèi)環(huán)表面的硬度，提高其耐磨性，從而提高環(huán)模的使用壽命。滲碳主要針對(duì)含碳量0.15％～0.25％的優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼如20號(hào)鋼、20Cr、20CrMnTi等。滲碳時(shí)間與滲碳層厚度有關(guān)，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)測(cè)定。常見(jiàn)的環(huán)模滲碳方式為固體滲碳。其方法是將環(huán)模埋入裝滿木炭和助滲劑(Na2C03或BaC03)的滲碳箱內(nèi)，加熱至920℃～950℃(一般為930℃)，保溫一段時(shí)間，視滲碳層厚度要求而定，取出空冷或油冷、水冷，也有氣體滲碳的，一般將環(huán)模豎著堆放入密封的井式滲碳爐中，通入滲碳?xì)怏w或滴入含碳的液體，在930℃保溫后，空冷或油冷、水冷。滲碳作最終熱處理工藝。
滲氮一般作為環(huán)模的最后熱處理工藝，其目的一方面是保證環(huán)模的心部性能，另一方面是在表面得到耐磨的、致密的氮鐵化合物。滲氮常用于中碳優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼和中碳合金結(jié)構(gòu)鋼如45號(hào)鋼、40Cr、40CrMnMo等。滲氮后，滲氮表面硬度可達(dá)HRC65～72，有較高的耐蝕性，可增強(qiáng)對(duì)水及水蒸汽的腐蝕。但由于氮化時(shí)間較長(zhǎng)，氮化成本較高，因而造成環(huán)模價(jià)格也略高些。常見(jiàn)滲氮有井式爐氣體滲氮和輝光離子氮化。
在加工制造環(huán)模時(shí)，應(yīng)對(duì)環(huán)模毛坯的硬度加以控制，其硬度在HBl70～220之間為宜，如果硬度過(guò)高，鉆孔時(shí)鉆頭易斷裂，并造成死孔，硬度過(guò)低則影響?？椎墓鉂嵍?。為了控制毛坯內(nèi)部材質(zhì)的均勻性，有條件的話，應(yīng)對(duì)每個(gè)毛坯進(jìn)行內(nèi)部探傷，防止毛坯內(nèi)部有裂紋、氣孔、夾砂等缺陷。[25]
本文所設(shè)計(jì)的環(huán)模材料采用20CrMnTi，熱處理后表面硬度為HRC55～58。具體加工和熱處理的過(guò)程為：開(kāi)料——鍛造——正火——粗車(chē)——調(diào)質(zhì)——精車(chē)——鉆(擴(kuò))孔——滲碳——磨—（除氧化層）—一試壓——涂防銹油——檢驗(yàn)入庫(kù)。[20]
3.1.2 模孔壓縮比和粗糙度
常見(jiàn)的環(huán)模孔主要有直形孔、階梯形孔、外錐形孔和內(nèi)錐形孔等。階梯形孔又分為釋放式階梯孔(俗稱(chēng)減壓孔或釋放孔)和壓縮式階梯孔，如圖8所示，不同的?？仔问竭m合不同種類(lèi)的物料。本設(shè)計(jì)考慮加工工藝，并充分考慮噸電耗，本次設(shè)計(jì)采用如圖9孔形結(jié)構(gòu)[15]。
環(huán)模壓縮比是指環(huán)?？椎挠行чL(zhǎng)度和環(huán)模孔的最小直徑的比值，它是反映燃料擠壓強(qiáng)度的一個(gè)指標(biāo)。壓縮比越大，擠出的燃料顆粒越結(jié)實(shí)。對(duì)于直形孔的環(huán)模壓縮比來(lái)說(shuō)，環(huán)模孔的有效長(zhǎng)度即為環(huán)模的總厚度，最小直徑即為?？妆旧淼闹睆?；對(duì)于釋放式階梯孔和外錐形孔來(lái)說(shuō)，模孔的有效長(zhǎng)度即為環(huán)模的總厚度減去釋放孔的長(zhǎng)度或外錐孔的長(zhǎng)度，小直徑段的孔徑即為計(jì)算壓縮比的孔徑；對(duì)于壓縮式階梯孔和內(nèi)錐形孔來(lái)說(shuō)，這種情況比較特殊，一般把整個(gè)環(huán)模厚度作為模孔的有效長(zhǎng)度，最小直徑取小直徑段的孔徑，當(dāng)然，這樣計(jì)算出的環(huán)模壓縮比的含義和前兩種情況是有區(qū)別的。本次設(shè)計(jì)?？字睆綖?0mm，選用壓縮比為75/30=2.5。
圖6孔型結(jié)構(gòu)圖
Fig 6 structure of roller
圖7 飼料顆粒環(huán)模成型機(jī)孔形結(jié)構(gòu)圖
Fig 7 the hole shape structure of biomass ring-die briquetting machine
粗糙度也是衡量環(huán)模質(zhì)量的重要指標(biāo)。在同樣的壓縮比下，粗糙度值越大，物料擠出阻力越大，出料越困難，過(guò)大的粗糙度也影響物料表面的質(zhì)量。本次設(shè)計(jì)的環(huán)模孔內(nèi)表面的粗糙度值為0.8，為進(jìn)一步減小工作阻力，在環(huán)模使用之前，在油料中加入25％的細(xì)沙對(duì)環(huán)模孔進(jìn)行研磨2h，經(jīng)研磨后的環(huán)模，孔面光滑，阻力小，有利于進(jìn)行秸稈的壓制成型。
3.1.3 單位功率面積
單位功率面積是指壓粒主電機(jī)每Kw所對(duì)應(yīng)環(huán)模有效壓帶面積（mm2）,它是衡量成型機(jī)性能的重要參數(shù)，也是設(shè)計(jì)成型機(jī)的主要依據(jù)。該參數(shù)太大，主電機(jī)功率偏小，則造成超載，反之則浪費(fèi)能耗。因此，單位功率面積（mm2/KW）必須有一最佳值. 縱觀國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)廠家,單位功率面積取值范圍為300~600mm2/KW, 設(shè)計(jì)時(shí)500mm2/KW,這樣使成型性能較穩(wěn)定，可靠性好[5]。
單位功率面積A計(jì)算公式：
（mm2/KW） (9)
式中：S——環(huán)模壓帶有效面積（mm2）
D——環(huán)模內(nèi)徑（mm）
b——環(huán)模壓帶寬（mm）
3.1.4 環(huán)模內(nèi)徑D和壓帶寬b
根據(jù)單位功率面積理論推導(dǎo)，環(huán)模內(nèi)徑D應(yīng)在一最佳范圍內(nèi)，由單位面積S計(jì)算式得：
（mm） （10）
一般，D與b的關(guān)系為：b=(0.2~0.3)D=kD（參數(shù)）
(mm) （11）
本設(shè)計(jì)中，主電機(jī)功率P=1.1KW，單位功率面積A=500mm2/KW，,取k=0.25
所以：
（12）
實(shí)際機(jī)子上的環(huán)模內(nèi)徑設(shè)計(jì)為240mm，b=0.25D=60（mm）環(huán)模外徑為320mm。
3.1.5 模孔開(kāi)孔率
壓模表面開(kāi)孔率的大小，直接影響秸稈環(huán)模成型機(jī)的產(chǎn)量和機(jī)加工難易程度。開(kāi)孔率搞，則其產(chǎn)量大，但加工孔眼多，制造所需的工時(shí)就多。在考慮開(kāi)孔率和產(chǎn)量的同時(shí)，應(yīng)特別注意壓模表面有足夠的支撐面積，保證有足夠抗斷裂能力和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以防止承載是破裂而縮短使用壽命。對(duì)于開(kāi)孔率問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外以做了大量實(shí)驗(yàn)研究，一般認(rèn)為，根據(jù)?？字睆讲煌?，開(kāi)孔率可在20%~30%之間選擇[2]。
開(kāi)孔率ε計(jì)算公式為:
（13）
式中 ro——?？装霃剑╩m）
N——?？讛?shù)
從式(13)可以看出，在模孔直徑一定的情況下，要提高環(huán)模的開(kāi)孔率，必須增加?？讛?shù)，增加?？讛?shù)將導(dǎo)致壁厚減小，但最小壁厚必須滿足環(huán)模強(qiáng)度的需要。本次設(shè)計(jì)環(huán)模材料使用20CrMnTi，?？诪棣?0，采用滲碳的熱處理工藝，滲碳層厚約lmm，同時(shí)保證壁厚有足夠的韌性，因此設(shè)計(jì)模孔數(shù)為26。
3.2 壓輥的設(shè)計(jì)
3.2.1 壓輥直徑d
飼料顆粒成型機(jī)的環(huán)模和壓輥尺寸是顆粒成型機(jī)諸參數(shù)中最為重要的兩個(gè)基本參數(shù)。因而選擇最佳的環(huán)模和壓輥徑比（λ=r/R)是設(shè)計(jì)顆粒機(jī)的關(guān)鍵問(wèn)題，解決這個(gè)問(wèn)題，不僅有助于進(jìn)一步認(rèn)識(shí)壓粒過(guò)程中的一些基本規(guī)律，還可為設(shè)計(jì)和改進(jìn)顆粒機(jī)提供理論依據(jù)。這里從顆粒機(jī)工作時(shí)某些參數(shù)之間的幾何關(guān)系加以研究，環(huán)模區(qū)工況如圖8所示。
圖8 環(huán)模區(qū)工況圖
Fig 8 working figure of ring-die area
由圖3．3可以計(jì)算壓輥所能攫取的物料層厚度：
（14）
（15）
式中：R——環(huán)模的直徑，mm
r——壓輥的直徑，mm
ho——壓輥所能攫取的物料層厚度，mm
β——物料攫取角，(°)
式（15）表明了攫取層厚度ho與攫取角β、環(huán)模成型機(jī)輥模徑比λ以及模徑R之間的關(guān)系。根據(jù)式（15）進(jìn)行計(jì)算，從而可得到λ理論最佳值如表3[2]。
表3 λ理論最佳值
Table 3theory optimal value of λ
β/°
10
20
30
40
50
60
λmax
ho/R最大值
0.852
0.1609
0.745
0.2998
0.667
0.4224
0.609
0.5335
0.566
0.6360
0.539
0.7321
環(huán)模轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，壓輥沿壞模的內(nèi)表面運(yùn)動(dòng)，并依靠物料與壓輥、環(huán)模之間的摩擦力將攫取的物料壓入?？字?。為了研究攫取條件，從壓粒變形區(qū)內(nèi)靠近咬入弧的一小微段物料的受力狀態(tài)來(lái)分析。這時(shí)環(huán)模、壓輥和物料之間存在著以下諸力：環(huán)模作用于物料的正壓M和物料、環(huán)模內(nèi)表面間的摩擦力T壓輥?zhàn)饔糜谖锪系恼龎毫和物料、壓輥表面間的摩擦力F，如圖9所示。
圖9 物料體受力分析圖
Fig 9 stress analysis figure of material
阻礙物料進(jìn)入壓粒變形區(qū)得力為：Nsinβ;鉗入物料的力為：Fcosβ+T=Ncosβ+f2M，物料欲進(jìn)入壓粒變形區(qū)必有：f1Ncosβ+f2M≥Nsinβ，將M=Ncosβ+f1Nsinβ代入上式得到攫取條件：[18]
（16）
式中：f1——物料與壓輥之間的摩擦系數(shù)
f2——物料與環(huán)模之間的摩擦系數(shù)
將所設(shè)計(jì)的值代入上式，符合要求。
由圖8可知，壓輥旋轉(zhuǎn)一周，被一個(gè)壓輥擠入?？字械奈锪狭坑删鹑雍穸萮o所決定，它的體積為：[16]
（17）
式中： ho——物料壓實(shí)層的寬度，mm
ε——壞模開(kāi)孔率
R——為?？装霃?，mm
將式（15）代入式（17）得：
（18）
若壓輥數(shù)目為Z，轉(zhuǎn)速為n，秸稈的初始密度為ρ0時(shí)，生物質(zhì)環(huán)模成型機(jī)的生產(chǎn)率為：
（19）
由式（19）可以看出，成型機(jī)的生產(chǎn)率與其他影響因素之間的關(guān)系。但其中由于壓輥數(shù)目同輥模徑比λ有相互制約的關(guān)系，因此Z的增量不一定在任何情況下都能使生產(chǎn)率得到提高，為進(jìn)一步研究生產(chǎn)率，現(xiàn)分析壓輥數(shù)目Z與輥模徑比λ之間的關(guān)系。設(shè)λm為輥模徑比的極限值，可得出：[14]
（20）
根據(jù)式（20）得到表4[2]
表4壓輥個(gè)數(shù)Z與輥模徑比λ的關(guān)系
Table 4 relationship of pressure roller number Z and roller diameter ratio modulus λ
Z
λm
λ
Z
λm
λ
2
0.5
0.45
4
0.4142
0.35
3
0.4641
0.40
5
0.3072
0.30
由表4可知，當(dāng)Z取2時(shí)λ為0.45~0.5，所以，壓輥直徑d=（0.45~0.5)D=170mm
3.2.2 壓輥與壓輥軸承的設(shè)計(jì)
對(duì)于飼料顆粒成型機(jī)來(lái)說(shuō)，壓輥是主要易損件之一，其壽命的長(zhǎng)短直接影響到顆粒燃料生產(chǎn)成本，因此對(duì)壓輥合理設(shè)計(jì)、提高使用壽命有著重要的意義。飼料顆粒成型機(jī)在造粒的過(guò)程中要求壓輥與環(huán)模之間保持一定的間隙，一方面是使物料進(jìn)入模孔，另一方面避免環(huán)模和壓輥直接接觸。該間隙隨物料類(lèi)型的不同而變，一般保持在0．15mm左右，而造粒過(guò)程中，物料對(duì)壓輥和環(huán)模的磨損恰恰使這一間隙經(jīng)常改變，因此要求壓輥能夠調(diào)整偏心，這樣可以補(bǔ)償磨損，提高壓輥壽命?；诖死碚?，本次設(shè)計(jì)選擇壓輥軸材料為40Cr，調(diào)制處理，表面硬度為HB350；壓輥材料選擇為20CrMnTi，表面采取滲碳熱處理工藝，滲碳后硬度為HRC52～54。
3.2.3 壓輥軸承的選擇
本次設(shè)計(jì)壓輥軸承選用既可以承受徑向力又可以承受軸向力的圓錐滾子軸承；其型號(hào)為33208。設(shè)定軸向游隙時(shí)必須考慮熱膨脹。采用X型配置方式時(shí)，溫度升高總是使軸承游隙減小；采用O型配置方式時(shí)，有三種不同的情況：當(dāng)滾動(dòng)圓錐頂點(diǎn)，即軸承外圈滾道延長(zhǎng)線與軸承中心線的交點(diǎn)重合時(shí)，軸承游隙不受熱膨脹的影響；當(dāng)兩軸承距離較近，滾子圓錐頂點(diǎn)互相交錯(cuò)，軸承軸向游隙會(huì)隨熱膨脹的增加而減小；當(dāng)軸承距離較大時(shí)，滾子圓錐頂點(diǎn)不相交，軸承軸向游隙會(huì)隨著熱膨脹的增加而增大。
由于飼料顆粒成型機(jī)在工作時(shí)，壓輥、環(huán)模與物料相互摩擦和擠壓，產(chǎn)生大量的熱。這些熱量勢(shì)必引起壓輥軸系和軸承游隙的變化，因此在設(shè)計(jì)時(shí)必須加以考慮。由于壓輥軸較短，因此無(wú)論軸承采用哪種安裝方式，在受熱的狀態(tài)下都會(huì)使軸承軸向游隙減小?？紤]到加工和安裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，本次設(shè)計(jì)的一對(duì)圓錐滾子軸承采用X型布置方式，在裝配時(shí)保證軸承的軸向游隙為0．15mm。具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖10。
圖10壓輥軸承配合圖
Fig 10 cooperate figure of pressure roller and bearing
3.3 主軸的設(shè)計(jì)
傳遞功率為5.5W，主軸轉(zhuǎn)速200r/min，材料牌號(hào)：45調(diào)質(zhì)；硬度(HB)：230；抗拉強(qiáng)度：650MPa；屈服點(diǎn)：360MPa；彎曲疲勞極限：270MPa ；扭轉(zhuǎn)疲勞極限：155MPa；許用靜應(yīng)力：260MPa；許用疲勞應(yīng)力：180MPa。
首先根據(jù)軸的基本直徑估算公式估算主動(dòng)軸的基本直徑：[13]
（21）
式中 d為軸的基本直徑，mm；
P為軸的傳遞功率，KW；
C為計(jì)算常數(shù)，取決于材料及受載情況；
n為軸的轉(zhuǎn)速，r/min。
選C=110，將功率和轉(zhuǎn)速代入式（21）可求得直徑為49.09mm,考慮到軸端要安裝壓輥需開(kāi)鍵槽，將其軸頸增加3%~7%，所設(shè)計(jì)的主軸的基本直徑必須大于所求的直徑，現(xiàn)取軸的直徑為60mm。
（1）軸傳遞的轉(zhuǎn)矩：
N·mm （22）
（2）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
按照工作要求，該軸立式放置，軸的一端與聯(lián)軸器相連，另一端與旋轉(zhuǎn)部件相連，中間通過(guò)軸承支撐，該軸基本上只產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形，初步結(jié)構(gòu)尺寸如圖11所示。
3.3.1 軸的校核
（1）皮帶輪作用力
由上計(jì)算得FQ=1509N
（2）校核軸的彎曲強(qiáng)度和扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度如下圖所示：
圖11 軸結(jié)構(gòu)圖
Fig.11 structure of shaft
圖12 水平面剪力圖（N）
Fig 12 figure of horizontal shear (N)
圖13 水平面彎矩圖（N·mm）
Fig 13 Plane plot (N · mm)
圖14 合成彎矩圖（N·mm）
Fig 14 synthetic plot (N · mm)
圖15 扭矩（N·mm）
Fig 15 torque (N · mm)
（4） 彎曲應(yīng)力校核如表5：
表5彎曲應(yīng)力校核
Table 5 bending stress checking
危險(xiǎn)截面的x坐標(biāo)：
35mm
直徑：
15mm
危險(xiǎn)截面的彎矩M：
5205N·mm
扭矩T：
5650.45N·mm
截面的計(jì)算工作應(yīng)力：
39.03MPa
許用疲勞應(yīng)力：
180MPa
結(jié)論：彎曲應(yīng)力校核通過(guò)
（5） 疲勞強(qiáng)度校核如表6：
表6 疲勞強(qiáng)度校核
Table 6 fatigue strength check
危險(xiǎn)截面的x坐標(biāo)：
35mm
直徑：
15mm
危險(xiǎn)截面的彎矩M：
5205N·mm
扭矩T：
5650.45N·mm
有效應(yīng)力集中系數(shù)（彎曲作用）：
2.05
有效應(yīng)力集中系數(shù)（扭轉(zhuǎn)作用）：
1.55
截面的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)S：
4.07
許用安全系數(shù)[S]：
2.0
35mm處疲勞強(qiáng)度校核通過(guò)
（6）靜校核計(jì)算如表7：
表7靜校核計(jì)算
Table7 calculation of static check
危險(xiǎn)截面的x坐標(biāo)：
35mm
直徑：
15mm
危險(xiǎn)截面的彎矩M：
5205N·mm
扭矩T：
5650.45N·mm
截面的靜強(qiáng)度安全系數(shù)：
7.56
許用安全系數(shù)[Ss]：
1.8
35mm處?kù)o強(qiáng)度校核通過(guò)
（7）扭轉(zhuǎn)剛度校核如下：
選取圓軸的扭轉(zhuǎn)角為0.26°，許用扭轉(zhuǎn)變形為0.9°/m，扭轉(zhuǎn)剛度校核通過(guò)
（8）彎曲剛度校核如下：
撓度計(jì)算如表8
表8 撓度計(jì)算
Table 8 deflection calculation
序號(hào)
x/mm
νi/mm
序號(hào)
x/mm
νi/mm
1
17.25
0.054196
6
103.5
0.022973
2
34.5
0.047899
7
120.75
0.017427
3
51.75
0.041601
8
138
0.012619
4
69
0.035303
9
155.25
0.008341
5
86.25
0.029013
10
172.5
0.004724
選用許用撓度系數(shù)為0.003；最大撓度為0.054196mm，所以彎曲剛度校核通過(guò)
（9）臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算如下：
表9臨界轉(zhuǎn)速
Table 9 critical speed
當(dāng)量直徑dv：
81.74mm
軸所受的重力：
400N
支座形式系數(shù)λ1：
9.0
軸的一階臨界轉(zhuǎn)ncr1：
17582.83r/min
軸截面的慣性距I：
52038.69mm^4
支承距離與L的比值：
0.36
4 結(jié)論
本文突破傳統(tǒng)飼料顆粒成型機(jī)的熱成型理念，設(shè)計(jì)出利用冷成型工藝壓制的飼料顆粒環(huán)模成型機(jī)。對(duì)飼料顆粒成型機(jī)進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)，對(duì)成型機(jī)的關(guān)鍵易損件——環(huán)模設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。主要研究?jī)?nèi)容和取得的成果有如下幾個(gè)方面：
1． 通過(guò)對(duì)比國(guó)內(nèi)外的飼料顆粒成型機(jī)，設(shè)計(jì)利用冷成型工藝壓制飼料顆粒環(huán)模成型機(jī)；
2． 對(duì)成型機(jī)從電動(dòng)機(jī)到傳動(dòng)系統(tǒng)到工作部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)、選型；
3． 對(duì)壓輥和環(huán)模的材料、尺寸配合等進(jìn)行了詳細(xì)分析；
4． 對(duì)主要傳遞轉(zhuǎn)矩的主軸進(jìn)行了強(qiáng)度校核。
在設(shè)計(jì)過(guò)程中也遇到很多問(wèn)題，其中最大的問(wèn)題是傳遞方案的確定，通過(guò)對(duì)帶輪傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)減速和減速箱減速進(jìn)行計(jì)算和分析，覺(jué)得雖然帶傳動(dòng)有容易打滑等缺點(diǎn)，但通過(guò)帶輪傳動(dòng)是最簡(jiǎn)單、方便和便于實(shí)現(xiàn)的一種傳動(dòng)方案，所以最后選用帶傳動(dòng)，也希望在以后不斷地學(xué)習(xí)和實(shí)踐中能完善此設(shè)計(jì)。
隨著我國(guó)不可再生資源的減少，人們對(duì)保護(hù)自然環(huán)境意識(shí)的日益增強(qiáng)，可再生資源的利用越來(lái)越受到人們的重視。并且致密成型機(jī)組變廢為寶，產(chǎn)品又有廣泛的消費(fèi)市場(chǎng)，這不僅適宜了時(shí)代發(fā)展的需求，又可解決環(huán)境保護(hù)的問(wèn)題，因而飼料顆粒成型技術(shù)不僅仍將是研究的前沿和熱點(diǎn)，而且也具有日益廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景。
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致 謝
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)