毕业论文——模块化环模制粒机试验样机三维设计.doc

1、模块化环模制粒机试验样机三维设计与性能分析毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 中 文 摘 要环模制粒机是饲料工业中制造颗粒饲料的高性能机械，它广泛应用于各大、中型企业，所制的颗粒具有较高的质量，但其本身有着耗能高、稳定差、易磨损的缺点。本文从国内外环模制粒机现有的结构、原理出发，进行分析归纳，研究模块化环模制粒机试验样机的优化结构，设计出环模制粒机的各项机械结构，应用有限元分析软件进行关键部件的三维仿真性能分析，了解影响环模使用寿命的各项因素，并得出提高环模性能的方式，最终探讨了模块化的优势及可行性。关键词 环模制粒机 优化结构 有限元 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 外

2、文 摘 要Title Three-dimensional design and performance analysis of modular ring die pellet mill test prototype AbstractRing die pellet mill is high-performance machinery of Particle manufacturing in feed industry, it is widely used in large and medium-sized enterprises , prepared particles have higher

3、mass, but it has defects of high energy consumption, poor stability, easy to wear and tear. This article start from the existing structure, principle of ring die pellet mill at home and abroad, through analyzing and inducing, Study on the structure optimization of modular ring die pellet mill test p

4、rototupe, design the mechanical structure of the ring die pellet mill, using finite element analysis software to performance analysis of three-dimensional simulation critical components，to understanding the various factors of ring die which influenced，and draw a way to improve the performance of the

5、 ring mold，finally discusses the advantages and feasibility of modular.Keywords ring die pellet mill optimize the structure FEM目 次1 引言 .111 国内外研究现状 .12 环模制粒机 .42.1 主要工作原理 .42.2 主要组成结构 .52.3 模块化设计 .73 环模制粒机设计 .83.1 确定主机功率 .83.2 环模设计 .83.3 压辊设计 .103.4 主传动设计 .123.5 调质器设计 .153.6 喂料器设计 .173.7 支撑架、支撑板及箱体

6、.183.8 制粒设备总装装配 .203.9 本章小结 .214 环模的有限元分析 .224.1 环模的结构静力学分析 .224.2 环模的结构动力学分析 .254.3 本章小结 .27结 论 .28致 谢 .29参 考 文 献 .30本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 1 页 共 31 页1 引言近年来，随着人们生活水平不断地提高，对于动物蛋白有着越来越高的需求，从而促进了畜牧业的飞速发展。饲料行业的发展为人类提供着大部分的动物蛋白，饲料加工设备也在逐步优化，为社会做出了巨大的贡献，行业价值不容小觑。我国饲料生产产量已成为世界第一，饲料工业产值在国内生产总值中的比例超过

7、1.3%1，为了满足制粒行业与日俱增的需求，国内外一直都在制粒加工机械优化和创新上做着不懈的努力，越来越多的企业和机构对制粒加工进行了深入的探讨。环模制粒机是生产颗粒饲料的主要饲料机械设备，其性能在很大程度上决定了饲料加工产量，在饲料加工过程中占有非常重要的地位。环模制粒机的特点在于产量大，颗粒成型美观，密度高，不用添加任何添加剂也能制作出颗粒，环模与压辊间磨损均匀，能大幅降低易损品的损耗，配件拆装简单，易于维护。但环模制粒机耗电量大，环模使用寿命低，需经常更换，费时费力，影响制粒生产。本课题从现有环模制粒机机械结构的基础上出发，探究环模制粒机试验样机优化结构，分析模块化环模和压辊可行的必要因

8、素，对关键环模制粒部分进行三维结构设计，使环模和压辊能易于更换、调试，并应用有限元分析软件对环模部件进行性能分析与强度校核，使之满足制粒强度需求。11 国内外研究现状在环模制粒成型研究和技术上，国内近几年来发展迅速，但由于国外掌握大量先进技术和专业人才，相比仍有一定差距，我国还缺乏大功率、环模直径更大的机型，并且环模使用寿命也仍有差距。1.1.1 国外技术及研究现状各个发达国家目前已经有着相对完善的饲料制粒装备技术体系，可以提供高效率的生产方案及工程设备，对于设备的材料性能和加工技术有着系统地研究，关键部件的使用寿命均已超过国内相同类型产品的 2 到 3 倍，对结构和工艺进行优化，高效节能的同

9、时还考虑到材料的环保问题，同时提升着制粒装备的可靠性。国外在制粒成套设备集成管理上可以提供从半自动生产到全自动生产，大规模生产已成为主力，时产 50100t，单机功率甚至达到上千瓦。在环模制粒挤压成型力学模型的研究中，Holm 等 2建立了木质粉体在环模孔内本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 2 页 共 31 页挤压成型的力学模型，并分别用小型试验制粒机和单孔制粒单元试验装置进行了试验，推导出了挤压力方程式，解决了力学模型中泊松比、摩擦系数、预加作用力三者相互作用的关系；在粉体颗粒内部结构中，Kaliyan 3利用电子扫描显微镜观察出不同方式制造出的玉米秸秆颗粒和柳枝稷颗粒

10、，发现颗粒之间的结合方式主要是固体桥接，并通过紫外荧光照片发现主要由天然黏合剂纤维素和蛋白质形成固体桥接，并提出了有必要调节物料的水分含量和制粒温度来使得这些黏合剂融化，进而形成质量更好的颗粒；国外研究人员还提出了新型制粒结构以提高制粒生产效率，迈斯特 4提出在制粒机中使用切割转子，该转子的外周面上布有切割的刀片都由一驱动系统带动旋转，在制粒过程中对颗粒可以进行及时地定向切割，有助于提高制粒效率；在成型颗粒质量研究中，Obidziski 5应用实验型制粒机研究了制粒机结构参数，如环模孔径长度、模辊间隙对饲料颗粒质量的影响，得出随着孔径长度和模辊间隙的增加，颗粒密度和动态耐久性也随之增加，且颗粒

11、质量与动态耐久性之间存在线性关系。1.1.2 国内技术及研究现状国内部分制粒生产指标已经达到国际先进水平，经过技术改革，研发了双齿轮驱动制粒机、双极同步带驱动制粒机、双辊制粒机、平模制粒机、双轴分功能制粒机调质器等多种新型制粒设备，能够适应多种生产需求。不断优化环模和压辊的结构、工艺参数，并有着满足不同物料的系列化产品。从材料、表面处理和形状优化技术方面来对环模和压辊的使用寿命进行有效的改善，并逐渐向着生产线大型化、智能化发展。但总体技术相对落后，缺乏先进的试验与检测条件支撑，经验设计比重大，成套控制系统智能化水平匮乏，与国际先进水平有着较大差距。环模制粒机生产率方面，国内范文海 6等人研究了

12、其理论计算及影响因素，指出在环模直径一定的情况下增大环模宽度、压辊直径，提高环模转速以及增加压辊数量在一定范围内可以提高环模制粒机生产率；而环模表面开孔率也是影响生产率的一大因素，高放 7研究得出，理论上环模表面开孔率越大，制粒机的生产率越高，但开孔率的大小直接影响加工的难易程度和环模的强度，因此在保证环模有足够的强度及易加工的条件下，应该提高开孔率；在工艺和结构技术方面，施迎春 8提出了采用生物质颗粒燃料制取工艺，使用该工艺的制粒机采用相向旋转并外切的双环模，环模上布有若干压制通孔，孔心均指向圆心，可大幅减少单位能耗；江苏牧羊集团有限公司 9提出在压辊壳的圆周方向开设弧形凹槽，弧形槽沿壳体轴

13、向由两端向中间本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 3 页 共 31 页延伸呈弧状，可解决现有技术中壳体易磨损、卷料性差的难题，保证壳体磨损均匀而且不易堵塞，以便达到节能的目的；环模、压辊是环模制粒机的关键部件，它们的使用寿命是目前制粒存在的主要问题，研究主要在结构受力分析、摩擦磨损机理分析、模具材料、模具结构、热处理等方面。张炜 10等研究了环模制粒机中环模结构型孔的有限元分析，得到了环模孔倒角与环模孔轴向路径的应力与变形的影响关系：认为 60倒角孔的变形小，结构性能最好；朱滨峰等 11研究出一种新型预应力环模，使环模的淬硬部分受到一种预应力，以抵消环模工作时压辊对它施加的

14、部分或全部应力，进而降低环模工作时的总应力，提高环模的使用寿命。本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 4 页 共 31 页2 环模制粒机2.1 主要工作原理制粒的主要方式有挤出制粒、挤压制粒、团聚制粒、搅拌破碎制粒、熔融制粒、喷雾制粒及流化制粒 12，应用不同的机械结构和工程原理来达到相同的制粒目的，即将粉状物、块状物等形态的物料进行加工，制成具有特定形状和大小的颗粒物。在其中，环模制粒属于挤出式制粒，也就是用挤出、滚筒挤压及压制等加工方式，将干燥粉体、含有粘结剂的湿润粉体制成圆柱形、球形和片形的方式。环模制粒时，将物料放在压辊和环模的转动滚轮之间，在压辊转动的时候与环模产生

15、挤压力，将物料从环模的模孔中连续不断地挤出，再用切刀切断，制成颗粒。挤压原理如图 2.1 所示。图 2.1 挤压原理图在物料压制成颗粒的过程中，物料要经过四个区域 13：给料区、压紧区、挤压区及成形区。物料在给料区时，完全处在自由状态，只受到环模旋转时的离心力，致使物料附在环模内表面上。紧接着物料进入压紧区，在这个区域，物料受到压辊的挤压力，逐渐挤压进入模孔，但由于孔隙有余量，所以物料不会变形。在压辊挤压力逐渐增大后，物料进入挤压区，孔隙减小，物料逐渐压缩混合，充满模孔。在成形区，物料进行弹性形变，在新入物料的挤压下逐渐挤出模孔。物料挤压成型的条件是压辊能把物料挤压到模孔的扩孔中，并且物料受到

16、的挤压力要大于物料在模本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 5 页 共 31 页孔中产生的摩擦力。2.2 主要组成结构环模制粒机一般分为卧式环模挤出制粒机和立式环模挤出制粒机。卧式环模制粒机中环模水平安装，环模内有 23 个压辊，压辊轴线呈水平，环模由主电机带动旋转，安装在环模内的压辊不进行公转，但会由于环模的转动引起的摩擦力产生自转。进入制粒室的物料被整料器均匀地分布到压辊之间，挤入模孔，切割成型。立式环模机型中的环模轴线与水平面成垂直安装，环模内有两个或多个压辊，将物料连续不断地供给旋转的环模和压辊之间，从而进行挤压成型。2.1.1 卧式环模制粒机卧式环模制粒机由给料装置、调质器、造粒器和其他部件构成，简要的结构如图 2.2 所示。图 2.2 卧式环模制粒机结构示意图给料装置主要由电磁调速机，减速器，联轴器，螺旋轴和螺旋壳。电机包括变频电机和减速器，用来与变频器连接，可以改变输出速度。螺旋壳，螺旋轴和轴承等部件，通过驱动调速电机进行工作。调质装置包括电动机，传动机构，转子和壳体，蒸汽口。其功能是注入蒸汽，将配合粉状物料调质到一定的温度和湿度后送入制粒室制粒。调质器壳体由不锈钢制成。制粒器主要由主电机、传动机构、转子、