復(fù)合肥滾壓式制粒機(jī)設(shè)計(jì)【二輥式環(huán)模復(fù)合肥制粒機(jī)】
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目 錄
摘要 1
關(guān)鍵詞 1
1前言 2
1.1 課題背景和研究意義 4
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 4
1.2.1 復(fù)合肥制粒機(jī)發(fā)展歷史 4
1.2.1 雙軸制粒機(jī) 5
l.2.2 盤式制粒機(jī) 5
1.2.3 轉(zhuǎn)鼓制粒機(jī) 5
1.2.4 擠壓制粒機(jī) 5
1.3 存在的問(wèn)題 6
1.4 研究方法和技術(shù)路線 6
1.5 研究目標(biāo) 7
2 總體方案設(shè)計(jì) 7
2.1 設(shè)計(jì)要求 7
2.2 總體結(jié)構(gòu) 7
2.3 工作原理 7
3.1 環(huán)模設(shè)計(jì) 8
3.1.1 環(huán)模力學(xué)分析 8
3.1.2 制粒攫取條件 9
3.1.3 被壓入物料高度 10
3.1.4 環(huán)模的工作面積、孔結(jié)構(gòu)、厚度和開(kāi)孔率 10
3.1.5 環(huán)模的厚度 13
3.1.6 環(huán)模線速度 13
3.1.7 環(huán)模內(nèi)徑設(shè)計(jì) 14
3.1.8 環(huán)模材料要求 15
3.1.9 環(huán)模制造加工工藝 15
3.2 輥的設(shè)計(jì) 16
3.2.1 壓輥結(jié)構(gòu) 16
3.2.2 壓輥類型選擇 16
3.2.3 壓輥直徑的確定 17
3.2.4 壓輥材料選擇 18
3.2.5 結(jié)構(gòu)參數(shù)確定 18
3.2.6 壓輥數(shù)目確定 18
3.3 切刀 19
3.4 喂料刮板和勻料輥 19
3.5 模輥間隙 20
3.6 輥軸 20
4 電動(dòng)機(jī)的選擇 21
4.1 選擇電動(dòng)機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)型式 22
4.2 確定電動(dòng)機(jī)的容量 22
4.3 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇 23
5 皮帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 24
6 變速箱設(shè)計(jì) 27
6.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 27
6.2 動(dòng)力傳動(dòng)路線設(shè)計(jì) 27
6.3 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 28
6.3.1 主要參數(shù)選擇 28
6.3.2 齒輪的校核 30
6.4 軸承參數(shù)的選擇 30
結(jié)論 31
參考文獻(xiàn) 31
致 謝 32
復(fù)合肥滾壓式制粒機(jī)的設(shè)計(jì)
學(xué) 生：
指導(dǎo)老師：
(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128)
摘 要：本文在分析制粒機(jī)的結(jié)構(gòu)組成和工作原理的前提下，介紹說(shuō)明了小型復(fù)合肥滾壓式制粒機(jī)的設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)步驟。并根據(jù)設(shè)計(jì)原則的要求，首先選擇了小型復(fù)合肥滾壓式制粒機(jī)的類型，確定復(fù)合肥滾壓式制粒機(jī)的環(huán)模參數(shù)、傳動(dòng)型式、轉(zhuǎn)速,等選擇。然后具體設(shè)計(jì)復(fù)合肥滾壓式制粒機(jī)的傳動(dòng)裝置——包括變速箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、皮帶相關(guān)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、關(guān)鍵零件的強(qiáng)度校核、支撐架和工作部件總成的設(shè)計(jì)。其中環(huán)模的設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)中的主要內(nèi)容，它包含了大量的工作：資料的整理，參數(shù)的設(shè)定，相關(guān)計(jì)算，繪圖等。
關(guān)鍵詞：小型復(fù)合肥制粒機(jī)；環(huán)模制粒；壓輥；V帶
The Design Of Compound Roller Type Granulating Machine
Student: Zhu Xianlei
Tutor: Xiang Yang
(College of Engineering,,Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)
Abstract: Based on the analysis of structure and working principle of pelletizer, under the premise of introduction to illustrate the small compound roller type granulating machine design principles and design steps. And according to the requirement of the design principles, first select the small compound roller type granulating machine type, to determine the compound fertilizer ring mode parameters of the roller type granulating machine, transmission type, speed, etc. And specific design of compound fertilizer roller type granulating machine transmission, including transmission structure design, key components of the intensity, the supporting frame and the design of working parts assembly. The ring die design is the main content in this design, it contains a lot of work, the sorting of data, parameter setting, related calculation, drawing, etc
Key words: small compound fertilizer granulator; Ring die pellet; Roller pressure; V belt
1 前言
1.1 課題背景和研究意義
肥料是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，是糧食的糧食。充分認(rèn)識(shí)肥料，在我國(guó)糧食生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展中的作用與不可替代性，是思考農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略及對(duì)策的重要特別是化肥基礎(chǔ)。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)只益成為以科學(xué)進(jìn)步為基礎(chǔ)的工業(yè)體系，我國(guó)和世界范圍的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)證明，在以科學(xué)進(jìn)步為基礎(chǔ)的諸項(xiàng)農(nóng)業(yè)技術(shù)措施中，施肥尤其是化肥是最快、最有效、最重要的增產(chǎn)措施，是調(diào)整農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)和平衡的最重要手段。復(fù)合肥是復(fù)合肥料和混合肥料的統(tǒng)稱，是指同時(shí)含有氮、磷、鉀三要素中的兩種或兩種以上養(yǎng)分的商品肥料。復(fù)合肥的出現(xiàn)和迅速發(fā)展是科學(xué)施肥提高到一個(gè)新水平的標(biāo)志，是肥料生產(chǎn)和使用的基本方向。隨著農(nóng)村勞動(dòng)力向第二、三產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)移，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的集約化、機(jī)械化水平不斷提高，農(nóng)業(yè)上需要根據(jù)作物需肥特性和土壤肥力狀況來(lái)生產(chǎn)和供應(yīng)同時(shí)含有幾種營(yíng)養(yǎng)成分的復(fù)混肥料，以便一次機(jī)械施肥作業(yè)即可達(dá)到要求。復(fù)合肥料的產(chǎn)量技術(shù)是衡量一個(gè)國(guó)家化肥工業(yè)發(fā)達(dá)程度的重要方面。
復(fù)合肥制粒就是把多種商品肥或者農(nóng)家肥制成粒狀。與農(nóng)家土肥混合制成顆粒肥，不但包裝、運(yùn)輸方便，而且適于用機(jī)械深層施制粒是用機(jī)械將粉狀配合原料擠壓成顆粒狀物料, 顆粒狀物料體積小、密度大, 便于運(yùn)輸、貯存。復(fù)合肥滾壓式制粒機(jī)是將粉狀化肥或農(nóng)家肥制成顆粒，使肥效延長(zhǎng)且不易流失。本文探討將一種專用復(fù)合肥料制成顆粒狀的機(jī)械滾壓式制粒機(jī)。目前生產(chǎn)上應(yīng)用的盤式制粒機(jī)轉(zhuǎn)角調(diào)整機(jī)構(gòu)角度調(diào)整有限,難以滿足生產(chǎn)工藝的多樣化要求,對(duì)于復(fù)合肥制粒來(lái)說(shuō),盤式制粒機(jī)的缺點(diǎn)是操作時(shí)物料溫度較低,不易利用高溫制粒，而且盤式制粒機(jī)系統(tǒng)，流程簡(jiǎn)單：間歇加料，返料不隨機(jī)循環(huán)，主要靠工人經(jīng)驗(yàn)控制各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)較大，操作性和控制性都很差，無(wú)法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)機(jī)械化和自動(dòng)化。這種盤式制粒機(jī)已不符合社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展的需要，隨著社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，自動(dòng)化程度高、制粒效果、能耗低的滾壓式制粒機(jī)更有市場(chǎng)；在我國(guó)農(nóng)村，農(nóng)家肥等肥料都是直接施肥，肥效低；不同的土地需要的復(fù)合肥的成分比例不同，企業(yè)生產(chǎn)的復(fù)合肥難以滿足所有的需求，農(nóng)家自配的復(fù)合肥，又不能制粒，肥效減低。因此，研究設(shè)計(jì)一種滿足農(nóng)家要求的復(fù)合肥料造粒機(jī)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1 復(fù)合肥制粒機(jī)發(fā)展歷史
制粒的歷史實(shí)際上可以追溯到1900年，鑄模式顆粒機(jī)開(kāi)始使用。百年來(lái)，制藥、制飼料、制化肥等鄰域的工作者們?cè)趯?shí)踐中積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，致力于改善制粒機(jī)性能，提高制粒機(jī)各方面的性能。
生產(chǎn)復(fù)混肥料的設(shè)備主要有破碎機(jī)、混合機(jī)、造粒機(jī)、干燥機(jī)、冷卻機(jī)、篩分機(jī)、調(diào)理機(jī)和包裝機(jī)。制粒機(jī)是復(fù)混肥料生產(chǎn)中的主要設(shè)備，主要有盤式制粒機(jī)、雙軸制粒機(jī)、擠壓制粒機(jī)、轉(zhuǎn)鼓制粒機(jī)、流化床制粒機(jī)等。
1.2.1 雙軸制粒機(jī)
雙軸制粒機(jī)是一個(gè)水平的的U型槽，槽內(nèi)設(shè)有兩根平行的轉(zhuǎn)軸，軸上裝有漿葉，返料及料漿分別由料口和進(jìn)料從造粒前端加入。在兩軸反向旋轉(zhuǎn)和漿葉的作用下，物料得到成分混合、黏結(jié)和涂布，進(jìn)行團(tuán)聚造粒，同時(shí)通過(guò)葉漿的推動(dòng)，使成粒肥料不斷流向造粒機(jī)尾端，由出料口卸出。
l.2.2 盤式制粒機(jī)
主要由變速箱、皮帶傳動(dòng)、底盤、調(diào)節(jié)裝置、制粒圓盤和刮刀機(jī)構(gòu)等組成。動(dòng)力通過(guò)皮帶傳送給變速箱，經(jīng)變速箱降速增扭后再將動(dòng)力傳給制粒盤主軸，帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。經(jīng)過(guò)混合好的原料和返料在圓盤上方加入，在旋轉(zhuǎn)方向方設(shè)有噴液口。由于物料隨著制粒圓盤的旋轉(zhuǎn)而不斷翻滾，細(xì)粒物料受噴液的黏結(jié)作用，顆粒不斷長(zhǎng)大；傾斜圓盤的旋轉(zhuǎn)使顆粒分層，大顆粒處于上層，達(dá)到合乎規(guī)格的顆粒就可以從圓盤的下緣連續(xù)出料，處于下層較小的顆粒在圓盤中與新加進(jìn)的物料繼續(xù)在圓盤中黏結(jié)長(zhǎng)大、連續(xù)出料。
1.2.3 轉(zhuǎn)鼓制粒機(jī)
主要由進(jìn)料口、料漿分布器、氨分布器、托輪裝置、擋輪、轉(zhuǎn)鼓、變速箱、刮刀機(jī)構(gòu)和電機(jī)等組成。轉(zhuǎn)鼓造粒機(jī)的轉(zhuǎn)鼓用托輪和擋輪支撐，由驅(qū)動(dòng)裝置經(jīng)齒輪傳動(dòng)使鼓體旋轉(zhuǎn)。機(jī)內(nèi)裝有料漿分布器和氨分布器，?；a(chǎn)品從轉(zhuǎn)鼓尾端的出料箱排出。鼓體內(nèi)設(shè)有刮刀機(jī)構(gòu)以刮除黏結(jié)在鼓體內(nèi)壁的結(jié)料。
1.2.4 擠壓制粒機(jī)
（1）對(duì)輥擠壓制粒機(jī)。對(duì)輥擠壓制粒機(jī)的制粒類型有兩種，一是滾輪表面為平面，物料經(jīng)擠壓后成片狀，然后經(jīng)打碎機(jī)打碎、篩分和磨角，得到合格粒度的顆粒產(chǎn)品。另一種是滾輪表面有球型凹穴，兩滾輪定位后，物料經(jīng)擠壓成扁球型顆粒產(chǎn)品。通過(guò)調(diào)節(jié)兩輥輪間的問(wèn)隙來(lái)滿足制粒工藝的需要，如鑄模式制粒機(jī)。如圖1所示。
圖 1 鑄模式
Fig 1 Casting mode
(2)輪碾擠壓造粒機(jī)?；旌虾玫奈锪嫌陕菪土掀魉椭林屏C(jī)構(gòu)的碾壓模板上，在碾壓輥輪以大約3/s的線速度在壓模板上轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生強(qiáng)大的積壓力對(duì)物料進(jìn)行碾壓，強(qiáng)制物料通過(guò)模板的鉆孔，使成圓柱條狀，在模板下旋轉(zhuǎn)的的割料刀切斷成顆粒，從排料口排出。一般成品直徑為(φ2~φ10) mm，長(zhǎng)度為(4~8) mm。制粒機(jī)理是通過(guò)機(jī)械壓力制粒，原料含水分低、成粒時(shí)的溫度穩(wěn)定，特別適宜于以碳酸氫氨為原料的復(fù)混肥料的生產(chǎn)。主要有擠壓式、平模式、環(huán)膜式。
擠壓式 平模式 環(huán)膜式
Extrusion type Flat pattern Ring membrane typ
圖 2 三種擠壓式制粒機(jī)
Fig 2 Three extrusion granulating machine
1.3 存在的問(wèn)題
目前生產(chǎn)上應(yīng)用的制粒機(jī)體積龐大、占地大、操作復(fù)雜且價(jià)格昂貴，難以符合廣大農(nóng)民的需求。對(duì)于復(fù)合肥制粒來(lái)說(shuō)，平模粒機(jī)的缺點(diǎn)是操作時(shí)物料溫度較低，不易利用高溫制粒，壓力低制粒松散，制粒效率低。我國(guó)傳統(tǒng)的復(fù)混肥生產(chǎn)流程主要為盤式制粒機(jī)系統(tǒng)，流程特點(diǎn)是：間歇加料，返料不隨機(jī)循環(huán)，主要靠工人經(jīng)驗(yàn)控制各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)較大，操作性和控制性都很差，無(wú)法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)機(jī)械化和自動(dòng)化。
1.4 研究方法和技術(shù)路線
根據(jù)肥料制粒工藝要求，初步進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)，確定傳遞工作路線、傳動(dòng)比，然后對(duì)環(huán)模、壓輥和切刀機(jī)構(gòu)、功率、皮帶傳動(dòng)、變速箱及附屬機(jī)構(gòu)等進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算；最后完成制粒機(jī)的設(shè)計(jì)。
1.5 研究目標(biāo)
研究設(shè)計(jì)一款適應(yīng)廣大農(nóng)村需求的小型復(fù)合肥制粒機(jī)。該制粒機(jī)工作穩(wěn)定，制粒效果達(dá)標(biāo)，制粒效率高，適用范圍較廣。
2 總體方案設(shè)計(jì)
2.1 設(shè)計(jì)要求
1.加工能力：500kg/h
2. 滾壓工作部件采用耐磨材料
3. 制粒直徑3-8mm，且大小均勻
4. 結(jié)構(gòu)合理，使用安全方便
2.2 總體結(jié)構(gòu)
滾壓式復(fù)合肥制粒機(jī)主要由支架、變速箱、電動(dòng)機(jī)、環(huán)模、壓輥、轉(zhuǎn)軸以及附屬機(jī)構(gòu)組成。它們的主功能是使物料成型并均勻出料。它體積小，能滿足農(nóng)民的需求的要求。
該設(shè)計(jì)的制粒機(jī)為二輥式環(huán)模復(fù)合肥制粒機(jī)。制粒機(jī)由電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，動(dòng)力經(jīng)減速器降低轉(zhuǎn)速增大轉(zhuǎn)矩后通過(guò)聯(lián)軸器與制粒機(jī)環(huán)模主軸連接并帶動(dòng)環(huán)模轉(zhuǎn)動(dòng)。環(huán)模與壓輥間產(chǎn)生擠壓力，從而使進(jìn)入環(huán)模的肥料形成一定形狀和密度的顆粒從環(huán)模?？字袛D出。電動(dòng)機(jī)為380V 三相異步電動(dòng)機(jī)，功率為4kW。采用一級(jí)圓柱齒輪減速器。環(huán)模制粒機(jī)整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。
2.3 工作原理
制粒機(jī)主要由電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、環(huán)模、壓輥、刮刀、切刀組件及機(jī)身和機(jī)架等組成。環(huán)模的周圍鉆有許多孔，在環(huán)模內(nèi)裝有一對(duì)壓輥，壓輥裝在一個(gè)不動(dòng)的支架上，壓輥能隨環(huán)模的轉(zhuǎn)動(dòng)而自轉(zhuǎn)。壓輥與壓模圈保持一很小的間隙。工作時(shí)環(huán)模在電機(jī)主動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)下以一定的轉(zhuǎn)速順時(shí)針旋轉(zhuǎn)；隨著肥料進(jìn)入制粒室，肥料開(kāi)始被攝入工作區(qū)，壓輥借助工作區(qū)內(nèi)摩擦力的作用也開(kāi)始順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。隨著模輥的旋轉(zhuǎn)，攝入的物料向前移動(dòng)加快，擠壓力和物料的密度逐漸增加。當(dāng)擠壓力增大到足以克服?？變?nèi)物料與內(nèi)壁的摩擦力時(shí)，具有一定密度和粘結(jié)力的物料就被擠壓進(jìn)環(huán)?？變?nèi)。由于模輥的不斷旋轉(zhuǎn)，物料不斷被擠壓進(jìn)環(huán)?？?，通過(guò)環(huán)?？紫蛲鈹D壓，再由固定不動(dòng)的切刀將其切成短圈柱狀顆粒。
1.進(jìn)料口 2.環(huán)模制粒機(jī)主體 3.十字滑塊聯(lián)軸器 4.支撐架
5.減速器 6.皮帶輪 7.電機(jī) 8.出料口
1.Inlet 2.Ring die pellet machine body 3.Oldham coupling 4.Racks
5.Gear reducer 6.Pulle 7.Motor 8. Discharging port
圖 3 環(huán)模制粒機(jī)整體結(jié)構(gòu)
Fig 3 Ring die pellet machine overall structure
3 制粒室主要零部件設(shè)計(jì)
3.1 環(huán)模設(shè)計(jì)
3.1.1 環(huán)模力學(xué)分析
根據(jù)物料在擠壓過(guò)程中的不同狀態(tài)，一般將制粒室中的物料分為三個(gè)區(qū)：供料區(qū)、變形壓緊區(qū)和擠壓成形區(qū)。
供料區(qū)：基本上沒(méi)有外力作用在物料上，隨著環(huán)模的旋轉(zhuǎn)，物料緊貼在環(huán)模的內(nèi)圈上，受到離心力，物料密度比較小。
變形壓緊區(qū)：隨著環(huán)模、壓輥的旋轉(zhuǎn)，物料進(jìn)入變形壓緊區(qū)，由于受到模輥的擠壓作用，物料之間的空隙逐步減小，物料之間的接觸表面積增大，物料逐步被壓實(shí)，產(chǎn)生不可逆變形，密度增大。
擠壓成形區(qū)：模輥間隙在擠壓成形區(qū)最小，因此物料在這個(gè)區(qū)受到的擠壓力最大。物料進(jìn)入擠壓成形區(qū)之后，接觸表面積進(jìn)一步增大，產(chǎn)生了較好的粘接，密度進(jìn)一步增大。當(dāng)物料受到的擠壓力超過(guò)了?？讓?duì)其的摩擦阻力時(shí)，物料被壓入?？撞哪？字袛D出，形成柱狀顆粒。
制粒室中的物料三個(gè)區(qū)域如圖4所示。
圖 4 制粒室中的物料三個(gè)區(qū)
Fig 4 Granulating material three area in the chamber
3.1.2 制粒攫取條件
物料從供料區(qū)被壓輥帶入變形壓緊區(qū)主要依靠物料與壓輥、環(huán)模表面的摩擦力。被帶入變形壓緊區(qū)的物料越多，產(chǎn)量也就越高，因此有必要探討一下物料被帶入變形壓緊區(qū)的條件。取變形壓緊區(qū)靠近供料區(qū)的一小段物料進(jìn)行受力分析。如圖5所示，引壓輥表面將物料攫入變形壓緊區(qū)的臨界點(diǎn)點(diǎn)的切線和壓模內(nèi)表面點(diǎn)的切線，兩切線相交于點(diǎn)。以點(diǎn)為原點(diǎn)，為x軸，圖中，定義為攫取角。對(duì)物料三角柱作受力分析，三角柱受到壓輥對(duì)其的壓力，摩擦力，環(huán)模對(duì)其的壓力，摩擦力。
圖5 制粒攫取條件受力分析
Fig 5 Granulating grab conditions force analysis
阻礙物料進(jìn)入變形區(qū)的力為：
(1)
將物料攫入變形壓緊區(qū)的力為：
(2)
取物料與壓輥、環(huán)模之間的摩擦系數(shù)分別為、，則：
(3)
物料從供料區(qū)被攫入變形壓緊區(qū)的條件是，即：
（4）
由圖3-2可知：
（5）
聯(lián)立 （1）、（2）式，由得：
（6）
由式（6）可見(jiàn)，與摩擦系數(shù)、成正比關(guān)系，因此，影響摩擦系數(shù)、的因素，如物料成分，環(huán)模材料等，都是影響攫取角的因素。滿足攫取條件，即滿足式（6），就可制粒。
環(huán)模制粒機(jī)其擠壓力N可以根據(jù)其與制粒密度的推導(dǎo)公式：
(7)
在規(guī)定制粒密度=1.2g/cm時(shí)，可得：
F=3.447KN
3.1.3 被壓入物料高度
如圖5所示，設(shè)壓輥的外表面半徑為，環(huán)模的內(nèi)表面半徑為R，的長(zhǎng)度為，在環(huán)模與壓輥圓心連線的方向上，環(huán)模與壓輥之間的距離相對(duì)于環(huán)模與壓輥的尺寸是很小的，因此，根據(jù)三角形可得：
得：
被壓入物料的高度即的長(zhǎng)為：
(8)
由經(jīng)驗(yàn)可取=30°，根據(jù)=150mm，=70mm，求出=17mm。
3.1.4 環(huán)模的工作面積、孔結(jié)構(gòu)、厚度和開(kāi)孔率
環(huán)模工作面積：環(huán)模工作面積指環(huán)模的內(nèi)徑周長(zhǎng)和有效寬度的乘積，有效寬度指環(huán)模兩越程槽之間的距離。環(huán)模工作面積，環(huán)模制粒機(jī)的設(shè)計(jì)功率和環(huán)模工作面積成正比，因此功率一定的制粒機(jī)，一般環(huán)模直徑D和環(huán)模有效寬度E成反比，在低產(chǎn)量的制粒中，為保證環(huán)模軸向出料均勻，減小環(huán)模有效寬度，則增大環(huán)模直徑D。
?？壮颍阂?yàn)轭w粒肥料是從環(huán)模上的小孔擠出，模孔的軸線一般都是指向壞模的軸線。
環(huán)模的孔形和厚度：選擇環(huán)模的孔徑太小、厚度太厚，則生產(chǎn)效率低下、成本費(fèi)用高，反之則顆粒松散、影響質(zhì)量和制粒效果。因此科學(xué)地選用環(huán)模的孔形和厚度等參數(shù)是高效、優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)的前提。
環(huán)模的孔形：目前常用的?？仔螤钪饕兄毙慰?、反向階梯孔、外錐形擴(kuò)孔和正向帶錐形過(guò)渡階梯孔4種。直形孔加工簡(jiǎn)單，使用最為普遍；反向階梯孔和外錐形擴(kuò)孔減小了?？椎挠行чL(zhǎng)度，縮短了物料在?？字械臄D壓時(shí)間，適宜于加工直徑小于10mm的顆粒；正向帶錐形過(guò)渡階梯孔適宜于加工直徑大于10mm的顆粒。
進(jìn)料孔口D直徑應(yīng)大于?？字睆?，這樣可減少物料的入孔阻力，以利于它們進(jìn)入?？?。進(jìn)料孔有3種基本形式，即直孔、錐孔和曲線形孔。研究表明進(jìn)料孔形中以曲線形孔最優(yōu)，其次是錐孔，直孔最差。不過(guò)，曲線孔需要專用工具加工，尤其是在孔徑較大時(shí)加工較為困難。一般將小孔(孔徑小于10mm)環(huán)模的?？走M(jìn)料孔采用曲線孔形，而大孔(孔徑大于10mm)環(huán)模的模孔進(jìn)料孔不采用曲線孔形，而是采用錐孔、直孔或與錐孔組合形式。錐孔生產(chǎn)小孔顆粒時(shí)，進(jìn)口錐角p =30°。對(duì)于大孔徑，難以壓制纖維性輕質(zhì)原料，常用正向帶錐形過(guò)渡階梯孔，直徑為d>10mm，D=1~2d，=30°~45°。實(shí)現(xiàn)大孔預(yù)壓、小孔成形擠壓的過(guò)程，確保制粒的質(zhì)量。
有研究表明：
1）倒角30°環(huán)模型孔應(yīng)力較大，45°倒角環(huán)模，60°倒角環(huán)模型孔較前者在倒角處應(yīng)力依次遞減，在非倒角處應(yīng)力值明顯依次遞減小。這說(shuō)明60°倒角環(huán)?？自诠ぷ鲿r(shí)的應(yīng)力較30°和45°小。
2）30°倒角環(huán)模型孔的位移和45°倒角環(huán)模型孔位移較60°倒角環(huán)模型孔均較大。
3）60°倒角環(huán)模孔結(jié)構(gòu)好 ，與實(shí)際吻合。
本設(shè)計(jì)選用60°倒角環(huán)?？住?
圖6 環(huán)?？椎男螤?
Fig 6 Ring of the shape of the die
?？椎呐挪挤绞揭彩黔h(huán)模設(shè)計(jì)里面一個(gè)很重要的問(wèn)題。根據(jù)制粒對(duì)象的不同，顆粒料的大小也不同，但是一旦制粒對(duì)象確定后，顆粒料的大小也就基本確定料，?？椎拇笮∫簿涂梢源_定下來(lái)。通常?？椎呐挪挤绞接袃煞N，一種是排成比較整齊的陣列，一種是錯(cuò)位排布，如圖7所示。為了使物料能夠比較好地進(jìn)入模孔，?？椎呐挪挤绞揭话闶沁M(jìn)行錯(cuò)位排列。在考慮壓摸有足夠強(qiáng)度的條件下，盡量提高開(kāi)孔率。環(huán)模鉆孔時(shí)的排列方式一般沿周向排列，并在寬度方向上排與排之間的小孔相互交錯(cuò)，使整個(gè)鉆出的小孔呈近似等邊角形排列。本設(shè)計(jì)按等邊三角形布孔，三角形邊長(zhǎng)為a=5.8mm。
圖7 模孔的排列方式
Fig 7 Die arrangement
環(huán)模孔開(kāi)孔率：環(huán)模表面開(kāi)孔率的大小，直接影響復(fù)合肥制粒機(jī)的產(chǎn)量和加工難易程度。開(kāi)孔率高，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抗斷裂能力和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以防止承載破裂而縮短使用壽命。對(duì)于開(kāi)孔率問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外做了大量的實(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。
開(kāi)孔率計(jì)算公式為：
(9)
式中 ——?？装霃剑╩m）
N——模孔數(shù)
本設(shè)計(jì)環(huán)模?？诪椋O(shè)計(jì)?？讛?shù)為1600軸向方向每行10個(gè)孔，環(huán)模上共160行。
?？椎挠行чL(zhǎng)度(L)：模孔的有效長(zhǎng)度是指物料擠壓成形的孔模長(zhǎng)度。?？椎挠行чL(zhǎng)度越長(zhǎng)，物料在?？變?nèi)的擠壓時(shí)間越長(zhǎng)，制成后的顆粒越堅(jiān)硬，強(qiáng)度越好，顆粒質(zhì)量也越好。反之，則顆粒松散，粉化率高，顆粒質(zhì)量降低。
3.1.5 環(huán)模的厚度
環(huán)模的厚度需要綜合考慮模孔的有效長(zhǎng)度、減壓孔的深度以及環(huán)模的強(qiáng)度來(lái)確定。環(huán)模厚度和孔徑以及被壓物料特性有關(guān)，環(huán)模越厚、?？自缴?、孔徑越小，則孔壁阻力越大，物料擠壓越堅(jiān)實(shí)。壓制不同物料，不光按孔徑來(lái)選用環(huán)模，還需要選用相應(yīng)的最佳環(huán)模厚度，即選用最佳厚徑比，以便獲得優(yōu)質(zhì)顆粒肥料，還不堵塞?？?。
壓縮比(L/d):?？椎挠行Чぷ鏖L(zhǎng)度L與其孔徑d之比，稱之為長(zhǎng)徑比。壓制不同的物料，需要采用相應(yīng)的最佳長(zhǎng)徑比，藉以壓制成密實(shí)的顆粒制品。一般壓縮比取5~25，根據(jù)復(fù)合肥的粘性等特性，在此論文中取10。
大部分復(fù)合肥的直徑為3mm左右，因此取?？子行чL(zhǎng)度L=30mm，有相關(guān)資料查得環(huán)模厚度T=36mm。
3.1.6 環(huán)模線速度
設(shè)計(jì)環(huán)模轉(zhuǎn)速時(shí)要考慮四個(gè)問(wèn)題：①制粒產(chǎn)量：它與轉(zhuǎn)速?zèng)]有成正反比關(guān)系，但存在最佳轉(zhuǎn)速范圍對(duì)應(yīng)最佳產(chǎn)量；②顆粒成形率：太高轉(zhuǎn)速容易把壓制出來(lái)的顆粒甩碎，降低成形率，即等于產(chǎn)量下降；③不同肥料配方對(duì)應(yīng)不同轉(zhuǎn)速，以壓制高品質(zhì)顆粒；④環(huán)模內(nèi)徑尺寸，環(huán)模運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生離心力，轉(zhuǎn)速太高，離心力就越大，影響制粒機(jī)穩(wěn)定性。綜合上面因素和結(jié)合世界制造制粒機(jī)的經(jīng)驗(yàn)，環(huán)模的轉(zhuǎn)速應(yīng)由環(huán)模內(nèi)徑線速度確定。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，?？字睆叫〉沫h(huán)模，應(yīng)采用較高的線速，而?？字睆酱蟮沫h(huán)模則應(yīng)采用較低的線速。一般認(rèn)為，模孔直徑為3.2~6.4mm時(shí)，壓模的最高線速可達(dá)到10.2m/s；模孔直徑為16~19mm時(shí)，壓模的最高線速應(yīng)限制在6.1~6.6m/s。在實(shí)際應(yīng)用中，國(guó)內(nèi)外廠商選用的環(huán)模線速均在3.5一8.5m/s。本設(shè)計(jì)環(huán)模速度=3.5m/s。
3.1.7 環(huán)模內(nèi)徑設(shè)計(jì)
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)在一最佳的范圍內(nèi)，由單位功率面積A計(jì)算式得：
即： (10)
在相同環(huán)模面積的情況下，寬度過(guò)小使環(huán)模直徑相應(yīng)增大，從而主機(jī)整體體積都增加，造成不必要的浪費(fèi)；寬度過(guò)大使物料落入環(huán)模后，不能達(dá)到布料均勻，至使環(huán)模和壓輥在使用的過(guò)程中磨損不均勻，壽命減少。經(jīng)研究試驗(yàn)，一般b與D的關(guān)系為:
所以：D= (11)
環(huán)模直徑與制粒能耗的關(guān)系：大直徑環(huán)模顆粒機(jī)由于增加了環(huán)模的有效工作面積和壓輥的擠壓作用，可提高肥料的生產(chǎn)效率，降低磨損費(fèi)用和操作成本，但是小規(guī)模的生產(chǎn)使用大徑的環(huán)模，也就選著大型制粒機(jī)，會(huì)增加制粒成本。因此制粒機(jī)的規(guī)模大小，決定了環(huán)模的直徑大小。
環(huán)模的直徑與使用壽命和成本之間的關(guān)系：環(huán)模的直徑與使用壽命成線性關(guān)系，環(huán)模的直徑越大，環(huán)模的使用壽命越長(zhǎng)。選擇最優(yōu)直徑，從而可以降低環(huán)模和壓輥的磨損費(fèi)用。
總結(jié)：從各方面考慮，環(huán)模直徑越大越好，但由于是設(shè)計(jì)小型農(nóng)家制粒機(jī)，環(huán)模直徑不能取太大，而且比較普遍的現(xiàn)象是，大型顆粒機(jī)生產(chǎn)小孔徑顆粒肥料時(shí)效果不如小型顆粒機(jī)效果好，尤其是在生產(chǎn)直徑中3mm以下的顆粒時(shí)特別明顯，而復(fù)合肥直徑大多數(shù)為3mm左右。根據(jù)國(guó)內(nèi)外制粒機(jī)參數(shù)及優(yōu)先數(shù)列確定環(huán)模直徑系列：250、300、320、350、400、420、508、558、678、768等。本設(shè)計(jì)中取300mm,K取0.2，b=kD,則b=60mm。
圖 8 環(huán)模孔參數(shù)
Fig 8 Ring die parameters
3.1.8 環(huán)模材料要求
(1)耐腐蝕性：有些復(fù)合肥在高溫、高壓下會(huì)引起點(diǎn)蝕，從而腐蝕環(huán)模材料。因此，腐蝕是影響環(huán)模性能的最關(guān)鍵的影響因素，必須加以控制。高鉻、高碳的環(huán)模具有很好的耐腐蝕性。
(2)韌性：在制粒過(guò)程中環(huán)模承受很大的壓力，這種壓力能引起環(huán)模的即時(shí)損壞；超過(guò)工作時(shí)間也會(huì)造成環(huán)模的疲勞損傷。因此，環(huán)模材料的選擇、熱處理的方法和?？椎亩嗌俣际菦Q定環(huán)模韌性的重要因素。
(3)耐磨性：多數(shù)環(huán)模的損壞是由于磨耗。環(huán)模會(huì)因使用而引起表面磨損和模孔增大。環(huán)模的耐磨性隨它的表面硬度、顯微結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分而變化。要使環(huán)模得到最佳的耐磨性，關(guān)鍵在于材料的選擇和熱處理的方法。
綜上所述：環(huán)模的材料選用高鉻合金，此設(shè)計(jì)中選用4Crl3，4Cr13材料含碳0.4%～0.5%，鉻12%～14%，其中含Cr量在12%的環(huán)模使用壽命比含Cr量13.5%以上的環(huán)模壽命低。4Cr13材料剛度和韌性都較好，熱處理常用整體焠火，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)，噸料環(huán)模費(fèi)用最低。
3.1.9 環(huán)模制造加工工藝
對(duì)于同一環(huán)模材料，不同的加工工藝將直接影響環(huán)模的質(zhì)量及質(zhì)量穩(wěn)定性，因此，制定合理的環(huán)模加工工藝非常重要，是提高其使用壽命和穩(wěn)定質(zhì)量的關(guān)鍵。環(huán)模因其結(jié)構(gòu)，一般由鍛造專業(yè)廠家提供環(huán)模鍛打毛坯。一個(gè)合理的環(huán)模加工工藝主要包括鍛造、粗車、精車、鉆擴(kuò)孔、磨內(nèi)孔及在機(jī)加工工序間安排適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚒?
4Crl3環(huán)模材料加工工藝
開(kāi)料一鍛造一粗車一法蘭孔一鉆孔一倒角一沉孔一清洗一淬火一精磨。
材質(zhì)4Cr13制粒機(jī)環(huán)模，環(huán)模的鍛造工藝是：圓錠鋸床切割成環(huán)模坯料，坯料鍛造加熱入爐溫度為700℃以下，預(yù)熱3~5h，緩慢加熱3~4h，升溫到1160℃保溫2h后出爐鍛造(始鍛溫度1140℃，終鍛溫度900℃)，往返鍛造4次。終鍛后立即退火，退火工藝為緩（慢升溫到880℃保溫5h，隨爐降溫到660℃后再升到860℃，保溫3h后隨爐冷卻至500℃出爐）。
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，飼料擠出阻力越大，出料越困難，過(guò)大的粗糙度也影響顆粒表面的質(zhì)量。合適的粗糙度值為應(yīng)在0.8~1.6之間。
環(huán)模模孔加工工藝:環(huán)模?？准庸ぴO(shè)備主要有：自動(dòng)多工位鉆床、單頭手工鉆、單頭自動(dòng)鉆等設(shè)備。自動(dòng)多工位鉆床常見(jiàn)的有：8一12工位的立式或臥式鉆床和4一8工位高速注油深孔槍鉆。
3.2 輥的設(shè)計(jì)
3.2.1 壓輥結(jié)構(gòu)
壓輥主要由壓輥軸、壓輥、滾動(dòng)軸承等組成。壓輥的作用壓輥的作用是將物料擠壓入?？祝谀？字惺軌撼尚?。
1. 壓輥軸 2.密封蓋 3.壓輥 4.滾動(dòng)軸承 5.擋圈
1.Pressure roller 2.Hermetic seal 3.Roller 4.Roller bearing 5.Retaining ring
圖 9 壓輥基本結(jié)構(gòu)
Fig 9 Press roller structure
3.2.2 壓輥類型選擇
壓輥具有較大的承壓能力。要求壓輥表面具有較大的摩擦系數(shù)，以便能攫住粉料；常見(jiàn)的壓輥有：
（1）開(kāi)蜂窩孔式，帶物料一般，壓力均勻性一般；凹穴內(nèi)填滿物料，形成摩擦表面摩擦系數(shù)較小，物料不易側(cè)向滑移。
（2）開(kāi)溝槽式，帶物料量多，壓力不均勻；在輥面上有窄形的槽溝以增加摩擦力，與凹穴輥面一樣，物料不易側(cè)向滑移。
（3）碳化鎢光壓輥，帶物料量少，壓力均勻；輥面嵌有碳化鎢顆粒，表面粗糙，質(zhì)硬耐磨。對(duì)于磨損壓輥嚴(yán)重及粘性大的物料，這種輥面尤為見(jiàn)效。具有碳化鎢涂面的壓輥，使用壽命比其它兩種較長(zhǎng)。但在使用時(shí)，務(wù)必使該輥定位準(zhǔn)確，避免磨損壓模。
從工作效果和制造工藝考慮，小型制粒機(jī)可選擇淺開(kāi)槽式壓輥，即壓輥表面有與軸線平行的淺槽。
3.2.3 壓輥直徑的確定
顆粒形成的基本原理如圖10所示。它是通過(guò)環(huán)模和壓輥之間相互的擠壓力，克服物料通過(guò)模孔的阻力，從而達(dá)到制粒的目的。
圖10 擠壓原理圖（雙輥制粒）
Fig 10 Extrusion principle diagram (double roll granulation)
相同環(huán)模下，壓棍直徑越大，環(huán)模和壓棍之間型成的三角擠壓范圍越大，越利于擠壓作用。理論上單輥的壓輥直徑可做得最大，擠壓時(shí)間，擠出效果應(yīng)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、空軸等之間傳遞，所以單輥制粒機(jī)的主軸、主軸軸承、空軸等機(jī)械結(jié)構(gòu)粗大，只在小型制粒機(jī)應(yīng)用極難用于大型制粒機(jī)中。雙壓輥制粒機(jī)的兩只壓輥之間擠壓力F1和F3在主軸兩端夾板上平衡；壓模上的反作用力F2和F4相互抵消，設(shè)備上的主軸（主軸軸承處）、主軸軸承、空軸上受力小，機(jī)械結(jié)構(gòu)小，是實(shí)際中使用最多的機(jī)型。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定壓輥外徑與壓模內(nèi)徑比為=0.47，并圓整后確定壓輥直徑。
壓輥直徑d=D，取0.47，D=300mm，則d=141.1mm圓整的d=140mm，壓輥中空，如11圖所示，根據(jù)受力分析，其最大應(yīng)力發(fā)生在A、B，，。
圖 11 壓輥彎矩圖
Fig 11 Roller bending moment diagram
N=3.342KN，空心內(nèi)徑取90mm，H=25mm，B=60mm，則得：
符合要求。
3.2.4 壓輥材料選擇
壓輥工作過(guò)程中主要受到物料對(duì)其徑向的擠壓和切向的摩擦作用，其破壞主要由磨損引起，因此壓輥材料需要較高的硬度，而對(duì)強(qiáng)度的要求較環(huán)模低。壓輥材料的表面硬度理論上應(yīng)低于環(huán)模的表面硬度，這樣能保證環(huán)模的磨損較低。原則上，環(huán)模和壓輥的最佳壽命比為 1:1，從而實(shí)現(xiàn)同時(shí)換件，節(jié)約時(shí)間，即壓輥材料為4Cr13合金鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后其表面硬度為HB350。
3.2.5 結(jié)構(gòu)參數(shù)確定
壓輥主要有直徑和長(zhǎng)度兩個(gè)尺寸參數(shù)。設(shè)計(jì)中環(huán)模內(nèi)徑取300mm，軸向長(zhǎng)度60mm。目前常用環(huán)模制粒機(jī)中，壓輥數(shù)目一般為1～3 個(gè)，其直徑和環(huán)模內(nèi)徑之比為 1：2～1：3之間。當(dāng)壓輥數(shù)目較多時(shí)，上述比值取較小值。壓輥長(zhǎng)度同環(huán)模軸向長(zhǎng)度，取為60mm。壓輥通過(guò)與物料間的擠壓摩擦作用將物料帶入?？?，并擠壓成型。為增大壓輥對(duì)物料的摩擦作用，減小壓輥表面的磨損，將壓輥加工為溝槽輥面，溝槽深度為3.5mm。
3.2.6 壓輥數(shù)目確定
有研究表明，影響環(huán)模使用壽命的主要因素交變載荷作用下環(huán)模橫截面上拉、壓彎曲應(yīng)力引起的疲勞失效，即為彎曲應(yīng)力和接觸擠壓應(yīng)力作用下的交替變換的折算應(yīng)力引起的疲勞破壞。構(gòu)件的疲勞破壞與交變荷載作用下的應(yīng)力幅和應(yīng)力比有關(guān)，應(yīng)力幅和應(yīng)力比的增大將加速構(gòu)件的疲勞破壞。壓輥數(shù)目的變化主要引起彎曲應(yīng)力的改變，合理的壓輥數(shù)目，有效提高環(huán)模使用壽命。隨著輥的數(shù)目增多，交變應(yīng)力影響減少，減少的趨勢(shì)降低；但是隨著輥數(shù)目增多，對(duì)物料的壓力減少。綜上所述本設(shè)計(jì)采用最常用的兩個(gè)壓輥，兩壓輥時(shí)，交變應(yīng)力比一輥小得多比三輥稍大，壓力也較大。
3.3 切刀
切刀數(shù)量一般由制粒機(jī)壓輥個(gè)數(shù)決定的，每只壓輥配一把切刀。通過(guò)調(diào)整切刀相對(duì)環(huán)模在周向與徑向的位置，可以控制顆粒的長(zhǎng)度。切刀一般分為硬質(zhì)刀片型及薄刀片型。
硬質(zhì)刀片耐磨性好，韌性差，適用于大粒徑；薄刀片韌性好，耐磨性差，適用于小料徑。在調(diào)整時(shí)，硬質(zhì)刀片一般要調(diào)整到刀口離環(huán)模外表面5mm左右，距離太小時(shí)粉料會(huì)增多，且可能會(huì)碰傷刀口，太大時(shí)顆粒長(zhǎng)度難以一致，有可能會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)顆粒料，因?yàn)殡S著距離的增大，刀口對(duì)顆粒的折彎力矩增大，顆粒可能會(huì)從環(huán)模表面折斷。薄刀片因?yàn)榫哂袕椥?，可以調(diào)整到貼住環(huán)模外表面的位置，這樣切出的顆粒整齊一致，特別適用于一些小粒徑復(fù)合肥。在實(shí)際生產(chǎn)中，切刀的調(diào)整是很靈活的，可根據(jù)需要使用一把、兩把或三把切刀進(jìn)行切割。由于制粒機(jī)在供料時(shí)，可能存在分配上的缺陷，分配到每個(gè)壓輥上的肥料量就不能保證完全一致，這樣在每個(gè)擠壓區(qū)內(nèi)擠出的顆粒長(zhǎng)度就不一樣，有的擠壓區(qū)擠出的顆粒長(zhǎng)些，有的擠壓區(qū)擠出的顆粒短些，但在一個(gè)擠壓區(qū)內(nèi)基本是一致的，對(duì)于這種情況，就應(yīng)該分別調(diào)整每個(gè)切刀的位置。
3.4 喂料刮板和勻料輥
物料在沿環(huán)模軸向由外向里進(jìn)入上下壓制腔時(shí), 因物料與機(jī)體的摩擦以及物料本身內(nèi)部摩擦, 其所具有的動(dòng)能是逐漸衰減的, 加上離心力的作用, 這樣就使得物料貼附在環(huán)模內(nèi)壁時(shí), 并非沿軸向均勻分布。為了清除粘積在傳動(dòng)盤內(nèi)表面上的少量粉料, 該機(jī)器在主軸頭上固定了一刮料斜鐵, 將傳動(dòng)盤上積存的粉料鏟除, 而鏟下的粉料較密實(shí)并通過(guò)斜鐵、壓輥和傳動(dòng)盤與壓輥之間的間隙又重新進(jìn)入上下壓制腔, 從這個(gè)意義上講, 這也是對(duì)壓制腔一種少量喂料, 但方向與上述相反。喂料刮板與環(huán)模間距為3mm。
物料在進(jìn)入壓縮區(qū)前分布不均勻，導(dǎo)致壓輥表面壓應(yīng)力不均，致使非常規(guī)磨損, 而這種磨損是非常有害的, 其產(chǎn)生的后果也是相當(dāng)嚴(yán)重的。要想有效地解決這一問(wèn)題、改善磨損, 我們必須從如何盡量使進(jìn)入壓縮區(qū)前的物料能均勻地分布在環(huán)模內(nèi)壁上著手?？稍鲈O(shè)勻料輥如圖12所示，通過(guò)勻料輥掃平環(huán)模上的物料，使物料 盡可能的均勻分布。勻料輥直徑35mm，勻料輥與環(huán)模間距=20mm。
圖 12 勻料輥和喂料刮板
Fig 12 Roll and feeding scraper
3.5 模輥間隙
正確地調(diào)整環(huán)模和壓輥之間的工作間隙是環(huán)模使用的關(guān)鍵。一般來(lái)說(shuō)，環(huán)模與壓輥之間的間隙在0.1—0.3mm之間為宜。通常情況下，新壓輥和新環(huán)模相配宜采用稍大的間隙，舊壓輥和舊環(huán)模相配宜采用較小的間隙，大孔徑的環(huán)模宜選用稍大的間隙，小孔徑的環(huán)模宜選用稍小的間隙，容易制粒的物料宜取大間隙，難以制粒的物料宜取小間隙。若壓輥與環(huán)模的間隙太小，會(huì)加劇兩者間的磨擦，縮短各自的使用壽命。若兩者間的間隙太大，物料將在兩者之間打滑，不易成型。通常應(yīng)在保證物料能順利成型的前提下，盡可能的調(diào)大環(huán)模和壓輥的間隙。設(shè)計(jì)中環(huán)模和壓輥尺寸為中小型，復(fù)合肥與兩者間的摩擦系數(shù)處于中上水平，故取壓輥和環(huán)模間的間隙為0.2mm。
3.6 輥軸
壓輥軸上有兩個(gè)軸承，由于工作時(shí)有一定的軸向力，選用圓錐滾子軸承30210。可知d=50mm,D=90mm，T=21.75mm。則壓輥軸直徑為50mm。
如圖3-7所示，3.42KN，壓輥軸受力圖如圖13所示。
F=1710N
切應(yīng)力
應(yīng)力圖如圖14所示。
圖 13 壓輥受力圖
Fig 13 Trying to press roller
圖 14 應(yīng)力圖
Fig 14 Stress diagram
彎矩圖如圖15所示
圖 15 彎矩圖
Fig 15 bending moment diagram
最大彎矩
最大拉應(yīng)力
所以軸符合規(guī)格。
4 電動(dòng)機(jī)的選擇
電動(dòng)機(jī)是已經(jīng)系列化 的產(chǎn)品，在機(jī)械設(shè)計(jì)中，要根據(jù)工作載荷大小及性質(zhì)、轉(zhuǎn)速高低、起動(dòng)特性、過(guò)載情況、工作環(huán)境、安裝要求及空間尺寸限制和經(jīng)濟(jì)性等要求從產(chǎn)品目錄中選擇電動(dòng)機(jī)的類型、結(jié)構(gòu)形式、容量和轉(zhuǎn)速，最后確定具體型號(hào)。
4.1 選擇電動(dòng)機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)型式
由于小型農(nóng)家復(fù)合肥制粒機(jī)對(duì)起動(dòng)轉(zhuǎn)距有較高要求，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，應(yīng)選交流電動(dòng)機(jī)，Y系列電動(dòng)機(jī)具有高效、節(jié)能、震動(dòng)小和運(yùn)行安全可靠的特點(diǎn)，安裝尺寸和功率等級(jí)符合 IEC 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，符合小型復(fù)合肥制粒機(jī)的工作要求。
4.2 確定電動(dòng)機(jī)的容量
環(huán)模內(nèi)徑線速度計(jì)算公式：（m/s）
則環(huán)模轉(zhuǎn)速： （r/min） （12）
式中D——環(huán)模內(nèi)徑（m）
D=300mm，=3.5m/s 可求得：
=223（r/min）
這符合經(jīng)驗(yàn)參數(shù)100~400 r/min的環(huán)模轉(zhuǎn)速范圍。
環(huán)模受到的轉(zhuǎn)矩：
轉(zhuǎn)換為環(huán)模驅(qū)動(dòng)力：
壓輥的擠壓力：
功率： （12）
式中，P——電機(jī)傳遞給環(huán)模的功率；D——環(huán)模內(nèi)直徑；n——環(huán)模轉(zhuǎn)速；——復(fù)合肥與環(huán)模的摩擦系數(shù)（=0.1~0.37）。
由 F=3.443KN，=0.1可求得：P=2.153KW
圖 16 環(huán)模轉(zhuǎn)矩受力圖
Fig 16 Ring die by trying to torque
電動(dòng)機(jī)容量的選擇必須根據(jù)工作機(jī)容量的需要來(lái)確定。如選電動(dòng)機(jī)的容量過(guò)大，必然會(huì)增加成本，造成浪費(fèi)；相反，容量過(guò)小，則不能保證工作機(jī)的正常工作，或使電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期過(guò)載、發(fā)熱量大而過(guò)早損壞，因此所選發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率。應(yīng)等于或稍大于電動(dòng)機(jī)所需要的實(shí)際功率。
電動(dòng)機(jī)所需功率：
= （13）
式中：電動(dòng)機(jī)所需要的實(shí)際功率，kW；
工作機(jī)所需要的輸入功率，kW；
電動(dòng)機(jī)工作機(jī)之間傳動(dòng)裝置的總效率。
傳動(dòng)總效率： = (14)
確定各部分效率為：V 帶傳動(dòng)效率=0.97，滾動(dòng)軸承傳動(dòng)效率=0.99，單級(jí)圓柱齒輪減速器效率=0.98。
η==0.96×0.99×0.97=0.94
===2.49KW
4.3 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇
額定功率相等的同類型電動(dòng)機(jī)，可以有好幾種轉(zhuǎn)速可選擇，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速高，極對(duì)數(shù)少，尺寸和質(zhì)量小，價(jià)格也便宜，但會(huì)使傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比加大，結(jié)構(gòu)尺寸偏長(zhǎng)，成本也會(huì)變高，若選用低轉(zhuǎn)速的電動(dòng)機(jī)則相反。根據(jù)小型復(fù)合肥制粒機(jī)的總體設(shè)計(jì)以及其傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，應(yīng)選用同步轉(zhuǎn)速為1500r／min的電動(dòng)機(jī)，滿載轉(zhuǎn)速為1440 r／min，該電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y112M—4。
表 1 電動(dòng)機(jī)參數(shù)
Table 1 Motor parameters
型號(hào)
額定功率（KW）
轉(zhuǎn)速
（r/min）
效率
（%）
額定轉(zhuǎn)矩
（KWm）
Y112M—4
4
1440
2.2
2.3
5 皮帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)
表 2 皮帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算
Table 2 Belt transmission design and calculation
計(jì)算項(xiàng)目
計(jì)算公式
計(jì)算結(jié)果
設(shè)計(jì)功率(Kw)
=1.1×2.49=2.74
查的工況系數(shù)表得=1.1
2.74
選擇帶型
SPA型窄 V 帶(A型)
傳動(dòng)比
i= /≈2.13
i=2
小帶輪基準(zhǔn)直徑(mm)
由標(biāo)準(zhǔn)寬度制窄 V 帶選型圖及查表選取
90
大帶輪基準(zhǔn)直徑(mm)
＝i(1-ε)=2×90×0.99≈178.2
取ε＝0.01，查表得 ＝180
180
實(shí)際傳動(dòng)比
2.02
傳動(dòng)比誤差
?%=1%
1%
皮帶速度（m/s)
合理
初定中心距(mm)
＝300
300
帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度(mm)
1120
中心距（mm）
292.5
續(xù)表1
計(jì)算項(xiàng)目
計(jì)算公式
計(jì)算結(jié)果
小帶輪包角（rad）
2.87
單根 V 帶所能傳遞的額定功率( kW)
根據(jù)帶型=90 mm， =1440 r/min,查基準(zhǔn)寬度制窄 V 帶額定功率圖，得=1.07kw由傳動(dòng)比 i=2 查Δ=0.17
1.07
0.17
V 帶的根數(shù)
查帶長(zhǎng)修正系數(shù)表得K=0.91；查小帶輪包角修正系數(shù)得=0.95
取3
單根V帶初拉力(N)
=
=114.5N
查V帶截面基本尺寸表得 m=0.10kg／m
作用于軸上的力(N)
184.7N
277.1N
114.5
184.7
277.1
帶輪選擇
小帶輪： ，可采用實(shí)心式和腹板式，由于較大，只 能用實(shí)心式。
大帶輪 ： =150，=50同時(shí)可采用孔板式。
5.1 皮帶受力分析
圖 17 皮帶受力分析圖
Fig 17 Belt force analysis diagram
每根皮帶傳遞的力為：
式中 F 帶的有效拉力(N)；
帶的緊邊拉力(N)；
帶的松邊拉力(N)；
帶速(m／s)。
其中 ；
帶橫截面上的拉應(yīng)力：
式中 ——有效拉應(yīng)力（）；
——緊邊拉應(yīng)力（）；
——松邊拉應(yīng)力（）；
——帶的橫截面積（m）；
查手冊(cè)（GB1154—89）得基準(zhǔn)寬度制窄V帶SPA型的截面尺寸，計(jì)算皮帶的截面面積A=81mm
則帶橫截面上的有效應(yīng)力為：
MPa
離心應(yīng)力：MPa
——離心應(yīng)力（MPa）；
——帶單位長(zhǎng)度質(zhì)量；
——帶速。
彎曲應(yīng)力：假設(shè)帶的材料服從胡克定律，則
式中 ——彎曲應(yīng)力（MPa）；
——的彈性模量(MPa)；
——帶橫截面的中性層至最外層的距離(m)；
——帶輪的基準(zhǔn)直徑(m)。
發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的小帶輪為主動(dòng)輪，最大應(yīng)力發(fā)生在緊邊進(jìn)入小帶輪處。由于設(shè)計(jì)帶速V<10m／s，可根據(jù)歐拉公式，，根據(jù)帶型，取(取=0.51)，則由帶應(yīng)力分布計(jì)算最大應(yīng)力：
6 變速箱設(shè)計(jì)
6.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
變速箱主要由主動(dòng)輪軸、驅(qū)動(dòng)軸、中間齒輪組合、主動(dòng)齒輪組合和殼體等部分成，本設(shè)計(jì)采用采用單級(jí)圓柱齒輪減速器，齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比4二級(jí)傳動(dòng)，可滿足復(fù)合肥制粒機(jī)的傳動(dòng)比要求，傳動(dòng)效率高。傳動(dòng)平穩(wěn)、振動(dòng)低、噪聲小。
變速箱輸入軸最高轉(zhuǎn)速為720r/min。
變速箱應(yīng)該達(dá)到的最大傳動(dòng)比。
齒輪模數(shù)m=2
6.2 動(dòng)力傳動(dòng)路線設(shè)計(jì)
電動(dòng)機(jī)與變速箱之間選用窄V型皮帶傳輸動(dòng)力，具有強(qiáng)度高、體積小，傳動(dòng)平穩(wěn)等特點(diǎn)；變速箱內(nèi)采用圓柱齒輪傳動(dòng)的方案。
作業(yè)時(shí)的傳動(dòng)路線：發(fā)動(dòng)機(jī)一皮帶輪一主動(dòng)軸一變速箱一驅(qū)動(dòng)軸，驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)制粒環(huán)模轉(zhuǎn)動(dòng)。
6.3 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)
基本齒廓符合GBl356的鋼制內(nèi)外嚙合漸開(kāi)線柱齒輪傳動(dòng)。
6.3.1 主要參數(shù)選擇
主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪嚙合傳動(dòng)：已知名義功率：=4×0.86=3.45kw；轉(zhuǎn)速：=720 r／min。
齒數(shù)比：=，一般閉式傳動(dòng)，可取，齒數(shù)比過(guò)大，則大小齒輪的尺寸懸殊，會(huì)使傳動(dòng)的總體尺寸增大。因此，取=3.2。傳動(dòng)比：i=3.2；小齒數(shù)=18；輕微振動(dòng)，單向運(yùn)轉(zhuǎn)，齒輪大小布置，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊。
表 3 主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪嚙合受力計(jì)算
Table 3 Riving gear and driven gear meshing force calculation
項(xiàng)目
計(jì)算過(guò)程
計(jì)算結(jié)果
名義功率P(KW)
3.45
名義轉(zhuǎn)矩T(NM)
45.76
1齒名義切向力(N)
2542.2
2齒名義切向力(N)
789
1齒徑向力(N)
925.3
2齒徑向力(N)
287
軸向力
0
使用系數(shù)
查表得使用系數(shù)
1.25
齒寬b(mm)
14.4
齒數(shù)z和模數(shù)m：當(dāng)傳動(dòng)的中心一定時(shí)，增大小齒輪齒數(shù)z能增大重合度，改善傳動(dòng)的平穩(wěn)性使模數(shù)減少，降低齒高，使齒頂圓直徑減少，而減小齒輪毛坯直徑，減少切削量。另外，降低齒高還能減少齒面滑動(dòng)速度，使磨損和膠合的危險(xiǎn)性減少。但模數(shù)減少，會(huì)使輪齒的抗彎強(qiáng)度降低。
模數(shù)的最小允許值根據(jù)抗彎強(qiáng)度條件確定。
（15）
式中
m——模數(shù)(mm)；
——小齒輪上的名義轉(zhuǎn)矩(N·m)；
K——數(shù)載荷系，常用值為K=1．2～2；取K=1．5；
——齒寬系數(shù)；
——小齒輪齒數(shù)；取=18
——齒形系數(shù)；取=2.91
——應(yīng)力校正系數(shù)；取=1.53
——許用彎曲應(yīng)力(MPa)；=350MPa
代入有關(guān)數(shù)據(jù)得：m≥1.807
按表漸開(kāi)線圓柱齒輪模數(shù)(GBl357—87)選取模數(shù)m=2，齒數(shù)=18。
（3）齒寬系數(shù)：齒寬系數(shù)選大值時(shí)，齒寬b就加大，從而可減少兩齒輪的分度圓直徑、傳動(dòng)中心距和徑向尺寸，能在一定程度上減少傳動(dòng)裝置的質(zhì)量，但會(huì)使軸向尺寸增大，且齒寬增大，增加了齒向載荷分布均勻程度。
對(duì)于=b／a表示時(shí)，閉式傳動(dòng)常取=0.1～0.6。
端面重合度
==3.883
一般要求≥1．2(標(biāo)準(zhǔn)齒輪傳動(dòng)一般都能保證此要求)。
設(shè)計(jì)參數(shù)：傳遞功率 P=2.42(kW)，傳遞轉(zhuǎn)矩 T=32.10(N·m)，齒輪1轉(zhuǎn)速 n1=720(r/min)，齒輪2轉(zhuǎn)速 n2=225.00(r/min)，傳動(dòng)比 i=
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