开题报告-曹月明-精品文档资料.doc

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1、 南 京 理 工 大 学毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名：曹月明学 号：1101510207专 业：武器系统与工程设计(论文)题目：清洁化环模制粒机三维设计与性能分析指 导 教 师:武凯 2015年 1 月 23 日 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述摘要 本文首先给出环模制粒机的定义，然后论述环模制粒机的发展历史和现状，介绍它的结构、制粒原理，在此基础上，分析其在饲料加工上的应用与制粒的不足，由此提出清洁化制造的意义以及清洁化环模制粒机的初步构想。关键词 制粒 结构 原理 清洁化1

2、 绪论1.1环模制粒机环模制粒成型技术又称旋转辊轧挤压制粒技术，是将粉体类物料经旋转辊轧挤压压缩而制备成颗粒的技术，是当前国际制粒成型技术领域的主流技术，广泛应用于生物质固化成型、饲料加工、制药、能源与化工等领域1。1.2环模制粒在饲料加工上的应用环模制粒机是颗粒饲料生产中的关键设备，它将配合好的各种粉状饲料压制成颗粒。改变了饲料的物理性能和生化性能，提高了饲料利用率和喂养适口性，是现代化饲料厂必不可少的重要设备2。 1.3 制粒的不足（1） 成本相对提高：耗电量、设备要求相对于粉料来说要高一些。（2） 营养成分损失：在制粒过程中，一部分不稳定的物料会不可避免的受到一定程度的损坏。虽然可以再添

3、加进去，但是这变相增加了成本3。1.4 国内外研究与发展现状1.4.1 环模制粒机发展历史 早在1930年之前就初步形成了一些不同原理的机械构思，这些机械构思可以说是现代挤压式颗粒机的前身。最早使用的颗粒压制机是一台在机械结构上与现在的煤球机类似的铸模式设备。两个轧辊作相对旋转运动，轧辊上有凹槽，物料自上而下压制成圆球形颗粒饲料(图1.4.1)。但是用这种方法压制的饲料密度较低并且物料不易被糊化。所以，该工艺没有被人们所普遍接受4。图1.4.1 铸模式颗粒机示意图在1910年前后，第一台挤压式颗粒机问世。这台机器的操作原理已经与现代的挤压式颗粒机基本相同4。它的原理是用螺旋型物料输送器强行将物

4、料向前推进、挤压并通过模孔，在旋转切刀的作用下，制成颗粒饲料(图1.4.2)。这种机器适用于某些带有选择性的原料，对具有高度凝胶潜力的原料仍需要使用蒸煮膨化机。这样就大大的提高了加工成本。Schueler型颗粒机是根据Schueler在1920年提出的压缩法构思制造的，这种机器安装两个带有排出孔的齿轮成形模具的轧辊(图1.4.3)，在牙状形齿轮根部有空槽，物料从齿轮的齿根处的空槽排出孔挤出，最后由齿轮内部的切刀切出理想的长度。然而这种方法与铸模法和挤压法相比机械磨损大，费用高。图1.4.2 早期挤压式颗粒机示意图图1.4.3 Schueler型颗粒机在总结了众多颗粒机原理的基础上，第一台平模制

5、粒机在1920年研制成功。这种机器装有围绕中心轴回转的滚轮，强制物料挤压向下并通过水平固定模板的挤压孔，旋转切刀把饲料切割成理想长度的颗粒饲料4。该机的制粒原理如（图1.4.4）所示。平模制粒机有效地提高了制粒机的生产效率、减小了机械磨损程度，但由于平模与直辊接触点的线速度沿径向不同，影响成品的质量均匀和模辊的均匀磨损。因此有人将目光转向了环模颗粒机。几乎在同时期，也研制成功第一台环模颗粒机(图1.4.5)。图1.4.4 平模制粒机示意圈图1.4.5 早期环模颗粒机示意图最初的环模制粒机是迫使物料通过单个滚轮圆筒上的模孔，逐渐演变成通过两、三个滚轮的颗粒机。经过几十年的不断改进与发展，环模颗粒

6、机不仅采用了主动滚轮，而且还采用更为普遍的主动环模4。根据兼有水平和垂直成形环模的基本原理而研制成的颗粒机，就是现在的环模式制粒机。这种环模式制粒机在饲料厂中很受欢迎，而且应用非常普遍。环模式制粒机的进一步发展提高了机械强度和性能。根据实际生产的需要，制粒机的设计将向大环模、大功率的大型机械方向发展。1.4.2 环模制粒机发展现状国外研究制粒机起步比较早， 1931年美国CPM公司研制成功了第一台立式环模制粒机。1934年该公司又生产了第一台卧式环模制粒机，江苏正昌集团沿用的就是美国CPM公司的制粒机技术。与此同时，英国UMT公司也研制出了环模制粒机，江苏牧羊集团沿用的就是英国UMT公司的制粒

7、机技术。江苏牧羊和江苏正昌是目前国内生产制粒机的两个主要厂家5。七十年代之后，欧洲很多国家也相继研究、生产了环模制粒机。当今世界上畜牧业发达的国家，比如美国、加拿大，仍在继续研究饲料制粒机。对于制粒机的研究方面，中国起步较晚。七十年代江苏牧羊集团研制出我国第一台制粒机，这台制粒机是在逐步吸收英国UMT公司制粒机的原理基础上研发的。与此同时，国内很多高校及科研院所也对环模制粒机进行了深入的研制6。环模制粒机出现以后，制粒机的基本形式就没发生多大变化，而在制造水平和技术性能上则逐步改进。1.4.3 环模制粒机制粒原理国内外研究现状近20年来，颗粒饲料以其众多优点在我国得到了广泛的推广和应用，但在饲

8、料生产中，颗粒饲料质量问题仍很常见。究其原因，主要是国内厂家对颗粒饲料的制粒机理及其影响因素缺乏深入的研究。目前，国内环模制粒机机理研究很少，缺乏对制粒过程全面系统的研究。主要的研究有：中国农业科学院饲料研究所的钟启新和齐广海从物料特性和粉状物料之间的作用力之间的关系分析了制粒机理，并结合试验，分析了影响制粒过程的物料特性因素和环模、压辊的结构参数7。重庆通威饲料有限公司的田鹏飞发现供料区内物料层厚度发生变化时，变形压紧区和挤压成形区的长度也会发生变化，分析了供料区内物料层厚度存在一最佳值，能最大程度地提高环模制粒机的生产效率【8】。粉状物料特性，如泊松比、摩擦系数等，对环模制粒机环模孔中的轴

9、向挤压力和环模孔壁与物料的摩擦力大小的影响较大；而环模孔长径比也会对轴向挤压力和摩擦力的大小造成一定的影响，因此，针对不同特性的物料时，应该设计出不同长径比的环模【9-10】。2 环模制粒机2.1 制粒原理所谓环模制粒机就是依靠一个环形的模具与压辊配合来生产颗粒的，如图2.1.1。简单来说，它的基本原理是：调质好的饲料被送到制粒室，在环模内表面和压辊之间形成一层饲料层，通过电机带动环模转动，由于饲料层的存在，压辊会收到摩擦力的作用，摩擦则会带动压辊转动，这样，饲料层就会收到压辊给它压制力，如图2.1.2。图2.1.2饲料受力示意图图2.1.1环模制粒原理示意图当压制力足够大，能克服模孔内饲料与

10、内壁之间的摩擦力时，饲料将被挤压进入环模孔内。由于环模在不停旋转，饲料将会被不断压入环模孔内，最终被从孔的末端挤出，然后我们再通过切断刀切断，就可以得到颗粒形状的饲料11。2.2 环模制粒机结构环模制粒机主要由五大部分组成，分别是：喂料器、调质器、颗粒制造器、调节机构以及润滑系统组成。其基本结构如图2.2.1。 图2.2.1环模制粒机结构示意图其中颗粒制造器，或者说是压模压辊，是与制成的颗粒饲料直接相关的部件，是环模制粒机的重要部件之一12。2.3 环模2.3.1 环模的重要参数图2.3.1环模实体环模是直接参与制粒过程的部件之一，它的参数会直接影响到制成的颗粒饲料的产量和质量2。图2.3.1

11、是一个环模的照片：其中W表示工作宽度，O表示总宽度。模具表面上布满了一个个圆孔，它的细节如图2.3.2所示：图2.3.2环模上的孔图中，几个重要参数的意义如下：L表示有效厚度，也可以叫做工作厚度，指实际对饲料进行加工的环模长度。X表示扩孔厚度，孔的末端有一个扩孔，用来释放环模作用与物料的压力，是、从而帮助饲料更好的穿过模具。另外，通过扩孔，在获得所需要的有效厚度的前提下，使用更厚模坯来增加它的强度。T为总厚度，即模具的总厚度，我们必须保证一定的厚度来保证模具的强度。为入口角度，D为入口直径。大多数模具上的孔都具有一个锥形的入口方便饲料的流入。当饲料进入孔的时候，这个锥形也开始压缩饲料。d为颗粒

12、直径，即最终生产的颗粒饲料的直径13。2.3.2 孔数它代表一个给定的模具上的孔的总数。对于一个模具来说，它上面的孔应该足够紧凑，换句话说，它的孔数应该足够大。但是，孔之间的距离也不能太小，否则就会降低模具的强度。所以孔数的选择对模具的性能有很大影响13。一般来说，我们可以把孔数分为三大类，承重型、标准型、密集型。（1） 承重型：此时孔数较小，一般应用于受力比较大的时候，比如饲料中含有较多矿物的时候，这种情况下，对环模的强度就会有较高的要求，所以孔数不能太大。（2） 标准型：是指一般情况下的环模制粒机的孔数。（3） 紧密型：此时孔数较大，一般在处理比较容易成粒的饲料时应用。该情况下，压力比较小

13、，不需要考虑环模的强度14。2.3.3 沉头与扩孔图2.3.3环模上孔的沉头类型 图2.3.4环模上孔的扩孔类型前面在介绍模具技术参数的时候已经提到了沉头与扩孔的目的。然而沉头与扩孔的形式却不仅仅是图2.3.2展示的那样，不同情况下有不同的形式，具体还是要根据制粒机的型号以及饲料的类型来决定的。图2.3.3和图2.3.4又给出了几种沉头与扩孔的形式152.3.4 模具材料用来制作模具的材料一般是合金。当需要考虑腐蚀性问题的时候，我们就会使用不锈钢。根据不同场合我们会选择不同的不锈钢，一般情况下，我们使用标准不锈钢，而当腐蚀比较严重的时候，我们可以选用高铬不锈钢16。2.4 压辊轧辊，类似于模具

14、，都是一个一个圆筒形的设备，它通常是由碳化钨颗粒或波纹壳制成的17。图2.4.1压辊类型一个制粒机通常有两个或三个轧辊在模具内工作。如图2.4.1:压辊的主要目的，是帮助饲料进入模具孔，因此压辊在形状和结构上是被设计为防止饲料滑移，并得到更大的牵引力的粗糙表面。比如对压辊的表面进行拉丝处理等等来增加摩擦力18。3 “清洁化”环模制粒机3.1 “清洁化”的含义清洁化是一个简单却又宽泛的词汇，就是指清洁生产，而且产品也是对环境友好的，低污染的，可回收利用的。换句话讲就是要在生产满足人的需要的产品同时，尽可能的合理使用自然资源和能源，自觉保护环境和实现生态平衡。其实质是减少物料消耗，同时实现废物减量

15、化、资源化和无害化19。3.2 “清洁生产”的意义（1） 清洁生产是实现可持续发展的必然选择；（2） 清洁生产是发展循环经济的基础；（3） 清洁生产是从根本上解决环境问题的唯一出路；（4） 清洁生产是提高资源能源利用率的有效途径；（5） 清洁生产是实现经济利益与环境效益“双赢”的必由之路20。3.2 清洁化制粒机设计思路制粒机的清洁化主要包括有两个方向：机器本身的清洁化和颗粒饲料的清洁化。本课题将围绕以下几点展开研究： 优化机器结构：结合现有的结构，除去不需要的部分，改善不合理的机构，比如可能存在饲料残留的部分。 优化驱动系统：结合现有的制粒机和当今的驱动装置，选取更好的驱动系统，从而达到降低

16、功耗的作用。 简化传动机构：对于机器来说，传动越少，无论是动力能源的损耗还是原材料的损耗都有可能减少。 加入清洗消毒机构：对于残留在机器内部的饲料进行清洗，并对机器进行消毒，从而防止饲料累计在机器内部变质，影响加工质量。 优化润滑系统：防止润滑油或者润滑脂泄漏，污染饲料21。4 结束语环模制粒机是重要的饲料机械产品，在饲料工业中有着举足轻重的地位。然而，目前国内环模制粒机的情况却不容乐观，普遍存在成本较高、生产率偏低、能耗较高、使用寿命较短，饲料残留多等问题。所以，对清洁化环模制粒机的设计研究是十分有必要的。本课题将围绕制粒机结构的清洁化设计以及制粒机高效清洁技术进行研究，初步完成制粒机原理样

17、机的设计，为清洁化制粒机的推广、应用提供一定的参考与支撑。参 考 文 献1 武凯，孙宇. 环模制粒成型技术与装备M. 北京：科学出版社, 20132王敏. 环模制粒机的主要技术参数J. 江西饲料, 2005(6): 18-203 张成斌. 关于饲料制粒J. 粮食与工业，2007(3)：33-35.4 拉里.H.匹兹奇. 制粒的历史与发展J. 饲料工艺设备, 1993, 1(1): 8-105 施水娟. 环模制粒机挤压成形机理分析与结构参数优化D. 南京理工大学,20116 孙旭清. 环模制粒机的主体结构优化研究D. 江南大学,20097钟启新，齐广海唏0粒机理及其影响因素J中国饲料，1999(

18、14)：8-108田鹏飞制粒机压制室料层分布浅析J渔业现代化，2002(1)：37389Jens KHolm，Ulrik BHenri_ksen，Kim Wand，Johan EHustad，Dorthe PosseltExperimental Verification of Novel Pellet Model Using a Single Pelleter UnitJEnergy&Fuels，2007，27(4)：2446-244910AnonEngineering solution：Pelleting lineS new eqipment proves to be worth thesc

19、ratchJPowder and Bulk Engineering，2006，20(1 0)：424411 施水娟,武凯,蒋爱军. 制粒过程中环模力学模型的建立及有限元分析J. 机械设计与制造，2011(1):38-40.12 孙旭清. 环模制粒机的主体结构优化研究D. 无锡：江南大学 2009.13 萧占平. 饲料制粒机主要设计参数分析J. 综述论坛,2006(4):18-19.14 阳向军. 卧式环模制粒机环模失效原因浅析J. 饲料工业, 2003, 24(9): 9-10.15 周文德. 颗粒饲料制粒机及其环模孔堵塞原因分析和防止方法J. 渔业机械仪器, 1995(3): 15-17.

20、16 刘学军. 饲料制粒机环模的真空气淬热处理工艺J. 粮食与饲料工业, 2007(4): 27-28. 17 黄传海. 颗粒饲料压制机环模强度探讨. 畜牧机械,1991(1):21-22.18 孟令启,张洛明,陈景运. 制粒机的压辊环模系统设计J. 机电产品开发与创新,2004,17(5):5-12.19 程俊军, 虞孝感, 唐琦.工业园区绿色化工程目标管理J. 南京理工大学报，2006,30(1): 117-121.20元炯亮. 清洁生产管理M. 北京：化学出版社, 200921 徐良辰. 环模制粒机自动润滑装置的研究J.徐州工程学院学报( 自然科学版),2010,25(1):73-75.

21、 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：本课题主要研究问题：了解目前国内外环模制粒机现有的结构、原理，并进行归纳、分析。在研究现有环模制粒机机械结构的基础上，确定清洁化环模制粒机优化结构，绘制样机三维结构图与工程图。最后应用有限元分析软件对关键部件进行性能分析与强度校核。拟采用的手段：（1）文献查阅：通过图书馆和网络等途径收集文献资料，并进行阅读整理，从而来了解国内外环模制粒机现状。（2）问题咨询：遇到问题时及时与指导老师或者学长沟通询问，主动向指导老师汇报自己近期的研究成果，并请求老师给予指导。（3）使用SolidWorks绘制出环模制粒机三维结构图与工程图。（4）运用Ansys软件对环模制粒机关键部件进行强度校核，并完成性能分析报告。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语：2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测： 指导教师： 年 月 日所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日