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1、 南 京 理 工 大 学毕业设计(论文)前期准备材料学 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 4 月3 日 制粒结构示意图1.1 环模制粒机主电机选择电动机是已经系列化的产品,在机械设计中,要根据工作载荷大小及性质、转速高低、启动特性、过载情况、工作环境、安装要求及空间尺寸限制和经济性等要求从产品目录中选择电动机的类型、结构形式、容量和转速,最后确定具体电动机型号。主电机通过齿轮环模转动,由于技术要求中制粒机试验样机功率为110KW,即取标准电机功率P=110KW。查阅中小型电机选
2、型手册,为了满足清洁化的要求,获得更高的效率,低的噪声和高的可靠性,最终确定选用Y315S-4电动机,额定功率110KW、额定转矩1.8Nm、转速1480r/min、效率92.5%、cos=0.89。1.2 环模设计 因为设计要求环模和压辊方便拆卸,在环模设计中考虑到模块化的设计需求,所以要考虑到环模与压辊的独立性、通用性和互换性。1.2.1 确定环模面积确定环模面积前首先需确定单位功率面积,它是指制粒机主电机每千瓦时所对应环模有效压带面积,是衡量制粒机性能的重要参数,也是设计制粒机的主要依据。参数过大或过小都会造成不必要的浪费。而制粒机单位功率面积大都凭经验估计,颗粒越难挤压单位功率面积越小
3、。依据国内外制粒机机型经验数据,单位功率面积取值范围在2040cm/KW,设计时常取30cm/KW。这样使压粒性能较稳定,可靠性好。根据单位功率面积,按照下式确定环模工作面 S=PA (1.1) 其中,A为单位功率面积,cm/KW;S为环模工作面积,cm。则环模工作面积计算为S=PA=110*30=3300(cm)。1.2.2 确定环模直径与宽度图1.1 环模简图环模直径D与环模宽度b之间的关系为b=(0.20.35)D=KD (1.2)其中,b为环模有效宽度,mm;D为环模内径,mm;K为环模宽径比。环模面积的计算公式为S=Db/100 (1.3)根据单位功率面积理论推导,环模内径D应在一最
4、佳范围内,由公式(1.2)和(1.3)得 (1.4) (1.5)根据经验,取K=0.3。计算并圆整,得出D=590mm,B=175mm。1.2.3 确定孔型、孔数和材料颗粒饲料被压辊从模孔中挤压出来,模孔决定颗粒的形状,有着非常重要的作用,目前模孔的形状有多种,如直形孔、压缩阶梯孔、释放阶梯孔、内锥形孔、外锥形孔等。环模的模孔深度与孔径的比值对制粒的质量和效率有非常大的影响。例如已确定模孔直径的环模,孔深增大,也就是深径比增大时,生产效率降低,制粒成本提高,但相对颗粒的硬度和密度也得到了提高;相反,孔深减小,深径比减小,则效率提高,成本降低,硬度和密度下降。查找相关资料得出,开口角=60,模孔
5、直径为6mm(一般在2.019.0mm)。为保证环模强度,模孔按照等边三角形分布,环模的开孔率选择为0.3(一般在0.20.35)。环模开孔率 (R/2)2n/S (1.6)R :环模孔径,n:环模总孔数,S:环模的工作区总面积从这个公式,我们可以理解,在孔径确定的情况下,环模孔数越多,环模开孔率越高。根据公式(1.6)得出n=3500考虑到环模在制粒过程中常常要与压辊和物料进行摩擦,物料在调质后在不同程度上均含有水分,也会产生不同程度的腐蚀效果,并且在制粒过程中压膜承受很大的压力,这种压力能引起压膜的即时损坏,超过工作时间也会造成压膜的疲劳损伤,所以环模材料选为X40Cr13,真空淬硬处理,
6、有较高的耐磨性、耐腐蚀性,硬度均匀,有较好的韧性。1.3 压辊设计在压辊设计中同样考虑到模块化的设计方向,在独立性、互换性及通用性上与环模的设计思想相同,环模和压辊在制粒系统里属于有特定功能的子系统,这些子系统可以作为通用性的模块和整个系统产生多样的组合类型,从而形成新的系统,进而制造不同种类的产品。1.3.2 压辊参数、材料压辊直径直接影响挤压物料时的摄取角,所以在尽可能大的条件下,采用较大直径的压辊。压辊直径d与环模内径D之间的关系为 (1.7)其中,d为压辊直径,mm;D为环模内径,mm;为辊径比。由目前主流环模机型辊径比的数据得到,=0.430.485,使两压辊间有装配的间隙,为了增大
7、摄取角,取=0.48,计算并圆整,得到压辊直径d=280mm。压辊宽度取为180mm,略大于环模有限宽度,以使压辊与环模进行高效地挤压成型。此外,为了保护环模,减少环模的磨损,压辊材料选用硬度低、韧性好的50Mn。1.4 主传动设计主传动方案采用直齿齿轮传动,相对于结构简单,价格低廉的皮带传动,齿轮优点在于工作可靠性强,使用寿命长,传动平稳,传递功率高,结构紧凑,功率和速度使用范围广泛,这更能体现出清洁化的设计理念。工作时,由主电机带动齿轮轴进行转动,进而带动大齿轮和环模转动,促使环模与压辊挤压成型颗粒饲料。1.4.1 确定齿型、精度等级、材料及齿数首先需要确定环模线速度及环模转速,进一步才能
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