[摘要]設(shè)計(jì)了一臺(tái)動(dòng)模直輥式平模
顆粒機(jī)，對(duì)顆粒機(jī)平模、壓輥、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和潤滑系統(tǒng)等核心零部件進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，并利用Solidworks軟件進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)。SKJ500型平模顆粒機(jī)具有使用壽命長、維護(hù)成本低、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)潤滑降溫效果好、高效節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，適合中小型飼料加工廠、養(yǎng)殖場(chǎng)及有機(jī)肥廠使用。
[關(guān)鍵詞]動(dòng)模直輥：平模；壓輥；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；潤滑系統(tǒng)；
0、引言
平模顆粒機(jī)主要適用于粗纖維造粒，在利用農(nóng)作物秸稈制作
生物質(zhì)成型顆粒燃料和畜禽顆粒飼料以及有機(jī)肥、復(fù)混肥造粒等領(lǐng)域具有非常廣泛的應(yīng)用。目前，國外顆粒設(shè)備制造已經(jīng)比較規(guī)范，如德國SALMATEC公司的MAXIMA顆粒機(jī)，奧地利ANDRITZ公司的Feed＆Biofuel系列顆粒機(jī)，都已實(shí)現(xiàn)了模塊化設(shè)計(jì)、自動(dòng)化控制，可以適應(yīng)多種原料，生產(chǎn)率高達(dá)30 t/h，壓輥可以快速、簡單、準(zhǔn)確地滾動(dòng)調(diào)整，但成本較高，同等生產(chǎn)能力的設(shè)備是國內(nèi)的5～10倍。磨輥式成型機(jī)分為
環(huán)模和平模成型機(jī)，國內(nèi)發(fā)展成熟的成型機(jī)產(chǎn)品主要是環(huán)模顆粒機(jī)，如國內(nèi)知名品牌的系列環(huán)模顆粒機(jī)，國內(nèi)平模顆粒機(jī)產(chǎn)量普遍偏低，一般不超過0.5t/h，且壓力小，壓輥和平模磨損較快，配件拆裝繁瑣，維護(hù)成本高，適合農(nóng)村居民小規(guī)模應(yīng)用。目前國內(nèi)平模顆粒機(jī)發(fā)展趨勢(shì)是大產(chǎn)量、低能耗、提高顆粒料外觀質(zhì)量、提高壓輥和平模使用壽命。
SKJ500型顆粒機(jī)是在研究國內(nèi)外平模顆粒機(jī)基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)平模顆粒機(jī)缺點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行研發(fā)設(shè)計(jì)的，屬于動(dòng)模直輥式平模顆粒機(jī)，該機(jī)生產(chǎn)率高、高效節(jié)能、壓輥和平模使用壽命長，對(duì)原料水分適應(yīng)性強(qiáng)，原料含水率可在15%～25%之間，適合中小型飼料加工廠、養(yǎng)殖場(chǎng)及有機(jī)肥廠使用。
1、結(jié)構(gòu)及工作原理
結(jié)構(gòu)：SKJ500型平模顆粒機(jī)主要由制粒機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和潤滑系統(tǒng)等組成。
制粒機(jī)構(gòu)主要由壓輥、平模、切刀、出料盤、鎖緊螺母、壓蓋、大螺母等組成。其中鎖緊螺母、壓蓋和大螺母用來調(diào)整平模和壓輥之間的間隙。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由電機(jī)、聯(lián)軸器、小錐齒輪、大錐齒輪、軸套、主軸、固定底座等組成。潤滑系統(tǒng)主要由電泵、減速箱箱體等組成。
工作原理：SKJ500型顆粒機(jī)的壓輥位置固定，壓輥隨輥軸自轉(zhuǎn)；平模隨軸套轉(zhuǎn)動(dòng)。在摩擦力的作用下，壓輥?zhàn)赞D(zhuǎn)。在平模和壓輥的強(qiáng)烈擠壓作用下，物料被逐漸壓實(shí)，被擠入平模模孔中，并在模孔中不斷受到后擠人物料的壓力，進(jìn)而穿出模孔，擠出成型。被擠出模孔的成型物料由切刀切割成一定長度的顆粒，最后從出料盤甩出。
更換不同孔徑的平模，可壓制不同直徑的成型物料。針對(duì)不同物料，可以通過調(diào)節(jié)壓輥與平模之間的間隙，從而調(diào)整擠壓力的大小。平模顆粒機(jī)無需配備加熱裝置，靠工作過程中擠壓、摩擦產(chǎn)生的熱能使物料溫度升高，軟化，進(jìn)而形成符合要求的成型物料。SKJ500平模顆粒機(jī)設(shè)計(jì)生產(chǎn)顆粒長度20～60mm，顆粒直徑φ2～φ10，生產(chǎn)率1.5～2t/h，配套動(dòng)力37 kW，整機(jī)質(zhì)量1.6t。
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)原料含水率為16%，出料顆粒φ6 mm，長50 mm時(shí)，該機(jī)與同類型代表性產(chǎn)品比較SKJ3-350A型平模顆粒機(jī)、SKJ420型平模顆粒機(jī)），其噸料電耗分別是55 kW·h/t、62kW·h/t .65kW - h/t，明顯提高了能量轉(zhuǎn)化和利用效率，具有節(jié)能高效的優(yōu)點(diǎn)。
2、關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)
平模顆粒機(jī)的關(guān)鍵零部件有平模、壓輥、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及潤滑系統(tǒng)。
2.1平模的設(shè)計(jì)
平模直徑500 mm，厚度25mm。常見的模孔主要有直形孔、階梯形孔、外錐形孔和內(nèi)錐形孔等，SKJ500型平模顆粒機(jī)選用直形孔結(jié)構(gòu)。
模孔壓縮比是指模孔的有效長度和模孔的最小直徑的比值，它是反映顆粒擠壓強(qiáng)度的一個(gè)指標(biāo)。壓縮比越大，擠出的顆粒越結(jié)實(shí)。該機(jī)型設(shè)計(jì)的顆粒直徑為5mm，選用壓縮比為5。
平模開孔率是指平模模孔總面積和平模有效總面積的比值，在考慮平模有足夠強(qiáng)度的條件下，盡量提高開孔率，平模表面上的開孔率為20%～30%，一般按等邊三角形布孔。
在設(shè)計(jì)時(shí)，將平模設(shè)計(jì)成對(duì)稱結(jié)構(gòu)，一面磨損，反裝后另一面也可以工作，可有效降低平模的維護(hù)成本。
作為顆粒機(jī)的核心原件，市場(chǎng)上銷售的平模，最常見的問題就是破裂、顆粒產(chǎn)量低、出粉率高、壽命短。國內(nèi)常用材料多為普通碳鋼與合金鋼，普通碳鋼質(zhì)量較差，合金鋼中以40Cr較為常見。但是，40Cr作為優(yōu)質(zhì)合金鋼，無論從機(jī)械性能還是熱處理后的硬度層上，都無法保證平模在高溫?cái)D壓的過程中的耐磨度，因此，本機(jī)的平模材料選用42CrMo超高強(qiáng)度鋼，該材料強(qiáng)度和韌性都很好，熱處理后硬度層深度可以達(dá)到2mm．硬度為HRC54～HRC56，具有良好的耐磨性和耐腐蝕性。該平模盤生產(chǎn)木屑顆粒時(shí)，單面使用壽命介于500～600h之間，生產(chǎn)動(dòng)物飼料時(shí)，單面使用壽命可以達(dá)到700h，比一般材料平模使用壽命提高一倍。極大地提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)降低了使用和維護(hù)成本。
2.2壓輥的總體設(shè)計(jì)
壓輥是主要易損件，其壽命長短直接影響到顆粒物料的質(zhì)量和生產(chǎn)成本，因此，合理設(shè)計(jì)并提高壓輥的使用壽命有重要意義。
顆粒機(jī)在造粒過程中，要求壓輥與平模之間保持一定的間隙，一方面使物料進(jìn)入模孔，一方面避免壓輥與平模直接接觸。該間隙隨物料類型不同而變化，一般在0.15mm左右。本設(shè)計(jì)選擇直輥壓輥，材料為20CrMnTi，表面滲碳，硬度HRC52～HRC54；輥軸材料40Cr，調(diào)質(zhì)處理，表面硬度為HB320。目前市場(chǎng)上常用壓輥材料是20Cr，還有27SiMn或Cr12MoV等。與以上材料相比，20CrMnTi滲透性好，經(jīng)滲碳淬火后具有硬而耐磨的表面與堅(jiān)韌的心部，具有較高的沖擊韌性，可承受中或重載荷及沖擊摩擦，可提高壓輥使用壽命一倍以上。
為使機(jī)器產(chǎn)能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，通過理論計(jì)算確定壓輥直徑為210mm，壓輥數(shù)量為4個(gè)。平模旋轉(zhuǎn)一周，物料受到4次擠壓作用，提高了對(duì)物料的擠壓力，同時(shí)增加成品壓實(shí)度和生產(chǎn)效率。
2.3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
SKJ500平模顆粒機(jī)是動(dòng)模式造粒，平模轉(zhuǎn)動(dòng)。壓輥位置不變，只圍繞輥軸自轉(zhuǎn)。
動(dòng)力通過電機(jī)和聯(lián)軸器傳遞給錐齒輪換向減速器，減速后的動(dòng)力傳遞給套在主軸外面的軸套，軸套帶動(dòng)平模轉(zhuǎn)動(dòng)。主軸不轉(zhuǎn)，主軸一端通過固定底座固定，另一端和輥軸連接，從而實(shí)現(xiàn)壓輥的位置固定，壓輥只隨輥軸白轉(zhuǎn)。
傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，電機(jī)選用西門子37 kW的6級(jí)電機(jī)，轉(zhuǎn)速982r/min，錐齒輪減速比6.5，軸套轉(zhuǎn)速140r/min。
2.4潤滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
SKJ500平模顆粒機(jī)各轉(zhuǎn)動(dòng)部件和軸承處都加注了潤滑油或潤滑脂，并安裝油嘴。此外，錐齒輪減速箱安裝了一套齒輪油體外循環(huán)裝置，在電泵的作用下，齒輪油被從減速箱底部抽出，經(jīng)過電泵循環(huán)后回流進(jìn)入減速箱，回流的齒輪油被噴射在大錐齒輪工作端面上。
通過減速箱齒輪油的體外循環(huán)，一方面可降低齒輪油溫升，另一方面提高了傳動(dòng)錐齒輪的潤滑效果。
3、SKJ500平模顆粒機(jī)的三維建模和裝配
利用SolidWorks軟件創(chuàng)建顆粒機(jī)各零部件模型，并裝配成整機(jī)。利用軟件模塊檢驗(yàn)各零部件的尺寸、強(qiáng)度等設(shè)計(jì)參數(shù)，并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)算例以檢驗(yàn)整機(jī)裝配情況。根據(jù)得到的參數(shù)，修改完善相對(duì)應(yīng)零部件的設(shè)計(jì)參數(shù)。
4、結(jié)論
平模顆粒機(jī)非常適用于粗纖維、大壓力的干法造粒，對(duì)物料水分要求不高。
(1)SKJ500型平模顆粒機(jī)采用動(dòng)模式擠壓造粒原理并選用西門子電機(jī)，與市場(chǎng)上代表性平模顆粒機(jī)相比，降低了噸料電耗，提高了生產(chǎn)效率；
(2)壓輥和平模是易損件，二者材料和熱處理工藝的合理選擇及平模兩個(gè)端面的對(duì)稱設(shè)計(jì)，有效提高了壓輥和平模的使用壽命。
(3)減速箱潤滑油體外循環(huán)的設(shè)計(jì)，既減少了潤滑油使用量，提高了潤滑效果，還有效降低了潤滑油溫升。
(4)利用SolidWorks軟件進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，建立三維模型并裝配整機(jī)進(jìn)行分析，降低了設(shè)計(jì)成本，提高了設(shè)計(jì)的可靠性。
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