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四川大學(xué)錦江學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）
設(shè) 計(jì) 題 目: 飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)
院 系 名 稱: 機(jī)電工程學(xué)院
專 業(yè) 班 級(jí):
學(xué) 生 姓 名:
導(dǎo) 師 姓 名:
完 成 時(shí) 間: 2014 年 4 月 30 日
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【摘 要】：本產(chǎn)品主要針對(duì)飼料的攪拌而設(shè)計(jì)。根據(jù)產(chǎn)品的主要攪拌對(duì)象與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)命名為塊狀物質(zhì)立式攪拌棒飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)。文章首先介紹了飼料的現(xiàn)狀及一些相關(guān)內(nèi)容，然后說明飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)的發(fā)展史以及目前國內(nèi)現(xiàn)狀和未來的發(fā)展方向，并根據(jù)產(chǎn)品的性能等要求，說明產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案由來。在飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)過程中，對(duì)主要的部件進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，并根據(jù)飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)的性能確定了V帶、齒輪、電機(jī)、軸的具體參數(shù)。再根據(jù)這些參數(shù)繪制出了飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)的裝配圖，同時(shí)論文對(duì)其他的部件也進(jìn)行了說明，如：進(jìn)料口、攪拌棒等。此產(chǎn)品的主要優(yōu)點(diǎn)在于物料攪拌均勻，能耗低等。詳細(xì)信息請(qǐng)參考本文。
【關(guān)鍵詞】：塊狀物質(zhì) 飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī) 攪拌棒 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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[Abstract]: This product mainly for feed and mixing design. According to the product's main stirring object and its internal structure named clumps of vertical mixing rod mixer. This paper firstly introduces the present situation of feed and some related content, then explains the development history and the current status of the mixer and the future direction of development, and according to the product performance requirements, the design scheme of product origin. In the design process of mixer, the main part of the detailed design, and to determine the specific parameters of the V belt, gear, electric motor, shaft according to the performance of mixer. Then according to the parameter drawing assembly drawing mixer, the other parts are also described, such as: inlet, a stirring bar. The main advantage of this product is uniform mixing of materials, low energy consumption.
[keyword]: rod structure design of bulk material mixer
目 錄
緒論 1
1 設(shè)計(jì)概述 2
1.1傳動(dòng)方案的選擇 2
1.1.1 鏈傳動(dòng) 2
1.1.2齒輪傳動(dòng) 2
1.1.3 蝸桿傳動(dòng) 2
1.1.4 帶傳動(dòng) 2
1.2 飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)類型及特點(diǎn) 3
1.3立式和臥式飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)性能比較 4
1.4飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)的發(fā)展方向 5
1.5本次設(shè)計(jì)思路 7
2飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)的理論與要求 8
2.1非金屬性能 8
2.2飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8
2.3飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)的工作原理 10
3飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)的設(shè)計(jì) 11
3.1電機(jī) 11
3.2傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 12
3.2.1動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算 12
3.2.2帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 13
3.2.3齒輪結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 15
3.2.4軸的初步計(jì)算 20
3.2.5初選聯(lián)軸器和軸承 24
3.3飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)的主體設(shè)計(jì) 25
3.3.1中心軸及攪拌棒 25
3.3.2筒體 26
3.3.3進(jìn)料口和出料口 26
3.3.4攪拌棒 27
3.3.5旋轉(zhuǎn)擋板 27
4 機(jī)體的設(shè)計(jì) 29
4.1對(duì)機(jī)架結(jié)構(gòu)的基本要求 29
4.2 機(jī)架的結(jié)構(gòu) 30
4.3 橫梁設(shè)計(jì) 32
4.4 機(jī)架的基本尺寸的確定 34
4.5 架子材料的選擇確定 34
4.6 主要梁的強(qiáng)度校核 35
總 結(jié) 37
參考文獻(xiàn) 38
致 謝 39
緒論
隨著中國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，人民生活質(zhì)量的提高，生產(chǎn)和畜產(chǎn)品消費(fèi)量也相應(yīng)增加；同時(shí)，國家也越來越重視現(xiàn)代農(nóng)業(yè)和增加投資建設(shè)，破碎的塑料和其他農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械的需求增加。
目前，奶牛養(yǎng)殖生產(chǎn)集約化，現(xiàn)代化水平的不斷提高，飼養(yǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，飼料加工設(shè)備的乳品業(yè)的要求越來越高。然而，在這一階段，我國大部分地區(qū)中小企業(yè)仍采用傳統(tǒng)的混合器，混合器，設(shè)備陳舊，技術(shù)落后，生產(chǎn)水平很低，顯然不能滿足現(xiàn)代市場競爭
近年來，在帶動(dòng)一系列國家發(fā)展，當(dāng)前的自動(dòng)送料機(jī)產(chǎn)業(yè)是歷史上最好的時(shí)期，一般價(jià)值形式，在五年的持續(xù)快速增長，出現(xiàn)了蓬勃發(fā)展的生產(chǎn)和銷售形勢喜人。同時(shí)，2007，國家將繼續(xù)增加補(bǔ)貼購買農(nóng)產(chǎn)品，但也與該廠技術(shù)國家與地方政府研究，企業(yè)的收入將增加，減輕負(fù)擔(dān)，減少開支。這些因素將使碎塑料和其他農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械有較大幅度的增長的需求。
近10a來, 隨著飼料添加劑工業(yè)和成套飼料加工設(shè)備的發(fā)展, 對(duì)混合機(jī)的要求越來越高。一般說來,要求混合精度高(混合變異系數(shù)CV 為5% )、混合速度快、能耗低、粉塵密封性好、裝載系數(shù)大、出料干凈、噪音小、操作容易、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、清洗維修方便和使用壽命長, 以及對(duì)不同物性混合料有較好的適應(yīng)性和混合后的制劑不產(chǎn)生離析分層現(xiàn)象, 對(duì)某些混合料還要求不產(chǎn)生混合過熱等。
為了適應(yīng)混合要求, 飼料加工中使用的混合機(jī)型多樣。按不同分類觀點(diǎn)劃分, 有單軸結(jié)構(gòu)與雙軸結(jié)構(gòu), 有立式與臥式, 有分批式與連續(xù)式, 有錐形、V 形或圓筒形, 有攪拌式與無攪拌式。另外, 還可劃分為兩大類: 一是容器回轉(zhuǎn)型, 如滾筒型、V 型、雙圓錐型、正立方型或S 型; 二是容器固定型, 如臥式螺帶型、立式螺帶型、行星型、犁刀型、錐式螺帶型和無重力型。
這些類型的混合機(jī)各有各的特點(diǎn)及其適用范圍,混合速度有快有慢, 混合精度有高有低。其中, 雙軸漿葉式、螺帶式、螺帶和漿葉組合式混合機(jī)、雙螺帶混合機(jī)等機(jī)型是近年來普遍選用的機(jī)型。
基于混合機(jī)性能和價(jià)值等各方面的考慮, 臥式混合機(jī)的性能條件和要求為: 混合均勻度高( CV 可達(dá)3% ) , 速度快; 裝填量可變范圍大; 出料采用底卸大開門結(jié)構(gòu), 排料迅速、無殘留; 出料門密封可靠, 無漏料現(xiàn)象; 出料可采用氣動(dòng)和電動(dòng)兩種形式; 混合過程溫和, 不會(huì)產(chǎn)生偏析, 不會(huì)破壞物料的原始物狀態(tài); 在同一混合機(jī)內(nèi)能混合不同批量物料, 占用空間少, 易與電子秤實(shí)現(xiàn)連鎖控制; 可用于全價(jià)料、補(bǔ)充料和預(yù)混料的生產(chǎn)。該類混合機(jī)已是一般飼料廠選用混合機(jī)的理想目標(biāo)。
1 設(shè)計(jì)概述
1.1傳動(dòng)方案的選擇
1.1.1 鏈傳動(dòng)
1)優(yōu)點(diǎn): 沒有滑動(dòng), 傳動(dòng)尺寸比較緊湊, 張緊力小, 傳動(dòng)效率高。
2)缺點(diǎn): 瞬時(shí)速度不均勻, 只能用于平行間的傳動(dòng), 不宜在載荷很大和急促反向的傳動(dòng)中應(yīng)用, 工作時(shí)有噪音, 制造費(fèi)用較高。
3)適用范圍: 適用于農(nóng)業(yè)、采礦、冶金、起重、運(yùn)輸、石油和化工等各種機(jī)械的動(dòng)力傳動(dòng)。
1.1.2齒輪傳動(dòng)
1)優(yōu)點(diǎn): 工作可靠, 使用壽命長, 瞬時(shí)傳動(dòng)比為常數(shù), 傳動(dòng)效率高, 結(jié)構(gòu)緊湊, 功率和速度的適用范圍十分廣泛。
2)缺點(diǎn): 齒輪制造需用專用機(jī)床和設(shè)備, 成本較高, 精度低時(shí)振動(dòng)和噪音較大, 不宜用于軸間距離大的傳動(dòng)。
3)適用范圍: 適用于各類機(jī)械。
1.1.3 蝸桿傳動(dòng)
1)優(yōu)點(diǎn): 結(jié)構(gòu)緊湊、工作平穩(wěn)、無噪音、沖擊振動(dòng)小, 有很大的單級(jí)傳動(dòng)比。
2)缺點(diǎn): 效率低, 價(jià)格昂貴。
3)適用范圍: 廣泛用于機(jī)床、機(jī)車、儀器、冶金機(jī)械以及其它機(jī)械制造部門中。
1.1.4 帶傳動(dòng)
1)優(yōu)點(diǎn): 能緩和載荷沖擊, 運(yùn)行平穩(wěn), 無噪音, 制造安裝精度低, 過載時(shí)帶輪上的帶打滑, 防止其他零件的損壞。
2)缺點(diǎn): 有彈性滑動(dòng)和打滑, 使效率降低, 且不能保持準(zhǔn)確的傳動(dòng)比, 帶的壽命短。
3)適用范圍: 應(yīng)用范圍十分廣泛, 可用于各類傳動(dòng)中。通過對(duì)各傳動(dòng)(鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)、帶傳動(dòng)等)的優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍的比較, 以及對(duì)各傳動(dòng)的適用性和經(jīng)濟(jì)性的比較, 選擇比較適合該混合機(jī)的帶傳動(dòng)。
1.2 飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)類型及特點(diǎn)
（1）臥式飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)原理及特點(diǎn)
TMR臥式飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)核心部件一般由2 根或3根水平且平行布置的攪龍和攪龍倉構(gòu)成，根據(jù)需要還可以配備自動(dòng)取料裝置。臥式攪龍飼料攪拌倉如圖1-1，主攪龍轉(zhuǎn)葉上配置有特殊圓刀和長圓刀如圖1-2，主攪龍?jiān)O(shè)有3段不同形狀的攪拌葉片。第一段是送料段，第二段是混合段，多個(gè)葉片按螺旋線間隔排列，第三段為物料出口段，葉片較寬。另外，在主攪龍混合段葉片上裝有動(dòng)力刀片，轉(zhuǎn)動(dòng)中與箱體側(cè)面定刀片對(duì)物料產(chǎn)生剪切和揉搓作用。
圖1-1 攪龍倉結(jié)構(gòu)圖 圖1-2 主攪龍
物料按配方稱質(zhì)，從底部或上部進(jìn)入箱內(nèi)，靠重力落入箱底。啟動(dòng)主攪龍旋轉(zhuǎn)，攪龍的第一段將物料向前推進(jìn)到第二段，速度有所減緩，增加了橫向攪拌混合作用，在動(dòng)、定刀片的共同作用下，切割攪拌物料。物料繼續(xù)向前進(jìn)入第三段，物料向前、向上堆積進(jìn)入副攪龍工作區(qū)，副攪龍為左旋，由物料由前向后輸送，在重力作用下，物料再次進(jìn)入主攪龍工作區(qū)，進(jìn)行再次推進(jìn)、攪拌、并逐漸向后移動(dòng)至混合均勻。
其優(yōu)點(diǎn)是攪拌時(shí)間短，尤其適合比重差異較大、較松散、含水率相對(duì)較低的物料混合；另外，臥式TMR 混合攪拌設(shè)備外形通常較窄、較低，通過性好，也易于裝料。其缺點(diǎn)是在處理、切割大草捆時(shí)不如立式飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)快速，且攪龍容易磨損；容積相同的情況下，臥式飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)的配套動(dòng)力一般大于立式飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)[1]。
（2）立式飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)原理及特點(diǎn)
立式TMR飼料飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)核心部件主要由料箱、底板、螺旋套筒、錐形螺旋葉片和刀片組成。螺旋套筒中安裝有傳動(dòng)軸，用來傳遞動(dòng)力，帶動(dòng)螺旋套筒旋轉(zhuǎn)。其結(jié)構(gòu)如圖1-3示。
混合時(shí)飼料以先粗后精的加料順序，按照干草、青貯、糟渣類、精料順序加入，邊加料邊混合，其混合過程包含多種混合形式。立式TMR飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)的螺旋攪龍呈錐形，通常由2～ 3片螺旋葉片焊接在螺旋套筒上組成，其底部葉片直徑與料箱直徑幾乎相等。攪龍推動(dòng)飼料轉(zhuǎn)動(dòng)2—3圈，可將飼料從底部推至頂部，由于攪龍的錐形結(jié)構(gòu)，物料在上升過程中，葉片承載面積逐漸減小，而料箱頂部的空間很寬大，使得一部分物料被推至頂部下落到料箱底部，而另一部分在上升過程中就向周圍拋灑，落至料箱底部。隨著攪龍的旋轉(zhuǎn)，物料不斷被翻運(yùn)，形成強(qiáng)烈的對(duì)流混合。由于攪龍周圍也填滿了物料，所以物料在隨攪龍旋轉(zhuǎn)和上升的過程中，與周圍物料摩擦形成剪切面，物料在升運(yùn)過程中與周圍物料發(fā)生剪切混合。物料在隨攪龍旋轉(zhuǎn)的過程中，當(dāng)?shù)竭_(dá)某一轉(zhuǎn)速時(shí)，由于離心力的作用使物料沿螺旋套筒徑向方向具有一分速度，受周圍物料的阻礙，而與周圍物料發(fā)生擴(kuò)散混合。以上三種混合方式是立式TMR飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)物料混合的主要形式。為了在混合時(shí)能夠處理長草，通常在螺旋攪龍上安裝有動(dòng)刀片，為了提高切割作用，還可在料箱上裝有長度可調(diào)的定刀。飼料在攪龍、切刀的綜合作用下不斷的被剪切、揉搓、攪拌作用下快速混合均勻。
其優(yōu)點(diǎn)是可以迅速打開并切碎大型圓、方形草捆，但混合時(shí)間較長(一般20min/批左右)，比較適合含水率相對(duì)較高、粘附性好的物料混合。立式飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)一般使用壽命較長，圓錐型料箱無死角，卸料時(shí)排料干凈，不留余料[1]。
1.3立式和臥式飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)性能比較
下面我們分別從價(jià)格、攪拌效果、攪拌時(shí)間、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等方面對(duì)臥式和立式飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)進(jìn)行比較 ，見表1.1。
表1.1 臥式、立式飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)性能比較
機(jī)型
性能指標(biāo)
臥式飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)
立式飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)
相同容積的TMR飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)價(jià)格
較高
較低
攪拌均勻程度
相同
相同
每批次攪拌時(shí)間
約為12～15分鐘
約為15～20分鐘
飼料處理能力
整捆草料或大塊青貯甚至?xí)逊e在絞龍上方
能夠處理整捆草料
飼料裝載
相對(duì)容易
相對(duì)較難
結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
臥式機(jī)型需要鏈條傳動(dòng)，加工過程中負(fù)荷很大，鏈條壽命短，需要不斷更換
立式機(jī)型的每根絞龍只有一個(gè)驅(qū)動(dòng)齒輪箱，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高
相同容積飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)消耗動(dòng)力
大
小
可靠性
臥式機(jī)型因其絞龍過長，飼料橫壓在絞龍上，絞龍和絞龍軸承容易變形或開焊，加大了維護(hù)成本
立式機(jī)型因其結(jié)構(gòu)簡單，故而故障率低，可靠性高
損耗性
容易損耗
不易損耗
卸料
困難
方便
目前在歐美市場銷售的飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)中，有70～80％是立式機(jī)型。立式絞龍呈錐形，其底部葉片直徑與料箱直徑幾乎相等，絞龍推動(dòng)飼料轉(zhuǎn)動(dòng)2至3圈，就可將飼料從底部推至頂部，而料箱頂部的空間很寬大，被推至頂部的飼料落回底部，從而不斷循環(huán)切割、攪拌。它不僅能處理大草捆，而且可以勝任所有飼料配方，容積可以達(dá)到很大，最大可達(dá)45m3。
1.4飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)的發(fā)展方向
未來飼料原料或材料總的發(fā)展趨勢是高純、超細(xì)和功能化。以高純超細(xì)飼料深加工原料為龍頭，綜合開發(fā)利用各種非金屬礦產(chǎn)。雖然可以通過化學(xué)合成法制備高純超細(xì)粉體，但萬惡過高，至今未能用于工業(yè)化生產(chǎn)。獲得超細(xì)粉體的主要手段仍然是機(jī)械攪拌方式，用機(jī)械方式制取超細(xì)粉體所依賴的超細(xì)攪拌與分級(jí)技術(shù)的難度不斷增大，其研究深度永無止境。超細(xì)攪拌技術(shù)是多方面技術(shù)的綜合，其發(fā)展也有賴于相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，如高硬高韌耐磨構(gòu)件的加工、高速軸承、亞微米級(jí)顆粒粒度分布測定等。因此，超細(xì)攪拌技術(shù)的發(fā)展應(yīng)集中在以下幾個(gè)方面：
（1） 開發(fā)與超細(xì)攪拌設(shè)備相配套的精細(xì)分級(jí)設(shè)備及其它配備設(shè)備。超細(xì)攪拌與分級(jí)設(shè)備相結(jié)合的閉路工藝，可以提高生產(chǎn)效率，降低能耗，保證合格產(chǎn)品粒度?？梢哉f，大處理量、高精度分級(jí)設(shè)備是超細(xì)攪拌技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。要更多地從整個(gè)工藝系統(tǒng)的角度來進(jìn)行研究與開發(fā)，在現(xiàn)有攪拌設(shè)備的基礎(chǔ)上改進(jìn)、配套和完善分級(jí)設(shè)備、產(chǎn)品輸送設(shè)備等其它輔助工藝設(shè)備。
（2） 提高效率，降低能耗，不斷提高和改進(jìn)超細(xì)攪拌設(shè)備。超細(xì)攪拌技術(shù)的關(guān)鍵是設(shè)備，因此，首先要開發(fā)新型超細(xì)攪拌設(shè)備及其相應(yīng)的分級(jí)設(shè)備，后者似乎更為迫切。助磨劑和表面活性分散劑將應(yīng)用于超細(xì)攪拌工藝中。
（3） 設(shè)備與工藝研究開發(fā)一體化。超細(xì)攪拌與分級(jí)設(shè)備必須適應(yīng)具體物料特性和產(chǎn)品指標(biāo)，規(guī)格型號(hào)多樣化，而不存在對(duì)任何物料都是高義萬能的超細(xì)攪拌與分級(jí)設(shè)備。
（4） 開發(fā)多功能超細(xì)攪拌和表面改性設(shè)備。如將超細(xì)攪拌和干燥等工序結(jié)合、超細(xì)攪拌與表面改性相結(jié)合、機(jī)械力化學(xué)原理與超細(xì)攪拌技術(shù)相結(jié)合，可以擴(kuò)大超細(xì)攪拌技術(shù)的應(yīng)用范圍。借助于表面包覆、固態(tài)互溶現(xiàn)象，可制備一些具有獨(dú)特性能的新材料。
（5） 開發(fā)研究與超細(xì)攪拌技術(shù)相關(guān)粒度檢測和控制技術(shù)。超細(xì)攪拌的粒度檢測和控制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)超細(xì)粉體工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)的重要條件之一。粒度測試儀器和測定的控制技術(shù)，是與超細(xì)攪拌技術(shù)密切相關(guān)的，必須與這些領(lǐng)域的專家聯(lián)合攻關(guān)。
現(xiàn)代工程技術(shù)將需要越來越多的高純超細(xì)粉體,超細(xì)攪拌技術(shù)在高新技術(shù)研究開發(fā)中將起著越來越重要的作用。
在未來相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)仍將以機(jī)械攪拌方式為主，多種攪拌設(shè)備和攪拌工藝同時(shí)發(fā)展，太和和產(chǎn)品品種多這一特點(diǎn)決定了飼料攪拌加工技術(shù)和設(shè)備的多樣性發(fā)展。
1.5本次設(shè)計(jì)思路
由于攪拌技術(shù)及其設(shè)備的應(yīng)用廣泛，所涉及的領(lǐng)域有化工、建材、電子、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、造紙等，被攪拌的物料也是多種多樣，再加上現(xiàn)代高新技術(shù)的發(fā)展對(duì)材料的深加工提出的要求越來越高，如粒度為均勻化、品質(zhì)高純度、粉體形狀的特護(hù)要求等等，這些因素都促使超細(xì)攪拌技術(shù)及其設(shè)備向跟高更遠(yuǎn)的方向發(fā)展。雖然各個(gè)領(lǐng)域的超細(xì)攪拌設(shè)備個(gè)不一樣，但其設(shè)計(jì)思路主要圍繞以下幾點(diǎn)：
1)原理上考慮提高有效攪拌能，大多采用沖擊、剪切、摩擦等力的綜合作用進(jìn)行超細(xì)攪拌；
2)結(jié)構(gòu)采用超細(xì)攪拌一分級(jí)一體型式，利用高效氣流分級(jí)裝置不僅可以提高其微細(xì)化粒度，而且可以實(shí)現(xiàn)粒度分布均勻化或特定化；
3)攪拌產(chǎn)品流動(dòng)性好、純度高。
2飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)的理論與要求
2.1非金屬性能
非金屬材料的密度較鋼、鐵、銅、鉛等金屬材料小得多，有些比鋁、鎂、鈦等還輕。按比強(qiáng)度(強(qiáng)度/比非金屬材料重)計(jì)算，有的纖維樹脂復(fù)合材料的常溫比強(qiáng)度超過高強(qiáng)度鋼和高強(qiáng)度鋁。這些材料被用來制造手輪、手柄、支架、罩殼、儀表板等一般輕質(zhì)結(jié)構(gòu)件，也可用來制造飛機(jī)機(jī)翼和葉片、整體船艇、汽車車身和傳動(dòng)軸、高速紡織綜框、高壓容器等高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件，這樣可以減輕自重、增加運(yùn)載能力或提高運(yùn)行速度、節(jié)約能源。
某些無機(jī)非金屬材料因硬度高而耐磨，如用金剛石、 碳化硅、 剛玉等制作的砂輪、砂布(紙)、油石、研磨劑和刀具，可供磨削和切削之用;有些材料因有高彈性而耐磨，如橡膠輪胎和運(yùn)輸皮帶能抵抗泥沙、礦石、煤炭等顆粒的磨損;有些材料借其自身固有的潤滑性能和低摩擦系數(shù)而能減少摩擦和磨損，如塑料、石墨、氮化硅等制成的軸承、導(dǎo)軌、活塞環(huán)、密封圈等機(jī)械零件，能在無油干摩擦或少油潤滑條件下安全運(yùn)行，這對(duì)忌油脂或不便供給油潤滑的場合特別有利。
耐腐蝕材料,如陶瓷、搪瓷、石墨、鑄石、塑料等的大多數(shù)品種，都能耐酸、堿、鹽、有機(jī)溶劑和很多其他化學(xué)藥品。非金屬材料實(shí)驗(yàn)機(jī)如不透性石墨能抵抗?jié)馑岷蜐鈮A，聚四氟乙烯塑料則幾乎能耐所有化學(xué)藥品，甚至在氧化性最強(qiáng)的沸騰王水中也不受侵蝕。這些材料適于制造化工用的容器、塔器、鼓風(fēng)機(jī)、泵、管、閥等機(jī)械設(shè)備和零部件。
密封材料,如橡膠、塑料、石棉和柔性石墨等因有良好的柔性和彈性而適于制造動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的密封零件，如壓縮機(jī)的活塞環(huán)、密封填料、O型和V型密封圈等。20世紀(jì)60年代以來，還出現(xiàn)了一種以樹脂或橡膠為基體、稱為液體密封膠的密封材料，適用于各種靜態(tài)密封，使用方便。
電絕緣材料,如橡膠、塑料、陶瓷、石棉、云母、玻璃布層壓板(屬復(fù)合材料)都是應(yīng)用廣泛的。
2.2飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
本次設(shè)計(jì)的是立式攪拌棒飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)。立式機(jī)械沖擊飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)軸豎直設(shè)置，在驅(qū)動(dòng)軸上有不同梯度的攪拌棒回轉(zhuǎn)進(jìn)行物料的攪拌。
機(jī)械沖擊飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)有立式和臥式之分，結(jié)構(gòu)分別如圖2—1（a）、（b）所示
（a）臥式飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī) （b）立式飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)
圖2—4 飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)示意圖
從圖中可以看出，立式結(jié)構(gòu)在空間利用率、飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)的安裝穩(wěn)定性等方面都具有明顯的優(yōu)勢。另外，從實(shí)踐中可知，立式結(jié)構(gòu)的飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)，物料從進(jìn)料口進(jìn)入攪拌室進(jìn)行攪拌再從出料口出物料，這一過程中物料受重力的作用，可以更方便的攪拌和排出物料，因而攪拌充分且效率高，粒度要求容易滿足；還由于其軸是豎直安裝，因而其軸承及其它密封裝置所受的縱向力要小，使用壽命要長。因此本人選取立式飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)，其圖如下
圖2—5 立式飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖[16]
1—電機(jī) 2—變速器 3—小帶輪 4—大帶輪 5—篩網(wǎng) 6—中心軸
7—攪拌棒 8—旋轉(zhuǎn)擋盤9—軸承 10—軸承蓋
2.3飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)的工作原理
破碎理論是解決物料攪拌與能量消耗關(guān)系的理論基礎(chǔ)，探索物料攪拌狀態(tài)與能量消耗之間的內(nèi)在聯(lián)系，對(duì)指導(dǎo)制造更有利于攪拌、更節(jié)能的攪拌設(shè)備，對(duì)降低能耗、節(jié)約能源有重要的理論研究價(jià)值和重大的現(xiàn)實(shí)意義。自19世紀(jì)，提出了破碎理論的新概念以來，到上個(gè)世紀(jì)80年代加巴洛夫從結(jié)構(gòu)化學(xué)的角度研究了攪拌能耗問題。破碎理論經(jīng)過100多年的發(fā)展與完善，在攪拌領(lǐng)域起著重要的指導(dǎo)作用。但這些理論都在一定程度上存在不足及其局限性，從實(shí)際使用出發(fā)，三大攪拌理論都有各自的適用范圍，具有一定的片面性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有的理論落后于實(shí)踐，傳統(tǒng)破碎理論的缺陷與不足日顯突出，在許多領(lǐng)域已不能起到指導(dǎo)作用。為此，尋求更合理、更準(zhǔn)確、更能反映實(shí)際攪拌狀態(tài)的破碎理論已迫在眉睫。物料變形、破碎過程十分復(fù)雜、它不是一個(gè)孤立系統(tǒng)，而是一個(gè)與外界有物質(zhì)和能量交換的開放系統(tǒng)，也是一個(gè)由穩(wěn)態(tài)一漸變一突變的螺旋式演變過程，同時(shí)伴隨聲、熱等能量的耗散。要完整建立系統(tǒng)，建立物料攪拌功耗方程，需要多學(xué)科的理論做基礎(chǔ)，在多學(xué)科交叉融合的前提下，來建立功耗方程才可能更完善和全面，才能揭示物料攪拌這一復(fù)雜系統(tǒng)的內(nèi)在演變機(jī)理。
立式飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)采用多口進(jìn)料，增大了物料進(jìn)入攪拌室的第一次打擊面，喂料輪將物料均勻分散地送至攪拌室進(jìn)料口，從而使攪拌過程均勻自如。轉(zhuǎn)子為水平狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)工作，轉(zhuǎn)子財(cái)團(tuán)360度范圍及下方均為篩板，因而篩理面積大。進(jìn)料裝置無需配備吸風(fēng)系統(tǒng)，這樣即節(jié)省了這部份電耗，又解決了由于吸風(fēng)系統(tǒng)故障而產(chǎn)生的攪拌效率低下的問題。但當(dāng)篩網(wǎng)孔小于4mm時(shí)應(yīng)考慮采用吸風(fēng)裝置。因?yàn)闇囟容^低時(shí)容易產(chǎn)生粉塵，出料口采用吸風(fēng)裝置，攪拌效率會(huì)有所提高。立式飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)可配變頻器以實(shí)現(xiàn)喂料量的自動(dòng)調(diào)控，使主電機(jī)始終保持在額定負(fù)荷狀態(tài)下工作，以獲得最經(jīng)濟(jì)加工手段。與臥式飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)相比，立式飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)的重要重力作用比較明顯，物料從攪拌室頂部進(jìn)料口萍時(shí)，其運(yùn)動(dòng)軌跡正好與旋轉(zhuǎn)的攪拌棒的運(yùn)動(dòng)軌跡垂直相交，加上有多個(gè)進(jìn)料口同時(shí)進(jìn)料，因而物料擊中率較高。由于轉(zhuǎn)子上下層存在長短差異，在上層由較短的攪拌棒末端和篩網(wǎng)之間形成的預(yù)攪拌區(qū)內(nèi)，大部分物料就得到了攪拌或半攪拌，攪拌合格的物料迅速通過周圍360范圍的篩孔排出攪拌室。半攪拌或未攪拌的物料繼續(xù)下落，落入轉(zhuǎn)子下層的主攪拌區(qū)，于下層攪拌棒對(duì)物料繼續(xù)施加沖擊力外，還入得研磨力等聯(lián)合作用，以使物料得到進(jìn)一步的攪拌。
3飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)
本文第二章已經(jīng)為飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了初步的設(shè)計(jì)?，F(xiàn)在我們將對(duì)飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)的各組成零部件進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)，其中包括電機(jī)的選擇，傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)及攪拌執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算。
本次設(shè)計(jì)主要是攪拌和篩選飼料，達(dá)到所需的粒度要求來進(jìn)行更好的利用。
已知混合容量：5m3；
最大負(fù)荷（25km/h）：5000kg
3.1電機(jī)
傳動(dòng)效率： =0.99=0.90
飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為
選電機(jī)時(shí)，令最大物料質(zhì)量m=5000kg，在5S內(nèi)飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)從轉(zhuǎn)速為0達(dá)到正常運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速10n/s。現(xiàn)計(jì)算如下：
物料看做是均勻分布在攪拌同中的，則其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
J=1/2mr2=1/2*20*0.3=3kg.m2
達(dá)到正常工作的轉(zhuǎn)速10n/s,物料所具有的能量為
E=1/2*J*ω=5916J ，t=2，則平均功率P=1183.2w，
由于傳動(dòng)總效率為η=0.9，故電機(jī)所需功率為
P=1314w
所以，選取電機(jī)功率為1.5 kW
其型號(hào)為：Y90L—4
其有關(guān)參數(shù)如下：
電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速 =1400r/min
額定功率P=1.5kW
電動(dòng)機(jī)伸出端直徑 D=24mm
3.2傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)
3.2.1動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算
總傳動(dòng)比及其分配
總傳動(dòng)比 ( 3-1)
———電機(jī)滿載轉(zhuǎn)速，———— 飼料自動(dòng)混合攪拌機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；
(3-2)
查閱相關(guān)資料，取i1=1.37 算得 i2=1.7 =3.17
i1———代表一對(duì)圓柱齒輪的傳動(dòng)比，i2———代表V帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比；
各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算
= 1400r/min
=
軸的功率計(jì)算如下
各軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率列表如下：
軸號(hào)
功率（Kw）
轉(zhuǎn)速n(r/min)
轉(zhuǎn)矩(N.m)
I
1.49
1400
10.16
II
1.43
1021
13.38
III
1.36
600
21.65
IV
1.30
189
65.69
3.2.2帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算
V帶型號(hào)和帶輪直徑設(shè)計(jì)
工作情況系數(shù) 由表11.5得 KA=1.2
計(jì)算功率：PC= KA*P=1.2*1.5=1.8KW (3-23)
=1.8KW
選帶型號(hào)： 由圖11.15 A型
小帶輪直徑： 由表11.6 =75mm
小帶輪的轉(zhuǎn)速：n1=1021r/min
大帶輪的直徑=（1-ε） 其中ε=0.01 (3-24)
大帶輪轉(zhuǎn)速： =600r/min
故 =115mm
計(jì)算帶長
求Dm Dm==100mm
求Δ Δ=(115-75)/2=20mm
中心矩a0：
(3-25)
則可取a0=300mm
計(jì)算帶的基準(zhǔn)長度：
L=Dm+2a+2a+ （3-26）
=3.14*100+2*300+20*20/300
=915.33mm
選擇帶的基準(zhǔn)長度：由圖11.4 =1400mm
求實(shí)際中心矩：
A=+ （3-27）
=300mm
A=300<586mm
(3-28)
(3-29)
=4512.5
=592.4
(3-30)
小帶輪包角：
=
=176.1>120 合格
(3-31)
帶速：
帶的根數(shù)：
由表11.8得 P0=0.6KW
由表11.7得 Kα=0.98
由表11.12得 KL=0.85
由表11.10得 ΔP=0.11
Z= =3.043 (3-32)
取 Z=3
求軸上的載荷：
張緊力
==115N
由表11.4得 q=0.1kg/m
軸上載荷
FQ=2*Z*F0Sin=608N
帶輪結(jié)構(gòu)：
大帶輪————腹板式
小帶輪————實(shí)心式
3.2.3齒輪結(jié)構(gòu)與傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
本設(shè)計(jì)采用的是圓柱齒輪
1.齒輪結(jié)構(gòu)尺寸：
小齒輪采用齒輪軸結(jié)構(gòu)
大齒輪采用鍛造結(jié)構(gòu)[12]，其結(jié)構(gòu)尺寸如下：
輪轂直徑=37mm
輪轂長度取L=49mm
2.選擇齒輪材料
小齒輪 45#鋼 調(diào)質(zhì) =260HB
大齒輪 45#鋼 調(diào)質(zhì) =240HB
3.初步計(jì)算
齒寬系數(shù)：由教材《機(jī)械設(shè)計(jì)》（邱宣懷編第五版，下同）
表12—13 取 =1.0
轉(zhuǎn)矩=9.55*106*p/*η=9986.3N/mm
接觸疲勞極限 由圖12.17c
=720Mpa
=590Mpa
初步計(jì)算接觸應(yīng)力［］：
取Ad值：由表12.16取Ad=82
初步計(jì)算小輪直徑d1：
(3-3)
=
=58mm 取d1=60mm
初步估計(jì)齒寬b = =50mm
4.齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算
圓周速度：
= (3-4)
=π*60*1400/60*1000=4.4m/s
精度等級(jí)：由表12.6得 8級(jí)精度
齒數(shù)Z和模數(shù)m
初選齒數(shù)=20， ==20*1.37=27.7
=20， =28
模數(shù)m
= =3. 取m=3
初選螺旋角
由表12.3 =2.5mm
cosβ≈1
使用系數(shù)：由12-9 =1.8
動(dòng)載荷系數(shù):由12.9 =1.15
齒間載荷分配系數(shù)：由圖12.10，先求 ==331.4N=331N （3-7）
*Ft/b=1.5*331/50=9.93N/mm<100N/mm = （3-8）
=1.83
Zε= 0.89 （3-9）
由此可得 =1.25 （3-10）
由表12-11，齒向載荷分布子系數(shù)（裝配時(shí)不作檢驗(yàn)調(diào)整）
=A+B+C*b （3-11）
= 1.17+0.16*0.852+0.61*51
=1.317
載荷系數(shù) (3-12)
=1.8×1.15×1.25×1.317
=3.41
彈性系數(shù)：由表12-12
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)：由圖12.16 =2.5
接觸應(yīng)力最小安全系數(shù)：由表12-14 =1.05
總工作時(shí)間（預(yù)期使用壽命15年，每年300個(gè)工作日，單班制，使用期限內(nèi)工作時(shí)間占50%）
T總=15*300*8*0.5=18000h
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NL 由表12.15
估計(jì)107
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