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移動齧合式青飼料顆粒機設計及機架模態分析

發布時間：2020-05-14 11:12:12 |來源：網絡轉載

  1. 引言

隨著人們對能源耗損現象的日益重視，如何節能 已引起了人們的不斷關注。田間剩餘秸稈等物質未 能及時、有效地回收利用，造成了大量的生物能源浪費［1］;  而將田間秸稈製成青飼料，則可有效節能。傳統的青飼料顆粒機為非移動式，不能直接在田間進行 飼料製粒，是先將田間秸稈用粉碎機粉碎成粉末，而 後進行飼料製粒。原料運輸及防火、防腐、防黴等工 序導致了傳統製粒成本較高，使用範圍受到了限製， 不利於田間和戶外剩餘物的回收利用及節能。

針對傳統飼料製粒存在的問題，設計了一種移動

齧合式青飼料顆粒機。該機巧妙地利用了齒輪齧合原理，能在田間進行飼料製粒，大幅度降低了飼料顆粒加工能耗與成本［2］，便於運輸以及貯存，進而降低能耗［3］。

  1. 青飼料顆粒製備工藝流程

青飼料顆粒機的功能是: 以幹燥後的玉米秸稈為主，以麥麩、豆粕、草、稻殼等粉碎物為輔的剩餘物，經過機械加工，擠壓製備出具有規則的圓柱形的顆粒狀物。根據原料的含水率、長度、大小等情況和成型形狀的不同，其相應加工設備也會有所差異。

青飼料顆粒製備工藝總流程: 原料－ 鍘段－ 烘幹－

粉碎－攪拌－ 造粒－ 冷卻－ 打包。也就是以鮮草、鮮秸稈、麥麩、豆粕為原料，長莖稈的經過鍘草機鍘成小段莖稈，需要減少水分的莖稈被輸送到烘幹機加熱去除多餘的水分; 通過粉碎機將小段莖稈進行碎末屑加工，並進一步粉碎、切削、篩選，使加工的碎末屑達到飼料顆粒要求的精度; 再將加工好的碎末屑導送入飼料顆粒機中，采用環模擠壓方式加工出所需要的飼料顆粒。其加工流程如圖 1 所示。

 

顆粒機加工流程圖

本移動齧合式飼料顆粒機主要是由柴油機、機架、主軸係統、環模係統、進料係統及環模清理係統等部 分組成，如圖 2 所示。

 

移動齧合式飼料顆粒機的簡圖

1． 柴油機    2． 機架    3． 環模係統

4． 主軸係統    5． 進料係統    6． 環模清理係統圖 2 移動齧合式飼料顆粒機的簡圖

工作原理: 將已經調質攪拌好的碎末屑物料通過固定在機架上的進料係統導入環模係統，柴油機扭矩通過帶傳動經由主軸係統傳遞到環模，使其轉動。

在環模中，其內齒與壓輥齒輪為可相互齧合，環膜內齒頂和齒溝內開有一定錐度的模孔，由於齒輪的齧合運轉，對齒間物料產生巨大的擠壓力，迫使齒間的物料順著模孔從環模內側至外側被擠出，形成具有一定長度規格的圓柱條狀顆粒。與此同時，碎末屑在環模內部由於擠壓會粘附在內齒輪上麵，為了避免積累過多造成不良影響，環模清理係統也不停地給環模做清齒工作。

參考同類飼料顆粒機，整機的主要技術參數確定

如下:

外形尺寸( 長×寬×高) / mm: 1 558×1 671×1 000

顆粒直徑/ mm: 2． 5，3，4，5，6顆粒長度/ mm: 6 ～ 18

柴油機/ kW: 33

生產率/ kg·h－1 : 550 ～ 900

  1. 主要部件的設計及分析

3． 1    環模清理係統傳動裝置的設計

移動齧合式顆粒機環模清理係統傳動裝置采用柴油機－皮帶傳動－齒輪傳動－減速器－ 鏈條傳動。這種傳動方式雖然比較複雜，但是它充分利用了空閑空間和動力，而且通過各個減速機構，輸出速度達到了一定要求，可以改變各個傳動的傳動比的方式實現傳料速度的調節。最後，鏈條傳動采用了張緊機構，使得整個傳動運行平穩、安全可靠、效果好。

環膜清理機構結構組成圖

環模清理係統可對環模內齒輪齒根殘餘的一些粘結粉末進行清理，使這些粉末重新又掉在齧合擠壓區域，保證整個機器擠壓出粒順暢。環膜清理機構結構組成如圖 3 和圖 4 所示。環模清理機構固定於機架上，主要由直線導軌連接板、清理軸、凸輪盤、深溝球軸 61910 － 2LS 、推力軸、鏈輪、軸承座連接板及TBＲ16S－190 直線導軌副等組成。

 

環膜清理機構結構組成圖

  1. 直線導軌連接板    2． 清理軸    3． 凸輪盤    4． 深溝球軸承 61910－2LS
    1. 推力軸    6． 鏈輪    7． 軸承座連接板    8． 直線導軌副 TBＲ16S－190

圖 4   環模清理機構三維模型圖

柴油機驅動主軸轉動，通過鏈輪、渦輪減速器等傳 動裝置把動力傳送到該機構的鏈輪上，帶動推力軸，使  得安裝在推力軸上的凸輪盤和深溝球軸承隨之轉動， 由深溝球軸承、凸輪盤、清理軸組成等效的對心直推等 寬凸輪機構。這樣，清理軸帶著齒輪便會隨著凸輪盤  和深溝球軸承的轉動在環模裏做往返穿插運動。按照 實際工作要求，各個傳動設計參數如下:

柴油機實際轉速 n1 / r·min : 1 800 變速箱 NJ130Ⅲ檔速比 i1 : 1: 1． 69 皮帶傳動比 i2 : 300 /140 = 2． 14

壓輥齒輪與環模的內齒輪齧合傳動比 i3 : 72 /44 =1． 64

環模外齒輪與壓輥齒輪齧合傳動比 i4 : 33 /132 =0． 25

渦輪減速器 NMＲV040 傳動比 i5 : 25

鏈傳動選型: 鏈型 08A 型，節距為 12． 7

 

主鏈輪與從動鏈輪的傳動比 i6 : 1 計算得出鏈輪及推力軸轉速均為n2  = n1  / ( i1 ×i2 ×i3 ×i4 ×i5 ×i6 ) = 48． 60r /min

3． 2    機架的三維建模及模態分析

3． 2． 1    三維建模

機架由梁、柱、基座、斜撐等組焊件構成，以保證其它部件安裝時有足夠的剛度和強度。依據各位部件的布置設計要求，在三維軟件 SolidWorks 中建立了機架的裝配模型，然後將其 x _ t  格式導入到 ANSYS Workbench13．  0  進 行 分 析。 導 入 到  ANSYS   Work- bench13． 0 中的有限元模型

模態分析用於確定結構設計的振動特性，同時可以作為其他動力學分析問題的基礎［4］，如瞬態動力學分析、諧響應分析和譜分析。通過結構的模態分析， 可以有效地選擇合理的結構設計方案，並對其進行有 效的驗證［5］。固有頻率和振型是動載荷條件下結構 設計的重要參數，模態分析用於確定結構的固有頻率 和振型［6］。

    1. 定義屬性材料。機架的材料添加為結構鋼，彈性模量  2 × 105 MPa，泊 鬆 比 為  0．  3，屈 服 應 力 為 355MPa，屈服極限為 610MPa。
    2. 網格劃分。ANSYS  Workbench13． 0  為三維模型提供了 5 種網格劃分方法，分別為自動劃分網格、四麵體網格、六麵體域網格、掃掠網格和多區域網 格［7］。本次劃分網格為自動劃分，長度為默認，將機 架共劃分成 77 395 個節點、30 573 個單元。網格劃分模型如圖 6 所示。
    3. 施加約束條件。機器工作時，通過型鋼墊腳固定在地麵上，與型鋼連接處均為固定約束。
    1. 求解。機架的模態分析就是確定青飼料顆粒機機架的振動特性，得到其固有頻率和振型的過程。該顆粒機的前 6 階模態分析結果.

由振動特性可知: 機器運轉頻率為 30Hz，結合 6 階模態分析結果，1 階模態振型發生局部形變的頻率 54． 391Hz，與機器工作頻率相差甚遠，不會因共振而導致機械結構損壞及失效。

  1. 結論
    1. 在飼料工業中，應用柴油機取代電機驅動可以完全節省以往的飼料顆粒工藝和加工成本，使飼料顆粒真正實現移動式和高效化。
    2. 環模清理係統傳動裝置設計新穎，並充分利用剩餘空間將傳動裝置合理地安裝在機架上; 改變傳動比可以調節清理環模頻率，實現了較好的機械式傳動，並為以後的自動化設計提供了方便; 同時，大大地提高了生產率，延長了機器的壽命;

對顆粒機機體進行模態分析，為機架的優化設計、瞬態動力學分析、諧響應分析以及譜分析提供了依據。

 

 

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