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移動(dòng)嚙合式青飼料顆粒機(jī)設(shè)計(jì)及機(jī)架模態(tài)分析

發(fā)布時(shí)間：2020-05-14 11:12:12 |來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

  1. 引言

隨著人們對(duì)能源耗損現(xiàn)象的日益重視，如何節(jié)能 已引起了人們的不斷關(guān)注。田間剩余秸稈等物質(zhì)未 能及時(shí)、有效地回收利用，造成了大量的生物能源浪費(fèi)［1］;  而將田間秸稈制成青飼料，則可有效節(jié)能。傳統(tǒng)的青飼料顆粒機(jī)為非移動(dòng)式，不能直接在田間進(jìn)行 飼料制粒，是先將田間秸稈用粉碎機(jī)粉碎成粉末，而 后進(jìn)行飼料制粒。原料運(yùn)輸及防火、防腐、防霉等工 序?qū)е铝藗鹘y(tǒng)制粒成本較高，使用范圍受到了限制， 不利于田間和戶外剩余物的回收利用及節(jié)能。

針對(duì)傳統(tǒng)飼料制粒存在的問題，設(shè)計(jì)了一種移動(dòng)

嚙合式青飼料顆粒機(jī)。該機(jī)巧妙地利用了齒輪嚙合原理，能在田間進(jìn)行飼料制粒，大幅度降低了飼料顆粒加工能耗與成本［2］，便于運(yùn)輸以及貯存，進(jìn)而降低能耗［3］。

  1. 青飼料顆粒制備工藝流程

青飼料顆粒機(jī)的功能是: 以干燥后的玉米秸稈為主，以麥麩、豆粕、草、稻殼等粉碎物為輔的剩余物，經(jīng)過(guò)機(jī)械加工，擠壓制備出具有規(guī)則的圓柱形的顆粒狀物。根據(jù)原料的含水率、長(zhǎng)度、大小等情況和成型形狀的不同，其相應(yīng)加工設(shè)備也會(huì)有所差異。

青飼料顆粒制備工藝總流程: 原料－ 鍘段－ 烘干－

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(zhǎng)莖稈的經(jīng)過(guò)鍘草機(jī)鍘成小段莖稈，需要減少水分的莖稈被輸送到烘干機(jī)加熱去除多余的水分; 通過(guò)粉碎機(jī)將小段莖稈進(jìn)行碎末屑加工，并進(jìn)一步粉碎、切削、篩選，使加工的碎末屑達(dá)到飼料顆粒要求的精度; 再將加工好的碎末屑導(dǎo)送入飼料顆粒機(jī)中，采用環(huán)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(jī)加工流程圖

本移動(dòng)嚙合式飼料顆粒機(jī)主要是由柴油機(jī)、機(jī)架、主軸系統(tǒng)、環(huán)模系統(tǒng)、進(jìn)料系統(tǒng)及環(huán)模清理系統(tǒng)等部 分組成，如圖 2 所示。

 

移動(dòng)嚙合式飼料顆粒機(jī)的簡(jiǎn)圖

1． 柴油機(jī)    2． 機(jī)架    3． 環(huán)模系統(tǒng)

4． 主軸系統(tǒng)    5． 進(jìn)料系統(tǒng)    6． 環(huán)模清理系統(tǒng)圖 2 移動(dòng)嚙合式飼料顆粒機(jī)的簡(jiǎn)圖

工作原理: 將已經(jīng)調(diào)質(zhì)攪拌好的碎末屑物料通過(guò)固定在機(jī)架上的進(jìn)料系統(tǒng)導(dǎo)入環(huán)模系統(tǒng)，柴油機(jī)扭矩通過(guò)帶傳動(dòng)經(jīng)由主軸系統(tǒng)傳遞到環(huán)模，使其轉(zhuǎn)動(dòng)。

在環(huán)模中，其內(nèi)齒與壓輥齒輪為可相互嚙合，環(huán)膜內(nèi)齒頂和齒溝內(nèi)開有一定錐度的?？?/span>，由于齒輪的嚙合運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)齒間物料產(chǎn)生巨大的擠壓力，迫使齒間的物料順著模孔從環(huán)模內(nèi)側(cè)至外側(cè)被擠出，形成具有一定長(zhǎng)度規(guī)格的圓柱條狀顆粒。與此同時(shí)，碎末屑在環(huán)模內(nèi)部由于擠壓會(huì)粘附在內(nèi)齒輪上面，為了避免積累過(guò)多造成不良影響，環(huán)模清理系統(tǒng)也不停地給環(huán)模做清齒工作。

參考同類飼料顆粒機(jī)，整機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)確定

如下:

外形尺寸( 長(zhǎng)×寬×高) / mm: 1 558×1 671×1 000

顆粒直徑/ mm: 2． 5，3，4，5，6顆粒長(zhǎng)度/ mm: 6 ～ 18

柴油機(jī)/ kW: 33

生產(chǎn)率/ kg·h－1 : 550 ～ 900

  1. 主要部件的設(shè)計(jì)及分析

3． 1    環(huán)模清理系統(tǒng)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)

移動(dòng)嚙合式顆粒機(jī)環(huán)模清理系統(tǒng)傳動(dòng)裝置采用柴油機(jī)－皮帶傳動(dòng)－齒輪傳動(dòng)－減速器－ 鏈條傳動(dòng)。這種傳動(dòng)方式雖然比較復(fù)雜，但是它充分利用了空閑空間和動(dòng)力，而且通過(guò)各個(gè)減速機(jī)構(gòu)，輸出速度達(dá)到了一定要求，可以改變各個(gè)傳動(dòng)的傳動(dòng)比的方式實(shí)現(xiàn)傳料速度的調(diào)節(jié)。最后，鏈條傳動(dòng)采用了張緊機(jī)構(gòu)，使得整個(gè)傳動(dòng)運(yùn)行平穩(wěn)、安全可靠、效果好。

環(huán)膜清理機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)組成圖

環(huán)模清理系統(tǒng)可對(duì)環(huán)模內(nèi)齒輪齒根殘余的一些粘結(jié)粉末進(jìn)行清理，使這些粉末重新又掉在嚙合擠壓區(qū)域，保證整個(gè)機(jī)器擠壓出粒順暢。環(huán)膜清理機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)組成如圖 3 和圖 4 所示。環(huán)模清理機(jī)構(gòu)固定于機(jī)架上，主要由直線導(dǎo)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(dǎo)軌副等組成。

 

環(huán)膜清理機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)組成圖

  1. 直線導(dǎo)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(dǎo)軌副 TBＲ16S－190

圖 4   環(huán)模清理機(jī)構(gòu)三維模型圖

柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)鏈輪、渦輪減速器等傳 動(dòng)裝置把動(dòng)力傳送到該機(jī)構(gòu)的鏈輪上，帶動(dòng)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(zhuǎn)動(dòng)， 由深溝球軸承、凸輪盤、清理軸組成等效的對(duì)心直推等 寬凸輪機(jī)構(gòu)。這樣，清理軸帶著齒輪便會(huì)隨著凸輪盤  和深溝球軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)在環(huán)模里做往返穿插運(yùn)動(dòng)。按照 實(shí)際工作要求，各個(gè)傳動(dòng)設(shè)計(jì)參數(shù)如下:

柴油機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速 n1 / r·min : 1 800 變速箱 NJ130Ⅲ檔速比 i1 : 1: 1． 69 皮帶傳動(dòng)比 i2 : 300 /140 = 2． 14

壓輥齒輪與環(huán)模的內(nèi)齒輪嚙合傳動(dòng)比 i3 : 72 /44 =1． 64

環(huán)模外齒輪與壓輥齒輪嚙合傳動(dòng)比 i4 : 33 /132 =0． 25

渦輪減速器 NMＲV040 傳動(dòng)比 i5 : 25

鏈傳動(dòng)選型: 鏈型 08A 型，節(jié)距為 12． 7

 

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

3． 2    機(jī)架的三維建模及模態(tài)分析

3． 2． 1    三維建模

機(jī)架由梁、柱、基座、斜撐等組焊件構(gòu)成，以保證其它部件安裝時(shí)有足夠的剛度和強(qiáng)度。依據(jù)各位部件的布置設(shè)計(jì)要求，在三維軟件 SolidWorks 中建立了機(jī)架的裝配模型，然后將其 x _ t  格式導(dǎo)入到 ANSYS Workbench13．  0  進(jìn) 行 分 析。 導(dǎo) 入 到  ANSYS   Work- bench13． 0 中的有限元模型

模態(tài)分析用于確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的振動(dòng)特性，同時(shí)可以作為其他動(dòng)力學(xué)分析問題的基礎(chǔ)［4］，如瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析、諧響應(yīng)分析和譜分析。通過(guò)結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析， 可以有效地選擇合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，并對(duì)其進(jìn)行有 效的驗(yàn)證［5］。固有頻率和振型是動(dòng)載荷條件下結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，模態(tài)分析用于確定結(jié)構(gòu)的固有頻率 和振型［6］。

    1. 定義屬性材料。機(jī)架的材料添加為結(jié)構(gòu)鋼，彈性模量  2 × 105 MPa，泊 松 比 為  0．  3，屈 服 應(yīng) 力 為 355MPa，屈服極限為 610MPa。
    2. 網(wǎng)格劃分。ANSYS  Workbench13． 0  為三維模型提供了 5 種網(wǎng)格劃分方法，分別為自動(dòng)劃分網(wǎng)格、四面體網(wǎng)格、六面體域網(wǎng)格、掃掠網(wǎng)格和多區(qū)域網(wǎng) 格［7］。本次劃分網(wǎng)格為自動(dòng)劃分，長(zhǎng)度為默認(rèn)，將機(jī) 架共劃分成 77 395 個(gè)節(jié)點(diǎn)、30 573 個(gè)單元。網(wǎng)格劃分模型如圖 6 所示。
    3. 施加約束條件。機(jī)器工作時(shí)，通過(guò)型鋼墊腳固定在地面上，與型鋼連接處均為固定約束。
    1. 求解。機(jī)架的模態(tài)分析就是確定青飼料顆粒機(jī)機(jī)架的振動(dòng)特性，得到其固有頻率和振型的過(guò)程。該顆粒機(jī)的前 6 階模態(tài)分析結(jié)果.

由振動(dòng)特性可知: 機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)頻率為 30Hz，結(jié)合 6 階模態(tài)分析結(jié)果，1 階模態(tài)振型發(fā)生局部形變的頻率 54． 391Hz，與機(jī)器工作頻率相差甚遠(yuǎn)，不會(huì)因共振而導(dǎo)致機(jī)械結(jié)構(gòu)損壞及失效。

  1. 結(jié)論
    1. 在飼料工業(yè)中，應(yīng)用柴油機(jī)取代電機(jī)驅(qū)動(dòng)可以完全節(jié)省以往的飼料顆粒工藝和加工成本，使飼料顆粒真正實(shí)現(xiàn)移動(dòng)式和高效化。
    2. 環(huán)模清理系統(tǒng)傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)新穎，并充分利用剩余空間將傳動(dòng)裝置合理地安裝在機(jī)架上; 改變傳動(dòng)比可以調(diào)節(jié)清理環(huán)模頻率，實(shí)現(xiàn)了較好的機(jī)械式傳動(dòng)，并為以后的自動(dòng)化設(shè)計(jì)提供了方便; 同時(shí)，大大地提高了生產(chǎn)率，延長(zhǎng)了機(jī)器的壽命;

對(duì)顆粒機(jī)機(jī)體進(jìn)行模態(tài)分析，為機(jī)架的優(yōu)化設(shè)計(jì)、瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析、諧響應(yīng)分析以及譜分析提供了依據(jù)。

 

 

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