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      移動嚙合式青飼料顆粒機(jī)設(shè)計及機(jī)架模態(tài)分析

      發(fā)布時間:2020-05-14 11:12:12 |來源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

      1. 引言

      隨著人們對能源耗損現(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、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。

      針對傳統(tǒng)飼料制粒存在的問題,設(shè)計了一種移動

      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,長莖稈的經(jīng)過鍘草機(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。

       

      移動嚙合式飼料顆粒機(jī)的簡圖

      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 移動嚙合式飼料顆粒機(jī)的簡圖

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

      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)開有一定錐度的模孔,由于齒輪的嚙合運轉(zhuǎn)對齒間物料產(chǎn)生巨大的擠壓力,迫使齒間的物料順著??讖沫h(huán)模內(nèi)側(cè)至外側(cè)被擠出,形成具有一定長度規(guī)格的圓柱條狀顆粒。與此同時,碎末屑在環(huán)模內(nèi)部由于擠壓會粘附在內(nèi)齒輪上面,為了避免積累過多造成不良影響,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( ××) / mm: 1 558×1 671×1 000

      顆粒直徑/ mm: 2 53,45,6顆粒長度/ mm: 6 ~ 18

      柴油機(jī)/ kW: 33

      生產(chǎn)率/ kg·h1 : 550  900

      1. 主要部件的設(shè)計及分析

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

      移動嚙合式顆粒機(jī)環(huán)模清理系統(tǒng)傳動裝置采用柴油機(jī)皮帶傳動齒輪傳動減速器鏈條傳動。種傳動方式雖然比較復(fù)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(jī)構(gòu),輸出速度達(dá)到了一定要求,可以改變各個傳動的傳動比的方式實現(xiàn)傳料速度的調(diào)節(jié)最后鏈條傳動采用了張緊機(jī)構(gòu),使得整個傳動運行平穩(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 619102LS
        1. 推力軸    6 鏈輪    7 軸承座連接板    8 直線導(dǎo)軌副 TB16S190

      4   環(huán)模清理機(jī)構(gòu)三維模型圖

      柴油機(jī)驅(qū)動主軸轉(zhuǎn)動,通過鏈輪、渦輪減速器等傳 動裝置把動力傳送到該機(jī)構(gòu)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(zhuǎn)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(jī)構(gòu)這樣,清理軸帶著齒輪便會隨著凸輪盤  和深溝球軸承的轉(zhuǎn)動在環(huán)模里做往返穿插運動。按照 實際工作要求,各個傳動設(shè)計參數(shù)如下:

      柴油機(jī)實際轉(zhuǎn)速 n1 / r·min : 1 800 變速箱 NJ130檔速比 i1 : 1: 1 69 皮帶傳動比 i2 : 300 /140 = 2 14

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

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

      渦輪減速器 NMRV040 傳動比 i5 : 25

      鏈傳動選型: 鏈型 08A ,節(jié)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(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、基座、斜撐等組焊件構(gòu)成,以保證其它部件安裝時有足夠的剛度和強(qiáng)度。依據(jù)各位部件的布置設(shè)計要求,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 。 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)計的振動特性,同時可作為其他動力學(xué)分析問題的基礎(chǔ)4,如瞬態(tài)動力學(xué)分析諧響應(yīng)分析和譜分析。通過結(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)計方案,并對其進(jìn)行有 效的驗證[5]。固有頻率和振型是動載荷條件下結(jié)構(gòu) 設(shè)計的重要參數(shù)模態(tài)分析用于確定結(jié)構(gòu)的固有頻率 振型[6]。

        1. 定義屬性材料機(jī)架的材料添加為結(jié)構(gòu)鋼,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) [7]。本次劃分網(wǎng)格為自動劃分,長度為默認(rèn),將機(jī) 架共劃分成 77 395 個節(jié)點、30 573 個單元。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,通過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)架的振動特性得到其固有頻率和振型的過程。該顆粒機(jī)的前 6 階模態(tài)分析結(jié)果.

      由振動特性可知: 機(jī)器運轉(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現(xiàn)移動式和高效化。
        2. 環(huán)模清理系統(tǒng)傳動裝置設(shè)計新穎并充分利用剩余空間將傳動裝置合理地安裝在機(jī)架上; 改變傳動比可以調(diào)節(jié)清理環(huán)模頻率,實現(xiàn)了較好的機(jī)械式傳,并為以后的自動化設(shè)計提供了方便; 同時,大大地提高了生產(chǎn)率,延長了機(jī)器的壽命;

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

       

       

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