小型单螺杆饲料挤压机—毕业设计

小型单螺杆饲料挤压机—毕业设计内容摘要：

因此发展潜力很大。 随着饲料工业的发展及人民生活水平的提高，对饲料挤 压膨化的需求会越来越大，挤压膨化技术的研究将变的越来越好。 从 1988 年起，中国农机研究院开始对挤压膨化设备进行试验，研制了 YJB100 型试验样机，用于大豆、绵籽的挤压膨化预处理。 取得了良好的效果。 近年来，国内外关于大型螺杆挤压膨化机的研制，已有不少报道。 如美国的 Textured Engineering、 Wenger 等厂商研制的膨化机，膨化质量好，生产率高，但价格昂贵，结构复杂，操作技术不易被掌握。 国内比较成功的膨化机有江苏牧羊集团的 MYPS 膨化机、武汉商业机械厂的YPHG1200、 PG135 和 PG90 型 干法膨化机、中国农业机械化科学研究院的 P1000S 型湿法挤压膨化机、江苏正昌集团公司生产的正昌 SPHG132 型膨化机。 其中武汉商业机械厂的 YPHG1200 型干法膨化机和正昌 SPHG132 型膨化机用在大豆膨化上效果较好。 但这些膨化机都是大型设备，产量一般在 1000～ 3000kg/h，且普遍存在着价格高、占地面积 8 大、结构复杂、操作程序繁琐，安装维修费用高等缺陷，不易被中、小企业所接受。 关于小型膨化机加工大豆的研究，国内外尚未见有报道。 因此本课题拟研制一种具有结构简单、价格便宜、易于操作、便于维修适于小型企业和 个体户、专业户使用的单螺杆大豆挤压膨化机，用来加工豆粕、全脂大豆，促进大豆资源的开发利用。 这将具有现实意义。 9 2 方案分析 与其它农作物相比，大豆中含有丰富的蛋白质和油脂，必需的氨基酸、脂肪酸，是人类的优良食品和动物的优质、高能、高蛋白饲料。 但大豆中有多种抗营养因子，其中的胰蛋白酶抑制因子、脲酶等，如果不进行处理就加到饲料中去，将会影响动物对营养物质的吸收。 研究表明，大豆中一些影响营养物质吸收的有害成分，通过膨化加工的高温高压处理能够消除。 膨化大豆用作饲料，与传统的 加油饲料相比，在营养上具有明显的优势。 目前，市场上所见大豆膨化机都是大型膨化机，关于小型膨化机的研究，国内外尚未见有报道。 本文设计一种结构简单、价格便宜、适于中小型企业和个体户、专业户使用的小型膨化机，这对于畜牧业的发展，具有重要的意义。 单螺杆大豆挤压膨化机的工作原理是：利用挤压螺杆在膨化腔内旋转将含有适量水分的物料向前推动，物料通过与膨化腔内的构件发生强烈的摩擦，这种摩擦产生高温高压。 使物料得到蒸煮，变成熔融状态。 然后物料在出料模板的模孔处，压力和温度骤减，其中游离水分在此压差下急剧汽化，从物料组织结构 中蒸发出来， 使物料体积迅速增大，达到膨化的目的。 单螺杆大豆挤压膨化机的加工原料是粉碎的大豆，因为大豆本身含有相当多的油脂，所以在加工过程中不需要加水，完全依靠物料与膨化机螺杆、物料与套筒之间相互挤压产生的热量和压力。 根据经验，一般用于试验的小型大豆膨化装置的生产率大约为 50～ 80kg， 转速一般在 450r/min范围内，动力首先通过一对带轮传入膨化装置，从而带动挤压螺杆对物料进行挤压。 工作时轴要承受一个相当大的轴向力，所以选用两个深沟球轴承来承受径向力，再选一个推力球轴承来承受轴向力。 10 1— 料斗 2— 螺杆 3— 套筒 4— 模板 图 21挤压膨化机挤压部分结构简图 挤压膨化机包括以下主要组合部分：传动装置、进料装置、膨化装置及控制装置。 本文中将主要介绍传动装置和膨化装置的设计。 其中的膨化装置如图 11所示，它由螺杆、套筒和成形模板组合而成。 螺杆是膨化装置中重要的部件之一，它不仅决定膨化机熟化和糊化功能的强度，而且还决定最终成品的质量，因此，螺杆是主要设计的部件。 不同的螺杆有不同的挤压膨化功能。 而螺杆的功能决定于螺杆的设计参数，螺杆的主要设计参数有长度、直径、螺棱的厚度和高度等。 在膨化加工中，物料向前推进 受到挤压和剪切作用，要使膨化腔中产生高压、高温，要使物料更好的膨化，常采用变螺杆根径、变螺杆螺距，有的也采用锥形套筒，这些方法都很有效，初步决定本膨化机采用变螺杆根径的方法。 套筒包在螺杆外面，为易磨损件，可做成整体式结构，也可做成组合式结构，由于本设计为小型的 单螺杆大豆挤压膨化机 ，整体的尺寸较小，采用整体式结构即可。 为了增加对物料的剪切、摩擦作用，套筒的内壁可开有螺旋型沟槽或直线型沟槽。 因为螺旋型沟槽加工较复杂，因此本膨化机采用平行于轴线的直线型沟槽。 螺杆与套筒的间距应保持在最小程度，以达到挤压剪切的目的 ，并减小渗漏流。 成形模板在套筒的终端，是影响膨化的质量和产量的重要部件，具有双重功能。 一是将物料挤压成所需要的形状：二是作为阻流器，以增大膨化机熟化作用以及熟化区段内的压力，因此模板的孔径大小、数目及位置是设计的重点。 11 1003 5 61 011001 07206 0 0 1 0 08 0 03 0 05504321 图 22 大豆挤压膨化机结构简图 1. 传动装置 12 3 传动装置的设计 小型单螺杆粗蛋白饲料挤压机的初定生产率为 50～ 80Kg/h， 初定转速在 450r/min。 在忽略化学变化能量和物料动能增量的前提下，电机的功率可按下式计算： N=  )1(  TECKkw 式中： N— 主电动机功率， kW。 K— 电机功率储备系数，取 10%； C—— 饲料比热，估算时取 ； T — 饲料在机筒内的温升， C1 2 0C20C 1 4 0= T  ； E— 膨化机的生产率， kg/s， E=～。  — 机械传动效 率，在本膨化中从电机到主轴只有一级 V带传动， 。 计算得： ( 1 1 0 % ) 1 . 6 7 1 2 0 0 . 0 1 3 8 0 . 2 5 ( 1 1 0 % ) 1 . 6 7 1 2 0 0 . 0 2 2 2 0 . 2 5~0 . 9 6 0 . 9 6N           =~ 因为本设计单螺杆挤压机为小型常用机械，综合考虑电动机和传动装置的尺寸，重量及价格等因素。 为使传动装置紧凑，决定选用同步转速 1440 r/min 的电动机。 又根据电动机类型 、容量和转速，由机械设计手册选定电动机型号为 Y132S4。 主要技术参数如下： 额定功率： 额定转速： 1440 r/min 效 率 ： % 长宽高： 475 350 315mm 中心 高： 132mm 重 量： 68kg 要求挤压机螺杆的转速范围在 min/4502 rn  ，由此可以初步确定传动装置的传动比： 139。 2 1440 n   在以下传动系统设计中引用的公式、图、表均来自高等教育出版社《机械设计》，以下不再说明。 13 V 带传动的设计 在电机与主轴之间采用带轮传动，因为 带传动具有结构简单，传动平稳，造价低廉等特点。 计算功率的确定 由载荷性质和每天运转时间长短等因素的影响而确定计算功率 cap。 即 PkP Aca  式中： caP — 计算功率，单位为 kW P— 传递的额定功率，单位为 kW， P= AK — 工作情况系数，根据表 86，取 AK =。 计算得： KW 带型的选择 根据计算功率 KW 和小带轮转速 min1 1440rn  ，由图 88 初选带型为 SPA型普通 V带。 带轮基准直径的确定 小带轮基准直径的确定 根据 V带截型，由标准带轮直径的要求 1 m in 90ddd d m m，取 1 100dd mm。 验算带的速度 由式 100060 dnv  来计算带的速度，并应使 smvv /30255 m a x  ，如 maxvv  ，则离心力过大，即应减小 1d ；如 v 过小，则表示所选 1d 过小，这将使所需的有效拉力过大，即所需带的根数过多，于是带轮的宽度、轴径及轴承的尺寸都要随之增大。 1 1 0 0 1 4 4 0 7 .5 4 /6 0 1 0 0 0v m s  可以看出小带轮的速度 v 在要求的带速范围内，所以此带轮速度合适。 从动轮基准直径的确定 12121440 1 0 0 3 2 0450ddnd d m mn    根据标准直径系列取从动轮 2 315dd mm ，所以标准传动比： 21315 3 .1 5100dddi d   14 当 电 机 的 转 速 为 1 1440 / minnr 时 ， 从 动 轮 的 实 际 转 速 为 ：12 1440 4 5 7 .1 / m in3 .1 5nnri  ，符合要求转速 450~650r/min。 带轮中心距 a 和 V 带的基准长度 dL 的确定 中心距小则结构紧凑，但带绕转次数多，会降低带的使用寿命，同时降低传动能力，故一般由式 )(2)( 21021 dddd ddadd  来初定中心距 0a ，代入数据得0290 .5 830a mm ， 按结构要求选取： 0a =600mm。 根据带传动的几何关系，按下式计算所需带的基准长度 dL39。    021212039。 422 a ddddaL ddddd   计算的： 39。 1870dL mm 根据皮带基准长度的要求选取 mmLd 1800 由于 V带传动的中心距一般是可以调整的，故可采用下式作近似计算，即 2 39。 0 dd LLaa  计算得： 565a mm 考虑安装调整和补偿预紧力（如带伸长而松弛后的张紧）的需要，中心距的变动范围为： dLaa in  dLaa ax  计算得： min 538a mm max 619a mm 所以中心距的范围为： 53 8 61 9a mm。 包角的验算 由于只需验算直径较小的带轮，所以主动轮的包角： 211 3 1 5 1 0 01 8 0 5 7 . 5 1 8 0 5 7 . 5 1 5 8 . 1 1 2 0565dddd a                符合要求，所确定的各参数可用。 带的根数的确定 带的根数由下式确定：  Lca KKPP Pz00  式中： K — 考虑包角不同时的影响系数，简称包角系数，取   ； 15 LK — 考虑带的长度不同时的影响系数，简称长度系数，取 LK ； 0P — 单根 V带的基本额定功率，取 0  kW； 0P — 计入传动比的影响时，单根 V带 额定功率的增量，取 0  ； 计算得： z= 所以，取 3根普通 V 带即可满足传递所需转矩的要求。 带的预紧力的确定 20 qvKvzPF ca    式中： q— 传动带单位长度的质量， kg/m， 取 q=； 计算得： 0  图 31 带轮 压轴力的确定 2sin2 10 zFFP  计算得 ：  传动 轴的 设计 膨化机中的传动轴做成阶梯轴，阶梯轴装配方便，轴肩可用于轴上零件的定位和传递轴向力。 各轴段径向尺寸的变化和确定主要取决于轴上的零件的安装、定位、受力状况、轴的加工精度要求，而各轴段的长度则根据零件的位置配合长度，轴承组合结构以及箱体的组合尺寸来确定。 根据轴的工作情况，轴的材料选用 45 钢， MPaB 600。 16 当电机为最大转速 1 1440 / minnr 时，螺杆的转速为 2 450 / minnr ，此时膨化机的输入功率为： 1 5 .5 0 .9 6 5 .2 8P P k W   。 轴径的计算 根据 轴径计算公式：   33 nPCT Pd n  mm 式中： P— 轴传递功率， kW， P=。 N— 轴的转速， r/min， n=457r/min。 C— 与轴材料有关的系数， C=112。