AR背景下多粒度超细木粉粉碎机设计1

1、 AR背景下多粒度超细木粉粉碎机设计作品内容简介多粒度超细木粉粉碎机是超细木粉生产中关键设备之一，在超细木粉生产过程中起着举足轻重的作用。多粒度超细木粉粉碎机选用高速电主轴作为动力源。设计采用动刀和静刀结合的方法，动刀高速旋转粉碎，同时带到物体高速旋转，让物体和静刀碰撞粉碎加大了粉碎的力度。腔体内安装3种规格的筛网，在粉碎过程中，符合某一筛网的要求，木粉在离心风机的作用下通过管子自动进入集料器，由此获得多种粒度的超细木粉，满足不同的需求。粉碎腔内壁装有刮板，粉碎过程中，粉末不可避免地粘附在内壁上，通过刮板刮入破碎腔中继续加工，提高原料的利用率，节约成本。1研制背景及意义木材是四种常用工程材料（

2、钢材、石材、塑料、木材）中唯一可再生的材料，随着人类天然资源的日趋枯竭，前三种天然材料的耗尽之日仅仅是时间问题。自从1972年的石油危机以来，人类开始意识到寻找其他可再生能源来代替煤、石油和天然气等化石燃料的必要性和紧迫性。另外，化石燃料在燃烧时释放出大量的C02、CH3和NOx等气体，对环境和气候造成了严重的不良影响。因此，作为一种可再生、低污染的能源形式，木质生物质能在未来的能源中占有不可估量的地位。预计到2050年，全球总能耗将有40%来自生物质能源。随着人类环保意识的增强，多数发达国家的木材资源几乎都进入良性循环。中国随着天然林保护工程的深入，中国木材资源进入良性循环也为期不远。中国现

3、有180多亿吨林木生物质资源总量，810亿吨可获得量和3亿吨可作为能源的利用量，到2020年，全国可利用林木资源将突破10亿吨，如年仅消耗6000万吨林木质用于直燃发电，就可以实现装机容量1000万KW以上的目标。随着木材现代加工技术的发展，在特定场合（绝缘、绝磁、保温、轻结构、各向异性、有纹理要求等场合）替代其它三种材料，在未来不可再生的矿物资源原料枯竭之时全面替代钢材、石材和塑料将具有深远的意义。木粉材料的工业化前景逐渐明朗，廉价、批量生产超细木粉材料的商业化环境将逐渐形成，而具有超细木粉将具有巨大的商业价值。多粒度超细木粉粉碎机的粉碎室内部设有3种不同规格的筛网，用3个出料口实现分级，3

4、个收集器分别能够收集不同粒度要求的木粉，从而使生物质能源得到充分利用。研究多粒度超细木粉粉碎机，缩短我国超细粉碎装备技术与发达国家的差距。对于提高我国木质生物质能源的利用率，充分利用生物质能源有着重大的现实意义。2设计方案2.1参数电主轴转速：12000rpm。电主轴电机参数：电机转速：9000-21000rpm；额定功率：2.2kW；电压：240-380V；润滑方式：油脂；冷却方式：水冷；频率：150-350Hz。3筛网：选用200目以上筛网。4刮板系统涡轮减速器参数：电机转速：1400rpm；转速比：1:50；输出轴转速：28rpm；大小齿轮减速比：1:4；小齿轮直径：57mm；大齿轮直径

5、：228mm；刮板转速：7rpm。2.2多粒度超细木粉粉碎机的粉碎原理多粒度超细木粉粉碎机的工作要求：实现木材或纤维性物料超细粉碎加工，得到亚纳米粒级（粒度1000-20000nm）的木粉；可以加工得到不同粒度的木粉。为得到亚纳米级（粒度为1000-20000nm）的超细木粉颗粒，实现超细粉碎；相比一般粉碎机，粉碎刀具可直接连在电主轴上，具有机械效率高、精度高、噪音低、振动小等特点。设计采用动静压技术，即高速动刀组与两组定刀组相结合的粉碎方式，腔中同时装有旋转刀具及固定刀。高速旋转粉碎刀直接装卡在电主轴上，完成主要的粉碎，同时固定刀具亦可达到一定粉碎破坏作用，进一步细化。故该机通过切削冲击来粉

6、碎木粉。该多粒度超细木粉粉碎机的粉碎原理如图2-1如示。图2-1粉碎原理（切削冲击粉碎）另外，设计采用半封闭式双循环切削粉碎法，粉碎室内部设有3种不同规格的筛网，用3个出料口实现分级。3个收集器分别能够收集不同粒度要求的木粉，木粉粉碎过程与筛选收集过程同步进行。木质生物质在粉碎过程中，符合某一筛网的要求，粉屑自动进入，得到多种粒度的粉碎物，满足不同的需求。贴近内壁装有刮板。在高速粉碎过程中，粉末不可避免沾附于内壁上，通过刮板刮入破碎腔中继续加工，提高原料的利用率，节约成本。2.3多粒度超细木粉粉碎机的粉碎流程该机从进料到出料，即从原料直接到成品，三台风机和集料器分别从不同部位的出料口收集不同数

7、目要求的木粉。原料从料斗送入粉碎室一中筛网内，在粉碎室一中，开始时原料主要由由于受高速旋转的刀具组与固定的刀具组剪切力而粉碎，当加工到粒度约1mm后，主要受剪碎与冲击碰撞双重作用力继续粉碎。物料由于重力的作用，部分会逐渐沉积到粉碎室底部，此时由一号风机所产生的高速气流带出，通过进料管一将其重新输送到粉碎室二中进行再次粉碎。当物料加工到一定粒度时，达到要求目数的木粉会通过粉碎室二中的筛网在风机二的负压作用下过滤出来，特别细的木粉吸附在粉碎室二内壁上，也有部分粉体吸附在筛网上，再经由刮板系统将其刮下并沉积到粉碎室二底部，由二号风机产生的高速气流从出料管二带出，通过集料管输送至集料器二，即为成品，取

8、出后可直接进行包装。部分粒度非常小的粉尘（接近亚纳米级）受到气流的影响悬浮于粉碎室二上部，该部分木粉由三号风机的低速气流从粉碎室二顶端的出料口三带出，通过集料管直接输送至集料器三。该部分为预期能达到的粒径小于18pm木粉。在超细粉碎中，随着粒径的减小，被粉碎物料的结晶均匀性增加，颗粒强度增大，断裂能提高。当粉碎到一定程度，粉体物料的粒度不再减小或减小的速度非常缓慢，就达到了该种物料的粉碎极限。同样地，在亚纳米木粉粉碎到一定粒度后有部分木粉无法继续粉碎，该部分木粉为该设备加工出的粒度最大的颗粒，仍然由一号风机产生的高速气流带出，通过出料管一内的筛网的过滤，经集料管一输送至集料器一中。整个粉碎过程

9、与分级过程同步进行，动作一致，大大提高了机械效率与木粉细度。其粉碎流程图如图2-鬲所示。图2-3多粒度超细木粉粉碎机的结构示意图3整机设计3.1动刀组设计动刀组每组共有刀片8片，共4组道具。刀片采用不锈钢刀片，刀片采购价格低廉,安装方便，同时符合加工要求，是最理想的选择。刀具支架采用轴套式直接与电机主轴连接。刀片与刀具支架连接时，使用挡板连接，使用3个螺丝，其中1个螺丝从刀片本身的孔处穿出，另外2个螺丝用来固定受力方向。具体结构如图3-1和3-2所示。图3-1动刀组俯视图图3-2动刀组主视图刀片之间角度为45,刀片厚度0.4mm,刀片长度108mm,刀片宽度18mm。刀架厚度4mm,刀片挡板1

10、.5mm。整体长度274mm,整体高度59.5mm,内孔直径25mm。螺纹孔取M5、M3两种规格，组装后需经过动平衡测试，刀架体材料选取优质碳素结构钢，保证在1400rpm的高速旋转下，动刀组能够平稳工作，同时有足够的强度破碎待加工材料。动刀组与电机主轴连接时，采用双键连接，上端通过弹簧垫圈和螺丝帽固定。安装刀片时，从下层刀片开始安装，预留的上层螺丝孔足够小号一字螺丝刀进入，或者使用其它工具从侧面紧固螺丝，安装刀具前，应检查刀片的刃口，看有无破损等。图3-3刀片与刀架组装图图3-4动刀组与电机主轴安装图图示中，红色箭头表示螺丝安装位置。刀架自带刀片槽。图示只是安装演示,正确安装时应从低层开始安

11、装。通过图示可以看到，双键结构使整体更平衡。另图示中未显示的紧固用螺母和弹簧垫圈将在最后总装图中体现。3.2静刀组设计静刀组与动刀组的垂直距离为2.4mm。静刀组刀片固定于静刀组刀座上，与静刀组刀片分层交错布置，且刀片的受磨损速度不同。为了方便分别更换刀片，静刀组刀具采用从粉碎加工料仓底部的小侧门处拆装，检查更换静刀组刀片时无需整体拆装；而动刀组刀具由料仓侧壁的总门处拆装检查。安装静刀组时，需要静刀组刀座与粉碎仓底部的小侧门连接，所以需要设计出安装所需的把手和固定用通孔。同时为保证刀片的方便装拆，需要设计出活动刀板。静刀组刀座处固定用通孔取直径3.6mm，整体高度77mm，整体长度183mm。

12、刀座设计如图3-5所示。图3-5整体组装图3.3筛选系统设计设计需要实现3种粒度同时破碎、同时收集，因破碎采用循环式切削粉碎的方式，故破碎过程不需要考虑，只要有合适的筛网，就可以实现木粉的筛选和收集。筛选系统采用3张不同目数的筛网，也可根据生产需要进行调整，比如只需要1种粒度的木粉时，可以把3张筛网都更换为同一目数的筛网。为使筛网更换方便，整体采用可拆装结构，3条固定线，采用螺丝固定。具体如图3-6。图3-6筛网平面图图3-7筛网支架支架底座留有12个3.3mm的通孔，用来连接筛网和上机体，上盖部分考虑到需要有刮板系统来刮除吸附在筛网表面的木粉，如果这里安装上盖，必然影响刮板的旋转工作，故上盖

13、与刮板系统连接。图3-8中筛网部分被加颜色着重表示，部分不规则处为计算机处理问题。3.4刮板系统设计在本设计中，由于亚纳米木粉的吸附作用，不仅会有团聚的倾向，还会粘着在仓壁和筛网上，因而要求其撒料机构具备刮料的功能。要求刮板速度不用太快，取7rpm。刮板要同时对仓壁和筛网进行刮除木粉，同时上文提及筛网需要上盖，这样筛网处的刮板需要有个上盖。同时上盖会与筛网内刮板一起旋转运动，还需要给入料口留出入口。刮板焊接在一圆环上，圆环用螺钉固定在刮板大齿轮上。外处刮板用在清理附着于料仓内壁上的木粉；内侧刮板用在清理筛网内部附着的木粉，两者成90，旋转方向随意。图3-8安装筛网后图3-9刮板系统3.5刮板系

14、统驱动部分设计刮板由一个550W的电机直联的涡轮减速器带动，其转速为1400rpm，转速比1:50,输出转速为1400/50，即28rpm。由于刮板转速要求较低，因此再通过一对大小齿轮进行二次减速，减速比为1:4，选用的小齿轮直径为57mm，大齿轮直径为228mm。二次减速后，刮板的转速为7rpm，减速器安装于料仓的上盖上，详见图3-10。图3-10电机、减速器、小齿轮组装图3.6入料口设计入料口安装在上机体的上盖上，由固定支架支撑，固定支架安装时避开减速器和电机的安装位置。入料口需要有风机接口，配合动刀组的旋转，在仓内形成离心风场。因整体设计时采用气冷，同时3个出料口同时工作，故风机接口设计

15、两个。一个主接口，用来提供主要风力，使物料在接触刀具弹起后快速下降，同时利用离心风场使物料相互碰撞，达到多种手段同时破碎物料的目的；副接口主要用以调解风压，保持仓内压强不会因为过大超过仓壁极限，也可增大仓内风速让碰撞更加快速进行。入料口上盖与入料口管壁连接处用橡胶密封圈紧固密封。整体高度887mm，宽324mm。支架高度根据大小齿轮能正确啮合来确定。下端管体穿过筛网系统的内部刮板上的上盖，管体与上盖间隙配合。入料口部分的主体与刮板系统大齿轮部分用两个球轴承连接，通过弹簧挡圈防止其下落。入料口见图3-11。图3-11入料口组装图3.7料仓设计图3-12料仓组装图料仓使用薄铁板焊接而成，薄铁板选取

16、5mm厚度。中间用来安装筛网部分隔板选用8mm厚的薄铁板，螺纹孔选用M3螺纹。下半部分留有安装静刀组的插槽，其通孔直径选用4mm。与底座连接的挡板选用16mm厚的铁板，其连接用通孔直径为11mm。上端安装上盖处需要安装一层厚度为1mm的橡胶密封圈，与上盖连接用通孔直径选用10mm。在料仓侧壁留出视窗口，螺丝孔根据实际需要选定，上盖处留有出料口接口。根据刮板系统的减速器尺寸留出安装用螺纹孔，距离根据齿轮中心距计算。侧壁处留出出料口1接口，螺丝孔选用M6。整体组装后高度710mm，宽度587mm。上盖处中间孔为安装刮板系统所留，内部采用梯形橡胶密封圈密封，孔直径192mm。料仓组装图如图3-12所

17、示。3.8底座设计底座用厚度为8mm厚的铁板焊接而成；固定机身用底板选用厚度15mm的铁板；固定电机用铁板选用厚度为18mm厚的铁板。底座部分留有固定机身用的通孔，通孔直径选取13mm。侧壁处留出气冷管道接口两个，接口尺寸与上方出料口相同。多预留出1接口，以备增加冷却设备用。电机安装孔直径107mm，周围留有安装电机用螺纹孔，螺纹孔选用M8。底座整体高度为450mm，宽度560mm，底座组装如图3-13所示。图3-14整体组装图图3-13底座组装图3.9整体组装组装后整体高度1698mm，宽度744mm。整体组装如图3-14所示，其它细节如图3-15和3-16所示。 图3-15组装刀具示意图(筛网和仓体隐藏)图3-16组装后齿轮细节参考文献杨兰玉，等木粉发电原料及粉碎装备的设计理论研究J.安徽农业科学,2008.20:8640-8641.杨兰玉等.发电用木粉粉碎理论及粉碎装备的设计机械设计与制造2009.06:150-152.3LanyuYangandYanMa.ResearchonSuperfineWoodPowderDisintegratorwithMulti-granularityUsedinPowerGenerationC.KeyEngineeringMaterials,2009.09:505-507.马岩.纳微米科