双轴桨叶式高效混合机工作机构设计

1、学校代码：10410序 号：本科毕业设计题目双轴桨叶式高效混合机工作机构设计学院：工学院姓名：汪奇超学号：20050380专 业：机械设计制造及其自动化年级：机制051指导教师：严霖元毕业论文题目ii二00九年五月江西农业大学毕业设计摘 要随着现代化饲料工业的发展， 饲料厂规模不断扩大，对混 合机混合均匀度的要求不断提高随着饲制液体添加量增 加， 传统的卧式双螺带混合机已不能满足上述要求.于是 新一代高性能双轴桨叶式混合机便应运而生 从而双轴桨叶 式混合机应运而生。该机器广泛用于饲料、粮食、化工、医 药、农药等行业中粉状、颗粒状、片状、杂状及粘稠状物料 的混合； 混合周期短、混合均匀度高：一般

2、物料在5090S 时间内混合均匀度CV 5%,减少了混合时间，提高了饲料厂 生产效率； 装填量可变范围大：装填系数可变范围为0. 3 0.8，适用与多行业中不同比重、粒度等物料的混合； 混合 不产生偏析：该机在1分钟内混合均匀后，继续混合物料不 发生分级现象，且不会因为比重、粒度等物性差别大而产生 偏析； 出料快、残留量小：底部采用四开门结构，排料迅 速、残留少； 液体添加量大：添加30%的液体仍能将物料混 合均匀，即能混合粘稠物料； 采用独特的链条张紧机构， 装拆、调节快捷而方便； 排料门密圭寸可靠：排料门采用气 囊密封，密封可靠、使用寿命长，更换方便； 采用W呂混合 室，内置风道，整体式机

3、座，侧置检修门，造型美观，装拆 检修方便。关键词：桨叶式 饲料混合机Biaxial blades efficie nt mixi ng mach ineAbstract:Along with the developmentof modern industry,animalfeed factory continues to expand the scale of mixer,mixing withrequirement of improving forage additive quantity of liquid, traditional horizontal double screw with

4、 mixer already cannot satisfy the requireme nt of new gen erati on of high performa nee.Then biaxial blades mixer produce and biaxial blades mixer arises at the historic moment. This machine is widely used in the food, feed, chemical, pharmaceutical, pesticide, and other industriespowder, granule, f

5、lake, miscellaneous and mixedsticky materials, Mixed cycle is short, mixed un iformity: generalmaterials in 50 90S time mixing degree than 5%, reduceCV hybrid time and improve product ion efficie ncy, animal feed factory. Loadi ng qua ntity variable ran ge: loadi ng coefficie nt for 0.3 0.8 variable

6、range,and many different proportion andgranularity in materials such as mixing,Mixing machine: do notproduce segregation in 1 minute after mixing, continue to mix materials not occurredphe nomenon,and not because ofclassification,such as sexual differenee is big size andsegregation,A fast, residues

7、by four small:bottom doorstructure, discharg ing quick, residues,Liquid add qua ntity:30% of the liquid can still be mixing materials, which can be mixed sticky materials, Adopt unique cha in tensioner, installation,fast and convenient adjustment,Dischargingdoorseali ng is reliable, discharg ing the

8、 airbag seal, sealing isreliable, long service life, easy to change, Adopting W shaped the mixing chamber, built-in duct, the integral base-plate, side for the access door, beautiful modelli ng, in stallati on maintenance convenien ce.Key words: Biaxialbladesmixi ng machi ne目录 TOC o 1-5 h z 前言6 HYPE

9、RLINK l bookmark10 o Current Document 第一章设计任务 6 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 第二章设计内容7 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 1结构与原理7 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 2混合机壳体的计算7 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 2 2 . 1容积(V)的计算72 2 . 2混合室有效容积各部分尺寸的确定 83叶片设计82 3.1桨叶的形状

10、的设计82 3.2叶片的安装方式 8 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 2 3.3叶片参数的确定 9 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 2 3.4叶片安装角的确定 9 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 2 3.5 桨叶与轴的配合 10 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 2 3.6 桨叶与轴的材料选择和连接方式 11 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document

11、 2. 4转子设计 11 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 2 4.1 两转子的安装关系 11 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 2 4.2 转子转速n的确定 11 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 2. 5出料机构设计 12 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 2 5.1出料机构工作原理 12 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 2 5.2 放料机构

12、各零件的设计和选择 13 HYPERLINK l bookmark56 o Current Document 6链传动方式的设计 16 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 2 .7电动机的选择及叶片轴转速的确定 17 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 第三章工艺效果171混合时间短，混合均匀度高 172液体添加量大 17 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 3产品的成型图 18 HYPERLINK l bookmark64 o Current Doc

13、ument 第四章总结18 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 参考文献19 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 致谢20刖言广泛用于饲料、粮食、化工、医药、农药等行业中粉状、颗粒状、片状、杂状及粘稠状物料的混合；混合周期短、混合均匀度高：一般物料在 5090S时间内混合均匀度CVC 5%减少了混合时间，提高了饲料厂生产效率；装填量可变范围大：装填系数可变范围为 0.30.8，适用与多行业中不同比重、粒 度等物料的混合；混合不产生偏析：该机在1分钟内混合均匀后，继续混合物料不发生分级现象，且不会因为

14、比重、粒度等物性差别大而产生偏析；出料快、残留量小：底部采用四开门结构，排料迅速、残留少；液体添加量大：添加30%勺液体仍能将物料混合均匀，即能混合粘稠物料；采用独特的链条张紧机构，装拆、调节快捷而方便；排料门密封可靠：排料门采用气囊密封，密封可靠、使用寿命长，更换方便；采用W形混合室，内置风道，整体式机座，侧置检修门，造型美观，装拆检修方便。目前国内卧式混合机，均向着混合精度高、速度快、残留量小、低耗高效、系列 化和适用范围广等方向研制和发展，其中以双轴桨叶卧式混合机的发展尤为迅 速。国外的双轴桨叶式混合机在上世纪 80年代末已经开始研制，挪威FORBERG 司在上20世纪90年代初推出了双

15、轴桨叶式系列混合机，其有效容积255000L,结 构特点、混合机理、传动方式与国内双轴桨叶式混合机基本相同。目前国外流行 的翻转双轴桨叶混合喷涂机是在普通双轴桨叶式混合机基础之上研制而成的。但需要增加一系列的液体喷涂和真空管道以及一套机体翻转及传动机构，结构略显复杂。通过对国内外双轴桨叶式混合机系列产品的性能进行测试，有如下结论： 双轴桨叶式混合机混合能力强，速度快（一般配合饲料，其批量混合周期为 30120S，混合均匀度高，残留量小（只有0.5%左右），能耗较低、适用范围 广等特点。据资料介绍：双轴桨叶式混合机在混合作业时，不受物料密度、粒度、 形状等的影响，不产生离析和分级，粉料间配比小到

16、1:10000时，或液体添加量 达20%以上时，也可保证均匀混合。而且混合过程柔和，不破坏物料原始物理特 性，其吨料能耗比螺带式混合机低64%左右，其混合均匀度变异系数CV5%最佳 可达3鸠下。在设计的过程中，我得到了指导老师的悉心指导，同时也得到了其他同学的 帮助，在此表示衷心地感谢。由于本人的设计经验有限，此说明书肯定有不妥之处，恳请评审老师批评 指正。汪奇超2008年5月第一章设计任务设计一种适用于食品、医药、化工、建材、塑料、饲料等行业的粉体混合， 可进行固-固混合、喷加液体混合的混合机。并具有适用物料范围广，混合精度 高，混合速度快，混合过程温和，运转平稳，噪声低，不污染环境，安装、

17、使用、 维修保养方便的特点。根据参考有关书籍，我们设定主要技术参数如下：产量 500KG电动机功率11KW参与设计的共三个人，本人负责的是混合机构带有桨 叶轴和控制放料口的连杆机构的设计第二章设计内容2. 1结构与原理该双轴混合机主要由两根相反旋转的轴以一定的相位排列及由安装在轴上面的桨叶构成。在电机的驱动下，一侧轴上的桨叶将物料甩起随其一道旋转，另一侧轴上的桨叶利用相位差将一侧甩起的物料反向旋转甩起。这样，两侧的物料便相互落人两轴问的腔内。从而物料在混合机的中央部位形成了一个流态化的失 重区（见图1）度安装，且以低圆周速旋转。物料被提升后形成了旋转涡流，这种 处于失重状态下的涡流产生混合作用

18、。使物料快速、充分均匀地混台运动着的物 料。虽然是固体，但其表现却象流体一样。由于桨叶以一定的角安装，且以低圆 周速转，使物料快速、充分、均匀地混合。图-1物料混合运动示意图2. 2混合机壳体的计算依据该馄合机两根桨叶轴的特点，设计壳体为独特的w型结构，外型框如图2图-2双轴混合机壳体示意图2. 2. 1容积（V）的计算根据混合机的理论，混合机的最佳混合批量应以物料刚好达到转子中心线为佳、 而对于新型独特的双轴机，要求其能在满负荷下工作（即其生产能力超过其设计 能力），则其充满系数应在0. 21 . 4范围内，依据公式：V1 (1)r、：式中：V 混合机有效容积(m3)G-批次混合量(500公

19、斤/批)r 物料容重(饲料r=500kg/m3)二一充满系数(取二=0. 6)2. 2. 2混合室有效容积各部分尺寸的确定混合机的混合室有效容积结构如图2中所示。将混合室容积分成圆柱体与长方 体的组合，依据几何关系得：V =2DjL -(Di2LDi2L) (2)424式中：V 混合室有效容积(V =M=1.67 m3)D半边“ W”型壳体内径(mm)L壳体长度(m) TOC o 1-5 h z 为了造型美观，将壳体的长宽比定为黄金分割比，即: D1 : L=0. 618(3)由(2)(3)得：31d 2V =V1=1.67=() D12 1(4)820.618根据孙楠同学对壳体的设计计算，得

20、出的数据如下：混合机有效容积V=1.67 m2W型壳体内径 D1 =802.88mm 壳体的长度L=1235.2mm2. 3叶片设计2 3.1桨叶的形状的设计根据物料特性及工艺要求定，对于有液体添加的混合物料，桨叶应选用结构 简单的形状，以减少卸料及清理困难。此外，为减小物料阻力，还应尽量缩短桨 叶切割边长度，由于在面积相同的情况下，正方形的周长较短，所以桨叶的形状 应设计成正方形或接近正方形为宜。 为保证桨叶与机体内壁的间隙均匀一致，桨叶顶端边线应设计成椭圆弧线。23 . 2叶片的安装方式叶片的安装方式是保证双轴混合机性能的关键，安装不恰当，就不能达到期 望的忧越性能；叉根据物料流态化区的形

21、成机理及图-3叶片安装示意图轴的受力均衡情况，初定每螺距上安装四个叶片安装角为(待定)如图3所示。23 . 3叶片参数的确定如图3示，设叶片长为L，宽为c.轴向投影长度为b,径向投影为a.叶片安 装角为a考虑叶片转子的平衡稳定性，叶片在轴上的安装数目应取偶数，又因为 每螺距上有四个叶片故：a=L/4K(K=2,4,6 )(5)上式中：a 叶片径向投影长度(mm)L混合机壳体长度(L=1235.2mm) k偶数因子(取k=4)则式(5) : a=1235.2/16=77.2(mm)根据图2的几何关系：c=a/SIN a(6)23 . 4叶片安装角的确定混合室内的物料颗粒除了受电机驱动轴叶片上力的

22、作用外， 还受物料粒子问的摩擦力及物料粒子与壳体的摩擦作用而产生复杂的复合运动，设其合成运动速度为V、在图-4物料颗粒运动示意图轴线上的速度为V轴，圆周上的速度为V周运动示意图如图4:如图4所示，依据几何关系V合 =ABX SIN a - COPAB=2n Rn/60V合=2nRn/60 SINa -COPV轴=gCOS(a + B )= - D1 -ina COS(a + B )(7)60 cos P式中：n 叶片轴转速(r /min)D1半边壳体的内径(mm)a 叶片安装角P 物料颗粒的摩擦角角(p =23s 28)对于双轴混合机，要达到其晟佳的混合效果，最大限度地降低动力消耗，使物料 能

23、形成流态化的失重区，应使物料的离心力 (mW2R)小于重力(m g)，mW2Rmg.W=n n/60(8)由上式(8)42 298n 42空8 (D1=802.88mm) .D1n47.21(r / min)即混合机转于的临界转速n临47.21(r/min) 那么由转速n导致的物料颗粒轴向 速度V也应有一个极大值。显然，要求得 式(6)的v轴的极大值，只需对安装角(a ) 求一阶导数。然后令dv轴/d a =0即可。dV 轴 n 二 D1 1d:n D1COS： COS(二，)-SIN：(二-) 60 COS160 COS：因为 n D1=0, 10( 23 28。)60COSPCOS(2：巧

24、=0所以 COS(2 a + B )=0得: 2a + p = n /2 或 2a + p =- n /2(舍去)取p =24则有a =33。，即叶片的安装角 a =33 .则上式(6)C=a/SIN a =77.2/SIN33 =141.65 (mr)i2 3.5桨叶与轴的配合机体内并排装有两个转子，转子由轴和多组桨叶组成，每组桨叶有两片叶片，桨 叶一般呈45角安装在轴上，只有一根轴最左端的桨叶和另一根轴最右端的桨叶 与轴线的夹角小于其它桨叶，目的是让物料在此处获得更大的抛牺而较快地进入 另一转子作用区。桨叶通过支撑杆固定在轴上，轴一般在中段采用空心轴，两端 为实心轴端，以减轻自重，改善受力

25、状况。桨叶与轴的配合如图5所示图-5桨叶与轴的配合示意图2 3.6桨叶与轴的材料选择和连接方式桨叶与支承杆间采用焊接方式连接。 焊接件加工简单，裕量小，受力也较明 确，同时焊接的刚度大，整体性好。在此桨叶与支撑杆选用 30号钢，该材料有较 高的强度和较好的韧性，焊接性中等，热处理方式为正火。轴采用 45号钢，该材 料具有良好的综合力学性能，热处理方式为调质。支撑杆与轴间采用过渡配合， 使支撑杆固定在轴上。2. 4转子设计24 . 1两转子的安装关系根据两转子的受力分析及叶片的受力对性.采用两转子叶片间相切及相位为 180的安装方式.如图6所示图-6两转子安装关系示意图24 . 2转子转速n的确

26、定据有关资料介绍混合机叶片末端线速度范围国内为V=o. 81 62(m /s) ; 日本RM公司为V=11 .2(m/s);美国SW公司为V=091 25(m/s);挪威Forberg 公司为0. 851 . 28(m/s)由于挪威Forberg公司生产的双轴混合机最早取得成 成功，这里试取V=0.85s 1.28进行计算。由上式知2二 Rn sin 二60 cos ?因为V合即为叶片末端的线速度。所以：0.85 巴D1 空令1.28 (D1=2R)60 cos -解上式得：34.31(r/mi n)n 47.68(r/mi n)又因为 n 临 47.21(r/min)所以 34.31(r/m

27、i n) n47.21(r/mi n)即该(500公斤/批)混合机转子的转速应在34.31(r/min)n47.21(r/min)范围内。具体转速要视电动机及传动比而定。2. 5出料机构设计2 5.1出料机构工作原理该机底部设有两个出料门.一般采取大开门结构，门体设计时应考虑位置微调结 构，必要时，可方便地调节门体位置，使门体紧贴于机槽底部，保证出料门位置 正确，密封可靠。门框周围还应设置橡胶密封件，门关闭时，门体侧面紧贴密封 件，防止机内物料泄漏，密封件设计时应考虑更换问题，以便橡胶条损坏或老化 后更换方便。两个出料门由控制机构控制，分别控制出料门的开关.该机构采用 一只气缸同时控制两排料门

28、开关的结构，该结构采用一个与气缸塞杆铰接的双联 主动摇杆，其两端分别与两连杆铰接，气缸往复运动时，通过连杆机构带动两从 动摇杆同时相向转动，从而带动两排料门同步开关动作。出料门装在联动轴上， 该轴与从动摇杆连接。图-7控制放料口开关的机构示意图1-支杆12-连杆1 3-双联主动摇杆 4-连杆2 5-支杆2 6-气缸座 7-气缸8-活塞杆计算该连杆机构的自由度：F=3n-(2 Pl + Ph- PJ - F*F自由度n活动构件FL 低副FH 咼副P 虚约束F 局部自由度得出结果F=1,所以该机构的是运动稳定的可动机构，原动件为活塞杆f/图-8 9-放料门10-密封圈 11-壳体当气缸支杆1和支杆

29、2分别与两个联动轴铰接，同时联动轴与放料口连接在 往复运动，双联主动摇杆从而推动从动摇杆带动放料口的开关。2 5.2放料机构各零件的设计和选择气缸的设计与计算选用弹簧复位气缸，参考机械设计手册，气缸的尺寸设计如下:图-9根据力平衡原理，如图9所示的单向作用气缸活塞杆上输出推力必须克服弹簧的 反作用力和活塞杆工作时的总阻力，其公式为：FiD2P -Ft -Fz4Ft-弹簧反作用力Fi-活塞杆上的推力D-活塞直径P-气缸工作压力Fz-气缸工作时的总阻力-载荷率，主要考虑保证气缸动态特性参数及总阻力。若气缸动态参数要求较高，且工作频率高，其载荷率一般取=0.30.5，速度高时取小值，速度低时取大值；

30、若气缸动态要求一般，且工作频率低，基本是匀速运动，可只考虑其总阻 力，其载荷率可取 =0.70.85根据机械设计手册，选取D=100m。由于Ft和Fz相对于F1非常小，可取它们为0又因为混合机在工作时转子匀速转动，=0.70.85，所以：兀 2兀F1= D2P =0.01 50000 0.7=274.7544活塞杆的设计根据机械设计手册，按强度条件计算活塞杆的直径。d 一可，式中 Fi-气缸的推力二p -活塞杆材料的许用应力二p=b /S二b-材料的抗拉强度S-安全系数S_1.4选用材料Q235 Q235勺抗拉强度为370-500MPA取bb =400.可得：d _34.37所以活塞杆的直径取

31、35mm根据机械零件手册，选用型号为 QG的气缸，设计行 程为400mm于是在计算时我们认为活塞杆的长度为 400,直径为35。在实地测量 后得出了该机构其他零件的数据，详见各零件的零件图纸。这些杆件均由自由锻 造加工成型。自由锻造是采用通用工具或在锻造设备的上下跕间进行锻造，金属只有部分表面受到工具的限制。材料选用Q235该材料的强度与韧性有较好的配 合，锻造性，冲压性以及焊接性良好，热处理为淬火加回火。在设计时，初定A与C点的中心距为1000mm AB与BC勺夹角为120，从而计算出AB和BC勺长度约为578mm根据固定铰链的的中心位置，通过作图法设计出各杆的长度尺寸， 如图10。各杆 的

32、尺寸详见零件图。连杆的强度校核：275-0.01752= 0.29Mpa；b=375 Mpa故安全。各杆间通过螺栓和螺母进行铰接， 规格选用M20由于螺母为标准件，直接选用 杆5和杆1与轴通过键相连接，采用A型普通平键。平键的尺寸如下：B汉 HL=328汉 100 ( mm R=b/2杆1和杆5是通过两根直轴控制放料门的开关，在设计时所用的轴为光轴。光轴形 状简单，加工容易，应力集中源少。该轴两端有两个键槽，用来安装键，一端连 接连杆机构，一端连接放料门。材料选用40cr，热处理方式为调质，6 B=640Mpa 6产355Mpa光轴的长度为箱体的长度1235.2mm光轴的直径由经验选取60mm

33、 轴承的选择轴承的作用是支撑轴及轴上的零件，保持轴的旋转精度，减少转轴与支撑 之间的摩擦和磨损。因为滚动轴承已经标准化，所以我们只需要选型就可以了。滚动轴承的类 型应根据所受的载荷大小、性质、方向、转速及工作要求来选择。由于本设计的 轴基本上只承受径向载荷且承载能力不要求很高，所以我们选择深沟球轴承6000 系列。由于轴的直径为60mm所以我选取滚动轴承代号为61312。2. 6链传动方式的设计由于该双轴混合机有两根传动轴，故传动方式有两种情况：其是采用两台相同的减逍电机，每台电机驱动？根轴。同步转动，转向相反，该方案的特点 是：传动平稳，工作可靠，但功耗大，成本高，占地面积多；其二是采用一台

34、减速电机驱动。传动方式如图10示，该方案的特点是：工作性能稳定，功耗低。 成本低，但链条有轻微冲击跳动，对链条及链轮有一定的磨损。综合这两种传动方式，笔者设计时采用后者I图-11链传动方式示意图1主动链轮与电机直联 2、3两转子上的链轮4 换向隋轮2 .7电动机的选择及叶片轴转速的确定由于该混合机适合于添加高液态糖脂，相对电机功率要大些.笔者建议选用电机功率不应低于7. 5k，设主从链轮传动比为1:1,初步选择电动机为JXJ5 35 一II的摆线针轮减速电动机，电机功率为I1kw输出转速为41. 7r/min,则叶片 轴的转速为n=41. 7r/min。而此转速与我在计算转子的转速符合，在 3

35、4.31(r/mi n)n 47.21(r/mi n)的范围内。第三章工艺效果1.混合时间短，混合均匀度高据该混合柳的试验表明， 该机不仅能应用于多种工 业部门，而且可以混合添加量仅为3PPm的添加剂；且能在3060秒的时间内将 其与物料混台均匀 且混合均匀度Cv4%,而不产生离析。2.液体添加量大饲料 中添加植物油，液化脂或糖蜜之类的叶稠液体是动物营养的需要；同时在混合过程中，还有助于减少物料的分级。提高饲料品质，这是因为液体在较大物料颗 粒表面形成粘性涂层。使较细小的颗粒粘附其上；往料仓内卸料时，细小颗粒随 较大的颗粒流向料堆四周。减少了分级现象，从而使产品的混合均匀度得到保证， 对于传统

36、的双螺带混合机，其液体添加量仅为 3%8 %、当超过此添加量时。 粘稠液体往往会粘敷在螺带的背部，作业几小时后便失去了正常的混合作用，达 不到要求的混合效果，不得不停机进行人工清理，但几小时后叉会故态重演。而 对于双轴桨叶式混合机，由于其特定的桨叶结构，流态化的失重区其液体添加量 可高达1 0% 一20%，故可极大地改善饲料的适口性。但在添加糖蜜时，可采取 加热糖蜜(不能焦糖化)提高其流动性；以10%的水稀释后再喷洒，以提高其喷 洒效果。3.3产品的成型图第四章总结转眼之间，历经整整两个月的毕业设计马上就要结束了， 这是我们大学之中 最后一个也是最重要的一个设计、 一个阶段。毕业设计是考验我们大学这四年来 的所学，它要求我们将大学这四年来所学到的知识能够融会贯通、熟练应用，并要求我们能够理论联系实际，培养我们的综合运用能力以及解决实际问题的能 力。在这个过程中，感到自己有学到了好多东西。在这两个月里，我们不断学习、不断积累并且不断提高。在指导老师严霖元 老师的悉心指导下，我们从最初的开题报告开始做起， 进行设计方案的确定；之 后尺寸拟定、各个零部件的选择及计算、绘制装配图、零件图等几个阶段。这次 的毕业设计，是对我们这四年来所学的专业知识是否踏实的检验， 让我们对这四 年中所学的知识进行了综合，也让我温