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江西農業(yè)大學學士學位答辯江西農業(yè)大學學士學位答辯雙軸槳葉式高效混合機工作機構設計雙軸槳葉式高效混合機工作機構設計n n指導教師指導教師指導教師指導教師:嚴霖元嚴霖元嚴霖元嚴霖元 姓名姓名姓名姓名:汪奇超汪奇超汪奇超汪奇超 班級班級班級班級:機制機制機制機制051051班班班班第一章 設計任務設計一種適用于食品、醫(yī)藥、化工、建材、塑料、飼料等行業(yè)的粉體混合，可進行固-固混合、噴加液體混合的混合機。并具有適用物料范圍廣，混合精度高，混合速度快，混合過程溫和，運轉平穩(wěn)，噪聲低，不污染環(huán)境，安裝、使用、維修保養(yǎng)方便的特點。根據(jù)參考有關書籍，我們設定主要技術參數(shù)如下：產(chǎn)量500KG 電動機功率11KW 參與設計的共三個人，本人負責的是混合機構帶有槳葉軸和控制放料口的連桿機構的設計第二章第二章 工作原理工作原理該雙軸混合機主要由兩根相反旋轉的軸以一定的相位排列及由安裝在軸上面的槳葉構成。在電機的驅動下，一側軸上的槳葉將物料甩起隨其一道旋轉，另一側軸上的槳葉利用相位差將一側甩起的物料反向旋轉甩起。這樣，兩側的物料便相互落人兩軸問的腔內。從而物料在混合機的中央部位形成了一個流態(tài)化的失重區(qū)(見圖1)度安裝，且以低圓周速旋轉。物料被提升后形成了旋轉渦流，這種處于失重狀態(tài)下的渦流產(chǎn)生混合作用。使物料快速、充分均勻地混臺運動著的物料。雖然是固體，但其表現(xiàn)卻象流體一樣。由于槳葉以一定的角安裝，且以低圓周速轉，使物料快速、充分、均勻地混合。圖1 物料混合運動示意圖 第三章 混合機殼體的計算根據(jù)孫楠同學對殼體的設計計算，得出的數(shù)據(jù)如下：混合機有效容積 V=1.67 W型殼體內徑=802.88mm 殼體的長度L=1235.2mm第四章 葉片設計葉片設計 1.槳葉的形狀的設計根據(jù)物料特性及工藝要求定，對于有液體添加的混合物料，槳葉應選用結構簡單的形狀，以減少卸料及清理困難。此外，為減小物料阻力，還應盡量縮短槳葉切割邊長度，由于在面積相同的情況下，正方形的周長較短，所以槳葉的形狀應設計成正方形或接近正方形為宜。為保證槳葉與機體內壁的間隙均勻一致，槳葉頂端邊線應設計成橢圓弧線。2.葉片的安裝方式 葉片的安裝方式是保證雙軸混合機性能的關鍵，安裝不恰當，就不能達到期望的憂越性能；叉根據(jù)物料流態(tài)化區(qū)的形成機理及軸的受力均衡情況，初定每螺距上安裝四個葉片安裝角為(待定)如圖3所示。3.葉片參數(shù)的確定 如圖3示，設葉片長為L，寬為c軸向投影長度為b，徑向投影為a葉片安裝角為考慮葉片轉子的平衡穩(wěn)定性，葉片在軸上的安裝數(shù)目應取偶數(shù)，又因為每螺距上有四個葉片 故：a=L/4K(K=2,4,6)(4)上式中：a葉片徑向投影長度(mm)L混合機殼體長度(L=1235.2mm)k偶數(shù)因子(取k=4)則式(4)：a=1235.2/16=77.2(mm)根據(jù)圖2的幾何關系：c=a/SIN圖3 葉片安裝示意圖4.葉片安裝角的確定混合室內的物料顆粒除了受電機驅動軸葉片上力的作用外，還受物料粒子問的摩擦力及物料粒子與殼體的摩擦作用而產(chǎn)生復雜的復合運動，設其合成運動速度為V、在軸線上的速度為 圓周上的速度為運動示意圖如圖4：通過計算得出角=33C=a/SIN=77.2/SIN33=141.65（mm）圖4物料顆粒運動示意圖5.槳葉與軸的配合 機體內并排裝有兩個轉子，轉子由軸和多組槳葉組成，每組槳葉有兩片葉片，槳葉一般呈45角安裝在軸上，只有一根軸最左端的槳葉和另一根軸最右端的槳葉與軸線的夾角小于其它槳葉，目的是讓物料在此處獲得更大的拋犧而較快地進入另一轉子作用區(qū)。槳葉通過支撐桿固定在軸上，軸一般在中段采用空心軸，兩端為實心軸端，以減輕自重，改善受力狀況。槳葉與軸的配合如圖5所示6.槳葉與軸的材料選擇和連接方式槳葉與支承桿間采用焊接方式連接。焊接件加工簡單，裕量小，受力也較明確，同時焊接的剛度大，整體性好。在此槳葉與支撐桿選用30號鋼，該材料有較高的強度和較好的韌性，焊接性中等，熱處理方式為正火。軸采用45號鋼，該材料具有良好的綜合力學性能，熱處理方式為調質。支撐桿與軸間采用過渡配合，使支撐桿固定在軸上。圖5 槳葉與軸的配合示意圖第五章 轉子的設計轉子的安裝根據(jù)兩轉子的受力分析及葉片的受力對性采用兩轉子葉片間相錯及相位為180的安裝方式如圖6所示 圖6 兩轉子安裝關系示意圖 第六章 出料機構工作原理 該機底部設有兩個出料門一般采取大開門結構，門體設計時應考慮位置微調結構，必要時，可方便地調節(jié)門體位置，使門體緊貼于機槽底部，保證出料門位置正確，密封可靠。門框周圍還應設置橡膠密封件，門關閉時，門體側面緊貼密封件，防止機內物料泄漏，密封件設計時應考慮更換問題，以便橡膠條損壞或老化后更換方便。兩個出料門由控制機構控制，分別控制出料門的開關該機構采用一只氣缸同時控制兩排料門開關的結構，該結構采用一個與氣缸塞桿鉸接的雙聯(lián)主動搖桿，其兩端分別與兩連桿鉸接，氣缸往復運動時，通過連桿機構帶動兩從動搖桿同時相向轉動，從而帶動兩排料門同步開關動作。出料門裝在聯(lián)動軸上，該軸與從動搖桿連接。支桿1和支桿5分別與兩個聯(lián)動軸鉸接，同時聯(lián)動軸與放料口連接在一起。當氣缸往復運動，雙聯(lián)主動搖桿從而推動從動搖桿帶動放料口的開關。第七章 放料機構各零件的設計和選擇 1.氣缸的設計與計算選用彈簧復位氣缸，參考機械設計手冊，氣缸的尺寸設計如下：根據(jù)力平衡原理，如圖9所示的單向作用氣缸活塞桿上輸出推力必須克服彈簧的反作用力和活塞桿工作時的總阻力，其公式為：-彈簧反作用力 -活塞桿上的推力D-活塞直徑P-氣缸工作壓力-氣缸工作時的總阻力-載荷率，主要考慮保證氣缸動態(tài)特性參數(shù)及總阻力。若氣缸動態(tài)參數(shù)要求較高，且工作頻率高，其載荷率一般取=0.30.5，速度高時取小值，速度低時取大值；若氣缸動態(tài)要求一般，且工作頻率低，基本是勻速運動，可只考慮其總阻力，其載荷率可取=0.70.85根據(jù)機械設計手冊，選取D=100mm。由于和相對于非常小，可取它們?yōu)?。又因為混合機在工作時轉子勻速轉動，=0.70.85，所以：=274.75N 圖9 2.活塞桿的設計根據(jù)機械設計手冊，按強度條件計算活塞桿的直徑。d式中 -氣缸的推力 -活塞桿材料的許用應力 =/S -材料的抗拉強度 S-安全系數(shù) S1.4選用材料Q235，Q235的抗拉強度為370-500MPA，取 =400.可得：d 34.37所以活塞桿的直徑取35mm。根據(jù)機械零件手冊，選用型號為QGS的氣缸，設計行程為400mm。于是在計算時我們認為活塞桿的長度為400，直徑為35。在實地測量后得出了該機構其他零件的數(shù)據(jù)，詳見各零件的零件圖紙。這些桿件均由自由鍛造加工成型。自由鍛造是采用通用工具或在鍛造設備的上下跕間進行鍛造，金屬只有部分表面受到工具的限制。材料選用Q235，該材料的強度與韌性有較好的配合，鍛造性，沖壓性以及焊接性良好，熱處理為淬火加回火。根據(jù)固定鉸鏈的的中心位置，通過作圖法設計出各桿的長度尺寸，各桿的尺寸詳見零件圖。經(jīng)過校核后連桿的強度符合要求各桿間通過螺栓和螺母進行鉸接，規(guī)格選用M20。由于螺母為標準件，直接選用。桿5和桿1與軸通過鍵相連接，采用A型普通平鍵。平鍵的尺寸如下：BHL=3218100（mm）R=b/2桿1和桿5是通過兩根直軸控制放料門的開關，在設計時所用的軸為光軸。光軸形狀簡單，加工容易，應力集中源少。該軸兩端有兩個鍵槽，用來安裝鍵，一端連接連桿機構，一端連接放料門。材料選用40cr，熱處理方式為調質，B=640Mpa，S=355Mpa。光軸的長度為箱體的長度1235.2mm，光軸的直徑由經(jīng)驗選取60mm。第八章 軸承的選擇軸承的作用是支撐軸及軸上的零件，保持軸的旋轉精度，減少轉軸與支撐之間的摩擦和磨損。因為滾動軸承已經(jīng)標準化，所以我們只需要選型就可以了。滾動軸承的類型應根據(jù)所受的載荷大小、性質、方向、轉速及工作要求來選擇。由于本設計的軸基本上只承受徑向載荷且承載能力不要求很高，所以我們選擇深溝球軸承6000系列。由于軸的直徑為60mm，所以我選取滾動軸承代號為61312。第九章電動機的選擇及葉片軸轉速的確定電動機的選擇及葉片軸轉速的確定 由于該混合機適合于添加高液態(tài)糖脂，相對電機功率要大些筆者建議選用電機功率不應低于75k，設主從鏈輪傳動比為1：1，初步選擇電動機為JXJ5 35一ll的擺線針輪減速電動機，電機功率為l1kw輸出轉速為417rmin，則葉片軸的轉速為n=417rmin。而此轉速與我在計算轉子的轉速符合，在34.31(r/min)n47.21(r/min)的范圍內。致謝n n在做畢業(yè)設計的過程中，我得到了嚴霖元老師的悉心指導，在此我表示衷心地感謝！n n同時感謝本組成員孫楠同學和葛青松同學的幫助，是我們的團結協(xié)作才順利完成了本次畢業(yè)設計。n n最后還要感謝各位評委老師，您們辛苦了！畢業(yè)論文題目
學校代碼：10410
序 號：
本 科 畢 業(yè) 設 計
題目： 雙軸槳葉式高效混合機工作機構設計
學 院： 工 學 院
姓 名： 汪 奇 超
學 號： 20050380
專 業(yè)：機械設計制造及其自動化
年 級： 機制 051
指導教師： 嚴 霖 元
二OO九年 五 月
i
江西農業(yè)大學畢業(yè)設計
摘 要
隨著現(xiàn)代化飼料工業(yè)的發(fā)展， 飼料廠規(guī)模不斷擴大，對混合機混合均勻度的要求不斷提高 隨著飼制液體添加量增加， 傳統(tǒng)的臥式雙螺帶混合機已不能滿足上述要求．于是新一代高性能雙軸槳葉式混合機便應運而生從而雙軸槳葉式混合機應運而生。該機器廣泛用于飼料、糧食、化工、醫(yī)藥、農藥等行業(yè)中粉狀、顆粒狀、片狀、雜狀及粘稠狀物料的混合；?混合周期短、混合均勻度高：一般物料在50～90S時間內混合均勻度CV≤5%，減少了混合時間，提高了飼料廠生產(chǎn)效率；?裝填量可變范圍大：裝填系數(shù)可變范圍為0.3～0.8，適用與多行業(yè)中不同比重、粒度等物料的混合；?混合不產(chǎn)生偏析：該機在1分鐘內混合均勻后，繼續(xù)混合物料不發(fā)生分級現(xiàn)象，且不會因為比重、粒度等物性差別大而產(chǎn)生偏析；?出料快、殘留量小：底部采用四開門結構，排料迅速、殘留少；?液體添加量大：添加30%的液體仍能將物料混合均勻，即能混合粘稠物料；?采用獨特的鏈條張緊機構，裝拆、調節(jié)快捷而方便；?排料門密封可靠：排料門采用氣囊密封，密封可靠、使用壽命長，更換方便；?采用W形混合室，內置風道，整體式機座，側置檢修門，造型美觀，裝拆檢修方便。
關鍵詞：槳葉式 飼料 混合機
Biaxial blades efficient mixing machine
Abstract: Along with the development of modern industry, animal feed factory continues to expand the scale of mixer, mixing with requirement of improving forage additive quantity of liquid, traditional horizontal double screw with mixer already cannot satisfy the requirement of new generation of high performance. 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 industries powder, granule, flake, miscellaneous and mixed sticky materials, Mixed cycle is short, mixed uniformity: general materials in 50 ~ 90S time mixing degree than 5%, reduce CV hybrid time and improve production efficiency, animal feed factory. Loading quantity variable range: loading coefficient for 0.3 ~ 0.8 variable range, and many different proportion and granularity in materials such as mixing, Mixing machine: do not produce segregation in 1 minute after mixing, continue to mix materials not occurred phenomenon, and not because of classification, such as sexual difference is big size and segregation, A fast, residues by four small: bottom door structure, discharging quick, residues, Liquid add quantity: 30% of the liquid can still be mixing materials, which can be mixed sticky materials, Adopt unique chain tensioner, installation, fast and convenient adjustment, Discharging door sealing is reliable, discharging the airbag seal, sealing is reliable, 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 modelling, installation maintenance convenience.
Key words: Biaxial blades mixing machine
目錄
前言 5
第一章 設計任務 5
第二章 設計內容 6
2．1 結構與原理 6
2．2 混合機殼體的計算 6
2 2．1 容積(V)的計算 6
2 2．2 混合室有效容積各部分尺寸的確定 7
2．3 葉片設計 7
2 3.1槳葉的形狀的設計 7
2 3.2 葉片的安裝方式 7
2 3.3 葉片參數(shù)的確定 8
2 3.4 葉片安裝角的確定 8
2 3.5 槳葉與軸的配合 9
2 3.6槳葉與軸的材料選擇和連接方式 10
2．4 轉子設計 10
2 4.1 兩轉子的安裝關系 10
2 4.2 轉子轉速n的確定 10
2．5 出料機構設計 11
2 5.1出料機構工作原理 11
2 5.2 放料機構各零件的設計和選擇 12
2．6 鏈傳動方式的設計 15
2 .7電動機的選擇及葉片軸轉速的確定 16
第三章 工藝效果 16
3．1 混合時間短，混合均勻度高 16
3．2 液體添加量大 16
3. 3產(chǎn)品的成型圖 17
第四章 總結 18
參 考 文 獻 19
致謝 19
前言
廣泛用于飼料、糧食、化工、醫(yī)藥、農藥等行業(yè)中粉狀、顆粒狀、片狀、雜狀及粘稠狀物料的混合；?混合周期短、混合均勻度高：一般物料在50～90S時間內混合均勻度CV≤5%，減少了混合時間，提高了飼料廠生產(chǎn)效率；?裝填量可變范圍大：裝填系數(shù)可變范圍為0.3～0.8，適用與多行業(yè)中不同比重、粒度等物料的混合；?混合不產(chǎn)生偏析：該機在1分鐘內混合均勻后，繼續(xù)混合物料不發(fā)生分級現(xiàn)象，且不會因為比重、粒度等物性差別大而產(chǎn)生偏析；?出料快、殘留量?。旱撞坎捎盟拈_門結構，排料迅速、殘留少；?液體添加量大：添加30%的液體仍能將物料混合均勻，即能混合粘稠物料；?采用獨特的鏈條張緊機構，裝拆、調節(jié)快捷而方便；?排料門密封可靠：排料門采用氣囊密封，密封可靠、使用壽命長，更換方便；?采用W形混合室，內置風道，整體式機座，側置檢修門，造型美觀，裝拆檢修方便。
目前國內臥式混合機，均向著混合精度高、速度快、殘留量小、低耗高效、系列化和適用范圍廣等方向研制和發(fā)展，其中以雙軸槳葉臥式混合機的發(fā)展尤為迅速。國外的雙軸槳葉式混合機在上世紀80年代末已經(jīng)開始研制，挪威FORBERG公司在上20世紀90年代初推出了雙軸槳葉式系列混合機，其有效容積25~5000L，結構特點、混合機理、傳動方式與國內雙軸槳葉式混合機基本相同。目前國外流行的翻轉雙軸槳葉混合噴涂機是在普通雙軸槳葉式混合機基礎之上研制而成的。但需要增加一系列的液體噴涂和真空管道以及一套機體翻轉及傳動機構，結構略顯復雜。通過對國內外雙軸槳葉式混合機系列產(chǎn)品的性能進行測試，有如下結論：雙軸槳葉式混合機混合能力強，速度快（一般配合飼料，其批量混合周期為30~120S），混合均勻度高，殘留量?。ㄖ挥?.5%左右），能耗較低、適用范圍廣等特點。據(jù)資料介紹：雙軸槳葉式混合機在混合作業(yè)時，不受物料密度、粒度、形狀等的影響，不產(chǎn)生離析和分級，粉料間配比小到1:10000 時，或液體添加量達20%以上時，也可保證均勻混合。而且混合過程柔和，不破壞物料原始物理特性，其噸料能耗比螺帶式混合機低64%左右，其混合均勻度變異系數(shù)CV<5%,最佳可達3%以下。
在設計的過程中，我得到了指導老師的悉心指導，同時也得到了其他同學的幫助，在此表示衷心地感謝。
由于本人的設計經(jīng)驗有限，此說明書肯定有不妥之處，懇請評審老師批評指正。
汪奇超
2008年5月
第一章 設計任務
設計一種適用于食品、醫(yī)藥、化工、建材、塑料、飼料等行業(yè)的粉體混合，可進行固-固混合、噴加液體混合的混合機。并具有適用物料范圍廣，混合精度高，混合速度快，混合過程溫和，運轉平穩(wěn)，噪聲低，不污染環(huán)境，安裝、使用、維修保養(yǎng)方便的特點。根據(jù)參考有關書籍，我們設定主要技術參數(shù)如下：產(chǎn)量500KG 電動機功率11KW 參與設計的共三個人，本人負責的是混合機構帶有槳葉軸和控制放料口的連桿機構的設計
第二章 設計內容
2．1 結構與原理
該雙軸混合機主要由兩根相反旋轉的軸以一定的相位排列及由安裝在軸上面的槳葉構成。在電機的驅動下，一側軸上的槳葉將物料甩起隨其一道旋轉，另一側軸上的槳葉利用相位差將一側甩起的物料反向旋轉甩起。這樣，兩側的物料便相互落人兩軸問的腔內。從而物料在混合機的中央部位形成了一個流態(tài)化的失重區(qū)(見圖1) 度安裝，且以低圓周速旋轉。物料被提升后形成了旋轉渦流，這種處于失重狀態(tài)下的渦流產(chǎn)生混合作用。使物料快速、充分均勻地混臺運動著的物料。雖然是固體，但其表現(xiàn)卻象流體一樣。由于槳葉以一定的角安裝，且以低圓周速轉，使物料快速、充分、均勻地混合。
— 一 圖-1 物料混合運動示意圖
2．2 混合機殼體的計算
依據(jù)該餛合機兩根槳葉軸的特點，設計殼體為獨特的 w 型結構， 外型框如圖2
圖-2 雙軸混合機殼體示意圖
2．2．1 容積(V)的計算
根據(jù)混合機的理論，混合機的最佳混合批量應以物料剛好達到轉子中心線為佳、而對于新型獨特的雙軸機，要求其能在滿負荷下工作(即其生產(chǎn)能力超過其設計能力)，則其充滿系數(shù)應在0．2～ 1．4范圍內，依據(jù)公式：
············（1）
式中： V —混合機有效容積()
G—批次混合量(500公斤／批)
r—物料容重(飼料r=500kg／)
—充滿系數(shù)(取=0．6)
2．2．2 混合室有效容積各部分尺寸的確定
混合機的混合室有效容積結構如圖2中所示。將混合室容積分成圓柱體與長方體的組合，依據(jù)幾何關系得：
···········(2)
式中：—混合室有效容積
（==1.67）
D —半邊“W”型殼體內徑(mm)
L —殼體長度(m)
為了造型美觀，將殼體的長寬比定為黃金分割比， 即： D1：L=0．6l8 （3）
由(2)(3)得：
==1.67=···············（4）
根據(jù)孫楠同學對殼體的設計計算，得出的數(shù)據(jù)如下：混合機有效容積 V=1.67
W型殼體內徑 =802.88mm 殼體的長度L=1235.2mm
2．3 葉片設計
2 3.1槳葉的形狀的設計
根據(jù)物料特性及工藝要求定，對于有液體添加的混合物料，槳葉應選用結構簡單的形狀，以減少卸料及清理困難。此外，為減小物料阻力，還應盡量縮短槳葉切割邊長度，由于在面積相同的情況下，正方形的周長較短，所以槳葉的形狀應設計成正方形或接近正方形為宜。為保證槳葉與機體內壁的間隙均勻一致，槳葉頂端邊線應設計成橢圓弧線。
2 3．2 葉片的安裝方式
葉片的安裝方式是保證雙軸混合機性能的關鍵，安裝不恰當，就不能達到期望的憂越性能；叉根據(jù)物料流態(tài)化區(qū)的形成機理及
圖-3 葉片安裝示意圖
軸的受力均衡情況，初定每螺距上安裝四個葉片．安裝角為 (待定)． 如圖3所示。
2 3．3 葉片參數(shù)的確定
如圖3示，設葉片長為L ，寬為c．軸向投影長度為b，徑向投影為a．葉片安裝角為α考慮葉片轉子的平衡穩(wěn)定性，葉片在軸上的安裝數(shù)目應取偶數(shù)，又因為每螺距上有四個葉片 故：
a=L/4K(K=2,4,6…)···········(5)
上式中： a—葉片徑向投影長度(mm)
L—混合機殼體長度(L=1235.2mm)
k～偶數(shù)因子(取k=4)
則式(5)：a=1235.2/16=77.2(mm)
根據(jù)圖2的幾何關系：c=a/SINα··········（6）
2 3．4 葉片安裝角的確定
混合室內的物料顆粒除了受電機驅動軸葉片上力的作用外，還受物料粒子問的摩擦力及物料粒子與殼體的摩擦作用而產(chǎn)生復雜的復合運動，設其合成運動速度為V 、在
圖-4物料顆粒運動示意圖
軸線上的速度為，圓周上的速度為
運動示意圖如圖4：
如圖4所示，依據(jù)幾何關系
V合=AB×SINα÷COSρ
AB=2ΠRn/60
V合=2ΠRn/60·SINα÷COSρ
V軸=V合COS(α+β)= · COS(α+β)········(7)
式(7)中： n—葉片軸轉速(r／min)
D1—半邊殼體的內徑(mm)
α—葉片安裝角
ρ—物料顆粒的摩擦角角（ρ=23°∽28°）
對于雙軸混合機，要達到其晟佳的混合效果，最大限度地降低動力消耗，使物料能形成流態(tài)化的失重區(qū)，應使物料的離心力 (mR)小于重力(m g)，mR
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