庄佃霞,解永辉
(潍坊职业学院,山东 潍坊 261031)
摘 要:本文分析了传统盘式制粒机系统缺点,根据肥料制粒的工艺要求,对小型肥料制粒机的主要零部件进行了理论分析与计算,并完成了总体结构设计。试验表明,该设备工作可靠,结构简单,成本低廉,完全满足实验室试验要求。
关键词:小型;肥料制粒机;单片机;转速
我国复合肥最常用的生产工艺是团粒法工艺。复合肥生产流程主要为盘式制粒机系统,间歇加料,靠人工经验控制各个生产环节。其缺点是操作时物料温度较低,不易利用高温制粒。产品质量波动较大,操作性和控制性差,无法实现系统机械化和自动化。为了对复合肥的应用效果进行研究,研制小型制粒机以满足实验室制粒要求显得尤为必要。
笔者根据肥料制粒工艺要求,初步进行总体方案设计,确定传递工作路线、传动比,然后对功率、皮带传动、变速箱、调速机构、制粒圆盘和刮刀机构等进行设计计算;并利用单片机原理设计了肥料制粒机主轴的转速测试系统,最后完成制粒机的设计。
1 肥料制粒机的总体结构及工作原理
小型肥料制粒机主要由电机、皮带传动、变速箱、制粒圆盘、转轴以及单片机测试系统组成,如图1所示。
工作原理:动力通过皮带传送给变速箱,经变速箱降速增扭后再将动力传给制粒盘主轴,带动主轴旋转。经过混合好的原料和返料在圆盘上方加入,在旋转方向的下方设有喷液口。由于物料随着制粒圆盘的旋转而不断翻滚,细粒物料受喷液的黏结作用,颗粒不断长大;倾斜圆盘的旋转使颗粒分层,大颗粒处于上层,达到合乎规格的颗粒就可以从圆盘的下缘连续出料,处于下层较小的颗粒在圆盘中与新加进的物料继续在圆盘中黏结长大、连续出料。制粒圆盘倾角可以通过调节装置进行改变,以取得理想的制粒效果。
2 肥料制粒机主要部件的设计
2. 1 电动机的选择
2. 1. 1 选择电动机的类型和结构型式
由于小型肥料制粒机对起动转距有较高要求,根据其结构特点,应选交流电动机, Y系列电动机为更新换代产品,具有高效、节能、震动小和运行安全可靠的特点,安装尺寸和功率等级符合IEC国际标准,适合于小型肥料制粒机。
2. 1. 2 确定电动机的容量
电动机容量的选择必须根据工作机容量的需要来确定。如选电动机的容量过大,必然会增加成本,造成浪费;相反,容量过小,则不能保证工作机的正常工作,或使电动机长期过载、发热量大而过早损坏,因此所选发动机的额定功率应等于或稍大于电动机所需要的实际功率。
2. 1. 3 电动机转速的选择
额定功率相等的同类型电动机,可以有好几种转速可选择,电动机的转速高,极对数少,尺寸和质量小,价格也便宜,但会使传动装置的传动比加大,结构尺寸偏长,成本也会变高,若选用低转速的电动机则相反。根据小型肥料制粒机的总体设计以及其传动装置的设计,应选用同步转速为1500 r/min的电动机,满载转速为1440 r /min,该电动机型号为Y112M - 4。
2. 2 皮带传动设计
皮带传动设计计算包括: 设计功率、选择带型、传动比、小带轮基准直径(mm) 、大带轮基准直径(mm) 、实际传动比、传动比误差、皮带速度(m / s) 、初定中心距(mm) 、带基准长度(mm) 、中心距(mm) 、小带轮包角( rad) 、单根V带所能传递的额定功率( kw) 、V带的根数。
2. 2. 1 皮带受力分析如图2所示
皮带传递的力为: F = F1 - F2 ;计算皮带的截面面积A; 发动机输出的小带轮为主动轮,最大应力发生在紧边进入小带轮处。
2. 2. 2 皮带强度校核
根据带的应力分析,带的设计准则:保证带在正常工作时不打滑前提下,具有一定的疲劳强度和足够的寿命。
2. 2. 3 皮带的传递功率
工作最佳速度: 先求极限转速,当带速很大时,紧边拉力全部用来承担离心力。
2. 3 变速箱的设计
2. 3. 1 总体结构设计
变速箱主要由主动轮轴、驱动轴、中间齿轮组合、主动齿轮组合和壳体等部分组成,采用单级圆柱齿轮传动。
2. 3. 2 动力传动路线设计
电动机与变速箱之间选用窄V 型皮带传输动力,具有强度高、体积小,传动平稳等特点;变速箱内采用圆柱齿轮传动的方案。
作业时的传动路线(图3 ) : 发动机—皮带轮—主动轴Ⅰ—齿轮1—齿轮2—齿轮3—齿轮4—驱动轴,主要用于带动主轴旋转从而带动制粒圆盘运动。
2. 3. 3 齿轮传动设计
基本齿廓符合GB1356的钢制内外啮合渐开线圆柱齿轮传动,如图4。
②齿轮传动校核计算
1齿轮和2齿轮啮合传动,如图5所示:已知名义功率: P1 = 0. 3 ×0. 90 = 0. 27 kw;转速: n1 = 720 r/min ;传动比: i = 4;轻微振动,单向运转,齿轮大小布置,传动结构紧凑。
2. 4 转桶的结构设计
转桶设计结构简单,便于加工,能满足刚度和强度的要求,其结构尺寸是综合考虑整体尺寸协调及美观等方面的因素而设计的,如图6。
转桶选用焊接,焊接工艺的要求如下:焊缝布置应尽量分散,焊缝位置应尽可能对称布置,焊缝应尽量避开最大应力断面和应力集中位置,焊缝应尽量避开机械加工表面,焊缝位置应尽量便于焊接操作的要求。
2. 5 支撑架的设计
2. 5. 1 支撑架设计的工艺要求
为了使本机在停机状态下具有安全可靠的停放位置,特意在底架上加上了支撑架部分,以使整机安全停放。
工作原理:当制粒机工作时,支撑架在弹簧作用下复位,制粒机便可自由工作。当制粒机停机时,将支撑架放下,制粒机便可安全放置。
支撑架是用于安装主箱体架和转桶,并将转桶置于其上的结构。要求支撑架能够自由移动,以便于调整喂料高度和角度,支撑架设计不仅要求结构简单,便于加工,满足刚度和强度的要求,还要综合考虑支撑架整体尺寸协调及美观等方面的因素。
支撑架也选用焊接,焊接工艺的要求与转桶工艺要求相同,不再赘述。
2. 5. 2 支撑架结构确定
支撑架在应用中承载轻,不是重要加工表面,表面精度要求不高,所以支撑架边框选用槽钢,变速箱及部分转盘重量作用在边框上,框架内只受较少部分力作用,所以内部用铁皮焊接。由主箱体架尺寸及转盘尺寸根据需要确定支撑架尺寸。底架固定于地面上,用于支撑制粒机所有的工作部件,以保证肥料制粒机在工作时的稳定。
2. 6 肥料制粒机转速测试系统设计
转速是影响盘式造粒机的重要因素,为了研究转速对造粒质量的影响,选择最佳工艺参数,设计了转速测试系统。
转速测量系统是基于单片机的智能仪器,是以8051单片机为核心系统的转速测量装置,光电传感器测得的脉冲输入到单片机中进行脉冲记数,记得的数据经内部程序计算、分析、处理后,所得的转速值利用LED显示。具有硬件结构简单,测量速度快,精度高,运行可靠等优点。
3 样机试验
3. 1 试验材料
复合肥配方:尿素28%; 氯化钾20%; 磷酸二铵16%; 粘土6%; 风化煤粉30%;
含水量40%。
3. 2 试验结果与分析
设计小型复合肥料制粒机加工出口肥料颗粒直径调查结果见表1。
从表中看到,在加工出口肥料颗粒中:
直径尺寸: 1≤d < 2mm 占8%;
直径尺寸: 2≤d < 3mm 占46%;
直径尺寸: 3≤d < 4mm 占40%;
直径尺寸: 4≤d < 5mm 占6%。
根据肥料制粒的要求, 颗粒直径尺寸在2～4mm为合格,统计结果表明合格率为86%。
4 结论
根据肥料制粒的工艺要求,对小型肥料制粒机的主要零部件进行了理论分析与计算,完成了总体结构设计。
运用单片机技术,完成了制粒机转速测试系统的设计。
试验表明,该设备工作可靠,结构简单,成本低廉,完全满足实验室试验要求。
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