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1、机 械 工 程 学 院 机械制造技术基础课题作业题 目： 双轴桨叶式混合机 专 业： 机械设计制造及其自动化 班 级： 12级卓越班 姓 名： 武国良 学 号： 1666120129 指导教师： 孟令启 日 期： 2014.10.29 摘 要随着现代化工业的发展，复合肥厂规模不断扩大，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：一般物料在5090S时间内
2、混合均匀度CV5%；减少了混合时间，提高了饲料厂生率；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，且不会因为比重、粒度等物性差别大而产生析；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。关键词：桨叶式 复合肥 混合机
3、 第一章 设计任务1第二章 设计内容121 结构与原理122 混合机壳体的计算1221 容积(V)的计算2222 混合室有效容积各部分尺寸的确定223 叶片设计32 3.1桨叶的形状的设计32 32 叶片的安装方式32 33 叶片参数的确定42 34 叶片安装角的确定42 3.5 桨叶与轴的配合52 3.6桨叶与轴的材料选择和连接方式624 转子设计62 41 两转子的安装关系62 42 转子转速n的确定725 出料机构设计72 5.1出料机构工作原理72 5.2 放料机构各零件的设计和选择9第四章 总结13参 考 文 献14 第一章 设计任务设计一种适用于食品、医药、化工、建材、塑料、肥料等
4、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、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 。第二章 设计内容21 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
5、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。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22 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221 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02 14范围内，依据公式：（1）式中：
6、V 混合机有效容积()G批次混合量(500公斤批)r物料容重(饲料r=500kg)充满系数(取=06)222 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： (2)式中：混合室有效容积 （=1.67） D 半边“W”型壳体内径(mm) L 壳体长度(m)为了造型美观，将壳体的长宽比定为黄金分割比， 即： D1：L=06l8 （3）由(2)(3)得：=1.67=（4）根据对壳体的设计计算，得出的数据如下：混合机有效容积 V=1.67 W型壳体内径 =802.88mm 壳体的长度L=1235.2mm23 叶片设计2 3.
7、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。2 32 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。2 33 叶片参数的确定如图3示，设叶片长为L
8、，宽为c轴向投影长度为b，径向投影为a叶片安装角为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（6）2 34 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，圆周上的速度为运动示意图
9、如图4：如图4所示，依据几何关系V合=ABSINCOSAB=2Rn/60V合=2Rn/60SINCOSV轴=V合COS(+)= COS(+)(7)式(7)中： n叶片轴转速(rmin)D1半边壳体的内径(mm)叶片安装角物料颗粒的摩擦角角（=2328）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，使物料能形成流态化的失重区，应使物料的离心力 (mR)小于重力(m g)，mRmg.W=2n/60(8)由上式(8)n (D1=802.88mm)n47.21(rmin)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
10、求得 式(6)的v轴的极大值，只需对安装角()求 一阶导数。然后令dv轴/d=0即可。 所以cos(2 +)=0得：2+=/2或2 +=-/2(舍去)取=24 则有 =33，即叶片的安装角=33则上式(6)C=a/SIN=77.2/SIN33=141.65（mm）2 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
11、力状况。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。24 转子设计2 41 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2 42 转子转速n的确定据有关资料介绍混
12、合机叶片末端线速度范围国内为V=08 1 62(ms)；日本RM 公司为V=1 12(ms)；美国SW 公司为V=0 9 1 25(ms)；挪威Forberg公司为085 128(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=0.851.28进行计算。由上式(7)知因为V合即为叶片末端的线速度。所以：0.85 1.28 (D1=2R)解上式得：34.31(r/min)n47.68(r/min)又因为 n临 47.21(r/min)所以34.31(r/min)n47.21(r/min)即该(500公斤批)混合机转子的转速应在34.31(r/min)n47.21(
13、r/min)范围内。具体转速要视电动机及传动比而定。25 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1 2-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 + - ）- F自由度n活动构件低副高副虚约束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。图-8 9-放料门 10-密封圈
