雙元三軸飼料混合機(jī)的設(shè)計

■陳 偉

（山東科技職業(yè)學(xué)院，山東濰坊261053）

近年來，隨著飼料加工設(shè)備和飼料添加劑工業(yè)的迅速發(fā)展，對混合機(jī)性能的要求也越來越高，其性能的優(yōu)劣將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和企業(yè)的生產(chǎn)效率。對于混合速度快、精度高、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，對不同物料有良好的適應(yīng)性、混合過程不破壞物料的初始狀態(tài)、無偏析等成為新一代混合機(jī)所需具備的特征。

1 雙元三軸飼料混合機(jī)的設(shè)計

1.1 確定傳動方案及總傳動原理圖

采用摩擦型v帶傳動，其具有運(yùn)動平穩(wěn)，噪音小，能起到減震和緩沖的作用，適合兩軸中心距較大的傳動，安裝簡單，精度要求低，具有過載保護(hù)，成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)。

總傳動原理設(shè)計如圖1所示：該混合機(jī)將調(diào)速電動機(jī)3的輸出軸通過鍵連接小帶輪2，其輸出的動力傳遞給小帶輪2，由帶輪減速后將動力傳遞給混合機(jī)4中的主軸1，主軸1帶動攪拌槳完成飼料的混合工作。

圖1 總傳動原理

1.2 結(jié)構(gòu)及工作原理

該混合機(jī)采用齒輪系的原理制作，如圖2所示，有三根傳動軸，即主動軸1和小齒輪2的傳動軸，小齒輪3的傳動軸；兩個攪拌槳分別安裝在兩個小齒輪軸的末端。組裝時將調(diào)速電動機(jī)安裝在機(jī)罩上的機(jī)架上，接通電源后，電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，通過帶傳動將動力傳遞給主軸1，主軸1通過底盤帶動小齒輪2和小齒輪3圍繞主軸1旋轉(zhuǎn)，其中小齒輪3在旋轉(zhuǎn)的過程中和固定不動的大齒輪4實(shí)現(xiàn)內(nèi)嚙合，使其自身產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，在自轉(zhuǎn)的同時又與小齒輪2實(shí)現(xiàn)外嚙合，使小齒輪2與其相對旋轉(zhuǎn)，也就是該混合機(jī)在工作過程中，兩個攪拌槳圍繞主軸1進(jìn)行圓周方向旋轉(zhuǎn)攪拌，同時兩個攪拌槳又進(jìn)行相對旋轉(zhuǎn)攪拌，實(shí)現(xiàn)了雙元攪拌的過程，使整個攪拌過程中360度范圍內(nèi)沒有攪拌死角。

圖2 工作原理

1.3 動力系統(tǒng)的確定

采用YCT電磁調(diào)速電動機(jī)，這種電動機(jī)可實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩交流無級變速，具有結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，速度調(diào)節(jié)平滑，調(diào)速范圍大，起動轉(zhuǎn)矩大，具有速度反饋環(huán)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，使用時通過轉(zhuǎn)動控制裝置的主令電位器來調(diào)整電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。

電磁調(diào)速電動機(jī)的型號為YCT132-4B，標(biāo)稱功率1.5 kw，額定轉(zhuǎn)矩9.7 N.m，轉(zhuǎn)速范圍1 230～125 r/min，拖動電流3.7 A，重量85 kg。

1.4 傳動系統(tǒng)的設(shè)計

根據(jù)電動機(jī)的功率，設(shè)計傳動比i=5，選用B型V帶，確定帶輪的基準(zhǔn)直徑為：大帶輪直徑350 mm，小帶輪直徑70 mm，中心距a=420 mm，根數(shù)Z=2，V帶標(biāo)記為：B1473 BG/T11544-1997。

1.5 主軸的設(shè)計

帶輪輸出的轉(zhuǎn)矩傳遞給主軸，主軸通過底盤帶動兩個小齒輪圍繞主軸做整周回轉(zhuǎn)運(yùn)動。主軸采用45#鋼調(diào)質(zhì)處理，其零件如圖3所示，對主軸進(jìn)行彎扭組合強(qiáng)度校核，滿足要求。

1.6 齒輪的設(shè)計

兩個尺寸相等的小齒輪采用45#鋼調(diào)質(zhì)處理，齒面平均硬度220HBS；大齒輪采用45#鋼正火，齒面平均硬度為180HBS，其為齒圈式內(nèi)齒輪，安裝在齒輪支架上；兩個小齒輪隨底盤圍繞主軸旋轉(zhuǎn)。該齒輪傳動為閉式軟齒面齒輪傳動，按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算，得參數(shù)如下：大齒輪參數(shù)：m=3；z=120，壓力角α=20°；兩個小齒輪參數(shù)：m=3，z=42，壓力角α=20°，最后按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核，滿足要求，齒輪零件如圖4和圖5所示。

圖3 主軸零件

1.7 攪拌槳的設(shè)計

攪拌槳采用扁鋼制作，為可拆卸式，利用鍵槽安裝在兩個小齒輪軸的末端，其結(jié)構(gòu)及零件如圖6所示，對攪拌槳進(jìn)行強(qiáng)度校核，安裝時要求攪拌槳與料筒內(nèi)壁的最小距離為2 mm，與料筒底面的最小距離為2 mm，保證攪拌過程無攪拌死角。

圖4 大齒輪零件

圖5 小齒輪零件

圖6 攪拌槳零件

1.8 頂升系統(tǒng)的設(shè)計

混合機(jī)料筒蓋的開啟采用液壓傳動系統(tǒng)，在料筒蓋的對角上設(shè)置兩個液壓缸，采用調(diào)速閥的液壓同步回路，在液壓缸活塞伸出時頂升料筒蓋，液壓回路如圖7所示，兩個調(diào)速閥可分別調(diào)節(jié)進(jìn)入兩個并聯(lián)液壓缸下腔的流量，使兩缸活塞向上伸出的速度相等。若兩個液壓缸的有效作用面積相同，且通過兩個調(diào)速閥的流量也調(diào)整得相等，則兩個液壓缸活塞的運(yùn)動速度可實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動。這種同步同速的方法比較簡單，并且可以調(diào)節(jié)缸蓋的開啟速度，實(shí)踐應(yīng)用效果良好。

圖7 料筒蓋頂升液壓系統(tǒng)

1.9 混合機(jī)UG三維實(shí)體模型

雙元三軸飼料混合機(jī)各零件設(shè)計完成后，應(yīng)用UG軟件進(jìn)行三維建模及虛擬裝配，如圖8所示，并將裝配圖形調(diào)入機(jī)構(gòu)模塊進(jìn)行運(yùn)動仿真，設(shè)計人員可以直觀地分析和檢查各零件之間的配合關(guān)系，各零件之間是否干涉，從而進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，還可以在仿真完成后，查看其速度及位移曲線，尋找最優(yōu)的旋轉(zhuǎn)速度，確保設(shè)計的正確性，提高設(shè)計的效率和質(zhì)量。

圖8 混合機(jī)裝配

2 雙元三軸飼料混合機(jī)的性能特點(diǎn)

雙元三軸飼料混合機(jī)采用兩個攪拌槳既圍繞主軸公轉(zhuǎn)攪拌，又相對自轉(zhuǎn)攪拌的工作原理，混合性能優(yōu)良，實(shí)踐應(yīng)用，采用80 r/min的轉(zhuǎn)速，混合過程平穩(wěn)，溫和，不會破壞物料的初始物理特性；另外由于混合過程是采用攪拌式工作，對于密度和粒徑相差較大的飼料在混合過程中也不會產(chǎn)生偏析等現(xiàn)象，確保了混合的均勻度。

3 雙元三軸飼料混合機(jī)的前景展望

最近幾年，飼料混合機(jī)的發(fā)展較快，且科技含量較高的混料機(jī)需求在逐漸增加，有關(guān)資料顯示，到2015年，飼料總產(chǎn)量將達(dá)到5 000萬噸以上。

飼料混合機(jī)作為農(nóng)業(yè)機(jī)械具有廣闊的市場前景，由于該混合機(jī)是采用攪拌式雙元混合，區(qū)別于市場上常見的的各種類型的混合機(jī)，如V型混合機(jī)，螺帶混合機(jī)等的混合原理，混合速度快，質(zhì)量均勻，操作方便，運(yùn)行安全可靠，可根據(jù)不同飼料的要求進(jìn)行調(diào)速，不發(fā)生分層及離析現(xiàn)象，尤其適合含有微量元素的添加劑等飼料的混合，所以該飼料混合機(jī)將會有良好的推廣價值和市場前景。