玉米秸杆生物燃料螺旋压力机设计.doc

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1、太原理工大学毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：玉米秸杆生物燃料螺旋压力机设计毕业设计论文是高等学校教学计划的重要组成部分，是学生完成教学计划规定要求学习的全部课程及相关内容之后，能够按照指定的课题独立自主完成和解决具体问题的基本训练，是检查与培养学生全面运用所学的理论知识与技能并进行综合性实践检验的教学环节，是对学生在校期间综合素质能力培养与教育效果的全面检验，是检查学校教育质量的综合反映，也是考查学生毕业水平及学位资格认证的重要依据。毕业设计（论文）要求及原始数据（资料）：设计参数：1、 根据自己熟悉的专业知识选定适当形式的机型；2、 根据实验数据确定压力机的规格参数；3、 确定实

2、用的压制方式方法；4、 给出压制产品的参数要求；5、 指出螺旋压力机的受力分析及响应精度；6、 标明螺旋压力机的参数对比。根据论点及相应参考数据与实验结果确定。毕业设计论文是通过对论点的提出、论点的意义、围绕论点进行的一系列实验试验或开展的专题设计与研究，使学生通过灵活与深化运用所学的专业理论知识，培养自己独立地认识、分析和解决科学与工程实际问题的能力，以达到科学工作者或高级工程师应当掌握和具备的科学技术知识水平方面基本训练目的。本课题是探索性研究型课题，要求在综述中阐明如下问题：1、 自然界能源存在的形式种类及转化利用状况2、 人类社会生存活动与能源的关系3、 生物能源的转化途径4、 生物能

3、源的生产与利用5、 生物能源材料的塑性成型压力加工工艺技术与装备6、 生物能源材料塑性成型压力加工工艺技术应用的展望7、 生物能源转化的相关基础理论8、 玉米秸杆转化为燃料的可能性分析9、 生物能源的加工工艺及可行性分析10、 生物能源生产原料的来源转化工艺及其机械模具工装设备11、 生物能源模制的效果及螺旋压力机结构与受力分析进行课题的研究应提出论点，给出论据，做出必要的实验并取得相关的数据，经过分析对比，选定其中真实的结果给出明确的结论。研究中用到的试验装具要求画出机构图，对主要工模装具要画出相应的结构图，给出相应的图表。毕业设计（论文）主要内容：通过毕业设计要求学生具备：1、 综合运用理

4、论、基本知识、专业技能的能力；2、 调查研究，收集、整理和使用技术资料的能力；3、 制定研究方案，进行分析、比较、论证、的能力；4、 进行辨析论证的能力；5、 从事科学实验的能力；6、 应用计算机技术、外语和工具书的能力；7、 编辑文献、资料、说明书的能力；8、 绘制工程图表的能力；9、 分析、论证、综述专业知识及课题的能力。毕业设计要求围绕毕业设计所做的毕业设计说明书、工程计算说明书和产品使用说明书内容完整、计算准确、论述简洁、文理通顺、装订整齐，文字叙述不少于2万字。毕业设计图纸要求能够正确的表达设计意图，图面布局应合理美观，图形文字要准确清晰，符合制图标准要求与有关规定（计算机绘图应具有

5、相当量）。毕业设计论述部分的相关论述要求立论合理，数据准确，论据充分，层次清晰，引用文献资料要客观准确，并详细注明来源出处。电子文件一律用Word撰写，工程制图建议使用AOTOCAD或其兼容软件制图。在毕业设计过程中要爱护公物、设备及工具，正确使用，精心维护，及时归还。要注意保持毕业设计论文场所的环境清洁卫生。学生应交出的设计文件（论文）：一、 调研资料及立论安排计划：（由学生自己拟订）二、 太原理工大学毕业设计资料：1、 太原理工大学毕业论文统一封面；2、 毕业论文中英文摘要：中文摘要300字左右；英文摘要和中文摘要对应，列出主题词；3、 毕业论文目录；4、 毕业论文（含综述报告一份、可行性

6、研究及开题报告一份）；5、 论述相关的实验设计计算说明书；6、 论述相关的实验意义及过程说明；7、 致谢；8、 参考文献；9、 与课题相关的外文参考资料原件及译文（原文不少于2万字符）；10、 附录；三、 毕业设计资料电子版备份及特殊专用必备的软硬件（附以文字说明）；四、 毕业实验用具图（利用计算机绘制的图纸可与毕业设计资料装订在一起不必另附）；1、 研究方案思路方框图；2、 研究方案实验用具简图系列；3、 研究方案试件图片；4、 研究实验示意图；5、 答辩用图；五、 其他论证图表资料及清单；六、 答辩用PPT制件；七、 关于毕业设计的说明（单独用Word制一文件）主要参考文献（资料）：1、

7、材料力学2、 锻压手册3、 工程制图学与计算机绘图4、 机构学5、 机械设计6、 机械设计手册7、 机械原理8、 机械制造技术9、 计算机绘图技术10、 理论力学11、 螺旋压力机12、 模具制造工艺学13、 曲柄压力机14、 生物燃料15、 压力加工与现代先进加工技术关于参考图书文献只给出大类，具体书目应学会利用图书馆、资料室与现代网络技术，查阅后应给出详细目录与出处。上述毕业论文要求可查阅太原理工大学教务处网颁布的本年度有关毕业设计（论文）相关要求予以补充执行。专业班级 材料成型与控制锻压200902班 学生 要求设计（论文）工作起止日期 2013031820130628 指导教师签字 日

8、期 教研室主任审查签字 日期 系主任批准签字 日期 IV 玉米秸杆螺杆式压力机设计 摘要 一直作为人类消耗的主要能源的化石燃料，是不可再生的，但工业的发展，使得能源问题很严重。生物质能是可再生能源之一,开发利用生物质能可以明显缓解环境危机和能源危机。研究生物能转换技术，变废为宝，对保护生态环境有重要意义。通过挤压成型将生物质（秸秆）挤压成固态燃料是其中方法之一。 成型条件对生物质（秸秆）燃料成型物的质量影响重大。本文主要通过压制成型实验研究了玉米秸秆在不同含水率、成型温度、成型压力、粒度下的成型状态，最佳的成型条件，为秸秆挤压成型过程的工艺参数的选择提供了依据。本课题的研究，对生物质（秸秆）燃

9、料的成型机械设计，成型条件和参数确定有一定的指导意义。主要进行了玉米秸杆螺杆式压力机的设计，压力机主要由电动机、皮带轮、齿轮、螺杆组成。关键词：生物质，秸秆实验，螺杆，挤压机 ABSTRACTFossil fuel is the main energy we use all the time, which is non renewable resource. But with the development of industry, the desire of energy is becoming more and more serious. The biomass energy is a k

10、ind of renewable source, and to find and use biomass energy can obviously release the environmental crisis and energy crisis. It is very important for protecting environment to study the conversion technology, recycling waste material. Extruding the biomass (straw) Into solid fuel is one of methods.

11、The forming conditions are very significant for forming biomass (straw) fuel. By suppression experiment, this article mainly studied the forming state of corn straw at different moisture content, molding temperature, forming degree, molding pressure, forming power and particle size, and the best for

12、ming condition, which provided industry parameter for the process of forming.Mainly for the corn straw screw presses designed presses mainly by electric motors, pulleys, gears, screw components.KEY WORDS: biomass，straw experiment，conical screw，extrusion machine目 录摘要1ABSTRACT11绪论41.1玉米秸秆的燃烧性能41.2研究目的

13、与意义41.3生物能源的转化途径41.4 玉米秸杆转化为燃料的可能性分析51.5 存在主要问题及今后看法62.玉米秸秆的可压缩性63.玉米秸秆成型机的初步设计构想93.1玉米秸秆成型机的初步示意图如下93.2动力传动系统的初步设计113.3加热套选型114.螺杆与机筒的配合方案114.1螺杆与机筒配合114.2料筒螺杆设计125.电动机的选择205.1功率的计算205.2确定电动机的转速205.3成型机传动装置215.3.1传动装置总传动比215.4V带的计算225.4.1V带型号的选择和带轮直径的计算226其他零件的选择297.花键校核308.平键连接的校核319. 螺钉校核32结束语34参

14、考文献3410外文翻译361绪论1.1玉米秸秆的燃烧性能 我国从20世纪80年代中期起开始了成型燃料的开发研究，生物质固体成型燃料具有易运输、易点火、燃烧效率高、燃烧性能好热值高、火力持久、燃烧时几乎不产生SO2 、不会造成环境污染等特点，可作为工业锅炉、住宅区供热、农业暖房、户用炊事和取暖的燃料。根据查阅文献可知，玉米秸秆的燃烧分为三个明显的阶段，第一阶段（大致为初始温度为150 ）为水分的蒸发，第二阶段（大致为150400） 主要是挥发分的析出燃烧，第三阶段 （大致为400600）是固定碳的燃烧。其燃烧主要发生在挥发分析出燃烧阶段。玉米秸秆的挥发分含量大，灰分含量较低，易于着火和燃尽。着火

15、温度为261 ，燃尽温度为5351。根据玉米秸秆的燃烧性能可知玉米秸秆压缩成型后适合于做生物燃料。1.2研究目的与意义 能源从柴草时期到煤炭时期，再到现在的石油时期，在人类社会的发展中扮演重要角色。人类消耗的主要能源长期以来一直都是石油、天然气、煤炭等化石燃料，它们为人类经济和社会的进步，及生活水平的提高做出了很大的贡献。人类经济是不断发展的，工业也在迅猛发展，解决能源问题就变得更加的迫切。据 IEA（国际能源署）发布的IEA-世界能源展望 2007预测，全球 2005 年到 2030 年间的一次能源需求将增加 55%，年均增长率为 1.8%,其中化石燃料占总能源需求增长量的达到 84%。和其

16、他国家一样，能源安全同样是我国的国家战略安全保障基础之一。对我国而言，原油产量增长幅度较小，而石油消耗量增长幅度较大，能源短缺表现的日益明显。由世界能源储备和消费状况，我们可以清楚的意识作为主要能源的矿物资源是不可再生的，有一天会耗竭。在自然界中不断再生、永续利用的可再生能源，具有取之不尽，用之不竭，循环再生的特点，如太阳能、风能、水能、地热能等。研究、开发、利用各种可再生资源，借此节约规资源，对人类社会的发展有着重大意义。在可再生资源中，生物质能是一种值的珍惜利用的资源。植物可以通过自身的光合作用，把太阳能转化成化学能，并且固定和储藏在其体内，即产生了生物质能。生物质能在可再生能源中占有重要

17、地位，是第四大能源，其资源也是很广泛的，比如农业废弃物、林业生物质等。其中因其农作物的品种较多，种植面积大即数量大等特点，农作物秸秆在生物质资源中占很大的比例。对于秸秆，我国一直对其进行了合理的利用，比如秸秆被用于烧火取暖做饭，建房避雨遮日，养畜积肥还田。随着社会、经济的发展，传统农业向现代化农业的转变，农村能源结构的变化，以及农民生活水平的提高，传统的秸秆利用方式已不能适应。一些农业主生产区秸秆资源大量过剩问题日趋突出，这些废弃物密度小、体积膨松、占地面积大，需要一定的人力、物力进行销毁处理，一部分农民采取就地焚烧秸秆的办法处理，这样会造成气体的污染，烟雾使得高速公路被迫关闭，附近机场的飞机

18、不能下降等严重的社会问题。研究、开发、利用各种可再生资源，借此节约常规资源，对人类社会的发展有着重大意义。开发利用生物质能可以明显缓解环境危机和能源危机，因为生物质的燃烧缓解了煤炭等资源的消耗速度，并降低了污染气体的排放量，实现了高效、洁净化。作为可再生资源的生物质能值得人们合理地去开发、利用。这样可使能源得到有效利用，改善我国的能源利用和人类的生态环境，实施可持续发展战略。1.3生物能源的转化途径目前生物质作为能源利用主要通过以下五个途径:(1)生物质发酵制取乙醇,利用是甘蔗,小麦,谷类,甜菜,洋姜,秸秆等为原料,通过不同的催化酶作用将淀粉转化为糖,然后用发酵剂将糖转化为乙醇,再通过蒸馏除去

19、水分和其他一些杂质,得到最后浓缩的乙醉尤其是秸秆乙醇技术最热门,国内有很多高校和科研机构正在科技攻关,降低生产成本河南省天冠集团已经投入试运行了秸秆乙醇生产线,技术在国内处于领先地位.(2)生物质产生沼气,生物质通过细菌作用进行生物质的分解这个过程也是一个发酵过程,产生C践和C02气体混合物在隔绝空气没有污水或者动物废物存在的条件下,生物质通过腐烂而生成的产物称为生物气(沼气)这项技术已基本成熟,在我国的很多农村得到了推广利用(3)生物质气化,是通过生物质在高温(80()900e)下部分氧化生成CO,C执等可燃气体的混合物的过程.产品气可直接用于燃烧或者作为燃气透平的燃料,也可用作化工原料我国

20、秸秆气化领域的领军者,当属中国科学院的广州能源研究所和辽宁能源研究所.上述两个单位在生物质能秸秆气化学科,无论从理论还是技术方面都站在国内的前沿尤其是广州能源所研制的循环流化床技术,已成功进入了实际应用,进而与发电设备配套(4)生物质制油,是在低温及高的气体压力下将生物质转化为稳定的液态碳氢化合物通过直接液化和间接液化将生物质转化成液体燃料生物质液化技术是最具有发展潜力的生物质能利用技术之一目前中国科技大学的科研人员已经成功的从秸秆中制取重油,可进一步经过提炼,作为燃油使用,但由于成本太高,目前还没有推向市场(5)生物质固化成型,是在一定温度和压力作用下,将各类分散的!没有一定形状的秸秆，农林

21、废弃物等生物质原料千燥!粉碎后压制成规则的!密度较大的棒状!块状或颗粒状等成型燃料,从而提高其运输和贮存能力,改善生物质的燃烧性能,提高利用热利用效率,扩大应用范围可以取代煤!燃气等作为民用燃料进行炊事!取暖等,也可用于工业锅炉(生物质燃炉，壁炉，茶水炉，发电炉)的燃料1.4 玉米秸杆转化为燃料的可能性分析秸秆主要由纤维素,半纤维素和木质素组成由于植物生理方面的原因造成秸秆的质地疏松各种农作物秸秆之所以能够在不加粘结剂的情况下热压成型,主要是由于木质素的存在,40/8天然状态的木质素被称为原本木素,是一种白色或接近无色的物质,我们见到的木质素的颜色是在分离!制备过程中造成的其密度在1.35一1

22、.59#cm一,之间木材中木质素的含量为27%一犯%(绝干原料),禾苗类植物木质素含量为14%25%由x射线衍射可知木质素属非晶体,目前认为木质素以本丙烷为主体结构,共有三种基本结构(非缩合型结构),即愈创木基结构!紫丁香基结构和对梭苯基结构十分有意义的是,除了酸木质素和铜氨木质素外,原本木质素和大多数分离木质素为一种热塑性高分子物质,无确定的熔点,但具有玻璃态转化温度,而且较高这种转化温度与其是处于湿态或者是干态关系很大, 资料表明,当温度在70一110e时木质素开始软化,其粘合力开始增加当温度达到200一300e时可以熔融,在此温度下给生物质施加一定的外力,原料颗粒开始重新排列位置关系,并

23、发生机械变形和塑性流变在垂直于最大应力方向上,粒子主要以相互啮合的形式结合,而在垂直于最小应力方向上,粒子主要以相互靠紧的形式结合,从而使生物质的体积大幅度减小,容积密度显著增大,成型棒内部咬合外部融合,并具有一定的形状和强度在除去外力和恢复常温后,维持既定的形状1.5 存在主要问题及今后看法 秸秆在农村的传统利用在农村面临很多问题。秸秆燃料成型机本机是指以农村的玉米秸秆、小麦秸秆、棉花杆、稻草、稻壳、花生壳、玉米芯、树枝、树叶、锯末等农作物、固体废弃物为原料，经过粉碎后加压、增密成型，生产“秸秆燃料”的机器。秸秆成型的基本原理是利用压模与螺杆间挤压力和秸秆与模壁摩擦力相互作用原理，使物料获得

24、成型。物料在加工过程中无需加入任何添加剂或粘结剂。秸秆等物料中含有一定的纤维素和木质素，其木质素是物料中的结构单体，是苯丙烷型的高分子化合物，具有增强细胞壁、粘合纤维素的作用。木质素属非晶体，在常温下主要部分不溶于任何溶剂，没有熔点，但有软化点。当温度达到一定值时，木质素软化粘结力增加，并在一定压力作用下，使其纤维素分子团错位、变形、延展，内部相邻的生物质颗粒相互进行啮接，重新组合而压制成型。 本文的设计任务是设计一个占地面积不大的秸秆成型机，即制块部分。该设备能够实现对秸秆、牧草等进行压缩挤出，作为燃料使用。我运用计算机绘图软件，进行秸秆饲料成型机的三维设计建模，并对齿轮轴进行应力分析和对齿

25、轮以及轴承进行寿命及强度分析。2.研究玉米秸秆可压缩性经查阅资料，得出如下图 结论： 1）粉碎玉米秸秆的可压缩性曲线可表示为指数模型 2）在玉米秸秆品种和压缩室形状等都确定的前提下,当达到相同的压缩密度时,揉碎玉米秸秆的可压缩性可以随压缩速度的增大而改善。初始的密度出现出差异,同样的压缩速度且达到相同的压缩密度时,粉碎玉米秸秆的体积模量随初始密度的增大而增大,压缩密度越大,这种变化趋势越明显;且当压缩密度大于230kg / m3时,可压缩性趋于减小的速度明显加快。3在玉米秸秆品种等因素都确定的前提下,随着含水率的增加,可压缩性较好。4)粉碎以后玉米秸秆的最佳压缩密度为230kg / m3左右。

26、 3.玉米秸秆成型机的初步设计构想3.1玉米秸秆成型机的初步示意图如下 通过螺杆旋转运动，将破碎后的玉米秸秆经加热加压，从矩形截面的喷嘴挤出成型燃料。3.2动力传动系统的初步设计动力传动系统示意图如下：电动机通过皮带传动同时驱动螺杆旋转挤出产品图3.23.3加热套选型 本来设计并没有设计加热料套。虽然转动的螺杆对物料做功产生一定的热，但并不足够。为了使物料中的木质素软化熔融，外加热能进行补偿可使挤压更加充分。4.螺杆与机筒的配合方案4.1螺杆与机筒的配合方案 为了使物料在机筒内承受逐渐增大的压缩力，常将螺杆与机筒配合为如下三种型式 ： a. 种机筒 呈圆锥形，因此 ,机筒制造困难，很少采用。b

27、. 种螺杆制造较为方便，在单螺杆机上, 应用也较多。c.种结构结构简单，制造方便、这种配合方式， 应用较为广泛。选用c.种4.2料筒和螺杆的设计 4.2.1料筒的确定 料筒的结构形式关系到热量传递的稳定性和均匀性，并影响固体输送效率。同时，料筒的机械加工性能和使用寿命也影响到整个挤出系统的工作性能。料筒必须采用优质的耐高温、耐磨损、耐腐蚀和高强度的材料制成。同时，还应当具备较好的机械加工性能和热处理性能。 常用的材料有45钢、40Cr、38CrMoAl以及铸钢和球墨铸铁。我们选用45钢或40Cr。机筒的结构形式关系到热量的传递的稳定性和均匀性；机筒的机械加工和使用寿命也影响到整个挤压系统的性能

28、设计机筒，要考虑到机筒结构形式的选择及机筒上加料口的形式，机筒与机机头的联结形式以及对机简机械加工制造的难易问题。机头的联结形式以及对机简机械加工制造的难易问题。螺杆和机筒的两个零件组合质量对物料的塑化，制品的质量和生产效率，都有重要影响。他们的工作质量与制造精度，装配间隙有关。整体式机筒，其特点为长度大，加工要求比较高，在加工和装配精度上容易得到保证，也可简化装配工作；在机筒上设置外加热器不易受到限制，机筒受热均匀，但机筒的加工设备要求比较高，机筒内表面磨损难以修复。分段式机筒，其特点是机械加工容易，便于改变比，只是对中难，法兰连接处影响机筒的加热均匀性。双金属机筒主要有两种结构形式：一种是

29、衬套式机筒；另一种是在机筒上浇铸一层合金箔层，简称为浇铸式机筒。对于衬套式机筒而言，它可更换合金衬套，衬套可以做成整体、分段式，可节省贵重金属，衬套磨损后可更换，可提高机筒的使用寿命，但是制造设计复杂，设计时应注意到衬套与机筒的配合，过松时易转动，过紧时装配又难，故在二者之间加上一个止动键。综上所述，本机选用整体式机筒。 加料段料筒的设计轴向开槽套筒结构具有几种形式，经考虑多种因素选用如下图的形式：图5-2轴向开槽套筒结构自机筒加料口前端至轴向槽结束之处套筒的轴向长度L，一般取L=(35)D。料筒的结构如上图所示,轴向沟槽的数量和螺杆的直径大小有关，一般螺杆直径为120mm，沟槽数目取12，凹

30、槽宽度应大于高聚物颗粒的最长尺寸，同时与螺杆的直径大小有关，取10mm,槽深为4mm。加料段设置有锥形套筒时，物料在该段的螺槽种能提早形成高的压力，螺杆在有进料套筒和无进料套筒的机筒中，在同样速度下，有进料套筒者能提高生产能力。 加料口的选择加料口的结构必须与物料的形状相适应，是被加入得物料能从料斗自由流入螺杆而不中断。加料口的形状及其在料铜上的开设位置对加料性能有很大影响。加料口应能使物料自由而高效地加入料筒而不产生架桥，设计时还应考虑到加料口是否是与设置加料装置，是否有利于清理，是否便于在此段设置冷却系统。常见的加料口断面开头很多，如下图所示：图5-3 加料口断面(a)类主要适用于带状料的

31、加料口，不宜用于粒科和粉料；(c)和(e)类为简易式挤塑机上用得较多；（b）（d）（f）三种类型用得较广泛，其中（b）类的有口壁倾斜角一般为715，稍大于此值，实践证明(b)和(d)类加料口不论对粉类，科类带粒均能很好的适应。经综合考虑，决定本机采用(b)类加料口。机筒材料的选择机筒在挤塑机挤出时受到高温（300）以上，高压（40M）的作用，成型聚乙烯等高温仿腐蚀性气体，这就要求机筒的硬度高，耐腐蚀性及耐磨性好。38CrMoAl氨化钢的综合性能好，被广泛使用，故本机采用它来做机筒材料，其衬套材料用地合金氨化钢。4.2.2螺杆我们选螺杆材料的选择螺杆的工作环境：螺杆在工作时，受高温，高压的作用，

32、同时受机械刮磨，且螺杆受大扭距作用，轴向力很大。使用要求：螺杆与机筒的间隙特别重要，要保证满足要求，因此就要求螺杆在工作中变形小，耐腐蚀，强度高，寿命长。因此选用38CrMoAl型氮化钢，因其综合性能好，使用广泛，表面硬度HRC=60用38CrMoAL氮化钢。 螺杆的主要参数的选取与确定 1螺杆直径： 我国挤出机标准所规定的螺杆直径系列有：45、65、90、120、150、200。通常： 大截面的制品所选的螺杆直径要大一些，这对于制品的质量、设备的利用率和操作比较有利， 我们选90。螺杆长径比 L/D其生产率简化公式为： 其中： 螺杆的直径（厘米） n 螺杆的转速（转/秒） Q 生产的能力（）

33、 第一计量段螺槽深度（厘米） 第一计量段螺杆的螺旋升角把=9.0cm， n=75.0r/min=1.250r/s， =1.0cm，=代如到以上 公式可得 2.轴向力的计算 螺杆的轴向力是挤出机设计的一个重要参数，它是由作用在螺杆上的两个不同部分的力组成的：螺杆头端聚合态料对螺杆的反压力（料的静压力）作用在螺杆端面上引起的，即由挤出压力引起的轴向力，称为静压轴向力；在螺杆旋转推动聚合料运动时，聚合料对螺杆表面摩擦阻力的轴向分力而引起的，称为动压轴向力。 式中： 轴向力，N； 静压轴向力，N； 动压轴向力，N。静压轴向力可以按挤出压力与螺杆的横截面积来计算，即：式中： 螺杆头端聚合料的挤出压力，

34、螺杆外径，m.。动压轴向力主要取决于料的性质及其运动状态。动压轴向力要精确计算是困难的，以下的是半经验公式：式中： 料移动时的摩擦阻力，； 螺杆螺纹部分长度，； 螺杆螺纹头数； 螺纹的导程，； 螺杆的轴向宽度，。在上式中，摩擦阻力经国内测定：对排气挤出机推荐采用：实验表明：仅为的1/61/3，即：轴向力确定：3.螺杆转速的确定：功率与转速的关系 随着转速的增加，功率也随着增加，但功率随转速增加的速率是逐渐下降的。机头压力与转速的关系 随着转速n的增加，机头压力P略有增加。较大的机头压力可以提高半成品的致密度。但n增加时，P的增加不大，所以转速对提高致密度的效果并不显著。螺杆的临界转速 在无旁压

35、辊的颗粒加料挤出机中，当转速过高时，会使进料困难，甚至加不进料。加不进料时的螺杆转速称为螺杆的临界转速，它可以根据料被螺杆转动所产生的离心力与其重力相等的条件来确定。 式中： 螺杆直径，厘米。转速n与传动系统的关系 螺杆转速越低，传动系统的减速比就越大，使传动系统结构复杂。最佳条件下的螺杆转速 最佳条件下的螺杆转速n可以通过下式计算：式中： n 螺杆的最佳转速，； 螺杆直径，mm； c 系数，排气挤出机，胶料流动性差时，c值应相应减少。参考国内外同类的挤出压力机的螺杆转速，确定螺杆的 最佳转速，即正常工作时的螺杆转速为，有效 工作的螺杆转速范围是。4.螺杆的校核螺杆与机筒的强度计算的主要原始参

36、数有机头中物料最大压力，螺杆的轴向作用力，以及作用在螺杆上的扭矩Mt。（1）物料在及桶内的压力分布物料在机筒内由于旋转螺杆对物料的作用而产生了机头压力，一般塑料挤出机的机头压力是在10左右，我国设计的挤出机一般为P=3050;即=50。（2）螺杆的轴向力的确定螺杆轴向力的大小主要由机头压力，物料的物理性能，螺杆的结构及其转速，机筒的温度等因素影响 (6-1)式中 螺杆的轴向推力，kg物料作用在螺杆端面上的总压力，D螺杆的处直径，cm 螺杆端部的物料压力，在螺杆挤出时由于动载荷产生的附加压力的轴向分量，根据实验得出：当机头压力时，；当时，。目前从采用计算轴向力： (6-2)故有（3）螺杆的强度计

37、算螺杆的连接形式成臂梁，按螺杆与减速箱中的输出轴固定方式的不同，一般可分为紧固式和浮动式两种，前者螺杆与传动轴是一个零件，是配合得紧密；后者螺杆与传动轴为两个不同的零件，多为较松的配合连接，在挤出时其螺杆端部在机头内浮动，因而其自重引起的弯曲应力可忽略，所以在实际计算时都可近似的视为一端固定的悬臂梁，在螺杆的全长上主要受物料的压力(轴向)，克服物料的压力所需的扭矩Mt和螺杆自重G的作用，因此对螺杆的强度计算可视为在上述复合应力下螺杆根部（特别是加料段）断面处的强度计算因为在螺杆根径出的承载能力最差。由轴向力 产生的压应力 式中 D 螺杆外径，cm 螺杆最小断面的根径，cm 螺杆冷却水孔直径，c

38、m P 料筒中螺杆端部熔料的压力，MPa MPa则有： 由扭矩产生的剪应力：， ， 式中 挤出机传动效率抗扭断面模量，挤出机电机的最大传动功率，KW螺杆的最高转速，螺杆自重G产生的弯应力：， ，N 式中 L螺杆的伸出端长度，cm L=240螺杆材料的比重， W抗弯断面模量螺杆的合应力：式中式中 材料的许用应力螺杆材料的屈服极限 螺杆的安全系数 可知 所以螺杆的强度合适。4.2.3机筒校核机筒的强度计算机筒壁厚经查文献8表3-8中D=120mm，可选4050mm。由于机筒外径与内径之比大于1：1，所以可按壁厚理论进行计算，按壁厚理论，机筒内受物料的压力P作用时，机筒臂上每一点都处于三向应力状态，

39、如图6-2所示，即径向应力，切向应力和轴向应力，则对一只受内压力作用的壁厚容器有： 图6-1 机筒受力情况（a）机筒受力分布 （b）机筒应力分布 式中 ，机筒的内外径 ， r机筒厚臂任意一点半径由上式可知，当时，径向及切向应力均达到最大值，即：当时，径向切向应力达到最小值，即：由轴向力引起的轴向拉应力在机筒全长上不变，即：按第四强度理论最大变形能量理论计算，其强度条件为：所以有 机筒强度足够。 5.电动机的选择5.1功率的计算功率主要与螺杆的压力，螺杆与秸秆之间的摩擦系数，主轴转速等因素有关。考虑螺杆挤压处的面积及成型压力引入公式5 公式中挤出孔内径 l螺杆与料接触区长度 筒头的开孔率 p成型

40、压强 螺杆与秸秆之间的摩擦系数 介于0.10.2之间 L螺杆有效长度 n主轴转速代入数据分别为带传动，齿轮传动，离合器和轴承的效率5.2确定电动机的转速主轴的转速为n=210r/min，带传动的传动比，一级圆柱齿轮减速器的传动比为，总传动比。 符合这一范围的同步转速有1500r/min和3000r/min，结合功率选择，可选择的电动机方案如下:方案 电动机 型号额定功 率kw满载时启动电流A启动转矩N/m最大转矩N/m电机质量kg转速r/min电流A效率%功率因素141295076.2910.935611.33.015602562960111.4910.937511.33.1221034114

41、7085920.915911.33.01470综合考虑方案1较为合适，因此电动机的型号为。5.3成型机传动装置的总体设计 5.3.1确定传动装置的总传动比和分配传动比电动机型号为，满载转速。1.总传动比 2.分配传动装置的传动比前面传动方案已确定，采用两级传动，一级带传动，一级齿轮传动，传动方案如图1所示。 式中分别为带传动和齿轮传动的传动比。查表15常见机械传动的主要性能，表411 ,现有通用压力机传动参数，为使V带传动外廓尺寸不致过大，取，则齿轮传动比为： 5.3.2传动装置的运动和动力参数的计算1各轴转速电动机轴 传动轴 曲柄轴 2各轴输入功率电动机轴输出功率 传动轴 曲柄轴 传动轴、曲

42、柄轴的输出功率则分别为输入功率乘轴承效率0.98，例如传 动轴输出功率 3各轴输入转矩电动机轴输出 传动轴 曲柄轴 ： 传动轴、曲柄轴输出转矩分别为各轴的输入转矩乘轴承效率0.98，例如传 动轴的输出转矩。 5.4V带的计算5.4.1V带型号的选择和带轮直径的计算确定V带的基准长度及传动中心距 初定中心距即取 带的基准长度为由文献3中表3.9选取带的基准长度为：。 实际中心距的确定考虑到安装调整和补偿拉力的需要，中心距的变动范围为： 主动轮上的包角的验算所以主动轮上的包角合适。 计算V带的根数Z式中 包角系数 长度系数K 材质系数单根V带所能传递功率的增量 单根V带所能传递的许用功率由V=25m/s及，查文献1中表10.3-21、10.3-22及文献3中表3.6、3.7可知：