1、 AR背景下多粒度超細木粉粉碎機設(shè)計作品內(nèi)容簡介多粒度超細木粉粉碎機是超細木粉生產(chǎn)中關(guān)鍵設(shè)備之一，在超細木粉生產(chǎn)過程中起著舉足輕重的作用。多粒度超細木粉粉碎機選用高速電主軸作為動力源。設(shè)計采用動刀和靜刀結(jié)合的方法，動刀高速旋轉(zhuǎn)粉碎，同時帶到物體高速旋轉(zhuǎn)，讓物體和靜刀碰撞粉碎加大了粉碎的力度。腔體內(nèi)安裝3種規(guī)格的篩網(wǎng)，在粉碎過程中，符合某一篩網(wǎng)的要求，木粉在離心風機的作用下通過管子自動進入集料器，由此獲得多種粒度的超細木粉，滿足不同的需求。粉碎腔內(nèi)壁裝有刮板，粉碎過程中，粉末不可避免地粘附在內(nèi)壁上，通過刮板刮入破碎腔中繼續(xù)加工，提高原料的利用率，節(jié)約成本。1研制背景及意義木材是四種常用工程材料（

2、鋼材、石材、塑料、木材）中唯一可再生的材料，隨著人類天然資源的日趨枯竭，前三種天然材料的耗盡之日僅僅是時間問題。自從1972年的石油危機以來，人類開始意識到尋找其他可再生能源來代替煤、石油和天然氣等化石燃料的必要性和緊迫性。另外，化石燃料在燃燒時釋放出大量的C02、CH3和NOx等氣體，對環(huán)境和氣候造成了嚴重的不良影響。因此，作為一種可再生、低污染的能源形式，木質(zhì)生物質(zhì)能在未來的能源中占有不可估量的地位。預(yù)計到2050年，全球總能耗將有40%來自生物質(zhì)能源。隨著人類環(huán)保意識的增強，多數(shù)發(fā)達國家的木材資源幾乎都進入良性循環(huán)。中國隨著天然林保護工程的深入，中國木材資源進入良性循環(huán)也為期不遠。中國現(xiàn)

3、有180多億噸林木生物質(zhì)資源總量，810億噸可獲得量和3億噸可作為能源的利用量，到2020年，全國可利用林木資源將突破10億噸，如年僅消耗6000萬噸林木質(zhì)用于直燃發(fā)電，就可以實現(xiàn)裝機容量1000萬KW以上的目標。隨著木材現(xiàn)代加工技術(shù)的發(fā)展，在特定場合（絕緣、絕磁、保溫、輕結(jié)構(gòu)、各向異性、有紋理要求等場合）替代其它三種材料，在未來不可再生的礦物資源原料枯竭之時全面替代鋼材、石材和塑料將具有深遠的意義。木粉材料的工業(yè)化前景逐漸明朗，廉價、批量生產(chǎn)超細木粉材料的商業(yè)化環(huán)境將逐漸形成，而具有超細木粉將具有巨大的商業(yè)價值。多粒度超細木粉粉碎機的粉碎室內(nèi)部設(shè)有3種不同規(guī)格的篩網(wǎng)，用3個出料口實現(xiàn)分級，3

4、個收集器分別能夠收集不同粒度要求的木粉，從而使生物質(zhì)能源得到充分利用。研究多粒度超細木粉粉碎機，縮短我國超細粉碎裝備技術(shù)與發(fā)達國家的差距。對于提高我國木質(zhì)生物質(zhì)能源的利用率，充分利用生物質(zhì)能源有著重大的現(xiàn)實意義。2設(shè)計方案2.1參數(shù)電主軸轉(zhuǎn)速：12000rpm。電主軸電機參數(shù)：電機轉(zhuǎn)速：9000-21000rpm；額定功率：2.2kW；電壓：240-380V；潤滑方式：油脂；冷卻方式：水冷；頻率：150-350Hz。3篩網(wǎng)：選用200目以上篩網(wǎng)。4刮板系統(tǒng)渦輪減速器參數(shù)：電機轉(zhuǎn)速：1400rpm；轉(zhuǎn)速比：1:50；輸出軸轉(zhuǎn)速：28rpm；大小齒輪減速比：1:4；小齒輪直徑：57mm；大齒輪直徑

5、：228mm；刮板轉(zhuǎn)速：7rpm。2.2多粒度超細木粉粉碎機的粉碎原理多粒度超細木粉粉碎機的工作要求：實現(xiàn)木材或纖維性物料超細粉碎加工，得到亞納米粒級（粒度1000-20000nm）的木粉；可以加工得到不同粒度的木粉。為得到亞納米級（粒度為1000-20000nm）的超細木粉顆粒，實現(xiàn)超細粉碎；相比一般粉碎機，粉碎刀具可直接連在電主軸上，具有機械效率高、精度高、噪音低、振動小等特點。設(shè)計采用動靜壓技術(shù)，即高速動刀組與兩組定刀組相結(jié)合的粉碎方式，腔中同時裝有旋轉(zhuǎn)刀具及固定刀。高速旋轉(zhuǎn)粉碎刀直接裝卡在電主軸上，完成主要的粉碎，同時固定刀具亦可達到一定粉碎破壞作用，進一步細化。故該機通過切削沖擊來粉

6、碎木粉。該多粒度超細木粉粉碎機的粉碎原理如圖2-1如示。圖2-1粉碎原理（切削沖擊粉碎）另外，設(shè)計采用半封閉式雙循環(huán)切削粉碎法，粉碎室內(nèi)部設(shè)有3種不同規(guī)格的篩網(wǎng)，用3個出料口實現(xiàn)分級。3個收集器分別能夠收集不同粒度要求的木粉，木粉粉碎過程與篩選收集過程同步進行。木質(zhì)生物質(zhì)在粉碎過程中，符合某一篩網(wǎng)的要求，粉屑自動進入，得到多種粒度的粉碎物，滿足不同的需求。貼近內(nèi)壁裝有刮板。在高速粉碎過程中，粉末不可避免沾附于內(nèi)壁上，通過刮板刮入破碎腔中繼續(xù)加工，提高原料的利用率，節(jié)約成本。2.3多粒度超細木粉粉碎機的粉碎流程該機從進料到出料，即從原料直接到成品，三臺風機和集料器分別從不同部位的出料口收集不同數(shù)

7、目要求的木粉。原料從料斗送入粉碎室一中篩網(wǎng)內(nèi)，在粉碎室一中，開始時原料主要由由于受高速旋轉(zhuǎn)的刀具組與固定的刀具組剪切力而粉碎，當加工到粒度約1mm后，主要受剪碎與沖擊碰撞雙重作用力繼續(xù)粉碎。物料由于重力的作用，部分會逐漸沉積到粉碎室底部，此時由一號風機所產(chǎn)生的高速氣流帶出，通過進料管一將其重新輸送到粉碎室二中進行再次粉碎。當物料加工到一定粒度時，達到要求目數(shù)的木粉會通過粉碎室二中的篩網(wǎng)在風機二的負壓作用下過濾出來，特別細的木粉吸附在粉碎室二內(nèi)壁上，也有部分粉體吸附在篩網(wǎng)上，再經(jīng)由刮板系統(tǒng)將其刮下并沉積到粉碎室二底部，由二號風機產(chǎn)生的高速氣流從出料管二帶出，通過集料管輸送至集料器二，即為成品，取

8、出后可直接進行包裝。部分粒度非常小的粉塵（接近亞納米級）受到氣流的影響懸浮于粉碎室二上部，該部分木粉由三號風機的低速氣流從粉碎室二頂端的出料口三帶出，通過集料管直接輸送至集料器三。該部分為預(yù)期能達到的粒徑小于18pm木粉。在超細粉碎中，隨著粒徑的減小，被粉碎物料的結(jié)晶均勻性增加，顆粒強度增大，斷裂能提高。當粉碎到一定程度，粉體物料的粒度不再減小或減小的速度非常緩慢，就達到了該種物料的粉碎極限。同樣地，在亞納米木粉粉碎到一定粒度后有部分木粉無法繼續(xù)粉碎，該部分木粉為該設(shè)備加工出的粒度最大的顆粒，仍然由一號風機產(chǎn)生的高速氣流帶出，通過出料管一內(nèi)的篩網(wǎng)的過濾，經(jīng)集料管一輸送至集料器一中。整個粉碎過程

9、與分級過程同步進行，動作一致，大大提高了機械效率與木粉細度。其粉碎流程圖如圖2-鬲所示。圖2-3多粒度超細木粉粉碎機的結(jié)構(gòu)示意圖3整機設(shè)計3.1動刀組設(shè)計動刀組每組共有刀片8片，共4組道具。刀片采用不銹鋼刀片，刀片采購價格低廉,安裝方便，同時符合加工要求，是最理想的選擇。刀具支架采用軸套式直接與電機主軸連接。刀片與刀具支架連接時，使用擋板連接，使用3個螺絲，其中1個螺絲從刀片本身的孔處穿出，另外2個螺絲用來固定受力方向。具體結(jié)構(gòu)如圖3-1和3-2所示。圖3-1動刀組俯視圖圖3-2動刀組主視圖刀片之間角度為45,刀片厚度0.4mm,刀片長度108mm,刀片寬度18mm。刀架厚度4mm,刀片擋板1

10、.5mm。整體長度274mm,整體高度59.5mm,內(nèi)孔直徑25mm。螺紋孔取M5、M3兩種規(guī)格，組裝后需經(jīng)過動平衡測試，刀架體材料選取優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，保證在1400rpm的高速旋轉(zhuǎn)下，動刀組能夠平穩(wěn)工作，同時有足夠的強度破碎待加工材料。動刀組與電機主軸連接時，采用雙鍵連接，上端通過彈簧墊圈和螺絲帽固定。安裝刀片時，從下層刀片開始安裝，預(yù)留的上層螺絲孔足夠小號一字螺絲刀進入，或者使用其它工具從側(cè)面緊固螺絲，安裝刀具前，應(yīng)檢查刀片的刃口，看有無破損等。圖3-3刀片與刀架組裝圖圖3-4動刀組與電機主軸安裝圖圖示中，紅色箭頭表示螺絲安裝位置。刀架自帶刀片槽。圖示只是安裝演示,正確安裝時應(yīng)從低層開始安

11、裝。通過圖示可以看到，雙鍵結(jié)構(gòu)使整體更平衡。另圖示中未顯示的緊固用螺母和彈簧墊圈將在最后總裝圖中體現(xiàn)。3.2靜刀組設(shè)計靜刀組與動刀組的垂直距離為2.4mm。靜刀組刀片固定于靜刀組刀座上，與靜刀組刀片分層交錯布置，且刀片的受磨損速度不同。為了方便分別更換刀片，靜刀組刀具采用從粉碎加工料倉底部的小側(cè)門處拆裝，檢查更換靜刀組刀片時無需整體拆裝；而動刀組刀具由料倉側(cè)壁的總門處拆裝檢查。安裝靜刀組時，需要靜刀組刀座與粉碎倉底部的小側(cè)門連接，所以需要設(shè)計出安裝所需的把手和固定用通孔。同時為保證刀片的方便裝拆，需要設(shè)計出活動刀板。靜刀組刀座處固定用通孔取直徑3.6mm，整體高度77mm，整體長度183mm。

12、刀座設(shè)計如圖3-5所示。圖3-5整體組裝圖3.3篩選系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計需要實現(xiàn)3種粒度同時破碎、同時收集，因破碎采用循環(huán)式切削粉碎的方式，故破碎過程不需要考慮，只要有合適的篩網(wǎng)，就可以實現(xiàn)木粉的篩選和收集。篩選系統(tǒng)采用3張不同目數(shù)的篩網(wǎng)，也可根據(jù)生產(chǎn)需要進行調(diào)整，比如只需要1種粒度的木粉時，可以把3張篩網(wǎng)都更換為同一目數(shù)的篩網(wǎng)。為使篩網(wǎng)更換方便，整體采用可拆裝結(jié)構(gòu)，3條固定線，采用螺絲固定。具體如圖3-6。圖3-6篩網(wǎng)平面圖圖3-7篩網(wǎng)支架支架底座留有12個3.3mm的通孔，用來連接篩網(wǎng)和上機體，上蓋部分考慮到需要有刮板系統(tǒng)來刮除吸附在篩網(wǎng)表面的木粉，如果這里安裝上蓋，必然影響刮板的旋轉(zhuǎn)工作，故上蓋

13、與刮板系統(tǒng)連接。圖3-8中篩網(wǎng)部分被加顏色著重表示，部分不規(guī)則處為計算機處理問題。3.4刮板系統(tǒng)設(shè)計在本設(shè)計中，由于亞納米木粉的吸附作用，不僅會有團聚的傾向，還會粘著在倉壁和篩網(wǎng)上，因而要求其撒料機構(gòu)具備刮料的功能。要求刮板速度不用太快，取7rpm。刮板要同時對倉壁和篩網(wǎng)進行刮除木粉，同時上文提及篩網(wǎng)需要上蓋，這樣篩網(wǎng)處的刮板需要有個上蓋。同時上蓋會與篩網(wǎng)內(nèi)刮板一起旋轉(zhuǎn)運動，還需要給入料口留出入口。刮板焊接在一圓環(huán)上，圓環(huán)用螺釘固定在刮板大齒輪上。外處刮板用在清理附著于料倉內(nèi)壁上的木粉；內(nèi)側(cè)刮板用在清理篩網(wǎng)內(nèi)部附著的木粉，兩者成90，旋轉(zhuǎn)方向隨意。圖3-8安裝篩網(wǎng)后圖3-9刮板系統(tǒng)3.5刮板系

14、統(tǒng)驅(qū)動部分設(shè)計刮板由一個550W的電機直聯(lián)的渦輪減速器帶動，其轉(zhuǎn)速為1400rpm，轉(zhuǎn)速比1:50,輸出轉(zhuǎn)速為1400/50，即28rpm。由于刮板轉(zhuǎn)速要求較低，因此再通過一對大小齒輪進行二次減速，減速比為1:4，選用的小齒輪直徑為57mm，大齒輪直徑為228mm。二次減速后，刮板的轉(zhuǎn)速為7rpm，減速器安裝于料倉的上蓋上，詳見圖3-10。圖3-10電機、減速器、小齒輪組裝圖3.6入料口設(shè)計入料口安裝在上機體的上蓋上，由固定支架支撐，固定支架安裝時避開減速器和電機的安裝位置。入料口需要有風機接口，配合動刀組的旋轉(zhuǎn)，在倉內(nèi)形成離心風場。因整體設(shè)計時采用氣冷，同時3個出料口同時工作，故風機接口設(shè)計

15、兩個。一個主接口，用來提供主要風力，使物料在接觸刀具彈起后快速下降，同時利用離心風場使物料相互碰撞，達到多種手段同時破碎物料的目的；副接口主要用以調(diào)解風壓，保持倉內(nèi)壓強不會因為過大超過倉壁極限，也可增大倉內(nèi)風速讓碰撞更加快速進行。入料口上蓋與入料口管壁連接處用橡膠密封圈緊固密封。整體高度887mm，寬324mm。支架高度根據(jù)大小齒輪能正確嚙合來確定。下端管體穿過篩網(wǎng)系統(tǒng)的內(nèi)部刮板上的上蓋，管體與上蓋間隙配合。入料口部分的主體與刮板系統(tǒng)大齒輪部分用兩個球軸承連接，通過彈簧擋圈防止其下落。入料口見圖3-11。圖3-11入料口組裝圖3.7料倉設(shè)計圖3-12料倉組裝圖料倉使用薄鐵板焊接而成，薄鐵板選取

16、5mm厚度。中間用來安裝篩網(wǎng)部分隔板選用8mm厚的薄鐵板，螺紋孔選用M3螺紋。下半部分留有安裝靜刀組的插槽，其通孔直徑選用4mm。與底座連接的擋板選用16mm厚的鐵板，其連接用通孔直徑為11mm。上端安裝上蓋處需要安裝一層厚度為1mm的橡膠密封圈，與上蓋連接用通孔直徑選用10mm。在料倉側(cè)壁留出視窗口，螺絲孔根據(jù)實際需要選定，上蓋處留有出料口接口。根據(jù)刮板系統(tǒng)的減速器尺寸留出安裝用螺紋孔，距離根據(jù)齒輪中心距計算。側(cè)壁處留出出料口1接口，螺絲孔選用M6。整體組裝后高度710mm，寬度587mm。上蓋處中間孔為安裝刮板系統(tǒng)所留，內(nèi)部采用梯形橡膠密封圈密封，孔直徑192mm。料倉組裝圖如圖3-12所

17、示。3.8底座設(shè)計底座用厚度為8mm厚的鐵板焊接而成；固定機身用底板選用厚度15mm的鐵板；固定電機用鐵板選用厚度為18mm厚的鐵板。底座部分留有固定機身用的通孔，通孔直徑選取13mm。側(cè)壁處留出氣冷管道接口兩個，接口尺寸與上方出料口相同。多預(yù)留出1接口，以備增加冷卻設(shè)備用。電機安裝孔直徑107mm，周圍留有安裝電機用螺紋孔，螺紋孔選用M8。底座整體高度為450mm，寬度560mm，底座組裝如圖3-13所示。圖3-14整體組裝圖圖3-13底座組裝圖3.9整體組裝組裝后整體高度1698mm，寬度744mm。整體組裝如圖3-14所示，其它細節(jié)如圖3-15和3-16所示。 圖3-15組裝刀具示意圖(篩網(wǎng)和倉體隱藏)圖3-16組裝后齒輪細節(jié)參考文獻楊蘭玉，等木粉發(fā)電原料及粉碎裝備的設(shè)計理論研究J.安徽農(nóng)業(yè)科學,2008.20:8640-8641.楊蘭玉等.發(fā)電用木粉粉碎理論及粉碎裝備的設(shè)計機械設(shè)計與制造2009.06:150-152.3LanyuYangandYanMa.ResearchonSuperfineWoodPowderDisintegratorwithMulti-granularityUsedinPowerGenerationC.KeyEngineeringMaterials,2009.09:505-507.馬巖.納微米科