固體物料顆粒造粒機的設計

逯 江，張 金，李 偉

(1.河南中煙工業有限責任公司安陽卷煙廠，河南安陽455000；2.鄭州輕工業學院機電工程學院，鄭州450002）

引言

國內外造粒技術經過發展，日漸成熟并形成了專門的學科和獨立的技術。目前世界上大型造粒機生產企業有日本兩家和德國一家，日本神戶制鋼公司產品在中國市場的占有率非常高。造粒技術主要有攪拌造粒法、沸騰造粒法、壓力成型造粒法、熱熔融成型法、噴霧干燥造粒法等[1]。國外造粒技術較為先進，大多采用大型造粒設備，具備完善的檢測監控系統，自動化程度高。國內造粒技術多為模仿國外技術起步，同時針對國內情況加以完善和改進[2]。

本文設計的固體顆粒造粒機是擠壓式平模造粒機。為了更好地處理有機固體廢棄物，減少對環境的污染，也為了有機復合肥設備節能高效的生產有機肥成品顆粒，本文從以下幾個方面進行了設計計算：

根據實際的工作需求和功能要求，確定擠壓式平模造粒機的總體設計方案。對擠壓式平模造粒機各組成部分進行分析比較，選擇最優零件配件，同時解決主要技術關鍵點。

1 擠壓式平模造粒機的工作原理

造粒機動力由減速電機提供，電機通過聯軸器與造粒機傳動組件連接，經傳動組件再次減速后轉速達到預定標準的144r/min，同時將動力傳遞給造粒機主軸，造粒機主軸帶動模板和甩料盤轉動。有機肥物料倒入造粒室，經刮料腳布料成約1mm 厚度，隨著模板的轉動，由于摩擦力的作用，物料被輥輪擠壓，從模板上密布的小孔中擠壓成條狀。甩料盤上的兩把切刀把條狀物料切割成顆粒狀成品有機肥，然后甩料盤把顆粒有機肥從盛粒筒上的排料口甩出。

2 擠壓式平模造粒機的總體設計

本文設計的是立式平模擠壓機，其結構簡圖如圖1所示。

立式平模擠壓機分為動輥式擠壓機和動模式擠壓機，兩種擠壓機各有優缺點[3]。

動輥式擠壓機的模板固定不動，通過電動機提供動力將動力傳給主軸，主軸帶動輥輪組件轉動，同時由于滾輪和模板之間布有固體物料進而產生摩擦力帶動輥輪轉動，所以形成了輥輪架公轉，輥輪自轉，模板上的物料隨著輥輪的自轉而被碾壓入模板的小孔中，實現物料的擠壓成型。

相對于動輥式擠壓機，動模式擠壓機的模板隨著空心軸轉動，而輥輪架固定在心軸上不動，所以輥輪不會隨著輥輪架轉動，既輥輪和模板都自轉實現造粒。

動輥式擠壓機輥輪和輥輪架固定在主軸上隨主軸轉動，其結構相對簡單，檢查維修方便，但由于輥輪的轉動慣量大，所需電動機功率偏大。動輥式擠壓適合于大型、高產量的擠壓造粒機[4]。

金-白云石階段：形成自然金-方鉛礦-黃銅礦、輝銀礦等礦物組合，為金的次要成礦階段，方鉛礦、黃銅礦、輝銀礦主要在這個階段富集。

動模式擠壓機效率高，所需電動機功率較小。由于模板固定在空心軸上而輥輪和輥輪架固定在心軸上不動，導致動模式擠壓機的結構復雜，所以造粒機的檢修不方便。同時由于模板的結構決定了動模式擠壓機整機尺寸不能過大，太大的話模板所受的壓力過大會導致其強度不夠，模板容易失效。

本次設計中固體物料處理規模較小，產量不是很大，所需造粒機尺寸較小，所以優先選擇效率高、造粒成本較低的造粒機，即動模式擠壓機。

2.1 傳動組件的設計

傳動組件主要由聯軸器、軸承套、錐齒輪軸、從動錐齒輪、空心軸、心軸和軸承等構成。傳動組件剖視圖如圖2所示。

電動機動力由聯軸器傳遞給錐齒輪軸。與電動機輸出軸相連的是凸緣半聯軸器，而與錐齒輪軸相連的是花鍵半聯軸器，兩個半聯軸器靠凸緣絞合定位和六個普通螺栓固定。錐齒輪軸與花鍵半聯軸器以花鍵定位連接，同時選用兩個單列滾子軸承，用以承載錐齒輪軸的軸向作用力。兩個單列滾子軸承外徑固定在軸承套上，軸承套以六個螺栓固定在箱體上。錐齒輪軸將動力傳遞給從動錐齒輪，同時由于錐齒輪組的傳動比，使傳遞的轉速大大降低，達到設計要求。從動錐齒輪周向以平鍵固定在空心軸上，軸向兩邊以套筒定位?？招妮S以滾動軸承承受載荷，其中上端的軸承主要承受周向載荷，選用深溝球軸承，而下端既承受周向載荷也承受軸向載荷，選用單列滾子軸承。空心軸中有一心軸，兩軸采用間隙配合，心軸主要用來固定造粒模塊中十字軸及滾輪，同時也分擔空心軸過大的周向載荷，增加空心軸的彎曲剛度。

如圖3所示，心軸的定位在軸向靠一個鎖緊圓螺母固定，鎖緊圓螺母上有兩個小螺釘，可以調節小螺釘使圓螺母的旋合螺紋間始終受到附加的壓力和摩擦力的作用，從而達到自鎖的目的，保證心軸軸向定位的可靠性。心軸周向上依靠平鍵與心軸套固定，其中心軸套以六個螺釘與箱體固定。

2.2 擠壓式平模造粒機造粒和出粒組件的設計

2.2.1 造粒組件的設計

造粒組件是平模擠壓造粒機的重要組成部分，同時也是整個造粒機組成最復雜、構造最精密的組件。造粒組件結構圖如圖4所示。

造粒機組件主要由盛粒筒迷宮、模板、內圓桶、心軸、布料器和輥輪機構等組成[5]。模板通過平鍵定位與空心軸相連，隨著空心軸的轉動而帶著物料一起轉動。內圓桶用六顆螺釘固定在模板上，內圓桶主要是限制物料的分布范圍。輥輪機構的徑向由平鍵定位，軸向由心軸軸肩和布料器定位，其中輥輪與模板間存在0.02mm 間隙。盛粒筒迷宮以三顆螺釘固定在空心軸上[6]。

1）造粒組件的造粒流程

有機肥物料由內圓桶頂部倒入，在模板上形成1mm 厚的物料層，這個過程稱為布料。物料隨著模板的轉動而轉動，與此同時，輥輪擠壓物料，由于摩擦力的作用，物料被擠入模板上密布的通孔成型。然后重新布料，輥輪再次擠壓，同時刮料腳攪拌物料，讓其分布均勻，這樣一直重復循環，完成不斷的造粒。

2）輥輪機構結構及工作原理

輥輪機構主要由輥輪、十字軸、刮料腳、深溝球軸承、迷宮密封、軸承端蓋、緊鎖圓螺母和螺釘等構成其機構圖如圖5所示。

十字軸固定在心軸上不動，以平鍵定位。四個刮料腳分別用兩個螺釘固定在十字軸上，用來使物料分布均勻。四個輥輪分別用兩個深溝球軸承支撐在十字軸上，輥輪由于摩擦力作用，會隨著模板的轉動而轉動，同時擠壓物料，使其通過模板成型。同時，輥輪的圓柱面上均勻分布著條紋，增加對物料的摩擦力。緊鎖圓螺母用來軸向定位深溝球軸承，由于緊鎖圓螺母良好的自鎖性能，可以很好地固定軸承，從而固定輥輪。滾輪外端用軸承端蓋密封，防止物料的進入，從而降低軸承的失效率，增加軸承使用壽命。

3）模板的構造

模板是造粒機上最重要的零件之一，模板的結構直接影響成型有機肥顆粒形狀。本次設計的造粒機模板如圖6 所示，模板上均布著通孔，通孔直徑為5mm，相鄰兩個通孔的圓心距為6mm，通孔成放射性排列，每兩排通孔的夾角為4°。有機肥物料被輥輪擠壓壓入模板通孔，直至被壓實后從模板通孔中擠出。模板通孔的形狀直接影響有機肥顆粒形狀，如果需要多種形狀的有機肥顆粒，可以選擇設計多塊模板，在需要的時候更換模板，就可以生產出所希望的有機肥顆粒形狀。模板通孔容易被物料堵死，對于一些腐蝕性強的有機肥物料，模板也很容易被腐蝕直至失效。所以，當結束造粒工作時，需要對模板仔細清理并保養，以增加模板的使用壽命。

2.2.2 出粒組件的設計

出粒組件主要負責剪切顆粒并將有機肥顆粒排出造粒機。出粒組件由盛粒筒、甩料盤、手輪軸、切刀、手輪、緊定螺釘和內六角螺栓等組成，如圖7所示。其中切刀左右各有一個，分別通過兩顆螺栓固定在手輪軸上不動，從模板擠出的條狀物料隨著模板轉動的同時被切刀切斷成粒狀。手輪軸和手輪徑向通過平鍵定位，而軸向通過一顆螺栓固定兩者，當需要調節切刀的角度時，擰松螺栓，通過調節手輪而調節切刀角度，調整完畢后重新擰緊固定螺栓。甩料盤通過兩顆緊定螺釘固定在空心軸上，隨著空心軸的轉動而轉動，利用離心力把有機肥顆粒甩出盛粒筒[7]。

3 使用說明

本文選擇了減速電動機，該減速電動機的輸出轉速為500r/min，輸出轉矩為5.39×105N·mm，額定功率Pm=30kW。插上電源打開開關，產品正常啟動，使用前選擇適當的潤滑油，保證其潤滑性、相容性，定期更換潤滑油。先使其空轉一會保證造粒機能夠正常運轉再投入使用。當機器出現故障時，應切斷電源拆機檢查。

4 結論

在發展生態農業，走可持續發展道路的今天，現代農業領域越來越重視生態種植，講究綠色有機無污染，所以單純的無機化肥式種植將被逐步淘汰，而綠色有機肥會越來越受歡迎，所以固體顆粒造粒機的研究將具有重要的意義和市場前景。

[1]李建平,李承政,王天勇，等.我國粉體造粒技術的現狀與展望[J].化工機械,2001(5)：295-298.

[2]劉廣文.論染料噴霧造粒技術[C]//中國化工學會.第七屆全國干燥會議論文集,1999：93-97.

[3]杞衛東.肥料的擠壓造粒[J].云南化工,1994(1)：58-60.

[4]馬夢蘭.復混肥擠壓造粒機理與設備分析[J].天津紡織工學院學報,1999(4)：42-46.

[5]王德忠,季玉茹.造粒機輥輪密封失效原因的分析[J].潤滑與密封,2009(5)：103-105.

[6]王德忠,季玉茹.擠壓造粒機輥輪迷宮密封的改造[J].吉林化工學院學報,2009(2)：34-36.

[7]董彬.延長擠壓造粒機環模使用壽命的研究[J].磷肥與復肥,2001(1)：54-55.