預(yù)混料、濃縮料成套加工設(shè)備的虛擬設(shè)計(jì)與裝配

■況杰華 何仁財(cái)

（江西省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所，江西南昌 330044）

飼料成套加工設(shè)備的設(shè)計(jì)一般從工藝流程設(shè)計(jì)開(kāi)始，工藝流程設(shè)計(jì)方案中主要是確定粉碎機(jī)和混合機(jī)的空間位置關(guān)系，其余加工設(shè)備圍繞粉碎機(jī)和混合機(jī)為核心進(jìn)行選型和布局，本文借助Solid Works平臺(tái)虛擬設(shè)計(jì)及裝配飼料加工成套設(shè)備，靈活應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助功能對(duì)現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)工程以數(shù)字樣機(jī)代替物理樣機(jī)[1]，對(duì)飼料成套設(shè)備設(shè)計(jì)到現(xiàn)場(chǎng)安裝進(jìn)行虛擬空間定位和幾何約束，這可發(fā)現(xiàn)設(shè)備安裝布局過(guò)程中相互關(guān)系，使設(shè)計(jì)人員對(duì)飼料成套加工設(shè)備的布局有個(gè)清晰合理設(shè)計(jì)，避免設(shè)計(jì)安裝過(guò)程中可能出現(xiàn)空間結(jié)構(gòu)及聯(lián)接方位等問(wèn)題，從而縮短實(shí)際安裝過(guò)程的時(shí)間，降低成本，提高設(shè)計(jì)效率。

1 飼料成套加工設(shè)備設(shè)計(jì)工藝流程的確定

飼料成套加工設(shè)備的設(shè)計(jì)首先是根據(jù)客戶需求，經(jīng)過(guò)計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)選擇確定單機(jī)設(shè)備型號(hào)，進(jìn)而由客戶飼料產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)確定成套飼料加工設(shè)備設(shè)計(jì)工藝流程表達(dá)生產(chǎn)過(guò)程工藝工序的流向及設(shè)備的功能以及設(shè)備之間聯(lián)接和方位配合聯(lián)系。本文針對(duì)預(yù)混料、濃縮料的特性來(lái)確定飼料加工成套設(shè)備工藝設(shè)計(jì)方案，由于工藝流程中涉及到粉碎工序和混合工序，在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上相對(duì)比較簡(jiǎn)單，該成套設(shè)備主要包括原料接收清理設(shè)備、輸送設(shè)備、粉碎設(shè)備、配料混合設(shè)備、除塵設(shè)備、成品貯藏處理設(shè)備及吊籃等，單機(jī)設(shè)備之間的配合布局連接方式及成套設(shè)備工藝工序流程如圖1所示。

圖1 預(yù)混料、濃縮料成套設(shè)備工藝流程

2 虛擬設(shè)計(jì)及虛擬裝配的模式

虛擬是借助計(jì)算機(jī)及圖形仿真軟件實(shí)現(xiàn)實(shí)物不用制造樣機(jī)而電腦虛擬化，在電腦中就可以反應(yīng)再現(xiàn)實(shí)物設(shè)計(jì)裝配全過(guò)程，本文借助SolidWorks軟件建立成套飼料設(shè)備虛擬平臺(tái)，主要是用來(lái)虛擬飼料成套加工設(shè)備，成套設(shè)備由單機(jī)部件組成，單機(jī)由零部件組成，根據(jù)它們之間關(guān)系確定單機(jī)設(shè)備，后根據(jù)設(shè)備之間前后方位關(guān)系進(jìn)行虛擬裝配，虛擬裝配的流程主要包括部件工藝設(shè)計(jì)流程及確定三維設(shè)計(jì)部件圖、各個(gè)單機(jī)設(shè)備裝配模型、裝配順序、裝配路徑、裝配約束、干涉檢查等，它們之間的關(guān)系如圖2所示。

3 單機(jī)設(shè)備選型與相關(guān)部件設(shè)計(jì)及三維模型的建立

預(yù)混料、濃縮料成套加工設(shè)備主要由結(jié)構(gòu)框架平臺(tái)、單機(jī)設(shè)備、倉(cāng)容及聯(lián)接溜管、氣力輸送風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)及電控裝置等組成。由于本文是根據(jù)客戶需求產(chǎn)量3～5 t/h后核實(shí)工藝流程，通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算、查閱設(shè)備產(chǎn)量型號(hào)及工作經(jīng)驗(yàn)，確定工藝流程中各設(shè)備型號(hào)及相關(guān)部件尺寸。

圖2 虛擬設(shè)計(jì)裝配流程

3.1 核心單機(jī)設(shè)備型號(hào)及三維外形圖的確定

本文中設(shè)計(jì)的預(yù)混料、濃縮料成套加工設(shè)備中核心設(shè)備是粉碎機(jī)和混合機(jī)，粉碎機(jī)和混合機(jī)的功能主要是粉碎豆粕、玉米等原料，將粉碎后的原料通過(guò)攪龍及提升機(jī)進(jìn)入粉碎倉(cāng)，待需要混合時(shí)供給混合機(jī)與小料進(jìn)行混合，由客戶提供產(chǎn)量需求3～5 t/h確定了粉碎機(jī)和混合機(jī)產(chǎn)量，它們的型號(hào)分別是SFSP60×40、SSHJ1.0，功率對(duì)應(yīng)為30 kW和11 kW，它們的三維外形示意圖見(jiàn)圖3、圖4。

圖3 粉碎機(jī)SFSP60×40外形

圖4 混合機(jī)SSHJ1.0三維外形

3.2 倉(cāng)體溜管尺寸及三維外形圖的確定

倉(cāng)有待粉碎倉(cāng)和混合成品打包倉(cāng)等，其主要作用是起緩沖或短暫儲(chǔ)藏，根據(jù)粉碎機(jī)和混合機(jī)的產(chǎn)量及物料的密度確定其容積且其容積大小，實(shí)際生產(chǎn)制作的倉(cāng)容比計(jì)算容積大20%～30%，主要是為了保證生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性和連續(xù)性；而溜管常用0.5～1.5 mm厚鋼板拼焊而成，其功能是將具有一定高度的物料通過(guò)溜管輸送到較低位置，即物料的降運(yùn)，但溜管上下聯(lián)接口中心線傾斜角應(yīng)大于物料的摩擦角，常用溜管截面外形有圓形和方形。倉(cāng)的三維外形圖如圖5所示。

3.3 輸送設(shè)備的確定原則

飼料加工設(shè)備中的輸送設(shè)備主要有絞龍和提升機(jī)，絞龍是將物料水平或傾斜輸送，提升機(jī)是將物料豎直方向輸運(yùn)，本文在設(shè)計(jì)選型時(shí)綜合多方面因素而定，它們的型號(hào)為TLSS20、DTG36/23，三維外形示意圖如圖6所示。

圖5 倉(cāng)體三維外形

圖6 絞龍和提升機(jī)的三維外形

3.4 除塵裝置

除塵是飼料加工業(yè)中重要工序，因?yàn)榉蹓m直接影響生產(chǎn)設(shè)備功能及員工的身體健康，除塵設(shè)備主要有脈沖除塵器和旋風(fēng)分離器等，在需要除塵設(shè)備之間連接盡量做到密封為主，吸風(fēng)為輔，合理布置設(shè)計(jì)選擇吸塵裝置以控制氣流和粉塵量，除塵裝置主要包括除塵器、風(fēng)機(jī)、風(fēng)管及吸風(fēng)罩等，一般情況是根據(jù)吸風(fēng)罩口的速度設(shè)計(jì)確定設(shè)備、管道及風(fēng)機(jī)型號(hào)及功率，而吸風(fēng)罩的收縮角不應(yīng)大于60°以保證氣流均勻，吸風(fēng)罩口速度確定依據(jù)是谷粒3～5 m/s，粉料0.5～2.5 m/s，以此設(shè)計(jì)選擇確定設(shè)備型號(hào)，它們的類型及型號(hào)見(jiàn)表1，脈沖式布袋除塵器及吸風(fēng)罩三維外形如圖7、圖8、圖9所示。

表1 除塵設(shè)備的型號(hào)

圖7 脈沖除塵器

圖8 初清篩吸風(fēng)罩

圖9 投小料處吸風(fēng)罩

4 飼料成套加工設(shè)備虛擬裝配的實(shí)現(xiàn)

單機(jī)設(shè)備按照一定的空間方位順序進(jìn)行安裝就可組成預(yù)混料、濃縮料成套加工設(shè)備，在Solid-Works中按照工藝流程圖并可根據(jù)由低向頂對(duì)單機(jī)設(shè)備進(jìn)行左右上下順序的虛擬裝配，首先是對(duì)單機(jī)設(shè)備進(jìn)行三維外形繪制后插入裝配界面中，按照一定的裝配配合方位關(guān)系逐一進(jìn)行組合，其虛擬組裝的三維成套設(shè)備圖如圖10所示，通過(guò)裝配好的成套設(shè)備點(diǎn)擊干涉檢查還可以發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)布局中存在的問(wèn)題，從而為設(shè)計(jì)合理性提供依據(jù)和參考，對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)布局的合理性起到指導(dǎo)作用，通過(guò)裝配可以增加感性認(rèn)識(shí)以達(dá)到最佳設(shè)計(jì)。檢查設(shè)計(jì)的合理性是在保證設(shè)備操作、維修方便的條件下盡量減少建筑面積再考慮優(yōu)化設(shè)計(jì)。

圖10 成套設(shè)備裝配

5 結(jié)語(yǔ)

傳統(tǒng)意義上的部件設(shè)計(jì)裝配要試制樣機(jī)才能確定設(shè)計(jì)的合理性，需經(jīng)反復(fù)修改圖紙進(jìn)行多次試裝配因而周期長(zhǎng)、成本高，不能適應(yīng)當(dāng)前科技發(fā)展及企業(yè)的需要，因而利用虛擬設(shè)計(jì)裝配技術(shù)可以較好形象的表達(dá)實(shí)體實(shí)物，在科研設(shè)計(jì)上具有節(jié)省生產(chǎn)成本和生產(chǎn)時(shí)間去制造樣機(jī)，對(duì)科研設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)性，通過(guò)干涉檢查可解決實(shí)際裝配中所出現(xiàn)的問(wèn)題而優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而減少開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品成本，縮短了新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，提高了企業(yè)的利潤(rùn)及競(jìng)爭(zhēng)力。