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1、说明书设计题目： 尿素自动拆包出料装置的设计专业年级：机械设计制造及其自动化2011级 学 号： 姓名： 指导教师、职称： 2015 年 5 月 27 日目录摘要IAbstractII1绪论- 1 -1.1前言- 1 -1.2尿素的简介- 1 -1.3尿素自动拆包出料装置的目的意义- 2 -1.4自动拆包机的发展现状- 2 -2尿素自动拆包出料装置设计方案确定- 4 -2.1本装置设计的背景- 4 -2.2尿素的理化性质- 4 -2.3尿素包装袋规格- 5 -2.4方案的确定- 5 -2.4.1方案的拟定- 5 -2.4.2方案的确定- 7 -3输送机构的设计- 8 -3.1输送机类型的确定-
2、 8 -3.2布置方式- 8 -3.3输送带的选型- 8 -3.4输送机滚筒的选型- 9 -3.5输送机传动滚筒轴承及轴承座的选型- 9 -3.6支架材料的选取- 10 -3.7钢板的选择- 10 -3.8电动机的选择- 10 -4拆包机构的设计- 12 -4.1拆包机构的布置- 12 -4.2支架及斜板的选择- 12 -4.3刀具的设计- 12 -5出料装置的设计- 13 -5.1支架材料的选取- 13 -5.2滚筒的选型- 13 -5.3轴承座的选择- 14 -5.4滑槽- 14 -5.5储仓- 14 -5.6布局- 15 -6结论- 16 -参考文献- 17 -致谢- 18 -摘要尿素自
3、动拆包出料装置主要是应用在以尿素为还原剂的脱硝中尿素袋的卸料或储存，其必须与输送装置等设备配合使用。尿素自动拆包出料装置的主要任务是实现尿素袋的自动拆包，并使得空袋及杂质和尿素颗粒分离开来。本次说明书介绍了尿素自动拆包出料装置的设计。它和输送装置配合，共同完成自动拆包的整个作业。本文主要内容如下：输送机构的设计：输送机构主要由带式输送机、驱动装置以及支撑输送机的支架组成。输送机构的设计部分主要内容为输送皮带、滚筒、轴承座、钢板、电动机以及支架材料等零部件的选型及计算，并根据题目要求和结合实际情况对输送机构进行合理的布置。全套图纸，三维加153893706拆包机构的设计：拆包机构主要由破袋刀具、
4、刀架以及相应的支架组成。拆包机构的设计部分主要内容为对刀具进行设计及选型，并对刀具在整个机构进行合理布置，以及对支架的合理安置，使得刀具能够快速轻松破袋，使破袋效果良好。出料装置的设计：出料装置主要由出料的V型排列滚筒、导引滑槽以及相应的支架组成。出料装置的设计部分主要内容为对V型排列滚筒、轴承座、钢板、滑槽以及支架的选型，并将各部分零件进行合理布置，使得尿素袋拆包之后的尿素颗粒能够通过出料装置顺利漏到储仓内，而空的尿素袋则统一收集，使得尿素袋自动和尿素颗粒分离。关键词：尿素自动拆包；输送机构；拆包机构；出料装置；V型排列滚筒 AbstractAbstract: automaticunpack
5、ingdischarging deviceis mainlyused inusing urea as the material unloadingor storagebagandureanitratereducing agentof urea,with the use of the main equipment andconveying device.Themain task ofautomaticunpackingfeeding device is automaticunpackingimplementationof ureaandurea bag,so that the air bagan
6、d impurities andurea particlesseparated.The design ofthe conveying mechanism：The transportation mechanism is mainly composed of the belt conveyer, the driving device and the support of the supporting conveyer. Conveying mechanism design part of the main content for the selection and calculation of t
7、he conveyor belt, roller, bearing, steel, motor and scaffold materials in parts, and according to the topic request and combined with the actual situation on the transport mechanism for a reasonable layout.Removedesignpackage mechanism：The main body of the disassembly mechanism is composed of the br
8、oken bag cutter, the rest frame and the corresponding bracket. Remove the mechanism design part of the main content of the tool for the design and selection of the package, and the tool in the whole body of layout is reasonable, and the reasonable placement of stent makes tools to quickly and easily
9、 broken bag, the bag breaking effect is good.The design of feeding device:The discharging device is mainly composed of a V type material cylinder, guide chute and the corresponding support. Out of feeding device design main content is in V-shaped arrangement of roller, bearing seat, plate, a sliding
10、 chute and the support selection and reasonable arrangement of the various parts of the the bags of urea unpacking after urea particles through a feeding device smoothly drain to the storage bin, and empty bag of urea unified collection, making bags of urea automatic and granular urea separation.Key
11、 word：Automatic unpacking discharging device of urea;transport mechanism; unpacking mechanism; discharging device;V typecylinder- 14 -1绪论1.1前言现如今，国民经济发展迅速，尤其是农业和工业更是实现质的飞跃。不管农业或者是工业都需要用到肥料，肥料也是不断在研发、改进，其中尿素是常见的化肥之一，尿素在农业和工业中的应用都相当的广泛。众所周知，常见的尿素一般都是用编织袋装的，以前都是用的人工拆包，尤其是需要量多的大型农业、工业发展基地，一方面是人工拆包速度跟不上，
12、另一方面是需要很多的劳动力，靠人工拆包根本不可行。因此才有了尿素自动拆包装置的出现。在国内乃至世界，尿素的需求量还是非常大的，甚至在未来的发展中，尿素也是作为农业和工业以及其他方面领域的重要原料，而尿素自动拆包装置能在一定程度上推进农业、工业的发展进度，成为农业、工业自动化的实现的一个重要环节。1.2尿素的简介1773年，伊莱尔罗埃尔（Hilaire Rouelle）发现尿素。在1828年，德国化学家弗里德里希维勒最先使用无机物质氰酸氨（NH4CNO，一种无机化合物，由氯化铵和氯酸银反应制得的)与硫酸铵人工合成了尿素【1】。原本他是打算合成氰酸铵的，却意外得到了尿素。尿素的学名叫碳酰二胺，是人
13、工合成的第一个有机物，外观为白色针状晶体或粉末，无嗅，味咸，熔点130摄氏度，当加热超过熔点后，两分子尿素可脱氨生成一分子缩二脲，同时放出氨气。因为在人的尿液中含有这种物质，所以才取名为尿素。尿素含氮(N)46，是固体氮肥中含氮量最高的。尿素广泛存在于自然界中，如新鲜人尿中含尿素0.3%-0.4。尿素作为氮肥始于20世纪初，50年代以后由于尿素含氮量高、用途广和工业生产流程的不断改进，世界各国发展很快。我国从60年代开始建立中型尿素厂。1973年后，随着年产30万吨合成氮的大型尿素场陆续兴建，我国已经成为世界上重要的尿素生产国。尿素产量约占我国目前氮肥总产量的40，是仅次于碳铵的主要氮肥品种之
14、一。尿素是氨和二氧化碳在高温和高压下化合而成的，一般作为氮肥使用，是很重要的肥料【2、3、4】。 建国以来，我国的合成氨氮肥工业遵循自力更生和国外引进两条腿走路的方针，已经拥有世界首位生产能力和先进技术装备的综合实力。合成氨尿素已身居世界领先水平。20世纪末我国化肥工业迅速发展引进大量的氮肥生产的先进技术装备，从而促进了我国民族工业的迅速发展。以尿素为还原剂与NO在SNCR下的化学反应方程式为：CO（NH2）22NH2+CONH2+NON2+H2OCO+NON2+CO2总的反应式为：NO+CO（NH2）2+1/2O22N2+CO2+2H2O从以上反应方程式可以看出，在适当的炉膛温度下NOx与还
15、原剂（尿素）反应，生成无害的氮气、二氧化碳和水。在温度过高的情况下尿素本身也会被氧化成NOx，反而会增加NOx的排放。而且尿素颗粒在运输和储存的安全性会比液氮高很多，所以以尿素作为还原剂的SNCR技术对于场地受限的电厂的脱硝改造会很有优势，因此尿素成为脱硝的重要原料，以尿素为还原剂的脱硝需采用大量袋装尿素。1.3尿素自动拆包出料装置的目的意义以尿素为还原剂的脱硝需采用大量袋装尿素，每天均需由人工拆包，倒入提升装置，常规的袋装尿素重50KG，如果每天都人力搬运拆包卸料的话，既浪费时间也浪费人力，而且尿素具有刺激性，对人体有一定影响，此工作对企业职业病防护有一定影响。江苏省南京某化肥厂职工医院就对
16、接触尿素粉尘工人健康状况做了一个调查报告，选择了该化肥厂接触尿素粉尘工人71名作体检，调查报告显示有接触尿素粉尘的工人中有8例皮肤丘疹、脱屑，占11.3%；31例慢性鼻炎表现或鼻粘膜充血，占43.7%；在尿素氮含量中，37名接触粉尘的工人平均12.5毫克，其中6人超过17毫克，最高23毫克【6】。种种的调查报告显示，尿素粉尘对人体的伤害是特别大的，特别是对尿素人工拆包的工人们。本次设计是针对常规50KG袋装尿素而设计的尿素自动拆包出料装置，将规则码放的袋装尿素输送到一定高度进行拆包，并自动倒入到储仓，并且空袋及杂物没有落入储仓内。1.4自动拆包机的发展现状在此之前专家就针对有毒、有腐蚀性等对人
17、体有伤害的粉状、颗粒状袋装物料的拆卸，就设计研发制造出了自动破袋卸料机。如JPD自动破袋卸料机，主要应用在化工、石油、建材、冶金、电力、食品、医药、粮食、环保等领域中的干燥粉状物料自动拆袋卸料作业，如硝石灰、氧化镁、石英砂、石灰石、木屑、蛋白粉、活性碳、奶粉、PVC粉、粉煤灰、尿素、粘土、石膏、水泥、污水处理添加粉料等均可进行自动拆袋卸料作业，它通过皮带机自动给袋，割刀装置自动破袋，振筛自动袋料分离、卸料等步骤物料靠重力落进贮斗中来完成拆袋卸料工作。作业中产生的粉尘被携带的除尘装置滤除，使工人能在清洁的环境中工作。该设备具有高效、环保、操作简单、维护方便等，与其它输送设备配套使用可完成破袋卸料
18、又可完成粉体输送储存等功效。JPD型自动破袋卸料机具有工作可靠、消耗功率小的特点，它特别适用于有毒易燃和强腐蚀、高粉尘及人员不易接触的场合。图 1-1 JXP大袋拆包卸料机图 1-2 JPD自动破袋卸料机而JXP大袋拆包卸料机则是用于吨袋装粉粒状物料拆包卸料作业，在塑料，橡胶行业和其他行业使用，对大袋(吨袋)装如塑料树脂，炭黑和食品添加剂等干燥的粉粒状物料进行拆包卸料作业。它通过提升吨袋至设备进料口,人工拆开吨袋下料口,打开流量阀并辅以振动装置促使吨袋内的粉粒状物料靠重力落进贮斗中来完成拆包卸料工作。 2尿素自动拆包出料装置设计方案确定2.1本装置设计的背景以尿素为还原剂的脱硝需采用大量袋装尿
19、素，每天均需由人工拆包，倒入提升装置，由于尿素具有刺激性，对人体有一定影响，此工作对企业职业病防护有一定影响。因此需要设计一套装置，可将规则码放的袋装尿素进行拆包，并自动倒入到储仓，空袋及杂物不得落入储仓内。具体条件如下：图 2-1 尿素储仓现场布置图（1）尿素编织袋主要材料构成为聚丙烯袋、聚乙烯袋，缝制方法为缝底袋、缝边底袋。其主要生产工艺是利用塑料原料经挤出薄膜、切割、单向拉伸为扁丝，经过经纬编织；（2）常规50KG尿素编制袋规格80cm55cm；（3）尿素储仓现场布置图；（4）方案一：装置可采用从地面开始拆包出料，然后通过传送带输送到储仓的尿素颗粒入口；方案二: 装置可先用传送带把袋装尿
20、素转运至储仓的尿素颗粒入口附近，再进行拆包出料；2.2尿素的理化性质尿素的平均粒度为0.8-2.5mm，堆密度为0.776t/m3 ，悬浮速度8.7-9.4m/s，【5】颜色为白色，熔点为132.7度，分子量为60.05【1】。尿素的物理性质：尿素的化学式为CO(NH2)2，相对分子质量为60.06 ，无色或白色针状或棒状结晶体，工业或农业品为白色略带微红色固体颗粒，无臭无味。尿素含氮量约为46.67%，密度为1.335g/cm3，熔点132.7。尿素易溶于水、醇，难溶于乙醚、氯仿，且呈弱碱性。尿素的化学性质：尿素能与酸作用生成盐。有水解作用。在高温下可进行缩合反应，生成缩二脲、缩三脲和三聚氰
21、酸。尿素在酸、碱、酶作用下（酸、碱需加热）能水解生成氨和二氧化碳。尿素对热不稳定，加热至150-160将脱氨成缩二脲。若迅速加热将脱氨而三聚成六元环化合物三聚氰酸。2.3尿素包装袋规格图2-2 50KG尿素包装袋及尿素颗粒尿素的包装常规50KG尿素编制袋规格80cm55cm，尿素编织袋主要材料构成为聚丙烯袋、聚乙烯袋，缝制方法为缝底袋、缝边底袋。其主要生产工艺是利用塑料原料经挤出薄膜、切割、单向拉伸为扁丝，经过经纬编织。2.4方案的确定2.4.1方案的拟定针对本装置设计的背景及条件拟定了以下3种方案：图 2-3 方案1简图方案1：拆包机的切割装置采用最简单的单刀划缝型，就是通过带式输送机先把尿
22、素袋输送到一定的高度，然后依靠自身重力从斜坡上滑落，被斜面上突起的一把尖刀划出一条缝，待尿素袋下滑到V型槽上，尿素颗粒经过刀锋从V型槽下漏掉，通过导向滑槽进入储仓，尿素袋继续滑过V型槽，实现尿素和袋的分离。此方案的优点是结构非常简单，功率较小。在这个方案中，整个装置只需要在输送装置上使用动力，其余都是靠尿素袋自身重力完成自动拆包卸料的。所以此方案的关键在于尿素袋自身的重力势能，但是尿素袋经过V型槽时，有可能停留在V型滑槽上，以至于影响后续的流程。简图如图2-3。 图 2-4 齿辊实物图图 2-5 方案2简图方案2：滚轮挤压型，工作流程如下：尿素袋通过带式输送机运输到一定高度，而后垂直下落，经过
23、一对齿辊将尿素袋挤破挤烂，之后落到倾斜的条形网状物体上，尿素颗粒通过网状空隙漏出，而尿素袋则沿着倾斜的条行网滑出，实现尿素和尿素袋的分离。此种方案的优点在于破袋效果相对较好，但不足的地方在于会破坏尿素袋的完整性，使尿素袋零零散散，不利于收集，还有一个问题就是尿素颗粒有可能会堆积在尿素袋上和袋子一起滑出去，造成尿素的浪费，也有可能尿素袋会停留在倾斜条形网上，造成堆积，影响工作流程。简图如图2-4。方案3：尿素袋通过带式输送机运输到一定高度，通过凸起的一把刀将尿素袋破袋，然后经过有一定角度倾斜的V型排列滚筒，尿素颗粒从中间的缝隙漏出，待尿素颗粒漏完之后，尿素袋自动滑出，与尿素分离，漏出去的尿素颗粒
24、漏到下方的一个凹形滑槽，滑到储仓口，漏进储仓，从而实现尿素自动拆包出料的整个过程。简图如图2-6。图 2-6 方案3简图 2.4.2方案的确定图 2-7 尿素自动拆包出料装置三维模型对于装置的拆包机构，考虑到尿素编织袋的材质，尿素袋会很容易被割破，所以就没必要利用电动滚刀进行破袋，只需要一把突起的尖刀就能够破袋，这样就使得装置更简单化，也能够节省成本；对于出料装置，相比三个方案，方案3的V型排列滚筒更加的适合，因为不用外加的动力就能够实现尿素颗粒与尿素袋的自动分离，而且分离效果比前两个方案更佳，这个方案还有个优点，就是不会破坏尿素袋的完整性，使得分离之后的尿素袋可以统一收集。经过分析，选定方案
25、3作为尿素自动拆包出料装置的设计方案。图2-7为整个装置的三维模型图。3输送机构的设计3.1输送机类型的确定图 3-1 输送装置三维模型带式输送机的优点是运输能力大,而且工作阻力小,耗电量低,约为刮板输送机耗电量的1/31/5。因在运输过程中物料与输送带一起移动,故磨损小,物料的破碎性小。由于结构简单,既节省设备,又节省人力,故广泛应用于我国国民经济的许多工业部门。国内外的生产实践证明,带式输送机无论在运送能力方面,还是在经济指标方面,都是一种较先进的运送设备。由于带式输送机的输送能力比较大，而且输送距离较长，结构简单可靠，消耗能量较小，比较适合本设计的要求，因此采用带式输送机。图3-1为本设
26、计装置的输送装置三维模型图。 3.2布置方式考虑到本设计的需求，需要把尿素带运送到一定高度，所以就采用了单滚筒传动的形式，并且输送机有一定倾斜向上的角度，倾角为30度。3.3输送带的选型经查找机械设计手册，输送带的规格如下： 表 3-1 输送带规格宽度/mm极限偏差/mm300540055005600765078003200（200递增）1.0% 因为尿素编织袋的规格为80cm55cm，所以皮带的宽度选用600mm的，总长度为25m。带芯材质为普通棉帆布（CC），帆布层数3层。由于需要将尿素袋倾斜向上运输，故输送带采用可以增大摩擦阻力的人字形花纹输送带。输送带厚度为5mm，每米的质量为5.02
27、kg/m。3.4输送机滚筒的选型输送机滚筒选用型号为HL-01R-A-89的滚筒，具体参数如下： 表3-2 HL-01R-A-89滚筒参数筒外径/mm89筒长/mm600管厚/mm2.0轴外径/mm20轴长/mm700 3.5输送机传动滚筒轴承及轴承座的选型轴颈处的直径为20mm,经查找画法几何及机械制图附表17，选取轴承型号6404型深沟球轴承。 表 3-3 深沟球轴承04系列部分轴承参数轴承代号d/mmD/mmB/mmrsmin64031762171.164042072191.164052580211.564063090231.5640735100251.5 对于输送机传动滚筒的轴承座，因
28、为传动滚筒选用HL-01R-A-89的滚筒，轴承选用6404型深沟球轴承，所以对应的轴承座选用外球面立式轴承座UCP204，内径20mm。3.6支架材料的选取支撑输送机及拆包出料装置的支架材料统一选用空心方钢，经查找机械设计手册规格如下(理论重量按钢的密度7.85g/cm3计算)： 表 3-4 40402型号方钢规格边长a/mm精度允许偏差1组/mm精度允许偏差2组/mm精度允许偏差3组/mm理论重量（kg/m）400.400.500.6012.6图 3-3空心方钢的底板三维模型图 3-2 空心方钢实物 为了防止支撑在地面上的空心方钢磨损，在每个接触地面的方钢底下都焊接一块60602的Q235
29、钢板。3.7钢板的选择输送机上输送带下方的钢板、拆包装置上方的钢板以及出料装置排列滚筒下方的钢板统一选用Q235，厚度2mm，以方便购买与加工。 3.8电动机的选择 规定输送机传送带运行速度v为1m/s。因此传动滚筒的转速n1=f=v/2r=1/（8910-3）=3.58r/s，其中r为传动滚筒的半径。 图 3-5 B3_Y100L-2电动机三维模型输送机所需功率Pw=pv/1000=5509.81/1000=2.45kW,其中p为5包尿素的重量，v为输送带运行速度。设：带对输送带效率。带=0.96 减减速机效率。减=0.96 传传动效率。传=0.98 筒输送机滚筒效率。筒=0.96估算传动系
30、统的总效率：=带减传筒=0.960.960.980.96=0.87输送机所需的电动机功率为：P=Pw/=2.45/0.87=2.82kW考虑到Y系列笼型电动机具有体积小,造价低,工作可靠的优点且易于实现自动控制,所以选取Y系列电动机，型号为B3_Y100L-2电动机，具体参数如下： 表 3-5 B3_Y100L-2电动机参数电动机型号额定功率/kW满载转速/（r/min）额定转矩最大转矩质量/kgB3_Y100L-2314302.22.338电动机与传动滚筒的速比n=n2/n1=1430/60/3.58=6.66，其中n2为电动机的满载转速，因此选择与该型号电动机配套的NMRV75型号减速机，
31、高H为205mm，长A为172mm，宽C为112mm，输出孔大小为28mm，减速机速比为7.5：1。 4拆包机构的设计4.1拆包机构的布置图 4-1 拆包机构放置位置图图 4-2 拆包机构三维模型尿素袋经过带式输送机输送到如图所示位置。长竖杆高度350mm，短竖杆高度250mm，长短杆间距181mm。斜板的宽度为350mm，斜板和水平面的夹角为斜向下35，当尿素袋通过输送机输送到最顶端后，获得一定的重力势能以及一定的惯性力之后沿着斜板下滑，被斜板上突起的尖刀划出一道长长的缝隙，然后滑向V型排列滚筒进行出料。4.2支架及斜板的选择支架统一选用40402型号的空心方钢，斜板选用Q235，厚度2mm
32、。图 4-3 刀具三维模型4.3刀具的设计 刀具的三维模型如图所示。刀架套在中间横杆上，刀片长60mm，宽40mm，嵌入刀架中，露出的刀片长50mm，在斜板上露出的刀片长35mm。刀片材质采用不锈钢。 5出料装置的设计5.1支架材料的选取对于出料装置支架的材料选择，和输送机支架材料一样，统一选择40402型号的空心方钢。5.2滚筒的选型对于出料装置滚筒，选用无动力滚筒，各型号参数如下： 表 5-1无动力滚筒型号型号筒外径D/mm管厚W/mm轴外径d/mm材质HL-01R-A-25250.88碳钢/不锈钢HL-01R-A-38381.0/1.512碳钢/不锈钢HL-01R-A-50501.0/1
33、.512/15碳钢/不锈钢HL-01R-A-60601.2/1.5/2.012/15/20碳钢/不锈钢HL-01R-A-76761.5/2.0/2.7/3.515/20碳钢/不锈钢HL-01R-A-89891.5/2.0/2.7/3.520碳钢/不锈钢轴 承：尼龙底座加机械轴承/尼龙底座加冲压轴承；表面处理： 镀白锌，镀铬 ，镀镍，包胶，套胶等图 5-1 无动力滚筒实物图最终确定选用型号HL-01R-A-25无动力滚筒，材质为不锈钢。 5.3轴承座的选择图 5-2 立式8mm内径小型轴承座实物图由于滚筒选用型号HL-01R-A-25无动力滚筒，因此轴承座也应该是内径为8mm的轴承座，最终选用立式8mm内径小型轴承座。本立式带轴承支架，铸铁轴承支架内部已经附带轴承（不含轴），轴承孔径8mm。具体参数如下：【结构材质】：铸铁+轴承钢【轴孔内径】：8mm，可以固定8mm的轴