预混料、浓缩料成套加工设备的虚拟设计与装配

■况杰华 何仁财

（江西省农业机械研究所，江西南昌 330044）

饲料成套加工设备的设计一般从工艺流程设计开始，工艺流程设计方案中主要是确定粉碎机和混合机的空间位置关系，其余加工设备围绕粉碎机和混合机为核心进行选型和布局，本文借助Solid Works平台虚拟设计及装配饲料加工成套设备，灵活应用计算机辅助功能对现实设计工程以数字样机代替物理样机[1]，对饲料成套设备设计到现场安装进行虚拟空间定位和几何约束，这可发现设备安装布局过程中相互关系，使设计人员对饲料成套加工设备的布局有个清晰合理设计，避免设计安装过程中可能出现空间结构及联接方位等问题，从而缩短实际安装过程的时间，降低成本，提高设计效率。

1 饲料成套加工设备设计工艺流程的确定

饲料成套加工设备的设计首先是根据客户需求，经过计算和经验选择确定单机设备型号，进而由客户饲料产量与经济技术指标确定成套饲料加工设备设计工艺流程表达生产过程工艺工序的流向及设备的功能以及设备之间联接和方位配合联系。本文针对预混料、浓缩料的特性来确定饲料加工成套设备工艺设计方案，由于工艺流程中涉及到粉碎工序和混合工序，在设计结构上相对比较简单，该成套设备主要包括原料接收清理设备、输送设备、粉碎设备、配料混合设备、除尘设备、成品贮藏处理设备及吊篮等，单机设备之间的配合布局连接方式及成套设备工艺工序流程如图1所示。

图1 预混料、浓缩料成套设备工艺流程

2 虚拟设计及虚拟装配的模式

虚拟是借助计算机及图形仿真软件实现实物不用制造样机而电脑虚拟化，在电脑中就可以反应再现实物设计装配全过程，本文借助SolidWorks软件建立成套饲料设备虚拟平台，主要是用来虚拟饲料成套加工设备，成套设备由单机部件组成，单机由零部件组成，根据它们之间关系确定单机设备，后根据设备之间前后方位关系进行虚拟装配，虚拟装配的流程主要包括部件工艺设计流程及确定三维设计部件图、各个单机设备装配模型、装配顺序、装配路径、装配约束、干涉检查等，它们之间的关系如图2所示。

3 单机设备选型与相关部件设计及三维模型的建立

预混料、浓缩料成套加工设备主要由结构框架平台、单机设备、仓容及联接溜管、气力输送风网系统及电控装置等组成。由于本文是根据客户需求产量3～5 t/h后核实工艺流程，通过设计计算、查阅设备产量型号及工作经验，确定工艺流程中各设备型号及相关部件尺寸。

图2 虚拟设计装配流程

3.1 核心单机设备型号及三维外形图的确定

本文中设计的预混料、浓缩料成套加工设备中核心设备是粉碎机和混合机，粉碎机和混合机的功能主要是粉碎豆粕、玉米等原料，将粉碎后的原料通过搅龙及提升机进入粉碎仓，待需要混合时供给混合机与小料进行混合，由客户提供产量需求3～5 t/h确定了粉碎机和混合机产量，它们的型号分别是SFSP60×40、SSHJ1.0，功率对应为30 kW和11 kW，它们的三维外形示意图见图3、图4。

图3 粉碎机SFSP60×40外形

图4 混合机SSHJ1.0三维外形

3.2 仓体溜管尺寸及三维外形图的确定

仓有待粉碎仓和混合成品打包仓等，其主要作用是起缓冲或短暂储藏，根据粉碎机和混合机的产量及物料的密度确定其容积且其容积大小，实际生产制作的仓容比计算容积大20%～30%，主要是为了保证生产过程的稳定性和连续性；而溜管常用0.5～1.5 mm厚钢板拼焊而成，其功能是将具有一定高度的物料通过溜管输送到较低位置，即物料的降运，但溜管上下联接口中心线倾斜角应大于物料的摩擦角，常用溜管截面外形有圆形和方形。仓的三维外形图如图5所示。

3.3 输送设备的确定原则

饲料加工设备中的输送设备主要有绞龙和提升机，绞龙是将物料水平或倾斜输送，提升机是将物料竖直方向输运，本文在设计选型时综合多方面因素而定，它们的型号为TLSS20、DTG36/23，三维外形示意图如图6所示。

图5 仓体三维外形

图6 绞龙和提升机的三维外形

3.4 除尘装置

除尘是饲料加工业中重要工序，因为粉尘直接影响生产设备功能及员工的身体健康，除尘设备主要有脉冲除尘器和旋风分离器等，在需要除尘设备之间连接尽量做到密封为主，吸风为辅，合理布置设计选择吸尘装置以控制气流和粉尘量，除尘装置主要包括除尘器、风机、风管及吸风罩等，一般情况是根据吸风罩口的速度设计确定设备、管道及风机型号及功率，而吸风罩的收缩角不应大于60°以保证气流均匀，吸风罩口速度确定依据是谷粒3～5 m/s，粉料0.5～2.5 m/s，以此设计选择确定设备型号，它们的类型及型号见表1，脉冲式布袋除尘器及吸风罩三维外形如图7、图8、图9所示。

表1 除尘设备的型号

图7 脉冲除尘器

图8 初清筛吸风罩

图9 投小料处吸风罩

4 饲料成套加工设备虚拟装配的实现

单机设备按照一定的空间方位顺序进行安装就可组成预混料、浓缩料成套加工设备，在Solid-Works中按照工艺流程图并可根据由低向顶对单机设备进行左右上下顺序的虚拟装配，首先是对单机设备进行三维外形绘制后插入装配界面中，按照一定的装配配合方位关系逐一进行组合，其虚拟组装的三维成套设备图如图10所示，通过装配好的成套设备点击干涉检查还可以发现结构设计及结构布局中存在的问题，从而为设计合理性提供依据和参考，对设备结构布局的合理性起到指导作用，通过装配可以增加感性认识以达到最佳设计。检查设计的合理性是在保证设备操作、维修方便的条件下尽量减少建筑面积再考虑优化设计。

图10 成套设备装配

5 结语

传统意义上的部件设计装配要试制样机才能确定设计的合理性，需经反复修改图纸进行多次试装配因而周期长、成本高，不能适应当前科技发展及企业的需要，因而利用虚拟设计装配技术可以较好形象的表达实体实物，在科研设计上具有节省生产成本和生产时间去制造样机，对科研设计具有重要的指导性，通过干涉检查可解决实际装配中所出现的问题而优化设计，从而减少开发新产品成本，缩短了新产品开发周期，提高了企业的利润及竞争力。