多功能磨粉机设计.docx
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多功能磨粉机设计.docx
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多功能磨粉机设计
摘要
随着食品工业的发展,以及市场需求的变化,近年来我国的磨粉机层出不穷。
专用的食品加工用的磨粉机从无到有、从少到多有了长足的发展。
现今市场上有专用加工一种农作物的磨粉机,也有可加工干澡作物的磨粉机,也有加工湿润以后的磨粉机,也有干湿两用的磨粉机。
从大型到小型,名目繁多。
磨粉机的工作原理也不一样,有的是用刀片切削的方式进行粉碎,也有的用磨盘进行磨碎,也有的先用一机构进行“切碎”,再进行磨粉。
经过我的现场的了解和对市场上各种磨粉机的探究,市场上的磨粉机主要是大型商用磨粉机和超小型磨粉机,没有一种是中型磨粉机。
这对需要中小型磨粉机的用户来说,没有合适的产品供其选择。
在这里我针对这种情况,设计了一款中型磨粉机,非常适合小型加工厂的使用。
可磨多种农作物,如大米、麦子等,也可磨植物的根、径、叶等。
我所设计的小型多功能干湿磨粉机主要是改变物料的物理尺寸,利用机械的方法克服固体物料内部的凝聚力而将大尺寸的固体变为小尺寸的固体的一种加工。
加工的刀具形状是圆盘状的磨盘,利用两个磨盘的转动将物料研磨用剪切粉。
关键词:
磨粉机、盘式、多功能、干湿、农作物
Abstract
Withthedevelopmentoffoodindustry,andthechangeofmarketdemandinChinainrecentyears,themillemergeinendlessly.Withthespecialfoodprocessingmillfromscratch,fromlessthantoaconsiderabledevelopment.Nowonthemarkethavespecialprocessingacropofmill,cropsarealsocandoamill,thecropshaveprocessingafterwetmill,alsohavedrywetamphibiousofgrindingmachine.Fromlargetosmall,numerous.Theworkingprincipleofgrindingmachineisdifferentalso,withabladecuttingofcrushing,andsomewerewithmicropipettegrinding,alsohaveamechanismtochop,thengrinding.
Aftermysitetounderstandandtoallthemill,themarketmainhavelargecommercialgrindingmillandsmall-sizedmill,nooneismediummill.Thissmallmillinneedofusers,notsuitableproductsforitschoice.Forthiskindofsituation,designamediummill,verysuitableforsmallfactories.Tomanycrops,likerice,wheat,etc,alsocangrindtherootsoftheplant,leaf,etc.Ihavesmallmulti-functionwetgrindingmachinemainlyifyouchangethesizeofmaterials,mechanicalmethodovercomestheinternalcohesivenessandsolidmaterialswillbelargesizeofsolidintosmallsizeofsolidaprocessing.Machiningtoolofthediscmillisturningmillstone,usingtwomaterialabrasiveshearpowder.
Keywords:
Grindingmachine,disc,multi-function,dryandwet,crop
目录
1前言4
2粉碎原理5
2.1锤式粉碎原理5
2.2辊式粉碎原理5
2.3气流粉碎原理6
2.4盘式磨粉原理7
3磨粉机总体设计7
4主要部件的设计与计算8
4.1磨片直径的确定8
4.2磨片的强度8
4.3动盘转动时产生不平衡力的计算9
4.4螺旋推进杆器的设计计算9
4.5螺旋面型的选择10
4.6螺旋推进杆的设计10
4.7螺旋角的设计10
4.8螺旋推进器输送能力的核算11
4.9螺旋直径与转速的核算12
4.10电动机功率的确定12
5磨粉系统12
5.1磨片的设计12
5.2螺旋推进器的设计13
6传动系统14
6.1轴的设计14
6.2键的选择与强度计算15
6.3V带传动设计15
7粉粒大小的控制17
8零件的结构设计17
9多功能干湿磨粉机使用说明书18
9.1用途及适用范围18
9.2主要技术参数18
9.3注意事项18
9.4构造及工作原理18
9.5安装及操作方法18
9.6保养19
9.7常见故障及排除方法19
10总结20
11参考文献20
1前言
食品工业是人类的生命工业,也是永恒不衰的工业。
目前的食品加工动手术分类方法很多,有根据所加工厂的原料分,有根据加工单元操作分,有根据包装特点分,还有根据加工技术的特点分。
从原料特点出发,食品加工动手术可以分为粮食加工工艺,乳品加工工艺、油脂加工工艺、发酵工艺、软饮料加工工艺等。
每一类都是一个系统加工技术,是针对原料的特点而设定的。
从加工单元操作分类的方法,不考虑所处理的原料而是根据加工方式的特点进行分类,这类分法主要将食品加工技术分为研磨/粉碎技术、加热技术、低温技术、分散技术、成型技术、生物技术,材料工艺以及特殊工艺技术等。
磨/粉碎技术主要是指利用各种物理、化学手段减小原料物理尺寸的技术,它可以进一步分为干法技术和湿法技术两小类。
现在,人们往往根据粉碎的尺寸将其分为常规粉碎、微粉碎、超微粉碎及纳米技术。
此项技术往往带与分级技术相连。
人们对食品粉碎技术并不陌生,如将大米粉碎成米粉等。
在一定的粒度范围内,粉碎仅仅是改变物料的尺寸及其它物料的混合性能,对食品物料的物理性质的影响不是很大。
但是当粒度尺寸减小到一定值之下时,物料的性质会发生显著的影响,如碳酸钙。
一般性粉碎对其在人体内的利用没有多少影响。
但当将其粒度减小至400目以上时,其在人体的吸收利用率会大大提高。
因此现代食品粉碎技术的研究包括两个方向。
一是改变物料尺寸以改变其加工性能,如形态变化、物料重组等。
二是通过改变物料尺寸来改变物料的生物特性。
在这次设计中我所设计的小型多功能干湿磨粉机主要是改变物料的物理尺寸,利用机械的方法克服固体物料内部的凝聚力而将大尺寸的固体变为小尺寸的固体的一种加工。
加工的刀具形状是圆盘状的磨盘,利用两个磨盘的转动将物料研磨用剪切粉。
采用单相高速电机作为动力,能连续性快速将各种粮食、中药材等物料研磨成60~300目(视物料性质而不同)的均匀粉末。
该磨粉机系列靠两块布满齿槽的钢磨对磨运转的原理快速均匀地粉碎各种干性物料。
也能进行湿磨,如磨豆浆,为浆等。
该机结构紧凑、体积小、重量轻、功效高、操作简便、省电安全、无粉尘、噪音低。
非常适合小型加工店的使用。
2粉碎原理
2.1锤式粉碎原理
锤式破碎机是利用高速回转的锤子对物料进行冲击破碎。
其过程如下:
物料进入机内,立即受到高速回转的锤子的冲击而粉碎。
粉碎了的物料,从锤头处获得动能,以高速向机壳内壁的衬板和蓖条上冲击而受到二次粉碎。
此后,小于蓖条缝隙的物料,便从缝隙中排出,而块度较大的物料,弹回锤头回转的轨道内,又将受到锤头的继续冲击而粉碎。
另外,落到衬板和蓖条上的粒状物料,再一次受到锤头的铣削和研磨,而且物料在粉碎过程中,也有物料之间的冲击粉碎。
锤式破碎机的最大特点是粉碎比高10—50,并且构造简单,尺寸紧凑,功率消耗较少,维护方便,修理和更换易损零件容易,产品粒度均匀,过粉碎少。
但是,锤头、蓖条、衬板、转子圆盘磨损较快,特别是破碎较硬的物料时磨损更快;当被碎料的含水量超过 !
"#或含粘土时,蓖条缝隙易堵塞,从而降低生产能力,并且增加能量消耗和锤头等零件的磨损[1]。
图1锤式粉碎原理结构图
2.2辊式粉碎原理
辊压机构造和工作原理:
辊压机的结构同常用的双辊破碎机很相似,它由两个速度相同,彼此平行而相对向内转动的辊子,通过四个重型滚动轴承安装在一个机架上,其中一个是固定辊,另一个是由油缸施加较大压力的活动辊,活动辊的轴承在机架上可以前后移动,机架由纵梁和横梁组成,它是由铸钢件通过螺栓连接而成的。
液压缸使活动辊以一定压力向固定辊靠近,如压力过大,则液压油排至蓄能器,使活动辊后移,起到保护机器的作用。
辊子之间的作用力由机架上的剪切销钉承受,使螺栓不受剪力。
固定辊的轴承座与底架端部之间有橡皮垫起缓冲作用,活动辊的轴承座底部衬有聚四氟乙烯。
为了保护辊子,在辊子的表面堆焊一层耐磨材料。
辊压机工作时,当活动辊被电动机带动转动时,松散的物料由上方喂入两辊的间隙中,并向下运动,到下面受到破碎和挤压,形成密实的料床,经150-200Mpa的高压处理后,物料颗粒内部都产生强大的应力,当应力达到颗粒的破碎应力时,这些颗粒就相继被粉碎,或粒径变小,或成粉状,或部分颗粒产生微小裂纹,增大了物料的易磨性,从辊压机卸出的物料成片状料饼,但强度很低,经打散机打散后的颗粒物料中,有70-80%颗粒的直径小于2mm,有20-30%颗粒的直径小于0.05mm。
两辊之间的缝隙约为15-35mm。
物料从被辊面咬住时开始,受到辊子作用力逐渐增加,最大压力可达200Mpa,物料在两辊间是以一个料层或一个料床得到破碎压实,料床在高压下形成,压力导致一部分颗粒挤压其它邻近的颗粒,直至其主要部分破碎、断裂、产生裂缝或劈开。
所在双辊之间必须要有一层相适应的物料,否则就成为一台辊式破碎机了。
粉碎作用主要决定于料粒间的压力,而不是决定于间隙[1]。
但是这种粉碎机由于结构部件较多,对于小型磨粉机来说是不可行的。
图2辊式粉碎原理结构图
2.3气流粉碎原理
气流粉碎技术气片切割和高速气流冲击,碰撞双重粉碎功能于一体,并能同时完成微粒分选加工工序。
在刀片切割粉碎过程中,转子产生高速气流随刀片切割方向旋转,物料在气流中加速,并反复冲击使物料同时受到双重粉碎,加速物料的粉碎率。
被粉碎的物料随气流进入分级室,由于分级转子的高速旋转,粒子既受到分级转子产生的离心力作用,又受到气流粘性作用产生向心力作用,当粒子受到的离心力大于向心力时,既分级径上的粗粒子返回粉碎室继续粉碎分级以下的细粒子随气流进入集粉器收集,气体由散风除尘口自动排出,是一种新型组合设备,其性能优于气流粉碎机和机械式粉碎机,可替代进口设备。
具有能耗低,工艺流程短占地面积小,无粉尘污染,产生热量小,成品粒度细,粉碎范围广,物料含水量不限,进料粒度不限等特点[1]。
无法进行湿磨,这对于中小型磨粉机来说是不可行的。
图3气流粉碎原理图
2.4盘式磨粉原理
盘式磨片结构使物料在动、静磨片之间受到磨片的挤压及由两磨片间的速度差所形成的剪切和研磨,磨片表面的细齿又大大增加了这种研磨能力。
工作时,物料由进料斗流入机内,螺旋推进器将物料送到两磨片之间,物料经挤压、剪切和研磨后成为细粉,粉碎后的物料经径向出料口流出。
粉的粒度可通过转动调节螺杆调整,以满足不同物料的粉碎要求[1]。
图4盘式磨粉原理图
3磨粉机总体设计
图5磨粉机结构示意图
图5是磨粉机的结构示意图。
我们可以从这个图看出,磨粉机主要有三大系统组成。
一是磨粉系统,二是传动系统,三是机座系统。
需要加工的物料放在料斗6内,在重力的作用下落入机座13中。
在落的过程中,物料要经过由调量扳7构成的一个用来调节落料大小的落料口。
这样通过调节调量扳就可以控制加工量的大小。
物料在落入机座中最先要与螺旋推进器3中的螺旋推进杆接触。
直径小于或等于螺旋推进杆与机座内孔间隙的物料将在螺旋推进杆的作用下进入两磨片之间,而直径大于螺旋推进杆与机座内孔间隙的物料,将会被剪切一次,然后才能被推到两磨片之间。
磨片有动磨片4和静磨片5。
动磨片固定在螺旋推进器3上,静磨片固定在机座13上。
动磨片与螺旋推进器一起转动,这样就形成了动磨片和静磨片之间的速度差,物料就在两磨片之间被剪切、研磨成粉。
粉将通过漏口流出磨粉机。
两磨片的间隙是通过调节螺杆2和弹簧12来调节。
调节必须在动磨片静止时进行调节,以防安全事故。
传动系统是磨粉机的重要组成部,它决定了磨粉机的多项性能指数。
传系统的传动源是电动机,电动机经用过V型带把转动传递给磨粉机的V带轮8。
在键的作用下V带轮8带动转动轴9转动。
转动轴9就带动螺旋推进器3转动。
轴动轴9与机座采用U型密封圈11进行密封。
机座系统是磨粉机的基础部份。
机座13是这一部份的核心件,所有其它的零件都安装在机座13上。
4主要部件的设计与计算
4.1磨片直径的确定
经过对生产加工现场的考察和查阅相关资料,确定磨片的线速度为9.46m/s[9]。
速度过高,磨出的粉温度过高,粉的质量不好。
速度过低,磨粉的效率低。
磨片直径计算公式为
(1)
式中D—磨片的直径v—磨片的线速度n—磨片的轴转速
初步取磨片的轴转速为1200r/min。
所以选取磨片的外径D=180mm,内径d=80mm。
4.2磨片的强度
磨片有一定的斜度,但是斜度非常的小,在这里我们可以忽略这个斜度。
认为是直的圆盘来计算其强度。
材料为MTCuMo-175,HBS=195-260。
并以铸造的方式制造。
应力计算公式为
(2)
(3)
式中
—径向最大拉应力
—圆周方向的最大拉应力
[
]—最大许用应力
—材料的密度
——材料的泊松比w—最大角速度
查阅相关资料可知
=2.5
=7.6g/cm3[
]=175Mpa
且其中
=1.725rad/s
将上述数据代入上面两个式子中得
=37.75Mpa
=55.46Mpa
以上计算假设为直式圆盘磨片,而实际磨片为锥式,且表面有不同的长、短两面种齿。
所以再将计算应乖以修正系数1.5。
则
1.5×
=56.63Mpa
1.5×
=83.12Mpa
磨片的强度足够。
4.3动盘转动时产生不平衡力的计算
根据转动件尺寸b/D=0.05<0.2(b为动盘片的宽度)和转速1200r/min,查手册得
转动件的平衡精度等级取G=6.3
校正平面许用偏心距e=0.047mm
平衡力计算公式
(4)
式中M=1040g为动盘的重量,将数据代入上式中得
F=0.022N
4.4螺旋推进杆器的设计计算
螺旋输送机是一种不带挠性的输送装置,主要输用各种粉状、粒状、小块状物料;、例如煤粉、面粉、水泥、砂、谷物、小块煤、卵石等。
螺旋输送机不宜输送易变质的、粘性大的、易结块的及大物料。
螺旋输送机中的主要工作部件是螺旋(搅龙),它在固定的输送管内或槽内旋转。
螺旋输送机结构简单,横截面面尺寸小,密封性能好,便于中间装料和卸料,操作安全方便,制造成本低;但输送过程中物料易破碎,零件磨损大[2]。
螺旋输送机有很多的优点,其中的缺点之一也是我们磨粉机需要加工成粉的一个过程。
所以很合适用来做磨粉机的送料机构。
4.5螺旋面型的选择
螺旋面型就根据输送物料的不同,可选择实体面型、带式面型、叶片面型等型式。
输送干燥的、粘度小的小颗粒或粉状物料,宜采用实体面型螺旋;带式面型螺旋用于输送大块物料(如甜菜),同时也适合输送散粒物料和作搅拌作用。
输送块状或粘度中等的物料宜采用叶片面型螺旋,采用叶片面型螺旋,物料在输送过程中伴随着混合、搅拌作用[2]。
所以选择带式面型螺旋更合适,同时为能更好地适应磨粉机物料的输送,对螺旋面进行一定的修改,结构见图6。
图6螺旋面
4.6螺旋推进杆的设计
根据电动机的轴转速确定螺旋推进杆的各参数
外径D=65
内径d=45
螺距T=30
4.7螺旋角的设计
螺旋推进杆工作时,叶片上任一点o作用于输送物料上的力沿叶片的法线方向,当不计摩擦力时,输送物料沿叶片的法线方向运动速度如下图7所示。
图7物料速度分解
(5)
式中vn——输送物料沿叶片法线方向运动速度,mm/s
vo——形成线沿螺旋轴线移动速度,mm/s
α——叶片上o点处的螺旋角
T——螺距,mm
n——螺旋推进器转速,r/min
实际上,谷物与叶片总是存在摩擦力,此时,输送物料的速度
与叶片法线方向形成一摩擦角φ,如图2所示。
(6)
式中vf——输送物料沿叶片运动速度,mm/s
φ——叶片与输送物料的摩擦角
因此,螺旋推进器旋转时输送物沿轴线方向的速度为
(7)
式中vz——输送物料轴向移动速度,mm/s
从式(7)看出,当1-f·tanα>0时,才能保证物料沿螺旋推进器轴线方向移动(vz>0),
所以选取的螺旋角应满足tanα<
=
即α<90°-φ。
因为叶片上各点的螺旋角是不相等的,表达式为
(8)
式中p——叶片上任意点o与轴线的距离,mm
从式(8)看出,螺旋面上任意半径p越小,螺旋角越大。
由于螺旋外径R最大,内径r最小,所以当p=r时,螺旋角αr最大,只要αr<90°-φ,则一定能保证物料沿螺旋推进器轴向移动。
查手册知[3],物料颗粒对铸铁的摩擦因数取0.41,即φ=arctan0.41=22.29°。
将T=30mm,
p=r=45mm代入式(8)得αr=5.46°。
因为αr<90°-22.29°=67.71°,所以螺旋角设计合理。
4.8螺旋推进器输送能力的核算
螺旋推进器输送能力为
(9)
式中kd—充满系数γ—被输送物料的单位容积的质量(密度),kg/cm3
λ—螺旋外径与输送管内表面间隙,mmQ—螺旋器输送能力,kg/h
初步确定λ=3.5mm
查手册得:
kd=0.35、γ=0.5—0.8kg/cm3
将有关数据代入式(9)得Q=22.3~23.5kg/h。
所以,螺旋推进器的输送能力满足生产要求
4.9螺旋直径与转速的核算
螺旋直径
(10)
式中Kz——物料综合特性系数
——倾斜输送系数
查手册得:
Kz=0.049
=1
将数据代入式(10)得D=65≥0.2
螺旋转速
(11)
Kl——物料特性系数
查手册得:
Kl=55
将数据代入式(11)得n=1.725≤1.88rad/s
所以以上二项符合要求。
4.10电动机功率的确定
物料粉碎所消耗的功率受原粮品种、水分、喂入量、磨碎程度等诸多因素的影响,且关系变化比较复杂,加之磨片旋转时各点的速度不同,难以定出一个合理的计算公式,所以,本设计采用试验方法确定电机功率。
试验测定计算公式如下
(12)
查手册得可知在水平输送过程中:
Kf=
=1.0。
所以N=Q。
电动机的输出功率就可认为是螺旋推器需要的功率。
查相关手册可选JY7124单相电动机(额定功率为1.4kW),当喂料量在8~12kg/h时,磨粉机消耗的功率与电机功率相匹配,负载程度为93%~97%。
由于进料量可通过插板控制。
5磨粉系统
5.1磨片的设计
磨片一共有两个。
一个是动磨片,一个是定磨片。
现初步设定定磨片放在左边,与机座固定在一起。
动磨片放在右边,与送料推进杆“连接”。
根据磨片的外径尺寸D=180、内径尺寸d=100、厚度t=10。
设计其倾斜角度为5度。
设计其结构尺寸如下图8所示。
图8磨片
5.2螺旋推进器的设计
螺旋推进器的另一个组成部分一个固定圆盘。
其作用就是固定动磨片,并带动磨片高速转动。
如下图9所示为螺旋推器的结构。
图9螺旋推进器
螺旋推进器与磨片的联接方式为螺纹联接。
磨片不但要能转动,而且也要能轴向移动,用来调整动、静盘的间隙。
所以送料推进器不但要带动盘片高速转动,而且要有能轻松的轴向移动。
这样就要求送料推进器与转动轴要采用活动连接。
活动联接可以用键联接,但是键联接结构复杂。
在这里为了简化结构,把送料推进器的螺旋送料轴内做一个方形槽,转动轴的一端也做成相应的形状。
如下图10所示。
图10转动轴与螺旋推进器的连接
6传动系统
6.1轴的设计
磨粉机在工作时的力主要来自于螺旋推进器。
而这一部分力又会加载在转动轴上,同时转动轴又有来自V带轮的扭转力。
如下图11所示。
图11受力分析图
F1=弹簧推力+螺旋轴向推力+磨片磨切轴向分力
F2=螺杆顶力
磨粉机在工作时螺旋推进器处于平衡状态,所以加载在转动轴的轴向力为0。
即
F1+F2=0
螺旋推进器加载在转动轴上的力有螺旋推器本身的重力G、磨片磨切圆周分力F3,对转动轴产生一个弯矩M1和一个扭矩M2。
初步选择35号刚为轴的材料。
根据公式轴的直径
(14)
根据其它零件结构初步确定轴的各结构尺寸,如下图12所示。
图12轴动轴
轴所受的扭矩:
M2=9.55×106×
=9.55×106×
=1146N·mm(15)
对于磨粉机工作时产生的轴的扭矩来说,轴的弯矩几乎可以忽略不计,所以只要计算校核轴的扭矩,不计算轴的弯矩。
根据公式
(16)
式中[
]——许用扭转应力
MT——工作转扭
Wp——轴的抗扭截面模量,Wp=
转轴中有一个键槽,所以取d=21mm
Mpa(16)
查手册得:
[
]=30Mpa
≤[
]
轴的结构尺寸符合强度要求。
6.2键的选择与强度计算
该联接属于静联接,选择普通圆头平键,只需验算挤压强度。
根据手册中普通平键标准,由轴径d=24,查得键的截面尺寸b×h=8×7
根据手册中键的长度系列,由带轮的轮毂宽度B=30,选择键的长度L=26
键的工作长度l=L-b=18
挤压强度条件
(17)
T——为转矩d——轴径h——键的高度l——键的工作长度[
]——许用挤压应力
查表得[
]=110Mpa,将上述数值代入式
1.5≤[
]
故满足挤压强度条件。
6.3V带传动设计
(1)计算功率Pc
查表得工作情况系数Ka=1.2,所以
Pc=Ka×P=1.2×1.2=1.44kw(17)
(2)确定带轮的基准直径D1和D2
查V带设计手册取D1=125,ε=1%,根据公式
(18)
式中n1=1400r/min,n2=1200r/min,
mm
根据基准直径系列取D2=140。
(3)大带轮转速
(19)
将相关数据代入式(19)
r/min
其误差小于5%,故允许。
(4)根据Pc=1.44kw,n1=1400r/min。
查V带设计手册可选择A型V带。
(5)验算带速v
m/s(20)
在5~25m/s范围内,带速合适。
(6)确定带长和中心距a
初步选取中心距a=650mm,所以带长
(21)
将相关数据代入式(21)
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