机械毕业设计（论文）-干冰清洗机的行走系统设计【全套图纸】

1 目 录 引言 .1 第一章 课题分析 3 11 干冰清洗机目的 3 12 清洗工艺及设备设计的要求 3 13 常见方案分析 4 131 刷淋式清洗机 .4 132 桨叶式清洗机 .4 133 浸泡式清洗机 .4 134 滚筒式清洗机 .5 第二章 方案的设计 6 21 概述 6 22 机械结构的设计 6 221 初步估算功率 .6 222 减速器的选择 .7 223 传动机构的设计计算 .7 224 张紧机构的设计 10 225 缸体的设计 11 23 辅助设备的选择 .11 231 泵的选择 11 232 轴承的选择 11 233 滚动轴承座的选择 12 第三章 超声波清洗机14 3.1 超声波和气泡清洗蔬菜的机理探讨 14 311 超声波清洗蔬菜的机理 14 312 气泡清洗蔬菜的机理 15 3.2 清洗工艺参数的确定 16 2 321 干冰清洗机试验机的设计 16 322 试验设计及数据分析 16 3.3 干冰清洗机机结构设计 19 第四章 清洗废水的处理20 第五章 远红外干燥杀菌21 设计小结.22 致 谢24 参考文献.25 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 摘摘 要要 本设计论述了研制自动化连续型干冰清洗机的必要性和可行性。干冰可以分为叶 状类干冰和根茎类干冰，叶类干冰表面残存有尘土、有机肥、及残存的化学农药、微生 物等，且叶类干冰本身比较嫩脆，容易折段压溃，而根茎类干冰表皮强度较好，有的还 要求去皮食用，不存在表皮损伤问题。我们针对叶状类类干冰和根茎类类干冰这两种干 冰物理性质的不同，分别设计了 QX-J 型根茎类干冰清洗机和 QX-Y 型叶状类干冰清洗机， 并介绍了其工艺流程和整体结构。QXJ 型根茎类干冰清洗机采用滚筒方式清洗，QX-Y 型 叶状类干冰清洗机的工艺流程为浸泡清洗 - 喷射清洗 - 超声波清洗 - 喷淋清洗 - 出菜。 利用高于 20KHZ 的超音频电能的超声波，能通过换能器转换成高频机械振荡而传入 3 到清洗液中。超声波在清洗液中疏密地向前辐射，使液体移动，并产生数万计的微小气 泡，这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成、生产、迅速闭合称为空化现象。在空化 现象中气泡闭合时形成超过 1000 个大气压的瞬时高压，连续不断产生的瞬时高压就像一 连串小爆炸不断地轰击物体表面，使物体表面及缝隙中污垢迅速剥落，这种空化侵蚀作 用就是超声波清洗的基本原理。 关键词关键词： 自动化 浸泡 喷淋 超声波清洗 水处理 The washing and spraying type machine for vegetable Abstract This design expounds the necessity and feasibilities to develop the automation continuous type wash, vegetables are divided into leaf form type vegetables and rhizome type vegetable. The surface of the leaf type vegetables and rhizome type vegetable. The surface of the leaf type vegetables remains to have dust, orangic fat. Chomical agriculture chemical and microorganism. And it is fresh and flat, getting easy to be rolled over .The epidermis of the rhizomes type vegetables intensity better. More of them require to unskin eating. So it does not exist the epidermis problem of damaging, we directed against the differences of physical properties of leaf form type vegetables and rhizome type vegetables to design model QX-J wash for leaf form type vegetables and QX-Y for rhizome type vegetables and introduces their technological process and whole structure. Model QX-J rhizome type vegetables wash machine adopt cylinder. And the processes of the Model QX-Y leaf form type wash machine is immersion washingspray washingultrasonic wave washingspray washingbringing the vegetables out. The height frequently effect ultrasonies which are more than 20 KHZ are translates the 4 mechanical vibrational via the exchanged energy organ and transmitted into the intermedium.Nonstopped vibration of ultrasonic made the liquid moved forward in the intermedium and can give birth to ten thousands of little air bubble. It is called for around-the- clock that the air bubbles form, develop and shut up rapidly in the pressure region of the track of the ultrasonic moving. The opening of the air bubbles form one thousand of air pressure. The lash of the surface of cleaned object continuous and continuous which likes giving birth to dense explosion on the surface of cleaned object made the grease stain fabled off. The fun dametal is the theory of ultrasonic cleaning. Keywords automize soak gush out and drench ultrasonic washing water treatment 引言 干冰清洗机是一年四季均有干冰清洗机上市，也是家庭、餐桌上常见的菜种。干冰 清洗机土生土长，沾附着泥土、有机肥、微生物等污物，这是不能入口的。洗菜时有水 的机械冲刷作用，也有溶解过程。清洗的目的性已经非常明确，而目前针对农药污染， 清洗又把去除农药残留放在首位。所以清洗不仅仅是洗掉干冰清洗机表面的泥土，而是 杜绝有害物质的重要方式，怎样清洗干冰清洗机已经成为困扰人们的一个问题。传统自 来水洗洗、冲冲、泡泡的办法、洗洁精浸泡法，其弊端显而易见：农药污染使水洗的安 全性大打折扣，而且洗洁精以磷酸盐和尿素为主，这样的产品不仅危害皮肤健康，而且 清洗不彻底还会对身体产生危害，最重要的是有害化学成份残留在水中会对生活用水造 成循环污染。 本文论述了研制自动化连续型干冰清洗机清洗机的必要性和可行性。干冰清洗机可 以分为叶状类干冰清洗机和根茎类干冰清洗机，针对叶状类类干冰清洗机和根茎类类干 冰清洗机这两种干冰清洗机物理性质的不同，设计了叶状类干冰清洗机清洗机。清洗机 的工艺流程为浸泡清洗-喷淋清洗-超声波清洗-出菜。我们着重设计了喷淋式清洗 机，在次设备中，干冰清洗机通过不锈钢丝编织网传送带传送，由上下两排喷头进行冲 洗，起清洗作用的主要是上面的一排喷头，下面的喷头主要是靠水的压力使干冰清洗机 处于一种层流状态，使干冰清洗机的各部位都能清洗到，从而达到比较好的清洗效果。 干冰清洗机清洗机的设计主要是对干冰清洗机进行浸泡，为粘附于干冰清洗机表面 上的污物进行初步清洗，并对较难分离的杂质进行浸泡,使泥沙杂质在水的浸泡变得松脱， 以利于在以后清洗过程当中容易冲洗。在这一部分，主要设计用传送带实现对干冰清洗 机的自动传输和水中浸泡，干冰清洗机在缸体中可实现较为缓慢的运动，通过干冰清洗 5 机与干冰清洗机之间、干冰清洗机与水之间的动摩擦达到很好的预分离效果，而且几乎 不损伤叶类干冰清洗机表皮，保证了干冰清洗机的营养成分。对于水的处理，采用水力 旋流器对水进行分离澄清，实现水的循环利用。 设计出的清洗机其工作达到以下要求： 1. 保证干冰清洗机的完整性，减少表面损伤与折断压烂等易使营养成分流失的不 利因素，努力达到顾客要求，保证干冰清洗机的质量； 2. 使干冰清洗机的各部位都能清洗到，从而达到比较好的清洗效果，设计出整套 的清洗设备，并实现了干冰清洗机清洗的自动化； 3. 使干冰清洗机清洗过程变得快捷、方便、并且干净。 设计的干冰清洗机清洗机能够实现自动化连续清洗干冰清洗机，除了采用了传统的 浸泡、喷淋清洗方式外，还采用国际流行的超声波净洗法。它利用液体中声的空化作用 产生微冲流，微冲流在运动过程中小气泡不断爆炸，对被清洗干冰清洗机表面进行高频 振荡和冲击，彻底剥落残留在干冰清洗机、水果表面上的农药，并能杀灭残留在其表面 的细菌，既不破坏营养，还增加保鲜时间。对于叶片类干冰清洗机表面残存的泥土、有 机肥、化学农药、微生物等，我们针对叶片类干冰清洗机本身比较嫩脆，形状多为扁平 细长，很容易折断压烂，不象根茎类干冰清洗机表皮强度较好，有的还要求去皮食用， 不存在表皮损伤问题，所以我们在对叶片类干冰清洗机进行正式清洗之前，必须对叶片 类干冰清洗机先进行浸泡，这样有利于在以后的喷淋清洗中减少喷头的水流速度和喷压， 保证干冰清洗机的完整性，减少表面损伤与折断压烂等易使营养成分流失的不利因素， 努力达到顾客要求，保证干冰清洗机的质量。 设计出的清洗机由自动进料、自动出料、中间传送装置和喷水及其循环利用装置组 成。形成流水线清洗，由水泵出来的水从上下喷头喷出对在传送带上运动的干冰清洗机 进行清洗，从而实现了对干冰清洗机的自动化清洗。 6 第一章 课题分析 11 干冰清洗机清洗目的 一般数来,对干冰清洗机清洗的目的主要有以下两个： 1 除去干冰清洗机原料表面沾染的泥沙、杂质 干冰清洗机原料在其生长、成熟、采摘、贮存、运输过程中，历经时间长，历经工 序多，不可避免地会沾染泥沙、杂质等异物，特别是来自地下的果实，如土豆、红薯等， 更是不可避免地与泥土相粘连。这些泥土、杂质的存在,将会对产品的加工质量带来极为 不利的影响，所以必须将这些泥沙、杂质的洗涤除去。 1 去原料表面沾染的农药和微生物 干冰清洗机原料在生长过程中，为了控制病虫害，常常对干冰清洗机要喷射一些农 药，这些农药的存在会有损于人体健康。另外，干冰清洗机表面也会或多或少地沾染各 种微生物，这些微生物有可能危害干冰清洗机原料和人体健康，因此必须将其除去。 干冰清洗机原料清洗目的是去除干冰清洗机原料中一切不符合作业要求的物质，尤 其是微生物。在清洗前，正常的干冰清洗机原料表面上的微生物数量在 10000-100000000 个/g 之间，某些干冰清洗机，由于往往粘附着泥土，微生物数量还要高得多。通过正确 的清洗工艺，干冰清洗机原料的微生物数量会降低到初始数量的 2.5-5%左右。 7 12 清洗工艺及设备设计的要求 在选择清洗工艺及设备，必须考虑清洗要求达到的洗净程度。对不同洗净程度要求 的清洗应选择不同的清洗工艺和设备。洗净程度要求越高，清洗成本也越高，而且生产 成本是以几何级数递增的。 在设计清洗工艺及清洗设备时，主要从以下几个方面进行考虑： 1. 可靠性 要求选用的清洗工艺及设备有稳定的清洗质量，能达到所要求的洗净程 度； 2. 对待清洗对象的影响 要求在清洗过程中对待清洗对象造成的损伤尽可能小，并 且不能对待清洗对象产生新的二次污染； 3. 利于自然环境的保护 要求清洗工艺及设备能够防止或尽可能减少清洗废液、噪 声、废气等对自然环境造成的破坏； 4. 效率 要求清洗工艺及设备具有效率高、节约劳动力的特点； 5. 良好的作业环境 要求所用的清洗工艺及设备能保持良好的作业环境，使工人的 健康和安全得到保证； 6. 经济性 要求采用既能达到洗净程度要求，成本又低的清洗工艺及要求。 食品加工原料在其成熟阶段以及运输、贮藏过程中常常受尘埃、沙粒及微生物等污 染，因此，在加工前必须认真清洗，并清除杂物及不合格部分，以便后道工序加工。 13 常见方案分析 131 刷淋式清洗机 刷淋式清洗机通过浸泡、刷洗和喷淋作用能够有效地提高清洗效果，水槽中的清洗 水还能采用蒸气直接加热，适用于苹果、柑桔、梨、番茄等果蔬的清洗。 工作时，物料从进料口进入清洗槽内，在装有毛刷的刷辊相对向内旋转作用下，使 物料在水的搅动形成的涡动环流中得到清洗，同时由于刷辊之间水流压力差作用，物料 自动向刷辊间流动而被刷洗。刷洗后的物料向上浮起，经翻料斗沿圆弧面移动，受高压 水喷淋冲洗，最后由出料口流出。 132 桨叶式清洗机 桨叶式清洗机是通过旋转的桨叶，搅动浸泡在水中的原料，将物料进行翻滚、摩擦 而完成清洗过程，主要适用于质地较坚硬和表面抗损较强的原料。 8 桨叶式清洗机主要由槽体、桨叶、捞料斗等组成。槽体是一个长方形卧式敞口槽， 下部为半圆筒形的空花假底，其下是 1-2 个漏斗，可收集泥沙杂物。槽体一般用不锈钢 板焊接而成。主轴纵贯槽体，其上按一定间隔安装有桨叶，相邻桨叶互相垂直排列，桨 叶具有钝形棱角，可保护原料少受损伤。在槽体末端安有捞料斗，由主轴带动回转。 工作时，往槽体中先装清水，再使主轴旋转，然后将原料倒入槽体，由于桨叶的转 动，搅动原料，使其翻滚运动，另外，由于桨叶相对于主轴有一定角度，从而推动原料 使其向槽体末端移动，在此过程中基本完成了对原料的清洗，至末端由捞料斗捞出，在 原料捞出时，清水喷头喷出清水，完成了对原料的清洗噶过程。而洗下的泥沙杂物则穿 过空花假底，聚集于漏斗之中，可定期打开斗底排污阀将其排出机外。 133 浸泡式清洗机 浸泡喷洗机是先将原料浸泡于水中，使泥沙杂质在水的浸泡变得松脱，然后受到高 压水流的喷射，使原料表面的附着物冲洗掉而达到清洗的目的。 工作时，先将斜壁水槽中注满水，再倒入需清洗的原料，经过一定时间浸泡后，开 始传动装置使输送带运转，输送带则带动原料上行，在喷淋区内高压水流从喷淋头直喷 向原料，将原料上沾染的泥沙、尘土、杂质冲洗干净。若原料上沾染了化学试剂，也很 容易除去。 浸泡喷洗机结构主要有斜壁水槽、输送带、喷淋头、传动装置等组成。输送带呈倾 斜安装，与水平面的夹角为 2530，输送带用金属网制造，以利沥水，在金属网上间隔 一定距离安装一根横条，以便挡住物料下滑。斜壁水槽的斜角与输送带的斜角相同，在 输送带的中部上方装有多排喷淋头，输送带由传动装置带动运动。 134 滚筒式清洗机 滚筒式清洗机是借助圆形滚筒的转动，使原料在其中不断地翻转，同时用水管喷射 水流来冲洗翻动原料，以达到清洗的目的。该机适合清洗柑橘、橙子、马铃薯等根茎类 干冰清洗机。 滚筒式清洗机的特点是：结构简单，清洗效率高，工作平稳，不存在力不平衡现象, 对原料的适应性强。 另外由于沿滚筒内壁焊有几根管子，大大地提高了滚筒的清洗效果。 不足之处是整个机械的占地面积大。 针对叶片类干冰清洗机的特点, 只有刷淋式清洗机和浸泡式清洗机适合于清洗。现在 针对这两种方式我们进行对比研究，力争设计出最佳机构。 9 第二章 方案的设计 21 概述 针对叶状类干冰清洗机的特点，最终确定清洗机的工艺流程为浸泡清洗（预处理）- -喷淋清洗-超声波清洗-出菜，根据小组的分工我们主要侧重喷淋式清洗机的设计。 在浸泡清洗段主要是对干冰清洗机进行浸泡，为粘附于干冰清洗机表面上的污物进 行初步清洗，并对较难分离的杂质进行浸泡,使泥沙杂质在水的浸泡变得松脱，以利于在 以后清洗过程当中容易冲洗。在接下来的阶段开始进行喷淋式清洗，在这一阶段中，干 冰清洗机通过不锈钢丝编织网传送带传送，由上下两排喷头进行冲洗，起清洗作用的主 要是上面的一排喷头，下面的喷头主要是靠水的压力使干冰清洗机处于一种层流状态， 使干冰清洗机的各部位都能清洗到，从而达到比较好的清洗效果。根据喷射压力的不同， 水喷射可以分为低压水喷射、中压水喷射、高压水喷射和超高压水喷射。在本清洗机中， 由于清洗的对象是叶状类干冰清洗机，所以我们选择低压水喷射对干冰清洗机进行上下 两个方向的冲洗，去除干冰清洗机表面的泥沙、微生物和部分残留农药，从而达到干冰 清洗机清洗的目的。 10 另外，我们还考虑了废水的处理问题，使清洗废水可以重复使用，尽可能大的节约 资源。 22 机械结构的设计 221 初步估算功率 根据要求设计产量要达到每天清洗叶片类干冰清洗机 23T。 每天按 8 小时工作制计算，经过初步估算，初定传送带传输距离为 3 米，干冰清洗 机在放进去到清洗完毕所经过的时间为 3 分钟，由此确定传送带的传送速度为 1m/s。 传动滚筒的功率： P0=(K1v+K2Q0.0273QH) （2- h L h L 3 K 1） (查新编非标准设备设计手册) K1-空载运行功率系数 K1=0.0192 -输送带水平投影长度 =3m h L h L V -带速 v =1m/s K2-物料水平运行功率系数 K2=9.5510-5 Q-输送量(t/h) Q=0.4t/h K3-附加功率系数 K3=2.8 代入公式求得: P0=0.19kw 电动机功率计算: P=KP0/ P=0.27 kw 取 K=1.25 =0.88 222 减速器的选择 因为喷淋清洗机中传送带转速很慢，根据叶片类干冰清洗机自身的性质和特点，我 们选择传动比较大的摆线针轮减速机。 摆线针轮减速机适用范围：本标准分单级和两级。其中又分立式和卧式；双轴型和 直联型。适用于冶金、矿山、建筑、化工、纺织、轻工等行业，其适用条件如下： 输入功率 P1： 单级 0.675 千瓦； 两级 0.05213.41 千瓦； 11 传动比 i： 单级 1187，共 9 种； 两级 1217569，共 18 种； 高速轴的转速不大于 1500rpm,减速机可用于正反两向运转。 根据前面的设计要求，输送带速度 v=1m/min,故我们选用双级卧式摆线针轮减速器， 型号为: BWY2215-3517-0.34 此减速器输出转速为 2.5r/min， P=0.24kw (查机械设计手册) 223 传动机构的设计计算 常用的传动方式有链传动和带传动，在此我们选用链传动，链传动有以下一些优点: （1）没有滑动； （2）工况相同时，传动尺寸比较紧凑； （3）不需要很大的张紧力，作用在轴上的载荷较小； （4）效率较高； （5）能在温度较高以及湿度较大的环境中使用。 1、已知: :减速器的轴输出转速为 2.5r/min，P=0.24kw, 输出轴径 d=55mm，因为工作载荷 较平稳，所以链轮悬臂装于轴上。 （1）链轮齿数： 减速器轴上链轮齿数为 Z1=21，从动轴链轮齿数为 Z2=21。 传动比 i: i= Z1/ Z2=1 （2）转速： 主动轴链轮转速 n1=2.5r/min，从动链轮转速 n2=2.5r/min （3）设计功率： d P P/() =0.216kw d P a K z K p K d P 式中：=1.0 =1.11 =1 a K z K p K (查机械设计手册) （4）链条节距 P： 由设计功率 P0=0.216kw 和主动轮链轮转速 n1=2.5r/min 12 在手册中查得节距 P=12A，即 19.05mm。 （5）初定中心距 a： 暂取 a=30P （6）链节数： P L （2- 2 1221 2() 2 p zzzzap L pza 2） =81 P L 取=80 节 P L （7）链实际中心距： （2- 22 121221 ()()8() 4222 pp zzzzzzp aLL 3） 取 a=562mm （8）链速： v=Z1P/1000 v=1m/min=0.017m/s （2- 1 n 4） 与估算相符 （9）有效拉力： F1=1000P/v F1=14117.6N （2- 5） （10）轴上载荷： FQ=1.2KAF1 FQ=16941N 取 KA=1 （11）润滑方式选定： 根据滚子链节距 P=19.05 和链条的速度 v=0.017m/s 查图选用润滑方式为用油 刷或油壶人工定期润滑。 （12）链条标记： 根据设计计算结果采用单排 12A 滚子链，节距为 19.05mm，节数为 80 节。 （13）链轮材料及热处理： 13 材料为 45 钢，热处理渗碳、淬火、回火。 齿面硬度为 HRC5060。 表 2-1 滚子链的基本尺寸 二、链轮几何尺寸计算 （1）主动链轮孔径： =55mm=72mm h d maxh d （2）分度圆直径： d=128mm （2- 0 1 180 sin p d z 6） （3）齿顶圆直径： =137.3mm （2- 0 180 (0.54c) a dptg z a d 7） （4）齿根圆直径： =d- =116.09mm （2- f d r d f d 8） （5）最大齿根距离： =115.7mm （2- 0 180 cot x Lddr z x L 9） （6）齿轮凸缘直径： 107.52mm （2- 0 180 cot1.040.76 g dPh z g d 10） 查表得： h=18.0 （查机械设计手册上册表 11-1） 链 号节 距 P(mm) 排 距(mm) t P 滚子直径(mm) 12A19.0522.7811.91 14 取=100mm g d 根据机械设计手册可查得其他参数： 倒角宽度： g=2.4mm 倒角深度： h=9.5mm 倒角圆弧半径： r=20.3mm 圆角半径： =0.5mm max r 齿宽： b=11.7mm 二、滚筒 滚筒可以分为传动滚筒和该向滚筒。 传动滚筒：传动滚筒是传递动力的主要部件，可以为钢制表面滚筒，包胶滚筒，一 般为铸造或薄钢板卷制而成，在此用薄钢板卷制而成。 改向滚筒：用于改变输送带的运行方向和增加输送带与传动滚筒间的围包角。 根据实际情况，我们选择滚筒直径为 120mm，具体尺寸见零件图。 三、输送带 输送带是输送装置中的曳引构件和承载构件，本清洗机中输送带采用特中不锈钢编 织而成，钢丝直径 d=1.5mm，网格大小为 10mm10mm。输送带总长度 C6151mm。 四、托辊 托辊是用与支撑输送带及输送带上所承载的物料，保证输送带稳定运行的装置。在 该清洗机中采用平行上托辊，其外筒由无缝钢管制成。 224 张紧机构的设计 输送带张紧装置：使输送带具有足够的张力，并限制输送带在个托辊间的垂度。在 该清洗机中采用调节螺母调整改向滚筒横向移动来张紧输送带。 链轮张紧装置：采用张紧轮张紧，它从外向内压紧链条，从而达到张紧目的，另外 还可以使链条与链轮的包角增大，使传动效率提高。 225 缸体的设计 在喷射清洗工艺中，缸体的主要作用是容纳输送带在其中输送干冰清洗机，并且容 纳喷淋头所喷射出来的大部分水。缸体的尺寸决定了干冰清洗机清洗的产量，由于本清 洗设备不但在自动化联系清洗上有要求，而且在产量规模化也有一定的标准，所以缸体 15 也有一定的设计要求，应该主要根据实际情况来确定。根据经过我们的分析与计算，确 定缸体的内壁尺寸为 3000mm1000mm1000mm。外壁与框架进行焊接。 材料的选择： 经查资料，我们选用不锈钢，经查资料选用材料为 2Cr13，主要用于较重要的钢结构 和构件，渗碳零件，压力容器等。从材料性能和经济因素各方面来说，对壁厚的设计为 2 毫米。 在下面一排喷头的进水口，我们在缸体壁上开了一个与水管管道同一直径的圆孔， 并焊接一同直径的水管，可用弯头实现与泵出水口的连接。在缸体底部设计了两个出水 口，用来排放缸内的废水，废水通过专门的管道流到处理系统，经过一系列的处理达到 可重复使用的标准，重新回到泵的进水口。 23 辅助设备的选择 231 泵的选择 根据实际生产情况，我们选择 MP630 型号泵，MP 表示小流量流程泵，流量 Q 选择 6m3/h，即 1L/ m3。泵的扬程为 30m。 MP 型泵为单级悬壁泵，转速有 n=2900r/min 和 n=5900r/min 两种，MP 型泵主要用以 被输送介质温度小于 80oc，其转子由托架支撑。 轴封有填料密封及机械密封两种，同过爪型弹性联轴器与电机联接。 按耐磨和耐腐蚀及使用温度，泵的主要部件材料有六，根据需要我们选择型。为了适 应清洗不同的干冰清洗机，我们通过对泵的电机进行无机调速，从而达到调压的目的。 232 轴承的选择 从清洗机整体结构考虑，我们选择深沟球轴承。 深沟球轴承的特点：结构简单，主要受径向载荷，也可承受一定的双向轴向载荷。 高速装置中可代替推力轴承。摩擦系数小、极限转速高、价廉。应用范围最广。GB276， 轴承代码为 61805。 （1）轴承材料：本清洗机中的轴承不能避免磨损,因此要用在给定压力、温度、和速 度范围内磨损率低的材料制造。通常使用各种聚合物和碳石墨等作为无润滑轴承的轴承 材料。减小磨损率是选择与之匹配的轴径材料是应注意的问题，不锈钢和镀铬钢是最满 意的，如果环境无腐蚀性，低碳钢也可以选用。采用非铁金属(铜/铝)性能要差些。轴径 16 的表面硬度应大于轴瓦表面硬度。经查机械设计手册，可知：碳石墨材料的轴承适用环 境在水中为尚好或好，所以我们选择碳石墨为轴承材料。 碳石墨材料的线胀系数较小，加入石磨的金属，其线胀系数与金属接近，故轴承间 隙可取小些，为了排出磨屑的方便，直径间隙最好0.075mm。 表面粗糙度，磨合期的磨损量和稳定磨损期的磨损率均与配合表面的粗糙度有关。 通常，表面粗糙度越低，磨损率越小，为了经济，建议取 Ra 为 0.20.4um， Ra 值减小 50%，磨损率可降低 50%80%。 轴瓦壁厚，塑料的热导率比金属低，且随着轴承体积的增加，尺寸变化的影响变得 明显，故轴瓦壁厚应尽量小。为此,常用金属作为轴瓦，然后压入薄的塑料衬套，若在金 属瓦背上涂覆一层塑料衬，塑料衬的厚度可以很薄。塑料轴瓦的壁厚可查表选取。由于 强度的原因，碳石墨轴承的厚度应大于金属轴承的厚度，对于轴径直径1020，壁厚 S 为 35，我们选 S=4。 轴承的安装采用轴瓦在轴承座孔里的安装方法，碳石墨轴瓦过盈配合，用温差方 装入。轴承座孔为缸体支撑的壁。 （2）滚动轴承的润滑 查手册可知，因我们设计轴转速低，负荷较小，固选用润滑脂或固体润滑剂润滑。 （3）滚动轴承的密封 密封是为了阻止润滑剂从轴承中流失，也为了防止外界灰尘、水分等侵入轴承，没 有合理的密封，将大大影响轴承的工作寿命。密封按照其原理不同可分为接触式密封和 非接触式密封两大类。非接触式密封不受速度的限制。接触式密封只能用在线速度较低 的场合，为保证密封的寿命及减少轴的磨损，轴接触部分的硬度应在 40HRC 以上，表面 粗糙度宜小于1.60mm-0.8mm。对轴承我们采用了脂润滑，所以我们可采用毡圈密封 a R a R （v5m/s） ，性能特点为：结构简单，压紧力不能调整。 233 滚动轴承座的选择 根据我们是用圆柱孔轴承，选择代号为 SN205 的滚动轴承座，用一个止推环固定轴 承。对它的密封我们采取在缸体壁上镗一圆槽，放置 O 形橡胶密封圈密封，可有效防水 渗透。 O 形密封圈特点：有良好的密封性，是一种压缩性密封圈，同时又具有自封能力， 所以使用范围很宽，结构简单，成本低廉，使用方便，密封性不受运动方向的影响，因 17 此得到了广泛的应用。材料选用聚氨脂橡胶，适用水油，耐磨，但应避免高速使用。 第三章 超声波清洗机 3.1 超声波和气泡清洗干冰清洗机的机理探讨 18 311 超声波清洗干冰清洗机的机理 利用高于 20KHZ 的超音频电能，通过换能器转换成高频机械振荡而传入到清洗液中。 超声波在清洗液中疏密地向前辐射，使液体移动，并产生数万计的微小气泡，这些气泡 在超声波纵向传播的负压区形成、生产、迅速闭合称为空化现象。在空化现象中气泡闭 合时形成超过 1000 个大气压的瞬时高压，连续不断产生的瞬时高压就像一连串小爆炸不 断地轰击物体表面，使物体表面及缝隙中污垢迅速剥落，这种空化侵蚀作用就是超声波 清洗的基本原理。 SANYO 首先介绍世界没有洗涤剂，将电解水作为动力的洗衣机，根据范围和灰尘的 类型可以选择用洗涤济或不用洗涤济进行清洗。 SANYO 电气股份有限公司世界在家庭用具的领导人于 2001 年 6 月 22 日在东京 宣布首先使用超声波和电解水而不需要洗涤济的洗衣机出售。 直到现在，工业标准和传 统习惯都是利用水在洗衣机里的旋转运动，肥皂可从衣服上除去灰尘和污垢。3 年以前 SANYO 提出了不同于任何过去的清洗机的的一种洗衣机： 超声波清洗机。 超声波清洗的主要清洗动力是超声空化作用存在于液体中的空化核在超声场的作用 下振动当声压达到某个临界值时, 空化泡将迅速增长, 然后突然闭合,在空化泡闭合瞬间 产生压很大的冲击波, 破坏干冰清洗机表面的污染物使之溶解在清洗液中。空化泡对污 染物的反复冲击, 方面破坏污染物和干冰清洗机之间的吸附作用, 另一方面也会使污染 物从干冰清洗机表面脱落。空化气泡在振荡过程中, 伴随一系列的复杂的声学效应如产 生辐射扭。辐射扭力能引起液体本身的环流运动, 该环流能对干冰清洗机表面的污染物 造成破坏从而使之从干冰清洗机表面脱落。另外, 超声高频振荡自身也对清洗有重要的 贡献。例如:频率为 20 kHz, 功率密度为 2Wcm 2 的超声波在液体中传播时, 引起质点 的振动位移 1.32 Lm, 速度 0.16ms, 加速度 2.04104ms2, 声压为 2.5105 Pa (2.45atm ) 5 。干冰清洗机表面的污染物主要有尘土、肥料、腐殖质和残余农药。 如果上述干冰清洗机表面的污染物是不可溶解的, 超声波的稳态空化和微声流可以在干 冰清洗机表面处提供一种溶解机制而使污染物溶解, 在污染物层和干冰清洗机表面之间 形成的稳态空化泡会使腐殖质等污染物脱落。稳态空化和微声流有助于在水溶液中将农 药等油脂类污染物乳化, 使之脱落。超声波的瞬态空化作用能击碎尘土和肥料等不溶污 染物, 达到干冰清洗机清洗的目的。 312 气泡清洗干冰清洗机的机理 19 在含有许多气泡的液体中, 当气泡溃灭和回弹再生时, 会产生巨大的瞬时压强。当 溃灭的气泡靠近过流的固体边界时, 水流中不断溃灭的气泡所产生的高压强的反复作用, 可破固体表面, 从而产生气蚀现象。气泡在干冰清洗机表面附近的破裂, 近于球形的气 泡随射流运动到刚性固体表面附近。由于淹没射流在固体表面形成一层很薄的漫流, 所 以在气泡与干冰清洗机表面之间存在着液流的横向流动, 使气泡壁距干冰清洗机表面近 的一端(称为近壁) 较远的一端(称为远壁) 的液体压力低, 向心运动速度也较其它部分 慢。在气泡中心向干冰清洗机表面移动时, 近壁与干冰清洗机表面的距离基本不变, 为 保持动量守恒(不考虑液体黏性的影响) , 气泡必须做加速运动, 远壁向内凹进, 靠近近 壁, 近壁被穿透形成速度很高的微射流, 这种微流指向干冰清洗机表面, 其破坏和冲蚀 能力很强 6 , 如图1 所示。Hamm it t 通过计算和实测得出, 移型气泡溃灭时, 靠 近固体壁面处的微射流速度可达70180 ms, 在固体表面的冲击压力达140180MPa 7 。 这么高的动压力可以完全清洗掉干冰清洗机表面的污染物而且可以缩短清洗时间。而且， 这仅仅是一次微射流作用于干冰清洗机表面的压力； 当水中气泡不断产生、增长、破灭 时，则气泡溃灭的冲击压力连续不断作用到干冰清洗机表面，有效的清除干冰清洗机面 的污染物。 图3-1 气泡在刚性固体表面破裂的示意图 气流引起水的翻滚、漩涡等复杂的扰动在干冰清洗机清洗过程中，干冰清洗机、水 和气流一起组成一个非常复杂的固- 液- 气三相流动。当气体以一定的速度射入清洗槽 中的液体时，将引起液体的流动。液体在流动过程中，运动较快的流层带动较慢的流层， 而运动较慢的流层又阻止较快的流层, 不同速度流层之间互相牵制，产生层与层之间的 摩擦力。即流体在流动过程中由于液体的黏性而产生的内摩擦力 8 。管中的空气以一 的速度进入液体中时，在液体相邻两流层之间，存在内摩擦力和动量的交换。这样直接 20 导致清洗槽中的液体和清洗物无规则的扰动，这种无规则的扰动能有效去除干冰清洗机 表面的污染物。 3.2 清洗工艺参数的确定 321 干冰清洗机清洗试验机的设计 设计了以超声波和气泡作为干冰清洗机清洗动力的清洗试验机，该试验机由超声波 发生源、超声换能器、风泵、气阀、流量计、清洗槽和网孔面板组成。超声换能器通过 信号线与超声波发生源相连。超声换能器将超声波发生源的高频电振荡信号转换为机械 振动信号，用来产生一定频率，一定声功率密度的超声波。风泵是气流的发生源。气阀 调节通入清洗槽中的风量，改变气阀的开度大小达到调节气流量的目的。流量计测量通 风量的大小。网孔面板是产生气泡的装置。一定强度和大小的气流通过网孔面板产生分 流现象，导致一定压力和速度的微小气流产生，使清洗槽的液体产生气泡和翻滚。清洗 槽盛装清洗液和清洗物。试验机结构如图 2 所示。其中超声波的功率为 01000W 可调， 工作频率 20 kHz；清洗槽内尺寸 600 mm 400 mm 200 mm； 流量计的测量范围为 2.5 25m3h；风泵的功率为 1.2 kW。 322 试验设计及数据分析 试验目的是寻找最佳干冰清洗机清洗效果的工艺参数。即保证干冰清洗机清洗干净 和干冰清洗机无破碎的情况下清洗时间最短，耗费能量最少。为了对干冰清洗机清洗进 行定量的分析研究，参照干冰清洗机行业业内人士的观点，确定干冰清洗机清洗试验结 果的指标为洗净率和破损率，分别定义如下: 洗净率= 清洗干净的干冰清洗机质量(g)/（清洗干净的干冰清洗机质量(g) + 未被清洗 干净的干冰清洗机质量(g)）100% 破损率= 清洗后无破损的干冰清洗机质量(g)/（清洗后无破损的干冰清洗机质量(g) + 清洗后有破损的干冰清洗机质量(g)）100% 其中，清洗干净的干冰清洗机定义为清洗后肉眼观察干冰清洗机上无泥沙、无烂叶、无 腐殖质。 由超声波和气泡清洗干冰清洗机的机理分析可知，试验中影响试验指标的因素将是 超声波的声功率密度、气泡强度和清洗时间以及它们之间的交互效应。通过分析对比正 交试验表格并考虑试验实际情况，选择三水平的正交试验表格来安排试验 9 。试验为 21 3 因素且考虑其交互作用的3 水平试验，每两个因素的交互作用占两列，3 个因素的所 有一级交互作用共有3 个，共占6 列；连同A、B、C 3 个因素自身在正交表中共占9 列， 即为9 因素三水平的正交试验，应当选L 27 (313) 正交表 10 。这9 个因素依次为: 超声波的声功率密度A 、气泡强度B 、清洗时间C 以及它们之间的交互作用(A B ) 1、(A B ) 2、(AC) 1、(A C) 2、(B C) 1、(B C)为了找到各因素的水平范围， 做了探索性预备试验。气泡强度和清洗时间对干冰清洗机清洗效果的影响气泡强度B 依 次选5、10、15、20、25 m3h 5 个水平, 清洗时间C 依次选1、2.5、4 min3 个水平做 小青菜清洗试验，从试验数据可知，当气泡强度小于15 m3h 时，干冰清洗机的洗净率 很低，当气泡强度大于15 m3h 时，洗净率显著提高；当清洗的时间1 min 为时，干冰 清洗机的清洗效果很差，当清洗时间为2.5min 时，干冰清洗机的洗净率显著提高。 2) 超声波对干冰清洗机清洗效果的影响 用不同功率大小的超声波做干冰清洗机清洗试验, 通过试验发现: 当超声波功率超 过600W 时, 干冰清洗机表面有明显的破损痕迹；当超声波功率低于300W 时, 干冰清洗 机的清洗效果很差。通过气泡强度和清洗时间对干冰清洗机清洗效果的影响与超声波对 干冰清洗机清洗效果影响预备试验的分析, 确定因素选用如下三个水平。即: A : = 300W， = 450W， = 600W 1 A 2 A 3 A 对试验数据分析 1) 极差分析 计算每列各水平下试验指标之和、。以第1 列为例，分别计算在不同超声 1 K 2 K 3 K 波功率水平下的试验指标之和、 和它们的平均值、。 1 K 2 K 3 K 1 K 2 K 3 K = 74 + 78 + 83 + 72 + 82 + 84 + 79 + 81 +90 = 723 （3- 1 K 1） = 80 + 80 + 86 + 81 + 81 + 89 + 77 + 86 +86 = 746 （3- 2 K 2） = 80 + 81 + 84 + 75 + 79 + 85 + 82 + 85 +85 = 736; （3- 3 K 3） 第1列的极差 = - = 83 - 80 = 3。同理，可计算出表中其它各列的指标 1 R 2 K 3 K 和、均值和极差。结果依次填入表2 中。由极差大小可以得出因素主次顺序依次为C、A 22 、(A B ) 1、B 、(B C) 1、(A B ) 2、(A C) 1、(A C) 2、(B C) 2。 由表2 中数据初步得出较优水平组合为 (A B ) 1 或A 2 或 (A B ) 3 C 2 A 3 C 3 B 3 C 13。 3 B 2) 方差分析 根据极差分析初步找出比较好的水平组合，为了进一步找到最优的水平组合，对数 据进行方差分析，方差分析的结果可以看出，因素C 对试验结果指标的影响是高度显著 的，因B 和因素A 对试验结果指标的影响较大，其它因素对试验结果指标的影响相对较 小。由于试验结果指标是干冰清洗机的洗净率，数据越大说明清洗效果越好。从试验方 案和试验数据表可以看出，因素A 应选取第2水平，因素B 应选取第3水平，因素C 2 A 3 B 应选取第3水平。通过试验的数据分析可知，最好的干冰清洗机清洗参数为即 3 C 3 C 3 B 2 A 超声波功率为450W、气泡强度为25 m3h、清洗时间为4 min。 3) 验证试验及试验结论 通过正交试验和数据分析，找到比较合理的工艺参数。为了验证该工艺参数的科学 性与合理性，选取了上述试验中清洗效果比较好的试验参数条件做重复试验。 23 图 3-2 干冰清洗机清洗机结构示意图 3.3 干冰清洗机清洗机结构设计 根据以上试验数据，并结合生产实际条件和技术经济指标，设计了干冰清洗机清洗 机总体结构如图3-2所示。该干冰清洗机清洗机由驱动电机、清洗槽、超声波发生器、超 声换能器、风泵、输送网带(带刮板)、气管和排污阀等主要部件组成。驱动电机带动传 动链轴的运转，传动链带动输送网带。干冰清洗机在输送网带上刮板的作用下由进菜口 运动到出菜口。清洗槽底部是超声换能器和气泡发生装置，干冰清洗机在随网带的运动 过程中受到气泡和超声波的清洗作用。新研制的干冰清洗机清洗机输送网带速度为 0.95ms；风泵的功率为2. 2 kW，出风口数量为8 个；超声波的功率为0 1000W 可调。 分别选取了青菜(叶类) 和土豆(根茎类) 进行测试试验。结果表明，该清洗机每小时可 以清洗叶类干冰清洗机320 kg 以上，其洗净率大于95%，破损率小于2%；每小时可以清 洗根茎类干冰清洗机540 kg 以上，其洗净率大于90%，破损率小于1%。 7刮板 6超声波蓄能器13从动轮 5气管12支架 4超声波发生器11输送带 3驱动轮10底座 2风泵9清洗槽 1驱动电机8排污阀 24 第四章 清洗废水的处理 为了节约水资源，清洗后的废水要回收处理重复使用。清洗后，废水中的主要成份 有机械性杂质（主要是烂菜叶）和泥沙。机械性杂质可通过过滤网过滤掉，而泥沙则是 成胶体状混在水里，去除它需要采用专门的设备，经过查阅资料我们选用了水力旋流器。 水力旋流器是一种离心沉降设备，它靠泵（或静水头压力）将悬浮液从圆柱壳体上 部的入口有切线方向进入旋流器，在筒内产生旋转运动，并由四边向中心移动而形成一 股强烈的旋涡运动，由上而下旋流。在锥体内液流中较粗颗粒受离心力作用向筒壁沉降 并和残留的液体由锥体锥顶处的底流口卸出。含细颗粒的那部分液体，则通过一个固定 在顶部中心并伸至旋流器中的圆管排出，排出的水再经过活性炭过滤芯，利用活性炭的 吸附作用可以吸附滤液中的较细颗粒，从而使水净化可以重复使用。 25 图 4-1 废水处理原理图 第五章 远红外干燥杀菌 远红外干燥杀菌技术是利用远红外线辐射器发出的远红外线，为被干燥物质所吸收， 直接转变为热能而达到干燥杀菌的目的。 远红外线干燥的特点有： 1 干燥速度快、生产效率高，特别适用于大面积、表层的加热干燥； 2 设备小，生产费用低。与微波干燥、高频干燥等相比，远红外加热装置更便宜、 简单； 3 干燥质量好。由于