螺旋式连续预煮机的设计【18页加8700字】【含CAD图纸优秀毕业课程设计论文】

购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 螺旋式连续预煮机 学生姓名 郑翔波 学 号 8031211213 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 农业机械化及其自动化 班 级 16 指导老师 李传峰 日 期 塔里木大学机械电气化工程学院制 16 届毕业设计 前 言 据调查，我国罐头产量和出口量每年都以两位数的增长速度发展 。进行食品罐头生产时，必须对食品原材料进行预煮，因此水平螺旋预煮机是罐头生产工艺中的一种重要设备，本课题要求对以蘑菇等果蔬原材料作为加工对象，对其进行预煮加工，因此本人对水平螺旋预煮机作了详细设计。 水平式螺旋预煮机是利用螺旋输送原理实现果蔬连续预煮的设备。在工作过程中果蔬原材料被连续地送到预煮机加料口后，便被预煮机中的螺旋推送到出料口。物料在预煮机中披浸在热水或沸水中，以避免与空气接触产生褐变，同时获得均匀 致的预煮效果。 本人首先根据设计要求以及预煮技术对各个执行机构和传动机构进行选择。在此基础上 ,初 步确定水平螺旋预煮机由动力传动装置、预煮装置、螺旋输送装置、出料装置与连接支撑装置等几部分组成。动力装置选择了调速电机，减化了传动装置，提高了设备效率；预煮装置是由蒸汽管将热量传递给筒体内的水，完成预煮过程；螺旋输送装置是在满足预煮的前提下确定螺旋的相关直径与长度，同时对螺旋轴进行了结构设计，保证其能方便制造与安装；出料装置是保证预煮好的物料顺利地从热水中沥出来并输送出去；连接支撑装置上，采用了螺旋轴孔与花键连接，花键可以缓解螺旋轴因受热的轴向伸长。 设计重点是螺旋输送装置和连接支撑装置等。传动装置的设计中 的电机、齿轮、轴的选择、设计与校核也进行了必要的设计说明。 关键词 ：螺旋预煮机；螺旋输送装置；连接支撑装置 目 录 1 引言 . 1 题背景 . 1 题的来源以及设计目标 . 1 究对象及选择相应主体机械 . 2 平式螺旋预煮机 . 2 旋类型的选择 . 3 2总体方案的设计 . 4 旋输送机配套设备的选用 . 4 计主要技术参数 . 4 旋输送机的布置形式 . 4 体尺寸的初步确定 . 5 力传动方案设计与确定行距 . 5 旋轴连接及螺旋轴的方案设计与确定 . 6 3 螺旋输送装置的设计 . 7 旋输送装置的计算 . 7 动机的功率计算与选择 . 9 动机选择 . 9 传动比 . 10 理分配传动比 . 10 旋轴挠度计算 . 10 旋轴强度校核计 . 12 轴器的选择 . 12 备总体重量的计算和支架的确定 . 13 总结 . 14 致 谢 . 15 参考文献 . 16 塔里木大学毕业设计 1 1 引言 题背景 随着我国发展，我国罐头产量和出口量每年现在都会以两位数的增长的速度持续发展。同时出产商品也在日益增加，我国出口罐 头 140 万吨，同比增长 17%，出口额 美元，同比增长 到目前 2011 年，我国罐头出口量逐渐靠近 350 万吨，出口额大概能 28 亿美元，超过食品行业中其他行业的出口值。中国产的一些罐头品种已经在国际市场占据绝对优势，如橘子罐头占据世界产量的 75%，占国际贸易量的 80%以上；蘑菇罐头占据世界贸易量的 65%；芦笋罐头占据世界贸易量的70%；番茄酱产量位居世界第三，但生产能力为世界第二；中国特色的红烧肉罐头、鲮鱼罐头为世界独有，深受东南亚消费者的青睐。 螺旋式预煮机在我国罐头厂用得较多，其最大的特点是 结构紧凑，和其他形式的预煮机比较，在同等生产能力时，其外行尺寸比较小，占地面积小，提高了车间的利用率。整个机器只有螺旋是动的部分，而这部分的设计和制造都比较方便和成熟。转速不高，运行很平稳。因部件损坏而停产修理的情况不多。同时实现全机自动控制比较容易。现在我国比较先进的螺旋预煮机已经实现了温度、酸度、加料、预煮时间和回水等的功能，目前还在逐渐实现更多的功能。因此在中大型的罐头厂都有使用，现在呈现扩大的趋势。 在欧洲和日本以及中国，螺旋预煮机的到广泛应用，另外荷兰和英国都有定型产 品出售。我国随着科技的发展也产生出了自己的螺旋预煮机，设计了供青豆、蚕豆、马蹄、桃子以及芦笋预煮用的螺旋预煮机，后经改型设计后已作为定型产品生产，并在罐头厂普遍推广使用。螺旋预煮机也可以煮蘑菇食品等。 预煮的目的： (1)破坏原料中的多酚氧化酶，保持原料在加工过程中不变颜色。 (2)排除原料中部分水份，减小原料的体积，使原料具有柔软性 ,方便装罐工序的 操作。 (3) 排除原料组织内的空气 ,提高成品的真空度。 (4) 破坏物科的原生质，在榨汁时提高出汁率。 本课题要求根据给定的技术参数设计出一台螺旋预煮机设备 ，要求结构简单、操作方便、通用性强。解决螺旋预煮机总体方案构思、螺旋装置的结构设计 ,螺旋预煮机传动系统的选型等问题。对螺旋预煮机进行技术设计，作出装配图及技术说明。 塔里木大学毕业设计 2 主要研究的内容： 物料供给及排出系统 :分别向螺旋预煮机添加备煮物料和将煮熟的物料排出。 执行系统：由螺旋叶片等相关部件构成。从进料口来的备煮物料，在螺旋的推动下，在滚筒内被加温煮熟。 动力系统：包括电动机、螺旋轴。螺旋轴贯穿整个动力过程，将动力系统的动力与运动传递给执行机构和控制元件，使之实现预定动作。 控制系统 : 控制预煮过程中水量、 水温、预煮时间及其它。 机身：主要由机架构成，用来支撑和固定有关零件，保持其工作时要求的相对位置。 究对象及选择相应主体机械 设计一套螺旋预煮机，该机器不仅能满足自动式进料和出料而且能保证完成对蘑菇的预煮过程等一套设备。设计设备主要有三部分组成，第一部分是螺旋输送机部分，其主要功能和作用是对物料进行输送处理；第二部分就是预煮过程，其主要功能和作用是通过蒸汽加热法把物料进行预煮处理；第三部分是冷却过程，其主要功能和作用是将预煮过的物料冷却。 螺旋式预煮机的型式可以分为：水平式和倾斜式。 水平式螺旋预 煮机 水平式螺旋预煮机主要由筒体、螺旋、传动装置、出料装置和蒸汽分布管组成。装有筛网的水平螺旋预煮机的优点是可以防止物料在传送过程中被夹在叶片和筛网之间所造成的破损，同时还可以避免螺旋与筒体之间的摩擦，缺点是需要设计一个卸料转斗，在将煮熟的物料输送至出料卸槽的同时，还需保证筒体的密封性，给设计时增添一些难度。 采用倾斜式螺旋预煮机 倾斜式螺旋预煮机结构与水平式相当，只是筒体安装时与地面形成一个角度。和水平式螺旋预煮机相比，倾斜式不需设计安装卸料转斗，螺旋旋转输送物料过程中，会将煮熟的物料输送至筒体较高位置， 逐渐脱离水面，物料在经过冷却以后就到达出料卸槽。而且与水平螺旋预煮机比较，倾斜式可以节省水蒸汽和柠檬酸的消量，造价比较低。缺点是电动机的安装不方便，若电动机安装在筒体的出料口一端，可以减小安装难度，却会对筒体产生压迫，使螺旋轴产生变形；若安装在进料口一端，通过联轴器传递动力，则安装时让电动机主轴线与输送机螺旋轴线在同一直线上会给安装带来难度。 平式螺旋预煮机 水平螺旋预煮机全机由机架、筒体、螺旋和传动装置组成。物料从进料口连续地进入筒体内，塔里木大学毕业设计 3 并浸没与高温水中，筒底的两排蒸汽管将蒸汽导入筒内以加热水和物 料。物料在被螺旋输送过程中逐渐升温。在出料口设有淋水器可对物料急冷，在蒸煮过程中物料脱水和蒸汽冷凝会使筒内水量增加，当筒内水面超过进料端法兰出的溢流口时，水便从溢流管排除。筒体可以进行适当的调整根据不同物料进行调整，为螺旋叶片与筒体之间安装有筛网，叶片与筛网、筛网与筒体之间的间隙保持在 3 5装筛网后，螺旋叶片与筒体之间没有接触，可以延长筒体的使用寿命，而且筛网的更换也比较方便。 旋类型的选择 螺旋可以是右旋或左旋的，单线、双线或三线的，一般可以作为单线的使用。螺旋叶片形状可分为实体、带式、叶 片式和成型等四种，如图 示。 (1)实体式 (2)带式 (3)叶片式 (4)成型式 图 旋叶片形状图 当运送干燥的小颗粒或粉状物料时，可以采用实体螺旋，可以说是最常用的型式。运送块状的或粘滞性的物料时，宜选择带式螺旋。当运送韧性和可压缩性的物料时，宜采用叶片式或成型的螺旋，这两种螺旋往往在运送物料的同时，还可以对物料进行搅拌，揉捏及混合等工艺操作。 螺旋叶片一般都是由厚 4 8 毫米的薄钢板冲压而成的，可以互相焊接或铆接到轴上。在一根螺旋轴上，有时可以 半右旋的，一半是左旋的。这样可将物科 同时从中间输送到两端或从两端输送到中间，根据任务要求进行设计。 根据蘑菇的形状及以上的螺旋叶片选用原则，本次设计采用带式螺旋叶片。 塔里木大学毕业设计 4 2 总体方案的设计 旋输送机配套设备的选用 (1)根据输送物料的特性选用。即对粉状、粒状、小块状物料当水平或倾斜输送（ 20 ）时，可选普通螺旋输送机，对大块、高温及流体物料可选用螺旋管输送机；对粉状、细粒状物料垂直提升时，可选用垂直螺旋输送机。 (2)普通螺旋输送机不适宜输送易爆的、易燃的、有毒的或有腐蚀性的物料。必要时要与制造厂协商，采用专门的安全措施。 (3)对输送要求严格的食用物料 (如葡萄糖等 )，螺旋输送机的机壳、螺旋体、轴承座等与物料接触的部件，需采用不锈钢、铜等材料制成，若内部轴承采用润滑油润滑方式，必须采取良好的密封措施以防止对食物的污染。 (4)由于螺旋输送机的机壳是采用固定安装的所以在环境温差较大地区，又或者输送物科温度较高、输送距离较长时，要采取措施，防止机壳会因为温度变化伸缩而损坏没备。在平常情况可在机壳法兰间加较厚的石棉垫，借以调节机壳的伸缩，也可以将机壳浮动支承在底座上，使机壳可以在底座上自由滑动从而调节其伸 缩。 (5)螺旋管输送机驱动装置不能采用三角带或链条传动来驱动螺旋轴，以避免轴端在径向力作用下，产生悬臂载荷，使整个机体脱离托轮。 计主要技术参数 煮食品：蘑菇等其它果品蔬菜 生产能力： 2500 公斤 /小时 螺旋叶片直径 ( 700 预煮时间 (2大水温： 100 螺旋输送设备需根据使用要求及生产场地不同，进行合理的布置。在布置时，须留有通道 ,以及适当的空间位置，以便于加油、维修安装等。 布置形式原则： 在布置一台水平安装的螺旋输送机时，如果有条件允 许更好将驱动装置安放在出料端的位置，可以将驱动装置及出料口装在头节（有止推轴承）时较为合理，因为螺旋管正是受拉状态。同时各塔里木大学毕业设计 5 个螺旋节（头节、中节、尾节）的布置次序可以遵循按螺旋节长度依次排列和把一样规格的螺旋节排列在一起的原则，这样将会给设计、制造和订货得出很大的便宜。 根据本次的设计，螺旋输送设备的进、出料口采用如图 置型式。 图 旋输送机的进、出料口布置形式 体尺寸的初步确定 参考普通螺旋输送机的结构尺寸，由设计参数中要求 输送能力是 螺旋叶片直径为 700片与筒体之间会安装一个筛筒，以保证蘑菇在预煮过程中往出料口移动，所以初步确定筒径为 718 为了使整体重量一定，初步取筒的壁厚为 5 由设计中要求，该机安装位置位于水平式螺旋输送机下部，进料端与水平螺旋输送机出料端相接，因预煮的出料只有一端，为了便于减少占地面积，选择一端进料，一端出料的结构形式。电动机的位置在进料端。 水平式螺旋预煮机由螺旋本体、预煮筒体及驱动装置三大部分组成；螺旋机体由头部轴承、尾部轴承、机壳、盖板及底座等组成；驱 动装置由电动机、减速器、联轴器及底座所组成。 螺旋预煮机的驱动装置由电动机、减速器及联轴器结合减速器型号可依据选定的电动机功率及螺旋预煮机与电动机转速比确定。当螺旋输送机输送物科量比较稳定时，可以选择齿轮减速电动机与螺旋输送机借由联轴器，直接传动，从而使结构紧凑占地较少，运行较为可靠。筒之间是以法兰连接的，通过法兰再与底座的连接。两者之间靠螺栓紧固。总体结构图 示： 塔里木大学毕业设计 6 图 旋输送机的总体结构布局 为了使设备比较牢固，整个底座安装在几个钢架上。由于钢与钢的摩擦因数小，为防止筒体与钢架发生滑移， 可以在支撑架与筒体的接触面粘一层软木。由文献机械设计手册 2 表 18 页）有：钢 钢的摩擦因数在无润滑的时候为 软木 在相同的负重下，滑移的可能性更小。 由于初步设计螺旋输送机的主体部分的长度为 如果就两端有支架的话，对于一个很长的螺旋轴和筒体来说变形肯定很严重，弯曲变形不光影响到输送机正常的工作，严重时还能导致机体的断裂， 因此中间必须设有支架支撑。 旋轴连接及螺旋轴的方案设计与确定 由于设计的要求的需要，螺旋轴的轴径比较大，如果把螺旋轴做成实心的，对于好几米长的轴来说，弯曲变形肯定比较大这是其一；其二就是重量大，则对要求轴承和支架要求也高；其三就是成本高。所以在满足设计要求下，可以把螺旋轴做长空心轴。其结构图如图 图 心螺旋轴 塔里木大学毕业设计 7 3 螺旋输送装置的设计 旋输送装置的计算 由文献食品工厂机械与设备 1 式 4螺旋式预煮机的生产能力计算公式： 2 15460 （ 3 式中： G 生产能力，已知 2.5 ； D 螺旋直径（ m）； S 螺距（ m）； n 螺旋转速（ r/ 物料堆积密度，查文献蘑菇预煮机的设计及计算 3 有 ； 填充系数，见文献食品工厂机械与设备 1 表 1 ； 先确定 n 值，如用于蘑菇，大约以 31 r/宜，然后确定 S 与 D 的比值，一般采用 n=3r/S/D= 3/1 （ 3 代入已知参数可得圆整为标准直径，取 D= 则 S = 式中： C 倾角系数，见文献食品工厂机械与设备 1 表 1 1C 此 值正好在推荐值范围内，故最后确定 D=S= 因此导程 =螺距 =文献螺旋输送机输送机理及其主要参数的确定 4 ，螺旋长度 0 （ 3 式中 : n 螺旋轴转速； 滑动系数，取 ； 代入已 知参数可得 （ 3 塔里木大学毕业设计 8 因此进行取整，取 L=4m。 物料在运移中的有害阻力决定于运动阻力系数的值0，设有害阻力为 则 （ 3 为克服有害阻力所消耗的功率为 00 P （ 3 式中 : G 生产能力（ ） L 螺旋输送机运移距离（ m ） v 物料运移速度 （ m /s） ;/67.0 物料在水平运移过程中的功率消耗功率应为： （ 3 式中 传动效率，取 不同类型的输送装置有不同的平均阻力系数0，有时彼此相差很多。此外，大多数类型的输送装置的阻力系数与其生产能力、结构、物料种类、使用条件等有关。其0值可从十分之几甚至百分之几到 34 或再大些。因此必须进行大量的实验和测定工作，才能比较准确的选用0值。目前一般是根据有利条件下输送或不利条件下输送来选取0值的。在有利条件下，0可以在 围内选取；在不利条件下 0 煮机中的物料运移是在水中进行的，阻力较大，建议采用 0 里木大学毕业设计 9 螺旋输送机轴所需功率为： （ 3 计算得： 动机的功率计算与选择 由文献食品工厂机械与设备 1 式 1 总电 （ 3 式 中 :电K 功率备用系数，由文献运输机械设计选用与标准实用手册 5 查得 K； 驱动装置总效率，由文献运输机械设计选用与标准实用手册 5 即有： )(4 0 0 总电 动机选择 根据粮食 部门对螺旋输送机的使用测量结果，实际轴功率要比理论计算功率大 43 倍。有时还会遇到满载起动的情况，也要求增大装机功率。所以实际的功率为： )( 实 （ 3 因为预煮的蔬菜不止蘑菇，如需预煮其他果品，可以通过调速电机，来调节螺旋轴的转速，使预煮的其他果品也能在相应的时间里煮熟，这样就提高了该类型机器的使用效率，也可以提高经济效益。 综合其用途和特点，本设计选用电磁调速异步电动机，由前面计算的 功率 )(实 并由文献机械设计手册 2 表 16出：选择 较合理，额定功率为 定转矩 N ，调速范围 251250 r ，基本符合题目所需的要求。 。 塔里木大学毕业设计 10 传动比 由文献机械设计课程设计手册 6 公式 14动装置的总传动比： 总（ 3 式中 : 电动机的满载转速 工作机主轴转速 可得： 1503450 3 理分配传动比 因为 150总i，由文献机械设 计实用手册 7 得知选择 二级减速器是最佳的选择。 传动装置的实际传动比要由选定的齿速或标准带轮直径准确计算，因而与要求的传动比可能有误差。一般允许工作机实际转速与要求转速的相对误差为 +（ 35） %。 所以电动机与螺旋轴之间初步选定用 二级减速器。 根据文献机械设计实用手册 7 由于其减速器的传动比有 150总减 出了 旋轴挠度计算 由于螺旋倾角为 0 ，校核时可忽略。可取螺旋轴是由两段 2m 长的轴组成，所以校核的时候只需校核一根轴即可。 将螺旋轴的重力视为均布载荷，查文献材料力学 9 得挠度的计算公式： 8454m （ 3 最大挠度 式中： q 均布载荷； l 轴长； E 轴材料弹性模量； I 惯性积。 塔里木大学毕业设计 11 由文献材料力学 9 有 q 计算公式 : （ 3 式中： 21 ； 1m 螺旋叶片质量； 2m 轴质量。 估算螺旋叶片重量： 由于螺旋叶片大多是由厚 4 8 毫米的薄钢板冲压而成的，然后互相焊接或铆接到轴上，在此取螺旋叶片厚 4 毫米。螺旋叶片可看做是一系列被切开的圆环联接而成，轴长除以螺距可得螺旋叶片节数，一节即一个圆环，则叶片质量为： ) 221 （ 3 计算轴质量： 0 02)0 2 3 222 一根螺旋轴总质量： ; 8 4 02 101 6 8 （ 3 轴材料选用耐热不锈钢，牌号为 1文献中国机械设计大典 10 表 12弹性模量为 206 由文献材料力学 9 例 ： )(32 414 （ 3 惯性积 I： 644 2 I 则螺旋轴挠度 0 0 2 4 28 4 053 8 45 96 44m a x （ 3 所以设计的轴符合要求。而轴与筛桶之间的距离为 2m。 塔里木大学毕业设计 12 旋轴强度校核计 由文献机械设计 8 式 12 )()2(4)( 12222 W （ 3 根据设计数据有： （ 3 对于空心轴 W 有： )1(3 其中 1 ， d 为外径其尺寸为 92 1d 为内径其尺寸为 计算得 : 34343 147 5 90)9244(1(2.0 （ 3 所以得： M P 90 )129 8 8001(129 8 800)( 2222 （ 3 螺旋叶片与筒体之间单边间隙保持在 3 5取 4所以筒体的内径为 708不锈钢筒体厚 5因此筒体的外径为 718 轴器的选择 减速器与螺旋轴可以通过联轴器联接。 轴器是凸缘联轴器，其结构简单，成本较低，可传递较大的转矩，连接性较好。因此在此进行选用。由文献机械设计课程设计手册 6 表 16选出 由于温度变化会引起物体的膨胀或收缩，考虑到螺旋轴很长，且温度也较高，所以必须计算出温度升高时轴的伸长量，从而设计出合理的结构，保证在温度变化的情况下，不会引起轴内力的增加， 不会使轴发生弯曲。 由文献材料力学 9 查得，当温度变化为 T 时，轴的温度变形（伸长）应为： （ 3 所以螺旋轴在温度升高到 C100 左右的情况下，轴向升长约为 了保证工作时轴能正常的工作，所以轴在轴向固定时必须有 右的收缩余量。 塔里木大学毕业设计 13 备总体 重量的计算和支架的确定 粗略计算出整个设备重量 m （不包括电机和减速器） m =螺旋输送机重量 +水重量 +物料重量 螺旋输送机重量由螺旋轴质量、螺旋叶片质量和筒体质量组成。 筒体质量： 3 07 9 0 064 )7 0 221 （ 3 所以整个设备重量 m 为： m =（ 530+336） +500+250=1616总共设计四个支撑点，所以每个支撑点必须保证至少能承受 550压力。 由文献机械设计手册 2 图 18卧式容器的鞍式支座 ,由表 18得满足要求。 塔里木大学毕业设计 14 总 结 本次毕业设计是通过对螺旋预煮机的分析和了解，在查阅了相关文献以及观看相关视频的基础上，对螺旋预煮机的方案进行了设计 螺旋预煮机的设计是一个比较长时间的任务，螺旋预 煮机通过电动机，螺旋输送装置，减速器等主要部分组成，由输送装置运输，然后由后序工序进行蒸煮来完成目的。 我对螺旋预煮机要做一些改进，我们要明确螺旋预煮机是由三个部分组成的。一部分是螺旋输送装置，其主要功能和作用是对食品进行输送传递；第二个部分就是预煮加热的过程，通过蒸汽加热处理；第三部是冷却过程，是将预煮过的物料进行冷却。确定好各零部件以后，我们进行总体的方案设计，要提到螺旋预煮机的型号，因为每个型号作用不同。然后根据任务书设计主要设计参数；我们要在总体方案里面把布置形式、主体尺寸、总体结构布局都要一一确定 。然后就是螺旋轴，螺旋轴的连接方式也要确定下来。总体方案已经确定，我们要进行各个零部件的计算；在此，我查阅了多方资料与书本，首先将螺旋输送装置，电动机，减速器等参数进行计算得出。然后对螺旋轴进行直径，挠度，还有强度校核的计算。联轴器作为连接点要进行正确的选择。因为高温会产生变形，所以我们要考虑高温下轴的变化情况。计算完各个零部件数据以后，我们要对螺旋预煮机进行进行保养与维护，要考虑到密封，不锈钢等焊接的问题，选材也是一个重要的问题。螺旋预煮机的保养，能够增加机器的使用寿命，提高效率。这也是一个不可或缺的重点 。 这些整体部分设计完成以后，要考虑出转料斗的设计方案，出转料斗作为装设在料斗 (或料仓 )下部等处，进料量不易控制时，可能会出