通心粉机的研究与设计

摘要 通心粉亦称通心面，在国外已是极普通的面制品之一，我国上海、广州、天 津等地也有少量生产。通心粉的种类很多，一般都是选用淀粉质丰富的粮食经粉 碎、胶化、加味、挤压、烘干而制成各种各样口感良好、风味独特的面类食品。 通心粉是采用螺杆挤压成型的工作原理生产的一种方便食品,特别是预热通心粉, 只要辅以佐料,用沸水浸泡 10 分钟,即可食用,为一种新颖方便面食品.通心粉挤 压机是生产通心粉的专用设备,它是由混合,捏面,挤压成型和切断等部分组成. 配料经螺旋运输机落入捏面机进行充分捏和,形成面团后再进入机筒内由螺杆挤 压入压模,并从压模的模孔中排出后被切刀切断,同时被风机吹来的冷风干燥. 本设计重点在于机头的研究，改变压模的机头出来的通心粉大小，满足不同人的 要求，使其得到推广。设计中参考多种食品机械的设计原理，并进行改进，使其 方便使用。 关键字：通心粉；挤压；压膜；机头Abstract Macaroni, also known as macaroni, in a foreign country is one of the ver y ordinary pasta, Chinas Shanghai, Guangzhou, Tianjin and other places also have a small amount of production. Types of pasta are generally selected starchrich food by crushing the gel, flavored, extruded, dried and made a variety of good taste and unique flavor noodle food. Pasta screw extrusion molding of the working principle of the production of a convenience food, especially war mup pasta, as long as supplemented by seasoning with boiling water and soak for 10 minutes, can be eaten as a novel instant noodles pasta extrusion the machine is special equipment for production of pasta, it is by mixing the dough, extruded and cut off parts. ingredients spiral transport aircraft fall into the dough machine full pinch and the formation of dough and then into the machine barr el by the scr ew into the extrusion die, and after discharged from the die hole of the die cutter cut off, while the fan blowing cold air drying of the design focus is the study of the nose, change the size of the pasta dies of head meet different requirements, so that it be promoted. Key words : macaroni extrusion pressure film starting1 绪论 目录 1 1.1 引言 1 1.2 适用范围及特点 1 2 整机传动方案的初步确定及工作原理 2 2.1 2.2 传动方案的拟定 2 工作原理 2 3 各机构.零、部件的设计 3 3.1 进料装置的设计 3 3.2 螺旋输送设备的设计 3 3.2.1 螺旋输送机的优点 3 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5 3.2.6 生产能力的计算 4 螺旋直径和转速的确定 4 螺旋节距的确定 5 功率计算 5 螺旋角度 5 3.3 涡轮式搅拌机 6 3.3.1 涡轮式搅拌机的主要特点 6 3.3.2 3.3.3 平叶片式涡轮 电动机的选择 6 7 3.3.4 连接电动机与旋桨式搅拌机的联轴器选用 7 3.4 螺杆的设计计算 7 3.5 V 带传动的设计计算3.5.1 V 带传动的设计计算 9 9 3.5.2 与其相连的皮带轮设计 12 3.6 3.7 3.8 同轴上的联轴器和减速器选用 14 压膜的设计 14 切刀的设计 15 3.8.1 材料选择 15 3.8.2 转速的确定153.8.3 电机的选择 15 3.8.4 V 带传动的设计计算15 3.9 轴承端盖选材、结构设计 18 3.10 机架设计 18 设计小结 19 参考文献 201 绪论 1.1 引言 通心粉亦称通心面，在国外已是极普通的面制品之一，我国上海、广州、天 津等地也有少量生产。通心粉的种类很多，一般都是选用淀粉质丰富的粮食经粉 碎、胶化、加味、挤压、烘干而制成各种各样口感良好、风味独特的面类食品。 我国通心粉机的发明和使用较晚，目前，随着国外食品的流入，越来越多的 人开始喜欢通心粉，它不仅味道鲜美，而且方便食用，做法更是五花八门，受到 广泛的欢迎。但是市面上通心粉机大多是大型机械，不便于小工厂的加工，为了 满足小工厂甚至家庭用户的需求，就需要对此进行简化。 随着小型通心粉机的发展，可促进农业食品的发展，对当地农业及食品加工 业的发展起到一定的作用，适应了发展农业的号召。 1.2 适用范围及特点 本产品适用于本产品适用于小型工厂及家庭的通心粉加工厂， 面团制作为 通心粉。其工作效率高，生产成本低廉，结构简单，便于操作。用户可以自行更 换部分简单的零部件。本设计重点在于机头的研究，改变压模的机头出来的通心 粉大小，满足不同人的要求，使其得到推广。设计中参考多种食品机械的设计原 理，并进行改进，使其方便使用。2 整机传动方案的初步确定及工作原理 2.1 传动方案的拟定 常用传动机构的一般布置原则如下： （1）带传动承载能力较低，但传动平稳，缓冲吸振能力强，宜布置在高速级。 图 1-1 传动机构简图 1 进料装置 2-3 皮带传动 4 减速器 5 轴连器 6-7 皮 带传动 8 9 电动机 10-11 皮带传动 12 螺杆 13 旋桨式搅 拌机及其电机 14 螺旋输送机 （2）选择电动机类型和结构形式 系统无特殊需求，一般选用 Y 系列三相交流异步电动机。选用全封闭自扇冷式笼型，电压 380V。 2.2 工作原理 配料经螺旋运输机落入旋桨式搅拌机进行充分捏和,形成面团后再进入机筒 内由螺杆挤压入压模,并从压模的模孔中排出后被切刀切断,同时被风机吹来的 冷风干燥. 本设计重点在于机头的研究，改变压模的机头出来的通心粉大小，也 是本设计的创新所在。 通心粉的内径和外径可以通过更换模板和机芯来进行调节， 设计采用两种 不同型号的机芯和模板，即可生产两种不同类型的通心粉，再实际生产中，可根 据需要进行更改和设计多种机芯及模板。3. 各机构.零、部件的设计 3.1 进料装置的设计 材料选择：厚度为 3mm 的 薄不锈钢板。 选用材料牌号：07Cr17Ni7AI 结构尺寸： （a） (b) 图 31 (a) 进料斗尺寸简图 （b） 料斗倾斜角分析简图 料斗倾斜角的计算： 设倾斜角 (物料的阻力系数 4 ） f mg sin N mg cos f N 75 9 6 故取 80 3.2 螺旋输送设备的设计 3.2.1 螺旋输送机的优点 结构简单紧凑 成本低廉工作可靠 基槽可以是全封 闭的可实现面团的 密闭输送 工艺安排灵活 在面团输送过程中可进行混合搅拌冷却等工艺操 作. （1）螺旋 输送面团宜采用带式螺旋，螺旋叶片大多是由厚 4 8mm 的薄 钢板冲压而成，然后互相焊接在轴上0 0 （2 ）轴 （3 ）轴承 （4 ）料槽 选用材料牌号：07Cr17Ni7AI 轴采用钢管制成的空心轴，轴与两端轴的连接，可以利用两端轴 插入空心轴的衬套内，焊接连接起来。 选用材料牌号：07Cr17Ni7AI 根据国标选取。 料槽是 8mm 厚的薄钢板制成的，料槽的内径要稍大于螺旋直径，使两者之间有一间隙。螺旋和料槽制造装配愈精确，间隙就愈 小， 对减少磨损和动力消耗很重要， 般间隙为 6.0 9.5 mm .本设计取间隙 6 mm 3.2.2 选用材料牌号：07Cr17Ni7AI 生产能力的计算（参考资料14 ） 3 对于带式螺旋：G=15D nC (t / h) 物料的堆积密度，t/m 取 1.5 D螺旋输送机的螺旋直径，m 物料的充填系数 取 0.2 C与输送机倾角有关的系数 取 1 n 螺旋轴的转速，r/min G 取为 10 t/h 取长度 L=642mm 3.2.3 螺旋直径和转速的确定 （3.2-1） 从螺旋输送机的工作原理可知，螺旋的转速不能过高，根据实验得出，螺旋轴 D B物料综合特性系数 D= K 2. G / (3.2-3) 由公式（2.2-3）D=0.29 m 圆整为标准转速，取 D=0.25m 由公式(2.2-2) n =40 r/min 圆整为标准转速，取 n=30r/min 47 D CS 3 B 的极限转速为 n= (3.2-2) G 校核填充系数 (3.2-4)2 由公式(2.2-4) =0.3 由于计算的值在推荐值 0.125-0.2 之外，增加转速 n=45r/min 重新校核填充系数： 公式(2.2-4) =0.2 ， 时计算的值在推荐值 0.125-0.2 之内，故最后确定 D=250mm n=45r/min 3.2.4 螺旋节距的确定 带式面型螺旋的节距取 t=D 3.2.5 功率计算 螺旋转动所需功率 PO=GWOL/367 (3.2-5) 由公式(2.2-5) P0 =0.084 KW 电动机功率 P=K 电 PO / (3.2-6) 由公式(2.2-6) P =0.11 KW 3.2.6 螺旋角度 图 32 螺旋升角分析图 3.3 物料与螺旋叶片的摩擦角 螺旋升角 为保证物料沿轴向运动。螺旋输送机的螺旋角应满足以下条件： 90 取 30 此时 30 经上述计算，物料沿轴向运动，螺旋升角最少取 30 涡轮式搅拌机 3.3.1 涡轮式搅拌机的主要特点 混合生产能力较高0 0 0 0 能量消耗少 搅拌效率较高 材料选择：牌号 12Cr13 3.3.2 平叶片式涡轮搅拌器 具体尺寸见图示 图 31 （a） （a）搅拌器基本尺寸结构简图 (b) （b）叶片受力分析图 设叶片受力均匀，面团落下的冲击力 F=500N 3. 10 N 2 ， 已知叶片材料许用应力 （3.3-1） 由上述公式可知： M 500 0. 5 / 2 12 N W d h / 6 由公式（3.3-2）： 4. 10 W 由公式（3.3-3）： 2. 0 N 满足 故满足工作条件 （3.3-2） （3.3-3） 对于小型旋桨式搅拌机，转速 400-2000r/min 取 1390r/min 此时转速的范围可适当放宽，对整个机械的正常运行影响不大，因此电机的选择 范围较宽，可根据实际情况选择。 3.3.3 电动机的选择 根据动力源和工作条件， 查表选用 Y801-4 型号的电机，其参数如下：6 Fd M 2 M 6 表 1 Y801-4 型号电机参数表 3.3.4 连接电动机与旋桨式搅拌机的联轴器选用 YLD8 凸缘联轴器 19 42GB/T 5843-1986 3.4 螺杆的设计计算 空心面机的加压推料螺杆的最大压力 P ax 75 公斤力/厘米 ，螺杆外径 R 80 mm,内径 R =60mm,节距 t=100mm,圈数 m=6,工作圈数 m=4，材质为 1Cr13 不锈钢板，厚 h=20mm,对该螺杆 b 44 公斤力/ 毫米 进行强度校核。 （1）螺杆螺旋的平均升角 ( R R ) 由公式 (3.4-1) 20 (2) 连续轴向载荷的强度 q max ： t 2 q max =500.69(公斤力/厘米 ) 轴承处的支撑反力 S： S q ax m t / 2 (3.4-3) S 10013.83(公斤力) （3）螺杆承受的扭矩 扭 ： 2 3 t 扭 电机型号 额定功率（kw）满载转速（r/min）电机重量（kw）参考价格（元）Y801-4 0.55 1390 17 500q P (3.4-2) 2 2 t tan (3.4-1) 0 2 2 2 R R 2 3 3 P m t R R 2 Mtg (3.4-4) M 16375 （4 公斤力. 米) （4）螺杆的当量应力（压扭组合） ： S 2 M 扭 2 当量 当量 （ ) 4 ) (3.4-5) F 2 W 式中 2 3 W p R / 2 2 由公式(3.4-5) 当量 849 （3 公斤力 / 厘米 ） 2 8 切向 径向 (3.4-6) (3.4-7) 式中 A 1. 2 5. In =-1.104 R R 1. 0. =1.33 M 径向 M 13 9 公斤力 / 厘米 ) .93 公斤力 / 厘米) 切向 相应的正应力： h 切向 径向 2 (3.4-8) (3.4-9) 径向 69 4 公斤 / 厘米 ） 40 （9 公斤 / 厘米 ） 切向 （6)作用在螺杆螺旋外廓处的最大弯矩和正应力：F （5）作用在螺杆内廓（r= R )处的最大弯矩（ =0.3 ）和正应力： 2 P R M A 径向 M 1. 0. 6 径向 2 2 M 径向 0 2 M 切向 . 137 ax R 2 (3.4-10) 切向 1 8 斤力 / 厘米 ) 切向 6 切向 h 2 (3.4-11) 切向 46 2 斤力 / 厘米 ) 螺旋的最大应力出现在 r= R 处，所以： 4400 斤力 / 厘米 当量 b 满足要求，设计合理 对于螺杆 ：由公式（3.21） n 290/min 螺杆转动所需功率 PO=GWOL/367=0.066 KW 所需电动机功率 P=K 电 PO / =0.08KW 电动机的选择： 根据动力源和工作条件， 查表选用 Y2-112M-4 型号的电机，其参数如下： 表 2 Y2-112M-4 型号电机参数表 3.5 V 带传动的设计计算3.5.1 V 带传动的设计计算选用普通 V 带传动，动力机位 Y 系列三相异步电动机，功率 P=4kw，转 n=1440 r/min，每天工作 10h，中心距小于 600mm。 （参考资料1） (1) 定 V 带型号和带轮直径 工作情况系数 : K A 1 计算功率 ： Pc K A P (3.5-1)电机型号 额定功率（kw）满载转速（r/min）电机重量（kw）参考价格（元）Y2-112M-4 4 1440 43 820 M 2 2 选带型号 ： 小带轮直径 ： 大带轮直径 : 大带轮转速: 计算带长 Pc 4KW Z 型取 D =75mm n 2 D 375 mm D 2 n 285 r/min (3.5-2) (3.5-3) 求 D m D m 2 1 2 (3.5-4) D D D 225 mm 求 2 2 1 (3.5-5) 初取中心距 带长 : L 150 mm a=500 mm a 1751.5 mm (3.5-6) L 取基准长度 : L 1800 mm 求中心距和包角 中心距： a L d4 1 4 ( L ) 8 (3.5-7) a 525.34 mm 120D n D (1 ) 2 D n n (1 ) 2 D D 2 2 m 2 2 求带根数 带速: 1 n (3.5-9) 5. 60 1000 m/s n 传动比：i i 5. 5 带根数 n (3.5-10) 查参考书上表可知： P0 =0.35KW ; k =0.95KW ; k L =1.18 KW ; =0.03KW ( ) k L Z 2. 8 取 Z=3 根求轴上载荷 k F 62 N （由表 q=0.06 kg/m） 2 F 1189 N 带轮结构设计 由于带速 v 30 m/s，带轮用 HT200 制造。小带轮采 用整体式结构，大带轮采用轮辐式结构，且 D 500mm，轮辐数目取为 4.具体 结构参数见零件图。 表 3 带传动参数表 小带轮直径 大带轮直径 传动比i带基准长度 根数 Z 中心距 a75mm 375mm 5.05 1800mm 3 525.34mmP Z (3.5-11) P 2. k c 张紧力: F 500 ( ) q (3.5-12) 1 轴上载荷: F 2 ZF sin (3.5-13) 3.5.2 与其相连的皮带轮设计选用普通 V 带传动， 力机位 Y 系列三相异步电动机， 率 P=0.19kw， n=57 r/min，每天工作 10h，中心距小于 600mm。 （参考资料1） 设计计算如下： 定 V 带型号和带轮直径工作情况系数 : K A 1 c A Pc 0.19KW 选带型号 ： A 型小带轮直径 ： 取 D =125mm n 2 D 150 mm D 2 n 47 r/min 计算带长 m m D D 2 (3.5-4) D D D 135.5 mm 求 2 2 1 (3.5-5) 初取中心距 带长 : L 12.5 mm a=400 mm a 1232 mm(3.5-6) L 计算功率 ： P K P (3.5-1) D n 大带轮直径 : D (1 ) (3.5-2) D n 大带轮转速: n (1 ) (3.5-3) 求 D D 2 2 取基准长度 : 求中心距和包角 L 1250 mm 中心距： a L d4 1 4 ( L ) 8 (3.5-7) a 409 mm 0 D D 0 小轮包角: 1 180 0 a 0 60 (3.5-8) 176 120 求带根数 带速: 1 n (3.5-9) 60 1000 0. 7 m/s n i 1. 21 带根数 查参考书上表可知： P0 =0.3KW ; k =0.98KW ; k L =0.93 KW ; =0.02KW ( ) k L Z 0. 取 Z=1 根求轴上载荷 c (3.5-10) (3.5-11) 张紧力: ( k ) q (3.5-12) 轴上载荷: F F 398 N 2 ZF sin （由表 q=0.06 kg/m） (3.5-13) Q 0 2 F 795 5 N2 2 n 传动比：i P Z P 2. k F 500 0 带轮结构设计 由于带速 v 30 m/s，带轮用 HT200 制造。小带轮采 用整体式结构，大带轮采用轮辐式结构，且 D 结构参数见零件图。 500mm，轮辐数目取为 4.具体 表 4 带传动参数表 3.6 同轴上的联轴器和减速器选用 YLD9 凸缘联轴器： 主动端：Y 型轴孔，A 型键槽 从动端：Y 型轴孔，A 型键槽 （48 YLD9/T 5843-1986 ) 减速器选用： d=48 L=112 d=48 L=112 选用 NZD 型 取中心距 a=100 （NZD 100 I /5 R 查表许用功率 15.5KW 许用热功率 20KW 3.7 压膜的设计 具体尺寸见图纸。 选用材料牌号：07Cr17Ni7AI 机头可设计两种，具体尺寸见图纸。选用材料牌号：07Cr17Ni7AI 本设计重点在于机头的研究，改变压模的机头出来的通心粉大小，因此可设计两种类 型的机头，以满足要求工艺要求通心粉丝的外径 (D )4 5 mm, 内径 2 3 mm, 但通心粉 干燥后会收缩, 根据经验, 考虑到其收缩率大多约为 35%, 因此在既不影响工艺要求, 又 不使整体结构尺寸太大的前提下, 取 D = 7mm, d = 5.5mm, 干缩后可符合粉丝工艺要求。 此为第一种型号，第二种型号的具体尺寸见图纸。实际还可多设计几种型号，满足人们的 需求。小带 轮 直径 大带轮直径 传动比 i 带基准长度 根数 Z 中心距 a125mm 150mm 1.21 1250mm 1 409mm3.8 切刀的设计 3.8.1 材料选择 选用材料牌号：68Cr17 3.8.2 转速的确定 由生产量 10t/h 生产量 2777.8 g/s 2777 总共有八个出口，每个出口的产量 Q= 由于每个通心粉的重量大约为 20g 347 1 60 8 =347 g/s 3.8.3 电机的选择根据动力源和工作条件， 查表选用 Y80M1-4 型号的电机，其参数如下： 表 5 Y80M1-4 型号电机参数表 3.8.4 V 带传动的设计计算选用普通 V 带传动，动力机位 Y 系列三相异步电动机，功率 P=0.55kw，转 n=1390 r/min，每天工作 10h，中心距小于 600mm。 设计计算如下： 定 V 带型号和带轮直径工作情况系数 : K A 1 计算功率 ： Pc K A P (3.5-1) c 选带型号 ： Z 型小带轮直径 ： 取 D =63mm电机型号 额定功率（kw）满载转速（r/min）电机重量（kw）参考价格（元）Y80M1-4 0.55 1390 17 32020 因此转速n= =1041r/min P 0.55KW 大带轮直径 : 2 n 2 (3.5-2) 大带轮转速: 计算带长 D 80 mm D 2 n 1083 r/min (3.5-3) 求 D m D m 2 1 2 (3.5-4) D D D 71.5 mm 求 2 2 1 (3.5-5) 初取中心距 带长 : L 8.5 mm a=200 mm a 625 mm (3.5-6) L 取基准长度 : L 630 mm 求中心距和包角 中心距： a L d4 1 4 ( L ) 8 (3.5-7) a 202.6 mm 小轮包角: 1 180 0 D D a 0 60 (3.5-8) 174 7 120 求带根数0 0 D D n (1 ) D n n (1 ) 2 D D 2 2 m 2 2 带速: 1 n (3.5-9) 4. 60 1000 m/s n 传动比：i i 1. 28 带根数 n (3.5-10) 查参考书上表可知： P0 =0.24KW ; k =0.99KW ; k L =0.96 KW ; =0.02KW ( ) k L Z 2. 取 Z=3 根求轴上载荷 k F 31 7 N （由表 q=0.06 kg/m） 2 F 189 N 带轮结构设计 由于带速 v 30 m/s，带轮用 HT200 制造。小带轮采 用整体式结构，大带轮采用整体式结构.具体结构参数见零件图。 表 6 带传动参数表 3.9 轴承端盖选材、结构设计小带 轮 直径 大带轮直径 传动比 i 带基准长度 根数 Z 中心距 a63mm 80mm 1.28 630mm 3 202.6mmP Z (3.5-11) P 2. k 张紧力: F 500 ( ) q (3.5-12) 轴上载荷: F 2 ZF sin (3.5-13) 端盖用于限制轴承的轴向位移， 用灰铸铁 HT200， B =290Mpa， 度 190 240HB。在端盖与轴承座之间加用垫圈，通过换用不同厚度的垫圈即可调整轴 承在轴承座内的轴向位置。 具体结构参数见零件图。 3.10 机架设计 材料选用灰铸铁 Q235，连接方式采用焊接。 具体结构参数见零件图。设计小结 毕业设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事 职业工作前一个必不少的过程 ”千里之行始于足下” ，通过这次毕业设计，我 深深体会到这句千古名言的真正含义我今天认真的进行毕业设计，学会脚踏实 地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础 说实话，毕业设计真的有点累然而，当我一着手清理自己的设计成果，漫 漫回味这 5 周的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使倦意顿消虽然这是我刚学会走完的第一步，也是人生的一点小小的胜利，然而它令我感到自己成熟的许 多，另我有了一中”春眠不知晓”的感悟 通过毕业设计，使我深深体会到， 干任何事都必须耐心，细致毕业设计过程中，许多计算有时不免令我感到有些 心烦意乱：有 2 次因为不小心我计算出错，只能毫不情意地重来但想到今后自己应当承担的社会责任， 到世界上因为某些细小失误而出现的令世人无比震惊 的事故，我不禁时刻