小麦淀粉生产设备LS40-85型圆锥筛的设计

摘要随着社会的发展和人们生活水平的提高，人们对淀粉的需求量增加，特别是对高质量的淀粉需求。淀粉不仅用于食用，而且一些发达的国家用它来制造各种新型的材料，这也使淀粉工业也得到了迅猛的发展。相对于国外发达国家来说，我们国内的小麦淀粉的生产工艺还非常落后，仍然采用落后的间歇式马丁法，无法满足国内的需求，我国每年仍旧要从国外进口大量的淀粉，为此我做了关于小麦淀粉分离设备的毕业设计。这篇设计说明书中所提到的圆锥筛就是淀粉加工工艺过程中的一个重要的部件。圆锥筛是利用其高速旋转产生离心力，使物料得到分离。本文分几个部分来说明设计过程，包括了电机的选择、带传动的设计、轴的设计、轴承的设计、键的选择和机架的设计，试图通过本次设计，使小麦淀粉的分离机构既简单，又能提高效率，同时还能减少能耗。关键词： 小麦淀粉、圆锥筛、分离机构Along with the societysAbstractdevelopment and the peoples living standardimprovement, the people increase to large demand of the starch ,especially to highgrade starch .The starch not only uses in edible, moreover some developed countrieshave used it make some kinds of new material, this also enable the starch industryalso to obtain the swift and violent development. Isopposite said to the overseasdeveloped country that our domestic wheat starch production craft is also extremelybackward, still used the backward intermittent type-Martin law, was unable to meetthe domestic need, our country still must import massive starches every year from theoverseas , as to that ,I have done my graduation project about the wheat starch splitter.Just as this design- instruction booklet mentioned , the circular cone is a key severedin a starch processing technological process.The circular cone use its high speed to revolve that make the centrifugal force, enablethe material to obtain the separation. This article is divided several parts to show theprocess of design. including the electr ical machinery choice, the belt transmissiondesign, the axis design, the bearing design, the key choice and the rack design,attempted through this design, made the wheat starch the tripper both to be simple,and could enhance the efficiency, meanwhile could reduce the energy consumption.Keywords: wheat starch、circular cone、dissociatingIII1目录概述.12 离心筛设备的国内外状况 22.1 国内状况.22.2 国外状况.22.3 离心筛的应用背景.33 LS40-85 型圆锥筛方案的确定.53.1 工作原理.53.2 拟定方案时要考虑的要求和条件. 54 设计计算部分. 84.1 电机的选择.84.2 V 带传动的设计.84.3 主轴的设计.114.3.1 轴承、轴承座选择.134.3.2 键的选择.134.3.3 轴的受力分析和校核.144.4 轴承的较核.184.5 转鼓的设计.194.6 机架的设计.194.6.1 机架设计的一般要求.19总结.21致谢.23参考文献. 25IV1 概述大哲学家王夫之说过：“知行相资以为用” ，其意思就是说理论和实践必须相结合， “行”与“知”紧密的相连。而这次毕业设计就是为了实现理论知识和实践的相结合。把我们四年来所学到的机械设计和机械制造工艺学的基础知识，材料力学以及粮食机械原理和有关设计专业进行一次综合行的穿插应用。通过这次毕业设计，使我们对所学知识能够系统灵活的运用，提高我们分析问题、解决问题的能力；在漫长的设计过程中，培养起我们认真、严谨的工作作风和吃苦耐劳、一丝不苟的治学态度；通过毕业设计，让自己能更加熟练的掌握如何查阅相关技术资料、文献，学会收集整理第一手比较有价值的资料。为我们即将踏入社会，走相工作岗位奠定基础。这次我毕业设计的题目是 LS40-85 行离心圆锥筛，它是淀粉分离机械中的一个重要组成部分，而且是一个比较新的课题。目前，虽然我国是农业大国，是粮食生产大国，但是由于生产水平相对较低，基础技术的薄弱，造成粮食机械行业距国际先进水平还有较大的差距。只有极少数的公司在生产用于小麦淀粉加工的圆锥筛，大部分是从国外所引进。所以就凸显了这次毕业设计的意义。依据多方面的调研及老师提供的设计背景资料，我们对圆锥筛的工作状况和过程有了感性的认识，基本了解到了它的外形、工作原理和相关的经验参数，为后续的设计奠定了一定的基础。作为一所以粮油食品专业为特色的高校，学校在这次毕业设计中建议我们多搞粮食机械方面的设计，并提供条件使我们有机会到各个相关的大型企业、外资企业去参观调研。在参观调研中，我们才能学习到粮食机械方面的先进知识，才能有机会参加到高水平的设计中去，并在高水平的设计中，一方面可以更加全面地提高我们的科技素质，提高毕业设计的质量；另一方面有可以提高我们学校的科技实力，增强我们学校在各高校的竞争力，同时更加增强了我们学校在特色专业方面的科研实力。通过此次毕业设计，使我们运用基础理论知识和专业知识的能力，分析问题和解决问题的能力有了很大的提高，并且提高了我们在机械产品设计过程、设计方法以及正确编写技术文件的能力，提高了我们的组织能力。V2 离心筛设备的国内外状况2.1 国内状况目前，虽然我国淀粉工业已有很大发展，我国淀粉年产量已达 400 万吨，但我国绝大部分小麦淀粉厂的生产工艺仍旧为落后的间歇式、半机械化、敞开式的传统工艺方法，即间歇式马丁法。目前国内的淀粉厂大致有下列三种类型：一是采用国内先进工艺及先进设备厂，这类工厂投资较多，技术经济指标达到先进水平，经济效益比较好；二是按传统工艺及自制设备或部分采用国产先进设备的厂，此类工厂均为小型企业，投资少，生产水平低，也稍有盈利；三是引进国外生产线的厂，如引进美国、德国、瑞典、荷兰、泰国等国设备或生产线，这类厂家多属国有企业，有的连不必引进的亦引进，有的甚至整条生产线引进，因此，固定资产投资很大，贷款多，利息、折旧负担重，经济效益并不理想，其中有些厂甚至处于长期亏损的状态。2.2 国外状况由于谷朊粉的广泛应用及淀粉用量的增加，使小麦淀粉生产主要集中在澳大利亚、新西兰、美国及欧洲的法国、荷兰、英国等地。其加工工艺及设备代表着当今世界小麦淀粉工业的发展方向。其中美国的淀粉产量居世界首位。CPC公司是世界上最大的淀粉企业，在 40 多个国家拥有淀粉厂。因为美国的糖品消费主要是淀粉糖，加之以淀粉原料制造许多新材料，对淀粉的需求日益增长，所以淀粉工业的发展很快。法国、德国、英国、荷兰等国的淀粉厂一般都有几十种产品，有的甚至有一、二百种产品，如荷兰艾维贝公司生产 200 多种品种。日本的淀粉工业起步较晚，但发展快。目前淀粉年产量已达 200 多万吨，主要品种是马铃薯淀粉。泰国淀粉工业近年发展很快，是后起之秀。目前全国木薯种植面积在 100 万公顷以上，年产鲜木薯 1800-2000 万吨。全国有 50 多家淀粉厂，淀粉年产量达 150-200 万吨，其中有一半出口，主要出口到日本、欧盟、美国、台湾、香港等 50 多个国家和地区，年创汇近 5 亿美元。目前我国也从泰国进口木薯淀粉及木薯干片。泰国木薯淀粉的消费主要是用于加工各类变性淀粉，为造纸、纺织、食品所用，变性淀粉年产量近 50 万吨。由以上可知，我国目前的状况还不是很乐观，只有继续创新才能向世界先进VI水平迈进。2.3 离心筛的应用背景目前谷阮粉的生产方法采用早期的气流干燥法。由于气流干燥使被干燥物料呈单颗粒状态分散于热风气流中，颗粒与热风的接触面积大，因此水分几乎全部以表面蒸发形式被干燥，所用干燥时间很短。在环形干燥管道的两端分别设有粉碎机和惯性分离器(俗称蜗壳)。工艺流程见下图湿面筋经脱水机脱水后，由造粒机将湿面筋制成短圆柱状的颗粒，借助压缩空气将其喷射到干燥管道内。当短圆柱颗粒进入干燥管道内便立即被干燥管道中的干物料所包裹，从而避免了颗粒间的互相粘连。而后被高速旋转的粉碎机打板打碎。并以大约 70m/ s 的速度在干燥管道内运行，颗粒间互相碰撞并被粉碎。当物料运行到惯性分离器(俗称蜗壳) 时，物料被分离成两大部分，一部分是较粗较湿的物料经大蜗壳进入环形干燥管道，再进行干燥和粉碎;另一部分是较细较干的物料则通过小蜗壳进入脉冲布袋除尘器，经过布袋过滤后，物料被收集起来送进双绞龙混合器，经过双绞龙混合器的作用，使一部分物料送到圆筛筛理出成品;另一部分物料汇同筛上物一起被送入环形干燥管道内，以保证干燥管道内有足够的干粉，而过滤后的净化空气则通过高压风机排向大气。湿面筋经过脱水机脱水后，去除掉面筋中所含的游离水分，进入造粒机造粒，将面筋切成小薄片状，再送进混合机中与干粉混合，使其表面粘裹一层干粉。VII从而避免了面筋间的互相粘连。然后进入环形干燥管道内进行干燥。物料运行到粉碎机位置时被高速旋转的粉碎机打板打碎，这时面筋成颗粒状。当物料运行到离心分离器时，被分成两部分;较大的颗粒从分离器的底部卸出，同热气流一起再返回到环形干燥管内进行干燥和粉碎;而细小的粉尘则由分离器的顶部进入脉冲布袋除尘器，经过布袋过滤后将物料送到分配器内，净化后的空气则通过风机排向大气。在分配器中物料分成两部分，一部分进入成品筛经过筛理即为成品。另一部分则汇同筛上物一起被送进混合机与湿面筋混合，以保证湿面筋所需的干粉。VIII3 LS40-85 型圆锥筛方案的确定我设计的圆锥筛大端直径为 850 毫米，转速 800-1000r/min。3.1 工作原理该机的机构由进料机构、洗水机构、筛分机构和机架组成；采用不锈钢材料，使设备不受侵蚀经久耐用。工作时浆料通过均匀机构均匀后进入筛筒底部，筛筒由动力机构驱动高速旋转；受离心力的作用，浆料沿着筛面作圆周运动，并同时向外沿移动；在水洗涤系统的喷淋下。移动过程中，细小的淀粉颗粒透过筛网排出，同时纤维在离心力的作用下连续向转鼓的大端滑动，排出转鼓。其外观大致如下圆锥筛又名离心筛，是利用转鼓转动时产生的离心力使淀粉乳和纤维、麸皮分开，在离心筛的转动下产生离心力，淀粉与麸质的相对密度差增加了几倍，这时分离的速度和质量有很大提高，所以大中型淀粉厂都采用离心分离淀粉与麸质。3.2 拟定方案时要考虑的要求和条件传动机构与执行机构的总体布局、电机和轴的相对位置安排是机构选型和组合安排必须考虑的因素。带轮的张紧要设计合理，而且机架要遵循省材和简易的原则，主要是整体结构的合理紧凑性，标准件的选取要根据设计的尺寸选取。生产谷朊粉一般是把淀粉从小麦淀粉里分离出来。谷朊粉又称活性面筋，是IX从小麦淀粉中提取出来的天然蛋白质，和水既成面筋，含有 70%80%的蛋白质。所谓的活性，有资料解释为小麦淀粉的吸水性和黏弹性的结合，而实际上通常以吸水率来衡量其活性。谷朊粉是一种优良的面团改良剂，广泛用于面包、面条、方便面的生产中，也可用于肉类生产中作为保水剂。目前国内还把谷朊粉作为一种高效的绿色面粉增筋剂，将其用于高筋粉、面包专用粉的生产，添加量不受限制。谷朊粉还是增加食品中植物蛋白含量的有效方法。在小麦谷朊粉的加工过程中，圆锥筛处于中间过程中，前面是滚筒筛，下面是水洗涤从圆锥筛出来的粉浆；在生产的过程中采用多台此种离心筛进行级联，来提高产量。该设备适合于淀粉纤维的筛分，机组具有处理量大、动力小、运行平稳、易于安装等优点，便于实现规模化的淀粉生产。细淀粉乳中所含的淀粉及麸质在相对密度，粒径等方面有很大差别，利用这些差别，采用不同的方法可将其分离。目前蛋白质与淀粉的分离按原理及操作方法不同分为很多中。在我所做的毕业设计中，主要是用离心分离法将淀粉与蛋白质分离，在离心筛的转动下产生离心力，淀粉与麸质的相对密度差增加了几倍，这时分离的速度和质量有很大提高，所以大中型淀粉厂都采用离心分离淀粉与麸质。淀粉离心分离机是一种高速旋转、连续出料的碟片喷嘴类分离机，由于其形状制成圆锥形的分离效果会更好，所以又叫圆锥筛。它主要由转鼓、喷嘴、横轴、传动机构和进出料管构成，转鼓内有一组用不锈钢制成的碟片，碟片间有一小层空间。常用圆锥筛的转鼓的外缘有 8-12 个喷嘴，含有麸质的淀粉乳由圆锥筛上部的进料口送入转鼓，高速旋转的转鼓带动物料旋转产生很大的离心力，在强大的离心力作用下，淀粉、麸质、纤维和脂肪等由于相对密度的差异较大，故所受离心力也不同，从而产生加速或滞后现象。其中相对密度较小的麸质、纤维和脂肪等由于所受浮力大于离心力，在碟片之间的薄层沉降区内沿碟片随水流留在转鼓和筛网中间，由一块斜板向出渣口留去，而密度较大的淀粉颗粒，由于受到较大的离心力的作用，则穿过筛网然后再由出料口流出。不过我国很多中型淀粉加工厂采用全分离机分离流程，即多采用 4-5 台分离机串联的方法，可见谷朊粉加工流程图，并不是只用一台圆锥筛就行的。可看出最左端大圆筒是进料口，小圆筒是进水口，直径分别 D=120 ，X小口直径 d=40 ；进去之后水打到正在告诉旋转的分水盘上，分水盘是由三个叶片组成的，水打上立即分向四周散去，与物料混合，并由于筛鼓的转动的离心力由下端和上端大，中间小形状的喷嘴喷出，粉浆经过筛网后从出浆口流出，而杂质则留在转鼓内经过一个斜板从出渣口滚出；粉浆则流向下一道工序。筛体外壳是一个拱形的钢板，由铰链机构和一个圆的钢板联结，即圆锥筛的门，可以很方便的拉手柄开关筛们来清理或修理筛的内部结构，右端经过把一个刚体焊接到轴上用螺钉把筛体和轴联结起来，周围用四到六个螺钉，用一个大螺母把分水盘固定在轴上即连接筛体由有效的达到筛分效果。总之，该机的机构由进料机构、洗水机构、筛分机构和机架组成；采用不锈钢材料，使设备不受侵蚀经久耐用。工作时浆料通过均匀机构均匀后进入筛筒底部，筛筒由动力机构驱动高速旋转；受离心力的作用，浆料沿着筛面作圆周运动，并同时向外沿移动；在水洗涤系统的喷淋下。移动过程中，细小的淀粉颗粒透过筛网排出，同时纤维在离心力的作用下连续向转鼓的大端滑动，排出转鼓。XI4 设计计算部分4.1 电机的选择电机的种类很多，最常用的是 Y 系列三相异步电机（ZBK2200788） ，是按照国际电工委员会（IEC）标准设计的，具有国际互换行的特点。根据圆锥筛的转速 n=800-1000r/min 和功率 P=18KW，我们选用 Y 系列三相异步电机，在实际工作过程中考虑到其功率损失和传动效率，应该选用功率较大的电机，从参观调研中了解各个类型电机的性价比，我们选择电机型号为：Y180L-4。其相关基本参数如下表：初取圆锥筛的转速 n2=980r/min电机转速 n1=1470r/min 功率 P=22KW.4.4 轴承的较核轴承的选用在以上的说明中已经给出，选用的是带紧定套的圆锥磙子轴承，型号为 22218CK/W33+H318，其基本参数为主要是额定载荷：0r 2每天工作 10 小时，一年工作 300 天，所以轴承的基本额定动载荷可按一下公式进行计算：fn ftXII型号额定功率（KW）满载转速（r/min）额定转矩Nm最大额定矩Nm质量kgY180L-4 22 1470 2.0 2.2 190C =240000N， =322000N，e=0.23,Y =2.5, ，假定轴承的寿命为 3 年，f f fC= PC其中：C基本额定动载荷计算值，N；P当量动载荷，按式 p XFr YFa 计算， Fr 为轴承所受径向载荷，轴向动载荷，X 为径向动载荷系数，Y 为轴向动载荷系数；fh 寿命因数，按表 7-2-8 选取；nfm 力矩载荷因数，力矩较小时 fm =1.5,力矩较大时 f m =2;fd 冲击载荷因数,按表 7-2-10 选取;fT 温度系数,按表 7-2-11 选取;C0r 轴承尺寸及性能表中所列基本额定动载荷;h n m d T =;1.0；因为轴向载荷 Fa =0，即 Fa即 P Y1 Fr/ Fr e ，所以当量动载荷 P X 0 Y1 Fr， P 2.524368 60920 ，C fh fm fd P 1.191.51.2 60920 309228.26 C0r ,所以此轴承选的合适,fn ft 0.366能满足要求。4.5 转鼓的设计转鼓材料选用不锈钢，从而来提高浆料对其的腐蚀。转鼓最主要的设是锥角的设计，它直接影响筛分的效果。锥式离心筛转鼓常用的锥角为 40 600，其锥角增大则生产能力增加，但滤渣太多，无法满足生产要求；锥角过小，物料在转鼓中的停留时间延长，筛分效果提高但生产能力降低。而且锥角过小物料不能自动卸料。所做离心筛的物料为 B 淀粉和纤维的混合物，所以取锥角为 40 。4.6 机架的设计机架的设计主要要保证刚度、强度、及稳定性。其中，刚度是评定大多数机架工作能力的主要准则；强度是定重载机架工作性能的基本准则，机架的强度应根据机器在运转过程中可能发生最大载荷或安全装置所能传递的最大载荷来校XIIIf 速度因数，按表 7-2-9 选取；由表查得 f =1.19, f =0.366, f =1.5, f =1.2（中等冲击）, f00核其静强度，有时还要校核其疲劳强度。机架的强度和刚度都 需要从静态和动态两方面来考虑。动刚度是衡量机架抗振能力的指标，而提高机架的抗振性能应从提高机架的构件的静刚度方面入手，合理设计机架构件的截面形状和尺寸。稳定性是保证机架正常工作的基本条件，必须注意。4.6.1 机架设计的一般要求1） 在满足强度和刚度的前提下，机架的重量应要求轻、成本底；2） 抗振性好；3） 由于内应力及温度变化引起的结构变形应力最小；4） 结构力求便于安装与调整，方便修理和更换零部件；初步确定机架的形状和尺寸，机架的结构形状和尺寸，取决于安装在它们内部与外部的零部件的形状和尺寸，配置情况、安装与拆卸等要求。同时也取决于工艺、所承受的载荷、运动等情况。机架材料的选用主要根据机架的使用要求，多数机架形状较复杂，故一般采用铸造，由于铸铁的铸造性能好，价廉和吸振能力强，所以应用最广。由于本设计是用于淀粉的加工设备中，属于重型机架，而圆锥筛的设备可以从淀粉的加工工艺流程图可以看到，此设备一般会布置到二搂，而不会在底层，这就要求机架的重量轻，所以采用焊接机架，而且焊接机架具有制造周期短、重量轻、成本底且强度和刚度高、施工简便等优点，主要由钢板、型钢或铸钢件等焊接而成。左端架起筛筒那部分采用板焊结构，主要就是钢板拼焊而成，右端机架采用型钢结构，主要由槽钢，角钢，和钢板焊接而成，重量轻，成本底，材料利用充分。焊接时应注意以下几点：1） 材料的可焊性 可焊性差的材料会造成焊接困难，焊缝的可靠性降低 所以本设计考虑到材料的可焊性选用 25 钢；2） 合理布置焊缝 焊缝应位于低应力区，以获得承载能力大，变形小的构件，焊缝布置要尽可能对称和减少焊缝的数量、尺寸，且焊线要短，主要焊线要连续；3） 提高抗振能力 普通钢材的吸振能力低于铸铁，对抗振能力要求高的焊接件应采取抗振措施，可利用钢板间的摩擦力来吸收振动；4） 合理选择截面形状 提高焊接接头抗疲劳能力和抗脆断能力。XIV5） 尽可能选用标准型材、板材，合理确定焊缝尺寸。总 结终于把毕业设计做完了，人也折磨的不成样了。这个学期时间比较短，但是，在吕老师的指导和带领下，经过将近一个学期地调研、查阅资料、定方案、计算、设计，我们终于完成了 LS40-85 型圆锥筛设计的全部过程，自然内心感到无比的激动和成就感。通过这次大学四年的最后一次作业，使我们对以前所学知识进行了一次系统而全面的巩固和复习。在设计中，也遇到了许多设计问题，深深地感到理论联系实践的重要性。搞设计是一项体现一个人全面专业水平的任务，要想搞好设计，就得提高自己的专业水平，提高自己理论联系实际的能力，拓宽知识面，另外，还必须有毅力、耐心，有认真仔细的工作态度，也必须活学活用，不能死搬硬套，钻牛角尖。这次设计，我深深感到知识和能力上的不足，设计是一个学习的过程。通过XV这次设计，我了解到搞设计的过程，并积累了不少的经验和教训，这为即将为以后的学习和走向工作岗位打下基础。总之，在这几个月的时间里，我学习到了很多的知识，同时也感觉到自己的不足之处，相信通过本次的设计所经历的酸甜苦辣会对我以后的工作能有一个帮助，以尽快适应社会的工作，发挥出自己的光和热。从开始的实习和调研到最后的计算和出图，其中的每一步都是至关重要的，它们是设计的一个首要条件，缺一不可。可能是在刚开始的时候没有能够认识到这些过程的重要性，只是了了而过，事后仅仅凭借自己的脑子来回忆当时所看到的是远远不够的，所以说这次的毕业设计给以后的工作打下了很好的基础，这也是大学到社会的一个过渡，相信留下的这些教训和经验会指导我今后的工作怎样才能做的更好。我认为本次毕业设计最重要的是我所学的专业知识能够和实际相结合，四年来，我们已经学习了不少的理论知识，理论联系实际才是最终的目的。本次设计我参考了很多的书籍，对我所学过的专业课程又进行了一次系统的复习，在这几个月的时间里我真正体会到了做一个设计它所要求的知识面是相当的广泛的，在进行计算机绘图时，对于一些结构的画法和运用绘图软件遇到的问题，在经过自己的努力都得到了解决，相信这些问题在以后的工作当中已不是问题了，因为我已经彻底的搞懂了。XVI致 谢在整个设计过程中，首先，我要感谢我的指导老师吕俊智老师，感谢她不厌其烦的指导；其次，我要感谢我的同组同学和一起搞设计的同班同学，感谢他们在这次设计过程中给予的莫大帮助。这次设计的完成是大家共同努力的结果，是集体力量的体现。总的来说，近一个学期的毕业设计使我的知识与实际得到了相互结合的机会，