LS-100型小麦淀粉分离器结构设计[11张CAD图纸、文档所见所得]
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机电工程学院毕业设计说明书目 次1.引言 12.淀粉工业发展趋势83.毕业设计的目的 104.圆锥筛方案论证115.设备概述 146.设计计算 16 6.1电机的选择 16 6.2 V带传动的设计计算 16 6.3主轴的设计 18 6.4轴承的校核 22 6.5筛篮的设计 23 6.6机架的设计 24总结 26致谢 28参考资料及文献 291 引言我国小麦制粉能力之大，小麦制粉企业之多均属世界之最。小麦制粉工业地产品与人民生活息息相关，是一个永不衰败的朝阳工业和生命工业。自改革开放以来，特别是20世纪80年代末到90年代初，我国小麦制粉工业在引进、消化吸收国外先进小麦制粉技术。进入21世纪后，随着我国国民经济的快速发展，人民生活水平的显著提高以及小麦制粉企业经济实力的增强，我国的小麦制粉技术出现了许多新的特点，这些特点主要便现在小麦的清理工艺、制粉工艺、配粉工艺以及小麦粉生产过程的自动控制、节能降耗和新设备等方面。虽然我国是小麦生产大国，小麦年产量一亿吨左右，但是，多年来小麦淀粉的生产没有引起足够的重视，造成这种情况的原因主要有如下几种：（1）小麦一直是人们的口粮，所以我国的小麦加工规模较小、工艺落后；（2）小麦蛋白的黏度较大，烘干困难，不利于工业化生产；（3）由于小麦加工工艺落后，生产过程中的污水不易治理，环境污染严重；（4）占小麦生产成分很大一部分的B淀粉质量较差，只能用饲料，淀粉收率低，无形中造成了资源的浪费。本设备是针对目前国内小麦淀粉和谷朊粉的加工工艺过程，参照国外小麦淀粉的先进生产工艺设备而改进的用来更加快捷方便地加工小麦淀粉和谷朊粉的设备。小麦淀粉在食品、冷饮、轻工、纺织、制药、造纸等行业中有着广泛的应用。1：食品行业。主要应用于火腿肠、粉丝、雪糕、果冻等产品中。以及用于味精、麦精粉、可食性包装膜、水解及发酵工业产品中。2：纺织行业。小麦淀粉特别适合于纤维工业，尤其是织布、浆纱、整理和染色用糊。3：造纸行业。小麦淀粉在造纸行业用量比较大，主要用作湿部的粘结剂、表面涂层、施胶和制造瓦楞纸的粘合剂。4：医药行业。主要用作制片剂、稀释剂等。5：淀粉深加工业。生产糊精、氧化酯、淀粉醚、淀粉糖等产品。6：其他行业。在其他行业可用于制焊条、铸造的砂型、炭精棒成型和干电池等。谷朊粉是从小麦中直接分离出来的高蛋白聚合物，蛋白质含量为7580%，脂肪含量为1.01.25%，吸水率为150200%，吸水后的湿面筋保持了原有的自然活性及天然物理状态，具有粘性、弹性、延伸性、薄膜成型性和吸脂乳化性。谷朊粉是粮食工业、食品工业和饲料工业理想的天然添加剂。广泛应用于生产面包粉、方便面粉、饺子粉、挂面粉等专用粉中，用于改善专用粉的烘焙品质、蒸煮品质、食用品质和营养价值。食品工业用其制成营养、保健、方便于一体的各类食品，如水面筋、油面筋、烤麸、素鸡、罐头、火腿肠等，饲料工业用于生产高档水产品如螃蟹、鳖、对虾等饲料的粘合剂和营养添加剂。不仅提高了饲料的营养价值，还提高了饮料在饲喂中的利用率。总之，谷朊粉在面粉行业、面包行业、冷冻食品行业、肉类食品行业、饲料行业、化学工业等行业中都有着重要的应用。近年来，在国家相关产业政策的带动下，我国小麦淀粉工业得到长足的发展。特别是新的技术、新工艺的引进，使小麦深加工有了技术支撑，一些具有较高开发创新能力，技术先进、规模较大的大中型企业相继投产，小麦副产品得到充分的利用，促进了行业的快速发展。小麦淀粉的工艺技术发展至今，主要加工方法有两大类，一类是以小麦为原料直接进行加工。一类是以小麦淀粉为原料进行加工，而应用于加工淀粉大多为后一类，因此，我们所设计的分离器是主要针对后一类的生产工艺的设备，它也是我国以后小麦淀粉生产工艺改进方向的先进设备。1.1小麦淀粉生产工艺1.1.1马丁法在各地实际应用中，这种加工方法的程序常有改变。面粉和水以2:1的比率放入和面机中，从而得到光滑、均匀、较硬但正无硬块的面团。面粉和水的比率视所用面粉的种类而定。硬质小麦面粉能和成弹性很强的面团，所以要比用软质小麦面粉多使用水；软质小麦面粉和成的面团容易断裂、撕开。和面所用的水须在200C左右，并含有某些矿物盐。用含盐量低的软水和面使面筋变得粘滑。面团在进入洗粉阶段之前应放置一定时间，使面筋饱吸水分，以提高其强度。马丁法（Martin）又叫面团法，在加工中使用的原料是面粉而不是麦粒，加工过程的几个基本步骤组成为和面、清洗淀粉、干燥面筋、淀粉提纯和淀粉干燥1.1.2水力旋流法荷兰的K.S.霍尼公司提出了一种水力旋流法，用于从面粉中提取淀粉和面筋。面糊和循环水放入多段10毫米水力旋流器组。清洗出的A级淀粉与麦麸随最后一段底流排 出。纤维经多级曲筛系统去除，A级淀粉的脱水和干燥前要经三段水力旋流器浓缩成21 Be多段水力旋流系统的溢流液送入三段水力旋流器。溢流液中含有凝块状和最长可过10厘米的线状凝集面筋、B级淀粉和可溶物质。底流中的A级淀粉重返多级清洗系统。面筋采用网眼间隙0.5毫米的滚动式面筋过滤器收集并进行气流干燥。面筋清洗机中部分滤出液再循环至第一道工序，用于将面粉搅成糊状，其余部分经回收B级淀粉后再蒸发。1.1.3面糊法1.1.3.1面筋蛋白在面糊形成中的变化（1）调糊阶段随着水的加入和机械搅拌作用，面粉颗粒在吸水胀润的同时被机械搅拌力打散，面粉中的蛋白质比淀粉颗粒吸水量大而且速度快，体积增大比较多。由于面粉颗粒中的蛋白和淀粉是相互包合的，这就加速了面粉颗粒的崩溃，在面粉颗粒崩溃的过程中，面粉中的可溶性成分溶解，最终面粉与水充分混合形成浓稠的面糊。（2）均质阶段面糊中的淀粉和蛋白质还是相互粘连的，如要使用离心设备分离它们，必须使二者在水中相互游离，使面糊形成比较理想的悬浮液，必须采用专用的均质设备对面糊进行均质。均质过程中蛋白质与淀粉逐渐完全分离，在分离过程中，麦谷蛋白通过分子间二硫键交联形成线状的大分子聚合物；麦胶蛋白通过分子内二硫键、氢键及疏水作用形成球状小分子聚合物。麦谷蛋白聚合物、麦胶蛋白聚合物以氢键、疏水键等非共价键结合形成微纤维束状。均质过程中非面筋蛋白质也形成强度很弱的网状聚合物，在面筋网络形成时进入麦谷蛋白聚合物形成的网络间隙中，它们与面筋网络间存在着弱共价键和疏水作用，比淀粉要难以洗去。（3）面筋网络的形成微纤维束形成初期，内部构象处于高能量状态，非常不稳定，其中的麦谷蛋白聚合物呈无规则弯曲状，线状聚合物之间无规则地相互缠绕，麦胶蛋白聚合物充填其间。这时的微纤维束虽然可以形成非常脆弱的网络，但是难以形成令人满意的面筋网络。1.1.3.2面糊法的工艺特点把面粉调和成非常软的面团，接近糊状，可以提高其耐搅拌时间。改进搅拌方法使用低转速螺杆泵作为淀粉洗涤时的搅拌和输送设备，搅拌对面筋网络的破坏作用大大减小。改进面筋网络的形成，逐渐形成小片状的面筋网络，在开始洗涤淀粉时只是形成了一部分面筋，在以后的洗涤过程中，随着螺杆泵的搅拌和水的不断加入，面筋不断形成，不断被曲筛筛出来。面筋受到的搅拌比较柔和，而且时间可以缩短，这样就可提高湿面筋的质量。目前我国绝大部分小麦淀粉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。间歇式马丁法生产淀粉、谷朊粉工艺有如下特点：工艺设备投资省、上马快、设备操作简单、稳定，以面粉为原料，需要和制粉车间配套建厂，制粉工艺、面粉的面筋含量、灰分、含砂量、淀粉损伤率、蛋白质变性、细菌含量等指标，对生产淀粉、谷朊粉的产品质量影响很大，面筋洗涤、淀粉沉淀不能连续生产，操作强度大，人为影响因素多，采用沉淀池占地面积大，沉淀率底，生产周期长，卫生指标较难保证，水耗大，废水处理困难，干态制粉动耗大，综合生产成本高。所使用的主要设备有间歇式面筋机、分离器、沉淀池、三足式人工上卸料离心机、淀粉气流干燥系统、谷朊粉干燥系统等设备。在这些设备中除纤维分离及干燥设备仍旧被使用外，其余设备均被淘汰。因此在今后的市场竞争中，与先进的工艺相比，无论从技术、质量、价格等方面都无竞争优势。我国小麦淀粉工业要想发展，在激烈的市场竞争中有一定的能力，就必需进行工艺和设备的改造。要进行工艺改造，首先要设计工艺路线，看它是否可行。然后按照工艺路线设计各种类型的设备，而设备的好坏将直接影响工艺的可行性。因此，从某种意义上来说，淀粉工业的现代化将取决于淀粉设备的现代化。针对目前国内淀粉和谷朊粉的生产现状和工艺过程，我们提出了改进方案的指导思想，即立足国内，结合实情，进行工艺设备的改造，将过去的间歇式、半机械化、敞开式的传统工艺方法改为连续式、机械化、管道化的生产工艺，即由间歇式马丁法改进为连续式马丁法，达到生产工艺连续化、管道化、自动化、实现生产的低消耗、低成本、高质量、高收率、实现少投资、低风险、高产出、高效益的目标。具体做法是：在面筋的分离工序，用双轴式自动和面机取代过去的间歇式、手工操作的双Z叶型面筋机；在淀粉的分级、洗涤工序用蝶片式分离机、卧式螺旋沉降式分离机取代过去的沉淀池；在淀粉的脱水工序，用卧式全自动刮刀离心机取代过去的三足式人工上卸料离心机；在纤维分离及干燥工序，仍采用过去的分离器及气流烘干设备。整个工艺可分为5个部分，即面筋分离部分；纤维分离部分；淀粉分级、精制部分；谷朊粉和淀粉的烘干部分。其中，分离器是马丁法中的B淀粉分离工序的重要组成设备。下面我们对面筋分离工序作一简单介绍。面筋分离工序，即是将面粉和水按一定的比例送入双轴式自动和面机中混合搅拌，是物料在机器内既受到轴向挤压力，也受到一定的径向力，经过充分柔和，是面粉中的蛋白质与水均匀接触，并产生水和作用，是其连续输出类似牙膏状的面粉浆。然后再将其送入熟化桶进行熟化，其目的是使面浆中的蛋白质充分水和，并最终形成蛋白质的水化合物-湿面筋。熟化了的面浆再加一定的水稀释，经过搅拌使部分淀粉分离出来；同时面筋类蛋白质聚成丝状小面筋。此时用泵将其输送到分离因数为30004000的卧式螺旋沉降机中进行分离。成熟的面浆在分离中由于淀粉与面筋的沉降速度不同，被分离成两相。淀粉的比重比较大作为浓相从分离机的底流输出；而面筋的比重较小则作为轻相从分离机的溢流输出；它是面筋与小颗粒淀粉的混合物，再经过圆筛冲洗除去淀粉后得到湿面筋；将其送到谷朊粉干燥系统干燥后即得到谷朊粉。 谷朊粉生产工艺如下所示：湿面筋经过脱水机脱水后，去除掉面筋中所含的游离水份，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。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。并以70 m/ s的速度在干燥管道内高速运行，运行中颗粒间互相碰撞，并被粉碎。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，为空气加热器。图1.1 小麦淀粉加工工艺图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，在分离器高速旋转下产生离心力，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。分离器是利用离心惯性力实现物料中固液或液液固三相见的分离。食品工业中应用分离器的场合很多，如制糖工业的砂糖分蜜、制盐工业的晶盐脱卤、淀粉工业的淀粉与蛋白质分离、油脂工业的食油精制，以及啤酒、果汁、饮料的澄清，味精、桔油和酵母分离等，都要使用分离器。在小麦谷朊粉的加工过程中，分离器处于中间过程中，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分离器进行级联，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。分离器是利用筛篮转动时产生的离心力使淀粉乳和纤维、麸皮分开，在分离器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。分离器的工作过程大致如下：该机构由进料机构、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筛篮的大端滑动，排出筛篮。分离器在食品工业中的应用范围对产量增加、提高质量、降低成本和改善卫生条件等方面具有重要的现实意义。2淀粉加工业的发展趋势2.1淀粉加工业的发展趋势（一）面制主食品工业化的的开发快速发展。 “中国面制品”，从其产品和加工制品的特征研究，可分为蒸煮制品（馒头、包子、面条、水饺）、煎炸制品（锅贴、馅饼、油条、麻花）、烘焙制品（烧饼、烙饼、面包、饼干、蛋糕）、冲调食品（炒面、油条、麦片）四大类，中国面制品有其民族特色，加工工艺、花色品种和不同地域品位，面制品业的发展与人们的生活紧密相关。 随着人们生活水平的提高，超市流通冷链设施的建立，使冷藏、冷冻食品有空前的发展，其中就有工业化生产的饺子、馒头、包子等面制食品。但是据相关资料统计，工业化食品在美国和日本的社会消费中分别占92%和82%，而我国仅为18%，可见我国面制食品工业化任务还相当繁重。今后相当长的时间，我国将把食品加工作为食物与营养发展的重点领域，优先支持对主食的加工，加快居民主要制成品食物的发展步伐，重点发展符合营养科学要求的方便食品、速冻食品，优先支持我国传统食品的工业化改造，选择并支持若干种具有市场前景和示范作用的传统食品，提高其科技含量，加快其工业化步伐。 “粮食加工业十二五”规划提出，在小麦主产区的大中城市，以现有骨干企业为依托，大力发展以馒头、水饺和面条等面制主食品的工业化，到2020年，重点投资建设15个日产50t优质面制主食加工基地。以北京、上海、广东、江苏、浙江等主食品重要销售区，大力扶持传统主食品加工企业的发展，满足传统主食品市场消费需求。 淀粉加工业的发展趋势（二）小麦加工副产品的综合利用方兴未艾 我国每年拥有1000万t以上的麸皮和麦胚，资源十分丰富。近几年来，面粉加工企业对麸皮和麦胚进行增值开发，先后开发出小麦麸膳食纤维、小麦麸戊聚糖、小麦胚芽油、小麦胚芽饮料、小麦胚谷胱甘肽等产品，但这些产品大多没有得到市场认可。存在的问题主要有以下几个方面： 小麦麸皮作为膳食纤维源之一，对人体的营养保健作用在众多研究中早已得到肯定。一般情况下，膳食纤维的摄入量不会影响体内的矿物质代谢，但过多摄入膳食纤维会妨碍机会对Fe、Zn等矿物质的吸收。因此，应确定不同人群膳食纤维的科学摄入量，不能片面夸大其功效。小麦麸皮中，可溶性膳食纤维（SDF）偏低，而不溶性膳食纤维(NDF)偏高，两者对人体的功效不同。前者可有效降低血脂、防治动脉硬化和胆结石、清除有害物质等；后者可以预防肥胖症，便秘和结肠癌等。因此，可将小麦麸皮和其他来源的膳食纤维（如大豆、玉米、燕麦等膳食纤维）复配，使SDF与NDF的比例达到最佳值，形成复合膳食纤维（DFC），强化膳食纤维的生理保健功效。 小麦胚芽中各种酶的活力很强，特别是脂肪水解酶、脂肪氧化酶。小麦胚芽从制粉过程中分离出来，脂肪酶就开始将脂肪分解成脂肪酸，从而引起酸败，造成小麦胚芽变质而制约其开发利用，因此提高小麦胚芽储藏稳定性、防止变质是其开发利用的关键。小麦胚芽可以采用焙炒、蒸煮、热风干燥、远红外干燥、微波干燥等方法进行处理，目的是抑制、钝化脂肪酶的活力，降低小麦胚芽酶类复活所需的水分。淀粉加工业的发展趋势（三）淀粉的营养和安全越来越受到重视 随着生活水平的提高，营养和安全越来越受到重视。全麦面粉、无菌面粉、石磨面粉等需求量逐步扩大。面粉中添加剂的使用越来越严格，面粉增白剂的取消，从某种程度反映消费者对绿色、天然面粉的进一步需求。 为了确保粮食加工的主导产品小麦粉和麸皮的营养、卫生和安全，世界上许多发达国家在20世纪70年代就建立起粮食及其制品的营养、卫生和安全标准体系与质量控制体系，对食用小麦的农药残留和重金属含量等都作了严格的规定，对小麦粉及其制品等也有严格的标准，特别对添加剂的安全性极为重视，都必须经FDA批准。发达国家的食品生产企业在食品安全管理上普遍实行“良好作业规程”（GMP）；在食品安全控制上普遍实行“危害分析与关键控制点”（HACCP）体系。品质快速检测技术发展迅速，近红外分析仪、单籽粒硬度分析仪和面粉流变学粉质测定仪，各种烘焙制品的评价方法已走向标准化。 我国近年来对面制食品中添加剂的使用作了严格的规定，同时对小麦中残留农药、真菌毒素等有害物从检测方法、去除工艺等方面都作了大量研究，相信不远的将来，营养、安全、天然的小麦粉及其制品将会进入千家万户。3毕业设计目的 大学四年就要结束，毕业设计是本科生获得学士学位的必要条件。毕业设计它能够综合运用大学间段所学的专业知识，并与实际的生产相结合,只有在实际的设计过程中我们才能真正的体会到一个机械产品在从设计到生产的一系列工作。毕业设计是培养学生综合运用本学科的基本理论、专业知识和基本技能，提高分析与解决实际问题的能力，完成工程师的基本训练和初步培养从事科学研究工作的重要环节。毕业设计能够培养我们的独立工作能力、开发创造能力为主，兼顾所学知识的巩固、应用和扩大了专业知识。毕业设计内容包括工作计划和组织、检索与阅读中外文献资料、调查研究、方案比较选择、设计与计算、综合分析、计算机绘图、方案模拟抽象、总结提高、撰写报告等。通过毕业设计培养学生综合运用所学基础理论、基本知识、基本技能和专业知识，联系生产及科研实际完成某一课题，全面检验学生分析和解决问题的能力，使学生掌握基本方法，受到初步的工程技术训练。是培养大学生的创新能力、实践能力和创业精神的重要实践环节。能够掌握如何针对某一机械设备进行设计，是本次毕业设计的目的。希望能够通过此次的毕业设计能够达到这一点。运用四年来所学的专业知识使之与现实中的设备相结合，也正是我们学习的最终目的。用我们的理论知识在现实中能够有所创新，使中国的制造业更上一步。4 分离器方案论证尽管国外学者对分离器用于小颗粒物料的分离早有研究，国外对于淀粉分离用的多级分离系统的研究也取得了一定的成果.但由于被分离物料的多样性和复杂性，因此在分离器的运动特性、几何特性、动力学特性和物料特性方面具体适用于小麦，淀粉分离的并未有成熟的理论结果，基础研究尚不完善。而国内的研究现状更为落后，截止目前，国内对分离器用于淀粉分离的研究仅涉足玉米淀粉，对用于玉米淀粉分离出蛋白质的分离器作了优化设计，并得到分离性能改良的产品;对用于除去玉米淀粉乳中的蛋白质的九级逆流洗涤系统进行了研究并进行了工业性生产.但在分离器应用于小麦慈淀粉方面的研究工作近乎空白.多级分离器系统设计较为复杂，尚未见到国内有关此项内容研究成果的报导.目前国内的分离系统主要是从俄罗斯和荷兰等国进口，这些进口设备彼此之间在结构、尺寸、数童安装、操作参数以及工艺流程上也存在差异，其原理和规律国内尚无人研究。加之，俄罗斯全分离系统中，各级分离器间并非简单的串联，具有一定的代表性。为了全面了解和剖析小麦淀粉全分离系统中各因素对分离管主要性能的影响，全分离系统中各级分离器的工作状态以及影响系统最终分离效率的因素等方面内容，从而设计出具有自主技术权的小麦淀粉全分离系统装置，以填补我国该领域空白，提高小麦，淀粉加工机械水平，因此本课题的实验研究具有较大的实际意义和研究价值.由上述可知，尽管分离器结构简单、应用面广，但控制其性能的理论仍十分复杂，描述分离过程的数学模型也很不完善，设计时难以准确预测其性能。对于小麦淀粉全分离工作站来说，全分离系统是由十五级并联分离器组以一定的方式串联而成，其工作状况非常复杂。截止目前，国内对分离器用于淀粉分离的研究仅涉足玉米淀粉，对用于玉米淀粉分离出蛋白质的分离器作了优化设计，并得到分离性能改良的产品;对用于除去淀粉乳中的蛋白质的九级逆流洗涤系统进行了研究并进行了工业性生产。但是对于小麦淀粉分离的分离器及全分离系统的研究只有中国农机院的薯类工程中心。而对分离器应用于小麦淀粉分离的单级模型以及全分离网络系统的研究在国内外还属于空白。本文旨在结合生产实践和模拟实验，以相似理论为实验依据，以期建立一组反映分离器分离和操作性能的准数方程，以便分离器的放大和优化设计。该论文的完成将为分离器的优化设计以及放大设计提供理论依据和指导。从小麦中提取淀粉，过去是采用发酵法，即将小麦加水浸软、磨碎后，进行加酸发酵，使包围在淀粉颗粒周围的细胞被溶解而淀粉易于分离。但该法面筋的损失较多，而且淀粉中蛋白质不易去尽，影响淀粉质量，目前已被马廷法所代替。上述小麦淀粉的提取方法是属于分段处理，不能连续操作。国外曾报道过连续式制法，工序基本上相同，只是需采用连续设备组合起来进行生产。近年来，还有以小麦为原料生产淀粉的阿耳塞廷法。该法生产原理与玉米淀粉生产工艺相同。小麦淀粉颗粒的特点是颗粒的双峰值，即小麦淀粉的颗粒度分布在两个范围，即通常称为A淀粉B淀粉。正是由于小麦淀粉的这种特殊性，使得小麦淀的加工和纯化技术相对复杂，在加工工艺中必须注意到两个问题，其一是蛋白质的吸水膨胀特性，在机械力的作用下形成粘性很大的面筋质，第二是由于小麦淀粉中存在两种颗粒形状的淀粉微粒，而且其物理 性质差别很大。采用小麦淀粉 ，淀粉的收率约为62%，谷朊粉的回收率可达到11.5%左右，设计分离器对淀粉颗粒进行分离时，这些都是必须要考虑的因素。分离器的机构由进料机构、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筛篮的大端滑动，排出筛篮。分离器的锥型筛篮的锥角对分离器的性能影响是很大的。锥角增大则生产能力增加，但滤渣含湿量也增高。锥角过大，滤渣太湿，无法满足生产要求；锥角过小，物料在筛篮中的停留时间延长，滤渣干燥程度提高，但生产能力降低；锥角过小，物料停滞在筛篮上，不能自动卸料。所以，必须根据淀粉颗粒的特性，正确设计合理的筛篮锥角，在这里根据经验选用筛篮的锥角是40度。装置中动力机构的选择必须合理，因为分离器主要是靠强大的离心力将不同淀粉颗粒分离开，所以电机的转速一般要求很高。选择电动机的转速还应该考虑谷朊粉的产量，确定分离器筛篮的转速进而选择合适的电机类型及电机转速。圆锥筛的传动装置采用带传动，它能缓和载荷冲击，运行平稳无噪声，制造精度相对来说不是很严格。轴的设计也很重要，考虑到筛篮的高速旋转，轴必须具有它的振动稳定性。在设计时，除应按工作能力准则进行设计计算或校核计算外，在结构设计 上还必须满足其他一系列的要求，例如：轴的轴向固定和周向固定；轴的加工、热处理、装配、检验、维修等都应有良好的工艺。支撑轴颈部位的轴承也是设计中需要重点考虑的。圆锥筛的筛篮作高速旋转，同时引起径向冲击力和轴向冲击力，根据轴承承受载荷能力的特点，选择能同时承受径向和轴向载荷的滚动轴承。其次，圆锥筛的目的是筛分不同颗粒的淀粉，一些淀粉颗粒要穿过筛孔，筛孔很容易被堵塞，因此圆锥筛的清洗机构也是设计中需要考虑到的关键问题。还有筛体的支撑，考虑到离心力所引起的强大的惯性冲击力，筛体的支撑机构必须具有足够的强度而且能起到缓冲的作用。动力机构与执行机构的总体布局必须合理，不仅考虑传递动力时的方便性和可行性，还要考虑整体结构的合理性，使整体看起来紧凑大方。电动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。机架起着支撑轴系、保证传动件和轴系正常运转的重要作用，因此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。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，并不是只用一台分离器就行的。分离器的设备一般会布置在二楼，而不会在底层，这就要求机架的重量轻，所以机架的制造方法不能采用铸造，虽然精度要求不高，因而采用焊接机架，它主要由钢板、型钢或铸钢件等焊接而成，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，在很多机器外壳的制造生产中都广泛使用。5 设备概述在小麦谷淀粉的加工过程中，分离器的筛蓝用来处理B淀粉和纤维的分离，该机由进料机构、洗水机构、筛分机构和机架组成。在实际生产的过程中常采用多台此种分离器进行级联，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。由图中可看出最左端大圆筒是进料口，小圆筒是进水口，直径分别r=500，小口直径r=16。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，上道工序的进入本道工序的物料以一定的速度从进料管进入打到高速旋转的分料叶轮上。在叶轮的外部有一个分水盘，悬浊液打到叶轮上通过叶轮的分散是物料沿着分水盘的内壁向外散去，使物料均匀的分布到筛篮上；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；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筛篮的大端滑动，排出筛篮。清洗筒在一定间隔时间内 向筛面放出高压水来清洗筛面，从而提高了筛面的利用率。 筛体主体部分采用不锈钢材料提高了耐腐蚀性，其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，用一个大螺母把叶轮固定在轴上。图5.2 分离器示意图图中：1.进水管；2.机壳；3.筛篮；4.进料管；5.叶轮；6.左轴承；7轴；8.右轴承；9.带轮；10电机；11.张紧机构；12机架；13纤维出口；14.淀粉乳液出口。6 设计计算6.1电动机的选择电机的种类很多，一般最常用的是Y系列三相异步电机，是按照国际电工委员会标准设计的，具有国际互换性的特点，根据要求1000r/min 和 P=5.5KW 选Y系列三相异步电机 所以选定电机为Y123S-4 P=5.5KW n=1440r/min电机的基本参数如下: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kgY132S-45.514402.22.3686.1.1 Y132S-4电动机主要参数技术表初定分离器的转速为1000r/min6.2 V带传动的设计计算设计项目公式及参数结论计算功率Pc/KWPc=KA*P7.15选择带型根据 Pc及 n1由图表11.2-6选取A型小带轮基准直径 d1有表11-2选取140大带轮基准直径d2dd2=dd1 *n1 /n2200带速V/m/s10.5实际传动比ii=dd2/dd11.4初定中心距a0a0 =（0.72)*(dd1 +dd2 )400带的基准长度LdLc=1336计算中心距aa=a0 +（Ld-Lc）/2450小带轮包角156单根带基本额定功率P0由表11.2-5选取2.28单根带许用功率P02.29V带根数zZPC /P04单根v带初拉力F0125轴上的压力FQ1175 表6.2.1V型带的计算和选择带型节宽顶宽高度楔角单位长度质量A12.0138320.10表6.2.2带的结构和尺寸设计带轮时，应使其结构便于制造，质量分布均匀，重量轻，并避免由于铸造产生过大的内应力。以小带轮为准来确定两个带轮的尺寸，由Y132S-4可知，其轴伸直径d=38mm，长度l=65mm,故小带轮的尺寸应取孔径为38mm，毂长应不大于100mm.实心式：带轮基准直径小于3d(d为轴的直径)时；腹板式：带轮基准直径小于300350mm时；轮辐式：带轮基准直径大于300350mm时。故带轮结构为腹板式。6.3 主轴的设计由于分离器主轴主要受弯矩和扭矩的作用，所以按照弯扭合成作用初步估算轴径。1）、初步估算轴径：选择轴的材料为45钢经调质处理，由手册查得材料力学性能数据为： 45钢力学性能数据表毛坯材料硬度(HB)抗拉强度b MPa 屈服点sMPa弯曲疲劳强度-1MPa扭转疲劳强-1MPa=200217-255650360270155表6.3.1E=2.15x10e5Mpa由公式由于该分离器的主轴同时受转距和弯矩的作用，按扭转强度计算，对于45钢，计算后最小轴径；考虑到轴上有键槽加大1%5%，且轴端留有螺钉孔,考虑到轴上零件的固定，轴的结构如下图图6.3.2 轴结构示意图轴承、紧定套、轴承座和键的选择：由于分离器筛篮为锥型，对同轴的同轴度要求比较高，而带紧定套的调心滚子轴承轴和外壳的轴向位移限制在轴向游隙范围内，调心性好，能补偿同轴度误差，其主要承受径向载荷，也能承受对与任何一方向的轴向载荷，所以选用（双列向心）圆锥磙子轴承，有双内圈，并是可分离的轴承，根据d=65mm,由参考资料带紧定套的调心滚子轴承（GB/T288-1994），选用22215CK/W33轴承，其基本额定载荷为，, 根据轴承选用配套的轴承座，参考资料适用圆锥孔的异径孔滚动轴承座(GB/T7813-1998) SN型轴承座，可选用SN515型的轴承座。键的选择，键联结是通过键实现轴和轴上零件的周向固定以传递运动和转矩。其中有些类型也可以实现轴向固定和传递轴向力，有些类型并能实现轴向动联结，由于在圆锥筛的轴上主要通过键来实现传递转矩和轴向固定所以，只需选用较常见的普通平键，键的类型可根据使用要求、工作条件和联结的结构特点选定，键的长度根据轴毂的长度从标准中选取，键的bh根据轴径来确定。轴和小带轮的联结，d=38mm, 参考资料(GB/T1096-1979)选用A型键长取18mm，轴和大带轮的联结，d=45mm选C型键长取63mm,锥轴部分的由(GB/T1099-2003)键槽取半圆型键和螺纹轴段旁边的键长取40mm.2）、轴的受力分析和校核轴的受力为锥端受锥型的筛篮的重力作用和扭转作用、中间受两个轴承的支撑作用，右端受带轮的对其的作用力。轴径是按扭转强度初步设计的，所以要校核轴的弯曲强度，轴的强度校核也就是找出危险截面，看危险截面是否满足轴径条件，如果危险截面满 足，那么别的轴径肯定满足；根据轴的实际尺寸，承受的弯矩、扭矩图考虑应力集中，表面状态，尺寸影响等因素，及轴材料的疲劳极限，计算危险截面的情况是否满足条件。我所校核的轴是根据许用弯曲应力校核的，即由弯矩产生的弯曲应力不超过许用弯曲应力，一般计算顺序是先画出轴的空间受力图，将轴上作用力分解为水平面受力图和垂直面受力图，并求出水平面上和垂直面上的支承点反作用力。然后作出水平面上的弯矩和垂直面上的弯矩图，作出合成弯矩图和转矩图应用公式绘出当量弯矩图，式中是根据转矩性质而定的应力校正系数。对于不变的转矩，取；对于脉动的转矩，取；对于对称循环的转矩取。是材料在对称循环应力状态下的许用弯曲应力；是材料在静应力状态下的许用弯曲应力；是材料在脉动循环应力状态下的许用弯曲应力；在锥式分离器的设计过程中，轴的材料为45#钢，其基本参数为，；应满足 下列条件： 或 W为轴的抗弯截面系数；轴上作用力的具体分析：轴传递的扭矩：T1轴传递的转矩(N.mm)P轴传递的额定功率(kW)n轴的转速（n/min）锥型筛篮的体积：H圆锥型筛篮大端到锥顶的高度（mm）; h圆锥型筛篮小端到锥顶的高度（mm）;大端内圆直径（mm）小端外圆直径（mm）筛篮的重心位置距离大端 =214.56mm筛篮的质量m1=28.7Kg大带轮的质量m2 =32.6Kg轴的受力，轴左端是锥筛对轴的力也就是锥筛的重力；右端是带轮对轴的压力具体受力情况如下图：带轮对轴的压力 =890N；6.3.3轴的受力示意图 所以; 根据轴上受力和弯矩平衡，可得： 所以，由以上两个式子可得：那么轴所受的弯矩图则如下：6.3.4 轴的弯矩示意图可知轴的危险截面在左边轴承支撑处，根据轴的弯曲强度校核条件，或者结论：根据校核，截面足够安全，其他截面也是安全的.6.4 轴承的校核所选轴承型号为：22211CK/W33+H315其计算系数e=0.24,=2.8,=4.2,=2.8,基本额定载荷=102kN,=125kN,采用脂润滑其极限转速为2400r/min.滚动轴承预期使用寿命的推荐值：每天工作8小时的机械，满载荷使用，如机床、木材加工机械、工程机械、印刷机械、分离机、离心机等机械的预期使用寿命为2000030000。本次离心机的使用寿命为25000h.基本额定动载荷可按以下式子计算： C=其中：C基本额定动载荷计算值，N；P当量动载荷，按式计算，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； 寿命因数，按表7-2-8选取； 速度因数，按表7-2-9选取； 力矩载荷因数，力矩较小时=1.5,力矩较大时=2; 冲击载荷因数,按表7-2-10选取; 温度系数,按表7-2-11选取;轴承尺寸及性能表中所列基本额定动载荷;由表查得=1.25,=0.355,=1.5,=1.5（中等冲击）,=1.0；因为轴向载荷=0，即，所以当量动载荷即，为了计算轴承寿命时在相同条件下比较，需要讲实际工作载荷转化为当量动载荷作用下，轴承受命与实际联合载荷下轴承寿命 =125KN ,所以此轴承选的合适,能满足要求。6.5 筛篮的设计筛篮材料选用不锈钢，来降低高浆料对其的腐蚀。筛篮最主要的设计是锥角的设计，它直接影响筛分的效果。锥式分离器筛篮常用的锥角为，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，物料在筛篮中的停留时间延长，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。所做分离器的物料为B淀粉和纤维的混合物，所以取锥角为。筛篮壁厚的确定：该筛篮为过滤筛篮（周壁开孔，有筛网），放入物料进行工作时，筛篮壁内的应力才是鼓壁、筛网和物料质量三者引起的应力之和。圆锥型筛篮其径向和周向的最大应力均在圆锥的大口，因此强度较核圆锥大口处的转壁应力。大口处的径向总应力和周向应力分别为 Pa= 当并令上式变为： Pa由第三强度理论壁厚 Sm带入所有的系数取S=3mm6.6 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。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、成本低；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Q235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；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。总结大学最后阶段最重要的毕业设计终于结束了，将近一个学期，自己付出的努力，体现在几张薄薄的图纸上。从老师给我们一个完全陌生课题，到自己动手把它设计出来，这几个月的时间，我感觉到从未有过的充实。想想课题刚定下来的时候，除了陌生还是陌生，将担心说给老师听，他安慰我们别担心，只要认真着手去做，一切问题都会解决的。于是着手去做，调研、查阅资料、定方案、计算、设计，在整个过程中，一个一个的问题接踵而至，查资料，通过借书，网上查阅，听老师讲解等各种方式，一个一个的问题最后都得到了我自认为完美的解决。终于，随着时间的推移，我的设计也渐渐地接近尾声。回想起这几个月来自己所做的一切，结果不仅仅是这几张图纸所能反映的。通过独立完成一台机械设备的设计，使我掌握了产品设计和创新的基本方法，也懂得了机械设计的过程，增强了自己的设计能力。调研也使我大大地开阔了眼界，增长了知识和能力，也看到了目前国内外粮食机械行业的差别，也使我增加了对粮油机械的兴趣。我们学校是一个以粮食行业为特色的高等院校。通过这次的毕业设计，使我了解到我国在淀粉的生产技术和设备是比较落后的，与国外相比有很大的差距。只靠从国外引进技术和设备是不合理的，（1）、我国的国力不允许；（2）、引进的技术不能很好的消化和吸收，这对提高我国在此方面的水平是不利的。面对我国现在的状况使得我们要努力的完成这次毕业设计，并在以后的工作中为提高我国机械制造业水平而努力。在此次设计的过程中，很多料想不到的问题一个一个都要认真地解决。有的学过的知识也忘地差不多了，于是再一遍一遍地翻书，一遍一遍地复习已经学过的内容。于是大学四年所学的东西，便得到了系统的梳理。自己所学到的知识是远远大于这几张图纸所反映的内容，比如说，在设计过程中所接触到的相关知识并不能够完全反映出来，在设计的过程中真正体会到了作为一名设计者的伟大与不易。也增加了自己的自信，通过这次设计我明白了，只要自己去做，去钻研，没有什么解决不了的问题。这大学四年的最后的一次也是最重要的一次作业，使我对以前所学过知识进行了一次系统而全面的巩固和复习。以前有一种想法，觉得在大学里面学的知识太理论了，简直就是虚的，没有什么实际的价值，但是在开始做这个设计的时候，我就意识到自己这种想法是完全错误的。设计中遇到大多数的问题都是我们学的，但是，自己还是不懂。不是忘了，就是当时学的时候没搞懂。于是就后悔没有在大一大二把基础打扎实。不过，幸亏是这次的毕业设计让我意识到了这么多的问题，也及时得到了解决，没有把那些问题带到我以后的工作中去。在设计中，也遇到了许多设计方面问题，这些问题对我来说相对较难，因为自己从来没有独立的做过一次真正的设计，我深深地感
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