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卧式双螺旋混合机的设计赵珠 （塔里木大学机械电气化工程学院， 新疆 阿拉尔 843300）收稿日期：2016-06-06作者简介：赵珠（1993-），女，汉族，学生，本科，研究方向为卧式双螺旋混合机。E-mail:1498270068 Tel：18911724251摘要： 搅拌设备使用历史悠久，大量应用于化工、石化、轻工、医药、食品、采矿、冶金等行业中。搅拌设备可以从各种不同角度进行分类，如按照搅拌装置的安装形式简单的可分为立式和卧式，其中卧式是指搅拌容器轴线与混合机回转轴线都处于水平位置。卧式混合机的基本结构、基本尺寸进行了详细设计，并利用SOLIDWORKS对混合机结构进行三维建模，以便更直观地展现设计思想和进行结构分析；并对设计零件进行了分析校核，保证混合机的可靠运行。关键词：卧式；混合机；混合；食品工业中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：0 引言理论上把任何状态（固态、液态、气态和半液态）下物料均匀掺和在一起的操作称为混合，但习惯上常把固态物料之间掺和或者固态物料加湿的操作称为混合；而把固态、液态或气态物料与液态物料混合的操作称为搅拌1。搅拌与混合操作是应用最广的过程操作之一，大量应用于化工、石化、轻工、医药、食品、采矿、造纸、农药、涂料、冶金、废水处理等行业中。近年来，搅拌与混合技术发展很快、搅拌与混合设备向着大型化、标准化、高效节能化、机电一体化、智能化和特殊化方向发展。在这种形式下，技术人员如何借鉴已有经验，掌握新的变化情况，正确设计与选用不同工艺条件下操作的搅拌与混合设备，使其满足安全、可靠、高效和节能的要求，就变得十分重要了。搅拌混合设备是各种工业反应不可或缺的重要机械。然而，由于搅拌目的多样性和混合反应的复杂性，当前，搅拌混合技术还存在着一些问题。例如搅拌效率低，功耗大，铸造成本高，在自动化选型和设计问题上，长期以来一直依靠专家根据经验知识人工完成，智能化水平不高，设计周期较长，资金和人力物力消耗巨大等。因此研制新型搅拌装置和采用先进流场测量技术一直是搅拌过程所研究的主要课题。在食品工业中，混合是指两种或两种以上不同物料互相混合，成分浓度达到一定程度均匀性的单元操作2。混合机应用于谷物混合、粉料混合、面粉中加辅料与添加剂、干制食品中加添加剂与调味粉及速溶饮品的制造等操作中，目的是使两种或两种以上的粉料颗粒通过流动作用，成为组分浓度均匀的混合物。近年来，随着科学技术的发展和相关理论的完善进一步成熟，混合机的设计和制造获得了飞速发展。但是，它也面临着必需满足合理利用资源、节能降耗和对环境保护要求的严峻挑战。混合机在服从装置规模经济化和品种多样化的同时，正日趋大型化。基于节能要求，开发出变频调速电机、小剪切阻力桨叶、以新型密封代替机械密封和填料密封，以磁力驱动代替机械驱动。基于降低产品总体成本、减少维修保养成本和提高设备品均维修间隔时间的要求，大大提高设备运行寿命。基于满足卫生和降低清洗和杀菌成本的要求，实现CIP（就地清洗）和SIP（就地杀菌），提高自动化水平，避免人与产品接触，减少人工操作和待机时间，大大提高产品卫生水平。这些都是现代新型搅拌装置的研究方向，其中有许多方面已经取得丰硕成果，有些方面还在进一步研究当中3。传统的混合机密封装置基本有四种，填料密封、机械密封、液压密封和唇状密封。前两种密封同泵的密封类似。液压密封最简单，在混合机中用得最少。唇状密封只适用于低压、防尘、防蒸汽的密封，这种密封，结构也很少采用，最常用的密封是前两种。其中机械密封成本较高，但泄漏率低，维修频度是填料密封的二分之一到四分之一。磁力驱动混合机的特点是以静密封结构取代动密封，混合机与电极传动之间采用磁力偶合器联结，不存在接触传递力矩，能彻底解决机械密封与填料密封的泄漏问题。在国内威海自控反应釜公司、开原化工机械磁力反应釜厂、温州中伟的磁密封设备厂等均生产磁力混合机。国外的瑞典NA型磁力搅拌反应釜，混合机安装在反应釜底部，混合机与釜底齐平，易于拆卸，可靠、耐用和便于维修。磁力混合机的缺点是对于一些粘稠液体或有大量固体参加或生成的反应尚不能顺利使用，此时必须使用机械混合机作为驱动能源。1 卧式混合机的总体设计及结构1.1 卧式混合机总体结构方案卧式混合机的搅拌容器轴线与混合机回转轴线都处于水平位置；其结构简单，造价低廉，卸料、清洗、维修方便，可与其他设备配合完成连续生产，但占地面积一般较大。这类机器生产能力（一次调粉容量）范围大，通常在25400kg/次左右。它是国内大量生产各种面食制品的各食品厂应用最广泛的一种加工设备。所以在食品加工中，如面包，饼干，糕点及一些饮食行业的面食生产中均得到了广泛应用。1.2 传动方式确定（1）搅拌机形式选择，本设计要求卧式搅拌，考虑搅拌形式与目的，采用容器固定式卧式搅拌机。（2）传动方案确定，因对搅拌速度要求不高，市场上已有的成熟产品搅拌速度约为3060r/min，过高的转速并不会产生良好的搅拌效果，相反还会造成能量的浪费。但是虽然转速低，启动转矩却很大，选用符合启动要求的电机，电机转速约2000r/min，因此传动系统要采用较大减速比，考虑机器尺寸和振动噪声要求，采用带传动和齿轮传动组合机构。初步设定的减速机构示意图如图1-1所示。1-小带轮 2-大带轮 3-搅拌轴 4-大齿轮 5小齿轮 6电机 图1-1 传动系统机构简图1.3 基本尺寸的确定本设计为小型搅拌机，根据其工作容量和操作人员的最佳操作位置，搅拌机的外形尺寸为mm，其中搅拌轴轴线高度600mm，搅拌容器下半部分为直径500mm的半圆筒，上半部分为mm的长方体，筒壁厚8mm，混合机叶片边缘与筒壁间隙2mm，为了实现更好的搅拌效果，采用双螺带式混合机，搅拌轴直径30mm，长1000mm，大螺带直径480mm，带宽40mm，小螺带直径240mm，带宽30mm。还有设定进料方式和出料方式，容器桶上部设盖子装填物料，下部开口卸放物料，有了以上尺寸设定，合理布局电动机的位置，传动装置的布局，完成总体结构方案的设计，绘制机构简图。总体机构简图如图1-2所示。1-主电机 2-小带轮 3-大带轮 4-齿轮5-搅拌容器 图1-2 总体机构简图1.4 本章小结本章通过分析研究食品工业机械的设计制造要求，确定了用于面粉搅拌的卧式混合机基本结构方案和基本结构尺寸，并对卧式混合机的部分工作参数进行了设定，为下一步的详细计算做好了准备。2 关键部件设计2.1 搅拌机构的设计至今对混合机的研究还不够，因而混合机的设计工作均带有一定的经验性，从已有的产品选用或适当改进。混合机的选用设计应从以下几方面考虑：有类似应用，而且搅拌效果较满意的可以选用相同混合机；生产过程对搅拌有严格要求又无类似混合机型式可以参考时，则应对工艺、设备、搅拌要求、经济性等作全面评价，找出操作的主要控制因素，选择合适的混合机型式；生产规模较大或新开发的搅拌设备，需进行一定的试验研究，寻求最佳的混合机型式、尺寸及操作条件，并经中试后才能应用于工业装置中8。为了获得较好的混合效果，本设计采用了双螺带式混合机，因为此种混合机有较好的循环性能，使得整个容器内的混合效果比较好9。搅拌桨的大螺带桨叶半径240mm，小螺带桨叶半径120mm，桨叶倾角27.36，螺距240mm4，结构设计如下图1-3所示。 图1-3 双螺带式搅拌桨结构中间的轴铸造，轴上的支撑架焊接上去，螺带为不锈钢板弯曲后焊接到支架上，焊接后对接缝处进行处理，使表面尽可能光滑5。2.2 搅拌容器的结构设计搅拌容器作用是为物料搅拌提供合适的空间，搅拌容器的几何尺寸主要指容器的容积V，筒体的高度H、内径D，以及壁厚等。前面在设定工作参数时已经初步确定了容器的容积，在这里以前面的设定为基础进行详细的设计，由于搅拌桨运转起来是一个圆柱形的工作空间，而且为了达到较好的搅拌效果，桨片与容器壁之间的距离又不能太大，一般是在25mm之间，本设计属于中小型机械，取用2mm的间隙，容器底部因此大致为一个半圆柱形状；为了装料方便，容器上面采用揭盖式结构；为了出料方便省力，在容器底部设置出料口；为了减轻容器的重量同时还要保证必要的强度，取用10mm的壁厚6；容器采用铸造的制造方式，最后表面镀上防腐金属材料7。3 结论本课题结合目前国内外卧式混合机的研究现状和发展方向，具体阐述了一种用于食品加工产业的卧式混合机的设计和开发过程。本文主要完成的工作如下：1卧式混合机总体结构方案的确定。分析了卧式混合机的特点，确定了设计的基本结构，并根据工作参数确定一些必要的设计基本尺寸。2驱动元件的选择。通过计算选出满足混合机使用要求的交流异步电动机，并详细列出其技术参数。3主传动系统的详细设计。对混合机主运动进行分析计算，设计主传动系统的各个零件，并利用SOLIDWORKS进行三维建模。4混合机其他重要零部件的详细设计，如机架和外壳等，确定零件结构，绘制零件图和装配图，并利用SOLIDWORKS进行三维建模。5零件的强度和刚度计算与校核。对各个已设计零件进行强度和刚度计算，确保满足使用要求，使混合机具有足够的可靠性。参考文献：1 陈志平，章序文，林兴华.搅拌与混合设备设计选用手册M .北京:化学工业出版社，工业装备与信息工程出版社，2004:383.2 许学勤，王海鸥.食品工厂机械与设备M .北京:中国轻工业出版社，2008:164-181.3 韩丹，李龙，程云山，徐峰.现代搅拌技术的研究进展J .OODMACHEINEY，2004，20(4A):31-34.4 陈登丰.混合机和搅拌容器的发展J .压力容器，2008，25(2A):33-46.5 成大先.机械设计手册常用