《單軸面筋脫水機設計報告（論文）》

單軸面筋脫水機設計TOC\o"1-3"\h\u229641、前言 IV單軸面筋脫水機設計1引言小麥淀粉生產(chǎn)過程中，面筋淀粉分離器是關鍵設備。根據(jù)面筋淀粉分離設備的不同形式，將淀粉工藝分為馬丁法，水旋流法等.根據(jù)物料進入分離段的不同形式，可分為面團法等。我國小麥淀粉生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化始于20世紀30年代至40年代，繁榮于20世紀80年代至90年代。隨著工業(yè)乙醇的興起，小麥淀粉工業(yè)得到了前所未有的發(fā)展。然而，小麥淀粉加工設備，特別是面筋淀粉分離設備的發(fā)展落后于小麥淀粉生產(chǎn)的實際需求。自20世紀80年代以來，中國先后在上海和新疆引進了一些國外小麥淀粉生產(chǎn)線，但由于能耗高、工藝復雜，大多陷入困境。近年來，關于面筋淀粉分離器和小麥淀粉生產(chǎn)技術的技術研究得到了廣泛的重視。2、單軸面筋脫水機結(jié)構(gòu)設計2.1單軸面筋脫水機的工作原理單軸面筋脫水機是利用螺旋軸在固定的圓筒形濾鼓（斜槽）內(nèi)旋轉(zhuǎn)，使?jié)衩娼钤跒V鼓內(nèi)軸向推進中受擠壓而脫水、濃縮。螺旋軸是脫水環(huán)節(jié)中主要的工作機構(gòu)，設計計算時，確定螺旋葉片大徑與軸徑、壓縮比、螺距等系列參數(shù)，最后還要進行部分危險截面與構(gòu)件的受力分析和強度校核。起先濕面筋從進料口以一定的供料量由泵打入，到達機內(nèi)的濾鼓和螺旋軸之間的間隙處，然后濕面筋被輸送段強行推進到壓縮段，壓縮段的長度較長，該截面設計為固定外徑，變螺距的結(jié)構(gòu)，因此壓縮截面起到輸送和壓縮脫水材料的作用。物料再向前進入出料段，物料在出料段進一步受到均勻壓縮，最后將料定壓、定量地由出口擠出。出料段由裝料小車在下方接脫水后的面筋，由人工或自動感應重量裝置進行自動裝料并在控制程序的作用下，實現(xiàn)裝料，位移，卸料的循環(huán)過程。2.2面筋脫水機的類型面筋脫水機根據(jù)螺旋軸的有無可以分為有軸螺旋脫水機和無軸螺旋脫水機兩種。有軸螺旋脫水機由U型斜槽，蓋板，螺旋桿，進、出料口以及驅(qū)動裝置六大塊組成。無軸螺旋脫水機與傳統(tǒng)有軸螺旋脫水機相比，轉(zhuǎn)距大，能耗低，排料口不堵塞，環(huán)保性能好。通常，我們所說的面筋脫水機都是指有軸的脫水機。而根據(jù)其輸送擠壓物料安裝形式的不同，又可以分為傾斜式圖2.1、垂直式圖2.2和水平式圖2.3三種類型。圖2.1傾斜式圖2.2垂直式圖2.3水平式其中，傾斜式脫水機由于面筋與水的分離部分設計需要嚴格的密封性，且由于對稱性較差，在實際中很少采用。本論文設計的單軸面筋脫水機屬于水平式的脫水機，常被稱作臥式或普通的脫水機，其傾角為0°，它是最具代表性的一種脫水機，其結(jié)構(gòu)也是所有螺旋輸送機結(jié)構(gòu)的基礎，這種形式不僅加工方便，還能使螺旋面具有一定的光潔度。單軸面筋脫水機比只收斂螺距更有優(yōu)勢，本文的設計采用了這種螺旋。2.3單軸面筋脫水機的結(jié)構(gòu)簡圖單軸面筋脫水機由脫水環(huán)節(jié)、支承環(huán)節(jié)、驅(qū)動環(huán)節(jié)和減速環(huán)節(jié)這四個大環(huán)節(jié)組成，其中脫水環(huán)節(jié)是整個設計的重點。由于對于機械，簡單實用是它的優(yōu)點，而且越簡單，出錯的可能性就越小，故本次單軸面筋脫水機的結(jié)構(gòu)簡圖如圖2.4所示：圖2.4單軸面筋脫水機的結(jié)構(gòu)簡圖3、單軸面筋脫水機脫水環(huán)節(jié)設計3.1螺旋葉片參數(shù)的確定3.1.1螺旋葉片選型脫水機絞龍部分的螺旋是輸送與擠壓共有的基本構(gòu)件。其分類與選用如表3.1：表3-1-1螺旋葉片分類按旋向右旋(普通的形式)左旋按線型單線雙線三線等實際生產(chǎn)中一般較常使用較少使用，只在卸車機中用。按輸送擠壓物料的種類實體帶式葉片式齒形用于粉狀材料或流動性好的干燥小顆粒材料用于塊狀或粘性物料用于可壓縮材料而對于擠壓面筋，最常用的是實體式的螺旋葉片，其又被稱作全葉式的螺旋。這里設計的絞龍螺旋部分，便采用實體式。3.1.2螺旋葉片直徑的確定由于，濕面筋具有一定的粘性，所以其螺旋直徑可初步按下式計算：（3.1）式中——輸送能力，t/h；K——物料特性系數(shù)，常用物料的K值見非標準機械設備設計手冊表3.2；——填充系數(shù)，；

——物料的堆積比重（t/m3）；C——傾斜系數(shù)，；表3.2螺旋形狀應用舉例物料塊度螺旋形式填充系數(shù)ψ特性系數(shù)K綜合系數(shù)A面團狀全葉式、帶式的0.20~0.400.071020表3.3螺旋輸送機傾斜修正系數(shù)C傾斜角β0°≤5°≤10°≤15°≤20°C1.000.900.800.700.65ψ物料運動情況物料層堆積情況及其滑移面輸送速度與能耗情況5%物料堆積高度不僅低又矮，而且大部分靠近槽壁的物料圓周速度顯得較低，物料顆粒沿軸向的運動要較圓周方向顯著得多動滑移面幾乎與輸送方向平行此時在與輸送方向垂直的附加物料流輕微，單位范圍內(nèi)能量功耗小13%圓周方向的運動將比輸送方向的運動更強物料運動的滑移面將變陡導致輸送速度的降低和附加能量的消耗40%在圓周方向的運動將比輸送方向的運動強物料運動的滑移面繼續(xù)變陡在單軸面筋脫水機槽內(nèi)，物料的充填系數(shù)影響脫水過程和能量的消耗。由上表可以分析，對于水平螺旋輸送機，物料的填充系數(shù)不是越大越好，相反取小值有利，一般取ψ＜50%。將所有參數(shù)代入公式（3.1），得到螺旋直徑D為：結(jié)果圓整為標準螺旋直徑D=500mm（標準螺旋直徑系列：

100，150；200；250；300；400；500；600；單位：mm）取D=500mm

3.1.3螺旋輸送機的極限轉(zhuǎn)速的確定螺旋輸送機的極限轉(zhuǎn)速可由下列公式確定n=（3.2）式中:n——螺旋軸的極限轉(zhuǎn)速(r/min)；A——表示物料綜合特性的系數(shù)；A值如上表10-30，取A=20；所以，螺旋輸送機的極限轉(zhuǎn)速n由公式(3.2)算得：n=20/=28.28r/min由于圓整后，螺旋輸送機的直徑和極限速度與計算結(jié)果略有不同，所以其填充系數(shù)ψ可能不同于原來從參考文獻中所選取的數(shù)值，所以要驗算生產(chǎn)率及充填系數(shù)ψ。3.1.4驗算生產(chǎn)率及充填系數(shù)下面驗算其填充系數(shù)ψ：=/47CD2nS（3.3）式中：對于流動性較好，易流散的物料，可取k1=1，取法稱D制法。本次設計采用較常采用的S制法。故螺旋葉片螺距S=0.8D=0.8*0.5=0.4m。通過公式（3.3)對填充系數(shù)進行校核，則：=/47CD2nS=30/(4710.52300.4)=0.21因為0.21在0.20-0.40之間，符合要求，所有螺旋軸的轉(zhuǎn)速確定n=30r/min。綜上所述，我們可以得到螺旋軸葉片直徑D=500mm（0.5m），螺距S=400mm，螺旋軸轉(zhuǎn)速n=30r/min（亦即0.5s/min）。3.1.5螺旋軸軸徑初選d=(0.2-0.35)D

取d=（0.2+0.35）D/2

=0.55×5002

=137.5mm，d值取整為140mm。3.1.6螺旋面厚度取值對于磨損和粘度較大的物料輸送，螺旋面采用扁鋼軋制或鑄鐵。直徑D500mm為偏大值，物料為柔性，故螺旋面厚度δ取8mm。螺旋的葉片一般那是做成標準形式的，即螺旋面的母線是一垂直于螺旋軸線的直線。螺距h一定時，在同一螺旋面上各點的螺旋角明顯是不一樣的，因為其螺旋外徑D遠大于其內(nèi)徑d。3.1.7壓縮比的計算壓縮比是螺桿軸進給處第一引線和最后引線的空容比，脫水機理論壓縮比公式：；（3.4）式中：V1——第一個導程空余體積，Vn——最后一個導程空余體積。因為濕面筋的含水量一般為38%-70%，而脫水后面筋極限含水量理論值為14%，亦即脫水率分別為24%-56%，則設所需設計的壓縮比為x：1-y：1。用proe螺旋掃描的方法，繪制，得到軸徑為140mm，螺旋葉片直徑為500mm，螺距為400mm的輸送端的一部分如下：圖3.1螺旋葉片圖3.2螺旋葉片（消隱）3.2螺旋軸參數(shù)的確定3.2.1驅(qū)動軸所需功率計算脫水機螺旋軸上所需功率：N0=KQ（0LH）/367（3.5）式中：Q——輸送量，t/h，Q=30t/h；K——功率備用系數(shù)在2.7-3.4之間選取，此處選3.1，（因壓縮段功率變化，有所調(diào)整）0——物料的阻力系數(shù)，由物料的阻力系數(shù)表，濕面筋粘性較大，0=5；L——脫水機螺旋部分水平投影長度，L目前約為2.7m；H——脫水機螺旋部分傾斜布置時，其在垂直平面上投影的高度m，水平布置時H=0.綜上，可選用4.3kw以上的電動機。但考慮脫水機下料的不均勻性，一般選常見的5kw型電機。3.2.2螺旋軸材料的選擇脫水機絞龍螺旋軸的材料除了要求滿足強度和剛度外，還應具備良好的耐磨性。螺旋軸從結(jié)構(gòu)上大致可以分成鑄造、焊接兩種。ZG270-500，具有良好的鑄造性能而且切削性能也很優(yōu)異，強度跟塑性都還可以，通常情況下比較大的螺旋脫水機的設計都會優(yōu)先考慮鑄鋼。為提高其耐磨性，壓縮段螺旋工作面和卸料段表面應噴涂2-3毫米厚耐磨硬質(zhì)合金，噴焊后的表面硬度可達HRc52-58；本次設計采用焊接法，材料為40Cr，經(jīng)調(diào)制處理3.2.3螺旋軸軸徑選擇為了減輕機器重量及降低制造成本，螺旋軸可以是實心的或空心的，這里采用空心軸，因為它在承受相同扭矩的情況下空心材料所用的材料較少，而且抗扭能力更好，相互間的連接更為方便。初步設計采取空心軸方式。內(nèi)、外徑比為1：1.25。對于空心軸須將實際傳遞的功率P除以空心軸計算系數(shù)b后由上式得：d=47.04/0.59=76.34mm；按上式計算的軸徑、未考慮鍵槽對軸強度的影響，若當d<=100時，開一個鍵槽則軸徑增大3%-5%，經(jīng)計算得：d=78.63-80.16；故主軸直徑初步選取取內(nèi)徑：80mm，外徑：100mm。3.2.4絞龍螺旋軸的受力分析當面筋脫水機機正常工作時，螺旋軸受到面筋施于的一個法向合力Fn。圖3.3絞龍軸受力情況下面主要計算最后一個螺旋面的受力情況：用proe測繪得d約等于250mm，所以Dcp=（D+d）2=（500+250）2375mm。又：T=9.55106，Pw為螺旋所需的功率(kw)，nw為螺旋工作時的轉(zhuǎn)速(r/min)。所以：T=9.55106=1.089106(Nmm)，F(xiàn)t2Dp21.089106375=8.17108(Nmm2)3.3螺旋軸的強度校核3.3.1計算扭矩T產(chǎn)生的剪應力因為：τ=T/W

(Pa)（3.6）式中：T=9.55×106η

(N?mm)；Nmax為電機最大傳動功率(kw)nmax為螺旋軸最高工作轉(zhuǎn)速(r/min)η———傳動效率。故：T=9.55×106η

(N?mm)=9.55×106×0.973=1.59×106(N?mm)W——抗扭斷面模量(mm3)，對于實心軸，W=d3，d為最小斷面根徑，對于空心軸，W=d3(1-C4)，式中C=d/d0，d0為內(nèi)孔直徑。故：W=d3(1-C4)=1003(1-4)=1.16×105(mm3）故：τ==1.59/1.1610=13.7(Pa)實際上，由于螺旋軸自重引起的彎曲應力很小，一般可以忽略不計。對于出料端有支承的螺旋軸比懸臂式受力情況好，變形也比懸臂式小，這里不再討論。綜上，可得設計后的螺旋軸三維圖如下：圖3.4螺旋軸4、軸承的選擇及校核計算4.1軸承的選擇根據(jù)對各種系列軸承的分析，又考慮到面筋脫水機沖擊載荷不是很大，可以減小軸承的直徑。根據(jù)設計手冊，本設計中選取6415型(GB/T276-94)深溝球軸承和6220型各一個，分別位于軸外側(cè)，以承受徑向載荷的作用。選取單向推力軸承51316型(GB/T301-93)一個，其一圈與軸承座聯(lián)接，另一圈與軸聯(lián)接，并作為首端軸承，以承受面筋運動阻力所產(chǎn)生的軸向力。如此，可使絞龍軸全長受拉伸作用，改善了其工作條件。4.2軸承的組合結(jié)構(gòu)設計為了保證軸承的正常運行，在正確選擇軸承的類型和型號的同時，必須合理設計軸承的組合。本設計對這幾種結(jié)構(gòu)進行了分析，并根據(jù)軸承的實際情況，在設計過程中采用單向固定的結(jié)構(gòu)型式。軸承的回轉(zhuǎn)套圈受旋轉(zhuǎn)載荷，應選用較緊的配合。綜上，可得其裝配如下圖所示：圖4.1主軸左端軸承組合圖圖4.2主軸右端軸承組合圖4.3軸承的潤滑與密封考慮實際情況，設計采用油潤滑，油潤滑的優(yōu)點是潤滑的冷卻效果更好。在本設計中，由于脫水機在工作過程中對環(huán)境有一般要求，對各部分的密封裝置沒有很高的要求，因此在綜合考慮后，設計中采用了氈環(huán)密封。5、減速環(huán)節(jié)的設計5.1電動機的選擇對于市面上常見的臥式脫水機這種類型，現(xiàn)在普遍都是使用YCT系列電磁調(diào)整異步電動機，故本設計也采用它進行驅(qū)動和后面減速環(huán)節(jié)的計算。查螺旋運輸設計手冊，選定電機為型號為：YCT200-4A-5KW電磁調(diào)速電機。它是采用改變勵磁電流大小的方法來調(diào)節(jié)輸出轉(zhuǎn)速的一種調(diào)速電機。表5.1電機的基本參數(shù)型號額定功率kW調(diào)速范圍，r/min額定轉(zhuǎn)矩，N．m轉(zhuǎn)速變化率，δ%重量，kgYCT200-4A5.5125-125036.1<3%2485.2一級圓柱斜齒輪減速器圖5.1減速環(huán)節(jié)驅(qū)動錐齒輪軸承的預緊程度可以通過選擇兩個軸承內(nèi)圈之間的套筒長度，調(diào)整軸承與軸肩之間的墊片等來調(diào)整。近年來，采用波紋套筒來調(diào)整軸承的預緊程度是非常方便的，波紋套筒安裝在兩個軸承的內(nèi)環(huán)之間或軸承與肩部之間。5.3帶輪的傳動設計由于dd1=80mm屬于小直徑故主動輪采用實心式；dd2=236mm屬于中等直徑，故從動輪采用腹板式。圖5.2小帶輪左、大帶輪右三維模型5.4齒輪傳動設計小齒輪采用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度230MPa，大齒輪采用45鋼歸一化處理，齒面硬度為190Mpa。主減速器錐齒輪的主要參數(shù)有主、從動錐齒輪在選定主減速比，主減速器的減速型式、齒輪類型及計算載荷以后，便可根據(jù)這些已知參數(shù)選擇主減速齒輪的主要的幾項參數(shù)。在雙曲面齒輪傳動中，齒輪中心線與大齒輪中心線偏移的大小和方向是傳動的重要參數(shù)。本次設計取=30mm?？傻迷O計后的小齒輪與大齒輪三維圖如下：圖5.3小齒輪圖5.4大齒輪5.5單軸面筋脫水機結(jié)構(gòu)總裝圖圖5.5主視圖圖5.6斜側(cè)圖圖5.7俯瞰圖結(jié)論針對現(xiàn)有技術的不足，本文設計的目的是為了提供一種單軸變螺脫水機，可以實現(xiàn)連續(xù)自動脫水操作。此外，針對我國現(xiàn)有脫水機的缺點，結(jié)合國外同類產(chǎn)品的一些優(yōu)點，本文設計的單軸變螺脫水機的結(jié)構(gòu)主要由電機，滑輪，齒輪及其殼體，機架等組成。脫水基本原理設備采用變速電機作為驅(qū)動電源，結(jié)構(gòu)緊湊。鉸龍葉片采用變槳距結(jié)構(gòu)，與鉸龍殼體高度產(chǎn)生壓縮比，推動物料前進壓縮，從嵌入通孔篩板的滲水殼體排出水，脫水物料通過出料口排出。防滲墻外殼及篩板采用分體螺栓緊固結(jié)構(gòu)，便于維修拆卸。進料口和防滲墻下部均設有排水殼。在擠壓過程中，物料體積逐步減小，累積的水充分排出，形成松散、含水量低的最好的工作情況。為下一步干燥制粒奠定了基礎。同時，將小麥面筋生產(chǎn)線與這種單軸變螺式自動脫水機配套，可以提高生產(chǎn)線的自動化程度，有利于提高小麥面筋生產(chǎn)線的