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收稿日期 2016 06 06 作者簡介 趙珠 1993 女 漢族 學生 本科 研究方向為臥式雙螺旋混合機 E mail 1498270068 Tel 18911724251 臥 式 雙 螺 旋 混 合 機 的 設 計 趙 珠 塔里木大學機械電氣化工程學院 阿拉爾 843300 摘要 攪拌設備使用歷史悠久 大量應用于化工 石化 輕工 醫(yī)藥 食品 采礦 冶金等行業(yè)中 攪 拌設備可以從各種不同角度進行分類 如按照攪拌裝置的安裝形式簡單的可分為立式和臥式 其中臥式是 指攪拌容器軸線與混合機回轉軸線都處于水平位置 臥式混合機的基本結構 基本尺寸進行了詳細設計 并利用 SOLIDWORKS 對混合機結構進行三維建模 以便更直觀地展現(xiàn)設計思想和進行結構分析 并對設計 零件進行了分析校核 保證混合機的可靠運行 關鍵詞 臥式 混合機 混合 食品工業(yè) 中圖分類號 文獻標識碼 A 文章編號 0 引言 理論上把任何狀態(tài) 固態(tài) 液態(tài) 氣態(tài) 和半液態(tài) 下物料均勻摻和在一起的操作稱 為混合 但習慣上常把固態(tài)物料之間摻和或 者固態(tài)物料加濕的操作稱為混合 而把固態(tài) 液態(tài)或氣態(tài)物料與液態(tài)物料混合的操作稱為 攪拌 1 攪拌與混合操作是應用最廣的過程操作 之一 大量應用于化工 石化 輕工 醫(yī)藥 食品 采礦 造紙 農藥 涂料 冶金 廢 水處理等行業(yè)中 近年來 攪拌與混合技術 發(fā)展很快 攪拌與混合設備向著大型化 標 準化 高效節(jié)能化 機電一體化 智能化和 特殊化方向發(fā)展 在這種形式下 技術人員 如何借鑒已有經(jīng)驗 掌握新的變化情況 正 確設計與選用不同工藝條件下操作的攪拌與 混合設備 使其滿足安全 可靠 高效和節(jié) 能的要求 就變得十分重要了 攪拌混合設備是各種工業(yè)反應不可或缺 的重要機械 然而 由于攪拌目的多樣性和 混合反應的復雜性 當前 攪拌混合技術還 存在著一些問題 例如攪拌效率低 功耗大 鑄造成本高 在自動化選型和設計問題上 長期以來一直依靠專家根據(jù)經(jīng)驗知識人工完 成 智能化水平不高 設計周期較長 資金 和人力物力消耗巨大等 因此研制新型攪拌 裝置和采用先進流場測量技術一直是攪拌過 程所研究的主要課題 在食品工業(yè)中 混合是指兩種或兩種以 上不同物料互相混合 成分濃度達到一定程 度均勻性的單元操作 2 混合機應用于谷物 混合 粉料混合 面粉中加輔料與添加劑 干制食品中加添加劑與調味粉及速溶飲品的 制造等操作中 目的是使兩種或兩種以上的 粉料顆粒通過流動作用 成為組分濃度均勻 的混合物 近年來 隨著科學技術的發(fā)展和相關理 論的完善進一步成熟 混合機的設計和制造 獲得了飛速發(fā)展 但是 它也面臨著必需滿 足合理利用資源 節(jié)能降耗和對環(huán)境保護要 求的嚴峻挑戰(zhàn) 混合機在服從裝置規(guī)模經(jīng)濟 化和品種多樣化的同時 正日趨大型化 基 于節(jié)能要求 開發(fā)出變頻調速電機 小剪切 阻力槳葉 以新型密封代替機械密封和填料 密封 以磁力驅動代替機械驅動 基于降低 產(chǎn)品總體成本 減少維修保養(yǎng)成本和提高設 備品均維修間隔時間的要求 大大提高設備 運行壽命 基于滿足衛(wèi)生和降低清洗和殺菌 成本的要求 實現(xiàn) CIP 就地清洗 和 SIP 就地殺菌 提高自動化水平 避免人 與產(chǎn)品接觸 減少人工操作和待機時間 大 大提高產(chǎn)品衛(wèi)生水平 這些都是現(xiàn)代新型攪 拌裝置的研究方向 其中有許多方面已經(jīng)取 得豐碩成果 有些方面還在進一步研究當中 3 傳統(tǒng)的混合機密封裝置基本有四種 填 料密封 機械密封 液壓密封和唇狀密封 前兩種密封同泵的密封類似 液壓密封最簡 單 在混合機中用得最少 唇狀密封只適用 于低壓 防塵 防蒸汽的密封 這種密封 結構也很少采用 最常用的密封是前兩種 其中機械密封成本較高 但泄漏率低 維修 頻度是填料密封的二分之一到四分之一 磁力驅動混合機的特點是以靜密封結構 取代動密封 混合機與電極傳動之間采用磁 力偶合器聯(lián)結 不存在接觸傳遞力矩 能徹 底解決機械密封與填料密封的泄漏問題 在 國內威海自控反應釜公司 開原化工機械磁 力反應釜廠 溫州中偉的磁密封設備廠等均 生產(chǎn)磁力混合機 國外的瑞典 NA 型磁力攪拌 反應釜 混合機安裝在反應釜底部 混合機 與釜底齊平 易于拆卸 可靠 耐用和便于 維修 磁力混合機的缺點是對于一些粘稠液 體或有大量固體參加或生成的反應尚不能順 利使用 此時必須使用機械混合機作為驅動 能源 1 臥式混合機的總體設計及結構 1 1 臥式混合機總體結構方案 臥式混合機的攪拌容器軸線與混合機回 轉軸線都處于水平位置 其結構簡單 造價 低廉 卸料 清洗 維修方便 可與其他設 備配合完成連續(xù)生產(chǎn) 但占地面積一般較大 這類機器生產(chǎn)能力 一次調粉容量 范圍大 通常在 25 400kg 次左右 它是國內大量生 產(chǎn)各種面食制品的各食品廠應用最廣泛的一 種加工設備 所以在食品加工中 如面包 餅干 糕點及一些飲食行業(yè)的面食生產(chǎn)中均 得到了廣泛應用 1 2 傳動方式確定 1 攪拌機形式選擇 本設計要求臥式 攪拌 考慮攪拌形式與目的 采用容器固定 式臥式攪拌機 2 傳動方案確定 因對攪拌速度要求 不高 市場上已有的成熟產(chǎn)品攪拌速度約為 30 60r min 過高的轉速并不會產(chǎn)生良好的 攪拌效果 相反還會造成能量的浪費 但是 雖然轉速低 啟動轉矩卻很大 選用符合啟 動要求的電機 電機轉速約 2000r min 因 此傳動系統(tǒng)要采用較大減速比 考慮機器尺 寸和振動噪聲要求 采用帶傳動和齒輪傳動 組合機構 初步設定的減速機構示意圖如圖 1 1 所示 1 小帶輪 2 大帶輪 3 攪拌軸 4 大齒輪 5 小齒輪 6 電機 圖 1 1 傳動系統(tǒng)機構簡圖 1 3 基本尺寸的確定 本設計為小型攪拌機 根據(jù)其工作容量 和操作人員的最佳操作位置 攪拌機的外形 尺寸為 mm 其中攪拌軸軸線9058 高度 600mm 攪拌容器下半部分為直徑 500mm 的半圓筒 上半部分為 mm2058 的長方體 筒壁厚 8mm 混合機葉片邊緣與 筒壁間隙 2mm 為了實現(xiàn)更好的攪拌效果 采用雙螺帶式混合機 攪拌軸直徑 30mm 長 1000mm 大螺帶直徑 480mm 帶寬 40mm 小 螺帶直徑 240mm 帶寬 30mm 還有設定進料 方式和出料方式 容器桶上部設蓋子裝填物 料 下部開口卸放物料 有了以上尺寸設定 合理布局電動機的位置 傳動裝置的布局 完成總體結構方案的設計 繪制機構簡圖 總體機構簡圖如圖 1 2 所示 1 主電機 2 小帶輪 3 大帶輪 4 齒輪 5 攪拌容器 圖 1 2 總體機構簡圖 1 4 本章小結 本章通過分析研究食品工業(yè)機械的設計制 造要求 確定了用于面粉攪拌的臥式混合機 基本結構方案和基本結構尺寸 并對臥式混 合機的部分工作參數(shù)進行了設定 為下一步 的詳細計算做好了準備 2 關鍵部件設計 2 1 攪拌機構的設計 至今對混合機的研究還不夠 因而混合 機的設計工作均帶有一定的經(jīng)驗性 從已有 的產(chǎn)品選用或適當改進 混合機的選用設計 應從以下幾方面考慮 有類似應用 而且攪拌效果較滿意的 可以選用相同混合機 生產(chǎn)過程對攪拌有嚴格要求又無類似 混合機型式可以參考時 則應對工藝 設備 攪拌要求 經(jīng)濟性等作全面評價 找出操作 的主要控制因素 選擇合適的混合機型式 生產(chǎn)規(guī)模較大或新開發(fā)的攪拌設備 需進行一定的試驗研究 尋求最佳的混合機 型式 尺寸及操作條件 并經(jīng)中試后才能應 用于工業(yè)裝置中 8 為了獲得較好的混合效果 本設計采用 了雙螺帶式混合機 因為此種混合機有較好 的循環(huán)性能 使得整個容器內的混合效果比 較好 9 攪拌槳的大螺帶槳葉半徑 240mm 小螺 帶槳葉半徑 120mm 槳葉傾角 27 36 螺距 240mm 4 結構設計如下圖 1 3 所示 圖 1 3 雙螺帶式攪拌槳結構 中間的軸鑄造 軸上的支撐架焊接上去 螺帶為不銹鋼板彎曲后焊接到支架上 焊接 后對接縫處進行處理 使表面盡可能光滑 5 2 2 攪拌容器的結構設計 攪拌容器作用是為物料攪拌提供合適的 空間 攪拌容器的幾何尺寸主要指容器的容 積 V 筒體的高度 H 內徑 D 以及壁厚 等 前面在設定工作參數(shù)時已經(jīng)初步確定了容器 的容積 在這里以前面的設定為基礎進行詳 細的設計 由于攪拌槳運轉起來是一個圓柱 形的工作空間 而且為了達到較好的攪拌效 果 槳片與容器壁之間的距離又不能太大 一般是在 2 5mm 之間 本設計屬于中小型機 械 取用 2mm 的間隙 容器底部因此大致為 一個半圓柱形狀 為了裝料方便 容器上面 采用揭蓋式結構 為了出料方便省力 在容 器底部設置出料口 為了減輕容器的重量同 時還要保證必要的強度 取用 10mm 的壁厚 6 容器采用鑄造的制造方式 最后表面鍍上防 腐金屬材料 7 3 結論 本課題結合目前國內外臥式混合機 的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向 具體闡述了一種用 于食品加工產(chǎn)業(yè)的臥式混合機的設計和開發(fā) 過程 本文主要完成的工作如下 1 臥式混合機總體結構方案的確定 分 析了臥式混合機的特點 確定了設計的基本 結構 并根據(jù)工作參數(shù)確定一些必要的設計 基本尺寸 2 驅動元件的選擇 通過計算選出滿足 混合機使用要求的交流異步電動機 并詳細 列出其技術參數(shù) 3 主傳動系統(tǒng)的詳細設計 對混合機主 運動進行分析計算 設計主傳動系統(tǒng)的各個 零件 并利用 SOLIDWORKS 進行三維建模 4 混合機其他重要零部件的詳細設計 如機架和外殼等 確定零件結構 繪制零件 圖和裝配圖 并利用 SOLIDWORKS 進行三維建 模 5 零件的強度和剛度計算與校核 對各 個已設計零件進行強度和剛度計算 確保滿 足使用要求 使混合機具有足夠的可靠性 參考文獻 1 陳志平 章序文 林興華 攪拌與混合設備設 計選用手冊 M 北京 化學工業(yè)出版社 工 業(yè)裝備與信息工程出版社 2004 383 2 許學勤 王海鷗 食品工廠機械與設備 M 北京 中國輕工業(yè)出版社 2008 164 181 3 韓丹 李龍 程云山 徐峰 現(xiàn)代攪拌技術的 研究進展 J OOD MACHEINEY 2004 20 4A 31 34 4 陳登豐 混合機和攪拌容器的發(fā)展 J 壓力 容器 2008 25 2A 33 46 5 成大先 機械設計手冊 常用工程材料 M 北京 化學工業(yè)出版社 2004 26 78 6 機械設計手冊編委會 機械設計手冊 第 3 卷 M 北京 機械工業(yè)出版社 2004 98 118 7 孔凡國 鄒慧君 工業(yè)用和面機機構設計理論 與方法 J 機械設計與研究 1995 4 25 27 8 趙悟 攪拌裝置參數(shù)優(yōu)化的研究 D 長 安 長安大學 2005 17 29 9 趙利軍 攪拌低效區(qū)及其消除方法的研究 D 長安 長安大學 2005 13 47