中药材清洗机 毕业论文

中药材清洗机 毕业论文 前言 随着社会的发展,中药在人们的日常生活中扮演的角色越来越重要，与此同时，中药的需求也日益增多。市场的迅速扩大必然导致对生产效率的要求提高，中药材的清洗对于提高药材的生产效率有着重要的作用，所以新型中药材清洗机应运而生。中药材清洗机操作简单,效率高,易于大规模和单个用户使用，在现今社会中已显示出很好的使用前景。中药材清洗机是机械化在传统低效率的中医业的应用。中药材清洗机的主要作用是用于中药材前期的清洗以及进行初步的烘干。虽然是初步的处理，这对中药材研究和中药材后期的深加工以及中药制造的效率的提高有着重要的作用。本设备是专为中药材前期的清洗，烘干而，并且结构简单，安全可靠维修方便。论文主要包括清洗机机箱的设计、管路的设计、推板的设计、滚筒的设计，烘干部分是用红外线发生器;水路循环部分是进水管道和出水管道以及清洗部分设计。论文着重介绍了总体设计，全面介绍了所采用的材料及所用到的元件。由于自己知识和经验有限，设计和介绍中难免有不足之处，恳请各位老师批评指教。 1 1设计方案的确定 1.1原始数据的确定 31、容重; 1.2/tm 2、工作方式:连续; 3、物料名称:条形类中药材; 4、生产率2t/h。 1.2设计方案的选择 以下是两种常规种传动设计方案的论证过程。 方案一，首先通过皮带的一级减速，然后由两级圆柱齿轮减速器把速度降到 工作机的转速要求。在这一方案中转速能够比较容易降到工作机的要求，而且根据带传动的工作性质，带传动具有一定的过载保护功能和减震效果。这是一种常见的传动方式。但它的最大缺点就是减速装置不易于安装和维护，而且减速器不易固定，整体尺寸太大，会造成机器最终体积过大，从而占用大量的空间，不符合设计理念。 方案二，电动机与减速器直接联式(电机直联式减速器)，减速器采用的是摆线针轮减速器。摆线针轮减速器的传动比较大(一级减速器的传动比即可达到80)，省去了皮带传动，这样的设置，可以大大减小机器的外形尺寸，从而节约空间，节省制造材料。工作机的主轴通过金属滑块联轴器和减速器的输出轴相联。金属滑块联轴器可以补偿轴一定的轴向、径向和角向偏移。该方案的缺点是摆线针轮减速器价格比较昂贵，但摆线针轮减速器工艺性较好，其寿命较长。综合考虑采用方案二。 2 2清洗机的结构及其清洗原理 2.1清洗机的结构 设计的条形类中药材清洗机主要由滚筒、传动装置、喷淋、水箱池、电机、进出料斗等组成。电机固定在机架上，电动机与减速器直接联式，减速器采用的是摆线针轮减速器。滚筒被两个支架支撑，滚筒的主轴通过金属滑块联轴器和减速器的输出轴相联。滚筒的主轴与焊接在滚筒内口上的连接件相互固定在一起。电机带动减速机,清洗滚筒表面均匀布置小孔，并且内部布置特制推板。清洗机的动力来自电动机，通过滚筒在水池中旋转，同时带动推板翻动并运输药材，以达到充分分离杂质的目的。在水池的底部设有淤泥清除口，此出泥口也具有聚集淤泥的作用，为清除淤泥带来很大方便。当药材被推板推至出料口时，经过高压喷头的喷淋处理滑出滚筒，整个清洗过程完成。 2.2工作原理 中药材清洗机的设计方案如图2-1。 图2-1 1电动机 2摆线针轮减速器 3金属滑块联轴器 4入料口 5外壳 6滚筒 7支撑架 8推板 9高压喷头 10出料口 11杂质出口 12支架 13水箱 14排水口 15红外线发生器 16干燥桶入料口 17排线针轮减速器 18电动机 19干燥桶外壳 20挡板 21干燥桶出料口 22烘干片 23支架 24中心轴 清洗机的工作原理:先将药材由入料口4进入，在重力的作用下药材由入口 3 进入滚筒底部的水中进行初步的浸泡，此时电动机1启动，经过摆线针轮减速器2连接中心轴24通过支撑架带动滚筒旋转，安装在滚筒内的推板8随滚筒的转动抄起落下，同时由于推板的结构使药材沿水平方向向前传输。药材经过推板的运输并到达出料口10时，经过高压喷头9的冲洗，完成清洗过程。在高压喷头冲洗的过程中，喷出的水流入滚筒内部，作为泥沙分离的水源，排水口14的高度限定了滚筒内部水面的高度。药材经过冲洗滑进干燥桶入料口16。电动机18带动摆线针轮减速器16，使烘干片22旋转，当药材由16进入，掉至烘干片22的表面，由于安置在内壁的红外线发生器的作用，随着烘干片的转动，物料由左端转至右端，然后经由滚筒内壁的挡板20的作用，从烘干片上的扇形缺口掉入下一层，重复此过程，最终完成烘干过程，从出料口21流出，完成整个清洗。 4 3运动参数的设计计算 3.1条形中药材在滚筒的运动 由于滚筒的水平放置，药材在滚筒中相对运动轨迹一直是一个正圆，当中药材没有受到其他推力的作用时，药材只能在原地周而复始的做圆周运动。不能由一端向另一端推进。即使与滚筒壁接触的那部分物料也只能沿壁作逆向旋转。这与要求中药材从滚筒的一端向另一端移动并不相符合。因此，仅依靠药材与滚筒壁接触的摩擦力来推进药材移动的方法并不能完成清洗任务。 常用的物料的推进方法: 1、利用物料的压力进行自身推进 当药材连续不断的进入滚筒，在滚筒进口处将形成堆积高度。在滚筒的回转运动中，借助物料的自身的落差，向出口处推进。由于水的大量存在，水可以把物料向另一端起冲击的作用，但由于药材之间的滑动很困难，这样便形成一端物料堆积严重，而另一端物料缺少的现象，从而起不到推进的效果。这种方式一般应用在物料之间的摩擦特别小的情况。 、利用螺旋推进器进行物料的推进 2 这种方式既有较快的推进速度，又可促进物料的搅动。但这种方式制造工艺比较复杂，成本较高，不易维修。 3、滚筒与水平面成一定角度 这种方法是利用药材自身的重力的分力作为推进力，实现药材的自动推进。对于药材来说，只要使滚筒倾斜一个很小的角度就可使其向前移动。 针对于水平放置的滚筒，可将第三种方案进行变形得出第四种方案。 4、滚筒水平放置，在滚筒的内壁装置带有斜板的推板，用推板中倾斜结构来代替方案三中的滚筒倾斜，同时，推板的安装还能翻动药材，有效的提高药材和泥沙等杂质的分离效率。这种方法易于实现，而且制造比较简单，实际意义更大。在本设计中将采用这种方法。 现在就推板的倾斜部分来分析药材的受力，药材的受力如图4-1使药材向前推进。 5 图4-1单个药材块受力分析 物料在滚筒内的前进速度与推板上倾斜板的倾角成正比，即倾斜角愈大，则物料前进速度愈大，与滚筒回转速度成反比，即速度越高，物料前进速度越慢。倾角过大会导致时间短，总行程小，翻滚效果较差，不利于提高清洗效果，因此，滚筒倾角不宜太大，一般为10度到20度比较合适，在此次设计中取滚筒的倾角为20度。 药材在滚筒中会被推板抄起，在不考虑摩擦力的前提下，抄起的落下的临界点是离心力等于重力沿径向的分力，如图4-2。 图4-2 F为滚筒转动过程中产生的离心力，由于离心力的作用，药材块在一段时间内会贴在滚筒内壁。 2Fmwr, 2Fmgmwr,,sin,而药材开始径向活动的临界点在于，于是可以知道 2,,arcsinwr。考虑到实际生产中必然有摩擦力的作用，药材实际开始沿径向滑 2,,arcsinwr动的角度必然大于，所以，推板的作用不仅可以将药材进行轴向推进，完成药材从滚筒的入料口运输到出料口，同时还具有将药材从滚筒底部举起 至高于中心轴高度的出料口上。 6 3.2滚筒材料及其驱动方式的选择 3.2.1滚筒材料的选择 筒体部分的质量占到整机的70%,80%, 因此筒体的材质和壁厚是决定设备制作成本的重要因素。筒体的大小决定规格和生产能力。筒体应具有足够的刚度和强度。在安装和运行中应保持化，这对减小运转阻力及功率消耗、减轻不均匀磨损、减少机械事故、保证长期安全高效运转、延长回转圆筒的寿命都十分重要，必须根据这一要求来设计筒体。筒体的刚度主要是筒体截面在较大力作用下，抵抗径向变性的能力。同体的强度问表现为筒体在载荷作用下产生裂纹及变形。筒体材料一般用A3钢、普通低合金钢，其中以16Mn用的较多;也可以用锅炉钢。要求耐腐蚀时，用不锈钢。设计中筒体材料选用A3钢。 3.2.2滚筒最小壁厚计算 筒体的最小壁厚按下式核算: 2R ,,=0.0707K+Cmin,s 式中:R——筒体半径，R=D/2=50cm 3 ——筒体材料在操作温度下的屈服应力 ,,=2000kgf/cmss K,1.6K——抄板与筒体壁重量比的系数，对于举升式抄板， Ccm,0.3C——材料腐蚀欲度， 290,，，()()=0.07071.6+0.3=0.76cm=7.6mm min2000 表3-1筒体厚度与直径的关系 筒体直径 1.1~ 1.3~2~ 2.6~ 3.3~ 3.3~ <1 D (m) 1.3 2 2.6 3 3.6 4 筒体厚度 8 10 12 14 16 18 20 ,(mm) 0.000.009~0.00920.007~0.0062~ 0.006~0.006~ ,/D 8 0.0077 ~0.006 0.0054 0.0053 0.005 0.005 当工作条件较差时(如物料对筒体磨损严重)，一般可增加2mm;长度较短时， 7 可适当减薄;如果筒体只因刚度较差，其他都可以满足条件时，除增加壁厚外，还可以通过其他途径来增加筒体的刚度，根据上面的计算，最后将桶壁厚度确定为10毫米。 3.2.3 滚筒转动驱动方式的选择 滚筒的最大生产能力为每小时2吨，设计的滚筒的内径为1米，长度为2米，这在制造中也比较容易。这里就可以计算出滚筒的大致转速范围了。 由滚筒的转速计算公式: 814 Vr,~/min RR 可得 Vr,11.3~19.8/min 所选滚筒驱动方式是采用中间轴式传动。 在滚筒的中心线上设有传动轴，用支承臂与滚筒相连，电动机通过减速器把动力传到中心轴，由中心轴带动滚筒转动。这种传动方式比较简单。由于所设计要求的滚筒长度不长，转动比较平稳。但是，药材有时会和中心轴及支撑臂发生碰撞，药材重量及体积又不大 ，而且滚筒的转速和倾角都不是太大，故一般药材块不会对中心轴及支承臂造成太大的冲击力。所以我们选择中心轴驱动的方式。 3.3功率的计算及其电机的选择 3.3.1功率的计算 [8]1、计算滚筒工作所需的功率: M•nN= 60•η 其中: n—滚筒的转速，r/min; M—驱动滚筒转动所需的力矩，N.m; η—传动的效率。 由力矩计算公式得: GDM= 2 8 D—滚筒直径，m; G—滚筒本身重量G与滚筒内原料重量G之和。 12 GGGG,，，1345 G3 —横向支撑臂的重量，N; G4 —纵向支撑臂的重量，N; G5 — 两端铁皮的重量，N。 2 G,,RLYQ21 R —滚筒内半径，m; L —滚筒长度，m; 3 Y—物料重度，N/m; 1 Q —条形类中药材在滚筒中的充填系数。 由于药材瞬间移动等因素的存在，充填系数比理论上要小的多。一般取Q为 0.01~0.1，在此我们选Q为0.02。 从以上的计算中知道传动效率η为0.6~0.7。 由上面的计算可知: Dm,1 G,G，G 12 G,G，G，G1345 G,S，L，P，n，g3 2 ,,r，L，P，n，g 2 S —支撑臂的截面积，m; L —支撑臂的长度，m; 3 P —材料的密度，kg/m; n —所用材料的数量; r —支撑臂的截面半径，m; 所以 265,GN,，，，，，，，,,61027.85109.88139 5 GSLPngN,，，，，,73 4 GSdPgnN,，，，，,290 5 式中: 9 S—铁皮的表面积 d—铁皮材料的厚度 n—铁皮的数量 2 GRLYQN,,,769.321 GGGGGGGN,，,，，，,1271.3122345 据 T,GD/2 得 TN,，,1271.31/2635.65 P,Tn/9500,ww 将的取值代入得: ηw P=1.26 kw w P—工作机的功率; w ,,—工作机的效率，一般取0.9~0.97。 ww 经过计算可得理论上工作机达到所需转速需要的最低功率为1.26kw。 η计算电动机的所需功率Pd 。首先确定从电动机到工作机之间的总效率。 设ηηηη1 ，2 ，3 ，4 ，分别为，减速器，滑块联轴器，滚动轴承，滚筒的效率。 ηηηη由《机械设计手册》 表2—2查得:1 =0.96 ， 2=0.98 ， 3=0.97 ，4 =0.99 。则传动装置的总效率为: 22,,,,,,1234 ,，，， 0.960.9820.970.992 , 0.88 PP,/,dw =1.26,0.88 = 1.43(kw) 2、计算干燥装置的功率 由于干燥装置的的传动过程与清洗部分的传动类似，且物流量接近。因此重复上述计算，但考虑到在干燥装置中，不存在物料瞬间移动等因素的存在，物料充填 0.010.1 系数约等于理论值。一般取Q为，在此我们选Q为0.1。经过计算传动装 10 ,Pkw,1.23置的总效率为 d。 3.3.2电动机的选择 1、电动机功率的选择 选择电动机包括选择电动机的类型、结构、功率、转速和型号。在工业上一般采用三相交流电动机，Y系列三相交流异步电动机由于具有结构简单、价格低廉、维护方便等特点，故一般应优先考虑。当转动惯量和启动力矩较小时，可选用Y系列三相交流异步电动机，在经常启动、制动和反转、间歇或短时工作的场合，要求电动机的转动惯量小和过载能力大，应选用YZ和YZR系列三相交流异步电动机，电动机的结构有开启式、防护式、封闭式、防爆式。在此可选用封闭式的电动机。 所以选用Y系列全封闭式笼型三相异步电动机。 选择原则:功率选的过小，不能保证工作机的正常工作或使电动机长期过载而过早损坏;功率选的过大，则电动机价格高，且常不在满载下运行，功率因素 很低，造成浪费. Pd 对于长期连续工作负荷较稳定的负载机械，可根据电动机所需要的功率来 PP选择，选择时应使电动机的额定功率稍大于电动机的所需功率。由计算已dn ,PPkw,1.23知电动机所需功率为:=1.43 kw 和所以为了方便，我们可选择电dd 动机功率为1.5 kw。 2、确定电动机的转速 同一功率的异步电动机的同步转速有3000r/min、1500r/min、1000r/min和750r/min四种。一般来说，电动机的同步转速高，磁极对数少，轮廓尺寸小、价格低;反之，转速愈低，外轮廓尺寸愈大，价格愈高。由于工作机滚筒的转速很低，所以不易选用高速电动机，一般应选择同步转速为1500或1000 r/min 的电动机。 3、电动机的型号的确定 根据所要求的的转速和功率选择Y系列三相异步电动机，由?机械设计课程设计手册?查得可选用电动机Y100L-6，功率1.5kw，转速940r/min。因为工作环境，如果不加防护，水有可能进入电动机中导致电机短路而烧坏，于是在设计中选择电机的防护等级为IP44。现在将这种电动机的数据列于下表3-2中。 11 表3-2电动机型号 电动机型号 额定功率 最大转矩 堵转转矩 满载转速额定转矩 质量 (kW) (kgrmin() ) Y100L-6 1.5 2.0 2.0 940 2.0 33 3.4传动比及其动力参数的计算 3.4.1传动比的分配 因所选的是一级直联卧式摆线针轮减速器，其本身的传动比最大可达到87，而且其体积比较小，重量比较轻，传动效率良好,工作效率较其他较大。在使用过程中，由于减速器输出端通过联轴器直接与传动轴相连，所以噪音较小，所选型号为Z WD 1.5-5A-59。因为采用的是中间轴传动，减速器输出端通过联轴器直接与传动轴相连，所以不存在传动比的分配。 3.4.2传动部分的运动及其参数 由上述理由，此处根据所选电动机的满载转速和减速器的传动比可以得出滚筒的工作转速。 [10] 由传动比公式: inn, mw 可得公式: n,niwm 式中: nrmin :电动机满载转速， m nrmin :执行机构转速， w 代入数据得: n,94059 w ,16r/min r/min 因为滚筒的转速比较低，一般低于30，而计算所得的转速取为 12 ，是比较合适的。 16rmin 3.5高压喷头的参数计算 高压喷头清洗原理是用高压泵打出高压水，并使其经管子到达喷嘴再把高压低流速的水转换为低压高流速的射流，然后射流以其很高的冲击动能，连续不断地作用在被清洗的药材上，从而使垢物脱落，达到清洗目的。具体设计方案如下: 高压喷头清洗装置称为高压水射流清洗机，主要由高压柱塞泵、动力部分、喷嘴、高压软管及工作附件等组成。 高压水射流清洗机主机的额定参数如表3-3所示: 表3-3高压水射流清洗机主机参数 S，30/50S，52/50S，25/50型号 额定压力，MPa 25 35 52 额定流量，L/min 50 50 50 电机功率，kW 30 37 55 1450，950，740 1470，950，7401610，940，820外形尺寸，mm 质量，kg 800 950 1250 高压水射流清洗过程中几个主要参数的确定 、工作压力的确定 1 高压水射流清洗的工作压力应根据垢性质合理选择。高压水射流清洗常用的压力为2,35MPa，水流量20,100L/min，在这样的范围之内，所耗费功率为3,15kW;大多数清洗作业都可以使用70MPa以内的水射流来完成。所以，选择工作压力为10Mpa，高压水射流清洗机主机型号选择。 S，25/50 2、实际流量确定 喷射时的实际流量一般取决于原始的额定流量，但计算时可采用如下经验公式: U,2p/, 3式中，U为流速，m/s;p为工作压力，MPa;为液流密度，。 Kg/m, 3,,1Kg/m工作压力为:p=10MPa，液流密度为:。 13 所以，实际流量为U=4.5m/s。 3、喷射距离的确定 喷射距离是指喷嘴到清洗表面的距离，它的大小对清洗质量有很大的影响。喷射距离增大时，射流到被清洗表面的扩散程度增大，于是也就增大了射流功率的损失;喷射距离减少时，单位时间内除垢面积也会减少。因此，喷射距离过大或过小都会降低清洗效率。实验证明，对一般游泥的清洗喷射距离在(150,300)D范围内较好，其中D为喷嘴的出口直径。所以喷射距离选择为465mm。所以， S，25/50高压水射流设计清洗机主机型号选择，实际流速为4.5m/s，喷嘴的截 2100mm面积为，在精清洗部分出料口上方465mm处安装一排喷头，喷头水平置。 14 4零件的设计和件的选用 4.1轴的设计计算 4.1.1计算轴的直径 联轴器和滚动轴承的型号是根据轴端直径确定的，而且轴的结构设计是在初步计算轴径的基础上进行的，故要初算轴径。 [10]轴的直径可按扭转强度法进行估算，即: 3d?cp/n 式中: P—轴传递的功率，kw; n—轴的转速，r/min; 由轴的材料和受载情况确定的系数。 c— 表4-1各种材料系数c的取值范围 轴的材料 Q235 120 35 45 40Cr,35siMn c 160—135 135—118 118—107 107—98 轴的材料一般为优质碳素钢。c 取值时应考虑轴上弯矩对轴强度的影响，当只受转矩或弯矩相对转矩较小时，c 取小值;当弯矩相对转矩较大时，c 取大值。由于滚筒的转速低转矩较大且弯矩小，故c 应取较小值，在这里我们取c 为108。 所以: 3dmm,,1081.10/1841.8 初算轴径还要考虑键槽对轴强度的削弱影响。当该轴段截面上有一个键槽 应增大5%;两个键槽时,d 应增大10%。 时，d 在本轴的设计中，轴上有一个键槽。 所以: d = 41.8×(1+5%)=43.89 mm 圆整取轴的直径为50mm。 15 4.1.2初步选取轴的形式 从上面初算轴的最小直径为50mm，根据设计需要要设计成阶梯轴来放置轴承和联轴器。 4.1.3轴的结构设计 根据以上计算可知轴上所承受的最大转矩 T =636N.m 根据工况的要求选择P 的是金属滑块联轴器。选择的材料为45号钢，45号钢经调质后，б=637 MPA, b E =210GPA。由以上计算知轴径可为45mm，考虑装联轴器加键的影响，故取轴和联轴器相连部分的直径为50mm。我们知道轴上要安装滚动轴承，为便于轴承的装配，取装轴承处的直径为55mm。本设计滚动轴承中所选的型号为30311型，其宽度为29mm ,根据结构要求选用轴肩挡圈GB886-86 55×65。在滚筒内主轴上要焊接肋条，以支撑滚筒，所以在焊接处取主轴直径为60mm,在滚筒的首端要支撑和安装联轴器和电动机。 轴承在轴上的固定，由于轴承安装在轴承座内，轴承可以通过轴上设置台阶来固定，也可以通过台阶和止推环来固定，这样轴承在轴承座内就不会发生径向的游动，在本设计中选用台阶固定，因为这样容易密封而且所选的30000系列的圆锥滚子轴承有一定的径向补偿，因圆锥滚子轴承轴承成对使用这样就解决了转动轴轴向窜动的问题。动力通过联轴器传给工作机的主轴，联轴器和主轴是通过键槽来联结的。在联轴器的选用中，选用的是WH7型联轴器，轴孔直径为55mm。 因轴的校核需要有轴的预设长度，所以需要根据选用零件和滚筒设计的各个尺寸来确定轴的长度。下面是各个零件的所需长度和设计选用长度: 表4-2轴的长度初选 零件名称 所需轴向长度(mm) 设计长度(mm) 滚筒长 2000 2200 联轴器 84 100 轴承与轴承座(一对) 180 180 总计 2264 2480 根据表4-1和表4-2设计的轴的轮廓如图4-1所示: 16 图4-1滚筒中心轴 4.1.4 轴的强度校核 查资料选择轴的材料为:45号钢,正火,硬度170-217HB,抗拉强度б=590Mpa，б=295MP bsa. 因本设计中轴为转轴，轴主要受转矩和弯矩，由于传动采用中间轴传动所以只在垂直方向有力的作用，水平方向没有受力。 轴的受力情况如图4-2(a)所示: 图4-2轴的校核 计算弯矩: [11]根据《材料力学》上的弯矩的公式: M,F,l 其中: F —所受的力，单位N; l—对应力臂，单位m。 由力矩平衡，可得A点的受力为: 17 ,FlBC , FRAl 同理可得B点的受力为: ,FlAC ,F RBl 由先前计算可知: C点的受力，代入数据F,1271.3Nl,2300mm，l,1200mm，l,1100mm，ACBC 得， = 608N FRA = 663.3 N FRB 再代入公式，得 =729.6 N?m M 轴的弯矩图见图4-2(b)所示。 计算转矩: [11]根据《材料力学》转矩公式: PMe,9549， n 其中: Me —该点处的转矩，单位N?m; P—某点处的的功率，单位kw; n —对应某点的转速，单位r/min。 根据所得数据功率为1.26kw，转速16r/min，将数据代入得， T,Me= 635.65 N?m; CC 轴的扭矩图见图4-2(c)所示。 求当量弯矩图: [10]根据《机械设计》中的当量弯矩公式: 2'2，，M,M，,T 式中: 18 ,,,,1b, —应力校正系数，对于不变的转矩，取;对于脉动的转,,,,,，1b ,,,1b,,矩，取;对于对称循环的转矩，取=1; ,,,,,0b —弯矩，单位N?m; M —转矩，单位N?m。 T ,,,,1b,本设计滚筒连续工作，滚筒中的药材重量相对稳定，于是取公式，,,,,，1b 75查《机械设计》表16.3得，。 ,,,0.28270 则当量转矩N?m。 ,T,0.28，635.65,178C 以上数据代入得: '22 M,729.6，178C , 742 N?m 当量弯矩图见图4-2(d)所示。 M'742C33d,,,42.6mm,50mm校核轴径，所以设计的轴符合C,,,0.10.1，75,b1 要求。 由图可知危险截面是C处。 [11]根据材料力学上的公式: ,,T/W,,,,maxt 验算轴的强度是否符合要求。对于工作机轴: ,,T/W maxt -33=752×16/[π(50×10)] =61Mpa,[τ]。 [τ]值查表得到45号钢的[τ]=370Mpa,故此轴满足要求。 19 4.1.5 选择轴和联轴器的键 尺寸根据轴径从相应标准中选取。键的长度按轮毂长度选取。根据工况条件，在轴和联轴器的联结时主要传递转矩且无轴向的窜动，所以选择此处选择半圆键联接即能满足要求。普通平键主要靠两侧面的挤压来传递转矩，平键连接具有结构简单，对中性良好，装拆方便，应用极其最广，并在市场中占据较大市场，它也适应于高速、高精度或承受循环、冲击载荷的场合。 普通平键按构造分，有圆头(A 型)、平头(B 型)及单圆头(C型)三种。单圆头(C型)常用于轴端与毂类零件的连接。由于联接为轴头开槽联接，与之适用应选用C型普通平键，国家标准代号为键16×80 GB 1096。联轴器的轮毂的长度为84mm ,从《机械传动装置设计手册》表18-4中，我们查得键的公称尺寸[10]: b×h =16×10 b—键宽,单位mm h—键高,单位mm C型平键示意图如下图4-3: 0.5×45? 图4-3 C型平键 键的材料采用抗拉强度不小于600Mpa 的钢，常用45号钢。 键槽表面的粗糙度:轴槽，键槽宽度b两侧的表面粗糙度参数R值推荐a 1.6-3.2um。 平键连接传递转矩要求强度的校核，选择好的键，便是校核其强度是否满足实际工作的需要。一般在传动过程中受的是剪力，所以选择的键是否合适就是校核剪切应力是否满足要求。 [11],根据《材料力学》中的剪切应力的公式: Fs,, A式中: A:剪切面面积 20 F:所受剪力 s 又有公式: T F,sl 式中: :键所受转矩 T :力臂长度 l 代入数据得， 7523F = ，10Ns552 3= 27.3，10N 代入公式得， 327.3，10 ,,Pa ,6(40，16)，10 6,42.7，10Pa ,42.7MPa ,查表得到45号钢的许用切应力[τ]=370Mpa，而=42.7MPa,[τ]，所以选择的键符合要求。 4.2 滚筒结构的设计 设计的中药材清洗机主要由滚筒、传动装置、机架、水箱池、电机、进出料斗等组成。电机固定在机架上，电动机与减速器直接联式，减速器采用的是摆线针轮减速器。滚筒被两个支座支撑，滚筒的主轴通过金属滑块联轴器和减速器的输出轴相联。滚筒的主轴与焊接在滚筒内口上的连接件相互固定在一起。电机带动减速机,清洗滚筒的表面均匀布置很多直径为10毫米的小孔，滚筒的动力来自电动机，通过滚筒在水池中旋转和滚筒内壁推板的抄起作用，以达到粗清洗的目的。在水池的底部设有淤泥清除口。 从生产能力计算中我们得知所设计的滚筒的直径为1米、长度为2米，滚筒固定在滚筒支架上，滚筒支架为矩形钢焊接而成，刚性好。由于滚筒是中心轴驱动，那么滚筒和中心轴必须通过支撑杆连接起来，如支撑杆设置在两头，那么就 21 会和出料口和进料口发生碰撞。而且由于滚筒的长度是2米，设置在两头会使中间部分负荷太重。所以，在距离首尾各0.5米的地方装置支撑杆。 滚筒结构图如下图4-4所示: 图4-4滚筒结构图 1电动机 2摆线针轮减速器 3金属滑块联轴器 4入料口 5外壳 6滚筒 7支撑架 8推板 9高压喷头 10出料口 17中心轴 18杂质出口 19水箱 20排水口 21支架 推板与滚筒的安装方式:根据之前得出的数据，推板倾斜安置，每块推板与 o水平线夹角为20。由于滚筒的长度为2m，可将推板的水平长度设定为200mm， 厚度为5mm，在滚筒内壁安装10块推板。安装方式采用铆接，实际安装如图4-5。 图4-5滚筒实际安装图 22 5 干燥部分 5.1干燥方式的分类 干燥的方法可分为物理方法和化学方法。属于物理方法的有加热、真空干燥、冷冻、分馏、共沸蒸馏及吸附等。化学方法是利用干燥剂去水。干燥剂按其去水的作用可分为两大类，第一类能与水可逆的生成水合物，如硫酸、氯化钙、硫酸钠、硫酸钙等，第二类是与水反应后生成新的化合物，如金属钠、五氧化二磷等。常用的干燥方法有加热干燥、低温干燥、化学结合除水干燥、吸附去水干燥等四种。 1、加热干燥 其原理是利用加热的方法将物质中的水分变成蒸汽蒸发出来。常用仪器有电炉、电热板、真空干燥箱等。加热干燥的优点是能在较短的时间到达干燥的目的。 2、低温干燥 一般指在常温或低于常温的情况下进行的干燥。常见的是常温常压下在空气中晾干、吹干，在减压(或真空)下干燥和冷冻干燥均属低温干燥。低温干燥适用于易燃、易爆或受热变质的物质，此法比较缓和安全。但被干燥的物质在空气中必须稳定、不易分解和不吸潮。 3、化学结合除水干燥 该方法多用于有机物的除水，通常的做法是向盛有机物的试剂瓶中加入吸水的无机物，这些无机物通常和有机物是互不相溶的，使用时，取上层清液即可。 4、吸附去水干燥 这种方法多用于吸附气体和液体中的游离水，作为干燥剂的物质要易于和游离水作用或易于吸附水气而又不与被干燥的物质作用。一般常用的干燥剂有氢氧化钠、氢氧化钾、金属钠、氧化钙、五氧化二磷、浓硫酸等。用这种方法干燥时被干燥的物质往往有被污染的危险，应该注意。 5.2干燥方式的选择 药材在干燥的过程中，应该尽量保证药材的药性不流失，大部分物理干燥方式和化学干燥方式干燥环境变化剧烈，可能破坏药材的结构从而降低药材的药性，造成经济损失。 23 根据实际生产情况的分析，药材的干燥采用加热干燥，可以在较短的时间内达到干燥药品的目的，同时保证药材受到尽可能少的破坏，提高生产效率，有利于工业化生产。而在干燥加热的方式中，辐射加热干燥被证明为最有效的加热干燥方式之一。 红外线加热干燥是利用电磁辐射热传原理，以直接方式传热而达到加热干燥物体的目的，从而避免加热热传媒体导致的能量损失，有益能源节约，同时红外线因有产生容易，可控性良好等特质，而有加热迅速、干燥时间短、生产力提高，产品品质改进及设备空间节省等优点。 红外线加热的优势是效率，红外线干燥加热方式在近几年来以惊人的速度被接受，并以实际使用于各个层次，除以上优点外还主要有以下优点: 1、不需要热传介质传递，热效率好。 2、可以局部加热节省资源。 3、提供舒适的作业环境。 4、节省炉体的建筑费用及空间，组合、按照及维修简单容易。 5、在加热的过程中不释放有害物质，保证干燥过程的清洁。 6、温度控制容易、且能迅速升温，具有安全性。 7、热惯性好，不需要暖机，节省人力。 因为红外线加热有上述优点，因此获得高效率、均一性的加热是可能的，因此本次药材清洗机的设计选用红外线加热。 24 5.3干燥部分的结构设计 图5-1干燥装置结构图 15红外线发生器 16干燥桶入料口 17排线针轮减速器 18电动机 19干燥桶外壳 20挡板 21干燥桶出料口 22烘干片 23支架 烘干片在电机摆线针轮减速器的带动下旋转，物料由16进入，在滚筒内壁装有15对其进行加热干燥，当物料由干燥桶的左边被叶片带至右边，会被20推至叶片的扇形缺口处，然后掉至下一层开始再一次烘干，经过最多九次的循环，物料最终被推至21，滑出干燥桶，完成整个干燥过程。在干燥桶内部还装有温度传感器，将桶内的温度传至外部的控制器PLC，保证桶内温度的恒定。 参考滚筒壁厚的计算，将干燥桶的壁厚设定为10mm。 为配合清洗装置的产量，圆筒内壁直径1000mm圆筒外壁直径1020mm。烘干片的直径需与干燥桶的内径配合，要保证存在一定间隙，有不能让药材从烘干片与桶壁的间隙中落下，根据实际药材的大小，将间隙设定为5mm，从而烘干片的半径为495mm。由于传动流程相同，功率负载接近，带动烘干片的轴径可参考滚筒中心轴的直径50mm。 25 烘干桶与烘干片的配合如图5-2所示: 图5-2烘干片配合 图5-3烘干片实体图 图5-4烘干片截面图 26 6电气控制 滚筒和干燥桶的电控主要是控制电动机的起动、停止，实现自动控制，并具有必要的保护。本设计采用控制器、熔断器、热继电器和按钮所组成的控制装置对控制对象进行控制。控制装置根据生产工艺过程对控制对象所提出的基本要求实现其控制作用。 其电控原理图如下图6-1所示: 图6-1电控原理图 起动电动机，合上闸刀开关Qs，按下起动按钮SB2，接触器KM的吸引线圈得电，其主触点KM闭合，电动机起动。由于接触器的常开触点KM并联于起动按钮，而且这时已经闭合，因此当松手断开起动按钮后，吸引线圈KM通过其辅助常开触点可以继续保持通电，维持其吸合状态，故电动机不会停止。这个并联接于起动按钮的辅助常开触点通常称为自锁触点。此控制电路称为自锁电路，触点的自锁作用叫做“记忆功能”。 27 使电动机停转:按停止按钮SB1，接触器KM的吸引线圈失电释放，所有KM常开触点断开。KM主触点断开，电动机失电停转;KM辅助触点断开，消除自锁电路，清除“记忆”。 线路保护环节: 短路保护——短路时通过熔断器FU1或FU2的熔体熔断切断电路，使电动机立即停转; 过载保护——通过热继电器FR实现。当负载过载或电动机单相运行时，FR动作，其常闭触点将控制电路切断，KM吸引线圈失电，切断电动机主电路使电动机停转; 零压保护——通过接触器KM的自锁触点来实现。当电源电压消失(如停电)，或者电源电压严重下降，使接触器KM由于铁心吸力消失或减小而释放，这时电动机停转并失去自锁。而电源电压又重新恢复时，要求电动机及其拖动的运动机构不能自行起动，以确保操作人员和设备的安全。由于电网停电后自锁触点KM的自锁已消除，所以不重新按起动按钮就不能起动。 通过上述电路的分析可以看出:电器控制的基本方法是通过按钮发布命令信号;而由接触器执行对电路的控制;继电器则用以测量和反映控制过程中各个量的变化，例如热继电器反应被控制对象的温度变化，并在适当的时候发出控制信号使接触器实现对主电路的各种必要的控制。 28 总 结 经过这最后一个学期的毕业设计，使我真正懂得了学以致用的道理，本设计的题目是中药材清洗机，本设计意在设计出结构简单、故障率低、体积较小的中药材清洗机，同时代替传统的手工清洗方式以提高中药材的清洗效率。在设计的过程中，广泛的视野和对一般机械结构原理的了解十分重要，合理的使用不同的结构能极大简化各种流程。本设计中应用的滚筒中的倾斜推板，不仅起到分离泥沙和清洗的作用，而且起到推动药材前进的效果。通过整个毕业设计的系统设计也暴露出自己的不足之处，自己会加强知识的学习和掌握。由于知识不足，整个设计还存在一些问题，一些尺寸的精度不够，在实际应用中要经过多次调整才能达到预期效果，望各位老师批评指正。 29 参考文献 [1] 卜炎.机械传动装置手册(上册). 北京:机械工业出版社，1999 [2] 刘朝儒.机械制图. 第五版 北京:高等教育出版社，2006 [3] 董均果.实用材料手册. 冶金工业出版社 机械工业出版社，2002 [4] 吴宗泽.机械设计实用手册. 化学工业出版社，2003 [5] 纪名刚.机械设计. 第七版 北京:高等教育出版社， 2001 [6] 孙恒.机械原理. 第七版 北京:高等教育出版社 2005 [7] 无锡轻工业学院编. 食品工厂机械与设备【M】. 北京:轻工业出版社,1986 [8] 肖振金.翁明辉.食品工厂机械与设备[M]. 中国化工出版社，1997，9:47-50 [9] 颜庭筠.赵翮翔.谈谈发展专用清洗机的一些看法 [J] .组合机床与自动化 加工技术.1990 [10] 邱宣怀.机械设计[M].高等教育出版社，2005，12:314-376 [11] 刘鸿文.材料力学[M].高等教育出版社，2005，4:49-120 [12] 陈旭俊主编.工业清洗机及清洗技术【M】.北京:化学工业出版社 [13] 刘鸿文.材料力学(第三版 上册).北京:高等教育出版社，1992 [14] 卜炎.实用轴承技术手册[M]，机械工业出版社，2004，1:21 [15] 金续曾.电机电气控制线路图册[M]，水利电力出版社，2007 [16] 赵影.电机与电力拖动[M]，国防工业出版社，2006.7 [17]MARIN J W.DOHER R D,CANTOR B.Stability of microstructure in metallic systems[M].Cambridge:Cambridge University Press,1997. [18]UANIHIRO K,HASHI Q,AKESHI T，UJITA F，ECHIRO K.Microstructual control of a precipitate-hardenable Al-Ag alloy using severe plastic deformation[J].Material Science Forum,2003. 30 致 谢 四年紧张的大学生活即将结束，对即将失去的学生生涯的怀念，对曾经年少无知的后悔，在四年大学生活里的点点滴滴都将成为我以后人生的美好回忆。想想求学期间的点滴历历涌上心头，时光匆匆飞逝，四年的努力与付出，随着论文的完成，终于让我在大学的生活，得以划下完美的句号。 经过长时间的查资料、整理材料、画图，终于顺利完成了论文。论文得以完成，要感谢的人实在太多了。首先我要感谢学院给了我一个可以学习的环境，真的非常感谢～ 在这最后的作业中我要感谢这四年来我认识的各位老师和同学。感谢我的指导老师侯顺强老师，本论文从选题到完成，每一步都是在侯老师的指导下完成的，倾注了侯老师大量的心血。侯老师指引我论文的写作的方向和构架，并对本论文初稿进行逐字批阅，指正出其中误谬之处，使我有了思考的方向，他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪，他一丝不苟的作风，将一直是我学习中的榜样。侯老师要指导很多同学的论文，加上本来就有的教学任务，工作量之大可想而知，但在一次次的回稿中，精确到每一个字的批改给了我深刻的印象，使我在论文之外明白了做学问所应有的态度。他的精神激励了我，使我克服了在论文写作过程中的困难。在此，谨向侯老师表示最崇高的敬意和衷心的感谢～谢谢侯老师在我撰写论文的过程中给与我的极大帮助。 我还要感谢项目组的所有成员和宿舍的各位舍友，在毕业设计的这段时间里，你们给了我很多的启发，提出了很多宝贵的意见，对于你们帮助和支持，在此我表示深深地谢意。 31