滚筒分级机的设计滚筒分级机的设计
.1.前言
滚筒式分级机作为一种食品分选机,在果蔬的选择过程中被很好的应运,各种果实由于大小,质量,色泽,形状,成熟度,病虫害等程度均不一样,可根据商品要求的规定标准,利用滚筒分级机对其进行分选,这种机械利用多级不同孔径滚筒的筛的旋转,可对直径大小不同的果实进行尺寸分级,由于整机工作平稳,且对果实不会造成机械损伤分级效率高,噪音小,很符合现代农业发展的趋势。
1.1设计来源
1.2设计的目的和意义
机械设计课程设计是机械设计课程的最后一个重要的教学环节,是学生第一次较全面的设计能力训练,其基本目的是:
1、...
滚筒分级机的设计
.1.前言
滚筒式分级机作为一种食品分选机,在果蔬的选择过程中被很好的应运,各种果实由于大小,质量,色泽,形状,成熟度,病虫害等程度均不一样,可根据商品要求的规定标准,利用滚筒分级机对其进行分选,这种机械利用多级不同孔径滚筒的筛的旋转,可对直径大小不同的果实进行尺寸分级,由于整机工作平稳,且对果实不会造成机械损伤分级效率高,噪音小,很符合现代农业发展的趋势。
1.1设计来源
1.2设计的目的和意义
机械设计课程设计是机械设计课程的最后一个重要的教学环节,是学生第一次较全面的设计能力训练,其基本目的是:
1、培养学生理论联系实际的设计思想和解决实际问题的能力。通过课程设计,综合运用机械设计课程和其他相关课程的理论和实际知识,解决机械设计问题。通过设计实践掌握机械设计的一般规律。
2、加强机械设计的基础技能的训练。例如:计算、绘图,能运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料等
3、通过对通用机械零件或简单机械的设计,使学生掌握一般机械设计的程序和方法,树立正确的工程设计思想,培养独立、全面、科学的设计能力。
1.3 国内外的发展趋势
2.滚筒分级机的结构形式与
选择
2.1 滚筒分级机的主要结构
⑴滚筒
它是一个带孔的转筒,转筒按分级的需要设计成几段。各段的孔径不同而同一段的孔径相同。进口端的孔径最小,出口端最大。
滚筒常用厚度为1.5~2.0mm的不锈钢板冲孔后卷成圆柱筛。
⑵支撑装置
它有滚圈、摩擦轮、机架组成。
⑶收集料斗
收集料斗设在滚筒下面,料斗数目与分级的数目相同。
⑷传动装置
目前广泛应用的是摩擦轮传动。
⑸清筛装置
装置清筛装置,为了保证物料按相应的孔径流出。
2.2 滚筒的设计原理
滚筒分为若干组,组数为所需分级数目减1,滚筒上有很多小孔,各组小孔孔径不同,而同一组中孔径相同。从物料进口至出口,后组的孔径比前组大,工作时,被筛选的物料由喂入装置进入筛筒内,沿着旋转筛筒的内壁上升,当上升至一定高度后松散落下。如此反复,连续进入筛筒内的物料受压力和松散性的作用,逐步向筛筒另一端的出口移动。在这个过程中,小筛孔的物料通过筛孔漏出,被置在筛筒下部的出料口,然后排出。大于筛孔的物料随着筛筒转动被代送到另一端,经筛选后被分离出去,从而完成分选作业。
2.3 滚筒设计方案的选择
本设计中,滚筒用来对在本设计中,对山楂果按其直径的不同进行分选。考虑到对不同大小的山楂的需求,可将机器的分级情况定为四级,在实际生产过程中,将相邻两段料斗合为一级,以满足不同的分级需求。因此本设计采用三级筛筒,四级分级。
3.滚筒式分级机主要参数的确定
3.1 由生产能力计算筛孔总数
设生产能力为G,则
G=
(t/h)
式中 Z——滚筒上孔眼总数,个。
——在同一秒内从筛孔掉下物料的系数。一般取1.0%~2.5%.长形物,如青豆,取上限,直径较小的圆形物,如蘑菇类取下限。
m——平均每只物料的质量,㎏。
由给定参数 G=3 t/h ,m=25g ,
=2.0%
可求出 Z=
=
=1667(个)
3.2 滚筒直径D、长度L、以及各级的排数Pi和各排的孔数ZPI确定
在生产能力已知的情况下,所求得Z,则为滚筒上所需的孔数。但是由于各级筛筒孔径不同,而筛筒的直径相同,因此总孔数不能平均分配在各个级中。一般把滚筒展开形成平面,遵循如下关系;
每级孔数=排数×每排孔数
每级长度=(每级筛孔直径×每排孔数)+(排数×孔隙)
则 滚筒的圆周长度=(排数×各级孔径)+(排数×孔隙)
理论上,每级的孔数之和等于总孔数Z,每级长度之和是所设计的滚筒长度,但这样计算各级滚筒的直径各不相同,无法连接在一起。因此一般取滚筒中直径较大的一级做为整个滚筒的直径。
初步确定的滚筒直径和长度后,用D:L=1:4~6进行校合。不在此范围内,应重新调整每级排数或孔数。一般若L>6D,则可适当增加排数,减少每排孔数;若L<6D,则应增加每排孔数,减少排数。
现在由分选所需山楂的需求,对筛筒各级孔径做如下估计;
参数
筛筒
孔径(mm)
,孔隙(mm)
粒径分布比例系数ai
,轴向分部比例系数bi
第一级
30
15
1/8
1/2
第二级
35
20
1/2
1/4
第三级
40
25
1/4
1/8
3.2.1各级筛孔数的计算
①各级筛孔的孔数
Zi=aibiZ0
式中;ZI——每级筛孔的个数,个;
aI——原料粒径分布比例系数;
bI——原料沿滚筒轴向分部比例系数;
Z0——基准孔数,个。
②基准孔数为;
Z0=
则
Z0=
=7620(个)
则,可求
Z1=a1b1Z0=
=476
Z2=a2b2Z0=
=953
Z3=a3b3Z0=
=238
3.2.2 筛孔排数与每排孔数的计算
已知
=L/D
式中
——长度与直径之比;
L——滚筒的长度,m;
D——滚筒的直径,m。
又知滚筒长度可
示为:
L=
=
式中;
——基准排数,通常以第一级为基准
——各级筛孔的直径,m;
——各级筛孔的孔隙,m;
——筛孔的直径及间隙对排数的影响比例系数
又知
=P1/P0
式中P1——各级筛孔排数
因 Si=
+
故 P1=
则将这些转换式对L=
=
进行化简,得
L=
又估计
=L/D=4 则D=1/4L
则L2=
解得 L=2.2 m
则D=1/4L=0.55 m
则由P1=
,得
P1=
=44
P2=
=36
P3=
=30
由此可得各级滚筒每排孔数:
由Zpi=
,可得
Zp1=
=11
Zp2=
=27
Zp3=
=8
经圆整后,各级滚筒每排的孔数:
Zp1=10 (个) , Zp2=25 (个) , Zp3=5 (个)
③滚筒直径的确定
各级滚筒的周长为
li=
,则
l1=
l2=
l3=
各级计算周长中,最长的作为整个滚筒的周长,则l=1.715 m
(ⅰ)筛孔间隙修正
因为各级计算周长与确定的滚筒周长l存在差值,则按下式修正;
则
(ⅱ)滚筒直径
D=l/
则D=1.175/
=0.55 m
(ⅲ)长径比验算总、
总长度的确定,应将各级的一侧边缘尺寸
计入,因此
又知,
=
则滚筒长度为
则
=2.238 m
将计算出的滚筒长度和直径带入长径比公式中进行验算,若不超过规定长度比的5%,则可确定长度和直径;否则要重新进行校正。
由计算知 D=0.55m L=2.238m
则
=L/D=2.238/0.55=4.02
规定的
=L/D=4 则相差值为4.02-4=0.02<5%, 符合要求。
故可确定滚筒 D=0.55m , L=2.238m
4.转速
及水平倾斜角
的确定
滚筒的转速影响分级效率及生产能力,而滚筒转速的决定取决于直径。
对具有年很小倾角的滚筒,近似看做水平,则物料与滚筒一起回转时,上升至图中B 点时下落,其受力如图
物料B受到重力G、离心力C、摩擦力T和滚筒对物料的支撑力N作用下处于平衡状态,
为物料上升达到的最高点位置与滚筒最低点对滚筒回转中心的夹角。
对物料受力分析,把G分解为Gsin
和Gcos
两个力,列如下方程;
T=G·sin
N=G·cos
T=
·N=
(G·cos
+C)
C=
又知
则带入得
C=
式中;T
G——物料颗粒B的重力,N;
N——滚筒对物料的支撑力;
T——摩擦力,N;
——物料对筒壁的摩擦因数,
=tan
,
为摩擦角;
C——离心力,N;
——物料颗粒B的质量,㎏
——重力加速度,
——物料运转的线速度,
——滚筒转速,
。
联立解以上方程,得
解得,
据试验设备正常工作的基本条件是
°~10°。一般取
=0.7,则
tan
=0.7 ,得
°,则
。将上述数据代入上式,得
=
=
考虑到滚筒一般呈倾斜放置的影响,则通常转速取
则,
由前面的滚筒尺寸参数计算中,知D=0.55 m ,根据公式可得本设计中滚筒的转速范围
=
又考虑到滚筒的转速一般为10~15 r/min,一般不超过30 r/min。在结合实际生产需求,最终确定滚筒的转速
。
由上式可知,n与
成反比,即滚筒直径愈大,其转速越小,
而转筒的倾角
与筒的长度有关,一般约为3°~5°。长的转筒取小值,短的取大值。本设计中滚筒的长度为L=2.238 m ,则结合实际生产需求,取
=4°。
5.功率的计算
对于摩擦轮传动式,其功率可用下式计算;
式中 P——滚筒转动所需要的电机功率,W;
R——滚筒内半径,m;
n——滚筒转数,r/min;
m1——滚筒本身质量,㎏;
m2——滚筒内原料质量,㎏;
——传动效率,一般取0.6~0.7。在本设计中取
=0.6。
式中 F——滚筒表面积,m2;
——为滚筒材料厚度,m;
——滚筒材料密度,㎏/m3。
滚筒的筒壁厚度一般为1.5~2.0 mm ,在本设计中取
=2.0mm,制作滚筒采用410S型号的钢板,其
=7.75×103 ㎏/m3。则,由公式可得,
=
=
=60㎏
式中 L——滚筒的长度,m;
——物料的密度,㎏/m3;
——物料在滚筒中的填充系数,一般为0.05~0.10。
在本设计中,所涉及的滚筒用来筛选山楂,按其平均质量和半径,估算出物料密度
=1.8×103㎏/m3,填充系数选取
=0.07,则,
=
=67㎏
将以上结果代入滚筒转动所需的电动机功率P的计算公式中,
=
= 1359 W
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