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本科畢業(yè)論文（設(shè)計）
題目名稱： 新型粉料烘干殺菌機設(shè)計
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論文題目：新型粉料烘干殺菌機設(shè)計
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壓縮包內(nèi)含有CAD圖紙和說明書,咨詢Q 197216396 或 11970985 新型粉料烘干殺菌機設(shè)計
摘 要
面對食品工業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種多樣的物料形勢以及多樣的處理方式，其中對于食品粉料這一物料種類來說，處理要求也相當高，對新型粉料烘干殺菌設(shè)備的需求量也很大。
新型粉料烘干殺菌機是具有烘干和殺菌一體化的機械設(shè)備，具有處理量大，去水率的特點，本設(shè)計主要是對烘干部分結(jié)構(gòu)的確定，包括烘干采用的具體方式，電機、減速機、傳動結(jié)構(gòu)的選型，新型粉料烘干殺菌機的工況分析也是設(shè)計的一部分，設(shè)計部分還包括滾筒的設(shè)計計算和料斗的部分結(jié)構(gòu)設(shè)計。
通過對新型粉料烘干殺菌機的結(jié)構(gòu)的設(shè)計，在利用solidworks輔助工具實現(xiàn)實體建模并作分析，證明設(shè)計的可行性，并優(yōu)化設(shè)計內(nèi)容，運用CAD完成的零件圖為零件的加工提供了可行性。
關(guān)鍵詞 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計；粉料烘干；結(jié)構(gòu)選型
Abstract
In the face of the development of the food industry, there have been a wide variety of materials and a variety of processing methods, which for the food powder material type, the processing requirements are quite high, the new powder drying sterilization equipment demand Too big
The new powder drying and sterilizing machine is a mechanical equipment with drying and sterilization integration. It has the characteristics of large capacity and water removal rate. The design is mainly to determine the structure of drying, including the concrete way of drying, Motor, reducer, transmission structure selection, the new powder drying sterilization machine conditions analysis is part of the design part of the design also includes the design of the drum and hopper part of the structural design.
Through the design of the structure of the new powder drying and sterilizing machine, the solidworks aids are used to realize the solid modeling and analysis, and the feasibility of the design is proved and the design content is optimized. The parts of the parts are completed by CAD feasibility.
Key words Mechanical design;Powder drying;Structural selection
目錄
1. 緒論 1
1.1 課題研究的應(yīng)用價值 1
1.2 目前研究的概況和發(fā)展趨勢 1
2. 方案的比較與選擇 2
2.1 帶式烘干機組成及工作原理及優(yōu)缺點 2
2.2 塔式烘干機優(yōu)缺點 3
2.3 箱式烘干機工作原理及優(yōu)缺點 5
2.4 滾筒烘干機原理及優(yōu)缺點 6
2.5 烘干部分選型的確定 7
2.6 傳動機構(gòu)的選擇 7
3. 方案的總體設(shè)計 10
3.1 新型粉料烘干殺菌機預(yù)想簡圖 10
3.2 新型粉料烘干殺菌機工作原理 10
3.3 工況分析 11
4. 滾筒設(shè)計 12
4.1 物料吸熱計算 12
4.2 計算有效加熱面積 12
4.3 滾筒參數(shù)的確定 13
5. 電機選型 14
6. 減速機的選型 16
7. 鏈傳動設(shè)計 18
7.1 鏈傳動特點 18
7.2 鏈傳動參數(shù)的計算 19
8.滾輪部裝計算 23
9. 料斗螺旋式送料結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算 26
10. 總結(jié) 28
參考文獻 31
致 謝 32
附錄1：外文譯文 33
附錄2：外文文獻 34
8
1. 緒論
1.1 課題研究的應(yīng)用價值
中國是世界上最大的面粉、米粉消費國，粉料類食品的生產(chǎn)安全與儲存很關(guān)鍵。目前使用的粉料類烘干滅菌設(shè)備中，由于生產(chǎn)條件及工藝的原因，常出現(xiàn)產(chǎn)品微生物指標超標、含水率達不到預(yù)期要求等原因?，F(xiàn)行設(shè)備的烘干部與滅菌部為分離式，體積大，成本高。新裝置采用滅菌、烘干一體化，可以縮減體積、降低成本，有效減低菌落數(shù)。故本研究具有一定的應(yīng)用價值及研究必要性。
1.2 目前研究的概況和發(fā)展趨勢
目前粉料處理的目標很廣泛，無菌蛋白粉、無菌面粉、辣椒粉、胡椒粉、豆奶粉、豆粉、麥片、黑芝麻糊、米粉、花粉、藕粉、龜鱉粉、珍珠粉、蔬菜粉及各類調(diào)味料、藥粉生產(chǎn)過程對粉料烘干殺菌劑的使用，需要完全滿足生產(chǎn)要求，新處理的產(chǎn)品以其優(yōu)質(zhì)、衛(wèi)生、營養(yǎng)成分高從而贏得廣大消費者的歡迎。在各種袋盒包裝食品、天然營養(yǎng)品的加工過程中，為保持各種營養(yǎng)成分和微生物不被破壞，現(xiàn)在通常采用真空冷凍干燥和鈷60射線殺菌工藝，其缺陷是工藝復(fù)雜，生產(chǎn)周期長、設(shè)備投資大、可能會有輻射遺物、放射性殘留影響使用范圍，且能耗高，效率低。
新型粉料烘干殺菌機與原工藝相比，具有加工周期短、產(chǎn)品質(zhì)量好、低溫殺菌、保待營養(yǎng)成分等優(yōu)點，提高了效率，節(jié)省了電力，有很好的發(fā)展前景并能帶來很好的經(jīng)濟效益和社會效益。此設(shè)備包括自動進料，連續(xù)殺菌干燥，操作程序可控可調(diào)，設(shè)備自動化程度高，操作便捷，可大幅度降低傳統(tǒng)干燥方式的人力成本，顯著提高經(jīng)濟效益，是規(guī)?；B續(xù)生產(chǎn)的最佳選擇，并且微波殺菌是一種高效、節(jié)能、穩(wěn)定、可靠、設(shè)備簡單、操作方便和新技術(shù)。但是也有缺點，基本建設(shè)費用高，耗電量較大。
在目前，通常的干燥方式有三種，分別是機械脫水法、加熱干燥法、化學(xué)除濕法。機械脫水法是通過對物料加壓的方式,將物料中的部分自由水分擠出，然后在沉降、過濾、離心分離等方法除水，機械脫水法雖然最為經(jīng)濟但達不到干燥的要求?；瘜W(xué)除濕法是利用吸濕劑除去物料中的水分,由于吸濕劑的除濕能力有限,僅用于除去物料中的微量水，因此生產(chǎn)中應(yīng)用很少。
2. 方案的比較與選擇
目前，市場上的烘干機按其用途可分為民用和工業(yè)用途這兩種，按工作原理可分為帶式烘干機、塔式烘干機、箱式烘干機和滾筒烘干機等，其熱量來源都是通過電、煤、氣這三種方式。面對市場上對烘干機的高技術(shù)要求以及高工作效率，合理的選擇烘干機類型，可以實現(xiàn)高品質(zhì)低耗能的高效率無污染新型烘干機。
2.1 帶式烘干機組成及工作原理及優(yōu)缺點
(1)原理組成
帶式烘干機是一個長度較長的烘干設(shè)備，最主要的部分依舊是烘干裝置，還有輔助裝置說組成了帶式烘干機這個整體，物料通過傳輸裝置完成自動上下料、熱氣流在氣流循環(huán)裝置中帶走物料中的水分，在氣流裝置中，設(shè)有自動控制氣流大小氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)。物料通過加熱器均勻鋪在傳送帶上，由傳動裝置帶動傳送帶將物料傳送到機體內(nèi)，在機體內(nèi)部，可以通過對改變氣流大小和溫度的高低來調(diào)節(jié)烘干的工作效率與去水率，在烘干過程中使物料與氣流充分接觸達到烘干均勻徹底的目的。
(2)優(yōu)點
帶式烘干機具有機械結(jié)構(gòu)簡單組裝方便，容易安裝能夠長期工作，使用壽命長，箱體內(nèi)部易于檢修和維護，設(shè)備的配置十分靈活，單元段可根據(jù)需要添加，氣流量、干燥溫度、物料烘干時間的調(diào)節(jié)易于操作，烘干效率可控，可以對熱氣流多次利用，去水率強度大、蒸發(fā)效率高，對于含水量大，容易透氣的物料比較適用。
(3)缺點
干燥不徹底，成品含水量較高，不適合透氣性差的物料的干燥，干燥機振動大、運行不平衡，主軸和軸承容易損壞，設(shè)備小故障多。
圖2.1 梯型帶式干燥機的單元組成
2.2 塔式烘干機優(yōu)缺點
(1)塔式烘干機工作原理
塔式烘干機是一個大體積的的烘干機，主要是由五大工作部分所組成，首先是儲料段的工作方式，儲料段上有一個被稱為觀察窗的透明窗口，其主要作用是掌握烘干機內(nèi)烘干物的位置與多少。然后是有一個烘干段，它是此烘干機最重要的一部分，整個烘干物的烘干都會在烘干段完成，烘干方式是以熱風的方式加熱帶走水分，對熱風溫度的控制也是控制整個烘干設(shè)備效率的著手點，烘干機內(nèi)部排布著很多管道，用于將熱風輸入到烘干機中并伴隨著水分排出烘干機外面，烘干機里面沒有設(shè)置管道的地方就是緩蘇段，此部分又可以處理掉烘干物中的部分水分，這部分也能保證烘干物良好的品質(zhì)。此時完成烘干的物料需要考慮儲存，此時剛完成烘干的物料其溫度與熱風溫度相當，需要做一個降溫處理，這個過程就是冷卻段的任務(wù)，有冷風機將冷空氣送入到冷風管道，最終經(jīng)過降溫處理的物料已將完成了整個烘干的過車程，該烘干機還有自動卸料的功能，大大方面了物料的包裝，卸料段也是塔式烘干機的最后一部分。這個烘干機所烘干的物料也和很廣泛，但是并不適合油料類物料的烘干處理。
(2)優(yōu)點
有非常大的生產(chǎn)能力、具有降水幅度大的特點、取材容易切易于建造、機械結(jié)構(gòu)相對簡單，具有較小的傳動件，應(yīng)用普遍，易于操作。
(3)缺點
物料烘干不均勻、不徹底，設(shè)備占地面積較大，換向器必須要成一定的角度，對于這種情況下的設(shè)備安裝精度比其他部件的要求都較高，干燥和冷卻結(jié)構(gòu)在一個單元內(nèi)，但是由于冷卻段的距離較短，對于物料的冷卻效果并不會達到預(yù)期的設(shè)計要求，烘干狀態(tài)不穩(wěn)定。
圖2.2.1 烘干塔工藝流程圖
圖2.2.2 塔式烘干機結(jié)構(gòu)圖
2.3 箱式烘干機工作原理及優(yōu)缺點
(1)工作原理
箱式烘干機其實就是箱式果蔬烘干機的一個簡稱，是通過熱風爐或者電熱管的加熱為烘干機提供熱源，通過熱風的溫度的控制來調(diào)節(jié)烘干溫度，進入烘干爐的熱風由流風機使它在箱內(nèi)穿透物料，并且可以在烘干爐中進行往復(fù)循環(huán)，熱風循環(huán)時間可通過物料烘干的具體要求而設(shè)定，烘干機內(nèi)部設(shè)有排潮口，使得烘干能夠達到有效和均勻
(2)優(yōu)點
箱式烘干機在烘干時間上來說很短，在烘干過程中物料不會發(fā)生粘連，主要特點是烘干過程中不需要人的時刻控制，自動化程度較高，節(jié)省了大量的人力，烘干溫度實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)的功能，實現(xiàn)自動排潮的功能，整個烘干不破壞物料原有的形態(tài)和顏色。
(3)缺點
對風機要求過高，烘干箱內(nèi)易受烘干面積影響，導(dǎo)致烘溫難以提升溫度，同時熱能的損耗大，烘干機的耗能會明顯增加，這些使得工作成本有所增加，最大的影響就是工作效率的下降，烘干機中多層烘架的的設(shè)計使得氣流的循環(huán)受到影響，箱體內(nèi)溫度分布有所不均，嚴重影響物料烘干的的均勻性和物料的烘干品質(zhì)，烘干整機所需金屬材料較多，一個是增加了整機的重量，另一方面是提高了整機造價。
圖2.3 箱式烘干機結(jié)構(gòu)圖
2.4 滾筒烘干機原理及優(yōu)缺點
(1)工作原理
滾筒烘干機通過滾筒的順時針回轉(zhuǎn)進入工作狀態(tài)，圓筒內(nèi)裝有風機，風機并不旋轉(zhuǎn)，在滾筒的兩側(cè)裝有環(huán)形齒圈，它和滾筒之間組成了一個整體，在齒輪嚙合的驅(qū)動下為滾筒的旋轉(zhuǎn)提供動力，滾筒會跟隨齒圈一同旋轉(zhuǎn)，滾筒外側(cè)的兩端安裝有鋼圈，它的作用類似于一種軌道式的結(jié)構(gòu)，帶動滾筒的回轉(zhuǎn)，在滾筒的內(nèi)部，其內(nèi)壁也會有縱向的抄板，這種超版的作用就相當于將底部的種子炒起來，再伴隨著滾筒的轉(zhuǎn)動，是種子可以較均勻地散落在底板，然后用均勻地熱風流將種子吹佛，這樣就可以將種子內(nèi)部的水分較好的蒸發(fā)出來。待達到一定的時間，滾筒進行逆時針旋轉(zhuǎn)，谷物受到相對力的作用，會隨著導(dǎo)料板滑出.
(2)優(yōu)點
處理能力大，并且干燥強度大，熱效率高，熱量損失小，耗能與其他烘干機類型相比較最低，烘干成本低，簡便的設(shè)計使得烘干機整體體積小，轉(zhuǎn)筒制造材料為優(yōu)質(zhì)不銹鋼，筒體輕便且美觀，良好的材料性能使得它很耐用，使用壽命長，滾筒內(nèi)壁具有拋光不銹鋼內(nèi)籠，保證物料的傳送，次烘干機具有高效率循處理能力大，并且干燥強度大，熱效率高，熱量損失小，耗能與其他烘干機類型相比較最低，烘干成本低，簡便的設(shè)計使得烘干機整體體積小，轉(zhuǎn)筒制造材料為優(yōu)質(zhì)不銹鋼，筒體輕便且美觀，良好的材料性能使得它很耐用，使用壽命長，滾筒內(nèi)壁具有拋光不銹鋼內(nèi)籠，保證物料的傳送，次烘干機具有高效率循環(huán)排氣系統(tǒng)，結(jié)合內(nèi)籠的轉(zhuǎn)動保證烘干的均勻與烘干效率，傳動裝置采用三角帶對力進行傳送，噪聲低，使用安全可靠。
圖2.4 滾筒烘干機結(jié)構(gòu)示意圖
2.5 烘干部分選型的確定
綜上所述，綜合考慮個類型烘干方式，對于粉料的烘干要求和粉料的物理特性來講，大成產(chǎn)能力的需要選擇滾筒烘干機最為合適，它的高效可靠、成本低使得選用滾筒烘干機具有可行性與設(shè)計價值。
2.6 傳動機構(gòu)的選擇
(1)齒輪傳動
優(yōu)點：齒輪傳動需要運作的空間比較小，結(jié)構(gòu)緊湊，壽命比較長，效率高，速度和尺寸選擇的范圍比較大；
缺點：齒輪的傳動在兩距離遠的傳動軸來說不合適，傳動過程中容易出現(xiàn)振動的現(xiàn)象，若以齒輪傳動的方式會提高成本，齒輪在制造過程以及安裝過程中，對精度的要求也很高，所以價格貴，一般低要求傳動不常用。
圖2.6.1 齒輪傳動簡略示意圖
(2)連桿機構(gòu)
優(yōu)點：潤滑較為方便，不易磨損，構(gòu)件成桿狀，傳遞的路線較長，傳動結(jié)構(gòu)簡單，加工安裝要求低，成本少。
缺點;連桿機構(gòu)桿件多，構(gòu)件繁多，運動產(chǎn)生誤差大，因此運動精度不高，并且運動效率有損耗，桿件在運動過程中會有產(chǎn)生動載荷的產(chǎn)生，對于高速傳動要求的裝置不適用。
圖2.6.2 曲柄搖桿機構(gòu)示意圖
(3)帶傳動
對 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)較其他類型的傳動方式簡單，傳動的平穩(wěn)性強，造價低廉且可以緩沖減震，以及過載保護的特點
缺點：摩擦式的帶傳動會產(chǎn)生彈性滑動以及打滑的現(xiàn)象，另外會有傳動比不穩(wěn)定的現(xiàn)象。
圖2.6.3 帶傳動結(jié)構(gòu)圖
從經(jīng)濟以及傳動穩(wěn)定性和傳動效率實際問題的綜合考慮擬采用帶傳動與曲柄搖桿機構(gòu)組合的傳動方式。
3. 方案的總體設(shè)計
3.1 新型粉料烘干殺菌機預(yù)想簡圖
圖3.1 新型粉料烘干殺菌機預(yù)想圖
3.2 新型粉料烘干殺菌機工作原理
粉料的烘干機滅菌機可實現(xiàn)烘干殺菌一體化，具有安全、可靠、高效、快速的新型設(shè)備。新型粉料烘干殺菌機總體可分為三大部份：料斗、箱體、出料傳輸。料斗的作用是實現(xiàn)自動上料功能，由發(fā)動機通過帶傳動的方式將力傳給減速器，經(jīng)過曲柄搖桿機構(gòu)、帶輪的傳送最終帶動螺旋式結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)將物料運送到箱體中，并且?guī)в袛嚢钘U件，使物料快速均勻的進入箱體。箱體中有滾筒以及氣流的輸送管道，在滾筒中實現(xiàn)烘干與殺菌的過程。出料口的動力來源是單獨與料斗的點擊，它為滾筒的轉(zhuǎn)動與出料提供動力，也是以帶傳動的方式傳遞動力。物料經(jīng)過烘干和殺菌之后通過出料口排出。
3.3 工況分析
表3-1 已知參數(shù)表
規(guī)格型號
參數(shù)
生產(chǎn)能力 （t/h)
5
進料溫度 ( oC)
20
出料溫度 (oC)
40--100
氣流流速 (m/s )
10m/s
氣流壓力（MPa）
0.4
去水率（%）
5
氣流密度（kg/m3)
2.12
滾筒轉(zhuǎn)速（rmp）
2－5
4. 滾筒設(shè)計
4.1 物料吸熱計算
(4-1)
—物料升溫熱量（kJ/h）
—水分汽化熱量（kJ/h）
(4-2)
C—物料比熱
其中面粉的比熱為1.13KJ/kg.K
=100-40=60°C
=5000kg/h
=5000×1.13×60=339000kJ/h
=m×△Q
m —面粉的初始含水量，
m=×5%
水的汽化熱△Q=2250kJ/kg
=5000×5%×2250=562500kJ/h
所以，所需總熱量Q=339000+562500=901500kJ/h
根據(jù)實際情況考慮，考慮干燥過程中熱量的損失，熱量損失假設(shè)以8%計算，則：
需要總熱量=1.08×Q=973620kJ/h
即需要蒸汽量為Z=973620kJ/h
4.2 計算有效加熱面積
面粉溫度由20攝氏度升高到100攝氏度
氣流壓力0.4MPa,氣流溫度140攝氏度
換熱面積計算：
(4-3)
式中Q—氣流冷凝熱量（kw）
Q=Z×△Q
氣流壓力△Q=2250kJ/kg,即為0.4MPa
K-傳熱系數(shù)
(4-4)
所以A=445.2㎡
4.3 滾筒參數(shù)的確定
滾筒體積： V＝×t/(ρ×β×60) ＝20.7 m3 （4-5）
式中： —(kg/h)
— 取 min
— ,
β— 裝滿系數(shù)，β＝0.3
筒體長度 L=V/(0.785×D2) ＝7.1m （4-6）
其中D=1.2 m
圖4.3 滾筒模型三維圖
5. 電機選型
此設(shè)計需要考慮主電機的選型，其電機主要作用是為滾筒的轉(zhuǎn)動提供動力，使得物料在烘干過程中充分與氣流接觸，達到高效均勻干燥的目的，合理的電機選型，能夠使新型粉料烘干殺菌機達到高效節(jié)能的生產(chǎn)目的。
電機電源取380V、50Hz
功率計算： （5-1）
式中：
β—裝滿系數(shù)，取β=0.3
所以：P＝0.0002×1.23×7.1×5×520×0.3×2＝3.83Kw
實際電機功率P電＝P÷85.5%＝3.83÷85.5%＝4.48Kw
取電機功率P電＝5.5 Kw。
參照電動機選型手冊，考慮電動機功率以及質(zhì)量和價格等因素選定電動機的型號是電機：Y132S-4。
其主要性能如表5-1所示：
表5-1 電動機型號
型號
功率/KW
電流/A
電壓/V
頻率/Hz
轉(zhuǎn)速 /(r/min)
最大轉(zhuǎn)矩/
額定轉(zhuǎn)矩
功率因數(shù)（cos）
效率/%
Y132S-4
5.5
11.6
380
50
1440
2.3
0.84
85.5
圖5.1 電機模型
6. 減速機的選型
通過查詢部分減速機選型手冊選取R系列斜齒輪硬齒面減速機，減速機參數(shù)如表6-1所示
表6-1 減速機機及參數(shù)
型號
輸入功率/KW
輸出轉(zhuǎn)速 /(r/min)
傳動比/i
輸出轉(zhuǎn)矩/Nm
級數(shù)
R133
5.5
11
126.84
4388
4
R系列斜齒輪硬齒面減速機，具有非常多的優(yōu)點比如體積相對于其他種類的減速器較小、重量也相對輕、承載能力反而比較高，效率高、使用的壽命也隨之增加，安裝容易方便，可供選擇的電機功率范圍廣，傳動比分級也比較精細等，非常適合新型粉料烘干殺菌設(shè)備的
圖6.1 R型變速機安裝尺寸
圖6.2 R型減速機安裝尺寸參數(shù)
7. 鏈傳動設(shè)計
鏈傳動簡單來說是分為鏈條和鏈輪兩組分構(gòu)成的，鏈條與齒輪之間的嚙合與配合共同來完成力的傳遞，這種傳動在傳動性質(zhì)上是屬于是一種強迫性質(zhì)的里的傳動，平常生活中經(jīng)?？梢钥吹胶芏鄼C械設(shè)備所采用鏈傳動的方式，對于這種方式，我們生活中也是最熟悉不過的。
7.1 鏈傳動特點
與其他傳動裝置之間相比較，鏈傳動的特點很明確，其最主要特點是：鏈傳動在保持平均傳動比方面具有優(yōu)勢，傳動更加平穩(wěn)，鏈傳動沒有彈性滑動和打滑而造成不利影響，（封閉式鏈傳動傳動效率=0.95～0.98）；鏈條在傳動過程中鏈條比較松弛，因此壓軸力就變得隨之較小；另一方面由于傳遞功率大，所以使過載能力變得比較強；在低速重載的傳動情況下也能達到平穩(wěn)的傳動，較好工作，鏈傳動能適應(yīng)各種各樣的惡劣環(huán)境譬如塵埃較多、油污、有腐蝕現(xiàn)象發(fā)生和強度很高的場合。但鏈傳動也有一些明顯的缺點：比如瞬時的鏈移動的速度和瞬時間的傳動比并不一定一直為常數(shù)，工作中會有沖擊和噪聲的產(chǎn)生，并且磨損后就會使跳齒得現(xiàn)象容易發(fā)生，有一定適宜的運用場合，特別是在載荷變化不大的場合不適宜在急速反向的傳動中使用。
由于此設(shè)計鏈傳動需要帶動滾筒的轉(zhuǎn)動，所以選用雙排滾子鏈結(jié)構(gòu)能夠滿足傳動的要求，分別是由內(nèi)鏈板與外鏈板、銷、套筒和滾子組成。如圖7.3所示。
圖7.1.1 鏈傳動結(jié)構(gòu)圖
圖7.1.2 雙排滾子鏈結(jié)構(gòu)
7.2 鏈傳動參數(shù)的計算
表7-2 滾子鏈的規(guī)格及主要參數(shù)(摘自GB1243.1-83)
鏈號
節(jié)距p/mm
排距p1/mm
滾子外徑d1/mm
內(nèi)鏈節(jié)鏈寬b1/mm
銷軸直徑d2/mm
內(nèi)鏈板高度h2/mm
極限拉伸載荷(單排)Q/N
每米質(zhì)量(單排)q/(kg/m)
05B
06B
08A
08B
10A
12A
16A
20A
24A
28A
32A
40A
48A
8.00
9.525
12.70
12.70
15.875
19.05
25.40
31.75
38.10
44.45
50.80
63.50
76.20
5.64
10.24
14.38
13.92
18.11
22.78
29.29
35.76
45.44
48.87
58.55
71.55
87.93
5.00
6.35
7.95
8.51
10.16
11.91
15.88
19.05
22.23
25.40
28.58
39.68
47.63
3.00
5.72
7.85
7.75
9.40
12.57
15.75
18.90
25.22
25.22
31.55
37.85
47.35
2.31
3.28
3.96
4.45
5.08
5.94
7.92
9.53
11.10
12.70
14.27
19.24
23.80
7.11
8.26
12.07
11.81
15.09
18.08
24.13
30.18
36.20
42.24
48.26
60.33
72.39
4400
8900
13800
17800
21800
31100
55600
86700
124600
169000
222400
347000
500400
0.18
0.40
0.60
0.70
1.00
1.50
2.60
3.80
5.60
7.50
10.10
16.10
22.60
通過查閱上面，可選用10A型滾子鏈符合設(shè)計需要，節(jié)距p=15.875（mm），輸入轉(zhuǎn)速為11r/min,輸出轉(zhuǎn)速為5r/min,中心距可以調(diào)節(jié)，可以定期張緊。
傳動比的計算：
=11r/min
=5r/min
中心距的確定：
從前滾子鏈選型型號可得節(jié)距P=15.875mm。傳動比 =2.02。
取主動鏈輪齒數(shù)=20,從動鏈輪齒數(shù)=44
最小中心距計算：
=0.2×20×（2.02+1）p=12.08p
鏈長節(jié)數(shù)X0的計算：
(7-1)
所以X=58
鏈條長度L計算：
L=XP/1000=58×15.875/1000=0.92mm
鏈速v計算：
(7-2)
理論中心距計算：
(7-3)
經(jīng)過計算得=211.32mm
實際中心距計算：
慮鏈條松邊安裝垂度的合理性，理論中心距相對于實際中心距會產(chǎn)生差距，合理的情況是實際的中心矩會小一點，即,△為(0.002-0.004)，某些鏈條的中心距可以做一些需要的調(diào)整，其可取較大值，可取 。
=211.32-211.32×0.004=210.47mm
有效圓周力F計算：
作用在軸上的拉力計算：
(7-4)
其中：，；
。
低速鏈傳動的靜力強度計算：
低速鏈傳動通常要求鏈條傳動速度低于某一特定的數(shù)值，在本設(shè)計中速度為v≤0.6m/s，在這種速度極低的傳動條件下鏈條的受力主要是靜強度載荷，綜合考慮受力情況可發(fā)現(xiàn)抗拉的靜力強度是不滿足要求的，所以容易遭到破壞的可能性很大，在新型粉料烘干殺菌機的設(shè)計中，物料入料速度是可控制的，因此傳動的速度是可以根據(jù)需要自動調(diào)節(jié)的，難免也會遇到速度低于0.6m/s的情況，所以進行抗拉靜力強度的計算是十分必要的，最主要的原因就是當鏈條的傳動速度處于很低的情況是，所需要的圓周力通常要遠大于離心拉力和懸垂拉力，因此可得到緊邊的拉力。
(7-5)
其中：—鏈排數(shù)，??；
—雙排鏈的極限拉伸載荷，經(jīng)查；
—工況系數(shù)，經(jīng)查；
F—有效圓周力;
[S]-許用安全系數(shù)，[S]=4~8
，因而鏈條在低速運行時安全。
8.滾輪的設(shè)計計算
滾輪所選用的材料品質(zhì)為ZG310-570，經(jīng)過調(diào)質(zhì)過程的處理之后，強度可以達到HB220～250，輪面經(jīng)過淬火處理之后可以達到HRC45的標準，
滾圈所選用的材料品質(zhì)為ZG270-500，并且經(jīng)過正火過程的處理之后硬度可以達到:HB200～220
接下來按照線接觸強度來進行計算，
由已知的傳遞效率計算筒體可以傳遞的有效動力
（、為減速機、齒輪效率分別為96%、96%）
筒體的轉(zhuǎn)矩
單個滾圈外圓處的圓周力
（為滾圈直徑,其值為D1=1.52m）
單個滾輪的法向壓緊力N
(載荷的系數(shù)；摩擦的系數(shù)選取為0.15）
接觸應(yīng)力的計算過程如下如下：
(8-1)
Fn：單個滾輪在法線方向上承受的載荷；
計算單個滾輪的法向壓緊按照公式:
取角度的值為30度
當計算綜合彈性模量的時候按照4個滾輪進行計算較為準確，可以得到E的計算公式：
，此處，
、：彈性模量
鋼的彈性模量有一范圍即～20.6（Mpa）
同理鑄鋼也有最為合適的取值范圍即E=17.2～20.2×104 N/mm2
滾圈寬度b
滾輪和滾圈的接觸長度為b0
對于外接觸，綜合曲率半徑ρ（mm）
、為滾輪和滾圈的半徑。
(8-2)
經(jīng)過圓整處理之后取值為100。
可以根據(jù)赫茲線的接觸強度的公式計算直徑d：
(8-3）
若則
則有
:半徑（mm）
:許用接觸應(yīng)力，N/mm，
F：附著力，
=63150N （8-4）
：附著系數(shù) 取
Ga：滾輪上的全部作用力，
Gz用4個滾輪進行計算，詳細過程如下：
滾輪與滾圈中心夾角α（取66°），則：
＝
（G:筒體旋轉(zhuǎn)工作的部分以及物料的總體質(zhì)量）
圖8.1 滾輪總裝圖
圖8.2 滾輪總裝結(jié)構(gòu)圖
9. 料斗螺旋式送料結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算
斗螺旋式送料干直徑D以及輸送軸的轉(zhuǎn)速n的計算由公式：
(9-1)
Q--送料的能力，根據(jù)擬定的設(shè)計要求，值取為5t/h；
K--特征系數(shù)，k在這里取值0.04；
Ψ--填充系數(shù)，在這取0.34；
C--傾角的系數(shù)，取1.0；
ρ--材料物自然狀態(tài)系數(shù)，取值為0.50t/m3，
這樣可以算得：
圓整取值為0.2m。
另外根據(jù)?運輸機械設(shè)計選用手冊?有公式：
（9-2）
公式中的A--材料物的綜合系數(shù)，根據(jù)參考資料查值，取值為75最為合適。
由此可得：
根據(jù)參考資料又有公式：
將上方確定的數(shù)值代入上式，可計算出：
同樣經(jīng)過圓整之后，取為Q=115r/min。
（9-3）
將D和n圓整之后的值代入公式，對填充的系數(shù)進行后續(xù)驗算：
符合所取的值，所以D和n的值是合適的。
（9-4）
輸料桿送料的軸向速度的計算有公式:
V--向前推進速度（m/s）；
S--螺距（0.2m）；
n--轉(zhuǎn)速（r/min）;
由此可得推進速度。
圖9.1 螺旋入料裝置
10. 總結(jié)
從根據(jù)設(shè)計的需要，做了以上的說明與計算，最終確定其生產(chǎn)能力為5t/h，相對面粉的去水率高達5%，不同的物料其去水率有所不同，應(yīng)當根據(jù)具體物料類別與物料的烘干要求，做具體說明。整機尺寸為7642x5990x5542mm,額定電壓為380v.額定功率為5.5kw。整機的設(shè)計效果圖與裝配圖見下圖所示：
圖10.1 新型粉料烘干殺菌機總裝模型圖
圖10.2 新型粉料烘干殺菌機總裝圖
圖10.3 料斗總裝裝效果圖
圖10.4 料斗裝配圖
圖10.5 出料傳動結(jié)構(gòu)效果圖
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致 謝
首先我最想要感謝的是我的指導(dǎo)老師鄭雙陽老師對我的悉心教導(dǎo)，由于是一邊實習一邊做畢設(shè)的情況，回學(xué)校的時間并不多，但老師通過網(wǎng)上聯(lián)系的方式還是在耐心的幫我解答疑問。其次感謝母校大連大學(xué)機械工程學(xué)院所有老師對我的培養(yǎng)，讓我從一個什么都不懂的小少年轉(zhuǎn)變?yōu)閷C械有所了叫的畢業(yè)生，通過大學(xué)期間的學(xué)習，，使我建立起了一種比較完善的分析問題和解決問題的能力，正是有了這樣科學(xué)的分析和思考問題的方式，才能使我克服畢業(yè)設(shè)計中遇到的一系列問題，同時這在我以后的生活、學(xué)習和工作中也將起到至關(guān)重要的作用。
附錄1：外文譯文
出處：Jeon S O, Cho S H, Song G Y, et al. Two‐Phase Flow Analyses In Rotory Dryer With Agitator[C]//THE 10TH ASIAN INTERNATIONAL CONFERENCE ON FLUID MACHINERY. AIP Publishing, 2010, 1225(1): 375-381
對帶有攪拌器回轉(zhuǎn)式烘干機的兩相流分析
Seong-Oh Jeona, Sung-Hoon Choa, Geun-Yong Songb and Youn-Jea Kimc
a 韓國成均館大學(xué)機械工程研究院
b 哥倫比亞頂級國際環(huán)境有限責任公司
c 韓國成均館大學(xué)機械工程研究院
摘要：裝有攪拌器的回轉(zhuǎn)式烘干機是一種結(jié)合了熱空氣對流干燥和回轉(zhuǎn)干燥的裝置。決定烘干效率的重要設(shè)計因素之一是內(nèi)室的流動特性。其取決于形狀、材料、葉輪的旋轉(zhuǎn)速度和熱空氣的速度。在這項研究中，我們采用美國ANSYS公司的計算流體動力學(xué)（CFD）中的CFX軟件計算了在各種條件中干燥室的流場。由于干燥室里的內(nèi)部流是由熱空氣和水蒸汽組成的，我們進行了兩相流的數(shù)值分析。我們特別得到了在非定常湍流條件下內(nèi)室的容積率分布。
關(guān)鍵詞：兩相流，攪拌器，回轉(zhuǎn)式烘干機，非定常流，CFD（計算流體動力學(xué)）
引言
近來，廚房垃圾的處理問題日益突出，對此世界各地努力限制以保護環(huán)境。廚房垃圾的處理方式主要是回收、焚燒,制造肥料或飼料?；厥蘸头贌挟a(chǎn)生嚴重有害物質(zhì)的問題。所以，一些國家的政府支持再循環(huán)計劃，用廚房垃圾制造肥料或飼料。
要用廚房垃圾制造肥料或飼料，其水分必須被最小化。如果處理能力低,我們用離心法。但是，這種離心機械干燥有物理限制。因此，它是需要熱干燥的廚房垃圾處理工業(yè)。工業(yè)設(shè)備中處理廚房廢物是使用復(fù)雜的干燥系統(tǒng)像結(jié)合了熱空氣對流干燥和回轉(zhuǎn)干燥與攪拌器的回轉(zhuǎn)式烘干機。這個系統(tǒng)包括室內(nèi)加熱器、熱流噴射器,回收產(chǎn)生于室內(nèi)蒸汽的冷凝器和不斷混合廢物的攪拌器見圖1(a)。
從腔室的流動特性，可推導(dǎo)出的干燥效率。這些被用來決定在腔室的蒸汽和空氣的分布，并確定在腔室的濕度。為了設(shè)計一個最佳形狀的干燥器,大量的實驗來可視化干燥室的內(nèi)部流動已被提交。但還存在著許多問題，花費了大量的時間和金錢的原型 。因此,要解決這些問題，得到最佳的設(shè)計因素,目前使用的方法是CFD（計算流體動力學(xué)）[ 1 ]。在本研究中，我們通過CFD方法獲得流動特性室的容積率。結(jié)果以圖形方式描述形成確定的設(shè)計因素和干燥效率的關(guān)系。
圖1.干燥系統(tǒng)的模型示意圖
（a） 全套設(shè)計圖紙；（b） 內(nèi)室
Agitator-攪拌器；Chamber-室；Hot stream injector-熱流噴射器；
Filter-過濾器；Condenser-冷凝器；Condensate out-冷凝液出口
數(shù)值方法
如圖2所示，2009年發(fā)明的數(shù)值模型是采用三維CAD工具制造的，。它分為兩個部分室和葉輪。如圖1（b）所示，螺帶式葉輪攪拌高粘度的物質(zhì)，如膏，在這項研究中藥物和奶油混合使用。
ICEM如圖3所示，嚙合是由先進的有限分析軟件CFD預(yù)處理器組成。 因為葉輪形狀是復(fù)雜的，嚙合是三元素使用八叉樹方法在ICEM中產(chǎn)生的。在葉輪的邊界和流體區(qū)被創(chuàng)建通過棱鏡法來控制網(wǎng)格密度進行精確的計算結(jié)果。葉輪的一部分是2-D殼網(wǎng)使用多個旋轉(zhuǎn)架（MRF）方法創(chuàng)建的。而且，總元素的數(shù)目為70萬左右。
室內(nèi)通過MRF模擬旋轉(zhuǎn)流的方法,是旋轉(zhuǎn)流體區(qū)產(chǎn)生真正的旋轉(zhuǎn),而不是旋轉(zhuǎn)框架[2]。在這種情況下，其中葉輪內(nèi)部的流體區(qū)是旋轉(zhuǎn)的。但它是很難選擇各流體區(qū)域葉輪嚙合，因為螺旋形帶狀葉輪的形狀是非常復(fù)雜的。因此,我們把圓柱流體區(qū)包括所有的葉輪。
我們假設(shè)流體室只有蒸汽和空氣,所以我們計算混合兩相湍流流動。而且其蒸氣與空氣應(yīng)該是連續(xù)和不可壓縮流體。當熱空氣吹起，溫度是423K，濕度為0％。
而且，出口條件是假設(shè)壓力平均。
數(shù)值分析采用ANSYS CFX-11法。該解決方案基于FVM（有限體積法）。收斂條件被設(shè)置為直到殘差是10-5的順序并且計算的數(shù)量每節(jié)拍要反復(fù)執(zhí)行約100次。
四核2.5Hz的，4GB內(nèi)存計算每一種情況的運行時間平均大約為6小時。
圖2.建模室的結(jié)構(gòu)
圖3.有限元系統(tǒng)
Inlet- 入口；Outlet-出口；Chamber-室；Fluid zone-流體區(qū)；
Impeller-葉輪；Solid zone-固體區(qū)域；Heater-加熱器
方程式中給出兩相不可壓縮流體的守恒方程（1）—（4）。并且，如方程式（5） - （8）中所示，室內(nèi)3維湍流可以通過k-ε湍流兩方程模型進行說明 。[3-5]
連續(xù)性方程：
αβΓ是從β相到α相每單位體積的質(zhì)量流率。這種情況只有當中間相質(zhì)量轉(zhuǎn)移發(fā)生時才出現(xiàn)。
動量方程：
由于其它相的存在，Mα描述作用于α相界面的作用力。另外，表示動量傳遞引起相界面?zhèn)髻|(zhì)。
體積守恒方程：
該方程可以結(jié)合相位連續(xù)性方程獲得運輸體積守恒方程。當我們通過相位的密度劃分等式.（3），并總結(jié)了所有的階段，我們可以有如下方程：
表(1).分析每種情況的條件
Case-例；Stream Velocity-流速；Thickness of impeller-葉輪厚度
Angular Velocity of impeller-葉輪角速度
表(2).各種熱空氣速度對水蒸汽的平均容積率的影響
Velocity-速度；Volume fraction-容積率
圖4.各種熱空氣速度下的容積率分布
(a) 7m / s；(b) 10 m / s；(c) 13m / s
k-ε兩方程湍流模型:
和分別代表相間轉(zhuǎn)移k和ε
此外,k值和ε值計算如下:
注意，I是湍流強度，lm是混合長度。
分析結(jié)果
容積率的模擬結(jié)果由各種熱空氣速度值、葉輪的轉(zhuǎn)速和葉輪厚度描述。全部7種案例的生產(chǎn)變動參數(shù)如表1所列。從這些結(jié)果,我們確定了水蒸汽的數(shù)量影響干燥效率。
熱空氣速度的影響
當熱空氣速度是7 m / s,10 m / s和13 m / s時，我們比較了水蒸汽的容積率。在所有情況下，葉輪的角速度都是5.5 rpm，厚度都是50mm。室內(nèi)頂部和側(cè)表面的容積率見圖4。由于空氣和水蒸汽的密度差異使蒸汽會聚在上層邊界。隨著熱空氣速度的提高,上表面水蒸汽的體積越來越小。這是因為流入熱空氣的增加導(dǎo)致流出熱空氣的增加。另外,水蒸汽容積率歸結(jié)于葉輪當速度的增加。這意味著吹動的熱空氣會使是分布在室內(nèi)上表面的水蒸汽降下來。在熱空氣速度為13 m / s時,分布的水蒸汽越往右邊越少。這些結(jié)果受葉輪的旋轉(zhuǎn)方向和出口位置的影響。表2顯示水蒸汽容積率的平均值。從該結(jié)果中，我們可以得出隨著熱空氣速度的增加，水蒸汽數(shù)量減少。
表(3).葉輪速度對水蒸汽的平均容積率的影響
Angular velocity-葉輪速度；Volume fraction-容積率
圖5.各種葉輪角速度下的容積率分布
(a) 3 rpm；(b) 5.5 rpm；(c) 7 rpm
葉輪角速度的影響
圖5演示了當角速度的葉輪是7米/秒, 10 m / s和13米/秒時，每小時的水蒸汽的容積率。在所有情況下熱空氣的速度都是10 m / s,葉輪厚度都是50mm。它指出像前分析的案例，頂室水蒸汽是上升的。隨著葉輪角速度的增加, 葉輪厚度和水蒸汽的數(shù)量也增加。表3描述水蒸汽平均容積率，同樣的結(jié)果也顯示在圖5中。減少葉輪旋轉(zhuǎn)和相對增加熱空氣影響這些結(jié)果。從這些結(jié)果,我們發(fā)現(xiàn)室內(nèi)水蒸汽隨著角速度增加而增加。
葉輪厚度的影響
當葉輪厚度是40mm,50mm, 60mm,且熱氣球的速度是10米/秒，我們研究了干燥室流動特性。圖6顯示了各個情況水蒸汽容積率。隨著葉輪厚度的增加,在頂面水蒸汽的厚度是每分鐘減少的如圖6所示。見表4,然而,隨著葉輪厚度增加，水蒸汽平均容積率是每分鐘增長的。這個原因是混合的效果是隨著葉輪厚度的增加而增加的。
表4.不同的葉輪厚度對水蒸汽的平均容積率的影響
Thickness-葉輪厚度；Volume fraction-容積率
圖6.不同的葉輪厚度下的容積率分布
(a) 40mm；(b) 50mm；(c) 60mm
總結(jié)
在這項研究中,對帶有攪拌器的復(fù)雜干燥器中的多相流動特性進行數(shù)值研究。特別是研究葉輪厚度,角速度和熱空氣速度的影響。當熱空氣速度增加時,室內(nèi)水蒸汽的數(shù)量減少。然而，隨著葉輪角速度的增加,室內(nèi)水蒸汽的數(shù)量增加。這使得烘干機效率下降。結(jié)果也表明,葉輪厚度和干燥效率之間沒有關(guān)系。需要進一步的研究來找到攪拌器的增長效率和室內(nèi)熱傳遞之間的關(guān)系。
術(shù)語
ux absolute viscosity [N·s/m2] (x=α,β)
Px Born rate