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收稿日期 2016 06 06 作者簡(jiǎn)介 趙珠 1993 女 漢族 學(xué)生 本科 研究方向?yàn)榕P式雙螺旋混合機(jī) E mail 1498270068 Tel 18911724251 臥 式 雙 螺 旋 混 合 機(jī) 的 設(shè) 計(jì) 趙 珠 塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院 阿拉爾 843300 摘要 攪拌設(shè)備使用歷史悠久 大量應(yīng)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(shè)備可以從各種不同角度進(jìn)行分類 如按照攪拌裝置的安裝形式簡(jiǎn)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(jī)回轉(zhuǎn)軸線都處于水平位置 臥式混合機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 基本尺寸進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì) 并利用 SOLIDWORKS 對(duì)混合機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模 以便更直觀地展現(xiàn)設(shè)計(jì)思想和進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析 并對(duì)設(shè)計(jì) 零件進(jìn)行了分析校核 保證混合機(jī)的可靠運(yùn)行 關(guān)鍵詞 臥式 混合機(jī) 混合 食品工業(yè) 中圖分類號(hào) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 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(xí)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(yīng)用最廣的過(guò)程操作 之一 大量應(yīng)用于化工 石化 輕工 醫(yī)藥 食品 采礦 造紙 農(nóng)藥 涂料 冶金 廢 水處理等行業(yè)中 近年來(lái) 攪拌與混合技術(shù) 發(fā)展很快 攪拌與混合設(shè)備向著大型化 標(biāo) 準(zhǔn)化 高效節(jié)能化 機(jī)電一體化 智能化和 特殊化方向發(fā)展 在這種形式下 技術(shù)人員 如何借鑒已有經(jīng)驗(yàn) 掌握新的變化情況 正 確設(shè)計(jì)與選用不同工藝條件下操作的攪拌與 混合設(shè)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(shè)備是各種工業(yè)反應(yīng)不可或缺 的重要機(jī)械 然而 由于攪拌目的多樣性和 混合反應(yīng)的復(fù)雜性 當(dāng)前 攪拌混合技術(shù)還 存在著一些問(wèn)題 例如攪拌效率低 功耗大 鑄造成本高 在自動(dòng)化選型和設(shè)計(jì)問(wèn)題上 長(zhǎng)期以來(lái)一直依靠專家根據(jù)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)人工完 成 智能化水平不高 設(shè)計(jì)周期較長(zhǎng) 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(jìn)流場(chǎng)測(cè)量技術(shù)一直是攪拌過(guò) 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(dá)到一定程 度均勻性的單元操作 2 混合機(jī)應(yīng)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(diào)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(guò)流動(dòng)作用 成為組分濃度均勻 的混合物 近年來(lái) 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和相關(guān)理 論的完善進(jìn)一步成熟 混合機(jī)的設(shè)計(jì)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(duì)環(huán)境保護(hù)要 求的嚴(yán)峻挑戰(zhàn) 混合機(jī)在服從裝置規(guī)模經(jīng)濟(jì) 化和品種多樣化的同時(shí) 正日趨大型化 基 于節(jié)能要求 開(kāi)發(fā)出變頻調(diào)速電機(jī) 小剪切 阻力槳葉 以新型密封代替機(jī)械密封和填料 密封 以磁力驅(qū)動(dòng)代替機(jī)械驅(qū)動(dòng) 基于降低 產(chǎn)品總體成本 減少維修保養(yǎng)成本和提高設(shè) 備品均維修間隔時(shí)間的要求 大大提高設(shè)備 運(yùn)行壽命 基于滿足衛(wèi)生和降低清洗和殺菌 成本的要求 實(shí)現(xiàn) CIP 就地清洗 和 SIP 就地殺菌 提高自動(dòng)化水平 避免人 與產(chǎn)品接觸 減少人工操作和待機(jī)時(shí)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(jìn)一步研究當(dāng)中 3 傳統(tǒng)的混合機(jī)密封裝置基本有四種 填 料密封 機(jī)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(jiǎn) 單 在混合機(jī)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(jié)構(gòu)也很少采用 最常用的密封是前兩種 其中機(jī)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(qū)動(dòng)混合機(jī)的特點(diǎn)是以靜密封結(jié)構(gòu) 取代動(dòng)密封 混合機(jī)與電極傳動(dòng)之間采用磁 力偶合器聯(lián)結(jié) 不存在接觸傳遞力矩 能徹 底解決機(jī)械密封與填料密封的泄漏問(wèn)題 在 國(guó)內(nèi)威海自控反應(yīng)釜公司 開(kāi)原化工機(jī)械磁 力反應(yīng)釜廠 溫州中偉的磁密封設(shè)備廠等均 生產(chǎn)磁力混合機(jī) 國(guó)外的瑞典 NA 型磁力攪拌 反應(yīng)釜 混合機(jī)安裝在反應(yīng)釜底部 混合機(jī) 與釜底齊平 易于拆卸 可靠 耐用和便于 維修 磁力混合機(jī)的缺點(diǎn)是對(duì)于一些粘稠液 體或有大量固體參加或生成的反應(yīng)尚不能順 利使用 此時(shí)必須使用機(jī)械混合機(jī)作為驅(qū)動(dòng) 能源 1 臥式混合機(jī)的總體設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu) 1 1 臥式混合機(jī)總體結(jié)構(gòu)方案 臥式混合機(jī)的攪拌容器軸線與混合機(jī)回 轉(zhuǎn)軸線都處于水平位置 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 造價(jià) 低廉 卸料 清洗 維修方便 可與其他設(shè) 備配合完成連續(xù)生產(chǎn) 但占地面積一般較大 這類機(jī)器生產(chǎn)能力 一次調(diào)粉容量 范圍大 通常在 25 400kg 次左右 它是國(guó)內(nèi)大量生 產(chǎn)各種面食制品的各食品廠應(yīng)用最廣泛的一 種加工設(shè)備 所以在食品加工中 如面包 餅干 糕點(diǎn)及一些飲食行業(yè)的面食生產(chǎn)中均 得到了廣泛應(yīng)用 1 2 傳動(dòng)方式確定 1 攪拌機(jī)形式選擇 本設(shè)計(jì)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(jī) 2 傳動(dòng)方案確定 因?qū)嚢杷俣纫?不高 市場(chǎng)上已有的成熟產(chǎn)品攪拌速度約為 30 60r min 過(guò)高的轉(zhuǎn)速并不會(huì)產(chǎn)生良好的 攪拌效果 相反還會(huì)造成能量的浪費(fèi) 但是 雖然轉(zhuǎn)速低 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩卻很大 選用符合啟 動(dòng)要求的電機(jī) 電機(jī)轉(zhuǎn)速約 2000r min 因 此傳動(dòng)系統(tǒng)要采用較大減速比 考慮機(jī)器尺 寸和振動(dòng)噪聲要求 采用帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng) 組合機(jī)構(gòu) 初步設(shè)定的減速機(jī)構(gòu)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(jī) 圖 1 1 傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 1 3 基本尺寸的確定 本設(shè)計(jì)為小型攪拌機(jī) 根據(jù)其工作容量 和操作人員的最佳操作位置 攪拌機(jī)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(zhǎng)方體 筒壁厚 8mm 混合機(jī)葉片邊緣與 筒壁間隙 2mm 為了實(shí)現(xiàn)更好的攪拌效果 采用雙螺帶式混合機(jī) 攪拌軸直徑 30mm 長(zhǎng) 1000mm 大螺帶直徑 480mm 帶寬 40mm 小 螺帶直徑 240mm 帶寬 30mm 還有設(shè)定進(jìn)料 方式和出料方式 容器桶上部設(shè)蓋子裝填物 料 下部開(kāi)口卸放物料 有了以上尺寸設(shè)定 合理布局電動(dòng)機(jī)的位置 傳動(dòng)裝置的布局 完成總體結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì) 繪制機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 總體機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 1 2 所示 1 主電機(jī) 2 小帶輪 3 大帶輪 4 齒輪 5 攪拌容器 圖 1 2 總體機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 1 4 本章小結(jié) 本章通過(guò)分析研究食品工業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)制 造要求 確定了用于面粉攪拌的臥式混合機(jī) 基本結(jié)構(gòu)方案和基本結(jié)構(gòu)尺寸 并對(duì)臥式混 合機(jī)的部分工作參數(shù)進(jìn)行了設(shè)定 為下一步 的詳細(xì)計(jì)算做好了準(zhǔn)備 2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì) 2 1 攪拌機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 至今對(duì)混合機(jī)的研究還不夠 因而混合 機(jī)的設(shè)計(jì)工作均帶有一定的經(jīng)驗(yàn)性 從已有 的產(chǎn)品選用或適當(dāng)改進(jìn) 混合機(jī)的選用設(shè)計(jì) 應(yīng)從以下幾方面考慮 有類似應(yīng)用 而且攪拌效果較滿意的 可以選用相同混合機(jī) 生產(chǎn)過(guò)程對(duì)攪拌有嚴(yán)格要求又無(wú)類似 混合機(jī)型式可以參考時(shí) 則應(yīng)對(duì)工藝 設(shè)備 攪拌要求 經(jīng)濟(jì)性等作全面評(píng)價(jià) 找出操作 的主要控制因素 選擇合適的混合機(jī)型式 生產(chǎn)規(guī)模較大或新開(kāi)發(fā)的攪拌設(shè)備 需進(jìn)行一定的試驗(yàn)研究 尋求最佳的混合機(jī) 型式 尺寸及操作條件 并經(jīng)中試后才能應(yīng) 用于工業(yè)裝置中 8 為了獲得較好的混合效果 本設(shè)計(jì)采用 了雙螺帶式混合機(jī) 因?yàn)榇朔N混合機(jī)有較好 的循環(huán)性能 使得整個(gè)容器內(nèi)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(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖 1 3 所示 圖 1 3 雙螺帶式攪拌槳結(jié)構(gòu) 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(duì)接縫處進(jìn)行處理 使表面盡可能光滑 5 2 2 攪拌容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 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(nèi)徑 D 以及壁厚 等 前面在設(shè)定工作參數(shù)時(shí)已經(jīng)初步確定了容器 的容積 在這里以前面的設(shè)定為基礎(chǔ)進(jìn)行詳 細(xì)的設(shè)計(jì) 由于攪拌槳運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)是一個(gè)圓柱 形的工作空間 而且為了達(dá)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(shè)計(jì)屬于中小型機(jī) 械 取用 2mm 的間隙 容器底部因此大致為 一個(gè)半圓柱形狀 為了裝料方便 容器上面 采用揭蓋式結(jié)構(gòu) 為了出料方便省力 在容 器底部設(shè)置出料口 為了減輕容器的重量同 時(shí)還要保證必要的強(qiáng)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(jié)論 本課題結(jié)合目前國(guó)內(nèi)外臥式混合機(jī) 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(jī)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā) 過(guò)程 本文主要完成的工作如下 1 臥式混合機(jī)總體結(jié)構(gòu)方案的確定 分 析了臥式混合機(jī)的特點(diǎn) 確定了設(shè)計(jì)的基本 結(jié)構(gòu) 并根據(jù)工作參數(shù)確定一些必要的設(shè)計(jì) 基本尺寸 2 驅(qū)動(dòng)元件的選擇 通過(guò)計(jì)算選出滿足 混合機(jī)使用要求的交流異步電動(dòng)機(jī) 并詳細(xì) 列出其技術(shù)參數(shù) 3 主傳動(dòng)系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì) 對(duì)混合機(jī)主 運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析計(jì)算 設(shè)計(jì)主傳動(dòng)系統(tǒng)的各個(gè) 零件 并利用 SOLIDWORKS 進(jìn)行三維建模 4 混合機(jī)其他重要零部件的詳細(xì)設(shè)計(jì) 如機(jī)架和外殼等 確定零件結(jié)構(gòu) 繪制零件 圖和裝配圖 并利用 SOLIDWORKS 進(jìn)行三維建 模 5 零件的強(qiáng)度和剛度計(jì)算與校核 對(duì)各 個(gè)已設(shè)計(jì)零件進(jìn)行強(qiáng)度和剛度計(jì)算 確保滿 足使用要求 使混合機(jī)具有足夠的可靠性 參考文獻(xiàn) 1 陳志平 章序文 林興華 攪拌與混合設(shè)備設(shè) 計(jì)選用手冊(cè) M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 工 業(yè)裝備與信息工程出版社 2004 383 2 許學(xué)勤 王海鷗 食品工廠機(jī)械與設(shè)備 M 北京 中國(guó)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(shù)的 研究進(jìn)展 J OOD MACHEINEY 2004 20 4A 31 34 4 陳登豐 混合機(jī)和攪拌容器的發(fā)展 J 壓力 容器 2008 25 2A 33 46 5 成大先 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 常用工程材料 M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2004 26 78 6 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì) 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 第 3 卷 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2004 98 118 7 孔凡國(guó) 鄒慧君 工業(yè)用和面機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)理論 與方法 J 機(jī)械設(shè)計(jì)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(zhǎng) 安 長(zhǎng)安大學(xué) 2005 17 29 9 趙利軍 攪拌低效區(qū)及其消除方法的研究 D 長(zhǎng)安 長(zhǎng)安大學(xué) 2005 13 47