滚筒分级机

滚筒分级机 食品机械与设备课程 葡萄滚筒分级机 学生姓名:颜红 学 号:20084061427 指导教师:杨宏志 专 业:食品科学与工程 中国?大庆 2010年12月 目录 1绪论 .................................................................................................................. 1 1.1设计来源 ................................................................................................ 1 1.2设计的目的和意义 ................................................................................ 1 1.3国内外的发展趋势 ................................................................................ 1 2(滚筒式分级机工作原理和特点 .................................................................... 2 2.1工作原理 ................................................................................................ 2 2.2主要构成 ................................................................................................ 2 3.滚筒分级机工艺设计计算 ............................................................................... 4 3.1 设计参数的确定 ................................................................................... 4 3.2尺寸设计 ................................................................................................ 4 3.2.1滚筒孔眼总数的确定 ................................................................. 4 3.2.2滚筒长度与直径的计算 ............................................................. 4 3.2.3直径与长度比例校核计算 ......................................................... 6 3.2.4有效面积系数的计算 ................................................................. 7 3.2.5滚筒转速的计算 ......................................................................... 7 3.2.6滚筒功率的计算 ......................................................................... 9 4.电机功率的选取............................................................................................. 10 计算说明书 ....................................................................................................... 11 1.设计参数的确定 ..................................................................................... 11 2.生产能力的计算 ..................................................................................... 11 滚筒长度与直径的计算 ......................................................................... 11 3. 4.有效面积系数的计算 ............................................................................. 12 5滚筒转速的确定 ..................................................................................... 12 6.滚筒功率的计算 ..................................................................................... 13 参考文献 ........................................................................................................... 14 附图 ................................................................................................................... 15 1绪论 1.1设计来源 食品机械的现代化程度是衡量一个国家食品工业发展水平的重要标志，随着人类社会的进步，人们对饮食的便捷性、营养性、安全性提出了更高的要求，同时可持续发展的趋势使得对农产品加工副产品、农业废弃物的利用变得非常迫切。根据生产的需求设计出了不同的食品机械。在食品加工业中，根据不同尺寸、形状、密度、颜色或品质的蔬菜、果实可以用来加工不同等级的成品，这样不仅可以充分利用好各种物料，而且可以使厂家获得更多的利润，所以在对蔬菜、水果加工之前首先要对水果和蔬菜进行分级。 1.2设计的目的和意义 在食品加工之前，为了使作为食品加工主要来源的农产品的规格和品质指标达到标准，需要对物料进行分级。分级是只将物料按其尺寸、形状、密度、颜色或品质等特性分成等级。本设计是滚筒分级机，滚筒式分级机利用多节不同孔径滚筒筛的旋转，可对直径大小不同的果实进行尺寸分级。由于滚筒分级机工作平稳，且对果实不会造成机械损伤，分级效率高，噪音小，因此符合现代农业机械的发展趋势，在现代食品行业主要针对核桃、榛子、山楂、蘑菇、青豆等蔬菜、果实的分级。 在经济全球化的今天，充分利用资源，利用好每一中物料的价值是决定实现其价值多少的关键因素。经分级机分离出的不同大小的果实可以根据不同食品所需要的物料的大小进行分类加工，这样更能体现每一个原料的价值，更能体现社会发展的可持续性。 1.3国内外的发展趋势 传统的水果分级形式包括有体积分级和质量分级两大类，由于分级的目的主要为统一产品外观规格，以便包装和提升销售档次，因此以体积分级应用最广泛。体积分级设备有滚筒式分级机、三辊筒式分级机和带式分级机等，其原理大同小异，均利用若干级别尺寸的孔框或缝隙进行筛选。 质量分级设备则由早期的机械式称重分级形式发展到目前先进高速的动态电子称量分级形式。美国FMC公司的水果分级涂蜡设备，针对柑桔类的机型以质量分级为主，通过全线可完成清洗、拣选、涂蜡、分级、包装等工序;法国的MAF France公司的水果分级包装设备，不仅能对果蔬进行分级包装，还可以利用电子、光学原理对果蔬皮的瑕疵进行分选，全电脑监控，自动化程度相当高。 现在，一种更先进更理想的分级分质技术已经在上述国外公司应用——运用 光幕测量技术或电子扫描分辨技术等新型的水果分级分质设备。通过光幕检测运行中的果品，采集其外形尺寸，经中央处理器运算，与设定分级尺寸比较后发出指令，驱动选别机构动作，将果品拨送至合适的级别行列。采用电子扫描分辨等计算机视觉处理系统，能对颜色、形态各异的果蔬进行识别，对果蔬表皮的瑕疵进行分选，从而实现在线分级分质。这是一种集光、机、电及编程运算的智能化机型。这种分级分质技术较之传统的孔径和质量分级方式，是一个质的飞跃，因为它实现了非接触式的分级分质形式，精确、高速。 我国于20世纪80年代后期曾引进美国和日本等公司的柑桔保鲜分级生产线，主要是采用质量和孔径分级形式。其后，经国内科技人员消化吸收，国产的滚筒式柑桔等保鲜分级生产线开始普及。但是，对于运用光幕测量技术或电子扫描分辨技术等新型的水果分级分质设备，目前国内还没有成熟产品。 2(滚筒式分级机工作原理和特点 2.1工作原理 滚筒式分级的的主要工作原理是:物料通过料斗流入到滚筒时，在其间滚转和移动，并在此过程中通过相应的孔流出，以达到分级。 滚筒式分级机的特点:结构简单，分级效率高，工作平稳，不存在动力不平衡现象。但机器的占地面积大，开孔率低，由于筛筒调整困难，对原料的适应性差。 2.2主要构成 (1)滚筒 它是一个带孔的转筒，该筒上有很多小孔，每组小孔孔径不同，但同一组中的孔径一样。滚筒沿着物料进口到出口处排列，后组比前组的孔径大。这样，小于第一组孔径的物料从第一组筛孔掉出，用漏斗收集为一个级别，以此类推达到将产品分级的目的。 滚筒是用厚度为1.5—2.0毫米的不锈钢板经冲孔后卷成的圆柱形筒状筛。考虑到制造工艺方面的要求，一般把整体滚筒分成几节筒筛，筒筛之间用角钢连接作为加强圈，如用摩擦轮传动，则又可作为传动的滚圈。滚筒用托轮支承在机架上机架一船用角钢或槽钢焊接而成。滚筒安装方法有水平式和倾斜式两种。倾 o斜式一般是使滚筒与水平位置成3-7左右的倾角。 (2)支承装置 由滚圈、摩擦轮和机架组成。滚圈装在滚筒上，将筒体重量传递给摩擦轮。 滚筒用托轮支承在机架上，机架7用角钢或槽钢焊接而成。整个设备由机架支承。 (3)收集料斗 收集料斗设在滚筒下面，料斗的数目与分级的数目相同。 (4)传动装置 目前广泛采用的传动方式是摩擦轮传动。摩擦轮装在一根长轴上，滚筒两边均有摩擦轮，并互相对称，其夹角喂90?。长轴一端有传动系统，另一端装有摩擦轮。主动轴从传动系统中得到动力后带动摩擦轮传动，摩擦轮紧贴滚圈，滚圈固接在转筒上，因此，摩擦轮与滚圈间可以产生的摩擦力驱动滚筒转动。 驱动滚筒传动的方式有三种 第一种――齿轮传动。采用电动机通过皮带轮、变速箱、链轮及一对齿轮传动，而其中一个大齿轮就连接在滚筒出料口的边缘上，另一个小齿轮则与传动系统相接作为主动齿轮，把动力传给大齿轮而驱动滚筒转动。这种传动方式加工制造比较麻烦，由于滚筒直径较大而使转动不平稳，齿轮上的润滑油也往往滴在转筒中污染物料，故目前已逐渐被淘汰。 第二种――中间轴式传动。滚筒的中心线上设有传动轴，用支臂与滚筒相连，传动系统把动力传至中心轴，由中心轴带动滚筒转动。这种传动方式比第一种简单，但因滚筒较长，其中心轴也长，在滚筒中间又很难设置中间轴承，因此，若中心轴的刚度稍差，则往往产生挠动而使滚筒运转不平稳。同时，由于物料有时会和中心轴及支臂碰撞而产生机械伤，故目前使用这种形式的亦逐渐减少。 第三种――摩擦轮传动。摩擦轮4装在一根长轴上，滚筒两边均有摩擦轮， o并且互相对称，其夹角为90。长轴一端(主动轴)与传动系统相连，另一端装有托轮，不与传动系统相连。主动轴从传动系统中得到动力后带动其上的摩擦轮转动，摩擦轮紧贴滚圈3，滚圈3固接在转筒上，因此摩擦轮与滚圈互相间产生的摩擦力驱动滚筒转动。这种传动方式简单可靠，运转平稳，越来越广泛得到使用。 (5)清筛装置 在操作时，原料应通过滚筒相应孔径的筛孔流出，才能达到分级的目的，但滚筒的孔往往被原料堵塞而影响分级效果。因此，需设置清筛装置，以保证原料按相应的孔径流出。机械式清筛装置是在圆筒外壁装置木质滚轴，木质滚轴平行于滚筒的中心轴线，用弹簧使其压紧滚筒外壁。由于木滚轴的挤压，把堵塞在孔中的原料挤回滚筒中，也可以视原料的实际，采用水冲式或装置毛刷清筛。 3.滚筒分级机工艺设计计算 3.1 设计参数的确定 该设计的生产能力设为2t/h 滚筒倾斜角度3-5?. 滚筒直径与长度之比为1:4-6. 滚筒上的筛孔排列用正三角形排列. 滚筒的转速10-15转/分。但一般不超过30转/分为宜. 3.2尺寸设计 3.2.1滚筒孔眼总数的确定 每个物料的重量约为10g 生产能力为10t/h λ=1.0% 3600Zm,根据 G=—— 滚筒上孔眼总数 z1000，1000 , —— 在同一秒内从筛孔中掉下物料的系数，滚筒式可取1.0一 2.5%; m —— 一粒物料平均质量(克) 1000，1000，G1000，1000，2得到滚筒上孔眼数个z,,,5556,3600m3600，1.0%，10 3.2.2滚筒长度与直径的计算 若把滚筒展开成平面则: 级孔数=排数×每排孔数; 每级长度=(每级筛孔直径×每排孔数)+(筛孔间隙×各排孔数); 滚筒的圆周长度=(排数×各级孔数)+(排数×孔隙) 设每节滚筒的长度为l:滚筒的直径为D:孔间距为c:筛孔直径为d:每级iiii滚筒上有排，每排有个孔: x,yii 则 z,xyiii ，，,D,dy，cy,d，cyiiiiiiii ，，l,dx，cx,d，ciiiiiii 此设计中i可取得值是1、2、3 首先根据上式对第一级滚筒的长度和直径进行计算 ，，d，cy,Dy11111 ,,，，ld，cxx11111 Dy11,由上式得到 lx,11 D131,,由于滚筒直径与长度的比值为1:4-6，所以. 2l41因此得到, 因此取 1.57x,y,2.36xy,2x11111 令则 z,2900y,2x111 xy,290011 解得所以 x,38;y,76;z,2888111 (d，c)yd，cy，，76((0.3，17，17)111111mm D,,,,5341,3.143.14 mm l,(d，c)x,(0.3d，d)x,38(0.3，17，17),8391111111 同理对第二级滚筒的长度和直径进行计算 令则 z,1860y,2x222 xy,186022 解得所以 x,30;y,60;z,1800222 (d，c)yd，cy，，60((0.3，23，23)222222mm D,,,,5712,3.143.14 mm l,(d，c)x,(0.3d，d)x,30(0.3，23，23),8972222222 同理对第三级滚筒的长度和直径进行计算 令则 z,900y,2x333 xy,90033 解得所以 x,21;y,42;z,882333 (d，c)yd，0.3d，，30，0.3，3033333mm D,,,,5213,3.143.14 mm l,(d，c)xt,(0.3d，d)x,21(0.3，30，30),8193333333 根据以上计算总计各个数据见下表 表1 长度 直径D孔间距孔直径 排数 个数 孔数 级数 l(mm) (mm) c(mm) d(mm) x(个) y(个) Z(个) 1 839 534 5.1 17 38 76 2888 2 897 571 6.9 23 30 60 18 3 819 521 9 30 21 42 882 3.2.3直径与长度比例校核计算 从理论上讲,每级的孔数之和应等于总孔数,每级长度之和就是所设计滚筒的总长度,但这样计算出的滚筒直径各级都不相同,滚筒无法连接,因此,一般是取滚筒中最大的直径,其它各级直径增大后可适当增加塞孔或把孔间距适当增大.经计算得到的直径取最大的D=571,对第一级和第三级直径与长度比例校核计算。 对第一级的直径和长度校核 y(d，c)76(17，c)1111 解得 D,,,571c,6.511,3.14 l,x(c，d),38(6.5，17),8931111 对第三级的直径和长度校核 y(d，c)42(30，c)3333 解得 D,,,571c,12.633,3.14 l,x(c，d),21(12.6，30),8953333 这里我们把第二级和第三级的孔间距分别增加到6.5mm和12.6mm,这样使得三级滚筒的半径相同便于连接.校核后的数据整理作表如下: 表 2 长度 直径D孔间距孔直径 排数 个数 孔数 级数 l(mm) (mm) c(mm) d(mm) x(个) y(个) Z(个) 1 839 571 6.5 17 38 76 2888 2 897 571 6.9 23 30 60 18 3 819 571 12.6 30 21 42 882 校正后计算出滚筒的总长度 mm L,l，l，l,893，897，895,2685122 D57111,,,,0.213, ,,L268564,, 个 z,z，z，z,2888，1880，882,5570123 利用校核后的数据,我们从新对分级机的生产能力进行计算 3600Zm3600,G== ，1.0%，5570，10,21000，10001000，1000 3.2.4有效面积系数的计算 根据上面数据由有效面积系数的公式计算有效面积系数 ,(rxy，rxy，rxy)111222333K,，100%DL, 3.14(17，38，76，23，30，60，30，21，42)K,，100% 3.14，571，2685 K,7.628% 3.2.5滚筒转速的计算 滚筒的转速直接影响生产能力和分级效率.由于滚筒的倾角很小，可近似看作水平。当物料与滚筒一起回转时，其受力情况如图. 对物料B，受到重力G和离心力C的作用。把G分解为Gsin,和Gcos,两个分力，前者分力要推动物料从筛面向下滑动，后者则把物料朝筛面上压紧而在物 料运动时和离心力一起产生摩擦力f: ，，f,fGcos,，C 式中 f一物料对筛面的摩擦系数 由于T的存在使物料沿筛面向上运动。物料受到的离心力C为: 22mvGv,,C RgD 式中: m——物料B的质量(公斤) G——物料B的重力(牛) 2g——重力加速度(米,秒) D——滚筒的内半径(米) v——物料B运动的线速度(米,秒) 2DnDn,,v (m/s) ,,6030 式中 n——滚筒转数〔转,分〕 由上面两式得: 2,Dn,,,,222GG,DnGDn30,,C,，,,(N) 900900gDg 当物料B沿滚筒切线方向的重力分力Gsin,等于或大于摩擦力T时，即开始 向下滑动，此时亦即物料B处于滚筒内表面的最高点。即:Gsin,—f(Gcos,+C)=0 时物料B处于最高点。将f,tg,(,为摩擦角)代入,,,并通过三角式简化可得: 2sinnD,sin，，,, ,,900 o物料升角,应稍大于物料对筛面的摩擦角,5,10才能正常运转。即,—,,oo 5,10，在此设计中 f,0.7，，,=35。则: 8-14，，n, R 8~148~14n,,,15~26r/min ,3285.5，10R 在此设计中取n=15。 3.2.6滚筒功率的计算 对于摩擦传动来说，其功率可有下面公式求得 (13)Dnm，mg12N, 60,式中: D为滚筒内半径，m rn为滚筒转速， min 为传动效率，取0.6~0.7 , 为滚筒本身质量，Kg m1 为滚筒内原料质量，Kg m2 m,F,,1式中: 2mF为滚筒表面积， ,为滚筒材料厚度，m。一般取1.5mm~2.0mm. 3为滚筒材料密度， ,Kgm 2 m,,DL,,21式中: L为滚筒长度，m 3为物料密度， Kgm,1 为物料在滚筒中的充填系数，一般为0.05~0.10 , 由上面公式依次代数最后可求得滚筒的功率 2,6F,,DL,3.14，571，2685，10,4.81m ,,1.5mm,0.0015mm 33 r,7.85，10kg/m 3 m,F,r,4.81，0.0015，7.85，10,56.6kg1 33 r,1.57 ，10kg/m1 L,2685mm,2.685m ,,0.06 3 m,3.14，0.285，2.685，1.57，10，0.06,64.7kg2 根据上面所求得的数据代入滚筒功率计算公式求得功率N=898.3w. 4.电机功率的选取 查相关资料，电机的相关规格有: 根据查得的资料可以看到Y80M2-2才可以满足要求，所以选择该型号。 计算说明书 1.设计参数的确定 滚筒倾斜角度3-5?. 滚筒直径与长度之比为1:4-6. 滚筒上的筛孔排列用正三角形排列. 滚筒的转速10-15转/分。但一般不超过30转/分为宜. 2.生产能力的计算 3600Zm, G= 1000，1000 —— 滚筒上孔眼总数 z , —— 在同一秒内从筛孔中掉下物料的系数，滚筒式可取1.0一2.5%; m —— 一粒物料平均质量(克) 3.滚筒长度与直径的计算 把滚筒展开成平面则: 级孔数=排数×每排孔数; 每级长度=(每级筛孔直径×每排孔数)+(筛孔间隙×各排孔数); 滚筒的圆周长度=(排数×各级孔数)+(排数×孔隙) 设每节滚筒的长度为l:滚筒的直径为D:孔间距为c:筛孔直径为d:每级iiii滚筒上有排，每排有个孔: xyii z,xyiii ，， ,D,dy，cy,d，cyiiiiiiii ，， l,dx，cx,d，ciiiiiii 4.有效面积系数的计算 根据有效面积系数公式计算有效面积系数 ,(rxy，rxy，rxy)111222333 K,，100%,DL 5滚筒转速的确定 对滚筒内的物料受力 摩擦力 ，，f,fGcos,，C 式中 f一物料对筛面的摩擦系数 由于T的存在使物料沿筛面向上运动。物料受到的离心力C为: 22mvGv,,C RgD式中: m——物料B的质量(公斤) G——物料B的重力(牛) 2g——重力加速度(米,秒) D——滚筒的内半径(米) v——物料B运动的线速度(米,秒) 2DnDn,,v (m/s) ,,6030 式中 n——滚筒转数〔转,分〕 由上面两式得: 2,Dn,,,,222GG,DnGDn30,,C,，,,(N) 900900gDg 当物料B沿滚筒切线方向的重力分力Gsin,等于或大于摩擦力T时，即开始 向下滑动，此时亦即物料B处于滚筒内表面的最高点。即:Gsin,—f(Gcos,+C)=0 时物料B处于最高点。将f,tg,(,为摩擦角)代入,,,并通过三角式简化可得: 2sinnD,sin，， ,,,,900 o物料升角,应稍大于物料对筛面的摩擦角,5,10才能正常运转。即,—,,oo 5,10，在此设计中 f,0.7，，,=35。则: 8-14，，n, R 6.滚筒功率的计算 按照摩擦传动计算滚通的功率 (13)Dnm，mg12N, 60, 式中: D为滚筒内半径，m rn为滚筒转速， min 为传动效率，取0.6~0.7 , 为滚筒本身质量，Kg m1 为滚筒内原料质量，Kg m2 m,F,,1 2m式中: F为滚筒表面积， ,为滚筒材料厚度，m。一般取1.5mm~2.0mm. 3为滚筒材料密度， ,Kgm 2 m,,DL,,21 式中: 为物料在滚筒中的充填系数，一般为0.05~0.10，, 3L为滚筒长m 为物料密度， Kgm,1 为物料在滚筒中的充填系数，一般为0.05~0.10, 参考文献 [1]杨同舟. 食品工程原理[M]. 北京:中国农业出版社,2001. 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