LS4060型圆锥筛的设计.docx

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LS4060型圆锥筛的设计

摘要

随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，人们对食品工业提出了更高的要求。

现代食品已朝着营养、绿色、方便、功能食品的方向发展，且功能食品将成为新世纪的主流食品。

食品工业也已成为国民经济的支柱产业，作为装备食品工业的食品机械工业发展尤为迅速。

食品工业的发展是设备和工艺共同发展的结果，应使设备和干预达到最佳配合，以设备革新和创新促进工业的改进和发展，以工艺的发展进一步促进设备的发展和完善。

在食品加工中，由于原料和加工用途不同，分离机械也是多种多样的，因为离心机通常做成圆锥状，所以也叫圆锥筛。

圆锥筛在食品工业中应用较多，并且必将日益推广。

因为圆锥筛与其他分离设备比较，具有推动力大，分离能力强结构紧凑，附属设备少等优点，因此应用越来越广泛。

圆锥筛的工作过程如下：

通过电机驱动机构将动力传递到轴，使锥筛转动。

工作时，浆料搅拌均匀后进入筛筒底部；由于离心力的作用浆料沿着筛面运动并向外部移动，细小的淀粉颗粒透过筛网排出；同时，纤维在离心力的作用下由出料口排出。

关键词：

圆锥筛驱动机构食品工业分离机械

Abstract

Withthedevelopmentofthenationaleconomyandtheimprovementofpeople'slivingstandard,peopleputforwardhigherrequirementsforthefoodindustry.Modernfoodhasbeentowardnutrition,green,convenient,functionalfoodandfunctionalfooddevelopment,willbecomethemainstreamoffoodinthenewcentury.Thefoodindustryhasbecomeapillarindustryofnationaleconomy,asthefoodindustry,foodmachineryindustrydevelopingrapidly.Thedevelopmentofthefoodindustryistheequipmentandprocessofcommondevelopmentresults,shouldenablethedeviceandinterventiontoachievethebestcooperation,promotetheimprovementanddevelopmentofindustrialequipmentintheprocessofreformandinnovation,tofurtherpromotethedevelopmentofequipmentdevelopmentandimprovement.Infoodprocessing,duetorawmaterialsandprocessingofdifferentuses,separationmachineryalsoismanyandvaried,becauseusuallymadeintoaconicalcentrifuge,socalltheconicalsieve.Theconicalsieveiswidelyusedinfoodindustry,andwillbemoreandmorepromotion.Becausetheconicalsievecomparedwithotherseparationequipment,hasalargedrivingforce,strongseparatingabilityofcompactstructure,hastheadvantagesoflessauxiliaryequipment,ithasbeenwidelyapplied.

Theworkingprocessofconicalsieveareasfollows:

themotordrivingmechanismtotransferthepowertotheshaft,therotatingconesieve.Whenworking,theslurrymixingevenlyintothebottomofthescreendrum;duetothecentrifugalforcesizealongthescreensurfacemovementandtotheexternalmovement,smallstarchgranulesthroughthescreendischarge;atthesametime,theroleoffiberunderthecentrifugalforcefromthedischargeport.

Keywords:

ConicalSievedrivefoodindustrialseparationmachinery

目录

1圆锥筛概述……………………………………………………………………1

1.1研究圆锥筛的目的和意义…………………………………………………1

1.2圆锥筛国内外发展概况………………………………………………………3

2圆锥筛方案论证………………………………………………………………4

3设计计算………………………………………………………………………6

3.1电机的选择……………………………………………………………………6

3.2带的设计与计算……………………………………………………………6

3.3轴的设计计算…………………………………………………………………9

4方案实现………………………………………………………………………14

4.1工作机构……………………………………………………………………14

4.2支撑机构……………………………………………………………………15

结束语……………………………………………………………………………19

致谢………………………………………………………………………………23

参考文献…………………………………………………………………………24

１　圆锥筛概述

1.1　研究圆锥筛的目的和意义

淀粉工业是最古老的食品工业之一。

最初的工业化生产大约在1830年。

因为淀粉工业既是基础工业，又是食品工业，所以一个多世纪以来发展很快。

世界淀粉年产量，在七十年代中期为700多万吨，到八十年代中期已有1800多万吨，九十年代初期达到2000万吨，目前已超过4600万吨。

其发展速度是令人瞩目的。

我国小麦淀粉的生产主要集中在江、浙、沪、豫、鲁等地区.年生产规模从几千吨到几万吨不等。

据不完全统计，全国小麦淀粉生产厂约70～80家。

我国小麦淀粉的生产原料全部为面粉而非小麦。

从小麦淀粉中提取出来的谷朊粉又称活性面筋粉，是以小麦为原料，经过深加工提取的一种纯天然谷物蛋白。

谷朊粉是一种优良的面团改良剂，广泛用于面包、面条、方便面的生产中，也可用于肉类生产中作为保水剂。

目前国内还把谷朊粉作为一种高效的绿色面粉增筋剂，将其用于高筋粉、面包专用粉的生产，添加量不受限制。

谷朊粉还是增加食品中植物蛋白含量的有效方法。

生产谷朊粉一般是把淀粉从小麦淀粉里分离出来。

谷朊粉又称活性面筋，是从小麦淀粉中提取出来的天然蛋白质，和水既成面筋，含有70%～80%的蛋白质。

所谓的活性，有资料解释为小麦淀粉的吸水性和黏弹性的结合，而实际上通常以吸水率来衡量其活性。

谷朊粉生产工艺如下所示：

湿面筋经过脱水机①脱水后，去除掉面筋中所含的游离水份，进入造粒机②造粒，将面筋切成小薄片状，再送进混合机③中与干粉混合，使其表面粘裹一层干粉。

从而避免了面筋间的互相粘连。

然后进入环形干燥管道④内进行干燥。

物料运行到粉碎机⑤位置时被高速旋转的粉碎机打板打碎，这时面筋成颗粒状。

并以70m/s的速度在干燥管道内高速运行，运行中颗粒间互相碰撞，并被粉碎。

当物料运行到离心分离器⑥时，被分成两部分;较大的颗粒从分离器的底部卸出，同热气流一起再返回到环形干燥管内进行干燥和粉碎;而细小的粉尘则由分离器的顶部进入脉冲布袋除尘器⑦，经过布袋过滤后将物料送到分配器⑧内，净化后的空气则通过风机排向大气。

在分配器中物料分成两部分，一部分进入成品筛⑨经过筛理即为成品。

另一部分则汇同筛上物一起被送进混合机与湿面筋混合，以保证湿面筋所需的干粉，⑩为空气加热器。

图1

细淀粉乳中所含的淀粉及麸质在相对密度，粒径等方面有很大差别，利用这些差别，采用不同的方法可将其分离。

目前蛋白质与淀粉的分离按原理及操作方法不同分为很多中。

在我所做的毕业设计中，主要是用离心分离法将淀粉与蛋白质分离，在离心筛的转动下产生离心力，淀粉与麸质的相对密度差增加了几倍，这时分离的速度和质量有很大提高，所以大中型淀粉厂都采用离心分离淀粉与麸质。

淀粉离心分离机是一种高速旋转、连续出料的碟片喷嘴类分离机，因为它一般设计成圆锥状，所以也叫圆锥筛。

圆锥筛是利用离心惯性力实现物料中固液或液液固三相见的分离。

食品工业中应用圆锥筛的场合很多，如制糖工业的砂糖分蜜、制盐工业的晶盐脱卤、淀粉工业的淀粉与蛋白质分离、油脂工业的食油精制，以及啤酒、果汁、饮料的澄清，味精、桔油和酵母分离等，都要使用圆锥筛。

在小麦谷朊粉的加工过程中，圆锥筛处于中间过程中，前面是滚筒筛，下面是水洗涤从圆锥筛出来的粉浆；在生产的过程中采用多台此种离心筛进行级联，来提高产量。

该设备适合于淀粉纤维的筛分，机组具有处理量大、动力小、运行平稳、易于安装等优点，便于实现规模化的淀粉生产。

圆锥筛是利用转鼓转动时产生的离心力使淀粉乳和纤维、麸皮分开，在离心筛的转动下产生离心力，淀粉与麸质的相对密度差增加了几倍，这时分离的速度和质量有很大提高，所以大中型淀粉厂都采用离心分离淀粉与麸质。

圆锥筛的工作过程大致如下：

该机构由进料机构、洗水机构、筛分机构和机架组成；采用不锈钢材料，使设备不受侵蚀经久耐用。

工作时浆料通过均匀机构均匀后进入筛筒底部，筛筒由动力机构驱动高速旋转；受离心力的作用，浆料沿着筛面作圆周运动，并同时向外沿移动；在水洗涤系统的喷淋下。

移动过程中，细小的淀粉颗粒透过筛网排出，同时纤维在离心力的作用下连续向转鼓的大端滑动，排出转鼓。

圆锥筛在食品工业中的应用范围对产量增加、提高质量、降低成本和改善卫生条件等方面具有重要的现实意义。

1.2　圆锥筛国内外发展现状：

我国生产小麦面筋的历史很早，如考麸、水面筋。

但是生产谷朊粉的历史却不长，生产技术和设备也很落后，大多采用手工操作的马丁法。

与之相关的技术的研究也很滞后。

近几年国内一些单位耗巨资全套或部分引进了国外的一些先进工艺与设备，如河南省安阳面粉厂引进的芬兰瑞休公司的年生产2万吨的生产线，但并未及时消化吸收，设备没有国产化，生产成本维护高，对多变的市场缺乏应变能力，其产品与国外相比缺乏竞争力，国内也未形成一个系统的行业。

目前，我国谷朊粉生产企业少，规模不大，大部分为年产300吨以下的小厂，且工艺落后，设备陈旧，产品率低，产品质量不能保证，总的来看，谷朊粉在我国还处于起步阶段。

国内生产谷朊粉的设备和技术落后，主要表现为加工量小、污水量大、产品收率底、产品质量差等缺点。

国外同类企业已经有成熟的生产工艺、技术和设备，所生产的谷朊粉质量好，生产过程中的工业废水排放量少。

在改革开放的大好形式下，由于引进和消化了国外的先进技术和设备，我国小麦产后加工行业的技术水平已经在向国际靠拢。

但是由于我国的国力不是很强，底子薄，不可能大量引进，必须走国产化道路，这是行业技术改造的方向

谷朊粉在国外主要由加拿大、美国、欧共体、澳大利亚、日本等国家和地区生产。

我国生产小麦面筋的历史也很早，如考麸、水面筋。

但由于谷朊粉的广泛应用及淀粉用量的增加，使小麦淀粉生产主要集中在澳大利亚、新西兰、美国及欧洲的法国、荷兰、英国等地。

其加工工艺及设备代表着当今世界小麦淀粉工业的发展方向。

其中美国的淀粉产量居世界首位，CPC公司是世界上最大的淀粉企业，在40多个国家拥有淀粉厂。

因为美国的糖品消费主要是淀粉糖，加之以淀粉原料制造许多新材料，对淀粉的需求日益增长，所以淀粉工业的发展很快。

法国、德国、英国、荷兰等国的淀粉厂一般都有几十种产品，有的甚至有一、二百种产品，如荷兰艾维贝公司生产200多种品种。

日本的淀粉工业起步较晚，但发展快。

目前淀粉年产量已达200多万吨，主要品种是马铃薯淀粉。

泰国淀粉工业近年发展很快，是后起之秀。

目前全国木薯种植面积在100万公顷以上，年产鲜木薯1800-2000万吨。

全国有50多家淀粉厂，淀粉年产量达150-200万吨，其中有一半出口，主要出口到日本、欧盟、美国、台湾、香港等50多个国家和地区，年创汇近5亿美元。

目前我国也从泰国进口木薯淀粉及木薯干片。

泰国木薯淀粉的消费主要是用于加工各类变性淀粉，为造纸、纺织、食品所用，变性淀粉年产量近50万吨。

2　圆锥筛方案论证

从小麦中提取淀粉，过去是采用发酵法，即将小麦加水浸软、磨碎后，进行加酸发酵，使包围在淀粉颗粒周围的细胞被溶解而淀粉易于分离。

但该法面筋的损失较多，而且淀粉中蛋白质不易去尽，影响淀粉质量，目前已被马廷法所代替。

上述小麦淀粉的提取方法是属于分段处理，不能连续操作。

国外曾报道过连续式制法，工序基本上相同，只是需采用连续设备组合起来进行生产。

近年来，还有以小麦为原料生产淀粉的阿耳塞廷法。

该法生产原理与玉米淀粉生产工艺相同。

小麦淀粉颗粒的特点是颗粒的双峰值，即小麦淀粉的颗粒度分布在两个范围，即通常称为A淀粉B淀粉。

正是由于小麦淀粉的这种特殊性，使得小麦淀的加工和纯化技术相对复杂，在加工工艺中必须注意到两个问题，其一是蛋白质的吸水膨胀特性，在机械力的作用下形成粘性很大的面筋质，第二是由于小麦淀粉中存在两种颗粒形状的淀粉微粒，而且其物理性质差别很大。

采用小麦淀粉，淀粉的收率约为62%，谷朊粉的回收率可达到11.5%左右，设计圆锥筛对淀粉颗粒进行分离时，这些都是必须要考虑的因素。

圆锥筛的机构由进料机构、洗水机构、筛分机构和机架组成；采用不锈钢材料，使设备不受侵蚀经久耐用。

工作时浆料通过均匀机构均匀后进入筛筒底部，筛筒由动力机构驱动高速旋转；受离心力的作用，浆料沿着筛面作圆周运动，并同时向外沿移动；在水洗涤系统的喷淋下。

移动过程中，细小的淀粉颗粒透过筛网排出，同时纤维在离心力的作用下连续向转鼓的大端滑动，排出转鼓。

圆锥筛的锥型转鼓的锥角对圆锥筛的性能影响是很大的。

锥角增大则生产能力增加，但滤渣含湿量也增高。

锥角过大，滤渣太湿，无法满足生产要求；锥角过小，物料在转鼓中的停留时间延长，滤渣干燥程度提高，但生产能力降低；锥角过小，物料停滞在转鼓上，不能自动卸料。

所以，必须根据淀粉颗粒的特性，正确设计合理的转鼓锥角，在这里根据经验选用转鼓的锥角是40度。

装置中动力机构的选择必须合理，因为圆锥筛主要是靠强大的离心力将不同淀粉颗粒分离开，所以电机的转速一般要求很高。

选择电动机的转速还应该考虑谷朊粉的产量，确定圆锥筛转鼓的转速进而选择合适的电机类型及电机转速。

圆锥筛的传动装置采用带传动，它能缓和载荷冲击，运行平稳无噪声，制造精度相对来说不是很严格。

轴的设计也很重要，考虑到转鼓的高速旋转，轴必须具有它的振动稳定性。

在设计时，除应按工作能力准则进行设计计算或校核计算外，在结构设计上还必须满足其他一系列的要求，例如：

轴的轴向固定和周向固定；轴的加工、热处理、装配、检验、维修等都应有良好的工艺。

支撑轴颈部位的轴承也是设计中需要重点考虑的。

圆锥筛的转鼓作高速旋转，同时引起径向冲击力和轴向冲击力，根据轴承承受载荷能力的特点，选择能同时承受径向和轴向载荷的滚动轴承。

其次，圆锥筛的目的是筛分不同颗粒的淀粉，一些淀粉颗粒要穿过筛孔，筛孔很容易被堵塞，因此圆锥筛的清洗机构也是设计中需要考虑到的关键问题。

还有筛体的支撑，考虑到离心力所引起的强大的惯性冲击力，筛体的支撑机构必须具有足够的强度而且能起到缓冲的作用。

动力机构与执行机构的总体布局必须合理，不仅考虑传递动力时的方便性和可行性，还要考虑整体结构的合理性，使整体看起来紧凑大方。

电动机和轴的相对位置安排是机构选型和组合安排必须考虑的因素，带轮的张紧要设计合理。

机架起着支撑轴系、保证传动件和轴系正常运转的重要作用，因此机架要遵循省材和简易的原则，主要是整体结构的合理紧凑性。

标准件的选取要根据设计的尺寸选取。

我国很多中型淀粉加工厂采用全分离机分离流程，即多采用4-5台分离机串联的方法，可见谷朊粉加工流程图，并不是只用一台圆锥筛就行的。

圆锥筛的设备一般会布置在二楼，而不会在底层，这就要求机架的重量轻，所以机架的制造方法不能采用铸造，虽然精度要求不高，因而采用焊接机架，它主要由钢板、型钢或铸钢件等焊接而成，而且焊接机架具有制造周期短、重量轻、成本底且强度和刚度高、施工简便等优点，在很多机器外壳的制造生产中都广泛使用。

3　设计计算

3.1　电机的选择

工业上一般用三相交流电源，无特殊要求一般应选三相交流异步电动机。

最常用的是Y系列笼型三相异步交流电动机。

其效率高、工作可靠、结构简单、维护方便、价格低，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的场合。

具有国际互换性特点。

所设计的圆锥筛属于常速离心机，转速在800-1000r/min之间，所以初定圆锥筛的转速为850r/min。

选择电动机型号为Y系列笼型三相异步交流电动机。

考虑到功率损失和传动中的效率，选择电动机的功率为18.5KW。

电机的基本参数如下:

型号

额定功率

（KW）

满载转速

（r/min）

额定转矩

N．m

最大额

定矩

N．m

质量

kg

Y180M-4

18.5

1470

2.0

2.2

160

表1

3.2　带的设计与计算

带传动是利用张紧在带轮上的带，借助它们间的摩擦或者啮合，在两轴间传递运动或动力。

带传动具有结构简单、传动平稳、造价低廉、不需要润滑以及缓冲吸振等特点，在近代机械中被广泛应用。

带传动是具有中间挠性件的一种传动，它有下列优点：

能缓和载荷冲击；运行平稳，无躁声；制造和安装精度要求不是很严格；过载时将引起带在带轮上打滑，因而可防止其他零件的损坏；可增加带长以适应中心距较大的工作条件。

在本次设计中选用普通V带，它由顶胶，抗拉体，底胶和包布组成。

V带的计算内容：

（以下内容参照《机械设计》教材P180-196）

（1）、定V带型号和带轮直径

计算项目计算内容计算结果

工作情况系数由表11.5

计算功率

选带型号由图11.15选择B型带

小带轮直径由表11.6取D1=200mm

大带轮直径

大带轮转速

（2）、计算带长：

求

求

初取中心距

带长

基准长度由图11.4

（3）、求中心距和包角

中心距

小带轮包角

（4）、求带的根数

带速

传动比

带根数由表11.8

由表11.7

由表11.12

由表11.10

取

（5）、求轴上载荷

张紧力

轴上载荷

（6）、带轮的结构和尺寸

带轮由三部分组成：

轮缘，用以安装传动带；轮毂，用以安装在轴上；轮辐或腹板，用以联结轮缘与轮毂。

带速小于等于30mm的传送带，其带轮一般用HT200制造，高速时宜使用钢制带轮，起速度可达45m/s。

设计带轮时，为使其结构便于制造，质量轻，并避免由于铸造产生过大的内应力。

带轮工作表面要保证适当的粗糙度值，以免把带很快磨坏。

大带轮采用轮辐式结构，轮辐截面为椭圆形，其长轴与回转平面重合。

轮辐数目根据带轮直径选取，这里带轮的轮辐选择四个。

（带轮直径小于500mm）小带轮采用腹板式，带轮其他部分的尺寸都按照经验公式决定，在这里参考机械零件手册确定带轮其他部分的尺寸。

3.3　轴的设计计算

轴是组成机械的重要零件之一，它是安装各种传动零件，使之绕其轴线转动传动转矩或回转运动，并通过轴承与机座相联接。

轴与其上的零件组成一个组合体—轴系部件，在轴的设计中不能只考虑轴本身，必须和轴系零、不见的整个结构密切联系起来。

由于圆锥筛所用的轴即传递扭矩又承受弯矩，所以我所设计的阶梯轴为转轴，由于小带轮已经设计好，大带轮的尺寸也就定了，只剩下轴径的确定，轴的初步设计是根据扭转强度，校核弯曲强度，由于轴的材料很多，主要根据轴的使用条件，对轴的强度、刚度、和其他机械性能等的要求，采用热处理方式，同时考虑制造加工工艺并力求经济合理，通过设计计算来选择轴的材料，选用最常见的45#钢作为轴的材料,且其需用切应力为40MPa

轴与其上的零件组合成一个组合体，在轴的设计中不能只考虑轴本身，必须和轴系零部件的整个结构密切联系起来。

轴的结构设计是在初算轴径的基础上进行的。

为满足轴上零件的定位、紧固要求和便于轴的加工和轴上零件的装拆，通常将轴设计成阶梯轴。

轴的结构设计的任务是合理确定阶梯轴的形状和全部结构尺寸。

轴的材料选用45号钢，为保证其力学性能，进行调质或正火处理。

轴的计算内容：

（以下设计内容参照《机械设计课程设计》P24-30及《机械设计》P310-319）

1、初步计算轴的直径

按照扭转强度估算轴的最小直径，写成设计公式，轴的最小直径

mm，查表16.2，c=112,p=20.35,n=851,代入设计公式得

=32.26mm。

考虑到轴上有键槽以及其他因素的影响，应适当增加轴径以补偿键槽对轴强度的削弱。

取轴的直径d为40mm，即最右端装带轮处的直径为40mm。

装有密封元件和滚动轴承处的直径，应与密封元件和轴承的内孔径尺寸保持一致。

轴上两个支点的轴承，应尽量采用相同的型号，便于轴承座孔的加工。

相临轴段的直径不同形成轴肩。

当轴肩用于轴上零件定位和承受轴向力时，应具有一定的高度，轴肩处的直径差一般取5—10mm，这里轴肩出的直径差选择5mm，然后协调各段轴的长度，考虑到要装轴承座和机构的合理性，还有螺钉等的长度及其他各方面的因素，初步确定轴的各段长度如下所示：

图2

2、轴承、轴承座、和键的选择

轴承选用滚动轴承，是标准件，由专门的轴承工厂成批生产。

在设计的过程中只需根据工作条件选用合适的滚动轴承类型和型号进行组合结构设计。

滚动轴承安装、维修方便，价格也较便宜，故应用很广。

这里选用圆锥滚子轴承，它有大的锥角，能同时承受径向和轴向载荷，承载能力大。

内外圈可以分离，安装时可调整游隙。

通常成对使用。

查看《机械设计手册》第二卷P369表7-2-80，选用双列圆锥滚子轴承（GB/T299-1995），它的基本参数如下：

d=50mm，B1=55mm，D=90mm，基本额定载荷Cr=145KN。

轴承确定之后，根据轴承选用配套的轴承座。

参考《机械设计手册》第二卷P7-436表7-2-105，选用异径孔滚动轴承座（GB/T7813-1998），它的基本尺寸如下：

D=90mm，Amax=100mm，H=60mm，L=205mm。

轴和带轮的联接，采用普通平键联接，参考《机械设计手册》第二卷P5-194表5-3-18，选用普通平键（GB/T1095-1979），公称尺寸b

h为