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食品机械设备设计

滚筒分级机设计

学生姓名：

学号：

指导教师：

专业：

食品科学与工程

（一）班

黑龙江八一农垦大学

中国·大庆

2010年12月

摘要

榛树，属桦木科（Batulaceae）榛属（Corylus）植物，又称山板栗、尖栗、棰子等。

在世界范围内榛属有约20个品种，分布于亚洲、欧洲及北美洲；在中国境内有8个种类2个变种，分布于东北、华东、华北、西北及西南地区。

榛树是果材兼用的优良树种。

榛子，榛树的果实，形似栗子，外壳坚硬，果仁肥白而圆，有香气，含油脂量很大，吃起来特别香美，余味绵绵，因此成为最受人们欢迎的坚果类食品之一，有“坚果之王”的称呼，与扁桃、核桃、腰果并称为“四大坚果”。

榛子营养丰富，果仁中出除含有蛋白质、脂肪、糖类外，胡萝卜素、维生素B1、维生素B2、维生素E含量也很丰富；榛子中人体所需的8种氨基酸样样俱全，其含量远远高过核桃；榛子中各种微量元素如钙、磷、铁含量也高于其他坚果。

榛子富含油脂（大多为不饱和脂肪酸）、蛋白质、碳水化合物、生素维（维生素E）、矿物质、糖纤维、β--古甾醇和抗氧剂石炭酸等特殊成分以及人类所需的八种氨基酸与微量元素。

因此，榛子的销售前景十分可观，但是如何的将榛子分出不同的档次，进而卖出不同的价格，需要设计出滚筒分级机来分离榛子。

榛子由于大小、质量、色泽、形状、成熟度、病虫害等方面存在一定的差异，并且商品要求的规定标准也不一样，导致其不利于生产、贮藏和商品化，所以需要对其进行分级。

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，因此符合现代农业机械发展的趋势。

针对核桃、榛子、山楂等果实的分级需要，设计了滚筒式分级机。

详细介绍分级机的设计原理，并计算其主要工作部件滚筒（节数、孔眼总数、转数、功率）和筛面（尺寸、筛孔）的参数，以满足不同的分级需要，实现粗选、精选并适应不同的物料要求，实现一

机多用。

目录

第一章绪言1

1.1设计目的和意义1

1.1.1食品分级机械的主要作用1

1.2国内外的发展趋势1

第二章滚筒分级机的设计1

2.1设计原理1

2.2主要工作部件参数计算2

2.2.1滚筒设计2

2.2.2筛面尺寸设计2

2.2.3滚筒转速的确定3

2.2.4滚筒生产能力的计算4

2.2.5滚筒功率的计算5

2.2.6电机功率的计算6

第三章设计图6

第四章结语7

第五章参考文献7

榛子滚筒分级机的设计

第一章绪言

1.1设计目的和意义

为了使作为食品加工主要来源的产品的规格和品质指标达到标准,需要对物料进行分选或分级,分选是指清除物料中的异物及杂质;分级是指对分选后的物料按其尺寸、形状、密度、颜色或品质等特性分成等级。

分选几分级作业的工作原理和方法虽有不同之处，但往往是在同一个设备上完成的。

1.1.1食品分级机械的主要作用：

（1）保证食品的规格和质量指标;

（2）降低加工过程中原料的损耗率,提高原料利用率;

（3）提高劳动生产率,改善工作环境;

（4）有利于生产的连续化和自动化;

（5）有利于降低产品的成本;

1.2国内外的发展趋势

榛子的滚筒分级机同传统的水果分级形式大致是一样的

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。

现在，一种更先进更理想的分级分质技术已经在国外公司应用——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分级分质设备，目前国内还没有成熟产品。

第二章滚筒分级机的设计

2.1设计原理

滚筒分为若干组，组数为所需分级级数减1。

滚筒上由于很多小孔，各组小孔孔径不同，而同一组中的孔径一样。

从物料进口至出口，后组的孔径比前组的大，小于第一组孔径的物料从第一组掉出用漏斗收集为一个级别，以下依次类推。

工作时，被筛选的物料由进入装置进入筛筒内，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。

在这一过程中，小于筛孔的物料通过筛孔漏出，被配置在筛筒下部的出料口排出；大于筛孔的物料随着筛筒转动被带到筛筒的另一端经筛上的出料口流出，从而完成分选作业；夹在筛孔中的物料则由清筛装置从筛外壁向内击打清除。

2.2主要工作部件参数计算

2.2.1滚筒设计

考虑到榛子的品种差异，将机器的分级情况定为4级。

在实际分级中，可以将相邻的两级料斗合为一级，以满足不同的分级需要。

现设计采用3节筛筒，4级分级。

并且根据榛子的直径大小，设定筛孔的孔径大小依次是2cm、3cm、4cm。

筛孔的排列形式采正用三角形排列

2.2.2筛面尺寸设计

若把滚筒展开成平面，则:

每级孔数=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）。

不妨设滚筒的直径为R，半径为r，每级滚筒长为L，筛孔直径为D，设总共排数为n，每排m个孔，横排孔间隙为A。

根据公式有：

m×D+m×A=L

n×D+n×〔

（D+A）-D〕=πR

筛孔有效面积系数S=

=

一般滚筒的直径与滚筒的长度比值为1：

4～6，不妨设滚筒的直径为1m，滚筒的长度为4.5m，假定滚筒的长度是等长的，则每节滚筒的长度为1.5m

因此上式可变为：

（D+A）×m=150

=314

第一级滚筒：

假设A=1/2D当D=2cm时A=1cm

则由上式计算可得：

m=50n=120

滚筒长度L=150cm

滚筒直径R=99cm

有效面积系数S=40.29%

因有效面积系数一般取50%～60%，因此其孔隙间距需要调整。

假设A=1/3D当D=2cm时A=2/3cm

则由上式计算可得：

m=56n=140

滚筒长度L=150cm

滚筒直径R=103cm

有效面积系数S=50.8%（符合要求）

第二级滚筒：

当D=3cm时A=1cm

则由上式计算可得：

m=37n=90

滚筒长度L=148cm

滚筒直径R=100cm

有效面积系数S=51.3%（符合要求）

第三级滚筒:

当D=4cm时A=4/3cm

则由上式计算可得：

m=28n=70

滚筒长度L=150cm

滚筒直径R=103cm

有效面积系数S=50.76%（符合要求）

则滚筒总长度L

=150+148+150=448cm

而因实际情况每节滚筒的内径应相等因此取各节中内径最大的，因此滚筒内直径R=103cm

校核：

D：

L=1:

4.37符合工艺要求

2.2.3滚筒转速的确定

转速是圆筒筛设计的先决条件。

圆筒的最高转速不能使榛子在达到圆筒顶部时所产生的离心力大于榛子的重力，这样才能确保榛子靠自身的重力自由落下，否则榛子会贴紧在圆筒内壁上无法分离，其他榛子也无法进入筛孔，从而减少了筛分面积，甚至造成筛孔的完全堵塞。

滚筒的转速还直接影响生产能力和分级效率。

有关计算如下∶

如上图所示，对榛子在滚筒内的受力分析：

受到的摩擦力f=μnμ=tanφ；自身的重力为G；

滚筒对他的支持力为N；向心力为C；上升的角度为β。

当f≥Gsinβ时，物料达到最高点。

则令f=Gsinβ时，有f=μn=Gsinβ

∴tanφ（C+Gcosβ）=Gsinβ

而C=

=

=

（

+cosβ）×tanφ=Gsinβ

n=30

一般

≤β-φ≤

，f=0.7φ=

取β=

φ=

n=30

=

r／min

考虑到每节滚筒的内径大小不同，由于滚筒工作时，每节滚筒的角速度应是相等的，因此，应选用一个角速度大的即半径小的滚筒内径来计算。

选第二级的内径，半径R=0.5m

所以n=

=25

＜30

（符合要求）

2.2.4滚筒生产能力的计算

生产能力G可由下式计算：

G=

式中：

z—滚筒上的孔眼总数；

λ—为在同一秒从筛孔中掉下物料的系数（一般取1.0％—2.5％）；

m—为物料的平均质量。

Z=7840+3330+1960=13130

取λ=1.0％，榛子的平均质量大约为2，带入上式

G=

=0.95（吨/小时）

2.2.5滚筒功率的计算∶

对于摩擦轮传动来说，其功率N用下式计算：

N=Rn（

）g／60η

式中：

R—滚筒半径m；

n—滚筒转速r/min；

η—效率取0.6~0.7；

m1——滚筒的质量；

m2—滚筒内原料的质量。

=Fδγ

式中：

F—滚筒的表面积㎡；

δ—滚筒材料的厚度m；

γ—滚筒材料的密度㎏∕m3。

滚筒选用厚度为1.5—2.0mm的不锈钢板冲孔后卷成圆柱筛。

考虑到制造工艺方面的要求，一般把滚筒先分成几段制造，然后，焊角钢连接以增强简体的刚度。

设定滚筒的厚度为2.0mm；查得资料钢板的密度γ=7900kg/

。

则滚筒的表面积为：

F=

F

+F

+F

=1.5×1.03×3.14+1.48×1×3.14+1.50×1.03×3.14

=14.35m

∴

=14..35×2.0×

×7900=227kg

滚筒内榛子的总质量可由下式算得

=π

L

φ

式中:

L—滚筒长度m；

—物料密度kg/m3；

φ—物料在滚筒中的填充系数（一般为0.05~0.10）

用排水法测得榛子的密度

约为950kg/m3，取φ=0.05

则

=3.14×

×4.48×950×0.05=167kg

将

=227kg，

=167kg，g=9.81N/kg，η=0.7代入上式得：

N=Rn（

）g／60η

=0.5×25×（227+13×167）×9.8／（60×0.7）

=6.9kw

2.2.6电机功率的计算

电动机功率N

=K×

，

式中：

η—一般为0.94；

K—功率备用系数（一般为1.2—1.4取K=1.2）

则N

=1.2×

=8.8kw

根据电机功率，查表选用电动机机型：

型号为Y160M1－2，功率为11kw，马力15hp，电流为21.8A，转速2930r/min，效率为87.2%，功率因素为0.88，堵转转矩额定转矩2.0，堵转转矩额定电流7.0重量为116kg。

，

第三章设计图

1．进料斗；2．滚筒；3．滚圈；4．摩擦轮；5．铰链；

6．收集料斗；7．机架；8．传动系统

图1滚筒式分级机

Figure1Roller－typeclassifier

第四章结语

滚筒式分级机结构简单，工作平稳，分级效率高，物料在圆筒筛内做低速旋转，对果实本身的机械损伤小。

因此，能够很好地符合食品加工工厂的生产要求，有较强的使用和推广价值。

滚筒式分级机可以设计一系列筛筒。

在同一系列中，可包括圆孔、平面长孔、带波纹形长孔、凹窝形圆孔、矩形孔等不同型式的筛筒，以满足不同的分级需要，实现粗选、精选并适应不同的物料要求，实现一机多用。

第五章参考文献

[1]秦永辉等．农业科技与装备．第六期总第192期，2010年6月

[2]马海乐．食品机械设备．北京：

中国农业出版社，2004

[3]杨同舟．食品科学与工程．北京：

中国农业出版社，2001

[4]蒋迪清，唐佛强．食品通用机械与设备．广州：

华南理工大学出版社，1996

[5]陈文斌，刘成梅．食品加工机械与设备．南京：

机械工业出版社，2003