工业用纤维分离压紧器结构方案设计.docx
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工业用纤维分离压紧器结构方案设计
分类号密级
UDC
毕业设计
工业用纤维分离压紧器的设计
—结构方案设计
工业用纤维分离压紧器的设计—结构方案设计
摘要
伴随着化纤、麻纺、造纸等轻工业的迅速发展，环境污染现象日益突出。
滤尘系统因其在降低环境污染，净化空气等方面有着不可替代的作用而受到人们越来越多的重视。
纤维分离压紧器作为滤尘系统的一部分，与其它滤尘设备配套使用，分离气流中较长的纤维，并将纤维压紧收集。
本文主要进行了纤维分离压紧器的结构方案设计。
首先，本文介绍了纤维分离压紧器的作用及其工作原理。
其次，分析了纤维分离压紧器的各组成部分。
根据纤维分离压紧器的主要性能参数，选择合适的传动系统,其中包括电动机、减速机的选择，螺旋轴的设计。
在整个零部件的设计中又叙述了螺旋轴，进、出风口，出料口及机身结构等的设计。
最后使用Auto-CAD软件做出纤维分离压紧器的整体装配图。
关键词：
滤尘系统；纤维分离压紧器；结构设计
Fiberseparationcompactorindustrialdesign-structuraldesign
Abstract
Alongwiththerapiddevelopmentoflightindustry,suchascotton,chemicalfiber,andpapermaking,environmentalpollutionaremoreserious.Blowsystemforitsreducingenvironmentpollution,purifyingairhasirreplaceablefunction,somorepeoplepayattentiontoit.Fiberseparationpressuredeviceaspartoftheblowsystem,areusedwithotherblowequipmentforseparatingthelongerfiberfromairblow,andcollectingthefiber.
Thispaperfocusedonthestructureschemedesignoffiberseparationpressuredevice.Firstly,thispaperintroducesthefunctionandworkingprincipleoffiberseparationdevice.Secondly,analyzesthecompositionoffiberseparationpressuredevice.Accordingtothefiberseparationpressuredevice’smainpropertyparameter,choosetheappropriatetransmissionsystemincludingthechoiceofmotor,gearreduce.Theninthepartsdesignoffiberseparationpressuredevice,screwaxis,theinlet，outlet,dischargingmouthandthedesignofthestructurearedescribed.Atlast,Auto-CADsoftwareusedformakingthewholeassemblydrawingoffiberseparationpressuredevice.
Keywords:
Blowsystem;Fiberseparationpressuredevice;Structuraldesign
目录
1绪论
1.1滤尘系统概述1
1.1.1滤尘系统的研究背景1
1.1.2滤尘系统的历史及发展动态2
1.2工业用纤维分离压紧器简介3
1.3本文的主要研究内容3
2.纤维分离压紧器的结构设计
2.1整体方案的原则与要求4
2.2纤维分离压紧器各部件组成4
2.3整体方案的确定5
2.4各部分统筹分配6
3主要零部件的设计
3.1电动机的选择7
3.2减速机的选择8
3.3螺旋轴的确定9
3.4叶片的设计10
3.5进、出风口的设计11
3.6出料口的设计12
3.7机身的设计13
4结论
参考文献16
致谢17
1绪论
1.1滤尘系统概述
1.1.1滤尘系统的研究背景
在过去的半个世纪里，纺织业在中国是一个劳动密集程度高和对外依存度较大的产业,它既是传统产业，也是优势产业，为国民经济做出了巨大的贡献。
近年来，高科技产业的发展和国民经济结构的调整，特别是国有企业的改革，使纺织业面临的问题进一步凸现，如劳动生产率的低下，设备的陈旧和技术的落后等等。
然而，纺织工业仍然是一个大产业并在整个经济结构中占据重要的地位。
纺织业同时也是一个高污染行业，主要包括粉尘污染，噪音污染，空气污染，污水污染等，粉尘污染对人体的直接危害就是：
长期在空气中粉尘含量过高的车间工作的工人，得气管、支气管炎、肺气肿、尘肺甚至是癌症。
在纺织过程中存在可吸入颗粒物、重金属等一些可能对人体危害的物质，这些危害物质被吸入人体后会随着人体血液的循环慢慢破坏人体的机能，催发人体生出各种疾病。
所以国家规定要采用先进的工艺技术，采用污染强度小、节能环保的设备，主要设备参数要实现在线检测和自动控制。
国家标准明确指出滤尘机组的机组性能指标：
从作业场所所抽取含尘气体净化后排向作业场所时，排放浓度不得超过TJ36-79第三章表四所规定允许值得30%；经机组净化后排入大气环境时应符合GB26297的规定。
图1-1除尘机组
除尘机组（图1-1）作为纺织工作场所最主要的空气净化设备，它主要被应用于纺织行业的滤尘系统中，过滤和收集流经本机组的气流中的粗细尘屑、纤维等杂物，达到净化空气、回收纤维的作用。
符合国家节能减排，回收利用，降低消耗的要求，利于可持续发展战略的实施。
1.1.2滤尘系统的历史及发展动态
20世纪70年代以前，我国纺织除尘技术很落后，除尘装置有沉降室、大布袋等简单形式，后采用尘笼加小布袋等除尘装置，存在着装置简陋，性能较差，处理风量少，系统阻力大，能耗高，效率低等弊端。
并且不能有效地解决空气中粉尘污染的情况，不能有效地分离出可以重新利用的纤维。
20世纪70年代末，随着国外纺织机械的引进，我国纺织除尘技术得到了长足的发展，这期间纺织除尘技术吸收了国外技术应用于粉尘的处理，学习效仿西方技术，并且加以改进是本时代纺织行业发展的主题，纺织机械除尘技术在这一时期得到了良好的认识，大大的加速国产化的过程。
20世纪90年代以后我国的纺织机械逐步走向自主研究、创新开发的道路，研制出了适合中国国情、具有中国特色的纺织除尘产品，开发了专利技术，使我国的除尘技术达到了国际先进水平。
能够有效地控制空气中的粉尘，回收空气中的纤维。
目前各纺织厂无论使用板式除尘器，内吸式滤尘器，或者蜂窝式除尘器，以及仿罗瓦改进型滤尘器，大都使用纤维压紧器以收集一级过滤棉尘。
应用中常出现电机过载，涨坏轴承等问题，一般靠改善气流反冲和改善密封条件等措施改进，能够有效地处理粉尘，净化空气。
随着科学技术的迅速发展，纺织行业正向一个全新的、高起点、高档次的目标迈进。
新型纺织除尘设备必将成为必不可少的辅机设备。
目前国内外纺织除尘机组一般采用一级滤尘器，在此基础上，新型除尘机组的改进、开发、研制的重点是二级滤尘器。
比如YFL型复合圆笼除尘机组，它采用二级滤尘器：
第一级圆盘预过滤器，纤维分离器过滤和收集气流中的纤维及较粗的尘杂；第二级平板式滤尘器，粉尘压紧器过滤和收集气流中的粉尘及短绒。
该机组滤尘效率高，阻力小，处理风量大，占地面积小。
机组各单元产品集中组合在一起，在没有尘室的情况下，便于安置在车间。
机组各单元产品之间的吸尘管道不再需要用户在安装时制作，节省了投资，且安装简单、方便、快捷。
该机组采用PLC可编程序控制器，集中控制各单元产品,电气控制可靠性高，操作简单、方便。
平板式滤尘器采用插片式滤料网板，更换滤料方便、快捷。
滤料有网板支承，受风压作用时不会鼓起，保证集尘吸嘴贴附于滤料，吸尘可靠，效果好。
集尘吸嘴口径大，不易被纤维尘屑堵塞。
机械吸臂行走有导向机构，对槽稳定可靠。
圆盘预过滤器滤网采用不锈钢丝网，有一定的防燃阻火作用。
多筒式滤尘器通过简单实用的往复传动机构将旋转运动转换成旋转加轴向往复的复合运动，完成集尘吸嘴的动作要求，无需复杂的传动机构与控制电路，可靠性高、故障率低。
其采用插片式滤料网板，更换滤料方便、快捷。
滤料有网板支承，受风压作用时不会鼓起，保证集尘吸嘴贴附于滤料，吸尘可靠，效果好。
1.2工业用纤维分离压紧器简介
纤维分离压紧器（图1-2）作为滤尘系统中的一部分，与其它滤尘设备配套使用，主要功能是用作分离空气中的粉尘和纤维，并将纤维压紧收集起来，以达到回收利用或排放的目的。
图1-2纤维分离压紧器
图1-2纤维分离压紧器
如在棉纺行业中，梳棉机在将棉花梳成棉条的过程中，会产生大量的棉花纤维、杂质及尘土，这些东西将被收集到滤尘系统中并进行分类收集，以达到回收和净化空气的效果。
纤维压紧器就是收集其中较长的棉花纤维，并将这些纤维压紧收集起来。
纤维分离压紧器对于保护长期在一线车间工作的工人们有着不可低估的作用，它大大减少了由于空气中杂质的存在带来的致使工人患呼吸道疾病，职业病的概率。
同时，对于降低空气污染，保护环境有着重要的作用。
纤维分离压紧器及配套设备的合理设计可以使整个机组滤尘工作稳定、可靠，阻力更小,处理风量更大,占地面积更小，操作管理方便，效率更高。
纤维分离压紧器的工作原理是气流中的纤维进入滤尘机组后附着于不锈钢丝网上，排尘风机通过旋转吸臂将这些纤维吸入纤维分离压紧器中，经过纤维分离压紧器螺旋轴不断挤压下推，最后经出料口将其排出，空气则透过锥形滤网返回至滤尘机组中。
1.3本文的主要研究内容
本文的主要研究内容是纤维分离压紧器的整体方案的设计。
根据纤维分离压紧器的工作参数要求，合理的选用电动机、减速机的型号，对螺旋轴及叶片进行合理的尺寸设计，然后进行机身，进风口、出风口，出料口等结构的设计。
最后形成纤维分离压紧器的整体方案。
2纤维分离压紧器的结构设计
2.1整体方案的原则与要求
纤维分离压紧器作为滤尘系统中的一部分，与其它滤尘设备配套使用，其主要工作任务是分离出气流中掺杂的纤维，起到回收纤维的作用。
纤维分离压紧器的整体设计思路是根据自身的工作性能要求，合理选用电动机，减速机的型号，进行螺旋轴的实际尺寸设计，根据螺旋轴的设计，确定机身，进风口、出风口，出料口等结构的设计。
纤维分离压紧器的整体设计原则：
（1）保证纤维分离压紧器的正常工作，有效地把纤维从含有杂质的空气流中分离出来。
（2）合理的设计各部件的结构，使各部件的工作、衔接紧凑。
（3）在满足工作性能的条件下，尽可能降低设计成本。
纤维分离压紧器的设计要求：
在实现使用功能的前提下，长期保证自身的工作可靠性，保证操作者的人身安全性，达到劳动保护和环境保护要求的同时，尽量满足经济性，质量小及结构工艺性合理等的要求。
2.2纤维分离压紧器各部件组成
纤维分离压紧器的核心装置为传动装置，包括电动机、减速机的选择，以及螺旋轴。
电动机是纤维分离压紧器的原动机部分，它是整个纤维分离压紧器的动力来源。
减速机是传动部分，其对于控制螺旋轴的转速，以达到需要的功能有不可替代的作用。
螺旋轴是执行部分。
螺旋轴的主要作用是将气流中掺杂的纤维下压至出料口，是本装置的重要组成部分。
其主要组成零件有毛刷条、垫片、叶片、防风罩、轴、封头、压板、固定锥套、法兰。
进风口同时也是进料口，含有纤维、杂质的气流经由进风口进入纤维分离压紧器。
其主要组成零件有风口、进风口主体、进风口、法兰。
出风口是经过过滤后分离出纤维的含有杂质的空气离开纤维分离压紧器的通道。
其主要零件有风口、出风口主体、压盘、上盖板、隔套、毛毡压圈、下盖板、塑料盖。
出料口是被分离出来的纤维的出口。
其主要零件有右侧板、关门杆、拉簧、门板、门轴、套、固定轴、左侧板。
防风罩的功能是防止空气中的纤维等杂质进入上部传动装置。
其主要零件是法兰盘和锥筒。
2.3整体方案的确定
在达到纤维分离压紧器的使用功能要求，参数要求，结合实际分离压紧器的应用情况，在保证经济性要求，劳动保护和环境保护要求及寿命和可靠性要求的前提下，对纤维分离压紧器整体结构进行合理的设计。
其主要结构见图2-1。
图2-1纤维分离压紧器的整体方案
各组成部分的设计思路：
（1）螺旋主轴的设计
通过给定的参数选用适当的电动机与减速器，并根据其相关要求设计计算主轴强度，再校核其强度至达到要求。
（2）机身整体设计
根据主轴的基本尺寸合理设计整体结构，主要包括外壳大直径，长度，整体的受力，节省材料，密封等问题。
协调好各零部件的结构和尺寸，全面的考虑所设计的零、部件的结构工艺性，使纤维分离压紧器的整体结构设计合理，并且满足使用功能，安全上的要求。
（3）风口、料口的设计
风口、料口的设计是在考虑整体尺寸的情况下设计的零部件，进风口和进料口的设计应考虑每小时的处理量和整体尺寸，出风口的设计应考虑工作时的压强，保证工作的安全性。
（4）其他辅助装置的设计
辅助装置的设计包括筛网组合件的设计，防风罩等的设计。
2.4各部分统筹分配
纤维分离压紧器的整体结构设计是在螺旋轴确定的基础上，合理的选择电动机、减速机的型号，然后根据螺旋轴的几何形状、尺寸、配合要求、制造精度和表面粗糙度等细节的要求上完成纤维分离压紧器的机身，进风口、出风口，出料口，筛筒等其他辅助装置的设计。
纤维分离压紧器的结构设计是一个在充分了解产品计划，考虑到总体方案设计意图和全部结论的基础上进一步创造的过程，参照其制造、装配和维修是否方便，成本是否低廉，正确、合理地设计其整体结构，提高其总体设计质量。
纤维分离压紧器的结构设计选择筒体的结构，筒体的安全性与使用材料的可靠性、制造工艺的成熟性、焊接技术、热处理、检验方法、筒体的破坏特性密切相关，结合纤维分离压紧器的实际工作，其筒体的安全性满足要求。
筒体结构的经济性制造方法、总的材料利用率、生产效率、原材料的供应率等条件保证了自身的经济性。
3主要零部件的设计
3.1电动机的选择
（1）电动机类型的选择
根据电动机负载的性质，工作机需要恒转矩，因Y系列三相异步电动机具有效率高，节能，堵转转矩高，噪声小，振动小，运行安全可靠的特点。
选用Y系列三相异步电动机。
（2）电动机的额定转速的选择
电动机额定转速是根据生产机械的要求而选定的。
在确定电动机额定转速时，必须考虑机械减速机构的传动比值，两者互相配合，经过技术、经济全面比较才能确定。
通常电动机转速不低于500r/min。
（3）电动机额定电压的选择
电动机额定电压应选择与供电电压一致。
一般的生产现场的动力低电压网为380V，因此，异步电动机的额定电压为380V。
（4）电动机额定功率的确定
确定电动机额定功率的原则：
在电动机能够胜任生产机械负载要求的前提下，尽量选用额定功率小一些的电动机。
电动机额定功率的选择主要依据电动机的发热、过热能力和启动能力三方面因素。
确定电动机额定功率的方法和步骤是：
①计算生产机械的负载功率PL；②预选电动机的型号，使其额定功率PS≥PL；③校核预选电动机的发热、过载能力和启动能力，直到合适为止。
（5）确定电动机型号
综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量以及减速器的传动比，结合表3-1，选定电动机型号为Y112M-6，额定功率为Pd=2.2KW，满载转速n=940r/min。
表3-1电动机型号、功率、转矩选择表
电动机型号
额定功率
满载转速（r/min）
堵转转矩
额定转矩
最大转矩
额定转矩
Y160M-6
5.5
960
2.0
2.2
Y132M1-6
9.4
960
2.0
2.2
Y112M-6
2.2KW
940
2.0
2.2
（6）电动机结构形式的选择
（1）安装方式因立式价格较贵，电动机的安装方式采取卧式安装。
（2）防护方式本方案选用封闭式电动机以防止灰尘等杂质侵入。
3.2减速机的选择
减速器是用于原动机和工作机之间的独立传动装置，其主要功能是减速增力，以带动低速大转矩的工作机。
为了使用方便和减少所占空间，有的将减速器和电动机组合成一体化产品。
根据明确选择所需的技术资料确定减速器的型号：
电动机---种类、型号、转动惯量、额定转速和转速、最大转矩和启动转矩。
减速器---要求的安装方式，轴的方向，有效空间，油泵等附件所用电源情况。
轴的连接---方式、受力位置、大小和方向。
（1）硬齿面圆柱齿轮减速器的特点及分类
圆柱齿轮减速器全部采用合金钢锻件。
其齿面硬度56～62HRC，齿轮精度6级，运转平稳，噪声小。
高速轴转速应低于1500r/min。
渐开线圆柱齿轮减速器按级数分为单级、两级、三级三个级别。
（2）减速器的承载能力
减速器的承载能力包括受热平衡许用功率和机械强度两方面，均须满足。
表3-2ZSY型减速器规格及额定输入功率
公称传动比i
ZSY型减速器规格
160
180
200
224
250
额定输入功率P1/kW
25
32
46
63
96
115
40
21
30
42
64
79
45
17
24
34
48
70
表3-3ZSY型减速器公称传动比及公称转速
公称传动比i
公称转速r/min
N1
N2
40
1500
1000
750
33
25
19
45
1500
1000
750
33
25
17
（Z---圆柱齿轮减速器D---单级L---两级S三级）
本设计方案选用独立部件型-ZSY型硬齿面圆柱齿轮减速器。
传送比选用40，N1=750r/min；N2=19r/min。
经校核满足承载能力以及传动轴所要求的转速。
3.3螺旋轴的确定
轴的设计与机器的总体安排和轴上零件的布置及固定等密切相关。
在进行轴的设计时，主要考虑选材、结构、强度、刚度等问题。
对于高速回转的轴，还要考虑震动和稳定性。
轴的一般设计步骤为：
1）根据传动方案拟定轴上零件的布置；
2）选择轴的材料；
3）初步估算轴的直径；
4）进行轴的结构设计；
5）验算轴的强度；
6）必要时验算轴的刚度和临界速度；
7）绘制轴的工作图；
（1）选择轴的材料
轴的常用材料是经过轧制或锻造的优质中碳钢和合金钢，其中应用最广泛的是经调质处理的45钢。
本设计采用45钢。
（2）估算轴的直径
根据公式
（3-1）
其中T为轴传递的额定转矩（N.mm），
为轴的许用扭转切应力,单位为MPa，d的单位为mm。
此处
=25MPa，T=180×103N.mm由此得出d=35mm。
（3）计算轴传递的额定功率
根据公式
（3-2）
T的单位是N.mm；n的单位是r/min；P的单位是W。
代入数据计算得P=358W。
（4）轴的强度、刚度校核
根据公式
（3-3）
（3-4）
较核轴的强度要求，知该轴满足强度要求。
3.4叶片的设计
螺旋传送是一种被广泛运用的机构，随着使用范围的不断扩大，市场需求的不断增加，等径等螺距螺旋叶片已经满足不了生产的实际需要。
变径变螺距被广泛的应用。
实际应用制作方法
（1）模具压型:
对于一般叶片可按展开图尺寸下料制作后，再热处理，后用模具压成型，因为模具制作成本较高，只是用于批量生产，不适用于单件和少量加工生产。
（2）拉伸制作：
叶片按展开图尺寸下料制作后，不需割切角口，隔开一条缝，撬起把各叶片焊接联接起来，另一端用两倒链拉制如图3-1，拉制后叶片直接焊在螺旋轴上，最后的一片螺旋叶片由于变形过大，已无应用价值割下弃去不用。
由于不需割切角口，节省材料，每片增加切口角部分面积，且焊缝不在一条直线上，避免了应力集中，改善受力环境，此法不需热加工处理，节省成本，适用于单件加工制作，螺旋叶片现场使用中完全满足使用要求。
图3-1拉制螺旋叶片工装简图
3.5进、出风口的设计
进风口和进料口共用一个口，棉花等物料由于风力被鼓入筒内，由螺旋主轴的高速旋转来进行粉尘与纤维的分离。
进风口、进料口与机身的上半部分是一体的，是焊接在机身上的。
进风口进料口的口设计成方形，可用板材焊接而成，尺寸比机身上半部分略小，可保证每次对物料的处理量。
一般进风口进料口受力较小，不考虑它的强度刚度对对性能的影响。
图3-2进风口、进料口
出风口（图3-3）主要用来保持机身内部气压的平衡，螺旋主轴快速旋转，会产生很大的风力，导致气压增大，如果不及时降压，对机器的寿命会有很大的影响，尤其是对操作工人的人身安全有很大的威胁。
出风口安放在机身的下半部分的下部，大约在螺旋主轴的下半部分的位置，便于出风。
其焊接在机身下半部分。
出风口设计为圆形，出风口材料选用Q235钢材，出风口的受力比较复杂，是流体受力，在此不做深究，通常情况下Q235的钢材完全可以承受，不会造成失效。
图3-3出风口
3.6出料口的设计
气流中的纤维进入滤尘机组后附着于不锈钢丝网上，排尘风机通过旋转吸臂将这些纤维吸入纤维分离器中，经过纤维分离器锥形螺杆不断挤压下推，达到一定量的时候会顶开出料口将其排出。
出料口（图3-4）位于机身的底端，其底部有两个弹簧控制的方形金属片，一般情况下两金属片是合在一起的，当压力较大，即棉纤维在锥形螺杆的不断挤压下时，压力会克服弹簧的弹力使金属片张开，此时棉纤维就会被压紧送出。
图3-4出料口
3.7机身的设计
图3-5纤维分离压紧器的机身
纤维分离压紧器的机身（图3-5）采取圆筒设计，根据电动机、减速机的型号，螺旋轴的尺寸设计，对机身进行整体的结构设计。
该机身承受少量载荷，主要是与其它零部件包括风口，料口，筛网组合件等辅助装置的整体协调性要求。
综合考虑各方面的要求，优化布局。
4结论
在达到纤维分离压紧器的整体技术参数处理量、网筒的过滤面积、螺杆的转速、工作及所需要的转矩等参数，结合实际分离压紧器的应用情况，在保证使用功能要求，经济性要求，劳动保护和环境保护要求及寿命和可靠性要求的前提下，通过纤维分离器动力传动装置，机架，进、出风口，出料口，筛筒组合件及防风罩等辅助装置的合理设计，应用Auto-CAD软件绘制出纤维分离压紧器的整体装配图（图4-1）。
1-垫片2、4-隔套3-上盖板5-防风罩6、7-垫圈8-进料口9-螺旋轴
10-筛网11-下盖板12-出料口13-出风口
图4-1纤维分离压紧器整体装配图
通过此次毕业设计，使我了解了纤维分离压紧器及除尘机组的很多相关知识，当前国内外在此方面的一些先进生产和制造技术，了解了纤维分离压紧器设计的一般过程，通过对
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