滚筒分级机的设计

滚筒分级机的设计

.1．前言

滚筒式分级机作为一种食品分选机，在果蔬的选择过程中被很好的应运，各种果实由于大小，质量，色泽，形状，成熟度，病虫害等程度均不一样，可根据商品要求的规定标准，利用滚筒分级机对其进行分选，这种机械利用多级不同孔径滚筒的筛的旋转，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，很符合现代农业发展的趋势。

1.1设计来源

1.2设计的目的和意义

机械设计课程设计是机械设计课程的最后一个重要的教学环节，是学生第一次较全面的设计能力训练，其基本目的是：

1、培养学生理论联系实际的设计思想和解决实际问题的能力。通过课程设计，综合运用机械设计课程和其他相关课程的理论和实际知识，解决机械设计问题。通过设计实践掌握机械设计的一般规律。

2、加强机械设计的基础技能的训练。例如：计算、绘图，能运用标准、规范、手册、图册和查阅有关技术资料等

3、通过对通用机械零件或简单机械的设计，使学生掌握一般机械设计的程序和方法，树立正确的工程设计思想，培养独立、全面、科学的设计能力。

1.3 国内外的发展趋势

2．滚筒分级机的结构形式与方案选择

2.1 滚筒分级机的主要结构

⑴滚筒

它是一个带孔的转筒，转筒按分级的需要设计成几段。各段的孔径不同而同一段的孔径相同。进口端的孔径最小，出口端最大。

滚筒常用厚度为1.5～2.0mm的不锈钢板冲孔后卷成圆柱筛。

⑵支撑装置

它有滚圈、摩擦轮、机架组成。

⑶收集料斗

收集料斗设在滚筒下面，料斗数目与分级的数目相同。

⑷传动装置

目前广泛应用的是摩擦轮传动。

⑸清筛装置

装置清筛装置，为了保证物料按相应的孔径流出。

2.2 滚筒的设计原理

滚筒分为若干组，组数为所需分级数目减1，滚筒上有很多小孔，各组小孔

孔径不同，而同一组中孔径相同。从物料进口至出口，后组的孔径比前组大，工作时，被筛选的物料由喂入装置进入筛筒内，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。在这个过程中，小筛孔的物料通过筛孔漏出，被置在筛筒下部的出料口，然后排出。大于筛孔的物料随着筛筒转动被代送到另一端，经筛选后被分离出去，从而完成分选作业。 2.3 滚筒设计方案的选择

本设计中，滚筒用来对在本设计中，对山楂果按其直径的不同进行分选。考虑到对不同大小的山楂的需求，可将机器的分级情况定为四级，在实际生产过程中，将相邻两段料斗合为一级，以满足不同的分级需求。因此本设计采用三级筛筒，四级分级。

3．滚筒式分级机主要参数的确定 3.1 由生产能力计算筛孔总数 设生产能力为G ，则 G=

m

Z λ1000

10003600? （t/h ）

式中 Z ——滚筒上孔眼总数，个。

λ——在同一秒内从筛孔掉下物料的系数。一般取1.0%～2.5%.长形物，如青豆，取上限，直径较小的圆形物，如蘑菇类取下限。 m ——平均每只物料的质量，㎏。 由给定参数 G=3 t/h ，m=25g ,λ=2.0% 可求出 Z=

m

G λ360010001000?=

25

02.03600310001000????=1667（个）

3.2 滚筒直径D 、长度L 、以及各级的排数P i 和各排的孔数Z PI 确定

在生产能力已知的情况下，所求得Z ，则为滚筒上所需的孔数。但是由于各级筛筒孔径不同，而筛筒的直径相同，因此总孔数不能平均分配在各个级中。一般把滚筒展开形成平面，遵循如下关系； 每级孔数=排数×每排孔数

每级长度=（每级筛孔直径×每排孔数）+（排数×孔隙）

则 滚筒的圆周长度=（排数×各级孔径）+（排数×孔隙）

理论上，每级的孔数之和等于总孔数Z ，每级长度之和是所设计的滚筒长度，但这样计算各级滚筒的直径各不相同，无法连接在一起。因此一般取滚筒中直径较大的一级做为整个滚筒的直径。

初步确定的滚筒直径和长度后，用D ：L=1：4～6进行校合。不在此范围内，应重新调整每级排数或孔数。一般若L>6D ，则可适当增加排数，减少每排孔数；若L<6D,则应增加每排孔数，减少排数。

现在由分选所需山楂的需求，对筛筒各级孔径做如下估计；

3.2.1各级筛孔数的计算 ①各级筛孔的孔数 Z i =a i b i Z 0

式中；Z I ——每级筛孔的个数，个；

a I ——原料粒径分布比例系数；

b I ——原料沿滚筒轴向分部比例系数； Z 0——基准孔数，个。

②基准孔数为； Z 0=

∑-=1

1

k i i

i b

a Z

则

Z 0=

)81

41

41

21

21

81

(1667

?+?+?=7620（个）

则，可求 Z 1=a 1b 1Z 0=76202181

??=476 Z 2=a 2b 2Z 0=7620

4121??

=953

Z 3=a 3b 3Z 0=76208141??=238 3.2.2 筛孔排数与每排孔数的计算 已知μ=L/D

式中 μ——长度与直径之比； L ——滚筒的长度，m ； D ——滚筒的直径，m 。 又知滚筒长度可表示为：

L=∑-=1

1

k i i L =

1P )

(1

1

i i k i i

i e d c Z +∑

-=

式中； 0P ——基准排数，通常以第一级为基准

i d ——各级筛孔的直径，m ； i e ——各级筛孔的孔隙，m ； i

c ——筛孔的直径及间隙对排数的影响比例系数

又知 i c =P 1/P 0

式中P 1——各级筛孔排数 因 S i =i d +i e 故 P 1=

i

S D 32π

则将这些转换式对L=∑-=1

1

k i i L =

1P )

(1

1

i i k i i

i e d c Z +∑

-=进行化简，得

L=

()()()

[]2

3332

2222

11123e d Z e d Z e d Z

D

+++++π

又估计μ=L/D=4 则D=1/4L 则L 2=

()[]2

2

2

)

025.004.0(23802.0035.0453)

015.003.0(4763

2+?++?++?π

解得 L=2.2 m 则D=1/4L=0.55 m 则由P 1=

i

S D 32π，得

P 1=

)015.003.0(355.02+?π=44

P 2=)02.0035.0(355.02+?π=36

P 3=)

025.0040.0(355

.02+?π=30

由此可得各级滚筒每排孔数： 由Z pi =i

i P Z ，可得

Z p1=44476=11 Z p2=36953=27 Z p3=

30

238

=8

经圆整后，各级滚筒每排的孔数：

Z p1=10 （个） ， Z p2=25 （个） ， Z p3=5 （个）

③滚筒直径的确定 各级滚筒的周长为 l i =

()i

i i P e d +23,则

l 1=()m 715.144015.003.023=?+?

l 2=()m 715.13602.0035.023=?+?

l 3=()m 688.130025.0040.02

3=?+?

各级计算周长中，最长的作为整个滚筒的周长，则l=1.715 m （ⅰ）筛孔间隙修正

因为各级计算周长与确定的滚筒周长l 存在差值，则按下式修正；

i i

i d P l e -=

32`

则m

e 015.003.0443715.12`

1=-??=

m

e 02.0035.036

3715.12`

2=-??=

m

e 026.004.030

3715.12`

3=-??=

（ⅱ）滚筒直径 D=l/π

则D=1.175/π=0.55 m (ⅲ)长径比验算总、

总长度的确定，应将各级的一侧边缘尺寸i f 计入，因此

∑

∑-=-=+

=

11

1

1

k i i

k i i

f L

L

又知，i f =

()`

2

12

i

i

i e d

S +=

则滚筒长度为

()

()∑∑-=-=++

+=

1

1

`

`

1

1

2

1

k i i

i

i i

k i i

p e d e d

Z L 则

()()()[]()()()[]

026.004.002.0035.0015.003.02

1026.0040.0502.0035.025015.003.010++++++

+?++?++?=L

=2.238 m

将计算出的滚筒长度和直径带入长径比公式中进行验算，若不超过规定长度比的5%，则可确定长度和直径；否则要重新进行校正。 由计算知 D=0.55m L=2.238m 则μ=L/D=2.238/0.55=4.02

规定的μ=L/D=4 则相差值为4.02-4=0.02<5%， 符合要求。

故可确定滚筒 D=0.55m ， L=2.238m 4．转速n 及水平倾斜角α的确定

滚筒的转速影响分级效率及生产能力，而滚筒转速的决定取决于直径。

对具有年很小倾角的滚筒，近似看做水平，则物料与滚筒一起回转时，上升至图中B 点时下落，其受力如图

物料B 受到重力G 、离心力C 、摩擦力T 和滚筒对物料的支撑力N 作用下处

于平衡状态，

β为物料上升达到的最高点位置与滚筒最低点对滚筒回转中心的夹角。

对物料受力分析，把G 分解为Gsin β和Gcos β两个力，列如下方程； T=G ·sin β N=G ·cos β T=0f ·N=0f (G ·cos β+C) C=

gR

Gv R

mv 2

2

=

又知30

R n v π=

则带入得

C=

900

900302

2

2

2

GRn g

Rn G R

Rn g

G =

=??? ??ππ

式中；T

G ——物料颗粒B 的重力，N ； N ——滚筒对物料的支撑力； T ——摩擦力，N;

0f ——物料对筒壁的摩擦因数，0f =tan ?

，?为摩擦角；

C ——离心力，N;

m ——物料颗粒B 的质量，㎏

g

——重力加速度，2s m

v ——物料运转的线速度，s m n ——滚筒转速，m in r 。

联立解以上方程，得 900

sin )sin(2

φφβR n =

-

解得，φ

φβsin )sin(30

R n -=

据试验设备正常工作的基本条件是5=-φβ°～10°。一般取0f =0.7，则 tan ?=0.7 ，得35=φ°，则 45~40=β。将上述数据代入上式，得

φ

φβsin )sin(30

R n -=

=

35

sin )10~5sin(30

R

=

R

16

~12

考虑到滚筒一般呈倾斜放置的影响，则通常转速取

R

n 14

~12=

则，

由前面的滚筒尺寸参数计算中，知D=0.55 m ，根据公式可得本设计中滚筒的转速范围 R

n 14

~12=

=

min

/28~162

55.014~12r =

又考虑到滚筒的转速一般为10～15 r/min,一般不超过30 r/min 。在结合实际生产需求，最终确定滚筒的转速 m in /20r n =。

由上式可知，n 与R 成反比，即滚筒直径愈大，其转速越小，

而转筒的倾角α与筒的长度有关，一般约为3°～5°。长的转筒取小值，短的取大值。本设计中滚筒的长度为L=2.238 m ，则结合实际生产需求，取α=4°。 5．功率的计算

对于摩擦轮传动式，其功率可用下式计算； η

60)13(21g

m m Rn P +=

式中 P ——滚筒转动所需要的电机功率，W;

R ——滚筒内半径，m; n ——滚筒转数，r/min; m 1——滚筒本身质量，㎏； m 2——滚筒内原料质量，㎏；

η——传动效率，一般取0.6～0.7。在本设计中取η=0.6。 r F m δ=1

式中 F ——滚筒表面积，m 2；

δ——为滚筒材料厚度，m ；

r ——滚筒材料密度，㎏/m 3

。

滚筒的筒壁厚度一般为1.5～2.0 mm ,在本设计中取δ=2.0mm ，制作滚筒采用410S 型号的钢板，其r =7.75×103 ㎏/m 3。则，由公式可得，

r F m δ=1=r DL δπ

=331075.7102238.255.014.3--?????? =60㎏

φ

π12

2Lr R m =

式中 L ——滚筒的长度，m ； 1r ——物料的密度，㎏/m 3；

φ——物料在滚筒中的填充系数，一般为0.05～0.10。

在本设计中，所涉及的滚筒用来筛选山楂，按其平均质量和半径，估算出物料密度1r =1.8×103㎏/m 3,填充系数选取φ=0.07，则，

φ

π12

2Lr R m =

=007

.0108.1238.222002.055.014.33

2

??????

? ???-?

=67㎏

将以上结果代入滚筒转动所需的电动机功率P 的计算公式中， η

60)13(21g

m m Rn P +=

=

()6

.06081

.96713602022002.055.0???+????

? ???-

= 1359 W