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
02.036003
10001000????=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=
)8
14141212181(1667
?+?+?=7620(个)
则,可求
Z 1=a 1b 1Z 0=76202181??=476 Z 2=a 2b 2Z 0=762041
21??=953
Z 3=a 3b 3Z 0=76208
1
41??=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=∑-=11
k i i L =
01
P )(1
1i 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 =
01
P )(1
1i i k i i
i
e d c Z +∑-=进行化简,得 L=
()()()[]
23332222211123
e d Z e d Z e d Z D
+++++π
又估计μ=L/D=4 则D=1/4L 则L 2=
()[]
222
)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 +2
3
,则 l 1=
()m 715.144015.003.02
3
=?+? l 2=
()m 715.13602.0035.02
3
=?+?
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 015.003.044
3715
.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
∑∑-=-=+=1
1
11
k i i k i i f L L
又知,i f =
()
`2
1
2i i i e d S += 则滚筒长度为
()()
∑∑-=-=+++=1
1``
1
1
21k i i i i i k i i p e d e d Z L 则
()()()[]()()()[]026.004.002.0035.0015.003.02
1
026.0040.0502.0035.025015.003.010++++++
+?++?++?=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
900302222
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,min r 。
联立解以上方程,得
900
sin )sin(2φ
φβR 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(30R =
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 min /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㎏
φπ122Lr 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,
φπ122Lr R m =
=007.0108.1238.222002.055.014.332
??????
?
???-?
=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
?
?
jiabo5988
?
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可向两侧或一侧出料,便于拉动或自流,提高了产量,防止物
料磨损筛网,耽误生产。
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