高剪切均质机总体设计

1 绪论

剪切式均质技术作为一种新型微米技术，已广泛应用于食品、医药、轻工、微生物等诸多行业，并得到迅速发展，已成为这些行业对有关流体、半流体产品品质所必不可少的工艺过程。

国外早在30年前就产生并使用均质机，且应用于生产。目前，已有美国、日本、德国等10多个国家生产均质机。剪切式均质机作为均质机械中的佼佼者，也被广泛的认识和研究。自从1948年德国FLUKO公司首次发明了应用高剪切原理制成分散乳化设备，高剪切分散乳化设备已经出现了多种系列产品，在世界均质机械行业处于领先地位。近40年来，国外，特别是欧洲一些国家在高剪切分散均质机行业得到迅速发展，并在很多领域发挥着重大作用，如化装品、制药、食品、涂料、黏合剂等。国外所研究制造的剪切式均质设备基本上上是采用定一转子型（stator-rotor）结构作为均质头，在电机的高速驱动下（300-10000r/min），物料在转子与定子之间的间隙内高速运动，形成强烈的液力剪切和湍流，使物料在同时产生的离心、挤压、碰撞等综合作用力的协调作用力下，得到充分的分散、乳化、破碎，达到要求的的效果。美国和德国在剪切式均质机的研究和开发方面都取得了显著进展。如美国IKA-WERKE GMHB CO.KG生产的多系列分散均制设备；美国ROSS 公司研制的高剪切混合乳化机；德国IKA-MASCHINENBAU公司研制的ULTRA分散机；德国YSTRAL公司生产的X40型分散搅拌机；德国公司研制的系列高剪切分散乳化剂、管线式高剪切分散乳化剂、管式分散乳化剂、间歇式高剪切与间歇式无轴承分散乳化剂、高效强力分散乳化剂等世界领先高科技产品。

我国的均质机研究产品是从50年代个别厂家开始的，最早是上海烟草机械厂仿制美国产品，直到80年代才开始逐渐的生产均质机，而且大多是传统的高压均质设备。随着国外剪切式均质机的迅速发展，近年来，国内许多科研人员，制造和使用厂家也开始重视对剪切式均质机的研究工作。目前，已建立了与国外厂商联营、合资研制生产剪切式均质机的公司。如上海菲鲁克（FLUKO）机电设备有限公司；中美合资南通罗斯（ROSS）混合设备有限公司等。现在国内有许多厂家开始生产高剪切均质机，如东市长江机电有限公司、上海环保设备总厂、上海威宇机电有限公司、上海市化工装备研究所生产的集混合、分散、乳化、溶解、粉碎等功能为一体的系列剪切式均质机。

1.1 高剪切均质机的均质原理

剪切均质机基于超剪切原理，实现固相的微化和液相的乳化。目前采用剪切式均质机主要工作部件为一级或多极的相互啮合的定转子又有数层齿圈。其均质乳化有以下方面： 1 液力剪切作用

液力剪切是指高速流动的流体本身会对流体内粒子产生强大的剪切作用，而且由于高速流动产生剧烈的微湍流，在湍流边缘出现很高的局部速度梯度，处于这种局部速度梯度下的粒子会受剪切而微粒化，液力剪切分层流剪切和湍流剪切。在层流区域，流体在定转子槽道内流动时，流体内的最大流速及所受到的最大剪切力与流体流动方向上的压力梯度成正比。当施以周期性高频脉动压力梯度时，最大速度在槽道壁面与机理道中心之间，偏离中心，且频率增大，最大速度增大，且向壁面趋近，剪切力增大。流体在同轴圆筒之间成为旋转流，由于两圆筒速度不同，间隙内流体层之间存在速度梯度，产生剪切力。如圆

筒设为定子和转子，在定转子间隙很小情况下，转子速度越大，定转子间隙越小，则最大剪切越大。而对于纤维物料处理时，在由高速旋转的定转子形成的流场内，由于流动着的流体流于齿槽边界接触、不同速度运动的两股流体相互接触产生剧烈的湍流。湍流状态下，由于不断变化的流动速度和由此产生的脉动压力作用于分散向颗粒表面，进而产生强烈的剪切作用力。湍流强度越大，流体所受的剪切作用越大，另外，湍流运动的脉动特性使其具有传递扩散性，从而使物料的粉碎过程中能更产生很好的分散、混合效果。可以看出，当速度达到一定值时，流体各层之前产生的剪切应力大于纤维物料的临界剪切应力，从而使纤维物料破碎。

液力剪切是高速流动的流体本身对流体内粒子产生强大的剪切作用，而且由于高速流动产生剧烈的微湍流，在湍流边缘出现很高的局部速度梯度，处于这种局部速度下的粒子会受剪切而微粒化，液力剪切分层流剪切与湍流剪切，高黏度物料一般处于层流状态，低黏度物料一般处于湍流状态，果蔬汁物料处于两者之间。

2 高频压力波作用

高频压力波主要有空穴效应，高频压力振动，可使颗粒表面周期性膨胀、压缩，致使固相与液相颗粒破裂。空穴效应是由于大量气泡随压力升高而瞬间溃灭而产生的高速微射流，速度可达到100m/s到300m/s这一高速微射流产生的脉冲压力接近200Mpa这就是空穴效应。高频压力振动是由于定转子齿槽时开时闭时产生的，高频压力波对果疏汁等含液-液相的物料可达到很好的均质效果。

3机械撞击、剪切作用

对于含固体颗粒物料的粉碎均质，机械剪切与撞击起主导作用，转子带有叶高速旋转产生强大的离心力场，在转子中心形成很强的负压区，料液（液液或液固混合物）从定转子中心被吸入，在离心力地作用下，物料由内圈向外圈运动，线速度越来越高，形成极大的压力梯度场，在该场中，物料受机械力、流体力作用下，产生强大的剪切、摩擦、撞击以及物料间的相互碰撞、摩擦实现固相在微粒与液相的乳化。

图1-1 定子—转子结构示意图

图1-2 高剪切粉碎机定转子示意图

其工作原理为：物料经初粉碎后，与大量的水混合物，使物料有了一定的流动性。转子带有叶片高速旋转产生强大的离心力场，在转子中心形成的负压区，料液（纤维物料与流体混合物）从定转子中心被吸入，在离心力作用下，物料由中心向四周扩散，在向四周扩散过程中，物料首先受到叶片的搅拌、并在叶片端面与定子齿圈内侧窄隙间受到剪切，然后进入内圈转齿与定齿的窄小的间隙内，在机械力和流体力学效应的作用下，产生很大的剪切、摩擦、撞击以及物料间的相互碰状和摩擦作用而使物料破碎。随着转齿的线速度由内圈向外圈逐渐增高，粉碎环境不断改善，物料在向外圈运动过程中受到越来越强烈的剪切、摩擦、冲击、碰撞等作用而被粉碎得越来越细。以下是定子和转子的实物图。

图1-3 定子—转子实物图

1.2 电动机与转轴连接形式

通常，带传动用于中小功率电动机与工作机械之间的动力传递。其优点主要有：适用于中心距较大的传动；带具有良好的挠性，可缓冲和冲击、吸收振动；过载时带与带轮间回出现打滑，打滑虽使传动失效，但可防止损坏其他零件；结构简单、成本低廉。当然他也有不少缺点；传动的外轮廓尺寸较大；需要张紧装置；由于带的滑动，不能保证固定不变的传动比；带的寿命较短；传动效率较低。在此生产线中设计使用的高剪切均质机，其功率不算大，所以其整个机体的尺寸也较小。联轴器的结构简单，安装方便，且效率高。

综合以上各个方面，可以将电动机轴和转轴用联轴器直接连接起来，做成卧式结构，这样其传动效率较高，且使其专用空间减少，从而大大提高机器工作效率。如图1-4所示。

图1-4 电动机遇转轴联结简图

图1-3-2-1 电动机与转轴联结简图

2均质机的设计

2.1电动机的选择

电动机的类别有一般异步电动机、变速异步电动机、防爆异步电动机等,在此选用一般异步电动机即可满足工作要求.

电动机外壳结构形式:在本设计的生产环境中,可能有水滴落、飞溅,容易造成电机烧坏;且空气中经常存在叫多的灰尘,所以在此电动机的外壳形式选择封闭式中的自扇冷却式结构,其在本身转轴上(封闭部分以外)装有风扇,以冷却机身.

一般异步电动机中包括Y系列(IP23)三相异步电动机、Y系列(IP44)三相异步电动机、YH系列高转差率三相异步电动机和YEJ系列电磁制动三相异步电动机.

YH系列高转差率三相异步电动机和YHJ系列电磁制动三相异步电动机均是Y系列(IP44)电机的派生产品,而对于Y系列(IP44)三相异步电动机,此电动机为封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机,效率高、节能,堵转转距高、噪声低、振动小,运行安全可靠.能防止灰尘、铁屑或其他杂务侵入电机内部;具有与Y系列相同的用途于驱动无特殊要求的各种机械设备,如水泵、鼓风机、金属切削机床及运输机械等)外,还能适用于灰尘多、水土飞溅的场所,如球磨机、碾米机、磨粉机、脱谷机及其他农用机械、食品机械、矿山机械等.

已知电动机的驱动功率为22KW.查机械设计手册(1)第九章,在此处选用Y180M-2型电动机,机座不带底脚,端盖不带凸缘.转速为2940r/min.如图2-1所示,

图2-1-1 电动机简图

图2-1 电动机简图

2.2轴的设计与校合

2.2.1 轴的设计 3n

p C D ≥ 式中 C-由轴的材料和承载系数确定的常数

P-轴传递的功率,KW

n-轴的转速,r/min

电机和轴之间使用一弹性联轴器相连 992.01≡η

轴用滚动球轴承支撑 99.02≡η

轴选用材料:1Cr17Ni2,取C=140（不锈钢C 一般为125-145），

P=KW P 6.2199.0992.02221=??=??ηη机,n=2940r/min,

所以 mm D 2.272940

6.211403=?≥ 考虑到轴上要开键槽,所以直径放大7%左右

所以D=27.2+27.2?7%=29.1mm

又因为轴上每个转子处要开两个键槽,所以去=取D=35mm

2.2.2 轴的校合

2.2.2.1轴的强度校核

轴的受力情况如图2-2所示,未注单位为mm,其中重力N G N G N G 30,98,70321===;由于轴的转速较高,所以转子产生的偏心力得加以考虑,偏心力N mr F 8.21)98(1046105'23321=????==--πω,其中m 为转子的偏心质量,.r 为偏心距,所以N F F F 8.21132===。

图2-2-2-1 轴的受力简图

图2-2 轴的受力简图 -44.1N.m

18.9N.m

-2.13N.m 图2-2-2-2 轴的弯矩合成图

图2-3轴的弯矩和成图

-160.8N.m

-107.2N.m

-53.6N.m

图2-2-2-3 轴的扭矩图

图2-4 轴的扭矩图

轴的材料为1Cr17Ni2,,经淬回火后,其许用应力[]Mpa b 2301=-σ,做出轴的弯距图,如图2-3所示,则M=-44.1m N ?

轴的转矩:

m N n p T ?=?==2.1072940

2299509550

轴的扭矩图如图2-4所示,则 危险截面的当量弯矩:从图可见,若将此轴看作D=35mm 的等直径轴,则轴承所支撑的A 处截面最危险,其当量弯矩为:

22)(T M M e α+=

如认为轴的扭切应力是脉动循环变应力,取折合系数,代入上式可得: m N M e ?=?+=0.78)2.1076.0(1.4422

所以 []b e e Mpa d M 13

3

32.18351.0100.781.0-<=??==σσ

所以此轴符合强度要求.

剪板机液压系统设计说明

目 录 摘 要 (1) ABSTRACT (2) 第1章 绪 论 (3) 1.1冷弯成型 (3) 1.2剪板机的简介 (3) 1.3液压传动技术的发展概况 (3) 第2章 剪板机液压系统的工作原理及机构组成 (5) 2.1 液压系统基本工作原理 (5) 2.2 主要机构组成 (6) 2.3 流量控制阀简介 (9) 第3章 液压传动系统的参数设计与工作原理 (12) 3.1 液压剪板机参数设计 (12) 3.2 主要参数设计 (15) 3.3 液压缸的结构设计 (19) 3.4 缸筒结构的设计 (23) 第4章 设计选取液压系统图 (25) 4.1液压系统图 (25) 4.2计算和选取液压元件 (26) 第5章 液压系统性能演算 (29) 5.1系统压力损失计算 (29) 5.2计算液压系统发热及温升 (31)

结 论 (34) 参 考 文 献 (35) 致 谢 (36)

摘 要 液压技术是现代制造的基础，它的广泛应用，很大程度上代替了普通成型加工，全球制造业发生了根本性变化。因此，液压技术的水准、拥有和普及程度，已经成为衡量一个国家综合国力和现代化水平的重要标志。为适合这种行势，需要大量设计一些液压机的工作系统。本次就是要设计一款剪板机液压系统。液压技术已被世界各国列为优先发展的关键工业技术，成为当代国际间科技竞争的重点。 这是机械类液压设计说明书，是根据液压设计手册上的设计程序及步骤编写的。本设计的主要内容包括：剪板机液压系统的设计课题及有关参数；液压缸工作压力和流量的确定；液压系统图的拟定；驱动电机及液压元件的选择；液压系统主要性能的验算。 关键词 ： 剪板机；液压缸；液压泵；系统压力

441 高剪切均质机总体设计

1 绪论 剪切式均质技术作为一种新型微米技术，已广泛应用于食品、医药、轻工、微生物等 诸多行业，并得到迅速发展，已成为这些行业对有关流体、半流体产品品质所必不可少的 工艺过程。 国外早在 30 年前就产生并使用均质机，且应用于生产。目前，已有美国、日本、德 国等 10 多个国家生产均质机。剪切式均质机作为均质机械中的佼佼者，也被广泛的认识 和研究。自从 1948 年德国 FLUKO 公司首次发明了应用高剪切原理制成分散乳化设备，高 剪切分散乳化设备已经出现了多种系列产品，在世界均质机械行业处于领先地位。近 40 年来，国外，特别是欧洲一些国家在高剪切分散均质机行业得到迅速发展，并在很多领域 发挥着重大作用，如化装品、制药、食品、涂料、黏合剂等。国外所研究制造的剪切式均 质设备基本上上是采用定一转子型（stator-rotor）结构作为均质头，在电机的高速驱动 下（300-10000r/min） ，物料在转子与定子之间的间隙内高速运动，形成强烈的液力剪切 和湍流，使物料在同时产生的离心、挤压、碰撞等综合作用力的协调作用力下，得到充分 的分散、乳化、破碎，达到要求的的效果。美国和德国在剪切式均质机的研究和开发方面 都取得了显著进展。如美国IKA-WERKE GMHB CO.KG生产的多系列分散均制设备；美国ROSS 公司研制的高剪切混合乳化机；德国 IKA-MASCHINENBAU 公司研制的 ULTRA 分散机；德国 YSTRAL公司生产的X40型分散搅拌机；德国公司研制的系列高剪切分散乳化剂、管线式高 剪切分散乳化剂、管式分散乳化剂、间歇式高剪切与间歇式无轴承分散乳化剂、高效强力 分散乳化剂等世界领先高科技产品。 我国的均质机研究产品是从 50 年代个别厂家开始的，最早是上海烟草机械厂仿制美 国产品，直到 80 年代才开始逐渐的生产均质机，而且大多是传统的高压均质设备。随着 国外剪切式均质机的迅速发展，近年来，国内许多科研人员，制造和使用厂家也开始重视 对剪切式均质机的研究工作。目前，已建立了与国外厂商联营、合资研制生产剪切式均质 机的公司。如上海菲鲁克（FLUKO）机电设备有限公司；中美合资南通罗斯（ROSS）混合 设备有限公司等。 现在国内有许多厂家开始生产高剪切均质机， 如东市长江机电有限公司、 上海环保设备总厂、上海威宇机电有限公司、上海市化工装备研究所生产的集混合、分散、 乳化、溶解、粉碎等功能为一体的系列剪切式均质机。 1.1 高剪切均质机的均质原理 剪切均质机基于超剪切原理，实现固相的微化和液相的乳化。目前采用剪切式均质机 主要工作部件为一级或多极的相互啮合的定转子又有数层齿圈。其均质乳化有以下方面： 1 液力剪切作用 液力剪切是指高速流动的流体本身会对流体内粒子产生强大的剪切作用，而且由于高 速流动产生剧烈的微湍流，在湍流边缘出现很高的局部速度梯度，处于这种局部速度梯度 下的粒子会受剪切而微粒化，液力剪切分层流剪切和湍流剪切。在层流区域，流体在定转 子槽道内流动时，流体内的最大流速及所受到的最大剪切力与流体流动方向上的压力梯度 成正比。当施以周期性高频脉动压力梯度时，最大速度在槽道壁面与机理道中心之间，偏 离中心，且频率增大，最大速度增大，且向壁面趋近，剪切力增大。流体在同轴圆筒之间 成为旋转流，由于两圆筒速度不同，间隙内流体层之间存在速度梯度，产生剪切力。如圆

高剪切及高压均质机理研究及其在食品工业中的应用

开发研究粮油加工与食品机械 高剪切及高压均质机理研究及其在食品工业中的应用 杨诗斌徐凯张志森 (江南大学生化与食品机械研究所) =摘要>分析了高剪切均质机与高压均质机不同的均质机理,并通过试验做出进一步论证。对食品均 质单元中选用高剪切或高压均质机有一定参考意义。 =关键词>均质;机理;食品工业;应用 中图分类号:TS203文献标识码:A 文章编号:1009-1807(2002)04-0033-03 在食品、化工、制药等行业均质技术已成为提高产品品质的关键。目前国内食品行业使用的传统均质设备多为高压均质机、胶体磨、砂磨和辊磨机等,近年来出现了新型的高剪切均质机设备。至于这些均质设备在各行业中的应用,目前尚无人进行深入系统地研究。对此,笔者针对目前主要使用的高压均质机和高剪切式均质机,从均质原理、不同物料的工艺流程以及实验数据等方面进行了对比分析研究。 1均质机理分析 液体物料分散系中分散相颗粒或液滴破碎的直接原因是受到剪切力和压力的作用。引起剪切力和压力作用的具体流体力学效应主要有层流效应、湍流效应和空穴效应。层流效应会引起分散相颗粒或液滴的剪切和拉长;湍流效应是在压力波动作用下引起分散相颗粒或液滴的随意变形;空穴效应是使形成的小气泡瞬间破碎产生冲击波,而引起剧烈搅动。 111高剪切均质机理 目前国内常用的剪切式均质机线速度多为10~ 25m/s。实践证明其均质效果并不理想。高剪切均质机指线速度达到30~40m/s的剪切式均质机,其主要工作部件为1级或多级相互啮合的定转子,每级定转子又有数层齿圈。 工作原理:转子带有叶片高速旋转产生强大的离心力场,在转子中心形成很强的负压区,料液(液液、或液固相混合物)从定转子中心被吸入,在离心力的作用下,物料由中心向四周扩散,在向四周扩散过程中,物料首先受到叶片的搅拌,并在叶片端面与定子齿圈内侧窄小间隙内受到剪切,然后进入内圈转齿与定齿的窄小间隙内,在机械力和流体力学效应的作用下,产生很大的剪切、摩擦、撞击以及物料间的相互碰撞和摩擦作用而使分散相颗粒或液滴破碎。随着转齿的线速度由内圈向外圈逐渐增高,粉碎环境不断改善,物料在向外圈运动过程中受到越来越强烈地剪切、摩擦、冲击和碰撞等作用而被粉碎得越来越细从而达到均质乳化目的。同时,在转子中心负压区,当压力低于液体的饱和蒸汽压(或空气分离压)时,产生大量气泡,气泡随液体流向定转子齿圈中被剪碎或随压力升高而溃灭。溃灭瞬间,在汽泡的中心形成一股微射流,射流速度可达100m/s,甚至300m/s,其产生的冲击力可用水锤压力公式估算,即P=Q CaC,其中Q为液体密度;Ca为液体中的声速;C为微射流速度。设C为100m/s,则产生的脉冲压力就接近200MPa,这就是空穴效应。强大的压力波可使软性、半软性颗粒被粉碎,或硬性团聚的细小颗粒被分散。 由分析可知,物料在定转子腔内被均质的机理较复杂,笔者认为剪切起主导作用,其次是空穴作用。112高压均质机理 高压均质是利用高压使得液料高速流过狭窄的缝隙时而受到强大的剪切力、液料被冲击到金属环上而产生强大撞击力以及因静压力突降与突升而产生的空穴爆炸力等等综合力的作用,把原先颗粒比较粗大的乳浊液或悬浮液加工成颗粒非常细微的稳定的乳浊液或悬浮液的过程。 被均质物料通过阀座与阀杆间大小可调的间隙h (一般为011mm)时,其流速在瞬间被加速到200~ 300m/s,从而产生巨大的压力降,当压力降低到工作温度下液体的饱和蒸汽压(或空气分离压)时,液体就开始/沸腾0,迅速/汽化0,内部产生大量汽泡。含有大量微汽泡的液体朝缝隙出口流出,流速逐渐降低,压力又随之提高,压力增加到一定值时,液体中的汽泡突然破灭而重新凝结,汽泡在瞬时大量生成和溃灭就形成了空穴现象。空穴现象似无数的微型炸弹,能量强烈释放产生强烈的高频振动,同时伴随着强烈的湍流产生的强烈的剪切力,液体中的软性、半软性颗粒就在空穴、湍流的剪切力的共同作用下被

机械毕业设计729高压均质机传动端的设计及运动仿真

摘要 本设计设计的是高压均质机动力端主要零件。首先，文章介绍了高压均质机的工作原理。流体在高压状态下通过细小缝隙时，会产生较大的剪切力、撞击力和空穴力，使流体中的固体颗粒破碎为微小颗粒，高压均质机就是利用这一原理工作的。接着，文章参考现有的均质机结构，确定了均质机主要结构参数，然后，按照高压往复泵的设计方法对高压均质机的主要零部件，如传动装置、曲轴、连杆等进行了结构设计。还有液力端泵阀的设计，并对其进行了相应的强度校核。最后，文章介绍了本次设计中还有高压均质机的运动仿真，采用了C语言程序，并对其进行了详细的说明。 关键词：高压均质机食品机械均质阀

目录 摘要 (1) 绪论 (4) 第一章均质机及其基本参数 (5) 1.1均质机的均质原理 (5) 1.2均质机的工作原理 (5) 1.3均质机的基本参数 (6) 第二章总体设计 (9) 2.1传动端结构形式的选择 (9) 2.2液力端结构形式的选择 (9) 2.3确定泵的主要结构参数 (10) 2.4原动机的选择 (12) 第三章动力端的设计计算 (14) 3.1传动装置的设计 (14) 3.2曲轴的设计 (15) 3.3连杆与其轴瓦 (15) 3.4十字头 (16) 第四章液力端零部件设计 (16) 4.1泵阀设计 (16) 第五章运动仿真 (20) 5.1 C语言程序简介 (20) 5.2传动端运动及程序 (20)

设计小结 (32) 致谢 (33) 参考资料 (34)

绪论 高压均质是一种制备超细液液乳化物或液固分散物的通用设备，被广泛应用与各行业的生产者和科技研领域。例： 一、食品饮料行业： 豆奶、花生奶、松子奶等各种植物蛋白饮料。 核桃露、杏仁露、莲子露、椰子汁等各种悬浮果汁饮料。 酸奶、均质奶、纯牛奶、甜牛奶、乳酸饮料、冰淇淋、豆奶粉等各种乳品和乳制品。 二、制药： 抗生素、各种乳剂、浆液制剂、中药制剂、花粉破碎及各种营养保健液。 三、轻工化工行业： 香精香料、化妆品、乳化硅油、感光剂、增亮剂、高级涂料、颜料、染料等。 四、生物工程技术： 对大肠杆菌、胞进行破碎，撮取其有效成分。 随着人民生活水平的提高，食品工业必将跟上时代的步伐，不仅要求食品本身的营养丰富，还对其质量、口味、外观、保存等提出了高标准,这样必然把食品工业推上一个新高潮。 食品品种繁多，本设计是主要应用于乳品工业中。它是一种特殊的高压泵，用于喷雾干燥设备中，可使液体分散成细微的雾滴，便于干燥成粉状。通过均质的炼乳、冰淇淋、代乳粉，液体中的分散项破裂成细微状态，可减少沉淀，增加粘稠性，口感细腻，并延长存放时间。均质机不仅在乳品工业和冰淇淋生产中得到广泛应用，而且还适用于医药、化工生产中。总之，在我国均质机发挥出的作用越来越大，因此需要人们对其进行深入的研究，以便设计生产。 本设计参考现有的均质机而设计，力求经济、结构合理,但肯定还有许多的不足之处，希望在老师和同学的帮助下，得到进一步的改进。

液压式型钢剪切机设计说明书

e 题目液压式型钢剪切机设计 学生姓名 e 学号 e 所在学院机械工程学院 专业班级 e 指导教师 e__ ____ __ 完成地点院内 ___ 2009年 6 月 11 日

液压式型钢剪切机设计 作者：e （e） 指导教师：e [摘要]本论文首先分析了剪切机的发展现状，阐述了其剪切原理。确定了剪切机系统的总体设计方案。其设计内容剪切机的总体设计计算，主要零部件的设计计算和液压系统的设计，其中液压系统的设计还包括液压元件的设计。本文利用液压传动控制技术对剪切机进行改进设计。 [关键词]剪切机，液压系统，液压元件，角钢。

Hydraulic steel shear machine design The author：e (e) Tutor: e Abstract:This paper first analyzes the development status quo of shearing machine, expounds the principles of the shear. To determine the shear machine system overall design scheme. Its design content shear machine overall design calculation, design and calculation of main components and the design of the hydraulic system, hydraulic system design also includes the design of the hydraulic components. This paper, by using hydraulic drive control technology to improve the shearing machine design. Key words:Shearing machine, Hydraulic system, Hydraulic component,Angle

高压均质机和高速剪切均质机的原理和应用

高压均质机和高剪切均质机的区别及应用 在食品、化工、制药等行业均质技术已成为提高产品品质的关键。目前国内食品行业使用的传统均质设备多为高压均质机、胶体磨、砂磨和辊磨机等,近年来出现了新型的高剪切均质机设备。至于这些均质设备在各行业中的应用,目前尚无人进行深入系统地研究。对此,笔者针对目前主要使用的高压均质机和高剪切式均质机,从均质原理、不同物料的工艺流程以及实验数据等方面进行了对比分析研究 均质机理分析 液体物料分散系中分散相颗粒或液滴破碎的直接原因是受到剪切力和压力的作用。引起剪切力和压力作用的具体流体力学效应主要有层流效应、湍流效应和空穴效应。 层流效应会引起分散相颗粒或液滴的剪切和拉长; 湍流效应是在压力波动作用下引起分散相颗粒或液滴的随意变形; 空穴效应是使形成的小气泡瞬间破碎产生冲击波,而引起剧烈搅动。 高剪切均质机理 目前国内常用的剪切式均质机线速度多为10～25 m/ s。实践证明其均质效果并不理想。高剪切均质机指线速度达到40～66 m/ s的剪切式均质机,其主要工作部件为1级或多级相互啮合的定转子,每级定转子又有数层齿圈. 工作原理:转子带有叶片高速旋转产生强大的离心力场,在转子中心形成很强的负压区, 料液(液液、或液固相混合物)从定转子中心被吸入,在离心力的作用下,物料由中心向四周扩散,在向四周扩散过程中,物料首先受到叶片的搅拌,并在叶片端面与定子齿圈内侧窄小间隙 内受到剪切,然后进入内圈转齿与定齿的窄小间隙内,在机械力和流体力学效应的作用下,产 生很大的剪切、摩擦、撞击以及物料间的相互碰撞和摩擦作用而使分散相颗粒或液滴破碎。随着转齿的线速度由内圈向外圈逐渐增高,粉碎环境不断改善,物料在向外圈运动过程中受到越来越强烈地剪切、摩擦、冲击和碰撞等作用而被粉碎得越来越细从而达到均质乳化目的。 同时,在转子中心负压区,当压力低于液体的饱和蒸汽压(或空气分离压)时,产生大量气泡,气泡随液体流向定转子齿圈中被剪碎或随压力升高而溃灭。溃灭瞬间,在汽泡的中心形成一股微射流,射流速度可达100 m/ s ,甚至300m/ s ,其产生的冲击力可用水锤压力公式估算,即P = ρCaC ,其中ρ为液体密度; Ca为液体中的声速; C为微射流速度。设C为100 m/s ,则产生的脉冲压力就接近200MPa ,这就是空穴效应。强大的压力波可使软性、半软性颗粒被粉碎,或硬性团聚的细小颗粒被分散。 由分析可知,物料在定转子腔内被均质的机理较复杂,笔者认为剪切起主导作用,其次是 空穴作用。 高压均质机理 高压均质是利用高压使得液料高速流过狭窄的缝隙时而受到强大的剪切力、液料被冲击到金属环上而产生强大撞击力以及因静压力突降与突升而产生的空穴爆炸力等等综合力的作用,把原先颗粒比较粗大的乳浊液或悬浮液加工成颗粒非常细微的稳定的乳浊液或悬浮液的过程。被均质物料通过阀座与阀杆间大小可调的间隙h (一般为011 mm)时,其流速在瞬间被加速到200～300 m/ s ,从而产生巨大的压力降,当压力降低到工作温度下液体的饱和蒸汽压(或空气分离压)时,液体就开始“沸腾",迅速“汽化",内部产生大量汽泡。含有大量微汽泡的液体朝缝隙出口流出,流速逐渐降低,压力又随之提高,压力增加到一定值时,液体中的汽泡突然破灭而重新凝结,汽泡在瞬时大量生成和溃灭就形成了空穴现象。空穴现象似无数的微型炸弹,能量强烈释放产生强烈的高频振动,同时伴随着强烈的湍流产生的强烈的剪切力,液体

乳化设备及乳化工艺

乳化设备及乳化工艺 乳化设备及乳化工艺 一、乳化设备 乳化方法包括物理化学乳化法和机械法。目前常用的机械乳化方法包括多种，诸如管动，射流，搅拌，均质等，不同的乳化方法对应不同的设备，适用不同的需求。下面择要介绍几种： 表一乳化方法 方法作用原理能量密度操作方法 摇动湍流低间歇 管动 层流层流滞应力低-中等连续 湍流湍流低-中等连续 射流低-中等连续 搅拌简单搅拌层流滞应力、湍流低间歇、连续转子—定子混合器层流滞应力、湍流中-高间歇、连续刮刀式搅拌层流滞应力低-中等间歇、连续振荡式低间歇、连续 胶体磨层流滞应力中-高连续 高压均质机层流滞应力、湍流及气穴形成高连续 超声均质器 振动叶片湍流、气穴形成中-高连续 磁致收缩气穴形成中-高间歇、连续1、搅拌 指借助于流动中的两种或两种以上物料在彼此之间相互散布的一种操作，以实现物料的均匀混合，同时还可以促进气体溶解、强化热交换等。

1.1 搅拌混合机理 搅拌混合机理主要包括对流混合，扩散混合，剪切混合。 （1）对流混合是在搅拌容器中，通过搅拌器的旋转把机械能传给液体物料造成液体的流动，属强制对流。包括主体对流—物料大范围的循环流动；涡流对流—漩涡的对流运动。 （2）扩散混合指互溶组分中存的的混合现象，是液体分子间的均匀分布，对流混合可促进扩散混合。（3）搅拌桨将物料组分拉成愈来愈薄的料层，使某一组分原来占有区域的尺寸越来越小，达到混合的目的。高粘度物料混合过程主要靠剪切作用。 1.2 搅拌器的构造和类型 1.2.1 搅拌器的构造 搅拌器是通过搅拌使物料均匀混合的装置，主要由搅拌装置、搅拌罐和轴与轴封三大部分组成。 1.2.2 搅拌器的类型 搅拌器主要包括小面积叶片高速运转的搅拌器，诸如涡轮式、桨式搅拌器等，多适用于低粘度的物料；另外就是大面积低速运转的搅拌器，诸如框式、螺带式及行星式搅拌器等。 桨式搅拌器 桨式搅拌器是最常用的一种，桨叶由条钢制造，有平桨式和斜桨式两种。平桨式搅拌器由两片叶片平直桨叶构成，主产生径向流和切向流；斜桨式搅拌器的两叶相反折转一定角度，这样不仅可以产生轴向流，还可以减小阻力。桨式搅拌器结构简单，适用于低粘度物料的混合，当容器内液位较高时，可在同一轴上同时安装几个桨叶。 桨叶固定轴上的方式主要有三种： （1）焊接法：桨叶和轴整体焊接在一起，此结构不可拆卸清洗及更换，强度也不大，且容易打滑，主要适用小容器。 （2）螺钉连接法：通过螺钉将桨叶连接在轴上，中间有垫片。当轴式圆形的时候，主要靠桨叶和轴的摩擦力而使桨叶运动，此结构拆卸方便，但功率大时易产生滑动，故多用小功率设备中。 （3）方轴连接法：这方法主要是客服焊接法容易打滑的缺点，但轴的加工困难。 （4）方轴、螺钉连接法：为了克服焊接法的易打滑及方轴连接法的难于制造等缺点而设计的，被广泛采用。旋桨式搅拌器 旋桨式搅拌器类似于无壳的轴流泵，由2~3片旋转桨组成不同形式（见下图），桨叶是用螺母固定在轴上，螺母的拧紧方向与桨叶旋转方向相反，这样才能借阻力作用使螺母在搅拌器运转时愈来愈紧。旋转直径约为容器直径的0.2~0.3倍，以轴流混合为主，伴有切向流和径向流，但湍流程度不高。搅拌桨转速高，循环量大，适用于大容器低粘度物料的混合，该搅拌不适用粘稠物料。 涡轮式搅拌器 涡轮式搅拌器类似于无壳的离心泵，由圆盘、轴、及多块叶片组成，结构复杂，种类较多，主要有开启涡轮式和圆盘涡轮式两种（见下图） 涡轮式搅拌器转速高，一般转速为100～2000rpm，平直叶片产生强烈的径向和切线流动，通常加挡板以减小中央旋涡，同时增强因折流而引起的轴向流，工作时，搅拌液沿轴线由中心孔而进入轮内，有各小叶片工作因而加热，然后再以高速度偶轮抛出，湍流程度强，剪切力大，可将微团细化。涡轮式搅拌器适合处理中低粘度物料，混合生产能力较高，按一定的设计形式，具有较高的局部剪力效应，且易清洗，但价格

飞剪的机构分析与设计

《机械原理课程设计》 廖汉元孔建益 闻欣荣李佳 编撰 武汉科技大学 机械自动化学院 机械设计与制造教研室 1999年5月(02年再版) 飞剪机构分析与设计任务书 一.工艺要求1.剪切运动速度为V t=2m/s的钢板，拉钢系数=V 刀/ V t =[]， []=~2.两种钢板定尺（长度）L=1m; ； 3.剪切时上下剪刃有间隙，剪切后上下剪刃不发生干涉（相碰）； 4.剪切时上、下剪刃沿钢板运动速度方向的速度相对误差： ΔV刀[]二.给定参数 1.工艺参数 图 1

剪切力F=10T=98kN; 支座A距辊道面高约为 h250mm(如图1);刀刃重合量Δh5mm; 钢板厚度Δb=1mm;2.机构设计参数 按定尺L=1m给出机构的行程速比系数k 、远极位传动角2、摇杆摆角： 表1 参数与方案 三.设计内容 1.根据工艺要求制定机构方案，定性比较各方案的优、劣； 2.设计出满足工艺要求的机构尺寸及上下剪刃的位置尺寸； 3.根据最终设计结果按比例绘制机构运动简图及上下剪刃的轨迹； 4.进行机构的运动及 力分析，检验上下剪刃的速度相对误差、拉钢系数是否满要求，并求出曲柄上的平衡力矩M b 《飞剪机构分析与设计》 指导书二，对剪机运动的要求：

1.曲柄转一圈对钢材剪切一次； 2.剪切时，上、下剪刃速度相对误差小于其许用值： V 刀=2|V Et -V Ft |/(V Et +V Ft ) = .3.剪切时，上下剪刃应与钢材运动同步。 一般希望剪刃速度略大于钢材运动速度，即拉钢系数>1： V 刀= (V Et +V Ft )/2； = V 刀/ V t = =~. 4.能调节钢材的剪切长度L 三，设定参数 1.工艺参数 剪切力F=10T=98kN 支座A 距辊道面高约为h 250mm 刀刃重合量Δh5mm 钢板厚度Δb=1mm 2.机构设计参数

剪切机液压系统及电气控制安全要求

行业资料：________ 剪切机液压系统及电气控制安全要求 单位：______________________ 部门：______________________ 日期：______年_____月_____日 第1 页共6 页

剪切机液压系统及电气控制安全要求 一、气动与液压系统 1.在气动与液压系统中所提供的最大油压或气压不得超过系统内 所用元件的安全工作压力。 2.液压和气动元件应符合行业标准的规定。 3.气动系统中应设有油水分离装置。 4.气动、液压、润滑、冷却系统中不允许有渗漏现象。 5.气动、液压系统应设有防止过载和冲击的安全装置。 6.在气动及液压系统中，当气压或液压突然失压或供气、供液中断，应有保护措施或必要的显示装置。 7.压力储气罐、筒和压力储油筒的设计、结构和制造工艺应符合现行有关标准的要求。 二、电气控制 剪切机所用电力传动与控制方面的安全要求应符合GB4064-83《电气设备安全设计导则》及有关规定。 1.所有电器保护装置应与电源电压、载荷情况及环境情况相适应，在安装前应做必要的检查，安装后需进行安全可靠性试验。 2.电气设备的安装必须牢固，线路连接应当接触良好，导线接头应当有防止松脱的措施。需要防振的电器及保护装置应有减振措施。 3.接地装置的选择和安装应符合电气安全的要求，并应有明确标志。 4.对于影响安全控制、显示的电气线路应采用双回路设计。 5.剪切机必须有足够数量的紧急事故开关，安装在所有的控制点或 第 2 页共 6 页

给料点。对于在控制点看不见全貌的自动生产线或联合机组，应配置开车预备音响警告装置等信号。 剪切机的安全装置技术 一、安全装置的作用 剪切机的安全装置应具备下列作用之一： 1.在设备运转过程中，使操作者的身体任一部分不可能接近运转中的可动零、部件及进入危险区。 2.在刀架动作过程中，当手脱离操纵刀架用的按钮或操纵杆后，直到进入危险区之前，刀架应能停止动作。 3.在刀架动作过程中，当手一旦接近危险区，刀架能够停止动作。 二、常用的安全装置 剪切机常用的安全装置有：遮挡式安全防护装置、光线式安全装置和双手操作式安全装置。 1.遮挡式安全防护装置 (1)对剪切机刀架和压料装置的危险部位应设置防护栅栏、防护挡板、防护罩、防护网等遮挡式防护装置。其结构形式可分为：固定式、活动式、可调式和局部式等。 (2)遮挡式防护装置必须符合下列条件： ①能防止手或手指从装置的上下左右前后或者穿过装置进入操作危险区。 第 3 页共 6 页

飞剪机传动装置设计说明书 -

机械设计课程设计计算说明书 设计题目：飞剪机传动装置设计 院系：机械工程及自动化学院 班级：130715班 指导老师：张建斌 2016年6月6日

目录 目录 ...................................................................................... 错误！未定义书签。 一、飞剪机总体方案设计： ............................................................................. - 4 - 1.1 滚筒式飞剪机 ................................................................................... - 4 - 1.2 曲柄连杆式飞剪机............................................................................. - 5 - 1.3曲柄摇杆式飞剪机............................................................................. - 5 - 二、电动机选型：........................................................................................... - 8 - 2.1类型和结构形式的选择： ................................................................... - 9 - 2.2确定电机的额定功率：....................................................................... - 9 - 2.3确定电机的转速：............................................................................. - 9 -三．传动系统的运动和动力参数....................................................................... - 9 - 3.1计算传动比.................................................................................. - 10 - 3.2传动比分配..................................................................................... - 10 - 3.3确定各轴运动和动力参数 ................................................................. - 10 - 四、齿轮的设计与校核.................................................................................. - 12 - 4.1高速级齿轮的设计与校核 .................................................................. - 12 - 4.2低速级齿轮的设计与校核 .................................................................. - 18 - 4.3开式齿轮的设计与校核...................................................................... - 24 -五．轴的设计与校核 ..................................................................................... - 28 - 5.1高速轴的设计与校核......................................................................... - 28 - 5.2中间轴的设计与校核......................................................................... - 31 - 5.3低速轴的设计与校核......................................................................... - 34 -

均质机使用维护手册

均质机使用维护手册 1.均质机的主要结构和零部件 本机由底座和电动机、变速箱、高压泵、均质器等部件组成。 1.1 底座和电动机 底座是整机的基础，起支撑作用，由槽钢制成，它的上面装有Y型三相异步电动机，电动机在导轨上有适应位移，用以调整三角胶带的传动张紧力。装有QC型磁力起动器，对于大功率电动机，另配有电器控制箱，使之启动时起保护电网作用。 1.2 变速箱 变速箱由二级变速，首级采用三角胶带传动，以防机器特殊情况下（过载）引起机器不必要的损坏，次级采用一只或两只斜齿轮传动，与曲轴联成一体的斜齿轮带动三拐或四拐曲轴传动。曲轴通过连杆、滑块等，使三根或四根柱塞在高压泵中作往复直线运动，高压泵中的高压能量是由柱塞的往复运动而获得 变速部分各轴承均采用标准滚动轴承和特种合金材料作滑动轴承，变速箱采用大齿轮溅，通过导油孔连续润滑各档轴承，柱塞高压密封部件——由于柱塞的往复运动在高压泵中产生极大的压强，因此，柱塞往复运动处的高压密封是获得极大压强的先决条件，它由柱塞密封套、紧定螺钉、柱塞定位套、垫环、密封圈、压环等组成（图5）。本系列柱塞密封圈有V型和方型两种。 1.3 高压泵及均质阀（图2-A.B） 高压泵是机器的心脏，是粉碎和乳化的关键部件，均由特殊耐腐蚀高级合金材料制成，主要由以下部件组成 1.3.1 主泵体（图2-A） 它由三个或四个柱塞泵并联组成，它包括泵体、上下阀、高低压阀、压盖、上下兰花、柱塞等组成。当柱塞向后运动时，进料下阀门开启，将工作液料吸入，当柱塞向前运动时，下阀门关闭，上阀门被顶开，工作液被压入高压均质阀区域。 1.3.2 上下阀门与高低压阀（图2-A.B） 上下阀门由阀芯和阀门座组成，三柱塞均质有6套，上下各三套，均由特种高硬度，耐腐蚀材料制成，阀门结构设计简单，具有独特的形式，配合精密，拆装方便，具有优良的使用性能和很高的使用寿命。因长期工作阀芯和阀座配合面磨损时，出现流量减少或呈脉冲状，压力表或电流表摆动大时，就应该拆下修磨或更换。 均质阀部分有二级 第一级（高压）它是超细微粒粉碎和乳化的关键部分，当高能压缩的工作液进入高压阀座的小孔中，小孔由高压阀芯（均质杆）借弹簧，通过顶杆把它紧紧封住，而强弹簧的压力由手轮任意调节，当高压泵内柱塞压缩工作液压强大于强弹簧，阀芯被冲开，工作液由阀口作放射性喷出，以极高的能量与速度碰撞在碰撞环上，以便产生如（图3）中所述各种复合的超微粉碎与乳化作用。经过第一次作用的工作液，通过阀体中斜孔进入第二级（低压）均质阀区域，高压密封垫，高压轴封套是保证泵体和阀体与手轮座之间承受高压密封而设计的 第二级（低压）均质阀部分 它是由低压阀座、低压阀芯、低压密封垫、低压轴封套、低压手轮等组成，工作原理与第一级（高压）均质阀部分相同，主要起乳化作用。 均质阀芯和阀座长期工作，它们的配合面是要磨损的，当出现压力上不去或者粉碎效果不好时，必须拆下修磨或更换。 一级与二级均质阀各有其特点，不同的便用要求，应选择不同的均质压力差，按（图3）

剪切机的液压系统设计(一二章完结)

第一章剪切机的液压系统设计 (2) 1.1 剪切机的概述 (2) 1.1.1 剪切机介绍 (2) 1.1.2 剪切机的结构和原理 (2) 1.2 剪切机的工作过程 (2) 第二章剪切机的PLC的程序设计 (3) 2.1 PLC的特点及应用 (3) 2.1.1 PLC的概述 (3) 2.1.2 PLC的特点 (3) 2.2 PLC的选择 (4) 2.3 PLC的系统设计 (5) 2.3.1 PLC的硬件设计 (5) 2.3.2 PLC的软件设计 (6) 2.3.3剪切机液压系统工作原理说明 (7) 第三章液压系统的相关注意事项 (10) 第四章液压缸和油箱的设计描述 (10) 4.1 液压缸的描述 (10) 4.2 油箱的描述 (11) 参考文献 (12)

第一章剪切机的液压系统设计 1.1 剪切机的概述 1.1.1 剪切机介绍 剪切机是机床的一种，它采用液压驱动，安全性能可靠，操作方便。剪切机工作刀口长度：400mm、600mm、700mm、800mm、1000mm、1200mm；剪切力从63吨至400吨八个等级，适合不同规模不同要求用户。安装不须底脚螺丝，无电源的地方可用柴油机作动力。剪切机适用于金属回收加工厂、报废汽车拆解场、冶炼铸造行业，对各种形状的型钢及各种金属材料进行冷态剪断、压制翻边，以及粉末状制品、塑料、玻璃钢、绝缘材料、橡胶的压制成型。 1.1.2 剪切机的结构和原理 本文设计的剪切机是采用液压传动原理，传送带送料、压块定位夹紧、剪刀下落，通过主副油缸活塞协调往复运输完成压块夹紧和剪刀下落回程的新型设备。该机具有结构合理、噪音小、性能稳定、剪切准确、操作简便、速度可调、效率较高等特点，是一种适应于各种形状钢剪切的先进设备。剪切机由5个主要部分组成，即传送机构、油缸、液压站和电气控制系统。由液压站供给的压力油传动主副油缸活塞作协调往复运动，完成压块和剪刀的往返动作。 1.2 剪切机的工作过程 剪切机是由送料装置和剪切装置组成，主要工作过程是靠液压油带动液压马达转动再通过轴带动传送带传送来完成送料的。当料块到位后后，电磁换向阀2YA通电，液压油从无杆腔进入，压块开始下压，压住料块。当达到一定压力后，触发压力继电器，导致3YA通电，液压油进入另一个液压缸的无杆腔，剪刀开始下落，剪切料块。剪切料块后，4YA、5YA通电，同时3YA断电，此时从无杆腔回油到油箱，剪刀快速回程。当剪刀回程到一定位置后，2YA失电，液压油从无杆腔回油到油箱，压块回程，如此反复。 工作过程： 送料-压块下降-剪刀下落-剪刀回程-压块下降。 剪切机的液压系统运行过程中平稳安静，重量轻、体积小、运动惯性小、反应速度快，很容易实现机器的自动化等优点。

高剪切均质机说明书

高剪切均质机说明书 一、摘要 均质机主要用于生物技术领域的组织分散、医药领域的样品准备、食品工业的酶处 理, ， 食品中农药残留以及兽药残留检测以及在制药工业、化妆品工业、油漆工业和石油化 工等方面。均质机采用不锈钢系统，可有效的分离护体样品表面和被包含在内的微生物均 一样品，样品装在一次性无菌均质袋中，不与仪器接触，满足快速、结果准确、重复性好 的要求。 目前，高剪切均质机主要具备结构紧凑、操作简便、性能稳定可靠、均质效果显著等 优点。为了更好的满足实际工作要求，设计者们还应努力尝试设计出能应对多种介质、实现最大自动化生产的机械设备。近年来出现各种功能独特的食品机械，在这方面我国与 国外先进水平的差距确实存在，但是正在不断缩小。国内在设计制造特种食品机械的过程 中也积累了大量的实际经验。 本次毕业设计是关于高剪切均质机的设计。首先对高剪切均质机作了简单的概述；接 着分析了各部分元件、零件的选型原则及计算方法；然后根据这些设计准则与计算选 型方法按照给定参数要求进行选型设计；接着对所选择的各主要零部件进行了校核。本次 设计主要由动力输出电机、联轴器、主轴、筒体、均质轮、端盖、轴承、密封件、紧固件、底座等部件组成。最后简单的说明了安装与维护。 本次设计代表了设计的一般过程, 难免存在各种纰漏、失误。权当一次难得的实践过程， 希望对今后的选型设计工作有一定的参考和借鉴价值。 关键词：高剪切均质机；选型设计；主要部件；养护维修。 二、Abstract Homogeneous machine is mainly used for decentralized organization in the field of biotechnology and medical field sample preparation, food industry of enzyme treatment, food pesticide residues and detection of veterinary drug residues as well as in the pharmaceutical industry, cosmetics industry, paint industry, petrochemical industry, etc.. Homogeneous machine uses the stainless steel system, which can effectively separation barrier on the surface of the sample and is contained, microbe homogenous samples, samples were packed in

食品超高压技术

食品超高压均质技术 摘要:食品工业中高压处理食品分静态超高压技术和动态超高压均质技术，本文介绍超高压均质技术的原理及其对食品的影响。 1.超高压均质技术简介 超高压食品加工有两类，第一是超高压静态处理方式，压力一般400MPa一 I000MPa。常温或较低温度下将食品放置在以水或其他液体为介质的容器里,升 压到设定值时压力，静态保持一定时间(10一30分钟),从而达到灭菌和改变食 品某些理化特性的目的。第二种是超高压动态，也就是超高压均质处理方式， 压力在looMPa一36oMPa之间。超高压均质就是液体食品高速流过狭窄的缝隙 时而受到强大的剪切力,液体被冲击到金属环上而产生强大撞击力以及因静压力 突降与突升而产生的空穴爆炸力等综合作用,把原先颗粒比较粗大的乳浊液或悬 浮液加工成颗粒非常细微的稳定的乳浊液或悬浮液的过程[1]。 传统的均质机压力一般是20一50MPa,在食品工业中应用在破裂脂肪球,形成稳 定的乳状液。超高压均质处理的压力一般达到200MPa,可以用于破碎微生物细 胞，物料受到强烈剪切，高速撞击，剧烈震荡，压力瞬间释放等动力作用,这样 不仅有超高静压杀菌相同的效果,还有均质作用[2]。 2.均质及超高压均的原理 2.1均质机理分析 均质是分散相颗粒或分散液滴破碎分散到液体物料中，而其中直接原因是受到 剪切力和压力的作用。引起剪切力和压力作用的具体流体力学效应主要有层流

效应、湍流效应和空穴效应。层流效应是引起分散相颗粒或液滴的剪切和拉长;湍流效应是在压力波动作用下引起分散相颗粒或液滴的随意变形;空穴效应是使形成的小气泡瞬间破碎产生冲击波,而引起剧烈搅动[1]。 2.2超高压均质机理 超高压均质是利用高超压使得液料高速流过狭窄的缝隙时而受到强大的剪切力、液料被冲击到金属环上而产生强大撞击力以及因静压力突降与突升而产生的空 穴爆炸力等等综合力的作用,把原先颗粒比较粗大的乳浊液或悬浮液加工成颗粒非常细微的稳定的乳浊液或悬浮液的过程。被均质物料通过阀座与阀杆间大小 可调的间隙h(一般为0.1mm)时,其流速在瞬间被加速到200～300m/s,从而产 生巨大的压力降,当压力降低到工作温度下液体的饱和蒸汽压(或空气分离压)时,液体就开始“沸腾”,迅速“汽化”,内部产生大量汽泡。含有大量微汽泡的液体朝缝隙出口流出,流速逐渐降低,压力又随之提高,压力增加到一定值时,液体中的汽泡突然破灭而重新凝结,汽泡在瞬时大量生成和溃灭就形成了空穴现象。空穴现象似无数的微型炸弹,能量强烈释放产生强烈的高频振动,同时伴随着强烈的湍流产生的强烈的剪切力,液体中的软性、半软性颗粒就在空穴、湍流的剪切力的共同作用下被粉碎成微粒,其中空穴效应所起作用被认为较大。被粉碎的微粒接着又高速冲击到冲击环上,被进一步粉碎和分散[1].[3]。 3.超高压均质作用力[4] 3.1剪切作用

高压均质机 和高剪切均质机 的区别

高压均质机和高剪切均质机的区别 在食品、化工、制药等行业均质技术已成为提高产品品质的关键。目前国内食品行业使用的传统均质设备多为高压均质机、胶体磨、砂磨和辊磨机等,近年来出现了新型的高剪切均质机设备。至于这些均质 设备在各行业中的应用,目前尚无人进行深入系统地研究。对此,笔者针对目前主要使用的高压均质机和高剪切式均质机,从均质原理、不同物料的工艺流程以及实验数据等方面进行了对比分析研究 1 均质机理分析 液体物料分散系中分散相颗粒或液滴破碎的直接原因是受到剪切力和压力的作用。引起剪切力和压力作用的具体流体力学效应主要有层流效应、湍流效应和空穴效应。层流效应会引起分散相颗粒或液滴的剪切和拉长;湍流效应是在压力波动作用下引起分散相颗粒或液滴的随意变形;空穴效应是使形成的小气泡瞬间破碎产生冲击波,而引起剧烈搅动。 高剪切均质机理 目前国内常用的剪切式均质机线速度多为10～25 m/ s。实践证明其均质效果并不理想。高剪切均质机指线速度达到30～40 m/ s的剪切式均质机,其主要工作部件为1级或多级相互啮合的定转子,每级定转子又有数层齿圈。工作原理:转子带有叶片高速旋转产生强大的离心力场,在转子中心形成很强的负压区,料液(液液、或液固相混合物)从定转子中心被吸入,在离心力的作用下,物料由中心向四周扩散,在向四周扩散过程中,物料首先受到叶片的搅拌,并在叶片端面与定子齿圈内侧窄小间隙内受到剪切,然后进入内圈转齿与定齿的窄小间隙内,在机械力和流体力学效应的作用下,产生很大的剪切、摩擦、撞击以及物料间的相互碰撞和摩擦作用而使分散相颗粒或液滴破碎。随着转齿的线速度由内圈向外圈逐渐增高,粉碎环境不断改善,物料在向外圈运动过程中受到越来越强烈地剪切、摩擦、冲击和碰撞等作用而被粉碎得越来越细从而达到均质乳化目的。同时,在转子中心负压区,当压力低于液体的饱和蒸汽压(或空气分离压)时,产生大量气泡,气泡随液体流向定转子齿圈中被剪碎或随压力升高而溃灭。溃灭瞬间,在汽泡的中心形成一股微射流,射流速度可达100 m/ s ,甚至300 m/ s ,其产生的冲击力可用水锤压力公式估算,即P = ρCaC ,其中ρ为液体密度; Ca为液体中的声速; C为微射流速度。设C为100 m/ s ,则产生的脉冲压力就接近200M Pa ,这就是空穴效应。强大的压力波可使软性、半软性颗粒被粉碎,或硬性团聚的细小颗粒被分散。 由分析可知,物料在定转子腔内被均质的机理较复杂,笔者认为剪切起主导作用,其次是空穴作用。 高压均质机理 高压均质是利用高压使得液料高速流过狭窄的缝隙时而受到强大的剪切力、液料被冲击到金属环上而产生强大撞击力以及因静压力突降与突升而产生的空穴爆炸力等等综合力的