海藻滚筒清洗机构的结构设计-说明书

摘要：本论文本着节省材料、成本低廉、安全简易、效率高的原则，立足于海藻清洗机构的结构设计，完成的基本工作如下：通过对国内外技术调查取样分析,为装置关键部件和试验研究等层面提供了性能依据，设计主要通过借助圆形滚筒的转动，使原料在其中不断地翻转，同时用水管喷射高压水来冲洗翻动的原料，以达到清洗目的，主要设计有：电机、链轮传动系统、轴承、螺旋式滚筒等零件的设计，该设计具有结构简单、能耗低、工作可靠、制造成本低和节约用水的优点，能够实现提高生产效率的功能。从而带动整个行业的进步。关键字：滚筒 减速器 传动系统IAbstract:Based on the principles of material saving, low cost, safety, simplicity, and high efficiency, this thesis is based on the structural design of the seaweed cleaning mechanism. The basic work completed is as follows: Through sampling and analysis of domestic and foreign technical surveys, the key components and experimental research of the device, etc. This layer provides a performance basis. The design mainly uses the rotation of a circular drum to continuously turn the raw materials in it, and at the same time sprays high-pressure water with a water pipe to flush the turned raw materials to achieve the purpose of cleaning. The main designs are: motor, sprocket drive The design of parts such as systems, bearings, spiral drums, etc. The design has the advantages of simple structure, low energy consumption, reliable work, low manufacturing cost and water saving, and can achieve the function of improving production efficiency. Thus driving the progress of the entire industry.Key words:Roller Reducer Transmission systemIII目录1 绪论11.1 研究背景11.2 国内外研究现状21.2.1 山东威海设计的一种新型海藻清洗装置21.2.2 新型的海藻清洗装置31.2.3 福建海岛公司海藻清洗装置31.3 研究主要内容41.4 研究主要方法52 总体方案确定62.1 确定整体机械方案62.2传动方案的论证62.3 电动机的设计72.3.1 选用电动机72.3.2 确定电机工作时的功率82.4 电动机的设计102.5机械传动件的设计计算112.5.1 链传动的设计与计算112.5.2 链条的设计与计算122.5.4滚子链的静强度计算132.6链轮基本参数和主要尺寸132.7 滚子链传动的故障与维修152.8 摩擦轮的设计与计算162.8.1 摩擦轮方案选择162.8.2 摩擦轮传动的主要失效形式172.8.3 摩擦轮的材料172.8.4 摩擦轮传动的设计和计算183轴的设计和计算193.1 轴的材料193.2 轴的结构设计193.3轴承盖的设计203.4 轴承的选择和润滑及其寿命计算213.4.1 轴承的选择213.4.2 轴承的润滑21结论23参考文献24致 谢25ii1 绪论1.1 研究背景海藻指肉眼可见的大型海藻类，包括：绿藻、红藻、褐藻，用于加工工业的海藻原料表面会粘附有泥、沙并混杂有小型海洋动植物，利用海藻之前，需要进行必要的清洗，目前常用清洗海藻办法与装置存在清洁装置设置不合理、清洁程度、清洁流程自动化程度不足等方面的问题没有解决，使得各种装置难以大规模运用，存在的问题主要有以下几个方面：(1)自动化程度不足：很多海藻清洗是将海藻抽入清洗水池中，进过人工搅拌后把海藻捞出来进行过滤，这种情况是绝大部分清洗环节由人工完成，自动化程度不够且清洗效率过低，工人的劳动强度大。(2)清洗装置设置不合理：在清洗的过程之中，海藻经常会沉在水底，不但清洗效果差，而且底部的海藻会堵住清洗池底部影响清洗池排水，在海藻中夹杂的泥沙与海洋动植物碎块会堵住排水口，所以急需设计一种海藻清洗装置解决这一问题。(3)清洗程度不足：现有海藻清洗装置中常用在清洗池设置隔离网对海藻进行翻滚清洗，对于用于食用添加方向这样的清洁力度达不到海藻清洗的要求。中国加大对海洋资源的合理高效的开发与利用已经成为趋势。海藻类广泛分布在海岸线周围，作为常见的海洋资源，广泛应用于食品添加剂与医用保健领域，是海洋经济中的重要一环，近年来，琼脂、卡拉胶等海藻天然产物在工业、食品行业和医药行业等领域广泛使用。海藻多酚等具有抑癌、增强免疫力、治疗心血管疾病等海藻功能成分的提取、分离和应用成为海洋药物和保健品开发的热点。肉质品中的食用胶类多从植物、海藻、微生物、动物类物质中提取；这些对于海藻原料的使用数量和质量都提出了更高的要求，目前已有的海藻海藻清洗机器无法满足需求；本课题着手于设计清洗装置自动化程度高，使用寿命长，清洁程度高的海藻清洁装置，目的在于提高清洁效率、满足生产需要。考察市场上已有的海藻清洗装置，设计一款具有清洗效率高与清洁程度高这两大问题都兼顾的海藻清洗机具有相当大的挑战，只有坚持以实践检验结果为标准，理论基础为指导，以目前市场上已有的的机械装置基础支撑，才可能实现课题目标。本课题本着以最大化的价格合理、操作安全简便、效率高的原则，着眼于海藻清洗机械装置的设计与研制，努力设计出满足清洁程度高的要求，降低了人工使用程度，同时降低了能耗，优化了机械使用寿命，提高了效率。1.2 国内外研究现状1.2.1 山东威海设计的一种新型海藻清洗装置图1.1为山东威海设计的一种新型海藻清洗装置，所示使用时，通过底座1底部安装的万向轮24可对整体装置进行搬运到使用位置，接通电源线21通过电源开关191启动设备，使用智能控制器19的调节按钮192和显示屏193直观的设置调节水流、水压的大小以及清洗篮11内海藻的浸泡清洗和喷淋时间，将海藻从开口201放入清洗篮11内，由的底座1安装的气泵13和导气管14连接清洗篮11内部安装喷板15配合使用，可以对清洗篮11内的海藻进行清洗，清洗箱体2内部安装的喷淋装置6和喷头7对清洗篮11内的海藻进行对流冲洗，保证了对海藻进整体含有的泥、砂和石头进行清理，清洗篮11底部滤板12可以将清洗下来的泥砂和石头进行过滤出清洗篮11，可以大幅度的提升清洗质量，固定座8上安装的滑轨9和滑轮10可以配合电动伸缩杆23可以将清洗结束的清洗篮11向上推动进行静置滤水，再由开口201取出海藻，整体装置结构简单，清洁效果好，有一定的推广应用价值。1-底座、2-清洗箱体、201-开口、3-控制箱体、4-进水口、5-高压水泵、6-喷淋装置、7-喷头、8-固定座、9-滑轨、10-滑轮、11-清洗篮、111-固定把手、12-滤板、13-气泵、14-导气管、15-喷板、16-排污口、17-抽水泵、18-排污管、19-智能控制器、191-电源开关、192-调节按钮、193-显示屏、20-电池、21-电源线、22-电机、23-电动伸缩杆、24-万向轮图1.1 新型海藻清洗装置1.2.2 新型的海藻清洗装置图1.2为一种新型的海藻清洗装置，本装置在进行海藻清洗时，首先通过升降气缸7将上过滤板8提起，然后将海藻加入，然后上过滤板8复位盖设于清洗池1上方，上过滤板8位于溢流管9下方；然后加入清水至水位高出溢流管9所在位置，然后开启空压机14，气爆对海藻进行翻滚清洗；每隔一阶段时间后，空压机14关闭，打开排污阀门5和溢流阀门10，然后排污泵11启动，将位于下过滤板3下方的污水，以及位于上过滤板8上的污水进行抽除，然后通过补水管15进行清水补入即可；直至清洗池内的清洗用水的清澈程度不在发生明显变化时，海藻清洗完成，通过升降气缸7将上过滤板8提起，然后进行海藻捞出即可。清洗池1，斗状容纳槽2，过滤板3，第一过滤孔3-1，排污管4，排污阀门5；支架6，升降气缸7，过滤板 8，第二过滤孔8-1，溢流管9，溢流阀门10；排污泵11，集污池12，进气管13，空压机14，补水管15图1.2 新型的海藻清洗装置1.2.3 福建海岛公司海藻清洗装置图1.3为一种新型海藻清洗装置，该机械装置的工作原理：在要对海藻进行清洗时，首先要将海藻从清洗池1的进料端投放进去，并加入用于清洗的水；然后通过控制装置7控制第一驱动电机2开始工作，以通过第一驱动电机2带动搅拌机构3进行转动，搅拌机构3在转动的过程中，会开始搅拌海藻，以使附着在海藻上的泥沙等杂质脱离下来，并穿过隔离网11进入到清洗池1的底部；同时，在搅拌机构3的作用下，海藻会慢慢的移动到清洗池1的出料端，此时，就通过控制装置7控制第二驱动电机4开始工作，以通过第二驱动电机4带动打捞机构5进行转动，从而实现将清洗好的海藻打捞到收集池6中。且与传统的人工清洗相比，可以极大的提高清洗效率；2、在清洗池的内部设置有隔离网，可将清洗产生的杂质与红毛菜或者紫菜进行很好的隔离，有助于提高清洗的效果。100-清洗装置，1-清洗池，11-隔离网，2-第一驱动电机，3-搅拌机构，31-搅拌转 轴，311-搅拌叶，3111-搅拌条，3112-连接杆，32-轴支架，33-第一轴承座，4-第二驱动电机， 5-打捞机构，51-打捞转轴，511-弧形打捞杆，52-第二轴承座，6-收集池，7-控制装置图1.3 海藻清洗装置1.3 研究主要内容依据目前的设计计划和打算，研究的主要内容主要分为以下几个方面。(1) 根据调查结果制定出技术攻关。在初步调查和分析过程中，我们将在技术路径上进行技术突破，通过理论研究制定技术目标，并通过理论分析该方案的可行性。参考以往的海藻清洗装置技术关键思想，做出总体设计目标然后逐项解决。(2) 海藻清洗机械装置的总体方案设计；根据国内外的研究现状，制定研究计划如下：滚筒式清洗装置利用圆桶的旋转使其中的加工原料连续地旋转，同时用高压水管喷洗加工原料，以此达到清洁的目的，污水和沉淀物通过底部的收集桶从滚筒的网孔中排出。(3) 对海藻清洗装置工作关键部件设计；具体设计是电机通过皮带传动系统连接到减速器。减速器通过联轴器连接到小链轮。大链轮驱动滚筒上的摩擦轮，使滚筒旋转。带动加工原料的排放。(4) 结构设计和样机设计；根据前面机械装置的进料装置，传动装置，驱动装置，收集装置，通过技术攻关，接下来就是以设计技术思想为核心，理论思路是指导样机设计的前提，并根据样机的实际情况进行适当的改进。本着节省材料、成本低廉、安全简易、高效率的五大原则继续为产品做可行性方案。(5) 对清洗装置的关键部件进行设计；通过对关键零部件的校核，能够最大程度上保证机械装置的可靠性，然后优化海藻清洗机械装置的性能。1.4 研究主要方法通过查找文献和其他参考资料，研究方法主要以借助互联网和其他媒介为主，通过搜集方法为主要手段，着眼于解决海藻清洗机的研究方法为主要目标，主要方法主要分为以下几个方面：(1) 文献研究法：根据研究主题，通过搜索文档获取技术数据，通过以往的研究成果分析出最佳技术方案。(2) 定量分析法：根据调查结果制定出技术攻关，依据工作原理制定出力学或者材料学分析论证。(3) 定性分析法：根据海藻清洗装置进行模拟试验，以清洗率和海藻损伤率为指标进行数据统计比对分析，求得高清洗率、损伤率低的最佳试验性能参数，然后优化机械装置的性能。(4) 模拟法：通过使用CAD平台组装零件，创建类似的模型，然后用于研究机械模型的一些基本特征。2 总体方案确定 2.1 确定整体机械方案滚筒清洗机的清洗机是主要的实现机制。清洗机的性能直接影响海藻清洗机的效率。传动系统和集尘装置也是海藻清洗机的主要机构。海藻清洗机传动装置：摩擦轮由电动机通过驱动主轴的皮带轮高速旋转。滚筒传动：滚筒通过链轮驱动装置由电动机驱动，然后通过摩擦力驱动滚筒。结构紧凑，布局合理，传动简单，可靠性高，可以保证使用寿命，制造成本低，加工简单。图2.1 总装图2.2传动方案的论证 图2.2 链传动从传动效率，传动比范围，传动速度，制造成本和安装精度以及传动装置的总体尺寸等方面来看，本设计方案的传动方案采用链传动。2.3 电动机的设计2.3.1选用电动机在选择电机时要考虑的第一件事就是功率选择11。总而言之，请注意以下两点：一是发动机的功率太小了容易发生了一个所谓的“马车”的现象，二是使用长时间过载，电机可能会破坏发动机的保温材料，当发动机输出功率太大的时候，“大卡机”的现象不能完全使用，不仅因为它不好。还因为功率系数和效率并不理想。这也导致了电力损失，为了正确选择发动机输出功率，必须经过以下公式计算或比较（2.1）。 （2.1）这里p是计算的力，测量单位是千瓦，f是所需的张力，单位是N，v是工作机的线速度m / s。另外。最常见的是使用类比来选择发动机功率。所谓的类比方法是比较类似生产机器中使用的发动机的功率。一种特定的方法是找出这个或其他相邻设备中类似生产机器消耗了多少能量，然后使用类似于面团的动力引擎，试运行的目的是确认所选引擎对应于生产机器；测试方法是让电机为相关设备供电，如果测得的电动机电流超过指示的额定电流超过40，这说明电机输出太低，需要用更高的输出更换发动机，这个时候，需要考虑扭矩发动机输出的公式（2.2）。 (2.2) 式中：P：代表功率，单位是kw；N：电机的额定转速，单位是r/min；T：转矩，单位是Nm；下表2.1为不同型号的发电机的拉力力矩情况，从中能够看出，随着拉力的增大，力矩也在进一步增大，根据电动机在匀速转动时的转矩，以电动机的最大转矩为标准。表2.1 发动机输出扭矩力矩号数/号0.40.60.81.01.52.0直径/mm0.100.120.140.160.200.23拉力/Kg4.85.66.88.39.912.7力矩0.000650.00250.00290.00330.0 0410.00472.3.2 确定电机工作时的功率电机的选用要点：根据设计取 滚筒外壳体积：摩擦圆体积：护板体积：查表得滚筒外壳质量： 摩擦圆质量： 护板质量： 滚筒总质量： 滚筒重力： 清洗机机的最大装载量:工件所受重力： 满载时每个托轮所受切向力： 滚筒线速度： 滚筒所需功率： 查表得： 电动机至滚筒的总效率 电动机所需功率所以选用电动机额定功率，由于滚筒转速不高，可以选择Y系列三相异步电动机，根据额定功率选择Y132M-8型。图2.3 Y132M-8型电机2.4机械传动装置的总体设计与计算图2.4 机械传动装置电动机选定后，根据电动机的满载转速n m及工作轴的转速n w即可确定传动装置的总传动比。传动装置的计算：A. 电动机转速 滚筒转速 传动装置的总传动比 B. 分配各级传动比因，取 则C. 计算传动装置的运动参数和动力参数a）各轴转速1轴 2轴 3轴 滚筒转速b）各轴功率1轴 2轴 3轴 滚筒的滚动功率c）各轴转矩轴 轴 将运动和动力参数计算结果整理并列于表2.2表2.2 运动和动力参数表参数轴名1轴2轴转速710322功率32.79转矩40.582.7传动比2.2效率0.932.5机械传动件的设计计算2.5.1 链传动的设计与计算图2.5 链传动2.5.2 链条的设计与计算取小链轮齿数则大链轮齿数，取初定中心距，一般取，取以节距计的初定中心距链条节数 取 （取偶）计算额定功率查表得为工况系数，为齿数系数，为链长系数，为排数系数，根据查得：应选用单排12A型滚子链，p=19.05mm链条长度计算中心距，查表 实际中心距,一般 链条速度 有效圆周力 作用在轴上的力F 2.5.4滚子链的静强度计算链条静强度计算公式为 式中 为静强度安全系数； 为工况系数； 为排数系数； 为有效圆周力；,并查表得，所以为许用安全系数为单排链极限拉伸载荷。因为此传动速度较低可取最小值，取所以满足要求2.6链轮基本参数和主要尺寸链轮齿数 配用链条的节距 配用链条的滚子外径 小链轮分度圆直径 小链轮齿顶圆直径 取小链轮齿根圆直径 大链轮分度圆直径 大链轮齿顶圆直径 取大链轮齿根圆直径 链轮齿宽 查表得 , 为链条内节内宽所以 图2.6 齿形2.7 滚子链传动的故障与维修表2.3 滚子链传动的故障与维修故障原因维修措施链板或链轮齿严重侧磨1.各链轮不共面2.链轮端面跳动严重3.链轮支承刚度差4.链条扭曲严重1.提高加工与安装精度2.提高支承件刚度3.更换合格链条链板早期疲劳开裂中低速链条传动具有良好的润滑条件，链板的疲劳是主要矛盾，但如果过早失效，则存在以下问题：1.链条规格选择不当2.链条质量差3.电源或负载动态负载大1.重新选用合适规格的链条2.更换只连合格的链条3控制或减弱负载和动力源的冲击振动滚子提前碎裂1.链轮速度高，链条规格选择不正确2.链轮槽中有碎屑或链条磨损。挤压齿和辊子。3.链条质量差故障原因维修措施外链节外侧擦伤1.链条未张紧，发生跳动，从而与邻近物体碰撞2.链箱变形或内有杂物1.使链条适当张紧2.消除箱体变形、清楚杂物链条跳齿或抖动1.链条磨损伸长，使节距和垂度过大2.冲击或脉动载荷较重3.链轮齿磨损严重1.更换链条或链轮2.适当张紧3.采取措施稳定载荷链轮齿磨损严重1.润滑不良2.链轮材质较差，齿面硬度不足1.改善润滑条件2.提高链轮材质和齿面硬度3.把链轮拆下，翻转180再装上，则可利用齿廓的另一侧而延长使用寿命卡簧、开口销等链条锁止元件松脱1.链条抖动过烈2.有障碍物磕碰3.锁止元件安装不当1.适当张紧或考虑增设导板托板2.消除障碍物3.改善锁止件安装质量振动剧烈、噪声过大1.链轮不共面2.松边垂度不合适3.润滑不良4.链箱或支承松动5.链条或链轮磨损严重1.改善链轮安装质量2.适当张紧3改善润滑条件4.消除链箱或支承松动5.更换链条或链轮6.加装张紧装置或防振导板2.8 摩擦轮的设计与计算2.8.1 摩擦轮方案选择 圆柱平摩擦轮传动的特点与应用：a）结构简单，易于制造b）压力大，适合低功率传输c）为了减小按压力，可以用非金属材料覆盖其中一个车轮。d）大功率传动，摩擦轮通常由硬化钢制成（例如GCr15，硬化至60HRC），卸荷环自动压紧e）为了减少两个轴的平行度，可以将一个轮面制成鼓形，这在轴系统的刚性较差时也应如此。f）用于旋转简易驱动装置，仪器调整装置等。图2.7 圆柱平摩擦轮传动2.8.2 摩擦轮传动的主要失效形式摩擦轮传动的主要失效形式：a）疲劳点蚀和表面压溃 多发生在闭式传动中，主要是由于高的接触应力而造成。b）轮面胶合 压紧力大，且转速很高时，摩擦表面时温度升高，导致润滑油膜破裂而造成。c）表面磨损 多发生在开式传动中。3轴的设计和计算3.1 轴的材料根据本设计的要求，选45号钢作材料。3.2 轴的结构设计轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸，为轴设计的重要步骤。由材料力学可知，轴的扭转强度条件为 （3.1）式中 为轴的扭转切应力，单位为; 为轴传递的转矩，单位为; 为轴传递的功率，单位为； 为轴的转速，单位为; 为轴的抗扭截面系数，单位为； 为许用扭转切应力，单位为。由此推得实心圆轴的最小直径(单位为)为 (4-3)式中为计算常数，取决于轴的材料和受载情况查表取 所以 综合以上取，,轴的结构设计如下图：图3.1 主轴 3.3轴承盖的设计螺钉联接式轴承盖调整轴承间隙方便，密封性好，应用广泛。轴承外径 根据轴承外径取螺钉直径 螺钉孔直径 取 取 由结构确定， 查表得 , , ,代号入下图所示：图3.2 轴承盖3.4 轴承的选择和润滑及其寿命计算3.4.1 轴承的选择根据以上所述及本设计的具体要求，选用调心球轴承。3.4.2 轴承的润滑轴承润滑的主要目的是减少摩擦和磨损，同时起到冷却，减振，防锈和降低噪音的作用，表3.1列出了选择润滑油或脂润滑的一般原则：表3.1选择润滑油或脂润滑的一般原则影响选择的因素用润滑脂用润滑油温度当温度超过120时，要用特殊润滑脂。当温度升高到200-220时，再润滑的时间间隔要缩短油池温度超过90或轴承温度超过200时，可采用特殊的润滑油温度系数400000400000500000载荷低到中等各种载荷直到最大轴承形式不用于不对称的球面滚子推力轴承用于各种轴承壳体设计较简单需要较复杂的密封和供油装置长时间不需维护的地方可用。根据操作条件，特别要考虑工作温度不可以用集中供油选用泵送性能好的润滑脂。不能有效地传热，也不能作为液压介质可用最低转矩损失如填装适当，比采用油的损失还要低为了获得最低功率损失，应采用有清洗泵或油雾装置的循环系统污染条件可用。正确的设计可防止污染物的侵入可用。但要采用有防护、过滤装置的循环系统结论本论文本着节省材料、成本低廉、安全简易、效率高的原则，立足于海藻清洗机构的结构设计，在该设计中，执行工作的跟随者可以满足各个方面的特定要求，例如运动形式，运动定律，功能范围以及生产过程中提出的运动性能。 结构简单，尺寸适中，在整体布局中只占很小的空间，且布局紧凑。 它易于制造和加工，拆装方便，工作稳定可靠，使用安全，寿命长。 滚筒与电机的运动方式，功率，转矩和负载特性可以相互协调，与其他相邻机构的连接正常，传动机构的运动和作用力可靠，不会发生运动干扰。 该机满足生产需要，具有较高的生产率和经济效益。鉴于研究能力有限，海藻清洗机构的结构优化和等一些关键性因素还有待进一步提升。未来希望可以更好的学习有关的知识，将海藻清洗装置与智能化控制方向结合，使海藻清洗装置相关产业朝着更好的方向迈进一步。参考文献1 诸慎林，赵毅红，周中平清洗生产导论北京化学工业出版社.20182孙志礼，冷兴聚，魏严刚等主编.机械设计J.沈阳：东北大学出版社20003彭晓春 谢武明 编著。清洁生产与循环经济.化学工业出版社 2018 4叶永锋.涂布机自动供料系统的设计方案J.机械工程师,2013,(6):207-209.5孙桓，陈作模主编M.机械原理、北京：高等教育出版社2000.106高泽远，王金主编.机械设计基础M.沈阳：东北工学院出版社.2013.107张玉，刘平主编.几何量公差与测量技术J.沈阳：东北大学出版社20118奚旦立主编。清洁生产与循环经济。北京化学工业出版社，20159 机械零件设计手册（第二版）/中册，东北工学院机械零件设计手册编写组编，冶金工业出版社，201710孔庆华、刘传绍主编 极限配合与测量技术基础，上海：同济大学出版社，2012.211Corn response to nitrogen rate, row spacing and plant density inEastern Nebraska. 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Frederiks.Potato Research.2013(3)致 谢不积跬步无以至千里，本课程设计能够顺利完成，得益于指导老师徐卫彦老师，本论文是在徐老师悉心的指导下完成的，徐老师拥有丰富的学术经验和严谨的治学态度，在课程设计题目制定时，她首先肯定了我的研究课题，同时给了极大的勇气，帮我具体的分析利弊使我最终选取模头及供料装置的设计这个课题，使我在研究时有了具体方向。当论文开题后时，具体的设计不是很清楚，在老师的帮助下，我的设计有了明确的方向，初稿完成后，老师仔细检查了我的写作并指出了我的问题，为接下来的改进提供了方向，在此十分感谢老师的细心指导，才能让我顺利完成毕业论文的写作。感谢机电工程学院的全体领导和老师，在他们认真的教导下，我学到了很多专业性知识，为论文的写作奠定了坚实的基础；感谢参与本论文的批阅，和对本论文提出宝贵意见的老师和领导。29