可傾式夾層鍋的設(shè)計

1、1 緒 論1.1 引 言 夾層鍋簡介 夾層鍋又稱二重鍋.雙重釜等。它屬于間歇式預煮設(shè)備。常用于物料的熱燙,預煮,調(diào)味料的配制及熬煮一些濃縮產(chǎn)品。它結(jié)構(gòu)簡單使用方便,是定型的壓力容器,屬于食品預煮機械。 夾層鍋用途 預煮的目的是破壞原料中的多酚氧化酶,保持原料在加工過程中不變顏色;排除原料部分水分,減少原料體積,使原料具有柔軟性,方便裝灌工序的操作;排除原料組織內(nèi)的空氣,提高成品的真空度;破壞原料的原生質(zhì),在榨汁時提高出汁率;殺滅污染在原料上的部分微生物,提高原料在加工過程中的新鮮程度;通過預煮,可使表皮蛋白質(zhì)凝固,使皮與肉脫離,方便除皮操作;對于脫水產(chǎn)品;經(jīng)預煮后能加快干燥的速度。按其深度可分

2、為線型,半深型,深型。按其操作方式可分為固定式和可傾式。最常用的為半球形(夾層)殼體上加一段圓柱形殼體的可傾式夾層鍋。1.2 可傾式夾層鍋概述 可傾式夾層鍋結(jié)構(gòu) （圖1 可傾斜式夾層鍋）可傾式夾層鍋主要由鍋體,填料盒,冷凝水排出管,壓力表,傾覆裝置及排出管口等組成。鍋體內(nèi)壁是由一個半球形與圓柱形殼體焊接而成的容器,鍋體外壁是半球形殼體,用普通鋼板制成。內(nèi)外壁用焊接法焊成,以防漏氣。 可傾式夾層鍋工作原理 全部鍋體用軸頸連接在支架兩邊的軸承上,軸頸是空心的,蒸汽從一端的進氣管通過軸頸進入夾層,通過另一端的出氣管排出蒸汽。通過蒸汽的熱量傳遞,使食品達到預煮目的。傾覆裝置是專門為出料用的,包括一對具

3、有手輪的蝸輪蝸桿,蝸輪與軸頸固接,軸頸與鍋體固接,當搖動手輪時可將鍋體傾倒和復原?？蓛A式夾層鍋兩邊的軸頸對稱的。為使進氣管不與外部的蒸汽輸入管道一起隨鍋轉(zhuǎn)動,一般用螺母通過螺紋連接進汽管,通過填入橡膠材料連接外部的蒸汽輸入管道,停止進氣后,可將鍋底的冷凝水出口打開,將鍋底的積水排出,每班使用前在各轉(zhuǎn)動部位加潤滑油。 2 可傾式夾層鍋性能參數(shù)2.1 夾層鍋的相關(guān)性能參數(shù)產(chǎn)品型號公稱容量(直徑<cm>）最大可傾角進出口管徑液料及最大加入量G100-I10090°20mm液料密度，取一般液料密度為V半圓鍋體的體積2.2 夾層鍋設(shè)計要求 設(shè)計要求： 1、確保各零件有足夠強度承受載

4、荷 2、確保各零件能夠安裝配合 3、確保各零件有足夠壽命和抗腐蝕能力 4、減少加熱物料的水蒸氣熱量散失 5、確保操作安全和省力3鍋 體3.1 內(nèi)層鍋內(nèi)層鍋材料的選擇 選擇不銹鋼0Cr18Ni9，在焊接后多用固溶處理，1100，快速冷卻加熱到1050,保溫一段時間再快速水冷，現(xiàn)場一般不作固溶處理。硬度HB187，奧氏體基本鋼種，用途最為廣泛，耐腐蝕耐熱性優(yōu)良。拉伸強度，屈服強度，彎曲疲勞極限，扭剪疲勞極限。 內(nèi)層鍋受力情況分析 滿載不傾斜時，內(nèi)層鍋所受拉力： 當時， 拉伸強度 A內(nèi)層鍋體的橫截面積 S安全系數(shù)，材質(zhì)均勻，載荷和應力計算不夠精確時取內(nèi)層鍋厚度，取 內(nèi)層鍋相關(guān)尺寸的確定 內(nèi)層鍋受高壓

5、蒸汽壓力，屬于外壓容器 假設(shè)內(nèi)層鍋厚度:-外壓鍋的有效壁厚-鋼板厚度負偏差，-腐蝕裕量，R-外壓鍋體內(nèi)徑 0Cr18Ni9鋼的B-A曲線，查得A在曲線左側(cè)外層鋼的-許可外壓力 P-額定工作壓力內(nèi)層鍋厚度符合要求內(nèi)層鍋內(nèi)徑為，外徑3.2 外層鍋 外層鍋材料的選擇 選擇不銹鋼OCr18Ni9奧氏體型固溶快冷處理，拉伸強度，屈服強度，硬度HB187,具有良好的耐蝕及耐晶間腐蝕性能。在軸與外層鍋體接觸的應力最好。 外層鍋受力情況分析 分析知外層鍋受拉伸應力，則有以下相關(guān)計算： 接觸面積-外層鍋厚度 D-外層鍋與軸頸焊接處的直徑 拉伸應力 外層鍋相關(guān)尺寸的確定 外層鍋受內(nèi)部水蒸氣壓力，屬于內(nèi)壓容器,對其

6、進行相關(guān)計算如下：1) 計算厚度：-筒體的理論計算壁厚，-筒體的計算壓力，-筒體的設(shè)計壓力，取-筒體內(nèi)徑，-鋼板在設(shè)計溫度下的許用應力時許用應力為：-焊接接頭系數(shù),2）設(shè)計厚度：-腐蝕裕量取外層鍋厚度為1mm，內(nèi)徑，外徑3.3圓柱形殼體 圓柱形殼體材料的選擇選擇不銹鋼OCr18Ni9，奧氏體型固溶快冷處理，拉伸強度，屈服強度，硬度為HB 187，具有良好的耐蝕及耐晶間腐蝕性能。 圓柱形殼體的相關(guān)尺寸內(nèi)徑，外徑，高3.4 排水管 排水管的相關(guān)尺寸內(nèi)徑5mm，外徑6mm，長7mm.4 蝸輪蝸桿4.1 蝸輪蝸桿工作要求蝸輪在10s內(nèi)轉(zhuǎn)動90°，使得鍋體在10s內(nèi)轉(zhuǎn)動90°卸料。蝸

7、輪蝸桿右旋，傳動比,每天工作8小時，每年工作300天，使用壽命5年。4.2 蝸輪蝸桿傳動受力圖（見下圖）4.3 蝸輪蝸桿類型的選擇選擇普通圓柱蝸桿傳動（阿基米德蝸桿ZA型）4.4 蝸輪蝸桿材料的選擇及精度的選擇 蝸桿材料及精度的選擇 蝸桿40Cr，表面高淬火，,齒面粗糙度。 蝸輪材料及精度的選擇蝸輪材料ZCuAl10Fe3，速度較低，金屬模澆鑄并進行發(fā)黑處理，許用接觸應力，精度GB1008988 8級。4.5 按接觸強度確定主要參數(shù)及尺寸因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均勻系數(shù)；載荷均勻，無沖擊，使用系數(shù)； 轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動載系數(shù)； 則載荷系數(shù)。 蝸桿傳動效率：暫取傳動比，則 蝸輪角

8、速度： 蝸輪轉(zhuǎn)速： 因為載荷穩(wěn)定故在使用壽命內(nèi)蝸輪循環(huán)次數(shù)： 查表得壽命系數(shù)： 蝸輪接觸應力： 蝸輪轉(zhuǎn)矩，當鍋體傾斜角度為90°時，蝸輪所受轉(zhuǎn)矩， 取齒數(shù)， 閉式傳動接觸強度計算： 初取 則： 標準中心距 查表取 齒輪變位系數(shù) 則查表得蝸桿直徑系數(shù)，分度圓柱導程角4.6 傳動效率的計算 蝸桿角速度： 滑動速度： 查表得蝸桿傳動的當量摩擦角 取軸承效率與攪油效率乘積 嚙合效率 蝸桿傳動總效率4.7熱平衡計算 由減速器裝配圖估算，散熱的計算面積: 式中：-內(nèi)表面被油浸濺而外表面又被自然循環(huán)的空氣所冷卻的空氣所冷卻的箱體表面積；-計算表面的加強筋和凸座的表面及裝在金屬底座或框架上的箱體底面

9、積 因通風良好，取傳熱系數(shù) 熱平衡時潤滑油的溫度為： 低于潤滑油允許的工作溫度，一般潤滑油溫度應小于，不需要采取其他冷卻措施。當油溫過高時可采取強制冷卻方式，如果蝸桿軸端裝風扇或在油池內(nèi)加蛇形冷卻水管，采用循環(huán)油潤滑等。4.8 蝸桿，蝸輪的其他主要尺寸 齒頂高： 分度圓直徑： 齒根高： 齒根圓直徑： 蝸桿齒寬：，取 蝸輪外徑： 蝸輪咽喉母圓半徑： 蝸輪齒寬： 蝸桿軸向齒距：蝸桿導程:蝸輪所受最大切向力：蝸輪所受最大圓心力： 蝸桿所受最大轉(zhuǎn)矩：10 螺栓10.1 徑向滑動軸承的4個螺栓 螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計軸如圖所示結(jié)構(gòu)，螺栓數(shù)，對稱布置，采用鉸制孔用螺栓徑向滑動軸承的4個螺栓受力圖 螺栓受力分析螺栓

10、所受橫向力:B點所受轉(zhuǎn)矩：受轉(zhuǎn)矩作用螺栓的工作剪力為： 螺栓1，2所受總載荷： 螺栓材料選則，及螺栓直徑的確定1）選則材料為Q253，4.6級的螺栓。底臺的厚度為。屈服極限為，抗拉強度為；取靜載下的安全系數(shù)，所以螺栓材料的許用應力為 取，許用擠壓強度2）確定螺栓直徑螺栓危險截面直徑按粗牙普通螺紋標準（GB196-81），選用螺紋直徑（螺紋小徑，中徑，螺距）10.2 固定蝸桿的2根支架（安裝在三角支架上）的8個螺栓 螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計 支架采用如圖所示結(jié)構(gòu)，螺栓數(shù)，對稱布置，采用餃制孔用螺栓 螺栓受力分析 1)軸向力：垂直橫向力：蝸桿對O點的水平橫向力：蝸桿對點的轉(zhuǎn)矩：2)受轉(zhuǎn)矩作用受力最大螺栓的工

11、作剪力為： 3）螺栓1，2受力最大，所受總載荷為：4）確定螺栓直徑選擇螺栓材料為Q235，4.6級的螺栓，屈服極限為，抗校強度，取靜載下的安全系數(shù)，所以螺栓材料的許用應力為。 取，許用擠壓壓強: 螺栓危險截面直徑：按粗牙普通螺紋標準（GB19681），選用螺栓公稱直徑，螺栓小徑，螺距，中徑10.3 固定進氣管支架的螺栓 螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計 采用如圖所示結(jié)構(gòu)，螺栓數(shù)，對稱布置，采鉸制孔用螺栓 螺栓受力分析受轉(zhuǎn)矩作用，螺栓1，2所受工作剪力為：螺栓1，2所受橫向總載荷：確定螺栓直徑選用螺栓材料Q235,4.6級的螺栓，屈服極限，抗校強度，取靜載下的安全系數(shù)，所以螺栓材料的許用應力為：， 取，許用擠壓強

12、度： 螺栓危險截面直徑：按粗牙普通螺紋標準（GB19681），(選用螺紋公稱直徑，螺紋小徑，螺距，中徑11 鍋體隔熱層隔熱層用高溫粘接劑粘貼在夾層鍋外層壁體的內(nèi)壁，隔熱層外部從里向外依次涂有防水膠膜和防水漆膜,中間是保溫材料,從而減少熱量向空氣擴散,節(jié)約能源,縮短工作周期改善操作者作業(yè)條件,保證安全。保溫材料最里面的是石棉,再一層是鋼絲網(wǎng),再一層是耐火水泥,珍珠巖及石棉絲拌和的材料;再一層紗布,再一層高溫漆。12 夾層鍋的有關(guān)計算:12.1 生產(chǎn)能力計算q-每次加料量,kg,取 ,-操作一次的周期時間,h,12.2熱量計算 加熱物料消耗的熱量G-一次投料量,kg,C-物料比熱,物料終溫及初溫,

13、K;令水比熱為，則 對鍋體加熱消耗的熱量-夾層鍋質(zhì)量，取-鍋體材料的比熱，,不銹鋼 -鍋體初溫,k(可取車間溫度),取 -鍋體終溫,k(可取鍋水或物料溫度) 鍋內(nèi)液體表面蒸發(fā)熱量 m-被蒸發(fā)液體的質(zhì)量（kg）.取200kg水蒸發(fā)5%r-蒸發(fā)潛熱,J/kg, 取100C常壓下水的 向周圍介質(zhì)輻射和對流的熱量損失 （J）-鍋體外表面積,-鍋體外壁溫度,k,有絕熱層時取, 取-周圍空氣的平均溫度,K,取 -對流輻射的給熱系數(shù),； (是一個綜合系數(shù),包括) 因設(shè)備不密閉而泄漏的熱量損失-漏損系數(shù)，開口預置槽式夾層鍋,取 蒸汽消耗量-加熱蒸汽的熱焓,(J/kg);取下的水蒸汽，-加熱蒸汽冷凝水的熱焓,J

14、/kg-冷凝水比熱,可取水的比熱-冷凝水溫度,近似取加熱蒸汽溫度,K,參 考 文 獻1于永泗，齊民主編.機械工程材料.大連理工大學出版社,20032唐金松主編.簡明機械設(shè)計手冊.上?？茖W技術(shù)出版社，19893楊明忠，朱家誠主編.機械設(shè)計.武漢理工大學出版社,20014曾志新，呂明主編.機械制造技術(shù)基礎(chǔ).武漢理工大學出版社，20015劉鴻文主編.高等教育出版社.20006濮良貴，紀名剛主編.機械設(shè)計.高等教育出版社.20067譚建榮，張樹有，陸國棟，施岳定主編.圖學基礎(chǔ)教程.高等教育出版社，20048編輯委員會編.機械工程手冊.機械工業(yè)出版社，1979致 謝 這次畢業(yè)設(shè)計可以圓滿的完成首先要感謝我們的指導老師涂建平老師，此次設(shè)計是在涂老師的悉心指導下完成的，涂老師廣博的學識、嚴謹求實創(chuàng)新的治學風范、敏銳深刻的洞察力、開放性思維方式、平易近人的作風、對科學事業(yè)的不懈追求和孜孜不倦的工作精神都深深的影響著我，使我終生受益。在此，謹向涂老師在我做畢設(shè)期間的培養(yǎng)和關(guān)懷致以最誠摯的敬意和衷心的感謝！同時感謝徐雪紅老師和吳彥紅老師的指