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(yù)煮設(shè)備。常用于物料的熱燙,預(yù)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(yù)煮機(jī)械。 夾層鍋用途 預(yù)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(yù)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(yù)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(jìn)氣管通過軸頸進(jìn)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(dá)到預(yù)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(dāng)搖動手輪時可將鍋體傾倒和復(fù)原?？蓛A式夾層鍋兩邊的軸頸對稱的。為使進(jìn)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(jìn)汽管,通過填入橡膠材料連接外部的蒸汽輸入管道,停止進(jìn)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(jìn)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(qiáng)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(qiáng)度，屈服強(qiáng)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(dāng)時， 拉伸強(qiáng)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(yīng)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(fù)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(qiáng)度，屈服強(qiáng)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(yīng)力最好。 外層鍋受力情況分析 分析知外層鍋受拉伸應(yīng)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(yīng)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(jìn)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(yīng)力時許用應(yīng)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(qiáng)度，屈服強(qiáng)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(jìn)行發(fā)黑處理，許用接觸應(yīng)力，精度GB1008988 8級。4.5 按接觸強(qiáng)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(yīng)力： 蝸輪轉(zhuǎn)矩，當(dāng)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(qiáng)度計算： 初取 則： 標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)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(dāng)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(qiáng)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(fēng)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(yīng)小于，不需要采取其他冷卻措施。當(dāng)油溫過高時可采取強(qiáng)制冷卻方式，如果蝸桿軸端裝風(fēng)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(dǎo)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(qiáng)度為；取靜載下的安全系數(shù)，所以螺栓材料的許用應(yīng)力為 取，許用擠壓強(qiáng)度2）確定螺栓直徑螺栓危險截面直徑按粗牙普通螺紋標(biāo)準(zhǔn)（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(qiáng)度，取靜載下的安全系數(shù)，所以螺栓材料的許用應(yīng)力為。 取，許用擠壓壓強(qiáng): 螺栓危險截面直徑：按粗牙普通螺紋標(biāo)準(zhǔn)（GB19681），選用螺栓公稱直徑，螺栓小徑，螺距，中徑10.3 固定進(jìn)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(qiáng)度，取靜載下的安全系數(shù)，所以螺栓材料的許用應(yīng)力為：， 取，許用擠壓強(qiáng)

12、度： 螺栓危險截面直徑：按粗牙普通螺紋標(biāo)準(zhǔn)（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(kuò)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(yù)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(xiàn)1于永泗，齊民主編.機(jī)械工程材料.大連理工大學(xué)出版社,20032唐金松主編.簡明機(jī)械設(shè)計手冊.上海科學(xué)技術(shù)出版社，19893楊明忠，朱家誠主編.機(jī)械設(shè)計.武漢理工大學(xué)出版社,20014曾志新，呂明主編.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ).武漢理工大學(xué)出版社，20015劉鴻文主編.高等教育出版社.20006濮良貴，紀(jì)名剛主編.機(jī)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(xué)基礎(chǔ)教程.高等教育出版社，20048編輯委員會編.機(jī)械工程手冊.機(jī)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(dǎo)老師涂建平老師，此次設(shè)計是在涂老師的悉心指導(dǎo)下完成的，涂老師廣博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)求實創(chuàng)新的治學(xué)風(fēng)范、敏銳深刻的洞察力、開放性思維方式、平易近人的作風(fēng)、對科學(xué)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(jǐn)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