J-350A真空乳化機傳動系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)設計【7張圖紙】

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開題報告 ZRJ-350A真空乳化機傳動系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)設計 ZRJ-350A真空乳化機傳動系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)設計 1 綜述 1.1 概述 人們進行混合操作時,首先想到的是傳統(tǒng)的攪拌方法，它既簡單又直觀，但攪拌的效率往往不是很高，不能很好的充分混合，分散技術(shù)則不然，它能將液相或固相破碎成極小的顆粒，然后分散到連續(xù)的液相介質(zhì)中去，形成均勻而穩(wěn)定的混合體，它導入介質(zhì)的能量是攪拌的1000倍，因此往往只需幾分鐘,甚至幾秒鐘。 而能實現(xiàn)這一高速攪拌方法的機器就是乳化機。乳化機是攪拌機的另一形態(tài)，它將水和油的一方分散到另一方中。而均質(zhì)乳化過程是依靠攪拌裝置的機械作用所產(chǎn)生的剪切力，將分散相撕碎成微小顆粒而分散在連續(xù)相中，形成乳狀均化物。因此，不同的均質(zhì)攪拌裝置制得的乳狀液其分散相的粒度差別很大，而延長攪拌時間也不能提高分散效果。粒度的大小影響著乳體的內(nèi)在質(zhì)量。好的均質(zhì)攪拌裝置主要應滿足乳化力強，分散性能好。粒度直徑一般要小于2微米。 乳化機的用途十分廣泛，適用于化妝品、生物制藥、霜類產(chǎn)品、石油化工、涂料以及一些精細化工的生產(chǎn)，尤其對基質(zhì)粘度大，固料含量比較高的物料乳化配制更顯功效。[1] 1.2 ZRJ-350A真空乳化機傳動和攪拌系統(tǒng)設計的目的 真空乳化機是食品、藥品、化妝品等生產(chǎn)過程中的專用設備，而我國現(xiàn)今的乳化設備在設計和機械性能方面還有一些缺陷，所以該課題目的在于通過設計新穎的攪拌系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)，提高真空乳化機的乳化效果并能在衛(wèi)生要求方面順利通過國家的GMP認證。 1.3 ZRJ系列真空乳化機的結(jié)構(gòu)和特點 ZRJ系列真空乳化機是引進消化日本乳化機技術(shù)研制的較為先進的產(chǎn)品，具有整體性強，測試功能全、操作方便、乳化效果好等特點、被輕工部列為替代進口產(chǎn)品。如圖1.1，圖1.2，圖1.3所示，表1.1是ZRJ真空乳化機在各個工作容積下的主要技術(shù)參數(shù)。 1.擋流板2.刮板3.框式攪拌槳4.均質(zhì)器5.乳化鍋6.乳化鍋夾套7.保溫材料8.中間（固定）攪拌槳9.溫度傳感器 圖1.1 ZRJ系列真空乳化均質(zhì)鍋內(nèi)部結(jié)構(gòu) 表1.1 主要技術(shù)參數(shù) 型式 全容量 乳化馬達 攪拌馬達 外型尺寸 H.P. R.P.M H.P. R.P.M 長 寬 高 全高 BX-ZRJ 100 2 300-3600 1 19-75 1800 800 2000 2650 BX-ZRJ 150 3 500-3600 1 19-75 1900 800 2100 2900 BX-ZRJ 200 3 500-3600 2 19-75 2000 950 2200 3100 BX-ZRJ 300 5 500-3600 3 19-75 2200 1050 2400 3400 BX-ZRJ 500 5 500-3600 3 19-75 2500 1100 2600 3600 BX-ZRJ 650 7.5 500-3600 5 19-75 2750 1200 2950 3950 BX-ZRJ 800 7.5 500-3600 7.5 19-75 2950 1400 3050 4150 BX-ZRJ 1000 10 500-3600 7.5 19-75 3100 1520 3100 4250 圖1.2 ZRJ350真空乳化機全圖 圖1.3 真空混合乳化機 其工作原理：物料在水鍋、油鍋內(nèi)通過加熱、攪拌溶解后，采用抽真空的方式吸入乳化鍋內(nèi)，再經(jīng)過乳化鍋內(nèi)的刮壁攪拌漿葉混合攪拌后，再被吸入高速旋轉(zhuǎn)的均質(zhì)器后，經(jīng)過高速旋轉(zhuǎn)的切割輪與固定的切割套之間所產(chǎn)生的強力的剪斷、沖擊、亂流等過程，物料在剪切縫中被迅速切割破碎成微粒，由于乳化鍋內(nèi)處于真空狀態(tài)，物料在攪拌過程中產(chǎn)生的氣泡會被及時的抽走。 其特點：料鍋蓋為自動升降式，乳化鍋鍋體是翻轉(zhuǎn)可傾式，便于清洗，并可通過電熱管對鍋夾層內(nèi)的導熱介質(zhì)進行加熱來實現(xiàn)對物料的加溫，加熱溫度任意設定，自動控制。在夾層內(nèi)接入冷卻水即可對物料進行冷卻，操作簡單、方便，夾層外設有保溫層。均質(zhì)器與槳葉攪拌可分開使用，也可同時使用。而鍋內(nèi)刮板攪拌器的作用就是將罐壁上的物料不斷刮下，使全部物料能進行均衡而充分的熱交換，防止過熱或過冷，從而保證產(chǎn)品受到均勻的攪拌和混合。 乳化設備對乳化有很大影響，其中之一是攪拌速度對乳化的影響。攪拌速度適中是為使油相與水相充分的混合，攪拌速度過低，顯然達不到充分混合的目的，但攪拌速度過高，會將氣泡帶入體系，使之成為三相體系，而使乳狀液不穩(wěn)定。因此在設計過程中要注意轉(zhuǎn)速的控制和密封條件的保持。[12] 1.4 ZRJ-350A真空乳化機均質(zhì)鍋的攪拌系統(tǒng)的特點 基于乳化機生產(chǎn)的產(chǎn)品大多是給人們直接食用或者外敷的，因此對其衛(wèi)生狀況要求很高，一般都要通過GMP認證，GMP是英文good manufacturing practice 的縮寫，中文的意思是良好作業(yè)規(guī)范，或是優(yōu)良制造標準，是一種特別注重制造過程中產(chǎn)品質(zhì)量與衛(wèi)生安全的自主性管理制度。它是一套適用于制藥、食品等行業(yè)的強制性標準，要求企業(yè)從原料、人員、設施設備、生產(chǎn)過程、裝運輸、質(zhì)量控制等方面按國家有關(guān)法規(guī)達到衛(wèi)生質(zhì)量要求，形成一套可操作的作業(yè)規(guī)范幫助企業(yè)改善企業(yè)衛(wèi)生環(huán)境，及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中存在的問題，加以改善。[16] 我所設計的乳化機中的攪拌軸是采用單向轉(zhuǎn)動攪拌，利用蝸桿蝸輪傳動的轉(zhuǎn)動軸，其帶動攪拌葉輪使其產(chǎn)生單個方向的攪拌轉(zhuǎn)動（中間攪拌轉(zhuǎn)動軸為兩層），這樣攪拌雖然沒有采用雙向轉(zhuǎn)動攪拌來的充分均勻混合，即利用圓錐齒輪傳動三層套的二、三層的轉(zhuǎn)動軸（中間軸為均質(zhì)器的轉(zhuǎn)動傳動軸），并帶動攪拌葉輪使其產(chǎn)生相反兩個方向的攪拌轉(zhuǎn)動。但是采用單向轉(zhuǎn)動攪拌比雙向的結(jié)構(gòu)要簡單且緊湊，尤其是中心轉(zhuǎn)動軸部分，夾層為兩層，這減少了泄漏的幾率，所以不易污染產(chǎn)品的生產(chǎn)。 1.5 乳化機的發(fā)展現(xiàn)狀 1.5.1 乳化機的分類 均質(zhì)乳化機是現(xiàn)代國際上普遍采用的一種在真空狀態(tài)下無菌制造乳、膏狀均相產(chǎn)品的設備，通常被廣泛應用在化妝品、醫(yī)藥、食品、化工等行業(yè)。如食品工業(yè)的番茄醬、花生醬、調(diào)味劑、嬰兒食品等；化妝品行業(yè)的雪花膏、美容霜等；醫(yī)藥工業(yè)的油膏、軟膏、乳劑、洗劑、栓劑等；化學工業(yè)的某些涂料、染色劑等。 目前乳化機的類型按工作原理來分主要有三種：乳化攪拌機、膠體磨和均質(zhì)器。乳化機的類型及結(jié)構(gòu)、性能等與乳狀液微粒的大?。ǚ稚⑿裕┘叭闋钜旱馁|(zhì)量（穩(wěn)定性）有很大的關(guān)系。一般如現(xiàn)在還在化妝品廠廣泛使用的攪拌式乳化機，所制得的乳狀液其分散性差。微粒大且粗糙，穩(wěn)定性也較差，也較易產(chǎn)生污染。膠體磨和均質(zhì)器是比較好的乳化設備。近年來乳化機械有很大進步。 除了以上的分類，按乳化燃料來分有重油乳化機、煤焦油乳化機、柴油乳化機，按工作方式來分有高剪切乳化機、多功能混合乳化機等，按用途來分有瀝青乳化機、果汁飲料乳化機、涂料油墨乳化機、油脂化乳化機等。如圖1.4所示。[1] （a）高剪切混合乳化機 （b）VME-10C真空均質(zhì)乳化機 （c）SVME-C型三重四功能真空均質(zhì)乳化機 （d）VME-80C型真空均質(zhì)乳化機 圖1.4 各類乳化機 1.5.2 國外乳化機的發(fā)展 要制造優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定的乳狀體產(chǎn)品，除選用合格的原料，適當?shù)呐浞剑侠淼酿I工藝技術(shù)路線外，設備的先進性就成為關(guān)鍵因素。均質(zhì)乳化機的技術(shù)關(guān)鍵是其罐內(nèi)三種不同類型的均質(zhì)攪拌裝置。 目前在世界上通行的乳化機代表基本上分為三大派系，即美國ROSS公司，日本TK公司及德國IKA公司。國內(nèi)雖然已有仿制進口的均質(zhì)乳化機，但某些性能上仍有一定差距。 美國ROSS公司是由美國查理斯羅斯父子于1841年創(chuàng)建，是專業(yè)性混合設備制造公司，以生產(chǎn)混合器、混合機和研磨機而聞名于世。ROSS公司的乳化機具有分散、混合、乳化、剪切、均質(zhì)的功能，其特點是中心吸料徑向噴射式，以湍流混合為主體，液體的翻動劇烈，分散、混合、乳化作用明顯，用戶代表有揚州膚美靈。 日本TK公司，其公司正式名稱叫特殊機化工業(yè)株式會社，創(chuàng)立于1927年（大阪福鳥區(qū)）。其乳化機的特點是軸流式剪切乳化，主要考慮流體上下翻動，呈周期復合分散、乳化、均質(zhì)、混合系統(tǒng)。其產(chǎn)品主要用于化妝品及醫(yī)藥行業(yè)，在中國的典型應用代表是北京資生堂。 德國IKA公司，具有上百年歷史的德國IKA公司在全球有很多分公司，中國廣州的IKA公司就是其中之一。IKA產(chǎn)品主要在實驗室分析設備方面有著獨到的一面，產(chǎn)品注重以分散為主體的功能，因而，在需要進行剪切的工況下，就明顯的力不從心，另外在大型工業(yè)設備方面不具有優(yōu)勢，其用戶代表有深圳小護士。[13] 1.5.3 國內(nèi)乳化機的發(fā)展 1988年，第一臺高剪切乳化機在中國試制成功（原國營啟東長江廠）。 2000年，第一臺高剪切乳化機在納米碳酸鈣的合成中成功應用（內(nèi)蒙蒙西高新技術(shù)）。 2001年，第一臺高剪切乳化機應用于瀝青 （上海威宇和長安大學合作）。 2002年，中國最大的200KW乳化機應用成功（克拉瑪依煉油廠）。 2004年，中國最快的生產(chǎn)用管線式乳化機（泵）以8000rpm的高轉(zhuǎn)速在威宇公司研制成功（北京某研究所）。 1.5.4 乳化機的發(fā)展趨勢 產(chǎn)品趨向高檔，乳化設備外形結(jié)構(gòu)緊湊、精巧，尤其是智能控制技術(shù)的成功運用，使得乳化設備的技術(shù)水平得到了進一步的提升。環(huán)保型的乳化設備產(chǎn)品的開發(fā)成為企業(yè)重要的一項工作。節(jié)能技術(shù)和機電一體化技術(shù)的應用已到了必須直面的時候。采用人機工程學設計，提高操作的智能化，減少噪聲和振動，注重外觀造型設計的要求更高。 例如生產(chǎn)食品的乳化機，通常，用于乳壯物均質(zhì)乳化的乳化機壓力是150kg/cm2左右，若壓力是200-300 kg/cm2，在食品方面則可以滿足任何要求。但近來由于腸胃營養(yǎng)劑等乳化安定，微?；艽龠M體內(nèi)吸收，要求的壓力更高，這樣就需要高壓乳化機，高壓乳化機主要用于延長保存時間，改善口感，食感，保持風味，抑制氧化，穩(wěn)定香和色，減少添加劑，高附加值的材料和商品的個性化。 現(xiàn)在一些混合設備還根據(jù)混合專家的經(jīng)驗和常識，將攪拌混合設備與自動控制技術(shù)相結(jié)合，在混合設備選型和設計中運用人工智能技術(shù)（AI）和基于知識的系統(tǒng)（KBS），即實現(xiàn)了混合設備選型和設計的智能化。[12] 2 方案論證 2.1總體方案的擬訂 2.1.1 兩套總體方案的介紹 在對本課題的調(diào)研極其研究后，了解了真空乳化機的工作原理和一些技術(shù)要求，于是確定了兩套總體方案。 方案一：傳動系統(tǒng)設計采用蝸輪蝸桿傳動，攪拌系統(tǒng)設計采用單向轉(zhuǎn)動攪拌。 方案二：傳動系統(tǒng)設計采用圓錐齒輪傳動，攪拌系統(tǒng)設計采用雙向轉(zhuǎn)動攪拌。 2.1.2 兩套總體方案的比較 第一套方案中傳動系統(tǒng)設計采用蝸輪蝸桿傳動，這樣就能帶動攪拌的葉輪，使其能夠進行單個方向的攪拌轉(zhuǎn)動，這樣就可以使中間攪拌轉(zhuǎn)動軸只有兩層，這種方案可以使乳化機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為緊湊。 第二套方案中的傳動系統(tǒng)設計采用圓錐齒輪傳動，這樣可以帶動攪拌葉輪進行雙向的攪拌轉(zhuǎn)動，為了達到這樣的效果，中間的轉(zhuǎn)動軸就要有三層，這種方案由于可以進行相反兩個方向的攪拌轉(zhuǎn)動，可以使物料充分得到均勻混合。 2.1.3 總體方案的最終確定 通過對兩套方案的比較，最終我決定采用第一套方案。因為第一套方案在結(jié)構(gòu)上較為緊湊，尤其是中心轉(zhuǎn)動軸部分夾層只有兩層，這樣一來可以明顯減少潤滑油泄露的幾率，雖然單向攪拌沒有雙向攪拌來得能使物料得到很充分的混合，但由于真空乳化機生產(chǎn)的大多是食品，藥物等供人們食用的產(chǎn)品，所以很忌諱其產(chǎn)品受到污染。 2.2設計任務 本課題來自于上海貝思特包裝機械有限公司。乳化機主要就是為了攪拌混合所加的物料，使物料能夠得到充分均勻的混合，因此這次我所要設計的內(nèi)容就是ZRJ-350A真空乳化機的攪拌系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)。 2.2.1主要工作內(nèi)容 a) 調(diào)研并寫出開題報告。 自己通過各種渠道查找與本課題相關(guān)的資料文獻，仔細研讀后，了解并熟悉掌握相關(guān)的知識和內(nèi)容。在知道設計任務后開始構(gòu)思設計過程，并著手撰寫開題報告。 b) 傳動系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)設計（0號圖）。 設計并繪制合理的傳動系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)的原理圖。 c) 電動機的選擇、運動參數(shù)和動力參數(shù)計算。 根據(jù)刮板槳轉(zhuǎn)速和均質(zhì)器轉(zhuǎn)速選擇適當功率的電機，計算并記錄運動參數(shù)和動力參數(shù)。 d) 軸系的結(jié)構(gòu)設計。 根據(jù)傳動特點，設計轉(zhuǎn)動軸的機械結(jié)構(gòu)，并根據(jù)攪拌軸及其葉輪所受到的力計算最大扭矩和最大彎矩，校核所設計的軸系結(jié)構(gòu)的強度，以達到適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)。 e) 傳動零件的設計計算。 由攪拌輪單向轉(zhuǎn)動攪拌，采用蝸輪蝸桿傳動，計算蝸輪蝸桿的傳動比，并計算和校核蝸輪蝸桿的強度。 f) 軸承類型的選擇和壽命計算。 根據(jù)傳動軸的機械結(jié)構(gòu)選擇合理的軸承，并選擇合理的密封和潤滑措施，并計算校核其強度。 g) 其它零件的強度校核。 根據(jù)均質(zhì)鍋的密封真空效果，采用合理的密封配件，并計算校核其強度；根據(jù)所選軸承選擇合理的軸承支承結(jié)構(gòu)，并計算校核其強度。 h) 撰寫論文和答辯。 由所設計的各參數(shù)和機構(gòu)圖撰寫論文，并做到熟悉掌握每一個部件的設計過程及原理，充分做好答辯的準備。 2.3主要技術(shù)指標 a) 工作容積：350L b) 刮板漿轉(zhuǎn)速：(10－60)r/min，無級調(diào)速，功率0.92KW c) 均質(zhì)器轉(zhuǎn)速：(500－2900) r/min，無級調(diào)速，功率4.62KW d) 使用年限：5年 2.4進度計劃 a) 調(diào)研、查閱文獻資料（1-4周） b) 方案設計及比較、確定方案，運動和動力參數(shù)計算（5-6周） c) 傳動系統(tǒng)設計和零件強度計算、校核（7-11周） d) 攪拌系統(tǒng)設計和零件強度計算、校核（12-16周） e) 整理資料，撰寫論文（17周） f) 答辯（18周） 參考文獻 [1] 班省華.國外均質(zhì)乳化機攪拌系統(tǒng)的技術(shù)特征分析[J].甘肅輕紡科技，1996，04：10. 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