进料系统设计说明书(共20页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上郑州轻工业学院全液相CQC50-600物理灭菌机进料系统设计设计说明书学生姓名 李新杰 专业班级 机械设计制造及其自动化10-01 学 号 2 院 （系） 机电工程学院 指导教师(职称) 姚建松（副教授） 完成时间 2014年01月 10日 全液相CQC50-600物理灭菌机进料系统设计目录第一章绪论1.1超高压生物技术的产生和发展.31.2我国超高压生物技术的现状.4第二章设计目的2.1进料系统的作用.52.2进料系统的工作环境.5第三章总体方案的确定3.1控制系统的选用63. 2导轨副的选用.63.3链轮的选用63. 4电动机的选用.73. 5检测装置的选用.73

2、.6移动筐的设计.7第四章机械传动部件的计算与选型4.1部分部件的重量估算.84.2推杆推力的计算84.3链轮的计算与选型.84.4传动效率的计算104.5轴承的计算与选型.104.6轴及器的计算与选型114.7电机的规格参数.14第五章控制系统电路设计第六章总结参考文献第一章 绪论随着人们生活水平的提高，人们对食品的质量及安全性越来越重视，要求营养、原汁原味、具有更长的货架期和新鲜的口味，防腐剂和其他化学添加剂尽可能少用，利用超高压技术加工食品是一个物理过程，它能顺应这一趋势，被誉为“食品工业的一场革命”，引起了人们的高度重视。利用超高压技术加工食品，有效地克服了传统热加工处理方法带来的种种

3、弊端，较好地保持了物料原有的营养成分，而且加工后的食品口感适宜、色泽鲜艳、保质期较长，而且整个食品加工过程的能量消耗也较传统的加工工艺有着很大程度地降低。因此，对作为“21世纪十大尖端科技”之一的超高压技术的研究，有着重要的意义。1.1超高压生物技术的产生和发展超高压（UHP）处理又称高静水压（HHP），处理对象为流体和固体食品或其它生物活性材料；带包装或不带包装；施压在100和800MPa之间；超高压处理食品和生物活性材料时一般在室温或接近室温下进行；批量生产时根据被处理对象的不同设定不同的处理时间，一般不会超过20分钟。1899年美国化学家首次发现超高压能延长牛乳保质期，1914年发现高压

4、下的蛋白质可以凝固，但限于当时工艺技术和相关设备条件，超高压技术没有得到实际应用。1989年日本学者发表“高压在食品加工储存中的应用、设想及发展趋势”论文，引起国际学者强烈反响，从而揭开了超高压生物处理技术产业化的序幕。紧接着，日本、法国、美国等国家的超高压食品相继问世。1.2我国超高压生物技术的现状在我国，超高压生物技术还处于早期研究阶段，1995年以前，研究报道很少，只是一些综述和翻译文章，目前市场上一般很少见超高压食品的出售。我国目前虽然能生产超高压设备，但只用于工程力学实验，没有成熟的可用于实际生产的超高压食品加工流水线系统，还有很多问题亟待技术突破。未来国内超高压食品的潜在市场，及其

5、能产生的经济效益不可限量。第二章 进料系统的分析2.1进料系统的作用进料系统是超高压食品加工系统中不可缺少的，对进料系统进行专门的分析和设计，对超高压食品市场化、商品化有着很重要的意义。食品加工的高效率生产是建立在设备自动化的基础之上，合理制定其辅助系统对整体效率的提升，有着不可忽视的作用。进料系统作为超高压系统的一部分，主要是实现半自动化或自动化送料作业，一方面是降低工人劳动强度，另一方面是提高设备的利用率，在可控制范围内，实现超高压食品的量产，降低成本。其具体功能，就是能够自动或半自动推出高压缸已加工处理过的产品，推入待加工产品，实现高效率的流水线加工。2.2进料系统的工作环境由于超高压处

6、理食品的工作介质为水，所以进料系统工作的环境必须考虑到水对进料系统的影响；由于待加工产品是食品，必须保证设备本身在一定温度范围内及工作环境中不会直接或间接对待加工产品造成污染，同时环境卫生应该达到一定标准。总的来说就是进料系统设备材料的选用必须兼顾到食品安全，反之，我们通过其工作环境及待加工产品性质，来作为设计进料系统时参照的标准。第三章 进料系统总体方案的确定3.1控制系统的选用控制系统选用PLC控制系统。因为其可靠性高、通用性强、设计施工周期短、调试修改方便，而且体积小、功耗低、使用维护方便。只是在很小的系统中，考虑到经济因素，不宜使用。3. 2导轨副的选用由于所承载载荷不大，在此我们选用

7、圆柱形直线导轨。而且，这种导轨，具有很多优点，如：防锈蚀性、组装容易、互换容易、低成本化等，同时满足工作环境对其要求。故选导轨型号3.3链轮的选用由于所承受载荷变化不大，且不要求急速转向等多种因素，在此选用链轮传动。链轮传动没有弹性滑动，需要的张紧力小，可以减少轴承的摩擦损失，同时链轮传动能够在轴心较远的情况下传递运动和动力，且作用在轴和轴承上的力较小。初选链轮3. 4电动机的选用 由于系统运行过程要求平稳，且要求有较小的冲击，故在选择电机时，选用变频电机，实现软启动。目前，该电机多与减速机配套减速使用，以方便生产、生活的需要。3. 5检测装置的选用检测装置选用光电式传感器，因为光电传感器具有

8、频谱宽、不易受电磁干扰的影响、非接触测量、高精度、高分辨力、高可靠性、反应快等优点。3.6移动筐的设计考虑到被加工产品的性质和用途，移动筐必须选用在工作环境和平时室温下不会散发出有害物质的材料制造。在这里我们选用食品行业常用的聚丙烯（PP）材料，其工艺成熟，经济实惠，安全可靠。第四章机械传动部件的计算和选型4.1部分部件的重量估算移动框的质量： m=3.203Kg所装物品的质量：m=50Kg总质量： m=53.203 G=532.03N4.2推杆推力的计算通过网上查相关资料，取移动框与增压缸摩擦系数=0.33，故摩擦力的大小： f=G=175.57N4.3链轮的计算与选型4.3.1取移动框的运

9、行速度V=0.5m/s=30m/min因动、静摩擦系数均为0.33，故f= f=175.57N链条传递的功率： P=FV= fV=87.785W取主、从链轮齿数：Z=Z=164.3.2计算当量单排链的计算功率P P=P 查机械设计课本表9-6，工况系数K取1.1； 查机械设计课本图9-13，主动链轮齿数系数K取1.55； 传动链为双排链，K=1.75，故P=0.08553Kw.4.3.3确定链条型号和节距P 取链条型号为08A，节距P=12.7mm; 链轮节圆直径：d= mm, 齿顶圆直径：d= mm; 根据链条速度V=0.5m/s, V=r*2nn=146.76r/min; 符合机械设计课本

10、图9-11,取值合适.4.3.4在设计过程中，因工作台移动可调，链节数可取偶数，避免过渡链节.4.3.5V取0.5m/s,按机械设计课本图9-14,链条润滑选择定期人工润滑.4.3.6计算传动链作用在轴上的压轴力F 压轴力F可近似取为：FK F 该传动为水平传动，K取1.15，F为有效圆周力，且F=1000=175.57N故F=201.9055N.4.4传动效率的计算4.5轴承的计算与选型4.5.1轴承径向载荷： F=100.188N4.5.2初步计算当量动载荷P P= f（X F+Y F） 查机械设计课本表13-6, f=1.0 1.2,取f=1.2. 查机械设计课本表13-5,X=1,Y=

11、0,则P=120.2256N.4.5.3根据机械设计课本式（13-6）,求轴承应有的基本额定动载荷值C=P 查机械设计课本表13-3,推荐轴承预期计算寿命L=60000, 故C=838.7N4.5.4按照机械零件手册选择C= 14000N的6205轴承，此轴承的基本额定静载荷C=7850 N,验算如下：根据机械设计课本式（13-5） L=（）=4.6*10 h60000h达到预期计算寿命，此时装载轴承处的轴颈d=25mm,满足工作要求.4.6轴及联轴器的计算与选型4.6.1轴上的功率：P=0.Kw转 速：n=146.76r/min转 矩：T=9550=5715.87N*mm4.6.2求作用在链

12、轮轴上的力 圆周力：F=175.57N 压轴力：F=201.9055N4.6.3初步确定轴的最小直径： 按机械设计课本式（15-2）初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为3Cr13钢，调制处理.根据课本表15-3，取A=100，于是的 d= A=8.43mm 根据条件,轴选用轴径d=30mm. 联轴器的计算转矩T=KT,查机械设计课本表14-1, K=1.5 则T=8.574N*m按照计算转矩T应小于联轴器的公称转矩的条件，查机械设计零件手册，选用JMI1-20膜片联轴器，其公称转矩为25N*m.半联轴器的孔径d=20mm,长度L=164mm.半联轴器与轴配合的毂孔长度L=60mm.对应单链轮宽

13、度L=（1.252）D；即L=37.560mm 则双链轮齿宽L=1.5L=60mm. 平键用A平型：分别为 b*h*l=8*7*30mm b*h*l=6*6*50mm 同时，为了保证链轮与轴配合有良好的对中性,故选择链轮轮毂与轴的配合为；同样，滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处直径尺寸公差为m6. 4.6.4确定轴上圆角和倒角尺寸 参照机械设计课本表15-2,取轴端倒角为1*45,轴肩处的圆角为R1. 4.6.5求轴上载荷： 水平面H 垂直面V 支反力F F= F=87.785N F= F=100.953N 弯 矩M M=8734.61N*mm M=10044.82N*mm 总弯

14、矩 M=13311.34 N*mm4.6.6按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面强度高。根据机械设计课本式（15-5）及上述中的数据，以及轴的双向旋转，扭转切应力为对称循环变应力，取，轴上的计算应力： =13.72Mpa 根据前面选定轴的材料3Cr13钢，调制处理，由机械设计课本表15-1查的=75Mpa，因此,故安全.4.7电机的规格参数 联轴器的效率：=99.375% 减速机的效率：=95% 则电机输出轴的功率：P=92.99w 故电机选择S37-Y80S-A减速机第五章 控制电路系统设计根据实际要求，控制系统主要是控制电机的正转、反转和停止，从而

15、控制与滚子链相连的滑块的移动方向和停止位置。工作过程中，其应该实现以下动作：1. 按下启动按钮SF1，电机正转，滚子链带动滑块在导轨上向前移动，且此时光电传感器1处于工作状态，光电传感器2处于不工作状态；2. 当滑块移动至光电传感器1时，触发光电传感器1控制开关，电机反转，滑块返回，且此后光电传感器1处于不工作状态，光电传感器2处于工作状态；3. 当滑块返回至初始位置时，触发光电传感器2控制开关，电机停止转动，整个电路回到初始状态；4. 当再次按下启动按钮SF1时，重复以上动作。控制系统程序梯形图如下：I0.0:启动开关；I0.1;光敏开关1；I0.2：光敏开关2；Q0.0：电动机第六章 总结

16、本次课程设计是综合大学各学科的一次练习，是较为重要的的一次课程设计。这次课程设计跨越机械和电气两大学科。在设计时要联系机械部分和电气控制部分作为一个有机的整体来考虑，本次设计是一个机械和电气有机组合的系统是一个整体。如果单方面考虑其中一项必定是做不出来的。这次课程设计时我又一次亲手设计东西，与以前单纯的机械设计不一样，有了更多的收获，体会也很多。在这次设计中我也学会了很多新东西，包括一些软件的应用。当然最重要的是学到了基于运动控制卡的几点一体化系统设计的一些基本方法。加深了对机械系统设计的理解，初步了解了一些常用工业控制元器件和掌握它们的使用方法。知道了设计一个机电一体化的系统需要考虑到哪些方

17、面，做个部分设计时应该先哪里后哪里的先后顺序，让我在以后的设计中会有一个清晰地思路，而避免走太多弯路。这次设计中那我了解了运动控制卡、减速机、变频电机的基本特性、使用方法，以及它们之间所需要的匹配关系。通过这次课程设计我深刻的感到了理论和时间之间巨大的差别及其之间的联系。平时理论知识学的很好，但是在课程设计中并不能得心应手，会遇到很多不能解决的实际问题，这就需要加强实践能力，一个同学的知识变成多个同学的知识，多个同学的知识变成一个同学的知识，这样才能互相促进、相互提高。另外，理论与实践也存在必然的联系，在姚老师和裴老师的帮助下才能使课程设计最终成功。在这里特别感谢姚老师和裴老师对我们的悉心指导，正是应为有了你们的指导和帮助，我的设计才能进行并顺利结束。第七章 参考文献1机械设计第八版 蒲良贵 纪名刚主编 高等教育出版社.2机械设计零件手册（第五版） 周开勤 主编 高等教育出版社.3机械制图第6版 何铭新 钱克强 徐祖茂主编 高等教育出版社.4中国米思米网.专心-专注-专业