面粉微量添加系统中螺旋送料机构的研究与设计
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( 2) : 6～11. (责任编辑 :黄文雄 )
填充系数校核公式为 :
φ
=
Q 47D2 nρCs
(4)
式中 , Q 、D、ρ、C 的意义同前 ; n、D 是圆整后的值 。
3. 4 螺旋轴所需功率的计算
水平安装的螺旋送料机构需解决因克服物料输送过程
中的各种阻力而造成的能量消耗问题 。改进后的螺旋输送
机主要有以下两个部分能量消耗 : ①物料对料槽壁的摩擦引
发现了较多的问题 ,主要有送料引起粉料堆积 ,搅拌受外界 温湿度变化影响过大以及控制系统控制不精确等 。笔者对 出现的物料堆积问题进行了研究 ,发现在增白剂添加过程 中 ,出现了增白剂的堆积 ,从而导致送料不连续 ,影响了增白 剂与面粉的混合均匀性 。
目前 DZTC系列的送料机构所采用的螺旋结构是常用 的螺旋弹簧 ,弹簧丝的横截面是圆形的 ,见图 2。利用这种螺 旋结构输送粉料就相当于手指叉开伸进粉料中拨料一样 ,所 拨料有限 ,从而造成了粉料的堆积 。
粮食与饲料工业 2006 , No. 2
11
面粉微量添加系统中螺旋送料机构的研究与设计
董继先 1 ,赵志明 1 ,李敏康 2
(1. 陕西科技大学机电工程学院 , 陕西 咸阳 712081; 2. 陕西科技大学生命科学与工程学院 , 陕西 咸阳 712081)
摘 要 :通过深入分析面粉微量添加系统在实际应用中产生的堆积问题 ,对其送料机构提出了改进方案 ,并且对方案进行分 析与比较 。最终采用实体螺旋作为送料机构 ,并从理论上对送料机构的各个参数进行了分析 ,为螺旋送料机构的设计提供了 理论依据 。通过计算得出了适合 DZTC系列机器的螺旋送料机构 ,从而证明了算法的可靠性和有效性 。 关键词 :面粉微量添加 ;螺旋机构 ;送料机构 ;机构设计 中图分类号 : TS211. 3 文献标识码 : A 文章编号 : 1003 - 6202 (2006) 02 - 0011 - 02 Research and D esign of Screw Convey ing M echan ism in Flour M icro2add ing System ABSTRACT: After in2dep th analysis on shortcom ings of stocking caused during p ractical app lication of flour m icro2adding system , the schemes for imp roving its conveying mechanism ware p resented and compared. A mass screw was finally selected as its conveying
图 2 D ZTC系统螺旋输料机构
2 改进方案及比较 2. 1 改进方案
为了解决生产中所出现的问题 ,通过深入厂家调查研 究 ,提出两种改进方案 :
(1)仍然采用原来的螺旋弹簧 ,但采用倾斜式安装 ,利用 粉料的重力作用 ,实现粉料的顺利输送 。
(2)送料机构采用实体螺旋结构 ,水平安装 ,见图 3。
为输送机的水平长度 , m; Q 为生产能力 , t/ h。
螺旋输送机构电机的选择计算见文献 [ 7 ]。
3. 5 计算结果
根据实际工作中所需增白剂的量以及增白剂的特性 , 可
ຫໍສະໝຸດ Baidu
以确定螺旋的理论生产能力和其他相关的参数 , 各参数如
下 : Q = 0. 03 t/ h; φ 为 0. 35 ～ 0. 40 (推 荐 值 ) ; ρ =
由式 (1)与式 (2)可得螺旋直径为 :
2. 5
D ≤K φρQC,
(3)
式中 , K为综合系数 。
经计算求出 D 后应该圆整为标准的螺旋直径 。
3. 3 螺旋填充系数的验算
根据上述公式求出螺旋的半径与转速后需要对螺旋送
料机构的物料填充系数进行验算 。如果计算出来的填充系
数在推荐的范围内 , 则圆整后的转速和直径合适 ; 计算出来 的填充系数可以低于推荐值的下限 , 但是不能高于上限 , 否 则就要增大螺旋直径 ,重新计算转速 ,并校核填充系数 。
起的能量消耗 ; ②物料内部各颗粒相互间的摩擦所引起的能
量消耗 。克服这两部分消耗的能量由下式计算 :
P = k1 k2QLμ槽 ,
(5)
367
式中 , P为所消耗的能量 , J; k1 为考虑物料内部各颗粒间的 摩擦及搅拌所引起坐力增加的修正参数 ; k2 为与填充系数有 关的参数 ,一般为 0. 7～0. 9;μ槽 为物料对料槽的摩擦系数 ; L
社 , 2003. [ 4 ] 涂国材. 食品工厂设备 [M ]. 北京 :轻工业出版社 , 1991. [ 5 ] 韩其迎. 螺旋输送机的几点改进 [ J ]. 建筑机械化 , 2002 ( 5 ) :
29. [ 6 ] 王振华. 运输机械设计选用与标准实用手册 [M ]. 合肥 :安徽文
化音像出版社 , 2004. [ 7 ] 何朝远. 螺旋输送机驱动电机的选择计算 [ J ]. 玻璃纤维 , 1998
3. 2 螺旋直径的确定
一般来说 ,螺旋输送的生产能力都是给定的 ,其理论公
式为 :
Q = 15πD2 snφρC,
(2)
式中 , Q 为生产能力 , t/ h; D 为螺旋直径 , m; s为螺距 , m; n为
螺旋轴的转速 , r/m in;φ为物料的填充系数 ;ρ为物料的堆积
密度 , t/m3 ; C为输送机倾角系数 。
1. 料斗 2. 搅拌机构 3. 送料机构 4. 机座 5. 搅拌电机 6. 步进电机 图 1 D ZTC面粉微量添加系统机械部分示意图
1 问题的提出 面粉生产厂家在试用 DZTC系列面粉微量添加系统时 ,
图 3 实体螺旋输料机构 2. 2 方案比较
收稿日期 : 2005 - 11 - 15 作者简介 :董继先 (1957 - ) ,男 ,教授 ,硕士生导师 ,在读博士研究生 ,主要研究方向为造纸设备与控制 。
3 主要技术参数的确定 [4～6 ] 在 DZTC面粉微量添加系统中 ,所输送的粉料是面粉增
白剂 。目前各厂家使用的增白剂主要是过氧化苯甲酰 (Ben2 zoyl Peroxid,简称 BP) 。它是一种面粉改良剂 ,可抑制面粉一 些酶作用及微生物增长 ,促进面粉熟化 ,使类胡萝卜素 、叶黄 素等色素破坏而增加面粉白度 。其含量 (纯质 )一般在 27% ～32% ,其它为淀粉和硫酸钙等物质 。根据 1997 年修订的 GB 2760—1996《食品添加剂使用卫生标准 》,过氧化苯甲酰 的最大允许使用量为 0. 06 g / kg,限制非常严格 。因此 ,合理 选用螺旋送料机构的各个参数 ,是从根本上控制添加量 ,决 定添加效果的关键所在 。
12
董继先等 :面粉微量添加系统中螺旋送料机构的研究与设计 /2006年第 2期
方案 1在不改变传动件的前提下通过改变安装方式实 现粉料的输送 。经过理论计算可以得出 ,倾斜度一般不大于 20°[2 ] 。但是倾斜安装造成输入轴的倾斜 ,因而步进电机也 需要倾斜安装 。这样 ,会造成输入轴在送料旋转过程中产生 径向力矩 ,长时间使用会导致轴的变形 ,使轴与螺旋轴线不 在同一条直线上 ,这在设计中是应该尽量避免的 。因此笔者 不主张采用倾斜式安装方式 。
1 300 kg /m3 ; C = 1. 0; s = 0. 8 D。其他各参数可以参考相关
参考书中的推荐值 。
经过计算 ,得出当 D = 30 mm 时 ,转速为 50～120 r/m in, 理论上可以满足要求 。
4 结语 将送料机构改用实体螺纹结构并计算各参数可以解决
D ZTC系列面粉微量添加系统在生产中所出现的增白剂堆积 问题 。
3. 1 螺旋转速的确定 在满足输送能力的条件下螺旋转速不宜过大 ,以免物料
受到过大的切向力而被抛起 ,以至无法向前输送 。根据实 验 ,螺旋输送物料的极限转速可以由以下公式确定 :
n≤ A ,
(1)
D
式中 , n为螺旋轴转速 , r/m in; D 为螺旋直径 , m; A 为物料综
合特性系数 。
面粉微量添加系统是为了适应上述添加需求而设计的 , 例如目前常用的 DZTC 系列面粉微量添加系统 [1 ] 。该系统 主要由以下几部分组成 :料斗 、搅拌机构及搅拌电机 、送料机 构及步进电机 、底座 ,见图 1。其工作原理是 :通过搅拌电机 带动搅拌机构对料仓里的物料进行搅拌 ,然后通过步进电机 带动送料机构输送物料 。通过单片机调节步进电机转速 ,从 而达到控制输送量的目的 。针对 DZTC系列面粉微量添加 系统在使用过程中出现的问题 ,笔者对送料部分提出了新的 设计方案 。
[参考文献 ] [ 1 ] 王志健 ,方 元. 面粉微量随动添加系统的研制与发展 [ J ]. 西
部粮油科技 , 2004 (3) : 10～12. [ 2 ] 宿坤根. 螺旋输送机生产效率计算误差的探讨 [ J ]. 饲料工业 ,
1995, 16 ( 12) : 5. [ 3 ] 胡宗武. 非标准机械设备设计手册 [M ]. 北京 : 机械工业出版
方案 2采用实体螺旋结构 ,见图 3。这是一种通用的形 式 ,它广泛用于输送各种流动性好 、干燥的粉粒状物料 [3 ] 。 它和普通螺旋一样由螺旋面和轴组成 。螺旋面多由钢板冲 压后焊接而成 ,其厚度根据螺旋的直径大小及输送物料的性 质决定 。
采用实体螺旋送料 ,避免了原设备中由于送料螺旋与粉 料接触面积过小而造成的粉料堆积与输送不准确等问题 ;同 时采用水平安装 ,避免了方案 1的缺陷 。
mechanism and various parameters were analyzed, so that a theoretic basis was p rovided for design of a screw conveying mechanism. A screw conveying mechanism suitable for DZTC series machines was obtained through calculation, so as to p rove the reliability and effec2 tiveness of the calculating method. KEYWO RD S: flour m icro2adding; screw mechanism; conveying mechanism; design of mechanism
随着我国国民经济的快速发展 ,人民的生活水平不断提 高 ,人们对面粉质量的要求越来越高 ,对其食用的安全性也 越来越重视 。许多面粉生产厂家为满足消费者的需要 ,提高 产品在市场上的竞争能力 ,需在面粉中添加各种营养强化 剂 、面粉改良剂等 ,这些添加剂的量都很小 ,如何保证添加剂 的均匀度 ,是大家非常关注的问题 。
填充系数校核公式为 :
φ
=
Q 47D2 nρCs
(4)
式中 , Q 、D、ρ、C 的意义同前 ; n、D 是圆整后的值 。
3. 4 螺旋轴所需功率的计算
水平安装的螺旋送料机构需解决因克服物料输送过程
中的各种阻力而造成的能量消耗问题 。改进后的螺旋输送
机主要有以下两个部分能量消耗 : ①物料对料槽壁的摩擦引
发现了较多的问题 ,主要有送料引起粉料堆积 ,搅拌受外界 温湿度变化影响过大以及控制系统控制不精确等 。笔者对 出现的物料堆积问题进行了研究 ,发现在增白剂添加过程 中 ,出现了增白剂的堆积 ,从而导致送料不连续 ,影响了增白 剂与面粉的混合均匀性 。
目前 DZTC系列的送料机构所采用的螺旋结构是常用 的螺旋弹簧 ,弹簧丝的横截面是圆形的 ,见图 2。利用这种螺 旋结构输送粉料就相当于手指叉开伸进粉料中拨料一样 ,所 拨料有限 ,从而造成了粉料的堆积 。
粮食与饲料工业 2006 , No. 2
11
面粉微量添加系统中螺旋送料机构的研究与设计
董继先 1 ,赵志明 1 ,李敏康 2
(1. 陕西科技大学机电工程学院 , 陕西 咸阳 712081; 2. 陕西科技大学生命科学与工程学院 , 陕西 咸阳 712081)
摘 要 :通过深入分析面粉微量添加系统在实际应用中产生的堆积问题 ,对其送料机构提出了改进方案 ,并且对方案进行分 析与比较 。最终采用实体螺旋作为送料机构 ,并从理论上对送料机构的各个参数进行了分析 ,为螺旋送料机构的设计提供了 理论依据 。通过计算得出了适合 DZTC系列机器的螺旋送料机构 ,从而证明了算法的可靠性和有效性 。 关键词 :面粉微量添加 ;螺旋机构 ;送料机构 ;机构设计 中图分类号 : TS211. 3 文献标识码 : A 文章编号 : 1003 - 6202 (2006) 02 - 0011 - 02 Research and D esign of Screw Convey ing M echan ism in Flour M icro2add ing System ABSTRACT: After in2dep th analysis on shortcom ings of stocking caused during p ractical app lication of flour m icro2adding system , the schemes for imp roving its conveying mechanism ware p resented and compared. A mass screw was finally selected as its conveying
图 2 D ZTC系统螺旋输料机构
2 改进方案及比较 2. 1 改进方案
为了解决生产中所出现的问题 ,通过深入厂家调查研 究 ,提出两种改进方案 :
(1)仍然采用原来的螺旋弹簧 ,但采用倾斜式安装 ,利用 粉料的重力作用 ,实现粉料的顺利输送 。
(2)送料机构采用实体螺旋结构 ,水平安装 ,见图 3。
为输送机的水平长度 , m; Q 为生产能力 , t/ h。
螺旋输送机构电机的选择计算见文献 [ 7 ]。
3. 5 计算结果
根据实际工作中所需增白剂的量以及增白剂的特性 , 可
ຫໍສະໝຸດ Baidu
以确定螺旋的理论生产能力和其他相关的参数 , 各参数如
下 : Q = 0. 03 t/ h; φ 为 0. 35 ～ 0. 40 (推 荐 值 ) ; ρ =
由式 (1)与式 (2)可得螺旋直径为 :
2. 5
D ≤K φρQC,
(3)
式中 , K为综合系数 。
经计算求出 D 后应该圆整为标准的螺旋直径 。
3. 3 螺旋填充系数的验算
根据上述公式求出螺旋的半径与转速后需要对螺旋送
料机构的物料填充系数进行验算 。如果计算出来的填充系
数在推荐的范围内 , 则圆整后的转速和直径合适 ; 计算出来 的填充系数可以低于推荐值的下限 , 但是不能高于上限 , 否 则就要增大螺旋直径 ,重新计算转速 ,并校核填充系数 。
起的能量消耗 ; ②物料内部各颗粒相互间的摩擦所引起的能
量消耗 。克服这两部分消耗的能量由下式计算 :
P = k1 k2QLμ槽 ,
(5)
367
式中 , P为所消耗的能量 , J; k1 为考虑物料内部各颗粒间的 摩擦及搅拌所引起坐力增加的修正参数 ; k2 为与填充系数有 关的参数 ,一般为 0. 7～0. 9;μ槽 为物料对料槽的摩擦系数 ; L
社 , 2003. [ 4 ] 涂国材. 食品工厂设备 [M ]. 北京 :轻工业出版社 , 1991. [ 5 ] 韩其迎. 螺旋输送机的几点改进 [ J ]. 建筑机械化 , 2002 ( 5 ) :
29. [ 6 ] 王振华. 运输机械设计选用与标准实用手册 [M ]. 合肥 :安徽文
化音像出版社 , 2004. [ 7 ] 何朝远. 螺旋输送机驱动电机的选择计算 [ J ]. 玻璃纤维 , 1998
3. 2 螺旋直径的确定
一般来说 ,螺旋输送的生产能力都是给定的 ,其理论公
式为 :
Q = 15πD2 snφρC,
(2)
式中 , Q 为生产能力 , t/ h; D 为螺旋直径 , m; s为螺距 , m; n为
螺旋轴的转速 , r/m in;φ为物料的填充系数 ;ρ为物料的堆积
密度 , t/m3 ; C为输送机倾角系数 。
1. 料斗 2. 搅拌机构 3. 送料机构 4. 机座 5. 搅拌电机 6. 步进电机 图 1 D ZTC面粉微量添加系统机械部分示意图
1 问题的提出 面粉生产厂家在试用 DZTC系列面粉微量添加系统时 ,
图 3 实体螺旋输料机构 2. 2 方案比较
收稿日期 : 2005 - 11 - 15 作者简介 :董继先 (1957 - ) ,男 ,教授 ,硕士生导师 ,在读博士研究生 ,主要研究方向为造纸设备与控制 。
3 主要技术参数的确定 [4～6 ] 在 DZTC面粉微量添加系统中 ,所输送的粉料是面粉增
白剂 。目前各厂家使用的增白剂主要是过氧化苯甲酰 (Ben2 zoyl Peroxid,简称 BP) 。它是一种面粉改良剂 ,可抑制面粉一 些酶作用及微生物增长 ,促进面粉熟化 ,使类胡萝卜素 、叶黄 素等色素破坏而增加面粉白度 。其含量 (纯质 )一般在 27% ～32% ,其它为淀粉和硫酸钙等物质 。根据 1997 年修订的 GB 2760—1996《食品添加剂使用卫生标准 》,过氧化苯甲酰 的最大允许使用量为 0. 06 g / kg,限制非常严格 。因此 ,合理 选用螺旋送料机构的各个参数 ,是从根本上控制添加量 ,决 定添加效果的关键所在 。
12
董继先等 :面粉微量添加系统中螺旋送料机构的研究与设计 /2006年第 2期
方案 1在不改变传动件的前提下通过改变安装方式实 现粉料的输送 。经过理论计算可以得出 ,倾斜度一般不大于 20°[2 ] 。但是倾斜安装造成输入轴的倾斜 ,因而步进电机也 需要倾斜安装 。这样 ,会造成输入轴在送料旋转过程中产生 径向力矩 ,长时间使用会导致轴的变形 ,使轴与螺旋轴线不 在同一条直线上 ,这在设计中是应该尽量避免的 。因此笔者 不主张采用倾斜式安装方式 。
1 300 kg /m3 ; C = 1. 0; s = 0. 8 D。其他各参数可以参考相关
参考书中的推荐值 。
经过计算 ,得出当 D = 30 mm 时 ,转速为 50～120 r/m in, 理论上可以满足要求 。
4 结语 将送料机构改用实体螺纹结构并计算各参数可以解决
D ZTC系列面粉微量添加系统在生产中所出现的增白剂堆积 问题 。
3. 1 螺旋转速的确定 在满足输送能力的条件下螺旋转速不宜过大 ,以免物料
受到过大的切向力而被抛起 ,以至无法向前输送 。根据实 验 ,螺旋输送物料的极限转速可以由以下公式确定 :
n≤ A ,
(1)
D
式中 , n为螺旋轴转速 , r/m in; D 为螺旋直径 , m; A 为物料综
合特性系数 。
面粉微量添加系统是为了适应上述添加需求而设计的 , 例如目前常用的 DZTC 系列面粉微量添加系统 [1 ] 。该系统 主要由以下几部分组成 :料斗 、搅拌机构及搅拌电机 、送料机 构及步进电机 、底座 ,见图 1。其工作原理是 :通过搅拌电机 带动搅拌机构对料仓里的物料进行搅拌 ,然后通过步进电机 带动送料机构输送物料 。通过单片机调节步进电机转速 ,从 而达到控制输送量的目的 。针对 DZTC系列面粉微量添加 系统在使用过程中出现的问题 ,笔者对送料部分提出了新的 设计方案 。
[参考文献 ] [ 1 ] 王志健 ,方 元. 面粉微量随动添加系统的研制与发展 [ J ]. 西
部粮油科技 , 2004 (3) : 10～12. [ 2 ] 宿坤根. 螺旋输送机生产效率计算误差的探讨 [ J ]. 饲料工业 ,
1995, 16 ( 12) : 5. [ 3 ] 胡宗武. 非标准机械设备设计手册 [M ]. 北京 : 机械工业出版
方案 2采用实体螺旋结构 ,见图 3。这是一种通用的形 式 ,它广泛用于输送各种流动性好 、干燥的粉粒状物料 [3 ] 。 它和普通螺旋一样由螺旋面和轴组成 。螺旋面多由钢板冲 压后焊接而成 ,其厚度根据螺旋的直径大小及输送物料的性 质决定 。
采用实体螺旋送料 ,避免了原设备中由于送料螺旋与粉 料接触面积过小而造成的粉料堆积与输送不准确等问题 ;同 时采用水平安装 ,避免了方案 1的缺陷 。
mechanism and various parameters were analyzed, so that a theoretic basis was p rovided for design of a screw conveying mechanism. A screw conveying mechanism suitable for DZTC series machines was obtained through calculation, so as to p rove the reliability and effec2 tiveness of the calculating method. KEYWO RD S: flour m icro2adding; screw mechanism; conveying mechanism; design of mechanism
随着我国国民经济的快速发展 ,人民的生活水平不断提 高 ,人们对面粉质量的要求越来越高 ,对其食用的安全性也 越来越重视 。许多面粉生产厂家为满足消费者的需要 ,提高 产品在市场上的竞争能力 ,需在面粉中添加各种营养强化 剂 、面粉改良剂等 ,这些添加剂的量都很小 ,如何保证添加剂 的均匀度 ,是大家非常关注的问题 。