高压均质机传动端的设计及运动仿真

摘要

本设计设计的是高压均质机动力端主要零件。首先，文章介绍了高压均质机的工作原理。流体在高压状态下通过细小缝隙时，会产生较大的剪切力、撞击力和空穴力，使流体中的固体颗粒破碎为微小颗粒，高压均质机就是利用这一原理工作的。接着，文章参考现有的均质机结构，确定了均质机主要结构参数，然后，按照高压往复泵的设计方法对高压均质机的主要零部件，如传动装置、曲轴、连杆等进行了结构设计。还有液力端泵阀的设计，并对其进行了相应的强度校核。最后，文章介绍了本次设计中还有高压均质机的运动仿真，采用了C语言程序，并对其进行了详细的说明。

关键词：高压均质机食品机械均质阀

目录

摘要 (1)

绪论 (4)

第一章均质机及其基本参数 (5)

1.1均质机的均质原理 (5)

1.2均质机的工作原理 (5)

1.3均质机的基本参数 (6)

第二章总体设计 (9)

2.1传动端结构形式的选择 (9)

2.2液力端结构形式的选择 (9)

2.3确定泵的主要结构参数 (10)

2.4原动机的选择 (12)

第三章动力端的设计计算 (14)

3.1传动装置的设计 (14)

3.2曲轴的设计 (15)

3.3连杆与其轴瓦 (15)

3.4十字头 (16)

第四章液力端零部件设计 (16)

4.1泵阀设计 (16)

第五章运动仿真 (20)

5.1 C语言程序简介 (20)

5.2传动端运动及程序 (20)

设计小结 (32)

致谢 (33)

参考资料 (34)

绪论

高压均质是一种制备超细液液乳化物或液固分散物的通用设备，被广泛应用与各行业的生产者和科技研领域。例：

一、食品饮料行业：

豆奶、花生奶、松子奶等各种植物蛋白饮料。

核桃露、杏仁露、莲子露、椰子汁等各种悬浮果汁饮料。

酸奶、均质奶、纯牛奶、甜牛奶、乳酸饮料、冰淇淋、豆奶粉等各种乳品和乳制品。

二、制药：

抗生素、各种乳剂、浆液制剂、中药制剂、花粉破碎及各种营养保健液。

三、轻工化工行业：

香精香料、化妆品、乳化硅油、感光剂、增亮剂、高级涂料、颜料、染料等。

四、生物工程技术：

对大肠杆菌、胞进行破碎，撮取其有效成分。

随着人民生活水平的提高，食品工业必将跟上时代的步伐，不仅要求食品本身的营养丰富，还对其质量、口味、外观、保存等提出了高标准,这样必然把食品工业推上一个新高潮。

食品品种繁多，本设计是主要应用于乳品工业中。它是一种特殊的高压泵，用于喷雾干燥设备中，可使液体分散成细微的雾滴，便于干燥成粉状。通过均质的炼乳、冰淇淋、代乳粉，液体中的分散项破裂成细微状态，可减少沉淀，增加粘稠性，口感细腻，并延长存放时间。均质机不仅在乳品工业和冰淇淋生产中得到广泛应用，而且还适用于医药、化工生产中。总之，在我国均质机发挥出的作用越来越大，因此需要人们对其进行深入的研究，以便设计生产。

本设计参考现有的均质机而设计，力求经济、结构合理,但肯定还有许多的不足之处，希望在老师和同学的帮助下，得到进一步的改进。

第1章均质机及其基本参数

均质机是一种特殊的高压泵,利用高压的作用，使物料中的脂肪球的破裂到直径小于2μm达99%。均质机由均质头和高压泵组成,即往复柱塞泵。它包括液力端和动力端。通过均质后的牛奶、脂肪球直径和所占比例均发生变化，如表1-1：

表1-1脱脂乳与均质乳中的脂肪球比较

1.1均质机的均质原理

1.1.1剪切作用

流体在高速流动时，在均质机头隙缝处，产生剪切作用而均质。脂肪球通过三个柱塞往复泵吸入泵体时，在缝隙处先是被延展，同时又存在着液流通过均质阀时的涡动作用，使延展部分被剪切为更小的脂肪球微粒。又因为液流中存在着表面活性物质，它围绕在更细小的脂肪球微粒外层形成一种这些微粒不再互相粘合的膜.脂肪滴由此离开，而后面部分的还没有流进缝隙。当到达均质阀活门缝隙处时，会同样的剪切作用继续形成更小的脂肪球微粒。

1.1.2撞击学说

三联柱塞往复泵的高压作用使液体中脂肪球和均质阀发生高速撞击现象，因而使料液中的脂肪球破裂。

1.1.3空穴学说

因高压作用使料液高速流过均质阀缝隙处时，造成相当于高频振动的效果，能在瞬间引起空穴现象，使脂肪球碎裂。

在实际工作中，高压均质机的原理是以上几种学说的综合。

1.2均质机的工作原理

如图1-1所示，当高压液体通过阀的阀座和阀杆的狭窄通道时(可以用调节手柄调节间隙大小)，使液料速度达150~300m/s，压力降低至液料汽化压力，使之形成气泡。当液料离开阀座门间

的间隙时，其速度降低，压力升高，导致气泡被压破，产生内爆，产生的空穴和高频振动使脂肪球颗粒破碎。此过程中，能量强烈释放，液料形成湍流，冲击冲击流，完成均质过程。

均质料液

第一级调节阀柄第二级调节阀柄

图1-1双级均质阀工作示意图1.3均质机的基本参数

1.3.1瞬时流量

理论上，瞬时流量=工作腔容积变化率

如图1-2

图1-2

图1-3双缸泵的无因次流量曲线

图1-4 三缸泵的无因次流量曲线

q = A

t

x

d d =Au=Ar ϖφ(u) φ(q)=

ϖ

Ar q

= φ(u)

其中φ(q) -无因次瞬时流量;

φ(u)-无因次瞬时速度,φ(u)=

ϖ

r u =-(sin ϕ+2λ

sin2ϕ)。

衡量流量脉动性的指标为不均匀系数Q δ=

t

Q q max =Z A q sin max

单缸泵：Q δB π=3.14 ； 双缸泵：Q δB π/2=1.57 ； 三缸泵：Q δB π/3=1.04 ； 四缸泵：Q δB1.1 ；

可以看出,四缸泵的脉动性反而比三缸泵有所增加,流量曲线如图1-3，图1-4。 1.3.2泵的压力

均质压力对脂肪球大小的影响如表1-2：

表1-2

随着压力的提高，脂肪球颗粒减少，考虑到制造工艺性、经济性，压力不宜太高，所以本机选180 kg f/cm 2。 1.3.3均质温度