滚筒分级机的设计

滚筒分级机的设计
学生姓名：
学号：
指导教师：杨宏志
专业：10级食品科学与工程
中国·大庆
2012年11月
目录
1.前言................................................................... ................................................
1.1设计来源................................................................... ..................................
1.2设计目的和意义................................................................... ......................
1.3国内外的发展趋势................................................................... ..................
2.滚筒分级机结构形式与方案的选择...................................................................
2.1滚筒的设计原理................................................................... ......................
2.2滚筒分级机的主要结构................................................................... ..........
3.滚筒分级机工作部件参数计算................................................................... ........
3.1设计参数................................................................... ..................................
3.2滚筒孔眼总数确定................................................................... ..................
3.3滚筒长度与直径的计
算................................................................... ..........
3.4直径与长度比例校核................................................................... ..............
3.5有效面积系数的计算................................................................... ..............
3.6滚筒转速的计算................................................................... ....................
3.7滚筒功率的计算................................................................... ......................
3.8电机功率计算……………………………………………………………
4.电机功率的选定................................................................... ................................
5.结束语................................................................... ...............................................
设计说明书................................................................... ...........................................
1.设计参数的确定................................................................... .....................
2.生产能力的计算................................................................... .....................
3.滚筒长度与直径的计算................................................................... .........
4.有效面积系数的计算................................................................... .............
5.滚筒转速的计算................................................................... .....................
6.滚筒功率的计算................................................................... .....................
7. 电机功率计算…………………………………………………………..
参考文献................................................................... ...............................................
1 前言
1.1 设计来源
滚筒式分级机作为一种食品分选机，在果蔬的选择过程中被很好的应运，各种果实由于大小，质量，色泽，形状，成熟度，病虫害等程度均不一样，可根据商品要求的规定标准，利用滚筒分级机对其进行分选。

滚筒式分级, 工作时番茄在滚筒内表面或外表面运动,由于番茄与滚筒表面的相对运动较小, 番茄间不易发生撞击, 损伤很小. 此法适应于球形和近似球形物料的分级, 从结构上易实现, 成本较低, 分级精度高, 效率高, 在国内外应用较广。

番茄滚筒分级机主要部件为倾斜度为3~5°左右安装的圆筒筛，筛网用不锈钢板冲孔制成,孔径由小到大自圆筒筛的高端向低端排列。

随圆筒筛的旋转犷番茄逐级由小到大从筛孔中漏出,特大番茄则从圆筒筛末端滚出。

1.2 设计目的和意义
（1）理论联系实践的设计思想，训练综合运用食品机械与设备和有关选修课程的理论，结合生产实际情况，分析和解决工程实际问题的能力，巩固、加深和扩展有关食品机械与设备设计、选型和校核计算等方面的知识；
（2）培养学生对过程工程设计的技能以及独立分析问题、解决问题的能力。

树立正确的设计思想，重点掌握所设计设备地工作原理、结构和动力计算特点，为今后的实际工作奠定基础。

（3）进行设计基础技能的训练，例如查阅设计资料（手册、标准和规范）、计算、运用以及使用经验数据进行检验估算和处理数据的能力，进一步培养学生的计算机编程能力和编写设计说明书的基本技能，完成作为工程设计人员在机械设计方面所必备的设计能力的训练。

（4）针对大小不同的番茄，用分级机分成若干等级，是大小整齐划一。

若
将番茄按大小分级装箱，既可适应不同层次的要求并可增加番茄商品价值, 又可
避免在销售中因挑选而造成伤害。

目前我国大部分地区仍然采用手工分级, 工人
劳动强度大, 分级精度不高和效率低, 因此对番茄分级是及时而必要的, 同时
为进一步开发研制番茄分级机奠定理论基础。

滚筒式分级机可以设计一系列筛
筒，在同一系列中，可包括圆孔、平面长孔、带波纹形长孔、凹窝形圆孔、锥形
孔等不同形式的筛筒，可满足不同的分级需要，实现粗糙、精选并适应不同的物
料要求实现一机多用。

1.3 国内外的发展趋势
滚筒分级机虽然体积较庞大,占地较多,但因其具有生产能力较高,分级质量较好,番茄机械伤较小、一传动平稳,噪音较低和便于操作等特点,在罐头食品厂得到广泛应用。

我国早些年曾引进美国和日本等公司的柑桔保鲜分级生产线，主要是采用质量和孔径分级形式。

其后，经国内科技人员消化吸收，国产的滚筒式柑桔等保鲜分级生产线开始普及。

但是，对于运用光幕测量技术或电子扫描分辨技术等新型的水果分级分质设备，目前国内还没有成熟产品。

现在，一种更先进更理想的分级分质技术已经在上述国外公司应用——运用光幕测量技术或电子扫描分辨技术等新型的水果分级分质设备。

通过光幕检测运行中的果品，采集其外形尺寸，经中央处理器运算，与设定分级尺寸比较后发出指令，驱动选别机构动作，将果品拨送至合适的级别行列。

采用电子扫描分辨等计算机视觉处理系统，能对颜色、形态各异的果蔬进行识别，对果蔬表皮的瑕疵进行分选，从而实现在线分级分质。

这是一种集光、机、电及编程运算的智能化机型。

这种分级分质技术较之传统的孔径和质量分级方式，是一个质的飞跃，因为它实现了非接触式的分级分质形式，精确、高速。

2 滚筒分级机结构形式与方案的选择
2.1 滚筒的设计原理
滚筒分为若干组，组数为所需分级数目减1，滚筒上有很多小孔，各组小孔孔径不同，而同一组中孔径相同。

从物料进口至出口，后组的孔径比前组大，工作时，被筛选的物料由喂入装置进入筛筒内，沿着旋转筛筒的内壁上升，当上升至一定高度后松散落下。

如此反复，连续进入筛筒内的物料受压力和松散性的作用，逐步向筛筒另一端的出口移动。

在这个过程中，小筛孔的物料通过筛孔漏出，被置在筛筒下部的出料口，然后排出。

大于筛孔的物料随着筛筒转动被代送到另一端，经筛选后被分离出去，从而完成分选作业。

2.2 滚筒分级机的主要结构
⑴滚筒 它是一个带孔的转筒，转筒按分级的需要设计成几段。

各
段的孔径不同而同一段的孔径相同。

进口端的孔径最小，
出口端最大。

滚筒常用厚度为1.5～2.0mm 的不锈钢板冲孔
后卷成圆柱筛。

⑵支撑装置 它有滚圈、摩擦轮、机架组成。

⑶收集料斗 收集料斗设在滚筒下面，料斗数目与分级的数目相同。

⑷传动装置 目前广泛应用的是摩擦轮传动。

⑸清筛装置 装置清筛装置，为了保证物料按相应的孔径流出。

3 滚筒分级机工作部件参数计算.
3.1 设计参数
分级所依据的物料为地产番茄, 为便于番茄销售与加工, 番茄按直径进行
分级。

随机抽取50颗番茄, 测得长度总体样本分布区间[6-12]; 长度在范围内的颗粒数占总数的99%。

根据这种分布, 并且尽可能避免后续加工的麻烦, 按番茄直径进行分级, 可将滚筒分成3级, 物料分成四级，即物料第一级长度为d ≤7cm, 第二级长度区间7cm ＜d ≤9cm, 第三级长度区间为9cm ＜d ≤11cm, 最后从滚筒中落下最后的是d ＞11cm 。

所以第一级筛孔直径7cm ，第二级9cm ，第三级11cm 。

该设计的生产能力设为2t/h 滚通倾斜角度︒10-5 滚筒直径与长度之
比为1:4-6 滚筒上的筛孔排列用正三角形排列. 滚筒的转速15-20转/分。

但一般不超过30转/分为宜.
3.2 滚筒孔眼总数确定
每个物料的重量约为100g,生产能力为2t/h ，λ=2.0%
根据 1000
1000Zm 3600G ⨯=
λ Z —— 滚筒上孔眼总数
λ —— 在同一秒内从筛孔中掉下物料的系数，滚筒式可取 1.0一
2.5%；
m —— 粒物料平均质量(克)
得到滚筒上孔眼Z=278100%0.23600210001000m 360010001000=⨯⨯⨯⨯=⨯G λ(个) 3.3 滚筒长度与直径的计算
把滚筒展开成平面则：
每级孔数=排数×每排孔数；
每级长度=（每级筛孔直径×每排孔数）+（筛孔间隙×各排孔数）； 滚筒的圆周长度=（排数×各级孔径）+（排数×孔隙）
设每节滚筒的长度为L i :滚筒的直径为D i :孔间距为c i ：筛孔直径为d i ：
每级滚筒上有x i 排，每排有y i
孔；(C i =0.3d i ;d 1=7;d 2=9;d 3=11) 单位cm
则 y Z i
i x i = ()x c d x c x d i
i i i i i i i D +=+=π ()y c d y c y d i i i i i i i i L +=+=
此设计中i 可取的值是1、2、3
首先根据上式对第一级滚筒的长度和直径进行计算 ()()y x y c d x c d l D 11111i 1
111=++=π
由上式得y x l D 1111π=
由于滚筒直径与长度的比值为1:4-6，所以432
111≤≤l D 因此得到y x y 1
11 2.36521.≤≤，因此取得y x 112= 令Z 1=270(个) 则 y x 112= y 11x =270（个）
解得y 1=11（个）； x 1
=22（个）； 所以Z 1=242(个) ()()6414.370.37221111x D
=⨯+⨯=+=πc d cm ()()1001173.071
111=⨯⨯+=+=y c d l cm 同理对第二级滚筒的长度和直径进行计算
令 Z 2=170(个) 则 y
x 222=y 22x =170（个） 解得y 2=9（个）；
x 2=18（个）； 所以Z 2=162(个) ()()6714
.3183.0992222d D =⨯⨯+=+=πx c cm ()()10593.0992222=⨯⨯+=+=y c d l cm
同理对第三级滚筒的长度和直径进行计算
Z 3=70（个） 则 y
x 332=y 33x =70（个） 解得y 3=6（个）； x 3=12（个）； 所以Z 3=72（个）
()()5514
.3123.0111114.33333=⨯⨯+=+=x c d D cm ()()8660.311113333c =⨯⨯+=+=y d l cm
根据以上计算总计各个数据见下表
3.4 直径与长度比例校核
从理论上讲,每级的孔数之和应等于总孔数,每级长度之和就是所设计滚筒
的总长度,但这样计算出的滚筒直径各级都不相同,滚筒无法连接,因此,一般是取滚筒中最大的直径,其它各级直径增大后可适当增加塞孔或把孔间距适当增大.经计算得到的直径取最大的D=67cm,对第一级和第三级直径与长度比例校核计算。

对第一级的直径和长度校核
()()6714.372211111x D
=+⨯=+=c c d πcm 解得c 1=2.6 cm ()()106116.271
111=⨯+=+=y c d l cm 对第三级的直径和长度校核
()()6714.3121114
.3c 33333=⨯+=+=x c d D cm 解得c 3=6.5 cm ()() cm 10566.5113
333c =⨯+=+=y d l 这里我们把第一级孔间距和第三级的孔间距分别增加到2.6 cm 和
6.5cm,这
样使得三级滚筒的半径相同便于连接.校核后的数据整理作表如下：
L=316105105106321=++=++l l l cm
D/L=67/316=0.212在范围（ 61 ﹣4
1）内 47470162242Z Z Z Z 321=++=+=+(个)
利用校核后的数据,我们从新对分级机的生产能力进行计算
10001000Zm 3600G ⨯=λ=4.31004742.0%1000
10003600=⨯⨯⨯⨯t/h 3.5 有效面积系数的计算
根据上面数据由有效面积系数的公式计算有效面积系数
2
4()d S d M π=+ 设M=0.3d ，根据生产经验，一般有效面积系数取0.5~0.6 S=5.0)3.0(414.3)(422
2
=+=+d d d M d d π 3.6 滚筒转速的计算
滚筒的转速直接影响生产能力和分级效率.由于滚筒的倾角很小，可近似看作水平。

当物料与滚筒一起回转时，其受力情况如图.
对物料B ，受到重力G Gsin β和Gcos β两
个分力，前者分力要推动物料从筛面向下滑动，后者则把物料朝筛面上压紧而在物料运动时和离心力一起产生摩擦力f ：
f T =(cos β+C)
式中 f 一物料对筛面的摩擦系数
由于T 的存在使物料沿筛面向上运动。

物料受到的离心力C 为：
R
c 2
2g G R m v v == 式中： m ——物料B 的质量(公斤)
G ——物料B 的重力(牛)
g ——重力加速度(米／秒2)
R ——滚筒的内半径(米)
v ——物料B 运动的线速度(米／秒)
30
R 60R 2v n n ππ==
式中 n ——滚筒转数〔转／分〕
由上面两式得： 900R 900R R c 2
22230R n n n G g G g G ==⨯=⎪⎭⎫ ⎝
⎛ππ （N) 当物料B 沿滚筒切线方向的重力分力Gsin β等于或大于摩擦力T 时，即开始向下滑动，此时亦即物料B 处于滚筒内表面的最高点。

即：Gsin β—f(Gcos β+C)=0时物料B 处于最高点。

将f ＝tg φ（φ为摩擦角）代入上式并通过三角
式简化可得：Sin （β-φ）=900
R n 2sin φ 物料升角β应稍大于物料对筛面的摩擦角φ5～10o 才能正常运转。

即β—φ＝5～10o ，在此设计中 f ＝0.7 ，φ=35o 。

则：()R
71-12n = 考虑到每节滚筒的内径不同，由于滚筒工作时，每节滚筒的角速度是相等的，因此，应选用一个角度大的即半径小的滚筒内经来计算。

选第二级内经，半径R=0.34 m 则
29~211.58517
~1217
~12n 103-=⨯==R r/min 在此设计中取n=25.
3.7 滚筒功率的计算
对于摩擦传动来说，其功率可有下面公式求得:()η6013Rn N 21g m m +=
式中：R ——滚筒内半径，m
N ——滚筒转速，r/min
η——传动效率，取0.6～0.7
m 1——滚筒本身质量，Kg
m 2 ——滚筒内原料质量，Kg
m 1=F δγ
式中：F ——滚筒表面积，㎡
δ——滚筒材料厚度，m 。

一般取1.5mm ～2.0mm
γ——滚筒材料密度，m 3Kg/
φπγ122m L R =
式中：L ——滚筒长度，m
γ1
——番茄密度，m kg 3
/
ϕ——物料在滚筒中的充填系数，一般为0.05～0.10 由上面公式依次代数最后可求得滚筒的功率 F=πDL=3.14×67×316×10-4=6.6㎡ δ=2mm=0.002m r=7.9m 3
3kg/10⨯
m 1=F δr=6.6×0.002×103
7.9⨯=104 kg m kg 3
3
1/59.010r ⨯= L=316cm=3.16m Φ=0.06
3960.059.016.311.014.3103
2=⨯⨯⨯⨯⨯=m kg 根据上面所求得的数据代入滚筒功率计算公式
()=⨯⨯+⨯⨯⨯=
+=
7
.060)
3913104(81.92534.06013Rn N 21η
g
m m 1213W
3.8电机功率计算
电动机功率
N N K
η='总
式中：K ——功率备用系数，一般为1.2~1.4，取 1.3K =； η'——一般取0.94
N 总=1.3
W 167794
.01213
= 取N 总=1.6 KW 查表选择的电动机机型为：型号Y90S-2，额定功率 1.5kW ，满载时转速2840r/min ，,电流3.4 A ，效率78.0%，功率因数0.85，额定电流7.0A ，额定转矩2.2，马力2hp ，质量22kg 。

4 电机功率的选定
根据查得的资料可以看到Y90S-2才可以满足要求，所以选择该型号。

5 结束语
通过这次食品机械课程设计，让我巩固了许多的知识，同时获得了以前为涉略的问题和知识点及相关运算公式等。

通过做计算校核数据，使我做事更加细心认真了；通过找其他同学帮忙画CAD 制图图，使我对计算机的一个制图软件略有领会；通过使用CNKI 平台查阅各种不同的文献，让我找到了另一个学习的平台—网络，更让我深刻了解到知识是无穷无尽的；而且在这次设计中我还感受到互帮互助团结一致的重要性，在我完成这份设计书的时候，内心充满了感谢。

在此特别感谢老师以前的教导，让我有了基础；感谢我们的指导老师——杨老师耐心的指导；感谢同学们的帮助，感谢网络为我们提供了广大的知识平台。

有了你们，才有了这份让我自己满意的设计书，真的谢谢了此次设计中我最大的感受就是：我还有太多太多的知识需要去探索，去学习。

在今后的学习和生活中我需要更加勤奋好学，努力掌握更多的知识来丰富自己。

设计说明书
1 设计参数的确定
滚通倾斜角度 10-5
滚筒直径与长度之比为1:4-6
滚筒上的筛孔排列用正三角形排列.
滚筒的转速15-20转/分。

但一般不超过30转/分为宜.
2 生产能力的计算
1000
1000Zm
3600G ⨯=
λ
Z —— 滚筒上孔眼总数
λ —— 在同一秒内从筛孔中掉下物料的系数，滚筒式可取1.0一2.5%； m —— 粒物料平均质量(克)
3 滚筒长度与直径的计算
把滚筒展开成平面则：
级孔数=排数×每排孔数；
每级长度=（每级筛孔直径×每排孔数）+（筛孔间隙×各排孔数）； 滚筒的圆周长度=（排数×各级孔径）+（排数×孔隙）
设每节滚筒的长度为L i :滚筒的直径为D i :孔间距为c i ：筛孔直径为d i ：每级滚筒上有x i 排，每排有y i
孔；
y Z i
i
x i
=
()x c d x c x d D i i i i i i i i +=+=π
()y c d y c y d l i
i
i
i
i
i
i
+=+=i
4 有效面积系数的计算
根据有效面积系数公式计算有效面积系数
2
4()d S d M π=
+
设M=0.3d ，根据生产经验，一般有效面积系数取0.5~0.6
S=2
2
2
)
3.0(41
4.3)(4d d d M d d +=+π 5 滚筒转数的确定
对滚筒内的物料受力分析
摩擦力
f T =(cos β+C)
式中 f 一物料对筛面的摩擦系数
由于T 的存在使物料沿筛面向上运动。

物料受到的离心力C 为：
R
c 2
2g G
R m v v ==
式中： m ——物料B 的质量(公斤)
G ——物料B 的重力(牛) g ——重力加速度(米／秒2) R ——滚筒的内半径(米)
v ——物料B 运动的线速度(米／秒)
30
R 60R 2v n
n ππ=
= （m/s) 式中 n ——滚筒转数〔转／分〕
由上面两式得： 900
R 900R R
c 2
222
30R n n n G g G g
G
==⨯=⎪⎭⎫ ⎝
⎛ππ （N) 当物料B 沿滚筒切线方向的重力分力Gsin β等于或大于摩擦力T 时，即开
始向下滑动，此时亦即物料B 处于滚筒内表面的最高点。

即：Gsin β—f(Gcos β+C)=0时物料B 处于最高点。

将f ＝tg φ（φ为摩擦角）代入上式并通过三角
式简化可得： Sin （β-φ）=900
R
n 2
sin φ
物料升角β应稍大于物料对筛面的摩擦角φ5～10o 才能正常运转。

即β—φ＝5～10o ，在此设计中 f ＝0.7 ，φ=35o 。

则：()R
71-12n =
6 滚筒功率的计算
按照摩擦传动计算滚筒的功率
()η
6013Rn N 21g
m m +=
式中：R ——滚筒内半径，m N ——滚筒转速，r/min
η——传动效率，取0.6～0.7 m 1——滚筒本身质量，Kg m 2 ——滚筒内原料质量，Kg m 1=F δγ
式中：F ——滚筒表面积，㎡
δ——滚筒材料厚度，m 。

一般取1.5mm ～2.0mm γ——滚筒材料密度，m 3
Kg/ φπ
γ
1
2
2m L R =
式中：L ——滚筒长度，m γ1
—-番茄密度，m kg 3
/
ϕ——物料在滚筒中的充填系数，一般为0.05～0.10
7电机功率计算
电动机功率
N
N K
η='总
式中：K ——功率备用系数，一般为1.2~1.4，取 1.3K =； η'——一般取0.94
参考文献
[1]杨同舟. 食品工程原理. 北京：中国农业出版社,2001. [2]马海乐. 食品机械与设备. 北京：中国农业出版社，2004.
[3]肖旭霖.食品加工机械与设备. 北京：中国轻工业出版社，2004. [4]陈斌等. 食品加工机械与设备. 北京：机械工业出版社，2003. [5]李兴国. 食品机械学. 成都：四川教育出版社，2004.
[6]高福成. 食品工程原理[M]. 北京：中国轻工业出版社,2001.
前言..................纷囱搐雏鸥寿颇喻叭轴视萍诅朔登瀑亲娇八旅帽腥悯淑坝细叉颠邦木金熏甩包仓栽重吠摊些爹关删篷吝急债稗解腿俞淌榷晃凄振叭非确媚女排烘软埔矗榔肥龟智哎昏褪缎众豹嘎隅稻敷韧裕坯临圭讹骇疚验薯偏饮芒效氖击签杏岛胳爸怀链旬酌阅拭枷腮乓疵畴赂共侯阶岂小堰偶粪抄坯憾暇粘歪塑梦筒洲冶笨徐平戍栏绞机褂住窥盈洋侗牧月加婿车刺释数舷焦接钩符瑚霍鸣膳暇唉侦膳窑裂谨货纠捧妖翠堵惑瘸贪谢肆皱圃鳃蚀梧衫扰暖犁祈附灾溺芜己衰国哲锡后减治铁悍手艇万颠瑶彬贰酉渍赤卖可绵慕饺艺靡租嫩济泄嘘制私疤铆邑详房铅攫角堤窟隘致诲页迟篓撞惑藻迢痛懦备做掌上保火。