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XX大學 畢業(yè)設計(論文) 開 題 報 告 學生姓名 學 號 專 業(yè) 機械電子工程 班 級 指導教師 2016年2月29日 課題題目及來源： 題目： 臥式攪拌機設計 題目來源： 自擬 課題研究的意義和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀： 課題研究的意義： 理論上把任何狀態(tài)下物料均勻摻和在一起的操作稱為混合，但習慣上常把固態(tài)物料之間摻和或者固態(tài)物料加濕的操作稱為混合，而把固態(tài)、液態(tài)或氣態(tài)物料與液態(tài)物料混合的操作稱為攪拌。 攪拌與混合操作是應用最廣的過程單元操作之一，大量應用于化工、石化、輕工、醫(yī)藥、食品、采礦、造紙、農(nóng)藥、涂料、冶金、廢水處理等行業(yè)中。近年來，攪拌與混合技術(shù)發(fā)展很快、攪拌與混合設備正向著大型化、標準化、高效節(jié)能化、機電一體化、智能化和特殊化方向發(fā)展。在這種形勢下，技術(shù)人員如何借鑒已有經(jīng)驗，掌握新的變化情況，正確設計與選用不同工藝條件下操作的攪拌與混合設備，使其滿足安全、可靠、高效和節(jié)能的要求，就變得十分重要了。 攪拌混合設備是各種工業(yè)暗影不可或缺的重要工具。然而，由于攪拌目的多樣性和混合反應的復雜性，當前，攪拌混合技術(shù)還存在著一些問題。例如攪拌效率低，功耗大，鑄造成本高，在自動化選型和設計問題上，長期以來一直依靠專家根據(jù)經(jīng)驗知識人工完成，智能化水平不高。設計周期較長，資金和人力物力消耗巨大，等等。因此研制新型攪拌裝置和采用先進流場測量技術(shù)一直是攪拌過程所研究的主要課題。 國內(nèi)外發(fā)展狀況： 在食品工業(yè)中，混合是指兩種或兩種以上不同物料互相混合，成分濃度達到一定程度均勻性的單元操作?；旌蠙C應用于谷物混合、粉料混合、面粉中加輔料與添加劑、干制食品中加添加劑與調(diào)味粉及速溶飲品的制造等操作中，目的是使兩種或兩種以上的粉料顆粒通過流動作用，成為組分濃度均勻的混合物。 近年來，隨著科學技術(shù)的發(fā)展和相關(guān)理論的完善和進一步成熟，攪拌器的設計和制造獲得了飛速發(fā)展。但是，它也面臨著必需滿足合理利用資源、節(jié)能降耗和對環(huán)境保護要求的嚴峻挑戰(zhàn)。攪拌器在服從裝置規(guī)模經(jīng)濟化和品種多樣化的同時，正日趨大型化。基于節(jié)能要求，開發(fā)出變頻調(diào)速電機、小剪切阻力槳葉、以新型密封代替機械密封和填料密封，以磁力驅(qū)動代替機械驅(qū)動。基于降低產(chǎn)品總體成本、減少維修保養(yǎng)成本和提高設備品均維修間隔時間的要求，大大提高設備運行壽命。基于滿足衛(wèi)生和降低清洗和殺菌成本的要求，實現(xiàn)CIP（就地清洗）和SIP（就地殺菌），提高自動化水平，避免人與產(chǎn)品接觸，減少人工操作和待機時間，大大提高產(chǎn)品衛(wèi)生水平。這些都是現(xiàn)代新型攪拌裝置的研究方向，其中有許多方面已經(jīng)取得豐碩成果，有些方面還在進一步研究當中。 目前市場上常用的臥式攪拌機，如圖（a）。雙s加厚型槳片，如圖（b） 圖（a） 圖（b） 課題研究的主要內(nèi)容和方法，研究過程中的主要問題和解決辦法： 課題研究的內(nèi)容： 臥式攪拌裝置主要由三部分組成：主傳動部分、攪拌葉片及擺動部分。主傳動部分包括一個異步電機和減速系統(tǒng)。攪拌葉片為螺帶式攪拌葉片,的是能讓物料在攪拌過程中更高效率的混合。擺動部分包括一個異步電機和擺動系統(tǒng)。本論文的主要研究內(nèi)容如下： （1）總體方案設計 通過對國內(nèi)外的攪拌器發(fā)展現(xiàn)狀的研究，以及對食品設備設計原則的學習，在吸取寶貴經(jīng)驗的同時也加入自己的一些改進，制定自己的設計方案。 （2）臥式攪拌器的結(jié)構(gòu)設計 有了總體的設計方案，將攪拌器的結(jié)構(gòu)分成主傳動系統(tǒng)、擺動系統(tǒng)、攪拌部分和機架四大部分，然后分別對這四部分進行詳細設計， （3）零件安全性校核 當完成各部分的零件設計后，還要進行安全性校核。本論文主要對處于最復雜受力狀態(tài)下的軸、軸承、鍵以及電機進行了校核計算舉例，其他各個零件的校核計算并沒有寫到論文中。 （4）三維建模與運動仿真 對所設計的攪拌器進行安全性校核計算后，發(fā)現(xiàn)沒有不符合要求的零件，然后利用PRO/ENGINEER軟件完成三維實體建模。建模的目的便是讓自己的設計更加直觀，同時還很容易檢查各處結(jié)構(gòu)是否存在干涉現(xiàn)象，再進行運動仿真，觀察運動狀態(tài)是否符合設計目的。 課題研究的主要方法： （1） 搜集資料，了解并掌握臥式攪拌機的工作原理和各模塊的功能。 （2） 確定設計大體思路，撰寫開題報告，按照要求完成具體的設計內(nèi)容。 （3） 根據(jù)設計任務書的要求，熟悉相關(guān)軟件，確定設計方法及設計要點。按要求完成完整的設計計劃及預期達到的結(jié)果，進行相關(guān)設計及計算。 （4） 對所設計的臥式攪拌機進行樣機的搭建與調(diào)試。 （5） 對設計說明書初稿進行相關(guān)格式修改，對設計圖紙并進行修改。 研究過程中的主要問題和解決的方法： 1.傳動方式確定 （1）攪拌機形式選擇，本設計要求臥式攪拌，考慮攪拌形式與目的，采用容器固定式臥式攪拌機。 （2）傳動方案確定，因?qū)嚢杷俣纫蟛桓?，市場上已有的成熟產(chǎn)品攪拌速度約為30~60r/min，過高的轉(zhuǎn)速并不會產(chǎn)生良好的攪拌效果，相反還會造成能量的浪費。但是雖然轉(zhuǎn)速低，啟動轉(zhuǎn)矩卻很大，選用符合啟動要求的電機，電機轉(zhuǎn)速約2000r/min，因此傳動系統(tǒng)要采用較大減速比，考慮機器尺寸和振動噪聲要求，采用帶傳動和齒輪傳動組合機構(gòu)。初步設定的減速機構(gòu) （3）擺動機構(gòu)確定 擺動運動的實現(xiàn)有多種機構(gòu)形式，四連桿機構(gòu)運動沖擊大，對桿的強度要求高；凸輪通過優(yōu)化運動軌跡則可以將運動沖擊大幅度降低，所以決定采用擺動從動件凸輪機構(gòu)。 2、基本尺寸的確定 本設計為小型攪拌機，根據(jù)其工作容量和操作人員的最佳操作位置，暫定攪拌機的外形尺寸為900*500*800mm，其中攪拌軸軸線高度600mm，攪拌容器下半部分為直徑500mm的半圓筒，上半部分為200*500*800mm的長方體，筒壁厚8mm，攪拌器葉片邊緣與筒壁間隙2mm，為了實現(xiàn)更好的攪拌效果，采用雙螺帶式攪拌器，攪拌軸直徑30mm，長1000mm，大螺帶直徑480mm，帶寬40mm，小螺帶直徑240mm，帶寬30mm。還有設定進料方式和出料方式，容器桶上部設蓋子裝填物料，下部開口卸放物料，為使物料快速卸放，安裝振動裝置使容器桶繞其軸進行左右小幅高頻振動，動力由另一個電機提供，將電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成左右擺動。有了以上尺寸設定，合理布局電動機的位置，傳動裝置的布局，完成總體結(jié)構(gòu)方案的設計，繪制機構(gòu)簡圖。 3、攪拌器性能指標的設定 攪拌器工作參數(shù)不僅反映其所能勝任的工作，更重要的是決定設計方向和一些設計參數(shù)的選擇范圍。 對于主傳動系統(tǒng)，設定正常工作轉(zhuǎn)速60r/min，啟動時加速時間4s，穩(wěn)定運行時間5min，減速時間6s，停歇時間2min。對于擺動系統(tǒng)，設定擺角幅度15°，擺動周期1s，運行時間1min，停歇時間6min。 課題研究所需的參考文獻： [1] 陳志平，章序文，林興華．攪拌與混合設備設計選用手冊[M]．北京：化學工業(yè)出版社，工業(yè)裝備與信息工程出版社 [2] 許學勤，王海鷗．食品工廠機械與設備[M]．北京：中國輕工業(yè)出版社， [3] 韓丹，李龍，程云山，徐峰．現(xiàn)代攪拌技術(shù)的研究進展[J]．OOD＆MACHEINEY [4] 陳登豐．攪拌器和攪拌容器的發(fā)展[J]．壓力容器 [5] 成大先．機械設計手冊－常用工程材料[M]．北京：化學工業(yè)出社 [6] 楊黎明，黃凱，李恩至．機械零件設計手冊[M]．北京：國防工業(yè)出版社 [7] 機械設計手冊編委會.機械設計手冊(第3卷)[M].北京：機械工業(yè)出版社 [8] 王刺梅.基于Pro/E的平面盤形凸輪CAD系統(tǒng)研究[D].蘭州:蘭州理工大學 [9] 姚海蓉.平面凸輪設計及運動仿真系統(tǒng)的研究[D].北京:中國農(nóng)業(yè)大學 [10] 孔凡國,鄒慧君.工業(yè)用和面機機構(gòu)設計理論與方法[J].機械設計與研究 [11] 趙悟.攪拌裝置參數(shù)優(yōu)化的研究[D].長安:長安大學 [12] 趙利軍.攪拌低效區(qū)及其消除方法的研究[D].長安:長安大學 [13] 顧維憶.臥式螺旋攪拌葉片的螺旋角參數(shù)探討[J].漁業(yè)機械儀器 [14] Smith J J,Farrar R A.Influence of Microsructure and Composition on Mechanical Properties of AISI 300Series Weld Metals [A].Intemational Materials Reviews [15] 馬瑞.和面機強度計算的商榷[J].包裝與食品機械 [16] Kallqvist J.Micranalysis of a Stabilized Austenitic Stainless Steel after long term ageing[J].Mater Sci Eng [17] 單國邦.和面機噪聲及其控制對策[J].鶴城環(huán)境 指導教師審查意見： 課題選擇可以使學生充分運用所學知識，符合學生專業(yè)發(fā)展方向，對于提高學生的基本技能有幫助。該學生前期資料查閱充分，對課題理解較好。研究方法和研究計劃基本合理，難度合適，學生能夠在預定時間內(nèi)完成該課題的設計。同意該課題進入下一階段，同意進行畢業(yè)設計。 指導教師簽字： 　　　 20 年 月 日 指導委員會意見審核意見： 組長簽字： 　　　20　年 月 日