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雙滾筒干燥器設(shè)計(jì)
第一章 緒論
1.1滾筒干燥器概述
滾筒干燥器是通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)的滾筒，以熱傳導(dǎo)的形式，將附在筒體外壁的液相物料或帶狀物料進(jìn)行干燥的一種連續(xù)操作設(shè)備。
滾筒干燥過(guò)程的操作過(guò)程如下：需干燥處理的酵母預(yù)熱至60C后，通過(guò)泵將料液從底部打入料槽內(nèi)。干燥滾筒在傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)下，按規(guī)定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，由于滾筒底部浸料，旋轉(zhuǎn)的烘缸表面便沾涂上一層均勻的酵母乳，烘缸內(nèi)連續(xù)通入水蒸氣，加熱筒體，由筒壁傳熱料膜的濕分氣化，再通過(guò)刮刀將達(dá)到干燥要求的物料刮下，再通過(guò)刮刀螺旋輸送器將干燥產(chǎn)品輸送至儲(chǔ)存槽內(nèi)。蒸發(fā)除去的濕分，根據(jù)其性質(zhì)可通過(guò)排氣罩引入相應(yīng)的處理裝置內(nèi)；一般為水蒸氣，可直接由罩頂排氣管放至大氣中。
滾筒干燥器具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）操作連續(xù)，能夠得到均勻的產(chǎn)品；（2）干燥時(shí)間短，一般約為7-30s，干燥產(chǎn)品沒(méi)有處于高溫的危險(xiǎn)，適合于熱敏性物料的干燥，但壁面也有可能產(chǎn)生過(guò)熱；（3）料漿粘度高或低均能干燥；（4）熱效率高；（5）因干燥內(nèi)不會(huì)剩余殘留的產(chǎn)品，少量物料也可以干燥；（6）滾筒干燥的操作參數(shù)調(diào)整范圍廣，并易于調(diào)整；（7）機(jī)內(nèi)易于清理，改變用途容易；（8）廢氣不帶走物料，因此不需用除塵設(shè)備等。
1.2滾筒干燥過(guò)程中的傳熱與傳質(zhì)
筒體表面上料膜干燥的基本原理，是基于筒體與料膜傳熱間壁的熱阻，形成溫度梯度，筒內(nèi)的熱量傳導(dǎo)至料膜，引起料膜內(nèi)濕分向外轉(zhuǎn)移，當(dāng)料膜外表面的蒸汽壓力超過(guò)環(huán)境空氣的蒸汽分壓時(shí)，則產(chǎn)生蒸發(fā)和擴(kuò)散作用。滾筒在連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，每轉(zhuǎn)一圈所粘附的料膜，其傳熱與傳質(zhì)的作用始終由里至外，同一方向地進(jìn)行。
料膜干燥的全過(guò)程，可分為預(yù)熱、等速和降速三個(gè)階段。干燥作用開(kāi)始時(shí)，膜表面氣化，并維持恒定的氣化速度。當(dāng)膜內(nèi)擴(kuò)散速度小于表面氣化速度時(shí)，則進(jìn)入降速階段的干燥。隨著料膜內(nèi)濕含量降低，氣化速度大幅度下降，降速階段的干燥時(shí)間占總停留時(shí)間的80%-98%。
1.3提高滾筒干燥器干燥效果的途徑
決定干燥效果的主要因素是料液的干燥性質(zhì)，工藝操作的控制指標(biāo)和環(huán)境的條件。料液的性質(zhì)也通常可通過(guò)操作條件的改變而使之有利于干燥過(guò)程的進(jìn)行。在控制的操作條件下，最重要的是決定料液與產(chǎn)品的濕含量，滾筒的轉(zhuǎn)速和筒壁溫度。要提高滾筒干燥效果，需通過(guò)改變料液含濕量，產(chǎn)品濕含量，料液溫度，筒內(nèi)蒸汽壓力等手段來(lái)實(shí)現(xiàn)。
第二章 淀粉干燥的流程
操作流程為：需干燥處理的料液由高位槽流入滾筒干燥器的受料槽內(nèi)。干燥滾筒在傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)下，按規(guī)定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)。物料由布膜裝置，在滾筒壁面上形成料膜。筒內(nèi)連續(xù)通入供熱介質(zhì)，加熱筒體，由筒壁傳熱使料膜的濕分汽化，再通過(guò)刮刀將達(dá)到干燥要求的物料刮下，經(jīng)螺旋輸送最后干燥器將成品輸至貯槽內(nèi)，然后進(jìn)行包裝。蒸發(fā)除去的濕分，視其性質(zhì)可通過(guò)密閉罩，引入相應(yīng)的處理裝置內(nèi)；一般為水蒸汽，可直接由罩頂?shù)呐艢夤芊胖链髿庵小?
第三章 雙滾筒干燥機(jī)——滾筒部件設(shè)計(jì)
要求：淀粉干燥前懸浮液固相物含量為30%，干燥后含水量為14%，生產(chǎn)能力為500kg/h，進(jìn)料料液溫度t=85C，刮料點(diǎn)的溫度t=105,供熱介子為p=0.3Mpa(表壓)飽和水蒸汽
3.1干燥器結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算
3.1.1物料和熱量衡算
干燥器的產(chǎn)品的生產(chǎn)負(fù)荷：500kg/h
G=500kg/h
W=1-30%=70%
W=14%
蒸發(fā)水分量：W= G2=500=933.3 kg/h
W——干燥前淀粉的含水量
W——干燥后淀粉的含水量
料液處理能力：G=W+G=933.3+500=1433.3（kg/h）
干燥器的有效熱負(fù)荷：
Qm=Wr+GCt-GCt- WCt
=933.3539.4+5000.39375-5000.39385-933.3185
=422.126 kcal/ h
r－水的汽化潛熱，（kJ/ kg）
C2、Cw—干燥淀粉、水的比熱（kJ/ kgC）
t1、tw—淀粉溶液和干淀粉的溫度（在刮料點(diǎn)處）（C）
干燥器的總熱負(fù)荷Q
取滾筒干燥的熱效率為75%
Q===5.6 kcal/h
查P=4kgf/cm(表壓)蒸汽的t=151C,i=656kcal/ kg，c=1 kcal/ kgC。
取蒸汽利用系數(shù)=0.85
G===1311.47 kg/h
3.1.2滾筒干燥機(jī)干燥面積、滾筒直徑、長(zhǎng)度確定
干燥面積：
根據(jù)設(shè)計(jì)條件提供的蒸發(fā)強(qiáng)度，可計(jì)算如下：
A===12.44(m)
R—滾筒蒸發(fā)強(qiáng)度，取R=75
取設(shè)計(jì)面積為13 m
筒徑和直徑的計(jì)算
設(shè)計(jì)保證滾筒料膜有效干燥弧面角270，設(shè)取筒體的長(zhǎng)徑比=L/D=1、1.5、2，計(jì)算結(jié)果如下：
=L/D
筒徑D=（m）
筒體L=D（m）
1.0
D==1.7
L=1.7
1.5
D==1.4
L=1.4
2.0
D==1.2
按上表計(jì)算結(jié)果，考慮筒體加工和受力情況，設(shè)計(jì)取=1.5時(shí)的計(jì)算參數(shù)。圓整取筒徑D=1400mm,筒長(zhǎng)L=2100mm。
計(jì)算實(shí)際受熱A=4兀RL=（m）
A> A滿(mǎn)足條件
當(dāng)有效干燥弧面角270時(shí)的有效加熱面積A18.46=13.85（m）>4.39（m）
3.1.3滾筒干燥器功率的計(jì)算
滾筒驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下的功率消耗，由刮刀、進(jìn)氣頭軸封和支承阻力的功率等3部分組成：
（1） 刮刀作用力矩M的確定：
考慮筒體較長(zhǎng)，設(shè)計(jì)分成4組刮刀。每組刮刀的長(zhǎng)度分配如下圖所示：
組合刀片長(zhǎng)度（mm）
刮刀頂緊力取q=3kgf/cm(最大為5kgf/cm)
刮刀接觸筒體總長(zhǎng)度L=257.4+62.5+40=217.5 cm
染料固態(tài)膜剝離筒壁的作用力取q=2kgf/cm
固態(tài)料膜附在筒壁上的軸線長(zhǎng)度L=210cm
刮刀材料設(shè)計(jì)取1Cr18Ni9Ti,筒體材料設(shè)計(jì)取1Cr18Ni9Ti，刮刀和筒體之間的摩擦系數(shù)f=0.15。
滾筒的阻力矩計(jì)算（最不利條件下的刮刀受力）：
正常條件下（q=3kgf/cm）
M=（Pf+P）R
=[(q)+(qL)]R
=(3)70
=36251.25kgfcm
最大作用力頂緊時(shí)（q=5kgf/cm）
M=（Pf+P）R
=[(q)+(qL)]R
=(5)70
=40818.75kgfcm
(2)進(jìn)氣頭填料函的阻力矩計(jì)算：
蒸汽進(jìn)管內(nèi)外徑確定
蒸汽體積流量
設(shè)計(jì)取正常操作壓力下的蒸汽狀態(tài)計(jì)，P=5kgf/cm（大氣壓），t=151C。
V=
=
=0.113m/s
G—蒸汽消耗量按熱量衡算計(jì)算為1311.1 kg/h
冷凝液排出管設(shè)計(jì)取無(wú)縫鋼管，d=2.5cm。取飽和蒸汽在進(jìn)氣頭處的流速W=20m/s。
求蒸汽管內(nèi)徑：
d=
=
=0.089(m)
設(shè)計(jì)取無(wú)縫鋼管。
填料函結(jié)構(gòu)尺寸確定：選用10優(yōu)質(zhì)石棉填料。
確定：填料室外徑
D=d+2s
=10.2+2
=12.2(cm)
填料室軸向長(zhǎng)度H=（4~6）s,設(shè)計(jì)取H=6=60(mm)
式中，s為填料的寬度或厚度（mm）
摩擦阻力矩
M=13
=1312.2
=11609.52(kgfcm)
(3)螺旋輸送干燥器功率消耗N：
設(shè)計(jì)采取由滾筒主動(dòng)端軸的鏈傳動(dòng)輸出功率。
物料輸送量
Q= G=500kg/h
水平輸送距離，按工藝布置要求L=4m
物料屬性按無(wú)磨蝕性粉狀物計(jì)，取阻力系數(shù)ω=1.2
備用系數(shù)取K=1.2
按標(biāo)準(zhǔn)型輸送器的軸功率計(jì)算式：
（KW）
(4)設(shè)備（滾筒組件）自重和刮刀作用力共同作用下在滾筒兩端軸承處的摩擦力矩M在未確定筒壁厚度等參數(shù)之前，設(shè)計(jì)取總滾筒阻力矩的5%計(jì)算。
(4)綜上，干燥器的驅(qū)動(dòng)軸功率
N=
當(dāng)n=5rpm時(shí)
正常工作時(shí)q=3 kgf/cm(3000N/m)
N=
=2.59kW
當(dāng)最大作用力頂緊時(shí)q=5 kgf/cm(5000N/m)
N=
=2.83 Kw
根據(jù)滾筒直徑、長(zhǎng)度和轉(zhuǎn)速估算的驅(qū)動(dòng)軸功率范圍：
（m=1）～0.35
N=0.735
式中：m—滾筒數(shù)量（個(gè)）；
D—滾筒外徑（m）；
L—滾筒長(zhǎng)度（m）；
n—滾筒轉(zhuǎn)速（rpm）；
—比例系數(shù)，經(jīng)驗(yàn)范圍為0.15～0.35。
當(dāng)n=5rpm時(shí)
N=0.735～0.35)
=3.24～7.56(kW)
綜合上述 驅(qū)動(dòng)軸功率計(jì)算結(jié)果，設(shè)計(jì)取N=5 kW
(5)電動(dòng)機(jī)功率和型號(hào)的確定
電動(dòng)機(jī)功率的確定：
干燥器減速器傳動(dòng)裝置，設(shè)取分為三級(jí)，其傳動(dòng)效率：
第一級(jí) （電動(dòng)機(jī)端）：三角皮帶傳動(dòng)=0.92～0.96
第一級(jí)（減速器）=0.94～0.98
第二級(jí)（滾筒端）：直齒圓柱齒輪傳動(dòng)=0.92～0.96
傳動(dòng)總效率：
計(jì)算時(shí)取各級(jí)傳動(dòng)效率的低值。
==0.92=0.796
考慮負(fù)荷的變化和滾筒操作的特殊情況，取儲(chǔ)備系數(shù)K=1.5。
電動(dòng)機(jī)功率
N===9.4 kW
電動(dòng)機(jī)選擇：
設(shè)計(jì)取Y160M-4電動(dòng)機(jī)，技術(shù)性能參數(shù)：
n=1480rpm
N=11kW
3.1.4傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)
（1）總傳動(dòng)比
i===296
（2）減速裝置傳動(dòng)比分配：
第一級(jí)取名義傳動(dòng)比i=2
第二級(jí)減速器傳動(dòng)比為i=40.17
第三級(jí)名義傳動(dòng)比：i===3.68
(3)三角皮帶傳動(dòng)的實(shí)際傳動(dòng)比（）
根據(jù)電動(dòng)機(jī)功率，查取機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，確定選用B型三角皮帶，并選?。?
小皮帶輪直徑：=224mm
大皮帶輪直徑：
由于三角皮帶滑動(dòng)系數(shù) 則應(yīng)作轉(zhuǎn)速和傳動(dòng)比的校正
大皮帶輪的實(shí)際轉(zhuǎn)速：
實(shí)際傳動(dòng)比：
（4）主動(dòng)軸端圓柱齒輪結(jié)構(gòu)參數(shù)確定：
校正后的傳動(dòng)比：
①小齒輪傳動(dòng)的最大扭矩M
M=
式中：—減速機(jī)傳動(dòng)效率，取高值0.96；
n—小齒輪的轉(zhuǎn)速（減速機(jī)座軸端轉(zhuǎn)速）；
n=3.615=18.06(rpm)
M=
=
=55812.5kgfcm
②齒輪模數(shù)的確定：
齒輪材料：小齒輪材料用45鋼（鍛制）
大齒輪材料選用HT-200～240
模數(shù)確定按彎曲強(qiáng)度計(jì)算。其計(jì)算關(guān)系式為
m1.6(cm)
式中：K—摩擦系數(shù)，查20%狀態(tài)下作為報(bào)廢指標(biāo)，K=1.6
K—載荷系數(shù)，K=1.5；
Z—小齒輪齒數(shù)，設(shè)計(jì)取Z=18；
—齒寬系數(shù)，設(shè)計(jì)按開(kāi)齒輪取=0.3；
y—齒形系數(shù)，查Z—Y圖，小齒輪Z=20時(shí)，y=0.378;
[]—齒輪材料的許用彎曲應(yīng)力，查45鋼 []=850kgf/cm
以上參數(shù)代入上式得：
m1.6=1.54cm
考慮減少對(duì)滾筒端軸的徑向作用力，適當(dāng)增大模數(shù)，取m=16mm。
③ 齒輪的幾何尺寸
本設(shè)計(jì)用開(kāi)式直齒圓柱齒輪的嚙合傳動(dòng)，大小齒輪的各部分尺寸可按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)的有關(guān)計(jì)算確定，結(jié)果見(jiàn)下表：
參數(shù)
符號(hào)
關(guān)系式
單位
小齒輪
大齒輪
齒數(shù)
Z
Z= Z
18
66
模數(shù)
M
由公式確定
mm
16
16
節(jié)圓直徑
d
D=m
mm
288
1056
頂圓直徑
d
D=d+2f
mm
320
1088
齒頂高系數(shù)
f
標(biāo)準(zhǔn)尺f=1
1
1
齒根圓直徑
D
D=d-2(f+C)m
mm
248
1016
齒高
h
h=(2f+C)m
mm
36
36
中心距
A
A=0.5(d+d)
mm
672
工作齒寬
B
B=
mm
100
90
取尺寬系數(shù)=0.3。
④ 齒輪齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算學(xué)校核：
〈[]（kgf/cm）
式中：A—中心距，取672mm；
B—工作寬度，取90mm;
i—齒輪傳動(dòng)速比,i=3.61;
K—載荷系數(shù)，K=1.5；
M—小齒輪傳遞的最大轉(zhuǎn)距，M=55812.5kgfcm
[]—許用接觸應(yīng)力，[]=（1.05～1.1）[]（kgf/cm）;
本設(shè)計(jì)采用45鋼，經(jīng)熱處理后表面硬度HB=350時(shí)，[]=25300=7500 kgf/cm
故[]=（1.05～1.1）[]=9187～9625 kgf/cm
=
=8000 kgf/cm〈
所以齒面接觸強(qiáng)度符合要求
（5）螺旋輸送裝置和鏈輪傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)確定：
最后干燥器的螺旋漿結(jié)構(gòu)尺寸：
根據(jù)設(shè)計(jì)條件：，
設(shè)取螺旋槳轉(zhuǎn)速
滾筒轉(zhuǎn)速時(shí)，螺旋槳螺距s：
取裝料系數(shù) 水平輸送時(shí)
輸送物料量
物料堆積重度
設(shè)計(jì)去槳徑
鏈輪幾何尺寸的確定：設(shè)計(jì)選 的鏈條，由于螺旋干燥器傳動(dòng)功率很小，對(duì)鏈條強(qiáng)度的計(jì)算可省略。
大鏈輪組裝于滾筒主動(dòng)軸端，小鏈輪組裝于螺旋干燥器的螺旋軸端。
安傳動(dòng)比確定的小鏈輪最少齒數(shù)，大鏈輪的齒數(shù)
項(xiàng)目
代號(hào)
關(guān)系式
單位
設(shè)計(jì)取值
小鏈輪
大鏈輪
齒數(shù)
Z
27
54
鏈條節(jié)距
t
(由強(qiáng)度計(jì)算確定)
mm
12.7
分度圓直徑
mm
109.4
218.42
頂圓直徑
mm
115.4
224.4
根圓直徑
mm
100.76
215.76
齒槽半徑
mm
4.32
4.32
鏈板寬度
b
（查鏈條產(chǎn)品規(guī)格）
mm
11.8
鏈輪寬度
單排
mm
7.234
輪殼寬度
單排
mm
10
10
3.1.5滾筒組件的強(qiáng)度與剛度校核
（1）滾筒組件承受外力的作用位置確定：根據(jù)以上計(jì)算的筒體長(zhǎng)度和直徑、傳動(dòng)件的外行尺寸（直徑和輪殼寬度）、填料函的深度、刮刀作用位置和減速傳動(dòng)裝置，可預(yù)先進(jìn)行滾筒組件受力的軸向和徑向位置的布置設(shè)計(jì)（見(jiàn)附錄）
（2）作用力計(jì)算：確定滾筒組件的受力參數(shù)時(shí)，應(yīng)按實(shí)際配置的電動(dòng)機(jī)功率作為依據(jù)。
傳動(dòng)大齒輪對(duì)主動(dòng)端軸的作用力
按配置的電機(jī)，允許傳遞的最大功率：
N=N=11=9.93kW
式中：N—電動(dòng)機(jī)的功率11.0 kW；
、、—減速器效率、齒輪效率，取最大值
大齒輪傳遞的最大轉(zhuǎn)距（按滾筒轉(zhuǎn)速3.37rpm）
M=97400=97400=193436.4kgfcm
節(jié)圓處的圓周力（節(jié)圓直徑d=1056mm）
F===3663.6kgf
作用于軸上的徑向力（標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪嚙合角）：
F= Ftg=3663.6tg20=1333.4kgf
徑向水平分力：F=
徑向垂直分力：F=
螺旋輸送干燥器鏈傳動(dòng)對(duì)主動(dòng)端軸的作用力：
輸出功率：
---鏈傳動(dòng)效率：0.93
傳送扭矩：
鏈條的工作壓力：7.55 取8kgf
---鏈條速度，
徑向作用力：
水平徑向力：
垂直徑向力：
①滾筒組件自重的估算：為確定滾筒支座反力，可預(yù)先估算筒體的自重。
筒體部分：
G=
式中：s—筒體壁厚，按承受內(nèi)壓的筒體壁厚計(jì)算，又考慮增加余量取s=0.01m
D—筒體直徑，D=1.4m
L—筒體長(zhǎng)度L=2.1m
r—筒體材料選用不銹鋼，r=7850kgf/cm
G=
=
=1450.1kg
端蓋部分，設(shè)取筒體自重的30%，并且兩側(cè)一致，設(shè)重心位于筒體兩端端部。
G= G=1450.1=435.03kg
③刮刀對(duì)筒體的作用力 按配置電機(jī)的最大輸出功率，除去消耗于填料函、支承軸承的阻力外，則均可作為刮刀對(duì)筒體摩擦阻力的消耗。
M=M-M-M-M-M
式中：M—填料函的阻力矩，M=11609.52kgfcm
M—大齒輪傳遞的最大扭矩，M=193436.4 kgfcm
M、M—支承軸承處的摩擦阻力矩，設(shè)M+M=0.05 M
M—大鏈輪輸出的扭矩，M=164.41kgfcm
刮刀對(duì)筒體允許的最大阻力矩：
M==173011.88kgfcm
可估算刮刀對(duì)筒體的允許的頂緊力：
=
=13677.32kgf
式中：M—刮刀對(duì)筒體的最大阻力矩，M=173011.88kgfcm
p—固態(tài)膜對(duì)筒壁的剝離力，p=2kgf/cm
L—筒體長(zhǎng)度，L=2.1m
R—筒體半徑，R=0.7m
f—筒體與刮刀的摩擦系數(shù)，f=0.15
在此種狀態(tài)下，筒體單位長(zhǎng)度的頂緊力為：
q===65.13kgfcm
相當(dāng)于設(shè)計(jì)確定的操作條件q=5 kgf/cm的13倍。
筒體承受的最大徑向力：
按筒體允許的最大阻力矩狀況下計(jì)算最大徑向力為：
Q=P=13677.32kgf
徑向水平分力 Q= Qcos30=13677.320.87=11844.9kgf
徑向垂直分力：Q= Qsin30=13677.320.5=6838.66kgf
(3)支座反力計(jì)算
主端滾筒受力示意圖
①主動(dòng)軸承的支座反力和作用力方向
支座反力：R =（kgf）
式中：R—垂直分力
R=
=3565.57kgf
R—水平分力
R=
==4814.85kgf
主動(dòng)端支座的最大反力：
R==5991.33kgf
作用力方向：
=tg= tg=53.5
(位于斷面坐標(biāo)的I象限內(nèi))
②從動(dòng)端軸的支座反力和作用力
支座反力：R=
式中：R—從動(dòng)側(cè)支座的垂直分力
R=F+G+2G-F-+Q
=6.51+1450.1+2435.03-942.86+6838.66-3565.57
=4656.9kgf
R—從動(dòng)側(cè)支座的水平分力
R=Q-R-
=11844.9-4814.85-942.86-6.51-942.86
=5137.82kgf
從動(dòng)端支座的最大反力：
R=
=
=6934.3kgf
作用力方向：
=tg= tg=47.81
（位于斷面坐標(biāo)I象限）
按配置電機(jī)的功率所計(jì)算的支座反力，可作為設(shè)計(jì)軸承時(shí)的最大負(fù)荷。從動(dòng)端的支座反力比主動(dòng)端略大，可以此為依據(jù)。根據(jù)受方向，設(shè)計(jì)可選擇球滾動(dòng)軸承。有關(guān)軸承部分的計(jì)算可參考有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。
（4）滾筒危險(xiǎn)截面的彎矩、扭矩和當(dāng)量彎矩計(jì)算
根據(jù)單滾筒受力分析，應(yīng)計(jì)算危險(xiǎn)斷面在主動(dòng)端軸的大齒輪安裝中心處的斷面、主動(dòng)端軸承中心處斷面以及筒體與主動(dòng)端蓋連接部位附近的斷面，其余部位均可免算。
①大齒輪安裝處的軸斷面
彎矩：
M=
=（kgfcm）
扭矩
=
=581330.43 kgfcm
當(dāng)量彎矩（按鑄鐵材料計(jì)算）
=
=290757.3kgf
②主動(dòng)端軸承處的軸斷面：
彎矩：M=
式中——筒體危險(xiǎn)截面的垂直方向彎矩
=
=
=18596.8kgf
——筒體危險(xiǎn)截面的水平方向彎矩
=
=
=19085.05kgf
計(jì)算結(jié)果：
M===26647.32kgf
扭矩：
計(jì)算結(jié)果：
=581330.43-11609.52=376120.1 kgfcm
當(dāng)量彎矩（按鑄鐵材料計(jì)算）
=
=201855.1（kgfcm）
③端蓋斷面處
彎矩：
=
=109410.9kgfcm
=
=-62015.9 kgfcm
=125764.5 kgfcm
扭矩：
式中：——支座A處的磨察力矩
=
=
=4835.91 kgfcm
kgfcm
當(dāng)量彎矩（按鑄鐵材料計(jì)算）
=
=258885.2 kgfcm
（5）筒體組件各危險(xiǎn)面的壁厚和直徑的確定
①筒體壁厚：滿(mǎn)足強(qiáng)度需要的筒體基本厚度
S=(cm)
式中：S—筒體承受內(nèi)壓P時(shí)應(yīng)具有的壁厚
S=
其中：P—筒內(nèi)供熱介子設(shè)計(jì)壓力，取1.05倍設(shè)計(jì)壓力；P=1.05P=1.055=5.25（kgf/cm）
[]—筒體采用A3R鋼板，在200C時(shí)許用應(yīng)力為1250（kgf/cm）;
—焊縫系數(shù)，設(shè)計(jì)取單面焊局部探傷，=0.7;
D—筒體外徑，D=140cm
S=
=
=0.42(cm)
S=
其中：M—當(dāng)量彎矩
則S==0.020(cm)
故基本壁厚：S=0.461(cm)
筒體的設(shè)計(jì)壁厚
S=S+S+b+c
S—筒體外壁被物料浸蝕和受刮刀磨損的附加余量，該處物料有輕微腐蝕性，故取S=0.30cm;
b—焊制筒體卷制時(shí)的錯(cuò)邊量b=0.15cm;
c=c+c
其中c—筒體材料負(fù)偏差，取c=0.3cm
c—筒體內(nèi)壁供熱介子腐蝕余量
則S=0.461+0.3+0.15+0.3=1.211 cm
經(jīng)加工后，筒體的實(shí)際厚度可控制在13mm
② 主動(dòng)軸承安裝支承軸承處的軸徑：
考慮滿(mǎn)足剛度要求，設(shè)軸承支承斷面的軸徑d=0.1D=0.1140=14cm
滿(mǎn)足強(qiáng)度需要時(shí)，危險(xiǎn)斷面的計(jì)算內(nèi)徑d
d
式中：[b]—按脈動(dòng)循環(huán)變化的工作條件所確定的端軸材料許用彎曲應(yīng)力（kgf/cm）;
取[b]=250 kgf/cm
M=201855.1 kgf/cm
d=13.2cm
③主動(dòng)軸承安裝大齒輪軸承處的軸徑：
設(shè)該軸的斷面之外徑d=12cm
d9.77
比較可得，主動(dòng)端軸內(nèi)徑可取d=80mm
④端蓋的壁厚確定：
設(shè)計(jì)采用的機(jī)構(gòu)圖見(jiàn)下面：
端軸與端蓋整體鑄造，材料為HT250，軸徑尺寸可按前述計(jì)算確定，端蓋部分的結(jié)構(gòu)，按尺寸幾何關(guān)系，結(jié)合筒體結(jié)構(gòu)予以設(shè)計(jì)。
端蓋部分的基本壁厚計(jì)算：
S
式中：P—筒體設(shè)計(jì)壓力，P=1.55=7.5kgf/cm
D—封頭計(jì)算直徑，設(shè)計(jì)取112cm;
[]—HT250鑄鐵許用彎曲應(yīng)力，取250 kgf/cm
則S==2.8cm
考慮澆鑄質(zhì)量的影響和環(huán)境腐蝕的因素，設(shè)計(jì)確定最小壁厚S=28mm
端蓋的法蘭厚度，按《鋼制石油化工壓力容器設(shè)計(jì)規(guī)定》，本設(shè)計(jì)定為t=30mm
3.1.6刮刀裝置計(jì)算
（1）設(shè)計(jì)依據(jù)
型式采用直接式彈簧刮刀。刀片為組合型。各組刀片的長(zhǎng)度和布置，詳圖見(jiàn)部件圖。
單位長(zhǎng)度最大頂緊力：設(shè)計(jì)取q=5kgf/cm
壓力調(diào)節(jié)器作用于刀架上的受力點(diǎn)距離刀刃端部為50mm,距離支承軸中心為120mm.
刀刃與滾筒接觸點(diǎn)的夾角=30
刀架傾角（），根據(jù)干燥物料（成品）的最大靜摩擦角35，設(shè)計(jì)預(yù)定=45，60，90三種方案，分別作出受力狀態(tài)的計(jì)算，經(jīng)比較后再確定傾角和進(jìn)行刀架的具體設(shè)計(jì)。
壓力調(diào)節(jié)器軸向中心與刀架的傾角（），設(shè)計(jì)確定與滾筒水平軸線平行。
（2）刮刀裝置的受力計(jì)算：
①靜態(tài)時(shí)的刮刀受力參數(shù)：受力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表。其中螺桿和支承軸部分的受力參數(shù)與刀架傾角（）之間的關(guān)系較大，設(shè)計(jì)考慮滾筒干燥器總體布置的需要和使螺桿和支承軸的受力分配合理，確定=60時(shí)的受力狀態(tài)，作為裝置的設(shè)計(jì)依據(jù)。
a)刀刃對(duì)筒體的作用力
頂緊力P=Lq
式中：L—刮到接觸筒體長(zhǎng)度（cm）, L取55 cm
q—單位長(zhǎng)度的刮刀頂緊力（kgf/cm）
則P=Lq=55=275（kgf）
受力方向：（）
式中：—作用力P與P分力的夾角
=
—刮刀架位置系數(shù)，
=
式中：—壓力調(diào)節(jié)器作用在刀架上的受力點(diǎn)與刀刃端部距離，=50mm
—壓力調(diào)節(jié)器作用在刀架上的受力點(diǎn)與支承軸中心的距離，=120mm
則===0.294
，先取=60為例計(jì)算
則===63.01（）
結(jié)果=45=78.01（）
滾筒徑向力：
Q=P=275=269（kgf）
滾筒切向力：
S= P=275=57.11（kgf）
b)調(diào)節(jié)器承受的作用力
刀架作用點(diǎn)B處的垂直力
其中：作用于刀刃處的垂直力（kgf）
==275cos63.01=124.80（kgf）
則=124.80=424.51（kgf）
水平力：=424.51ctg60=245.09（kgf）
壓力調(diào)節(jié)器軸向力
==490.18（kgf）
c)支承軸承作用力
軸的垂直分力
=（kgf）
水平力：（kgf）
合力：==387.16（kgf）
作用力方向：===39.28
d)刮到架中部承受的最大彎距
=424.51=1497.67 kgf/cm
②動(dòng)態(tài)時(shí)的刮刀參數(shù)：滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)條件下，刀刃對(duì)筒體的受力狀態(tài)與靜態(tài)時(shí)的比較已有變化。
a)刀刃對(duì)筒體的作用力
其中：= F+P-S kgf
式中：P—刮到剝離料膜的切削力
=55=110 kgf
F=Q=0.15=40.35 kgf
則= F+P-S kgf=40.35+110-57.11=93.24 kgf
受力方向：
則==284.7 kgf
=tg=70.88
作用于刀刃處（C點(diǎn)）的垂直分力
P
式中：=94.12
則P=284.7=-20.45 kgf
水平分力=284.7=283.96 kgf
b)調(diào)節(jié)器承受的作用力
刀架B點(diǎn)處的垂直反力
=-20.45=-0.6956 kgf
傳遞至調(diào)節(jié)器的軸向力：
==-80.32 kgf
c)支承軸承所受的作用力
垂直反力：==49.08 kgf
水平推力： kgf
支承軸的合力==288.17 kgf
受力方向：==80.19
d)刀架中部B點(diǎn)的最大彎距
M=49.0812=588.96 kgf
由靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較后可知①②③④⑤⑥⑦⑧ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ
Ⅰ、刀刃部分動(dòng)態(tài)承受的作用力（P）比靜態(tài)時(shí)的作用力（P）有略微的減小，當(dāng)刮刀刀刃處在自動(dòng)振動(dòng)狀態(tài)處在=90時(shí)，P〉P
Ⅱ、刀刃作用力方向和之間均發(fā)生改變，并使刀架的軸向力增加
Ⅲ、螺桿動(dòng)態(tài)軸向力（G）比靜態(tài)時(shí)作用力（R）要小
Ⅳ、支承軸承承受的作用力，動(dòng)態(tài)時(shí)（R）比靜態(tài)時(shí)R要大
（3）刮刀厚度的確定
刮刀架（包括刮刀）承受的彎距前面已經(jīng)確定
刮刀片厚度可按靜態(tài)時(shí)最大彎距確定
式中：—刮刀刀片材料的許用彎曲應(yīng)力，取1000kgf/cm
—刮刀計(jì)算長(zhǎng)度
==0.4cm
設(shè)計(jì)取刀片厚度為6mm,刀片的開(kāi)口形式采用單面、破口形式。
（4） 壓力調(diào)節(jié)器螺桿直徑的確定
設(shè)計(jì)采用45鋼螺桿和HT250的螺母座螺桿與螺母座傳動(dòng)付的型失為螺母旋轉(zhuǎn)
螺桿的螺紋中徑=0.8=3.12cm
式中：Q—最大軸向力，設(shè)計(jì)取5倍的靜態(tài)時(shí)參數(shù)，即Q=5kgf
—鋼–鑄鐵螺旋付的許用比壓，=50（kgf/cm）
—螺母厚度和螺紋中徑比值，=2.5
設(shè)計(jì)按GB193-73，選用第一系列公稱(chēng)直徑d=36cm,螺距t=1.5mmde 普通細(xì)螺紋，螺桿其余部分的直徑取36mm.
(5)刮刀架支承軸設(shè)計(jì)
刮刀架支承軸受力參考，按動(dòng)態(tài)時(shí)的最大作用力（R=288.18kgf）由兩組軸承共同傳遞至軸承上確定軸徑。
采用通軸方式
按筒支梁計(jì)算結(jié)果為
支座反力：R=298.8kgf, R=298.8kgf,
最大彎距M=1926.7（kgf/cm）
最小軸徑：
d==2.68cm
在此設(shè)計(jì)中，采用的通軸，兩端軸承采用滑動(dòng)軸承。
3.1.7密封罩及通氣管設(shè)計(jì)
（1）計(jì)算依據(jù)
干燥器蒸發(fā)水量W=933.3kg/h
全年平均室溫t,雨季最大的相對(duì)濕度
干燥器密封罩內(nèi)濕空氣溫度50～60，取相對(duì)濕度。若采取引風(fēng)機(jī)的強(qiáng)制通風(fēng)，可不考慮室外大氣的溫度條件。
（2）罩頂濕空氣體積流量
其中W=933.3 kg/h
=0.5978（kg/m）
T=273+50=323 K
T=273+20=293 K
P=P
則==1721.1（m/h）
(3)排氣管徑確定
式中—操作不平衡系數(shù)，=1.5
—濕空氣流速，=15m/s
則==0.25（m）
設(shè)計(jì)取排氣管直徑D=250mm
本設(shè)計(jì)中取邊長(zhǎng)為250的方管
3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
滾筒組件主要包括筒體、端蓋、端軸和支承軸承四個(gè)部分
3.2.1筒體的設(shè)計(jì)
按筒體材料和加工方法，可分為鑄造滾筒與焊接滾筒兩類(lèi)。
焊接滾筒：滾筒由具有焊接性的鋼板經(jīng)卷焊之后，加工而成。材料一般為碳鋼和不銹鋼。端蓋和端軸的加工，可為焊接件或鑄件。與鑄造滾筒相比，焊接型筒體具有壁薄、導(dǎo)熱性好、單件加工方便、適用材料廣、筒體的直徑與長(zhǎng)度范圍大等特點(diǎn)，為各類(lèi)物料干燥常用的滾筒類(lèi)型。鑒于以上幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，該設(shè)計(jì)選用焊接滾筒。結(jié)構(gòu)圖如下：
筒體主視圖
筒體側(cè)視圖
3.2.2端蓋和端軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
端蓋的型式，除小直徑、低壓力的滾筒中采用平蓋外，一般均設(shè)計(jì)成拱形端蓋。拱形端蓋的曲率尺寸，應(yīng)根據(jù)筒體直徑、受力大小而定。一般小直徑筒體或采用凹面受力壓的拱形蓋，曲率中心在端蓋的中心軸線上。大直徑滾筒的端蓋，常設(shè)計(jì)成雙曲拱形凸面受力的型式，這種型式鋼性好、強(qiáng)度大。因此端蓋的設(shè)計(jì)我們選用雙曲拱形凸面受力的型式。
軸承的結(jié)構(gòu)，一般為階梯軸。主動(dòng)端上安裝傳動(dòng)件，應(yīng)設(shè)計(jì)止推抬肩，以阻止?jié)L筒沿主動(dòng)側(cè)竄動(dòng)，影響傳動(dòng)。從動(dòng)端軸可為光軸，有阻于筒體熱膨脹時(shí)，可自由伸縮。主動(dòng)軸端和從動(dòng)軸端在軸承支承部位頸尺寸，設(shè)計(jì)應(yīng)相同。采用滾動(dòng)軸承時(shí)，軸頸部位，應(yīng)考慮配置鎖緊螺母的結(jié)構(gòu)。軸的端部結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)進(jìn)氣頭和進(jìn)入筒內(nèi)供熱介質(zhì)的配管要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。
結(jié)構(gòu)圖如下：
端蓋和端軸結(jié)構(gòu)
設(shè)計(jì)總結(jié)
滾筒干燥裝置干燥速率高．操作成本低， 可連續(xù)作業(yè)，物料在滾筒表面停留僅2秒到30秒．適宜于許多種農(nóng)副產(chǎn)品漿糊狀物料的脫水加工．很適合我目當(dāng)前食品加工業(yè)發(fā)展的需要。
滾筒干燥器的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛，滾筒干燥是食品工業(yè)中不可缺少的工藝過(guò)程，例如谷物類(lèi)嬰兒食品、預(yù)糊化淀粉、馬鈴薯全粉、速溶麥片等。
發(fā)展趨勢(shì)將沿著實(shí)現(xiàn)：有效利用能源、提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量、減少環(huán)境影響、安全操作、易于控制、一機(jī)多用等方向發(fā)展。
致謝
本論文在構(gòu)思和完成的過(guò)程中得到了江南大學(xué)機(jī)械學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)和老師們的無(wú)私關(guān)懷及大力支持，特別是得到了指導(dǎo)教師宋春芳副教授的悉心指導(dǎo)，在此謹(jǐn)對(duì)這些老師表示衷心的感謝！最后我要感謝同學(xué)們對(duì)我的支持和家人的關(guān)心。
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