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摘 要
本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的是高壓均質(zhì)機(jī)動(dòng)力端主要零件。首先，文章介紹了高壓均質(zhì)機(jī)的工作原理。流體在高壓狀態(tài)下通過(guò)細(xì)小縫隙時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的剪切力、撞擊力和空穴力，使流體中的固體顆粒破碎為微小顆粒，高壓均質(zhì)機(jī)就是利用這一原理工作的。接著，文章參考現(xiàn)有的均質(zhì)機(jī)結(jié)構(gòu)，確定了均質(zhì)機(jī)主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，然后，按照高壓往復(fù)泵的設(shè)計(jì)方法對(duì)高壓均質(zhì)機(jī)的主要零部件，如傳動(dòng)裝置、曲軸、連桿等進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。還有液力端泵閥的設(shè)計(jì)，并對(duì)其進(jìn)行了相應(yīng)的強(qiáng)度校核。最后，文章介紹了本次設(shè)計(jì)中還有高壓均質(zhì)機(jī)的運(yùn)動(dòng)仿真，采用了C語(yǔ)言程序，并對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明。
關(guān)鍵詞：高壓均質(zhì)機(jī) 食品機(jī)械 均質(zhì)閥
目 錄
摘要………………………………………………………………… 1
緒論………………………………………………………………… 4
第一章 均質(zhì)機(jī)及其基本參數(shù)………………………………………… 5
1.1均質(zhì)機(jī)的均質(zhì)原理…………………………………………… 5
1.2均質(zhì)機(jī)的工作原理…………………………………………… 5
1.3均質(zhì)機(jī)的基本參數(shù)…………………………………………… 6
第二章 總體設(shè)計(jì)…………………………………………………… 9
2.1傳動(dòng)端結(jié)構(gòu)形式的選擇……………………………………… 9
2.2液力端結(jié)構(gòu)形式的選擇……………………………………… 9
2.3確定泵的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)……………………………………… 10
2.4原動(dòng)機(jī)的選擇……………………………………………… 12
第三章 動(dòng)力端的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………… 14
3.1傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)…………………………………………… 14
3.2曲軸的設(shè)計(jì)………………………………………………… 15
3.3連桿與其軸瓦………………………………………………… 15
3.4十字頭……………………………………………………… 16
第四章 液力端零部件設(shè)計(jì)…………………………………………… 16
4.1泵閥設(shè)計(jì)……………………………………………………16
第五章 運(yùn)動(dòng)仿真………………………………………………………20
5.1 C語(yǔ)言程序簡(jiǎn)介…………………………………………………20
5.2傳動(dòng)端運(yùn)動(dòng)及程序………………………………………………20
設(shè)計(jì)小結(jié)………………………………………………………………32
致謝…………………………………………………………………33
參考資料……………………………………………………………… 34
緒 論
高壓均質(zhì)是一種制備超細(xì)液液乳化物或液固分散物的通用設(shè)備，被廣泛應(yīng)用與各行業(yè)的生產(chǎn)者和科技研領(lǐng)域。例：
一、 食品飲料行業(yè)：
豆奶、花生奶、松子奶等各種植物蛋白飲料。
核桃露、杏仁露、蓮子露、椰子汁等各種懸浮果汁飲料。
酸奶、均質(zhì)奶、純牛奶、甜牛奶、乳酸飲料、冰淇淋、豆奶粉等各種乳品和乳制品。
二、 制藥：
抗生素、各種乳劑、漿液制劑、中藥制劑、花粉破碎及各種營(yíng)養(yǎng)保健液。
三、 輕工化工行業(yè)：
香精香料、化妝品、乳化硅油、感光劑、增亮劑、高級(jí)涂料、顏料、染料等。
四、 生物工程技術(shù)：
對(duì)大腸桿菌、胞進(jìn)行破碎，撮取其有效成分。
隨著人民生活水平的提高，食品工業(yè)必將跟上時(shí)代的步伐，不僅要求食品本身的營(yíng)養(yǎng)豐富，還對(duì)其質(zhì)量、口味、外觀、保存等提出了高標(biāo)準(zhǔn),這樣必然把食品工業(yè)推上一個(gè)新高潮。
食品品種繁多，本設(shè)計(jì)是主要應(yīng)用于乳品工業(yè)中。它是一種特殊的高壓泵，用于噴霧干燥設(shè)備中，可使液體分散成細(xì)微的霧滴，便于干燥成粉狀。通過(guò)均質(zhì)的煉乳、冰淇淋、代乳粉，液體中的分散項(xiàng)破裂成細(xì)微狀態(tài)，可減少沉淀，增加粘稠性，口感細(xì)膩，并延長(zhǎng)存放時(shí)間。均質(zhì)機(jī)不僅在乳品工業(yè)和冰淇淋生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，而且還適用于醫(yī)藥、化工生產(chǎn)中。總之，在我國(guó)均質(zhì)機(jī)發(fā)揮出的作用越來(lái)越大，因此需要人們對(duì)其進(jìn)行深入的研究，以便設(shè)計(jì)生產(chǎn)。
本設(shè)計(jì)參考現(xiàn)有的均質(zhì)機(jī)而設(shè)計(jì)，力求經(jīng)濟(jì)、結(jié)構(gòu)合理,但肯定還有許多的不足之處，希望在老師和同學(xué)的幫助下，得到進(jìn)一步的改進(jìn)。
第1章 均質(zhì)機(jī)及其基本參數(shù)
均質(zhì)機(jī)是一種特殊的高壓泵,利用高壓的作用，使物料中的脂肪球的破裂到直徑小于2m達(dá)99%。均質(zhì)機(jī)由均質(zhì)頭和高壓泵組成,即往復(fù)柱塞泵。它包括液力端和動(dòng)力端。通過(guò)均質(zhì)后的牛奶、脂肪球直徑和所占比例均發(fā)生變化，如表1-1：
表1-1脫脂乳與均質(zhì)乳中的脂肪球比較
脂肪球
（）
脫脂乳
（﹪）
均質(zhì)乳（﹪）
一段
二段
0～1
41.8
19.2
89.2
1～2
47.7
66.5
10.3
2～3
9.2
12.6
0.5
3～4
0.9
1.7
0
4～5
0.1
0
0
5～6
0
0
0
1.1均質(zhì)機(jī)的均質(zhì)原理
1.1.1剪切作用
流體在高速流動(dòng)時(shí)，在均質(zhì)機(jī)頭隙縫處，產(chǎn)生剪切作用而均質(zhì)。脂肪球通過(guò)三個(gè)柱塞往復(fù)泵吸入泵體時(shí)，在縫隙處先是被延展，同時(shí)又存在著液流通過(guò)均質(zhì)閥時(shí)的渦動(dòng)作用，使延展部分被剪切為更小的脂肪球微粒。又因?yàn)橐毫髦写嬖谥砻婊钚晕镔|(zhì)，它圍繞在更細(xì)小的脂肪球微粒外層形成一種這些微粒不再互相粘合的膜.脂肪滴由此離開(kāi)，而后面部分的還沒(méi)有流進(jìn)縫隙。當(dāng)?shù)竭_(dá)均質(zhì)閥活門縫隙處時(shí)，會(huì)同樣的剪切作用繼續(xù)形成更小的脂肪球微粒。
1.1.2撞擊學(xué)說(shuō)
三聯(lián)柱塞往復(fù)泵的高壓作用使液體中脂肪球和均質(zhì)閥發(fā)生高速撞擊現(xiàn)象，因而使料液中的脂肪球破裂。
1.1.3空穴學(xué)說(shuō)
因高壓作用使料液高速流過(guò)均質(zhì)閥縫隙處時(shí)，造成相當(dāng)于高頻振動(dòng)的效果，能在瞬間引起空穴現(xiàn)象，使脂肪球碎裂。
在實(shí)際工作中，高壓均質(zhì)機(jī)的原理是以上幾種學(xué)說(shuō)的綜合。
1.2均質(zhì)機(jī)的工作原理
如圖1-1所示，當(dāng)高壓液體通過(guò)閥的閥座和閥桿的狹窄通道時(shí)(可以用調(diào)節(jié)手柄調(diào)節(jié)間隙大小)，使液料速度達(dá)150~300m/s，壓力降低至液料汽化壓力，使之形成氣泡。當(dāng)液料離開(kāi)閥座門間
的間隙時(shí)，其速度降低，壓力升高，導(dǎo)致氣泡被壓破，產(chǎn)生內(nèi)爆，產(chǎn)生的空穴和高頻振動(dòng)使脂肪球顆粒破碎。此過(guò)程中，能量強(qiáng)烈釋放，液料形成湍流，沖擊沖擊流，完成均質(zhì)過(guò)程。
圖1-1雙級(jí)均質(zhì)閥工作示意圖
1.3均質(zhì)機(jī)的基本參數(shù)
1.3.1瞬時(shí)流量
理論上，瞬時(shí)流量=工作腔容積變化率
如圖1-2
圖1-2
圖1-3雙缸泵的無(wú)因次流量曲線
圖1-4 三缸泵的無(wú)因次流量曲線
q = A=Au=Ar(u)
(q)= = (u)
其中(q) -無(wú)因次瞬時(shí)流量;
(u)-無(wú)因次瞬時(shí)速度, (u)==-(sin+sin2)。
衡量流量脈動(dòng)性的指標(biāo)為不均勻系數(shù)==
單缸泵：B=3.14 ； 雙缸泵：B/2=1.57 ；
三缸泵：B/3=1.04 ； 四缸泵：B1.1 ；
可以看出,四缸泵的脈動(dòng)性反而比三缸泵有所增加,流量曲線如圖1-3，圖1-4。
1.3.2泵的壓力