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16 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 環(huán)保型石硫合劑熬制鍋的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 閆旭東 學(xué) 號(hào) 8031212211 所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化 班 級(jí) 16-2 指導(dǎo)老師 李 平 日 期 2016.05 塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院制 前 言 環(huán)保型石硫合劑熬制鍋是石硫合劑熬制不可或缺的設(shè)備。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)、技術(shù)的不斷發(fā)展，石硫合劑的環(huán)保與利用價(jià)值也陸續(xù)被發(fā)掘。試驗(yàn)研究表明，石硫合劑的環(huán)保價(jià)值非?？捎^，并且節(jié)省原料，部分地區(qū)的供需矛盾也日益突出。因此開(kāi)發(fā)石硫合劑熬制鍋的銷(xiāo)售市場(chǎng)顯得尤為重要和迫切，而且其發(fā)展前景十分廣闊。 民間熬制石硫合劑是用瓦鍋或生鐵鍋（不能用銅鍋或鋁鍋否則易腐蝕損壞）。首先將生石灰，硫磺粉和水按比例稱(chēng)好備用。把稱(chēng)好的生石灰放入鍋內(nèi)用戶(hù)少量水化開(kāi)調(diào)成糊狀，再用少量水配成石灰乳。去除雜質(zhì)后兌入足量水即1份石灰兌10-15份水加熱煮沸，將1.7份硫磺粉用少量水調(diào)成糊狀，慢慢加入石灰乳中攪拌均勻后，猛火熬煮。熬制過(guò)程中添加熱水來(lái)補(bǔ)充水分，沸騰約40分鐘左右待藥液呈紅褐色，渣子變黃綠色時(shí)停火冷卻后，用紗窗布濾出渣子即為石硫合劑原液。民間用這種熬制鍋石硫合劑，不僅耗時(shí)，而且熬制過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的有毒氣體，易導(dǎo)致工作人員中毒和大氣污染；熬制時(shí)間難以把握，易出現(xiàn)熬過(guò)現(xiàn)象，多硫化鈣產(chǎn)出率低下；熬制的石硫合劑濃度不穩(wěn)定等諸多缺點(diǎn)。工業(yè)化熬制生產(chǎn)的石硫合劑由于運(yùn)輸，管理等原因，使用成本是農(nóng)民自己熬制的3-4倍，同時(shí)，該產(chǎn)品保質(zhì)期較短，到農(nóng)民手中質(zhì)量不能保證。 本次設(shè)計(jì)的是設(shè)計(jì)一種新型的石硫合劑熬制鍋，這種鍋不僅解決民間傳統(tǒng)開(kāi)放式熬制石硫合劑的缺點(diǎn)，同時(shí)可以降低工業(yè)成品高昂的費(fèi)用及保質(zhì)期短，保護(hù)環(huán)境防污染，易失效的弊端，使得農(nóng)戶(hù)能以最低的成本獲得高品質(zhì)的石硫合劑。既節(jié)約了時(shí)間，又使反應(yīng)產(chǎn)物不排泄到外面從而繼續(xù)回到反應(yīng)罐里反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了廢氣循環(huán)使用，設(shè)備簡(jiǎn)單，安全可靠，使本方案有了初步的設(shè)計(jì)應(yīng)用價(jià)值。 關(guān)鍵詞：環(huán)保型；熬制鍋；石硫合劑 目 錄 1緒論 1 1.1課題研究的意義 1 1.2國(guó)內(nèi)外石硫合劑熬制鍋發(fā)展的狀況 1 1.3國(guó)內(nèi)外石硫合劑熬制鍋存在的問(wèn)題 2 1.4研究的內(nèi)容和方法 3 1.5預(yù)期目標(biāo) 3 1.6重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問(wèn)題及解決思路 3 1.7工作條件及解決方法 3 2環(huán)保型石硫合劑熬制鍋總體設(shè)計(jì) 4 2.1熬制的典型方法及熬制鍋方案的選擇 4 2.2環(huán)保型石硫合劑熬制鍋的結(jié)構(gòu) 4 2.3環(huán)保型石硫合劑熬制鍋的原理 6 3環(huán)保型石硫合劑熬制鍋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 3.1鍋體機(jī)構(gòu) 7 3.2溫度壓力的計(jì)算 7 3.3固定架的設(shè)計(jì)說(shuō)明 8 4攪拌裝置的設(shè)計(jì) 8 4.1攪拌機(jī)構(gòu)的工作原理 8 4.2螺旋轉(zhuǎn)刀的工作分析 10 5熬制裝置的設(shè)計(jì)與選用 12 5.1鍋體系統(tǒng)及選取分析 12 5.2波美度石硫合劑的生產(chǎn)率 12 總 結(jié) 13 致 謝 14 參考文獻(xiàn) 15 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1緒論 1.1課題研究的意義 新型石硫合劑熬制鍋設(shè)備，通過(guò)密閉熬制罐并安裝回流裝置，使石硫合劑熬制時(shí)間縮短、反應(yīng)產(chǎn)物增多、并減少了廢氣、毒氣排放，設(shè)備簡(jiǎn)單，能用于民間大眾生產(chǎn)使用。由于在一定的壓力條件下，反應(yīng)速度加快，有傳統(tǒng)方法加熱沸騰反應(yīng)40分鐘降至15-20分鐘分鐘，節(jié)省了時(shí)間[1]。 反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的硫化氫有毒氣體、水蒸氣等通過(guò)冷凝回流裝置重新進(jìn)入反應(yīng)罐中進(jìn)行反復(fù)反應(yīng)，減少了加水程序，增加了反應(yīng)產(chǎn)物，降低了有毒氣體對(duì)熬制人員的毒害和大氣的污染；由于反應(yīng)罐蓋安裝有安全閥、溫度壓力表及壓力閥，熬制安全可靠；設(shè)備簡(jiǎn)單，方法成熟，能用于民間使用。 新型的石硫合劑熬制鍋，這種鍋不僅解決民間傳統(tǒng)開(kāi)放式熬制石硫合劑的缺點(diǎn)，同時(shí)可以降低工業(yè)成品高昂的費(fèi)用及保質(zhì)期短，保護(hù)環(huán)境防污染，易失效的弊端，使得農(nóng)戶(hù)能以最低的成本獲得高品質(zhì)的石硫合劑。效果十分顯著，實(shí)踐中也取得了極大的社會(huì)效益。 1.2石硫合劑熬制鍋發(fā)展?fàn)顩r 1.2.1石硫合劑熬制鍋發(fā)展現(xiàn)狀 石硫合劑是清園常用藥劑，用生石灰和硫磺粉為原料加水熬制而成，顏色為紅褐色透明液體，有強(qiáng)烈臭雞蛋味，防治多種果樹(shù)的害螨和介殼蟲(chóng)幼、若蟲(chóng)，也可防治炭疽病、白粉病、銹病、黑斑病等病害。石硫合劑對(duì)果樹(shù)主要起保護(hù)作用，在發(fā)病前或發(fā)病初期施用效果才好，主要用于清園。近些年果樹(shù)病蟲(chóng)害發(fā)生較重，很重要的一點(diǎn)就是許多果農(nóng)清園工作做得不好，為了省事，不用自制石硫合劑，其它藥劑鏟除效果又不太理想，使越冬病蟲(chóng)基數(shù)加大，給后來(lái)的防治工作帶來(lái)了難度。石硫合劑是無(wú)機(jī)農(nóng)藥,具有藥效長(zhǎng)、成本低,既殺蟲(chóng)又殺菌,其中所含的硫和鈣還是作物所需營(yíng)養(yǎng)元素,對(duì)環(huán)境無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，是果園春季清除越冬病、蟲(chóng)源的最佳選擇。 石硫合劑有強(qiáng)堿性、腐蝕性，其有效成分是多硫化鈣CaS.Sx。石硫合劑具有強(qiáng)烈的臭雞蛋氣味性質(zhì)不穩(wěn)定易被空氣中的氧氣、二氧化碳分解。一般來(lái)說(shuō)石硫合劑不耐長(zhǎng)期貯存。在生產(chǎn)中常隨熬隨用[2]。 1.2.2國(guó)內(nèi)石硫合劑熬制鍋發(fā)展現(xiàn)狀 長(zhǎng)期以來(lái)，人們?cè)谑蚝蟿┌局乒に嚰袄碚撗芯糠矫孢M(jìn)行了大量探索。熬制石硫合劑時(shí)對(duì)生石灰和硫磺的放入順序及時(shí)間的改變，先放硫磺等水沸騰后在放入生石灰，縮短了熬制時(shí)間；對(duì)石硫合劑熬制鍋灶的設(shè)計(jì)，兩個(gè)鍋連在一起，一上一下，下鍋熬石硫合劑，上鍋利用余熱作為溫水的鍋，充分利用了熱能；對(duì)熬制過(guò)程中火候的控制，保持鍋內(nèi)溫度均衡適宜，防治硫磺蒸發(fā)，可減輕污染，且省工、省力、省燃料；采用亞硫酸鈉測(cè)定石硫合劑含量的方法，并得出最優(yōu)測(cè)試條件;利用蒸壓鍋制備45%結(jié)晶石硫合劑的生產(chǎn)工藝研究。在現(xiàn)有的研究中并沒(méi)有人生產(chǎn)專(zhuān)門(mén)的石硫合劑熬制設(shè)備，且針對(duì)該設(shè)備進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的系統(tǒng)研究，并形成農(nóng)民可以方便使用的設(shè)備，因而對(duì)于小型的果園，農(nóng)民大多還是采用敞開(kāi)式的大鍋進(jìn)行熬制，不僅造成原材料浪費(fèi)，還對(duì)環(huán)境造成了污染。 針對(duì)以上問(wèn)題，設(shè)計(jì)組人員設(shè)計(jì)了一種高壓條件下熬制石硫合劑的裝置，該裝置主要包括壓力反應(yīng)鍋、冷凝回流裝置、壓力閥、安全閥、溫壓計(jì)、攪拌裝置，由壓力反應(yīng)鍋底部安裝的電磁爐或煤氣灶來(lái)提供熱源。并利用該裝置進(jìn)行大量試驗(yàn)。通過(guò)設(shè)置具體壓力梯度、生石灰和硫磺的比例、熬制時(shí)間的單因素及正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，探究高壓條件、加裝攪拌裝置、加裝回流裝置對(duì)熬制石硫合劑的有利性，對(duì)石硫合劑熬制工藝進(jìn)行優(yōu)化，以獲得該裝置最佳熬制工藝，為快速，簡(jiǎn)便，高效熬制石硫合劑提供理論依據(jù)[3]。 1.3國(guó)內(nèi)外石硫合劑熬制鍋存在的問(wèn)題 我國(guó)石硫合劑熬制鍋起步較晚發(fā)展緩慢，和發(fā)達(dá)國(guó)家相比只能望其項(xiàng)背，目前市場(chǎng)上流行的一些機(jī)具中，存在如下問(wèn)題，因此，難以大范圍推廣應(yīng)用。 (1)污染過(guò)重。民間用鍋熬制石硫合劑時(shí)，采用露天大鍋熬制，當(dāng)熬制到一定程度時(shí)，廢氣、毒氣沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何凈化作用而直接排到大氣中，對(duì)人，對(duì)環(huán)境都有一定的影響。 (2)損失率高。因?yàn)樵O(shè)計(jì)時(shí)參數(shù)選擇不合理，造成熬制過(guò)程不完全現(xiàn)象比較嚴(yán)重，熬制時(shí)間難以把握，易出現(xiàn)熬過(guò)現(xiàn)象，多硫化鈣產(chǎn)出率低，熬制的石硫合劑濃度忽高忽低。 (3)耗時(shí)長(zhǎng)而效率不穩(wěn)。熬制時(shí)間難以把握，從而熬制的石硫合劑濃度過(guò)高或者過(guò)低，則會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)藥害或無(wú)效等。 (4)成本高。工業(yè)化生產(chǎn)的石硫合劑由于運(yùn)輸、管理等原因，應(yīng)用成本是農(nóng)民自己熬制的3-4倍；工業(yè)化產(chǎn)品保質(zhì)期短，到農(nóng)民手中質(zhì)量不能保證；果園春季使用濃度較大，使用成本非常高，且不經(jīng)濟(jì)實(shí)用。 (5)鍋體性能不穩(wěn)定，適應(yīng)性不高。當(dāng)鍋內(nèi)放入的原料過(guò)高時(shí)，由于達(dá)到一定溫度時(shí)，藥液會(huì)翻滾而發(fā)生向外濺射，容易造成對(duì)人以及周邊的環(huán)境造成傷害及污染。 從而國(guó)內(nèi)能夠完成熬制、省時(shí)、無(wú)污染功能的環(huán)保型石硫合劑熬制設(shè)備由于經(jīng)濟(jì)性，技術(shù)性等原因，還未在全國(guó)范圍內(nèi)推廣使用。 國(guó)外石硫合劑熬制鍋的發(fā)展歷史已經(jīng)有上百年了，其特點(diǎn)主要是能夠根據(jù)用戶(hù)的不同需求，在熬制鍋上配備多種工作裝置。國(guó)外石硫合劑熬制鍋的用途比較廣范，且以簡(jiǎn)單、高效的環(huán)保型石硫合劑熬制鍋為主的熬制鍋搶占著全球很大市場(chǎng)[4]。 1.4研究的內(nèi)容和方法 根據(jù)我國(guó)石硫合劑熬制鍋的發(fā)展現(xiàn)狀和存在問(wèn)題以及石硫合劑熬制鍋的發(fā)展要求，設(shè)計(jì)普遍式環(huán)保型石硫合劑熬制鍋。環(huán)保型石硫合劑熬制鍋主要由動(dòng)力輸入裝置、傳動(dòng)裝置、冷凝回流裝置、攪拌裝置、鍋體熬制裝置組成。其中，動(dòng)力裝置是通過(guò)馬達(dá)作用在連接鍋蓋上的細(xì)桿擰刀上，只需把石硫合劑原料送入鍋體熬制裝置并不斷轉(zhuǎn)動(dòng)細(xì)桿擰刀便可實(shí)現(xiàn)石硫合劑熬制工作。 先確定我國(guó)已有熬制石硫合劑的類(lèi)型，根據(jù)已有熬制石硫合劑鍋的原理及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新型的環(huán)保型石硫合劑熬制鍋，使熬制鍋能滿足家庭及小型企業(yè)生產(chǎn)的要求[5]，也就是環(huán)保型石硫合劑熬制鍋要能工作穩(wěn)定，保證無(wú)污染，效率高，不浪費(fèi)原料而循環(huán)再利用，效果好等優(yōu)點(diǎn)。 1.5預(yù)期目標(biāo) （1）石硫合劑熬制鍋操作方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性好，噪音小，使用壽命長(zhǎng)。 （2）被熬制的石硫合劑時(shí)間縮短，反應(yīng)物增多，并減少了廢氣排放，可循環(huán)使用。 （3）可以在室內(nèi)、工作臺(tái)或地面上作業(yè)，簡(jiǎn)單靈活，反應(yīng)效率高，人工勞動(dòng)量少，同時(shí)動(dòng)力上要消耗少。 （4）制造價(jià)格便宜，容易普及，能滿足家庭使用的要求。 1.6重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問(wèn)題及解決思路 由露天反應(yīng)鍋改造為封閉式冷凝回流反應(yīng)罐，提高了反應(yīng)效率和環(huán)保性，并減少了補(bǔ)充水的加入。 通過(guò)壓力閥的調(diào)節(jié)，反應(yīng)體系在一定的壓力下進(jìn)行，提高了反應(yīng)速率。 （1）選擇合適動(dòng)力傳遞方式，設(shè)計(jì)工作裝置和傳動(dòng)裝置。 （2）運(yùn)用Auto CAD軟件，繪制二維零件圖和裝配圖。 （3）利用有限元分析和Solidworks進(jìn)行虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)[6]，完成整機(jī)各零部件的三維建模。 1.7工作條件及解決方法 塔里木大學(xué)位于南疆中心位置，校內(nèi)有實(shí)習(xí)工廠、土槽實(shí)驗(yàn)室、農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等，設(shè)計(jì)條件較好，為項(xiàng)目開(kāi)展提供了場(chǎng)地和基本條件。校內(nèi)擁有優(yōu)良的硬件環(huán)境，機(jī)械電氣化工程學(xué)院擁有先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和機(jī)械加工制造設(shè)備，并且?guī)熧Y力量雄厚，完全可以滿足環(huán)保型石硫合劑熬制鍋的工作條件。 2環(huán)保型石硫合劑熬制鍋總體設(shè)計(jì) 2.1熬制的典型方法及熬制鍋方案的選擇 2.1.1熬制的幾種典型方法 目前所使用的絕大部分方法都是采用民間熬制方法。常見(jiàn)的民間熬制方法如下： 老方法：是先將石灰水燒開(kāi)，然后加硫磺粉，再連續(xù)熬制1小時(shí)即成。從配料、燒火到最后熬好要花2—3個(gè)小時(shí)，而且質(zhì)量不易控制。 新方法：先將2公斤硫磺粉用熱水調(diào)成糊狀，然后和10公斤水一起倒入鍋內(nèi)，邊攪拌邊加熱，至鍋中漿液開(kāi)始沸騰，再把1-1.5公斤生石灰倒入。必須注意的是，一定要采用生石灰塊（因?yàn)榉蹱钍乙鸦爻?，化學(xué)成分變成氫氧化鈣和碳酸鈣，熬出的成品呈黃綠色，藥效很低），并且生石灰塊不要一次倒入，以免藥液劇烈沸騰濺到鍋外。隨著石灰不斷加入，石灰、硫磺和水產(chǎn)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)，生成多硫化鈣，藥液也逐漸變成紅褐色。再用中火熬10分鐘，邊熬邊攪拌邊加水，以補(bǔ)充蒸發(fā)掉的水量。待藥液表面有一層薄冰似的紅褐色透明晶體析出，即表明藥液熬制好。也可用棍子蘸點(diǎn)藥液滴入冷水中，藥液能迅速散開(kāi)即表明反應(yīng)已經(jīng)結(jié)束。熬制時(shí)間過(guò)長(zhǎng)反而會(huì)影響藥液質(zhì)量[7]。整個(gè)過(guò)程僅需20分鐘左右，比老方法節(jié)省了一半多時(shí)間。 2.1.2熬制鍋方案的選擇 為了實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能提出兩個(gè)方案可供選用： 方案一：采用露天式大鍋進(jìn)行熬制，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是環(huán)保性能差，污染嚴(yán)重，浪費(fèi)原料。 方案二：采用環(huán)保型石硫合劑熬制鍋，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易上手，環(huán)保性能好，無(wú)污染，節(jié)省原料，產(chǎn)物高，反應(yīng)速率快，可以循環(huán)利用，極大縮短了時(shí)間。 經(jīng)過(guò)方案的比較及選擇，在設(shè)計(jì)要求內(nèi)方案二能夠滿足設(shè)計(jì)的要求條件，方案二比方案一性?xún)r(jià)比高，且更加經(jīng)濟(jì)、實(shí)用。所以選擇方案二的環(huán)保型石硫合劑熬制鍋。 2.2環(huán)保型石硫合劑熬制鍋的結(jié)構(gòu) 該熬制鍋是通過(guò)保持一種一定壓力條件下熬制石硫合劑的設(shè)備，它包括了壓力反應(yīng)鍋鍋體，冷凝罐，安全閥，壓力閥，壓力溫度計(jì)等。壓力反應(yīng)鍋蓋上有設(shè)置三個(gè)小孔，其中離鍋蓋沿較近的小孔是壓力閥，壓力閥通過(guò)連接管與冷凝管進(jìn)氣管緊密連接，壓力閥中有一鋼鐵芯，用來(lái)調(diào)節(jié)反應(yīng)壓力。當(dāng)鍋內(nèi)氣壓大于臨界值時(shí)，鋼鐵芯被頂起來(lái)，鍋體內(nèi)的蒸汽沿壓力閥連接管進(jìn)入冷凝罐中的冷凝管中，通過(guò)冷凝罐進(jìn)水口注入自來(lái)水使冷凝管中蒸汽冷卻成液體，在壓力和重力作用下通過(guò)鍋體上的回流管再次回流至反應(yīng)鍋，繼續(xù)參加反應(yīng)；當(dāng)鍋內(nèi)氣壓小于臨界值時(shí)，鋼鐵芯回到原位，堵死氣孔。鍋蓋中間一小孔接溫度壓力機(jī)，溫度壓力計(jì)用來(lái)指示反應(yīng)體系的壓力和溫度狀況。鍋蓋上還有一安全閥，起到安全保護(hù)作用。石硫合劑熬制完畢后，擰開(kāi)連接管與冷凝管進(jìn)氣管的連接螺栓，松掉緊固栓，便可以直接打開(kāi)鍋蓋[8]。 圖2-1 環(huán)保型石硫合劑熬制鍋裝置圖 1.固定三角鐵 2.鍋體 3.旋鈕 4.細(xì)桿螺紋 5.下管 6.把手 7.安全閥帽 8.壓力溫度計(jì) 9.軸承外殼10.搖桿 11.固定架 12.馬達(dá) 13.螺栓桿 14.上部細(xì)管 15.小螺母 16.冷凝回流裝置 17.下部細(xì)管18.鍋蓋 19.三角鐵固定架 20.轉(zhuǎn)刀 21.搖桿螺絲 圖2-2 環(huán)保型石硫合劑熬制鍋的整體結(jié)構(gòu)示意圖 2.3環(huán)保型石硫合劑熬制鍋熬制的原理 石硫合劑是由生石灰，硫磺和水熬制而成的，配制比例為1kg優(yōu)質(zhì)生石灰，1.7~2.0kg細(xì)致硫磺粉，10~15kg水。原料對(duì)藥液的影響很大，生石灰要選擇潔白，質(zhì)輕，塊狀的，已經(jīng)風(fēng)化的石灰不能使用,時(shí)間對(duì)藥效影響也很大，時(shí)間短了，反應(yīng)不完全，造成原料浪費(fèi)，時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，生成的多硫化鈣又會(huì)氧化分解。石硫合劑的主要成分是多硫化鈣和硫代硫酸鈣，生石灰先和水生成氫氧化鈣，然后氫氧化鈣再和硫磺在水的作用下反應(yīng)生成多硫化鈣，其生成式如下: 3Ca(OH)2+（2X+1）S→2CaSx+ +3H2O CaSO3+S→CaS2O3 作為殺菌劑，石硫合劑噴灑在植物表面上，其有效成分多硫化鈣通過(guò)水解，氧化，并與二氧化碳反應(yīng)形成極微小的元素硫顆粒和硫化氫氣體起殺菌作用，硫化氫是強(qiáng)烈的神經(jīng)毒素，對(duì)粘膜有強(qiáng)烈刺激作用。它能溶于水，0℃時(shí)1摩爾水能溶解2.6摩爾左右的硫化氫。其機(jī)理如下： CaS.Sx+2H2O→ Ca(OH)2+H2S↑+XS↓ 2CaS.Sx+3O2→2CaS2O3+2(X-1)S↓ CaS2O3→CaSO3+S↓ CaS.Sx+CO2+H2O→CaCO3+H2S↑+XS↓ 此外，石硫合劑呈堿性，滲透性強(qiáng)，有侵蝕昆蟲(chóng)表皮蠟質(zhì)層的作用，對(duì)紅蜘蛛，介殼蟲(chóng)及其卵有較強(qiáng)的殺傷力，是早春預(yù)防和秋天清園的必備殺蟲(chóng)劑。 熬好的石硫合劑，從鍋中從鍋中取出放在缸內(nèi)冷卻，并用波美比重計(jì)測(cè)量度數(shù)，表示為波美度（以Be表示），一般可達(dá)25-30波美度。在缸內(nèi)澄清3天后吸取清液，裝入缸或罐內(nèi)密封備用，應(yīng)用時(shí)按石硫合劑稀釋方法來(lái)對(duì)水使用。 稀釋方法一：（重量法） 原液需要量（千克）=所需稀釋濃度/原液濃度x所需稀釋液量。 稀釋方法二：（稀釋倍數(shù)法） 稀釋倍數(shù)=原液濃度/需要濃度-1 即取一份（重量）的石硫合劑原液[9]，加N倍的重量水混合均勻即成Y波美度的藥液。 3環(huán)保型石硫合劑熬制鍋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1鍋體機(jī)構(gòu) 鍋體的設(shè)計(jì)主要考慮其材料特性，鍋體采用耐酸耐熱的奧氏型不銹鋼制造，并配有壓力溫度計(jì)和安全閥，外形美觀，安裝容易，操作方便，安全可靠。鍋體整體采用圓柱型帶蓋鍋體，除材料外，其鍋蓋本身除以上部件外，還有專(zhuān)門(mén)的緊固栓旋鈕，攪拌裝置，提栓，把手，出氣閥孔。鍋體的大小可根據(jù)用料的多少來(lái)設(shè)計(jì)，都可以固定在固定架上來(lái)進(jìn)行調(diào)整[10]。 圖3-1 鍋蓋示意圖 圖3-2 鍋體示意圖 3.2溫度壓力的計(jì)算 某一定質(zhì)量的氣體在體積不變的情況下，壓強(qiáng)隨溫度的變化規(guī)律得到如下數(shù)據(jù)： 表3-1 任選十次壓強(qiáng)隨溫度的變化測(cè)量 實(shí)驗(yàn)次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 氣體的溫度（t/℃） 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 氣體的壓強(qiáng)（p/103Pa) 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 由表3-1可得公式如下： 鍋內(nèi)平均壓強(qiáng)： 當(dāng)高壓鍋的限壓閥的質(zhì)量為100.8 g，排氣孔的面積為7mm 時(shí)(g取10N/kg；外界大氣壓強(qiáng)為1 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，計(jì)算時(shí)取1×105Pa) 鍋內(nèi)最大壓強(qiáng)為：?p=p0+mg／S=1×105Pa+(0.1008kg×10N/kg)/7×10-6m2=2.44×105Pa． 設(shè)鍋內(nèi)壓強(qiáng)每增加3.6×103Pa，水的沸點(diǎn)就相應(yīng)的增加1℃，則鍋內(nèi)的最高溫度可達(dá)多高? 鍋增加壓強(qiáng)為 ?△p=p-p0=1.44×105Pa ?水的沸點(diǎn)增高 ?△t=(1.44×105／3.6×103Pa)℃=40℃ ?所以，鍋內(nèi)溫度最高可達(dá)：t=100℃+40℃=140℃． 3.3固定架的設(shè)計(jì)說(shuō)明 固定架的作用是支撐長(zhǎng)方體大水箱和石硫合劑熬制鍋的，為熬制石硫合劑過(guò)程中提供支架，保證整個(gè)熬制石硫合劑鍋與長(zhǎng)方體大水箱有個(gè)骨架，也為環(huán)保型石硫合劑熬制鍋的工作提供基礎(chǔ)[11]。固定架由角鐵焊接而成。 4攪拌裝置的設(shè)計(jì) 4.1攪拌機(jī)構(gòu)的工作原理 圖4-1攪拌裝置示意圖 圖4-2 直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 電動(dòng)機(jī)的工作原理是建立在電磁感應(yīng)定律、全電流定律、電路定律和電磁力定律等基礎(chǔ)上的。三相交流異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的原理:當(dāng)磁極沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，磁極的磁力線切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，導(dǎo)條中就感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。電動(dòng)勢(shì)的方向由右手定則來(lái)確定。因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)是相對(duì)的，假如磁極不動(dòng)，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，則導(dǎo)條中同樣也能感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)來(lái)。在電動(dòng)勢(shì)的作用下，閉合的導(dǎo)條中就產(chǎn)生電流。該電流與旋轉(zhuǎn)磁極的磁場(chǎng)相互作用，而使轉(zhuǎn)子導(dǎo)條受到電磁力F，電磁力的方向可用左手定則確定。由電磁力進(jìn)而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩[12]，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。 電機(jī)轉(zhuǎn)速與頻率的公式 （4-1） 上式中 n——電機(jī)的轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）； 60——每分鐘（秒）； f——電源頻率（赫茲）； p——電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的極對(duì)數(shù)。 我國(guó)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)電源頻率為f=50周/秒，所以旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速的大小只與磁極對(duì)數(shù)有關(guān)。磁極對(duì)數(shù)多，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速成就低。 極對(duì)數(shù)P=1時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n=3000； 極對(duì)數(shù)P=2時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n=1500； 極對(duì)數(shù)P=3時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n=1000； 極對(duì)數(shù)P=4時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n=750； 極對(duì)數(shù)P=5時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速n=600 （實(shí)際上，由于轉(zhuǎn)差率的存在，電機(jī).實(shí)際轉(zhuǎn)速略低于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速） 在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，根據(jù)公式n=60f/p可知： 改變頻率f就可改變轉(zhuǎn)速 降低頻率↓f，轉(zhuǎn)速就變?。杭?60 f↓ / p = n↓ 增加頻率↑f，轉(zhuǎn)速就加大： 即 60 f↑ / p = n↑ 額定功率與轉(zhuǎn)速的公式 （4-2） T 是轉(zhuǎn)矩，單位 P是輸出功率，單位是KW N是電機(jī)轉(zhuǎn)速，單位是 用近似值進(jìn)行估算，達(dá)到生產(chǎn)要求所需的功率，考慮到電動(dòng)機(jī)效率及意外情況，取電動(dòng)機(jī)功率為。 4.2螺旋轉(zhuǎn)刀的工作分析 圖4-3螺旋轉(zhuǎn)刀示意圖 圖4-4螺旋圖示意圖 圖4-5螺旋展開(kāi)示意圖 螺旋葉片的下料尺寸 做直角三角形ABC，其中AB等于螺旋節(jié)的導(dǎo)程S,BC等于πD,BD等于πd,斜邊b,a分別為螺旋內(nèi)外緣線的實(shí)長(zhǎng)。 a2= (πD)2+S2 a-螺旋外緣展開(kāi)長(zhǎng), D-螺旋外圓直徑 b2=(πd)2+H2 b-螺旋內(nèi)緣展開(kāi)長(zhǎng) d-螺旋內(nèi)圓直徑 c=(D-d)/2 c-螺旋節(jié)寬度 ? （4-3） 為了使保證葉片外觀及尺寸精度，如果用火焰切割下料，在割完內(nèi)外圓后應(yīng)先在車(chē)床上加工R及r，然后割缺口[13]。 螺旋葉片冷壓成形工藝的關(guān)鍵是模具設(shè)計(jì)，模具結(jié)構(gòu)不但要滿足最終成形工件的精度要求，而且要使展開(kāi)料能順利滑入模具型腔，確保展開(kāi)料軸向拉長(zhǎng)、徑向縮小變形過(guò)程的順利進(jìn)行，不致于發(fā)生卡死和折彎現(xiàn)象，這是確保工件最終成形的前提，也是模具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。 模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理如下： 上下模分別用四個(gè)螺栓固定在油壓機(jī)的上工作臺(tái)和下工作臺(tái)上，其中上工作臺(tái)上下動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)葉片成形，上模中間為空心，下模中間為芯軸。工作是展開(kāi)料放在下模上，油壓機(jī)向下移動(dòng)，首先接觸到展開(kāi)料切口的左緣，繼續(xù)下行，迫使展開(kāi)料從切口邊緣開(kāi)始向下產(chǎn)生軸向拉長(zhǎng)，內(nèi)外徑縮小變形，并逐漸進(jìn)入上下模工作腔，下下模合模完成最終成形[14]。 5熬制鍋裝置的設(shè)計(jì)與選用 5.1鍋體系統(tǒng)系統(tǒng)及選取分析 影響鍋體熬制質(zhì)量的因素很多，首先是鍋體的材料選取，然后是石硫合劑原料的選取，配比，兌水量，溫度控制，以及時(shí)間的把握。鍋體的材料具有抗高溫，高壓，耐腐蝕，不易磨損。為了提高其浪費(fèi)原料少，省時(shí)，省力，得到的溶液質(zhì)量高，所以按照標(biāo)準(zhǔn)比例是：生石灰、硫磺、加水煮成對(duì)應(yīng)比例為1:2:10。即生石灰1千克，硫磺2千克，水10千克，并用大火（100℃）熬煮40-60分鐘即可[15]。 5.2波美度石硫合劑的生產(chǎn)率 選取1千克硫磺，0.5千克生石灰，5千克水。先將水燒至8成開(kāi)，將石灰倒入鍋中，待石灰泛了之后撈出渣子，開(kāi)鍋之后將調(diào)成糊狀的硫磺粉倒入鍋中，這時(shí)要將火燒旺，越旺越好。先不要攪拌，等到將要開(kāi)鍋時(shí)進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，千萬(wàn)不要跑鍋。攪至石灰、硫磺充分乳化呈棕色，停止攪拌。中慢火熬制。熬好的石硫合劑呈老醬油色。 5波美度石硫合劑的計(jì)算公式：熬好藥液的度數(shù)/5-1=0.5千克藥液加水?dāng)?shù)。 量石硫合劑的表要選用波美比重計(jì)[16]。 總 結(jié) 此次設(shè)計(jì)的任務(wù)是完成環(huán)保型石硫合劑熬制鍋的設(shè)計(jì)。這是我們?cè)诖髮W(xué)期間所進(jìn)行的一次非常全面的設(shè)計(jì)，為自己在大學(xué)四年所學(xué)習(xí)知識(shí)的全面總結(jié)和鞏固，使我們初步了解和掌握做設(shè)計(jì)的基本步驟、基本方法，通過(guò)本環(huán)節(jié)把我們?cè)诖髮W(xué)期間所學(xué)課程中所獲得的理論知識(shí)在設(shè)計(jì)實(shí)踐中加以綜合運(yùn)用，把大學(xué)四年來(lái)所學(xué)的知識(shí)貫穿起來(lái)，使理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)踐密切的結(jié)合起來(lái)，為我將來(lái)的實(shí)際工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 (1)確定了環(huán)保型石硫合劑熬制鍋的總體參數(shù)。通過(guò)系統(tǒng)分析國(guó)內(nèi)外熬制鍋的發(fā)展和熬制機(jī)理及過(guò)程的研究現(xiàn)狀，通過(guò)查找資料，參考文獻(xiàn)以及網(wǎng)上搜集資料等確定了熬制鍋為密封式熬制鍋。分析挖熬制鍋中攪拌裝置的轉(zhuǎn)速，通過(guò)計(jì)算得到馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度、壓力溫度的條件、鍋體的容量以及其他相關(guān)參數(shù)，進(jìn)而對(duì)整體熬制過(guò)程進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 (2)通過(guò)設(shè)計(jì)機(jī)組的三維概念模型，清楚地了解石硫合劑熬制鍋的工作原理，并在石硫合劑熬制鍋整體設(shè)計(jì)方案上對(duì)主要部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并用solidworks完成了零件的基本造型和裝配。 (3)文中涉及攪拌裝置，搖桿轉(zhuǎn)刀，溫度壓力的計(jì)算等物理方面的知識(shí)，通過(guò)本次設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)對(duì)很多知識(shí)的掌握不足，需加強(qiáng)對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)。 致 謝 畢業(yè)在即，四年的大學(xué)生活已接近尾聲，經(jīng)過(guò)三個(gè)多月的努力，在李平老師的悉心指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)任務(wù)基本完成了。在撰寫(xiě)論文期間，我要衷心的感謝我的指導(dǎo)老師李平，從設(shè)計(jì)的選題、實(shí)施到撰寫(xiě)、修改和定稿，李老師均傾注了大量的心血。導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)、熱忱鼓勵(lì)不僅使我樹(shù)立了深遠(yuǎn)的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處事的道理。還有，導(dǎo)師淵博的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無(wú)華、平易近人的人格魅力將使我終生受益。同時(shí)我還要感謝大學(xué)期間各位任課老師在學(xué)習(xí)上給予我的指導(dǎo)和幫助，感謝他們四年來(lái)的辛勤栽培，他們的關(guān)懷和熏陶讓我在這四年里收獲頗豐。 最后，也感謝和我一起學(xué)習(xí)的同窗朋友，他們給了我無(wú)數(shù)的關(guān)心和鼓勵(lì)，也讓我的大學(xué) 生活充滿了溫暖和歡樂(lè)，感謝他們的陪伴與幫助，愿我們以后的人生都可以充實(shí)、多彩與快樂(lè)。 參考文獻(xiàn) [1] 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