日處理30 t棉籽油粕振動清理篩設計計算及選型

■ 冷進松 賀 鳴

（1.吉林工商學院食品工程學院，吉林長春 130507；2.糧油食品深加工吉林省高校重點實驗室，吉林長春 130507；3.益海嘉里糧油投資有限公司，上海 200120）

棉籽油粕是棉籽經過壓榨后得出的面餅，再經過浸出工藝將里面的大部分殘油分離出來，得到的一種微紅或黃色的顆粒狀物品，它是制作飼料的主要原料，它含有的粗蛋白含量可達40%以上。飼料原料預處理主要包括清理、剝殼、脫皮、粉碎、軟化、膨化、熱處理、干燥等。其目的是除去原料中雜質使其符合飼料加工的要求。在收獲、運輸和儲藏過程中會混入一些雜質。因此，在進入生產車間以前還需進一步清理，將雜質含量降到工藝要求的范圍之內，以保證飼料生產的工藝效果和產品質量。

含油原料用作飼料主要為取油后副產物，如含有的泥土、植物莖葉、皮殼等雜質，會使副產物產生異味等不良影響。原料中的石子、鐵雜等硬雜質進入生產設備和輸送設備，將使設備的工作部件磨損和破壞，縮短設備使用壽命，甚至發(fā)生生產事故。同時，雜質的存在，造成車間的環(huán)境污染，工作條件惡化。因此，在進行生產前應對原料進行有效的清理和除雜。

1 結構及工作原理

常用的清理設備有振動清理篩、平面回轉篩、旋轉篩。由于振動篩清理效率高，工作可靠，因而是飼料廠應用最廣泛的一種篩選設備，如圖1所示。其工作原理是：物料通過進料管進入帶有偏心錐形漏斗的進料口，通過布筒進入喂料箱的散料板上，錐形漏斗可以旋轉使得物料正確地落到散料板中間。隨著篩體的振動，物料均勻地散在進料箱的底板上，并沿底板流到篩面的整個寬度上。在喂料箱與篩面的連接處安裝了一個壓力門，使物料能均勻分散于同一高度。物料通過壓力門后布滿了第一層篩面，第一層篩面的篩下物落到第二層篩面上，篩上物則由旁邊的出料口導出。第二層篩面的篩下物落到底板上，從出料口導出。第二層篩面的篩上物經過壓力門導出到垂直吸風分離器進行風選，去除塵土和輕型雜質，垂直吸風分離器中的風速可通過調節(jié)手輪調節(jié)。從垂直吸風分離器排出的物料即為凈料。

圖1 振動清理篩結構

2 設計計算

2.1 振動清理篩工藝參數的確定

Q=60×B×h×n×s×γ×e

式中：Q——生產能力（kg/h）；

B——篩面寬度（m）；

h——在篩面上物料層的最大高度（m），通常h=10～15 mm，選取h=0.01 m；

n——偏心軸轉速（r/min），選取n=320 r/min；

s——偏心軸轉一周，物料沿著篩面移動的距離（m），通常s=0.02～0.03 m 選取s=0.03 m；

γ——物料的容重（kg/m3），通常γ=500 kg/m3；

e——物料在篩面上的松散系數，通常采用0.6～0.8，選取e=0.7。

2.1.1 篩面寬度B

2.1.2 篩面長度L

根據經驗：

B∶L=1∶2～3

即L=2B=3×0.62=1.86 m

實際采用篩面為LS=2 000 m，BS=800 mm的雙層振動平篩。

LS×BS＞L×B

所以所選設備符合設計需求。

2.2 篩分效率

在篩分作業(yè)中，篩分效率是衡量篩分過程的質量指標。篩什效率是指篩下產物重量與原料中篩下級別(篩下級別是指原料中所含粒度小于篩孔尺寸的物料)重量的比值。篩分效率一般以百分數表示。篩分效率可按下式計算：

式中：α——原料中篩下產物含量的百分數；

θ——篩上產物中篩下級別含量的百分數。

將原科和篩上產物進行精確的篩分，根據篩分結果即可算出篩下級別含量α及θ。篩分所用篩面的篩孔尺寸和形狀，應與測定篩分效率所用的篩子相同。

篩分機械的篩分效率與物料的粒度特性、物料的濕度、篩孔形狀、篩面傾角、篩面長度、篩面的運動特性及生產率等因素有關。不同用途的篩分機械對篩分效率有不同的要求。

2.3 篩箱的振幅A

篩箱振幅A；是設計篩子的重要參數，其值必須適宜，以保證物料充分分層，減少堵塞，以利透篩。通常取A=3～6 mm，其中篩孔大者取大值，篩孔小者取小值。本次設計選取A=5 mm。

2.4 機架所受篩體最大慣性反作用力與篩體往復力的總質量之比：

式中：Pkmax—機架所受篩體最大慣性反作用力的最大值（kg）；

Gk—篩體往復力的總質量(kg)，選取Gk=200 kg；

ω—往復運動的角速度(rad/s)；

n—機器轉速(r/min)；

λ—振幅，即振動篩行程半徑(m)；

g—重力加速度（m/s2）。

則機架受力Pkmax=1.03Gk=1.03×200=206 kg

2.5 動力學參數

對于單軸振動篩，振動器偏心質量及偏心距的確定：

式中：Pkmax—振動機體質量，Pkmax=206 kg；

m—偏心塊質量（kg）；

A—篩箱振幅，A=5 mm；

r—偏心距，r=24 mm。

負號表示M與m重心在振動中心的兩個不同方向上。

2.6 電動機的選擇

2.6.1 電動機功率計算

慣性振動篩的功率消耗主要是由振動器為克服篩子的運動阻力而消耗的功率N和克服軸在軸承中的摩擦力而消耗的功率來確定，電機的功率為：

式中：N——電機的功率（kW）；

C——阻力系數，通常C=0.2～0.3；

d——軸承內圈直徑（m），通常d=0.1 m；

n——轉動軸轉速（r/min），通常n=320 r/min；

η——傳動效率，通常η=0.95；

f——滾動軸承的摩擦系數，通常f=0.001～0.003，選取f=0.002。

2.6.2 選擇電機

由上式可求N=0.34 kW，選擇傳動電機型號為Y280M1-4，其額定功率為0.55 kW，n=1 450 r/min。

3 結論

本文根據生產實際與選型結構設計原理對振動清理篩篩面尺寸、機架所受篩體最大慣性反作用力、動力學參數以及電動機的選擇情況作了詳細分析和計算。本設計振動機構采用偏心連桿機構，利用偏心軸套，通過連桿使篩體作往復運動的機構，其優(yōu)點是具有一定的超載能力，當超載時，篩體的轉速和振幅均不受影響，缺點是篩體的慣性力不能得到完全的平衡，結果表明：計算方法與結果完全符合生產實際和設備選型需要。

根據實際情況變化，本設計采用雙電機帶動雙軸，雙軸做反向同步回轉，從而使偏心塊也做反向同步回轉，產生的離心力，使篩箱發(fā)生振動。篩箱振動使物料產生向前和向下兩個方向的運動，從而物料在篩面上便沿著這個方向成一定角度的拋分和篩分。通過計算和設計，然后對其優(yōu)化，能得到理想的產品。在設備選型基礎上，通過對軸承、皮帶、軸、支承彈簧等設備主要零件的設計計算與優(yōu)化。設備的設計計算及主要構件的選型是進行設計工作的基礎環(huán)節(jié)，計算的正確與否直接關系到設備是否能正常使用，隨著現(xiàn)代技術的發(fā)展，產品還會不斷的發(fā)展和完善，經驗積累和新技術的應用會不斷驗證計算乃至設備參數的是否合理。