機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)---小型高壓均質(zhì)機(jī)的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　1. 緒論</b></p><p>　　據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)記載，Gaulin的裝置第一次使用了" Homogenized"（均質(zhì)）這個(gè)詞。此后，“均質(zhì)”、“均質(zhì)機(jī)”、“乳化器”等這些詞都是與Gaulin研制的裝置和工藝密不可分的。當(dāng)今，世界各國(guó)生產(chǎn)的林林總總的均質(zhì)器械，結(jié)構(gòu)上盡管各有差異，究其基本原理，與Gaulin應(yīng)用的原理所差無(wú)幾，可以說(shuō)只是同工

2、異曲。</p><p>　　1.1 均質(zhì)機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)</p><p>　　自幾年前開(kāi)始，高壓均質(zhì)機(jī)的市場(chǎng)需求不斷增加。從食感方面看，在減少使用乳化劑等外加添加劑以后，為獲得長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的乳化效果，進(jìn)行高壓均質(zhì)處理是十分有效的手段之一。采用高壓均質(zhì)機(jī)處理的物料隨時(shí)間的延長(zhǎng)所發(fā)生的變化比用低壓均質(zhì)機(jī)處理后所發(fā)生的變化少。而且由于實(shí)現(xiàn)了物料的細(xì)微化，提高了細(xì)微化食物在人體內(nèi)的消化吸收率，因此

3、非常適合應(yīng)用于開(kāi)發(fā)老年人使用的營(yíng)養(yǎng)食品、病人食品、嬰幼兒食品以及流體食品和功能性食品等高附加值制品的開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)，市場(chǎng)的潛在需求甚高。近年來(lái)，色拉調(diào)味汁和人造黃油等生產(chǎn)中也出現(xiàn)利用高壓均質(zhì)機(jī)處理的傾向。</p><p>　　目前，廣泛使用的均質(zhì)機(jī)大多具有二級(jí)均質(zhì)的功能。一級(jí)閥與二級(jí)閥所選的壓力大小也涉及到均質(zhì)機(jī)的加工工藝問(wèn)題。國(guó)外對(duì)均質(zhì)機(jī)一級(jí)、二級(jí)閥加工效果的研究積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，相比較，我國(guó)在這方面的研究還處在起

4、步階段。一級(jí)閥與二級(jí)閥是串聯(lián)使用的，二級(jí)閥壓力的大小，關(guān)系到物料經(jīng)過(guò)一級(jí)閥瞬間壓力降的大小，從而直接關(guān)系到一級(jí)閥的加工效果，因此，二級(jí)閥壓力的選擇并不是隨意的，實(shí)驗(yàn)證明，二級(jí)閥工藝上選擇的壓力應(yīng)控制在系統(tǒng)總壓力的20%～30%之間，壓力選擇過(guò)高，反而適得其反。</p><p>　　均質(zhì)機(jī)的發(fā)展，一是根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需求，二是要依托科技的發(fā)展。即：需要由新工藝、新設(shè)備、新材料等作為保證。我國(guó)均質(zhì)機(jī)產(chǎn)業(yè)起步較晚，較國(guó)外

5、落后了五、六十年。進(jìn)展慢，60Mpa高壓均質(zhì)機(jī)的生產(chǎn)，較國(guó)外落后了近八十個(gè)年頭。水平相對(duì)比較低，無(wú)論是材料選擇，加工精度、使用壽命、規(guī)格品種、應(yīng)用領(lǐng)域及能源消耗，都與國(guó)際先進(jìn)水平有著不小的差距，這顯示我國(guó)均質(zhì)機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展任重而道遠(yuǎn)。</p><p>　　高壓均質(zhì)機(jī)的發(fā)展方向，概括的說(shuō)主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面： (1) 超高壓性 由于高壓均質(zhì)設(shè)備在營(yíng)養(yǎng)液原漿、生物工程、超微破碎技術(shù)及納米技術(shù)中的推廣使用，使其產(chǎn)品

6、覆蓋范圍迅速擴(kuò)大，所要求使用的壓力也越來(lái)越高，日前，從上海東華均質(zhì)機(jī)廠了解到，要求使用壓力在100MPa以上的客戶越來(lái)越多。但國(guó)內(nèi)能生產(chǎn)壓力在100MPa的工廠并不多，而150MPa的均質(zhì)機(jī)只有某些龍頭企業(yè)能生產(chǎn)。國(guó)外的設(shè)備相對(duì)比較成熟，最高壓力能達(dá)到200MPa，但由于在其價(jià)格昂貴、易損件提供困難等原因，使國(guó)內(nèi)用戶難以接受。 (2) 全自動(dòng)智能化 隨著現(xiàn)代化大工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的需要，均質(zhì)機(jī)已經(jīng)可以獨(dú)立串聯(lián)生產(chǎn)線上。大大提高了食品生產(chǎn)

7、的自動(dòng)化程度。為使食品生產(chǎn)線可以連續(xù)穩(wěn)定、衛(wèi)生高效的工作，就需要均質(zhì)機(jī)與前后處理設(shè)備之間有很好的匹配，并能在動(dòng)態(tài)條件下遠(yuǎn)程自動(dòng)調(diào)整技術(shù)參數(shù)、自動(dòng)檢查各部門(mén)分運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、自動(dòng)判別故障，并且能在特殊情況下自動(dòng)停機(jī)。</p><p>　　由于特大型均質(zhì)機(jī)的能耗少則一、二百千瓦，多則四、五百千瓦，能源消耗矛盾十分突出，瞄準(zhǔn)世界先進(jìn)水平，研制高效節(jié)能型均質(zhì)機(jī)，盡量縮小與國(guó)外先進(jìn)水平的差距，對(duì)均質(zhì)機(jī)行業(yè)顯得尤為迫切和重要，這是

8、均質(zhì)機(jī)生產(chǎn)廠家需要化大力氣盡快攻克的一個(gè)重要課題。</p><p>　　生物工程、納米技術(shù)，將是本世紀(jì)有著長(zhǎng)足發(fā)展的新興產(chǎn)業(yè)。大腸桿菌、酶等細(xì)胞壁的粉碎，納米級(jí)微粒的粉碎，幾十兆帕壓力的均質(zhì)機(jī)顯然是無(wú)能為力的，這就需要我們研制100 Mpa~50 Mpa的超高壓力的均質(zhì)機(jī)。在國(guó)外，這種機(jī)器已經(jīng)提供生產(chǎn)服務(wù)多年，而在我國(guó)幾乎還是空白，這是我國(guó)均質(zhì)機(jī)發(fā)展的又一個(gè)方向。有以上概述可知設(shè)計(jì)高壓均質(zhì)機(jī)的必要性。</p

9、><p>　　1.2 均質(zhì)機(jī)的工作原理介紹</p><p>　　通過(guò)閱讀一些資料和對(duì)均質(zhì)機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程使我對(duì)均質(zhì)機(jī)的工作原理有了更深一層的認(rèn)識(shí)，下面對(duì)均質(zhì)機(jī)的工作原理進(jìn)行一下概括。</p><p>　　高壓均質(zhì)機(jī)又名高壓勻漿機(jī)、高壓勻化機(jī)、高壓乳化泵。它是一種用途廣泛的粉碎和乳化設(shè)備，屬包裝和食品機(jī)械范疇。高壓均質(zhì)機(jī)一般有一個(gè)或幾個(gè)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的柱塞。例如圖1為三柱塞往復(fù)

10、泵。常見(jiàn)的三柱塞往復(fù)泵的柱塞泵是由3個(gè)工作室、3個(gè)柱塞、3個(gè)單向的進(jìn)料閥和3個(gè)單向的出料閥等組成。3個(gè)工作室互不相連，但進(jìn)料管和排料管相通，在設(shè)計(jì)上曲軸使連桿相位差為120°，它們并聯(lián)在一起，使排出的流量基本平衡。</p><p>　　并且依靠柱塞運(yùn)動(dòng)配合各單向閥門(mén)把被處理的物料吸入泵腔內(nèi)進(jìn)行高壓壓縮。壓強(qiáng)一般要到300 kg/cm2，最高可以達(dá)到10000 kg/cm2，這些被壓縮的物料經(jīng)過(guò)一個(gè)或幾個(gè)

11、可調(diào)節(jié)的限制閥口。 以150 m/s甚至最高可達(dá)到950 m/s的線速度在閥口噴出。撞在一個(gè)特殊材料制成的圓環(huán)上。由此產(chǎn)生三種效應(yīng)：第一是空穴效應(yīng) 被柱塞壓縮著的高壓物料的內(nèi)部積累著很大的能量。在通過(guò)閥口狹縫時(shí)突然失壓．物料內(nèi)部的巨大能量被強(qiáng)烈地釋放出來(lái)， 引起它的氣穴爆炸。因此物料被強(qiáng)烈地粉碎緬化。例如爆炒米花基本上就是這個(gè)原理，高壓均質(zhì)機(jī)的空穴效應(yīng)比超聲波所產(chǎn)生的空穴效應(yīng)強(qiáng)烈得多。第二是碰撞效應(yīng)，通過(guò)高壓均質(zhì)機(jī)閥口狹縫的物料，有極高

12、的速度，一般可以達(dá)到150 m/s~200 m/s的線速度，最高達(dá)到950 m/s。這些高速噴射的物料被強(qiáng)烈地撞擊在一個(gè)堅(jiān)硬的圓環(huán)上， 物料因此而破碎。在一定條件下，高壓均質(zhì)機(jī)的碰撞效應(yīng)比普通球磨機(jī)更迅速有效。 第三是剪切效應(yīng)，如圖2所示被高壓均質(zhì)機(jī)處理的物料在通過(guò)泵腔內(nèi)的狹道和閥口的狹縫時(shí)都會(huì)產(chǎn)生剪切效應(yīng)，這種剪切作用猶如搖肉機(jī)的工作狀態(tài)、肉丁從搖肉機(jī)的孔板的小孔中壓出成了細(xì)顆粒的肉漿</p><p>　　根據(jù)

13、以上三種工作效應(yīng)，因此高壓均質(zhì)機(jī)有以下幾種優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　(1) 處理的產(chǎn)品粒度細(xì)而均勻，一般達(dá)到1μm～2μm以下。</p><p>　　(2) 被處理的產(chǎn)品穩(wěn)定性好，保存期長(zhǎng)。例如華東師大有一名教授為了解決蜂乳在保存一段時(shí)間就產(chǎn)生分層沉淀的問(wèn)題，他先用加入表面活性劑的方法，但直到蜂乳變味發(fā)苦仍不能解決問(wèn)題，用高壓均質(zhì)機(jī)，一次加工就解決了問(wèn)題。</p><

14、p>　　(3) 被處理的食物和藥物可以提高吸收量。食物的粒度越細(xì)，就越容易被人體吸收，當(dāng)它的顆粒度達(dá)到0.1μm時(shí)可以不通過(guò)腸胃直接注入靜脈為人體所吸收。</p><p>　　(4) 被處理的物料可以提高粘度和濃度。豆奶經(jīng)過(guò)處理后濃度提高，冰淇淋經(jīng)處理后體積擴(kuò)大，粘度增加，這樣不但可以節(jié)約用料，而且可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。</p><p>　　通過(guò)對(duì)高壓均質(zhì)機(jī)工作原理的了解從而逐步的對(duì)其結(jié)

15、構(gòu)進(jìn)行展開(kāi)的設(shè)計(jì)和計(jì)算。以下是設(shè)計(jì)的要求和設(shè)計(jì)步驟。</p><p>　　2. 均質(zhì)機(jī)設(shè)計(jì)的技術(shù)要求及其方案的確定</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的題目是小型高壓均質(zhì)機(jī)，其分為兩部分進(jìn)行設(shè)計(jì)即傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)和均質(zhì)部分，由兩個(gè)人分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，我設(shè)計(jì)的部分是均質(zhì)部分。其技術(shù)要求如下：</p><p>　　(1) 所設(shè)計(jì)的均質(zhì)機(jī)能夠完成對(duì)兩種流體物料的均質(zhì)與乳化</p&

16、gt;<p>　　(2) 額定壓力為一級(jí)60Mpa、二級(jí)20Mpa</p><p>　　(3) 尺寸規(guī)格為1446mm×1220mm×1435mm</p><p>　　(4) 額定流量為2000L/h</p><p>　　開(kāi)題報(bào)告中闡述了我對(duì)高壓均質(zhì)機(jī)的初步方案的設(shè)想，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)初步方案進(jìn)行了確定和充實(shí)。</p>

17、<p>　　我設(shè)計(jì)的均質(zhì)部分結(jié)構(gòu)細(xì)說(shuō)由泵體、泵閥、壓力表、一級(jí)均質(zhì)閥組件、二級(jí)均質(zhì)閥組件、泄壓裝置以及一些管路零件如圖3所示。</p><p>　　柱塞安裝在泵體中間偏下處，也就是在吸入泵閥閥芯和排出泵閥閥芯中間，位置關(guān)系如圖4所示。當(dāng)柱塞向外運(yùn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生真空從而物料通過(guò)大氣壓力進(jìn)入泵體內(nèi)，當(dāng)柱塞向內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)物料進(jìn)行壓縮產(chǎn)生很大的壓力，從而通過(guò)排出泵閥進(jìn)入均質(zhì)部分，均質(zhì)部分設(shè)計(jì)在泵體的右側(cè)，以方便多數(shù)

18、的人右手操作。物料進(jìn)入一級(jí)均質(zhì)閥處，由于一級(jí)均質(zhì)閥的閥桿與閥座之間的間隙非常小，從而使排出單向閥處的物料產(chǎn)生很高的壓力，高壓物料由于通過(guò)一級(jí)均質(zhì)閥進(jìn)行均質(zhì)，會(huì)產(chǎn)生很大的摩擦力和熱量，所以一級(jí)均</p><p>　　圖4 柱塞與泵體的位置關(guān)系</p><p>　　1.泵體 2.柱塞</p><p>　　質(zhì)閥的材料要硬，而且還要有耐磨性，綜合考慮這些問(wèn)題我選擇了硬質(zhì)合

19、金材料。在一級(jí)均質(zhì)閥右端有個(gè)壓力調(diào)節(jié)裝置，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)扳手來(lái)調(diào)節(jié)均質(zhì)閥桿與閥座之間的間隙，從而調(diào)節(jié)均質(zhì)時(shí)的壓力，均質(zhì)時(shí)的壓力越高均質(zhì)效果相對(duì)來(lái)說(shuō)越好，但最高只能達(dá)到額定的均質(zhì)壓力，壓力過(guò)高時(shí)會(huì)對(duì)均質(zhì)部件造成損壞。為了防止壓力過(guò)高在泵體端蓋上安裝了一個(gè)耐震壓力表，能夠顯示一級(jí)均質(zhì)時(shí)的壓力，均質(zhì)機(jī)設(shè)計(jì)的技術(shù)要求中的一級(jí)均質(zhì)壓力為60MPa，所以選擇的壓力表的測(cè)量范圍為0 MPa ~ 60 MPa。一級(jí)均質(zhì)閥前后有很大的壓力差大約為40MPa,從

20、而產(chǎn)生剪切、撞擊、空穴效應(yīng)，從而充分的對(duì)物料進(jìn)行均質(zhì)。均質(zhì)后的液體，通過(guò)一級(jí)均質(zhì)閥下閥體上的一個(gè)直徑為16mm的斜孔，進(jìn)入二級(jí)均質(zhì)閥處。由于第一級(jí)均質(zhì)閥的壓力很高，以破碎脂肪球?yàn)橹鳎坏诙?jí)均質(zhì)閥的壓力較低，只要作用是使已破碎的脂肪球迅速分散到脫脂乳中，避免細(xì)小的脂肪球重新聚合。所以二級(jí)均質(zhì)閥的閥芯結(jié)構(gòu)與一級(jí)均質(zhì)閥的閥芯結(jié)構(gòu)不同，并且二級(jí)均質(zhì)閥的過(guò)流通徑比一級(jí)的大，由于這兩級(jí)都是通過(guò)調(diào)節(jié)閥芯與閥座的相對(duì)位置來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)壓的，所以二級(jí)均質(zhì)閥的壓

21、力調(diào)節(jié)裝置與一級(jí)均質(zhì)閥的壓力調(diào)節(jié)裝置一樣。當(dāng)機(jī)器停止工作</p><p>　　以上是我對(duì)均質(zhì)部分結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)思想的介紹，接下來(lái)對(duì)各部分進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)。</p><p>　　3. 主要的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與尺寸計(jì)算</p><p>　　3.1 均質(zhì)機(jī)的功率和電動(dòng)機(jī)的選擇</p><p>　　3.1.1 均質(zhì)機(jī)的有效功率</p>&l

22、t;p>　　在單位時(shí)間內(nèi)，均質(zhì)機(jī)排除的液體由均質(zhì)機(jī)所獲得的能量成為均質(zhì)機(jī)的有效功率，也就是均質(zhì)機(jī)對(duì)排除的液體所做的有效功。均質(zhì)機(jī)的有效功率可以根據(jù)全壓力和實(shí)際流量進(jìn)行計(jì)算。由于高壓均質(zhì)機(jī)的全壓力和均質(zhì)壓力（即排除壓力）基本接近，所以，一般均依照均質(zhì)壓力和實(shí)際流量按下式計(jì)算：</p><p>　　式中 ——均質(zhì)機(jī)的有效功率，kW；</p><p>　　——均質(zhì)機(jī)的均質(zhì)壓力，Pa；&l

23、t;/p><p>　　——均質(zhì)機(jī)的實(shí)流量，m3/s。</p><p>　　將 =60103 Pa、=2000 L/h 帶入上式中得</p><p><b>　　=33.33 kW</b></p><p>　　3.1.2 均質(zhì)機(jī)的輸入功率</p><p>　　均質(zhì)機(jī)的輸入功率也就是均質(zhì)機(jī)(高壓泵）的軸功

24、率是原動(dòng)機(jī)（如電動(dòng)機(jī)）傳給均質(zhì)機(jī)輸入軸上的功率。當(dāng)均質(zhì)機(jī)與原動(dòng)機(jī)直接連接時(shí)，均質(zhì)機(jī)輸入功率就等于原動(dòng)機(jī)的輸出功率。由于存在機(jī)械摩擦等損失，均質(zhì)機(jī)的輸入功率大于有效功率。輸入功率可按下式計(jì)算：</p><p>　　式中 ——均質(zhì)機(jī)的輸入功率，kW；</p><p>　　——均質(zhì)機(jī)的有效功率，kW；</p><p><b>　　——均質(zhì)機(jī)的效率；<

25、/b></p><p>　　均質(zhì)機(jī)的效率的計(jì)算方法很難確定，只能用試驗(yàn)方法確定。在進(jìn)行均質(zhì)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，通常要根據(jù)均質(zhì)機(jī)的結(jié)構(gòu)型式和參數(shù)以及加工質(zhì)量等預(yù)先選取，一般=0.80~0.90。流量較大，壓力較低，制造質(zhì)量高，介質(zhì)含氣量較少時(shí)，可選較大值。反之則選較小值。根據(jù)此次課題的要求選=0.85</p><p>　　計(jì)算的==39.18kW</p><p>　　3.

26、1.3 電動(dòng)機(jī)功率及電動(dòng)機(jī)的選擇</p><p>　　上面所述均質(zhì)機(jī)的效率只包括均質(zhì)機(jī)輸入軸后面機(jī)構(gòu)的機(jī)械損失，并不包括電動(dòng)機(jī)至輸入軸之間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械損失，所以，電動(dòng)機(jī)的功率應(yīng)按下式進(jìn)行計(jì)算</p><p><b>　　=</b></p><p>　　式中 ——電動(dòng)機(jī)功率，kW；</p><p>　　——均質(zhì)機(jī)的有效

27、功率，kW；</p><p><b>　　——均質(zhì)機(jī)的效率；</b></p><p>　　——均質(zhì)機(jī)輸入軸前傳動(dòng)裝置效率。</p><p>　　的取值可根據(jù)電動(dòng)機(jī)至均質(zhì)機(jī)輸入軸采用的傳動(dòng)裝置而定。直聯(lián)時(shí)，=1；采用三角帶傳動(dòng)時(shí)，=0.90~0.96；齒輪傳動(dòng)（閉式)時(shí)，=0.95~0.99；蝸輪傳動(dòng)時(shí)（閉式），=0.70~0.94。</p

28、><p>　　式中又稱為均質(zhì)的整機(jī)效率。對(duì)均質(zhì)機(jī)整機(jī)效率要求見(jiàn)表1。</p><p>　　表1 均質(zhì)機(jī)整機(jī)效率</p><p><b>　　計(jì)算</b></p><p>　　查表機(jī)械傳動(dòng)和摩擦的效率概略值，確定各部分效率為：</p><p>　　聯(lián)軸器效率=0.99，滾動(dòng)軸承傳動(dòng)效率（一對(duì)）=0.9

29、9，三角帶傳動(dòng)效率=0.96，閉式齒輪傳動(dòng)效率=0.97</p><p><b>　　=2=0.90</b></p><p><b>　　則： </b></p><p>　　==43.53 kW</p><p>　　考慮到均質(zhì)機(jī)的流量是脈動(dòng)的，載荷也是脈動(dòng)的，其瞬時(shí)功率和平均功率差別較大，而且不同類

30、型的均質(zhì)機(jī)，差別程度也不同，特別是單柱塞均質(zhì)機(jī)，差別最大。此外，在柱塞密封處的機(jī)械摩擦損失等也很難精確確定，為使均質(zhì)機(jī)在世紀(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)中不致超載，在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)有一定的裕量，這一裕量稱為儲(chǔ)備系數(shù),則實(shí)際選擇的電動(dòng)機(jī)功率為：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　式中： ——實(shí)際選擇的電動(dòng)機(jī)功率，kW；</p><p>

31、<b>　　——儲(chǔ)備系數(shù)；</b></p><p>　　——電動(dòng)機(jī)（計(jì)算）功率，kW。</p><p>　　儲(chǔ)備系數(shù)可按表2選取。</p><p>　　表2 電動(dòng)機(jī)功率儲(chǔ)備系數(shù)</p><p>　　由于=43.53kW，故選取=1.10</p><p>　　則 =1.10×43.53

32、=47.88 kW</p><p>　　因?yàn)檩d荷平穩(wěn)，電動(dòng)機(jī)額定功率略大于即可。查手冊(cè)選用型號(hào)為Y280S-8的Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)（見(jiàn)圖3）。參數(shù)見(jiàn)表3。</p><p><b>　　表3 電動(dòng)機(jī)參數(shù)</b></p><p>　　圖5 三相異步電動(dòng)機(jī)Y280S-8</p><p>　　3.2 泵體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和尺寸計(jì)

33、算</p><p>　　3.2.1 泵體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求</p><p>　　泵體又稱為液缸體，是泵主要承受液體壓力并直接與輸送介質(zhì)接觸的部件。泵體的形狀比較復(fù)雜，壁厚不均勻，內(nèi)部有十字形、T形交孔，應(yīng)力集中大，而且要承受內(nèi)壓交變載荷，所以泵體的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)合理性對(duì)其壽命有很大的影響。特別是在輸送高溫，高壓及強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)時(shí)更是如此。</p><p>　　總的來(lái)說(shuō)，泵體在

34、結(jié)構(gòu)上應(yīng)力求形狀簡(jiǎn)單，壁厚均勻，內(nèi)部流道要短而直，盡量避免拐彎和斷面的急劇變化，此外還必須有足夠的機(jī)械強(qiáng)度、耐腐蝕性和良好的機(jī)械加工工藝性。</p><p>　　3.2.2 泵體型式的選擇</p><p>　　泵體的型式與泵的液力端的結(jié)構(gòu)有關(guān)。液力端按照其吸入閥和排出閥的布置型式和液流通道特性，可分為直通式、直角式和階梯式等不同型式，相應(yīng)的泵體也就有直通式、直角式和階梯式等幾種型式，如圖5

35、所示。</p><p>　　如上圖6所示，直通式液力端的每個(gè)缸體的吸入、排出閥中心軸線均為同一軸線；直角式液力端的吸入、排出閥軸線互相垂直；階梯式液力端的吸入、排出閥軸線互相平行但不是同一軸線。</p><p>　　直通式的過(guò)流性能好，余隙容積較小，結(jié)構(gòu)緊湊，尺寸小，但通常吸入閥拆裝不便。直通式又可分為四通體和三通體兩種。四通體的柱塞可以從泵體前蓋處裝拆，比較方便，但內(nèi)部為十字交孔，兩垂直

36、孔相交處應(yīng)力集中大，可能導(dǎo)致泵體疲勞開(kāi)裂；三通體內(nèi)為T(mén)字形交孔，應(yīng)力集中情況有改善，且柱塞可不必深入到吸、排閥之間，泵體高度尺寸和余隙容積能夠得以減小，但柱塞不能從泵體前端拆裝、更換，檢修不太方便，如上面圖4所示。 </p><p>　　直角式液力端的吸、排閥可以分別裝拆和更換，使用維修方便，閥的

37、余隙容積小，結(jié)構(gòu)緊湊。柱塞可以從吸入閥處裝拆。但由于吸入閥呈水平布置，因此對(duì)閥板的導(dǎo)向要求較高，否則會(huì)引起閥的關(guān)閉不良。</p><p>　　階梯式液力端吸、排閥可單獨(dú)裝拆和更換，因此常用于須經(jīng)常更換泵閥的場(chǎng)合。由于余隙容積較大，當(dāng)排出壓力較高或輸送含氣量較高的介質(zhì)時(shí)，泵的容積效率較低。</p><p>　　通過(guò)綜合考慮我選擇了直通式的泵體結(jié)構(gòu)，由于其過(guò)流性能好，余隙容積較小，結(jié)構(gòu)緊湊，尺

38、寸小，但拆裝不方便。為了解決拆裝不方便的問(wèn)題，我在箱體底部開(kāi)了三個(gè)直徑為42mm的孔，以便能夠通過(guò)這幾個(gè)孔解決吸入閥的拆裝不方便的問(wèn)題，如圖7所示。</p><p>　　3.2.3 泵體的壁厚的確定</p><p>　　泵體可視為是一種特殊的高壓容器，因?yàn)樾螤顝?fù)雜以及應(yīng)力集中等的影響，難以使用一般的分析方法計(jì)算出危險(xiǎn)點(diǎn)和最大應(yīng)力，所以很難進(jìn)行精確的強(qiáng)度計(jì)算。實(shí)用上，對(duì)一般泵體壁厚確定和強(qiáng)度

39、校核都把它們近似地當(dāng)成薄壁或厚壁圓筒來(lái)計(jì)算。</p><p>　　假定泵體為一外圓半徑為、內(nèi)圓半徑為的等厚圓筒，且/1.5時(shí)，則可由薄壁圓筒公式確定壁厚：</p><p>　　式中 ——壁厚，cm；</p><p>　　——焊接系數(shù)，無(wú)焊接時(shí)；</p><p>　　——缸內(nèi)最大的工作壓力，Mpa；</p><p>　

40、　——泵體內(nèi)徑，cm；</p><p>　　——考慮鑄造偏心及腐蝕所留余量，一般取cm；</p><p>　　——許用應(yīng)力，Mpa；</p><p>　　鋼制泵體許用應(yīng)力若按抗拉強(qiáng)度取，安全系數(shù)應(yīng)大于4；按屈服強(qiáng)度取，安全系數(shù)為2~3。</p><p>　　根據(jù)要求取內(nèi)壁直徑為=74 mm，根據(jù)單向閥的整體尺寸取得；由于泵體沒(méi)有焊接的部分則取

41、=1；由于泵體內(nèi)工作時(shí)的最大壓力為60MPa，則取P=60MPa；由于考慮鑄造偏心及腐蝕所留余量，取=0.4 cm；根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查到所選鑄鋼的許用應(yīng)力為=140 MPa；</p><p>　　根據(jù)以上已知條件可算出：</p><p>　　=59.5mm圓整后取=60mm；</p><p>　　3.2.4 泵體的壁厚的校核</p><p>

42、　　當(dāng)泵體的結(jié)構(gòu)尺寸已經(jīng)確定，則按照薄壁圓筒（/1.5）的校核公式對(duì)泵體的壁厚進(jìn)行校核： </p><p>　　式中： ——壁厚，cm；</p><p>　　——焊接系數(shù)，無(wú)焊接時(shí)；</p><p>　　——缸內(nèi)最大的工作壓力，Mpa；</p><p>　　——泵體內(nèi)徑，cm；</p><p>　　——考慮鑄造偏心及

43、腐蝕所留余量，一般取cm；</p><p>　　——許用應(yīng)力，Mpa；</p><p>　　各參數(shù)在計(jì)算泵體壁厚時(shí)已經(jīng)確定并且其中=140MPa,則代入到公式里面得：</p><p>　　=69.643MPa</p><p>　　所以泵體壁厚=60mm能夠保證泵體的強(qiáng)度要求。</p><p>　　最后確定泵體的各尺寸，

44、其結(jié)構(gòu)圖如圖8所示：</p><p>　　3.2.5 泵體的水壓試驗(yàn)</p><p>　　泵體的水壓試驗(yàn)，一般要根據(jù)泵的實(shí)際使用條件，泵體破壞后產(chǎn)生的危害大小及泵體所選用的材料、制造工藝和檢驗(yàn)方法等綜合確定。</p><p>　　對(duì)于中、低壓泵（＜10MPa）,運(yùn)轉(zhuǎn)中無(wú)明顯超載并主要依靠水壓試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)缺陷的.通常按工作壓力的1.5倍作為水壓試驗(yàn)的規(guī)定壓力。</p

45、><p>　　對(duì)于高壓泵（10MPa32MPa），一般取工作壓力的1.3倍作為水壓試驗(yàn)壓力。</p><p>　　工作壓力大于32MPa的高壓泵，則主要依靠無(wú)損探傷來(lái)尋找缺陷，不能單純以水壓試驗(yàn)來(lái)探傷，可避免水壓試驗(yàn)時(shí)未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，而內(nèi)部缺陷卻逐漸擴(kuò)展，形成隱患。</p><p>　　由于我設(shè)計(jì)的高壓均質(zhì)機(jī)工作時(shí)泵體內(nèi)的最大壓力達(dá)到了60MPa，所以主要依靠無(wú)損探傷來(lái)尋找

46、缺陷。</p><p>　　3.2.6 泵體上端蓋螺栓的校核</p><p>　　由于泵體上端蓋受到的壓力為60MPa的壓力，并且端蓋的受載面為一個(gè)直徑為74mm的圓形，所以根據(jù)公式可求出工作時(shí)螺栓受到的工作拉力F：</p><p>　　式中 P——泵體上端蓋受到的壓力，MPa；</p><p><b>　　A——受力面積，；&l

47、t;/b></p><p>　　將已知條件代入公式中求得：</p><p>　　F=158294.4N</p><p>　　為了保證聯(lián)接的緊密性，以防止聯(lián)接受載后接合面間產(chǎn)生縫隙，應(yīng)使殘余預(yù)緊力，推薦采用的殘余預(yù)緊力為：對(duì)于有密封要求的聯(lián)接，；對(duì)于一般聯(lián)接，工作載荷穩(wěn)定時(shí)，；工作載荷不穩(wěn)定時(shí)，；對(duì)于地腳螺栓聯(lián)接，。</p><p>　　

48、由于泵體屬于高壓容器所以有密封要求,則代入數(shù)據(jù)可求出：</p><p>　　237441.6 N</p><p>　　則： 395735.997 N</p><p>　　因?yàn)樯隙松w與泵體聯(lián)接的螺栓有六個(gè)所以一個(gè)螺栓所受的總拉力為：</p><p>　　120362.48 N</p>&l

49、t;p>　　表4 螺栓的、螺釘和螺柱的性能等級(jí)</p><p>　　選擇的螺栓的標(biāo)準(zhǔn)為GB/T5782-2000，其材料為中碳鋼、性能等級(jí)為8.8，由表4查得材料的屈服極限 640MPa，由表5查得安全系數(shù)S=3，故螺栓的材料的許用應(yīng)力：　　　　　　　　　　　　。</p><p>　　根據(jù)螺栓的校核公式對(duì)螺栓進(jìn)行校核：</p><p>　　將求得的參數(shù)代入到

50、公式求得： mm</p><p>　　因?yàn)樗x的螺栓為M16的螺栓其小徑大于13.216 mm所以所選的螺栓的強(qiáng)度足夠。</p><p>　　3.3 柱塞泵結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1 柱塞泵的選取</p><p>　　通常用泵在一轉(zhuǎn)中的流量和平均流量之比表示流量的不均勻程度，稱為不均勻度，以m表示。</p>

51、<p><b>　　=</b></p><p>　　式中： === 3/s</p><p>　　對(duì)單作用泵： == 3 /s</p><p>　　所以： ==</p><p>　　對(duì)于雙柱塞泵，柱塞的相位差為時(shí)，它的不均勻度為</p>&l

52、t;p><b>　　==</b></p><p>　　對(duì)于三柱塞泵，柱塞相位差互成時(shí)</p><p><b>　　===</b></p><p>　　流量的不均勻度越大，其最大流量與平均流量的差越大，流量就越不均勻，泵的操作也就越不穩(wěn)定。由以上不均勻度的計(jì)算表明，三柱塞泵流量最穩(wěn)定，得到廣泛應(yīng)用。故選用三柱塞往復(fù)泵。

53、</p><p>　　常見(jiàn)的三柱塞往復(fù)泵的柱塞泵是由3個(gè)工作室、3個(gè)柱塞、3個(gè)單向的進(jìn)料閥和3個(gè)單向的出料閥等組成。3個(gè)工作室互不相連，但進(jìn)料管和排料管相通。在設(shè)計(jì)上曲軸使連桿相位差為120°，它們并聯(lián)在一起，使排出的流量基本平衡。</p><p>　　3.3.2 柱塞的設(shè)計(jì)</p><p>　　柱塞的作用是使吸入過(guò)程中缸體內(nèi)形成低壓，而在排出過(guò)程中形成壓

54、力，將液體壓出。柱塞在工作中不斷地做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，而且要傳遞產(chǎn)生壓力的力，所以柱塞必須具有足夠的剛度、強(qiáng)度，表面必須光潔、硬度高，以保證良好的耐磨性。當(dāng)輸送有腐蝕性的介質(zhì)時(shí)，還必須有良好的耐蝕性。</p><p>　　柱塞有實(shí)心和空心兩種。直徑在125mm以下時(shí)采用實(shí)心，直徑在大于125mm時(shí)，為減輕重量，采用空心。</p><p>　?。?） 柱塞與十字頭的連接</p><

55、;p>　　柱塞與十字頭連接一般有平面、球面和螺紋等三種連接形式。</p><p>　　一般平面連接是指柱塞一端面與十字頭斷面平面接觸，借助柱塞頸部處的兩個(gè)半圓環(huán)用螺母壓緊。這種連接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，多用于小型柱塞泵，但不能自動(dòng)對(duì)中，若量連接斷面任何一個(gè)與中心線垂直度不能保證，柱塞安裝后就產(chǎn)生偏斜，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)密封產(chǎn)生偏磨，影響密封件壽命。</p><p>　　球面連接是在柱塞和十字頭之間裝有墊

56、塊和球面墊。球面連接可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)中，有利于改善密封性能，延長(zhǎng)密封性能，延長(zhǎng)密封使用壽命，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件數(shù)量多，球面加工也困難。</p><p>　　螺紋連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易，裝拆方便。一般不能由螺紋辦證對(duì)中性，需要另外的配合圓柱面來(lái)保證對(duì)中，加工時(shí)要保證螺紋和圓柱面的同軸度，且圓柱與十字頭接觸的端面應(yīng)與中心線垂直。</p><p>　　綜上所述，選用螺紋連接。</p>&

57、lt;p>　?。?）柱塞直徑行程的初定</p><p>　　按照?qǐng)D9的運(yùn)動(dòng)原理，初定柱塞直徑為40mm,曲柄半徑為50mm,故柱塞行程初定為100mm。所以在設(shè)計(jì)柱塞的長(zhǎng)度時(shí)應(yīng)大于100mm。</p><p>　?。?） 柱塞穩(wěn)定性校核</p><p>　　校核柱塞穩(wěn)定性時(shí)，計(jì)算長(zhǎng)度取自與十字頭連接的端面至柱塞導(dǎo)向套中點(diǎn)。把柱塞近似看做為等截面細(xì)長(zhǎng)壓桿，根據(jù)材

58、料力學(xué)，壓桿柔度為：</p><p><b>　　=</b></p><p>　　式中： —— 壓桿長(zhǎng)度系數(shù)，柱塞可取= ；</p><p>　　—— 柱塞計(jì)算長(zhǎng)度，cm； </p><p>　　—— 截面最小慣性半徑，cm，=；</p><p>　　J —— 截面慣性矩，4，對(duì)圓截面：J=<

59、;/p><p>　　對(duì)圓形截面的柱塞來(lái)說(shuō)：</p><p><b>　　= </b></p><p>　　即 = mm = 1 cm；</p><p><b>　　=</b></p><p>　　即 = =12.33 </p><p>　　壓

60、桿柔度不同時(shí)，壓桿穩(wěn)定性校核公式見(jiàn)表6</p><p>　　表6 壓桿穩(wěn)定性校核公式</p><p><b>　　表中符號(hào)意義：</b></p><p><b>　　—— 安全系數(shù)；</b></p><p>　　—— 最大柱塞力，N；</p><p>　　—— 柱塞截面積，

61、cm2 ；</p><p>　　—— 柱塞計(jì)算長(zhǎng)度，cm；</p><p>　　——柱塞材料彈性模量，MPa；</p><p>　　—— 材料允許抗拉應(yīng)力，MPa；</p><p><b>　　—— 壓桿柔度；</b></p><p>　　—— 截面慣性矩，cm4；</p><

62、p>　　—— 長(zhǎng)度系數(shù)，這里 =；</p><p>　　—— 與材料性能有關(guān)的系數(shù)，不同強(qiáng)度的鋼材 值見(jiàn)表7；</p><p>　　—— 許用安全系數(shù)，柱塞可取=5~8 。</p><p>　　表7 柔度計(jì)算用系數(shù) </p><p>　　由于 =12.33 < 40 ，所以該柱塞桿為小柔度壓桿，應(yīng)

63、按照公式= 進(jìn)行穩(wěn)定性校核。</p><p>　　選用材料為 45 鋼，所以通過(guò)查閱手冊(cè)得出 的范圍為：216~238 MPa。</p><p>　　計(jì)算 ： = = cm2 = 12.56 cm2</p><p>　　計(jì)算 ： = = 60 ×N = 75360 N</p><p>　　所以將以上數(shù)據(jù)帶入校核公式

64、得：</p><p><b>　　= ~< =~</b></p><p><b>　　故該柱塞穩(wěn)定。</b></p><p>　?。?） 柱塞最小截面積壓應(yīng)力校核</p><p>　　由于連接的需要，柱塞的界面可能會(huì)不等，柱塞的壓應(yīng)力按最小截面進(jìn)行校核：</p><p>

65、;<b>　　=</b></p><p>　　式中： —— 最小截面壓應(yīng)力，MPa；</p><p>　　—— 最大柱塞力，N；</p><p>　　—— 最小截面積，cm2；</p><p>　　—— 許用應(yīng)力，=；</p><p>　　—— 安全系數(shù)，一般取 =~；</p>&

66、lt;p>　　計(jì)算： = 75360 N</p><p>　　在圖8中得柱塞的最小截面的直徑=35 mm，</p><p>　　所以： = = cm2= 9.6 cm2</p><p>　　查閱手冊(cè)得 = ~MPa，取=， </p><p>　　所以： ==MPa = MPa </p>&

67、lt;p>　　故： === MPa < </p><p>　　所以柱塞的最小截面滿足要求。</p><p><b>　　（5）柱塞密封</b></p><p>　　柱塞密封式往復(fù)式柱塞泵中重要的易損見(jiàn)之一。柱塞密封的型式有接觸型密封和間隙密封兩種，接觸型密封又可分為壓緊式填料密封和自緊式密封兩類。壓緊式填料密封使用的填料

68、通常是用玻璃纖維、石棉纖維、植物纖維或碳素纖維等編制而成，再填充或浸漬不同性質(zhì)的潤(rùn)滑劑后壓制成方形或矩形斷面的帶狀品。由于依靠壓緊力來(lái)防止泄漏，壓緊式填料密封有著較大的磨損和機(jī)械損失，安裝和維護(hù)也很麻煩，目前使用范圍已日趨縮小。自緊式密封有著良好的密封性能，依靠液體的壓力使密封圈唇部張開(kāi)與柱塞表面和泵缸內(nèi)壁緊密交界處面密封，當(dāng)液體壓力升高時(shí)，密封性能自動(dòng)加強(qiáng)，壓力降低時(shí)，密封性能也隨著下降。這種自動(dòng)調(diào)節(jié)密封性能的特點(diǎn)可以減少摩擦和功率損

69、失，所以在高壓泵的均質(zhì)機(jī)上得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　自緊式密封又可分為V型、U型和Y型等不同型式。</p><p>　　① V型密封的結(jié)構(gòu)形式</p><p>　　V型密封由V型密封圈、頂圈和底圈所組成，在頂圈前有柱塞導(dǎo)向套，在底圈后有壓蓋及其壓緊螺母，V形圈的開(kāi)口向著液壓方向安裝。當(dāng)密封圈較多時(shí)，可在密封圈中加設(shè)液封環(huán)，液封環(huán)可儲(chǔ)存液體，起潤(rùn)滑密封或

70、冷卻作用，又有助于V形圈均勻壓緊。有時(shí)為了防止空氣吸入液缸，也可以布置少量V形圈開(kāi)口背向液壓方向，以起到米鞥空氣的作用。</p><p>　　V形密封的頂圈和頂圈不一定是單獨(dú)的，有時(shí)可把頂圈和導(dǎo)向套制成一體，把底圈和壓蓋也制成一體，這樣可以減少密封填料箱軸向尺寸。液封環(huán)有時(shí)也可以兼起頂、底圈的作用。由于設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)的不同，有時(shí)對(duì)密封圈補(bǔ)償壓緊力有困難，可以采用彈簧力自動(dòng)補(bǔ)償，彈簧力的大小則應(yīng)依據(jù)V形圈直徑大小而不同

71、。</p><p>　　V形密封圈大多用合成橡膠或多層涂膠織物（夾布橡膠制V形圈）壓制而成。夾布及橡膠應(yīng)根據(jù)輸送介質(zhì)和使用條件選擇合適的材料。</p><p>　　V形密封圈常把若干個(gè)重疊起來(lái)使用。壓力越高，格式戶越多，但摩擦力也于是大。當(dāng)個(gè)數(shù)多于4時(shí)，摩擦力增加明顯，一般應(yīng)依照壓力選擇密封圈的個(gè)數(shù)。當(dāng)工作壓力不超過(guò)32MPa時(shí)，一般使用A型V形圈（D<50mm時(shí)）3個(gè)即可。<

72、/p><p>　　② U型和Y型密封的結(jié)構(gòu)形式</p><p>　　U型和Y型密封在本質(zhì)上沒(méi)有多少區(qū)別。在形狀和性能上也很接近，因此通?？蓺w并成一類，統(tǒng)稱U型密封。</p><p>　　U型密封圈的唇部?jī)?nèi)徑比柱塞略小，而外徑比填料箱內(nèi)徑略大，組裝后考唇部接觸形成密封。使用于高、中、低壓條件下的U形密封圈的背部厚度是不同的。在壓力低于30MPa時(shí)，一般只要用一個(gè)U形或Y形

73、密封圈即可，與V形密封相比，U形密封的摩擦力小，密封性能好，裝拆也方便。</p><p>　　用于往復(fù)式柱塞的U形密封。由于壓力脈動(dòng)和柱塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，一般需加頂圈（支承環(huán)）來(lái)固定U形圈并使唇部張開(kāi)與柱塞和箱體內(nèi)壁接觸。頂圈壓入唇部的部分沿圓周開(kāi)有若干個(gè)小孔，可使唇部在液壓作用下張開(kāi)均勻。</p><p><b>　?、?間隙密封</b></p><

74、p>　　當(dāng)泵的排出壓力很高，填料或密封圈由于強(qiáng)度和剛度所限制，常采用金屬間隙密封。最簡(jiǎn)單的間隙密封是用柱塞和液缸體經(jīng)精密配合，使間隙在0.003~0.006mm，表面十分光潔，可密封壓力達(dá)100MPa以上。</p><p>　　綜上所述，結(jié)合各種密封型式的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、性能特點(diǎn)及裝配特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)采用U型密封。</p><p><b>　?。?）柱塞導(dǎo)向套</b>&

75、lt;/p><p>　　柱塞導(dǎo)向套常常安裝在密封圈頂圈前面或和頂圈制成一體。導(dǎo)向套除了導(dǎo)向外，還可以支撐柱塞重量，減小對(duì)填料、密封圈的側(cè)壓力，以提高密封效果。柱塞和導(dǎo)向套是一對(duì)重要的摩擦副，其配合應(yīng)依材料和輸送介質(zhì)的溫度來(lái)選擇，對(duì)于金屬—金屬來(lái)說(shuō)，一般可選擇或。導(dǎo)向套的長(zhǎng)度一般可取柱塞直徑的0.5~2倍，壓力較高，直徑較大者可取大值，反之取小值。</p><p><b>　　3.4

76、泵閥的選擇</b></p><p>　　3.4.1 泵閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求</p><p>　　泵閥是指柱塞泵液力端上的吸入單向閥和排出單向閥，泵閥的作用是隨著柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)而周期的開(kāi)啟和關(guān)閉，完成吸入和排出過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的輸送。泵閥的工作性能，如泵閥對(duì)流體的阻力及泵閥的使用壽命等直接影響均質(zhì)機(jī)的整體性能。</p><p>　　泵閥應(yīng)具備以下一些基本要求：&

77、lt;/p><p>　　(1) 工作干穩(wěn)，開(kāi)啟及時(shí)，關(guān)閉速度和關(guān)閥滯后角均不應(yīng)大于允許值以減小關(guān)閉沖擊和回流損失。</p><p>　　(2) 密封可靠，以避免或盡可能減少泄露損失。</p><p>　　(3) 水力損失小，否則會(huì)影響泵的效率和其他水力特性。</p><p>　　(4) 具有足夠的強(qiáng)度、剛度，以確保在一定得工作壓力下可靠的工作，并

78、具有較長(zhǎng)的使用壽命。</p><p>　　(5) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆、維修方便，互換性好。</p><p>　　3.4.2 泵閥種類的選擇</p><p>　　泵閥通常是由閥座、閥芯、上閥體、彈簧和升程限制塊等組成。</p><p>　　根據(jù)泵閥的開(kāi)閉方式，泵閥可以分為自動(dòng)閥和強(qiáng)制閥兩類。柱塞泵上的泵閥大多為自動(dòng)開(kāi)啟和自動(dòng)關(guān)閉，同時(shí)利用重力或彈簧

79、力來(lái)加速關(guān)閉動(dòng)作的完成，以確保泵閥的及時(shí)關(guān)閉。利用重力的自動(dòng)閥又稱為重量閥，利用彈簧力的自動(dòng)閥又稱為彈簧閥，但是重力閥現(xiàn)在一般僅用于球閥，而彈簧閥由于利用彈簧力來(lái)代替重力，閥板的質(zhì)量就可以減小，就能減少閥板運(yùn)動(dòng)時(shí)慣性力的影響。從而動(dòng)作靈敏。即使在高速下工作也能保證及時(shí)的開(kāi)啟和關(guān)閉，而不致于引起大的沖擊，所以彈簧閥現(xiàn)已得到廣泛的應(yīng)用。強(qiáng)制閥是采用機(jī)械控制啟閉的泵閥，吸入、排出閥的啟閉依靠機(jī)械控制并與柱塞的前后死點(diǎn)位置相協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。

80、只有當(dāng)輸送的介質(zhì)粘度甚高時(shí)，這時(shí)自動(dòng)閥已不適用，才采用強(qiáng)制閥。 </p><p>　　因?yàn)槲以O(shè)計(jì)的均質(zhì)機(jī)輸送的主要是牛奶、果汁等低粘度介質(zhì)，并要求泵閥的動(dòng)作靈敏，開(kāi)啟和關(guān)閉及時(shí)，而不致于引起大的沖擊從而選擇彈簧泵閥。</p><p>　　彈簧泵閥按結(jié)構(gòu)又可分成平板泵閥和錐形泵閥。</p><p><b>　　(1)平板泵閥</b></p&

81、gt;<p>　　平板泵閥密封接觸面為平面，廣泛用于清水、低粘度油及類似介質(zhì)的輸送。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，但密封性能不如錐形泵閥，多用于排壓較低的泵。這種閥的閥板運(yùn)動(dòng)較平穩(wěn)，落座時(shí)偏斜較小，若無(wú)導(dǎo)向，閥板落座時(shí)就易產(chǎn)生偏斜或密封力不均勻而影響密封效果。</p><p><b>　　(2)錐形泵閥</b></p><p>　　錐形泵閥密封擋觸面為錐面，流道

82、比平板閥平滑，水力阻力較小，流量系數(shù)大，過(guò)流能力強(qiáng)，密封性能好，適用于粘度較高的液體介質(zhì)的輸送。由于閥板剛度較大，常為高壓泵和超高壓泵所采用。其中一種錐形泵閥是下部有翼形導(dǎo)向的閥，導(dǎo)翼斷面的半月形凹槽為液流通道，這種閥板的剛度好，但質(zhì)量較大，多用于往復(fù)次數(shù)不高的高壓均質(zhì)機(jī)上。</p><p>　　由于我設(shè)計(jì)的均質(zhì)機(jī)是高壓均質(zhì)機(jī)，最高工作壓力達(dá)到60MPa，而且對(duì)密封性能要求較高所以選擇錐形泵閥。綜合以上各種形式閥

83、的使用特點(diǎn)最后確定選擇錐形彈簧泵閥。其結(jié)構(gòu)圖如圖9所示：</p><p><b>　　` </b></p><p>　　3.5 均質(zhì)閥的設(shè)計(jì)與計(jì)算</p><p>　　3.5.1 均質(zhì)閥結(jié)構(gòu)的的設(shè)計(jì)</p><p>　　均質(zhì)閥是均質(zhì)機(jī)的關(guān)鍵部件，由高壓泵送來(lái)的高壓液體，在通過(guò)均質(zhì)閥時(shí)完成均質(zhì)。均質(zhì)閥一般由閥座，閥桿

84、和沖擊環(huán)組成。閥座是固定不動(dòng)的，中心開(kāi)有閥座孔。液體從閥座孔進(jìn)入均質(zhì)閥。閥桿也稱閥芯，沿軸向相對(duì)于閥座進(jìn)行調(diào)節(jié)，即可改變閥座與閥桿之間縫隙的大小，從而改變均質(zhì)的壓力，小縫隙相應(yīng)于高均質(zhì)壓力。均質(zhì)時(shí)，縫隙一般只有0.1mm左右。閥桿上開(kāi)有兩個(gè)密封圈槽，通過(guò)兩個(gè)密封圈對(duì)閥桿進(jìn)行密封，以免液體泄漏。沖擊環(huán)位于縫隙出口外側(cè)，與閥座、閥桿同軸，位置是不可動(dòng)的，均質(zhì)時(shí)由縫隙流出的高速液體沿徑向垂直沖撞在環(huán)的內(nèi)壁上。實(shí)際使用的均質(zhì)閥，閥座與閥桿缺—不

85、可，沖擊環(huán)則可根據(jù)需要，也有不用的。由于我們?cè)O(shè)計(jì)要求為60MPa的工作壓力，為了得到更好的均質(zhì)效果，所以我的設(shè)計(jì)中安裝有沖擊環(huán)。</p><p>　　均質(zhì)時(shí)，均質(zhì)閥縫隙內(nèi)液體的流速可以高達(dá)150~300 m/s，在形成空穴時(shí)，局部會(huì)產(chǎn)生高溫，高壓，并有液壓沖擊和振動(dòng)，液體物料中往往又含有圓形顆粒，所以在閥座、閥桿的工作端面上極易磨蝕而變得粗糙，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響均質(zhì)進(jìn)行。為此，均質(zhì)閥所選的材料必須十分堅(jiān)硬，具有極強(qiáng)的耐

86、磨蝕性，而且須有良好的抗銹蝕性能，才能確保均質(zhì)閥有一定的使用周期和壽命，所以在設(shè)計(jì)中閥芯、閥座、沖擊環(huán)的材料選擇為硬質(zhì)合金。</p><p>　　由于以上原因均質(zhì)閥的加工制造比較困難，成本也比較高，所以均質(zhì)閥座、閥芯等零件的形狀必須簡(jiǎn)單，以利于加工，尤其是使用廠家能加以修正修復(fù)以便多次使用。</p><p>　　根據(jù)以上敘述在設(shè)計(jì)中我選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的平面型均質(zhì)閥，其閥座、閥桿工作面均為平面，

87、形狀簡(jiǎn)單，加工、修復(fù)方便，均質(zhì)效率高，使用最為普遍。</p><p>　　如圖10所示，這種均質(zhì)閥的結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單，常作為第一級(jí)均質(zhì)閥用于中小流量的情況。</p><p>　　而第二級(jí)均質(zhì)閥的壓力較低，主要作用是使已破碎的脂肪球迅速分散到脫脂乳中，避免細(xì)小的脂肪球重新聚合,所以二級(jí)均質(zhì)閥的過(guò)流通徑要比一級(jí)均質(zhì)閥的大，兩種均質(zhì)閥閥芯的結(jié)構(gòu)也有很大不同，并且二級(jí)均質(zhì)閥壓力的選擇并不是隨意的，實(shí)驗(yàn)

88、證明，二級(jí)閥工藝上選擇的壓力應(yīng)控制在系統(tǒng)總壓力的20%～30%之間，壓力選擇過(guò)高，反而適得其反。所以二級(jí)均質(zhì)閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成圖11這種結(jié)構(gòu)。</p><p>　　3.5.2 均質(zhì)閥閥芯結(jié)構(gòu)的計(jì)算</p><p>　　一般認(rèn)為，高壓均質(zhì)過(guò)程主要發(fā)生在均質(zhì)閥處如圖12所示，被均質(zhì)物料通過(guò)閥座與閥桿間大小可調(diào)的間隙h，通過(guò)查詢一些資料和相關(guān)數(shù)據(jù)得知：均質(zhì)時(shí)閥座與閥桿間的間隙為0.1mm時(shí)，其流速在

89、瞬間被加速到150~300 m/s，從而產(chǎn)生巨大的壓力降，當(dāng)壓力降低到工作溫度下液體的飽和蒸汽壓時(shí)，液體就開(kāi)始“沸騰”，迅速“汽化”，內(nèi)部產(chǎn)生大量汽泡。含有大量汽泡的的液體朝縫隙出口流出，流速逐漸降低，壓力又隨之提高，壓力增加到一定值時(shí)，液體中的氣泡突然破滅而重新凝結(jié)，汽泡在瞬時(shí)大量生成和破滅就形成了空穴現(xiàn)象。空穴現(xiàn)象似無(wú)數(shù)的微型炸彈，能量強(qiáng)烈釋放產(chǎn)生強(qiáng)烈的湍流產(chǎn)生的強(qiáng)烈的剪切力，液體中的軟性、半軟性顆粒就在空穴、湍流的剪切力的共同作用

90、下被粉碎成微粒，其中空化效應(yīng)所起作用被認(rèn)為較大。被粉碎的微粒接著又高速?zèng)_擊到?jīng)_擊環(huán)上，被進(jìn)一步粉碎和分散。</p><p>　　根據(jù)連續(xù)性方程可知： </p><p>　　式中： h——閥座與閥桿的間隙，mm；</p><p>　　V——液體流過(guò)通流截面的平均速度，m/s； </p><p>　　Q——液體流過(guò)截面的流量，L/s， </

91、p><p>　　由上面的介紹取工作時(shí)閥座與閥桿的間隙為0.1mm，液體流過(guò)通流面積的平均速度為150 m/s，在技術(shù)要求中給出液體流過(guò)截面的流量為2000 L/s，將數(shù)據(jù)代入連續(xù)性方程中可求得：R=5.898 mm 圓整后取R=6 mm。</p><p>　　3.5.3 均質(zhì)壓力調(diào)節(jié)裝置</p><p>　　均質(zhì)壓力調(diào)節(jié)裝置是為了調(diào)節(jié)均質(zhì)壓力，其方法就是改變均質(zhì)閥座、

92、閥桿間縫隙大小。壓力調(diào)節(jié)裝置有液壓和手動(dòng)兩種調(diào)節(jié)方法。液壓控制必須配備液壓系統(tǒng)，密封要求高，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，成本也較高，目前使用不普遍。手動(dòng)控制結(jié)構(gòu)，工作可靠，不會(huì)發(fā)生泄漏污染，工作時(shí)也無(wú)須反復(fù)調(diào)整，操作較方便。手動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置一般由扳手、圓柱螺旋彈簧、頂桿、彈簧頂塊等零件組成，如圖13所示，轉(zhuǎn)動(dòng)扳手就可調(diào)節(jié)均質(zhì)壓力。當(dāng)泵缸內(nèi)液體壓力過(guò)高時(shí)，通過(guò)彈簧的變形，可使均質(zhì)閥內(nèi)縫隙增大卸壓而起到安全保護(hù)作用。所以此設(shè)計(jì)就是采用手動(dòng)壓力調(diào)節(jié)裝置，并

93、安裝在一級(jí)均質(zhì)閥和二級(jí)均質(zhì)閥上。</p><p>　　4. 均質(zhì)效果的判定</p><p>　　均質(zhì)效果的判定，無(wú)論是對(duì)于均質(zhì)機(jī)的制造者還是使用者來(lái)說(shuō)都具有十分重要的意義。不同的物料，均質(zhì)效果會(huì)不同，同一種物料，用處不同、也不一定要得到相同的均質(zhì)效果。影響均質(zhì)效果的因素主要有溫度、壓力、均質(zhì)閥型式和液料的性質(zhì)，而均質(zhì)好壞的標(biāo)準(zhǔn)，則完全取決于產(chǎn)品的質(zhì)量要求。為了確認(rèn)均質(zhì)機(jī)的均質(zhì)性能，可以使同

94、一種液料，一般用鮮牛奶作為試液進(jìn)行試驗(yàn)來(lái)確定。均質(zhì)效果一般由兩個(gè)參數(shù)確定，一是粒度的大小，二是達(dá)到某一粒度的微粒所占的比例。對(duì)于牛奶而言，根據(jù)均質(zhì)后達(dá)到某—直徑的脂肪球比例，就可以評(píng)估出均質(zhì)機(jī)性能的優(yōu)劣。當(dāng)脂肪球直徑在2μm以下的達(dá)到98％以上時(shí)，均質(zhì)性能為優(yōu)。脂肪球直徑在2μm以下的低于98％，在2.5μm以下的高于95％時(shí)，均質(zhì)性能良好。若脂肪球直徑在3μm以下低于90％時(shí)，均質(zhì)不良，均質(zhì)性能不好。</p><p

95、>　　判定均質(zhì)效果最直觀的方法是顯微鏡法。一般使用光學(xué)顯微鏡，在1000倍或其他適當(dāng)倍率下，用目鏡的微尺，螺旋微尺等在視野內(nèi)對(duì)脂肪球進(jìn)行直接測(cè)定。使用顯微照像后再對(duì)脂肪球大小進(jìn)行測(cè)定更為可靠，此時(shí)常在擴(kuò)大鏡上使用費(fèi)爾斯圖形和其他標(biāo)尺的方法。為了正確求出脂肪球的粒度分布數(shù)值，必須對(duì)很多的顆粒進(jìn)行測(cè)定，為節(jié)省時(shí)間和勞力。可以采用半自動(dòng)或自動(dòng)測(cè)定裝置。半自動(dòng)測(cè)定是由測(cè)定者選定待測(cè)的全部顆粒，而對(duì)顆粒的計(jì)測(cè)和記錄則為自動(dòng)；自動(dòng)測(cè)定是對(duì)顯微

96、照片進(jìn)行光學(xué)掃描，由光電管對(duì)電信號(hào)加以積算，而求出其分布值。上述方法要求鏡檢所用的試樣必須為完全分散狀態(tài)，否則會(huì)產(chǎn)生誤差。</p><p>　　由于用牛奶作為試樣，牛奶中的脂肪顆粒是球形，故可直接測(cè)定其粒徑。如果采用顆粒形狀不規(guī)則的物料作為試樣，對(duì)粒徑的測(cè)定方法就比較復(fù)雜，且顆粒測(cè)定值可因測(cè)定方法的不同而不同，所以一般不予采用。圖14為通過(guò)顯微鏡觀察到的牛奶脂肪球在均質(zhì)前后的變化情況。</p>&l

97、t;p>　　在乳品工業(yè)中，判別均質(zhì)效果的方法一般用用沉降法。沉降法的根據(jù)是斯托克斯公式，與使用顯微鏡相比，雖不能看清顆粒的形狀，但操作和計(jì)算較簡(jiǎn)單。該法使用一個(gè)底部帶有旋塞的250 ml的容量量筒進(jìn)行，其步驟是：量取剛均質(zhì)過(guò)的牛奶250 ml作為試液置于量筒中，在5℃的溫度下靜置72 h或48 h后，從量筒底部旋塞放出50 ml，并測(cè)出其脂肪含量，根據(jù)靜置前后脂肪含量按下式求出比值：</p><p>　　比

98、值90%表示均質(zhì)良好，否則為均質(zhì)不良。</p><p>　　5. 均質(zhì)機(jī)的操作方法及所需注意的問(wèn)題</p><p>　　5.1 均質(zhì)機(jī)的日常操作方法</p><p>　?。?） 開(kāi)機(jī)準(zhǔn)備：先打開(kāi)柱塞冷卻水和油冷卻器冷卻水進(jìn)水閥，再打開(kāi)進(jìn)料閥，然后檢查調(diào)壓手柄（須在放松無(wú)壓力的狀態(tài)下），最后啟動(dòng)主電機(jī)。</p><p>　　（2） 待出料口出料

99、正常后，旋轉(zhuǎn)調(diào)壓手柄，先調(diào)節(jié)二級(jí)調(diào)壓手柄，再調(diào)節(jié)一級(jí)調(diào)壓手柄，緩慢將壓力調(diào)至使用壓力，整個(gè)過(guò)程視熟練程度約1~3 min。</p><p>　?。?） 關(guān)機(jī)。先將調(diào)壓手柄卸壓，再關(guān)主電動(dòng)機(jī)，最后關(guān)冷卻水。</p><p>　　5.2 均質(zhì)機(jī)操作的注意事項(xiàng)</p><p>　?。?） 調(diào)壓時(shí)，當(dāng)手感覺(jué)到已經(jīng)受力時(shí)，須十分緩慢地加壓。</p><p&

100、gt;　?。?） 均質(zhì)物料的溫度以65℃左右為宜，不宜超過(guò)85℃。</p><p>　?。?） 物料中的空氣含量應(yīng)在2%以下。</p><p>　?。?） 嚴(yán)禁帶載啟動(dòng)。</p><p>　?。?） 工作中嚴(yán)禁斷料。</p><p>　?。?） 進(jìn)口物料的顆粒度對(duì)軟性物料在70目以上，對(duì)堅(jiān)硬顆粒在100目以上。禁止粗硬雜質(zhì)進(jìn)入泵體。</

101、p><p>　　（7） 設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，嚴(yán)禁斷冷卻水。</p><p>　?。?） 停機(jī)前須用凈水洗去工作腔內(nèi)殘液。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我對(duì)小型高壓均質(zhì)機(jī)有了更深一層的認(rèn)識(shí)，尤其是掌握了進(jìn)行機(jī)器設(shè)計(jì)的思想和方法，以及設(shè)計(jì)中需注意的問(wèn)題。通過(guò)分析設(shè)計(jì)要求，并多次

102、去工廠參觀調(diào)查，再結(jié)合有關(guān)資料對(duì)小型高壓均質(zhì)進(jìn)行了初步方案的確定，并對(duì)方案進(jìn)行了可行性計(jì)算，最后確定設(shè)計(jì)機(jī)器的最終方案。雖然過(guò)程比較艱難，但鍛煉了我發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題的能力，為我以后的工作做下了堅(jiān)實(shí)的鋪墊。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的題目為小型高壓均質(zhì)機(jī)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)共分為兩部分，即傳動(dòng)部分和均質(zhì)部分。分別有兩個(gè)人分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，我設(shè)計(jì)的部分為均質(zhì)部分。這部分主要包括均質(zhì)機(jī)如何實(shí)現(xiàn)對(duì)物料進(jìn)行均質(zhì)，怎樣檢測(cè)物料的均

103、質(zhì)效果，均質(zhì)機(jī)的內(nèi)部構(gòu)造如何布局設(shè)計(jì)。以及在設(shè)計(jì)中要注意的一些問(wèn)題，遇到這些問(wèn)題應(yīng)怎樣解決。通過(guò)這幾個(gè)月的學(xué)習(xí)并使我了解到小型高壓均質(zhì)機(jī)的現(xiàn)狀，我國(guó)均質(zhì)機(jī)產(chǎn)業(yè)起步較晚，較國(guó)外火候了五十多年。進(jìn)展慢，并且60MPa高壓均質(zhì)機(jī)的生產(chǎn)，較國(guó)外火候了近八十個(gè)年頭水平相對(duì)較低，無(wú)論是材料選擇、加工精度、使用壽命、規(guī)格品種、應(yīng)用領(lǐng)域及能源消耗，都與國(guó)際領(lǐng)先水平有著不小的差距，這顯示我國(guó)均質(zhì)機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展任重道遠(yuǎn)，所以我們要更加努力改變這種現(xiàn)狀。通過(guò)閱

104、讀一些有關(guān)資料，并結(jié)合自己的努力，使我完成了本次課程設(shè)計(jì)。由于初次對(duì)均質(zhì)機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且我的能力也有限，肯定有很多不足和不合理的地方，希望各位老師能夠批評(píng)指正。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的課程設(shè)計(jì)，在*老師的細(xì)心指導(dǎo)幫助下，使我順利的完成了本次課程設(shè)計(jì)。本次課程設(shè)計(jì)是對(duì)這幾年大學(xué)專業(yè)課的一次總結(jié)性的鍛煉，雖然期間遇到

105、了很多問(wèn)題，但是收獲頗多。此次課程設(shè)計(jì)不同于以往的單一機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，而是對(duì)能夠運(yùn)用于實(shí)際生產(chǎn)中的機(jī)械的整體設(shè)計(jì)，是對(duì)機(jī)械專業(yè)全方面知識(shí)的一次綜合性的考核和鍛煉，要求我們能夠應(yīng)用學(xué)到的專業(yè)課知識(shí)，并通過(guò)查閱大量的相關(guān)資料，用現(xiàn)有的理論知識(shí)聯(lián)系實(shí)際，來(lái)實(shí)際一個(gè)完整的機(jī)械。使我在頭腦中不再拘泥于小機(jī)械機(jī)構(gòu)的方面，而能夠從全局意識(shí)來(lái)看機(jī)械結(jié)構(gòu)，從而為畢業(yè)后的工作打下了基礎(chǔ)。受益頗深，我不得不感謝在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中指導(dǎo)我、幫助我的所有的老師和同學(xué)

106、們。</p><p>　　在本次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，自始至終得到了*老師的細(xì)心指導(dǎo)，*老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)態(tài)度和認(rèn)真的工作作風(fēng)，以及積極進(jìn)取的創(chuàng)造精神使本人受益匪淺。在此向我的導(dǎo)師齊老師致以衷心的感謝和崇高的敬意。</p><p>　　在本次課程設(shè)計(jì)中，還得到了其他指導(dǎo)教師和同學(xué)的無(wú)私幫助。在我遇到困難的時(shí)候，是他們伸出援助之手，和我一起找出設(shè)計(jì)中的漏洞，并查閱相關(guān)資料，一起制定解決問(wèn)題的方案。使我

107、在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成了此次設(shè)計(jì)。在此表示我誠(chéng)摯的謝意。</p><p>　　最后向各位忙于畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)的老師們表示我誠(chéng)摯的心聲，老師您辛苦了。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1 張勇. 高壓均質(zhì)機(jī)的技術(shù)原理及市場(chǎng)動(dòng)向. 中國(guó)科技信息，2006(5):80～81</p><p>　　2 阮

108、逸標(biāo). 高壓均質(zhì)機(jī)的工作原理和用途. 科學(xué)技術(shù)．1997(3):11～12</p><p>　　3 張志森，楊詩(shī)斌，宋明淦，張文明．高壓均質(zhì)機(jī)理分析與探討．包裝與食品機(jī)械．2001(19):14～15</p><p>　　4 雒亞洲，魯永強(qiáng)，王文磊. 高壓均質(zhì)機(jī)的原理及應(yīng)用．生產(chǎn)與管理．2007(10):55～56</p><p>　　5 陸振曦，陸守道．食品機(jī)械原

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111、與處理．冷飲與速凍食品工業(yè)．2001</p><p>　　12 Mohr K H．High—Pressure homogenizing part I，liquid—liquid dispersion in turbulence fields of high energy density．J Food Engineering．1987．6(3)</p><p>　　13 武建新．乳品技術(shù)裝備