日处理30 t棉籽油粕振动清理筛设计计算及选型

■ 冷进松 贺 鸣

（1.吉林工商学院食品工程学院，吉林长春 130507；2.粮油食品深加工吉林省高校重点实验室，吉林长春 130507；3.益海嘉里粮油投资有限公司，上海 200120）

棉籽油粕是棉籽经过压榨后得出的面饼，再经过浸出工艺将里面的大部分残油分离出来，得到的一种微红或黄色的颗粒状物品，它是制作饲料的主要原料，它含有的粗蛋白含量可达40%以上。饲料原料预处理主要包括清理、剥壳、脱皮、粉碎、软化、膨化、热处理、干燥等。其目的是除去原料中杂质使其符合饲料加工的要求。在收获、运输和储藏过程中会混入一些杂质。因此，在进入生产车间以前还需进一步清理，将杂质含量降到工艺要求的范围之内，以保证饲料生产的工艺效果和产品质量。

含油原料用作饲料主要为取油后副产物，如含有的泥土、植物茎叶、皮壳等杂质，会使副产物产生异味等不良影响。原料中的石子、铁杂等硬杂质进入生产设备和输送设备，将使设备的工作部件磨损和破坏，缩短设备使用寿命，甚至发生生产事故。同时，杂质的存在，造成车间的环境污染，工作条件恶化。因此，在进行生产前应对原料进行有效的清理和除杂。

1 结构及工作原理

常用的清理设备有振动清理筛、平面回转筛、旋转筛。由于振动筛清理效率高，工作可靠，因而是饲料厂应用最广泛的一种筛选设备，如图1所示。其工作原理是：物料通过进料管进入带有偏心锥形漏斗的进料口，通过布筒进入喂料箱的散料板上，锥形漏斗可以旋转使得物料正确地落到散料板中间。随着筛体的振动，物料均匀地散在进料箱的底板上，并沿底板流到筛面的整个宽度上。在喂料箱与筛面的连接处安装了一个压力门，使物料能均匀分散于同一高度。物料通过压力门后布满了第一层筛面，第一层筛面的筛下物落到第二层筛面上，筛上物则由旁边的出料口导出。第二层筛面的筛下物落到底板上，从出料口导出。第二层筛面的筛上物经过压力门导出到垂直吸风分离器进行风选，去除尘土和轻型杂质，垂直吸风分离器中的风速可通过调节手轮调节。从垂直吸风分离器排出的物料即为净料。

图1 振动清理筛结构

2 设计计算

2.1 振动清理筛工艺参数的确定

Q=60×B×h×n×s×γ×e

式中：Q——生产能力（kg/h）；

B——筛面宽度（m）；

h——在筛面上物料层的最大高度（m），通常h=10～15 mm，选取h=0.01 m；

n——偏心轴转速（r/min），选取n=320 r/min；

s——偏心轴转一周，物料沿着筛面移动的距离（m），通常s=0.02～0.03 m 选取s=0.03 m；

γ——物料的容重（kg/m3），通常γ=500 kg/m3；

e——物料在筛面上的松散系数，通常采用0.6～0.8，选取e=0.7。

2.1.1 筛面宽度B

2.1.2 筛面长度L

根据经验：

B∶L=1∶2～3

即L=2B=3×0.62=1.86 m

实际采用筛面为LS=2 000 m，BS=800 mm的双层振动平筛。

LS×BS＞L×B

所以所选设备符合设计需求。

2.2 筛分效率

在筛分作业中，筛分效率是衡量筛分过程的质量指标。筛什效率是指筛下产物重量与原料中筛下级别(筛下级别是指原料中所含粒度小于筛孔尺寸的物料)重量的比值。筛分效率一般以百分数表示。筛分效率可按下式计算：

式中：α——原料中筛下产物含量的百分数；

θ——筛上产物中筛下级别含量的百分数。

将原科和筛上产物进行精确的筛分，根据筛分结果即可算出筛下级别含量α及θ。筛分所用筛面的筛孔尺寸和形状，应与测定筛分效率所用的筛子相同。

筛分机械的筛分效率与物料的粒度特性、物料的湿度、筛孔形状、筛面倾角、筛面长度、筛面的运动特性及生产率等因素有关。不同用途的筛分机械对筛分效率有不同的要求。

2.3 筛箱的振幅A

筛箱振幅A；是设计筛子的重要参数，其值必须适宜，以保证物料充分分层，减少堵塞，以利透筛。通常取A=3～6 mm，其中筛孔大者取大值，筛孔小者取小值。本次设计选取A=5 mm。

2.4 机架所受筛体最大惯性反作用力与筛体往复力的总质量之比：

式中：Pkmax—机架所受筛体最大惯性反作用力的最大值（kg）；

Gk—筛体往复力的总质量(kg)，选取Gk=200 kg；

ω—往复运动的角速度(rad/s)；

n—机器转速(r/min)；

λ—振幅，即振动筛行程半径(m)；

g—重力加速度（m/s2）。

则机架受力Pkmax=1.03Gk=1.03×200=206 kg

2.5 动力学参数

对于单轴振动筛，振动器偏心质量及偏心距的确定：

式中：Pkmax—振动机体质量，Pkmax=206 kg；

m—偏心块质量（kg）；

A—筛箱振幅，A=5 mm；

r—偏心距，r=24 mm。

负号表示M与m重心在振动中心的两个不同方向上。

2.6 电动机的选择

2.6.1 电动机功率计算

惯性振动筛的功率消耗主要是由振动器为克服筛子的运动阻力而消耗的功率N和克服轴在轴承中的摩擦力而消耗的功率来确定，电机的功率为：

式中：N——电机的功率（kW）；

C——阻力系数，通常C=0.2～0.3；

d——轴承内圈直径（m），通常d=0.1 m；

n——转动轴转速（r/min），通常n=320 r/min；

η——传动效率，通常η=0.95；

f——滚动轴承的摩擦系数，通常f=0.001～0.003，选取f=0.002。

2.6.2 选择电机

由上式可求N=0.34 kW，选择传动电机型号为Y280M1-4，其额定功率为0.55 kW，n=1 450 r/min。

3 结论

本文根据生产实际与选型结构设计原理对振动清理筛筛面尺寸、机架所受筛体最大惯性反作用力、动力学参数以及电动机的选择情况作了详细分析和计算。本设计振动机构采用偏心连杆机构，利用偏心轴套，通过连杆使筛体作往复运动的机构，其优点是具有一定的超载能力，当超载时，筛体的转速和振幅均不受影响，缺点是筛体的惯性力不能得到完全的平衡，结果表明：计算方法与结果完全符合生产实际和设备选型需要。

根据实际情况变化，本设计采用双电机带动双轴，双轴做反向同步回转，从而使偏心块也做反向同步回转，产生的离心力，使筛箱发生振动。筛箱振动使物料产生向前和向下两个方向的运动，从而物料在筛面上便沿着这个方向成一定角度的抛分和筛分。通过计算和设计，然后对其优化，能得到理想的产品。在设备选型基础上，通过对轴承、皮带、轴、支承弹簧等设备主要零件的设计计算与优化。设备的设计计算及主要构件的选型是进行设计工作的基础环节，计算的正确与否直接关系到设备是否能正常使用，随着现代技术的发展，产品还会不断的发展和完善，经验积累和新技术的应用会不断验证计算乃至设备参数的是否合理。