J-350A真空乳化機傳動系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)設(shè)計【7張圖紙】

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J.日用化學工業(yè).2000，30.（1）:23-26.3. 陸光崇. 乳化技術(shù)新進展J. 日用化學品科學， 2000，06:2-5.4. 胡長鷹.王有倫. 高剪切均質(zhì)機機理研究J. 化學裝備技術(shù)，1997，01:56-61.5. V. Schroder, H. Schubert . Influence of emulsifier and pore size on membrane emulsification J. in: Food Emulsions and Foams. The Royal Society of Chemistry, Cambridge, 1999:7080.6. 陳大先 . 機械設(shè)計手冊 M. 北京：化學工業(yè)出版社（第四版）. 2001.7. 濮良貴 紀名剛 . 機械設(shè)計（第七版）M. 高等教育出版社. 2001.8. 沈志昌 . 高剪切混合乳化機J. 化工機械 2000，18（6）:359.9. 王昆.何小柏.汪信遠. 機械設(shè)計和機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計M. 1995年12月第一版. 北京：高等教育出版社.2003.10. 張文明. 剪切式均質(zhì)機的結(jié)構(gòu)與理論研究J. 食品與機械， 2001，（3）：19-21.六、系審批意見 系主任（簽名）: 七、院領(lǐng)導(dǎo)審核意見 院領(lǐng)導(dǎo)（簽名）: 八、學生實際完成日期 九、同組設(shè)計（論文）者 4開題報告 ZRJ-350A真空乳化機傳動系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)設(shè)計目 錄1 綜述 11.1 概述 11.2 ZRJ-350A真空乳化機傳動和攪拌系統(tǒng)設(shè)計的目的 21.3 ZRJ系列真空乳化機的結(jié)構(gòu)和特點 21.4 ZRJ-350A真空乳化機均質(zhì)鍋的攪拌系統(tǒng)的特點 51.5乳化機的發(fā)展現(xiàn)狀 61.5.1乳化機的分類 61.5.2國外乳化機的發(fā)展 71.5.3國內(nèi)乳化機的發(fā)展 81.5.4乳化機的發(fā)展趨勢 92 方案論證92.1總體方案的擬訂102.1.1兩套總體方案的介紹102.1.2兩套總體方案的比較102.1.3總體方案的最終確定102.2設(shè)計任務(wù)112.3主要技術(shù)指標122.4進度計劃12參考文獻 13ZRJ-350A真空乳化機傳動系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)設(shè)計目 錄摘要 1ABSTRACT 20 引言 41 概述 41.1 乳化機的發(fā)展現(xiàn)狀 52 設(shè)計任務(wù) 102.1 ZRJ-350真空乳化機的結(jié)構(gòu)和特點 102.2 設(shè)計內(nèi)容 122.3 設(shè)計目的 122.4 主要技術(shù)指標132.5 設(shè)計步驟133 設(shè)計方案擬定143.1 參考方案143.2 兩套參考方案的比較153.3設(shè)計方案的最終確定154 ZRJ-350A真空乳化機各系統(tǒng)分析154.1傳動系統(tǒng)分析164.2攪拌系統(tǒng)分析175 傳動方案確定 185.1傳動方案185.1.1 電動機的選擇 186 傳動零件的強度校核256.1 蝸輪蝸桿傳動256.1.1 主要傳動參數(shù) 256.1.2 蝸輪蝸桿的強度校核計算257 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度校核277.1 最外軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度校核277.2 中間軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度校核317.3 蝸桿軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度校核 338軸承的壽命驗算378.1各軸上所用的軸承378.2各個軸承的壽命驗算389 鍵連接工作能力驗算509.1 各軸上所用的鍵509.2 各鍵的工作能力驗算5010 聯(lián)軸器 5310.1 聯(lián)軸器的選型說明 5310.2 聯(lián)軸器的選擇與型號尺寸 5311 結(jié)論54參考文獻57致謝 60譯文61原文說明74附錄：機械裝配圖（0號圖紙2張）附錄1 傳動系統(tǒng)裝配圖附錄2 攪拌系統(tǒng)裝配圖3開題報告 ZRJ-350A真空乳化機傳動系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)設(shè)計ZRJ-350A真空乳化機傳動系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)設(shè)計1 綜述1.1 概述人們進行混合操作時,首先想到的是傳統(tǒng)的攪拌方法，它既簡單又直觀，但攪拌的效率往往不是很高，不能很好的充分混合，分散技術(shù)則不然，它能將液相或固相破碎成極小的顆粒，然后分散到連續(xù)的液相介質(zhì)中去，形成均勻而穩(wěn)定的混合體，它導(dǎo)入介質(zhì)的能量是攪拌的1000倍，因此往往只需幾分鐘,甚至幾秒鐘。而能實現(xiàn)這一高速攪拌方法的機器就是乳化機。乳化機是攪拌機的另一形態(tài)，它將水和油的一方分散到另一方中。而均質(zhì)乳化過程是依靠攪拌裝置的機械作用所產(chǎn)生的剪切力，將分散相撕碎成微小顆粒而分散在連續(xù)相中，形成乳狀均化物。因此，不同的均質(zhì)攪拌裝置制得的乳狀液其分散相的粒度差別很大，而延長攪拌時間也不能提高分散效果。粒度的大小影響著乳體的內(nèi)在質(zhì)量。好的均質(zhì)攪拌裝置主要應(yīng)滿足乳化力強，分散性能好。粒度直徑一般要小于2微米。乳化機的用途十分廣泛，適用于化妝品、生物制藥、霜類產(chǎn)品、石油化工、涂料以及一些精細化工的生產(chǎn)，尤其對基質(zhì)粘度大，固料含量比較高的物料乳化配制更顯功效。11.2 ZRJ-350A真空乳化機傳動和攪拌系統(tǒng)設(shè)計的目的真空乳化機是食品、藥品、化妝品等生產(chǎn)過程中的專用設(shè)備，而我國現(xiàn)今的乳化設(shè)備在設(shè)計和機械性能方面還有一些缺陷，所以該課題目的在于通過設(shè)計新穎的攪拌系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)，提高真空乳化機的乳化效果并能在衛(wèi)生要求方面順利通過國家的GMP認證。1.3 ZRJ系列真空乳化機的結(jié)構(gòu)和特點ZRJ系列真空乳化機是引進消化日本乳化機技術(shù)研制的較為先進的產(chǎn)品，具有整體性強，測試功能全、操作方便、乳化效果好等特點、被輕工部列為替代進口產(chǎn)品。如圖1.1，圖1.2，圖1.3所示，表1.1是ZRJ真空乳化機在各個工作容積下的主要技術(shù)參數(shù)。1.擋流板2.刮板3.框式攪拌槳4.均質(zhì)器5.乳化鍋6.乳化鍋夾套7.保溫材料8.中間（固定）攪拌槳9.溫度傳感器圖1.1 ZRJ系列真空乳化均質(zhì)鍋內(nèi)部結(jié)構(gòu)表1.1 主要技術(shù)參數(shù)型式全容量乳化馬達攪拌馬達外型尺寸H.P.R.P.MH.P.R.P.M長寬高全高BX-ZRJ1002300-3600119-75180080020002650BX-ZRJ1503500-3600119-75190080021002900BX-ZRJ2003500-3600219-75200095022003100BX-ZRJ3005500-3600319-752200105024003400BX-ZRJ5005500-3600319-752500110026003600BX-ZRJ6507.5500-3600519-752750120029503950BX-ZRJ8007.5500-36007.519-752950140030504150BX-ZRJ100010500-36007.519-753100152031004250圖1.2 ZRJ350真空乳化機全圖圖1.3 真空混合乳化機其工作原理：物料在水鍋、油鍋內(nèi)通過加熱、攪拌溶解后，采用抽真空的方式吸入乳化鍋內(nèi)，再經(jīng)過乳化鍋內(nèi)的刮壁攪拌漿葉混合攪拌后，再被吸入高速旋轉(zhuǎn)的均質(zhì)器后，經(jīng)過高速旋轉(zhuǎn)的切割輪與固定的切割套之間所產(chǎn)生的強力的剪斷、沖擊、亂流等過程，物料在剪切縫中被迅速切割破碎成微粒，由于乳化鍋內(nèi)處于真空狀態(tài)，物料在攪拌過程中產(chǎn)生的氣泡會被及時的抽走。其特點：料鍋蓋為自動升降式，乳化鍋鍋體是翻轉(zhuǎn)可傾式，便于清洗，并可通過電熱管對鍋夾層內(nèi)的導(dǎo)熱介質(zhì)進行加熱來實現(xiàn)對物料的加溫，加熱溫度任意設(shè)定，自動控制。在夾層內(nèi)接入冷卻水即可對物料進行冷卻，操作簡單、方便，夾層外設(shè)有保溫層。均質(zhì)器與槳葉攪拌可分開使用，也可同時使用。而鍋內(nèi)刮板攪拌器的作用就是將罐壁上的物料不斷刮下，使全部物料能進行均衡而充分的熱交換，防止過熱或過冷，從而保證產(chǎn)品受到均勻的攪拌和混合。乳化設(shè)備對乳化有很大影響，其中之一是攪拌速度對乳化的影響。攪拌速度適中是為使油相與水相充分的混合，攪拌速度過低，顯然達不到充分混合的目的，但攪拌速度過高，會將氣泡帶入體系，使之成為三相體系，而使乳狀液不穩(wěn)定。因此在設(shè)計過程中要注意轉(zhuǎn)速的控制和密封條件的保持。121.4 ZRJ-350A真空乳化機均質(zhì)鍋的攪拌系統(tǒng)的特點基于乳化機生產(chǎn)的產(chǎn)品大多是給人們直接食用或者外敷的，因此對其衛(wèi)生狀況要求很高，一般都要通過GMP認證，GMP是英文good manufacturing practice 的縮寫，中文的意思是良好作業(yè)規(guī)范，或是優(yōu)良制造標準，是一種特別注重制造過程中產(chǎn)品質(zhì)量與衛(wèi)生安全的自主性管理制度。它是一套適用于制藥、食品等行業(yè)的強制性標準，要求企業(yè)從原料、人員、設(shè)施設(shè)備、生產(chǎn)過程、裝運輸、質(zhì)量控制等方面按國家有關(guān)法規(guī)達到衛(wèi)生質(zhì)量要求，形成一套可操作的作業(yè)規(guī)范幫助企業(yè)改善企業(yè)衛(wèi)生環(huán)境，及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中存在的問題，加以改善。16我所設(shè)計的乳化機中的攪拌軸是采用單向轉(zhuǎn)動攪拌，利用蝸桿蝸輪傳動的轉(zhuǎn)動軸，其帶動攪拌葉輪使其產(chǎn)生單個方向的攪拌轉(zhuǎn)動（中間攪拌轉(zhuǎn)動軸為兩層），這樣攪拌雖然沒有采用雙向轉(zhuǎn)動攪拌來的充分均勻混合，即利用圓錐齒輪傳動三層套的二、三層的轉(zhuǎn)動軸（中間軸為均質(zhì)器的轉(zhuǎn)動傳動軸），并帶動攪拌葉輪使其產(chǎn)生相反兩個方向的攪拌轉(zhuǎn)動。但是采用單向轉(zhuǎn)動攪拌比雙向的結(jié)構(gòu)要簡單且緊湊，尤其是中心轉(zhuǎn)動軸部分，夾層為兩層，這減少了泄漏的幾率，所以不易污染產(chǎn)品的生產(chǎn)。1.5 乳化機的發(fā)展現(xiàn)狀1.5.1 乳化機的分類均質(zhì)乳化機是現(xiàn)代國際上普遍采用的一種在真空狀態(tài)下無菌制造乳、膏狀均相產(chǎn)品的設(shè)備，通常被廣泛應(yīng)用在化妝品、醫(yī)藥、食品、化工等行業(yè)。如食品工業(yè)的番茄醬、花生醬、調(diào)味劑、嬰兒食品等；化妝品行業(yè)的雪花膏、美容霜等；醫(yī)藥工業(yè)的油膏、軟膏、乳劑、洗劑、栓劑等；化學工業(yè)的某些涂料、染色劑等。目前乳化機的類型按工作原理來分主要有三種：乳化攪拌機、膠體磨和均質(zhì)器。乳化機的類型及結(jié)構(gòu)、性能等與乳狀液微粒的大?。ǚ稚⑿裕┘叭闋钜旱馁|(zhì)量（穩(wěn)定性）有很大的關(guān)系。一般如現(xiàn)在還在化妝品廠廣泛使用的攪拌式乳化機，所制得的乳狀液其分散性差。微粒大且粗糙，穩(wěn)定性也較差，也較易產(chǎn)生污染。膠體磨和均質(zhì)器是比較好的乳化設(shè)備。近年來乳化機械有很大進步。除了以上的分類，按乳化燃料來分有重油乳化機、煤焦油乳化機、柴油乳化機，按工作方式來分有高剪切乳化機、多功能混合乳化機等，按用途來分有瀝青乳化機、果汁飲料乳化機、涂料油墨乳化機、油脂化乳化機等。如圖1.4所示。1 （a）高剪切混合乳化機 （b）VME-10C真空均質(zhì)乳化機 （c）SVME-C型三重四功能真空均質(zhì)乳化機 （d）VME-80C型真空均質(zhì)乳化機圖1.4 各類乳化機1.5.2 國外乳化機的發(fā)展要制造優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定的乳狀體產(chǎn)品，除選用合格的原料，適當?shù)呐浞?，合理的餓工藝技術(shù)路線外，設(shè)備的先進性就成為關(guān)鍵因素。均質(zhì)乳化機的技術(shù)關(guān)鍵是其罐內(nèi)三種不同類型的均質(zhì)攪拌裝置。目前在世界上通行的乳化機代表基本上分為三大派系，即美國ROSS公司，日本TK公司及德國IKA公司。國內(nèi)雖然已有仿制進口的均質(zhì)乳化機，但某些性能上仍有一定差距。 美國ROSS公司是由美國查理斯羅斯父子于1841年創(chuàng)建，是專業(yè)性混合設(shè)備制造公司，以生產(chǎn)混合器、混合機和研磨機而聞名于世。ROSS公司的乳化機具有分散、混合、乳化、剪切、均質(zhì)的功能，其特點是中心吸料徑向噴射式，以湍流混合為主體，液體的翻動劇烈，分散、混合、乳化作用明顯，用戶代表有揚州膚美靈。 日本TK公司，其公司正式名稱叫特殊機化工業(yè)株式會社，創(chuàng)立于1927年（大阪福鳥區(qū)）。其乳化機的特點是軸流式剪切乳化，主要考慮流體上下翻動，呈周期復(fù)合分散、乳化、均質(zhì)、混合系統(tǒng)。其產(chǎn)品主要用于化妝品及醫(yī)藥行業(yè)，在中國的典型應(yīng)用代表是北京資生堂。 德國IKA公司，具有上百年歷史的德國IKA公司在全球有很多分公司，中國廣州的IKA公司就是其中之一。IKA產(chǎn)品主要在實驗室分析設(shè)備方面有著獨到的一面，產(chǎn)品注重以分散為主體的功能，因而，在需要進行剪切的工況下，就明顯的力不從心，另外在大型工業(yè)設(shè)備方面不具有優(yōu)勢，其用戶代表有深圳小護士。131.5.3 國內(nèi)乳化機的發(fā)展1988年，第一臺高剪切乳化機在中國試制成功（原國營啟東長江廠）。2000年，第一臺高剪切乳化機在納米碳酸鈣的合成中成功應(yīng)用（內(nèi)蒙蒙西高新技術(shù)）。2001年，第一臺高剪切乳化機應(yīng)用于瀝青 （上海威宇和長安大學合作）。2002年，中國最大的200KW乳化機應(yīng)用成功（克拉瑪依煉油廠）。2004年，中國最快的生產(chǎn)用管線式乳化機（泵）以8000rpm的高轉(zhuǎn)速在威宇公司研制成功（北京某研究所）。1.5.4 乳化機的發(fā)展趨勢產(chǎn)品趨向高檔，乳化設(shè)備外形結(jié)構(gòu)緊湊、精巧，尤其是智能控制技術(shù)的成功運用，使得乳化設(shè)備的技術(shù)水平得到了進一步的提升。環(huán)保型的乳化設(shè)備產(chǎn)品的開發(fā)成為企業(yè)重要的一項工作。節(jié)能技術(shù)和機電一體化技術(shù)的應(yīng)用已到了必須直面的時候。采用人機工程學設(shè)計，提高操作的智能化，減少噪聲和振動，注重外觀造型設(shè)計的要求更高。例如生產(chǎn)食品的乳化機，通常，用于乳壯物均質(zhì)乳化的乳化機壓力是150kg/cm左右，若壓力是200-300 kg/cm，在食品方面則可以滿足任何要求。但近來由于腸胃營養(yǎng)劑等乳化安定，微?；艽龠M體內(nèi)吸收，要求的壓力更高，這樣就需要高壓乳化機，高壓乳化機主要用于延長保存時間，改善口感，食感，保持風味，抑制氧化，穩(wěn)定香和色，減少添加劑，高附加值的材料和商品的個性化?，F(xiàn)在一些混合設(shè)備還根據(jù)混合專家的經(jīng)驗和常識，將攪拌混合設(shè)備與自動控制技術(shù)相結(jié)合，在混合設(shè)備選型和設(shè)計中運用人工智能技術(shù)（AI）和基于知識的系統(tǒng)（KBS），即實現(xiàn)了混合設(shè)備選型和設(shè)計的智能化。122 方案論證2.1總體方案的擬訂2.1.1 兩套總體方案的介紹在對本課題的調(diào)研極其研究后，了解了真空乳化機的工作原理和一些技術(shù)要求，于是確定了兩套總體方案。方案一：傳動系統(tǒng)設(shè)計采用蝸輪蝸桿傳動，攪拌系統(tǒng)設(shè)計采用單向轉(zhuǎn)動攪拌。方案二：傳動系統(tǒng)設(shè)計采用圓錐齒輪傳動，攪拌系統(tǒng)設(shè)計采用雙向轉(zhuǎn)動攪拌。2.1.2 兩套總體方案的比較第一套方案中傳動系統(tǒng)設(shè)計采用蝸輪蝸桿傳動，這樣就能帶動攪拌的葉輪，使其能夠進行單個方向的攪拌轉(zhuǎn)動，這樣就可以使中間攪拌轉(zhuǎn)動軸只有兩層，這種方案可以使乳化機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為緊湊。第二套方案中的傳動系統(tǒng)設(shè)計采用圓錐齒輪傳動，這樣可以帶動攪拌葉輪進行雙向的攪拌轉(zhuǎn)動，為了達到這樣的效果，中間的轉(zhuǎn)動軸就要有三層，這種方案由于可以進行相反兩個方向的攪拌轉(zhuǎn)動，可以使物料充分得到均勻混合。2.1.3 總體方案的最終確定 通過對兩套方案的比較，最終我決定采用第一套方案。因為第一套方案在結(jié)構(gòu)上較為緊湊，尤其是中心轉(zhuǎn)動軸部分夾層只有兩層，這樣一來可以明顯減少潤滑油泄露的幾率，雖然單向攪拌沒有雙向攪拌來得能使物料得到很充分的混合，但由于真空乳化機生產(chǎn)的大多是食品，藥物等供人們食用的產(chǎn)品，所以很忌諱其產(chǎn)品受到污染。2.2設(shè)計任務(wù)本課題來自于上海貝思特包裝機械有限公司。乳化機主要就是為了攪拌混合所加的物料，使物料能夠得到充分均勻的混合，因此這次我所要設(shè)計的內(nèi)容就是ZRJ-350A真空乳化機的攪拌系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)。2.2.1主要工作內(nèi)容a) 調(diào)研并寫出開題報告。自己通過各種渠道查找與本課題相關(guān)的資料文獻，仔細研讀后，了解并熟悉掌握相關(guān)的知識和內(nèi)容。在知道設(shè)計任務(wù)后開始構(gòu)思設(shè)計過程，并著手撰寫開題報告。b) 傳動系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)設(shè)計（0號圖）。設(shè)計并繪制合理的傳動系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)的原理圖。c) 電動機的選擇、運動參數(shù)和動力參數(shù)計算。根據(jù)刮板槳轉(zhuǎn)速和均質(zhì)器轉(zhuǎn)速選擇適當功率的電機，計算并記錄運動參數(shù)和動力參數(shù)。d) 軸系的結(jié)構(gòu)設(shè)計。根據(jù)傳動特點，設(shè)計轉(zhuǎn)動軸的機械結(jié)構(gòu)，并根據(jù)攪拌軸及其葉輪所受到的力計算最大扭矩和最大彎矩，校核所設(shè)計的軸系結(jié)構(gòu)的強度，以達到適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)。e) 傳動零件的設(shè)計計算。由攪拌輪單向轉(zhuǎn)動攪拌，采用蝸輪蝸桿傳動，計算蝸輪蝸桿的傳動比，并計算和校核蝸輪蝸桿的強度。f) 軸承類型的選擇和壽命計算。根據(jù)傳動軸的機械結(jié)構(gòu)選擇合理的軸承，并選擇合理的密封和潤滑措施，并計算校核其強度。g) 其它零件的強度校核。根據(jù)均質(zhì)鍋的密封真空效果，采用合理的密封配件，并計算校核其強度；根據(jù)所選軸承選擇合理的軸承支承結(jié)構(gòu)，并計算校核其強度。h) 撰寫論文和答辯。由所設(shè)計的各參數(shù)和機構(gòu)圖撰寫論文，并做到熟悉掌握每一個部件的設(shè)計過程及原理，充分做好答辯的準備。2.3主要技術(shù)指標a) 工作容積：350Lb) 刮板漿轉(zhuǎn)速：(1060)r/min，無級調(diào)速，功率0.92KWc) 均質(zhì)器轉(zhuǎn)速：(5002900) r/min，無級調(diào)速，功率4.62KWd) 使用年限：5年2.4進度計劃a) 調(diào)研、查閱文獻資料（1-4周）b) 方案設(shè)計及比較、確定方案，運動和動力參數(shù)計算（5-6周）c) 傳動系統(tǒng)設(shè)計和零件強度計算、校核（7-11周）d) 攪拌系統(tǒng)設(shè)計和零件強度計算、校核（12-16周）e) 整理資料，撰寫論文（17周）f) 答辯（18周）參考文獻1 班省華.國外均質(zhì)乳化機攪拌系統(tǒng)的技術(shù)特征分析J.甘肅輕紡科技，1996，04：10.2 裘炳毅.乳化作用及其在化妝品工業(yè)的應(yīng)用(五) 各種乳化劑體系和乳化工藝技術(shù)(續(xù)1)J.日用化學工業(yè)，2000，30(1)：23-26.3 沈志昌. 高剪切混合乳化機J. 化工機械，2000，18(6)：359.4 胡長鷹，王有倫. 高剪切均質(zhì)機機理研究J. 化學裝備技術(shù)，1997，01：56-61.5 V. Schroder, H. Schubert . Influence of emulsifier and pore size on membrane emulsification J. in: Food Emulsions and Foams. The Royal Society of Chemistry, Cambridge, 1999:7080.6 陳大先. 機械設(shè)計手冊（第四版）M. 化學工業(yè)出版社， 2001.7 濮良貴，紀名剛. 機械設(shè)計（第七版）M. 高等教育出版社，2001.8 Bakker A,Morton J R,Berg G M.Computerizing the steps of mixer SelectionJ.Chemical Engineering March,1994(3):120-129.9 王昆，何小柏，汪信遠. 機械設(shè)計機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計M. 1995年12月第一版. 高等教育出版社.2003，2.10 張文明. 剪切式均質(zhì)機的結(jié)構(gòu)與理論研究J. 食品與機械， 2001，03.11 林嬌芬，林河通，陳紹軍，趙云峰，陳蓮. 真空技術(shù)在食品貯藏保鮮和加工中的應(yīng)用J. 包裝與食品機械， 2005，02：30-34.12 韓丹，李龍，程云山，徐峰. 現(xiàn)代攪拌技術(shù)的研究進展J. 2004，20(4)：31-33.13 韓東海.日本混合、攪拌、乳化機械的最新動態(tài)J. 中外食品， 2000，03：26-27.14 韓東海，日本混合、攪拌、乳化機械的最新動態(tài)（續(xù)）J. 中外食品， 2000，05：41-42.15 陳允中，汪霞倩.攪拌設(shè)備的設(shè)計與計算J.食品與機械，2001，85(5)：14-22.14ZRJ-350A真空乳化機傳動系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)設(shè)計摘 要真空乳化機是一種在食品、化工、藥品的生產(chǎn)過程中得到廣泛應(yīng)用的設(shè)備。但由于目前國內(nèi)的一些乳化設(shè)備與國外先進水平還有很大差距，需要我們進一步的研究和開發(fā)。本文所主要介紹的是ZRJ-350A真空乳化機的攪拌系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)。該文介紹了設(shè)計ZRJ-350A真空乳化機攪拌系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)的一系列過程：先是前期調(diào)研，再設(shè)計總體方案并加以比較，然后確定方案，再進行裝配設(shè)計，對主要零件進行設(shè)計校核，最后提供傳動系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)的裝配圖。整個設(shè)計中攪拌系統(tǒng)是整個設(shè)計中最重要的部分之一：主要由攪拌槳和均質(zhì)器這兩部分組成。物料在攪拌槳的低速攪拌下，不斷地被切割，翻轉(zhuǎn)，再重新組合。外側(cè)攪拌槳的周圍還有一些刮板，用于把黏結(jié)在鍋壁上的物料刮下，重新攪拌。均質(zhì)器則用于高速攪拌，在高速的旋轉(zhuǎn)中重復(fù)著將物料吸入，剪切，分割，送出，再重新吸入這一過程，是乳化機最重要的部件。傳動系統(tǒng)也是最重要的部分之一：在機器頂端有一臺高速電機，它是用來驅(qū)動高速軸，而另一臺橫放的低速電機通過蝸桿傳動來帶動低速軸。作者巧妙地應(yīng)用高、低速兩套攪拌系統(tǒng)，以便提高乳化效果。關(guān)鍵詞：乳化機，均質(zhì)器，傳動系統(tǒng)，攪拌系統(tǒng)The Design of ZRJ-350A Emulsifying Machine Complexs Transmission System and Mixing System ABSTRACTThe Vacuum Emulsifying Complex is a equipment which is widely used in food, chemic products and medicine. But now there is a large distance between the emulsifying machines made in china and the machines made in foreign countries in technique, so we need researching and empoldering further. ZRJ-350A Emulsifying Machine Complexs mixing system and transmission system is mainly introduced by this article. The whole design process of the ZRJ-350A Emulsifying Machine Complexs mixing system and transmission system has been introduced in this article: firstly we make the former investigation, and design and compare the total project, then confirm the project, after that design the assemblage and calibrate some primary parts, finally offer the drawing of mixing system and transmission system.The mixing system is one of the most important parts in the whole design: it is mainly composed by the stirrer and homogenizer. the materiel is incised, overturned, and then compounded again continually by the low speed mill of the stirrer. There are some scrappers around the outboard stirrers, which can scrape off the materiel felting on the cauldron and then mill again. The homogenizer is fixed in the high speed shaft, and the materiel is inbreathed, cut, divided, sended and inbreathed again by the homogenizer which is the most important part of the emulsifying machine.Transmission system is also one of the most important parts: there is a high speed electromotor which can drive the high speed shaft, and another thwart low speed electromotor can drive the low speed shaft connecting the worms transmission. The designer uses the high and low speed mixing system dexterously to improve the effect of the emulsification. Key words: emulsifying machine，homogenizer，transmission system，mixing systemZRJ-350A真空乳化機傳動系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)設(shè)計0 引言攪拌混合設(shè)備是化工、冶金、醫(yī)藥、食品、飼料等各種工業(yè)反應(yīng)所不可缺少的重要工具。隨著整個社會的發(fā)展以及人們對工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量要求的日益苛刻，普通的攪拌混合技術(shù)已經(jīng)難以滿足人們的需要，然而乳化作為攪拌混合技術(shù)中較為先進的技術(shù)將會在很大程度上滿足這一需要，乳化機作為能產(chǎn)生乳化效果的設(shè)備正被越來越多的廠商所應(yīng)用。乳化是將一種（或幾種）液體以液珠形式分散在另一種不相混溶的液體之中構(gòu)成分散體系。制備乳狀液的機械設(shè)備乳化機，它是一種使油、水兩相混合均勻的乳化設(shè)備，目前乳化機的類型主要有三種：乳化攪拌機、膠體磨和均質(zhì)器。乳化機的類型及結(jié)構(gòu)、性能等與乳狀液微粒的大?。ǚ稚⑿裕┘叭闋钜旱馁|(zhì)量（穩(wěn)定性）有很大的關(guān)系。而能決定乳狀液微粒大小和乳狀液質(zhì)量高低是乳化設(shè)備中的攪拌系統(tǒng)以及傳動系統(tǒng)，所以為了達到良好的乳化效果，本次課題的研究設(shè)計對象正是這兩大系統(tǒng)。71 概述人們進行混合操作時,首先想到的是傳統(tǒng)的攪拌方法，它既簡單又直觀，但攪拌的效率往往不是很高，不能很好的充分混合，分散技術(shù)則不然，它能將液相或固相破碎成極小的顆粒，然后分散到連續(xù)的液相介質(zhì)中去，形成均勻而穩(wěn)定的混合體，它導(dǎo)入介質(zhì)的能量是攪拌的1000倍，因此往往只需幾分鐘,甚至幾秒鐘。而能實現(xiàn)這一高速攪拌方法的機器就是乳化機。乳化機是攪拌機的另一形態(tài)，它將水和油的一方分散到另一方中。而均質(zhì)乳化過程是依靠攪拌裝置的機械作用所產(chǎn)生的剪切力，將分散相撕碎成微小顆粒而分散在連續(xù)相中，形成乳狀均化物。因此，不同的均質(zhì)攪拌裝置制得的乳狀液其分散相的粒度差別很大，而延長攪拌時間也不能提高分散效果。粒度的大小影響著乳體的內(nèi)在質(zhì)量。好的均質(zhì)攪拌裝置主要應(yīng)滿足乳化力強，分散性能好。粒度直徑一般要小于2微米。乳化機的用途十分廣泛，適用于目前化妝品、生物制藥、霜類產(chǎn)品、石油化工、涂料以及一些精細化工的生產(chǎn)，尤其對基質(zhì)粘度大，固料含量比較高的物料乳化配制更顯功效。61.1乳化機的發(fā)展現(xiàn)狀 1.1.1乳化機的分類目前乳化機的類型按工作原理來分主要有三種：乳化攪拌機、膠體磨和均質(zhì)器。乳化機的類型及結(jié)構(gòu)、性能等與乳狀液微粒的大小（分散性）及乳狀液的質(zhì)量（穩(wěn)定性）有很大的關(guān)系。一般如現(xiàn)在還在化妝品廠廣泛使用的攪拌式乳化機，所制得的乳狀液其分散性差，微粒大且粗糙，穩(wěn)定性也較差，也較易產(chǎn)生污染。膠體磨和均質(zhì)器是比較好的乳化設(shè)備，它們所制得的乳狀液微粒小，分散性好，穩(wěn)定性也不錯。近年來乳化機械有很大進步，如真空混合乳化機，如圖1.1所示，其制備出的乳狀液的分散性和穩(wěn)定性極佳。圖1.1 真空混合乳化機除了以上的分類，一般還有按乳化燃料來分有重油乳化機、煤焦油乳化機、柴油乳化機，按工作方式來分有高剪切乳化機、多功能混合乳化機等，按用途來分有瀝青乳化機、果汁飲料乳化機、涂料油墨乳化機、油脂化乳化機等。如圖1.2所示。6 （a）高剪切混合乳化機 （b）VME-10C真空均質(zhì)乳化機 （c）SVME-C型多功能真空均質(zhì)乳化機 （d）VME-80C型真空均質(zhì)乳化機圖1.2 各類乳化機1.1.2 乳化機的應(yīng)用乳化機是現(xiàn)代國際上普遍采用的一種在真空狀態(tài)下無菌制造乳、膏狀均相產(chǎn)品的設(shè)備，通常被廣泛應(yīng)用在化妝品、醫(yī)藥、食品、化工等行業(yè)。如食品工業(yè)的番茄醬、花生醬、調(diào)味劑、嬰兒食品等；化妝品行業(yè)的雪花膏、美容霜等；醫(yī)藥工業(yè)的油膏、軟膏、乳劑、洗劑、栓劑等；化學工業(yè)的某些涂料、染色劑等。基于乳化機生產(chǎn)的產(chǎn)品大多是給人們直接食用或者外敷的，因此對其衛(wèi)生狀況要求很高，一般都要通過GMP認證，GMP是英文good manufacturing practice 的縮寫，中文的意思是良好作業(yè)規(guī)范，或是優(yōu)良制造標準，是一種特別注重制造過程中產(chǎn)品質(zhì)量與衛(wèi)生安全的自主性管理制度。它是一套適用于制藥、食品等行業(yè)的強制性標準，要求企業(yè)從原料、人員、設(shè)施設(shè)備、生產(chǎn)過程、裝運輸、質(zhì)量控制等方面按國家有關(guān)法規(guī)達到衛(wèi)生質(zhì)量要求，形成一套可操作的作業(yè)規(guī)范幫助企業(yè)改善企業(yè)衛(wèi)生環(huán)境，及時發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中存在的問題，加以改善。191.1.3 國內(nèi)乳化機的發(fā)展1988年，第一臺高剪切乳化機在中國試制成功（原國營啟東長江廠）。2000年，第一臺高剪切乳化機在納米碳酸鈣的合成中成功應(yīng)用（內(nèi)蒙蒙西高新技術(shù)）。2001年，第一臺高剪切乳化機應(yīng)用于瀝青 （上海威宇和長安大學合作）。2002年，中國最大的200KW乳化機應(yīng)用成功（克拉瑪依煉油廠）。2004年，中國最快的生產(chǎn)用管線式乳化機（泵）以8000rpm的高轉(zhuǎn)速在威宇公司研制成功（北京某研究所）。1.1.4 國外乳化機的發(fā)展要制造優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定的乳狀體產(chǎn)品，除選用合格的原料，適當?shù)呐浞?，合理的工藝技術(shù)路線外，設(shè)備的先進性就成為關(guān)鍵因素。均質(zhì)乳化機的技術(shù)關(guān)鍵是其罐內(nèi)三種不同類型的均質(zhì)攪拌裝置。目前在世界上通行的乳化機代表基本上分為三大派系，即美國ROSS公司，日本TK公司及德國IKA公司。國內(nèi)雖然已有仿制進口的均質(zhì)乳化機，但某些性能上仍有一定差距。 美國ROSS公司是由美國查理斯羅斯父子于1841年創(chuàng)建，是專業(yè)性混合設(shè)備制造公司，以生產(chǎn)混合器、混合機和研磨機而聞名于世。ROSS公司的乳化機具有分散、混合、乳化、剪切、均質(zhì)的功能，其特點是中心吸料徑向噴射式，以湍流混合為主體，液體的翻動劇烈，分散、混合、乳化作用明顯，用戶代表有揚州膚美靈。 日本TK公司，其公司正式名稱叫特殊機化工業(yè)株式會社，創(chuàng)立于1927年（大阪福鳥區(qū)）。其乳化機的特點是軸流式剪切乳化，主要考慮流體上下翻動，呈周期復(fù)合分散、乳化、均質(zhì)、混合系統(tǒng)。其產(chǎn)品主要用于化妝品及醫(yī)藥行業(yè)，在中國的典型應(yīng)用代表是北京資生堂。 德國IKA公司，具有上百年歷史的德國IKA公司在全球有很多分公司，中國廣州的IKA公司就是其中之一。IKA產(chǎn)品主要在實驗室分析設(shè)備方面有著獨到的一面，產(chǎn)品注重以分散為主體的功能，因而，在需要進行剪切的工況下，就明顯的力不從心，另外在大型工業(yè)設(shè)備方面不具有優(yōu)勢，其用戶代表有深圳小護士。16171.1.5乳化機的發(fā)展趨勢隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品趨向高檔，乳化設(shè)備外形結(jié)構(gòu)緊湊、精巧，尤其是智能控制技術(shù)的成功運用，使得乳化設(shè)備的技術(shù)水平得到了進一步的提升。環(huán)保型的乳化設(shè)備產(chǎn)品的開發(fā)成為企業(yè)重要的一項工作。節(jié)能技術(shù)和機電一體化技術(shù)的應(yīng)用已到了必須直面的時候。采用人機工程學設(shè)計，提高操作的智能化，減少噪聲和振動，注重外觀造型設(shè)計的要求更高。例如生產(chǎn)食品的乳化機，通常，用于乳壯物均質(zhì)乳化的乳化機壓力是150kg/cm左右，若壓力是200-300 kg/cm，在食品方面則可以滿足任何要求。但近來由于腸胃營養(yǎng)劑等乳化安定，微?；艽龠M體內(nèi)吸收，要求的壓力更高，這樣就需要高壓乳化機，高壓乳化機主要用于延長保存時間，改善口感，食感，保持風味，抑制氧化，穩(wěn)定香和色，減少添加劑，高附加值的材料和商品的個性化。現(xiàn)在一些混合設(shè)備還根據(jù)混合專家的經(jīng)驗和常識，將攪拌混合設(shè)備與自動控制技術(shù)相結(jié)合，在混合設(shè)備選型和設(shè)計中運用人工智能技術(shù)（AI）和基于知識的系統(tǒng)（KBS），即實現(xiàn)了混合設(shè)備選型和設(shè)計的智能化。15212 設(shè)計任務(wù)2.1 ZRJ-350真空乳化機的結(jié)構(gòu)和特點ZRJ是真空乳化機的中文拼音縮寫，350是其工作容積的大小。ZRJ-350真空乳化機是根據(jù)化妝品、藥膏類產(chǎn)品的制膏工藝而專門設(shè)計的較為先進的產(chǎn)品，本機組由預(yù)處理鍋、真空乳化攪拌鍋、真空泵、液壓系統(tǒng)、倒料系統(tǒng)、電器控制系統(tǒng)、工作平臺等部分組成。 本機組攪拌器采用變頻無級調(diào)速，能滿足不同粘度物料需求，操作簡便，性能穩(wěn)定，均質(zhì)性好，乳化效果好，生產(chǎn)效率高，清洗方便，結(jié)構(gòu)合理，占地面積少，自動化程度高等特點。用途：適用于化妝品廠，藥廠的膏、霜類產(chǎn)品的生產(chǎn)，尤其對基質(zhì)粘度大，固料含量比較高的物料乳化配制更顯功效，如圖2.1，圖2.2是ZRJ真空乳化機設(shè)計的最終效果圖，而表2.1是ZRJ真空乳化機在各個工作容積下的主要技術(shù)參數(shù)。圖2.1 ZRJ350真空乳化機全圖1.擋流板2.刮板3.框式攪拌槳4.均質(zhì)器5.乳化鍋6.乳化鍋夾套7.保溫材料8.中間（固定）攪拌槳9.溫度傳感器圖2.2 ZRJ系列真空乳化均質(zhì)鍋內(nèi)部結(jié)構(gòu)表2.1 主要技術(shù)參數(shù)型式全容量乳化馬達攪拌馬達外型尺寸H.P.R.P.MH.P.R.P.M長寬高全高BX-ZRJ1002300-3600119-75180080020002650BX-ZRJ1503500-3600119-75190080021002900BX-ZRJ2003500-3600219-75200095022003100BX-ZRJ3005500-3600319-752200105024003400BX-ZRJ5005500-3600319-752500110026003600BX-ZRJ6507.5500-3600519-752750120029503950BX-ZRJ8007.5500-36007.519-752950140030504150BX-ZRJ100010500-36007.519-753100152031004250其工作原理：物料在水鍋、油鍋內(nèi)通過加熱、攪拌溶解后，采用抽真空的方式吸入乳化鍋內(nèi)，再經(jīng)過乳化鍋內(nèi)的刮壁攪拌漿葉混合攪拌后，再被吸入高速旋轉(zhuǎn)的均質(zhì)器后，經(jīng)過高速旋轉(zhuǎn)的切割輪與固定的切割套之間所產(chǎn)生的強力的剪斷、沖擊、亂流等過程，物料在剪切縫中被迅速切割破碎成微粒，由于乳化鍋內(nèi)處于真空狀態(tài)，物料在攪拌過程中產(chǎn)生的氣泡會被及時的抽走。其特點：料鍋蓋為自動升降式，乳化鍋鍋體是翻轉(zhuǎn)可傾式，便于清洗，并可通過電熱管對鍋夾層內(nèi)的導(dǎo)熱介質(zhì)進行加熱來實現(xiàn)對物料的加溫，加熱溫度任意設(shè)定，自動控制。在夾層內(nèi)接入冷卻水即可對物料進行冷卻，操作簡單、方便，夾層外設(shè)有保溫層。均質(zhì)器與槳葉攪拌可分開使用，也可同時使用。而鍋內(nèi)刮板攪拌器的作用就是將罐壁上的物料不斷刮下，使全部物料能進行均衡而充分的熱交換，防止過熱或過冷，從而保證產(chǎn)品受到均勻的攪拌和混合。乳化設(shè)備對乳化有很大影響，其中之一是攪拌速度對乳化的影響。攪拌速度適中是為使油相與水相充分的混合，攪拌速度過低，顯然達不到充分混合的目的，但攪拌速度過高，會將氣泡帶入體系，使之成為三相體系，而使乳狀液不穩(wěn)定。因此在設(shè)計過程中要注意轉(zhuǎn)速的控制和密封條件的保持。122.2 設(shè)計內(nèi)容本課題來自于上海貝思特包裝機械有限公司。乳化機主要就是為了攪拌混合所加的物料，使物料能夠得到充分均勻的混合，因此本文所要設(shè)計的內(nèi)容就是ZRJ-350A真空乳化機的攪拌系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)。2.3 設(shè)計目的真空乳化機是食品、藥品、化妝品等生產(chǎn)過程中的專用設(shè)備，而我國現(xiàn)今的乳化設(shè)備在設(shè)計和機械性能方面還有一些缺陷，所以該課題目的在于通過設(shè)計新穎的攪拌系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)，提高真空乳化機的乳化效果并能在衛(wèi)生要求方面順利通過國家的GMP認證。2.4 主要技術(shù)指標工作容積：350L刮板漿轉(zhuǎn)速：(1060)r/min，無級調(diào)速，功率0.92KW均質(zhì)器轉(zhuǎn)速：(5002900) r/min，無級調(diào)速，功率4.62KW使用年限：5年2.5 設(shè)計步驟2.5.1 調(diào)研并寫出開題報告作者通過各種渠道查找與本課題相關(guān)的資料文獻，仔細研讀后，了解并熟悉掌握相關(guān)的知識和內(nèi)容乳化機的工作原理以及工作方式，然后在知道設(shè)計任務(wù)后開始構(gòu)思設(shè)計過程，并著手撰寫開題報告以及英文文獻的翻譯。2.5.2 總體方案的論證 在前期調(diào)研的基礎(chǔ)上，設(shè)計一些總體方案并且對這些方案的優(yōu)缺點加以比較，從中選出最符合本課題要求的方案確定為最終方案。2.5.3 傳動系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計并繪制合理的傳動系統(tǒng)和攪拌系統(tǒng)的原理圖。2.5.4 電動機的選擇、運動參數(shù)和動力參數(shù)計算根據(jù)給定的刮板槳轉(zhuǎn)速和均質(zhì)器轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，選擇適當功率的電機，計算并記錄運動參數(shù)和動力參數(shù)。2.5.5 傳動零件的設(shè)計計算由攪拌輪單向轉(zhuǎn)動攪拌，采用蝸輪蝸桿傳動，計算蝸輪蝸桿的傳動比，并計算和校核蝸輪蝸桿的強度。2.5.6 軸系的結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)所選電動機的功率以及蝸輪蝸桿的傳動比來設(shè)計各個轉(zhuǎn)動軸的機械結(jié)構(gòu)，并根據(jù)攪拌軸及其葉輪所受到的力計算最大扭矩和最大彎矩，校核所設(shè)計的軸系結(jié)構(gòu)的強度，以達到適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)。2.5.7 軸承類型的選擇和壽命計算根據(jù)傳動軸的機械結(jié)構(gòu)選擇合理的軸承，并選擇合理的密封和潤滑措施，并計算校核其強度。2.5.8 鍵的強度校核根據(jù)軸和聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)特點選擇適當?shù)逆I，并計算校核其強度。2.5.9 撰寫論文和答辯由所設(shè)計的各參數(shù)和機構(gòu)圖撰寫論文，并做到熟悉掌握每一個部件的設(shè)計過程及原理，充分做好答辯的準備。3 設(shè)計方案的擬定3.1參考方案在對本課題的調(diào)研和研究后，了解了真空乳化機的攪拌系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)和一些技術(shù)要求，于是確定了兩套參考方案。方案一：傳動系統(tǒng)設(shè)計采用蝸輪蝸桿傳動，攪拌系統(tǒng)設(shè)計采用單向轉(zhuǎn)動攪拌。方案二：傳動系統(tǒng)設(shè)計采用圓錐齒輪傳動，攪拌系統(tǒng)設(shè)計采用雙向轉(zhuǎn)動攪拌。3.2兩套參考方案的比較第一套方案中傳動系統(tǒng)設(shè)計采用蝸輪蝸桿傳動，這樣就能帶動攪拌的葉輪，使其能夠進行單個方向的攪拌轉(zhuǎn)動，這樣就可以使中間攪拌轉(zhuǎn)動軸只有兩層，這種方案可以使乳化機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為緊湊，這樣就能減低一定的生產(chǎn)成本，而且這種結(jié)構(gòu)有助于潤滑油的密封，使得在乳化過程中，產(chǎn)品不被污染。第二套方案中的傳動系統(tǒng)設(shè)計采用圓錐齒輪傳動，這樣可以帶動攪拌葉輪進行雙向的攪拌轉(zhuǎn)動，為了達到這樣的效果，中間的轉(zhuǎn)動軸就要有三層，這種方案由于可以進行相反兩個方向的攪拌轉(zhuǎn)動，可以使物料充分得到均勻混合，但同時會使得結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，這樣就使生產(chǎn)成本提高，而且結(jié)構(gòu)越復(fù)雜產(chǎn)生潤滑油泄露的幾率也越大，這樣就會造成在乳化過程中，產(chǎn)品受到污染。3.3設(shè)計方案的最終確定通過對兩套方案的比較，最終本文決定采用第一套方案。因為第一套方案在結(jié)構(gòu)上較為緊湊，尤其是中心轉(zhuǎn)動軸部分夾層只有兩層，這樣一來可以明顯減少潤滑油泄露的幾率，雖然單向攪拌沒有雙向攪拌來得能使物料得到很充分的混合，但由于真空乳化機生產(chǎn)的大多是食品，藥物等供人們食用的產(chǎn)品，所以很忌諱其產(chǎn)品受到污染。4 ZRJ-350A真空乳化機各系統(tǒng)分析由于本文設(shè)計的是ZRJ-350A真空乳化機的攪拌系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)，所以作者就對這兩大系統(tǒng)作必要的分析，如圖4.1。圖4.1 ZRJ-350A真空乳化機攪拌系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)的簡圖4.1 傳動系統(tǒng)分析ZRJ-350A真空乳化機的傳動系統(tǒng)：由電動機2輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，通過聯(lián)軸器連接電機軸和蝸桿軸，再由蝸輪蝸桿作為傳動零件分配適當?shù)膫鲃颖龋ㄟ^鍵使蝸桿能使軸1轉(zhuǎn)動，又因為電動機2有著變頻功能，能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)速，從而使得軸1能夠在規(guī)定的技術(shù)指標內(nèi)轉(zhuǎn)動，同時軸1能帶用攪拌漿2以及外側(cè)攪拌槳周圍的刮板漿轉(zhuǎn)動。由電動機1輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，通過聯(lián)軸器使得電機軸與軸3相連接，由于電動機1有變頻功能，能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)速，所以軸3能夠在規(guī)定的技術(shù)指標內(nèi)轉(zhuǎn)動。而軸2是不轉(zhuǎn)動的。4.2 攪拌系統(tǒng)分析圖4.2 軸2的固定方式ZRJ-350A真空乳化機的攪拌系統(tǒng)：主要由攪拌槳和均質(zhì)器這兩部分組成。攪拌槳主要負責低速攪拌，把物料不斷切割，翻轉(zhuǎn)，再重新組合。外側(cè)攪拌槳的周圍還有一些刮板，用于把黏結(jié)在鍋壁上的物料刮下，重新攪拌。均質(zhì)器則用于高速軸的攪拌，在高速的旋轉(zhuǎn)中重復(fù)著把物料吸入剪切分割送出在重新吸入這一過程，是乳化機最重要的部件。如圖4.1，軸1與攪拌漿2以及外側(cè)攪拌槳周圍的刮板漿相連接的，于是軸1的轉(zhuǎn)動帶動了攪拌漿2和刮板漿相應(yīng)的轉(zhuǎn)動。又如圖4.2，液面板用于固定軸2使之不轉(zhuǎn)動，而攪拌漿1與軸2相連接，所以是固定不轉(zhuǎn)動的，因此攪拌漿2在轉(zhuǎn)動的同時和攪拌漿1會產(chǎn)生一定的剪切力，達到一定的混合攪拌的功能，而軸3是與均質(zhì)器直接相連的，軸3的轉(zhuǎn)動帶動均質(zhì)器的轉(zhuǎn)動，由于均質(zhì)器是達到500-2900r/min，屬于高速轉(zhuǎn)動，攪拌漿2的轉(zhuǎn)速只有10-60 r/min，所以物料的高速攪拌主要是靠均質(zhì)器。5 傳動方案確定5.1 傳動方案本傳動裝置是由均質(zhì)器部分電動機直接傳動均質(zhì)攪拌葉，和單向攪拌系統(tǒng)蝸輪蝸桿傳動的傳動方式組合而成的。均質(zhì)器的攪拌是高速且可無級調(diào)速的，而單向攪拌系統(tǒng)是慢速且可無級調(diào)速的。5.1.1 電動機的選擇5.1.1.1 選型說明工業(yè)上一般采用三相交流電源，無特殊要求一般選三相交流異步電動機。本設(shè)計中均質(zhì)器部分的傳動采用YVP系列變頻調(diào)速三相異步電動機，YVP系列變頻調(diào)速三相異步電動機采用AMCAD設(shè)計而成，可實現(xiàn)電動機的無級調(diào)速，具有運行噪聲低，轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，節(jié)能效果明顯，調(diào)整性能好，調(diào)整比寬等優(yōu)點，能和國內(nèi)外各類變頻裝置相配套。電動機的結(jié)構(gòu)形式，按安裝位置不同，有臥式和立式兩類。本設(shè)計中均質(zhì)器傳動采用立式安裝，單向攪拌部分采用臥式安裝。5.1.1.2 電動機容量的選擇合理的確定電動機的額定功率，決定電動機的功率時要考慮電動機的發(fā)熱過載能力和起動能力。（一） 均質(zhì)器部分(1) 工作機所需功率（均質(zhì)器輸入功率） (2) 電動機輸出功率：由資料2 p.7式（2-4）得：(5.1)聯(lián)軸器的傳動效率： ；滾動軸承的傳動效率：；傳動裝置總效率：故電動機輸出功率： (5.2)(3) 電動機額定功率選擇由于 由資料5的表1選：(4) 電動機轉(zhuǎn)速的確定： 由資料2 p.8式（2-6）得：(5.3)式中: 電動機轉(zhuǎn)速可選范圍； 傳動比范圍；由傳動設(shè)計，可知：i=1電動機轉(zhuǎn)速為：因此參照YVP系列電動機的技術(shù)數(shù)據(jù)，外形和安裝尺寸，綜合考慮其傳動裝置的尺寸、重量、價格等因素后，決定選用同步轉(zhuǎn)速為2900r/min的電動機。(5) 電動機型號及安裝尺寸：根據(jù)選定的電動機的類型，結(jié)構(gòu)型式，功率為5.5 kw，轉(zhuǎn)速為2900r/min，結(jié)合YVP系列電動機的主要參數(shù)，選用YVP132S1-2型的電動機，如表5.1，表5.2，和圖5.1。表5.1 電動機的主要技術(shù)數(shù)據(jù)電動機型號額定功率（kw）同步轉(zhuǎn)速（r/min）電流（A）額定轉(zhuǎn)矩（Nm）YVP132S1-25.5290010.917.5 表5.2 電動機的外型和安裝尺寸電動機型號MTNEDFGDLGYVP132S2654230803810853033ACADHFS2752103154X15 圖5.1 電動機外形示意圖(6) 傳動比分配：總傳動比：(5.5)(7) 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)：設(shè)：電動機軸為0軸與聯(lián)軸器聯(lián)接的高速軸為I軸各軸的轉(zhuǎn)速：第0軸： 第I軸：各軸的輸入功率：第0軸：第I軸：各軸的輸入轉(zhuǎn)矩：第0軸：(5.6)第I軸：數(shù)據(jù)整理成表5.3：表5.3 運動和動力參數(shù)匯總表軸號轉(zhuǎn)速n(r/min)功率（kw）轉(zhuǎn)矩T(Nm)傳動比i效率輸入輸出輸入輸出第0軸29005.518.1110.99第I軸29005.55.4518.1117.9510.98（二） 攪拌漿部分：(1) 工作機所需功率：(2) 蝸輪蝸桿軸輸出功率：由資料2的表2-4得：滾動軸承傳動效率：；蝸輪蝸桿傳動效率：；(3) 電動機輸出功率：由資料2 p.7式（2-4）：由資料2的表2-4得：聯(lián)軸器的傳動效率：滾動軸承的傳動效率：傳動裝置總效率：故電動機輸出功率：(4) 電動機額定功率選擇由于 由資料5選：(5) 電動機轉(zhuǎn)速的確定： 由資料2 p.8式（2-6）得：式中： 電動機轉(zhuǎn)速可選范圍； 蝸輪蝸桿傳動比范圍；由傳動設(shè)計可知：可選擇電動機轉(zhuǎn)速為：參照YVP系列電動機的技術(shù)數(shù)據(jù)，外形和安裝尺寸，綜合考慮其傳動裝置的尺寸、重量、價格等因素后，決定選用輸出轉(zhuǎn)速為720 r/min的電動機。 (6) 電動機型號及安裝尺寸：根據(jù)選定的電動機的類型，結(jié)構(gòu)型式，功率為1.5 kw，轉(zhuǎn)速為720r/min，結(jié)合YVP系列電動機的主要參數(shù)，選用YVP100L-6型的電動機，如表5.4，表5.5，和圖5.2。表5.4 電動機的主要技術(shù)數(shù)據(jù)電動機型號額定功率（kw）輸出轉(zhuǎn)速（r/min）電流（A）輸出轉(zhuǎn)矩（Nm）YVP100L-61.57204.414.0 表5.5 電動機的外型和安裝尺寸電動機型號HABCDELGYVP100L10016014063286043024KABADACHDFGD1220518021524587 圖5.2 電動機外形示意圖(7) 傳動比分配：總傳動比：(8) 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)設(shè)：電動機軸為0軸蝸輪蝸桿軸為I軸刮板槳傳動軸為軸（軸套最外軸）各軸的轉(zhuǎn)速： 第0軸： 第I軸：第軸：各軸的輸入功率：第0軸：第I 軸：第II軸：各軸的輸入轉(zhuǎn)矩：第0軸：第I軸：第II軸：數(shù)據(jù)整理成表5.6：表5.6運動和動力參數(shù)匯總表軸號轉(zhuǎn)速n功率（kw）轉(zhuǎn)矩T（Nm）傳動比i效率(r/min)輸入輸出輸入輸出第0軸7201.519.910.995第I軸601.51.4919.9237.16120.985第軸601.491.08237.16171.910.9856 傳動零件的強度校核6.1 蝸輪蝸桿傳動6.1.1 主要傳動參數(shù)由資料4的表4-1-7得：表6.1 蝸輪與蝸桿的參數(shù)匹配中心距a(mm)傳動比i模數(shù)m(mm)蝸桿分度圓直徑(mm)蝸桿頭數(shù)蝸輪齒數(shù)蝸輪變位系數(shù)180126.363448-0.42866.1.2 蝸輪蝸桿的強度校核計算由資料4的表4-3-4得：普通圓柱蝸桿傳動蝸輪的強度計算公式：按接觸強度設(shè)計：(6.1) 按接觸強度校核：(6.2) 按彎曲強度校核： (6.3) 式中： 載荷系數(shù) =237160 材料性能系數(shù) 許用應(yīng)力 (1) 按接觸強度校核： (6.4)式中： 蝸桿變形系數(shù)，由資料4的表4-3-9得：=70 蝸輪上按時間計的平均轉(zhuǎn)矩與最大轉(zhuǎn)矩的比值，=0.59，由資料4的表4-3-4得：，代入式(6.2)由資料4的表4-3-5得：，代入式(6.2)得：由資料4的表4-3-6得：113MPa按接觸強度校核合格。(2) 按彎曲強度校核：由資料4的表4-3-10得：由資料4的表4-1-6得：， 由資料4的表4-3-8得：按彎曲強度校核合格。7 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度校核7.1 最外軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度校核7.1.1 最外軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(1) 最外軸上的功率，轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)矩：，(2) 初步確定軸的最小直徑：最外軸選用材料：1Cr18Ni9Ti由資料3的表15-3得：=62.17mm (7.1) 式中： 空心軸的內(nèi)徑與外徑之比，通常取0.5-0.6按直徑長度系列值取(3) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計：圖7.1 最外軸的結(jié)構(gòu)如圖7.1，該段軸伸的需要安裝軸承，初選軸承7222E，其外型尺寸為，為了軸向固定軸承。，由于安裝軸承，所以。7.1.2 最外軸的強度校核(1) 作用在蝸桿上的力：(7.2)(7.3) (7.4)(2)求軸上的載荷：a) 在水平面內(nèi)：(7.5)(7.6) (7.7)b) 在垂直面內(nèi)：(7.8)(7.9)(7.10)(7.11) (7.12)(7.13)c) 總彎矩： (7.14)由資料3p364 式（15-4）得： (7.15) 取，則有：d) 根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖（如圖7.2）：圖7.2 軸的載荷分析圖數(shù)據(jù)整理成表7.1：表7.1 軸的受力情況載荷水平面H垂直面V支反力FFNH1=NFV1=NFNH2=NFV2=N彎矩MMH=NmmMV1=NmmMV2=NmmMV3=Nmm總彎矩M1=NmmM2=NmmM3=Nmm扭矩TT=Nmm計算彎矩McaMca1=NmmMca2=Nmm(2) 彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度：由資料3的表15-1得：該軸強度合格。7.2 中間軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度校核7.2.1 中間軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(1) 中間軸上的功率：，轉(zhuǎn)速：以及轉(zhuǎn)矩：， ， (2) 初步確定軸的最小直徑：中間軸選用材料：45號鋼由資料3的表15-3得：=25.64mm按直徑長度系列值取(3) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計： 圖7.3 中間軸的結(jié)構(gòu)如圖7.3， ，該段軸伸的左側(cè)需要安裝軸承，初選軸承6006，其外型尺寸為，因此，為了軸向固定軸承。又因為上要安裝軸承，初選軸承6207，其外型尺寸為，因此， ，由于安裝軸承，所以，。7.2.2 中間軸的強度校核中間軸只受扭矩按扭轉(zhuǎn)強度條件計算中間軸的強度由資料2的表15-3得： (7.15)該軸強度合格。7.3 蝸桿軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度校核7.3.1 蝸桿軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(1) 蝸桿軸上的功率，轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)矩：， ， (2) 初步確定軸的最小直徑蝸桿軸選用材料：40Cr由資料3的表15-3得：(7.16)式中： 電動機軸直徑，YVP100L-6型電動機的電機軸為 28mm按直徑長度系列值取(3) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計：圖7.4 蝸桿軸的結(jié)構(gòu)如圖7.4，該段軸伸的左側(cè)需要安裝軸承，所以為了方便軸承的安裝拆卸又需要通過骨架式旋轉(zhuǎn)唇形密封裝置進行密封，初選軸承30205，其外型尺寸為，因此，為了軸向固定軸承。，由于安裝軸承，所以。7.3.2 蝸桿軸的強度校核(1) 作用在蝸桿上的力：(2)求軸上的載荷：a) 在水平面內(nèi)：b) 在垂直面內(nèi)：c) 總彎矩：由資料3p364 式（15-4）得： 取，則有d) 根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖（如圖7.5）：圖7.5 軸的載荷分析圖數(shù)據(jù)整理成表7.2：表7.2 軸的受力情況載荷水平面H垂直面V支反力FFNH1=NFV1=NFNH2=NFV2=N彎矩MMH=NmmMV1=NmmMV2=NmmMV3=Nmm總彎矩M1=NmmM2=NmmM3=Nmm扭矩TT=Nmm計算彎矩McaMca1=NmmMca2=Nmm(2) 彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度：由資料3的表15-1得：該軸強度合格。8 軸承的壽命驗算8.1 各軸上所用的軸承在軸的設(shè)計計算中，已經(jīng)分別完成了對各軸的軸頸尺寸的確定?，F(xiàn)軸承分配如下表8.1：表8.1 軸承的分配編號軸承型號所在軸明細表中對應(yīng)的標號16210蝸桿軸10427222E最外軸7231222最外軸1641213刮板軸9256007中間軸4966306中間軸9576007中間軸2386006中間軸298.2 各個軸承的壽命驗算8.2.1預(yù)期壽命在設(shè)計任務(wù)書中，給定該傳動裝置的工作年限為5年，雙班制，則預(yù)期其工作壽命為： 8.2.2 軸承1的壽命驗算(1) 受力分析：如圖8.1圖8.1軸系部件受力簡圖 (2) 求軸承當量動載荷P1和P2：由資料3的表13-5得： 由資料3的表13-6得：(3) 驗算軸承的壽命： 則：該軸承壽命合格。8.2.3軸承2的壽命驗算(1) 受力分析：如圖8.2圖8.2 軸系部件受力簡圖(2) 求軸承當量動載荷P1和P2：由資料1的表6-7得： 由資料3的表13-7得：式中： 軸向派生力當時，則軸有向左竄動的趨勢，相當于軸承1被壓緊，軸承2被放松，但實際上軸必須處于平衡位置（軸承座必然要通過軸承元件施加一個附加的軸向力來阻止軸的竄動），所以被壓緊的軸承1所受的總軸向力：由資料1的表6-7得： 由資料3的表13-6得：(3) 驗算軸承的壽命： 則：該軸承壽命合格。8.2.4 軸承3的壽命驗算(1) 受力分析：如圖8.3圖8.3軸系部件受力簡圖(2) 求軸承當量動載荷P1和P2：由資料1的表6-7得： 由資料3的表13-6得：(3) 驗算軸承的壽命： 則：該軸承壽命合格。8.2.5軸承4的壽命驗算(1) 受力分析：如圖8.4圖8.4軸系部件受力簡圖(2) 求軸承當量動載荷P1和P2：由資料1的表6-7得： 由資料3的表13-6得：(3) 驗算軸承的壽命： 則：該軸承壽命合格。 8.2.6 軸承5的壽命驗算(1) 受力分析：(2) 求軸承當量動載荷P：由資料3的表13-6得：(3) 驗算軸承的壽命：則：該軸承壽命合格。8.2.7 軸承6的壽命驗算(1) 受力分析：(2) 求軸承當量動載荷P：由資料3的表13-6得：(3) 驗算軸承的壽命：則：該軸承壽命合格。8.2.8 軸承7的壽命驗算(1) 受力分析：(2) 求軸承當量動載荷P：由資料3的表13-6得：(3) 驗算軸承的壽命：則：該軸承壽命合格。8.2.9 軸承8的壽命驗算(1) 受力分析：(2) 求軸承當量動載荷P：由資料3的表13-6得：(3) 驗算軸承的壽命：則：該軸承壽命合格。9 鍵連接工作能力驗算9.1 各軸上所用的鍵各軸所用鍵代號見下表9.1表9.1 各軸上的鍵編號明細表編號鍵尺寸（bhL）1115單圓頭普通平鍵（C）型8750229單圓頭普通平鍵（C）型201285339單圓頭普通平鍵（C）型12820498單圓頭普通平鍵（C）型8725520單圓頭普通平鍵（C）型87259.2 各鍵的工作能力驗算9.2.1 鍵1的工作能力驗算(1) 選擇鍵的類型和尺寸：選用單圓頭普通平鍵，C型鍵，軸的材料為45號鋼, 聯(lián)軸器的材料為低碳碳素鋼Q235。查資料2的表6-2得：取中間值鍵的工作長度l，鍵與輪轂槽的接觸高度k(9.1)(9.2)(2) 校核鍵連接的強度：(9.3)鍵聯(lián)接擠壓強度滿足。9.2.2 鍵2的工作能力驗算(1) 選擇鍵的類型與尺寸：選用單圓頭普通平鍵，C型鍵，軸的材料為1Cr18Ni9Ti。查資料2的表6-2得：取中間值鍵的工作長度l，鍵與輪轂槽的接觸高度k(2) 校核鍵連接的強度：鍵聯(lián)接擠壓強度滿足。9.2.3 鍵3的工作能力驗算(1) 選擇鍵的類型與尺寸：選用單圓頭普通平鍵，C型鍵，軸的材料為1Cr18Ni9Ti。查資料2的表6-2得：取中間值鍵的工作長度l，鍵與輪轂槽的接觸高度k(2) 校核鍵連接的強度：鍵聯(lián)接擠壓強度滿足。9.2.4 鍵4的工作能力驗算(1) 選擇鍵的類型與尺寸選用單圓頭普通平鍵，C型鍵，軸的材料為45#鋼。查資料2的表6-2得：取中間值鍵的工作長度l，鍵與輪轂槽的接觸高度k(2) 校核鍵連接的強度：鍵聯(lián)接擠壓強度滿足。9.2.5 鍵5的工作能力驗算(1) 選擇鍵的類型與尺寸選用單圓頭普通平鍵，C型鍵，軸的材料為45#鋼。查資料2的表6-2得：取中間值鍵的工作長度l，鍵與輪轂槽的接觸高度k(2) 校核鍵連接的強度：鍵聯(lián)接擠壓強度滿足。10 聯(lián)軸器10.1聯(lián)軸器的選型說明根據(jù)聯(lián)軸器對各種相對位移有無補償能力（即能否在相對位移條件下保持連接的功能）聯(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器（無補償能力）和撓性聯(lián)軸器（有補償能力）兩大類。本傳動裝置中所用的是有彈性元件的撓性聯(lián)軸器。選擇有彈性元件的撓性聯(lián)軸器的原因是其不僅可以補償兩軸間的相對位移，而且有減振和緩沖的性能，廣泛適用于一般的中小功率的傳動，且結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)動慣量小。10.2 聯(lián)軸器的選擇與型號尺寸(1) 計算聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩：由資料3的表141中查得：KA=1.5；則：(2) 選型：由上式得，由2的表174得合適的型號是HL2，如圖10.1，表10.1。圖10.1 彈性柱銷聯(lián)軸器表10.1 彈性柱銷聯(lián)軸器的技術(shù)參數(shù)類型公稱扭矩（Nm）許用轉(zhuǎn)速n（r/min）軸孔直徑d1、d2、d3（mm）HL2315560025、3011 結(jié)論這次課題要求作者對ZRJ-350A真空乳化機的攪拌系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)進行設(shè)計：(1) ZRJ-350A真空乳化機的傳動系統(tǒng)采用蝸輪蝸桿傳動，而其攪拌系統(tǒng)采用單向轉(zhuǎn)動攪拌的總體設(shè)計方案，采用這套方案能使得乳化機的結(jié)構(gòu)較為緊湊，能夠降低成本，和占地面積，還能很好的做到密封，因為真空乳化機生產(chǎn)的產(chǎn)品大多是食品，藥品，化妝品，所以對于衛(wèi)生要求十分的高，這就意味著在能達到混合攪拌要求的同時，還要兼顧嚴密的密封，要使得潤滑油泄露的幾率降到最低。使其能夠順利的通過國家GMP認證。(2)在電動機的選擇方面，本次設(shè)計選擇了YVP系列變頻調(diào)速三相異步電動機，該電動機具有運行噪聲低，轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，節(jié)能效果明顯，調(diào)整性能好等優(yōu)點，最重要的是它能實現(xiàn)無極調(diào)速，這樣就能使轉(zhuǎn)速任意連續(xù)的變化，從而達到滿足不同粘度物料需求。 (3)該真空乳化機的傳動系統(tǒng)由一個YVP系列變頻調(diào)速三相異步電動機通過聯(lián)軸器的連接來驅(qū)動蝸桿，然后再由蝸桿通過鍵的連接來帶動攪拌漿軸的轉(zhuǎn)動，由于選擇了YVP系列變頻調(diào)速三相異步電動機和蝸桿傳動，所以傳動比較平穩(wěn)而且噪音很小(4)該真空乳化機的攪拌系統(tǒng)主要由攪拌槳和均質(zhì)器這兩部分組成。攪拌槳主要負責低速攪拌，把物料不斷切割，翻轉(zhuǎn)，再重新組合。外側(cè)攪拌槳的周圍還有一些刮板，用于把黏結(jié)在鍋壁上的物料刮下，重新攪拌。均質(zhì)器則用于高速軸的攪拌，在高速的旋轉(zhuǎn)中重復(fù)著把物料吸入，剪切，分割，送出，在重新吸入這一過程。由于有了攪拌槳的低速攪拌和均質(zhì)器的高速攪拌，所以能夠很好的提升乳化的效果。(5)對一些主要零件進行設(shè)計和校核：電動機的選擇，軸的設(shè)計與校核，軸承的壽命計算，蝸輪蝸桿的校核以及鍵的強度驗算。結(jié)果證明這些零件都達到原定的主要技術(shù)參數(shù)的要求。當然，作者的設(shè)計不可能完美無缺，在設(shè)計的過程中也遇到了不少困難和一些不盡人意的地方，本文所確定的方案雖然在密封方面做的不錯，但因為是單個方向的攪拌轉(zhuǎn)動，所以在物料的充分混合這一點上還略顯不足。在遇到需要生產(chǎn)精度很高的產(chǎn)品時可能不太適用。還有對電動機的選擇上，為了達到無極調(diào)速和達到所給技術(shù)指標的要求，要選擇變頻而且?guī)p速的電動機，這就需要作者到處查找資料，但由于作者手頭資料的限制，最后所選擇的電動機雖然達到了要求，但未必是最適當?shù)倪x擇。參考文獻1 張展.機械設(shè)計通用手冊M.中國勞動出版社，1994.2 王昆，何小柏，汪信遠.機械設(shè)計機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計M.高等教育出版社,2003.3 濮良貴，紀名剛.機械設(shè)計（第七版）M.高等教育出版社,2001.4 江耕華，胡來容，陳啟松.機械傳動設(shè)計手冊M.煤炭工業(yè)出版社,1997.5 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