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1、摘要在制药行业中，离心机起着举足轻重的作用，随着制药行业精细化程度的越 来越高，行业对离心机的水平要求也越来越高。不仅要求可以达到所需要的机械 性能和精细化程度，并且由于制药行业的特殊性，对离心机的生产材料、生产工 艺等有着很高的要求，要求所生产的离心机是无毒的，对人体无害的。离心机除了用在制药行业之外，在精细化工领域及食品行业中的固液分离领 域，依靠转动时产生的离心力，使得加工的材料中的固体和液体分离开来，最终 达到提取液体和固体的目的。本文参考国外先进的制药用离心机，在 LGZ16000 离心机的设计基础上，设 计试制符合 GMP 要求的离心机。对该离心机的两大关键部件布料部件和料层 控制
2、部件进行了结构设计、强度校核、三维模型及二维图形绘制，并对其中的关 键零件进行了有限元仿真分析。设计的部件原理正确，能够完成所需的动作和功 能，强度校核及有限元仿真分析的结果都证明结构参数设计合理，各零部件均可 满足使用要求。关键词：离心机；制药机械；机械设计AbstractIn the pharmaceutical industry, the centrifuge plays an important role, with the increasing degree of fine pharmaceutical industry, the level of the industrys req
3、uirements for the centrifuge is also getting higher and higher. Requires not only can achieve the required mechanical properties and the degree of precision, and due to the special nature of the pharmaceutical industry, on the centrifuge production materials and production technology has a very high
4、 requirements, production requirements of the centrifuge is non-toxic, harmless to the human body.Centrifuge in addition to in addition to the pharmaceutical industry, in fine chemical industry and food industry in the solid-liquid separation field, the centrifugal force generated by the rotational,
5、 makes the processing of materials in the solid and liquid are separated, and ultimately achieve the extraction liquid and solid.This article refer to the foreign advanced pharmaceutical centrifuge, based on the design of LGZ16000 centrifuge, the design of the centrifuge to meet the requirements of
6、GMP. The two key components of the centrifuge - material components and material layer control unit of structure design, strength check, 3D models and 2D graphics rendering, and on one of the key parts of the finite element simulation analysis. The design of the component principle is correct, can c
7、omplete the required action and function, strength check and finite element simulation analysis results all prove that the structural parameters design is reasonable, all parts can meet the use requirements.Keywords: centrifuge;pharmaceutical machine;machine design目录摘要 IAbstract II第一章绪论 11.1 选题背景及研究
8、意义11.2 国内外研究现状11.2.1 国外研究现状 11.2.2 国内研究的现状21.3 论文研究的主要内容4第二章PGZ1600 离心机简介52.1 PGZ1600离心机的工作原理52.2 PGZ1600离心机的组成部件及技术创新52.2.1 PGZ1600型离心机主要组成部件52.2.2 PGZ1600型离心机主要技术创新62.3 Ansys workbeench 的简介7第三章 离心机布料部件设计93.1布料部件工作原理 93. 2主要零部件设计计算103. 2. 1异步电机的选用 103. 2. 2滚动轴承的设计计算 103. 3主要零件有限元仿真11第四章 离心机料层控制部件设计
9、154.1工作原理 154. 2挡料轴设计及强度校核 164.3 有限元仿真17第五章 结果和展望215.1 结论 215.2 展望 21参考文献 22致 谢 24第一章 绪论1.1 选题背景及研究意义近年来国家在医药行业实施 GMP 认证，国内众多制药厂家都在按照 GMP 规范 要求，进行技术改造和设备改造。国内的一些离心机生产厂家生产的离心机大多 是在国外现有的离心机的技术的基础之上进行研究设计的，列如国内某企业依据 国外生产的 LGZ1600 型离心机的生产技术，并在此技术之上进行研究，并按照 GMP 的相关要求设计出来了国产的离心机型号 PGZ1200 型离心机PGZ1200 型离心机
10、主要是运用在制药行业的，此外也可以用于精细化工行业 以及食品制造业，它主要是用在这些领域里面的固液分离这一工况的，通过该型 号的离心机可以实现加工材料里面的固体和液体的分离，从而达到提取液体或者 固体的目的。如硫铵、芒销、硫酸铁、硫酸铜、硫酸镍、氯化钾、醋酸、硼砂、 苏打、橡胶添加剂、染料、淀粉、制糖、维生素、抗生素、除草剂、驱虫剂、铜、 锌、铝、排酸石膏、金属精制的处理等。在整个离心机的系统中布料盘起着关键的作用，其性能的好坏直接关系到离 心机的整体性能的好坏。布料盘在工作的时候是靠辅助电机带动的，辅助电机给 布料盘一个合适恒定的转速使得布料盘旋转，料浆可以通过进料管进入到布料盘 里面，由于
11、布料盘旋转产生很大的离心力，料浆里面的液体在离心力的作用下呗 分离出来，并通过滤网的过滤作用来实现固液分离。此外布料盘还有卸料的作用， 当需要卸料的时候，电动机低俗转动，里面残留的固体废料通过气动刮刀，把废 料刮下来，并从卸料口排出来。本文参考国外先进的制药用离心机，在 LGZ16000 离心机的设计基础上，设 计试制符合 GMP 要求的离心机。对该离心机的两大关键部件布料部件和料层 控制部件进行了结构设计、强度校核、三维模型及二维图形绘制，并对其中的关 键零件进行了有限元仿真分析。设计的部件原理正确，能够完成所需的动作和功 能，强度校核及有限元仿真分析的结果都证明结构参数设计合理，各零部件均
12、可 满足使用要求。1.2 国内外研究现状1.2.1 国外研究现状国际医疗器械正迎来迅猛的发展，在许多发达国家由于其产品具有高度自动 化及精细化的特点，其生产的产品在国际上广受好评，医疗器械制造业甚至成为 了该国家的支柱产业。而在全球市场上医疗器械行业的份额也越来越大，据不完 全统计，在2009年的时候，全球的医疗器械行业的市场份额达到了3500美元， 并且历年以来保持着7%的增长率，并且随着科学技术的不断进步各种智能化的 医疗器械不断的出现更是不断刺激了医疗器械行业的不断增长，医疗器械行业已 经成为了一个利润率高、产品附加值高的工业门类。由于自动化水平和制造业水 平的限制，在全球医疗行业的市场
13、上起着主导地位的是美国日本、欧盟。但是以 中国为代表的金砖四国在医疗器械行业占的比重正在逐年增大。离心分分离设备是一种利用离心力来到到把不同物态的物料或者不同密度 的物料分离开来的一种设备，早在170多年之前，德国研制出来了世界上第一台 真正意义上的可用于工业生产的离心设备，当时这台设备主要是用于棉布脱水的 作用的。到了20世纪，三十年代的时候离心机的的研究制造达到了快速发展的 时期，几乎每年都有新的设备出现。在最近二十年来，离心机设备的发展方向主 要是朝着集成化、智能化、精细化的方向发展，离心机设备的新机型比较少。近年来对离心机的研究重点主要集中在对离心机的能效上，根据不同的优化 方案科学工
14、作者们设计出了许多不同的解决方案。德国的Hiller公司设计的额 DECAPRESS型离心机使用了最新的SEE驱动系统来代替原始的转子系统来实现螺 旋驱动，这种方式的优点在于，通过螺旋和转毂之间的速度差来实现性能，不需 要进行耦合。GEA Westfalia公司的SUMMIER驱动系统继续使用了主辅驱动的V 带设计，螺旋驱动所需功率不是由主电机提供，新系统自动综合匹配主电机和辅 助电机的功率需求，直接驱动转鼓和螺旋部件。在离心机的设计中影响生产效率的主要因素之一就是废料的去除问题，自动 化程度高的设备其去除废料的速度较快，生产效率就很高。很多厂家和研究人员 针对这个问题进行了很多的研究设计出来
15、了很多专门的机械结构来实现该功能。 最有代表性的是德国的Heikel公司，他们设计出来一种可以翻转的卸料装置， 在加工完成之后布料盘可以翻转 180，从而达到卸料的目的。日本的 Tanabe 公司采用的解决方法是在加工完成之后通过气动系统产生冲击力把废料剥离下 来。1.2.2 国内研究的现状中国有着很庞大的人口基数，在医疗卫生方面我们跟国外有着大的差距，在 制药水平以及医疗器械的制造水平上跟国外的差距更大，这就使得许多救命药需 要进口，老板姓看病难的问题越来越严重。据不完全统计，在2011年我国在医 疗器械行业的贸易总额达到了270亿美元占到了全球医疗器械行业的24%，其中 出口总额为 160
16、 亿元，进口总额为 110 亿美元，而爱国内出口的医疗设备主要是 一些产品附加值较低的辅助性设备为主，而国内进口的医疗设备的价格往往很昂 贵。中国医用离心机技术及应用分析国内的离心机制造水平较低，尤其是在医疗行业使用的离心机，产品生产效 率较低，质量不稳定，国内许多厂家使用的医用离心机设备到多依赖进口。国内 在离心机的制造水平、设计水平上和国际上的同行有着较大的差距，医疗离心机 由于其使用场合的特殊性也对其性能提出了特殊的要求，在医用离心机的设计制 造的过程中。不仅要考虑机械性能方面，而且要考虑，离心机的制造材料，制造 方法等因素。要使得制造的离心机是安全无污染的。目前来说，国内的离心机生产厂商的创新能力较低，锁设计的产品大多是在 国外同类型的产品上进行改进，没有自己的自主知识产权，离
