本科畢業(yè)設計（論文）題 目 滾筒式烘干機設計 姓 名 專 業(yè) 學 號 指導教師 鄭州科技學院電氣工程學院二○一六年四月滾筒式烘干機畢業(yè)設計II目 錄1 前言.11.1 谷物干燥的意義 11.2 谷物的特性及谷物干燥的機理 21.3 影響糧食干燥過程的因素 31.4 谷物干燥機簡介 41.4.1 對流換熱式谷物干燥機 41.4.2 輻射式干燥機 81.4.3 導熱式干燥機 91.4.4 批量作業(yè)式干燥機 91.5 谷物干燥的意義 101.6 谷物的干燥機理 101.7 國內研究現狀 111.8 國外研究現狀 112 谷物烘干機的結構設計.132.1 谷物烘干機的基本設計要求 132.2 滾筒烘干機的結構原理及結構示意圖 133 傳動裝置.153.1 傳動功率的選擇 153.2 傳動參數選擇與減速器 163.2.1 齒輪、齒圈主要參數 163.2.2 滾圈的截面設計 183.2.3 減速器的選擇 194 干燥系統的設計.214.1 谷物干燥時間 214.2 谷物失水量及谷物干燥、冷卻后重量 214.3 熱量衡算 225 設計總結.25參考文獻.26致 謝.27滾筒式烘干機畢業(yè)設計IV摘 要我國糧食產量大，而剛收獲的糧食需降水處理后才可儲藏，每年因為不及時干燥而損失的糧食多達幾十萬噸，本設計針對這一問題設計一臺糧食干燥機，在設計時考慮冬季溫度、干燥成本、干燥工藝，燃料等問題，并采用 CAD 軟件制圖，使之能明確的表達干燥機的整體結構。滾筒式谷物烘干機是對流傳熱連續(xù)干燥方式作業(yè)的一種干燥機，它廣泛地被用來作為谷物干燥、草籽干燥以及草粉干燥。滾筒干燥機的特點是以滾筒作為干燥室，在滾筒內壁設有抄板，谷物在滾筒內的移動主要依靠谷物自身的重力進行移動，抄板起在干燥過程中對谷物有一個翻炒作用，谷物在滾筒內受到抄板的作用不斷被抄起又落下而不斷地翻動，使谷物顆粒能與干燥熱風有最大的接觸面積，使得谷物在其中受熱均勻，從而讓谷物得到較為均勻的干燥，保證快干燥的品質；同時抄板還對滾筒內的谷物具有一定的引流輸導作用，方便谷物干燥后的自主卸料。關鍵詞：滾筒烘干機；干燥；谷物滾筒式烘干機畢業(yè)設計VAbstractChina's grain production, and immediately after harvest grain precipitation process required before storage, every year because it does not promptly dried up lost several hundred thousand tons of grain, the design of a grain dryer designed to solve this problem, in the design consider winter temperatures, drying costs and drying process, fuel and other issues, and the use of CAD drawing software, so that it can be clearly expressed in the overall structure of the dryer. Grain dryer drum dryer is a convective heat drying continuous mode of operation, it is widely used as a grain drying, drying seeds and dried meal. Characteristics of the drum dryer is a drum as a drying chamber, the inner wall of the drum with a copy board, grain movement within the drum rely mainly on cereal own gravity to move, copy stiffened during the drying process of grain a stir effect, cereals in the drum by the action of the copy board and continue to be took down and continue to flip, so that hot air drying cereal grains with maximum contact area, so that the grain in which heat evenly, so that the grains get more uniform drying to ensure fast drying quality; simultaneously copy board also has a certain grain drum drainage transporting action to facilitate independent after unloading grain drying.Keywords: drum dryer; drying; cereals滾筒式烘干機畢業(yè)設計11 前言1.1 谷物干燥的意義谷物干燥是谷物收獲后的一個關鍵環(huán)節(jié)，因為收獲時為了減少田間落粒損失都注意適時收獲，而適時收獲的谷物其水分含量較大，如不及時干燥則會引起谷物霉爛變質。據統計，我國每年收獲的糧食中由于干燥不及時而造成的霉爛損失達500～1000 萬屯，估計占全年谷物總產量的 1.5%～3%;在南方梅雨季節(jié)較長的地方（如江蘇、浙江、安徽、湖北以及上海等） ，每年糧食霉爛損失高達 10%左右，可見谷物干燥是一個不得忽視的問題。國內情況:我國的谷物干燥（主要指機械干燥）始于 50 年代，50 年代初為了生產引進了蘇聯的高溫干燥機，自行設計了大型高溫干燥塔參照該機型結構和原理，在北方的糧食系統中逐步應用。60～70 年代各地自行設計了多種中、小型谷物干燥機，由固定干燥機廠生產，最后到全國的推廣。70～80 年代幾種大、中型谷物干燥機又被設計出來，被推廣使用在糧食系統及國營農場中。各種谷物干燥機近兩萬臺分布在全國各地，其中主要是中、小、大型干燥機約兩千臺左右。目前我國的谷物干燥機是用煙煤為主要熱源，供熱使用燃煤熱風爐，以熱風為來源進行干燥，對糧食零污染。少數谷物干燥機（主要在農場）使用柴油爐供熱干燥，有較高的熱效率，但會造成一定程度的污染對糧食。近年來我國谷物干燥技術發(fā)展迅猛，各高等院校和研究部門所研究的新型干燥工藝慢慢應用于生產，新產品不斷增多在干燥機生產廠，產量在逐步擴大，電子計算機模擬分析也開始應用。目前谷物干燥技術中引人注目的幾個問題如下：目前使用的燃煤熱風爐使用壽命較短，熱效率較低，應如何解決？我國南方的燃煤供應困難，燃油價格又較高，應如何選擇能源問題？對北方高水份糧（如玉米，含水 30%以上）的干燥應采用什么樣的干燥原理與工藝？我國農村、農場和糧食系統（糧庫）應怎樣合理地布置谷物干燥點及網絡？國外情況:國外的較發(fā)達國家（如美、俄、英、法、日等）的谷物干燥有 50 多年的歷史，大體分為三個階段，第一階段即 50～60 年代的谷物干燥機械化;第二階段 60～70 年代的谷物干燥自動化；第三階段 70～80 年代的谷物干燥提高干燥質量滾筒式烘干機畢業(yè)設計2和降低干燥成本階段。繼續(xù)提高干燥質量、實現微機控制和微機管理在 90 年代主要是。但情況亦有所不同在各個國家。美國：谷物干燥機在全國應用比較多，中、小型低溫干燥倉及大、中興高溫干燥機為主要的機型，這些機器主要對象以干燥玉米和小麥為主，熱源為柴油（煤油）和液化石油氣，采用直接加熱干燥。料位控制、風溫控制及出糧水分控制為系統主要對象。開始在美國應用太陽能干燥機，但由于設備投資大占地面積大等原因，目前應用不多。獨聯體：谷物干燥機應用比較普遍，大都成了工廠化生產，有較完善的自控系統，其谷物干燥機型以大、中型居多，為高溫干燥方式。較普遍地應用干、濕糧混合加熱干燥工藝（又稱分流循環(huán)干燥工藝） ，具有一次降水幅度大、節(jié)能和提高干燥質量的優(yōu)點。干燥中采用的熱源是柴油和煤油，為直接加熱干燥。日本：谷物干燥設備是從二次大戰(zhàn)后發(fā)展起來的，主要發(fā)展適于干燥水稻的中、小型設備。機型有：小型固定床式谷物干燥機，中、小型循環(huán)式谷物干燥機及大型谷物干燥機等。采用熱源是柴油和煤油，少量采用稻殼為燃料。在個干燥設備中大都裝有較完善的自動控制系統，比較重視干燥質量1.2 谷物的特性及谷物干燥的機理谷物是一種生命體，以呼吸作為維持生命的方式，呼吸時要吸氧和發(fā)生化學反應，由于環(huán)境供養(yǎng)條件的不同，呼吸的方式也不同。在谷物中水分以三種形式存在，即機械結合水、物理化學結合水、化學結合水。在干燥過程中主要是去掉機械結合水和部分物理、化學結合水。谷物是多孔型膠質體，這個水分則以不同的形式存在于谷粒表面、毛細管中以及細胞內。當介質條件參數使它具有發(fā)散條件，即介質水蒸汽分壓力小于谷粒表面水蒸汽壓力時，則谷粒中的水分以液態(tài)或汽態(tài)由谷粒里層向外擴散，并由表面蒸發(fā)。理想的干燥過程，影視谷粒內部的水分擴散速度與表面的蒸發(fā)速度相等，但一般情況下由于選擇干燥參數的不當及谷物本身特性所限，常出現兩種速度不等的現象，即外控狀態(tài)和內控狀態(tài)。外控狀態(tài)：是指谷粒表面水分蒸發(fā)速度低于谷粒內部的水分擴散速度，這種現象經常出現在谷物細小或者谷物水分含量大時，為了提高谷物干燥的速度，可適當提高介質溫度，降低介質相對濕度或增加介質流速。內控狀態(tài)：是指谷粒內部擴散速度小于表面蒸發(fā)速度的狀態(tài)。在這種情況下為了提高干燥速度，可有兩種措施：滾筒式烘干機畢業(yè)設計3一種措施是調整介質狀態(tài)參數，即在提高介質溫度的同時降低介質流速；介質溫度提高谷物溫度也升高，谷物升高則使其水的粘滯性下降，內部水蒸氣分壓力增加，會增加內部擴散的速度；因其介質流速減小，則其蒸發(fā)速度下降或者保持不變，以達到兩種速度的一致；或是提高介質溫度的同時增加介質相對濕度，這樣也能調整兩者速度關系。1.3 影響糧食干燥過程的因素糧食干燥是一個復雜的傳熱傳質過程。影響這個過程的因素是很多的，如糧食的品種和特性、干燥介質的參數、環(huán)境條件和干燥工藝等，現分述如下：熱風溫度:熱風溫度提高時，它傳給糧食的熱量就增多，從而增強了糧食表面水分的汽化能力，使糧粒內部水分轉移的速度加快。此外熱風溫度增高，則其飽和濕含量增加，帶走水分的能力也加強。因此提高熱風溫度不僅可以提高干燥速率，縮短干燥時間，而且還會降低單位熱耗。限制熱風溫度提高的因素是糧食品質，熱風溫度過高，則糧溫升高，品質下降。所以，在不影響糧食品質的前提下應盡量采用高的熱風溫度。熱風風量:適當增加干燥介質穿過糧層的速度，也能加速糧食的干燥過程。當熱風濕度和糧食含水量相同時，熱風流速在 0.5 米/秒以下范圍內的干燥作用最為明顯。試驗結果證明，熱風流速從 0.3 米/秒增加到 0.5 米/秒時，干燥速度大大加快，但是，當流速增加到 0.7 米/秒以上時，反而不能使干燥速率加快。糧食的初始水分較高時，熱風流速對干燥過程的影響較顯著。干燥前糧食的含水率:糧食水分含量的大小，影響著干燥過程的快慢。當糧食含水率較低時，干燥過程所蒸發(fā)的主要是微毛細管水和吸附水，而這些水分的蒸發(fā)是比較困難，當糧食含水率較高時，其水分主要是自由水，自由水容易蒸發(fā)，所以，干燥過程就快。熱風相對濕度:熱風濕度影響它的吸濕能力，當熱風達到飽和時，則不再吸收水分，失去干燥作用。因此，熱風濕度也會影響干燥速率。五、糧層厚度干燥室中糧層的厚薄對干燥過程有很大影響。風流速一定時，適當的糧層厚度，就可以保證糧層中水分蒸發(fā)有足夠的熱量，加速糧食的干燥過程。但是，糧層過薄，則單位熱耗增加，而且還可能使糧食過早出現表皮硬化，影響糧食品質，延緩干燥過程滾筒式烘干機畢業(yè)設計41.4 谷物干燥機簡介谷物干燥機的種類很多，按換熱方式和作業(yè)方式的不同分為以下幾類：1.4.1 對流換熱式谷物干燥機這種干燥機以熱空氣或熱煙氣（爐氣）為介質對加熱和載濕，以進行干燥。根據所采取介質溫度的高低，該干燥機分為高溫干燥機低溫干燥機兩種。（1）高溫干燥機：此干燥機介質溫度較高（為 80～300℃） ，干燥速度較快（小時降水率為 2.5%左右） ，又稱高溫、快速干燥機。這種干燥機又有一下不同結構形式。a.流化床式干燥機：該機由傾斜 3～5 度的孔板下面向上吹熱風，將谷層吹成流化狀態(tài)，谷物沿孔板向低處緩緩流動并逐步得到干燥。干燥后的谷物從一側流出。穿過谷層的潮氣由機器上方的排氣口排出。由于谷層較薄氣流圍繞谷物分布較均勻，其干燥均勻較好，但因干燥時間較短（40～50 秒）其降水幅度較?。?%～1.5%） 。該機沒有冷卻裝置，干燥后的熱糧需由人工攤晾使其溫度降下到不高于環(huán)境溫度5℃的程度，以防谷層表面結露。該機適于小規(guī)模生產使用。b.滾筒式干燥機：滾筒式干燥機有簡易型和復式型兩種，前者只有加熱滾筒，后者除有加熱滾筒外還有冷卻滾筒，現介紹復式滾筒式干燥機的工作過程。濕谷物由加熱滾筒的一端隨同熱空氣（或爐氣）一道進入該滾筒，由于滾筒回轉（26～30r/min）并軸線有 1～3.5 度的傾斜，則谷粒不斷被筒內的抄板帶起而又滑落，逐步向滾筒的低處端移動并由出口流出，然后進入冷卻滾筒，經冷卻后流出。進入熱滾筒的介質溫度 150～200℃，谷物受熱 1～2 分鐘，可降水 1%～1.5%c.氣流式干燥機：此干燥機是在谷粒被氣流輸送過程中進行加熱和干燥，有的還沒有緩蘇段和余熱加熱段。其工作過程為谷粒在倒糧管中一方面隨著高溫氣流（80～90℃）上升，一方面被加熱吸收一定的熱量，熱量一部分使谷粒表面的水分蒸發(fā)，一部分使谷粒的溫度升高。溫度升高的谷粒出管后碰到當帽（反射弧形） ，使其落入緩蘇室。在緩蘇過程中，繼續(xù)向谷粒的內部傳遞熱量，使谷粒內部的水分不斷地向其表面轉移擴散，谷?？孔灾剡M入余熱干燥室再次被回收的余熱空氣加熱干燥，其廢氣由廢氣出口排出機外。該機結構簡單，使用較方便，適于小規(guī)模批量生產。滾筒式烘干機畢業(yè)設計5d.豎箱式干燥機：該機為豎立的箱子，谷物從箱的上端至箱的下端，由于箱內有熱空氣通過，使谷物得到加熱干燥。根據該機氣流方向不同和結構不同和結構上的差異，豎箱式干燥機又有橫流、順流、逆流和混流式四種形式。e.橫流式干燥機：該機為矩形斷面的豎箱，內有熱風與冷風的配風室，兩側有兩條谷物流經的通道，其下端有排糧攪龍及排料器。其配氣室的側壁及谷物通道的外壁均制成孔板狀，以便使從熱氣室或冷配氣室射出的氣流水平穿過谷層。因氣流方向與谷物流動方向垂直，故稱其為橫流干燥機或錯流干燥機。該機的谷層較?。?00～400mm） ，干燥速度較快，可連續(xù)進料、加熱、冷卻、卸糧，適于大規(guī)模連續(xù)生產。該機性能特點是：谷物流經谷物通道的受熱程度不一致，即靠近熱風室一側的谷物因始終與高溫介質接觸其受熱程度較大，降水幅度較大；而靠近機器外側的谷物因始終與經過吸濕的戒指接觸，起受熱程度較小，降水幅度也較小，因而該機的谷物干燥均勻性差。此外，為了不使靠近熱風室的谷物層過熱，該機的介質溫度不宜選取過高，一般以 100℃以內為限。在有的橫流式干燥機（美國的貝利克型）上為了改善谷物層受熱的不均性，在谷物通過的加熱段中間增設了一個換層器，該換層器為四塊坡板制成，可使通道內的內測與外側谷物流經四塊不同放下過的傾斜板時得以位置上的變換（如同人下轉梯那樣） 。f.順流式干燥機：順流式干燥機的結構為漏斗式或角狀管式，現以漏斗式為例，說明此谷物干燥機的工作過程。該機為矩形斷面的豎箱，內箱有加熱段、緩蘇段、冷卻段及排料裝置。在加熱段與冷卻段中設有、排氣管，濕糧向下流動中與由熱風室供給的熱空氣（或爐氣）并行向下運動，廢氣進入排氣管排出，谷物經緩蘇后進入冷卻段，冷卻段的冷空氣由冷風機供給，冷卻是逆流冷卻。谷物流到下部的排糧裝置排出。由于該機的熱介質流向與谷物流向相同，故稱其為順流（或并流） 。該機的谷物受熱條件較一致，其干燥均勻性好。此外，由于熱介質首先與冷糧接觸，在谷物迅速升溫的同時介質溫度又迅速下降，因而谷物經受高溫處理階段較短，對保證糧食品質不發(fā)生熱變性是有利的。該機可適當提高介質溫度（達 200℃）左右以提高生產率。g.逆流式干燥機：逆流式干燥機可有多種結構，以圓倉式為例對其工作過程進行說明，谷物由倉的上方向下層流動與介質流動方向相反，則稱其為逆流式干燥機。該機的熱介質先與加熱到最終的熱谷物接觸。而后相繼于不同溫度的谷物接觸，最后與溫度最低、濕度最大的谷物接觸后排出?？梢娖鋸U氣溫度較低，熱利用率較高；滾筒式烘干機畢業(yè)設計6但由于谷物受熱的溫度所限（一般不超過 50℃） ，則逆流式干燥機的熱介質不可過高，一本為 60～80℃以下。故其小時降水率較小。h.混流式干燥機：混流式干燥機多為層角狀管結構，又稱為多風道式干燥機（或角狀管式干燥機） 。該機在豎箱內設有多層間層配置的進、逆流及橫流的形式對谷物驚醒加熱。雖然不同形式的加熱對各部分谷物的加熱程度有所不同，但由于在該機豎箱尼日裝有多層進、排氣角狀管，谷物在流經全箱過程中經受各種形式的加熱幾率基本相同，故該機的谷物干燥均勻度是較好的， ，一般干燥后谷粒間的水分差不大于 0.5%?；炝魇礁稍餀C適于大規(guī)模連續(xù)作業(yè)，我國的大型谷物干燥塔采用此種形式較多。上述各種豎箱式干燥機的干燥流程較長，全程經過的時間為 1～2 小時，降水幅度為 5%～6%（2）低溫干燥機：該機以常溫或比常溫高 2～8℃的熱空氣為介質對谷物進行通風干燥。為批量干燥作業(yè)，每批干燥的時間較長為 1～12 天，每小時降水率為 0.5%左右，該機具有耗能少和干燥質量好的優(yōu)點，但占地面積較大，受大氣狀態(tài)的影響也較大，有時因空氣濕度大而干燥時間拖長使谷物霉爛。該機適于要求降水幅度小和氣候較干燥的地區(qū)，低溫干燥機的結構形式有以下幾種。a.地板通風式干燥倉：該機為圓倉式或方倉式，倉的地板多為孔結構，地板下方為空氣道。由風機吸入并吹出的常溫空氣或經少許加熱的熱空氣穿過地板孔及谷層對谷物進行干燥，廢氣由上方通氣孔排出。該機為干燥機與貯存?zhèn)}通用設備，干燥谷物時堆積谷層為 1M 左右；貯藏谷物時可將其堆積到倉頂，并可根據谷物溫度狀況不定時地通風。在有的圓形地板通風式干燥倉中，地板上有自轉和公轉的攪龍；在地板下面有出糧攪龍。上糧時，開動升運器，將濕糧放入升運器接受斗經升運器將其運至上方，并經裝倉攪龍將濕糧裝入倉內。卸糧時，先開動出糧攪龍和升運器，將由倉中心流糧口流出的干糧經出糧攪龍運至升運器并升運到頂部，由該升運器的另一側出糧管流出，這時地板上的掃倉攪龍不動（不自轉也不公轉） 。待倉內的谷物靠自流卸糧達到極限狀態(tài)時，則開動掃倉攪龍將倉底積存的谷物逐漸集中到倉中的出糧口，再經攪龍及升運器運出。b.徑向通風式干燥倉：該倉由上料器、均料盤、外網筒、內網筒及熱風管及其輔助件組成。工作時由熱風管想熱風室供給熱風，熱風徑向穿過內外網筒間的谷層滾筒式烘干機畢業(yè)設計7進行加熱和干燥，廢氣穿過外網筒后散失在大氣之中。該機為批量作業(yè)式，上料時先切斷風機的熱源，并關閉通向熱風管的閘閥用冷風由下風管向倉內上料，帶上料完畢后開始干燥。干燥時，先接通風熱風源，關閉上料風管的閘閥并打開通向熱風管的閘閥，然后對谷物進行干燥。當干燥到要求的程度時，則切斷熱風源用冷風驚醒冷卻，知道谷物溫度下降到不大于環(huán)境溫度 5℃為止。然后開啟干燥倉下方的閘閥卸糧，這是風機應停止工作。有時，為了改善谷物水分的均勻性，可采取批量循環(huán)（間歇循環(huán)）作業(yè)，即當把谷物干燥到一個階段后，將谷物放出并經上料風管的氣流將其又送入倉內，待全倉谷物全部運行一遍后，再轉入第二階段的批量干燥。這種批量循環(huán)的作業(yè)方法，可以改善谷物間的水分差。徑向通風干燥倉的谷層厚度不宜過大，一般為 0.3～0.5m。該倉的直徑較小，但高度較大，適于小批量干燥作業(yè)。 c.斜床式干燥機：該機為方倉式，一般由若干個并列的方倉組成。倉的底部為傾斜式通氣孔板，下部為通風道。該機的地板為傾斜系根據略小谷物自然堆角而確定（一般取其為 20 度左右） ，作業(yè)時需注意使谷層表面的坡度角與地板角相一致，以保持谷物厚度相同。該機谷層堆積厚度與地板通風式干燥機相同，一般為 1m 左右，小粒谷物（小麥及水稻）因單位谷層厚度阻力大澤堆積厚度宜小些，而大粒谷物（玉米）則堆積厚度宜大些。該機除適于散粒谷物的干燥外還可干燥玉米果穗，由于玉米果穗堆的空隙度較大，其堆積高度可達 3m。該機的卸糧門位于地板低處的一側，為使卸糧方便卸糧門為多個并聯形式，卸糧速度快。在卸糧門的下方常設有皮帶式輸送機，可及時將卸出糧運走。為了改善定床式谷物干燥的均勻性，在有的斜床式干燥機上設有雙向可調的進氣門及排氣門，在干燥開始前的一半時間采取底部進氣，廢氣由上排氣孔排出，后一半時間則改用上進氣門進氣，廢氣由下排氣門排出。（3）高低溫混合式干燥機為了吸取高溫和低溫干燥兩方面的有點同時又避免或者減少這兩方面的不足，國外提倡一種高、低溫組合式干燥。這種干燥，首先用高溫干燥先去掉谷物中的較高水分（18%～20%） ，然后轉入低溫干燥將谷物干燥到底（水分降到 14%） 。這樣既達到了快速干燥的目的，同時又減輕了能耗大的不足，同時也保證谷物干燥質量。這種干燥方法目前在美國應用較多，但其設備投資較大，在我國目前經濟狀況下尚滾筒式烘干機畢業(yè)設計8難以大量采用。1.4.2 輻射式干燥機利用可見光和不可見光的光波傳遞能量使谷物升溫干燥的設備稱為輻射式谷物干燥機。這種干燥機目前有：太陽能干燥機、遠紅外干燥機、微波干燥機及高頻干燥機。（1）太陽能干燥機該機利用太陽能集熱器（平板式及弧面集交式）將太陽輻射的熱量轉換給空氣、并將空氣引入低溫干燥機進行通風干燥，其工作過程為：太陽能干燥機為了白天蓄熱以備晚上之用，一般其基礎都采用蓄熱量大的石塊建筑成，基礎內部設備風道。有的太陽能干燥機還設有輔助供熱爐，已被陰天時或特殊情況下使用。太陽能干燥機具有節(jié)能、成本低和干燥質量好的優(yōu)點，但其設備投資較大，占地面積也較大，因此目前雖然在美國已開始應用但數量不多。擴展的速度不快。（2）遠紅外干燥機遠紅外干燥機是由發(fā)射器發(fā)出的波長為 5.6～1000 微米的遠紅外不可見光波對谷物進行照射，使谷物的水分產生劇烈的振動而升溫，從而達到干燥目的的設備。干燥中谷粒的內部和表面同時升溫，鼓勵水分散發(fā)時其背部水分與溫度均高于谷粒表面，因而星辰這兩種梯度具有同向性，促使谷粒水分迅速蒸發(fā)，有利于谷物速度干燥。這是遠紅外干燥的突出特點。我國生產的點習慣遠紅外干燥機，由多條輸送帶和多個設置在輸送帶上方的遠紅外發(fā)射器、排濕風機、機殼、喂料斗及出料口等組成。工作時，物料經喂入斗落入上層的輸送帶并逐次傳遞給以下各層的輸送帶，最后送出機外。谷物在輸送過程中受到其上方的遠紅外發(fā)射器的照射而升溫，谷物中的水逐步發(fā)散在空氣中，并由排濕風機提供的氣流帶走。該機具有干燥速度快、干燥質量好的優(yōu)點，但由于以電能供熱其干燥成本較高，目前只應用于經濟價值高的果干制品及山產品、水產品的干燥中。（3）高頻與微波干燥機高頻干燥機及微波干燥機工作原理基本相同，都是利用頻率為幾兆赫茲高頻電場或幾億赫茲的微波電場所產生的電磁波對谷物進行照射，高頻電磁波或微波電磁波使谷粒中的水分子產生快速極性變換從而產生熱效應，使谷粒水分發(fā)散以達到干滾筒式烘干機畢業(yè)設計9燥的目的。這類干燥機都有干燥速度快和干燥質量好的優(yōu)點，但由于以電能為熱源其干燥的目的。這類干燥機的干燥成本較高，目前在農業(yè)物料的干燥中尚應用甚少，主要用于工業(yè)生產及食品干燥中。1.4.3 導熱式干燥機這種干燥機是靠導熱進行熱交換的，在谷物干燥中應用甚少，在工業(yè)產品的紙張和布匹干燥中應用較多。該機由一對蒸汽供熱的滾筒及上、下輸送帶組成。薄層物料由上輸送帶送至一對軋輥的中間，軋輥旋轉中將物料制成并逐步進行干燥，干后的物料由下輸送帶運走。以上介紹的問以換熱方式不同否認干燥以下為按作業(yè)方式不同把干燥機分為以下幾類。1.4.4 批量作業(yè)式干燥機現以低溫干燥倉為例來說明它的不同作業(yè)方式。因為谷物干燥是從最低的谷層開始逐步向上發(fā)展的。干燥中形成了三種層次，即：已達到平衡水分的干燥層，其上方是正在干燥中但還未達到平衡水分的谷層，最上層的是保持原水分的谷層。隨著干燥時間的延續(xù)，這三個層次的位置逐步向上推移。對于使用者來說可根據自己條件采用不同的方式進行作業(yè)。（1）整倉干燥當谷物水分不太大時，可裝滿整倉進行干燥。這時由于谷物阻力較大，通過谷層斷面的風速較小，則干燥速度較慢，可利用自然空氣或稍高一點的熱風進行作業(yè)，工作比較方便。但要選擇好熱風溫度，如風溫過高，其平衡水分將很低，如長時間干燥會使全倉的谷物達到過干程度。（2）淺層干燥為了加速干燥，可將谷物按一定的厚度進行干燥，這時刻采用較高的熱風溫度（45℃以下） ，使改谷物的平均水分能較迅速地達到安全水分（14%左右） 。由于谷層較淺，上下層的水分極差較小，經充分混合后貯存，谷物水分會自然達到一致，這種方法，目前在我國采用較多。（3）分層干燥在國外有的小型農場采用這種干燥方法，即每天將收獲的濕糧裝入低溫倉進行滾筒式烘干機畢業(yè)設計10干燥，雖然谷層較薄但也要在當天使它干燥到安全水分。第二天再將收獲的濕糧裝入已干燥糧之上進行干燥，也在當天干燥到要求的水分。第三、第四天如此同樣進行，直到全倉裝滿谷物并干燥后一起卸出。這種方法對使用管理方便，但由于氣流阻力較大，電耗較多。1.5 谷物干燥的意義谷物干燥是農業(yè)生產中重要的步驟，也是農業(yè)生產中的關鍵環(huán)節(jié)，是實現糧食生產全程機械化的重要組成部分。谷物干燥機械化技術是以機械為主要手段，采用相應的工藝和技術措施，人為地控制溫度、濕度等因素，在不損害谷物品質的前提下，降低谷物中含水量，使其達到國家安全貯存標準的干燥技術。我國是世界上最大的糧食生產國和消費國，年總產糧食約 5 億 t[1]。據統計，我國糧食收獲后在脫粒、晾曬、貯存、運輸、加工、消費等過程中的損失高達 18%左右，遠遠超過了聯合國糧農組織規(guī)定的 5%的標準。在這些損失中，每年因氣候原因，谷物來不及曬干或未達到安全水分造成霉變、發(fā)芽等損失的糧食高達 5%，若按年產 5 億 t 糧食計算，相當于 2500 萬 t 糧食，若每人每天食用 500g 糧食，可供6.8 萬人食用 1 年。這數字是驚人的，把收到手的谷物損失降低到最低點，從這一意義上說，谷物干燥的機械化比田間作業(yè)的機械化更為重要，它是谷物豐產、豐收的重要保障條件。1.6 谷物的干燥機理谷物干燥是利用谷物內部水分不斷向外表面擴散和表面水分不斷蒸發(fā)來實現的 [2]。谷物表面水分的蒸發(fā)，取決于空氣中水蒸氣分壓力的大小。空氣中水蒸氣壓力與谷物表面問的水蒸氣分壓力之差，是谷物干燥的推動力，它的大小決定谷物表面水分蒸發(fā)速度。谷物內部水分的移動現象。稱為內擴散，內擴散又分為濕擴散和熱擴散。谷物干燥過程中，表面水分蒸發(fā)，破壞了谷物水分平衡，其表面含水率小于內部的含水率，形成了濕度梯度。由于濕度梯度，而引起水分向含水率低的方向移動．這種現象稱為濕擴散。谷物受熱后，表面溫度高于內部溫度，形成溫度梯度。由于存在溫度梯度．水分隨著熱源方向由高溫處移向低溫處，這種現象稱為熱擴散。溫度梯度與溫度梯度方向一致時，谷物中水分熱擴散和濕擴散方向一致，加速谷物干燥而不影響干燥效果和質量 [2]。如溫度梯度和濕度梯度方向相反，使谷物中水分熱擴滾筒式烘干機畢業(yè)設計11散和濕擴散以相反的方向移動時，影響干燥速度。但由于加熱溫度較低，谷物體積較小，對水分向外移動影響不大。如果溫度較高，熱擴散比澎擴散進行得強烈時，往往谷物內部水分向外移動的速度低于谷物表面水分蒸發(fā)的速度，而影響干燥質量。嚴重的情況下，谷物內部的水分不但不能擴散到谷物表面，反而把水分往內遷移，形成谷物表面裂紋等現象。1.7 國內研究現狀我國谷物干燥機械的發(fā)展是從解放初期仿制日本、前蘇聯等國外的干燥機開始的。由于當時谷物干燥機械結構復雜、耗用鋼材多、造價高，不適合于農村的經濟和體制狀況，僅在國有農場、糧庫及集體企業(yè)使用。20 世紀 70 年代后期，有關科研單位開始開發(fā)研制適合于我國國情的谷物干燥機 [2]。它們大多適用于農場生產連隊和農村生產隊使用；80 年代后，我國農村經濟體制開始進行改革，研制的干燥機械大多向多用化、小型化方向發(fā)展；90 年代以來，隨著農村改革的深入發(fā)展，農村經濟和農業(yè)生產力水平有了較快的提高，專業(yè)化、集約化的規(guī)模經營也有了新的發(fā)展 [2]。特別是大型糧庫、國有農墾系統的種子和糧食生產基地，逐步裝備起成套的谷物干燥設備，并與倉儲、加工等設施配套成龍，成為我國谷物烘干機械的主要應用代表；同時，也引進了美國、加拿大、日本和臺灣等國家和地區(qū)谷物干燥機械，一些大專院校及有關科研單位也相繼研制出了相應系列谷物干燥設備，服務于國內糧食系統。谷物干燥技術的發(fā)展，逐步使烘干機械走向成熟、完善，同時也加快了農業(yè)現代化步伐。我國谷物烘干機械發(fā)展雖有近 30 多年不斷的探索歷史 [2]，已經有50 多家生產企業(yè)，但產量都不大，技術含量低，成熟機型不多，產品種類少，而且耗能高，自動化水平低，缺乏適合農機專業(yè)戶、種糧大戶及村組使用的中小型多功能烘干機械。全國現有谷物烘干機械 2 萬多臺，每年機械烘干谷物僅占全國總產量的 1%左右，而世界發(fā)達國家機械谷物烘干占總產量的 95%左右，可見我國谷物烘干機械發(fā)展遠遠不能適應于谷物生產發(fā)展需要。1.8 國外研究現狀國外谷物干燥設備的研究、開發(fā)時間較早 [2]，到 20 世紀 90 年代，干燥技術的研究已達較高水平，產品達到系列化、標準化，性能穩(wěn)定，質量好、自動化水平高。近年來在干燥、加工過程的計算機模擬方面取得了巨大的進展，傳統軟件和專用軟滾筒式烘干機畢業(yè)設計12件的不斷開發(fā)，對干燥機的設計和產品質量的改進起到了極其重要的作用。同時，各國的現時情況亦有所不同 [3]。1）美國:谷物干燥在全國應用比較普遍，主要的機型有中、小型低溫干燥倉及大、中型高溫干燥機，以干燥玉米和小麥為主要對象，以柴油(煤油)和液化石油為熱源，采用直接加熱干燥。設備中一般具有較完備的料位控制、風溫控制、出糧水分控制系統，自動化程度高 [3]。2）俄羅斯:谷物干燥應用比較普遍，大都形成了工廠化生產，有較完善的自控系統，其谷物干燥機型以大、中型居多，為高溫干燥方式 [3]。較普遍的應用干、濕糧混合加熱干燥工藝，具有一次降水幅度大、節(jié)能和提高干燥質量的優(yōu)點。干燥中采用的熱源為柴油和煤油，為直接加熱。3）日本:谷物干燥設備是從二次大戰(zhàn)后發(fā)展起來的，主要發(fā)展適于干燥水稻的中、小型設備 [3]。機型有:小型固定床式谷物干燥機，中、小型循環(huán)式谷物干燥機及大型谷物干燥機 [4]。采用的熱源為柴油和煤油，少量采用稻殼為燃料。在各干燥設備中大都裝有較完善的自動控制系統，比較重視干燥質量。滾筒式烘干機畢業(yè)設計132 谷物烘干機的結構設計2.1 谷物烘干機的基本設計要求所設計的谷物烘干機主要用于農用谷物的烘干，以滿足谷物所需的存儲條件，主要針對于水稻、小麥、油菜籽等常見經濟作物。要求谷物在干燥過程中進出料要方便，一次性最大的谷物容量為 1 噸，谷物的降水幅度為每小時 1%-2%，且干燥后的谷物的水分不均勻度應小于 2%。一般滾筒式谷物烘干機的干燥能力為 2—30 噸每小時 [5]，收集數據后有谷物干燥前、后的含水率分別為 ， ；谷%281??5.13物干燥后的溫度 ；夏天天氣較差時，外界空氣溫度 ，相對濕度為℃402?? ℃0t；進入烘干機的干燥介質平均溫度 ，廢氣溫度 。谷物平%90?? ℃601t ℃2均容重 γ=700Kg/ 。滾筒烘干機的工作能力為 G=2 噸每小時。3m2.2 滾筒烘干機的結構原理及結構示意圖工作原理：工作時，滾筒逆時針方向轉動，進料端與卸料端不動，已達到連續(xù)進料和卸料的作用，滾筒外側正中安裝有圓環(huán)形齒圈，用螺栓固定在滾筒上，它被小齒輪驅動用于帶動滾筒回轉 [6]。在滾筒外側的兩端安裝有滾圈，用作滾筒回轉的軌道。待烘干的谷物從進料口輸送進入干燥滾筒，滾筒內焊接有縱向抄板，當滾筒回轉時，滾筒底部的種子被抄板炒起，隨著滾筒的回轉，抄板中的種子漸漸均勻撒落。處于均勻撒落狀態(tài)的種子受到熱風的吹拂，使種子中的水分蒸發(fā)出來。且滾筒在安裝中有 2 度的軸向傾角 [7]，被干燥后的谷物在自身重力和滾筒的回轉作用下從卸料口出料，完成一次干燥。滾筒由不銹鋼板加工而成，如圖所示。滾筒式烘干機畢業(yè)設計14滾筒式烘干機畢業(yè)設計153 傳動裝置3.1 傳動功率的選擇根據干燥設備設計手冊的經驗公式計算干燥器電動機功率的經驗公式 [7]：，KwngDKNsz3??式中： K—系數，隨干燥器的結構型式和填充率而異，見下表；—被處理物料密度，s?3mtz—筒體長度，m；D—筒體直徑，m；n—回轉圓筒轉速， inr表 4 系數 K 值Table 3 coefficient K value結構型式 填充系數0.10 0.15 0.20 0.25 升舉式 0.034—0.049 0.048—0.069 0.057—0.082 0.066—0.092 扇形式 0.016—0.019 0.019—0.023 0.021—0.026 0.023—0.029 蜂巢式 0.007—0.008 0.009—0.010 0.011—0.013 0.012—0.014取 K=0.057—0.082，最后取 K=0.0695，代入數據后得：ngDKNsz3??24.198.70695. 3??=15.385kW電動機輸出功率Pd = 總η wp由表 1-7 查取滾動軸承，齒輪傳動，聯軸器的效率分別是： 軸承 = 0.99, 齒輪 = ??滾筒式烘干機畢業(yè)設計160.97, 聯軸器 = 0.98，則傳動裝置總效率為：?= 減速器× 齒輪× 聯軸器 = 0.99×0.97×0.98 = 0.9412?則 Pd= = = 16.35kW總η w9412.0385按表 12-1 確定電動機額定功率為 Ped = 18.5kW。按推薦的合力傳動比范圍，單級齒輪傳動比 i2’=3～4，滾圈齒輪副的傳動比=11，滾筒的工作轉速 ，則電動機轉速可選范圍為Gi min/24?Gmin/768~i/58)~3(2 rrind ???故只有同步轉速 n=750r/min，滿載轉速 的滿足條件。選用型號為30?Y225S—8 的電動機。3.2 傳動參數選擇與減速器滾筒的轉動是通過減速器、小齒輪和裝在滾筒上的大齒輪的嚙合實現的。大齒輪一般裝在滾筒進口端靠近托輪處的筒體上。以減小齒輪嚙合過程對滾筒的彎矩，避免滾筒彎曲變形。3.2.1 齒輪、齒圈主要參數 齒輪齒圈速比為 ，齒輪齒圈模數為 ，小齒輪分度圓直徑為 ，大齒圈分Gi Gm小d度圓直徑為 ；小齒輪齒數為 ，大齒圈齒數為 。小齒輪齒數 =17—25，優(yōu)d小zz小z先采，用奇數值：17、19、21、23、25。由于運輸和安裝的要求，齒圈均為兩半剖分的，其齒輪 必須是偶數。Gz取小齒輪齒數為 25，減速比 i=11,大齒輪的齒數為 Z=11X25=2752751???小zi取模數為 4,mm04小小 zmdG滾筒式烘干機畢業(yè)設計17mm102754???Gzmd材料齒輪的損壞形式主要是磨損嚴重后不能保證正常嚙合而更換。即使齒頂磨尖，一般也不發(fā)生斷齒現象。為減輕磨損，可在維修中對轉筒齒圈作火焰表面淬火，HRC42—50，淬后不回火，經多年使用磨損很輕微。齒輪與齒圈硬度差 HB30—40 較為適宜，其加工精度按 GB 10095—88 的規(guī)定選取。滾圈內力及彎矩圖見下圖所示。由下圖可見最大彎矩為 eRQM???5max106.8圖 9 受力分析Fig9 Stress analysis圖 10 彎矩圖Fig10 Bending moment diagram彎曲應力計算及校核：矩形截面：??wM??????6rmax10W式中： 滾筒式烘干機畢業(yè)設計18—截面系數， ,rW92106???HBr 3mH—為滾圈截面高度，mm；—按表選取。??w?3.2.2 滾圈的截面設計截面高度對于矩形（如下圖）、箱形滾圈均為 。與 相mSDH802r????rD對應的 H 值見下表。圖 11 矩形滾圈Fig11 tyre-roller rectangular，mmCS??'式中： '—墊板的實際厚度，10mm；—筒體壁厚，10mm；?C—常溫時滾圈與墊板的半徑間隙，mm。確定 C 時應綜合考慮受熱膨脹量、滾圈對筒體的加強作用及機械加工偏差等因素為保證受熱后不產生過盈熱應力，直徑間隙，mm)(221ritD???式中： —滾圈內徑， ,mmri 1402??HDri—滾圈處筒體平均溫度，℃；1t—滾圈平均溫度， ℃；2滾筒式烘干機畢業(yè)設計19α—熱膨脹系數，鋼材 （ ）012.??℃?m/表 3 滾圈Table 2 The tyre-roller直徑 D，mm drHd212drBLr2d?D＜3 1.28-1.25 0.11-0.9 0.286-0.333 0.55 0.77 1.3 0.8 0.45- - - - -D＜3 1.25-1.2 0.10-0.07 0.25-0.333 0.7 0.82 1.5 1.1 0.55矩形滾圈截面參數計算：截面面積： 2rmHBF，??形心圓直徑： Dr，?0截面慣性矩： 43r12I，?截面系數： 36mHBWr，3.2.3 減速器的選擇高速軸的功率、轉速、扭矩：kpa 13.89.0511 ???聯?min/73rnmNmNT ????511 10378.2.270.9低速軸的功率、轉速、扭矩：in/1928.3758612rinkWp???減 減?mNpT ?????522 107.82.87456.05滾筒式烘干機畢業(yè)設計20設計后選減速器的基本參數：中心距 a=240mm,齒輪模數 m=2.5,速比 ，8.3?減i型號為 ZDY450滾筒式烘干機畢業(yè)設計214 干燥系統的設計 從前面設計已知，烘干機的干燥速度 ；谷物干燥前、后的含水率分別為%2?u， ；谷物干燥后的溫度 ；夏天天氣較差時，外界空氣%281??5.132 ℃40?溫度 ，相對濕度為 ；進入烘干機的干燥介質平均溫度 ，℃0t 90? ℃601?t廢氣溫度 。谷物平均容重 γ=700Kg/ 。滾筒烘干機的工作能力為 G=2 噸℃2 3m每小時。采用農村常見的稻草作為燃料，加上適當的水生成爐氣進行干燥。4.1 谷物干燥時間純干燥時間 ：ah?jah??'21??7148?4.2 谷物失水量及谷物干燥、冷卻后重量稻谷由 干燥 ，失水量為 為：%281?14'2?'sWkgGWs 8.60'0'2???稻谷由 14'?緩速至 ，失水量為 ：5.132?'skgs 9.410285.30'0' 212 ???????????????稻谷由 經干燥及緩速冷卻至 ，失水量為 ：%81??%2??'sWkgWss 7.19.46''' ??稻谷干燥至 :'' 22G時 的 重 量 為 kGs .83.10''2??稻谷由 %4'?緩速至 時的重量為 ：5.12?'2kgW7''2滾筒式烘干機畢業(yè)設計224.3 熱量衡算求外界空氣的含量 及含焓量 ，據外界空氣溫度 ，相對濕度為0d0I ℃30?t可在 I-d 圖上找到表示外界空氣狀態(tài)的點 A，查得：%90??干 空 氣kgd/24公 斤 干 空 氣千 卡8.10I計算燃料的高發(fā)熱量 ：ygwQ這里為結合實際，采用農村常見的稻草等作為燃料，其燃料成分見表 6)(263081yyyygwSHCQ???)4.0612.9.54.9??公 斤千 卡 /67式中： —燃料各成分的百分比。yySOHC、、、計算空氣理論空氣量)(043.36.15.0yyyL???4.02916549?公 斤 燃 料公 斤 干 空 氣 /.7計算 ?)()(1srqwba????式中： 從谷物中蒸發(fā) 1 公斤水的濕熱，由于水的比熱為 1，故此濕熱在—1數值上等于水的溫度，亦谷物的溫度 ，即?301?干燥室中蒸發(fā) 1 公斤水所增加的補充熱，因為此處沒有補充熱，baq故，此項為 0滾筒式烘干機畢業(yè)設計23蒸發(fā) 1 公斤水的過程中使谷物溫度由 提高到 所引起的谷物升—gwq 1?2溫損失。)(10'')( 122212 ?????????????gssgw cWGc34)7.048.637??52蒸發(fā) 1 公斤水的過程中，干燥室表面散熱損失，此處約等于零。—srq故：公 斤 水千 卡 /4.6)05.23()0(?????干燥能否進行問題與 對應的谷物干基平衡含水率%8022?℃ ，t gp.?409.5409.25. )16.38(10.).ln)16.(0198.ln ???????????????????? ??tgp?=16.45%相應的濕基平衡含水率 為：p?%13.45.610. ???gpp?表 6 生物質秸稈燃料熱值分析表與對比Table 5 Biomass fuel calorific value analysis form the straw and contrast燃料種類 工業(yè)分析成分% 元素組成% 低位熱值 Kj/Kg水分 灰分 揮發(fā)酚 固體碳 H C S N P Ko2 玉米桿 6.10 4.70 76.00 13.20 6.00 49.30 0.11 0.70 2.60 13.80 17746玉米芯 4.87 5.93 71.95 17.25 6.00 47.20 0.01 0.48 —— —— 17730麥稈 4.39 8.90 67.36 19.32 6.20 49.60 0.07 0.61 0.33 20.40 18532稻草 3.61 12.20 67.80 16.39 5.30 48.30 0.09 0.81 0.15 9.33 17636稻殼 5.62 17.82 62.61 13.95 6.20 49.40 0.40 0.30 —— 0.6-1.6 16017滾筒式烘干機畢業(yè)設計24燃料種類 工業(yè)分析成分% 元素組成% 低位熱值 Kj/Kg雜草 5.43 9.4 68.72 16.40 5.24 41.00 0.22 1.59 1.68 13.60 16204 豆桿 5.10 3.13 74.56 17.12 5.81 44.79 0.11 5.85 2.86 16.33 16157花生殼 7.88 1.60 68.10 22.42 6.70 54.90 0.10 1.37 —— —— 21417高粱桿 4.71 8.91 68.90 17.48 6.09 48.63 0.01 0.36 1.12 13.60 15066麥桿 6.78 3.97 68.54 20.71 5.70 49.80 0.22 0.69 -2.10 24.70 18089由此可見，谷物干燥后的含水率與相應的濕基平衡含水率接近，而在干燥過程中均大于平衡含水率，只是在干燥終了才為 14%，故可以干燥。 滾筒式烘干機畢業(yè)設計255 設計總結從去年年底的選題開始到現在，經過這幾個月的努力我的畢業(yè)設計總算是接近完結，從一開始的開題答辯之前的各種收集整理資料，到答辯后的落實設計，其中的日子可是一波三折。一開始之所以選擇這個題目是因為這與我們所學的一門課程有點相關，但是隨著后期的設計這不是我們所學課程能解決的，頓時我對的這設計是無從下手，都快有一種放棄的感覺。但在接下來老師的提點，同學的幫助下又有了一點眉目。為了完成這次設計，在這期間又重新復習起以前的功課。在完成這次設計的過程中，特別是后期的繪圖設計很是繁瑣，前前后后不知道修改了多少次，由于自己經驗有限，有一些實際問題考慮不到，例如所設計的零件怎么加工出來，加工出來后又怎么裝配，還有材料的選型。各種現實中設計所面對的問題。通過這次畢業(yè)設計，讓我從老師和同學那里又學到了許多實際有用的知識，為以后自己畢業(yè)后走向工作崗位時，做了點準備。