滚筒式烘干机毕业设计【含CAD图纸、三维模型、说明书】

本科毕业设计（论文）题 目 滚筒式烘干机设计 姓 名 专 业 学 号 指导教师 郑州科技学院电气工程学院二一六年四月滚筒式烘干机毕业设计II目 录1 前言.11.1 谷物干燥的意义 11.2 谷物的特性及谷物干燥的机理 21.3 影响粮食干燥过程的因素 31.4 谷物干燥机简介 41.4.1 对流换热式谷物干燥机 41.4.2 辐射式干燥机 81.4.3 导热式干燥机 91.4.4 批量作业式干燥机 91.5 谷物干燥的意义 101.6 谷物的干燥机理 101.7 国内研究现状 111.8 国外研究现状 112 谷物烘干机的结构设计.132.1 谷物烘干机的基本设计要求 132.2 滚筒烘干机的结构原理及结构示意图 133 传动装置.153.1 传动功率的选择 153.2 传动参数选择与减速器 163.2.1 齿轮、齿圈主要参数 163.2.2 滚圈的截面设计 183.2.3 减速器的选择 194 干燥系统的设计.214.1 谷物干燥时间 214.2 谷物失水量及谷物干燥、冷却后重量 214.3 热量衡算 225 设计总结.25参考文献.26致 谢.27滚筒式烘干机毕业设计IV摘 要我国粮食产量大，而刚收获的粮食需降水处理后才可储藏，每年因为不及时干燥而损失的粮食多达几十万吨，本设计针对这一问题设计一台粮食干燥机，在设计时考虑冬季温度、干燥成本、干燥工艺，燃料等问题，并采用 CAD 软件制图，使之能明确的表达干燥机的整体结构。滚筒式谷物烘干机是对流传热连续干燥方式作业的一种干燥机，它广泛地被用来作为谷物干燥、草籽干燥以及草粉干燥。滚筒干燥机的特点是以滚筒作为干燥室，在滚筒内壁设有抄板，谷物在滚筒内的移动主要依靠谷物自身的重力进行移动，抄板起在干燥过程中对谷物有一个翻炒作用，谷物在滚筒内受到抄板的作用不断被抄起又落下而不断地翻动，使谷物颗粒能与干燥热风有最大的接触面积，使得谷物在其中受热均匀，从而让谷物得到较为均匀的干燥，保证快干燥的品质；同时抄板还对滚筒内的谷物具有一定的引流输导作用，方便谷物干燥后的自主卸料。关键词：滚筒烘干机；干燥；谷物滚筒式烘干机毕业设计VAbstractChinas 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滚筒式烘干机毕业设计11 前言1.1 谷物干燥的意义谷物干燥是谷物收获后的一个关键环节，因为收获时为了减少田间落粒损失都注意适时收获，而适时收获的谷物其水分含量较大，如不及时干燥则会引起谷物霉烂变质。据统计，我国每年收获的粮食中由于干燥不及时而造成的霉烂损失达5001000 万屯，估计占全年谷物总产量的 1.5%3%;在南方梅雨季节较长的地方（如江苏、浙江、安徽、湖北以及上海等） ，每年粮食霉烂损失高达 10%左右，可见谷物干燥是一个不得忽视的问题。国内情况:我国的谷物干燥（主要指机械干燥）始于 50 年代，50 年代初为了生产引进了苏联的高温干燥机，自行设计了大型高温干燥塔参照该机型结构和原理，在北方的粮食系统中逐步应用。6070 年代各地自行设计了多种中、小型谷物干燥机，由固定干燥机厂生产，最后到全国的推广。7080 年代几种大、中型谷物干燥机又被设计出来，被推广使用在粮食系统及国营农场中。各种谷物干燥机近两万台分布在全国各地，其中主要是中、小、大型干燥机约两千台左右。目前我国的谷物干燥机是用烟煤为主要热源，供热使用燃煤热风炉，以热风为来源进行干燥，对粮食零污染。少数谷物干燥机（主要在农场）使用柴油炉供热干燥，有较高的热效率，但会造成一定程度的污染对粮食。近年来我国谷物干燥技术发展迅猛，各高等院校和研究部门所研究的新型干燥工艺慢慢应用于生产，新产品不断增多在干燥机生产厂，产量在逐步扩大，电子计算机模拟分析也开始应用。目前谷物干燥技术中引人注目的几个问题如下：目前使用的燃煤热风炉使用寿命较短，热效率较低，应如何解决？我国南方的燃煤供应困难，燃油价格又较高，应如何选择能源问题？对北方高水份粮（如玉米，含水 30%以上）的干燥应采用什么样的干燥原理与工艺？我国农村、农场和粮食系统（粮库）应怎样合理地布置谷物干燥点及网络？国外情况:国外的较发达国家（如美、俄、英、法、日等）的谷物干燥有 50 多年的历史，大体分为三个阶段，第一阶段即 5060 年代的谷物干燥机械化;第二阶段 6070 年代的谷物干燥自动化；第三阶段 7080 年代的谷物干燥提高干燥质量滚筒式烘干机毕业设计2和降低干燥成本阶段。继续提高干燥质量、实现微机控制和微机管理在 90 年代主要是。但情况亦有所不同在各个国家。美国：谷物干燥机在全国应用比较多，中、小型低温干燥仓及大、中兴高温干燥机为主要的机型，这些机器主要对象以干燥玉米和小麦为主，热源为柴油（煤油）和液化石油气，采用直接加热干燥。料位控制、风温控制及出粮水分控制为系统主要对象。开始在美国应用太阳能干燥机，但由于设备投资大占地面积大等原因，目前应用不多。独联体：谷物干燥机应用比较普遍，大都成了工厂化生产，有较完善的自控系统，其谷物干燥机型以大、中型居多，为高温干燥方式。较普遍地应用干、湿粮混合加热干燥工艺（又称分流循环干燥工艺） ，具有一次降水幅度大、节能和提高干燥质量的优点。干燥中采用的热源是柴油和煤油，为直接加热干燥。日本：谷物干燥设备是从二次大战后发展起来的，主要发展适于干燥水稻的中、小型设备。机型有：小型固定床式谷物干燥机，中、小型循环式谷物干燥机及大型谷物干燥机等。采用热源是柴油和煤油，少量采用稻壳为燃料。在个干燥设备中大都装有较完善的自动控制系统，比较重视干燥质量1.2 谷物的特性及谷物干燥的机理谷物是一种生命体，以呼吸作为维持生命的方式，呼吸时要吸氧和发生化学反应，由于环境供养条件的不同，呼吸的方式也不同。在谷物中水分以三种形式存在，即机械结合水、物理化学结合水、化学结合水。在干燥过程中主要是去掉机械结合水和部分物理、化学结合水。谷物是多孔型胶质体，这个水分则以不同的形式存在于谷粒表面、毛细管中以及细胞内。当介质条件参数使它具有发散条件，即介质水蒸汽分压力小于谷粒表面水蒸汽压力时，则谷粒中的水分以液态或汽态由谷粒里层向外扩散，并由表面蒸发。理想的干燥过程，影视谷粒内部的水分扩散速度与表面的蒸发速度相等，但一般情况下由于选择干燥参数的不当及谷物本身特性所限，常出现两种速度不等的现象，即外控状态和内控状态。外控状态：是指谷粒表面水分蒸发速度低于谷粒内部的水分扩散速度，这种现象经常出现在谷物细小或者谷物水分含量大时，为了提高谷物干燥的速度，可适当提高介质温度，降低介质相对湿度或增加介质流速。内控状态：是指谷粒内部扩散速度小于表面蒸发速度的状态。在这种情况下为了提高干燥速度，可有两种措施：滚筒式烘干机毕业设计3一种措施是调整介质状态参数，即在提高介质温度的同时降低介质流速；介质温度提高谷物温度也升高，谷物升高则使其水的粘滞性下降，内部水蒸气分压力增加，会增加内部扩散的速度；因其介质流速减小，则其蒸发速度下降或者保持不变，以达到两种速度的一致；或是提高介质温度的同时增加介质相对湿度，这样也能调整两者速度关系。1.3 影响粮食干燥过程的因素粮食干燥是一个复杂的传热传质过程。影响这个过程的因素是很多的，如粮食的品种和特性、干燥介质的参数、环境条件和干燥工艺等，现分述如下：热风温度:热风温度提高时，它传给粮食的热量就增多，从而增强了粮食表面水分的汽化能力，使粮粒内部水分转移的速度加快。此外热风温度增高，则其饱和湿含量增加，带走水分的能力也加强。因此提高热风温度不仅可以提高干燥速率，缩短干燥时间，而且还会降低单位热耗。限制热风温度提高的因素是粮食品质，热风温度过高，则粮温升高，品质下降。所以，在不影响粮食品质的前提下应尽量采用高的热风温度。热风风量:适当增加干燥介质穿过粮层的速度，也能加速粮食的干燥过程。当热风湿度和粮食含水量相同时，热风流速在 0.5 米/秒以下范围内的干燥作用最为明显。试验结果证明，热风流速从 0.3 米/秒增加到 0.5 米/秒时，干燥速度大大加快，但是，当流速增加到 0.7 米/秒以上时，反而不能使干燥速率加快。粮食的初始水分较高时，热风流速对干燥过程的影响较显著。干燥前粮食的含水率:粮食水分含量的大小，影响着干燥过程的快慢。当粮食含水率较低时，干燥过程所蒸发的主要是微毛细管水和吸附水，而这些水分的蒸发是比较困难，当粮食含水率较高时，其水分主要是自由水，自由水容易蒸发，所以，干燥过程就快。热风相对湿度:热风湿度影响它的吸湿能力，当热风达到饱和时，则不再吸收水分，失去干燥作用。因此，热风湿度也会影响干燥速率。五、粮层厚度干燥室中粮层的厚薄对干燥过程有很大影响。风流速一定时，适当的粮层厚度，就可以保证粮层中水分蒸发有足够的热量，加速粮食的干燥过程。但是，粮层过薄，则单位热耗增加，而且还可能使粮食过早出现表皮硬化，影响粮食品质，延缓干燥过程滚筒式烘干机毕业设计41.4 谷物干燥机简介谷物干燥机的种类很多，按换热方式和作业方式的不同分为以下几类：1.4.1 对流换热式谷物干燥机这种干燥机以热空气或热烟气（炉气）为介质对加热和载湿，以进行干燥。根据所采取介质温度的高低，该干燥机分为高温干燥机低温干燥机两种。（1）高温干燥机：此干燥机介质温度较高（为 80300） ，干燥速度较快（小时降水率为 2.5%左右） ，又称高温、快速干燥机。这种干燥机又有一下不同结构形式。a.流化床式干燥机：该机由倾斜 35 度的孔板下面向上吹热风，将谷层吹成流化状态，谷物沿孔板向低处缓缓流动并逐步得到干燥。干燥后的谷物从一侧流出。穿过谷层的潮气由机器上方的排气口排出。由于谷层较薄气流围绕谷物分布较均匀，其干燥均匀较好，但因干燥时间较短（4050 秒）其降水幅度较小（1%1.5%） 。该机没有冷却装置，干燥后的热粮需由人工摊晾使其温度降下到不高于环境温度5的程度，以防谷层表面结露。该机适于小规模生产使用。b.滚筒式干燥机：滚筒式干燥机有简易型和复式型两种，前者只有加热滚筒，后者除有加热滚筒外还有冷却滚筒，现介绍复式滚筒式干燥机的工作过程。湿谷物由加热滚筒的一端随同热空气（或炉气）一道进入该滚筒，由于滚筒回转（2630r/min）并轴线有 13.5 度的倾斜，则谷粒不断被筒内的抄板带起而又滑落，逐步向滚筒的低处端移动并由出口流出，然后进入冷却滚筒，经冷却后流出。进入热滚筒的介质温度 150200，谷物受热 12 分钟，可降水 1%1.5%c.气流式干燥机：此干燥机是在谷粒被气流输送过程中进行加热和干燥，有的还没有缓苏段和余热加热段。其工作过程为谷粒在倒粮管中一方面随着高温气流（8090）上升，一方面被加热吸收一定的热量，热量一部分使谷粒表面的水分蒸发，一部分使谷粒的温度升高。温度升高的谷粒出管后碰到当帽（反射弧形） ，使其落入缓苏室。在缓苏过程中，继续向谷粒的内部传递热量，使谷粒内部的水分不断地向其表面转移扩散，谷粒靠自重进入余热干燥室再次被回收的余热空气加热干燥，其废气由废气出口排出机外。该机结构简单，使用较方便，适于小规模批量生产。滚筒式烘干机毕业设计5d.竖箱式干燥机：该机为竖立的箱子，谷物从箱的上端至箱的下端，由于箱内有热空气通过，使谷物得到加热干燥。根据该机气流方向不同和结构不同和结构上的差异，竖箱式干燥机又有横流、顺流、逆流和混流式四种形式。e.横流式干燥机：该机为矩形断面的竖箱，内有热风与冷风的配风室，两侧有两条谷物流经的通道，其下端有排粮搅龙及排料器。其配气室的侧壁及谷物通道的外壁均制成孔板状，以便使从热气室或冷配气室射出的气流水平穿过谷层。因气流方向与谷物流动方向垂直，故称其为横流干燥机或错流干燥机。该机的谷层较薄（200400mm） ，干燥速度较快，可连续进料、加热、冷却、卸粮，适于大规模连续生产。该机性能特点是：谷物流经谷物通道的受热程度不一致，即靠近热风室一侧的谷物因始终与高温介质接触其受热程度较大，降水幅度较大；而靠近机器外侧的谷物因始终与经过吸湿的戒指接触，起受热程度较小，降水幅度也较小，因而该机的谷物干燥均匀性差。此外，为了不使靠近热风室的谷物层过热，该机的介质温度不宜选取过高，一般以 100以内为限。在有的横流式干燥机（美国的贝利克型）上为了改善谷物层受热的不均性，在谷物通过的加热段中间增设了一个换层器，该换层器为四块坡板制成，可使通道内的内测与外侧谷物流经四块不同放下过的倾斜板时得以位置上的变换（如同人下转梯那样） 。f.顺流式干燥机：顺流式干燥机的结构为漏斗式或角状管式，现以漏斗式为例，说明此谷物干燥机的工作过程。该机为矩形断面的竖箱，内箱有加热段、缓苏段、冷却段及排料装置。在加热段与冷却段中设有、排气管，湿粮向下流动中与由热风室供给的热空气（或炉气）并行向下运动，废气进入排气管排出，谷物经缓苏后进入冷却段，冷却段的冷空气由冷风机供给，冷却是逆流冷却。谷物流到下部的排粮装置排出。由于该机的热介质流向与谷物流向相同，故称其为顺流（或并流） 。该机的谷物受热条件较一致，其干燥均匀性好。此外，由于热介质首先与冷粮接触，在谷物迅速升温的同时介质温度又迅速下降，因而谷物经受高温处理阶段较短，对保证粮食品质不发生热变性是有利的。该机可适当提高介质温度（达 200）左右以提高生产率。g.逆流式干燥机：逆流式干燥机可有多种结构，以圆仓式为例对其工作过程进行说明，谷物由仓的上方向下层流动与介质流动方向相反，则称其为逆流式干燥机。该机的热介质先与加热到最终的热谷物接触。而后相继于不同温度的谷物接触，最后与温度最低、湿度最大的谷物接触后排出。可见其废气温度较低，热利用率较高；滚筒式烘干机毕业设计6但由于谷物受热的温度所限（一般不超过 50） ，则逆流式干燥机的热介质不可过高，一本为 6080以下。故其小时降水率较小。h.混流式干燥机：混流式干燥机多为层角状管结构，又称为多风道式干燥机（或角状管式干燥机） 。该机在竖箱内设有多层间层配置的进、逆流及横流的形式对谷物惊醒加热。虽然不同形式的加热对各部分谷物的加热程度有所不同，但由于在该机竖箱尼日装有多层进、排气角状管，谷物在流经全箱过程中经受各种形式的加热几率基本相同，故该机的谷物干燥均匀度是较好的， ，一般干燥后谷粒间的水分差不大于 0.5%。混流式干燥机适于大规模连续作业，我国的大型谷物干燥塔采用此种形式较多。上述各种竖箱式干燥机的干燥流程较长，全程经过的时间为 12 小时，降水幅度为 5%6%（2）低温干燥机：该机以常温或比常温高 28的热空气为介质对谷物进行通风干燥。为批量干燥作业，每批干燥的时间较长为 112 天，每小时降水率为 0.5%左右，该机具有耗能少和干燥质量好的优点，但占地面积较大，受大气状态的影响也较大，有时因空气湿度大而干燥时间拖长使谷物霉烂。该机适于要求降水幅度小和气候较干燥的地区，低温干燥机的结构形式有以下几种。a.地板通风式干燥仓：该机为圆仓式或方仓式，仓的地板多为孔结构，地板下方为空气道。由风机吸入并吹出的常温空气或经少许加热的热空气穿过地板孔及谷层对谷物进行干燥，废气由上方通气孔排出。该机为干燥机与贮存仓通用设备，干燥谷物时堆积谷层为 1M 左右；贮藏谷物时可将其堆积到仓顶，并可根据谷物温度状况不定时地通风。在有的圆形地板通风式干燥仓中，地板上有自转和公转的搅龙；在地板下面有出粮搅龙。上粮时，开动升运器，将湿粮放入升运器接受斗经升运器将其运至上方，并经装仓搅龙将湿粮装入仓内。卸粮时，先开动出粮搅龙和升运器，将由仓中心流粮口流出的干粮经出粮搅龙运至升运器并升运到顶部，由该升运器的另一侧出粮管流出，这时地板上的扫仓搅龙不动（不自转也不公转） 。待仓内的谷物靠自流卸粮达到极限状态时，则开动扫仓搅龙将仓底积存的谷物逐渐集中到仓中的出粮口，再经搅龙及升运器运出。b.径向通风式干燥仓：该仓由上料器、均料盘、外网筒、内网筒及热风管及其辅助件组成。工作时由热风管想热风室供给热风，热风径向穿过内外网筒间的谷层滚筒式烘干机毕业设计7进行加热和干燥，废气穿过外网筒后散失在大气之中。该机为批量作业式，上料时先切断风机的热源，并关闭通向热风管的闸阀用冷风由下风管向仓内上料，带上料完毕后开始干燥。干燥时，先接通风热风源，关闭上料风管的闸阀并打开通向热风管的闸阀，然后对谷物进行干燥。当干燥到要求的程度时，则切断热风源用冷风惊醒冷却，知道谷物温度下降到不大于环境温度 5为止。然后开启干燥仓下方的闸阀卸粮，这是风机应停止工作。有时，为了改善谷物水分的均匀性，可采取批量循环（间歇循环）作业，即当把谷物干燥到一个阶段后，将谷物放出并经上料风管的气流将其又送入仓内，待全仓谷物全部运行一遍后，再转入第二阶段的批量干燥。这种批量循环的作业方法，可以改善谷物间的水分差。径向通风干燥仓的谷层厚度不宜过大，一般为 0.30.5m。该仓的直径较小，但高度较大，适于小批量干燥作业。 c.斜床式干燥机：该机为方仓式，一般由若干个并列的方仓组成。仓的底部为倾斜式通气孔板，下部为通风道。该机的地板为倾斜系根据略小谷物自然堆角而确定（一般取其为 20 度左右） ，作业时需注意使谷层表面的坡度角与地板角相一致，以保持谷物厚度相同。该机谷层堆积厚度与地板通风式干燥机相同，一般为 1m 左右，小粒谷物（小麦及水稻）因单位谷层厚度阻力大泽堆积厚度宜小些，而大粒谷物（玉米）则堆积厚度宜大些。该机除适于散粒谷物的干燥外还可干燥玉米果穗，由于玉米果穗堆的空隙度较大，其堆积高度可达 3m。该机的卸粮门位于地板低处的一侧，为使卸粮方便卸粮门为多个并联形式，卸粮速度快。在卸粮门的下方常设有皮带式输送机，可及时将卸出粮运走。为了改善定床式谷物干燥的均匀性，在有的斜床式干燥机上设有双向可调的进气门及排气门，在干燥开始前的一半时间采取底部进气，废气由上排气孔排出，后一半时间则改用上进气门进气，废气由下排气门排出。（3）高低温混合式干燥机为了吸取高温和低温干燥两方面的有点同时又避免或者减少这两方面的不足，国外提倡一种高、低温组合式干燥。这种干燥，首先用高温干燥先去掉谷物中的较高水分（18%20%） ，然后转入低温干燥将谷物干燥到底（水分降到 14%） 。这样既达到了快速干燥的目的，同时又减轻了能耗大的不足，同时也保证谷物干燥质量。这种干燥方法目前在美国应用较多，但其设备投资较大，在我国目前经济状况下尚滚筒式烘干机毕业设计8难以大量采用。1.4.2 辐射式干燥机利用可见光和不可见光的光波传递能量使谷物升温干燥的设备称为辐射式谷物干燥机。这种干燥机目前有：太阳能干燥机、远红外干燥机、微波干燥机及高频干燥机。（1）太阳能干燥机该机利用太阳能集热器（平板式及弧面集交式）将太阳辐射的热量转换给空气、并将空气引入低温干燥机进行通风干燥，其工作过程为：太阳能干燥机为了白天蓄热以备晚上之用，一般其基础都采用蓄热量大的石块建筑成，基础内部设备风道。有的太阳能干燥机还设有辅助供热炉，已被阴天时或特殊情况下使用。太阳能干燥机具有节能、成本低和干燥质量好的优点，但其设备投资较大，占地面积也较大，因此目前虽然在美国已开始应用但数量不多。扩展的速度不快。（2）远红外干燥机远红外干燥机是由发射器发出的波长为 5.61000 微米的远红外不可见光波对谷物进行照射，使谷物的水分产生剧烈的振动而升温，从而达到干燥目的的设备。干燥中谷粒的内部和表面同时升温，鼓励水分散发时其背部水分与温度均高于谷粒表面，因而星辰这两种梯度具有同向性，促使谷粒水分迅速蒸发，有利于谷物速度干燥。这是远红外干燥的突出特点。我国生产的点习惯远红外干燥机，由多条输送带和多个设置在输送带上方的远红外发射器、排湿风机、机壳、喂料斗及出料口等组成。工作时，物料经喂入斗落入上层的输送带并逐次传递给以下各层的输送带，最后送出机外。谷物在输送过程中受到其上方的远红外发射器的照射而升温，谷物中的水逐步发散在空气中，并由排湿风机提供的气流带走。该机具有干燥速度快、干燥质量好的优点，但由于以电能供热其干燥成本较高，目前只应用于经济价值高的果干制品及山产品、水产品的干燥中。（3）高频与微波干燥机高频干燥机及微波干燥机工作原理基本相同，都是利用频率为几兆赫兹高频电场或几亿赫兹的微波电场所产生的电磁波对谷物进行照射，高频电磁波或微波电磁波使谷粒中的水分子产生快速极性变换从而产生热效应，使谷粒水分发散以达到干滚筒式烘干机毕业设计9燥的目的。这类干燥机都有干燥速度快和干燥质量好的优点，但由于以电能为热源其干燥的目的。这类干燥机的干燥成本较高，目前在农业物料的干燥中尚应用甚少，主要用于工业生产及食品干燥中。1.4.3 导热式干燥机这种干燥机是靠导热进行热交换的，在谷物干燥中应用甚少，在工业产品的纸张和布匹干燥中应用较多。该机由一对蒸汽供热的滚筒及上、下输送带组成。薄层物料由上输送带送至一对轧辊的中间，轧辊旋转中将物料制成并逐步进行干燥，干后的物料由下输送带运走。以上介绍的问以换热方式不同否认干燥以下为按作业方式不同把干燥机分为以下几类。1.4.4 批量作业式干燥机现以低温干燥仓为例来说明它的不同作业方式。因为谷物干燥是从最低的谷层开始逐步向上发展的。干燥中形成了三种层次，即：已达到平衡水分的干燥层，其上方是正在干燥中但还未达到平衡水分的谷层，最上层的是保持原水分的谷层。随着干燥时间的延续，这三个层次的位置逐步向上推移。对于使用者来说可根据自己条件采用不同的方式进行作业。（1）整仓干燥当谷物水分不太大时，可装满整仓进行干燥。这时由于谷物阻力较大，通过谷层断面的风速较小，则干燥速度较慢，可利用自然空气或稍高一点的热风进行作业，工作比较方便。但要选择好热风温度，如风温过高，其平衡水分将很低，如长时间干燥会使全仓的谷物达到过干程度。（2）浅层干燥为了加速干燥，可将谷物按一定的厚度进行干燥，这时刻采用较高的热风温度（45以下） ，使改谷物的平均水分能较迅速地达到安全水分（14%左右） 。由于谷层较浅，上下层的水分极差较小，经充分混合后贮存，谷物水分会自然达到一致，这种方法，目前在我国采用较多。（3）分层干燥在国外有的小型农场采用这种干燥方法，即每天将收获的湿粮装入低温仓进行滚筒式烘干机毕业设计10干燥，虽然谷层较薄但也要在当天使它干燥到安全水分。第二天再将收获的湿粮装入已干燥粮之上进行干燥，也在当天干燥到要求的水分。第三、第四天如此同样进行，直到全仓装满谷物并干燥后一起卸出。这种方法对使用管理方便，但由于气流阻力较大，电耗较多。1.5 谷物干燥的意义谷物干燥是农业生产中重要的步骤，也是农业生产中的关键环节，是实现粮食生产全程机械化的重要组成部分。谷物干燥机械化技术是以机械为主要手段，采用相应的工艺和技术措施，人为地控制温度、湿度等因素，在不损害谷物品质的前提下，降低谷物中含水量，使其达到国家安全贮存标准的干燥技术。我国是世界上最大的粮食生产国和消费国，年总产粮食约 5 亿 t1。据统计，我国粮食收获后在脱粒、晾晒、贮存、运输、加工、消费等过程中的损失高达 18%左右，远远超过了联合国粮农组织规定的 5%的标准。在这些损失中，每年因气候原因，谷物来不及晒干或未达到安全水分造成霉变、发芽等损失的粮食高达 5%，若按年产 5 亿 t 粮食计算，相当于 2500 万 t 粮食，若每人每天食用 500g 粮食，可供6.8 万人食用 1 年。这数字是惊人的，把收到手的谷物损失降低到最低点，从这一意义上说，谷物干燥的机械化比田间作业的机械化更为重要，它是谷物丰产、丰收的重要保障条件。1.6 谷物的干燥机理谷物干燥是利用谷物内部水分不断向外表面扩散和表面水分不断蒸发来实现的 2。谷物表面水分的蒸发，取决于空气中水蒸气分压力的大小。空气中水蒸气压力与谷物表面问的水蒸气分压力之差，是谷物干燥的推动力，它的大小决定谷物表面水分蒸发速度。谷物内部水分的移动现象。称为内扩散，内扩散又分为湿扩散和热扩散。谷物干燥过程中，表面水分蒸发，破坏了谷物水分平衡，其表面含水率小于内部的含水率，形成了湿度梯度。由于湿度梯度，而引起水分向含水率低的方向移动这种现象称为湿扩散。谷物受热后，表面温度高于内部温度，形成温度梯度。由于存在温度梯度水分随着热源方向由高温处移向低温处，这种现象称为热扩散。温度梯度与温度梯度方向一致时，谷物中水分热扩散和湿扩散方向一致，加速谷物干燥而不影响干燥效果和质量 2。如温度梯度和湿度梯度方向相反，使谷物中水分热扩滚筒式烘干机毕业设计11散和湿扩散以相反的方向移动时，影响干燥速度。但由于加热温度较低，谷物体积较小，对水分向外移动影响不大。如果温度较高，热扩散比澎扩散进行得强烈时，往往谷物内部水分向外移动的速度低于谷物表面水分蒸发的速度，而影响干燥质量。严重的情况下，谷物内部的水分不但不能扩散到谷物表面，反而把水分往内迁移，形成谷物表面裂纹等现象。1.7 国内研究现状我国谷物干燥机械的发展是从解放初期仿制日本、前苏联等国外的干燥机开始的。由于当时谷物干燥机械结构复杂、耗用钢材多、造价高，不适合于农村的经济和体制状况，仅在国有农场、粮库及集体企业使用。20 世纪 70 年代后期，有关科研单位开始开发研制适合于我国国情的谷物干燥机 2。它们大多适用于农场生产连队和农村生产队使用；80 年代后，我国农村经济体制开始进行改革，研制的干燥机械大多向多用化、小型化方向发展；90 年代以来，随着农村改革的深入发展，农村经济和农业生产力水平有了较快的提高，专业化、集约化的规模经营也有了新的发展 2。特别是大型粮库、国有农垦系统的种子和粮食生产基地，逐步装备起成套的谷物干燥设备，并与仓储、加工等设施配套成龙，成为我国谷物烘干机械的主要应用代表；同时，也引进了美国、加拿大、日本和台湾等国家和地区谷物干燥机械，一些大专院校及有关科研单位也相继研制出了相应系列谷物干燥设备，服务于国内粮食系统。谷物干燥技术的发展，逐步使烘干机械走向成熟、完善，同时也加快了农业现代化步伐。我国谷物烘干机械发展虽有近 30 多年不断的探索历史 2，已经有50 多家生产企业，但产量都不大，技术含量低，成熟机型不多，产品种类少，而且耗能高，自动化水平低，缺乏适合农机专业户、种粮大户及村组使用的中小型多功能烘干机械。全国现有谷物烘干机械 2 万多台，每年机械烘干谷物仅占全国总产量的 1%左右，而世界发达国家机械谷物烘干占总产量的 95%左右，可见我国谷物烘干机械发展远远不能适应于谷物生产发展需要。1.8 国外研究现状国外谷物干燥设备的研究、开发时间较早 2，到 20 世纪 90 年代，干燥技术的研究已达较高水平，产品达到系列化、标准化，性能稳定，质量好、自动化水平高。近年来在干燥、加工过程的计算机模拟方面取得了巨大的进展，传统软件和专用软滚筒式烘干机毕业设计12件的不断开发，对干燥机的设计和产品质量的改进起到了极其重要的作用。同时，各国的现时情况亦有所不同 3。1）美国:谷物干燥在全国应用比较普遍，主要的机型有中、小型低温干燥仓及大、中型高温干燥机，以干燥玉米和小麦为主要对象，以柴油(煤油)和液化石油为热源，采用直接加热干燥。设备中一般具有较完备的料位控制、风温控制、出粮水分控制系统，自动化程度高 3。2）俄罗斯:谷物干燥应用比较普遍，大都形成了工厂化生产，有较完善的自控系统，其谷物干燥机型以大、中型居多，为高温干燥方式 3。较普遍的应用干、湿粮混合加热干燥工艺，具有一次降水幅度大、节能和提高干燥质量的优点。干燥中采用的热源为柴油和煤油，为直接加热。3）日本:谷物干燥设备是从二次大战后发展起来的，主要发展适于干燥水稻的中、小型设备 3。机型有:小型固定床式谷物干燥机，中、小型循环式谷物干燥机及大型谷物干燥机 4。采用的热源为柴油和煤油，少量采用稻壳为燃料。在各干燥设备中大都装有较完善的自动控制系统，比较重视干燥质量。滚筒式烘干机毕业设计132 谷物烘干机的结构设计2.1 谷物烘干机的基本设计要求所设计的谷物烘干机主要用于农用谷物的烘干，以满足谷物所需的存储条件，主要针对于水稻、小麦、油菜籽等常见经济作物。要求谷物在干燥过程中进出料要方便，一次性最大的谷物容量为 1 吨，谷物的降水幅度为每小时 1%-2%，且干燥后的谷物的水分不均匀度应小于 2%。一般滚筒式谷物烘干机的干燥能力为 230 吨每小时 5，收集数据后有谷物干燥前、后的含水率分别为 ， ；谷%2815.13物干燥后的温度 ；夏天天气较差时，外界空气温度 ，相对湿度为402 0t；进入烘干机的干燥介质平均温度 ，废气温度 。谷物平%90 601t 2均容重 =700Kg/ 。滚筒烘干机的工作能力为 G=2 吨每小时。3m2.2 滚筒烘干机的结构原理及结构示意图工作原理：工作时，滚筒逆时针方向转动，进料端与卸料端不动，已达到连续进料和卸料的作用，滚筒外侧正中安装有圆环形齿圈，用螺栓固定在滚筒上，它被小齿轮驱动用于带动滚筒回转 6。在滚筒外侧的两端安装有滚圈，用作滚筒回转的轨道。待烘干的谷物从进料口输送进入干燥滚筒，滚筒内焊接有纵向抄板，当滚筒回转时，滚筒底部的种子被抄板炒起，随着滚筒的回转，抄板中的种子渐渐均匀撒落。处于均匀撒落状态的种子受到热风的吹拂，使种子中的水分蒸发出来。且滚筒在安装中有 2 度的轴向倾角 7，被干燥后的谷物在自身重力和滚筒的回转作用下从卸料口出料，完成一次干燥。滚筒由不锈钢板加工而成，如图所示。滚筒式烘干机毕业设计14滚筒式烘干机毕业设计153 传动装置3.1 传动功率的选择根据干燥设备设计手册的经验公式计算干燥器电动机功率的经验公式 7：，KwngDKNsz3式中： K系数，随干燥器的结构型式和填充率而异，见下表；被处理物料密度，s3mtz筒体长度，m；D筒体直径，m；n回转圆筒转速， inr表 4 系数 K 值Table 3 coefficient K value结构型式 填充系数0.10 0.15 0.20 0.25 升举式 0.0340.049 0.0480.069 0.0570.082 0.0660.092 扇形式 0.0160.019 0.0190.023 0.0210.026 0.0230.029 蜂巢式 0.0070.008 0.0090.010 0.0110.013 0.0120.014取 K=0.0570.082，最后取 K=0.0695，代入数据后得：ngDKNsz324.198.70695. 3=15.385kW电动机输出功率Pd = 总 wp由表 1-7 查取滚动轴承，齿轮传动，联轴器的效率分别是： 轴承 = 0.99, 齿轮 = 滚筒式烘干机毕业设计160.97, 联轴器 = 0.98，则传动装置总效率为：= 减速器 齿轮 联轴器 = 0.990.970.98 = 0.9412则 Pd= = = 16.35kW总 w9412.0385按表 12-1 确定电动机额定功率为 Ped = 18.5kW。按推荐的合力传动比范围，单级齿轮传动比 i2=34，滚圈齿轮副的传动比=11，滚筒的工作转速 ，则电动机转速可选范围为Gi min/24Gmin/768i/58)3(2 rrind 故只有同步转速 n=750r/min，满载转速 的满足条件。选用型号为30Y225S8 的电动机。3.2 传动参数选择与减速器滚筒的转动是通过减速器、小齿轮和装在滚筒上的大齿轮的啮合实现的。大齿轮一般装在滚筒进口端靠近托轮处的筒体上。以减小齿轮啮合过程对滚筒的弯矩，避免滚筒弯曲变形。3.2.1 齿轮、齿圈主要参数 齿轮齿圈速比为 ，齿轮齿圈模数为 ，小齿轮分度圆直径为 ，大齿圈分Gi Gm小d度圆直径为 ；小齿轮齿数为 ，大齿圈齿数为 。小齿轮齿数 =1725，优d小zz小z先采，用奇数值：17、19、21、23、25。由于运输和安装的要求，齿圈均为两半剖分的，其齿轮 必须是偶数。Gz取小齿轮齿数为 25，减速比 i=11,大齿轮的齿数为 Z=11X25=2752751小zi取模数为 4,mm04小小 zmdG滚筒式烘干机毕业设计17mm102754Gzmd材料齿轮的损坏形式主要是磨损严重后不能保证正常啮合而更换。即使齿顶磨尖，一般也不发生断齿现象。为减轻磨损，可在维修中对转筒齿圈作火焰表面淬火，HRC4250，淬后不回火，经多年使用磨损很轻微。齿轮与齿圈硬度差 HB3040 较为适宜，其加工精度按 GB 1009588 的规定选取。滚圈内力及弯矩图见下图所示。由下图可见最大弯矩为 eRQM5max106.8图 9 受力分析Fig9 Stress analysis图 10 弯矩图Fig10 Bending moment diagram弯曲应力计算及校核：矩形截面：wM6rmax10W式中： 滚筒式烘干机毕业设计18截面系数， ,rW92106HBr 3mH为滚圈截面高度，mm；按表选取。w3.2.2 滚圈的截面设计截面高度对于矩形（如下图）、箱形滚圈均为 。与 相mSDH802rrD对应的 H 值见下表。图 11 矩形滚圈Fig11 tyre-roller rectangular，mmCS式中： 垫板的实际厚度，10mm；筒体壁厚，10mm；C常温时滚圈与垫板的半径间隙，mm。确定 C 时应综合考虑受热膨胀量、滚圈对筒体的加强作用及机械加工偏差等因素为保证受热后不产生过盈热应力，直径间隙，mm)(221ritD式中： 滚圈内径， ,mmri 1402HDri滚圈处筒体平均温度，；1t滚圈平均温度， ；2滚筒式烘干机毕业设计19热膨胀系数，钢材 （ ）012.m/表 3 滚圈Table 2 The tyre-roller直径 D，mm drHd212drBLr2dD3 1.28-1.25 0.11-0.9 0.286-0.333 0.55 0.77 1.3 0.8 0.45- - - - -D3 1.25-1.2 0.10-0.07 0.25-0.333 0.7 0.82 1.5 1.1 0.55矩形滚圈截面参数计算：截面面积： 2rmHBF，形心圆直径： Dr，0截面惯性矩： 43r12I，截面系数： 36mHBWr，3.2.3 减速器的选择高速轴的功率、转速、扭矩：kpa 13.89.0511 联min/73rnmNmNT 511 10378.2.270.9低速轴的功率、转速、扭矩：in/1928.3758612rinkWp减 减mNpT 522 107.82.87456.05滚筒式烘干机毕业设计20设计后选减速器的基本参数：中心距 a=240mm,齿轮模数 m=2.5,速比 ，8.3减i型号为 ZDY450滚筒式烘干机毕业设计214 干燥系统的设计 从前面设计已知，烘干机的干燥速度 ；谷物干燥前、后的含水率分别为%2u， ；谷物干燥后的温度 ；夏天天气较差时，外界空气%2815.132 40温度 ，相对湿度为 ；进入烘干机的干燥介质平均温度 ，0t 90 601t废气温度 。谷物平均容重 =700Kg/ 。滚筒烘干机的工作能力为 G=2 吨2 3m每小时。采用农村常见的稻草作为燃料，加上适当的水生成炉气进行干燥。4.1 谷物干燥时间纯干燥时间 ：ahjah2171484.2 谷物失水量及谷物干燥、冷却后重量稻谷由 干燥 ，失水量为 为：%281142sWkgGWs 8.6002稻谷由 14缓速至 ，失水量为 ：5.132skgs 9.410285.300 212 稻谷由 经干燥及缓速冷却至 ，失水量为 ：%81%2sWkgWss 7.19.46 稻谷干燥至 : 22G时 的 重 量 为 kGs .83.102稻谷由 %4缓速至 时的重量为 ：5.122kgW72滚筒式烘干机毕业设计224.3 热量衡算求外界空气的含量 及含焓量 ，据外界空气温度 ，相对湿度为0d0I 30t可在 I-d 图上找到表示外界空气状态的点 A，查得：%90干 空 气kgd/24公 斤 干 空 气千 卡8.10I计算燃料的高发热量 ：ygwQ这里为结合实际，采用农村常见的稻草等作为燃料，其燃料成分见表 6)(263081yyyygwSHCQ)4.0612.9.54.9公 斤千 卡 /67式中： 燃料各成分的百分比。yySOHC、计算空气理论空气量)(043.36.15.0yyyL4.02916549公 斤 燃 料公 斤 干 空 气 /.7计算 )()(1srqwba式中： 从谷物中蒸发 1 公斤水的湿热，由于水的比热为 1，故此湿热在1数值上等于水的温度，亦谷物的温度 ，即301干燥室中蒸发 1 公斤水所增加的补充热，因为此处没有补充热，baq故，此项为 0滚筒式烘干机毕业设计23蒸发 1 公斤水的过程中使谷物温度由 提高到 所引起的谷物升gwq 12温损失。)(10)( 122212 gssgw cWGc34)7.048.63752蒸发 1 公斤水的过程中，干燥室表面散热损失，此处约等于零。srq故：公 斤 水千 卡 /4.6)05.23()0(干燥能否进行问题与 对应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%相应的湿基平衡含水率 为：p%13.45.610. gpp表 6 生物质秸秆燃料热值分析表与对比Table 5 Biomass fuel calorific value analysis form the straw and contrast燃料种类 工业分析成分% 元素组成% 低位热值 Kj/Kg水分 灰分 挥发酚 固体碳 H C S N P Ko2 玉米杆 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麦秆 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稻壳 5.62 17.82 62.61 13.95 6.20 49.40 0.40 0.30 0.6-1.6 16017滚筒式烘干机毕业设计24燃料种类 工业分析成分% 元素组成% 低位热值 Kj/Kg杂草 5.43 9.4 68.72 16.40 5.24 41.00 0.22 1.59 1.68 13.60 16204 豆杆 5.10 3.13 74.56 17.12 5.81 44.79 0.11 5.85 2.86 16.33 16157花生壳 7.88 1.60 68.10 22.42 6.70 54.90 0.10 1.37 21417高粱杆 4.71 8.91 68.90 17.48 6.09 48.63 0.01 0.36 1.12 13.60 15066麦杆 6.78 3.97 68.54 20.71 5.70 49.80 0.22 0.69 -2.10 24.70 18089由此可见，谷物干燥后的含水率与相应的湿基平衡含水率接近，而在干燥过程中均大于平衡含水率，只是在干燥终了才为 14%，故可以干燥。 滚筒式烘干机毕业设计255 设计总结从去年年底的选题开始到现在，经过这几个月的努力我的毕业设计总算是接近完结，从一开始的开题答辩之前的各种收集整理资料，到答辩后的落实设计，其中的日子可是一波三折。一开始之所以选择这个题目是因为这与我们所学的一门课程有点相关，但是随着后期的设计这不是我们所学课程能解决的，顿时我对的这设计是无从下手，都快有一种放弃的感觉。但在接下来老师的提点，同学的帮助下又有了一点眉目。为了完成这次设计，在这期间又重新复习起以前的功课。在完成这次设计的过程中，特别是后期的绘图设计很是繁琐，前前后后不知道修改了多少次，由于自己经验有限，有一些实际问题考虑不到，例如所设计的零件怎么加工出来，加工出来后又怎么装配，还有材料的选型。各种现实中设计所面对的问题。通过这次毕业设计，让我从老师和同学那里又学到了许多实际有用的知识，为以后自己毕业后走向工作岗位时，做了点准备。