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16 屆畢業(yè)設(shè)計
橫流槳葉式加濕調(diào)質(zhì)機的設(shè)計
學(xué)生姓名 栗 文
學(xué) 號 8031212420
所屬學(xué)院 機械電氣化工程學(xué)院
專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機械化及其自動化
班 級 16-4班
指導(dǎo)老師 蘭海鵬
日 期 2016.05
塔里木大學(xué)機械電氣化工程學(xué)院制
前 言
在稻谷加工過程中，為了減少大米的精裂紋、降低碎米率、提高出米率、降低能耗和增強企業(yè)的競爭實力，采用加濕調(diào)質(zhì)設(shè)備。根據(jù)加濕調(diào)質(zhì)碾米工藝研制出橫流式糙米加濕調(diào)質(zhì)機，采用旋轉(zhuǎn)式落料盤使糙米雨狀散落，實現(xiàn)了糙米下落的均勻；采用 BSPT－1 /4 LNN3 型微細霧化噴頭與下落米流呈橫向噴霧，實現(xiàn)了霧滴與糙米的均勻接觸; 采用攪拌倉即時將著水糙米進行攪拌，實現(xiàn)了著水糙米混合的均勻; 在進料口處和攪拌倉頂部設(shè)有物流傳感器，可以實現(xiàn)來料自動加濕，停料自動停機及卸料不暢時自動停機。該設(shè)備可以達到均勻、可控和高效的加濕調(diào)質(zhì)目標，從而降低碾米電耗、降低碎米率、增加出米率、提高成品米質(zhì)量。
關(guān)鍵詞： 糙米；加濕調(diào)質(zhì)；橫流式
目 錄
1引言 1
1.1傳統(tǒng)碾米工藝的缺點 1
1.2研制加濕調(diào)質(zhì)機意義和價值 1
1.3國內(nèi)外槳葉式加濕調(diào)質(zhì)機的發(fā)展狀況 1
2設(shè)計的目的 2
2.1均勻性 2
2.2可控性 2
2.3高效性 2
3橫流式加濕調(diào)質(zhì)機的設(shè)計 2
3.1設(shè)計的主要內(nèi)容 2
3.2糙米加濕調(diào)質(zhì)機整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 3
3.3糙米加濕調(diào)質(zhì)倉的設(shè)計 3
3.4 葉片設(shè)計 5
4加濕裝置的設(shè)計 6
4.1工作原理 6
4.2加濕噴頭的設(shè)計 7
4.3供水系統(tǒng)的設(shè)計 7
4.4噴霧量自動調(diào)節(jié) 8
5動力及傳動設(shè)計 8
5.1電機的選用 8
5.2傳動部分設(shè)計 9
6控制部分 14
6.1來料自動噴霧，停料自動停霧 14
6.2卸料口的設(shè)計 14
6.3卸料不暢報警 15
6.4噴霧量自動調(diào)節(jié) 15
總結(jié) 16
致 謝 18
參考文獻 19
塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計
1 引言
1.1傳統(tǒng)碾米工藝的缺點
我國是世界稻谷生產(chǎn)和消費大國，每年稻谷產(chǎn)量高達2億噸，約占世界稻谷總產(chǎn)量的1/3，約占全國糧食總產(chǎn)量的2/5[1]。我國人民的傳統(tǒng)主食是精白米，在我國居民膳食結(jié)構(gòu)中占有主導(dǎo)地位。隨著人們生活水平的提高以及→消費觀念的轉(zhuǎn)變，人們越來越重視精白米的營養(yǎng)價值和保健功能。傳統(tǒng)的稻谷加工方法是將稻谷礱谷得到糙米，然后對糙米進行碾磨加工，碾去糠層和胚芽，得到精白米[2]，糙米中大部分營養(yǎng)成分富集在被碾去的糠層和胚芽中[3]，在碾米過程中會有大量營養(yǎng)物質(zhì)的損失和浪費。雖然精白米占據(jù)我國主食消費的主導(dǎo)地位，與白米相比糙米具有更高的營養(yǎng)價值，但是糙米皮層含有大量的粗纖維，其吸水性和膨脹性較差，造成糙米的蒸煮性不佳和口感較差[4]。糙米中還含有較多的植酸，植酸會與多數(shù)礦物質(zhì)元素如鉀、鎂、鐵等結(jié)合在一起，影響了人體對這些礦物質(zhì)的吸收[5]。這些問題嚴重影響糙米的食用品質(zhì)，如何改善糙米的食用品質(zhì)亟待解決。
稻谷的安全儲藏水分是14%以下，經(jīng)過儲藏后的稻谷水分含量更低，一般12%～13%左右，而糙米的最佳碾磨含水率卻在15.5%～16.5%之間［1－3］。傳統(tǒng)的碾米工藝是將凈糙米直接干磨，但低水分的糙米硬度和脆性都較大，所以在碾米加工過程中容易出現(xiàn)裂紋米及碎米，大米表面光潔度較差，導(dǎo)致碾米的能耗增高，嚴重制約著企業(yè)的經(jīng)濟發(fā)展［4－6］。
1.2研制加濕調(diào)質(zhì)機意義和價值
加濕調(diào)質(zhì)碾米工藝是在凈糙米進入頭道碾米機前，增加糙米加濕調(diào)質(zhì)機，對糙米進行均勻加濕調(diào)質(zhì)，使得糙米的糠層和胚吸水后膨脹軟化，形成外大內(nèi)小的水分梯度和外小內(nèi)大的強度梯度，糙米外表面的摩擦系數(shù)增大，不必用很大的擠壓力和剪切力既可實現(xiàn)碾白，大大減少了碾米過程中的破碎和裂紋，提高整精米率，大幅度降低碾米能耗。應(yīng)用加濕調(diào)質(zhì)碾米工藝可提高大米加工企業(yè)經(jīng)濟效益，因此研制加濕調(diào)質(zhì)設(shè)備具有重要的理論意義和實際價值。
1.3國內(nèi)外雙軸槳葉式加濕調(diào)質(zhì)機的發(fā)展狀況
國外的槳葉式加濕調(diào)質(zhì)機在20世紀80年代末已經(jīng)開始研制, 國際上糙米流通加工以日本的技術(shù)最先進，糙米的調(diào)質(zhì)研究起步較早。日本是主要生產(chǎn)稻谷的國家之一，由于有發(fā)達的工業(yè)和科學(xué)技術(shù)作后盾，加上國家對發(fā)展農(nóng)業(yè)有一系列的扶植政策，包括對農(nóng)田基本建設(shè)及農(nóng)戶購置大型農(nóng)業(yè)機械政府給予補貼（高達50%）及優(yōu)惠貸款等，使日本的農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展十分迅速且具有較高的水平。日本稻谷處理加工技術(shù)與設(shè)備具有世界領(lǐng)先水平，其加工工藝有很多值得借鑒之處。挪威 Forberg 公司在上 20 世紀 90年代初推出了雙軸槳葉式系列加濕調(diào)質(zhì)機,其有效容積 25-5000 L,結(jié)構(gòu)特點、加濕調(diào)質(zhì)機理、傳動方式與國內(nèi)雙軸槳葉式加濕調(diào)質(zhì)機基本相同。
我國糙米加濕調(diào)質(zhì)工藝和設(shè)備的研究起步較晚,政府一直將包括稻米在內(nèi)的糧食作物生產(chǎn)放在高產(chǎn)的研究上。近年國內(nèi)企業(yè)和業(yè)界人士開始研究糙米加濕調(diào)質(zhì)工藝和設(shè)備，蘇州楚天自控設(shè)備研究有限公司設(shè)計的MCT-6型糙米調(diào)質(zhì)器，其水霧發(fā)生器能產(chǎn)生散開角大于60度的超微水霧粒子，該調(diào)質(zhì)器已在江蘇、浙江、黑龍江、甘肅等省的十多家米廠得到應(yīng)用。哈爾濱雙碩盛糧機技術(shù)工程有限公司開發(fā)生產(chǎn)了SCS系列糙米調(diào)質(zhì)自動加濕機。
國內(nèi)各企業(yè)、科研部門所研制的臥式橫流槳葉調(diào)質(zhì)機機型結(jié)構(gòu)基本相同, 例如 SLHSJ 系列臥式橫流槳葉高效調(diào)質(zhì)機, 其每批產(chǎn)量為 25-4000 kg, 功率為 0.75-55 kW, 產(chǎn)品已形成系列化。加濕調(diào)質(zhì)機內(nèi)并排裝有一個轉(zhuǎn)子, 轉(zhuǎn)子由軸和多組槳葉組成, 每組槳葉有兩片葉片, 葉片長短不同，槳葉呈30℃角安裝在軸上, 目的在于讓物料在攪拌時獲得更大的拋幅而較快地進入另一個轉(zhuǎn)子作用區(qū)。由于軸上的槳葉組對應(yīng)錯開, 在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時, 消除了攪拌死區(qū)，獲得更好的攪拌效果。
2設(shè)計的目的
2.1均勻性
糙米加濕調(diào)質(zhì)的關(guān)鍵技術(shù)在于均勻加濕。本設(shè)計采用 BSPT-1/4 LNN3 型微細霧化噴頭與下落米流呈橫向噴霧，實現(xiàn)了霧滴與糙米的均勻接觸; 采用攪拌倉即時將著水糙米進行攪拌，實現(xiàn)了著水糙米混合的均勻。
2.2可控性
運輸機定量運送糙米，可以通過增減噴頭數(shù)量控制加濕量，微調(diào)供水流量。應(yīng)用糧食水分在線檢測儀跟蹤加濕后糙米水分，反饋給供水系統(tǒng)。
2.3高效性
該機通過匹配輔機自動運行，可以滿足碾米生產(chǎn)連續(xù)作業(yè)，加濕調(diào)質(zhì)效率高。
3橫流式加濕調(diào)質(zhì)機的設(shè)計
3.1設(shè)計的主要內(nèi)容
本設(shè)計的內(nèi)容為: 設(shè)計出能夠保證均勻加濕、可控、適宜于任何低水分糙米加濕調(diào)質(zhì)到最優(yōu)值的逆流自循環(huán)式加濕調(diào)質(zhì)機。
未經(jīng)著水的糙米水分：12.0%；著水后的糙米水分：16.0 %；每次加濕量可調(diào)（最大1.50%）；處理糙米量可調(diào)（最大處理量0.5t/次）。
3.2糙米加濕調(diào)質(zhì)機整體結(jié)構(gòu)設(shè)計
糙米加濕調(diào)質(zhì)機體結(jié)構(gòu)如圖 3-1 所示。采用豎直仿u形的機殼，沿機殼豎直軸線方向從上至下分為進料倉、料水混合倉。料水混合倉安裝的轉(zhuǎn)動軸上裝有長短比為2：1的葉片組和，通過帶輪轉(zhuǎn)動軸與電機相連。霧化噴頭等角度均布安裝在料水混合倉壁上，并與供水系統(tǒng)連接。在攪拌倉上裝有壓力出料門。
圖3-1加濕調(diào)質(zhì)機裝配示意圖
3.3糙米加濕調(diào)質(zhì)倉的設(shè)計
糙米加濕倉采用仿u倉體結(jié)構(gòu)，加濕倉可容納0.5噸糙米（容重0.67t/m3），上方需留一定空間，總?cè)莘e0.71m3。倉體采用鋼板制造。
3.3.1加濕倉的結(jié)構(gòu)設(shè)計
加濕倉采用2mm厚鋼板制成，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖3-3所示。加濕倉上端圓柱部分長度為1010mm，內(nèi)徑為450mm；圓臺上端長方體長為1010mm，寬為637mm，高度為200mm；下端圓柱部分高度為768mm；
圖3-3 加濕倉結(jié)構(gòu)示意圖
3.3.2米倉容積
圓柱部分倉體高=0.768m；長方體高為H =0.20m；糙米加濕倉高
1. 0.5t糙米的體積計算
(r――糙米容重0.67t/m3)
2. 加濕倉容米體積計算
加濕倉上端圓柱部分長度為=1.01m，內(nèi)徑為=0.45m；圓臺上端長方體長為=1.01m，寬為=0.64m，高度為=200mm；下端圓柱部分高度為=0.77m；
3.4 葉片設(shè)計
3.4.1槳葉的設(shè)計
根據(jù)物料特性及工藝要求定，對于有液體添加的混合物料，槳葉應(yīng)選用結(jié)構(gòu)簡單的形狀，以減少卸料及清理困難。為了更好的使物料和水混合均勻，消除料水混合時攪拌死區(qū)，應(yīng)盡量加大槳葉與物料攪拌時的接觸面積。因此，我采用了兩邊長度不同的矩形槳葉形狀，每組槳葉都是有一個長槳葉[如圖4-1（a）]與一個短槳葉[如圖4-1（b）]組合而成，長度比為2:1。槳葉的設(shè)計表面不是平面結(jié)構(gòu)，是有一定曲面旋轉(zhuǎn)角度。如圖4-1所示。當料與水混合后，攪拌槳葉在傳動裝置的帶動下，做單向的圓周運動。
（a）長槳葉結(jié)構(gòu) （b）短槳葉結(jié)構(gòu)
圖3-4 槳葉結(jié)構(gòu)示意圖
3.4.2 葉片的安裝
葉片的安裝方式是保證調(diào)質(zhì)機性能的關(guān)鍵，安裝不恰當，就不能達到期望的憂越性能；同時，也不能達到消除攪拌死區(qū)的效果。又根據(jù)物料流態(tài)化區(qū)的形成機理及軸的受力均衡情況，安裝了五組葉片，葉片組長、短槳葉相間安裝，安裝角如圖3-4所示。
4加濕裝置的設(shè)計
4.1工作原理
加濕作業(yè)時，先測量擬加濕的糙米含水率，確定最佳工藝方案后，按方案設(shè)定打開噴頭的數(shù)量、下料的速度以及轉(zhuǎn)動軸的轉(zhuǎn)速范圍。糙米進入進料倉時，觸發(fā)物流傳感器；物流傳感器將信號傳遞給控制柜，啟動電機和供水系統(tǒng)；電機帶動轉(zhuǎn)動軸旋轉(zhuǎn)，撒下糙米；同時，霧化噴頭噴出水霧與下落的糙米混合，落入攪拌倉；在攪拌爪的攪動下，糙米間相互碰撞摩擦，游離的霧滴被涂抹到糙米表面，使糙米個體著水均勻；經(jīng)攪拌后的加濕糙米在攪拌爪的攪動下先后甩出料門，達到加濕調(diào)質(zhì)的目的。
4.2加濕噴頭的設(shè)計
根據(jù)微細霧化噴頭霧化特點，在米水混合倉殼體圓周方向均布安裝12個微細霧化噴頭，其噴頭座中心線距米水混合倉中興418mm，噴頭由螺栓固定在噴頭座內(nèi)，噴頭設(shè)置為間歇式噴水，每次有6個噴頭噴水。
根據(jù)最大加濕量= 88.5kg/h的要求，所安裝的12個噴頭每個噴頭的流量應(yīng)不低于 = 14.75kg /h。因為是在一次最大加濕量條件下的數(shù)值，故作為供水壓力中等水平( 0．5MPa) 時噴頭的流量。根據(jù)這一流量，選取BSPT－1/4 LNN3型微細霧化噴頭，噴頭的流量為15.3L /h( 0.5MPa) ，噴流角度φ = 65°～70°。
4.3供水系統(tǒng)的設(shè)計
供水系統(tǒng)設(shè)計如圖 5-1所示。其中，12017 型號隔膜泵（3）的進水口與出水口壓力差可調(diào)，通過調(diào)整壓力可控制噴頭（5）的噴霧量及霧滴的大小。隔膜泵的出水口由四通管連接 3 個球閥（4），分別控制著3個由水管連接的噴頭。隔膜泵（3）的動力由型號為JZT—2.2～4的電磁調(diào)速異步電動機（2）輸入，調(diào)速電機的轉(zhuǎn)速由型號JD1A—11的電磁調(diào)速電動機控制裝置（1）控制。所以，加濕裝置的隔膜泵壓力可調(diào)，噴頭的個數(shù)可控，通過這兩種方式可以根據(jù)不同的需要調(diào)整加濕量的大小。
圖5-1供水系統(tǒng)示意圖
4.4噴霧量自動調(diào)節(jié)
通過進料倉的物流傳感器感應(yīng)所下落的物料量，產(chǎn)生感應(yīng)信號，并將感應(yīng)信號傳輸?shù)娇刂乒?；控制柜根?jù)事先錄入的程序，自動調(diào)節(jié)供水裝置中電磁調(diào)速異步電動機的轉(zhuǎn)速，進而調(diào)節(jié)加濕裝置的隔膜泵壓力，從而實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)加濕量。
5動力及傳動設(shè)計
5.1電機的選用
電機的選擇是通過電機的載荷來選取的，為此應(yīng)當計算出橫流式加濕調(diào)質(zhì)機在工作過程中受到的所有外力和功率的大小。
在不校驗電動機發(fā)熱和起動力矩的情況下，電動機所需的工作功率為
式中： Pw —工作機所需工作功率；
η1 — 一條V帶的傳動效率；
η2 — 深溝球軸承的傳動效率；
T — 工作機的阻力矩；
n — 工作機的轉(zhuǎn)速。
假設(shè)：
阻力矩T 為161.6 N·m；轉(zhuǎn)速為30r/min
根據(jù)電動機的工作效率和工作范圍得：
=0.566kW
=(2～7)=327.1～1144.85
查機械工程設(shè)計手冊，選用電磁調(diào)速電機YCT132-4A-1.1kW。
5.2傳動部分設(shè)計
5.2.1 V帶傳動的設(shè)計
（1）計算功率
P=×=1.1×0.96=1.06kW
Pca=KP=1.44×11.06=1.53kW （查表得工作情況系數(shù)K=1.44）。
（2）帶型的選取
根據(jù)Pca和n=1000 rpm確定選用A型V帶。
帶輪基準直徑：取主動輪基準直徑=120mm。
從動輪直徑： =i =3×120=360mm (傳動比i=500/163.5=3)。
（3）驗算帶的速度
υ=m/s合適。
根據(jù)0.7（+ ）
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