核桃循環(huán)干燥機(jī)的設(shè)計(jì)
摘要：本文設(shè)計(jì)的核桃循環(huán)干燥機(jī)是農(nóng)作物收獲后進(jìn)行干燥的一種常用機(jī)械設(shè)備，不僅用于核桃的干燥而且可以用于小麥，花生等農(nóng)作物干燥。本次設(shè)計(jì)能使核桃在干燥時(shí)保持內(nèi)部品質(zhì)不發(fā)生變化且大大降低核桃的干燥時(shí)間，可以提高核桃干燥加工中人力和物力資源的利用率，同時(shí)也提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。本課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是核桃循環(huán)干燥機(jī)的設(shè)計(jì)。主要通過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)的分析、方案的論證比較和選擇，完成了核桃循環(huán)干燥機(jī)的總體設(shè)計(jì)，干燥原理的設(shè)計(jì)，輸送原理的設(shè)計(jì)和傳動(dòng)方案的結(jié)構(gòu)尺寸、撥輪軸的結(jié)構(gòu)尺寸等進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算和說(shuō)明。為薄皮核桃加工和設(shè)備設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)和生產(chǎn)實(shí)踐指導(dǎo)。
關(guān)鍵詞：核桃；循環(huán)；干燥機(jī)
中圖分類(lèi)號(hào):TD451 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
0引言
薄皮核桃系棉桃科，原產(chǎn)中國(guó)，其堅(jiān)果是世界性著名四大干果之王，果仁不僅含有豐富的蛋白質(zhì)和油酸、亞油酸等不飽和脂肪酸，而且富含多種人體必需的氨基酸和礦物質(zhì)元素，具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及藥用價(jià)值，是重要的木本油料作物和藥用植物，經(jīng)濟(jì)價(jià)值比較高。近年來(lái)，隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們對(duì)核桃認(rèn)知的提高,核桃的種植面積和產(chǎn)品產(chǎn)量逐年上升，產(chǎn)銷(xiāo)兩旺。是我國(guó)核桃主產(chǎn)區(qū)，其中以南疆的薄皮核桃最有代表性。為易于保存和貯藏，減少運(yùn)輸費(fèi)用，易于裝卸獲得希望產(chǎn)品質(zhì)量等目的，核桃干燥機(jī)便成為核桃深加工中不可或缺的設(shè)備，而且其發(fā)展前景十分廣闊。
薄皮核桃堅(jiān)果呈卵形或廣橢圓形，果殼薄而易碎，內(nèi)有多個(gè)分隔，隔膜發(fā)達(dá)，果仁位于分隔內(nèi)，其結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。干燥是薄皮核桃加工中的重要技術(shù)過(guò)程，干燥工藝直接關(guān)系到薄皮核桃堅(jiān)果產(chǎn)品質(zhì)量、干燥能耗及效率。國(guó)內(nèi)外已有大量關(guān)于食品、糧食等物料熱風(fēng)干燥特性的研究報(bào)道，有些已得到成功應(yīng)用并取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。但至今尚未見(jiàn)到有關(guān)南疆薄皮核桃干燥機(jī)成熟的研究報(bào)道。市場(chǎng)上的核桃干燥機(jī)并非針對(duì)南疆特色核桃設(shè)計(jì)，干燥質(zhì)量不易控制，易導(dǎo)致果仁焦化或干燥不充分，整個(gè)干燥過(guò)程中會(huì)改變核桃內(nèi)部的品質(zhì)，大大降低機(jī)械性能的性價(jià)比。因此，本文對(duì)市場(chǎng)上出現(xiàn)的干燥機(jī)進(jìn)行改進(jìn)針對(duì)南疆薄皮核桃進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)出符合南疆核桃自身特性的核桃干燥機(jī)。
本文設(shè)計(jì)的核桃循環(huán)干燥機(jī)是農(nóng)作物收獲后進(jìn)行干燥的一種常用機(jī)械設(shè)備，不僅用于核桃的干燥而且可以用于小麥，花生等的干燥。本次設(shè)計(jì)能使南疆薄皮核桃在干燥時(shí)保持內(nèi)部品質(zhì)不發(fā)生變化且大大降低核桃的干燥時(shí)間，可以提高核桃干燥加工中人力和物力資源的利用率，同時(shí)也提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。本課題設(shè)計(jì)主要通過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)的分析、方案的論證比較和選擇，完成了核桃循環(huán)干燥機(jī)的總體設(shè)計(jì)和干燥原理的設(shè)計(jì)。為薄皮核桃加工和設(shè)備設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)和生產(chǎn)實(shí)踐指導(dǎo)。
1總體設(shè)計(jì)思路
核桃通過(guò)進(jìn)料口到斗式提升機(jī)，目的是使核桃通過(guò)斗式提升機(jī)被送到干燥室，干燥后的核桃由于撥輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)落到底架的斜板上并滑向輸送帶，核桃被輸送帶再次送進(jìn)斗式提升機(jī)實(shí)現(xiàn)核桃的循環(huán)過(guò)程。
1.1設(shè)計(jì)原理
本課題設(shè)計(jì)的核桃循環(huán)干燥機(jī)采用對(duì)流廂式干燥器，通過(guò)下方撥輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)傳送干燥后的核桃。撥輪軸的動(dòng)力來(lái)源于三相電動(dòng)機(jī)，其帶動(dòng)撥輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)。因此可以通過(guò)改變?nèi)嚯姍C(jī)的開(kāi)啟時(shí)間來(lái)控制核桃在干燥箱體內(nèi)的時(shí)間，使核桃脫水達(dá)到預(yù)定要求。同時(shí)可以通過(guò)改變?nèi)嚯姍C(jī)的頻率調(diào)整撥輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度大小，進(jìn)而控制核桃下落的流量。在干燥箱體內(nèi)，熱風(fēng)由兩側(cè)平行均勻吹入室內(nèi)并向上或下旋轉(zhuǎn)至室頂或室底。熱風(fēng)盡可能與核桃接觸，熱利用率高，廢氣則由頂部開(kāi)口排出。
在干燥機(jī)工作過(guò)程中，熱風(fēng)與核桃相接觸，與其表面形成濕差，產(chǎn)生熱濕交換，最后完成脫濕過(guò)程。影響干燥效果的主要因素是熱風(fēng)的溫度，其主要由熱源和離心式風(fēng)機(jī)決定。除此之外，干燥時(shí)間的掌握也十分重要，所以實(shí)現(xiàn)撥輪軸轉(zhuǎn)速可調(diào)可以有效地控制干燥時(shí)間。干燥機(jī)的工作過(guò)程必須與熱風(fēng)烘干工藝相結(jié)合。首先對(duì)農(nóng)特產(chǎn)品含水的構(gòu)成、最終含水率的要求、干燥溫度的限制等特點(diǎn)有所了解，確定其正確的干燥工藝，建立最佳的烘干曲線。
1.2設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)
核桃循環(huán)干燥機(jī)機(jī)的總體結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示。
工作時(shí)，干燥系統(tǒng)是通過(guò)柴油燃燒使熱源產(chǎn)生熱風(fēng)，熱風(fēng)經(jīng)過(guò)離心式風(fēng)機(jī)送到熱風(fēng)通道并進(jìn)入干燥室對(duì)核桃進(jìn)行持續(xù)干燥。循環(huán)系統(tǒng)中動(dòng)力是接通電源按下電動(dòng)機(jī)3的啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，讓電動(dòng)機(jī)3帶動(dòng)斗式提升機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)把核桃由進(jìn)料口垂直提升并送進(jìn)干燥室，核桃接受由風(fēng)箱均勻吹入干燥室的平行熱風(fēng)的干燥。核桃在干燥室內(nèi)干燥一段時(shí)間后，按下電動(dòng)機(jī)2的啟動(dòng)開(kāi)關(guān)后電動(dòng)機(jī)2帶動(dòng)撥輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，撥輪軸上方兩葉片之間的核桃將隨著撥輪軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)到撥輪軸的下方落到底架的斜板上，在撥輪軸的作用下核桃被送出干燥室并滑向輸送帶。然后按下電動(dòng)機(jī)4的啟動(dòng)開(kāi)關(guān)，電動(dòng)機(jī)4帶動(dòng)輸送帶軸轉(zhuǎn)動(dòng)將干燥后的核桃通過(guò)輸送帶的水平移動(dòng)運(yùn)往進(jìn)料口處。本產(chǎn)品適合于物料的干燥，不僅操作方便、省時(shí)省力，還可以根據(jù)不同物料的品種，對(duì)其進(jìn)行一定的調(diào)整。本產(chǎn)品的干燥溫度范圍為30℃～100℃。對(duì)于不同物料可以選擇最佳工作溫度，較好地解決了機(jī)器對(duì)不同品種和溫度物料的適應(yīng)性、生產(chǎn)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊。
圖1核桃循環(huán)干燥機(jī)的總體結(jié)構(gòu)示意圖
1.底架 2.油箱 3.熱源 4. 離心式風(fēng)機(jī) 5.熱風(fēng)道1 6.電機(jī)4 7.輸送帶 8. 支架 9. 熱風(fēng)道2 10.電機(jī)2 11.風(fēng)箱 12.干燥室 13出料管 14.電機(jī)3 15.斗式提升機(jī) 16撥輪軸 17.進(jìn)料口
2關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)
2.1物料進(jìn)出機(jī)構(gòu)
進(jìn)料口的設(shè)計(jì)主要考慮其容積及自然下流且能順利進(jìn)入斗式提升機(jī)內(nèi)。出料口的設(shè)計(jì)主要考慮其操作方便和離開(kāi)機(jī)體的便捷及速度。進(jìn)料口采用弧線方形，這樣可以增加核桃的容納量和使核桃能夠大量快速沿著曲面滑進(jìn)斗式提升機(jī)的提升斗內(nèi)，經(jīng)過(guò)提升機(jī)被運(yùn)送到干燥室內(nèi)。出料口采用弧線圓形，這樣可以使核桃在循環(huán)系統(tǒng)或出料時(shí)操作方便和加快速度，核桃可以被快速送到指定地方。由于在相同時(shí)間內(nèi)核桃進(jìn)入提升斗內(nèi)的量是個(gè)定值，因此可以通過(guò)調(diào)節(jié)電機(jī)3頻率來(lái)改變斗式提升機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度大小，從而增加或減少被提升物料的量，以此來(lái)調(diào)節(jié)物料的出量。
2.2兩個(gè)撥輪軸上葉片間距的確定
影響核桃正常干燥的因素很多，首先是核桃所處的外部溫度、水分含量、熱風(fēng)吹入干燥室內(nèi)的溫度和速度，內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)、物理特性、核桃的大小、均勻度及飽滿度等因素。核桃大小均勻、水分含量相近和外殼薄度一致的核桃正常干燥比較容易。核桃的所處環(huán)境要保持正常狀態(tài)，外部的溫度、水分含量要在合適的范圍之內(nèi)，外部溫度過(guò)低或水分過(guò)高會(huì)影響核桃干燥的質(zhì)量和干燥時(shí)間。同時(shí)，熱風(fēng)的溫度和速度控制整個(gè)核桃干燥過(guò)程，核桃干燥質(zhì)量的好壞和干燥時(shí)間的長(zhǎng)短直接受到熱風(fēng)的影響。適宜核桃干燥熱風(fēng)溫度為65℃～75℃和風(fēng)速為60m/min～70 m/min。其他影響正常干燥質(zhì)量的因素還有兩撥輪軸葉片的間距。
為保證在核桃在干燥的情況下不會(huì)從兩波輪軸的縫隙中落下，本設(shè)計(jì)由核桃經(jīng)驗(yàn)大小將兩波輪軸的縫隙定位d=1cm。
2.3帶式輸送機(jī)的運(yùn)動(dòng)原理
工作時(shí)， 物料由進(jìn)料斗進(jìn)入輸送帶上，并被輸送至輸送機(jī)的另一端，物料按拋物線運(yùn)動(dòng)落下。本設(shè)計(jì)輸送帶采用橡膠帶，卸料裝置選擇在端部滾筒處由輸送帶拋出的形式。
輸送帶生產(chǎn)率和功率消耗
生產(chǎn)率 帶式輸送機(jī)的生產(chǎn)率用下式計(jì)算： (t/h) （4-1）
式中：F--- 物料在帶上的橫截面積（m2）;
v--- 輸送帶的速度（m/s）；
ρ-- 物料密度（t/m3）；
功率消耗 帶式輸送機(jī)所需功率可用下式計(jì)算：
(t/h) （4-2）
式中 Q--- 物料輸送量（t/h）；
L--- 輸送機(jī)長(zhǎng)度（m）；
H--- 提升高度（m）；
K--- 與Q和L有關(guān)的系數(shù)；
核桃的運(yùn)動(dòng)速度取決于輸送機(jī)的運(yùn)動(dòng)速度，而輸送機(jī)的速度又取決于電機(jī)2轉(zhuǎn)速。本設(shè)計(jì)根據(jù)運(yùn)動(dòng)指數(shù)通過(guò)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)，確定輸送機(jī)的速度和電動(dòng)機(jī)功率p。一般選擇輸送機(jī)速度v=25m/min，電機(jī)的功率P=3kw，轉(zhuǎn)速n=2880r/min，效率為82 %。
2.3機(jī)架的設(shè)計(jì)說(shuō)明
機(jī)架的作用是支撐干燥室和各種機(jī)械部件，同時(shí)也是完成循環(huán)系統(tǒng)不可或缺的一部分，為干燥室和各種機(jī)械部件提供支架，保證整個(gè)核桃循環(huán)干燥機(jī)有個(gè)骨架，也為循環(huán)系統(tǒng)的工作提供基礎(chǔ)。機(jī)架由鑄鐵焊接而成。
3總結(jié)
通過(guò)此次核桃循環(huán)干燥機(jī)的設(shè)計(jì)，讓我對(duì)干燥機(jī)原理有了更深的了解，實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中要注意很多的問(wèn)題，首先核桃循環(huán)干燥機(jī)整體的的設(shè)計(jì)，其中循環(huán)裝置，干燥裝置，輸送裝置，提升裝置等合理布局以及各種動(dòng)力的傳動(dòng)等都是需要注意的內(nèi)容。然后是各個(gè)零件，裝置的三維設(shè)計(jì)組裝等。
參考文獻(xiàn)
[1]李忠新,楊莉玲,阿布力孜·巴斯提,等.核桃產(chǎn)業(yè)化發(fā)展研究[J].核桃產(chǎn)業(yè)化發(fā)展研 究,2014,51(5):973-980.
[2]章亭洲.山核桃的營(yíng)養(yǎng)、生物學(xué)特性及開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2006，32(4)：90－93.
[3]梁燕,林志偉. 5ZHG-25 新型經(jīng)濟(jì)作物自動(dòng)烘干機(jī)研究[J]. 湖南農(nóng)機(jī)，2011，38（5）：30-32.
[4]劉登,曹崇文.探索我國(guó)干燥技術(shù)的新型發(fā)展道路[J]. 通用機(jī)械，2006，(7)：15-17.
[5]吳憂,何少杰.以谷物干燥為例探究農(nóng)業(yè)機(jī)械的成本效益[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)會(huì)計(jì)，2011，(8)：6-7.
[6]張?zhí)矣?張昱.我國(guó)谷物烘干機(jī)駛?cè)氚l(fā)展快車(chē)道[J].農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)與裝備，2011，（3）：1-3.
[7]李占勇,小林敬幸.日本干燥技術(shù)的最新進(jìn)展[J].干燥技術(shù)與設(shè)備，2006，4（1）：3-6.