小型谷物烘干機(jī)的設(shè)計(jì)

李巖舟，陳云可，陳金榮，聶　泉，劉雪芳，鄭笑雅，余民學(xué)

(廣西大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，南寧　530004)

0　引言

我國(guó)的谷物烘干機(jī)的發(fā)展是從解放初期仿照日本、前蘇聯(lián)等國(guó)外烘干機(jī)開始的，由于當(dāng)時(shí)的谷物烘干機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，耗用鋼材多，造價(jià)高，所以僅僅在一些農(nóng)場(chǎng)、糧庫(kù)才得以使用。20世紀(jì)70年代后期，有關(guān)科研組織開始研發(fā)設(shè)計(jì)我國(guó)生產(chǎn)使用的烘干機(jī)，但也是限于農(nóng)場(chǎng)生產(chǎn)連隊(duì)和農(nóng)村的生產(chǎn)隊(duì)使用；80年代，我國(guó)致力于將烘干機(jī)向多用化發(fā)展；90年代以來(lái)，隨著農(nóng)村改革的深入發(fā)展，農(nóng)村經(jīng)濟(jì)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平有了較快的提高，烘干機(jī)也向著專業(yè)化的方向發(fā)展[1]。

隨著我國(guó)機(jī)械行業(yè)的發(fā)展，主要的谷物烘干機(jī)類型有簡(jiǎn)易堆放式干燥機(jī)[2]、噴泉式干燥機(jī)[3]、低溫干燥機(jī)及微波干燥劑等。小型谷物烘干機(jī)的設(shè)計(jì)在現(xiàn)有的熱風(fēng)烘干設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ)上，加入了送風(fēng)管道與葉片兩個(gè)結(jié)構(gòu)，熱風(fēng)通過(guò)送風(fēng)管從細(xì)孔由內(nèi)而外，向各個(gè)方向射入箱體，加上葉片對(duì)谷物的拋撒作用，使熱風(fēng)與谷物能更好地接觸，令谷物均勻受熱，更有效地達(dá)到谷物烘干的目的[4-7]。

1　結(jié)構(gòu)及工作原理

小型谷物烘干機(jī)主要由輸送系統(tǒng)、谷物流動(dòng)系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)箱體、箱體回轉(zhuǎn)傳動(dòng)機(jī)熱風(fēng)機(jī)、送風(fēng)管、軸承和出風(fēng)口等組成，如圖1所示。

1.箱體　2.熱風(fēng)機(jī)　3.出料口　4.液壓支桿 5.行走支架　6.電動(dòng)機(jī)　7.入料口　8.送風(fēng)管　9.葉片

其中，熱風(fēng)機(jī)連接送風(fēng)管安裝在箱體一端，送風(fēng)管貫穿整個(gè)箱體，軸承用于連接送風(fēng)管和熱風(fēng)機(jī)口；谷物流動(dòng)系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)箱體、固定在箱體上的葉片、齒輪和電動(dòng)機(jī)，旋轉(zhuǎn)葉片與徑向成35°角安裝于箱體內(nèi)壁，齒輪裝于箱體與電動(dòng)機(jī)連接端，用于帶動(dòng)箱體旋轉(zhuǎn)，電動(dòng)機(jī)固定裝于箱體外部一端，用于提供箱體旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力[8]。

工作時(shí)，將谷物從谷物進(jìn)口倒入進(jìn)入箱體，電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力帶動(dòng)箱體整體旋轉(zhuǎn)；在箱體旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中風(fēng)機(jī)鼓入熱風(fēng)，通過(guò)送風(fēng)管進(jìn)入箱體內(nèi)，送風(fēng)管貫穿整個(gè)箱體且管道上分布著細(xì)密的小孔，可實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)在箱體內(nèi)的均勻分散，并與葉片的設(shè)計(jì)相配合，達(dá)到良好的空氣動(dòng)力學(xué)特性，使熱風(fēng)充分利用對(duì)谷物進(jìn)行烘干；加入的谷物在箱體與葉片的作用下循環(huán)流動(dòng)，箱體整體旋轉(zhuǎn)和類似水車原理的葉片設(shè)計(jì)有利于谷物得到充分?jǐn)嚢瑁p少攪拌過(guò)程對(duì)谷物的機(jī)械擠壓，從而降低谷物爆腰率，使谷物與熱風(fēng)充分接觸，達(dá)到提高烘干效率的目的；烘干完成后，將箱體向下傾斜一定角度，便可以將谷物從出口倒出進(jìn)行裝袋[9-10]。

2　關(guān)鍵部位的設(shè)計(jì)

2.1箱體的設(shè)計(jì)

根據(jù)烘干的需求，將主箱體設(shè)計(jì)為回轉(zhuǎn)金屬圓筒，另一端設(shè)計(jì)為圓臺(tái)體，如圖2所示。箱體直徑過(guò)大達(dá)不到小型化的目的，過(guò)小不利于烘干時(shí)谷物在箱體內(nèi)的流動(dòng)，故將圓筒直徑設(shè)計(jì)為900 mm。這種設(shè)計(jì)預(yù)留了一定的空間，有利于谷物的流動(dòng)與箱體的旋轉(zhuǎn)，可使谷物在烘干過(guò)程中受熱均勻，減少爆腰率。由于設(shè)計(jì)的箱體尺寸限制，以及為了谷物能較好地在箱體內(nèi)流動(dòng)，因此每次烘干的谷物質(zhì)量為40kg。風(fēng)機(jī)安裝在圓臺(tái)體設(shè)計(jì)的一端，圓臺(tái)體的設(shè)計(jì)可有效地防止谷物在烘干過(guò)程中流入風(fēng)機(jī)，使風(fēng)機(jī)不能正常工作。谷物出口設(shè)計(jì)在圓臺(tái)這一端，一定的傾斜角度有利于谷物順利地送出裝袋。

圖2　箱體的設(shè)計(jì)

2.2送風(fēng)管道的設(shè)計(jì)

直徑為40mm的送風(fēng)管貫穿整個(gè)箱體，其管壁均勻分布細(xì)孔，如圖3所示。工作時(shí)，熱風(fēng)進(jìn)入送風(fēng)管后在其內(nèi)產(chǎn)生一定的氣壓，熱風(fēng)通過(guò)送風(fēng)管上的細(xì)孔從各個(gè)方向射向箱體，可與谷物充分接觸，提高了熱風(fēng)利用率。

圖3　送風(fēng)管的設(shè)計(jì)

2.3葉片的設(shè)計(jì)

為了加強(qiáng)箱體內(nèi)的熱交換能力，加速烘干過(guò)程，在箱體內(nèi)壁固定了6張旋轉(zhuǎn)葉片且與徑向成35°角，鼓入的熱風(fēng)在箱體內(nèi)與葉片形成氣旋渦流，如圖4所示。當(dāng)箱體回轉(zhuǎn)時(shí)，箱體底部的谷物被葉片帶到頂部，再?gòu)捻敳繏伻龆拢诠任锵侣涞倪^(guò)程中加大了谷物與熱風(fēng)的接觸面積，使熱風(fēng)與谷物充分的接觸，加速谷物中水分的蒸發(fā)。

圖4　葉片的設(shè)計(jì)

2.4進(jìn)料口與出料口的設(shè)計(jì)

谷物進(jìn)料口為箱體上長(zhǎng)方形的開口，長(zhǎng)180mm，寬115mm，便于開合，加入谷物后關(guān)閉進(jìn)料口。

出料口為圓臺(tái)體上的開口，長(zhǎng)150mm，寬120mm，出料口兼顧出風(fēng)口的作用。出料口翻蓋面為細(xì)網(wǎng)面材料，關(guān)閉時(shí)可防止谷物漏出又可排出濕潤(rùn)的空氣，兼顧出料和將箱體內(nèi)的熱風(fēng)排出的功能。出料口如圖5所示，進(jìn)料口如圖6所示。

2.5機(jī)架的設(shè)計(jì)

支架的設(shè)計(jì)采用箱體行走小車式，由直徑為33 mm的金屬圓桿焊接而成，底部的輪子便于移動(dòng)和運(yùn)輸，可實(shí)現(xiàn)單人移動(dòng)和操作，如圖7所示。支架前面的可拆卸裝置在烘干時(shí)裝上，在出料時(shí)拆下。

圖5　出料口的設(shè)計(jì)

圖6　進(jìn)料口的設(shè)計(jì)

圖7　支架的設(shè)計(jì)

2.6電機(jī)的選擇

為了配合烘干時(shí)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)的速度要求，所采用的電機(jī)是700W、220V的單相交流電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)速為20r/min。該轉(zhuǎn)速既保證了谷物在滾筒內(nèi)能充分的與熱風(fēng)接觸，又能使谷物在葉片上停留一段的時(shí)間，具有一定的緩蘇作用。

2.7熱風(fēng)機(jī)的選擇

輸出功率2 000W，溫度范圍50～450/650℃(可調(diào))，風(fēng)量250～500L/min。

2.8傳感器的選擇

傳感器的主要參數(shù)如表格1所示。

表1　傳感器的主要參數(shù)

3　性能實(shí)驗(yàn)

根據(jù)設(shè)計(jì)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速為20r/min，最大烘干質(zhì)量為40kg。烘干要求：滾筒內(nèi)溫度控制在45℃左右為最佳。為了減少爆腰率，在烘干了一段時(shí)間后(大約30min)停止熱風(fēng)機(jī)和電機(jī)，進(jìn)行緩蘇。

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果知：在進(jìn)行緩蘇過(guò)后濕度有所下降，再次烘干時(shí)濕度回復(fù)到緩蘇前的數(shù)值；在第2次緩蘇過(guò)后將谷物倒出進(jìn)行稱重，得質(zhì)量為20kg，再次進(jìn)行烘干，當(dāng)濕度達(dá)到空氣濕度值時(shí)停止烘干，將箱體打開，使箱體內(nèi)的空氣與外界空氣對(duì)流；對(duì)流20min后，將谷物倒出進(jìn)行稱重，得質(zhì)量為19.9kg。根據(jù)國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局批準(zhǔn)的烘干法谷物水分測(cè)定儀檢定規(guī)程知

式中M—水分含量；

w1—烘干前質(zhì)量；

w2—烘干后質(zhì)量。

由數(shù)據(jù)可得M1=5.2%,M2=5.6%。根據(jù)規(guī)程可知，二者之差小于0.1%。由此判定烘干完成，可裝袋儲(chǔ)藏。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2、圖8所示。

表2　實(shí)驗(yàn)水平因素表

圖8　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖

4　結(jié)論

該谷物烘干機(jī)各項(xiàng)機(jī)能穩(wěn)定，能夠較好地進(jìn)行烘干作業(yè)，且生產(chǎn)成本低廉，烘干效率高，烘干成本低，操作簡(jiǎn)單，便于移動(dòng)，從而滿足南方小型農(nóng)戶的需求。但是，該機(jī)也存在著一些問(wèn)題，如不能進(jìn)行多種類型的谷物烘干、耗時(shí)較長(zhǎng)、烘干后手動(dòng)裝袋等，還需要進(jìn)一步完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院谷物干燥機(jī)械編寫組.谷物干燥機(jī)[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社, 1988.

[2]廣東省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所. 堆放式簡(jiǎn)易谷物烘干機(jī)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 1977.

[3]馮治威. 流態(tài)烘干機(jī)[J]. 水泥, 1976(1):4-14.

[4]劉同策, 溫浩軍. 籽棉烘干機(jī)技術(shù)研究[J]. 農(nóng)機(jī)化研究, 2016, 38(8):250-256.

[5]郭小鋒, 陳建, 謝守勇,等. 滾筒式油菜籽烘干機(jī)的研究[J]. 農(nóng)機(jī)化研究, 2011, 33(1):203-206.

[6]陳作炳, 朱夢(mèng)佳.新型風(fēng)掃筒式烘干機(jī)干燥過(guò)程數(shù)值模擬[J]. 現(xiàn)代機(jī)械, 2016(5):57-60.

[7]劉文秀, 洪志堅(jiān).廣西谷物烘干機(jī)的現(xiàn)狀及幾點(diǎn)看法[J]. 廣西農(nóng)業(yè)機(jī)械化, 2000(2):7-8.

[8]李業(yè)德,李業(yè)剛.順流式谷物烘干機(jī)的模糊控制系統(tǒng)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2002, 18(1):162-164.

[9]錢續(xù)坤,姚琴,張文濤.谷物烘干機(jī)破解曬糧難題[J].鄉(xiāng)鎮(zhèn)論壇,2014(35):17-17.

[10]劉冬梅, 劉立意,柴玉華,等.谷物干燥機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 農(nóng)機(jī)化研究, 2004(6):122-123.

[11]董永海, 王躍進(jìn).進(jìn)口谷物烘干機(jī)的推廣和使用[J]. 現(xiàn)代化農(nóng)業(yè), 2005(2):42-43.

[12]汪世民, 丁亞琳.谷物干燥機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J]. 江蘇農(nóng)機(jī)化, 2011(5):30-31.