玉米漿料烘干設備下錐斗的研究設計

張媛媛，徐宏揚，公衍峰，劉偉光

(黑龍江省農業機械工程科學研究院 綏化分院，黑龍江 綏化 152000)

0 引言

營養全面、烹飪便捷的粗糧精做產品，愈來愈受到消費者的青睞。玉米富含多種營養物質，但是粗加工產品食用口感不好。采用科學方法進行精、深加工, 改善食用口感, 使玉米食品重新回到人們的餐桌, 是玉米加工利用的一個重要研究方向。由于玉米原料本身無面筋蛋白, 缺乏黏彈性, 柔韌性差, 所以面團品質較差, 且口感粗糙, 不適合加工制作面條、餃子等面食品。玉米面粉的主要成分是淀粉, 通過物理、化學和生物的方法使淀粉改性, 形成與小麥面粉相似的應用性質, 是解決玉米面粉制作食品的關鍵問題[1]。

黑龍江省農業機械工程科學研究院綏化分院，經過多年研究實驗，研發出了一種玉米發酵后磨碎噴漿烘干工藝及設備，玉米面漿在200～360 ℃熱風下干燥，得到的玉米面粉細膩，實現了“粗糧細吃”和“主糧粗細搭配”。

玉米漿料的烘干，主要在玉米干燥設備的主塔內完成，主塔由塔頭、上錐斗、塔筒、下錐斗4個主要部分組成，塔頭側面開有熱風口， 塔筒中下部設有主塔輸送風道，下錐斗大端與塔筒相連接，小端連接冷卻橫管。預制的玉米漿料過篩后由送料噴頭霧化并噴灑至玉米粉料噴漿干燥設備主塔塔頭內，由風機輸送的熱風將霧狀漿料進行烘干，烘干后玉米粉料在重力的作用下進入到下錐斗，干燥的玉米粉料在旋轉氣流的作用下不斷旋轉，不能夠及時從出料口輸出。由于玉米漿料烘干設備體型龐大，在干燥作業中測量即燥參數非常不便，下錐斗壁上堆積的粘結塊和不斷旋轉的粉料，在熱風的作用下，極易糊化。

本文設計一種應用在玉米漿料烘干設備下錐斗，可根據塔內溫度自動調節冷風口的開合，進而調節冷風的進入量，使塔內溫度保持在合適的范圍內，保證玉米粉料既能很好地烘干，又能在生產中不熟化，不糊化，提高了玉米粉料的生產率，確保了玉米面粉產品的質量。

1 整體結構及工作原理

下錐斗主要由錐斗、震動氣錘、冷風口、溫度傳感器、出料口組成，結構如圖1所示。

1.錐斗；2.震動氣錘；3.冷風口；4.溫度傳感器；5.出料口圖1 下錐斗結構示意圖

工作時，霧化后的漿料在干燥設備的主體腔體混合完成漿料的烘干，烘干后的玉米粉料，在重力與熱風的共同作用下，下降至下錐斗，下錐斗內壁裝有溫度傳感器，通過溫度傳感器監測下錐斗內溫度的變化，根據下錐斗內溫度變化通過驅動馬達帶動冷風口調節板作往復運動，從而調節冷風口開口縫隙的大小，以實現下錐斗內溫度可控，保證了玉米粉料質量和烘干作業生產安全；下錐斗外側裝有震動氣錘，將附著在下錐斗內壁的粉料振落，烘干的玉米粉料落至出料口。

2 關鍵零部件設計

2.1 冷風口

糧食烘干過程中要防止溫度超調, 傳統控制系統在糧食烘干過程中, 如果溫度超調, 只能停止熱風機的運行, 進行自然冷卻降低溫度[2]。目前，玉米噴漿烘干設備常用的下料錐斗多采用C型冷風口，結構如圖2所示，其開口大小L為固定值，進風量不可調整，當腔室內溫度過高時，因無法調大冷風量，常采用停止熱風的方法來降溫，這種方法降溫速度可控性差，容易造成腔室內溫度高低變化較大，極易影響玉米粉質量。另外，不可調節的C型冷風口，因開口固定不可動，容易堵塞，通風效果較差。

1.C型冷風口圖2 C型冷風口結構示意圖

本文設計的下錐斗上分布多個可調節冷風口，位置關系如圖3所示。在送料風機負壓的作用下，通過調節冷風口開合的大小，進而調節冷風進風量，來實現下錐斗內溫度的調節，防止玉米粉料熟化、糊化。

1.可調節冷風口；2.下錐斗圖3 可調節冷風口位置示意圖

冷風口主要由冷風口調節板、冷風口調節板轉軸、驅動軸座、轉軸座、冷風口調節板驅動軸、驅動馬達等組成，具體結構如圖4所示。

安裝在下錐斗內壁的溫度傳感器監測下錐斗內溫度變化，當腔內溫度高于設定溫度時，驅動馬達開始工作，帶動驅動擺臂，驅動擺臂拉動驅動連桿，使冷風口調節板繞調節板轉軸轉動，此時調節板與塔壁的開口變大，冷風進風量變大；當腔內溫度低于設定溫度時，驅動馬達帶動驅動擺臂反向運動，從而調節冷風口開口縫隙變小，隨之冷風進入量變小，進而實現下錐斗內溫度可控。其優點在于可以自動控制冷風口開口大小，以實現下錐斗內溫度可控，保證了產品質量和生產安全。同時，可以繞轉軸轉動的冷風口調節板，開合大小的變化使通過冷風口的風形成干擾氣流，阻止未干透的粉體粘到下錐斗內壁上，另一方面能夠促進粉體的進一步干燥。

2.2 震動氣錘

在主塔內由熱風烘干的玉米粉料，在重力的作用下落至下錐斗，下錐斗的外形為漏斗狀，傾斜的內壁極易附著堆積玉米粉料。在下錐斗外壁上安裝的震動氣錘，工作產生震動，使部分粘結在下錐斗內壁的粉料落向塔下方的出料口，既能避免粉料的堆積對冷風口的堵塞，又能防止粘結在下錐斗內壁的粉料因腔內的高溫糊化起火。

3 對比試驗

玉米漿料烘干設備下錐斗作為玉米粉料冷卻、集粉的腔室，本文設計的帶有可自動控制的冷風口的下錐斗，與傳統的C型冷風口下錐斗相比，具有進風量大小可調，進而實現下錐斗內溫度可控的特點。在裝有不同冷風口的兩臺烘干設備上進行對比試驗，測定不同玉米粉料的特性。根據玉米粉料干燥設備的制備原理, 對比本文設計的下錐斗與傳統下錐斗對塔腔內溫度的控制效果，測試不同溫度對玉米面粉品質的影響。

1.冷風口調節板；2.冷風口調節板轉軸；3.驅動軸座；4.轉軸座；5.冷風口調節板驅動軸；6.驅動馬達；7.驅動連桿；8.驅動擺臂圖4 冷風口結構示意圖

3.1 材料和儀器設備

將玉米粒與玉米碴混合物(玉米粒含量≤30%)，在溫水中浸泡24～72 h，充分吸水的玉米碴混合物經磨漿機磨漿、篩分機篩分，篩分后的面漿100目以上，面漿加水調和成濃度在35%～40%的漿料。儀器設備為Brabender型黏度糊化儀、電子分析天平、電熱鼓風干燥箱。

干燥條件為進風溫度200～360 ℃，排風溫度60～70 ℃。

3.2 結果與分析

噴霧干燥的玉米粉中蛋白質和淀粉含量都較低, 但還原糖含量很高, 同時具有較強的黏度與水合能力, 并且產品呈細膩的粉末狀，產品具有類似小麥面粉的特性, 同時由于其抗回生性能優于小麥面粉，不同溫度條件下，測試玉米面粉的品質指標見表1。

表1 不同溫度對玉米面粉應用品質指標的影響

可以看出，玉米漿料烘干設備，溫度過高，玉米面粉品質指標呈下降趨勢。固定C型冷風口因其開口不可調節，無法適時對腔內溫度進行控制，過高或過低的溫度，均影響玉米粉的品質。相比較，本文設計的玉米噴粉下錐斗，溫度可便捷控制，能更好地保證玉米粉的品質。

4 結論

采用干燥法制備的玉米面粉，以其良好的食用口感和豐富的適用面食種類，在市場中比較受消費者的喜愛，干燥設備的性能直接影響玉米面粉的品質，針對玉米粉料烘干時存在的熟化、糊化問題，結合玉米粉工業化生產加工使用的實際需求，研究設計了一種玉米漿料烘干設備下錐斗，該裝置設有自動可調節的冷風口，通過傳感器對下錐斗內的溫度進行監測，根據溫度來自動調整冷風口開合大小，既能保證烘干效果，又能有效防止糊化，簡便易行。同時能改進玉米面粉的品質，力求達到與小麥面粉類似性質及口感, 使其成為制作面食品的重要原料。帶有可調節冷風口下錐斗的成功研制，很好地解決了玉米漿料烘干設備在制備玉米面粉的過程中，因溫度控制調節的不及時對玉米粉品質產生的影響，大幅度提高了玉米漿料烘干設備的技術水平。另外，本文設計的下錐斗，結構簡單，控制方便，使用維修成本低，除玉米噴粉設備外，還可廣泛應用在其他粉料干燥設備中，能明顯提高干燥設備的生產效率，為玉米粉料加工機械化提供了有力的技術支撐。

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