谷物干燥機(jī)分糧機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

常玉燕

【摘? 要】 谷物在進(jìn)谷物干燥機(jī)烘干前，拋撒在進(jìn)倉傳輸帶上的谷物由于存在拋撒厚度不均勻、拋灑流動阻礙等問題，從而造成谷物干燥不均勻。為解決谷物拋撒不均勻現(xiàn)象，以提高谷物干燥均勻性。文章根據(jù)谷物流動性分析，基于creo3D建模軟件設(shè)計(jì)了一款能夠均勻拋撒谷物的分糧機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)除了均勻拋撒功能之外，還可減少谷物干燥后的破損率，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡單，制造加工成本低，性能可靠，能夠連續(xù)工作，并且可以達(dá)到良好的清雜效果。

【關(guān)鍵詞】 谷物干燥；分糧機(jī)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)；破碎率

一、研究背景

我國是人口大國，是糧食生產(chǎn)與需求大國，據(jù)報(bào)道2019年我國糧食產(chǎn)量為6.64萬萬噸，比2018年增長0.99，2020年我國糧食產(chǎn)量為6.69萬萬噸，2021年我國糧食產(chǎn)量達(dá)6.83萬萬噸，2022年我國糧食產(chǎn)量達(dá)6.87萬萬噸。

皖北地區(qū)位于黃河以南、淮河以北是全國玉米產(chǎn)量最大的集中產(chǎn)區(qū)，地處溫帶季風(fēng)氣候帶。夏季高溫多雨，冬季寒冷干燥。氣候濕潤，陽光充足，地處平原地區(qū)，澆灌便利。每年的冬季于11 月初左右到來年的4月中旬左右，大約5個(gè)月，冬季受蒙古冷高壓控制，氣候寒冷干旱少雨，農(nóng)作物的種植多以小麥為主；夏季受極地海洋氣團(tuán)或變性熱帶海洋氣團(tuán)影響，高溫多雨。自5月份開始，到 9 月上旬結(jié)束，大約4個(gè)月的時(shí)間盛行夏季風(fēng)，氣候濕潤多雨；而春、秋兩季時(shí)間很短。皖北地區(qū)地處平原人口眾多，人均耕地面積較少。皖北地區(qū)的農(nóng)田種植一般為一年兩茬模式，即冬季一般以種植小麥為主，而到了小麥成熟之后農(nóng)田種植玉米或大豆，再次秋收后農(nóng)田種植小麥。這樣，農(nóng)田上的農(nóng)作物種植兩次成熟兩次收獲兩次，夏季空氣濕度大，梅雨季節(jié)時(shí)間長等因素。我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，大量具有勞動能力的青壯年走出農(nóng)村，進(jìn)入城市或務(wù)工或經(jīng)商。大多數(shù)婦女、兒童及老人留守在農(nóng)村，夏忙秋收時(shí)，留守農(nóng)村的婦女和老人就成為主要?jiǎng)趧恿Γ麄冊诩Z食晾曬的時(shí)候，凸顯力不從心。

我國糧食在收割后，因勞動力不足，連續(xù)多日的陰雨天氣谷物晾曬不及時(shí)，造成谷物的損失高達(dá)18%，其中因?yàn)榧Z食干燥效果不達(dá)標(biāo)造成谷物霉變及發(fā)芽等引起的損失高達(dá)５％，谷物在豐收之后的干燥、儲存等問題仍是影響我國糧食的主要因素之一。由此看來，谷物降低含水量并達(dá)到長期儲存含水率，做到顆粒歸倉是至關(guān)重要的。

我國對谷物干燥機(jī)的研究逐漸發(fā)展，技術(shù)不斷地完善成熟，在實(shí)際谷物烘干作業(yè)時(shí)還有諸多地方需要進(jìn)行改進(jìn)提高，針對我國現(xiàn)如今的常見谷物特點(diǎn)，要求該類谷物干燥機(jī)必須具有干燥品質(zhì)高，干燥損耗低的功能特點(diǎn)。

谷物干燥機(jī)進(jìn)糧通常采用螺旋輸送機(jī)構(gòu)，利用螺旋葉片的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動將谷物推送到谷物干燥機(jī)的傳輸帶中，傳輸帶的運(yùn)動帶動谷物運(yùn)動將谷物輸送到入料口，進(jìn)入干燥機(jī)烘干倉。氣流與物料錯(cuò)流流動，傳輸帶前移的過程中，谷物通過不斷與干燥機(jī)烘干倉中不同高度不同溫度的熱空氣接觸來實(shí)現(xiàn)干燥－舒緩－干燥這一低溫烘干環(huán)節(jié)將其烘干。谷物在傳輸帶上整個(gè)干燥的過程中保持進(jìn)倉的原態(tài)，傳輸帶上谷物堆積厚度是進(jìn)烘干倉時(shí)分糧機(jī)構(gòu)鋪撒谷物在傳輸帶上的谷物在傳輸帶的厚度均勻度直接影響谷物的干燥品質(zhì)。通過分析市場現(xiàn)廣泛應(yīng)用的干燥機(jī)機(jī)型優(yōu)化設(shè)計(jì)一款谷物干燥機(jī)中的分糧機(jī)構(gòu)，利用谷物的自身特性，實(shí)現(xiàn)谷物拋撒均勻、谷物拋撒后平鋪在傳輸帶上的厚度均勻，拋撒過程中減少谷物破損。在分糧機(jī)構(gòu)在拋撒分糧的過程中也是對谷物進(jìn)行一次清雜，降低谷物的含雜量。基于creo3D建模軟件設(shè)計(jì)加工出樣件，組裝分糧機(jī)構(gòu)在室內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，室內(nèi)試驗(yàn)條件是在無不利因素的理想狀態(tài)下進(jìn)行的試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)取樣谷物干燥后的效果、含雜率、破碎率等數(shù)據(jù)對谷物干燥機(jī)的分糧機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析改進(jìn)。

二、分糧機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

（一）工作原理

干燥機(jī)分糧機(jī)構(gòu)的重要機(jī)構(gòu)有輔助桿、分糧盤、驅(qū)動電機(jī)、固定支架傳動機(jī)構(gòu)等幾部分組成。分糧機(jī)構(gòu)設(shè)置在谷物入倉塔下方，谷物傳輸帶的上方，由傳動機(jī)構(gòu)帶動分糧機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，根據(jù)不同谷物特性選擇相應(yīng)的運(yùn)動速度，完成谷物拋撒滿足拋撒在傳輸帶上鋪撒厚度均勻，達(dá)到均鋪效果。

（二）分糧機(jī)構(gòu)主要部件分糧盤優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)谷物的相關(guān)特性，從谷物落入分糧盤內(nèi)到拋撒到傳輸帶這一過程摩擦降低。分糧盤表面要求光滑，表面與谷物之間具有不粘連性，并且為完成分糧盤應(yīng)在連續(xù)長時(shí)間作業(yè)，要求分糧盤材料具有抗沖擊性、耐磨性、耐腐性能好的材料。設(shè)計(jì)優(yōu)化出分糧盤的角度，合理利用谷物顆粒和斜板間的摩擦力，提高拋撒質(zhì)量達(dá)到厚度均勻。

分糧盤的傾斜角度和尺寸結(jié)合傳輸帶橫截面積尺寸布置而定，兩者之間位置相對應(yīng)，分糧機(jī)構(gòu)安裝傳輸帶前端改變谷物的運(yùn)動方向。分量機(jī)構(gòu)斜板可以改變谷物的運(yùn)動方向。合理的角度設(shè)計(jì)減小了對谷物流動阻礙的影響，同時(shí)考慮到谷物堆積高度，會造成谷物與傾斜面之間產(chǎn)生較大摩擦力，傾斜角度可選大一些。

（三）分糧機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)

1. 分糧機(jī)構(gòu)的參數(shù)設(shè)計(jì)以安徽省宿州市飛松機(jī)械有限公司中的一款5H-30T低溫循環(huán)谷物干燥機(jī)為例，具體參數(shù)見表1。干燥對象選取皖北地區(qū)主要玉米品種，其規(guī)格為長10mm，寬8mm，厚4mm。

2. 為分糧機(jī)構(gòu)工作效能的評價(jià)主要性能指標(biāo)為除雜率和破碎率兩項(xiàng)。測試后評價(jià)分糧機(jī)構(gòu)的性能指標(biāo)主要選擇除雜率以及破碎率兩項(xiàng)指標(biāo)作為評價(jià)依據(jù)，為測試結(jié)果更準(zhǔn)確，樣本分析主要針對連續(xù)五日的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對五日采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行樣本分析測算，測算結(jié)果為五日采集數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。測試主要針對烘干前后的玉米樣本的含雜率α和破碎率β兩個(gè)數(shù)值。

計(jì)算公式為：

α= ×100%

β=（1-）×100%

其中：Z為樣品中雜質(zhì)的質(zhì)量；

N為樣品中完整顆粒的質(zhì)量；

M為樣品的總質(zhì)量。

采樣選擇玉米樣品的重量為0.5千克，利用標(biāo)準(zhǔn)采用烘相法，溫度選取105℃。實(shí)驗(yàn)測試針對谷物在干燥前和干燥后的含水率x和破碎率y進(jìn)行計(jì)算。

計(jì)算公式為：

ω=×100%

x=1-×100%

y=β1-β0

不同批次試驗(yàn)取樣玉米干燥過程的新增破碎率變化表2所示。

對不同批次玉米試驗(yàn)得出平均破碎增率基本上低于0.15%。這樣玉米在干燥過程中因降水幅度造成的破碎倍增不在明顯突變，國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了破碎率為0.2%，本機(jī)試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，整體玉米的破碎增率明顯低于規(guī)定值。

收割后的玉米主要雜質(zhì)為玉米葉、玉米須以及小片玉米芯等。玉米須和玉米葉含水量在干燥過程中去水分不明顯。對整體含水率影響可以忽略不計(jì)。自然成熟后，玉米芯含水率一般在30%以內(nèi)，干燥過程去水現(xiàn)象明顯。該次試驗(yàn)玉米雜質(zhì)含水率均為30%，玉米想長期儲存含水率需要控制在5%。通過五次取樣試驗(yàn)得出玉米雜物、脫水整體效果良好。

分糧機(jī)構(gòu)室內(nèi)試驗(yàn)是在無不利因素的理想狀態(tài)下進(jìn)行的試驗(yàn)，雖然室內(nèi)試驗(yàn)對任何機(jī)械在設(shè)計(jì)過程中都起重要作用，但是不能完全體現(xiàn)出分糧機(jī)構(gòu)的性能。分糧機(jī)構(gòu)工作環(huán)境下試驗(yàn)時(shí)在谷物干燥作業(yè)時(shí)對天氣環(huán)境因素是不可控制，干燥環(huán)境復(fù)雜而且多變的工作環(huán)境下進(jìn)行谷物干燥機(jī)分糧機(jī)構(gòu)使用性能和機(jī)械性能試驗(yàn)，所獲得結(jié)果就更加真實(shí)科學(xué)可靠，也就更加具有指導(dǎo)意義和說服力。實(shí)時(shí)記錄獲得大量數(shù)據(jù)，進(jìn)一步分析數(shù)據(jù)對樣機(jī)進(jìn)行改進(jìn)。通過試驗(yàn)結(jié)果表明本次設(shè)計(jì)的分糧機(jī)構(gòu)可以完成對干燥前谷物的均勻拋撒，大幅改善了因分撒不均勻造成的干燥不均勻現(xiàn)象，也很大程度地降低了因干燥不均勻而引起的谷物破碎程度，也有效地改善了分糧過程中出現(xiàn)的分糧阻礙現(xiàn)象，即使在分糧過程中出現(xiàn)不暢的現(xiàn)象時(shí)也可以迅速進(jìn)行調(diào)整，分糧工作可以很快得到恢復(fù)。

分糧不暢的主要原因有含水率高和雜物多兩種。玉米含水率較高如未能及時(shí)進(jìn)行干燥處理，堆放時(shí)間超過2周以上，若遇到陰雨天氣，玉米的含水率將會進(jìn)一步增加，因?yàn)楹实脑龃螅瑫斐刹糠钟衩最w粒的表皮結(jié)構(gòu)因出現(xiàn)霉變、腐壞遭到破壞，從而引起玉米顆粒之間的黏附力以及顆粒之間的摩擦增加，造成谷物分糧不暢，利用分糧機(jī)構(gòu)的離心力進(jìn)一步降低了分糧不暢的現(xiàn)象。對分撒機(jī)構(gòu)進(jìn)行拋撒試驗(yàn)的過程中，玉米谷物樣本中摻雜著玉米穗、玉米碎片以及玉米葉碎片等雜物，機(jī)器中設(shè)置的分糧機(jī)構(gòu)的分糧板和干燥機(jī)的側(cè)壁中間形成的間隙可有效地將玉米谷物中摻雜的雜物清除到烘干倉外，有效的驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的分糧機(jī)構(gòu)具備良好的清雜功能。

通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，優(yōu)化設(shè)計(jì)的分糧機(jī)構(gòu)在很大程度上改善了干燥機(jī)在分糧過程中出現(xiàn)的不均勻以及不暢現(xiàn)象，而且具備了因特殊原因造成分糧不暢時(shí)可以很快得到恢復(fù)，使谷物干燥順利進(jìn)行，有效地提升了干燥機(jī)的除雜功能和降低谷物破碎率的功效。

三、結(jié)語

解決現(xiàn)有谷物干燥機(jī)在干燥作業(yè)時(shí)分糧不均勻、分糧不暢現(xiàn)象，結(jié)合糧食特性的相關(guān)理論，對安徽省宿州市飛松機(jī)械有限公司中的一款5H-30T低溫循環(huán)谷物干燥機(jī)中的分糧機(jī)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。試驗(yàn)結(jié)果表明：該分糧機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用降低了烘干破碎增率，除雜率效果明顯，各項(xiàng)性能均滿足要求，干燥機(jī)的性能得到一定程度的提升，也為后期谷物干燥機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了一定的參考價(jià)值。

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