犁刀式加湿调质机的设计【含CAD图纸优秀毕业课程设计论文】

购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 犁刀式加湿调质机的设计 学生姓名 何 静 学 号 8031212301 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 农业机械化及其自动化 班 级 16 指导老师 兰海鹏 日 期 塔里木大学机械电气化工程学院制 16 届毕业设计 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 前言 犁刀式加湿调质机是糙米加湿调质不可或缺的设 备。在加工成精米时，必须将收获后的糙米进行加湿调质才能用于储存。近年来，随着经济、技术的不断发展，许多糙米的营养价值也陆续被发掘。 近年国内企业和业界人士开始研究糙米加湿调质工艺和设备，认为对低水分稻谷采 用着水润谷加工工艺即调质处理是减少碎米率、提高出米率和大米质量 一种切实可靠、简易变行、立竿见影的有效方法 。因此开发加湿调质机的销售市场显得尤为重要和迫 切 ，而且其发展前景十分广阔。 糙米的去壳是糙米精加工储存必不可少的一道重要工序，换句话而言，如果不经加湿调质，不但碎米率高，而且米的质量也难以保证。此外，用糙米 加工成精米也需要加湿调质。因此根据这一情况，研制出了一种犁刀式加湿调质机。该犁刀式加湿调质机因其体积小、重量轻、结构简单，所以制造成本低，而且糙米碎米率也低，几乎可满足稻米的储存和精米的技术要求。并可避免糙米储存中水分蒸发体带来的影响，给糙米加工提供设备支撑。 本文设计的犁刀式加湿调质机是糙米加湿调质的一种常用机械设备，不仅用于对糙米的加湿也可以作用于其他农产品的加湿调质。本次设计能使糙米的自然营养层、大米表面光洁度大大的提高；可以提高糙米加湿调质加工中人力和物力资源的利用率，同时也提高了劳动生产率。本课题 设计的主要内容是犁刀式加湿调质机的设计。主要通过对原始数据的分析、方案的论证比较与选择，完成了犁刀式加湿调质机的总体设计，加湿的设计，犁刀式调质的设计以及传动方案的选择等内容。在此基础上对犁刀式加湿调质机体的结构尺寸、驱动转轴的结构尺寸、皮带轮的传动比等进行了详细的计算和说明，并且对轴承以及轴承盒的型号作了选择。使本方案有了初步的设计应用价值。 关键词 ： 犁刀式；加湿调质；糙米； 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图纸 目 录 1绪论 . 1 . 1 . 1 的问题 . 2 . 3 . 3 . 4 . 4 2犁刀式加湿调质机总体设计 . 4 . 4 . 5 3犁刀式加湿调质机结构设计 . 7 . 7 4传动装置的设计 . .动装置的选择 . 5动力装置的设计与应用 . 9 . 9 . 9 . . 12 总 结 . 13 致 谢 . 13 参考文献 . 15 塔里木大学毕业设计 1 1 绪论 水稻是人类赖以生存的最宝贵的生物资 源之一，是世界上种植面积最大的农作物，世界 耕地面积的 11。稻米是我国的主要粮食作物之一，产量居世界首位，其次为印度、印尼、泰国。大米是全球至少半数人口的基本食物，约有 39个国家以大米为主要食物，消费人口高达 10亿以上，尤以亚洲对稻米的依赖性最强。我国也是大米消费大国，约有 67的居民以大米为主食。在水稻加工过程中，为了减少大米的精裂纹、降低碎米率、提高出米率、提高品质、降低消耗，采用加湿调质设备。加湿调质设备还可以提高大米加工企业效率，增强竞争实力，增加农民收入。为此，设计了加湿调质设备，实现了大米的循环加湿。该设备可以达到均匀、可控、高效地加湿 调质目的，且可降低磨米能耗，增加出米率，提高大米品质。因此提高糙米碾米的整精米率、降低碾米能耗、改善大米的外观品质具有重要的经济价 1 。 我国加湿调质工艺和设备的研究起步较晚，政府一直将包括精米在内的粮食作物生产放在了高产的研究上，为达到安全储粮的目的，我国通常采用常温通风储存的方式储存稻谷以降低储存温度和水分，长期储存稻谷水分降低较多一般为 11%13%，因此皮层和坯乳、坯部分结合更加紧密 ，脆性增加，因而碾米后碎米率升高、出米率降低、碾米能耗增加、而且食味下降。基于这些问题，近年国内企业和业界人士开始研究糙米加湿调质工艺和设备，认为对低水分稻谷采用着水润谷加工工艺即调质处理是减少碎米率、提高出米率和大米质量的一种切实可靠、简易变行、立竿见影的有效方法。实施糙米加湿调质工艺技术，可以较好的保留大米的自然营养层，使大米表面光洁。 目前，我国加湿调质技术的应用还存在许多问题。我国一直没有专用的加湿调质设备和调质工艺标准。 20世纪 90年代中期，部分米厂开始设置了调质工艺，但大都采用小麦着水设备或简易的 喷雾着水装置，在加湿的均匀性、可控性等方面尚存在一些问题。国内外系统介绍低含水率（ 14以下）直接加湿调质工艺的内容较少，关于加湿调质后各工艺参数对糙米的碾米品质、碾米能耗的影响规律，加湿调质技术的机理及水分渗透并均匀的规律，糙米的力学指标随调质条件变化关系的资料尚很缺乏。因此研究适合我国稻米加工业的调质工艺参数、揭示其技术机理和研制适合我国国情的糙米专用调质设备是该项技术推广应用的关键 日本是主要生产稻谷的国家之一，由于有发达的工业和科学技术作为后盾，加上国家对发展农业有一系列的扶持政策包括对农田基本建设及 农户购置大型农业机械政府给予补贴及优惠贷款等使日本的农业机械化发展十分迅速且有较高的水平 3 。日本的加湿调质技术研究起步较早，从 1995年开始。日本经济高速增长， 20世纪 50年代末日本精米加工厂急剧增加，民间技术研究开发投资高涨主要以应用技术为主，并在 20世纪 80年代达到全面发展。日本研究人员从味道测试和品尝实验结果中发现，含水率在 14%以下的白米味道明显不好，而含水率在 14%17%的白米味道良好。北海道大学研究人员通过加湿调质研究发现，碾米时糙米硬度的理想范围 6878N，塔里木大学毕业设计 2 另外根据日本精米的质量要求，碾米时糙米 ,另外根据日本精米的质量要求，碾米时糙米最佳温度和含水量分别为 1525， 但由于米糠容易酸败及产生其他化学反应，如果长期在常规条件下保存糙米就会加速糙米陈化劣变和水分损失，造成糙米碾制后大米水分较低，使用品质变差。因此，日本从 20世纪 50年代末开始采取低温仓和准低温仓贮存糙米。日本贮存糙米调质目的的主要是改善白米食用品质和提高碾米效率，获得最大的经济效益。但若含水量高，糙米的硬度会有所下降，调质糙米比未调质的糙米产生碎米的可能性更大 。在日本，采用糙米碾米前微量加湿调质的方法来改善糙米加工特性已有近 30年的历史 5 。自 20世纪 80年代开始，日本开始进行对大米加温加湿，在不降低大米度的情况下只在之前将糙米的糠层加湿调质，在不降低大米的硬度情况下进行软化的装置研究并应用于工厂，此方法不但抑制了碎米的发生，降低了电耗，而且提高了碾米的效率和脱胚率，针对日本糙米品种的特点，日本对碾米前的微量调质技术进行了实验室的研究。伊藤和彦等人在 1985年和 1986年进行了糙米薄层通风加温，加湿研究，并将其应用于现代 化的精米厂。起初，日本糙米碾米前微量调质技术采用直接喷雾水的方式进行调质，由于雾化效果差，水微粒子较大，导致糙米短时间内水分急剧增加，不仅造成碎米率升高，且着水的均匀性难以控制 9 。 20世纪 80年代初日本佐竹公司研制了一套大米加湿调质装置，它在糙米进行精选后使用超声波加湿器和蒸汽发生装置，通过风机往调质仓中送入温湿风，并润糙一定时间，使水份进入糙米糊粉层以上在进入糙米机进行碾米。该装置主要用于改善糙米在低温时的碾制效果，由中实验结果得知，使用糙米加湿调质装置可减少碾 米时的水分损失，出米率稍有提高，糙米的加工特性有所改善，因此，碾米厂纷纷采用调质装置精选后的糙米温度和水分调整到易于碾制的状态，不但在冬季使用，而且在其他季节也可使用。在 20实际 80年代末 90年代初。日本对糙米碾米前温质的技术开发研究迅速发展，对糙米的调质出现了多中方式及装置；谷物加水装置，米粒调湿方法及装置，并逐步趋向采用超声波加湿的方式对糙米加湿调质。超声波加湿器产生的水微粒子与其他方式如蒸汽加湿、气化式加湿相比是最细的，利用超声波产生水雾能很快与空气混合，糙米吸收水分速度较快，着水更均匀。由于超声波加 湿器雾化量有限及价格高昂，对于碾米厂而言投资较大，因此人们采用经济的蒸汽发生器与超声波加湿器混合使用，也相互弥补不足 7 。 20世纪 90年代后期，日本开展了糙米加湿后水分渗透机理的研究，并研究了水分的压力渗透与润糙时间的相互关系，日本近代大学生物理化工学部的山下律也等人研究了不同压力下糙米加湿调质水分渗透的规律，并指出了糙米的含水率对碾后大米的品质影响 11 。 近年，韩国在糙米加湿调质方面也作出了大量研究。韩国国立庆尚大学宋大 斌等人研制了连续式调质机，其调质实验结果确认整米率增加 韩国中北大学得出常压，室温条件下水分渗透润糙时间 8h 左右的结论并比较了经加湿调质的糙米未经加湿调质的糙米的碾米特性。得出糙米加湿调质后碾米碎米和精稳米降低 70%，能耗降低 30%左右，大米光清度提高，食用品质提高等结论 10 。 塔里木大学毕业设计 3 我国研究犁刀式加湿调质机起步较晚发展缓慢，和发达国家相比只能望其项背，目前市场上流行的一些机具中，存在如下问题，因此，难以大范围推广应用。 (1)大米加湿调质质量不够优良 。有些加湿调质机加湿或调质不完全，加湿调质质量很低，有些加湿调质率仅 能达到 40%左右。选购加湿调质 机最关注的是 加湿调质质量，所以加湿调质质量是推广使用加湿调质机机 具 的最大障碍。 (2)我国一直没有专用的加湿调质设备和调质工艺标准 。因为一直没有精确的工艺标准，造成市场上出现很多低于工艺标准的加湿调质设备，碎米率和表面光洁度的损失较大。有些机具糙米损失率高达 25%。 (3)在加湿的均匀性、可控性等方面尚存在一些问题 。有些厂家设计的加湿调质机具，在加湿系统方面不够均匀和控制加水量不够精 确，从而降低了产品的商品价值。 (4)国内外系统介绍低含水率（ 14以下）直接加湿调质工艺的内容较少，关于加湿调质后各工艺参数对糙米的碾米品质、碾米能耗的影响规律，加湿调质技术的机理及水分渗透并均匀的规律，糙米的力学指标随调质条件变化关系的资料尚很缺乏。 (5)加湿调质过程中，由于大米含水量、硬度、大小本身的差异性大米的运动存在随机误差，影响加湿调质作用质量。 (6)加湿调质机的高效性不高 。我国加湿调质机具多数是单机制造，尚未形成规模和系列，制造的工艺水平较低，成本高。因为加湿调质机 具 通用性差，不能实现一机 多用，导致生产企业设备利用率 较低，设备 配置的成本居高不下 。 从而国内能够完成 均匀性、可控性、高效性 功能的大型加湿调质设备由于经济性，技术性等原因，还未在全国范围内推广使用。 根据我国加湿调质机的发展现状和存在问题以及未来加湿调质机机发展要求，设计犁刀式加湿调质机。犁刀式加湿调质机主要由动力输入装置、传动装置、搅拌装置、加水装置、出料装置组成。其中，动力装置是通过电机作用在轴上，只需把未加湿调质的糙米送入喂料装置便可实现加湿调质工作。 先确定我国已有加湿调质机的类型，根据已有大型加湿调 质机的原理及结构设计新型的犁刀式加湿调质机，使加湿调质机能满足加湿均匀性、可控性、加湿调质质量优良要求，也就是加湿调质机要能工作稳定，保证 保留大米的自然营养层，使大米表面光洁，降低脆性 等优点。 加湿调质机技术关键在于均匀性，要保证雾滴的均匀性。 加湿调质机要有精准的可控性，要控制加湿圆盘的糙米量和增减喷头的数量及调速电机的转速控制加湿量。 加湿调质机的高效性，通过连续工作、循环加湿可以大幅度提高加湿调质的效率。 加湿调质过程中，由于大米含水量、硬度、 大小本身的差异性大米的运动存在随机误差，影响塔里木大学毕业设计 4 加湿调质作用质量。任务重点对大米的含水量、硬度犁刀式加湿调质机的均匀性、可控性、高效性的主要因素进行研究分析，重点应该在设计的均匀性、可控性、高效性的设计上，对影响因素分析不应该是主要的目的。 （ 1） 选择合适 动力传递方式 ，设计工作装置和 传动装置 。 （ 2）运用 制二维零件图和装配图。 （ 3）利用有限元分析和 成整机各零部件的三维建模。 塔里木大学位于南疆中心位置，校内有实习工厂、土 槽实验室、 农业工程重点实验室等 ，设计条件较好，为项目开展提供了场地和基本条件。校内拥有优良的硬件环境，机械电气化工程学院拥有先进的实验设备和机械加工制造设备，并且师资力量雄厚，完全可以满足加湿调质机的工作条件。 2 犁刀式加湿调质机总体设计 (1)离心加湿方式 优点：成本低，技术成熟。 缺点：颗粒大，均匀性差，不利于控制产品质量，浪费水源 ， 适用于室外加湿。 (2)喷雾加湿方式 优点：喷雾颗粒较细，可用于室内、搅拌。 缺点：需要水泵，对水质要 求很高，有噪音干扰。 (3)湿膜加湿方式 优点：洁净，无噪音。 缺点：体积大，加湿量小。 (4)蒸汽加湿方式 优点：喷雾颗粒小且已气化，等温加湿。 缺点：能耗很大。 (5)超声波加湿： 优点；颗粒小，能耗低，可输送，无机械噪音 缺点：对水质要求较高。 压电陶瓷 ： 压电陶瓷 主要由锆钛酸铅 (組成 , 在氧化锆 (氧化铅 (氧化钛(的粉末原料中，按一定比例适当添加微量的添加物后，由多道加工程序完成陶瓷粉料制作，再用油压机使之压缩成各种规格形狀，成型后在 1350 左右温度下进行烧結，所得的成品，再以电镀的方法或者不锈钢贴片法完成 电极极化 工作后，就是 压电陶瓷 晶片成品。 超声波雾化原理：利用压电陶瓷所固有超声波振荡特点，通过一定的 振荡电路 手段与压 电陶瓷固有振荡频率产生共振，就能直接将与压电陶瓷接触的液体雾化成 1原理是，塔里木大学毕业设计 5 电路超声波振荡，传输到压电陶瓷振子表面，压电陶瓷振子会产生轴向机械共振变化，这种机械共振变化再传输到与其接触的液体，使液体表面产生隆起，并在隆起的周围发生 空化作用 ，由这种 空化作用 产生的冲击波将以振子的 振动频率 不断反复，使液体表面产生有 限振幅的表面張力波。这种张力波的波头飞散，使液体雾化，同时产生大量的负离子。 雾化单元与雾化量：由于其单独成型的压电陶瓷振荡频率是固有的，因此，只能产生一个震荡冲击波。如果需要增加雾化量，只可采用多组并联同时工作的方法来实现。以现有技术考虑压电陶瓷寿命，每一单元振子功率为 化量为 于液体溶液表面张力不同，各种液体的雾化量也不完全相同，相对 液体表面张力 越大，雾化量越小，反之则越大。液体 内所含杂质不同，对设备的使用寿命、雾化效果、保养周期都有一定的影响，以水为例，当水中钙、镁、矽酸含量高时，各种加湿方法在一定程度上都会受到影响，影响加湿效率，甚至会造成设备损坏，再超声波加湿中，水中钙、镁、矽酸含量高时，会造成雾化器本身结垢、加湿环境受到污染等等负面影响。 犁刀式加湿调质机的结构主要由犁刀式叶片、电机、机架、水泵、主轴、水箱、喷头等机构组成。当糙米通过料斗进入加湿调质机时，进入到仓内，当仓内的糙米达到一定量以后。随后启动机器，一方面通过三相异步电动机带动皮带轮带 动主轴从而带动犁刀式叶片高速旋转，利用犁刀式叶片的旋转把糙米抛飞起来，让糙米在空中成单粒的情况，这样有助于有的糙米没有加上水通过在空中的互相碰撞，糙米起起落落来回循环达到传递水分的作用，继而达到搅拌的作用。另一方面通过电机和水泵的配合，把水箱的水抽出来输送到水管内，然后在从仓内的喷头和箱体上面的碰头喷出，从而达到加湿的效果。为了让加湿的效果达到均匀性的效果更好，采用了喷雾式喷头。搅拌一定的时间后，在把底部槽口抽出，经过加湿调质后的糙米从底部的槽口出料。 塔里木大学毕业设计 6 图 23 犁刀式加湿调质机总体方案设计及计算 把料仓划分为几个区域来计算 近似等于把料仓加满的体积 1 (3是宽）是长， b(2 aa (3是实体的高）为三角形的高， 21213 ( (32321 总 (3犁刀的直径是 似等于 m ，所以加料体积的范围 V 。 4 传动装置的计算 分配各级的传动比 根据选定电动机的满载转速，可得传动装置的总传动比 I。 该传动系统采用平带一级带动。电动机安装在机架上，整机结构简单、紧凑。 计算出总传动比后，合理 地分配各级传动比，限制传动件的圆周以减小动载荷，降低转动精度等塔里木大学毕业设计 7 级。分配各级传动比是主要考虑以下几点： （ 1）各级传动比在推荐的范围内选取； （ 2）应使各传动装置的结构尺寸较小，重量 较轻；应使各传动件的尺寸协调，结构匀称合理、避免相互干涉碰撞。 选取带传动比为 3。传动装置的实际传动比要有序安定的带轮直径，因而很可能与设定的传动比之间有误差。一般允许工作机实际转速与设定转速之间的相对误差为 )%53( 。 为了进行传动件的设计计算，应首先推算出轴的转速、功率和转矩。一般由电动机至工作机之间运动传递的路线推算轴的运动和动力参数。 （ 1） 计算轮的转速（ r/平带轮的转速： m (400/ 01 m （ 4 （ 2） 计算轮的功率 轮的功率： 4 （ 3） 计算轮的扭矩（ 皮带轮的扭矩： 61 4 0 0/ 5 0/9 5 5 0 111 （ 4 5 带轮传动的设计计算 参考同类型的机器和所选用的减速器对配用电机的要求来选择一个较为合适的电机。 （ 1） 电机类型的选择：按工作要求和条件，选用 （ 2） 电动机功率选择： 传动装置的总功率： 321 总 ， (3式中321 , 分 别为带传动、主轴的轴承及犁刀式叶片传动的效率。则 21 (3则 总(3电机所需的工作效率： 82, 0 0/25001 0 0 0/ 总工作 (3(3)确定电动机转速，计算轴的工作转速： m i n/ 0/ 0 060/1 0 0 060n 筒 (3塔里木大学毕业设计 8 按手册文献推荐的传动比合理范围， 总传动比理时范围为 10012 电动机转速可选范围为 m i n/2 5 5 03 0 0 012(d a 筒 (3适合这一范围的同步转速有 1000、 1500 和 3000r/据容量和 转速，由有关手册查出有两种适用的电动机型号，其技术参数及传动比的比较情况如下表所示。 表 5要技术参数 参数项目 数据 电动机型号 定功率 动机转速（同步） 1000、 1500 电动机转速（满载） 910、 1400 总传动比 合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动比较两种方案：方案 1电动机转速较高，总传动比较高；方 案 2，电动机较贵，总传动比虽然不大，但因电机转速低，导致传动装置尺寸较大，因此选定电动机型号为 带传动的主要失效形式为带在带 轮上打滑和疲劳破坏（脱层、撕裂或拉断）。所以带传动的设计准则是： （ 1）保证在工作环境中不打滑。 （ 2）具有足够的疲劳强度。 （ 3）满足一定的使用寿命。 设计带传动的原始数据一般为传动用途、工作条件、传递功率、带轮转速或传动比等带式输送装置，其电动机与减速器之间用普通 V 带传动，电动机为 定功率 P=1载转速4001 ，传动比 i=3。 A 根据工作情况由文献查的工况系数 K (5B 选择普通平带截型：根据 和 4001 ，由文献选用普通平带轮。 C 传动比 I=3(已算） D 带轮直径 2并验算带速，弹性滑动率 6 1 7) 1 03)1(2 (5塔里木大学毕业设计 9 由文献查的，取 302 实际传动 10/630)1(/ 12 (5实际从动轮的转速 m 0 0/ 2112 (5转速误差为： 6 6/) 6(/ 222 允许） (5对于带式输送装置误差在 %5 是允许的。 400210100060/11 m/s (5在 5，带速适合。 的 )(20)(7 2121 )6 3 02 1 0(2)6 3 02 1 0( a (5所以有： 6 8058 80 ， 000 需带的基准长度0L。 由 文 献 7 1 97004/2)210630()630210()()(122100 根据文献查得，取 800H 实际中心距 a 根据文献查得： 02/)2 7 1 92 8 0 0(7 0 02/)( 00 (5I 算带轮包角 210630(180121 合） （ 5J 平带的基本额定功率 1p 根据 101 和 14001 n r/文 献查得 。 K 额定功率的增减量 1p 根据 4001 和 94.2i 文献 皮带的根数 Z 根据 a 文献查得 85.095.0(/ 1 k a 取 z=2 (5塔里木大学毕业设计 10 单根皮带的预紧力0 /)1/ 0 00 =m (5 5/)1/ 0 0 20 (5压力 i s i (56 轴的 材料及其校核 轴在工作时多承受交变载荷，故轴的失效一般为疲劳断裂，占失效总数的 40%因此轴的材料因此轴的材料因具有足够的疲劳强度、较小的应力集中敏感性，同时还必须具有足够的刚度、耐磨性、耐腐性和良好的机械加工工艺性。 已知：轴 000 ， 100k 周力： 41 000 t(6径向力： 500ta n (6作用在轴左端带轮上外力 : 5176102/ F （ 6 径向力： 9 0 020ta 7 6ta n （ 6 作用在轴左端带轮上外力 176102/25 （ 6 垂直面的支承反力 5521 （ 6 6012 （ 6 水平面的支承反力 8 5 0221 (6 的反力 1 3 4 0 5 1 3 8 . 5 3 0 8 1 . 3142F （ 6 21 5155 F N (6外力 尚未确定具体布置前，可按最不利情况考虑。 绘垂直面的弯矩图 塔里木大学毕业设计 11 0 02 (61 1 0 6 . 82a v v N m (6绘水 平面的弯矩图 1 0 . 2 52 3 0 0 2 8 7 . 522a H H N m (6 3 4 0 5 1 2 8 5 4 7 5 2 6M F K N m (6塔里木大学毕业设计 12 总 结 此次设计的任务是犁刀式加湿调质机的设计。这是我在大学期间所进行的一次非常全面的设计，为自己在大学四年所学习知识的全面总结和巩固，使我们初步了解和掌握做设计的基本步骤、基本方法，通过本环节把我们在大学期间所学的知识贯穿起来