油菜烘干试验台的设计

湖南农业大学东方科技学院全 日 制 普 通 本 科 生 毕 业 设 计油菜烘干试验台的设计THE DESIGN OF RAPESEED DRYING MACHINERY EXPERIMENT TABLE学生姓名：学 号： 年级专业及班级： 指导老师及职称：学 部： 湖南长沙提交日期：2012 年 5 月湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。同时，本论文的著作权由本人与湖南农业大学东方科技学院、指导教师共同拥有。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。毕业设计作者签名： 年 月 日目 录摘要1关键词11 前言21.1 油菜烘干机的研究意义21.2 国内外研究现状31.2.1 国内研究现状31.2.2 国外研究现状41.3 本次油菜烘干试验台的设计、烘干工艺要求及工作原理52 滚筒式油菜烘干试验台的机架部分设计62.1 机架与机架底座的设计62.2 电动机的选型83 滚筒式油菜烘干试验台的滚筒部分设计93.1 滚筒的设计93.2 滚筒端盖的设计103.3 滚筒加热烘干方式103.4 扬料板的设计114 轴与减速器的设计124.1 蜗轮蜗杆减速器的选型124.2 联轴器的选用124.3 轴的强度校核135 物料回流设计155.1 物料回流的必要性155.2 油菜籽周向流动分析155.3 油菜籽的轴向物料流动分析166 基于AD590的温度测控电路的设计166.1 系统构成及性能指标166.1.1 系统硬件组成166.1.2 主要性能指标176.2 硬件设计176.2.1 温度传感器AD590176.2.2 信号放大单元176.2.3 A/D转换器和单片机的接口电路186.2.4 显示及报警、温控单元186.2.5 主控制器和键盘输入单元196.3 软件设计206.3.1 软件单元模块206.3.2 主要温度处理部分软件设计206.3.3 软件流程图设计206.3.4 小结217 机组的试验与分析217.1 油菜籽烘干方案217.1.1 三久牌谷物含水量测试仪227.1.2 GB/T3543.6-1995 农作物种子水分测定法227.1.3 含水量的测定227.2 试验流程237.3 试验所采集的数据的分析247.4 结论258 结束语25参考文献26致谢271油菜烘干试验台的设计学 生：指导老师：(湖南农业大学东方科技学院学院，长沙 410128)摘 要：本毕业设计目的在于研制一台油菜籽烘干试验台，设计说明书论述了烘干机机械机构、干燥原理、干燥工艺，各指标参数，本试验台制作的目的是测试油菜籽的最佳烘烤温度和时间，以及不同温度不同时间下对油菜籽发芽率的影响。本设计要求每次烘干油菜籽质量50100kg，使用三相交流电作动力源，能接口已购置的三久电加热热风烘干机，运行稳定、使用方便。设计说明概括了此油菜籽烘干机试验台的烘干原理、构造、性能参数及力学校核，烘干试验的方案、过程、此次油菜籽烘干机试验台的创新点，短筒物料循环热能循环。进行了样机的试验，得到试验结果并作出分析。关键词：滚筒式；油菜籽干燥；物料循环2The Design Of Rapeseed Drying Machinery Experiment TableAuthor:Tutor:(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract：The aim of this graduation fieldwork is to design a rapeseed drying machinery experiment table, explain how the experiment table work, how to drying rapeseed well, research the most effective way to drying and the influence of drying time and drying temperature, also how it affects the germination of seeds. The design requirements drying rapeseed quality 50 100kg a time, use the three-phase AC as power. The interface for hot wind can match the purchased SanJiu electrically hot wind drying machine, must use easy and operate steady. The thesis generalized the rapeseed dryer test-bed drying principle, structure, performance 2 parameters and mechanics respectively. Account for the rapeseed drying experiment scheme and process. The innovation points: short cylinder, material circulation and heat cycle. Description for part of the table experiment, result and summarize.Key words：Cylinder; rapeseed drying; material circulation31 前言1.1 油菜烘干机的研究意义油菜籽在我国油料作物中占有愈来愈大的比例。江南油菜籽收获时正值春夏之交阴雨季节。由于油菜籽含有高达20%25%以上的水分,个别年份,遇连续阴雨,一夜之间油菜籽生芽霉烂的事例常有发生。国有植物油企业收购的油菜籽,水分超标越来越严重。通常一个榨季发热霉变损失上千吨,大部分企业均遇到此类损失,价值达数十万元。国内现在解决水分问题普遍采用原始太阳晒的办法。但晒场面积有限,每天能晒的油菜籽吨位远小于收购量。如一个50t/d 的油脂企业,他们将仓库间通道坪改造成水泥地坪的晒场,耗资50万元。每天能晒的油菜籽不足50t,而每天收购的油菜籽却达300t以上人工晒的成本即工资在13元/t以上,个别达2030元/t。要晒23天才能降到10%以下的水分。因此15%20%水分的油菜籽不得不堆在仓内达1.52.0m,等待装满几百上千吨压满风道后再机械通风,此等待期间以小时计,油菜籽急剧发热霉变失油酸败。即使通风良好,发热冷霉的速度还是高于通风降温散水的速度,而且存在着巨大的通风死角均导致霉变酸败。目前油菜籽烘干不外是空心桨叶、平板、滚筒和流化这几类方式。它们要么产量小,不足10t/h,不适宜收购速度30200t/h大产量;要么投资巨大,小时烘5t成套工程价格不低于3040万元。且均存在热效率低下不足25%40%,吨烘干成本大,超过3040元,个别超过60元。一次降水量小不足5%8%,不能一次性将高水分油菜籽降低到8.1%安全水分以下。如另一个油脂企业建成了一套小时烘5t油菜籽工程,三层楼,空心桨叶烘干机、流化槽冷却工艺,4t锅炉供热,可见到烘干机排汽大孔排出130以上水蒸气,实际流量3t/h,湿籽一次烘不干,须多次。可见投资巨大,产量小,热效率很低,不足20%,成本高达百元以上。这种设备工艺都是落后不成功的。由此看来,油菜籽烘干技术还很落后,不能带来巨大效益。难怪大部分油脂企业面临巨大损失迫切需要烘干机,但面对市场又无可奈何。油菜籽果真那样难烘、需要那么大投资及成本吗?只要研究透油菜籽个性,就能轻松地解决油菜籽烘干难题。可先看看油菜籽单颗质量及表面积。油菜籽一般呈1.272.1的球状,比重为1050kg/m,容重为680kg/m,孔隙度为36%,单粒重4.210-6 kg ,表面积为12.510 -6,即相当于1000kg油菜籽有3000表面积,这比稻谷、玉米及小麦等大粒粮食单位质量比表面大得多,说明有更大的表面接收热量、散发内部水分,水分外移路程短、时间快,是油菜籽烘干极有利的条件。其次,油菜籽烘干可以用180高温空气,而稻麦、玉米类粮食只用70110低温;第三,油菜籽烘4后可直接冷却,不必像粮食那样要经过复杂的缓苏工艺。这都能极大地简化油菜烘干工艺及设备,从而简化投资及烘干成本一次性将任何高水分烘到安全水分 1 。1.2 国内外研究现状1.2.1 国内研究现状作为世界第一油菜籽产销大国,我国目前的油菜籽干燥设备形式多样。而南方丘陵地区需要一种可进行走乡串户作业的小型移动烘干设备。我国现有的小型烘干机有以下几种。(1)小型可移动搅拌式干燥机四川农业大学从结构简单、体积小、成本低、可移动作业、具有较高的自动化、智能化等方面着手，研制了一种采用了搅拌形式的滚筒干燥室的小型干燥机,其干燥能力较强,能耗较低,平均处理能力在1.5t左右,具有较好的经济效益。整个烘干机由二部分组成:干燥室和控制室。干燥室内采用螺旋式搅拌器,可以使粮食在干燥室内部自上而下翻转180,使粮食彻底换向和重新混合,保证所有烘干后的粮食水分的均匀。干燥室和控制室通过热风管相连,控制室里装有热风炉,风机和单片机为核心的干燥机控制装置。整体结构见图1。该烘干机可进行油菜烘干,具有良好地移动作业能力,能进行跨区作业,可以降低作业成本，能在线检测水分，实现了自动化和智能化。由于油菜籽种皮薄，如果搅拌速度较快易损伤油菜籽，影响油菜籽的品质。该烘干机无提升机构，装卸料不方便。图 1 干燥机结构示意图Fig.l Drier structure diagram(2)小型可移动式循环干燥机该干燥机由内蒙古农业大学研制，结构示意图如图2所示。主要由机架、风机、风量分配器、电热箱（一个预加热器和主加热器） 、料仓、干燥室、装料仓、粮食输送管和各种阀门组成。整个干燥机可通过机架和地轮方便地移动。工作时,物料从装料仓进入输送管,被经过预加热器加热的热风(风温3035之间可调)吹入料仓,然后因重力落入干燥室。由主加热器加热的热风(温度在4070之间可调)切向进人外筛5筒与圆形干燥室内壁之间,形成旋转气流,然后穿过谷层向上,从而干燥粮食。去除一定水分的粮食再进人上排粮仓,然后又循环进人粮食输送管。当粮食水分满足要求时,经下排粮阀收集。该烘干机的优点在于热风循环起到了搅拌作用，可实现均匀烘干，适合油菜籽烘干，但是烘干量少，效率低，无在线水分检测 2 。1.地轮；2.下排粮阀；3.装料仓；4.上装料仓；5.外筛筒；6.干燥室；7.内筛筒；8.料仓；9.电热箱；10.风量分配器；11.风机；12.机架；13输送管图 2 干燥机总体示意图Fig.2 The overall schematic diagram dryer1.2.2 国外研究现状欧美国家的农场都比较大，烘干设备以大型，集中型为主，油菜的烘干设备也不例外，如英国Law-Denis公司的CN16/48系列塔式烘干设备，俄国在20世纪50年代就已经出现了库兹巴斯移动式谷物烘干机；而亚洲国家中以丘陵为主的地区则以小型的粮食烘干机为主，如日本金子公司的小型的烘干设备SSA-160，越南的SRR-1型简易粮食烘干机等。(1)英国大型烘干设备英国Law-Denis公司的CN16/48系列塔式烘干设备主要由热气室(包括燃油炉、燃烧室、热气室)、原料干燥室、排气集气室、废气排气除尘装置、空气动力系统、原料卸料装置、电气控制系统、温湿度检测系统等组成。该烘干机可连续干燥处理物料,处理能力大。若原料水分在18%以内,可一次降低水分6%,产量可达50t/h;若水分高于18%需进行一次干拌或二次处理。整个系统较完善，采用功能控制器、燃油炉控制器、卸料控制器和各种专用控制器、控制模块分别控制各个系统，具有较高的自动化程度。能自动对温度、湿度及工作状态进行全面的检测控制，使用安全可靠，实现了自动卸6料，还可除尘。但是该机结构复杂，成本高，只适合大型油脂加工企业，不适合农村农户使用。不过，其反射混流干燥原理值得借鉴。(2)日本的小型谷物烘干机日本金子公司的SSA-160烘干机使用单相电源，装机容量2t以下，物料可经升运器提升至干燥仓；有水分测定装置，可随时观察物料含水情况，达到要求的干燥程度时能自动停机；废气经管道排出室外，能保持良好的作业环境，且可靠性强，但是价格昂贵 3 。1.3 本次油菜烘干试验台的设计、烘干工艺要求及工作原理1.设计要求一次烘干油菜籽质量50100kg。每日工作时间8h，按每次平均加热时间2小时，日最大烘干量400kg。此次试验台采用卧式滚筒式，以滚筒内油菜籽被扬料板扬起后呈瀑布状撒落与通入的热风充分接触为最佳。试验台可以灵活调节滚筒转速、热风温度、风速，在出现意外的情况下能立即停止试验台。2.烘干工艺要求油菜籽呈细小球形颗粒，含有大量的脂肪(40%)和大量的蛋白质(27%)。它的平均粒径只有1.272.05mm，孔隙细小，容易吸湿，应将其含水率降至12%以下，才能安全贮藏。油菜籽烘干过程中，如果籽粒温度过低，则降水缓慢;但如果温度过高，又会造成油脂溢出，不利于干燥，还可能发生火灾。因此，在烘干过程中，应严格控制热风温度以及菜籽在滚筒中的停留时间。经过滚筒烘干的菜籽温度比较高，应对其立即进行冷却，保证冷却后的菜籽温度较环境温度不高于5。在冷却的过程中，也会发生湿热交换，进一步快速降低菜籽的含水率。3.工作原理工作时，滚筒顺时针回转(进料时滚筒顺时针旋转)，但装有风机的圆筒不旋转。滚筒外侧正中安装有圆环形齿圈，与滚筒焊为一体，它被小齿轮驱动用于带动滚筒回转。在滚筒外侧的两端安装有钢圈，用作滚筒回转的轨道。在滚筒内壁镶有纵向抄板，当滚筒回转时，滚筒底部的种子被抄板炒起，随着滚筒的回转，抄板中的种子渐渐均匀撒落。处于均匀撒落状态的种子受到热风的吹拂，使种子中的水分蒸发出来。出料时，滚筒逆时针旋转，谷物顺着导料板滑出 4 。72 滚筒式油菜烘干试验台的机架部分设计2.1 机架与机架底座的设计滚筒与橡胶轮安装角度图 3 滚筒与橡胶轮夹角Fig.3 Cylinders angle with rubber wheel根据力学计算，两橡胶轮与滚筒中心夹角a，滚筒总质量M。单侧橡胶轮所受压力N=Mg/cos(a/2)，查表橡胶轮与钢的滚动摩阻系数0.8。橡胶轮单侧依靠摩擦提供动力，故橡胶轮所能提供的扭矩为0.5NR，R-滚筒半径。橡胶轮所提供的最大转矩应大于滚筒转动所需要的 294Nm.依公式 fR=294Nm 0.812(2)294即满足要求20.812294=2arccos0.8121809.80.3294 =87.9机架实际设计张开角为 112，满足传动力学要求。此时，传递到橡胶轮上的压力为(1)(2)8=12=0.51809.856 =1609 ()图 4 机架示意图Fig.4 Rack diagram机架底座的设计是为了提高机架运行的稳定性，为实验需要能够让机架整体倾斜调整，便于后续安装地轮使用时，由铰链连接机架，能使机架倾斜卸料。机架的长宽尺寸均与机架一致。(3)9图 5 机架底座示意图Fig.5 Rack base diagram2.2 电动机的选型电动机蜗轮蜗杆减速器链轮传动橡胶轮链传动效率： 1=0.99蜗轮蜗杆减速器传动效率： 2=0.90动力部分：滚筒转动动力源为三相电动机，其型号的选用与滚筒工作情况相关。滚筒部分装配后质量80kg，里面盛放油菜籽质量100kg.电动机的选型：初选6级三相电机，转速910r/min.传动比设计：采用变频器调节转速，预期在50Hz频率下滚筒的最高转速达到15r/min20r/min。电机输出后经蜗轮蜗杆减速器第1次调速，再由链轮传动传递到动力轴，动力轴上的橡胶轮直接与滚筒圆箍接触，由摩擦力传递动力。橡胶轮的选用：普通橡胶轮一般采用英制尺寸，直径系列常用含3、4、5、6英寸等，选用5英寸橡胶轮，其外圆直径为120mm.橡胶轮与滚筒的传动比为620/120=5.167.故蜗轮蜗杆减速器选用传动比为10：1合适。总传动比5.16710=51.67.滚筒最高转速910/51.67=17.6r/min.符合设计要求。滚筒一次干燥 100kg，考虑到极限情况，转筒内种子的分布如下图 6 所示图 6 油菜籽扬料示意图Fig.6. Rapeseed movement drawing假设油菜种子以极限 1 转到 2根据公式10=1009.80.3=294=9550=294309550=0.923查三相电动机选型表，选 Y90L-6 三相电机，额定功率 1.1kw，满载转速910r/min，质量 27kg 能满足要求。验算电机传递到传动轴上功率大小：传动轴上功率： =12=1.10.990.90=0.980.923符合要求 5 。3 滚筒式油菜烘干试验台的滚筒部分设计3.1 滚筒的设计结构介绍：油菜籽烘干机采用直滚筒，横向放置。试验台滚筒共分 3 节，单节长60cm，由自制圆箍连接并固定，总长 1.8m。参数计算：滚筒直径 60cm，单个滚筒体积V=0.320.6=0.170m 3.三节组成的大直滚筒体积为3V=0.509m3.按油菜籽堆放时密度 0.8kg/L.1.油菜籽在滚筒内所占 1/4 体积计算，一次加热油菜籽质量为3V(1/4)=0.5090.810 3(1/4)=101kg;2.按油菜籽在滚筒内所占 1/5 体积计算，一次加热油菜籽质量为3V(1/5)=0.5090.810 3(1/5)=81.4kg.占滚筒内体积 1/4 为最大可堆放油菜籽量，故单次试验最大加热质量为 100kg。(4)(5)(6)(7)11图 7 滚筒装配示意图Fig.7 Cylinder assembly drawing3.2 滚筒端盖的设计滚筒端盖的设计要确保密封性，既要做到防止油菜籽在烘干过程中泄漏，又要起到最大的防止热风溢出的效果，同时又要装料及缷料方便。端盖使用2mm厚冷板，无幅板设计。中间进风口处开口160mm，风筒外圆直径140mm，有10mm的配合间隙用橡胶或密封圈密封。密封圈呈锥形布置，防止油菜籽漏出及起到防热风溢出的效果，如下图8所示。图 8 滚筒端盖示意图Fig.8 Cap of Cylinder3.3 滚筒加热烘干方式加热方式：利用电阻加热，通过可控硅调节通过电阻丝的电流调节加热功率，从12而调节温度。热风机将电阻热传递给滚筒，经过滚筒后再从保温管道流经热交换器，循环利用热能，达到节能的效果。烘干方式：滚筒内进热风方向与滚筒内油菜籽流向一致，即为逆流式烘干方式。逆流式烘干方式特点如下：1）热风与谷物逆向流动。2）热风所携带的热能可以充分利用，排出干燥机的湿空气接近饱和状态。3）干燥速度快、单位热耗低，热效率较高。4）粮食水分和温度比较均匀。3.4 扬料板的设计按参考文献，滚筒式油菜籽烘干机扬料板摆放倾斜 35 度。单滚筒两端固定扁钢宽 30mm，厚度 3mm，单个滚筒长 600mm，两端面圆筋之间距离 600-302=540mm，端面圆筋板和扬料板上钻孔，两孔间水平距离 570mm。选用倾斜角 5 度做设计角度。竖直方向距离 570tan5=49.8mm，扬料板两安装铆钉孔中心直线距离 570/(cos5)=572.2mm.扬料板总长设计值为 592mm。单个滚筒的端面圆筋安装铆钉的位置，相对转动的角度为，安装时精确到 9.5.=2arcsin(2855300)=24.768=9.535弧长： 9mm6009.535360=49.选用倾斜角 4 度做设计角度。竖直方向距离 570tan4=39.8mm，扬料板两安装铆钉孔中心直线距离 570/(cos4)=571.4mm.单个滚筒的端面圆筋安装铆钉的位置，相对转动的角度为=2arcsin(2854300)=7.618弧长： mm6007.618360=39.9扬料板设计选用 3mm 厚钢板，向滚筒圆心伸出长 10cm，带 2cm 直钩。此次试验台的制作选用扬料板与水平倾斜 4 度为标准。单个滚筒安装 6 块扬料板，每隔 60 度安装一块。体积：（100+40）mm592mm3=248.6cm 3.质量：248.67.85/1000=1.95kg(8)(9)13每个滚筒上安装扬料板的质量 1.956=11.7kg6.图 9 扬料板结构示意图Fig.9 Raise board diagram4 轴与减速器的设计4.1 蜗轮蜗杆减速器的选型蜗杆传动两轴交错角 90 度，以蜗杆为主动件，蜗轮为从动件。蜗杆材料选用 40Cr，蜗杆螺旋部分表面淬火，齿面硬度 4550HRC，蜗轮选用ZCuAl10Fe3Mn2 铸铝青铜。估计 ，根据表铸铝青铜及铸铁蜗轮的许用接触应力表，得 =140MPa.=5 / 选择蜗杆头数：由传动比 i=10，查蜗杆头数 z1与蜗轮齿数 z2的荐用值选蜗杆头数 z1=4，则 z2=iz1=104=40.确定蜗轮轴的转矩：估计传动效率为 ，则=0.82=1=9.5510611 =9.551060.923910 100.8=7.75104()分度模数和分度圆直径：按齿面接触强度计算，取 K=1.2，则21( 5102)22=( 51040140)21.27.55104=751(3)由表圆柱蜗杆的基本尺寸和参数，结合实际负载所需功率，查标准减速器表选用模数 m=3，速比 i=10 的蜗轮蜗杆减速器 7。4.2 联轴器的选用根据 Y90L-6 型三相电机输出轴轴径 24，购置的蜗轮蜗杆减速器动力输入轴轴径18，选购 90-18/24 联轴器，外圆直径 90mm，单个长度 40mm。(10)(11)144.3 轴的强度校核轴的材料：45 钢正火处理，查表得强度极限 =600， -1=55轴按扭转强度计算：对于实心圆轴，其扭转强度条件为=9.551060.23 ()依据截面上产生的弯曲应力,按第三强度理论应满足=2+42对于直径为 d 的实心圆轴= 0.13， = 0.23=2=2+()2注：a 为根据转矩所产生应力的性质而定的应力校正系数，取 a=0.3.对于长轴，滚轮上的压力为 805N.橡胶轮中心与轴承中心的间矩为 100mm.最大弯矩 Mb2=F2l2=805100=8.05104 (Nmm).链轮对轴的载荷为 2329N，链轮中心与轴承中心距 52mm.最大弯矩 Mb1=F1l1=232952=1.21105 (Nmm).由扭矩公式=9.55103/计算：机架传动轴上扭矩=9.551030.9891 =102.85=1.03105=2 +()2传动轴橡胶轮处弯矩2=22+()2= (8.05104)2+(0.31.03105)2=8.62104 传动轴链轮处弯矩(12)(13)(14)(15)(17)(16)151=21+()2= (1.21105)2+(0.31.03105)2=1.21105 计算机架传动轴的直径：3 0.1-1 ()传动轴在橡胶轮处直径满足238.621040.155=25.0传动轴在链轮处直径231.211050.155=28.0查机械设计手册取标准直径 db2=25mm.db1=28mm图 10 轴的校核Fig.10 Axis analysis在实际设计轴的过程中，考虑到与购买的链轮、橡胶轮的配合一致，在橡胶轮处轴径实际为 35mm；在链轮处轴径为 28mm，满足计算值，符合要求 8。5 物料回流设计5.1 物料回流的必要性(18)(19)(20)(21)16滚筒的加热设计是单侧进热风，另一侧出风，势必会造成进风口处温度高于出风口，加热温度呈阶梯状分布，由此设计的物料循环系统，可以将油菜籽在滚筒内轴向来回流动，形成循环，使各处的油菜籽受热均匀。5.2 油菜籽周向流动分析油菜籽在周向的运动是呈抛物状撒落，在调节变频器（050Hz）的同时，电机转速跟着改变，从而控制油菜籽撒落的最高点，通过调节在周向达到与热风最大接触面积。注意拼接滚筒时，保证两相邻滚筒之间的扬料板错开一定的角度，这样可以在每个时刻都有物料在最高撒落点，保证与通入的热风接触均匀。扬料板设计选用 3mm 厚钢板，向滚筒圆心伸出长 10cm，带 2cm 直钩。图 11 扬料板周向抛散示意图Fig.11 Raise board working simulate扬料板径向倾斜角 4 度做设计角度。竖直方向距离 570tan4=39.8mm，扬料板两安装铆钉孔中心直线距离 570/(cos4)=571.4mm.单个滚筒的端面圆筋安装铆钉的位置，相对转动的角度为=2arcsin(2854300)=7.618弧长： mm6007.618360=39.95.3 油菜籽的轴向物料流动分析油菜籽在滚筒内转动，依靠扬料板与水平面 4的倾角，往单侧移动。当移动到单侧端面时，通过物料回流管（选用直径 64mm 的 PVC 金属弹簧管，安装时由于弹簧(22)17的弹性，与滚筒内扬料板紧密贴合）流回另一侧端面，回流管的螺旋方向与扬料板的螺旋方向相反，在滚筒内与滚筒一起作转动，进入回流管的油菜籽有四节，经过四圈转动从另一侧端流出，再进入扬料板轴向移动环节，如此循环能保证物料加热均匀。PVC 管安装单圈直径 400mm，弯曲后总长 1700mm，管子总长 6.3m。考虑到加热温度不高于 85，可以使用。图 12 物料回流 PVC 管Fig.12 Materiel backwards PVC pipeline图 13 物料回流管在滚筒内的安装示意图（滚筒白铁皮已隐藏）Fig.13 Materiel backwards position in cylinder (Hide of gram)试验台通过调节电机转速以满足物料在回流管内的移动量物料在扬料板上的轴向移动量，否则会造成单侧堆积过高，形成拥堵，影响干燥效果 9。6 基于 AD590 的温度测控电路的设计6.1 系统构成及性能指标6.1.1 系统硬件组成该系统主要功能为温度的测量和控制。其主要组成有：温度采集单元、信号放大调制单元、A/D转换单元、主控制器、键盘和显示单元以及温度控制单元。其基本组成如图14所示。温度采集单元信号放大单元A/D转换单元温度显示单元MCUAT89C5118图 14 系统硬件基本组成图Fig.14 The basic composition of system hardware6.1.2 主要性能指标测温范围：-55+150分辨率：0.04 检测误差：0.16.2 硬件设计测量环境温度有多种方法，但由于温度传感器及放大电路受环境的影响，在不同的条件下会出现不同的测温偏差。本文设计的温度测控电路，采用AT89C51系列单片机作为核心监控器对外界温度进行测量，通过键盘和显示器对需显示或检测的节点进行信息删取、变换检测次序，同时在主处理软件内部对温度数据进行修正，既可以降低对温度传感器和放大电路的要求，又可以针对不同外部环境或不同通道对温度显示及报警进行灵活设定和修改。6.2.1 温度传感器AD590AD590是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源，一般用于精密温度测量电路，它采用金属壳3脚封装，其主要特性如下:（1）AD590的测温范围为-55+150。（2）AD590的电源电压范围为4V30V。电源电压可在4V6V范围变化。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压。6.2.2 信号放大单元信号放大电路分析：使用电压跟随器，其输出电压V 2等于输入电压V，采用齐纳二极管作为稳压零件，再利用可变电阻分压，其输出电压V 1需调整至2.73V。使用差动放大器，其输出电压、电路见图15。声光报警提示单元外围温度控制单元44 键盘输入单元19图 15 信号放大电路Fig.15 The signal amplifying circuit6.2.3 A/D转换器和单片机的接口电路A/D转换器采用ADC0809，它是一种带有八路模拟开关的8位逐次逼近式A/D转换器，转换时间为100s左右，线性误差为1/2LSB，采用28脚双列直插封装，8路模拟开关的切换由地址锁存和译码电路控制，3根地址线与A、B、C引脚端相连，通过ALE锁存。改变不同的地址，可以切换8路模拟通道，选择不同的模拟量输入。单片机通过地址线P2.7和读、写线来控制转换器的模拟输入通道地址锁存、启动和转换结果的输出。模拟输入通道地址的译码输入A、B、C由P0.0-P0.2提供，经地址锁存后与A、B、C相接。输入不同地址，可以选择不同模拟输入通道。温度测量范围为:- 55+150,可以设置不同的倍率进行测量，当信号输入超过5V时进行分压处理，使其满足ADC0809的电压输入要求。6.2.4 显示及报警、温控单元温度显示采用六位共阳数码管与74LS164构成六位数码显示电路，利用单片机的串行口输出需显示的数据。声光报警单元采用蜂鸣器和发光二级管，温度正常时绿灯亮红灯熄灭，温度值超过设定值时红灯亮，绿灯熄灭同时黄灯亮。温度蜂鸣器需加三极管驱动，当P2.0为高电平时蜂鸣器发声报警，为低电平时三极管截止没有声响，电路图如图16所示。温控单元由一个风扇和继电器组成，超过温度上限时继电器吸合，风扇转动；温度低于下限时，打开加热开关，加热装置工作。20图 16 声光报警电路Fig.16 The acoustic-optic alarm circuit6.2.5 主控制器和键盘输入单元主控制芯片采用AT89C51，AT89C51提供以下标准功能：4K字节Flash闪速存储器，128字节内部RAM，32个I/O口，两个16位定时器，一个5向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路，同时AT89C51支持两种软件可选的节电工作模式。键盘控制电路采用P口采集键盘扫描码与单片机通信，利用74LS164和单片机做串口通信，可以节约P口资源，显示出该设计的优越性。电路设计如图17所示 10 。21图 17 键盘控制电路Fig.17 Keyboard control circuit6.3 软件设计6.3.1 软件单元模块软件单元模块的设计主要分软件复位模块、A/D采样处理模块、二进制到十进制转换模块、设定温度上下限模块、温度显示模块、当前温度和设定温度上下限比较模块、比较结果处理模块等几个部分。6.3.2 主要温度处理部分软件设计温度传感器AD590在-55150范围内基本与温度保持线性关系，但由于其它器件随着温度变化会产生一定误差，我们需要根据实际测量,把温度范围分成若干段，分别算出各段线性关系，从而保证测量精度。同时ADC0809的输入电压最大只能为+5V，所以在温度高于50时，温度采集显示电路就不能正常工作，为此在电路中设置了不同的测量档位，其工作原理如同电压表的表头。温度值低于50时，使用(0+50)档位, 选择ADC0809的通道0，温度值高于50使用(+50+100)档位，选择ADC0809的通道1, 温度值高于100时使用(+100150)档位，选择ADC0809的通道2。利用软件设计可以方便改变通道选择地址，从而实现温度的精确显示 11 。6.3.3 软件流程图设计根据本设计的温度检测和控制功能，软件系统必须具备以下功能:温度采集、温度显示，按键输入设置温度上下限、温度对比处理四项任务。本温度测量电路的软件流程图设计如图18所示。22NYYNY图 18 软件流程图Fig.18 Software flow diagram6.3.4 小结AD590具有测量精度高、价格低、能消除电源波动、线性优良、性能稳定、灵敏度高、无需补偿、热容量小、抗干扰能力强、可远距离测温且使用方便等优点。本系统采用AT89C51单片机做主控芯片，利用集成温度传感器AD590测量温度，并配上相应的外部接口电路，实现对温度的精确测量与控制。该温度测控系统实现简单、功能稳定且可以根据环境需要设定温度范围。7 机组的试验与分析7.1 油菜籽烘干方案试验目的：设计制作试验台研究油菜籽烘干的最佳方案，找出油菜籽烘干存在的问题并予以改进。试验条件及方法：本次试验采用三久牌电加热热风烘干机。本实验装料50kg油菜籽，平均含水量20%。试验时间180min。按固定时间取样的方法，抽取4个位置的样品，现场做含水量测定试验。初始变频器调节值10Hz，按50Hz下转速17.6计算，滚筒转速n1=10/5017.6=3.52r/min.设定保护温度80，最低温度70，根据温度传感器可开始寄存器初始化采集温度并显示设定温度上下限当前温度和设定值比较继电器吸合，风扇打开启动报警电路关闭报警电路打开加热问题温度是否超出设定范围？是否超过上限？23以观测到此工况下平均进风温度为75。检测：由于油菜籽胚成熟较早，吸湿性强，在植株上就具有发芽能力，收获后若含水量较高易发芽霉变，其安全含水量为 9%，以含水量为 9%为检测标准。烘干的影响因素：湿基含水量、热风温度、风速、干燥时间、油菜籽品种。7.1.1 三久牌谷物含水量测试仪每次取 10g 样品放入三久牌谷物含水量测试仪，通过挤压，能实时得出样品含水量，迅速快捷，精确度较低。7.1.2 GB/T3543.6-1995 农作物种子水分测定法取湿基（平均含水量 16%） ，四个不同的热风温度 50、60、70、80，三个不同的风速 1.0m/s，1.5m/s，2.0m/s，做 43 次实验。风速过小，热能不能及时输送至滚筒，风速过大，滚筒内压强增大，热量流经滚筒时间过短，浪费热能。这就制约了热效率的提高，故加热介质速度取 1.02.0m/s。7.1.3 含水量的测定试验前用取样的方法测试湿基的含水量，以称重，烘干后再称重的试验方法（参照 GB/T3543.6-1995 农作物种子水分测定法） 。试验过程中，在滚筒内安装在线式水分测试传感器，每隔 30 分钟记录一次数据，达到低于 9%时终止单次试验。发芽率测定试验（GB/T 3543.4-1995; GB 5520-85）：(1)制备试样：从干燥试验完成的种子中，随机数取 4 组试样，以 100 粒为一组（1004） 。(2)摆放种子：把种子按组分别摆放在发芽床上，种子间距离按粒长 12 倍摆放。摆完后（对砂床可将种子与细砂压平）加盖，但不要妨碍空气流通。标记后送入发芽箱。在发芽皿上贴上标签，注明试样号数、品种名称、试验开始日期。或只把发芽床编号，另立发芽试验记录。最后把发芽床送入发芽箱或恒温箱内，按技术规定的温度和天数进行发芽试验。(3)检查：在发芽试验开始后，除保持发芽所需的水分和温度外，每天检查一次发芽情况，按规定的发芽势（指在发芽过程中日发芽种子数达到最高峰时，发芽的种子数占供测样品种子数的百分比）和发芽率的截止日期，及时检查正常与不正常的发芽种子，作好记录。幼根达到种子直径长为正常发芽种子。(4)计算发芽势和发芽率：发芽势= 发芽率= 1100%; 2100%.24-发芽势天数内的正常发芽粒数；1-全部正常发芽粒数；2-供试验种子粒数。种子发芽势和发芽率用四组试验结果的平均值表示 12 。7.2 试验流程启动总开关打开调频器，调频到10Hz启动滚筒电机启动三相离心式风机调热风机保护温度85检测进出口温度温度正常 温度过高或过低重设保护温度固定间隔时间取样，检测筒内物料情况物料单边堆积 物料均匀样品达到安全水分 样品未到到安全水分调整滚筒电机频率结束试验，收集数据 继续试验图 19 试验流程图Fig.19 Experiment flow继续试验257.3 试验所采的集数据的分析表 1试验采集数据Table.1 Experiment data油菜籽总质量 50Kg 总时间 180 分钟采样编号 时间 累计时间 位置 1 位置 2 位置 3 位置 4 平均含水量 备注1 22：25 0 20.8 21 20.7 20.9 20.852 22：35 10 20.3 21 20.3 20.4 20.53 22：45 20 20.1 20.4 20.7 20.3 20.3754 22：55 30 20.3 20.3 20.4 20.6 20.45 23：05 40 19.9 20.3 21 20.1 20.3256 23：15 50 19.1 20 20.2 19.8 19.7757 23：25 60 19.8 19.8 19.4 18.2 19.38 23：35 70 19.4 19.3 19.1 19 19.29 23：45 80 19.1 19.5 18.8 19 19.1 调频 10-14Hz10 23：55 90 18.3 18.8 18.4 19 18.625 取出回流管11 0：05 100 17.7 18.9 19 18.5 18.52512 0：15 110 17.1 18 18.6 18.6 18.07512013 0：35 130 14.2 16.2 18 17.9 16.57514014 0：55 150 11.8 12 13.3 13.6 12.675 手工回流16015 1：15 170 8.5 10 10.5 12.1 10.275 未手工回流18016 1：35 190 8 10 11.5 11.6 10.275 手工回流由表可知，在前8次