机械毕业设计（论文）-横流桨叶式加湿调质机的设计

16届毕业设计横流桨叶式加湿调质机的设计学生姓名学号8031212420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16-4班指导老师日期2016.05塔里木大学机械电气化工程学院制前言在稻谷加工过程中，为了减少大米的精裂纹、降低碎米率、提高出米率、降低能耗和增强企业的竞争实力，采用加湿调质设备。根据加湿调质碾米工艺研制出横流式糙米加湿调质机，采用旋转式落料盘使糙米雨状散落，实现了糙米下落的均匀；采用BSPT－1/4LNN3型微细雾化喷头与下落米流呈横向喷雾，实现了雾滴与糙米的均匀接触;采用搅拌仓即时将着水糙米进行搅拌，实现了着水糙米混合的均匀;在进料口处和搅拌仓顶部设有物流传感器，可以实现来料自动加湿，停料自动停机及卸料不畅时自动停机。该设备可以达到均匀、可控和高效的加湿调质目标，从而降低碾米电耗、降低碎米率、增加出米率、提高成品米质量。关键词：糙米；加湿调质；横流式全套图纸，加153893706目录TOC\o"1-2"\h\u1引言 1 1 1 12设计的目的 2 2 2 23横流式加湿调质机的设计 2 2 3 33.4叶片设计 54加湿装置的设计 6 6 7 74.4喷雾量自动调节 85动力及传动设计 8 8 96控制部分 146.1来料自动喷雾，停料自动停雾 14 14 15 15总结 16致谢 18参考文献 191引言传统碾米工艺的缺点我国是世界稻谷生产和消费大国，每年稻谷产量高达2亿吨，约占世界稻谷总产量的1/3，约占全国粮食总产量的2/5[1]。我国人民的传统主食是精白米，在我国居民膳食结构中占有主导地位。随着人们生活水平的提高以及→消费观念的转变，人们越来越重视精白米的营养价值和保健功能。传统的稻谷加工方法是将稻谷砻谷得到糙米，然后对糙米进行碾磨加工，碾去糠层和胚芽，得到精白米[2]，糙米中大部分营养成分富集在被碾去的糠层和胚芽中[3]，在碾米过程中会有大量营养物质的损失和浪费。虽然精白米占据我国主食消费的主导地位，与白米相比糙米具有更高的营养价值，但是糙米皮层含有大量的粗纤维，其吸水性和膨胀性较差，造成糙米的蒸煮性不佳和口感较差[4]。糙米中还含有较多的植酸，植酸会与多数矿物质元素如钾、镁、铁等结合在一起，影响了人体对这些矿物质的吸收[5]。这些问题严重影响糙米的食用品质，如何改善糙米的食用品质亟待解决。稻谷的安全储藏水分是14%以下，经过储藏后的稻谷水分含量更低，一般12%～13%左右，而糙米的最佳碾磨含水率却在15.5%～16.5%之间［1－3］。传统的碾米工艺是将净糙米直接干磨，但低水分的糙米硬度和脆性都较大，所以在碾米加工过程中容易出现裂纹米及碎米，大米表面光洁度较差，导致碾米的能耗增高，严重制约着企业的经济发展［4－6］。研制加湿调质机意义和价值加湿调质碾米工艺是在净糙米进入头道碾米机前，增加糙米加湿调质机，对糙米进行均匀加湿调质，使得糙米的糠层和胚吸水后膨胀软化，形成外大内小的水分梯度和外小内大的强度梯度，糙米外表面的摩擦系数增大，不必用很大的挤压力和剪切力既可实现碾白，大大减少了碾米过程中的破碎和裂纹，提高整精米率，大幅度降低碾米能耗。应用加湿调质碾米工艺可提高大米加工企业经济效益，因此研制加湿调质设备具有重要的理论意义和实际价值。国外的桨叶式加湿调质机在20世纪80年代末已经开始研制,国际上糙米流通加工以日本的技术最先进，糙米的调质研究起步较早。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后盾，加上国家对发展农业有一系列的扶植政策，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（高达50%）及优惠贷款等，使日本的农业机械化发展十分迅速且具有较高的水平。日本稻谷处理加工技术与设备具有世界领先水平，其加工工艺有很多值得借鉴之处。挪威Forberg公司在上20世纪90年代初推出了双轴桨叶式系列加湿调质机,其有效容积25-5000L,结构特点、加湿调质机理、传动方式与国内双轴桨叶式加湿调质机基本相同。我国糙米加湿调质工艺和设备的研究起步较晚,政府一直将包括稻米在内的粮食作物生产放在高产的研究上。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，苏州楚天自控设备研究设计的MCT-6型糙米调质器，其水雾发生器能产生散开角大于60度的超微水雾粒子，该调质器已在江苏、浙江、黑龙江、甘肃等省的十多家米厂得到应用。哈尔滨双硕盛粮机技术工程开发生产了SCS系列糙米调质自动加湿机。国内各企业、科研部门所研制的卧式横流桨叶调质机机型结构基本相同,例如SLHSJ系列卧式横流桨叶高效调质机,其每批产量为25-4000kg,功率为0.75-55kW,产品已形成系列化。加湿调质机内并排装有一个转子,转子由轴和多组桨叶组成,每组桨叶有两片叶片,叶片长短不同，桨叶呈30℃角安装在轴上,目的在于让物料在搅拌时获得更大的抛幅而较快地进入另一个转子作用区。由于轴上的桨叶组对应错开,在转子旋转时,消除了搅拌死区，获得更好的搅拌效果。2设计的目的均匀性糙米加湿调质的关键技术在于均匀加湿。本设计采用BSPT-1/4LNN3型微细雾化喷头与下落米流呈横向喷雾，实现了雾滴与糙米的均匀接触;采用搅拌仓即时将着水糙米进行搅拌，实现了着水糙米混合的均匀。可控性运输机定量运送糙米，可以通过增减喷头数量控制加湿量，微调供水流量。应用粮食水分在线检测仪跟踪加湿后糙米水分，反馈给供水系统。该机通过匹配辅机自动运行，可以满足碾米生产连续作业，加湿调质效率高。3横流式加湿调质机的设计设计的主要内容本设计的内容为:设计出能够保证均匀加湿、可控、适宜于任何低水分糙米加湿调质到最优值的逆流自循环式加湿调质机。未经着水的糙米水分：12.0%；着水后的糙米水分：16.0%；每次加湿量可调（最大1.50%）；处理糙米量可调（最大处理量0.5t/次）。整体结构设计糙米加湿调质机体结构如图3-1所示。采用竖直仿u形的机壳，沿机壳竖直轴线方向从上至下分为进料仓、料水混合仓。料水混合仓安装的转动轴上装有长短比为2：1的叶片组和，通过带轮转动轴与电机相连。雾化喷头等角度均布安装在料水混合仓壁上，并与供水系统连接。在搅拌仓上装有压力出料门。图3-1加湿调质机装配示意图t/m3m3。仓体采用钢板制造。加湿仓采用2mm厚钢板制成，其结构简图如图3-3所示。加湿仓上端圆柱部分长度为1010mm，内径为450mm；圆台上端长方体长为1010mm，宽为637mm，高度为200mm；下端圆柱部分高度为768mm；图3-3加湿仓结构示意图圆柱部分仓体高m；长方体高为Hm；糙米加湿仓高t/m3)加湿仓容米体积计算加湿仓上端圆柱部分长度为m，内径为m；圆台上端长方体长为m，宽为m，高度为=200mm；下端圆柱部分高度为m；3.4叶片设计根据物料特性及工艺要求定，对于有液体添加的混合物料，桨叶应选用结构简单的形状，以减少卸料及清理困难。为了更好的使物料和水混合均匀，消除料水混合时搅拌死区，应尽量加大桨叶与物料搅拌时的接触面积。因此，我采用了两边长度不同的矩形桨叶形状，每组桨叶都是有一个长桨叶[如图4-1（a）]与一个短桨叶[如图4-1（b）]组合而成，长度比为2:1。桨叶的设计表面不是平面结构，是有一定曲面旋转角度。如图4-1所示。当料与水混合后，搅拌桨叶在传动装置的带动下，做单向的圆周运动。（a）长桨叶结构（b）短桨叶结构图3-4桨叶结构示意图3.4.2叶片的安装叶片的安装方式是保证调质机性能的关键，安装不恰当，就不能达到期望的忧越性能；同时，也不能达到消除搅拌死区的效果。又根据物料流态化区的形成机理及轴的受力均衡情况，安装了五组叶片，叶片组长、短桨叶相间安装，安装角如图3-4所示。4加湿装置的设计加湿作业时，先测量拟加湿的糙米含水率，确定最佳工艺方案后，按方案设定打开喷头的数量、下料的速度以及转动轴的转速范围。糙米进入进料仓时，触发物流传感器；物流传感器将信号传递给控制柜，启动电机和供水系统；电机带动转动轴旋转，撒下糙米；同时，雾化喷头喷出水雾与下落的糙米混合，落入搅拌仓；在搅拌爪的搅动下，糙米间相互碰撞摩擦，游离的雾滴被涂抹到糙米表面，使糙米个体着水均匀；经搅拌后的加湿糙米在搅拌爪的搅动下先后甩出料门，达到加湿调质的目的。根据微细雾化喷头雾化特点，在米水混合仓壳体圆周方向均布安装12个微细雾化喷头，其喷头座中心线距米水混合仓中兴418mm，喷头由螺栓固定在喷头座内，喷头设置为间歇式喷水，每次有6个喷头喷水。根据最大加湿量=8的要求，所安装的12个喷头每个喷头的流量应不低于=14.75kg/h。因为是在一次最大加湿量条件下的数值，故作为供水压力中等水平(0．5MPa)时喷头的流量。根据这一流量，选取BSPT－1/4LNN3型微细雾化喷头，喷头的流量为15.3L/h(0.5MPa)，喷流角度φ=65°～70°。供水系统设计如图5-1所示。其中，12017型号隔膜泵（3）的进水口与出水口压力差可调，通过调整压力可控制喷头（5）的喷雾量及雾滴的大小。隔膜泵的出水口由四通管连接3个球阀（4），分别控制着3个由水管连接的喷头。隔膜泵（3）的动力由型号为JZT—2.2～4的电磁调速异步电动机（2）输入，调速电机的转速由型号JD1A—11的电磁调速电动机控制装置（1）控制。所以，加湿装置的隔膜泵压力可调，喷头的个数可控，通过这两种方式可以根据不同的需要调整加湿量的大小。图5-1供水系统示意图通过进料仓的物流传感器感应所下落的物料量，产生感应信号，并将感应信号传输到控制柜；控制柜根据事先录入的程序，自动调节供水装置中电磁调速异步电动机的转速，进而调节加湿装置的隔膜泵压力，从而实现自动调节加湿量。5动力及传动设计电机的选择是通过电机的载荷来选取的，为此应当计算出横流式加湿调质机在工作过程中受到的所有外力和功率的大小。在不校验电动机发热和起动力矩的情况下，电动机所需的工作功率为式中：Pw—工作机所需工作功率；η1—一条V带的传动效率；η2—深沟球轴承的传动效率；T—工作机的阻力矩；n—工作机的转速。假设：阻力矩TN·m；转速为30r/min根据电动机的工作效率和工作范围得：kW=查机械工程设计手册，选用电磁调速电机kW。设计5.2.1V带传动的设计（1）计算功率P=×kWPca=KPkW（查表得工作情况系数K=1.