【小型纺织物烘干机设计（论文）8200字】

I小型纺织物烘干机设计摘要科学技术的日益进步为人们日常生活创造了不少的便利条件，很多好用的电器陆陆续续走进了千家万户。生活中的小物品，如口罩，手套等在冬天需要快速烘干，本文设计了一小型纺织物烘干机。除此之外还附带了PTC元件、电动机调速和电动机的一系列相关计算。小型纺织物烘干机非常实用，它解决了冬天时口罩由于沾满水珠而无处可放的问题。关键词：小型；烘干机；家用；设计目录TOC\o"1-3"\h\u20736小型纺织物烘干机设计 II引2324言 2269641烘干机发展现状 260421.1国内外烘干机发展现状 32281.2现有烘干机的不良点 413141.3损失热能重复利用措施 589031.4纺织物干燥过程 5191152系统总体设计方案 642792.1系统的设计原理 612412.2系统控制结构的构成 759732.3系统的功能 736272.4烘干机的主体结构设计 8281552.5烘干机工作原理 8215083烘干机驱动设计 9230813.1发热元件 912563.2电动机调速方案设计 9233783.3电机功率 10270243.4驱动电路 1425773.5总传动比与各级传动比的计算 1419974结语 1528178参考文献 17引言北方的冬天气候干冷，呼吸时会感到空气凉的仿佛在刺痛你的喉咙，所以很多人会选择外出时戴上一个口罩，可是人们在寒冷的冬天呼吸时会产生哈气，气体遇冷液化变成小水珠，因为人们带着口罩，所以这些被人们呼出的小水珠就会附着在口罩上，时间稍长就会把口罩弄湿，这就是为什么当我们带着口罩由室外进入室内，摘下的口罩总是湿淋淋淋的。而这个时候湿了的口罩又总是无处可存，放在桌子上，会容易沾染桌上的粉尘，即使看不见，那么心里也会觉得不舒服。如果折起来放进口袋里，那么水分又挥发不掉，从而长时间都是一个湿着的状态。众所周知的是，潮湿更容易使细菌滋生，这样的口罩又不便于二次配戴。除了口罩以外，在北方的冬天不能缺少的就是手套了，平时晴朗的天气还好，可是下雪以后人们总是忍不住去雪地上痛痛快快的打一场雪仗，这样回到家后，手套就又成了一个潮湿的状态。因为这些事情我都有过切身体会，所以时常在想，如果有一个小型的机器摆在家门口的橱柜上，在我进门以后可以把我的口罩，手套都挂上去，并且它还能够让我在下次出门的时候拿到一个温暖的手套，一个干净的口罩，这会是一件很舒服的事情，甚至可以提升我的幸福感。现在我们的国家处于一个特别的阶段，我们经历了不平凡的一年，可是我们现在仍然在和新冠疫情做着斗争，算一算时日，我们和口罩的缘分已经持续了一年左右的时间，在这段时间里，我们所佩戴的多为一次性口罩和型口罩，可是大多数人们佩戴的还是较为常见，容易购买的一次性医用口罩，可是在我们目前的日常生活中，已经能够区分出中、高、低风险地区，所以一次性口罩的使用并不是一次性的，很多时候我们都是回到家以后把它放起来，下次出门继续戴这一个，毕竟节约之心人人都有，而且如果一次性口罩真的只带一次的话，给环境造成层的污染也是不可估量的。而在疫情严峻，口罩急缺期间，新闻和各种媒体上也有很多居民把自己的一次性口罩收集起来消毒、清洗，二次配戴的消息，所以我认为在非必要情况下，一次性口罩完全可以消毒后二次配戴，这样也能减轻由于口罩所造成的环境污染。除此之外，让一个不起眼的小东西悄悄带来生活中的温暖，也是这个作品的意义所在。1烘干机发展现状1.1国内外烘干机发展现状小型织物烘干机还没有正式进入国内市场[1]。可是从20世纪30年代中期开始家用干衣机被很多人们所知的发明就已经逐渐得到发展了并成为欧美各个地区几乎每家必备的一种家用电器,干衣机在北美地区销售量大，适用范围广，高达70%以上的渗透率。相比之下,中国能够在同一时间段内拥有一台智能干衣机的市场主体消费者相对较少,而且在我国干衣机的市场渗透率只有0.2%。国内外众多干衣机配件用户的实际日常生活使用习惯和产品消费水平差异问题也正是作为导致目前我国国内干衣机配件行业市场发展总体情况目前差异巨大的一个重要影响因素:(1)在室外晒干衣物的这种方式一般在欧美不被大众广泛接受，甚至可能是某个国家都禁止这种晾晒方式,而国内则一般是较为习惯在室外阳台和室外庭院这些建筑外部来晾晒衣物[2]。(2)在欧美地区，那些较为年轻的一代人对于空气清新的敏感度很强，而烘干机恰好能够减少衣物因在室外晾晒而被污染的现象产生。(3)国内外的消费水平与经济发展以及人们的消费观念等相比都存在着很多差别,因为外资独立式干衣机开发成本较高，售价也较高，所以在中国的受众群体较小。图1-1：2016年各国干衣机渗透率据了解家用干衣机在同为亚洲国家的日本也已经比较普及，和欧美一样也有70％以上的家庭在使用干衣机[3]。在中国，随着人们生活水平的提高，尤其是在气候潮湿的南方地区，干衣机也逐步产生了社会需求。而现有干衣机一般体积较大，用来烘干小型纺织物成本较高，功耗较大，而在国内，烘干机的作用一般是对谷物粮食进行干燥，用于做为纺织物干燥功能的烘干机少之又少，那么将干衣机与烘干机结合成为一个小型的纺织物烘干机是一个不错的选择，所以小型烘干机除了可以填补市场空白，还有较干衣机功耗低，体积小，节省空间等优点[4]。中国人消费一般会更倾向于性价比与实用性，类似这种实用的小家电就会很受国人欢迎。如图1-2，为干衣机前七年的销量图，可以看出的是随着我们国家人民生活水平的提高，这样实用方便的家电也越来越普及。图1-2：中国干衣机零售图1.2现有烘干机的不良点传统的采用蒸汽进行加热的烘干机,其剩余热能被浪费而不加以利用现象有：未进入烘干内筒的热气流；较高温度的热风排放；高温的疏水排放[5]。上述三项,不仅极有可能直接造成加热烘干机内部整体热能的大量浪费，而且还极有可能对于室内整体环境造成不同程度的保温热辐射气流影响,其中对于未进入烘干内筒的热气流,若不及时采取合理的保温绝热环境保护措施,这些热辐射气流必然就可能会直接导致加热烘干时整机器材的外壁产生很高的热能。(1)根据大量饱和空气水、饱和空气蒸汽的具体热力学物理参数,每公斤140摄氏度的大量饱和空气蒸汽直接向空气疏水,将吸收得到2114千焦的蒸汽热能,当我们想某种办法将空气疏水的蒸汽温度降低到每公斤40摄氏时,将含有2566千焦的大量饱和蒸汽热能够得到大量利用,其差的数值大约为原来被充分利用率的近20%。这就是说,直接从疏水中空气排出去的一个疏水性流体里有20%的水和空气都已经是完全可以得到充分利用的。(2)工业烘干机其实质就是一个通过一种强迫式的驱使热空气和被吸入烘干物体织物之间直接进行干燥水分和温度相互交换的连接工具和传动装置,因此,热空气和被吸入烘干物体织物之间的水分接触率和温度交换的效率高低,是用来衡量工业烘干机实际工作环境性能的一个重要的技术测量标准。然而,再精确的结构设计还是会有一些热量的气流直接绕过卧式烘干器内筒,并从内、外筒之间流出。根据我们的使用经验,这部分的热能资源很难被充分利用[6]。(3)在烘干过程中特别是烘干后期时,其中的排风包含了很多的热能,在此过程中看起来似乎有很多节能方案可以实施，其实不然。这些热风在吸收了所有热能的作用同时,还会吸收了所有的水汽,故而不能直接进行回用;还包括了一些纤维碎屑,这样一来间接使用也难以实现，并且由于空气换热器的效率较低,根据国内一些工厂的实践和应用成果情况来看,如何过滤这些纤维的碎屑物也是当前需要解决的一个重要问题。1.3损失热能重复利用措施由于目前我国比较使用的是传统的采用蒸汽式空气烘干机,加热器是通过非常直接的方式来进行疏水工作的，所以就导致温度过高，如140摄氏度下的疏水中，还能够含有很多未被利用的热能，从而导致能量浪费。本文的设计针对湿式烘干机的主要气体加热器和零件结构进行了重大修改[7],增加了一台疏水式气体加热器,疏水式的总体热能也因此得到了充分利用,从而大大减少了总体水蒸气的大量消耗。经过专用加热器后的风机热风,不能充分地与被加热烘干的织物发生接触,往往可能会导致热风在加热机器的内筒和风机外壳在之间的夹缝中迅速流出。这部分的自然热风并不能参与到烘干工作当中,也导致了烘干机器的外壁温度过高。但是由于烘干机的制造成本影响因素,导致这些烘干机的保温性能十分薄弱,无法有效地完全阻止这些热量的向外扩散,造成更加严重的室外环境和热辐射源的污染。1.4纺织物干燥过程过程一般可以细分为:内桶自动预热和快速烘干两步,在内桶自动预热的步骤中,采用了紧密地封闭方式和快速加热内桶的传统工作原理方式,在短暂的烘干时间内大幅度地提高了内桶的干燥温度,从而大大改善了内桶水中热分子快速蒸发制造出来的干燥环境,和一个快速烘干衣的步骤[8],在该烘干步骤中,向内桶衣物加入一股热空气,以便我们能够在内桶热空气和衣物之间迅速地相互实现热交换,从而快速加烘干衣物效率,提高了干燥的导热性能,并且从而有效降低了环境污染问题[9]。图1-3：烘干机运转示意图2系统总体设计方案2.1系统的设计原理该控制系统主要包括：湿度自动检测模块变频器转换模块单片机控制模块双向可控调速自动变频器控制模块矩阵式键盘输出模块数字管显示模块等[10]所以当整个系统完全启动后,首先需要对键盘模块进行扫描,判断其中的输入信号,根据所有输入信号决定相应的工作模式。这个内控系统中含有“正常”、“强力”、“人工”三个工作类型，当工作类型被确认后，内控系统就会自发控制机器工作，使其对实际湿度进行检测分析，如果实际干湿度已经高于内控系统设置的相应数值，那么系统就会自发停止运转。而在人工模式下，使用者则会使用按键去操控机器，并设置他们想要机器工作的时间段、工作时的温度和工作风速，这些数值会以数字的方式在一块led屏上显示出来，机器也会根据所输入数据进行运作。2.2系统控制结构的构成(1)功率传感器驱动单元:由电机、风力发射器驱动,用恒温式发热器（PLC）实现发热。(2)湿度检测电器:主要功能是检测衣物中的温度(3)微控制器:该控制器的核心部分为单片机(4)电源稳压电路:主要是用于控制输入的220伏的交流电压(5)LED显示电路:主要功能是显示工作时长和桶内湿度[11]2.3系统的功能(1)能够自行检测衣罩湿度(2)按键盘被设置为了干衣工作模式、干燥时间、风量大小等部分(3)用数字式显示器来检测温湿度或者是干衣的时间和风量的大小(4)正确地选择与被干燥衣物相应的烘干方法对衣物进行烘干,通过湿度传感器自动检测到衣罩内部环境中的湿度,以此方式来自动变换不同风量和热量,可以达到既迅速又环保的烘干效果[12]。2.4烘干机的主体结构设计便携式洗衣烘干机主要结构如下:电源主机连接杆挂衣架脚手撑防水盖其中主机由电动机、风力系统驱动、发热等主要零部件共同构成。主机的风扇外壳、脚手架、挂衣架主要部分是用优质耐高温、抗压、耐磨的有机材料焊焊制作,连接杆主要是用优质铝合金材料制作,抗高温心性能强并且不易腐蚀产生老化变形,风口罩主要是用优质不锈钢材料焊接制作。它们一般是由各种小型零部件共同拼合组装而来形成,组装简单、安全以及拆卸方便,并且又能够很好随身携带。所以当一个家庭用户有了要安装的需要时,我们可以直接将各个安装零件按照各种螺纹或者链条形式来回的连接在一起,安装完毕后也能够轻松地进行拆卸,使用的占地面积很小。如图2-1所示图2-1：电热式烘干机主机结构图图2-1为电热式烘干机主机结构1-PTC元件2-滚筒3-电脑控制盘（微控制器）4-纤维过滤网5-风机2.5烘干机工作原理外界的空气在纺织物进入烘干器后会被移到烘干器内部的一个加热元件,这时候发电机就会通过带动纺织物的滚筒或者叶轮旋转让外界的纺织物和其他热空气相互接触,增湿后经过滤排除机外。在加热的过程中,机器将把室内空气的温度控制到了一定的到度,温度合适,会使人们在后续佩戴该物品时感到舒适。烘干机同时具有自动快速变温的工作功能,并且电功率较高,可以保证持续工作至少25天以上;内设超温双重自动干烧保护,并且还特别设有一个整机电频自动快速报警漏电控制保护系统,若是电机出现了长时间工作或者是内部电线电路发生了大量老化,导致内部电路产生电线漏电的异常现象，电机可以及时通过自动快速调整电源开关,保护电机使用者的人身安全。烘干器在整体结构和功能设计上也都充分考虑了取暖、杀菌、空气净化等各个方面,内设了相应装置,体积小发热容量大[13]。3烘干机驱动设计3.1发热元件发热运动元件风机是一种位于衣物烘干机内部的重要动力组成部分元件,它在一个完全通电的状态下会直接产生充分运动热量,使得烘干机体内部部件能够长久维持一定的运动恒温发热状态,利用这种运动恒温对已经烘干好的衣物内部进行快速发热最终就可以直接达到衣物烘干效果。PTC的主要加热原理也就是部分元件含有热敏传感电阻,通电后自动向内部升温,使热敏电阻阻抗数值升高进入一个跃变区,恒温时向外加热热敏传感电阻的内部表面温度仍然一直保持在恒定数值,该区的温度只与PTC热敏传感电阻的内里温度和其内部外加的热敏电压温度相关,与内部的加热环境没有直接关系。加热时电源具有保持恒温、不产生发热、没有任何明火、电能源的转换反应速率高、受到额定电源和电力负荷的波动影响很小、天气条件中的温度自然性使用寿命较短等主要特征。PTC的综合分类处理方法主要大致有两种:自动恒温型PTC加热器、热风PTC加热器普通实用型PTC陶瓷加热器[14]。3.2电动机调速方案设计电机的自动调速控制系统调控是整个电机控制调速系统中一个重要的组成部分,该电机控制调速系统主要就是采用了硅来控制双向驱动可控硅的引脚和导线的通角,使得动力输出输入电压的发生了较大改变,从而促进了同时施加在整台风机上的动力输入输出电压因此发生较大改变[3],以便于及时调节风机的驱动转速,达到了电动变频器电机调速的主要应用目的。可控硅的正向引入和导出接通保护电压一般定义如下:阳极和阴极之间正向引入电压,控制阳极和阴极之间电流增加正向引入接触极的电压,阳极引入电流要超过阴极可控硅的最小电流[15]。所以当系统需要启动标准或迅速模式进行工作时,将风机的每一档和每个风力电机传动器分别速度设为高、低两档,各档的电机风速均匀时应有一个速度限制值。在额定的工作电压、额定功率下,以最大速度转速圆角进行风叶运转时,要求在一个风叶最大速度圆角上的风沿直线方向旋转运动速度的值应不得大于2150米每分钟。线速度根据以下公式所求： （3.2-1）式中：为扇叶最外侧圆周的线速度；为扇叶的最外侧扫出圆的直径；为风机最大转速（r/min）； （3.2-2）取。，。此时负载上的有效电压为： （3.2-3）式中：是输入交流电压的有效值；是控制角。例如,当传感器被检测到超过零点[16],按照要求得到的出发时刻来发出脉冲,即可以实现相应的预期转速。因此,在系统中选择手动方式来设置风量的情况下,只需要通过设定一个控制角度的大小,即可以控制风量的大小范围,为不同的场合下进行使用操作提供了便利。3.3电机功率在涉及工况运转环境下，风机的轴功率计算方式为： （3.3-1）式中：：流量：全压：全压效率：传动效率正常条件下，为，为。将其带入公式求得： （3.3-2）主扇一般都是采用风扇效率最高的主扇配置运行条件[17],考虑到实际主扇运行使用情况,安装主扇电磁阀的一个角度可取,从主扇安全性能方面来说,设计时在实际计算主输出工作功率的系数基础上先计算乘以功率系数1.8,然后再依次计算乘以富裕的功率系数K,作为最终确定主扇电动机工作功率的一个重要参考值。主机所需功率为： （3.3-3）式中：：容量富裕系数，一般取电动机功率为：故选用型电机额定功率：额定电压：额定电流:转速:家庭用电中，风机和电机的用电方式可以选择直接传动的形式[18]。由于家电内部多是电路，所以电机档速之间的调节不好用结构传动控制，那么在本设计中定为使用系统对电机速度进行控制。据悉，西门子的可编程控制机具有脉宽调制功能，所以想要对直流电机进行调速，可以根据西门子可编程控制机的此项功能来输出直流电机的驱动电路实现。图3-1：调速电路以稳定的PLC系统为基础的PWM脉宽调制技术，具有波动小，电流连续性好，范围较广等特点。在脉宽调制技术中，如果几个状态不一但大小相同的冲量加在驱动，那么得到的效果会是相同的，其等效电压： （3.3-4） （3.3-5） （3.3-6）虽然各PWM脉冲状态不一，但因为其大小均相同[19]，得到的反馈效果一样，所以把这些脉冲信号以图像表现出来即为图3-2所示。图3-2：周期性PWM矩形脉冲据图示脉冲可联立电压公式得： （3.3-7）：脉冲幅值：矩形脉冲占空比在此类控制程序中,速度的调节被设计成通过闭环PID控制,以更好地达到对车辆运行速度的准确控制,通常情况下,闭环控制系统的结构如图3-3所示,组成部分有：计算部分反馈部分执行部分图3-3：PID控制系统执行结构图控制作为一个闭环计算程序，根据要求数值与实际测算数值进行计算后输出： （3.3-8） （3.3-9） （3.3-10）：比例系数：积分时间常数：微分时间常数本控制系统在编程设计时以控制电机的额定转速和电机功率反馈作为对整个控制电机处理程序的整体反馈,将外部电机加速度的设定值输入作为对整个控制电机处理程序的一个设定值，其PID运算输出到PWM脉宽参数中，从而达到电机速度的闭环控制。3.4驱动电路由于本设计的思路较为简单，所以选择由光耦合器构成的驱动电路，光耦合器驱动电路具有线路简单、可靠性高、开关性能好等特点，其中的电容传感器我们选择了AT42QT1011,在此基础上,连接的VDD引脚和VSS引脚分别接电源和电源地；除此之外，还要放置一个旁支电容在和之间。这个旁路电容还要很靠近电源引脚，这是为了不引入高频率的振荡，防止电路发热和芯片损坏。驱动电路如下图所示。图3-4：AT42QT1011连接图3.5总传动比与各级传动比的计算 （3.5-1） （3.5-2） （3.5-3） （3.5-4） （3.5-5）：带传动V带传动比：减速齿轮传动比图3-5：带传动系统简图传动装置动力参数计算--转速: （3.5-6） （3.5-7） （3.5-8）传动装置动力参数计算--功率： （3.5-8） （3.5-9） （3.5-10）传动装置动力参数计算--转矩： （3.5-11） （3.5-12） （3.5-13） （3.5-14）注：参数最通用带传动效率：YJF61型电机滚子轴承传动效率：传动效率：传动比公式：传动比=使用扭矩÷9550÷电机功率×电机功率输入转数÷使用系数4结语便携式移动烘干机已被广泛认为是未来我国烘干设备行业快速发展的一个战略重点和发展方向,其主要特点之一是使用操作简单、便于随身携带,适合不同使用年龄阶段的使用人群和高端消费者。功能强大的它可以轻松让你在短暂的时间内把你的衣服等日常物品迅速地清洗烘干,还有它能够很好地帮助维护你的衣物形态。这在一篇文章中就新型烘干机中的发热控制元件、调速控制装置的功能选择问题做了简单的理论叙述,为该类新型烘干机的产品设计和加工制作技术研究发展提供了一个新的技术发展研究方向,从产品市场经济社会效益的各个角度考虑来看,该类新型家具家用电器从产品基本功能上再考虑到售后产品的服务质量、从日常运行管理到售后安装及其性能均有待广泛推广。最后补充一下这个设计的不足，在于电热式滚筒烘干机的工作原理是利用直接的电加热原件产生高温，通过空气传递热量烘干衣物，如果加热元件出现故障还可能导致局部过热。此外烘干机是针对烘干小型纺织物设计的，与市面上干衣机功能相似，虽然更为卫生，但还是会令人担心其在人们眼中的认可程度会不高。参考文献[1]邵抒晓,王幼华,王怡华,等.衣服烘干装置的研制[J].科技资讯.2011(13):105.[2]锦文.家用干衣机应该有所作为[J].

家用电器.2003(11):61-62.[3]田密,李树,刘卫卫.便携式家旅衣服烘干宝的设计与制作[