毕业论文-滚筒式谷物烘干机设计（含全套CAD图纸）.doc

全日制普通本科生毕业设计滚筒式谷物烘干机设计THE DESIGN ON DRUM-TYPE GRAIN DRYING MACHNE由于部分原因，说明书已删除大部分，完整版说明书，CAD图纸等，联系153893706学生姓名： 学 号：年级专业及班级：2008级农业机械化及其自动指导老师及职称： 学院：工学院 提交日期：2012年5月全日制普通本科生毕业设计诚 信 声 明本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计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。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1 1 前言2 1.1 谷物干燥的意义2 1.2 谷物的干燥机理2 1.3 国内研究现状3 1.4 国外研究现状3 2 谷物烘干机的结构设计4 2.1 谷物烘干机的基本设计要求4 2.2 滚筒烘干机的结构原理及结构示意图4 2.3 滚筒烘干机的直径与长度的确定5 2.3.1 物料需在转筒内烘干时间的计算5 2.3.2 滚筒直径与长度的确定6 2.4 抄板参数及滚筒回转速度的设计6 2.4.1 抄板的形状7 2.4.2 抄板尺寸的设计7 2.4.3 P的确定8 2.4.4 M、N、B的确定 8 2.4.5 滚筒回转参数的确定10 2.5 滚筒的筒体结构组成11 2.5.1 筒体的跨度及厚度11 2.6 滚圈13 2.6.1 滚圈的结构形式13 2.6.2 滚圈的设计与计算15 2.6.3 滚圈弯曲应力计算及校核17 2.6.4 滚圈的截面设计19 2.7 支承装置19 2.7.1 托轮与轴承的结构19 2.7.2 支承装置受力分析20 2.7.3 托轮与轴承的设计22 3 传动装置22 3.1 传动功率的选择25 3.2 传动参数选择与减速器26 3.2.1 齿轮、齿圈主要参数27 3.2.2 减速器选择28 4 干燥系统的设计28 4.1 谷物干燥时间28 4.2 谷物失水量及谷物干燥、冷却后重量29 4.3 热量衡算29 5 设计总结31 参考文献32 致谢 33 滚筒式谷物烘干机设计 学 生： 指导老师： 摘 要：滚筒式谷物烘干机是对流传热连续干燥方式作业的一种干燥机，它广泛地被用来作为谷物干燥、草籽干燥以及草粉干燥。滚筒干燥机的特点是以滚筒作为干燥室，在滚筒内壁设有抄板，谷物在滚筒内的移动主要依靠谷物自身的重力进行移动，抄板起在干燥过程中对谷物有一个翻炒作用，谷物在滚筒内受到抄板的作用不断被抄起又落下而不断地翻动，使谷物颗粒能与干燥热风有最大的接触面积，使得谷物在其中受热均匀，从而让谷物得到较为均匀的干燥，保证快干燥的品质；同时抄板还对滚筒内的谷物具有一定的引流输导作用，方便谷物干燥后的自主卸料。关键词：滚筒烘干机；干燥；谷物；抄板；The Design on Drum-type Grain Drying MachineStudent:Tutor:(College of Engineering , Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China) Abstract:Drum-type grain drying machine is a dryer work in the way of convective heat transferring and continuous drying , it is widely used as a dryer of grain ,seed and grass meal. The characteristics of the drum drying machine is using roller as the dry room, a shovelling plate is installed in the inwall of the roller, and the movement of the grain in the roller mainly relies on its own gravity grain, the shovelling plate works as a stirrer to the grain in drying process, grain is constantly stirred up and down, and constantly flipping by the shovelling plate in the roller,this movement makes the grain particles and the dry hot wind has the largest contact area, let the grain be heated evenly, and ensure the rapid-drying quality; At the same time , the shovelling plate also has a leading and transmitting function to the grain, makes the independent unloading of the grain after drying more convenient.Keywords: Drum dryer;Dry; Grain; Shovelling plate1 前言 1.1 谷物干燥的意义谷物干燥是农业生产中重要的步骤，也是农业生产中的关键环节，是实现粮食生产全程机械化的重要组成部分。谷物干燥机械化技术是以机械为主要手段，采用相应的工艺和技术措施，人为地控制温度、湿度等因素，在不损害谷物品质的前提下，降低谷物中含水量，使其达到国家安全贮存标准的干燥技术。我国是世界上最大的粮食生产国和消费国，年总产粮食约5亿t1。据统计，我国粮食收获后在脱粒、晾晒、贮存、运输、加工、消费等过程中的损失高达18%左右，远远超过了联合国粮农组织规定的5%的标准。在这些损失中，每年因气候原因，谷物来不及晒干或未达到安全水分造成霉变、发芽等损失的粮食高达5%，若按年产5亿t粮食计算，相当于2500万t粮食，若每人每天食用500g粮食，可供6.8万人食用1年。这数字是惊人的，把收到手的谷物损失降低到最低点，从这一意义上说，谷物干燥的机械化比田间作业的机械化更为重要，它是谷物丰产、丰收的重要保障条件。1.2 谷物的干燥机理谷物干燥是利用谷物内部水分不断向外表面扩散和表面水分不断蒸发来实现的2。谷物表面水分的蒸发，取决于空气中水蒸气分压力的大小。空气中水蒸气压力与谷物表面问的水蒸气分压力之差，是谷物干燥的推动力，它的大小决定谷物表面水分蒸发速度。谷物内部水分的移动现象。称为内扩散，内扩散又分为湿扩散和热扩散。谷物干燥过程中，表面水分蒸发，破坏了谷物水分平衡，其表面含水率小于内部的含水率，形成了湿度梯度。由于湿度梯度，而引起水分向含水率低的方向移动这种现象称为湿扩散。谷物受热后，表面温度高于内部温度，形成温度梯度。由于存在温度梯度水分随着热源方向由高温处移向低温处，这种现象称为热扩散。温度梯度与温度梯度方向一致时，谷物中水分热扩散和湿扩散方向一致，加速谷物干燥而不影响干燥效果和质量2。如温度梯度和湿度梯度方向相反，使谷物中水分热扩散和湿扩散以相反的方向移动时，影响干燥速度。但由于加热温度较低，谷物体积较小，对水分向外移动影响不大。如果温度较高，热扩散比澎扩散进行得强烈时，往往谷物内部水分向外移动的速度低于谷物表面水分蒸发的速度，而影响干燥质量。严重的情况下，谷物内部的水分不但不能扩散到谷物表面，反而把水分往内迁移，形成谷物表面裂纹等现象。1.3 国内研究现状 我国谷物干燥机械的发展是从解放初期仿制日本、前苏联等国外的干燥机开始的。由于当时谷物干燥机械结构复杂、耗用钢材多、造价高，不适合于农村的经济和体制状况，仅在国有农场、粮库及集体企业使用。20世纪70年代后期，有关科研单位开始开发研制适合于我国国情的谷物干燥机2。它们大多适用于农场生产连队和农村生产队使用；80年代后，我国农村经济体制开始进行改革，研制的干燥机械大多向多用化、小型化方向发展；90年代以来，随着农村改革的深入发展，农村经济和农业生产力水平有了较快的提高，专业化、集约化的规模经营也有了新的发展2。特别是大型粮库、国有农垦系统的种子和粮食生产基地，逐步装备起成套的谷物干燥设备，并与仓储、加工等设施配套成龙，成为我国谷物烘干机械的主要应用代表；同时，也引进了美国、加拿大、日本和台湾等国家和地区谷物干燥机械，一些大专院校及有关科研单位也相继研制出了相应系列谷物干燥设备，服务于国内粮食系统。谷物干燥技术的发展，逐步使烘干机械走向成熟、完善，同时也加快了农业现代化步伐。我国谷物烘干机械发展虽有近30多年不断的探索历史2，已经有50多家生产企业，但产量都不大，技术含量低，成熟机型不多，产品种类少，而且耗能高，自动化水平低，缺乏适合农机专业户、种粮大户及村组使用的中小型多功能烘干机械。全国现有谷物烘干机械2万多台，每年机械烘干谷物仅占全国总产量的1%左右，而世界发达国家机械谷物烘干占总产量的95%左右，可见我国谷物烘干机械发展远远不能适应于谷物生产发展需要。1.4 国外研究现状国外谷物干燥设备的研究、开发时间较早2，到20世纪90年代，干燥技术的研究已达较高水平，产品达到系列化、标准化，性能稳定，质量好、自动化水平高。近年来在干燥、加工过程的计算机模拟方面取得了巨大的进展，传统软件和专用软件的不断开发，对干燥机的设计和产品质量的改进起到了极其重要的作用。同时，各国的现时情况亦有所不同3。1）美国:谷物干燥在全国应用比较普遍，主要的机型有中、小型低温干燥仓及大、中型高温干燥机，以干燥玉米和小麦为主要对象，以柴油(煤油)和液化石油为热源，采用直接加热干燥。设备中一般具有较完备的料位控制、风温控制、出粮水分控制系统，自动化程度高3。2）俄罗斯:谷物干燥应用比较普遍，大都形成了工厂化生产，有较完善的自控系统，其谷物干燥机型以大、中型居多，为高温干燥方式3。较普遍的应用干、湿粮混合加热干燥工艺，具有一次降水幅度大、节能和提高干燥质量的优点。干燥中采用的热源为柴油和煤油，为直接加热。3）日本:谷物干燥设备是从二次大战后发展起来的，主要发展适于干燥水稻的中、小型设备3。机型有:小型固定床式谷物干燥机，中、小型循环式谷物干燥机及大型谷物干燥机4。采用的热源为柴油和煤油，少量采用稻壳为燃料。在各干燥设备中大都装有较完善的自动控制系统，比较重视干燥质量。2 谷物烘干机的结构设计2.1 谷物烘干机的基本设计要求 所设计的谷物烘干机主要用于农用谷物的烘干，以满足谷物所需的存储条件，主要针对于水稻、小麦、油菜籽等常见经济作物。要求谷物在干燥过程中进出料要方便，一次性最大的谷物容量为1吨，谷物的降水幅度为每小时1%-2%，且干燥后的谷物的水分不均匀度应小于2%。一般滚筒式谷物烘干机的干燥能力为230吨每小时5，收集数据后有谷物干燥前、后的含水率分别为，；谷物干燥后的温度；夏天天气较差时，外界空气温度，相对湿度为；进入烘干机的干燥介质平均温度，废气温度。谷物平均容重=700Kg/。滚筒烘干机的工作能力为G=2吨每小时。2.2 滚筒烘干机的结构原理及结构示意图 工作原理：工作时，滚筒逆时针方向转动，进料端与卸料端不动，已达到连续进料和卸料的作用，滚筒外侧正中安装有圆环形齿圈，用螺栓固定在滚筒上，它被小齿轮驱动用于带动滚筒回转6。在滚筒外侧的两端安装有滚圈，用作滚筒回转的轨道。待烘干的谷物从进料口输送进入干燥滚筒，滚筒内焊接有纵向抄板，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。且滚筒在安装中有2度的轴向倾角7，被干燥后的谷物在自身重力和滚筒的回转作用下从卸料口出料，完成一次干燥。 滚筒由不锈钢板加工而成，如图所示。 1、进料口 2、炉气进口 3、进料端挡罩 4、轴承座 5、支承托轮 6、传动小齿轮 7、减速箱 8、联轴器 9、电动机 10、卸料口 11、炉气出口 12、传动齿圈 13、滚圈 14、干燥滚筒 图1 结构原理 Fig 1 Structure theory2.3 滚筒烘干机的直径与长度的确定此处已删去滚圈内力及弯矩图见上图.及下图所示。由下图可见最大弯矩为图9 受力分析Fig9 Stress analysis图10 弯矩图Fig10 Bending moment diagram弯曲应力计算及校核：矩形截面： 式中： 截面系数， , H为滚圈截面高度，mm； 按表选取。2.6.4 滚圈的截面设计截面高度对于矩形（如下图）、箱形滚圈均为。与相对应的H值见下表。图11 矩形滚圈Fig11 tyre-roller rectangular，mm式中： 垫板的实际厚度，10mm； 筒体壁厚，10mm； C常温时滚圈与垫板的半径间隙，mm。确定C时应综合考虑受热膨胀量、滚圈对筒体的加强作用及机械加工偏差等因素为保证受热后不产生过盈热应力，直径间隙，mm式中： 滚圈内径，,mm 滚圈处筒体平均温度，； 滚圈平均温度，； 热膨胀系数，钢材（）表3 滚圈Table 2 The tyre-roller直径D，mm D3 1.28-1.25 0.11-0.9 0.286-0.333 0.55 0.77 1.3 0.8 0.45 - - - - -D3 1.25-1.2 0.10-0.07 0.25-0.333 0.7 0.82 1.5 1.1 0.55矩形滚圈截面参数计算： 截面面积： 形心圆直径： 截面惯性矩： 截面系数：2.7 支承装置2.7.1 托轮与轴承的结构托轮装置按所用轴承可分为滑动轴承托轮组和滚动轴承托轮组。滚动轴承托轮组又可分为转轴式和心轴式。还有滑动!滚动轴承托轮组（径向滑动轴承，轴向滚动轴承）。滚动轴承托轮组具有结构筒单，维修方便，摩擦阻力小，减少电耗及制造筒单等优点。托轮挡轮标准中每组托轮承载不超过$-/时都用滚动轴承。只有当载荷较重时，所需滚动轴承尺寸较大，受到供货条件的限制而采用滑动轴承。一般干燥器中都用滚动轴承。托轮组的左右轴承座可以是分设的，也可以是整体的。整体轴承座便于调整托轮，可通过机械加工保证左、右两轴承座孔的同心度，因此取消了调心球面瓦，或省去调心式的止推轴承。较大的托轮轴承组一般采用左、右轴承座分设的结构，设有球面瓦，使安装及调整过程中，左右轴承始终保持同轴线。2.7.2 支承装置受力分析筒体的支座反力或经过滚圈施加于支承装置上下面用Q表示该力。作用于支承装置上的力有径向力和轴向力。（1）径向力（见下图) 作用于每侧托轮上的径向力N来自筒体载荷Q，滚圈自重（估算时近似取）及托轮与轴的自重（取近似值） 径向分力： ，N由于很小,，一般，则 图12 径向力的分析Fig12 Radial force analysis （2） 轴向力（见下图） 筒体的倾斜安装使它可以筒化为物体在斜面上的运动。筒体相当于物体，托轮相当于斜面，托轮不平行安装产生的上窜力及液压挡轮的向上推力相当于外力。普通挡轮受力、液压挡轮和推力挡轮承受下滑力的情形，则相当于斜面上设置有附加的阻挡物。而与斜面的区别仅在于：由于滚圈以两个夹角的托轮支承，使两侧正压力之和：为斜面情况的倍 图13 轴向力分析图 Fig13 Axial force were（3）调整托轮轴承座的力见下图图14 托轮调整力Fig14 Round adjust force 式中： 钢对钢干摩擦系数，考虑到接触面往往生锈，此处取 倾覆力，N。（4）轴承座不倾翻条件见下图,由，安全起见，设计中采用图15 轴承座的稳定性Fig15 Stability of the bearing2.7.3 托轮与轴承的设计托轮轴承组的设计顺序如下：由筒体载荷Q，经过计算确定轴瓦直径、长度或滚动轴承的型号。同时在滚圈计算时已定滚圈的宽度和托轮直径在此基础上确定托轮宽度。根据上述各主要零件参数画出托轮轴承组的结构草图，然后进行的分段长度的设计。滚动轴承，若为转轴式，参照轴颈弯曲强度求得最小直径，按滚动轴承寿命计算方法经计算后选用轴承型号。若为心轴式，在满足负荷后，适当考虑轴直径及托轮宽度，通过滚动轴承寿命计算方法选用轴承型号。滑动轴承，由轴承润滑条件和轴颈弯曲强度定直径和长度。由于干燥器负荷都不太重，一般都不采用滑动轴承。（1）托轮直径 托轮的材料及直径已在滚圈计算过程中确定。托轮材料一般用铸钢并和滚圈相配用。小型的筒体可用铸铁托轮。使用带凸边托轮的小型筒体，这种结构可不设挡轮，因它重量较轻，筒体下滑的轴向力较小，可以用带凸边的托轮抵消筒体由于与水平倾斜安装所产生的轴向力。为了减轻质量，托轮多半做成空心的。宽度确定托轮宽度的原则是：、工作状态时托轮与滚圈保持全接触。则式中： 滚圈、托轮的宽度； 2U筒体的轴向窜动量，普通挡轮一般为。见图!&(由于筒体热膨胀计算及托轮底座的安装会有误差，托轮、滚圈宽度差应大于2U,一般取 图16 普通挡轮轴向位置Fig16 Ordinary block axial position 、当筒体较长时，还应验算冷态时滚圈与托轮的接触宽度不小于滚圈宽度的（见下图），即 式中： 两组托轮间筒体的膨胀量。托轮工作表面磨损速度一般为每年24mm，应具有610年的正常使用寿命。图17 滚圈托轮宽度的关系Fig17 Roller ring width, the relationship between the wheel 托轮与轴是紧配合装配的，往往是轴随托轮磨损严重而报废，为延长托轮的使寿命，可采用镶套托轮（见下图）。外套损坏后，可以拆掉重新镶套使用.图18 镶套托轮Fig18 Set of wheel （2）托轮轴轴中部直径： 轴中部长度： 结构图19所示。滑动轴承： ，l为轴颈长度，。滚动轴承： ，为轴承内圈宽度因轴中点是紧配合，有利于提高轴的强度，而且不存在应力集中，因此危险断面不在弯矩最大的轴中点。实际断轴多半发生在、断面上。尤其是截面偏中点一侧在紧配合的边缘产生很大应力集中。破坏性质均为疲劳。、截面的弯矩分别为： 是最大弯矩。图19 转轴的弯矩Fig19 Shaft bending moment 转轴轴径计算：轴径d的初步估算：滑动轴承：由前面已知： 则: 由，则，mm式中： n许用安全系数，取1.51.8 应力集中系数，查表取= 表面状态系数，查表取=；材料的弯曲疲劳极限，MPa； 绝对尺寸系数查表取。 由于一般托轮轴的计算寿命均要求大于510年，其间的回转次数即应力变化次数，大于循环基数，故不必对疲劳极限的值进行寿命折算。为了提高轴的疲劳寿命，应注意采取降低应力集中的措施。如增大过渡圆角，用滚压方法提高轴表面的硬度和光洁度等。3 传动装置3.1 传动功率的选择根据干燥设备设计手册的经验公式计算干燥器电动机功率的经验公式7： ，Kw 式中： K系数，随干燥器的结构型式和填充率而异，见下表； 被处理物料密度，z筒体长度，m；D筒体直径，m；n回转圆筒转速，表4 系数K值Table 3 coefficient K value结构型式 填充系数 0.10 0.15 0.20 0.25 升举式 0.0340.049 0.0480.069 0.0570.082 0.0660.092 扇形式 0.0160.019 0.0190.023 0.0210.026 0.0230.029 蜂巢式 0.0070.008 0.0090.010 0.0110.013 0.0120.014取K=0.0570.082，最后取K=0.0695，代入数据后得： =15.385kW电动机输出功率 Pd = 由表1-7查取滚动轴承，齿轮传动，联轴器的效率分别是：轴承 = 0.99,齿轮= 0.97, 联轴器 = 0.98，则传动装置总效率为： = 减速器齿轮联轴器 = 0.990.970.98 = 0.9412则 Pd= = = 16.35kW按表12-1确定电动机额定功率为Ped = 18.5kW。按推荐的合力传动比范围，单级齿轮传动比i2=34，滚圈齿轮副的传动比=8，滚筒的工作转速，则电动机转速可选范围为 故只有同步转速n=750r/min，满载转速的满足条件。选用型号为Y225S8的电动机。3.2 传动参数选择与减速器 滚筒的转动是通过减速器、小齿轮和装在滚筒上的大齿轮的啮合实现的。大齿轮一般装在滚筒进口端靠近托轮处的筒体上。以减小齿轮啮合过程对滚筒的弯矩，避免滚筒弯曲变形。大小齿轮副的模数一般为912，传动比一般为58.齿轮宽度一般为80100毫米。3.2.1 齿轮、齿圈主要参数 齿轮齿圈速比为，齿轮齿圈模数为，小齿轮分度圆直径为，大齿圈分度圆直径为；小齿轮齿数为，大齿圈齿数为。小齿轮齿数=1723，优先采，用奇数值：17、19、21、23。由于运输和安装的要求，齿圈均为两半剖分的，其齿轮必须是偶数。取=8，=10、=19 则： mm mm材料齿轮的损坏形式主要是磨损严重后不能保证正常啮合而更换。即使齿顶磨尖，一般也不发生断齿现象。为减轻磨损，可在维修中对转筒齿圈作火焰表面淬火，HRC4250，淬后不回火，经多年使用磨损很轻微。齿轮与齿圈硬度差HB3040较为适宜，其加工精度按GB 1009588的规定选取。根据公式：齿距:p=m=、齿厚：s=m=15.7mm、齿顶高：ha= ham=10mm、齿根高：hf=( ha+c)m=12.5mm、齿顶圆直径：、齿根圆直径：得：表5 齿轮副参数Table 4 Gear pair parameters 齿顶圆直径，mm 齿根圆直径，mm 大齿圈 小齿轮 3.2.2 减速器的选择高速轴的功率、转速、扭矩： 低速轴的功率、转速、扭矩： 设计后选减速器的基本参数：中心距a=240mm,齿轮模数m=2.5,速比，型号为ZDY4504 干燥系统的设计 从前面设计已知，烘干机的干燥速度；谷物干燥前、后的含水率分别为，；谷物干燥后的温度；夏天天气较差时，外界空气温度，相对湿度为；进入烘干机的干燥介质平均温度，废气温度。谷物平均容重=700Kg/。滚筒烘干机的工作能力为G=2吨每小时。采用农村常见的稻草作为燃料，加上适当的水生成炉气进行干燥。4.1 谷物干燥时间纯干燥时间： 4.2 谷物失水量及谷物干燥、冷却后重量稻谷由干燥，失水量为为： 稻谷由缓速至，失水量为： 稻谷由经干燥及缓速冷却至，失水量为：稻谷干燥至:稻谷由缓速至时的重量为： 4.3 热量衡算 求外界空气的含量及含焓量，据外界空气温度，相对湿度为可在I-d图上找到表示外界空气状态的点A，查得： 计算燃料的高发热量：这里为结合实际，采用农村常见的稻草等作为燃料，其燃料成分见表6 式中： 燃料各成分的百分比。 计算空气理论空气量 计算 式中： 从谷物中蒸发1公斤水的湿热，由于水的比热为1，故此湿热在数值上等于水的温度，亦谷物的温度，即 干燥室中蒸发1公斤水所增加的补充热，因为此处没有补充热，故，此项为0 蒸发1公斤水的过程中使谷物温度由提高到所引起的谷物升温损失。 蒸发1公斤水的过程中，干燥室表面散热损失，此处约等于零。故： 干燥能否进行问题与对应的谷物干基平衡含水率 =16.45%相应的湿基平衡含水率为： 表6 生物质秸秆燃料热值分析表与对比Table 5 Biomass fuel calorific value analysis form the straw and contrast燃料种类 工业分析成分%