连续性颗粒烘干机的设计

1、1 绪论粮食烘干机械化是以机械设备为主要运用手段，采用相应的工艺和技术，在不损害粮食品质的前提下，考虑控制温度、湿度等因素影响，把粮食中的含水量降低到安全存贮含水量的技术。它的广泛应用对于我国的农业和农村经济的可持续发展产生着深远的影响，具有显著的经济社会效益。我国是世界上最大的粮食生产和消费的国家，年总产粮食约5亿吨。统计表明，我国粮食收获后在脱粒、晾晒、存储、运输等环节中损失率高达15%，远超过联合国粮农组织规定的5%的标准。在这些损失中，每年因气候潮湿，湿谷来不及晒干或者未干燥到安全水分含量造成霉变、发芽等损失的粮食高达5%。这一比率是惊人的，因此发展粮食干燥机械化技术，改变传统的靠天吃

2、饭的被动局面，使收获的粮食损失降低到最低点，从这一方面上看，粮食干燥的现代化比田间的农业机械化更加重要，也是粮食丰产、丰收的重要保障条件。由于我国大部分粮食生产地区，收获季节常处在多雨、阴凉天气，给粮食抢收带来很大困难。目前我国广大农村地区的粮食干燥仍采取自然干燥的方法，受到场地、天气等因素的限制和影响，干燥效率低下，干燥效果差、易污染、损耗大，传统的干燥方法与迅速发展的机械化收获水平极不配套。本课题所设计的连续性颗粒烘干机可以有效解决烘干效率低下的问题，改善农民的劳动环境，提高粮食种子烘干生产率和改善干燥后粮食品质，是种子烘干的一次有效改进，其有相当的社会效益和经济性，拥有广阔的市场应用前景

3、。1.1 连续性颗粒烘干机的研究概述近年来，随着温室效应的加剧，水资源的贫乏，以及气候环境的恶化，对于粮食的生长和收获带来了巨大的压力。中国是传统的农业生产大国,我国是世界上最大的粮食生产和消费的国家，保证粮食生产是关系到国民经济的关键之所在。现今土地资源日益减少的情况下,农产品问题更加重要.提高现有农产品质量和产量就必须重视谷物的机械化干燥问题。 烘干机一直处于低效工作状态：产量低、煤耗高、热效率低、出料水份高且难以控制。由上可知，开发研制降水幅度高、干燥均匀性好、品质优良的烘干机对推动粮食产业的发展具有重要的意义。目前国内外粮食烘干主要采用对流干燥法，其原理是：冷空气与热风炉（或燃烧机）加

4、热的炉气（或空气）进入配风室，再由配风室形成暖风，暖风在压力作用下穿过物料，与物料接触并进行物质交换，物料蒸发的水分由暖风带进排风通道，经由排风机排出机外，从而达到降低粮食水分的目的。烘干设备的热源主要是由煤、油、秸秆以及大糠的燃烧，从而产生饱和水蒸气所携带的热量经由热交换器产生干燥热风所携带的热量提供。此类设备按照粮食与气流相对运动方向可分为横流、混流、顺流、逆流以及顺逆流、混逆流、顺混流等型式。1.2 连续式颗粒烘干机国内外的发展情况1.2.1 国外粮食烘干机的现状粮食干燥机在美国、苏联、日本等国家应用比较普遍。在美国主要的机型有中、小型低温干燥仓及大、中型高温干燥机，以柴油和液化气为热源

5、，采用直接加热干燥。设备中一般具有：料位控制，风温控制及出粮水分控制系统。在独联体，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。较普遍地应用干、湿粮混合加热干燥工艺（又称分流循环干燥工艺），具有一次降水幅度大、节能和干燥质量好的优点。干燥中采用的热源是柴油和煤油，为直接加热干燥.日本粮食干燥设备是从二战后发展起来的，主要发展适于干燥水稻的中、小型设备。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等。采用的热源是柴油和煤油，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1.2.2国内粮食烘干机的现状。 我国粮

6、食烘干机械的发展是从解放初期仿制日本、苏联等国外的干燥机开始的。由于结构复杂、耗用钢材多、造价高，不适合当时农村的经济和体制状况，仅在大型农场和粮库有所应用。70年代广东省农机所等科研单位开始开发研制适合我国的中、小型干燥机型。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。在此期间，与干燥机械密切相关的干燥热源的研究也取得了进展，相继研制成功了热煤气发生炉、低热值汽化炉、稻壳煤气发生炉、固体燃料煤气发生炉、无管式热风炉、液化气热风炉和太阳能干燥装置等。90年代以来，随着农村改革的深入发展，我国农村经济和农业生产力得到较快的发展，专业化、集约化的规模经营也有新

7、的发展。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，成为我国粮食烘干机械的主要应用代表。近十几年来，国家粮食干燥机配套技术不断成熟完善，不断开发出新工艺、新机型、新能源，有一大批出色的烘干技术人员研究出成果。曹崇文对稻谷干燥机理和技术进行了较为全面的研究，李杰等对于粮食烘干的生产工艺研究突出，朱文学等研究出红外干燥的部分规律和特性等等一些技术发展。但是从烘干技术和设备制造水平方面看，我国还十分落后，无法和国际上先进水平相比。造成此局面的原因主要有：干燥基础理论的研究有差距、实验条件不足、加工技术的差距、控制水平的差距以及无特色产品

8、机型。国内实际情况下，深入分析粮食干燥传热介质以及干燥工艺特性，研究优化最佳工艺组合，发现新型干燥工艺和提高热能利用率，提高粮食烘干后品质是必然趋势。1.3 本课题研究的目的与意义本课题研究的目的是设计生产一种既可以对粮食进行大批量烘干同时可以对种子这种烘干要求高的进行高效率烘干的连续性颗粒烘干机。干燥的目的主要是便于物料的储藏运输和加工，通过干燥使产品或半成品达到要求的含湿标准。将湿物料中的湿分(常见的为水分)除去的方法很多，如压榨过滤离心冷冻及利用干燥剂等等。但综合除湿程度操作的可靠性经济性和处理能力，干燥是工业生产中应用最普遍的除湿方法。就干燥而言，根据传递方式的不同可分为传导干燥对流干

9、燥辐射干燥和介电加热干燥。粮食干燥机械化技术除了能有效地防止连绵阴雨等灾害性天气所造成的损失外，还具有其他明显的优势：一是减轻劳动强度，改善劳动条件，提高劳动生产率，为实现农业产业化、集约化、现代化提供有效手段。二是提高了粮食品质、耐贮性和加工性。三是可以防止自然干燥对粮食造成的污染，杜绝农民因占用公路晾晒粮食而造成的交通伤亡事故。低温干燥，谷物品质能保持良好状态，发芽率不受影响暴腰、破损率很小，是理想的干燥方式，但是由于现状存在生产率低，直接影响经济效益。为此，发展适合现在农村使用的烘干机，温度控制范围加大，农户可以根据需要来选择低温优质干燥，常规食用谷物干燥，以及抗灾抢烘的需要。综上所述，

10、要大力推广我国的谷物干燥机械化，就应宣传其优势，尽量减少制约因素的影响，并不断完善投入机制。目前, 许多种子烘干机的热风温度是靠人工操作热风炉而控制的。由于操作水平、煤质等原因, 经常出现热风温度忽高忽低等现象, 直接影响了种子的烘干均匀性和烘后品质, 而且温度过高将影响种子的发芽率。针对该问题, 设计了一种温度自动控制系统, 能将热风温度控制在设定的微小范围内, 确保种子烘后品质。连续性颗粒化烘干机可以有效解决生产率低下，烘干后含水率不稳定的问题，适应现在国情下国内粮食烘干市场的需要，具有良好的前景与应用性。2 连续性颗粒烘干机总体方案的设计2.1 本课题设计的主要研究内容及考虑问题连续式颗

11、粒烘干机主机设计，包括：总体尺寸，保温箱的设计，支架的设计，轴承的安装与规格的选择。传动系统设计，包括：电机的选择，输送带的选择，链传动的设计计算。加热系统设计，包括：进风出风管道的设计，及分布情况。温度控制设计，包括：控制方式，控制电路，控制程序。 2.1.1 关于烘干机挡风罩问题安装烘干机挡风罩的作用:一是减少烘干机本身的热量损失,提高烘干机的热效率;二是减少外界环境变化对粮食烘干带来的不良影响,提高烘后粮的水分均匀度。由于目前国产热风粮食烘干机有的没安装挡风罩,有的仅安装一半挡风罩,有的虽然安装了挡风罩,但挡风罩的高度仅占整个烘干机干燥段的一半,这就既降低了烘干机的热效率,又影响了烘后粮

12、的水分均匀度。因此,笔者建议在今后设计烘干机时,烘干机挡风罩的上檐要与烘干机预热段的顶部平齐,挡风罩的下檐要与烘干机干燥段的底部平齐,挡风罩与烘干机外网板的距离要保持在1.5m 左右。为了减少废气排出时的阻力,可在挡风罩的中部再设置12 处排潮段,排潮段外部需设小挡风罩,以避免外界冷空气从此进入挡风罩内。这样的挡风罩既能提高烘后粮的水分均匀度,又能增强烘干机的热效率,同时还不影响干燥段废气的正常排出。2.1.2 关于烘干机除尘落粒装置由于震动和热风有一定的速度，有可能使被烘干的颗粒掉到输送带下面的保温箱内，下保温箱为密封设备，不容易清理。把保温箱的底部设计成具有一定的倾斜度。在保温箱底部侧面开

13、一可开关的开口用于落粒的清除，这种方式既设计简单又方便除落粒。2.2 总体方案的确定2.2.1 设计任务本次设计要求设计连续式颗粒烘干机的主结构部分。其设计参数如下：一、设计内容：颗粒烘干机主机设计；传动系统设计；加热系统设计；温度控制设计。二、技术要求：产量2吨/小时，降水量10%，烘干温度4045，烘干时间12小时。 三、结构要求：输送带式（不锈钢）烘干机，外壳保温，加热方式热风炉加热。2.2.2 方案的选择（1） 关于烘干方式的选择方案一：直接烘干，烘干一次。方案二：二次烘干，采用正负压交替烘干。采用一次烘干方式，这样既可以节约能源同时又能达到比较好的烘干效果。采用了负压热风和正压废热交

14、替对种子进行干燥的工艺和结构,将第1干燥段布置在风机前部,利用风机的抽吸作用,使热风穿过第1干燥段粮层,达到干燥种子目的,而将第2干燥段设置在风机后面,将使用过1次的热风压送到第2干燥段进行回收利用,这样热风前后利用2次,降低了热能消耗。如烘干大降水速率的粮食或饲料时,废气湿含量较大,已没有二次利用的价值,这时可以通过阀门将废气直接排掉。采用正压气流与负压气流交替对颗粒进行烘干的干燥工艺，种子脱水速度加快、能耗降低、烘后种子品质好。减少空气流量，增加冷却面积，调整颗粒的滞留时间，对颗粒进行翻转，使均匀烘干。但是由于设备结构复杂，生产成本高，所以选择直接烘干，这样可以在满足要求的情况下，使成本最

15、低。选择直接烘干的方式，即方案一。（2）热风温度的控制方案一：控制热风炉风机的转速。方案二：控制热风炉气口的开口的大小。控制热风炉鼓风机的停开及炉排停转,或自动调节其风机风量的大小,或自动调控热风管道冷风门开等一系列的装置有PLC集中控制，来实现热风温度的控制。按照国家标准及烘干机系统验收技术规程要求,热风温度波动范围为5 。实际验收测试发现,最大的有+ 50 - 30 , 20 很常见,严重影响烘后谷物品质。这主要是电控系统对温控设备没有进行控制,如对热风炉鼓风机、热风管进冷风门控制等。自动控制是由热风管道上的传感器回控影响温度变化的主要工件或设备来实现的,传感器反馈的信号不应只显示热风温度

16、。在清洗机主体的左右和上下部安放超声波传感器，以进行边缘识别。采用严格控制干燥热风的温度以及冷却时间使出粮温度降到一定的范围。所以采用方案一，即用PLC控制热风炉风机的转速来控制热风温度，方便控制，性价比高。图2-1 已成型干燥机参照示意图3 整体布局设计3.1 主要支架部分结构设计根据题目要求，通过查阅资料，拟定连续性颗粒烘干机总体尺寸为20000mm1440mm2140mm。支架采用U型槽钢焊接结构设计，如下图保温箱体焊接在支架上面。烘干时由热风炉产生的烟气通过热交换器形成热空气，由风机吹入保温箱内，热气流闯过待烘干颗粒后，又保温箱上端排出，从而达到烘干产品的目的。图3-1 槽钢型号及结构

17、图 可以根据具体的尺寸需要选择合适的槽钢型号，先通过钻铣方式将主横架加工出需要需要的工件，然后通过焊接和螺栓连接的方法将加工后的槽钢工件组合在一起形成连续性颗粒烘干机主机的主支架，具体机构尺寸如下图图3-2 烘干机支架 连续性颗粒烘干机工作原理是：颗粒状物料经由提升输送装置送到上料机构，并均匀布置于烘干机输送网带上，作业时，热风由热风炉供给，经由风机吹至风道，热风首先穿过铺粮层，对种子进行烘干后的湿空气经由排气风道排出机外，烘干后物料通过下料装置送至机外，并经由输送装置送到存储位置。根据设计题目（连续式颗粒烘干机主机设计）要求，初步设定以下设计方案：主机主要由机架，干燥室，输送带，热风机，上下

18、料系统，控制系统组成。机架与控制系统连接，其他部件装在机架上，通过上料机构上料，出料口出料，热风机提供一定温度的干燥气流，并经由风机输送到烘干室内，电机带动输送带转动，上料机构轴与从动轴同步运动，使得气流通过物料从而达到连续烘干的目的。3.2 出料机构设计选型出料机构采用自重力下降方式，在传送带出料口安装出料斜坡并有罩子防止飞落。颗粒状物料传送到此处时在初速度和重力作用下呈抛物线装进入料斗，落入下部收料小车或者传送带上，运送至存储位置存储。此装置可以保证排料的准确性和可靠性，同时可以调整开口大小以适应不同物料的物理特性要求。并且在滚筒处加装除料机构如下图所示，采用橡胶材质，清除粘附在网带上的残

19、留颗粒物料，防止其进入保温箱底部。简易视图和具体布置图如下图所示：图3-3 除料装置3.3 上料机构 上料装置通过螺旋上料机将颗粒转状物料从底部输送到上料料斗里面，官管道状料口设置与料斗中间位置上端，上料斗通过输送带从动轴链轮带动，旋转从而把物料均匀铺在网式传送带上。图3-4 螺旋给料机1.料轮；2.支架；3进料轴；4.上料仓；5轴承套组件图3-5 上料铺料机构示意图此上料机构的作用是为了让种子在流动行走中，形成均匀料帘，使得颗粒状物料均匀平整的铺在网状传送带上，以便于传送过程中物料与热风充分均匀的接触，提高烘干品质。整个部件均采用不锈钢材料制作，耐腐蚀，耐磨，提高了使用寿命。进料轴螺旋采用左

20、右反向螺纹，当物料从传送装置送到料斗中部，通过链轮传动使得进料轴旋转，螺旋旋转使物料铺在网带上面，可以有效的保证物料进料的稳定性。3.4 风机的选择干燥设备中所选用的风机一般都采用离心式风机。离心式通风机按压力不同可分为：低压离心式式通风机，风压P980Pa;中压离心式通风机，风压980PaP2942Pa;高压离心式通风机，风压2942PaP14710Pa。目前，风机产品将离心式通风机的传动方式规定为6种传动形式，如图所示：图3-6 离心式通风机的六种传动方式离心式通风机的旋转方向，可以做成右旋和左旋两种，从原动机一段正视，叶轮旋转为顺时针方向的，称为右旋，用“右”表示；旋转方向为逆时针方向的

21、，称为左旋，用“左”表示。离心通风机出风口位置设计，根据使用的要求，可以做成向下、向上、水平向左、向右、各种倾斜布置等多种形式。为了使用方便起见、出风口往往做成可以自由转动的结构。风机制造厂规定8个基本出风口的位置和基本5个进风口位置：0、45、90、135、180，特殊用途例外。风口位置布置及表示方法如下图所示：图3-7 出风口位置以及表示方法代号结合上述规定，计算算选用风机的型号和类型类型如下：1、每秒钟流量：Qs=6800/3600= 1.89 m3/s2、指定条件下空气密度：=P/RT=96000/（287（273+200）=0.707 Kg/m33、换算为标准状态下的全压： PtF0

22、=PtF0/=20101.2/0.707=3412 Pa4、选定风机主轴转速：n =2800 r/min5、计算压缩性修正系数： Kp=K/（K1）（1+PtF/P）(k1)/k)1(PtF/P)1=1.4/(1.41) (1+2010/96000)(1.41)/1.41 (2010/96000)1=0.99266、计算所需风机的比转速： Ns=5.54 n Q01/2/(KpPtF0)3/4=5.5428001.890.5/(0.99263412)3/4 =487、选用Y548型离心引风机，查得该型风机无因次特性曲线最高效率点参数为： 流量系数：=0.1225全压系数：t=0.536内效率:

23、=0.8358、计算叶轮外径： D2=（27/n）KpPtF0/（20t ）1/2=（27/2800）0.99263412/（21.20.536 ）1/2=0.497m选用Y54811No5A型引风机 9、校核内功率： Ni=PtFQs/1000=20101.89/(10000.835)=4.5 KW电机容量储备系数取为1.3,带传动机械效率取0.95,所需功率为:6.15KW选用电机为:7.5KW2极（型号：Y132S22）综上所述，选用引风机为Y5-48-11No5A型和排风机P8-18-12No6A型；全压范围为3413-16513Pa，风量范围为619-48800m3/h;功率范围在1

24、.5-410KW，输送介质最高允许温度为80。4 烘干机主机的设计4.1 通风管道的设计 风管是用于空气输送和分布的管道系统。风管可以按截面形状和材质分类。按截面 形状可分为：圆形风管、矩形风管、扁圆风管等多种类型，其中圆形风管受到阻力最小的高度尺寸最大，制作工艺复杂，所以应用上一般采用以矩形风管为主。按材质，风管可分为金属风管、复合风管、索斯风管等类型。螺旋圆风管是一种采用金属带料卷制成螺旋形咬缝的薄壁圆形管，主要用于空调和通风系统中。其材料主要以镀锌板为主，同时也可用不锈钢、铜、铝、彩钢板及微穿孔板等板材制造，使用在不同的场合一般0.5mm-1.2mm的厚度。优点：一、气密性：1、每个长度

25、的直管是采用一整片金属卷制而成，可达到最好高的气密性；2、螺旋风管安装时，管与管的连接口较少。典型的圆风管长度是4-6米，而矩形风管长度只有1-1.5米。允许的情况下，圆风管可以更长。3、连接两个风管只需要一个接头，而矩形风管则需要两个完全分离的法兰系统连接。二、耗材：1、在相同截面积情况下，矩形风管的周长比圆形风管长13%，长宽比12的矩形风管的周长就多出圆风管的20%，13多出30%，14的则多出41%；因此圆形风管的制作板材以及安装时所用的密封胶和保温材料都要比矩形风管少。 2、同样保温效果，与矩形风管相比，圆形风管可以用更薄的保温材料。也可使用较低密度的保温层。 3、安装吊托架的数量和

26、尺寸都可减少。矩形风管吊托架的距离为2.5M而圆形风管是3M。 4、圆形风管优越的结构特点完全允许在相同情况下使用更薄的板材加工。三、圆形风管的管路系统都是标准化的，由于尺寸的标准化，完整系列的管件及接头可以预先制作好，圆形风管的连接简便，安装一条圆形风管只需一人，而矩形风管至少需要两个人。四、圆形风管的磨擦损耗比矩形风管要小。这是由于Spiro圆形风管及其配件的气流阻力显著减小且具有高度的气密性。因此选择风机时，配套的电机功率也大为下降，从而降低了系统的日常运行成本和风机的一次性投资资金。因此本次设计机型采用的是螺旋风管配套。送风管道包括进风管道和上风管道，进风管道设计放在保温箱体下面既节约

27、了空间又便于输送。进风管道跟保温箱之间采用间隙配合，便于安装与维护。在出气管道口处安装了一个防止被干燥颗粒落入的装置，这样掉落的颗粒就不容易掉到进气管道内，也不会造成输气管道的堵塞。同时把保温箱的底部设计成具有一定的倾斜角度，这样掉落的烘干颗粒，可以随着机器的振动，最后聚集到一起，这样方便烘干机的清理。出气管道是用薄钢板焊接而成的，这样既减少了烘干机的本身重量和生产成本。可以接上排风装置以便于快速排风，比如烘干一些小颗粒状的种子，这样湿风可以被快速的吸出，加快烘干速度和质量。同时采用双管道排风，有助于气流的快速流动，加快干燥速率。选择保温材料要因地制宜，选用的保温材料无腐蚀性、热阻打、耐热、持

28、久、性能稳定、质量轻、有足够强度、吸湿性小、易于施工成型、成本低方面考虑，保温材料可按照下表表2-57和表2-58考虑： 综合考虑选择工业玻璃棉做为送风管道的保温材料。4.2 保温箱的设计 保温箱采用具有很好保温性能的保温材料加工制成，焊接在支架上。保温箱具有一定的厚度，这样可以很好的起到保温作用和确保被烘干颗粒的不被环境杂质污染，从而避免被烘干颗粒的浪费。保温箱被两个隔板分成三个区域，第一个区域是高温区，主要功能是对烘干颗粒进行高温快速烘干，使其表面水分快速蒸发。第二个区域是主要是对烘干颗粒进行彻底烘干，这个区域很大，这样有足够的时间对颗粒进行烘干。第三个区域是低温区，主要功能是对颗粒进行降

29、温烘干，以便于控制出料温度。保温箱体在三个区域尾部分别设计三个取料窗口，便于对于烘干室内的物料情况进行取样分析，及时调整工作状态。保温箱体设置检查、清理、维修及灭火用的人孔或手孔，孔盖与机身的连接设计应该不必使用任何工具就可方便的从任何一侧打开。保温箱内表面应该平滑，不带有凸台凹槽等结构，以保证粮食流动畅通，防止粮食和杂志积聚，形成火灾隐患。外型机构如下图示意所示：图4-1 保温箱设计外体和管道布置结构图4.3 干燥过程分析干燥过程的特点在烘干过程中，由于物料总是具有一定的几何大小尺寸，实际上由于上述传热传质过程在热气流与物料颗粒之间和物料颗粒内部的机理是不完全相同的，在干燥理论上就将传热传质

30、过程分为热气流与物料表面的传热传质过程和物料内部的传热传质过程。由于这两种过程的不同而影响了物料的干燥过程，两者在不同干燥阶段起着不同的主导和约束作用，这就导致了一般湿物料干燥时前一阶段总是以较快且稳定的速度进行，而后一阶段则是以越来越慢的速度进行，所以我们就将干燥过程分为等速干燥阶段和降速干燥阶段。 （1） 等速干燥阶段 在等速干燥段内，物料内部水分扩散至表面的速度，可以使物料表面保持着充分的湿润，即表面的湿含量大于干燥介质的最大吸湿能力，所以干燥速度取决于表面气化速度。换句话说，等速段是受气化控制的阶段。由于干燥条件（气流温度、湿度、速度）基本保持不变，所以干燥脱水速度也基本一致，故称为等

31、速干燥阶段，此一阶段热气流与物料表面之间的传热传质过程起着主导作用。因此，提高气流速度和温度，降低空气湿度就都有利于提高等速阶段的干燥速度。等速阶段物料吸收的热量几乎全部都用于蒸发水分，物料很少升温，故热效率很高。可以说等速段内的脱水是较容易的，所去除的水分，纯属非结合水分。 （2） 降速干燥阶段 随着物料的水分含量不断降低，物料内部水分的迁移速度小于物料表面的气化速度，干燥过程受物料内部传热传质作用的制约，干燥的速度越来越慢，此阶段称为降速干燥阶段，有以下几个特点： 降速段的干燥速率与物料的湿含量有关，湿含量越低，干燥速率越小； 降速段的干燥速率与物料的厚度或直径很有关系，厚度越厚，干燥速率

32、越小； 当降速阶段开始以后，由于干燥速率逐渐减小，空气传给物料的热量，除作为气化水分用之外，尚有一部分将使物料的温度升高，直至最后接近于空气的温度；降速段的水分在物料内部进行气化，然后以蒸汽的形态扩散至表面，所以降速阶段的干燥速率完全取决于水分和蒸汽在物料内部的扩散速度。因此也把降速段称作内部扩散控制阶段；在降速阶段，提高干燥速度的关键不再是改善干燥介质的条件，而是提高物料内部湿份扩散速度的问题。提高物料的温度，减小物料的厚度都是很有效的办法。相对等速干燥阶段，降速段的干燥脱水要困难得多，能耗也要高得多。所以为了提高干燥速度，降低能耗，保证产品品质，在生产工艺允许的情况下，应尽可能采取打散、破

33、碎、切短等方法减小物料的几何尺寸，以有利于干燥过程的进行。5 传动系统设计5.1 电机的选择根据题目要求和生产实际情况，选用三相异步交流电机。由于烘干时间的需求，控制方式为变频控制。可以得到各种转速。根据计算选用功率为1.1kw的电机。电机的外形尺寸如下图所示：图 5-1 电机外型安装图其主要参数如下： 额定功率：1.1 KW 转速：0-3000r/min功率因数：0.88 重量：17kg5.2 传动方式的选择链传动是一种挠性传动，它由链条和链轮组成，通过链轮轮齿与链条链节的啮合来传递运动和动力。链传动与传统的摩擦型传动相比，其无弹性滑动和整体打滑现象，因此能保持准确的平均传动比，传动效率较高

34、；又因链条不必同带那样张得很紧，所以轴上的受到的径向压力较小；链条采用金属材料加工，在同样的使用条件下，整体尺寸较小，结构更为紧凑；同时，链传动能在高温和潮湿的环境中工作。同齿轮传动相比，其制造和安装精度要求较低，成本也低，远距离传动时，结构比齿轮传动轻便的多。链传动主要应用在要求工作可靠，两轴相距较远，低速重载，工作环境恶劣，以及其他不适宜采用齿轮传动的场合，因此，采用链传动做为传递电机动力的方式，以保证很好的工作性能。链轮型式如下图所示：图 5-2 链轮示意图5.3 链传动的选择与计算传动比： 主动链轮的转速：电机的额定功率：(1) 选择链轮齿数取小链轮齿数： 大链轮齿数：(2) 确定计算

35、功率由表9-7查： 由图9-13查得： ，双排链。则计算功率：（3）选择链条的型号和节距根据及 查9-11图，可选 32A查表9-1 ，链条节距（4）计算链条节数和中心距根据实际情况需要，取中心距 相应的链长节数：=35.39取链长节数 节（5）计算链速，确定润滑方式由和链号32A，查图9-14可知应采用定期人工润滑。（6）计算压轴力有效圆周力 链轮水平布置时的压轴力系数为KFP=1.15,则压轴力为FP=KFPFe=1.155000=5750N5.4 烘干机网带的选择网带式烘干机是利用钢网作为传输带运载物料进行连续烘干的干燥设备，最适宜流水作业。由于传输带是网状，所以对烘干规则或不规则各种块

36、状物（如：煤块、各种矿粉成型快、食品、蔬菜等）最为适宜。网带式烘干机是一种批量、连续式生产的干燥设备，主要加热方式有电加热、蒸汽加热、热风加热。其主要原理是将物料均匀的平铺在网带上，网带采用12-60目的钢丝网带，由传动装置拖动在干燥机内往返移动，热风在物料间穿流而过，水蒸气从排湿孔中排出，从而达到干燥的目的，箱体长度由标准段组合而成，长度6-40m，有效宽度0.6-3.0m。网带式烘干机特点：(1)投资小、干燥速度快、蒸发强度高.(2)效率高、产量大、产品质量好(3)标准化生产，可根据产量增加段数。图 5-3 网带示意图主要技术参数： 规格型号HJWD6HJWD8HJWD10HJWD12HJ

37、WD16HJWD20HWD24HJWD30网带宽度（mm）600800100012001600200024003000干燥段长度（m）6-126-126-168-168-2210-2612-3012-40进料段长度（m）111111.51.52传动段长度（m）111111.51.52干燥面积（m2）3.6-364.8-486-807.2-9612.8-10520-26028.8-3636-600热源热风、电、蒸汽运行速度0.06-1m/min传动功率（Kw）1.1-2.21.1-2.21.1-2.21.1-31.5-31.5-43-7.55-11配套设备输送设备、热风炉、除尘设备、引风机等表

38、5-1 网带的选择依据根据题目要求和实际情况选择HJWD10 型号的网带。5.5 主轴设计与校核 IV III II I图5-4 主传动轴装配图5.5.1 轴的设计（1）轴直径的设计式 （2）为了满足链轮的轴向定位要求轴I-II段III-IV-V左V-VI端VII需制出一轴肩，故取II-III段的直径45mm，右端用螺母定位，链轮 L=52mm，由于用螺母紧定，取 L=100。（3）初步选择滚动轴承因轴轴承只受径向力作用，故选用深沟球轴承。参照工作要求并根据45mm，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组标准精准等级的深沟球轴承 6210。基本尺寸为 故 根据要求取,。根据机身设计需要各段尺寸值

39、如上图。（4）轴上零件的周向定位链轮与轴的周向定位采用键连接 同时为了保证链轮与轴配合有良好的对中性，故选择链轮与轴的配合为 （5）确定轴上圆角和倒角尺寸参考表15-2，取轴端倒角2x45，个轴肩处的圆角半径R=1。5.5.2轴的刚度计算图 5-5 受力分析图1）求作用在轴上的力（图5-4）垂直面（Fv）水平面（Fh）轴承2)作出弯矩图（图5-4）垂直面（Mv）水平面（Mh）III截面合成弯矩3）作出转弯矩图（图5-4）4）作出当量弯矩图（图5-4），并确定可能的危险截面III。III截面已知轴材料为45钢调质，查表得=650MPa。用插入法查表得=102.5MPa，=60MPa。因此 ，故安

40、全。5）校核轴径结论：按当量弯矩法校核，轴的强度足够。5.5.3 精确校核轴的疲劳强度（1）判断危险截面截面I，II，IV只受扭矩作用，虽然键槽、轴肩及过渡配合多引起的应力集中均削弱轴的疲劳强度，但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的，所以截面I，II，IV均无需校核。(2)扭转刚度的计算与校核主轴属空心阶梯轴，则要求= =0.05T =.=932645=420N/mT-轴所传递的转矩，T =95500Nmml-轴受转矩作用的长度，l =700 mmd-轴的外径，mm-轴的内径，mm-第i段所受的转矩, =T=420N/m，-第i段轴的长度、直径和空心轴内径，mm查机床设计实用手册15知

41、，对于精密传动要求: =0.250.5/m根据计算, =0.05结论: 主轴的扭转刚度完全符合精密传动的要求。5.6 轴承的计算a)初选轴承型号因为轴承之承受径向载荷，选用径向接触轴承中的深沟球轴承，深沟球轴承摩擦因数小，允许极限转速高，价格低廉，应用广泛。根据轴颈选用6210轴承，选用脂润滑方式，查GB/T276得轴承的性能参数为：=35000，=23200，=6700。b)寿命计算1）当量载荷 由于轴承不受轴向载荷，所以轴承的轴向载荷=0，查表得X=1，Y=0，=1.3。故=1.3=1.3=1.3=1.3=,且轴承1.2有同型号，尺寸相同的，故只对轴承1进行寿命计算即可。=1078N2）计

42、算轴承寿命= =式中=3计算结果表明，选用6210型深沟球轴承能满足要求。6 电气控制部分设计系统的电气部分包含：电动机和电机电源、可编程序控制器、EM235扩展模块、基于传感器的温度控制器、变频器、继电器-接触器电路、按钮、中文文本显示器、故障报警灯和蜂鸣器等。6.1 电动机和电机电源在整个烘干系统中，需要控制3个电动机，输送带的运动需要一个三相交流异步电动机（配交流变频器）,风机需要两个电机提供动力源。三相异步电动机结构简单，维护容易，运行可靠，价格便宜，具有较好的稳态和动态特性。三相电机的定子绕组，每相都由许多线圈所组成。定子绕组的首端和末端通常都接在电动机接线盒内的接线柱上，一般接成星

43、形或三角形。按照我国电工专业标准规定，定子三相绕组出线端的首端是U1、V1、W1， 末端是U2、V2、W2。在此烘干系统中，电动机所接入的线电压等于电动机的额定相电压，所以，它的绕组应该接成三角形。图 6-1 长期过载与缺相双重保护的控制线路电动机带有比额定负载稍高一点的负载长期运行，这样会使电动机等电气设备因发热而导致温度过高，甚至会超过设备所允许的温升而使电动机等电气设备的绝缘损坏，所以必须给予保护。在图中，热继电器FR的发热元件在电动机的主回路中，而其触点则串在控制电路接触线圈的回路中。当电动机过载时，热继电器的热元件就发热，将其在控制电路内的动断触点断开，接触线圈失电，触点断开，电动机

44、停转。在这个线路中，当电动机的电源断了一相时，继电器KV2和KV3至少有一个失电，其常开触点使接触器KM2失电，从而使电动机得到保护。在此控制系统中，选用三相交流电源。6.2 可编程序控制器根据题目需要和实际的控制要求，本控制系统拟采用PLC控制。6.2.1 PLC的简单介绍PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计

45、。PLC在工业控制中有以下特点：（1）可靠性高，抗干扰能力强高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。例如三菱公司生产的F系列PLC平均无故障时间高达30万小时。一些使用冗余CPU的PLC的平均无故障工作时间则更长。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时可及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除P

46、LC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护，可靠性得以保证。（2）配套齐全，功能完善，适用性强 PLC发展到今天，已经形成了大、中、小各种规模的系列化产品。可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种数字控制领域。近年来PLC的功能单元大量涌现，使PLC渗透到了位置控制、温度控制、CNC等各种工业控制中。加上PLC通信能力的增强及人机界面技术的发展，使用PLC组成各种控制系统变得非常容易。（3）易学易用，深受工程技术人员欢迎 PLC作为通用工业控制计算机，是面向工矿企业的工控设备。它接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。梯形图语言的图

47、形符号与表达方式和继电器电路图相当接近，只用PLC的少量开关量逻辑控制指令就可以方便地实现继电器电路的功能。为不熟悉电子电路、不懂计算机原理和汇编语言的人使用计算机从事工业控制打开了方便之门。（4）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的周期大为缩短，同时维护也变得容易起来。更重要的是使同一设备经过改变程序改变生产过程成为可能。这很适合多品种、小批量的生产场合。随着PLC的推广普及，PLC产品的种类和数量越来越多，而且功能也日趋完善。近年来，从美国、日本、德国等国引进的PLC产品及国内厂家组装或自行开发的产

48、品已有几十个系列、上百种型号。PLC的品种繁多，其结构型式、性能、容量、指令系统、编程方法、价格等各不相同，适用场合也各有侧重。因此，合理选择PLC，对于提高PLC在控制系统中的应用起着重要作用。可编程序控制器处理器除了微处理器以外，还包括存贮器，其中一部分是用户存贮器。用户存贮器中的程序存贮器用来存放用户程序文件，而数据文件用来存放数据文件。PLC机型选择的基本原则是，在功能满足要求的前提下，选择最可靠、维护使用最方便以及性能价格比的最优化机型。在工艺过程比较固定、环境条件较好（维修量较小）的场合，建议选用整体式结构的PLC；其它情况则最好选用模块式结构的PLC。对于开关量控制以及以开关量控

49、制为主、带少量模拟量控制的工程项目中，一般其控制速度无须考虑，因此，选用带A/D转换、D/A转换、加减运算、数据传送功能的低档机就能满足要求。而在控制比较复杂，控制功能要求比较高的工程项目中（如要实现PID运算、闭环控制、通信联网等），可视控制规模及复杂程度来选用中档或高档机。6.2.2 PLC控制系统的设计原则充分发挥PLC的控制功能，最大限度地满足被控对象的控制要求。在满足控制要求的前提下，力求使控制系统经济、简单，维修方便。保证控制系统的安全可靠。考虑到生产发展和工艺的改进，在选用PLC时，在I/O点数和内存容量上适当留有余地。设计控制系统的操作台、电气控制柜等以及安装接线图。本次设计主

50、要考虑：合理的结构型式。PLC主要有整体式和模块式两种结构型式。安装方式。PLC系统的安装方式分为集中式、远程I/O式以及多台PLC联网的分布式。相应的功能要求。一般小型PLC具有逻辑运算、定时、记数等功能，对于只需要开关量控制的设备都可满足。图6-2 PLC基本结构框图图6-3 应用可编程序控制器的设计步骤6.2.3 PLC系统的选择（1）输入/输出的选择PLC是一种工业控制系统，它的控制对象是工业生产设备或工业生产过程，工作环境是工业生产现场。它与工业生产过程的联系是通过I/O接口模块来实现的。通过I/O接口模块可以检测被控生产过程的各种参数，并以这些现场数据作为控制信息对被控对象进行控制

51、。同时通过I/O接口模块将控制器的处理结果送给被控设备或工业生产过程，从而驱动各种执行机构来实现控制。PLC从现场收集的信息及输出给外部设备的控制信号都需经过一定距离，为了确保这些信息的正确无误，PLC的I/O接口模块都具有较好的抗干扰能力。根据实际需要，一般情况下，PLC都有许多I/O接口模块，包括开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块以及其它一些特殊模块，使用时应根据它们的特点进行选择。（2）确定I/O点数根据控制系统的要求确定所需要的I/O点数时应再增加10%20%的备用量，以便随时增加控制功能。对于一个控制对象，由于采用的控制方法不同或编程水平不同，I/O点数也

52、应有所不同。（3）开关量输入/输出通过标准的输入/输出接口可从传感器和开关（如按钮、限位开关等）及控制（开/关）设备（如指示灯、报警器、电动机起动器等）接收信号。典型的交流输入/输出信号为24240V，直流输入/输出信号为5240V。尽管输入电路因制造厂家不同而不同，但有些特性是相同的。如用于消除错误信号的抖动电路；免于较大瞬态过电压的浪涌保护电路等。此外，大多数输入电路在高压电源输入和接口电路的控制逻辑部分之间都设有可选的隔离电路。在评估离散输出时，应考虑熔丝、瞬时浪涌保护和电源与逻辑电路间的隔离电路。熔丝电路也许在开始时花费较多，但可能比在外部安装熔丝耗资要少。（4）模拟量输入/输出模拟量

53、输入/输出接口一般用来感知传感器产生的信号。这些接口可用于测量流量、温度和压力，并可用于控制电压或电流输出设备。这些接口的典型量程为10+10V、0+10V、420mA或1050mA。一些制造厂家在PLC上设计有特殊模拟接口，因而可接收低电平信号如RTD、热电偶等。一般来说，这类接口模块可用于接收同一模块上不同类型的热电偶或RTD混合信号。（5）特殊功能输入/输出在选择一台PLC时，用户可能会面临一些特殊类型且不能用标准I/O实现的I/O限定如定位、快速输入、频率等。此时用户应当考虑供销厂商是否提供有特殊的有助于最大限度减小控制作用的模块。有些特殊接口模块自身能处理一部分现场数据，从而使CPU

54、从耗时的任务处理中解脱出来。（6）智能式输入/输出当前，PLC的生产厂家相继推出了一些智能式的输入/输出模块。一般智能式输入/输出模块本身带有处理器，可对输入或输出信号作预先规定的处理，并将处理结果送入CPU或直接输出，这样可提高PLC的处理速度并节省存储器的容量。智能式输入/输出模块有高速计数器（可作加法计数或减法计数）、凸轮模拟器（用作绝对编码输人）、带速度补偿的凸轮模拟器、单回路或多回路的PID调节器、ASCII/BASIC处理器、RS-232C/422接口模块等。PLC系统所用的存储器基本上由PROM、E-PROM及PAM三种类型组成，存储容量则随机器的大小变化，一般小型机的最大存储能

55、力低于6KB，中型机的最大存储能力可达64KB，大型机的最大存储能力可上兆字节。使用时可以根据程序及数据的存储需要来选用合适的机型，必要时也可专门进行存储器的扩充设计。（7）PLC的存储器容量选择和计算的第一种方法是：根据编程使用的节点数精确计算存储器的实际使用容量。第二种为估算法，用户可根据控制规模和应用目的，按照表4的公式来估算。为了使用方便，一般应留有25%30%的裕量，获取存储容量的最佳方法是生成程序，即用了多少字。知道每条指令所用的字数，用户便可确定准确的存储容量。西门子公司的SIMATIC S7-200 系列PLC是一种叠装式结构的小型PLC。它指令丰富、功能强大、可靠性高、适应性好、结构紧凑、便于扩展、性价比高，可以尽乎完美的满足小规模控制的要求。（8）S7-200 CPU 模块包括一个中央处理单元（CPU）、电源以及数字量I/O点，这些都被集成在一个紧凑、独立的设备中。1） CPU 负责执行程序和存储数据，以便对工业自动控制任务或过程进行控制。2） 输入和输出是系统的控制点：输入部分从现场设备中采集信号，输出部分则控制泵、电机、以及工业过程中的其他设备。3） 电源向CPU及其所连接的任何模块提供电力。4） 通讯端口允许将S7-200 C