脱皮机械设计说明书.dot.doc

武汉轻工大学武汉轻工大学 毕业设计毕业设计 设计题目：基于外碾削的立式碾米机的创新设计设计题目：基于外碾削的立式碾米机的创新设计 姓姓 名名 肖肖 建建 平平 学学 号号 01051121 院院 系系 机械工程系机械工程系 专专 业业 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 指导教师指导教师 李李 诗诗 龙龙 2005 年年 6 月月 摘摘 要要 机械创新设计就是指利用移植、延伸、思维的扩展、仿生、专利利用、逆向思 维等创新方法对机器的结构和原理进行创新。在全面了解现行的碾米机的结构和原 理后，发现其存在的问题。为了解决这些问题，对碾米工艺、碾辊条、米刀的表面 性状和组合参数等关键技术进行了解和分析研究， 利用思维扩展和逆向思维等创 新方法对立式碾米机的结构和原理上进行创新，并且成功设计出一种基于外碾削的 立式碾米机。该碾米机主要有以下四个创新点：一、碾白原理采用外碾削原理；二、 出米嘴可以沿方向任意定位；三、进料机构可实现粗调和微调；四、米糠罩采 0 360 用的是有机玻璃，这样就很容易观察到碾米室内的情况。 关键词关键词：碾米机 立式碾米机 外碾削 碾白原理 创新设计 Abstract Innovating design of the machine is that use innovating methods, such as extend、condense、compound to design or improve the machine again .After we comprehend the construction and principle of the modern whitening machine, we find out that there are some drawbacks of the modern whitening machine. In order to settle the drawbacks of the modern whitening machine, we depend on the type of the rice to research the whitening technology and milling diameter, after that, we design to improve the construction and principle of the vertical milling machine again. The outside whitener vertical whitening machine use the regressive thought and other methods to improve the usual vertical whitening machine, and we design a new outside whitener vertical machine by combine the usual vertical whitening machines construction and milling whitening. There are four innovating points in new designed machine. It is difference from the usual vertical milling machine. The first point is that the outside whitening principle is used into rice whitener. The second point is that the outlet can be orientated in any angle. The third point is that the inlet can be regulated quickly and/or slowly. The fourth point is that the material of the hood of the rice bran is Plexiglas so that people can easily observe the circumstance of the whitener. Key： Rice milling machine Vertical whitening machine Outside whitening Rice whitening principle Innovating design 目目 录录 第第 1 1 章章 前前言言 1.1 课题的背景和意义 . 1.2 碾米机的国内外发展状况 . 1.3 本课题主要设计内容 . 第第 2 2 章章 碾米原理分析、设计方案论证碾米原理分析、设计方案论证 2.1 碾米原理 . 2.1.1 擦离碾白 . 2.1.2 碾削碾白 . 2.2 设计方案论证及理论分析 . 2.2.1 传统碾米机类型与碾米工艺特点分析 . 2.2.2 设计要求及方案选择 . 2.3 本新型米机的创新点和结构设计 . 2.3.1 新型碾米机碾白室部分 . 2.3.2 排料机构部分 . 2.3.3 进料装置部分 . 2.2.4 碾白室外罩部分 . 2.2.5 总体结构 . 第第 3 3 章章 主要设计参数的计算主要设计参数的计算 3.1 碾白辊的设计计算 . 3.1.1 单位产量运动面积 A 和碾白辊筒参数的选择 . 3.1.2 流量的确定 . 3.1.3 A 的选择及 S 的确定 3.1.4 碾白辊筒表面性状和碾白压力验算 . 3.1.5 螺旋输送器的输送量 . 3.2 电机至碾辊轴传动计算 . 3.2.3 确定带轮的基准直径 . 3.2.4 确定中心距和带的基准长度 . 3.2.5 确定带的根数 . 结论结论. 谢辞谢辞. 参考文献参考文献. 附录附录. 第第 1 1 章章 前言前言 1 1. .1 1 课课题题的的背背景景和和意意义义 20 世纪是知识不断创新、科技突飞猛进、世界深刻变化的世纪，21 世纪科 技创新将进一步成为社会和经济发展的主导力量。世界各国综合国力竞争的核心， 是知识创新、技术创新和高新技术产业化。创新是一个国家国民经济可持续发展 的基石。 创新设计是技术创新的重要内容。工程设计是建立技术系统的第一道工序， 它对产品的技术水平和经济效益起决定性的作用，据统计，产品成本的 75%80%是由设计阶段确定的。设计的本质是革新和创造。强调创新设计是要求 在设计中更充分发挥设计者的创造力，利用最新科技成果，在现代设计理论和方 法的指导下，设计出更具有竞争力的新颖产品。 机械创新设计（ MCD）是指充分发挥设计者的创造力，利用人类已有的相 关科学技术成果（含理论、方法、技术、原理等） ，进行创新构思，设计出具有 新颖性、创造性及实用性的机构或机械产品（装置）的一种实践活动。它包含两 个部分：一是改进完善生产或生活中现有的技术性能、可靠性、经济性、适用性 等；二是创新设计出新机器、新产品，以满足新的生产或生活需要。机械创新设 计的目标是由所要求的机械功能出发，改进、完善现有机械或创造发明新机械实 现预期的功能，并使其具有良好的工作品质及经济性。 我国是一个农业人口大国，大米是我国人民的主食食品之一。碾米机是大米 加工的关键设备，对碾米机进行创新设计不但可以不断提高大米加工的品质， “让百姓吃上好米 ” ，还可以提升 国内大米的销售价格，改善大米加工厂的经济 效益。本课题正是基于这一点提出来的。 1 1. .2 2 碾碾米米机机的的国国内内外外发发展展状状况况 自 1860 年英国发明第一台碾米机以来，碾米工业发生了巨大变化。机械式 碾米不断演变并取得重大进展。当今，按碾辊布置形式可分为横（卧）式碾米机 和立式碾米机两大类。近几十年来，国内外对横式和立式碾米机的碾白原理、碾 白室结构、碾辊材料及几何形式、运动学参数及工艺性能指标等进行了较全面的 深入的研究，其技术日臻成熟，各种系列和不同规格的碾米机问世定型，并获广 泛使用。 国外生产碾米设备的公司有很多， 并且由于国外比较早就开始研究碾米技 术，所以国外的技术一般都比国内的要 先进。在国外比较著名的公司有 日本佐 竹米机、瑞士布勒米机、意大利 OLMIA 米机、德国的 Schllle 米机等公司。由 于这几个公司的技术水平比较高，处于世界领先水平，所以这几个公司在我国占 有不少的市场。日本左竹公司可以生产从清理稻谷到大米进行最后抛光的成套碾 米设备。其许多技术都处于世界领先水平：如该公司生产的VTA7A-C 型立式 砂辊碾米机、VBF7B-C/MC 立式铁棍碾米机等米机都是他们的新产品，产量可 达 45t/h（表 1-1） 。另外瑞士布勒公司可以生产成套的碾米设备的生产能力达 到 502000T/D，并且其成套设备采用比较好的控制系统，其自动化程度、出米 率都比较高，能耗不大，且成品大米质量较好。这些产品在我国都是比较受欢迎 的。 在我国生产碾米机的厂家主要有湖北永祥碾米机械厂，其主导产品NF14 喷风碾米机在市场上受到普遍欢迎，此外湖南郴州粮机厂生产的系列立式双辊碾 米机，具有完全自主知识产权，也受到用户的好评。 表 1-1 国内外碾米机的主要技术特性 制造国家和形式处理能力（t/h）配备动力（ kw） 日本左竹立式砂辊碾米 机（VBF7A-C） 4-537-45 日本左竹立式铁棍碾米 机(VBF7B-C/MC) 4-537-45 瑞士布勒成套碾米设备50-2000(t/d) 中国立式双辊碾米机 （MNML.21.5/21.5） 2.5-3.330-37 中国立式单辊碾米机 (MNTL21.5) 4-537-45 然而，目前国内外的碾米机，不管是立式的还是卧式的，都还存在一些不足。 首先，从碾米的总体效果来评价，立式碾米机优于卧式米机。对于卧式米机，米 粒由于受重力的影响，米流在周向截面的上，下及两侧间隙内密度不同（有密度 差） ，导致产生周向压力差而使各部位所受的碾白作用有差异，最终影响碾白效 果。对于立式米机，它的米流密度在轴 向同一高度点基本一致，所以在环形的 前、后、左、右的周向压力变化不大， 只要调节好碾白压力，就能获得理想的 碾米效果。其次，就立式碾米机而言也 存在不足之处：现代的碾米机大都结合 了喷风碾米技术，在碾米过程中，由于喷风作用和碾辊带动米流产生的离心力作 用，使米粒紧贴米筛内壁，从而不但减弱了碾辊的碾白作用，而且加速了米筛的 磨损，大大的降低了米筛的使用寿命。无论是卧式米机还是立式碾米机，其碾白 室都是碾辊在内，米刀在外的机构布置形式。 另外，a a.传统碾米机由于出料口和喂料口位置是固定的，因而在安装时不能 很好的适应不同用户的需要； b b.碾白室的外罩一般都采用不透明的金属材料制 成，不利于对碾白室工作情况进行适时观察，容易造成碾米机闷车；c c.进料机 构调节装置一般只有粗调性能或者是粗调和微调分开操作，不利于精确调节进料 量或方便操作。 为了解决这些问题，我们将在导师的引导下，结合机械创新设计方法，通过 借鉴了日本和墨西哥等国的新型立式碾米机的结构，对我国现行的碾米机进行 创新设计。 1 1. .3 3 本本课课题题主主要要设设计计内内容容 本课题设计的主要任务在于利用机械创新设计方法设计一种新型的碾米机械， 具体内容如下： 1大米碾削原理的创新设计：设计合理的碾白工艺，使碾削效果得到进一 步改善； 2外碾削碾白室的结构创新设计：对碾白室的结构进行创新和改进设计； 3碾米机的其他结构的创新设计：根据碾米加工的实际要求，对进料系统 的流量调节机构、进、出料口的位置调节和风量大小的调节，以及机器的外罩等 进行创新和改进设计。 本课题组共三人，我主要负责碾白室的结构创新设计。 第第 2 2 章章 碾米原理分析、设计方案论证碾米原理分析、设计方案论证 2 2. .1 1 碾碾米米原原理理 碾米就是运用物理机械的方法将糙米的米皮（即糠层）部分或全部剥除，使 之成为符合规定等级标准要求的成品的工艺过程。图2-1 是碾米机碾米过程示 意图，糙米从进料口进入碾米室，接受碾辊的碾磨后糙皮脱落而成为白米， 图 2-1 碾米机碾白过程示意图 同时白米从出料口输出，而糠则被风喷出并由排糠系统排出。糙米在由不同材料 制成的碾辊的碾白室里受到的作用力是不同的。碾米的原理根据在碾去糙米皮层 时的主要作用力性质不同，一般可分为以下两大类： 2.1.12.1.1 擦离碾白擦离碾白 由于摩擦力作用使米皮沿着粒面表面产生相对滑动，并被拉段磨除的作用称 为擦离作用。碾米时依靠碾辊对米粒的推进和翻动，造成米粒与米粒，米粒与碾 白室构件发生碰撞、挤压和摩擦，使米皮与胚乳脱离碾成白米。 利用擦离作用而使糙米碾白的方式称摩擦擦离碾白 (如图 2-2(a)所示。一 般来说这种碾白方式必须在较大压力的摩擦下进行，这就要求作用于糙米皮层的 摩擦力满足下面三个条件：（ 1）应大雨米粒皮层的结构强度，才能使皮层延伸、 断裂；（2）应大于米粒皮层与胚乳的结合力，才能使皮层与胚乳脱离；（3） 应小于胚乳本身凝聚力，才能是皮层沿着胚乳表面擦离时而不至于产生碎米。 擦离碾白必须具有较大的内压力，所以有称压力式米机。 擦离碾白的大米表面光洁，脱皮均匀，色泽明亮，但由于需要较大压力，因 此容易产生碎米，所以适于加工强度好的糙米，如优质粳糙米。对水分过低的糙 米，由于其表面显得干燥，且与胚乳结合得紧密，所以去皮困难，且易折断；对 a)摩擦擦离作用 b)碾削作用 于粉质米粒，则易产生碎米；对于水分 不均糙米，碾制时会发生精度不匀后果。 目前擦离碾白方式一般在碾制精米时，用于最后一道米机（多机碾白工艺） ， 采用较小的压力，对米粒表皮起光洁作用。 (a) 摩擦擦离作用 (b) 碾削作用 图 2-2 碾白原理分类 2.1.22.1.2 碾削碾白碾削碾白 糙米在米机碾白室内，借助与高速旋转的，由许多尖锐、坚硬的砂刃密集而 成的金刚砂辊筒表面，沿着糙米皮层作不断的快速运动，并把米皮不断削离下来 的作用，称为碾削碾白 (如图 2-2(b)所示)。 碾削碾白可使糠层较快脱落，所需压力较小，速度较快。碾白效果的好坏， 一般决定于以下两个因素： （1）应具有足以破坏米皮结构的作用力，即需要有一定碾削力。但为了防止 因碾削过深，损伤胚乳而造成碎米的不良后果，所以碾削碾白的碾米机内压力不 宜过大，金刚砂粒度也不应过粗。 （2）碾削机会要多，而且要均匀。为此辊筒应具有一定的线速度，同时要使 米粒有足够的翻动机会，以达到精度均匀的目的。以碾削作用为主的碾米机。它 的碾辊线速度较高，所以又称速度式米机。 2 2. .2 2 设设计计方方案案论论证证及及理理论论分分析析 2.2.12.2.1 传统碾米机类型与碾米工艺特点分析传统碾米机类型与碾米工艺特点分析 2.2.1.12.2.1.1 横式碾米机横式碾米机 横式碾米机的碾白物料由一端进入碾白室，从碾白室的另一端流出。在高速 旋转的碾白辊作用下，米粒在流动状态下被碾白，米粒在碾白室内的运动可以看 作是一条绕碾辊运动的水平螺旋线。米流在碾白室内的流动方向与米流的重力方 向垂直。横式碾米机一般分为两大类： 一为单辊横式碾米机（如图 2-3（a） ） ， 另一为双辊碾米机（如图 2-3（b） ） 。双辊碾米机主要是为了增加碾白效果和提 高产量，它主要是用于那些要经过多道碾白的大米。这类碾米机有如下工艺特 点： （1）碾碾白白均均匀匀度度好好 米粒的碾白均匀度与与碾辊的结构形式、制造材料和 运动参数有关，重要的是与米粒在碾白室内的运动状态有关。米粒在滚动中碾白， 其碾白均匀度最佳。横式碾米机中米粒在碾白室内的运动是从碾辊中获取的，在 高速旋转的碾辊作用下，米粒急剧翻滚，米粒既有沿其长轴的滚动，又有沿其短 轴上的翻转，米粒的滚动和翻转，米粒在碾白室内处于一种无规则的急剧翻滚动 状态。正是这种无规则的翻滚，使米粒各点都能受到碾削和擦离作用取得均匀碾 白效果。 （2）碾碾白白过过程程中中易易产产生生碎碎米米 横式碾米机在碾白过程中，受米流自身重力 的影响，碾白室横截面上米粒流体密度不均匀，碾白室下半部米粒流体密度较大， 相对应的周向压力大，使米粒在此受到的碾白作用强，易产生碎米；在碾白室的 上半部，由于米粒密度小，米粒间空隙较大，在高速旋转碾辊作用下，米粒与碾 白室构件之间快速冲撞也易产生碎米。特别是产生的小碎米、米粞量多。 支架 皮带 出料嘴 料斗 电机 碾辊 图 2-3(a)横式单辊碾米机原理结构示意图 特别要指出的是：横式碾米机的机内压力调节装置米刀都设置在下方，因此， 更加大了周向间的压力差。操作时米刀调节不当，如进量过大，米刀不与碾辊面 平直，前段进刀浅，后段进刀深等都会造成米机工况严重劣化。 图 2-3(b)横式双辊碾米机原理和结构示意图 2.2.1.22.2.1.2 立式碾米机立式碾米机 立式碾米机根据进料方式不同，分为上进料下出料立式碾米机和下进料上出 料立式碾米机两种，下面分别讨论。 （1）上上进进料料下下出出料料立立式式碾碾米米机机 （如图 2-4（a）所示） 碾白物料由碾米 机的上方进入该机碾白室，在碾辊和米粒流体自身重力的共同作用下，米粒在流 动中被碾白并从碾白室下方排出机外。米粒流体在碾白室内的运动可以看作是一 条自上向下绕碾辊运动的垂直螺旋线，米流在碾白室内的方向与其自身重力方向 相同。该机表现在下列工艺特点： a 碾碾米米机机动动力力消消耗耗低低 碾白过程中，米粒流体自上而下运动。受重力影响， 米粒具有自上向下自身输送的能力，因此减小了米机的动力消耗。碾米机消耗在 碾辊上的动力，主要用于米粒的碾白。不像横式碾米机和下进料上出料立式碾米 机，消耗在碾米辊上的动力，既用于米粒碾白，又用于米粒的轴向输送。 b 碾碾白白过过程程中中产产生生的的碎碎米米少少 碾白过程中，该机碾白室横截面上米粒流体 密度均匀，因而碾白压力均匀，且米粒自上而下，多数米粒长轴方向与碾轴轴线 基本平行，在运动过程中，改善了受力状况，受弯曲与剪切的几率较少，因而减 少了碎米率，产生的碎米少、米粞也少，排出的米糠纯净。与横式碾米机相比较， 米糠中基本无小碎米，小米粞的含量也很少。 c 碾碾白白均均匀匀度度稍稍差差，采采用用多多道道碾碾白白为为好好 碾白室内米粒流体的自身重力，加 快了米粒通过碾白室的速度。当采用与横式碾米机相同的碾辊结构参数、运动参 数时，重力使米粒在该机中的受碾时间比横式碾米机缩短，则在碾白过程中的翻 滚次数也相对减少，碾白均匀度稍差于横式碾米机。生产中可以采用多道碾白来 提高碾白均匀度， 4 或 5 道碾白为佳。 （2）下下进进料料上上出出料料立立式式碾碾米米机机 （如图 2-4(b)所示） 碾白物料由碾米机的 下方进入碾白室，米粒在流动中被碾白并从碾白室的上方排出机外。米粒流体在 碾白室内的运动可以看作是一条自下向上绕碾米辊运动的垂直螺旋线。米粒流体 在碾白室内的流动方向与其自身重力方向相反。该机具有以下工艺特点： a 碾碾白白均均匀匀度度好好，出出碎碎米米少少，但但易易出出现现过过碾碾现现象象 生产中碾辊要克服米粒流 体的重力才能将米粒由下向上输送。受重力影响，米粒由下向上运行的速度较慢， 较之横式碾米机和上进料下出料立式碾米机米粒在该机中的受碾时间较长，米粒 在碾白过程中翻转的次数也相应增加，米粒的碾白均匀度较好。另外大多数米粒 长轴方向与碾辊轴基本平行，与上进料下出料米机一样，米粒受弯曲和剪切的几 率减少，其碎米明显减少，对提高留胚率有利。如果操作不当，也容易造成米粒 过碾和碎米增多。设计合理的碾辊结构形式，选择合适的碾辊运动参数，调节好 流量，可在取得较好碾白均匀度的同时避免米粒过碾和增碎。 b 米米机机动动力力消消耗耗高高 碾白过程中米粒要克服自身重力才能自下向上运行。米 粒的运动从碾辊上获得，碾米机消耗在碾辊上的动力不仅要用于米粒碾白，还要 克服米流的重力将米粒从碾白室低端输送到高端。与上进料下出料立式碾米机和 横式碾米机相比较，这种米机的动力消耗较高。 另另外外 传统立式碾米机有一个不可避免的缺点就是：碾白过程中，大米在离 心力和喷风的共同的作用下向米筛靠近，偏离了碾辊，也就是和碾辊的接触减少 了。在这种情况下，碾辊在立式碾米机中的碾白作用降低了。特别是砂辊碾米机， 主要靠布置在中心位置的碾辊的碾削作用实现碾白：因为它的转速一般都比较大， 碾辊在高速旋转下产生的离心力也比其它类型的碾米机大，因此碾 白效果就被更大程度的降低了。 此外，目前国内外使用较多、效果较好的碾白辊基本类型如表21。碾白 辊的组合使用，目的是为了获得更好的加工效果和提高产量。其结构相对简单， 这里就不一一说明了。不过，深入分析，它也存在明显的不足，比如：单机体 图 2-4（a）上进料立式碾米机原理和结构示意图 图 2-4（b）上进料立式碾米机原理和结构示意图 表 21 碾白辊组合基本类型 组合形式序号组合顺序辊径转速碾白压力 异轴组合1先砂后铁先大后小先快后慢砂小铁大 异轴组合2先砂后铁两者相同先快后稍慢先小后更大 同轴组合3先铁后砂两者相同先快后慢先大后小 同轴组合4先铁后砂先大后小两者相同先小后大 积大、加工过程中米粒由于增加了运动的距离而导致增碎率升高等。 2.2.22.2.2 设计要求及方案选择设计要求及方案选择 根据设计要求，新研制的外碾削碾米机主要用于生产普通精米，产量为 4.2T/h。根据上述碾米机的原理和设计要求，确定如下设计方案。 2.2.2.12.2.2.1 新型碾米机的碾削原理新型碾米机的碾削原理 根据生产的工艺要求和横式、立式碾米机就优缺点分析，采用所谓的“外 碾削” 立式碾米机结构，同时采用螺旋推进器和喂料绞龙进行物料输送，使糙 米能够充分和均匀的碾白。所谓 “外碾削”碾削原理，即将砂（或铁）辊制成 条状置于米筛圆面上，处于静止或相对静止状态，而将米刀置于中心使之旋转， 搅动米流。米流在离心力作用下，紧贴外碾辊，加强了摩擦，更加充分的发挥了 碾辊的作用，达到更好的碾白效果。 2.2.2.22.2.2.2 新型碾米机结构和外形新型碾米机结构和外形 根据人机工程学要求，尽可能降低劳动强度，保证操作的安全性，碾米机操 作尺度适宜，检测和调整省力、方便，确保机器能连续高效生产。 从安全角度看，设计中采用全封闭的可视化结构方案，机器运转工作完全在 封闭的机箱内进行，仅有进米口、出米口和排糠管伸在壳外。 2.2.2.32.2.2.3 碾白方式碾白方式 碾米机的核心部分 碾白部分，采用一机一道碾白方案，并与喷风碾米相 结合，该方案尽可能缩短工艺路线，保证碾米过程中米粒流体翻滚均匀。 采用强喷风机构，风机安装于底座底部，风由空心轴经碾辊的喷风孔喷入碾 白室内。在吹出糠粞的同时，加强了米粒流体的翻滚作用，增强碾削效果。 2.2.2.42.2.2.4 动力和传动形式动力和传动形式 本机采用一机一道碾白的立式结构和喷风碾米相结合，并且喂料装置采用绞 龙强制输送。从结构形式、动力传动方式看，采用一个电机显然不够。因此采用 两个电机提供动力。一个为碾白运动和风机提供动力的大功率电机，一个为喂料 绞龙提供动力的小功率电机，这种方式不仅动力传递简单且易控制。 传动方式采用 V 带传动，它具有 a.过载保护； b.结构简单、制造安装和维 护方便；c.V 带挠性好，横向刚度大； d.承载能力高及寿命长等优点。 2 2. .3 3 本本新新型型米米机机的的创创新新点点和和结结构构设设计计 2.3.12.3.1 新型碾米机碾白室部分新型碾米机碾白室部分 碾白室是碾米机进行碾白的关键工作部件，它主要由金刚砂碾削条、碾辊筒、 米筛、米刀、米筛框架和拨米轮六部分组成。它与其它部件的连接关系如图2- 5 所示。 图 2-5 螺旋输送器和碾白室的结构图 2.3.1.12.3.1.1 创新点创新点 碾碾米米原原理理 传统的碾米机，无论是卧式还是立式，其碾白室都是碾辊在内， 米刀在外的结构布置形式，由于碾辊的高速旋转，米粒流受到离心力的作用，碾 辊对米粒的碾削作用减弱。这一点对立式碾米机尤为突出。为此，我们利用逆 向思维和换位的创新设计方法 ：即对原有技术进行反向思考。因为实现同一目的的 方法和手段是多样的，而往往人们在进行设计时，由于对一种思维方向（顺向思维） 的习惯而设计出一类产品，但是在这种思维下的设计遇到问题时，由于惯性，大多 数人都会沿着原来的思维方向继续思考，在这种情况下往往就会陷入思考的死角， 不但不能解决问题，还浪费了大量的时间和精力。而逆向思维与之完全不同，它是 指在设计中反惯性而思考，采用完全与顺向思维相反的思路而获得相同的结果。本 设计即运用了逆向思维方式：在原理上，有别于国内外的绝大部分立式碾米机采用 的碾辊在内，米刀在外的碾白 原理。创新出外碾削的概念，即将碾辊制成砂条和 米筛均布在筛框上，而米刀则布置在中心旋转主轴上（如图 2-6 所示） 。米刀搅动米 流，大米在离心力和喷风气流的共同作用下可以很好地与砂条进行接触，得到充 分的碾削，同时克服了一般碾米机碾辊得不到充分利用的缺点。 图 2-6 外碾米原理示意图 1米筛框架 2砂条 3碾辊筒 4金刚砂米刀 在这种结构中，只要调整金刚砂米刀和砂条之间的间隙同样也可以适应各种 大米的加工要求。调整方法如下： A) 对于各型大米 对褐色米的一般抛光过程和对含稻壳的褐色米的同步碾削与抛光的加工过程 满足以下一步或二步： 米筛和金刚砂条之间的攻击刃口高度 1.01.5mm 金刚砂条和金刚砂刀之间的间隙 7.08.0mm 筛托架和金刚砂条之间垫片的总厚度 1.5mm 碾米辊筒和金刚砂条之间垫片的总厚度 5.0 B）增强碾削效果而不增大出口压力 增加攻击刃口高度 1.52.0mm 砂托架和金刚砂条之间垫片的总厚度 2.0mm 碾辊筒和米刀之间垫片厚度可不调整或根据抛光效果的需要作适当调整。 2.3.1.22.3.1.2 结构设计结构设计 a. 金金刚刚砂砂碾碾削削条条 金刚砂碾削条为长方体形（长宽高=3406029mm） 。 采用把金刚砂粒烧结在内部含筋的钢板上的方法制成。为了安装在筛框架上，在 非工作面均布有两根与钢板连在一起的螺栓。 b. 米米筛筛 米筛采用钢板冲压成形，形状为类U 形（如图 2-7 所示） ，便于与 米筛框架紧贴安装；筛孔为倾斜布置，与竖直线成角。30 c. 米米筛筛框框架架 米筛框架采用焊接而成，为整体结构。其上留有八个米筛安装 位置和八个碾削条安装槽。 d. 米米刀刀 米刀为类长方体形（长 宽高=3057015） ，工作面为外凸的 圆弧面，与辊筒同轴心；数量为两根，对称布置。采用金刚砂烧结而成。安装 图 2-7 米刀调整示意图 在辊筒开出的槽内。当生产不同种类大米时，可以通过调整米刀垫片的厚度来调 节米刀与砂条的间隙，以适应不同大米的厚度要求。米刀及垫片的安装结构如图 2-7 所示。 e. 碾碾辊辊筒筒 碾辊筒为圆环柱体。中间孔洞安装碾辊轴；在外表面开有两个对 称槽，用于安装米刀；辊体表面开有 喷风孔，位于米刀的后向面一侧，这 种结 构可在喷风孔处形成负压区，空气从 这一区域喷出时的压力差较大，形成气流 涡流的区域广且剧烈，家具了米粒的 翻滚运动，有利于提高碾米的工艺效果。 f. 拨拨米米轮轮 拨米轮的外表面均布有斜筋，他们是拨米轮的主要工作部分；为 了有效的平衡碾白室内的压力对出米机构的作用力，拨米轮表面斜筋的旋向与轴 向输送螺旋的螺旋方向相反。 2.3.22.3.2 排料机构部分排料机构部分 排料装置位于碾白室末端，一般由出料口、拨米轮和出口压力调节装置组成。 出口压力调节机构的作用主要是控制和调节出料口的压力，以改变碾白压力的大 小。因此，要求出口压力调节机构必须反应灵敏、调节灵活，并能自动启闭，以 便在一定的碾白压力范围内起到机内外压力自动平衡的作用。 图 2-8 排料装置结构图 1压砣 2出料嘴 2.3.2.12.3.2.1 创新点创新点 出出米米嘴嘴 传统碾米机的出米嘴一般都是固定的，不能任意角度转动，这样在 安装时就容易受到空间位置的限制。外碾削立式碾米机的出米嘴则可以进行 的旋转调整。因为该碾米机是采用下进料上出料的方式，所以出米嘴布置在 0 360 碾米机的顶部。需要调整出米嘴时只需将固定出米嘴的螺钉拆下来，旋转到所需 要的角度，再将螺钉装上即可（如图2-8 所示） 。所以其出米嘴的布置不受空间 位置的限制，并且调整也是比较容易和方便的。 2.3.2.22.3.2.2 结构设计结构设计 a. 出出料料口口 出料口为径向出料方式。结构如图2-8 所示。 b. 压压力力调调节节机机构构 压力调节机构采用单向压砣压力门形式。结构如图2-8 所示。 2.3.32.3.3 进料装置部分进料装置部分 传统碾米机的进料机构一般由存料机构、流量调节机构和轴向推进机构三部 分组成。 2.3.3.12.3.3.1 创新点创新点 流流量量调调节节机机构构 流量调节机构是进料装置的核心部分。调节机构一般有两种 类别：粗调和微调。粗调主要是开机供料、停机断料和发生故障时使用，要求 能速开速关；微量调节主要用于调节进入碾米机的物料流量，以控制碾白室内 米粒密度、调节碾白压力，要求灵活准确、操作方便。传统碾米机的流量调节机 构主要有两种形式：一种是闸板式调节机构，利用闸板开启的大小，调节进机流 量的多少；另一种是由全启闭闸板和微量调节机构组成的调节机构。由于闸板式 调节机构不能精确调节进机物料，所以不采用。而全启闭闸板和微量调节机构组 成的调节机构，由于它的粗调和微调部分是分开的，因此在操作时很不方便。 图 2-9 进料装置结构图 为此，在类比求优创新设计法的指导下，综合传统的各种流量机构的优缺点 后，为本新型立式外碾削碾米机重新设计了一种新的调节机构：粗微调复合一体 调节机构。新型碾米机的流量调节机构可以同时实现粗调和微调机能（图2-9 所示） ，图中所示的螺母带动插板在螺杆上缓慢移动，即可实现微调；把螺杆和 螺母一起抬起，这样就可以把插板迅速插进料斗，从而实现了粗调。微量调节机 构主要是用来调节进入碾米机的物料流量，以控制碾白室内米粒的密度、调节碾 白压力。 2.3.3.22.3.3.2 结构设计结构设计 a. 存存料料斗斗 存料斗主要起稳定进机物料流量、保持连续生产的作用。本新型 立式碾米机采用立方形料斗。如图 2-9 所示。 b.流流量量调调节节机机构构 粗微调复合一体调节机构，由旋扭、四方形螺母、螺杆、 螺杆座和插板组成。结构如图 2-9 所示。 c. 轴轴向向推推进进机机构构 碾米机进料装置中的轴向推进机构主要起将物料从进料口 推入到碾白室内的作用。推进方式有两种：螺旋输送器推进和重力推进。为了提 高轴向输送压力，本碾米机采用四头的螺旋输送器来推进。它与米刀辊筒安装在 同一根空心碾辊轴上（如图 2-6 所示） 。 d. 喂喂料料绞绞龙龙 另外，由于本设计是下进料上出料的立式形式，物料不能自动 流入轴向推进机构，所以采用喂料绞龙强制喂料。动力有一台小功率电机提供。 2.2.42.2.4 碾白室外罩部分碾白室外罩部分 碾白室外罩位于米筛外围，用来隔开碾米室与外界。 2.2.4.12.2.4.1 创新点创新点 碾碾白白室室外外罩罩 传统的碾米机的碾白室外罩一般采用金属等不透明材料制成，所 以当排糠不畅时，由于不能及时发现，从而有可能堵住米筛筛孔，降低米筛使用 寿命；甚至由于排糠不及时造成堵车，严重破坏碾白室部件。为此，新型的外碾 削碾米机采用有机玻璃制成碾白事的外罩，这样就可以随时观察碾白室米粒流的 受碾状况，有效的防事故的产生。 2.2.4.22.2.4.2 结构设计结构设计 碾碾白白室室外外罩罩 采用有机玻璃制成；为两个半圆面结构，把它们合在一起，并 夹紧就构成了碾白室外罩。 2.2.52.2.5 总体结构总体结构 综合上面所述，我们初步设计出外碾削碾米机的总体结构如图2-10 所示。 图 2-10 外碾削碾米机总体结构 1-出料机构 2-碾白室 3-螺旋输送器室 4-排糠室 5-传动机构 6-喷风机构 7-电机 8-喂料机构 第第 3 3 章章 主要设计参数的计算主要设计参数的计算 由于此外碾削立式碾米机是我们全 小组共同努力完成的，所以每人负责 计 算一些主要参数。而我主要负责碾白 室部分的设计，所以在这里只是详细介 绍 碾白室各个零部件的计算过程。外碾削碾米机的要求是：碾米机的产量 4.2t/h，所以按产量 4.5t/h 来计算。 3 3. .1 1 碾碾白白辊辊的的设设计计计计算算 米粒的精白主要在与米粒与辊筒表面积的接触而获得碾削或擦离作用。碾白 运动面积是碾白辊筒直径、长度和转速相结合的动态参数，米机的生产能力和碾 白精度与辊筒运转面积有着密切的关系，因此米机的设计重点是碾白辊和碾白室。 外碾削立式碾米机的运动学参数核算结果见下表（表3-1） 表 3-1 外碾削立式碾米机的运动学参数核算 参数名称 碾辊直径 （mm） 碾辊长度 (mm) 碾辊转速 (r/min) 碾辊线速 (m/s) 台时产量 （t/h） 单位产量碾白运 动面积（/s/H/t） 2 m 1903401104.4810.994.20.8897 3.1.13.1.1 单位产量运动面积单位产量运动面积 A A 和碾白辊筒参数的选择和碾白辊筒参数的选择 本节主要论述碾白辊筒的设计，有关参数如下： Qc进机糙米流量， T/h 进入碾白物料的流量， T/h r Q a. 碾白运动面积： （3-1） 60 Dn SLvL 式中 D碾白辊筒直径， m L碾白辊筒长度， m 碾白辊筒转速， m/sn 碾白辊筒线速度， m/sv b. 单位产量碾白运动面积： = （3-2） S A Q vL Q 式中 A单位产量碾白运动面积， 2 / / ms T h Q规定精度的白米产量， T/h 3.1.23.1.2 流量的确定流量的确定 设计要求出米率为 4.2T/h，排糠率为 6.5%，则进机物料流量 Qc为： Qc=(1+K)=4.2（1+6.5%）=4.473 （T/h） (3-3) r Q 式中 K排糠率，K 选 6.5% 3.1.33.1.3 A A 的选择及的选择及 S S 的确定的确定 由于外碾削碾米机与传统碾米机在原理上存在本质的不同，所以传统的参数 计算方式显然是不适用的，为此在李诗龙导师的指导和全组同学的协作下，我们 根据电机功率的选定和产量要求得出了合理且合适的米机参数，如下所列： 1) 辊筒 辊筒直径 D=190mm，辊筒长度 L=340mm； 传动比 =1.34，所以碾辊转速 n=1104.48(r/min)；i 2 1 d d D D 0.335 0.25 e n i 1480 1.34 式中 小带轮基准直径， m； 1d D 大带轮基准直径， m； 2d D 电机额定功率， kw e n 辊筒线速度 V= = 10.99 (m/s) 60 Dn0.19 1104.48 60 2) 碾白运动面积 =10.990.34=3.7366 (m2/s) 60 Dn SLvL 单位产量运动面积 =0.8897 () S A Q vL Q 2 / / ms T h 3.1.43.1.4 碾白辊筒表面性状和碾白压力验算碾白辊筒表面性状和碾白压力验算 3.1.4.13.1.4.1 金刚砂碾辊条和米刀表面性状金刚砂碾辊条和米刀表面性状 （1）金刚砂碾辊条 共八块金刚砂碾辊条，均布于筛框架上，为了安装的要 求在筛条上开有三个螺栓孔。 （2）辊筒和米刀 辊筒为中空的、开有喷风孔的、不等径圆环体，在外表面 上开有两条长沟槽，用于安装米刀；米刀的工作表面为圆弧面。采用螺栓连接安 装在辊筒上。 3.1.4.23.1.4.2 碾白压力的计算与验证碾白压力的计算与验证 据参考文献1公式 9-19，碾削碾白压力为 r P = （3-3） r P 2 1 3 p n mv v 2 1 3 p v 式中 碾削碾白压力， g/cm2 r P m米粒质量，kg 米粒平均运动的速度， m/s p v V碾白室体积， m3 碾白室内全部米粒数n 米粒流体密度 = （3-4） 碾白室总米粒质量 碾白室体积 nm V 米粒流体密度又可表示为：= 式中 米粒流体的密度，米粒在流动状态下的密度， kg/m3 米粒在流动状态下的容重系数 0.20.5 取 =0.4 米粒容重 米粒在静止状态下的密度 =750kg/m3 综合上述碾削碾白压力公式可简化为： （3-5） 2 2.55 rp Pv 所以 =（0.50.7）V， p v 取=0.6V=0.610.99=6.594 (m/s) p v 则 =2.250.46.5942=39.133 （g/cm3） 2 2.55 rp Pv 或 =4348.0836 (N/m2) r P 2 1 3 p v 2 1 0.4 750 6.593 3 该碾削碾白压力值与参考文献 1图 9-13 碾削碾白压力曲线基本一致。符合 快速轻碾原则。 3.1.53.1.5 螺旋输送器的输送量螺旋输送器的输送量 (1) 查参考文献2公式（5-57） ，螺旋输送器的理论输送量： = （kg/h） （3-6） l Q 22 00 60 4 p DdszL bc n 式中 螺纹外径， m 0 D 螺纹内径，m 0 d S螺纹导程，m；S=；其中 Z 为螺纹头数， t 为螺距Zt 螺牙平均展开长度，= ，m p L p L 2 2 00 2 Dd S b螺牙平均厚度， b=，m 1 2 牙顶宽牙底宽 c螺纹深度，c=，m 00 1 2 Dd 转速，r/minn 进机物料容重， kg/m3；一般=750kg/m3 (2) 查参考文献2公式（5-58） ，螺旋输送器的实际输送量： QS=K （3-7） l Q 式中 K修正系数，根据有关文献，取 K=0.030.09 (3) 螺旋输送器外形参数 a) D0=0.2295 m；d0=0.18 m；S=0.16 m；Z=4；b=0.015 m；c=0.02475 Zt m；t=0.04m b) 覆盖长度 Lf =S=1.20.16=0.192 (m)； c) 螺牙平均展开长度： p L =0.663 (m) p L 1 2 2 2 00 2 Dd s 1 2 2 2 0.22950.18 0.16 2 d) 螺纹导程 S：S=40.04=0.16 (m )Zt 所以螺旋输送器输送量： 1） = l Q 22 00 60 4 p DdszL bc n = 22 0.22950.180.164 0.663 0.015 0.024751104.48 750 60 4 =77667.68 (kg/h) 2）QS=K=0.07=5436.74kg/h5.44T/h l Q l Q 3）螺旋输送器总长度 覆盖长度+进料口长度 取=0.24m z L z L 3 3. .2 2 电电机机至至碾碾辊辊轴轴传传动动计计算算 传动部分是整个碾米机的重要部份，因为传动部分直接关系到整个机器的产 量，是碾米机必不可少装置之一。因为该部分是由同组的张武成同学负责设计的， 故在这里就不再详细说明了。下面仅对大概的计算进行简介。该碾米机所用的电 机型号是 Y225S-4 =37kw 。 d N1480 /min e nr 3.2.13.2.1 确定计算功率确定计算功率 计算功率是根据传递的功率 p，并考虑到载荷性质和每天运转时间长短等 d p 因素的影响而确定的。即 =51.8kw （3-8） da pk p 式中： 计算功率，单位为 kw d p p传递的额定功率，单位为 kw 工作情况系数。 （见参考文献 (1)表 8-6） A K 3.2.23.2.2 选择带型选择带型 根据计算功率和小带轮的转速,并根据参考文献（ 1）图 d p1480 /min e nr 8-8 和图 8-9 可知选择普通 V 带“C”合适。 3.2.33.2.3 确定带轮的基准直径确定带轮的基准直径 根据 V 带截型和参考文献（ 1）的表 8-3 及表 8-7 选择小带轮的基准直径 =250mm 1d D 由式 =(3-2) 2d D 2 iD 式中：传动比i 可以知道=335mm 2d D 3.2.43.2.4 确定中心距和带的基准长度确定中心距和带的基准长度 由参考文献（ 1）式（8-20）和（8-21）可知 =409.5 =1170 0min12 0.7 dd aDD 0max12 2 dd aDD 所以可以初选=500 0 a =1922.523mm 2 0012210 2/2/4 ddddd LaDDDDa 选定=1950 d L 实际中心距=555mm 00 /2 dd aaLL 验算小带轮上的包角=170.258 121 18057.3/ dd DDa 3.2.53.2.5 确定带的根数确定带的根数 由参考文献式（ 8-22）可知 单根 V 带的功率查设计手册可得=9.06kw, =0.0.87kw 1 P 0 P =5.98 10 () daL ZPPP K K 取 Z=6 式中：单根 V 带的功率 1 P 计入传动比的影响时，单根 V 带额定功率的增量； 0 P 考虑包角不同时的系数，简称包角系数； a K 考虑带的长度不同时的影响系数，简称长度系数。 L K 以上就是外碾削碾米机的计算过程。 结论结论 根据机械创新设计方法，设计了一种基于外碾削原理的立式碾米机，该机产 量可以达到 100t/d，只要调节金刚砂刀和砂条之间的距离就可以适应各种类型大 米的加工，尤其适合于塑性较好的东北大米。与现行的碾米机相比，外