双轴桨叶式加湿调质机的设计
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涡轮零件图.dwg
转子和叶片零件图.dwg
轴承座零件图.dwg
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前 言
稻米是我国的主要粮食作物之一，产量居世界首位。我国作为大米消费大国，约有67%的居民以大米为主食。如何确保优质稻谷碾出优质大米，对大米加工业具有重要意义。本课题主要研究稻谷碾米加工前的糙米加湿调质环节，糙米加湿调质技术可以利用适宜水分与糙米的混合降低碎米率、提高糙米碾米的整精米率、降低碾米能耗、改善大米食用及外观品质【8】。
随着糙米调质机的不断发展，调质工序对混合精度的要求越来越高，生产规模越来越大，因而对调质机的要求也越来越高，近年来在国内外稻米加工厂中逐步推广使用的卧式双轴桨叶式加湿调质机就是适应这种发展形势而研制开发的一种新型高效调质机，与其它类型调质机相比，该机型具有混合能力强，速度快，精度高，残留量小，能耗低，适用范围广等特点。该机混合时不受物料比重粒度形状等影响，不产生离析，对粉料间配比小到1:10000 时或液体添加量达20%以上时也可保证得到均匀混合，其混合过程柔和，不破坏物料原始物理特性，其吨料能耗比目前饲料厂中普遍使用的主要机型螺带式混合机低60% 以上，其混合均匀度变异系数 小于5%，最佳可达3%，每批混合时间为 30秒到60秒，显著缩短了混合周期，提高了混合精度，为促进这种高效混合机的发展及推广应用，本文将对卧式双轴桨叶式加湿调质机的结构特点工作机理及结构设计等作简介。
关键词：糙米；加湿；双轴桨叶式；调质机
目 录
1引言 1
1.1课题研究的意义 1
1.2国内外双轴桨叶式加湿调质机的发展状况 1
1.3国内外双轴桨叶式加湿调质机存在的问题 1
1.4研究的内容和方法 2
1.5预期目标 2
1.6重点研究的关键问题及解决思路 2
2双轴桨叶式加湿调质机总体设计 2
2.1双轴桨叶式加湿调质机结构特点及调质机理 3
2.2双轴桨叶式加湿调质机的原理 7
3混合度评价方法 7
3.1 标准差评价法 7
3.2 变异系数评价法 8
3.3 设计的主要任务 8
4加湿调质机关键结构设计 8
4.1机体的设计 8
4.2叶片的设计 10
4.3桨叶与轴的配合 13
4.4桨叶与轴的材料选择和连接方式 14
4.5转子设计 14
4.6转子转速n的确定 15
5出料机构设计 15
5.1出料机构工作原理 15
5.2进料机构各零件的设计和选择 17
5.3连杆的强度校核 18
5.4轴承的选择 19
6动力装置的选用 19
7机架的设计说明 20
总 结 21
致 谢 22
参考文献 23
1.引言
1.1课题研究的意义
在稻米加工过程中,糙米的加湿调质是决定碾米效率及成米质量的关键环节。因此,作为加湿调质工序主导设备的调质机, 其性能的好坏与作业效果如何, 将直接影响大米的产品质量和生产效率。本文设计一种加湿调质机能将稻谷正常储藏水分含量12%-13%左右，均匀提高到最佳碾磨含水率15.5%-16.5%之间。本机的设计是对糙米的均匀加湿调质，使得糙米的糠层和胚吸水之后膨胀软化，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即可实现碾白，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，并提高大米表面光洁度。目前双轴桨叶加湿调质机以其独特的混合方式,在国内外稻米加工市场中被广泛应用。本文将对其双轴桨叶的加湿调质设计思路、调质机理及性能特点作一研究。
1.2国内外双轴桨叶式加湿调质机的发展状况
1.2.1国外双轴桨叶式加湿调质机的发展现状
国外的双轴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。
1.2.2国内双轴桨叶式加湿调质机的发展现状
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有限公司设计的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有限公司开发生产了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双轴桨叶调质机机型结构基本相同, 例如 SLHSJ 系列卧式双轴桨叶高效调质机,其每批产量为25-4000kg,功率为0.75-55kw,产品已形成系列化。
1.3国内外双轴桨叶式加湿调质机存在的问题
我国研究糙米加湿调质技术起步较晚发展缓慢，和发达国家相比只能望其项背，目前我国对糙米调质机的发展存在如下问题。
(1)国内糙米调质设备很少。
(2)研究糙米加湿调质机的技术参数对加湿调质效果的影响这方面的技术很少。
(3)我国的调质设备都是仿国外先进的，还存在技术的缺陷和缺乏创新的设计。
因此研究适合我国稻米品种特性的专用调质设备及其技术参数是该项技术推广应用的关键。
1.4研究的内容和方法
根据我国糙米加湿调质机的发展现状和存在问题以及未来对调质机的发展要求，设计一种加湿调质机能将稻谷正常储藏水分含量12%-13%左右，均匀提高到最佳碾磨含水率15.5%-16.5%之间的双轴桨叶式加湿调质机。双轴桨叶式加湿调质机主要由动力输入装置、加湿调质装置、控制装置、混合搅拌装置、进出料装置组成。其中，动力装置是通过两个发动机带动两轴转动，传输动力给转子，桨叶以一定圆周速度旋转。加湿调质装置是由安装在进料口处的传感器和BSPT-1/4 LNN3型外螺纹微细雾化喷头组成，当糙米由进料口落入时，传感器感应到物料下落的信号，雾化喷头开始向下落糙米均匀喷水，当物料完全进入搅拌仓内，传感器接收不到物料下落信号，雾化喷头自动停止喷水。这样的设计既能够将水均匀的附着在糙米表面，又降低了水源的消耗。
在导师的指导以及预备试验的基础上，确定了以下主要内容：
（1）双轴桨叶式调质机内轴向混合机理
依据混合机理，设计了双轴桨叶式加湿调质机。重点分析双轴桨叶式混合机的轴向混合机理，得到了不同转速下的不同混合效果。并建立了相关数学模型，同时研究了转速对能耗的影响规律。研究结果表明双轴桨叶式加湿调质机轴向混合良好，是一种高效的混合装置。
（2）加湿调质机的辅助部件设计
在以上研究的基础上，依据得到的技术参数，分别对搅拌仓、搅拌装置、喷淋装置等进行设计，为双轴桨叶式加湿调质机的实际应用服务。
1.5预期目标
（1）调质机操作方便，结构简单，通用性好，噪音小，使用寿命长。
（2）混合速度快，混合过程温和，运转平稳，混合效率高，混合后糙米水分刚好达到预期含水量，同时动力上要消耗少。
（3）减少碾米过程中的破碎和裂纹，提高整精米率，并提高大米表面光洁度。
(4)不污染环境，安装、使用、维修保养方便的特点。
1.6重点研究的关键问题及解决思路
（1）选择合适动力传递方式，设计工作装置和传动装置。
（2）利用Solidworks进行虚拟样机绘制，完成整机各零部件的三维建模。
（3）运用Auto CAD软件，绘制二维零件图和装配图。
2．双轴桨叶式加湿调质机总体设计
固体混合设备按照对颗粒作用力的方式分为容器固定型、容器回转型和复合型三类。容器固定型混合器主要是通过电机带动混合容器的内部构件来混合颗粒，外围的混合容器是固定不动的，主要有螺带式、犁刀式，流化床，双轴桨叶式等。容器回转型混合器主要是通过电机带动整个混合设备转动来实现颗粒的混合均匀，有滚筒式，V型，双锥型等。复合型混合器是在容器回转型的基础上，在其容器内部设置有内构件，内构件和容器一起转动，如在混合器内设有挡板。其中，容器固定型混合器具有装载量大、类型多、满足不同物性颗粒的混合、实现颗粒中添加液体的混合等优点。
双轴桨叶式混合机是一种容器固定型混合设备，具有混合均匀度高，混合速度快，混合能力强、能耗低，残留量小，适用范围广等特点。颗粒的大小、形状、容重等严重影响混合效果，而双轴桨叶式混合机不受这些因素影响，工作时不产生离析和分级，在液体添加量20%以上，或者物料间配比小到1:10000时，不破坏物料原始物理特性，混合过程比较温和。其吨料能耗比比目前饲料厂中普遍使用的主要机型螺带式混合机低64%左右；其混合均匀度变异系数 5% ,最佳可达3% ,每批混合时间为30秒到60秒。显著缩短了混合周期，提高了混合精度，也能保证混合均匀，综上所述，双轴桨叶式混合机属于新型高效的混合设备，其大大缩短了混合时间，生产率显著提高，混合性能优越，为国内混合相关行业掀开新的一页。
总 结
此次设计的任务是完成双轴桨叶式加湿调质机的设计。从设计方案的最初论证到最终的定稿，我查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，终于完成了设计任务。
本章主要完成了双轴桨叶式加湿调质机关键部件和辅助部件设计，对双轴桨叶式加湿调质机的加工提供参考。
（1）研究发现双轴桨叶式双轴桨叶式加湿调质机内的分层颗粒是在对流、剪切、扩散混合作用下实现的混合均匀，轴向上的颗粒运动活跃、随机性强，轴向混合良好，提高了加湿均匀性，使糙米内部湿度均匀；
（2）根据糙米在加湿过程的物理特性，桨叶设计成近正方形，可以减小桨叶阻力，其结构简单，便于卸料和清洗。桨叶的特殊排布形式和安装角度，使得轴向混合良好，混合过程温和，对物料破坏较小。
（3）确定零件结构，绘制CAD零件图和装配图，并利用SOLIDWORKS进行三维建模。
（4）调质机内其他辅助零部件的详细设计，如机架和外壳等。
（5）零件的强度和刚度计算与校核，对各个已设计零件进行强度和刚度计算，确保满足使用要求，使混合机具有足够的可靠性。
（6）本次设计所涉及的领域包括：机械设计，机械制图，机械原理，工程材料等等。
整个设计可能存在不足，但在设计过程所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。
致 谢
踉踉跄跄地忙碌了两个月，四年的大学生活已接近尾声，我的毕业设计课题也告一段落。经过两个多月的努力，在兰海鹏老师的悉心指导下，从设计的选题、实施到撰写、修改和定稿，设计任务基本完成了。但有很多不尽人意的地方，譬如机器功能不全、三维图外观粗糙、细节处理不到位等等。
在兰海鹏导师的悉心指导和热忱鼓励下，使我树立了深远的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处事的道理。导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力将使我终生受益。在此，特向我的导师兰海鹏老师道声谢谢。
同时我还要向我院农业工程系的所有导师们道声谢谢，感谢导师们在百忙之中给予我们最专业的设计辅导以及设计进度监督，您们治学严谨和科学研究的精神是我学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作，成为我今后学习的动力。也要感谢大学期间每一位任课老师在学习上给予我的指导和帮助，感谢他们四年来的辛勤栽培，他们的关怀和熏陶让我在这四年里收获颇丰。最后，也感谢和我一起学习的同窗朋友，他们给了我无数的关心和鼓励，也让我的大学生活充满了温暖和欢乐，感谢他们的陪伴与帮助。
毕业设计，也许是我大学生涯交上的最后一个作业了。想借次机会感谢四年以来给我帮助的所有老师、同学，你们的友谊是我人生的财富，是我生命中不可或缺的一部分。大学生活即将匆匆忙忙地过去，四年，它给我的影响不能用时间来衡量，这四年以来，经历过的所有事，所有人，都将是我以后生活回味的一部分，是我为人处事的指南针。同时毕业又是我们人生历程的另一个起点，在这里祝福大学里跟我风雨同舟的朋友们，一路走好，未来总会是绚烂缤纷！
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