微波干燥技术及其设备发展毕业论文.doc

设计 论文 专用纸 第页 微波干燥技术及其设备发展毕业论文微波干燥技术及其设备发展毕业论文 目 录 摘要 1 第 1 章 绪论 3 1 1食品干燥现状 3 1 1 1食品干燥的目的 3 1 1 2现有干燥器与设备概况 4 1 1 3我国干燥设备发展现状与趋势 6 1 2微波干燥技术及其设备发展概况 7 1 2 1微波干燥原理及其特性 7 1 2 2微波加热的干燥的特点及优点 12 1 2 3微波干燥的发展现状 13 1 2 4多点分散式小功率微波干燥的设备的概况 15 1 3多点分散式小功率微波干燥设备料筐推进机构概述 15 1 3 1选题的背景和意义 15 1 3 2微波干燥设备料筐推进机构研究缘由 16 1 4设计的构思 16 第 2 章 方案设计 18 2 1微波干燥设备的推进机构功能化分析 18 2 1 1推进机构的系统分析 18 2 1 2推进机构的功能分析 19 2 1 3推进机构功能元分析法的原理方案设计 13 21 2 2推进机构构型 24 2 2 1机构构型的途径及传输机构特性分析 14 24 设计 论文 专用纸 第 I 页 2 2 2链传动中的电机布置形式分析 30 第 3 章 链传动的经济性分析 35 3 1价值工程概述 35 3 1 1价值工程的起源及其发展 35 3 1 2价值工程的基本概念 36 3 1 3价值工程的工作程序 38 3 2价值工程对象的选择与情报收集 39 3 2 1对象的选择 39 3 2 2选择价值工程对象的方法 40 3 3推进机构的价值分析 43 3 3 1链传动所需要素的基本价格 43 3 3 2用四分法求各个零件的功能系数 43 3 3 3各种零件的价值系数分析及功能系数求解 44 3 4推进机构价值分析的结果分析及价值优化措施 45 第 4 章 链传动机构的设计计算 47 4 1电机选型 47 4 2链传动的设计计算 47 4 3轴的确定 54 4 4轴承的设计计算 58 第 5 章 刚性链条概述 59 5 1柔性链条推进存在的问题 59 5 2刚性链概述 61 结论 64 心得体会 65 谢辞 67 参考文献 68 设计 论文 专用纸 第 II 页 附录 英文原文 70 附录 中文翻译 82 设计 论文 专用纸 第 0 页 摘要 本论文作为 多点分散式小功率微波干燥设备 的组成部分 主要研究了物料 输送装置 在对传统干燥设备和微波基本特性进行了解的基础上 分析了带式传输 用于微波干燥设备的不足 提出了料筐步进式输送物料装置 采用系统分析方法对 推进机构作了功能元分解和综合求解 从中求得较优方案 确定了在功能方面最优 的推进机构为链传动机构 并对链传动运用价值工程理论进行了经济性分析 以价 值工程理论为基础 采用强制确定法 又称四分制评分法 对推进机构作了性能与 成本方面的分析并做了相应的改善 最后分析了柔性链传动所存在的问题并对刚性 链特性作了概要性的说明 将柔性链传动改为刚性链传动 解决了柔性链传动的不 足 提高了传力效率 本文的研究分析均基于现代机械设计方法 通过一系列的研 究 推进机构的整体性能得到提高 成本得以降低 关键词 现代设计方法 链传动 功能元求解 价值工程 设计 论文 专用纸 第 1 页 Abstract Serving as a component of multiple dots distributed low power microwave seasoning equipment this subject mainly involves the equipment of material transition Based on the traditional seasoning equipment and the basic property of microwave and realized the weakness of belt transition which is used in microwave equipment this subject puts forward that using material basket to load material to transmit material in a step and step method Thus we adopt modern design and systematic methods to analyze function components and solve in synthesis for push machine We also adopt value engineering in modern designing method to do economic analyst for link transition and take value engineering as the theory basis we introduce compulsory confirmed method to do some improvements for push machine in property and cost Consequently this subject analysis the problems which exist in flexible linkage transition and make some specifications for stiffness linkage property in summary Instead of flexible linkage transition we adopt stiffness linkage transition thus we successfully solve the weakness of flexible linkage transition and improve the efficiency of transition All research involved in this thesis are based on modern designing method visa a serial of research the whole function of the push machine has a prominent improvement and the cost also has dropped Key Words modern designing method linkage transition analysis of function 设计 论文 专用纸 第 2 页 第 1 章 绪论 1 1 食品干燥现状 1 1 1 食品干燥的目的 根据人们长期的生活实践和研究 我们知道 食品受到酶和微生物破坏的前提 条件是由于水分的存在 去除水分可使酶和微生物的破坏减少的最小 同时干燥也 是保存有用微生物的一种有效方法 干燥技术是食品储藏和改善品质必不可缺的单 元操作之一 除了保藏食品和延长寿命外 干燥还能实现下列的一个或多个额外的 目的 1 获得期望的物理形态 如粉状 片状 颗粒状 2 获得期望的色泽 风味 或组织 3 减少体积或质量 便于运输 4 生产新的产品 除了干燥外用替他方 法不可行 1 近些年来 我国绿色食品的生产发展迅速 2005 年我国计划把绿色食品的产量 增加到 4500 万吨 而 2004 年我国绿色食品的产量为 1000 万吨 产量日趋剧增 但 绿色食品生产的淡 旺季很明显 而且又极易腐烂变质 因此 人们越来越意识到 对绿色食品储藏保鲜技术的重要性 人们很早以前就已经开始利用自然干燥的方法 以延长绿色食品的储藏期 干燥一直以来都是人们常用的加工食品的方法 而人们 运用干燥方法的目的是 要将食品中的水分降低到一定水平 达到干藏的水分要求 又要求食品品质变化最小 有时还要改善食品质量 2 同时绿色食品干燥也具有很重要的意义 1 绿色食品干燥带动了我国脱水蔬菜 业在国际贸易需求的形势下迅速的发展 并形成了三个大市场 即 食品工业原料 或配料市场 例如 用作快餐食品中的配菜 食品添加剂等 调味品市场 例如 用作调料的辣椒粉 洋葱粉等 作为蔬菜替代品的特殊市场 例如 在地质勘探 部队野营训练 海岛和雪山等边防哨卡 北欧冬季滑雪旅游业等特殊场合 2 绿色 设计 论文 专用纸 第 3 页 食品加工业的发展 反过来又促进种植业的发展 具有重要的经济效益和社会效益 3 1 1 2 现有干燥器与设备概况 基本干燥器的类型 它是按热量输入方式来划分的 如对流 传导 辐射 电 介质加热或这些方式的一种或多种联用 由这些基本干燥器所衍生的干燥设备列举如下 5 一 对流干燥设备 该方法使热空气与物料直接接触 边加热边除去水分 干燥粉 粒 片状物料 最普通的方式就是在颗粒表面施加热空气或气体流 通过的气流对物料进行传热 使 水分蒸发 蒸发后的水蒸气直接进入空气中被带走 对干燥系统中常用的干燥介质有 空气 惰性气体 直接燃烧气体或过热蒸汽 此方法关键是要提高物料与热空气的 接触面积 防止热空气偏流 这种干燥方法干燥速率高 设备投资较少 但热效率比较 低 下面是主要对流干燥设备的基本情况 1 箱式干燥器 是最古老的干燥气之一 物料有盘盛装 料盘摆在驾车上逐层逐排放入 用蒸汽 或电作为热源 箱内热空气可循环及部分排放 以使干燥较均匀 虽热效率低 但仍在 大量的使用 也在继续制造 原因是结构简单 但不少物料干燥时须翻盘 翻粉 热敏 性物料常易变色 也不适用于带溶媒物料的干燥 由于物料堆积 其内层传热 传质 差 因而干燥速率低 2 隧道式烘房 亦将料盘分置与特制小车上 可逐车间歇进 出隧道 以增加产量和提高热效率 其他结构与箱式干燥器相似 3 网袋式干燥机 可用于干燥玉米 谷物 蔬菜等 此机装有不锈钢丝网制的传动带 物料随带移 动 可分段加热 改装置以每段1 8 2m长为一单元 最长可连接至40m 每小时处理量 可高至4t 恒率干燥阶段热空气温度可达130 排气相对湿度可达85 设计 论文 专用纸 第 4 页 4 转筒式干燥器 干燥器为略带倾斜的水平圆筒 物料与热空气对流进过干燥器 是一种出现较早 的机型 虽然结构简单 但热效率高 允许高温操作 主要用于矿山 5 气流式干燥器 系将热空气并流携带颗粒 使之受热干燥 为使气流与颗粒有较高相对速度 提 高传热传质速率 在直管基础上增加了变径 制成脉冲气流干燥器 脉冲气流干燥器的 干燥效率较原来直管气流干燥器要高一些 此外还有将干燥空间制成夹套圆筒 于筒 上部切线进热空气及物料 中心管导出的旋风气流干燥器 这类干燥器主要适应散粒 带表面水分的物料 6 喷雾干燥器 将料液或悬浮液经雾化后 直接用热空气使液滴干成粉粒状产品的装置 雾化方 法有离心式喷雾 压力式喷雾 气流式喷雾 干燥室设计中 热空气的引入方式对干 燥过程影响很大 另外 进口热空气的温度与热效率有很大关系 温度越高 热效率也 越高 一般进风150 热效率约为30 7 流化床干燥器 系利用气流在对被干燥物料颗粒群的临界速度与带出速度之间作用时 使颗粒形 成流化状运动 从而加强两者的传热与传质 常用于精细化工及医药产品 此外 对流干燥还有 多层涡轮干燥器 闪蒸干燥机 粉末气流干燥器 振动流 化干燥器 惰性粒子流化干燥器 喷动床干燥器 流化造粒干燥器等 二 传导传热干燥设备 传导干燥也称接触干燥 对于潮湿颗粒非常适用 且传导干燥机热效率较高 蒸 发的水蒸汽或有机溶剂由真空抽出或用少量气流排出 气流是湿分的主要载体 对于 热敏性颗粒状物料建议用真空操作 传导干燥机中 桨叶干燥机用于干燥膏状物料具 有内流管的旋转式干燥机现已设计出来并投入使用 真空干燥的操作费用昂贵 只是物料必须要在低温或缺氧状态下干燥时 或物料 在加热介质和高温下干燥会变质时 才推荐用真空干燥 对于一定的蒸发效率 采用 设计 论文 专用纸 第 5 页 高温操作有效 这样可以降低气流流速 减小设备体积 对于低温干燥还可选择适当 的低温废热或太阳能收集器作为热源 但体积较大 冷冻干燥是真空条件下干燥的一 个特例 在这里 温度在水的三态之下 水 或冰 直接升华为水蒸气 尽管升华所需 的热量比蒸发低几倍 其他方面的动力消耗较大 故真空干燥费用还是昂贵的 传导干燥法通过金属的蜀面简接传递干燥所需要的热量 干燥速率比直接干燥 发低 恒速干燥期间产品温度与加热源的温度没有关系 大体与装置内气体压力的饱 和温度相同 为了提高干燥速率和防止干燥不均 通常用机械搅拌或使容器本深旋转 以 增加或不断更新物料的传热面 此种干燥装置本身价格昂贵 但其特点是集成系统的 负荷小 热效率高 溶剂容易回收 传导传热现用的干燥设备有 真空干燥机 附着干燥机 冷冻干燥机 真空烘箱 双锥形回转真空干燥机 还有以以上干燥装置为基本类衍生出的很多变形机 三 辐射传热干燥设备 辐射干燥机主要有远红外干燥机 高频 微波 干燥机 超声波干燥机等 各种电磁辐射波长在太阳光谱到微波范围内 太阳光辐射只能穿透物料表面 根 据太阳辐射波长 物料只能吸收一部分入辐射 尽管大多数潮湿物料在50Hz 60Hz频 率的电流中是不良导体 但在高频中阻抗会急剧下降 微波辐射可以用来加热颗粒 减少对内部传热的阻力 吸收的能量由水分子来选择 物料的干燥过程达到节能效果 四 组合干燥设备 组合干燥机是两种或两中以上干燥形式的组合 对物料而言 主要以串联为主 也 就是工作时物料先后通过干燥机两台或两台以上干燥机 组合干燥主要是满足某种干 燥工艺需要 众所周知 每种干燥器都存在一定的不足之处 通过两种或两种以上机型 串联工作 利用各自的优点 常会起到单台设备所不能实现的目的 最近广泛采用不 同的干燥方法 不同干燥原理的组合 能发挥各自的特长而弥补各自缺点的干燥装置 设计 论文 专用纸 第 6 页 1 1 3 我国干燥设备发展现状与趋势 我国干燥设备在解放前基本是空白 只有烘房 烘箱和滚筒干燥机 干燥技术落 后 生产设备原始 到1975年才出现了真空耙式干燥机 1964年以后干燥技术有了较 快的发展 纵观我国干燥技术及设备的发展史 在几十年间经历由简到繁 由低级到 高级的发展阶段 现在常用于生产的干燥设备有十余类三十多个系列 加上组合干燥 设备约有五十几种 再加上专用干燥设备就更难于统计 经过多年的发展 我国的干燥设备行业已形成了一定企业数量和生产规模 直接 从事各类干燥设备专业制造厂家约400家之多 与干燥设备配套的企业有100多家 还 有部分各类机械厂也在制造干燥设备 主要分布在制药机械 化工机械 食品机械 农产品加工机械等行业 这些行业的干燥设备生产占全行业总数的80 以上 行业总产 值约20亿元以上 现在的干燥设备向专业化 大型化 系列化和自动化方向发展 4 1 2 微波干燥技术及其设备发展概况 1 2 1 微波干燥原理及其特性 一 微波干燥的原理 微波干燥的基本原理是介质物料和半导体材料通过在高频电场中受热脱水达到 干燥的目的 6 7 从物质本身的电结构看 电介质可分为两类 一类为无极分子电介质 其 分子内部正负电荷中心重合 分子呈中性 另一类电介质中 即使没有外加电场 分子 的正负电荷中心也不重合 只是由于分子的热运动 使其内部排列十分紊乱 整个电介 质呈中性 对外不显电性 这种介质称为有极分子介质 在外加电场的作用下 无极分子的正负电荷中心的距离将发生相对位移 形成沿 着外电场作用方向取向的偶极子 因此 电介质的表面将感应极性相反的束缚的电荷 宏观上称这种现象为电介质的极化 随着外加电场越强 极化程度也就越高 为无极 分子极化示意 对于有极分子来说 在外电场的作用下 每个分子的正负电荷都要受 设计 论文 专用纸 第 7 页 到电场力的作用 使偶极子转动并趋向于外电场作用方向 随着外加电场越强 偶极 子排列越整齐 宏观电介质表面出现的束缚电荷越多 极化的强度越多 为有极分子 极化示意 如果把介质物料外加电场为交变电场 则无论是有极分子电介质或无极分子电介 质都被反复极化 随着外加电场变化频率越高 偶极子反复极化的运动越剧烈 反复 极化越剧烈 从电磁场所得到的能量越多 同时 偶极子在反复极化的剧烈运动中又 在相互作用 从而使分子间摩擦也变得越剧烈 这样就把它从电磁场中所吸收的能量变 成了热能 从而达到使电介质升温的目的 从物料表面蒸发水分时 物体内部形成一定 的温11度梯度和湿度梯度 加速了水分自物料内部向表面移动 达到干燥的目的 由此 可见 高频干燥时 物料加热使物料内相变速度超过蒸汽传质速度 微波的频谱是高频高上百倍的电磁波 频率范围在300 300 000MHz 波长在 1 0 001m 微波干燥实质上是一种微波介质加热干燥 微波快速变化的高频电磁场与物质分子相互作用 被吸收而产生热效应 把微波能量直 接转换为介质热能 从而达到干燥的目的 由于微波加热干燥所产生的热量与介质性 质有关 因而微波加热干燥具有选择性 对于一定的介质或物料 介质吸收的功率与电 源频率和电场强度成正比 其关系式为 2 1 122 a 10tan 9 5 fEP 式中 Pa 单位体积介质在微波场内的微波功率 W cm3 E 电场强度有效值 W cm 频率 Hz 介质的介电常数 f 介质的损耗角正切 tan 为了提高干燥的功率 就需要提高吸收功率能力 从式 2 1 中可知 提高电场强度 或提高工作频率都能达到这一目的 不过如果电场强度过高 电极间将会出现击穿现 象 而提高工作频率的微波波段 则可以很好地解决这一放电击穿问题 由式 2 1 也可以看到 不同介质对微波吸收程度也不同 水能强烈地吸收微波 所以含水物质都是吸收性介质 均可用微波进行加热干燥 设计 论文 专用纸 第 8 页 微波加热过程中物料的温度梯度 传递和蒸发压迁移方向均一致 即由于微波 加热特性 决定了加热干燥过程中无论是物料表面的界面层中 还是物料内部均不 存在障碍水分从物料中脱去的因素 由于在微波场中微波透入物料内部使加热一开始就进行的相当剧烈 以至于物 料内部蒸汽的形成速率有可能超过它的迁移速度 因此 在物料中出现总压梯度 该总压梯度更促进物料的排湿 二 微波的基本特性 1 波动特性 微波是电磁波 因此 它具有电磁波的 诸如反射 干涉 衍射等 以及伴随 着电磁波的能量传输等波动特性 具体来说 1 由于它的频率甚高 因此波动传播有 似光性 的直线传播 遇到金属表面 将发生反射 其反射方向符合光的反射规律 2 当入射波与反射波相遇叠加是能形成波的干涉现象 其中包括驻波现象 这在 有限的微波波导或谐振腔中 微波电磁场的驻波分布现象是常见的 并经常利用多 种频率模式的电磁场分布的叠加来改善总电磁场分布的均匀性 3 微波能量的空间分布 也如同一般电磁场能量一样 具有空间分布特性 即在 微波能量传输方向上的空间某点 其电场能量的数值大小与空间的电场强度的二次 方有关 而微波电磁场总能量为该点的电场能量与磁场能量叠加的总和 2 高频特性 高频特性包括三方面 即集肤效应 辐射效应和相位滞后 微波的振荡频率极高 每秒在 3 亿次以上 由于频率比低频无线电波提高了几 个数量级 一些在低频段并不显著的效应在微波波段就能非常明显地表现出来 例 如 在普通栅控电子管内 电子在极间飞越的时间一般为 10 9S 的数量级 这比长 中 短波段无线电波的振荡周期小得多 可以忽略不计 但与微波的振荡周期相比 就绝不能忽略 因此在低频时可以认为是无惯性的普通栅控电子管 当频率提高到 设计 论文 专用纸 第 9 页 微波波段以后 就会由于电子的惯性而失去有效的控制作用 从而被建立在新原理 基础上的微波电子管 微波固体器件和量子器件所代替 由于电磁波是以光速传播 的因此它从电路的一端传到另一端需要一定的时间 这就是 延时效应 在一般低 频电路中其延时远小于振荡周期 可以忽略 但在微波电路中其延时可以与周期相 比拟 不再能忽略 在简谐振荡情况下 这种延时表现为电路中的各点具有不同的 相位 此外 如高频电流的趋肤效应 传输线的辐射效应等 也随频率的提高而越 来越显著 乃至在微波波段一般都不可忽略 更重要的是 由于微波的频率很高 因此在不太大的相对频宽下 其可用频带 很宽 可达数百甚至上千 MHz 这是低频无线电波无法比拟的 频带宽意味着信息 容量大 因此微波具有巨大的信息传输潜力 使得它在需要很大信息容量的场合得 到了广泛的应用 3 短波特性 微波的波长比一般宏观物体如建筑物 船舰 飞机等的尺寸短的多 因此当微 波波束照射到这些物体上时将产生显著的反射 一般地说 电磁波的波长越短 其 传输特性就越接近于几何光学 波束地定向性和分辨能力就越高 天线也可以做得 更小 微波的波长短这一特点 对于雷达 导航和通信等应用都是很重要的 此外 一般微波电路的尺寸可以和波长相比拟 由于延时效应 电磁波的传播特性将明显 地表现出来 使得电磁场地能量分布于整个微波电路之中 形成所谓的 分布参数 这与低频时电场和磁场能量分别集中在各个元件中的所谓 集总参数 有原则的区 别 4 散射特性 当电磁波入射到某物体上时 波除了会沿入射波相反方向产生部分反射外还会 在其他方向上产生散射 我们称该物体为散射体 散射是入射波与散射体相互作用 的结果 故散射波中携带有关于射体的频域 时域 相位 极化等多种信息 人们 可通过对不同物体散射特性的检测 从中提取目标信息从而进行目标识别 这是实 现微波遥感 雷达成像等的基础 设计 论文 专用纸 第 10 页 5 穿透性 微波能穿透高空电离层 这一特点为天文观测增加了一个 窗口 使得射电天 文学研究成为可能 同时 微波能穿透电离层这一特点又一特点又可被用来进行卫 星通信和宇航通信 但另一方面 也正是由于微波不能为电离层所反射 所以利用 微波的地面通信只限于天线的视距范围之内 远距离微波通信需用中继站接力 6 量子特性 电磁波具有波粒二象性 根据量子理论 电磁辐射的能量不是连续的 而是由 一个个的 能量子 所组成 每个量子具有与其频率成正比的能量 E h f 其中 h 6 626 10 34 J S 是普朗克 Planck 常量 低频无线电波的频率很低 量子能量甚小 故其量子特性不显著 与微波频率相应的量子能量范围是 10 5 10 2eV 故在低功率电平下 微波的量子特性将明显地表现出来 当微波与物 质相互作用时 应该考虑到这种量子效应 7 热特性 物料从其电性质来说称作介质 对电磁波都表现有吸收特性 介质对微波的吸收特性表现在微波能穿透深入到物料内部 其深入距离与微波 波长同数量级 透入物料内部的微波能量被物料吸收转换成热能对物料加热 形成 独特的物料受热方式 物料整体被加热 即所谓无温度梯度加热 此时物料的表里 层温度差不多 随着物料表面水分不断蒸发 物料表面层温度将略低于里层温度 形成的温度梯度由内指向外 与加热过程中伴随发生的蒸汽压迁移方向与热量迁移 方向均一致 据物料干燥理论 这种加热状态极有利于物料干燥 因此 微波加热 物料具有加热均匀 热转换效率高 加热时间短的优点 8 非热特性 利用微波加热杀灭食品中有害微生物 它与传统灭菌发不同处在于 微波电磁 场不仅对微生物具有加热的热力作用 如蛋白质受热变性凝固 而且还具有非热力 的电磁辐射作用 微波电磁场对微生物的非热力作用后果有多种解释 最常见的解 设计 论文 专用纸 第 11 页 释是 微生物体内的水分是极性分子 在微波的交变电磁场作用下引起极性振荡 导致电容性细胞膜结构电击穿破裂 使得组成生物体的最基本单元细胞的生命化学 活动所必须具备的物质 能量 信息交换的正常条件和环境遭到严重破坏 以至死 亡 微波的生物效应是医学 细胞学基础研究工作中的一个重要方面 能为微波理 疗或微波手术 微波治癌等方面提供理论依据 此项工作正在深入研究之中 微波地上述几个特点都是互相联系的 而这些特点都是由于它在电磁波谱中所 占有的特定的位置所决定的 1 2 2 微波加热的干燥的特点及优点 1 加热速度快 普通加热方法才用热空气 燃气 蒸汽等对物料进行加热 通过物料内外的温度 梯度传递热量 因此加热速度慢 采用介电加热 电磁场与物料的整体发生作用 在物 体内迅速的产生热效应 加热速度很快 通常在几秒钟内便可完成加热过程 2 均匀加热 尽管介电加热并不总是能够保证加热均匀 但通常情况下 其体积热效应将导致 均匀加热 避免了普通加热系统中出现大的温度梯度 3 有效利用能量 电磁能直接和物料耦合 不需要加热空气 器壁及输送设备等 而且加热室为由 金属制造的密封空腔 它们反射电磁波 使之不向外泄露 而只能被物料吸收 4 过程控制迅速 能量的输出可通过开或关闭发生器的电源而实现 操作便利 而且加热强度可通 过控制功率的输出而实现 5 选择性加热 一般地 电磁场只与物料中的溶剂而不与基质耦合 因此 湿分被加热 排出 而 湿分的载体 基质 则主要是通过传导给热 但应注意热击穿现象的发生 因为温度提 高 物料吸收微波的能力也相应提高 设计 论文 专用纸 第 12 页 6 有助于产品质量的提高 因为物料表面温度不会变得很高 所以物料表面过热和结壳现象很少发生 从而 降低了产品不合格率 对食品 药品加热干燥时 电磁波的生物效应能在较低温度下 杀死细菌 热效率高 受热时间短 从而是产品的色 香 味 维生素等不致受到破 坏 7 产生所希望的化学反应 许多化学 物理反应是通过介电加热的方法促进的 可导致膨化 干燥 蛋白质 变性 淀粉胶化等 8 避免环境高温 改善劳动条件 微波的这些的特性决定了微波干燥有如下的几个优点 1 能量的有效利用 2 无破坏性 在较低的环境温度下进行干燥 不需要高的表面温度 物料的温度分布 较低 3 其他挥发性物质迁移量少 溶剂经常以汽态形式排出 不会使其他物质传 递至表面 4 均匀作用 能量倾向于施加在湿润区 5 干燥迅速 干燥时间可缩 短 50 或更多 6 干燥均匀形成更加均匀的温度场和湿度分布 7 系统占地面积 少 减少操作步骤 8 产品质量改善 避免表面硬化 结壳 内应力和其他质量 问题 1 2 3 微波干燥的发展现状 一 国外微波干燥技术的研究和应用 目前 国外微波干燥技术已在轻工业 食品工业 化学工业 农业和农产品加 工等领域得到应用 具体在造纸 陶瓷 木材 食品 沥青 污水处理 表面活性 剂 香料 矿石 药物 混凝土 涂料 油漆等方面进行研究和应用 在工业方面 德国对微波干燥陶瓷等材料进行了研究 还进行了微波干燥大量 水体的油漆试验 英国研究了微波干燥药物粉的情况 认为尽管微波干燥技术在多 种工业应用中都证明是成功的 但药物对微波的吸收率仍然很低 南非 17 研究了微 波加热在矿物处理中的应用 认为许多矿石都吸收微波 而脉石则不吸收微波 法 国 18 对微波加热大量水溶液时表现出的系列性能进行了研究 设计 论文 专用纸 第 13 页 在食品方面 国外从二十世纪三十年代就开始研究微波技术并将其应用到食品 加工业中 1946年10月 美国雷声公司成功研制了世界上第一台用于食品烹制的微 波炉 1947年 该公司向新英格兰地区餐饮业推出了第二台专用于三明治加热的雷 声系列微波炉 这两种微波炉一经推出 人们立即意识到微波加热在工业方面的潜 力 随着雷声公司的不断研究和推广 其它制造商也开始瞄准这块市场 日本夏普 公司从1962年开始生产微波炉 同期还有日本松下公司 及瑞典的Husqvarna公司也 开始生产 微波炉逐渐被应用到饮食服务业 医院供餐 自主食堂 自动售卖机等 方面 据统计 日本有60 微波加热设备是应用于食品工业方面 美国也有 Microdry公司 Lexington和Raytheom公司等多家微波加热设备的公司 国外微波装 置的专利也有不少 如D P Mahan 美国 研制的滚动式微波干燥装置 Samuel Bernstein等 美国 研制的热空气和微波组合式干燥机 横内 洋元等研制的液料 微波杀菌方法及其装置等 在微波干燥方面 国外的学者已经在诸多方面进行了研究如下 固液体在微 波中的电解特性 研究了真空微波干燥土豆片的特性 研究了微波干燥中水分的扩 散 微波加热和干燥的过程模拟 模拟了微波干燥中食品热力学参数的变化 无线 电波真空干燥木材的过程模拟 吸收微波能大小的经验公式研究 分析模拟了二维 微波加热温度场分布 研究了微波与对流热风组合干燥胡萝卜片 微波与热风组合 干燥香蕉片和微波与热风组合干燥对猕猴桃色泽 收缩及复水率等的影响 二 国内微波干燥技术的研究和应用 我国微波干燥技术的应用始于70年代初期 到目前已应用于轻工 化工 食品 加工等方面 在工业方面 中山大学 研究了微波加热方法分散浓缩合成荧光粉 并申请了专 利 南京大学 在制造纳米级催化剂FePO4的过程中就利用微波进行了处理 杭州电 子工业学院 研究了微波快速烘干硅胶的生产工艺 太原工业大学 对微波干燥煤的 情况进行了总结 认为随着煤等级的上升 其介电常数和介质损耗因数是下降的 清华大学同方研究中心和西安交通大学 共同研究了热泵微波联合干燥系统 设计 论文 专用纸 第 14 页 在食品方面 我国在1975年先后已有多家微波设备生产厂建立 南京三乐微波 发展有限公司近两年来也开发了两种型式的微波 真空干燥设备 然而其结构庞大 成本太高 难以大规模推广 期刊上也有不少关于微波加工食品的论文发表 上海 儿童食品厂首先成功应用微波加热干燥乳儿糕 从整个行业来看 与发达国家相比 仍有很大差别 我国在微波技术的研究和应用方面起步较晚 近几十年才开始 微 波处理食品技术已经被列为 十五 期间我国食品工业重点发展技术之一 在微波干燥方面 我国虽然起步较晚 近年来许多研究人员通过大量试验研 究 已在用解析法分析微波干燥中温度分布与变化 微波干燥金银花 菊花 微波 干燥蕨菜 微波干燥稻谷 平铺载荷下微波干燥室的反射特性 微波处理葡萄种子 微波干燥银杏叶 微波干燥蚕茧 微波干燥药物 微波处理茶叶等方面取得了大量 成就 但在微波干燥技术的应用和研究方面还有很多需要完善和深入的地方 1 2 4 多点分散式小功率微波干燥的设备的概况 1 在研究了现有的干燥器及干燥设备及其现有的一些组合式干燥器 本课题的 干燥设备是汲取了网带式干燥机的优点 将干燥设备分为 A B 单元 采用积木式设 计 根据用户需要可以调整生产线的长度 2 采用 4 个家用微波炉的磁控管 均分 于传送道上 利用微波炉的功率调节装置调节微波的输出功率 使微波能更均匀的 对物料进行加热 3 采用箱式与隧道式干燥器的优点是形成一个加热隧道 磁控管 微波发射的窗口按分布的要求置于管道两侧 管道内便形成了多个微波加热区 采 用钢板制成的截面为长方形的管道 连接 4 个微波炉腔体 金属管道的长度和微波 炉腔的长度比为 2 1 4 在 B 单元上设置通风口有利于管道中的水蒸气抽出 气体 运动的方向应与传送带的运行方向相反 湿热气体由高湿度物料端 进料端 排出 避免已干燥物料的回水 5 外壳及防微波泄漏装置 采用金属管道将 4 个微波炉连 接起来 每个单元上微波加热节与非加热节 两个加热节之间的间隔节 的长度比 为 1 2 进料端设抽风装置 并在传送带布料段与进料端之间设金属屏蔽网以防微 波泄漏伤害人体 设计 论文 专用纸 第 15 页 1 3 多点分散式小功率微波干燥设备料筐推进机构概述 1 3 1 选题的背景和意义 一 选题的背景 现今 国际上对 绿色 食品要求达到 有机种植 无硫烘烤 低含量或无细 菌 即种植过程不施化肥和农药 干燥加工过程降低二氧化硫残留量 加入 WTO 后 中国食品要进入西欧 北美市场 安全卫生就需要通过 HACCP 危害分析与关键控 制点 认证 环保上要通过 ISO14000 认证 日益严格的卫生标准的制定 对我国农 业生产过程卫生提出了严峻的考验 本论文 小功率微波干燥设备工业样机的设计 和研究 正是在这一背景下提出的 该课题现已获得云南省自然科学基金资助 二 选题的意义 1 本课题属于交叉学科的综合运用 涉及到传热学 微波理论 食品工程 等知识 开展该课题研究可以提高食品加工业的研究水平 扩大高科技在食品加工 中的应用范围 带动相关的食品业与高科技技术学科的交叉运用 同时能改变食品 业现存的设备陈旧 工艺落后的现状 为食品制造业的发展提供较好的发展方向和 理论基础 2 通过本课题的研究结果可以对云南省富产的黄姜 普洱茶等绿色食品的 干燥起到重要的推动作用 从而可以提高产品质量及出口的价格 扩大规模和出口 利润 为云南省增加出口创汇 1 3 2 微波干燥设备料筐推进机构研究缘由 通过市场调研 和对现有的多种干燥设备研究和分析拟采用组合式干燥设备 并且也体现了各自的优点 这在 1 2 3 中已经有所论述 但从中看到了现用微波干燥 设备的送料机构存在一些问题 1 大多采用传送带输送 而目前成熟的带是橡胶夹 层结构 不能胜任有微波强烈辐射的工况 2 带传动不易干燥颗粒性物料 因为带 在传动过程中由于机器振动和物料会由带边滑下 撒在干燥隧道内 这会造成物料 设计 论文 专用纸 第 16 页 的浪费以及损害设备 若给带加边 则造成制造成本过高 再者 带连续传送的送 料机构设计年代久远 多年没有大的改进 由于以上问题的存在 所以我们决定对微波干燥设备的送料机构进行一些研究 设计出一种噪音污染小 物料取放方便 成本低 高效率 构造小型实用 操作方 便和工艺控制便捷的送料机构 1 4 设计的构思 经过市场调研 对市面上现有产品进行分析比较 我们决定设计一种料筐步进 式的推进机构 初步构思如下 功能方面 从物料输送上看 带的连续传动是靠带和物料之间的摩擦力将物料 从某一端带到另一端 在料筐底上装上滚轮 设计斜坡靠重力下滑的惯性力逐个推 进来实现物料传输 用拉力机构逐个料筐拉出也可实现 本设计采用给料筐施加一 定大小的推力 借助料筐相互挤推将料筐逐个从入口送到出口 因为干燥要求有时 不可能一次性完成 增加辅线有利于循环干燥和自动化连续生产 功能实现方面 料筐逐个送入 拟采用将电机的旋转运动转化成构件的往复运 动 用以提供料筐的推力 对能够实现往复运动的机构进行功能分析和传输特性分 析 通过比较各机构的优劣 确定多点小功率微波干燥设备送料机构为链传动 并 对其进行经济性分析 进而探究普通链条所存在的问题 在研究了刚性链条推进物 料优良的性能后 我们将普通链条传动改换为板式 刚性 链传动 这也是本文研究 的一大创新点 设计 论文 专用纸 第 17 页 第 2 章 方案设计 2 1 微波干燥设备的推进机构功能化分析 2 1 1 推进机构的系统分析 我们所说的系统 一般包括以下四个组成部分 系统单元 系统结构 边界条 件 输入输出的要素 12 系统单元是完成某种功能而无须进一步划分的单元 即系统相互联系和作用的 基本组成要素 系统结构反映着系统内部各个单元之间的关系 即相互联系和作用的联结形式 系统只有通过结构才能实现其总功能 然而 不同的结构既可完成不同的功能 也 可完成相同的功能 边界条件是系统与外部环境的作用界面 通过这种界面可以明确分析设计对象 的范围 但是 界面又是相对的 可以因分析研究的具体要求不同而异 确定边界 的主要依据是 在所研究的具体条件下 当该单元发生变化时 看是否对系统功能 产生决定性影响 看是否应当把某个或某些单元包括在系统内部 同时 根据与环 境有无一定的联系 系统又可分为封闭的和开放的 系统行为通常表现为她与其外部环境的相互联系和作用 可以用系统的输入和 输出来表征 推进机构的系统单元是驱动 控制 支撑 转动 往复移动 转向等机构 这 些单元组成推进机构的结构 实现能量的转换 获得一定运动速度下的承载能力 完成运载功能 推进机构的边界条件是物料的存在形式 物料的处理方式 推进机 构输入要素是电机的转动或气压缸的转动力矩 它是一种机械能量 输出要素是要 干燥物料一定速度的承载力 也是一种机械能量 所以推进机构的输入输出要素是 能量 它的内部结构实现能量转换 设计 论文 专用纸 第 18 页 2 1 2 推进机构的功能分析 一 功能分析的目的 功能分析的目的是明确用户要求和产品所应具有的工作能力 以便有效地进行 设计 因为从功能分析着手进行产品设计 1 可以启发创作性 2 可以全面掌握 对产品各方面的要求 不致遗漏 3 可以避免设计的盲目性 特别是针对引进产品 在测绘是可以避免不管有用无用 照搬不误 不作任何改动 甚至闹出笑话的弊病 4 可以全面的考虑功能和成本的关系 以求价值优化 得到质高价廉的产品 为此 要注意区别 a 基本功能和辅助功能 b 必要功能和不必要功能 包括多余功能和过 剩功能 如采用过分贵重的原材料 不必要地提高加工等级等 c 使用功能和外观 功能 对产品只起美化和装饰的功能 根据国外资料统计 现行产品约有 30 左右零部件的功能是不必要的 取消这 些不必要的功能将大大降低其成本 设计中应该重点保证基本功能 兼顾辅助功能 同时考虑使用和外观功能 去 除多余功能 调整过剩功能 分清主次地合理使用成本 才能有的放矢地提高产品 价值 求得价值优化 原理方案拟定的功能分析 首先是总功能分析 分析系统的总功能常采用 黑 箱法 黑箱法是根据系统的输入和输出关系来研究实现系统功能的一种方法 即根据 系统的某种输入 要求获得什么样的输出的功能要求 从中寻找出某种规律来实现 输入 输出之间的转换 得到相应的解决方法 从而推求出 黑箱 的功能结构 使黑箱变成白箱的一种方法 也就是说 把待求的系统看做黑箱 分析比较系统的 输入和输出的能量 物料和信号 而其性质或状态上的变化 差别和关系就反映了 系统的总功能 因此 可以从输入和输出的差别和关系的比较中找出实现功能的各 种可能的原理方案来 从而把黑箱打开 确定系统结构 然而 一般工程系统都比较复杂 难以直接求得满足总功能的系统解 因此 应按系统分解的方法进行功能分解 即把总功能分解为一系列分功能 在针对各分 设计 论文 专用纸 第 19 页 功能用黑箱方法选择适合的功能元求得局部解答 最后通过各功能元求解分功能育 总功能之间的关系 建立功能结构系统 给出系统原理解 二 功能元类型 常用的功能元类型有 物理功能元 逻辑功能元和数学功能元三类 分别简单 说明如下 数学功能元是实现加 减 乘 除 开方 乘方以及微分 积分运算功能的机 械 电子 电器等组件 如机械中的行星轮系就可以实现加 减和除法运算 物理功能元主要是反映系统或设备中能量 物料 信号变化的基本物理作用的 常用基本无理功能元有 功能转换类 能量 运动形式 材料性质 物态和信号种类的变换 功能缩放类 物理量的放大 缩小和物料性质的缩放 如压力和电压间的变 化 等 功能联结类 能量 物料 信号同质或不同质数量上的结合 功能传导及离合类 反映能量物料 信号的位置变化 功能存储类 它体现一定时间范围内保存的功能 如飞轮 仓库 弹簧 电 池 电容 电感等 物理功能元是通过物理效应实现其功能而获得解答的 机械 仪器中常用的物 理效应有 力学 液气 电力 磁力 光学 热力 核效应等 同一物理效应可以完成不同的功能 它通常是以 与 或 非 门 通过 逻辑方法进行组合以实现相应的功能 可以采用机械 如开锁就是 与 凸轮杠杆 可实现 或 和 非 功能 电子 电器 液压 气动等元件组成 与 或 非 等功能 功能元求解 1 可通过参考有关资料 专利或产品求解 2 利用各种创造性方 法以开阔思想来探寻解法 3 利用设计目的求解 设计目录是把能实现某种功能的 各种原理和结构综合在一起的一种表格或分类资料 把各种功能元的局部解合理地给予以组合 就可以得到多个系统原理解 可以 设计 论文 专用纸 第 20 页 采用形态综合法或相关网法进行组合 功能综合是把系统功能元和局部解分别作为 纵横坐标 列出 功能求解综合表 从每个功能元取出一种局部解进行有机的组合 构成一个系统解的方法 2 1 3 推进机构功能元分析法的原理方案设计 13 本课题的设计要求是物料从入口输入 经烘干设备从出口出料 因为干燥要求 有时不可能一次性完成 所以要增加辅线 这既能达到物料干燥要求又有利于自动 化连续生产 传动机构是用来输送 400mm 450mm 的料筐 1 总功能 运送物料 将物料从入口输入 经烘干设备从出口出料 2 功能分解 1 实现能量输入的动力源 2 实现位移传动的机构 3 实现移位的装置 4 实现减振的机构 总功能与分功能之间的结构系统如图 2 1 所示 图 2 1 总功能与分功能关系 采用功能求解综合表求解 原理方案拟定一般从功能分析入手 利用创造性构思拟出多种方案 通过分析 综 设计 论文 专用纸 第 21 页 合 评价 求得最佳方案 相应的功能求解综合表如表 2 1 所示 表 2 1 功能求解综合表 局部解 功能元 1234567 A 动力源普通电机伺服电机斜坡重力柴油机液动机气动马达汽油机 B 位移传动齿轮传动带传动链传动液力耦合器螺旋传动永磁式 C 移位轨道滚轮气垫履带 D 减振弹簧橡胶圈液压尼龙 E 推力机构四杆机构链条一体链条分离液气力 系统解 组合各功能元 求得系统解的可能方案数 N 7 6 4 4 4 2688 由这些功能系统解可求得 2688 种机构的组合形式 方案选择 从多种方案中 对传动方案作定性的分析如表 2 2 所示 表 2 2 传动方案分析 齿轮传动带传动链条传动 特点 1 效率高 2 传动比稳定 3 不适合远距离传动 1 适合较大中心距的传动 2 可过载保护 吸收震动 1 能保证平均的传动比 2 能耐高温 微波等恶劣工况 3 适合一定中心距的传动 实际工况 较长距离输送 有微波辐射 要求在传输过程中输送装置有相当的可靠性 防止筐料输送 紊乱 进过简单的定性分析 我们列举四种常用的系统解 并对其成本 结构 操作 性 安装 控制 减振效果方面进行一定的评价 四种常用系统解如图 2 2 所示 设计 论文 专用纸 第 22 页 图 2 2 推进机构功能模型解 将综合表所得的四种方案 通过调研与市场调查和通过实践分析之后 我们对 几种方案进行了简单的评价 简单评价法 用 表示 很好 表示 好 表示不好 其 评价结果列与表 2 2 表 2 2 四种方案评价表 方案方案 1方案 2方案 3方案 4 成本低 结构简单 操作方便 便于安装 控制准确 减振好 总计 5 6 8 1 总计结果表明 方案 3 为较理想的方案 其结果组合成 伺服电机 链传动 设计 论文 专用纸 第 23 页 轨道移位 橡胶圈减振 分离式推块 此机构刚开始设计为由带轮通过干燥设备 利用皮带与物料的静摩擦力将物料 从入口带到出口实现物料的输送 经过实践与分析我们看到了带传动存在问题 传动方式上 依旧采用古朴的设计年代久远的带轮连续传动输送物料 由于微波 对极性分子有强烈的吸收作用 目前成熟的带是橡胶夹层结构 不能胜任有微波强烈 辐射的工况 带传动不易干燥颗粒性物料 因为带在传动过程中由于机器振动和物 料会由带边滑下 撒在干燥隧道内 这会造成物料的浪费以及损害设备 若给带加 边 则造成制造成本过高 齿轮传动系统不适合当前的大中心距工况要求 根据分析与排除我们初步步