【滚筒式粮食烘干机的结构设计13000字】

滚筒式粮食烘干机的结构设计目录TOC\o"1-3"\h\u31599关键词： 220171前言 245551.1粮食烘干的意义 2114561.2粮食的烘干机理 377971.3国内研究现状 3316231.4国外研究现状 481802粮食烘干机的结构设计 4187372.1粮食烘干机的基本设计要求 4280602.2滚筒式粮食烘干机的结构原理及结构示意图 5135432.3烘干滚筒的直径与长度的确定 6170352.3.1物料需要在烘干滚筒烘干时间的计算 6111402.3.2烘干滚筒直径与长度的确定 7178252.4导料槽参数及烘干滚筒旋转速度的计算 761802.4.1导料槽的形状如图2-2所示 777392.4.2导料槽的尺寸设计 8129312.4.3P的确定 9255262.4.4M、N、B的确定 984302.4.5烘干滚筒转动参数的确定 10261102.5烘干滚筒的筒体结构组成 1148822.5.1筒体的跨度及厚度 11327032.6滚圈 13255832.6.1滚圈的结构 13263492.6.2滚圈的设计与计算 1512052.6.3滚圈弯曲应力计算及校正 17222082.7支撑装置 19162292.7.1托轮和轴承的结构 1916232.7.2支撑装置受力分析 1959722.7.3托轮和轴承的设计 21147423传动装置 24325283.1传动功率的计算 24261283.2传动参数选择与减速器 2556913.2.1齿轮、齿圈主要参数 25296703.2.2确定减速器 26305424烘干系统的设计 2689714.1粮食烘干时间 2772694.2粮食水分蒸发量及粮食烘干、冷却后的质量 2780204.3热量的计算 27234295设计总结 29摘要滚筒式粮食烘干机是采用对流传热连续烘干的方式的一种粮食烘干机，它被广泛应用于粮食烘干及其他物料的烘干。本文的滚筒式粮食烘干机其主要热源是通过热风炉燃烧稻草、玉米芯等常见的绿色环保而且价格低的燃料。其主要结构包括热风炉组件、进料罩组件、前滚筒组件、后滚筒组件、出料罩组件、大齿轮、小齿轮、电机组件、小齿轮组件、减速器组件、金属滑块联轴器130、减速器座、滚筒托轮座、弹性柱销联轴器、滚筒托轮。滚筒式粮食烘干机的主要特点是以滚筒作为烘干室，而在烘干滚筒的内壁安装有螺旋状的导料槽，粮食在滚筒内移动的动力来源主要是滚筒上安装的传动齿轮的运动带动滚筒旋转，从而带动滚筒内壁的导料槽也跟着滚筒旋转。粮食在导料槽和自身的重力作用下沿着导料槽移动，粮食在烘干的时候导料槽对粮食起到了带动和抛洒的效果。在烘干滚筒内壁的导料槽运动后的作用在需要烘干的粮食上，需要烘干的粮食被连续带到不同高度后靠自身的重量从高处不断落下的，使需要烘干的粮食受热更加均匀对烘干炉气的利用更加高效，从而提高了烘干效率，从而得到烘干效果比较理想的粮食，保证了烘干粮食的品质；同时导料槽对滚筒内的粮食具有传输引流的作用，方便粮食烘干后自动卸料，节省了大量的人力物力。关键词：滚筒式粮食烘干机；烘干滚筒；粮食；导料槽1前言1.1粮食烘干的意义烘干刚收获的粮食是使粮食增产，农民增收，减少农民工作量非常关键而且很重要的一步，也是实现粮食增产和保证粮食安全生产品质的关键步骤，也是完成农业生产全程机械化至关重要的组成部分。粮食烘干机及其配套设施是粮食烘干机械化的主要工具，专业的技术人员使用通过按要求加工的专业设备来控制烘干粮食所需要的条件达到烘干粮食的目的，在确保粮食品质的情况下，使粮食中的水分蒸发出去，使粮食在烘干后达到延长储存时间、方便运输和后续加工的要求。中国是世界上人口最多的国家，同时国内每年生产和消费的粮食也很多，目前年生产粮食总量大约为6.7亿吨。据调查，国内在脱粒、晾晒、贮存、运输、后续加工、消费等过程中损失的粮食高达总产量的15%左右，是联合国粮农组织规定的5%的三倍。这一部分损失中，因为天气原因，还有人力不足导致的粮食来不及晾晒造成发芽、霉变而损失的粮食高达5%，如果按年产量6.7亿吨计算，年损失粮食高达3350万吨。这是一个惊人的数字，如果能把从地里收回来的粮食损失率降到最低，从这个意义上来说，粮食烘干的机械化就显得极其重要，它是使粮食丰收、高产的非常重要的保障条件。1.2粮食的烘干机理粮食烘干是利用粮食外表壳的水分不断蒸发和粮食内部的水分不断向外表壳扩散来实现的[2]。粮食外表壳的水分蒸发，决定因素是空气的水蒸气含量的高低。空气的水蒸气含量的高低与粮食外表壳的水分含量的差值，是粮食烘干的推动力，其差值的大小决定粮食外表壳水分的蒸发速度的快慢。粮食内部的水分往粮食表面移动的现象，叫做内扩散。内扩散又可以分为热扩散、及湿扩散两种形式。在烘干粮食的时候，粮食外表壳水分的蒸发，打破了粮食内部和外壳水分含量的平衡，当粮食外表壳的水分含量小于粮食内部的水分含量时，此时粮食的内外部就形成了水分含量差。由于水分含量差，从而导致了水分从含水量高向含水量低的地方扩散．这就是常说的湿扩散。粮食在受热后，粮食外表壳的温度相对于粮食内部的温度而言，较高，从而出现了温度差。因为粮食内部和表面有温度差存在．此时温度高的地方水分就会源源不断的向温度低的地方移动，这就是常说的热扩散。水分含量差和温度差的方向相同时，粮食水分的湿扩散和粮食水分的热扩散方向也相同，从而加速了粮食烘干的速度并且不影响烘干效果和粮食的品质[2]。如果水分含量差和温度差的方向相反，就会导致粮食中水分的湿扩散和热扩散方向相反，从而降低了粮食的烘干速度。如果外部加热温度相对较低，粮食的颗粒也较小时，此时对水分向外扩散基本没有影响。如果外部加热温度相对较高，热扩散速度比湿扩散速度快时，粮食内部的水分向外移动的速度就会比粮食表面水分蒸发的速度要慢得多，此时就会影响到粮食烘干的品质。情况不好时，粮食内部的水分不能及时扩散到粮食的外表壳，导致了粮食表面的水分往粮食内部扩散，粮食外表面就会产生裂纹的现象。1.3国内研究现状国内粮食烘干机的研究和发展开始是从仿制前苏联、日本等国的粮食烘干机着手的。但当时因为粮食烘干机结构相对来说比较复杂、耗料多、制造成本高，与国内当时的经济发展状况和国家体制形式非常不符，它主要用于集体企业、国有农场和粮库。直到70年代后期，开始有相关的科研单位研发适合本国经济体制条件的粮食烘干机[2]。但是一般只有农村生产队和农场生产连队在使用粮食烘干机；80年代后，农村经济体制改革的浪潮席卷本国，此时，本国粮食烘干机的特点逐步向多用化、小型化发生转变；从90年代以来，农村经济体制深入改革后，农业生产力水平和农村经济实力都得到了很大的提升，集约化和专业化的经营方式也更加完善[2]。特别是在国有农垦系统生产的种子和粮食的基地以及大型粮库所使用的粮食烘干机设备也在逐渐的成套装配，并和仓储以及加工等设备完成配套，引领了本国粮食烘干机发展的潮流；与此同时，本国还引进加拿大、日本、美国以及台湾等国家和地区的粮食烘干机，一些高等院校以及相关的科研单位也在陆续地研制出了相对应粮食烘干机，应用于本国的粮食烘干领域。烘干技术的完善成熟，使得粮食烘干机设备发展道路越走越宽，同时农业现代化的发展速度也达到了前所未有的高度。虽然粮食烘干机在中国有了将近50年发展历程[2]，已经有很多生产粮食烘干机的企业，但产量并不算很大，技术含量也相对较低，完善的机型也不算多，机型的种类较少，设备耗能高，自动化程度低，而适合农机专业户、种粮大户及村组的多功能中小型、成本低的粮食烘干机设备却很少。全国现有粮食烘干机设备数量也在逐年增加，目前国内粮食总产量里面仅有33%左右是粮食烘干机烘干的，但发达国家总的粮食产量里面有95%左右是由粮食烘干机烘干的，由此可以看出，本国粮食烘干机的发展还有很大的潜在市场。1.4国外研究现状国外对粮食烘干机设备的研发时间较早[2]，到20世纪90年代，国外对烘干技术的研究已经达到了相对较好的水平，烘干机设备达到标准化、系列化，设备的性能稳定，质量好、自动化程度较高。近年来在烘干、加工等过程中的计算机模拟上更是取得了较大的突破，传统和专业软件的开发，对烘干机设备的设计和设备质量的改良更是起到了重要的作用。同时，各国的实时情况也会各不相同[3]。（1）美国:在美国粮食主要使用粮食烘干机来烘干，主要的机型有中、小型低温粮食烘干机及大、中型高温粮食烘干机，烘干的主要农作物是玉米和小麦，热源以柴油(煤油)和液化石油为主，采用直接加热烘干的烘干方式较多。烘干机设备有一整套的料位控制、风温控制、出粮水分检测系统，自动化水平较高[3]。（2）俄罗斯:粮食烘干机比较普遍，以工厂化生产为主要形式，自控系统较完整，其粮食烘干机以大、中型为主，高温烘干是其主要烘干方法[3]。干、湿粮混合加热烘干是其烘干的常用方法，能起到节能、提高烘干粮食品质和一次降水幅度大的作用。柴油和煤油是烘干时使用主要的热源，通常都是直接加热。（3）日本:日本是二战后才开始发展粮食烘干机的，烘干水稻的中、小型设备是其主要研发方向[3]。小型固定床式粮食烘干机，中、小型循环式谷物烘干机以及大型谷物烘干机日本研发的主要机型[4]。热源主要采用柴油和煤油，少量采用稻壳为热源。在烘干机设备中基本都安装有完整的自动控制系统，相对较看重烘干品质。2粮食烘干机的结构设计2.1粮食烘干机的基本设计要求本文所设计的粮食烘干机一般用在农作物的干燥，以便达到粮食储存的安全条件，而主要用在玉米、水稻以及小麦等常见的农作物。要求在烘干的过程中粮食的进出料达到方便快捷的效果，粮食一次最大装在量为1吨，粮食每小时的降水率为1%-2%，粮食在烘干后的非均匀度水分含量需小于2%。滚筒式粮食烘干机的烘干效率一般为2-30吨每小时[5]，粮食在烘干前、后的水分含量各是，；烘干后的粮食温度为；夏天气温较高时，气温可达，空气湿度可达；进入烘干滚筒的烘干气体温度可达，废气的气温。粮食容量的平均值γ=700Kg/。滚筒式烘干机烘干效率一般为每小时G=2吨。2.2滚筒式粮食烘干机的结构原理及结构示意图工作原理：在烘干粮食时，烘干滚筒逆时针旋转，进料罩组件和出料罩组件不动，从而起到持续进料和出料的效果，烘干后滚筒组件安装有传动齿轮，并通过螺丝将其固定，在电机的驱动下小齿轮跟着运转从而带动滚筒组件上的传动齿轮转动以达到烘干滚筒回转的效果[6]。在烘干滚筒的中部装有滚筒托轮，起到了支撑烘干滚筒和作为烘干滚筒转动的轨道。需要烘干的粮食从进料口倒入烘干滚筒里，烘干滚筒内安装的螺旋状的导料槽，在烘干滚筒转动时，烘干滚筒底部的粮食随烘干滚筒的转动从而被滚筒内部的导料槽带到不同的高度均匀的慢慢落下。处在自由落体的粮食于烘干热风接触后，粮食内部的水分源源不断的蒸发出来。在安装烘干滚筒时预留有一定的轴向倾角[7]，烘干后的粮食在烘干滚筒旋转和重力的作用下从出料口卸出，完成烘干的全过程。滚筒式粮食烘干机结构，如图2-1所示。图2-1（a）图2-1（b）图2-1（c）1、热风炉组件2、M18螺栓3、M18螺母4、进料罩组件5、前滚筒组件6、滚筒托轮组件7、M30螺栓8、M30螺母9、电动机组件10、弹性柱销联轴器11、减速器12、金属滑块联轴器13013、滚筒齿轮14、小齿轮组件15后滚筒组件16出料罩组件图2-1结构原理2.3烘干滚筒的直径与长度的确定2.3.1物料需要在烘干滚筒烘干时间的计算水分蒸发速度[3]，是反映粮食烘干机综合性能的重要指标，也是决定设计的重要因素。常说的水分蒸发速度[8]，是指粮食烘干机一立方米有效容积在单位时间内所蒸发的水蒸气的质量，单位用Kg/h·m3表示，一般用符号A表示。根据公式：（2-1）（2-2）式中：—粮食烘干机每小时蒸发的水分的质量，（Kg/h）；—粮食烘干机烘干滚筒的有效体积（m3）对A产生影响的因素有很多[9]，它和粮食的性质相关，粮食的吸水力越大，所能蒸发的水分越多，A的数值越大；粮食的初水分含量越高，A的数值越大；并且，A的数值还和粮食烘干机的结构规格相关。（2-3）式中:—粮食在烘干滚筒内烘干所需时间；—烘干滚筒内粮食填充系数，通常取小数，取值为0.1-0.15；—粮食的平均容积密度；A—粮食烘干机水分蒸发速度，Kg/h·m3根据上面的公式取：填充系数，平均容积密度，，粮食初水分含量粮食终水分含量粮食烘干机水分蒸发速度。根据计算得到粮食在烘干滚筒内烘干所需时间：2.3.2烘干滚筒直径与长度的确定烘干滚筒的烘干效率G(公斤/小时)决定烘干滚筒的体积V及尺寸的大小[10]（2-4）（2-5）导出：（2-6）式中：τ—粮食在烘干滚筒内烘干所需时间（分）；γ—粮食的容重；—烘干滚筒中粮食的充实率，=0.15-0.20,取0.2.烘干滚筒的长度I与直径d之比通常取I/d=4.9.将数据带入公式后求得：=1.218m结果取R=1.218m,l=12m,D=2.436m。2.4导料槽参数及烘干滚筒旋转速度的计算2.4.1导料槽的形状如图2-2所示图2-2导料槽形状升举式(a):适用于容易粘连在烘干滚筒内壁和块状的粮食。烘干滚筒转动时，烘干滚筒底部的粮食随烘干滚筒的转动从而被滚筒内部的导料槽带到不同的高度均匀的慢慢落下，以此增大气体和粮食的接触面。这种导料槽能导致气体的分层效果，烘干滚筒直径越大和烘干滚筒转速的降低都会使气体的分层效果增强，。这种烘干滚筒的内壁清洗方便，但其填充率只在0.1—0.2之间。均布式(b)、(c)：适合小颗粒且易分散的粮食。内部设计成开小口的形状。这种形状的导料槽能够将粮食均匀的撒在烘干滚筒内部。扇形式(d):适用于松散且重的粮食和块状易碎的粮食，内部扇形的导料槽是互不相通的，但各部分又有独自的升举式的导料槽。蜂巢式(e):适用于细碎易产生粉尘的粮食，内部的导料槽设计成封闭小格。粮食在烘干时间内一直堆积在导料槽上，烘干滚筒转动时，粮食也被翻转而产生了新的与气体接触面。填充率在0.15—0.25之间。蜂巢式的导料槽会使粮食降落的高度减小。烘干时损失的粮食减少，气体的热量将会积蓄在导料槽上，气体的分层效果也会减弱。翻动式(f)：这种导料槽是活动的，烘干滚筒旋转的同时导料槽的角度也会随之变化。在烘干时粮食的性质发生改变，则导料槽的形状也会沿着滚筒长度使用几种形状的导料槽。如果将螺旋带安装在烘干滚筒的前端，升举式或扇形式的导料槽安装在其中部，均布式或蜂巢式的导料槽安装在其后端等。综上所述本文选择升举式导料槽。2.4.2导料槽的尺寸设计烘干滚筒的内壁装设的导料槽，它的尺寸是影响烘干效果的重要因素。导料槽在烘干滚筒内均匀分布，部分导料槽在烘干滚筒内的分布如图2-3。导料槽的几何参数如下图所示。图2-3导料槽布局2.4.3P的确定P是两个导料槽的间隔距离，影响其取值的主要因素是粮食颗粒的大小。太大时，不能均匀的将粮食抛洒，太小时，大颗粒的粮食的烘干效果不佳。一般玉米和水稻等的颗粒较小，所以P至少应取10厘米以上。我们选用8根导料槽，其间距为95厘米。2.4.4M、N、B的确定对M、N、B产生影响的主要因素有两个。第一，处在抛洒情况下的粮食的流量，流量不能太大也不能过小粮食，流量太大或过小都会使烘干速度也随之下降。第二．抛洒的均匀性，烘干滚筒转动的同时会把滚筒内部的粮食带到不同的高度，由螺旋状的导料槽和惯性使粮食从不同的高度掉落，形成粮食的抛洒。影晌粮食抛洒的均匀性的因素有M、N、B三个。所以我们要把随着烘干滚筒的转动留在导料槽中的粮食的截面积的变化规律分析出来。粮食的自流角取值为30°。由图2-3分析可得；当Y—B时，导料槽上留存粮食的截面积为：（2-7）导料槽留存粮食的截面积随转动角度的变化率为：（2-8）当时，导料槽留存粮食的截面积为：（2-9）导料槽留存粮食的截面积随转动角度的变化率为：（2-10）能够对粮食在烘干滚筒内部的运动轨迹造成影响的是的大小，粮食在光滑钢板表面的自流角为20°，如果为110°，则当为90°时，导料槽上的粮食已经基本滑落干净。因此选定为。取M=2N时．y=21．86°。当，-=78.14°时，由公式得到导料槽上粮食的截面积变化率为（2-11）当-=78.14°时，由公式得到导料槽上粮食的截面积变化率为：（2-12）由上式可得．当取M=2N时，随着烘干滚筒的转动，导料槽上粮食截面积的变化率相近，粮食抛洒均匀。为了确定M、N参数，需计算烘干滚筒转动时导料槽中所携带的粮食以及粮食抛洒的流量。当大于0时，导料槽上落F的粮食产生抛洒效果。所以只计算大于0时导料槽中储存的粮食。本设计用了8根导料槽，其间隔角度为45°，对应等于0时导料槽上粮食的截面积为：（2-13）同理可得到：当时，；当=30°时，；当中=45°时，；当=60°时；当=75°时，当=90°时，。导料槽上携带的粮食的总体积为：=16.02×12=192.24（2-14）N、M取值不同，导料槽上携带的粮食的量也各不相同，当取N=0．03m时，V=0.173m,导料槽上粮食的重量为：G=121=kg。如果N=0．03m，则：M=0.06m。设烘干滚筒的转速为n转／分，转过200所用的时间为60／24n秒，单位时间内落下的粮食流量为：（2-15）2.4.5烘干滚筒转动参数的确定当烘干滚筒逆时针转动时。由于烘干滚筒的转动，粮食会被沿导料槽的切线方向抛出。设r为烘干滚筒中心至导料槽边缘的半径，当X轴和某导料槽的夹角为引对，其粮食抛洒的运动轨迹为：（2-16）（2-17）消去t：（2-18）根据上面的公式，首先求出不同转速n，在不同转角处所抛洒的粮食的运动轨迹的方程，当y=O时运动轨迹在X轴上的位置(坐标值x)。计算后发现当时，滚筒的侧面也有粮食抛洒到，所以有。依据x值判断在滚筒中粮食抛洒的均匀性，抛洒均匀性函数：（2-19）其中△x为平均间距，△X两个X值之间的间隔。当n=24r／min时抛洒的粮食分布均匀。当重力小于离心力时，粮食贴着烘干滚筒内壁不能落下。当重力等于离心力时，处在临界状态．得到烘干滚筒的最转动速度为：（2-20）（2-21）得:（2-22）取R=1.218,则，取时，2.5烘干滚筒的筒体结构组成2.5.1筒体的跨度及厚度烘干滚筒长度和直径的比值通常小于12，使用两挡支撑。支撑点位置的确定除了要考虑结构外，需要按照等弯矩的原则设定，通常取（0.5-0.6）Z。、、的具体尺寸在确定时，可以参照等弯矩原则，结合烘干机的载荷条件调整。托轮支撑位置如图2-4所示。图4托轮支撑位置为了保证两托轮能够成为烘干滚筒安全可靠的转动轨道，两托轮应该安装在其径向支撑位置与烘干滚筒垂直中心线成30°角的地方，如图2-5所示。为使烘干滚筒有最大的刚性和轴向方向的最小转矩，托轮安装位置中心点距离取值，考虑到实际情况后取近似值为（m）。图5托轮支承位置确定烘干滚筒的厚度时需要考虑的问题有很多，如果跨径比过小，壁厚的可以稍小；如果因为粮食容量大或填充率高的原因，使载荷随之增大，的取值也可稍增大。此时烘干滚筒的最小壁厚的公式计算为：,mm（2-23）式中:———K—根据以上公式计算当烘干条件较差时（如粮食对烘干滚筒磨损严重，通常可以增加)；长度短的时候，可以随之减薄。如果烘干滚筒只因刚度差，其他条件都满足要求时，还可以通过增加壁厚外的其他条件来增加烘干滚筒的刚度。（1）让烘干滚筒垫板和滚圈之间的间隙尽可能缩小，有加强烘干滚筒刚度的效果。但间隙的取值也不能太小，不然安装难度会很高，而且滚筒在加热后会出现很大的热应力。为了使烘干滚筒在热态转动时，烘干滚筒垫板和滚圈之间的间隙为零，通常取垫板和滚圈之间的间隙为适当值。（2）烘干滚筒的局部壁厚加厚。烘干机旋转部分的重量最终都是作用在2个托轮组件上的，在托轮上由于载荷集中所导致的弯曲应力来提高壁厚如下式：（2-24）（2-25）式中:——集中荷载，N；D—K——滚圈下烘干滚筒壁厚通常取=36mm，加厚宽度取500mm。厚度参照表一，局部厚度如图2-6所示：图2-6滚筒局部厚度滚圈下烘干滚筒宽度公式为：，mm（2-26）式中：x—，mm；R———为了降低热膨胀对滚圈的啮合的影响，滚圈的安装位置应在托轮支撑烘干滚筒的位置处，其距离近似等于滚筒的直径。2.6滚圈2.6.1滚圈的结构（1）滚圈的横截面类型有空心箱形、实心矩形、正方形等。小型的烘干滚筒的材料不仅仅局限于某一种，也有用钢轨或型钢。横截面形状为实心矩形的滚圈结构简单。因为其横截面是一个实心整体，制造工艺相对简单，制造成本低，通常都是用大型水压机来加工滚圈。考虑到工艺要求和制造成本的原因，大型转动烘干机的设计，滚圈形状一般都是采用实习矩形的较多。刚性大的空心箱形滚圈，对提升烘干滚筒的刚度和抗压性有明显的效果。和矩形滚圈相比较可节省材料和降低制造成本。但因为其横截面形状复杂，制造要求高而且容易出现裂纹等制造缺陷。这些缺陷的出现会引发其横截面断裂现象的产生而使产品无法达到工艺要求。因为有一段空心箱形滚圈内部不需要加工，所以在设计滚圈时可以将其设计为带键的。滚圈与垫片间沿周向的相对运动可以用两块垫片夹紧凸出的键来减弱，从而降低了滚圈和垫片之间的磨损，所以可以设计适当的间隙，来提升滚圈对烘干滚筒刚性的效果。带键滚圈的装配工作相对繁琐，采用正焊接来安装垫片。键的数量通常是8—12个。带键滚圈如图2-7所示。图2-7带键滚圈剖分式滚圈把滚圈分成若干份，在安装剖分式滚圈时用螺栓将其连接在一起。但加工剖分式滚圈的工作量相对而言会更多，刚性也有所降低，加固烘干滚筒的能力也大大降低，在工作时对托轮磨损速度也更快，所以实际使用不多。在考虑实际后本设计选择使用矩形滚圈。（2）垫板：通过在烘干滚筒与滚圈之间安装垫板将烘干滚筒的载荷传到滚圈上，也避免了直接磨损烘干滚筒和滚圈。厚度取20mm，宽度为=350mm.当垫板松和套式滚圈之间的间隙太大时，两者之间的相对运动严重，其接触面的磨损也会随之增大（烘干滚筒转动速度越快，磨损的速度也越快）。所以可以使用可调式间隙的垫板。把垫板固定在烘干滚筒的方法通常是焊接固定，焊接固定后可以加工垫板外圆，以方便后期的安装和控制间隙。但因为烘干滚筒的轴向窜动力、滚圈和烘干滚筒间的巨大压力都施加在了垫板上，所以在固定垫板时，垫板和烘干滚筒的接触弧面需要预留一定的间隙。如果垫板和烘干滚筒接触弧面采用全焊，会有非常大的应力集中在焊缝中，从而导致全焊的焊接面开裂。此时又要重新补焊，容易导致焊接应力的出现。所以有些烘干机在垫板的一段采用全焊，其他地方采用点焊。铆接也可以将垫板和烘干滚筒连结起来，以便于后期的更换，更换时不用切割焊缝导致对烘干滚筒的损伤，也没有焊接应力的产生。但对垫板外圆进行加工难度大，安装难度也随之增大。特殊情况下，垫板和烘干滚筒之间用扁钢圈托起，两者之间存在间隙。（3）通常采用铆接式和松套式这两种方法将滚圈固定在烘干滚筒。固定的使用松套式的，当烘干滚筒略微弯曲时，允许发生在滚圈和烘干滚筒间的相对运动抵消了托轮作用滚圈和烘干滚筒上的力，此时在结构上滚圈相对合理。而且，这个安装方法是难度较低的，但一般都是滚筒直径较大的粮食烘干机才会设计成这种结构。2.6.2滚圈的设计与计算弯曲应力和接触应力的大小是影响滚圈强度的重要因素。选定滚圈横截面尺寸的依据是接触应力，而后用弯曲应力校正。（1）滚圈主要起到支撑整个烘干滚筒的重量，相当于烘干滚筒在托轮上运动的车轮，所以拥有足够的刚性和耐磨性是对滚圈和托轮的硬性要求。制造托轮和滚圈通常使用ZG310-570材料，其许用接触应力为400MPa。制造滚圈和托轮时也可以使用耐磨性更好的硅锰钢材料，经调质后其优点更明显。（2）滚圈和托轮的接触应力计算:滚圈外径Dr和烘干滚筒直径D的取值如下表所示,Dr的值在横截面设计好后确定。表1直接取值滚圈横截面形状滚筒直径D，m滚圈外径Dr，m截面高度H，m矩形＜3.51.25-1.19)D(0.09-0.055)D≥3.5(1.21-1.17)D(0.08-0.05)D箱形＜3(1.28-1.25)D(0.11-1.09)D≥3(1.25-1.2)D(0.10-0.07)D有衬里时，Dr使用上表的值，没有衬里时，滚圈的载荷小，Dr的取值要比上表的数据小，通常取（1.15-1.2）D。当滚圈外径和托轮直径的比值增大，滚圈和托轮的宽度、摩擦功率都会增大，此比值大小与托轮的直径大小相反。通常取4左右。（2-27）当滚圈和托轮的制造材料不一样时，其计算公式为：（2-28）式中：μ——，（2-29）式中：—Q—最大支撑荷载的1.1倍；—滚圈的材料弹性模量，MPa；—托轮的材料弹性模量，MPa；—滚圈的外半径mm；—托轮的半径，mm；g—重力加速度；—滚圈的宽度，mm。接触应力校正：按表2查表2许用弯曲应力和许用接触应力托轮滚圈MPaMPa材料硬度，HB材料硬度，HBZG310-570170ZG270-50014037580ZG340-640190ZG310-57015540085ZG340-640210ZG310-57017045090当时，公式可以变为：（2-30）式中：i—滚圈外径与托轮直径的比值，，通常取3-4；—滚圈外径，2870mm；—托轮外径；650mm。为了方便计算，此公式可以变为：mm（2-31）式中：K是系数，2.6.3滚圈弯曲应力计算及校正计算滚圈弯矩时一般都是将其当成圆环横截面的超静定问题来对待。照半环为例，如图2-8所示，由横截面A的变形条件：、转角和水平位移的取值都是零时。（2-32）可以得到横截面弯矩和之间的关系.图8滚圈内力分析作用在滚圈上的荷载按下面的方法计算：计算滚圈弯曲应力：设滚圈与烘干滚筒是一个整体，这时沿圆环周线均匀的分布着荷载，其均布荷载，其中:，（2-33）（2-33）式中:q—均布荷载，N/m；—支撑荷载导致的均布荷载，N/m；—滚圈自身重量导致的均布荷载，N/m；—滚圈形心半径，mm。滚圈内力和弯矩如图2-9所示。由图2-9可以得到最大弯矩为（2-34）图2-9（a）受力分析图2-9（b）弯矩图计算并校正弯曲应力：矩形横截面：（2-35）式中： —横截面系数，,H—滚圈横截面高度，mm；—按表2选取。2.6.4滚圈的截面设计矩形滚圈和箱形滚圈的横截面高度（如图2-11）、都是。与对应的H值如表3所示。图2-11矩形滚圈mm（2-36）式中：—垫板厚度，20mm；—烘干滚筒壁厚，18mm；C—常温状态滚圈和垫板间的间隙，2mm。受热膨胀量、滚圈对烘干滚筒的加强效果及加工误差等因素都会影响到C的取值，为了确保加热后没有过盈热应力产生，mm（2-37）式中：—滚圈内径，,mm—滚圈处烘干滚筒温度，℃；—滚圈温度，℃；α—热膨胀系数，钢材（）表3滚圈直径D，mmD＜31.28-1.250.11-0.90.286-0.3330.550.771.30.80.45D＜31.25-1.20.10-0.070.25-0.3330.70.821.51.10.55计算矩形滚圈横截面参数：横截面面积：形心圆直径：横截面惯性矩：横截面系数：2.7支撑装置2.7.1托轮和轴承的结构按轴承类型分托轮组又分成滚动轴承和滑动轴承托轮组。滚动轴结构相对筒单，制造和维修成本低，安装和更换方便，摩擦系数小，能耗低等优点。滚动轴承尺寸随载荷增大而增大，考虑到实际条件对生产的影响而使用滚动轴承。通常烘干机使用的都是滚动轴承。托轮组两边的轴承座可分开也可做成整体的。为方便调节托轮，轴承座通常做成整体的，加工轴承座要确保两边座孔的同心度，从而降低设备的匹配成本。当托轮轴承组尺寸较大时，通常将轴承座做成分开的，增加球面瓦，经调节后，左右轴承能够保证同轴线。2.7.2支撑装置受力分析烘干滚筒受到的支座反力或，可以经过滚圈施加在支撑装置上成为Q力。支撑装置上的力又分为径向力和轴向力。（1）在托轮侧面上的径向力N是烘干滚筒载荷Q施加的，滚圈的重量（取值），托轮和轴重量（取值）如图2-12所示，径向力为：，N（2-38）因为很小，所以，通常，则（2-39）图2-12径向力的分析（2-40）（2）轴向力，如图2-13所示：倾斜安装的烘干滚筒可以看成物体在斜面运动。把托轮当成物体，烘干滚筒当成斜面，烘干滚筒倾斜安装而产生的上窜力和托轮的推力可看成外力。托轮受到下滑力时，可看成斜面上有阻挡物。跟斜面不同的是，因为两个夹角为α的托轮支撑着滚圈，所以两边正压力的和：为斜面受力的倍图2-13轴向力分析图（3）调节托轮轴承座的力如图2-14所示图14托轮调节力（2-41）式中：—干净的钢和钢之间的摩擦系数，考虑到实际中的钢通常生锈，所以取—倾覆力，N。（4）轴承座没有倾翻力时的情况，如图2-15所示,由，考虑到安全条件，实际使用图15轴承座的稳定性2.7.3托轮和轴承的设计计算托轮轴承组相关数据的顺序是：用烘干滚筒的荷载Q，计算得出轴瓦的直径和长度的数值，再通过查看相关表和实际情况选定滚动轴承的型号。在计算烘干滚筒数据的同时，在此基础上，托轮宽度可以用滚圈宽度和托轮直径计算得出。根据数据计算出托轮轴承组尺寸大小并确定其结构，再根据其他条件确定其分段长度。如果设计的是转轴式滚动轴承，轴承最小直径，可以根据轴颈弯曲强度条件进行选择。再根据其他计算条件得到相关数据，进一步选定轴承型号。如果设计的是心轴式滚动轴承，在满足其他负载条件后，用计算滚动轴承寿命数据的方法经计算得出相关数据，根据得到的数据选定轴承型号的同时，也要顾及到轴和托轮其他的实际条件。（1）托轮直径计算滚圈数据的同时，托轮的制造材料和直径的大小已经确定。制造托轮的材料一般选用铸钢并和滚圈的材料相匹配，尺寸小的烘干滚筒采用铸铁制成的托轮。把带凸边的托轮安装在烘干滚筒安装时，可以不要挡轮，因为小尺寸的烘干滚筒质量轻，烘干滚筒的轴向力小，带凸边的托轮抵消了倾斜安装烘干滚筒而引起的轴向力。为了降低制造成本和重量，大多数的托轮结构都是空心的。宽度确定托轮宽度的原则是：在滚筒转动时保持托轮和滚圈的全接触。则（2-42）式中：—滚圈、托轮宽度；2U—烘干滚筒的轴向窜动力，一般挡轮如图2-16所示。因为烘干滚筒的热膨胀和安装托轮座时会产生一定的误差，托轮、滚圈宽度数据差一般大于2U,通常取：（2-43）图16一般挡轮轴向位置当烘干滚筒长度很长时，这时要计算常温下滚圈和托轮接触面的宽度要大于或等于滚圈总宽度的（如图2-17所示），即（2-44）式中：—两托轮之间烘干滚筒的膨胀量。托轮的磨损速度一般是2—4mm每年，使用寿命一般是6—10年。图2-17滚圈托轮宽度的关系通过是使用是过盈配合的方式来对托轮与轴进行装配，在托轮磨损轴也会被丢弃。延长托轮使用寿命的方法是给托轮镶套（如图2-18所示）。镶套被损坏后，直接换掉镶套后托轮就可以继续使用。图18镶套托轮（2）托轮轴轴中部直径：（2-45）轴中部长度：（2-46）结构图如图2-19所示。滑动轴承：（2-47）l为轴颈长度，。滚动轴承：（2-48）为轴承内圈宽度为了提高轴的强度，因此轴的中部采取过盈配合，应力也不会集中，所以危险断面的现象不会在弯矩最大的轴中点处出现。一般都是在Ⅰ、Ⅱ截面上出现断轴的现象。特别是靠近中点一侧采取过盈配合的边缘会出现应力集中的Ⅱ截面。都是因为疲劳而导致损坏。Ⅰ、Ⅱ截面的弯矩是：（2-49）（2-50）（2-51）最大弯矩为。图19转轴的弯矩初步计算转动轴直径d：滑动轴承：（2-52）则:（2-53）由，则，（mm）（2-54）式中：[n]—许用安全系数，取1.5—1.8—应力集中系数，取=—表面状态系数，取=；—材料弯曲疲劳极限，MPa；—绝对尺寸系数，查表取。因为一般都要求托轮轴的使用寿命要达到5—10年，也可以理解为应力变化次数需要大于循环基数，所以对疲劳极限的值不用进行寿命计算。可以降低应力集中的现象来提高轴的疲劳寿命。3传动装置3.1传动功率的计算根据烘干设备电动机功率的计算公式[7]：，Kw（3-1）式中：K—如表4所示；—被烘干粮食密度，Z—烘干滚筒长度，m；D—烘干滚筒直径，m；n—烘干滚筒转动转速，表4系数K值结构型式填充系数0.100.150.200.25升举式0.034—0.0490.048—0.0690.057—0.0820.066—0.092扇形式0.016—0.0190.019—0.0230.021—0.0260.023—0.029蜂巢式0.007—0.0080.009—0.0100.011—0.0130.012—0.014取K=0.057—0.082，考虑实际后取K=0.0695，经计算得到：电动机的输出功率（3-2）根据表1-7得到滚动轴承，齿轮传动，联轴器的效率是：所以电机组件的总传动效率为：则根据表20.1得到电动机的额定功率为。按照合力的传动比，单级齿轮的传动比为i2=3～4，烘干滚筒齿轮副的传动比为=8.42，烘干滚筒的转速，因此电动机转速的范围为所以只有当转速时才条件。所以电动机的型号选择Y280M—8。3.2传动参数选择与减速器通过电动机和减速器的传动、小齿轮和大齿轮的啮合传动，进一步带动烘干滚筒的转动。齿轮副模数取值范围为9—12，传动比的取值范围为5—9，齿轮宽度的取值范围为80—100毫米。3.2.1齿轮、齿圈主要参数齿数比为，齿轮模数为，分度圆直径是、，齿数分别是、。小齿轮齿数取值范围为=17—23，首先用奇数：17、19、21、23。考虑到实际要求，大齿轮都为成两部分加工，所以大齿轮齿数是偶数，取，齿轮宽度为220。则：因磨损严重而不能维持正常啮合是齿轮损坏的主要形式。但很少会出现断齿现象。为降低磨损程度，可以在安装前对齿轮做表面淬火，HRC42—50，这样可以延长齿轮的使用寿命。齿轮的硬度取HB30—40，再根据GB10095—88的规定确定齿轮的加工要求。按照计算公式：齿距:、齿厚：、齿顶高：、齿根高：、齿顶圆直径：、齿根圆直径：，得：表5齿轮副参数齿顶圆直径，mm齿根圆直径，mm大齿圈小齿轮3.2.2确定减速器高速轴的功率、转速、扭矩：低速轴的功率、转速、扭矩：所以减速器的中心距a=284mm,齿轮模数m=2.5,齿数比，型号为GL10。4烘干系统的设计从前文的计算得到，烘干机的烘干效率；粮食烘干前、后的水分含量分别为，