新型谷物储放机械结构设计【含CAD图纸和说明书】
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- 内容简介：
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新型谷物储放系统设计摘 要我国的谷物生产及消费量十分巨大，自2013年以来,我国粮食总产量连续九年增长,其中谷物(稻谷、小麦、玉米)约占粮食总产量的九成。全国粮食单位面积产量5452.1公斤/公顷(363.5公斤/亩),位于世界第三，仅次于世界第一的美国和世界第二的加拿大，而全球每年13亿吨食物被浪费，亚洲谷物浪费尤突出，联合国粮食及农业组织11日发布的一份研究报告显示，全球食物浪费现象惊人，不仅造成重大经济损失，而且严重危害人类赖以生存的自然资源。为了解决这个问题,我们开发了一套投料、干燥、杀菌、存储在一个新的粮食存储系统中，一种新型的粮食存储系统是适应农业发展，该技术将作物浪费现象降到最低，粮食存储率和利用率提高，新技术越来越得到人们的欢迎，也带来了科技人员的关注。本次设计主要是对谷物存储系统这种机器设备进行结构分析以及一些必要的计算过程说明，通过对环模的内径以及外径等众多因素的分析整合，从而设计出最为合适的尺寸以及一些必要的参数要求，再者通过solidworks绘图软件，对设计的产品进行3维立体的构图之后，完成总体的装配，与此同时，在这种情况下为了提高干燥的能力，选用的是螺旋式的干燥等装置。最后从现实生活中的实际生产情况来说，将整体的尺寸进行合理的优化并最终确定一些必要的设计要求参数，使储存设备能够运转工作的更高效更能使利益最大化。关键词： 谷物；农业机械设计结构；干燥杀菌；储存仓结构- I -新型谷物储放系统设计ABSTRACTGrain production and consumption in China is very large, since 2013, Chinas total grain output growth for nine years, with grains (rice, wheat, corn) accounted for about ninety percent of the total grain output. National grain yield per unit area of 5452.1 kg/ha (363.5 kg/mu), located in the third world, second only to the top of the world the United States and Canada, the worlds second, and each year 1.3 billion tons of food wasted, Asian corn waste particularly prominent, the UNs food and agriculture organization (fao) 11, according to a study released global food waste phenomenon, not only cause great economic losses, the survival of humans and cause serious damage to natural resources.In order to solve this problem, we developed a set of feeding, drying, sterilization, storage in a new grain storage system, a new type of grain storage system is to adapt to the agricultural development, the technology will crop waste to a minimum, grain storage rate and utilization rate of increase, new technology, more and more get the welcome of people, also bring the attention of the scientific and technical personnel.Also through solidworks drawing software, after three dimensional composition of the design product, completing the overall assembly. At the same time, in this case, in order to improve the ability of the material, it is a spiral conveyor.This design is mainly to grain storage system this kind of machine equipment for structural analysis and some necessary calculation process, based on the inner and outer diameter of the ring die with the analysis of many factors such as integration, so as to design the most suitable size, and some necessary parameter requirements, moreover through solidworks drawing software, the design of the product after 3 d composition, complete the general assembly, at the same time, in this case, in order to improve the ability of drying, selection of drying device is a spiral. Finally in the actual production conditions in real life, will be the size of the whole reasonable optimization and ultimately determine the necessary requirement of design parameters, the storage devices can operate work more efficient and to maximize the benefits.Keywords: Grain ; Agricultural machinery design; Dry sterilization; Store mould structure - IV -目 录摘 要IABSTRACTII引 言11.1 烘干机设计21.1.1 谷物干燥的意义21.1.2 谷物的干燥机理21.1.3 国内研究21.1.4 国外现状21.2 烘干设计31.2.1 设计要求31.2.2 谷物烘干机的原理和机械结构图31.2.3 滚筒烘干机的直径与长度的确定41.2.5 筒体结构组成91.2.7 托轮和轴承设计201.3 传动部分261.3.1 传动功率的选择261.3.2 减速器的参数选择271.4 烘干设计281.4.1 烘干谷物所需要的时间具体的计算：281.4.2 粮食的干燥前后的重量：281.4.3 热值计算29第二章 杀菌部分312.1 拉佛尔喷管式灭菌设计312.1.1谷物杀菌的意义312.1.2拉佛尔喷管式灭菌原理31第三章 谷物储存323.1 谷物储存的意义323.2 储存仓的结构示意图32第四章 投料部分334.1投料装置的研究状况和发展趋势334.2 投料装置原理33第五章 结论355.1系统流程详解355.1系统流程图35参考文献36附录1 外文翻译37附录2 外文文献40致谢43新型谷物储存系统引 言中国是一个以农业为基础的大国，我国粮食储藏建设的五十年是飞跃发展的五十年。20世纪90年代以来，为了解决我国粮食主产区多次出现的农民卖粮难、粮食部门收储难和粮食流通效率低下等问题，从1991年开始，我国逐步进入了大规模粮食储藏设施建设时期。1998年以来，我国建设的国家储备粮库，是新中国成立50多年来，投入资金最多、建设规模最大、建设内容最全、采用先进储藏科技最广泛的一次，实现了我国粮食储藏、运输、管理、技术的跨越式发展，进一步完善了全国储备粮库布局，初步建立了较为合理的粮食储备体系。经过五十余年的建设、积累，从装卸、称重、烘干、清理、运输等一系列粮食储藏机械到完整的现代化设施进行了大量的开发和引进，我国已基本形成一个以港口库为龙头、以中转和储备库为骨干、以收纳库为基础的储藏设施网络体系。据报告显示，食物链上的食品浪费越晚出现，造成的环境后果就越严重，因为环境成本会随着加工、运输、储存和烹制过程而累积增加。以全球每年产出却未被食用的粮食为例，这些粮食所耗用的水相当于俄罗斯伏尔加河年流量的3倍，向大气排放的温室气体达33亿吨。报告指出，在亚洲的工业化地区，谷物和蔬菜浪费程度严重，进而对自然资源造成极大浪费。因此谷物的储存是维护粮食安全的关键环节。目前使用的谷物床藏设备中，由于作业条件等原因，常出现产品细菌超标、含水率达不到预期要求、储藏时间短等原因；且现行设备体积大、成本高、储放周期长。新装置采用灭菌、烘干、储藏一条龙作业的方式，可以大大提高生产效率、降低成本，有效提高谷物储藏时间。故本设计具有一定的应用价值及研究必要性。我国辽宁、吉林、黑龙江及内蒙东部地区属我国冷湿地带，每年约有800多亿斤高水分玉米和几十亿斤高水分稻谷需要烘干，为15个粮库烘干设备配备了水分在线检测和自控仪器，实现了粮食烘干全过程水分变化监测和自动调整，较好地解决了粮食烘干不均匀、品质下降、重量损失过多等问题。此外，还研究开发平房仓及浅圆仓散粮进出仓设备、浅圆仓装仓防破碎装置、粮仓气密技术、纳米保温材料、储粮害虫检索专家系统等。新技术和新装备的应用，大大提高了储藏质量，降低了储粮损失，确保了国家利益。因此，谷物存储在我国的前景是十分可观的对其的普及是这个竞争激烈的社会所必需的。第一章 谷物干燥1.1 烘干机设计1.1.1 谷物干燥的意义粮食干燥在保护农业方面发挥着重要作用，是粮食生产机械化的重要一步。但是谷物干燥技术对于我国来说并不完善他需要满足很多条件才能实现比如：温度、湿度等等。 因此，食品干燥和机械化技术对中国的食品消费国具有重要意义。中国是这个世界上每年拥有粮食年产量5亿吨的国家。据统计，从粮食收割成粒到加工消费这一过程只有80%的粮食是被人们真正的利用了的，大部分都浪费了，如霉变和发芽，高达5%，谷物干燥或达到安全湿度还不太晚。如果我们将这些浪费了的粮食利用起来那么世界有可以有进8万人可以使用到宝贵的粮食，所以这更加说明了粮食干燥的重要性。1.1.2 谷物的干燥机理 谷物干燥是通过从颗粒到表面的水分的连续扩散和水在表面上的蒸发来实现的。水在颗粒表面上的蒸发必须要有压力差才能实现。空气中水汽压力与颗粒表面水汽压力之间的差值是谷物干燥的驱动力，其大小决定了颗粒表面水的蒸发速率。如果温度梯度和湿度梯度是相反的，则干燥速度将受到相反方向的颗粒中的热扩散和水分扩散的影响。然而，由于加热温度较低，晶粒尺寸较小，水分运动几乎没有影响。相反则温度升高，尺寸较大，水分会迁移，形成粮食表面裂纹。1.1.3 国内研究我国对谷物干燥的研究还得追溯到上个世纪40年代，当时我国的国力还比较落后，经济实力较差，所以谷物干燥在当时还不是很普及。但是改革开放十年后，由于国家经济实力提升，科研经费的增加，干燥技术开始普及起来了，这使得农村的产量和利用率迅速提高了，加快了农村的发展。21世纪后中国的干燥技术不断地完善，趋于成熟各种中小型企业也不断的推出了各式各样的产品，适合农机行业的中小型、多功能、粮食大、村群短。干燥机械。全国有超过2万台谷物烘干机。年粮食干粮仅占全国粮食总产量的1%左右，而发达国家粮食机械干燥约占总产量九成，这可以说明中国的粮食干燥还有较大的发展空间。1.1.4 国外现状1）英国: 谷物干燥广泛应用于全国各地。中小型低温干式筒仓和大中高温干燥机是他们的主要机型。他们的产物跟中国不同。小麦是他们的主要农作物。在设备这一块他们的自动化程度很完善。2）澳大利亚: 他们和我国不一样，我国主要是私人干燥，但是他们主要是用于工业，并有较为完善的自动控制系统。谷物干燥模型是大中型的，是一种高温干燥方法，所以需要大量的燃料，而他们的燃料主要是煤油和柴油进行加热3）日本: 上世纪40年代后日本的粮食干燥设备迅速发展，他们的粮食产物和我们一样主要是稻谷，所以他们的机械设备也是小型的设备。比较新颖的是他们会用稻谷壳做为燃料，实现了废物利用。1.2 烘干设计1.2.1 设计要求谷物干燥的主要作用对象是稻谷，小麦和玉米。在干燥过程中，粮食进出口方便。一次最大粒径为1吨，粒径为1%2%小时，收集数据后，干燥前后的粮食含水量分别为：，干燥后的粮食含水量、谷物干燥后的温度、夏季气温较差时的环境空气温度和相对湿度、滚筒内的温度，机器工作效率是每小时完成2吨的粮食干燥。1.2.2 谷物烘干机的原理和机械结构图工作原理：工作时，在保持进料端和出料端不动的情况下滚筒进行旋转使得进料和出料不中断，滚筒上装有用螺栓固定的圆形齿轮圈，在与齿轮配合之后用电机进行驱动，带动滚筒进行旋转，同时谷物在抄板的作用下均匀的旋转再通过在滚筒的一段鼓入热风从而使得谷物上的水分逐渐的蒸发掉，且滚筒在有一定的倾角情况下安装，谷物在滚筒中运动一定时间后会自动的从卸料口落下，滚筒的结构图如下： 1 1、进料口 2、炉气进口 3、进料端挡罩 4、轴承座 5、支承托轮6、传动小齿轮 7、减速箱 8、联轴器 9、电动机 10、卸料口11、炉气出口 12、传动齿圈 13、滚圈 14、干燥滚筒 图 1.2.1 滚筒原理 1.2.3 滚筒烘干机的直径与长度的确定1.2.3.1 烘干时间的计算要确定谷物是否烘干我们是依据谷物表面水分的减少量确定的,有以下的公式：根据定义A（Kg/hm3） （1-1） GW-水分减少的快慢 ； V-滚筒的容积； 水分的蒸发越快，A的值就越大 min （1-2） 各系数的取值：0.16，=650Kg/ m3，=27% ， =13%，A=45.85Kg/h计算得=28.65(min)1.2.3.2 滚筒直径与长度的确定谷物烘干滚筒的体积V及尺寸主要由滚筒干燥通过能力G(公斤/小时)决定 由上式推出 取0.15 代入数据后求得： =0.71m 1.2.4 挡板设计1.2.4.1 挡板的结构图1.2.2 抄板的种类上图分别为升举式，均布式(b)、(c),扇形式(d),翻动式(f)和蜂巢式(e)但是由于谷物易粘附于筒壁上，所以经过反复的对比之后选择升举式更加的合适。1.2.4.2 挡板尺寸设计挡板的几何参数见下图：图1.2.3 抄板的设计1.2.4.3 挡板间距的确定K是指两挡板之间的距离，对于它的取值主要取决于谷物颗粒的大小而定。如果设计太大谷物就会分散不均匀，如果太小又不适合谷物更好的干燥，如苞米的体积较大，所以K的取值会相对大一点K的取值为13。挡板的数量为24。1.2.4.4 M、N、B的确定影响其大小的原因有两种。第一种是谷物离开滚筒的量较多，使得干燥的结果不好，第二种是谷物分散不平均。谷物旋转是有部分的谷物会从抄板的下方流落下来形成谷物的抛散。M、N、是影响抛散过程均匀性的主要因素。由图可分析得我们取自流角为30度；当210YB时，谷物在抄板上的截面积为： (1-5) (1-6) (1-7)s随回转角度中的变化率为： (1-8)谷物在滚筒内的抛撒轨迹主要是由决定的： (1-9) = (1-10)由以上公式可见当取M=2N时，我们得到的效果是最好的，所以我们采用了24根挡板，s为： = 筒体内部的谷物体积为：=10002306 N=0.02m时，V=9.68m,筒体中的质量为：G=610公斤。较为合理。 1.2.4.5 筒体的转速设计滚筒以一定速度转动时。由于惯性原因，谷物从抄板的切线方向抛出。设滚筒半径为r，则当抄板与水平方向为引对，谷物离开抄板的运动轨迹为： （1-11） 消去t： （1-12）由上可得y=0时x的值为了谷物分散，定义函数： （1-13） 当转速过大时，谷物就会付着在筒壁上而无法下落，所以我们需要求出零界值从而求出滚筒的最大速度： ， （1-14）计算得: 1.2.5 筒体结构组成1.2.5.1 筒体的跨度及厚度：据弯矩支撑原理我们可以确定托轮位置见下图所示。图1.2.4 托轮的支撑为了确保支撑托轮可以较好的支撑起滚筒的质量拖轮的安装位置是它们的夹角为60度，具体的安装方式如下图： 图1.2.5 托轮的位置根筒壁厚度有关的因素有很多，若偏小，筒壁的厚度就可以设计较小；反之就可以设计较大。筒壁最小厚度计算：,mm上面公式所代表的意义: 有上式可以得出当长度较短时可以适当的减小筒壁的厚度，为了达到移动的刚度要求除了增加筒壁的厚度还可以用以下的方式：（1）让滚筒和垫板的间隙减小，但不能过小因为受热后间隙会消失。（2）局部增加筒体壁厚。因为干燥筒的重量是由托轮支撑的，加大滚筒的宽度的方式如下： （1-15） （1-16） 滚筒的厚度=18mm，有的地方需要增加厚度如下图： 图1.2.6 滚筒壁加厚滚圈下筒体宽度公式为： ，mm式中: 1.2.6滚圈1.2.6.1 滚圈的结构形式 （1）带键滚圈的垫板需要现场焊接，因此会给安装带来麻烦。键数量一般为812个。带键滚圈如下图所示。图1.2.7 滚圈 在本设计当中考虑实际后选择矩形滚圈。（2）垫板：垫板的起到了分担滚筒重量的作用，保护滚筒。厚度取10mm，宽度为=240mm 1.2.6.2 滚圈的设计与计算1. 各滚圈的外径跟筒体的直径值比如下图表1.1比例接触应力计算公式为： （1-17） （1-18）式中： 其中： 校核如下： 表1.2 各材料应力 = （1-19）上式可化简得：，mm K=1.2.6.3 应力计算滚圈取一半进行应力分析，公式为：因为没有转角所以转角为零 （1-20）图1.2.8 滚圈内力分析滚圈是焊接在滚筒上的部件对其应力计算q=q1+q2 ， （1-21）式中: 下图是最大弯矩图： （1-22）图1.2.9 受力分析图1.2.10 弯矩图计算如下 （1-22）公式中： 1.2.6.4 外圈的设计将滚筒截面设计为下图所示：，mm式中： 式中：表1.3 滚圈断面计算： 面积计算 ： 直径计算 ： 惯性矩计算： 断面参数：1.2.7 托轮和轴承设计1.2.7.1 支撑轮结构为了安装方便我们选取了滚动支撑轮。1.2.7.2 受力分析（1）径向力（见下图) 经过受力分析分为径向力和重力分析如下： 径向分力为： ，N （1-22） （1-23） （2） 轴向力是滚筒有一定的倾斜而产生的起受力分析如下： 图1.2.13 轴向力分析图（3）轴承座的受力情况分析图如下：图1.2.14 托轮调整力 下图为轴承稳定性分析：图1.2.15轴承的稳定性1.2.7.3 支撑结构参数设计（1）支撑轮支撑轮必须满足的条件是：、支撑轮和滚筒的焊接必须是无缝焊接。即表达式各字母的含义： 图2.16 普通挡轮轴向位置 、滚筒较长时，计算其宽度如下图： 图1.2.17 支撑轴的宽度关系 支承轮与轴紧配合，经常由于支承轮磨损而使轴报废。为了延长支承轮的使用寿命，可以使用支撑轮。（见下图）。图1.2.18 支撑轮跟轴的关系（2）轴的计算直径参数计算： 轴参数长度： 滑动轴承： ，l为轴颈长度，。滚动轴承： ，为其宽度 图1.2.19 转轴的弯矩长轴的直径的参数计算：轴径d的初步估算：滑动轴承：由前面已知： （1-25）则: 由，则，mm式中： 为了增加其使用寿命我们只有降低应力才能提高轴的使用寿命，比如说我们可以提高轴表面的硬度和光洁度。1.3 传动部分1.3.1 传动功率的选择功率部分的计算公式如下： ，Kw （1-26） 取K=0.019-0.082，最后取K=0.0725，得： （1-27） =16.85kW1电机的功率 Pd = （1-28） 传动效率为： = 减速器齿轮联轴器 = 0.990.970.98 = 0.9412则 Pd= = = 16.35kW确定电机额定功率为Ped = 18.5kW。滚筒的转速为24 r/min，齿圈传动比i=8 齿轮传动比i=3所以电机转速为所以空载转速n=740r/min，满载转速的满足条件。选用型号为Y225S8的电动机。1.3.2 减速器的参数选择 大小齿轮副的模数为912，传动比为58.齿轮宽度为80100毫米。由于运输和安装时齿圈是两半，所以齿轮必须是偶数。取=8，=10、=19 则： mm mm两个配合件的硬度差就比较接近更合适，因为如果如果两配合件的硬度不一样的话，会造成原件的损坏。所以按国标11209-86的规定进行加工。根据课本计算得：p=31.6，s=14.8，h=11；1.3.3 减速器的选择高速运动轴的转速，功率和转矩的计算 非高速转动的轴承参数计算 1.4 烘干设计 1.4.1 烘干谷物所需要的时间具体的计算：烘干时间： 1.4.2 粮食的干燥前后的重量：谷物干燥前后的失水计算： : 2=13.5%时的重量G2经过计算得 1.4.3 热值计算有课本查阅d-I图的下列数据： 通过计算的： 上式的几种物质的成分占比。气体的含量的计算 的值的计算如下： 所以： 谷物含水率 =16.35% 由此可见，该机械结构是可以干燥的。第二章 杀菌部分2.1 拉佛尔喷管式灭菌设计2.1.1谷物杀菌的意义粮食加工和储存是人类生存和发展必须解决的问题。它对人类文明的水平是一个好的或坏的解决办法。利用现代先进的技术手段，对原粮食进行加工，监测粮食的长期储藏，防止储藏霉变，降低老粮比重，提高粮食库存利用率，对国家和民族意义重大。所以本课题采用了拉佛尔喷管式灭菌，通过增压，加热，冷凝的方式进行灭菌。2.1.2拉佛尔喷管式灭菌原理拉佛尔喷管式灭菌的原理：当粉料干燥完成后进入粉料投料口，打开阀门，使粉料进入到装有紫外灭菌灯的加热管中，此时喷管的一头通入高压蒸汽，另一头进行低温冷凝，从而使得喷管两端形成气压差让粉料向喷口一断运动，使颗粒受到挤压膨胀进而让付着在上面的菌包脱落以达到灭菌的效果。 图2.1拉佛尔喷管示意图 第三章 谷物储存3.1 谷物储存的意义 随着人们对面粉品质的要求越来越高，人们在面粉贮藏设备和运输设备上花费了大量的时间和金钱。随着面粉品质的提高，人们越来越重视面粉品质的贮藏。国内许多储罐保存效果差，设计不合理，功能不全。如何有效地将包装好的面粉运输到所需的位置，越来越受到人们的关注。在许多面粉中使用的运输设备米尔斯是国内外的起重机和移动设备。罐装面粉的吊装放在移动装置上，然后运到指定位置。这不仅是一个复杂的过程，也是一个大的工作空间，起重机的功能是单一的，灵活性很低。目前，市场上的面粉储运设备缺乏自动化、智能化的产品，对人力的要求较高，占地面积大、不便、拆装困难，导致拆装维修困难。随着市场经济的发展，自动化和智能化产品的市场需求越来越迫切。本设计着眼于自动化和智能化，设计出一种适应面粉市场需求、模块化、易拆分、行走的现代面粉储运设备。3.2 储存仓的结构示意图图3.1 储存仓结构第四章 投料部分4.1投料装置的研究状况和发展趋势目前，我们经常采用人工投料的方法来进行运输。随着工业的发展和经济适用性的发展，我国发展了带式输送机、斗式输送机和气动输送机。为了提高先进的运输设备的利用率，实现单机自动化，将单机结合成一个自动化系统是十分必要的。在面粉杀菌系统中，目前只能采用人工给料装置，但在给料装置中，采用最大进料方式进行设计，在使用过程中是最实用、最经济的给料装置。在企业实际设计过程中，往往根据上述方法和经验设计产品，然后进行整个系统测试。在这个过程中，总是有一些设计满足计算要求，但不能满足整个系统测试的标准。因此，这一过程需要反复修改，这不仅浪费时间，浪费人力，而且浪费材料资源。因此，给料装置的设计方法是根据计算机上的经验建立整个系统的三维模型，模拟实验，以实验为标准，并根据结果对其进行优化。4.2 投料装置原理图4.1 投料结构图在半波整流后的交流电流输入到电磁铁的线圈之后，产生频率为50Hz的磁引力。这样，料斗底部下方的芯被吸引，料斗下降。由于三个弹簧在料斗的底部边缘的相同圆周上间隔120 ，它们之间90 间距的影响导致料斗下降，同时沿弹簧倾斜方向产生周向扭转。当电磁铁的磁力迅速减小并接近零时，料斗在弹簧的作用下向相反方向升起并返回到其原始位置。这样，在电磁力的作用下，料斗连续受到螺旋状的周向振动，使料斗内的杂物沿着料斗内壁的螺旋槽向上移动。并从料斗顶部进入外部通道，送至送料机自动送料。第五章 结论5.1系统流程详解经过几个月的设计，再加上老师的解答最总完成了整个谷物储存系统的设计，整个系统一共分为四大板块投料，干燥，杀菌和储存（具体的流程如图5.1）。但是设计的最主要的部分是干燥部分。5.1系统流程图本设计主要是在干燥滚筒中的消耗时间最多其结构如下图：5.2干燥滚筒再根据系统的参数我们可以给出系统的主要参数；该新型谷物储放系统总共长约为9米，每小时可以加工2吨谷物。 参考文献1周开勤. 机械零件手册(第四版)M.北京:高等教育出版社,2014. 2孙恒，陈作模.机械原理(第七版)M.北京：高等教育出版社，2006. 3濮良贵,纪明刚.机械设计(第九版)M北京：高等教育出版社，2013. 4美伯尔著,汪一麟等译机械分析与机械设计M. 北京:机械工业出版社，2012. 5 章日晋等编.机械零件的结构设计M.北京: 机械工业出版社，2014.6张立辉, 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