横流桨叶式加湿调质机的设计毕业设计论文.doc

前 言
在稻谷加工过程中，为了减少大米的精裂纹、降低碎米率、提高出米率、降低能耗和增强企业的竞争实力，采用加湿调质设备。根据加湿调质碾米工艺研制出横流式糙米加湿调质机，采用旋转式落料盘使糙米雨状散落，实现了糙米下落的均匀；采用 BSPT－1 /4 LNN3 型微细雾化喷头与下落米流呈横向喷雾，实现了雾滴与糙米的均匀接触; 采用搅拌仓即时将着水糙米进行搅拌，实现了着水糙米混合的均匀; 在进料口处和搅拌仓顶部设有物流传感器，可以实现来料自动加湿，停料自动停机及卸料不畅时自动停机。该设备可以达到均匀、可控和高效的加湿调质目标，从而降低碾米电耗、降低碎米率、增加出米率、提高成品米质量。

关键词： 糙米；加湿调质；横流式

目 录

1引言 1
1.1传统碾米工艺的缺点 1
1.2研制加湿调质机意义和价值 1
1.3国内外桨叶式加湿调质机的发展状况 1
2设计的目的 2
2.1均匀性 2
2.2可控性 2
2.3高效性 2
3横流式加湿调质机的设计 2
3.1设计的主要内容 2
3.2糙米加湿调质机整体结构设计 3
3.3糙米加湿调质仓的设计 3
3.4 叶片设计 5
4加湿装置的设计 6
4.1工作原理 6
4.2加湿喷头的设计 7
4.3供水系统的设计 7
4.4喷雾量自动调节 8
5动力及传动设计 8
5.1电机的选用 8
5.2传动部分设计 9
6控制部分 14
6.1来料自动喷雾，停料自动停雾 14
6.2卸料口的设计 14
6.3卸料不畅报警 15
6.4喷雾量自动调节 15
总结 16
致 谢 18
参考文献 19

塔里木大学毕业设计
1 引言
1.1传统碾米工艺的缺点
我国是世界稻谷生产和消费大国，每年稻谷产量高达2亿吨，约占世界稻谷总产量的1/3，约占全国粮食总产量的2/5[1]。我国人民的传统主食是精白米，在我国居民膳食结构中占有主导地位。随着人们生活水平的提高以及→消费观念的转变，人们越来越重视精白米的营养价值和保健功能。传统的稻谷加工方法是将稻谷砻谷得到糙米，然后对糙米进行碾磨加工，碾去糠层和胚芽，得到精白米[2]，糙米中大部分营养成分富集在被碾去的糠层和胚芽中[3]，在碾米过程中会有大量营养物质的损失和浪费。虽然精白米占据我国主食消费的主导地位，与白米相比糙米具有更高的营养价值，但是糙米皮层含有大量的粗纤维，其吸水性和膨胀性较差，造成糙米的蒸煮性不佳和口感较差[4]。糙米中还含有较多的植酸，植酸会与多数矿物质元素如钾、镁、铁等结合在一起，影响了人体对这些矿物质的吸收[5]。这些问题严重影响糙米的食用品质，如何改善糙米的食用品质亟待解决。
稻谷的安全储藏水分是14%以下，经过储藏后的稻谷水分含量更低，一般12%～13%左右，而糙米的最佳碾磨含水率却在15.5%～16.5%之间［1－3］。传统的碾米工艺是将净糙米直接干磨，但低水分的糙米硬度和脆性都较大，所以在碾米加工过程中容易出现裂纹米及碎米，大米表面光洁度较差，导致碾米的能耗增高，严重制约着企业的经济发展［4－6］。
1.2研制加湿调质机意义和价值
加湿调质碾米工艺是在净糙米进入头道碾米机前，增加糙米加湿调质机，对糙米进行均匀加湿调质，使得糙米的糠层和胚吸水后膨胀软化，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既可实现碾白，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。应用加湿调质碾米工艺可提高大米加工企业经济效益，因此研制加湿调质设备具有重要的理论意义和实际价值。
1.3国内外双轴桨叶式加湿调质机的发展状况
国外的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 25-5000 L,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。
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横流桨叶调质机机型结构基本相同, 例如 SLHSJ 系列卧式横流桨叶高效调质机, 其每批产量为 25-4000 kg, 功率为 0.75-55 kW, 产品已形成系列化。加湿调质机内并排装有一个转子, 转子由轴和多组桨叶组成, 每组桨叶有两片叶片, 叶片长短不同，桨叶呈30℃角安装在轴上, 目的在于让物料在搅拌时获得更大的抛幅而较快地进入另一个转子作用区。由于轴上的桨叶组对应错开, 在转子旋转时, 消除了搅拌死区，获得更好的搅拌效果。
2设计的目的
2.1均匀性
糙米加湿调质的关键技术在于均匀加湿。本设计采用 BSPT-1/4 LNN3 型微细雾化喷头与下落米流呈横向喷雾，实现了雾滴与糙米的均匀接触; 采用搅拌仓即时将着水糙米进行搅拌，实现了着水糙米混合的均匀。
2.2可控性
运输机定量运送糙米，可以通过增减喷头数量控制加湿量，微调供水流量。应用粮食水分在线检测仪跟踪加湿后糙米水分，反馈给供水系统。
2.3高效性
该机通过匹配辅机自动运行，可以满足碾米生产连续作业，加湿调质效率高。
3横流式加湿调质机的设计
3.1设计的主要内容
本设计的内容为: 设计出能够保证均匀加湿、可控、适宜于任何低水分糙米加湿调质到最优值的逆流自循环式加湿调质机。
未经着水的糙米水分：12.0%；着水后的糙米水分：16.0 %；每次加湿量可调（最大1.50%）；处理糙米量可调（最大处理量0.5t/次）。
3.2糙米加湿调质机整体结构设计
糙米加湿调质机体结构如图 3-1 所示。采用竖直仿u形的机壳，沿机壳竖直轴线方向从上至下分为进料仓、料水混合仓。料水混合仓安装的转动轴上装有长短比为2：1的叶片组和，通过带轮转动轴与电机相连。雾化喷头等角度均布安装在料水混合仓壁上，并与供水系统连接。在搅拌仓上装有压力出料门。

图3-1加湿调质机装配示意图

3.3糙米加湿调质仓的设计
糙米加湿仓采用仿u仓体结构，加湿仓可容纳0.5吨糙米（容重0.67t/m3），上方需留一定空间，总容积0.71m3。仓体采用钢板制造。
3.3.1加湿仓的结构设计
加湿仓采用2mm厚钢板制成，其结构简图如图3-3所示。加湿仓上端圆柱部分长度为1010mm，内径为450mm；圆台上端长方体长为1010mm，宽为637mm，高度为200mm；下端圆柱部分高度为768mm；

图3-3 加湿仓结构示意图
3.3.2米仓容积
圆柱部分仓体高=0.768m；长方体高为H =0.20m；糙米加湿仓高

1. 0.5t糙米的体积计算
(r――糙米容重0.67t/m3)
2. 加湿仓容米体积计算
加湿仓上端圆柱部分长度为=1.01m，内径为=0.45m；圆台上端长方体长为=1.01m，宽为=0.64m，高度为=200mm；下端圆柱部分高度为=0.77m；

3.4 叶片设计
3.4.1桨叶的设计
根据物料特性及工艺要求定，对于有液体添加的混合物料，桨叶应选用结构简单的形状，以减少卸料及清理困难。为了更好的使物料和水混合均匀，消除料水混合时搅拌死区，应尽量加大桨叶与物料搅拌时的接触面积。因此，我采用了两边长度不同的矩形桨叶形状，每组桨叶都是有一个长桨叶[如图4-1（a）]与一个短桨叶[如图4-1（b）]组合而成，长度比为2:1。桨叶的设计表面不是平面结构，是有一定曲面旋转角度。如图4-1所示。当料与水混合后，搅拌桨叶在传动装置的带动下，做单向的圆周运动。

（a）长桨叶结构 （b）短桨叶结构

图3-4 桨叶结构示意图

3.4.2 叶片的安装
叶片的安装方式是保证调质机性能的关键，安装不恰当，就不能达到期望的忧越性能；同时，也不能达到消除搅拌死区的效果。又根据物料流态化区的形成机理及轴的受力均衡情况，安装了五组叶片，叶片组长、短桨叶相间安装，安装角如图3-4所示。
4加湿装置的设计
4.1工作原理
加湿作业时，先测量拟加湿的糙米含水率，确定最佳工艺方案后，按方案设定打开喷头的数量、下料的速度以及转动轴的转速范围。糙米进入进料仓时，触发物流传感器；物流传感器将信号传递给控制柜，启动电机和供水系统；电机带动转动轴旋转，撒下糙米；同时，雾化喷头喷出水雾与下落的糙米混合，落入搅拌仓；在搅拌爪的搅动下，糙米间相互碰撞摩擦，游离的雾滴被涂抹到糙米表面，使糙米个体着水均匀；经搅拌后的加湿糙米在搅拌爪的搅动下先后甩出料门，达到加湿调质的目的。
4.2加湿喷头的设计
根据微细雾化喷头雾化特点，在米水混合仓壳体圆周方向均布安装12个微细雾化喷头，其喷头座中心线距米水混合仓中兴418mm，喷头由螺栓固定在喷头座内，喷头设置为间歇式喷水，每次有6个喷头喷水。
根据最大加湿量= 88.5kg/h的要求，所安装的12个喷头每个喷头的流量应不低于 = 14.75kg /h。因为是在一次最大加湿量条件下的数值，故作为供水压力中等水平( 0．5MPa) 时喷头的流量。根据这一流量，选取BSPT－1/4 LNN3型微细雾化喷头，喷头的流量为15.3L /h( 0.5MPa) ，喷流角度φ = 65°～70°。
4.3供水系统的设计
供水系统设计如图 5-1所示。其中，12017 型号隔膜泵（3）的进水口与出水口压力差可调，通过调整压力可控制喷头（5）的喷雾量及雾滴的大小。隔膜泵的出水口由四通管连接 3 个球阀（4），分别控制着3个由水管连接的喷头。隔膜泵（3）的动力由型号为JZT—2.2～4的电磁调速异步电动机（2）输入，调速电机的转速由型号JD1A—11的电磁调速电动机控制装置（1）控制。所以，加湿装置的隔膜泵压力可调，喷头的个数可控，通过这两种方式可以根据不同的需要调整加湿量的大小。

图5-1供水系统示意图
4.4喷雾量自动调节
通过进料仓的物流传感器感应所下落的物料量，产生感应信号，并将感应信号传输到控制柜；控制柜根据事先录入的程序，自动调节供水装置中电磁调速异步电动机的转速，进而调节加湿装置的隔膜泵压力，从而实现自动调节加湿量。
5动力及传动设计
5.1电机的选用
电机的选择是通过电机的载荷来选取的，为此应当计算出横流式加湿调质机在工作过程中受到的所有外力和功率的大小。
在不校验电动机发热和起动力矩的情况下，电动机所需的工作功率为

式中： Pw —工作机所需工作功率；
η1 — 一条V带的传动效率；
η2 — 深沟球轴承的传动效率；
T — 工作机的阻力矩；
n — 工作机的转速。
假设：
阻力矩T 为161.6 N·m；转速为30r/min
根据电动机的工作效率和工作范围得：
=0.566kW
=(2～7)=327.1～1144.85
查机械工程设计手册，选用电磁调速电机YCT132-4A-1.1kW。
5.2传动部分设计
5.2.1 V带传动的设计
（1）计算功率
P=×=1.1×0.96=1.06kW
Pca=KP=1.44×11.06=1.53kW （查表得工作情况系数K=1.44）。
（2）带型的选取
根据Pca和n=1000 rpm确定选用A型V带。
带轮基准直径：取主动轮基准直径=120mm。
从动轮直径： =i =3×120=360mm (传动比i=500/163.5=3)。
（3）验算带的速度
υ=m/s合适。
根据0.7（+ ）<a0<2(+ ),初定中心距a0=720mm。

查表取带基准长度=4000mm。
实际中心距：
a= a0+mm
验算主动轮上的包角：
=，合适。
（4）计算V带的根数
查表=0.998kW，=0.91，=1.19,=0.118。

取z=2根。
计算预紧力：

计算作用在轴上的压轴力：

（5） V带主动轮结构及尺寸如图5-1所示。

图5-1 V带主动轮结构及尺寸

5.2.2 主动轴的设计
因为轴的材料为50钢，调质处理。查表得：

计算支承反力、弯矩及扭矩。
（1）支承反力
由以上传动带的设计可得：

（2）弯矩
由画图可得：

注：在此仅考虑垂直方向的受力，且都是取其最大值
（3）扭矩（取扭矩折合系数为0.6）
从动轮传递的转矩：

（4）计算弯矩
按第三强度理论，根据已求出的弯矩图和扭矩图，求出计算弯矩

（5）校核轴的强度
对危险截面B处进行校核，先求出轴的抗弯截面模量。

式中：—扭转剪应力，
—许用扭转剪应力，取
由以上的校核可得：所选轴的强度满足工作要求。其它各轴所受扭矩均小于该轴，其强度都合适。
6控制部分
6.1来料自动喷雾，停料自动停雾
进料闸门打开，物料进入进料仓触发进料仓内物流传感器，物流传感器将信号传输到控制柜，进而启动电机和供水系统，进行喷雾; 停料或人为将进料闸门关闭时，感应信号中断，控制柜自动将电机和供水系统关闭，停止喷雾。
6.2卸料口的设计
若用大开矩形门卸料口则：在这里选用活塞缸控制机构。当液压杆向上拔出时，带动卸料口打开，物料由卸料口流出；当插板向下插入时，卸料口关闭，停止卸料。
6.3卸料不畅报警
当搅拌仓内物料达到卸料高度，而卸料门由于故障无法打开卸料时，触发搅拌仓顶部的物流传感器，物流传感器将信号传输到控制柜，控制面板上的信号灯将发出声光报警信号，同时料闸将自动关闭，并停止喷雾。
6.4喷雾量自动调节
通过进料仓的物流传感器感应所下落的物料量，产生感应信号，并将感应信号传输到控制柜; 控制柜根据事先录入的程序，自动调节供水装置中电磁调速异步电动机的转速，进而调节加湿装置的隔膜泵压力，从而实现自动调节加湿量。

总 结
为期三个多月的毕业设计即将结束了，在这段时间里受益非浅。在指导老师兰海鹏老师的指导下，设计工作也全面展开，在本次设计过程中我也大量查阅了与此次设计的有关课程书：如机械制图、机械设计基础、机械制造技术、机械原理等。在设计过程中只凭教科书是不够的，我还大量查看一些有关设计的参考书和资料。本次设计的在部分零件的设计工序中，遇到了很多问题，如零件的选材和尺寸设计和校核，以及各零件间的配合。
通过了本次的毕业设计，感觉自己对所学知识的重要性，也发现自己学的知识在综合运用能力还差得远，但总体在完成这次上也有了一点进步，使所学的知识和实践知识融合在一起，也在处理问题上有了提高，同时也巩固了所学的知识和技能，为今后参加工作及进一步学习奠定了基础。
总而言之，我的毕业设计错误和不足之处还有很多，请各位老师批评和指正。
最后，由衷的向四年来在我学习与工作中给予我帮助、关怀的老师、同学和朋友们表示最诚挚的感谢。最重要的是要感谢我的指导老师兰海鹏老师、刘杨老师以及沈柳杨学长对我悉心的指导和无微不至的照顾。从老师身上我也学到了不少知识，收获非常巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中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。推荐阅读：大学三年就会在这最后的毕业设计总结划上一个圆满的句号。我曾经以为时间是一个不快不慢的东西,但现在我感到时间过的是多么的飞快，三年了,感觉就在一眨眼之间结束了我的大学生涯。毕业,最重要的一个过程,最能把理论知识运用到实践当中的过程就数毕业设计了.这也是我们从一个学生走向社会的一个转折。另一个生命历程的开始。

致 谢
紧张而又辛苦的七周毕业设计结束了。我们快要完成老师下达给我们的任务是时候，我仿佛经历一次翻山越岭，登上了高山之巅，顿时心旷神怡，眼前豁然开朗。
毕业设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会、从事职业工作前一个必不可少的过程。“千里之行始于足下”，通过这次毕业设计我们深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天认真地进行毕业设计，学会脚踏实地地迈开这一步，就是为了明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。说实话，毕业设计真的是有点累。然而，当我们着手清理自己的设计资料，分析数据，得出的零件实物，仔细回味这七周的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使我们的倦意顿消，虽然这是我刚学会走完的第一步，是我人生中的一点小小胜利，然而它令我感受到自己成熟了许多，令我有一种“春眠方觉晓”的感悟。我们清楚的意识到，做毕业设计不是一件容易的事，但给我们更多的是收获。通过这次毕业设计我们深刻的体会到：做设计是苦活但要细心；实践动手做比空想强；三个臭皮匠比上一个诸葛亮，合作精神是强大的；老师是很好的资源，要向他挖掘。
成败决定于细处。老子曾说：“天下难事，必做于易；天下大事，必做于细”，我们做毕业设计也需要这种精神，千里之堤溃于蚁穴，蚂蚁的巢穴都将会导致千里的河堤崩溃，一点的不足都会导致一个零件的报废。面对一堆堆的参数，我们需要逐一去查找，核对，算公式，因为很多地方都没有经验，不会选取参数，如此重复，时间用了不少。人更加疲劳不堪。不知道多少次因为一个数据出错了，而全盘皆输，又要从新做过。所以我们认识到：做毕业设计是件劳力与智力结合的事，一点粗心都会导致前攻尽废，细心方能使万年船。
实践是检验真理的唯一标准，只有经得起实践的检验的想法、意识才是正确的。正所谓初生牛犊不怕虎，书是前人正确经验的总结，我们做毕业设计是离不开工具书的。它可以给我们很多有用的知识，帮我们解决一些难题。经验的积累固然可以从书本上学到不少，但是事非躬亲很难在脑海中留下深刻的印象，对别人的经验，自己要从实际出发，多点动手去做，把前人的知识经验变成自己的力量。摸着石头过河是我们初学者必须要的精神，只有自己动手了，错误的会改正，正确的继续发扬，这样才符合毕业设计的要求。
老师是一本活书是最好利用的资源，我们要不断在他身上进行开采，获取自己宝贵的知识。无论在做设计数据筛选，对于零件的设计和选用过程遇上的种种问题我们自己不能解决都需要老师的帮助。老师具备专业的知识和过硬的实际操作经验，是我们在机械制造业中航行的指明灯，授之以鱼不如授之以渔，我们要学会独立思考，提高自己的学习能力。毕业设计毕竟是一个较为漫长的过程其中有苦有乐，每当我们灰心，意志消沉是得到老师的鼓励，我们都会信心大增，每当做出的成绩能换来老师一个微笑，我们都会感到心满意足，彼此的交流让我们师生的感情更融合。
人们说：美好景色在顶峰，人克服困难换来成功的喜悦才是最幸福的事。毕业设计做完了，画上一个完美的句号，也尝到成功的味道，但漫漫的人生路还需继续努力。面对日趋激励的就业形势，我们相信只要学好知识技术，以一种刻苦勤劳的精神对待工作，我们定会活出不平凡的人生。

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