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塔里木大學
畢業(yè)論文（設計）任務書
學院
機械電氣化工程學院
班級
農(nóng)機16-4
學生姓名
栗 文
學號
8031212420
課題名稱
橫流槳葉式加濕調質機的設計
起止時間
2015年10月15日—— 2016 年05月28日（共14周）
指導教師
蘭海鵬
職稱
講 師
課題內(nèi)容
本文在介紹國內(nèi)外加濕調質機的發(fā)展現(xiàn)狀和動態(tài)的基礎上，分析了研制價格低、操作簡單、使用方便的橫流槳葉式加濕調質機的研究意義和市場需求，制定了系統(tǒng)總體的設計方案，對系統(tǒng)的機殼、旋轉結構、噴霧裝置等進行了重點研究設計。
擬定工作進度（以周為單位）
第1周—第2周 通過查找文獻，了解橫流槳葉式加濕調質機的國內(nèi)外現(xiàn)狀。
第2周—第5周 設計橫流槳葉式加濕調質機的總體方案。
第6周—第9周 對橫流槳葉式加濕調質機的結構進行具體設計。
第10周—第12周 撰寫設計說明書，對部分問題修改、調整。
第13周—第14周 整理資料準備答辯。
主要參考文獻
[1]賈富國,趙宏偉,蘭海鵬等.橫流式糙米加濕機加濕均勻性研究[J].中國糧油學報,2010,25(12):92-95,100.
[2]趙宏偉,周玉龍,韓珊等.橫流式糙米加濕調質機的設計[J].農(nóng)機化研究,2012,34(10):121-123,198.
[3]楊洲,羅錫文,李長友.稻谷含水率分布及變化規(guī)律[J].農(nóng)業(yè)機械學報，2005，36(10):L81－84．
[4]劉喜珍.影響稻米品質的因素[J].北京農(nóng)業(yè)科學,2000,18(2):20－23．
[5]夏吉慶,賈富國.小型精制米企業(yè)加工工藝及設備選型配套研究[J].東北農(nóng)業(yè)大學學報,2006(6):809－812．
[6]張洪霞.稻米及米飯的力學流變學特性的研究及其應用探討[D].哈爾濱:東北農(nóng)業(yè)大學，2004．
[7]賈富國,南景富,白士剛.糙米的含水率與其碾米性能的影響規(guī)律研究[J].東北農(nóng)業(yè)大學學報,2006(10):665－668．
[8]李成毅,李福占.調質碾米新工藝技術的應用[J].糧油加工與食品機械,2003(2):49－50．
[9]賈富,白士剛.糙米加濕調質過程中最佳一次加濕量的研究[J].中國糧油學報,2005,20(6):1－3．
[10]胡長青.淺論筒倉卸料口流量與輸送設備產(chǎn)量之匹配[J].糧食流通技術,1999(2):28－29．
任務下達人（簽字）
年 月 日
任務接受人意見
任務接受人簽名
年 月 日
注：1、此任務書由指導教師填寫，任務下達人為指導教師。
2、此任務書須在學生畢業(yè)實踐環(huán)節(jié)開始前一周下達給學生本人。
3、此任務書一式三份，一份留學院存檔，一份學生本人留存，一份指導教師留存。
2016年06月
橫流槳葉式加濕調質機的設計
栗 文 蘭海鵬
（塔里木大學機械電氣化工程學院， 阿拉爾 843300）
摘要：在稻谷加工過程中，為了減少大米的精裂紋、降低碎米率、提高出米率、降低能耗和增強企業(yè)的競爭實力，采用加濕調質設備。根據(jù)加濕調質碾米工藝研制出橫流式糙米加濕調質機，采用旋轉式落料盤使糙米雨狀散落，實現(xiàn)了糙米下落的均勻；采用 BSPT－1 /4 LNN3 型微細霧化噴頭與下落米流呈橫向噴霧，實現(xiàn)了霧滴與糙米的均勻接觸; 采用攪拌倉即時將著水糙米進行攪拌，實現(xiàn)了著水糙米混合的均勻; 在進料口處和攪拌倉頂部設有物流傳感器，可以實現(xiàn)來料自動加濕，停料自動停機及卸料不暢時自動停機。該設備可以達到均勻、可控和高效的加濕調質目標，從而降低碾米電耗、降低碎米率、增加出米率、提高成品米質量。
關鍵詞： 糙米；加濕調質；橫流式
收稿日期：2016-06-02
作者簡介：栗文（1992-），男，漢族，本科，研究方向為橫流槳葉式加濕調質機。
E-mail:1073120824@qq.com Tel：18399575287
0 引言
1.1傳統(tǒng)碾米工藝的缺點
稻谷是我國最主要的糧食作物，對其進行加工增值技術的研究十分重 要。稻谷的安全儲藏水分是14%以下，經(jīng)過儲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卻在15.5%～16.5%之間［1－3］。傳統(tǒng)的碾米工藝是將凈糙米直接干磨，但低水分的糙米硬度和脆性都較大，所以在碾米加工過程中容易出現(xiàn)裂紋米及碎米，大米表面光潔度較差，導致碾米的能耗增高，嚴重制約著企業(yè)的經(jīng)濟發(fā)展［4－6］。
1.2研制加濕調質機意義和價值
加濕調質碾米工藝是在凈糙米進入頭道碾米機前，增加糙米加濕調質機，對糙米進行均勻加濕調質，使得糙米的糠層和胚吸水后膨脹軟化，形成外大內(nèi)小的水分梯度和外小內(nèi)大的強度梯度，糙米外表面的摩擦系數(shù)增大，不必用很大的擠壓力和剪切力既可實現(xiàn)碾白，大大減少了碾米過程中的破碎和裂紋，提高整精米率，大幅度降低碾米能耗。應用加濕調質碾米工藝可提高大米加工企業(yè)經(jīng)濟效益，因此研制加濕調質設備具有重要的理論意義和實際價值。
1.3國內(nèi)外雙軸槳葉式加濕調質機的發(fā)展狀況
國外的槳葉式加濕調質機在20世紀80年代末已經(jīng)開始研制, 國際上糙米流通加工以日本的技術最先進，糙米的調質研究起步較早。日本是主要生產(chǎn)稻谷的國家之一，由于有發(fā)達的工業(yè)和科學技術作后盾，加上國家對發(fā)展農(nóng)業(yè)有一系列的扶植政策，包括對農(nóng)田基本建設及農(nóng)戶購置大型農(nóng)業(yè)機械政府給予補貼（高達50%）及優(yōu)惠貸款等，使日本的農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展十分迅速且具有較高的水平。日本稻谷處理加工技術與設備具有世界領先水平，其加工工藝有很多值得借鑒之處。挪威 Forberg 公司在上 20 世紀 90年代初推出了雙軸槳葉式系列加濕調質機,其有效容積 25-5000 L,結構特點、加濕調質機理、傳動方式與國內(nèi)雙軸槳葉式加濕調質機基本相同。
我國糙米加濕調質工藝和設備的研究起步較晚,政府一直將包括稻米在內(nèi)的糧食作物生產(chǎn)放在高產(chǎn)的研究上。近年國內(nèi)企業(yè)和業(yè)界人士開始研究糙米加濕調質工藝和設備，蘇州楚天自控設備研究有限公司設計的MCT-6型糙米調質器，其水霧發(fā)生器能產(chǎn)生散開角大于60度的超微水霧粒子，該調質器已在江蘇、浙江、黑龍江、甘肅等省的十多家米廠得到應用。哈爾濱雙碩盛糧機技術工程有限公司開發(fā)生產(chǎn)了SCS系列糙米調質自動加濕機。
國內(nèi)各企業(yè)、科研部門所研制的臥式橫流槳葉調質機機型結構基本相同, 例如 SLHSJ 系列臥式橫流槳葉高效調質機, 其每批產(chǎn)量為 25-4000 kg, 功率為 0.75-55 kW, 產(chǎn)品已形成系列化。加濕調質機內(nèi)并排裝有一個轉子, 轉子由軸和多組槳葉組成, 每組槳葉有兩片葉片, 葉片長短不同，槳葉呈30℃角安裝在軸上, 目的在于讓物料在攪拌時獲得更大的拋幅而較快地進入另一個轉子作用區(qū)。由于軸上的槳葉組對應錯開, 在轉子旋轉時, 消除了攪拌死區(qū)，獲得更好的攪拌效果。
2設計的目的
2.1均勻性
糙米加濕調質的關鍵技術在于均勻加濕。本設計采用 BSPT-1/4 LNN3 型微細霧化噴頭與下落米流呈橫向噴霧，實現(xiàn)了霧滴與糙米的均勻接觸; 采用攪拌倉即時將著水糙米進行攪拌，實現(xiàn)了著水糙米混合的均勻。
2.2可控性
運輸機定量運送糙米，可以通過增減噴頭數(shù)量控制加濕量，微調供水流量。應用糧食水分在線檢測儀跟蹤加濕后糙米水分，反饋給供水系統(tǒng)。
2.3高效性
該機通過匹配輔機自動運行，可以滿足碾米生產(chǎn)連續(xù)作業(yè)，加濕調質效率高。
3橫流式加濕調質機的設計
3.1設計的主要內(nèi)容
本設計的內(nèi)容為: 設計出能夠保證均勻加濕、可控、適宜于任何低水分糙米加濕調質到最優(yōu)值的逆流自循環(huán)式加濕調質機。
未經(jīng)著水的糙米水分：12.0%；著水后的糙米水分：16.0 % ；每次加濕量可調（最大1.50%）；處理糙米量可調（最大處理量0.5t/次）。
3.2糙米加濕調質機整體結構設計
糙米加濕調質機體結構如圖 3-1 所示。采用豎直仿u形的機殼，沿機殼豎直軸線方向從上至下分為進料倉、料水混合倉。料水混合倉安裝的轉動軸上裝有長短比為2：1的葉片組和，通過帶輪轉動軸與電機相連。霧化噴頭等角度均布安裝在料水混合倉壁上，并與供水系統(tǒng)連接。在攪拌倉上裝有壓力出料門。
3.3糙米加濕調質倉的設計
糙米加濕倉采用仿u倉體結構，加濕倉可容納0.5噸糙米（容重0.67t/m3），上方需留一定空間，總容積0.71 m3。倉體采用鋼板制造。
加濕倉采用2mm厚鋼板制成，其結構簡圖如圖3-3所示。加濕倉上端圓柱部分長度為1010mm，內(nèi)徑為450mm；圓臺上端長方體長為1010mm，寬為637mm，高度為200mm；下端圓柱部分高度為768mm；
圖3-3 加濕倉結構示意圖
3.3.2米倉容積
圓柱部分倉體高=0.768m；長方體高為H =0.20m；糙米加濕倉高
1. 0.5t糙米的體積計算
(r―糙米容重0.67t/m3)
2.加濕倉容米體積計算
加濕倉上端圓柱部分長度為=1.01m，內(nèi)徑為=0.45m；圓臺上端長方體長為=1.01m，寬為=0.64m，高度為=200mm；下端圓柱部分高度為=0.77m；
3.4 葉片設計
根據(jù)物料特性及工藝要求定，對于有液體添加的混合物料，槳葉應選用結構簡單的形狀，以減少卸料及清理困難。為了更好的使物料和水混合均勻，消除料水混合時攪拌死區(qū)，應盡量加大槳葉與物料攪拌時的接觸面積。因此，我采用了兩邊長度不同的矩形槳葉形狀，每組槳葉都是有一個長槳葉[如圖4-1（a）]與一個短槳葉[如圖4-1（b）]組合而成，長度比為2:1。槳葉的設計表面不是平面結構，是有一定曲面旋轉角度。如圖4-1所示。當料與水混合后，攪拌槳葉在傳動裝置的帶動下，做單向的圓周運動。
（a）長槳葉結構
（b）短槳葉結構
圖4-1 槳葉結構示意圖
葉片的安裝方式是保證調質機性能的關鍵，安裝不恰當，就不能達到期望的憂越性能；同時，也不能達到消除攪拌死區(qū)的效果。又根據(jù)物料流態(tài)化區(qū)的形成機理及軸的受力均衡情況，安裝了五組葉片，葉片組長、短槳葉相間安裝，安裝角如圖4-1所示。
4加濕裝置的設計
4.1工作原理
加濕作業(yè)時，先測量擬加濕的糙米含水率，確定最佳工藝方案后，按方案設定打開噴頭的數(shù)量、下料的速度以及轉動軸的轉速范圍。糙米進入進料倉時，觸發(fā)物流傳感器；物流傳感器將信號傳遞給控制柜，啟動電機和供水系統(tǒng)；電機帶動轉動軸旋轉，撒下糙米；同時，霧化噴頭噴出水霧與下落的糙米混合，落入攪拌倉；在攪拌爪的攪動下，糙米間相互碰撞摩擦，游離的霧滴被涂抹到糙米表面，使糙米個體著水均勻；經(jīng)攪拌后的加濕糙米在攪拌爪的攪動下先后甩出料門，達到加濕調質的目的。
4.2加濕噴頭的設計
根據(jù)微細霧化噴頭霧化特點，在米水混合倉殼體圓周方向均布安裝12個微細霧化噴頭，其噴頭座中心線距米水混合倉中興418mm，噴頭由螺栓固定在噴頭座內(nèi)，噴頭設置為間歇式噴水，每次有6個噴頭噴水。
根據(jù)最大加濕量= 88.5kg/ h 的要求，所安裝的12個噴頭每個噴頭的流量應不低于 = 14.75kg / h。因為是在一次最大加濕量條件下的數(shù)值，故作為供水壓力中等水平( 0．5MPa) 時噴頭的流量。根據(jù)這一流量，選取 BSPT－1/4 LNN3型微細霧化噴頭，噴頭的流量為15．3L / h( 0.5MPa) ，噴流角度φ = 65°～70°。
4.3供水系統(tǒng)的設計
供水系統(tǒng)設計如圖 5-1所示。其中，12017 型號隔膜泵（3）的進水口與出水口壓力差可調，通過調整壓力可控制噴頭（5）的噴霧量及霧滴的大小。隔膜泵的出水口由四通管連接 3 個球閥（4），分別控制著3個由水管連接的噴頭。隔膜泵（3）的動力由型號為JZT—2.2～4的電磁調速異步電動機（2）輸入，調速電機的轉速由型號JD1A—11的電磁調速電動機控制裝置（1）控制。所以，加濕裝置的隔膜泵壓力可調，噴頭的個數(shù)可控，通過這兩種方式可以根據(jù)不同的需要調整加濕量的大小。
圖5-1供水系統(tǒng)示意圖
4.4噴霧量自動調節(jié)
通過進料倉的物流傳感器感應所下落的物料量，產(chǎn)生感應信號，并將感應信號傳輸?shù)娇刂乒瘢豢刂乒窀鶕?jù)事先錄入的程序，自動調節(jié)供水裝置中電磁調速異步電動機的轉速，進而調節(jié)加濕裝置的隔膜泵壓力，從而實現(xiàn)自動調節(jié)加濕量。
5動力及傳動設計
5.1電機的選用
電機的選擇是通過電機的載荷來選取的，為此應當計算出橫流式加濕調質機在工作過程中受到的所有外力和功率的大小。
在不校驗電動機發(fā)熱和起動力矩的情況下，電動機所需的工作功率為
式中： Pw —工作機所需工作功率；
η1 - 一條V帶的傳動效率；
η2 - 深溝球軸承的傳動效率；
T - 工作機的阻力矩；
n - 工作機的轉速。
假設：
阻力矩T 為161.6 N*m；轉速為30r/min
根據(jù)電動機的工作效率和工作范圍得：
=0.566kW
=(2～7)=327.1～1144.85
查機械工程設計手冊，選用電磁調速電機YCT132-4A-1.1kW。
5.2傳動部分設計
5.2.1 V帶傳動的設計
（1）計算功率
P=×=1.1×0.96=1.06kW
Pca=KP=1.44×11.06=1.53 kW （查表得工作情況系數(shù)K=1.44）。
（2）帶型的選取
根據(jù)Pca和n=1000 rpm確定選用A型V帶。
帶輪基準直徑：取主動輪基準直徑=120 mm。
從動輪直徑： =i =3×120=360 mm (傳動比i=500/163.5=3)。
（3）驗算帶的速度
υ= m/s合適。
根據(jù)0.7（+ ）
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