小型谷物烘干機的設計

李巖舟，陳云可，陳金榮，聶　泉，劉雪芳，鄭笑雅，余民學

(廣西大學 機械工程學院，南寧　530004)

0　引言

我國的谷物烘干機的發展是從解放初期仿照日本、前蘇聯等國外烘干機開始的，由于當時的谷物烘干機結構復雜，耗用鋼材多，造價高，所以僅僅在一些農場、糧庫才得以使用。20世紀70年代后期，有關科研組織開始研發設計我國生產使用的烘干機，但也是限于農場生產連隊和農村的生產隊使用；80年代，我國致力于將烘干機向多用化發展；90年代以來，隨著農村改革的深入發展，農村經濟和農業生產力水平有了較快的提高，烘干機也向著專業化的方向發展[1]。

隨著我國機械行業的發展，主要的谷物烘干機類型有簡易堆放式干燥機[2]、噴泉式干燥機[3]、低溫干燥機及微波干燥劑等。小型谷物烘干機的設計在現有的熱風烘干設計技術基礎上，加入了送風管道與葉片兩個結構，熱風通過送風管從細孔由內而外，向各個方向射入箱體，加上葉片對谷物的拋撒作用，使熱風與谷物能更好地接觸，令谷物均勻受熱，更有效地達到谷物烘干的目的[4-7]。

1　結構及工作原理

小型谷物烘干機主要由輸送系統、谷物流動系統、溫度控制系統箱體、箱體回轉傳動機熱風機、送風管、軸承和出風口等組成，如圖1所示。

1.箱體　2.熱風機　3.出料口　4.液壓支桿 5.行走支架　6.電動機　7.入料口　8.送風管　9.葉片

其中，熱風機連接送風管安裝在箱體一端，送風管貫穿整個箱體，軸承用于連接送風管和熱風機口；谷物流動系統包括旋轉箱體、固定在箱體上的葉片、齒輪和電動機，旋轉葉片與徑向成35°角安裝于箱體內壁，齒輪裝于箱體與電動機連接端，用于帶動箱體旋轉，電動機固定裝于箱體外部一端，用于提供箱體旋轉的動力[8]。

工作時，將谷物從谷物進口倒入進入箱體，電動機提供動力帶動箱體整體旋轉；在箱體旋轉的過程中風機鼓入熱風，通過送風管進入箱體內，送風管貫穿整個箱體且管道上分布著細密的小孔，可實現熱風在箱體內的均勻分散，并與葉片的設計相配合，達到良好的空氣動力學特性，使熱風充分利用對谷物進行烘干；加入的谷物在箱體與葉片的作用下循環流動，箱體整體旋轉和類似水車原理的葉片設計有利于谷物得到充分攪拌，并減少攪拌過程對谷物的機械擠壓，從而降低谷物爆腰率，使谷物與熱風充分接觸，達到提高烘干效率的目的；烘干完成后，將箱體向下傾斜一定角度，便可以將谷物從出口倒出進行裝袋[9-10]。

2　關鍵部位的設計

2.1箱體的設計

根據烘干的需求，將主箱體設計為回轉金屬圓筒，另一端設計為圓臺體，如圖2所示。箱體直徑過大達不到小型化的目的，過小不利于烘干時谷物在箱體內的流動，故將圓筒直徑設計為900 mm。這種設計預留了一定的空間，有利于谷物的流動與箱體的旋轉，可使谷物在烘干過程中受熱均勻，減少爆腰率。由于設計的箱體尺寸限制，以及為了谷物能較好地在箱體內流動，因此每次烘干的谷物質量為40kg。風機安裝在圓臺體設計的一端，圓臺體的設計可有效地防止谷物在烘干過程中流入風機，使風機不能正常工作。谷物出口設計在圓臺這一端，一定的傾斜角度有利于谷物順利地送出裝袋。

圖2　箱體的設計

2.2送風管道的設計

直徑為40mm的送風管貫穿整個箱體，其管壁均勻分布細孔，如圖3所示。工作時，熱風進入送風管后在其內產生一定的氣壓，熱風通過送風管上的細孔從各個方向射向箱體，可與谷物充分接觸，提高了熱風利用率。

圖3　送風管的設計

2.3葉片的設計

為了加強箱體內的熱交換能力，加速烘干過程，在箱體內壁固定了6張旋轉葉片且與徑向成35°角，鼓入的熱風在箱體內與葉片形成氣旋渦流，如圖4所示。當箱體回轉時，箱體底部的谷物被葉片帶到頂部，再從頂部拋撒而下，在谷物下落的過程中加大了谷物與熱風的接觸面積，使熱風與谷物充分的接觸，加速谷物中水分的蒸發。

圖4　葉片的設計

2.4進料口與出料口的設計

谷物進料口為箱體上長方形的開口，長180mm，寬115mm，便于開合，加入谷物后關閉進料口。

出料口為圓臺體上的開口，長150mm，寬120mm，出料口兼顧出風口的作用。出料口翻蓋面為細網面材料，關閉時可防止谷物漏出又可排出濕潤的空氣，兼顧出料和將箱體內的熱風排出的功能。出料口如圖5所示，進料口如圖6所示。

2.5機架的設計

支架的設計采用箱體行走小車式，由直徑為33 mm的金屬圓桿焊接而成，底部的輪子便于移動和運輸，可實現單人移動和操作，如圖7所示。支架前面的可拆卸裝置在烘干時裝上，在出料時拆下。

圖5　出料口的設計

圖6　進料口的設計

圖7　支架的設計

2.6電機的選擇

為了配合烘干時滾筒轉動的速度要求，所采用的電機是700W、220V的單相交流電動機，轉速為20r/min。該轉速既保證了谷物在滾筒內能充分的與熱風接觸，又能使谷物在葉片上停留一段的時間，具有一定的緩蘇作用。

2.7熱風機的選擇

輸出功率2 000W，溫度范圍50～450/650℃(可調)，風量250～500L/min。

2.8傳感器的選擇

傳感器的主要參數如表格1所示。

表1　傳感器的主要參數

3　性能實驗

根據設計，電機的轉速為20r/min，最大烘干質量為40kg。烘干要求：滾筒內溫度控制在45℃左右為最佳。為了減少爆腰率，在烘干了一段時間后(大約30min)停止熱風機和電機，進行緩蘇。

由實驗結果知：在進行緩蘇過后濕度有所下降，再次烘干時濕度回復到緩蘇前的數值；在第2次緩蘇過后將谷物倒出進行稱重，得質量為20kg，再次進行烘干，當濕度達到空氣濕度值時停止烘干，將箱體打開，使箱體內的空氣與外界空氣對流；對流20min后，將谷物倒出進行稱重，得質量為19.9kg。根據國家技術監督局批準的烘干法谷物水分測定儀檢定規程知

式中M—水分含量；

w1—烘干前質量；

w2—烘干后質量。

由數據可得M1=5.2%,M2=5.6%。根據規程可知，二者之差小于0.1%。由此判定烘干完成，可裝袋儲藏。

實驗結果如表2、圖8所示。

表2　實驗水平因素表

圖8　實驗數據圖

4　結論

該谷物烘干機各項機能穩定，能夠較好地進行烘干作業，且生產成本低廉，烘干效率高，烘干成本低，操作簡單，便于移動，從而滿足南方小型農戶的需求。但是，該機也存在著一些問題，如不能進行多種類型的谷物烘干、耗時較長、烘干后手動裝袋等，還需要進一步完善。

參考文獻：

[1]中國農業機械化科學研究院谷物干燥機械編寫組.谷物干燥機[M].北京：中國農業機械出版社, 1988.

[2]廣東省農業機械研究所. 堆放式簡易谷物烘干機[M].北京：機械工業出版社, 1977.

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