小型箱式組裝谷物烘干機(jī)設(shè)計(jì)

李浩田，司立眾

（金陵科技學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 南京　211100）

小型箱式組裝谷物烘干機(jī)設(shè)計(jì)

李浩田，司立眾

（金陵科技學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，江蘇 南京211100）

目前，國(guó)內(nèi)谷物烘干機(jī)大部分為大型機(jī)械設(shè)備，占地面積大、成本高、難以移動(dòng)，市場(chǎng)上缺少滿足于中小型農(nóng)戶實(shí)際需求的烘干機(jī)。因此設(shè)計(jì)了一種可組裝、熱風(fēng)余熱再利用、循環(huán)干燥的小型谷物烘干機(jī)。該機(jī)采用箱式干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)、逆流循環(huán)干燥方法以及間歇式谷物干燥的工作方式，使用220V及380V交流電。創(chuàng)新設(shè)計(jì)的斗、錐狀減速擋板，將烘干倉(cāng)中的谷物均勻分散開(kāi)來(lái)，提高烘干機(jī)烘干效率。烘干機(jī)具有移動(dòng)、運(yùn)輸、存放方便，節(jié)能環(huán)保，自動(dòng)排糧等特點(diǎn)。

糧食烘干；組裝結(jié)構(gòu)；循環(huán)；余熱利用

近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)和科技的飛速發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)也取得了很大的進(jìn)步。北方地區(qū)多以大型農(nóng)場(chǎng)為單位生產(chǎn)谷物，谷物烘干采用工廠化集中處理，已存在許多大型谷物烘干機(jī)滿足其需求。大型烘干設(shè)備機(jī)械化程度高、占地面積大、成本高、難以移動(dòng)，不符合中小型農(nóng)戶的實(shí)際需求，而農(nóng)民急需的中小型烘干機(jī)在農(nóng)機(jī)市場(chǎng)上卻很難買到。原始的晾曬方法，不僅效率低下，而且一旦遭遇連續(xù)陰雨天氣，谷物無(wú)法曬干，將導(dǎo)致谷物發(fā)霉、發(fā)芽，造成經(jīng)濟(jì)損失。

對(duì)于烘干處理糧食較少的農(nóng)戶來(lái)說(shuō)，設(shè)備的成本要嚴(yán)格控制，設(shè)備動(dòng)力要方便可尋，烘干效益要明顯可觀，烘干操作要簡(jiǎn)單方便。設(shè)計(jì)的烘干機(jī)體積較小，制造成本低廉，面向廣大農(nóng)戶；設(shè)備動(dòng)力為220V及380V電力，方便可尋，清潔環(huán)保；烘干系統(tǒng)采用余熱利用的逆流干燥，節(jié)約烘干成本，熱能利用率高；烘干箱內(nèi)設(shè)有創(chuàng)新設(shè)計(jì)的斗錐狀擋板，谷物充分接觸熱源，烘干效率提高。該機(jī)能滿足農(nóng)戶需求，效益可觀，文章對(duì)該機(jī)型的結(jié)構(gòu)原理和設(shè)計(jì)等問(wèn)題是進(jìn)行了分析介紹。

1　箱式組裝烘干機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理

（1）結(jié)構(gòu)。所設(shè)計(jì)的烘干機(jī)主要有烘干倉(cāng)殼體、機(jī)架、谷物儲(chǔ)存?zhèn)}、提升桿、熱風(fēng)機(jī)、通風(fēng)機(jī)、斗狀擋板、錐狀擋板等部件組成，如圖1所示。

圖1　烘干機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

殼體由1mm厚的鍍鋅鋼板加工而成，烘干倉(cāng)殼體附著在由30mm×30mm的鋁型材構(gòu)建的機(jī)架上，機(jī)架為烘干機(jī)沉重結(jié)構(gòu)。通風(fēng)機(jī)固定在烘干倉(cāng)殼體的頂部一側(cè)，通風(fēng)機(jī)一側(cè)與烘干倉(cāng)殼體的孔相連，通風(fēng)機(jī)另一側(cè)有排風(fēng)口伸出。烘干倉(cāng)殼體下方一側(cè)有谷物儲(chǔ)存?zhèn)}，存放烘干谷物。烘干倉(cāng)殼體一側(cè)、谷物儲(chǔ)存?zhèn)}正上方有提升桿，提升桿上端有一開(kāi)口，開(kāi)口插入烘干倉(cāng)殼體，提升桿的一側(cè)有攪龍電機(jī)，傳動(dòng)帶套裝在攪龍電機(jī)的轉(zhuǎn)軸和提升桿攪龍轉(zhuǎn)軸的上端，攪龍電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)帶帶動(dòng)提升桿的攪龍葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，可將儲(chǔ)存?zhèn)}中的谷物提升到烘干倉(cāng)殼體上方。熱風(fēng)機(jī)在烘干倉(cāng)殼體下方另一側(cè)，烘干倉(cāng)殼體的頂部和下方一側(cè)有連接孔，熱風(fēng)機(jī)的兩個(gè)接口分別通過(guò)送風(fēng)管道與烘干倉(cāng)殼體頂部和下方一側(cè)的連接孔相連，熱風(fēng)機(jī)中產(chǎn)生熱風(fēng)，向烘干倉(cāng)下面輸送熱風(fēng)。烘干倉(cāng)內(nèi)有若干個(gè)烘干模塊和一個(gè)滑料板。每個(gè)烘干模塊包括一個(gè)斗狀擋板和一個(gè)錐狀擋板，斗狀擋板底部的漏孔對(duì)應(yīng)錐狀擋板頂部的尖部相對(duì)應(yīng)，錐狀擋板的外側(cè)邊與烘干倉(cāng)殼體之間形成4個(gè)落料槽，斗狀擋板和錐狀擋板上的谷物流，在重力作用下，從上端流向下端?；习逶诤娓蓚}(cāng)內(nèi)最下方，滑料板沿烘干倉(cāng)殼體下方一側(cè)的開(kāi)口伸出，谷物最終流經(jīng)滑料板，落入谷物儲(chǔ)存?zhèn)}內(nèi)。烘干倉(cāng)殼體下方有氣泵，谷物儲(chǔ)存?zhèn)}底部有一排料口，排料口上方蓋有排料板，排料板與排料氣缸伸縮桿相連，氣泵通過(guò)連接管與排料氣缸相連，排料板收縮可進(jìn)行排料。

（2）工作原理。使用本烘干機(jī)時(shí)，首先確保排料板關(guān)閉，再向谷物儲(chǔ)存?zhèn)}中倒入谷物。完成準(zhǔn)備工作后，啟動(dòng)烘干，熱風(fēng)機(jī)工作，從烘干倉(cāng)底部向上吹拂熱空氣。攪龍電機(jī)帶動(dòng)攪龍葉片將儲(chǔ)存?zhèn)}中的谷物提升至烘干倉(cāng)上部，從提升桿上部開(kāi)口落入烘干倉(cāng)。烘干倉(cāng)內(nèi)設(shè)有多層斗錐狀結(jié)構(gòu)，谷物在經(jīng)過(guò)斗狀擋板的聚集和錐狀擋板的分散后，單次循環(huán)在烘干倉(cāng)中的烘干時(shí)間大大提高，谷物也能充分分散開(kāi)來(lái)。處于均勻撒落狀態(tài)的谷物受到熱風(fēng)的吹拂，使谷物中的水分蒸發(fā)出來(lái)。谷物最終經(jīng)滑料板再次落入谷物儲(chǔ)存?zhèn)}，等待下一次烘干。熱空氣進(jìn)入烘干倉(cāng)頂部的管道，經(jīng)過(guò)熱風(fēng)機(jī)二次加熱，再次進(jìn)入烘干倉(cāng)。當(dāng)烘干倉(cāng)內(nèi)濕度過(guò)大時(shí)，通風(fēng)機(jī)工作，將烘干倉(cāng)內(nèi)濕氣排出。經(jīng)過(guò)多次循環(huán)，最終完成烘干。排料時(shí)，氣泵向氣缸供氣，氣缸帶動(dòng)排料板收縮，谷物儲(chǔ)存?zhèn)}底部排料口打開(kāi)，谷物從排料口落下。

2　箱式組裝烘干機(jī)的設(shè)計(jì)

（1）機(jī)架及殼體。為了方便運(yùn)輸，降低運(yùn)輸成本，以及解決農(nóng)閑時(shí)烘干機(jī)占用空間等問(wèn)題，將烘干機(jī)設(shè)計(jì)成可組裝形式。烘干機(jī)機(jī)架由25根鋁型材（30mm×30mm）拼接而成，作為烘干機(jī)的框架結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，各類型材長(zhǎng)度及數(shù)量如表1所示。烘干機(jī)的正面要求懸掛提升桿及攪龍電機(jī)，故在機(jī)架正面增加2根沉重橫梁。

表1　機(jī)架型材清單

烘干機(jī)6根立柱上各安裝一個(gè)帶剎車的萬(wàn)向輪，方便烘干機(jī)的移動(dòng)與固定。型材打上穿孔，通過(guò)螺栓與螺母即可完成拼接與固定。在運(yùn)輸及需存放時(shí)，可將型材拆散開(kāi)來(lái)，可極大減小烘干機(jī)體積。

烘干倉(cāng)殼體及谷物儲(chǔ)存?zhèn)}殼體均由1mm厚的鍍鋅板切割而成，共計(jì)11塊。每塊板材上打有半徑3mm的圓孔，圓心距對(duì)應(yīng)板材邊緣為15mm，使用M3螺栓穿過(guò)圓孔，配合T型螺母，可將板材固定于型材上，此時(shí)圓孔中心恰好與型材正中相對(duì)。故本烘干機(jī)殼體也可以自由拆卸，極大方便了運(yùn)輸與存放。保養(yǎng)與維修方面，也因組裝式的機(jī)構(gòu)，更加簡(jiǎn)便。

型材與板材所構(gòu)成的谷物儲(chǔ)存?zhèn)}，長(zhǎng)600mm，寬400mm，高300mm，谷物存儲(chǔ)倉(cāng)有效體積為0.072m3。玉米的容重為750～850kg/m3，小麥的容重為700～850kg/m3，取容重的平均值為800kg/m3，令儲(chǔ)存?zhèn)}中谷物的容積占儲(chǔ)存?zhèn)}總?cè)莘e的90%，則所設(shè)計(jì)的烘干機(jī)一次可干燥約50kg玉米或小麥。

圖2　機(jī)架

（2）斗、錐狀減速擋板。所設(shè)計(jì)的烘干機(jī)為循環(huán)烘干，為了提高整體烘干效率，需提高單次烘干效率，故采用斗、錐狀減速擋板，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。斗、錐狀減速擋板具有20°的坡度，谷物沿?fù)醢鍦p速下滑，與熱空氣更長(zhǎng)時(shí)間接觸。若在烘干機(jī)內(nèi)部放置帶網(wǎng)孔的減速裝置，也能起到減速作用，如果網(wǎng)孔過(guò)大，降速效果不明顯，如果網(wǎng)孔太小，網(wǎng)孔容易堵塞。若采用具有20°坡度的斜板，雖然其減速效果與斗、錐狀減速擋板完全相同，但單塊斗狀減速擋板或錐狀減速擋板的面積是單塊斜板的2倍，相同空間內(nèi)斗、錐狀減速擋板處理的谷物量更大，故采用該結(jié)構(gòu)。

圖3　烘干機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

斗、錐狀擋板由1mm厚的鍍鋅板制成。斗狀擋板通過(guò)邊緣的飛邊直接固定在烘干倉(cāng)殼體內(nèi)壁，錐狀擋板四個(gè)角各有2個(gè)固定耳，通過(guò)固定耳與型材連接固定。谷物落下過(guò)程中，通過(guò)斗狀擋板的聚集和錐狀擋板的分散，在擋板上形成一層2粒寬的均勻谷物層，表層與熱空氣接觸，里層與溫度較高的擋板接觸，烘干效率有效提高。

（3）熱風(fēng)機(jī)與排風(fēng)扇。所設(shè)計(jì)的谷物烘干機(jī)采用逆流干燥工藝。熱風(fēng)機(jī)向烘干倉(cāng)底部輸送熱風(fēng)，烘干倉(cāng)頂端濕度大、而溫度度低的谷物與濕度大而溫度低的熱風(fēng)相接觸；烘干倉(cāng)下端濕度小而溫度高的谷物與濕度小而溫度高的熱風(fēng)相接觸，形成均勻的烘干梯度。其優(yōu)點(diǎn)是熱效率高，干后谷物水分和溫度比較均勻；缺點(diǎn)是熱風(fēng)溫度不宜過(guò)高，故控制熱風(fēng)溫度在60℃以下，配以循環(huán)烘干，使得烘干谷物品相好、破損率低。

谷物烘干過(guò)程是能耗很高的收后處理過(guò)程，降低烘干機(jī)的能耗是降低烘干成本的最重要的環(huán)節(jié)。熱風(fēng)帶入干燥機(jī)的熱量一部分用于谷物水分升溫的汽化，一部分用于升高糧食溫度，另一部分則被廢氣帶走。通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，廢氣帶走的可循環(huán)利用的熱量占總熱量的20%～30%，這個(gè)數(shù)量是相當(dāng)可觀的。

烘干機(jī)的廢氣沒(méi)有立刻排出，而是通過(guò)管道，將廢氣引回?zé)犸L(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口，經(jīng)過(guò)二次加熱，再次進(jìn)入烘干倉(cāng)內(nèi)部，從而有效利用廢氣余熱，節(jié)約能源。但由于烘干過(guò)程中，谷物水分不斷蒸發(fā)出來(lái)，烘干倉(cāng)內(nèi)部濕度增加，積聚到一定程度則不利于烘干，故設(shè)計(jì)了通風(fēng)機(jī)，可有效控制烘干濕度，保證烘干效率。所選取的熱風(fēng)機(jī)和通風(fēng)機(jī)，其參數(shù)如表2和表3所示。熱風(fēng)機(jī)和通風(fēng)機(jī)使用220V交流電源，清潔環(huán)保，方便可尋。

表2　熱風(fēng)機(jī)參數(shù)

表3　通風(fēng)機(jī)參數(shù)

（4）提升桿與攪龍電機(jī)。選用長(zhǎng)1400mm，直徑140mm提升桿，套配型號(hào)Y90L-4，額定功率1.5kW，轉(zhuǎn)速1400r/min的三相電機(jī)。在烘干過(guò)程中，可持續(xù)將谷物儲(chǔ)存?zhèn)}中的谷物提升至烘干倉(cāng)上方。

（5）排糧機(jī)構(gòu)。烘干完成后采用氣動(dòng)裝置進(jìn)行自動(dòng)排料，排糧機(jī)構(gòu)如圖4及圖5所示。烘干過(guò)程中，排料板關(guān)閉，谷物無(wú)法從排料口落下；啟動(dòng)排料，排料板在氣缸的帶動(dòng)下，沿導(dǎo)軌收縮，谷物自動(dòng)從排料口落下。

圖4　排料機(jī)構(gòu)仰視圖

圖5　排料機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

3　結(jié)論

（1）烘干機(jī)采用組裝結(jié)構(gòu)，降低運(yùn)輸成本，方便存放，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便。

（2）熱風(fēng)余熱循環(huán)再利用，節(jié)能環(huán)保。

（3）創(chuàng)新設(shè)計(jì)的斗、錐狀擋板，提高了烘干效率，配合逆流干燥技術(shù)，烘干谷物品相好、破損率低。

（4）采用220V及380V交流電源供電，動(dòng)力方便可尋，為用戶提供了方便，且環(huán)保清潔。

（5）烘干機(jī)底部裝有萬(wàn)向輪，移動(dòng)方便。

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Design of Small Box-type assembled Grain Dryer

LI Hao-tian，SI Li-zhong
（College of Mechanical and Electrical Engineering，Jinling Institute of Science and Technology，Nanjing，Jiangsu 211100，China）

At present，most grain dryers in China are large equipment，which cover large area，cost much，are difficult to move. However，there is a lack of dryers meeting the actual demand of small-scale farmers.Luckily，a new dryer，which can be assembled freely，recycle waste heat，dry circularly，has been designed.This dryer adopts the box-type structure，the technique of circular counter-flow drying that the grain-flow is in the opposite direction of hot airflow，the working mode of intermittent drying，and the electric energy of 220V and 380V alternating current.The innovative design of the bucket and pyramid baffle，through which the grain-flow disperses，increase drying efficiency.The dryer is convenient for moving，transport and storage，does good to energy saving and environmental protection，discharge automatically，etc.

Grain drying；assembled structure；circulating；waste heat utilization

S226.6

A

2095-980X（2016）07-0054-03

2016-06-15

李浩田（1995-），男，江蘇宿遷人，大學(xué)本科。