小型谷物烘干機機械結(jié)構(gòu)設計【含CAD圖紙和三維模型和說明書】

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Li Jianmin, Li Changyou, Xu Fengying,Zhang, etc. The Three-dimensional Flow Field Simulation in Heat Exchanger of Batch Type Recirculating Grain Dryer Based on SolidworksJ. Journal of Agricultural Mechanization Research. 7. Takahiro Noda, Yasuyuki Hidaka, Masahiro Kanesake, et al,. Utilization of a direct combustion type husk burner for grain dryingJ. JARQ, 2011, 45(4): 433-440. http:/ www.jircas.affrc.go.jp畢業(yè)設計（論文）進度安排：序號畢業(yè)設計（論文）各階段內(nèi)容時間安排備注1教師出題2014.11.06-11.15學科、教師2學生選題2014.11.15-12.05學生3確認選題2014.11.15-12.05學科、系主任、教學秘書4任務書2014.11.15-12.15教師、學生5外文翻譯、開題報告2014.12.07-12.24教師、學生6開題報告答辯2014.12.25-2014.01.14學科、教師、學生7畢業(yè)設計（論文）正文2015.04.20-06.09學科、教師、學生、教學秘書8畢業(yè)設計（論文）答辯2015.05.10-06.09學院、學科、答辯組、教學秘書9畢業(yè)設計（論文）總結(jié)2015.06.09-06.20學院、學科、答辯組、教學秘書課題信息：課題性質(zhì)：設計 論文課題來源：教師科研 生產(chǎn)實踐 社會實際問題 學生自選課題 其它發(fā)出任務書日期： 2014.12.5 指導教師簽名： 年 月 日學科意見：學科負責人簽名： 年 月 日 題 目 小型谷物烘干機設計專 業(yè) 學生姓名 學 號 指導教師 論文字數(shù) 完成日期 2015年4月 目錄第1章 緒論11.1 傳統(tǒng)谷物烘干機概述11.2 新型小型谷物烘干機研究21.3 現(xiàn)有技術條件21.4 產(chǎn)品現(xiàn)狀2第2章 設計內(nèi)容32.1 設計任務32.2 設計要求32.3 設計方案的構(gòu)想3。第3章 設計實現(xiàn)。3.1 設備工況及要求。3.2 設備工作程序。3.3 控制與連續(xù)要求。參考文獻5致 謝。附錄 圖紙列表。第1章 緒論 我國現(xiàn)有9億農(nóng)村人口，如此龐大的農(nóng)村勞動力不可能都留在農(nóng)村從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，一方面有限的土地資源不需要如此龐大的勞動力，另一方面隨著我國經(jīng)濟多元化發(fā)展，相當一部分農(nóng)村勞動力流向城市從事其他行業(yè)工作。隨著農(nóng)村勞動力的減少，就為農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展提供了機會，其中也包括糧食烘干機械化.近年來，國家不斷推進農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)政策的實施，國家和各級政府陸續(xù)出臺了多種扶持和鼓勵政策，全國各地陸續(xù)出現(xiàn)了大量的種植專業(yè)戶、農(nóng)村合作社等農(nóng)村集約種植組織。土地種植的規(guī)模化經(jīng)營為農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展帶來了前所未有的機遇，而糧食產(chǎn)后干燥則是農(nóng)戶急需解決的問題。 目前，我國廣大農(nóng)村普遍缺少曬糧場地，對普通種植戶來說，沒有曬糧場地影響并不大，他們可以在自家的庭院里或者曬棚上曬糧，但對種糧大戶來說，沒有曬糧場地的影響就大了，他們收獲的糧食非常多，如果沒有足夠大的曬場，根本無法保證新收的糧食得到及時干燥，即使有足夠大的曬場，一旦遇上連續(xù)陰雨天氣，也會給他們的糧食干燥工作帶來影響。種糧大戶要想確保新收的糧食得到及時的干燥，最好采用糧食烘干機進行干燥，用這種機器干燥糧食，可有效抵御陰雨災害天氣、保證糧食安全、提高糧食的品質(zhì)和經(jīng)濟價值。1.1傳統(tǒng)谷物烘干機概述按谷物與氣流相對運動方向，烘干機可分為橫流、混流、順流、逆流及順逆流、混逆流、順混流等型式。1.橫流烘干機橫流烘干機是我國最先引進的一種機型，多為圓柱型篩孔式或方塔型篩孔式結(jié)構(gòu)，目前國內(nèi)仍有很多廠家生產(chǎn)。該機的優(yōu)點是：制造工藝簡單，安裝方便，成本低，生產(chǎn)率高。缺點是：谷物干燥均勻性差，單位熱耗偏高，一機烘干多種谷物受限，烘后部分糧食品質(zhì)較難達到要求，內(nèi)外篩孔需經(jīng)常清理等。但小型的循環(huán)式烘干機可以避免上述的一些不足。2.混流烘干機混流烘干機多由三角或五角盒交錯(叉)排列組成的塔式結(jié)構(gòu)。國內(nèi)生產(chǎn)此機型的廠家比橫流的多，與橫流相比它的優(yōu)點是：(1)熱風供給均勻，烘后糧食含水率較均勻；(2)單位熱耗低5%15%；(3)相同條件下所需風機動力小，干燥介質(zhì)單位消耗量也??；(4)烘干谷物品種廣，既能烘糧，又能烘種；(5)便于清理，不易混種。缺點是：(1)結(jié)構(gòu)復雜，相同生產(chǎn)率條件下制造成本略高；(2)烘干機四個角處的一小部分谷物降水偏慢。3.順流烘干機順流烘干機多為漏斗式進氣道與角狀盒排氣道相結(jié)合的塔式結(jié)構(gòu)，它不同于混流烘干機由一個主風管供熱風，而是由多個(級)熱風管供給不同或部分相同的熱風。國內(nèi)生產(chǎn)廠家數(shù)量少于混流烘干機廠家，其優(yōu)點是：(1)使用熱風溫度高，一般一級高溫段溫度可達150250；(2)單位熱耗低，能保證烘后糧食品質(zhì)；(3)三級順流以上的烘干機具有降大水份的優(yōu)勢，并能獲得較高的生產(chǎn)率；(4)連續(xù)烘干時一次降水幅度大，一般可達10%15%；(5)最適合烘干大水份的糧食作物和種子。缺點是：(1)結(jié)構(gòu)比較復雜，制造成本接近或略高于混流烘干機；(2)糧層厚度大，所需高壓風機功率大，價格高。4.順逆流、混逆流和順混流烘干機純逆流烘干機生產(chǎn)和使用的很少，它多數(shù)與其它氣流的烘干機配合使用，即用于順流或混流烘干機的冷卻段，形成順逆流和混逆流烘干機。逆流冷卻的優(yōu)點是使自然冷風能與谷物充分接觸，可增加冷卻速度，適當降低冷卻段高度。順逆流、混逆流和順混流烘干機是分別利用了各自的優(yōu)點，以達到高溫快速烘干，提高烘干能力，不增加單位熱耗，保證谷物品質(zhì)和含水率均勻。1.2 新型小型谷物烘干機研究背景目前我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中機械干燥不僅能力較低，而且能夠適用于農(nóng)村生產(chǎn)條件、生產(chǎn)規(guī)模和經(jīng)濟承受能力的機型就更少。我國現(xiàn)有的干燥設備多為大中型，小時處理多為5噸、10噸、甚至更大，適用于大、中型，糧庫、農(nóng)場等，一次性投資大，作業(yè)費用高，農(nóng)民只能望“機”興嘆。目前國內(nèi)也有一些小型糧食干燥設備，但不適于我國農(nóng)村具體情況。原因有兩點：（1）大部分小型糧食干機設備用油作燃料，作業(yè)費用高。在我國糧食生產(chǎn)微利的情況下，廣大農(nóng)民難以承受。（2）目前雖然有一些用煤作燃料的小型糧食烘干機干燥設備，但其裝機容量普遍超過了廣大農(nóng)村現(xiàn)有的電容量。農(nóng)民需先增容后才可使用干燥設備，這就給用戶增加了投資和作業(yè)費用。1.3 現(xiàn)有技術條件 綜合上述現(xiàn)狀，考慮到新型產(chǎn)品的科學性，需使用電加熱風機設備，配合微孔沸騰技術的干燥筒體，實現(xiàn)小型谷物烘干機的技術支持。1.4 產(chǎn)品現(xiàn)狀國內(nèi)基本沒有此內(nèi)產(chǎn)品，造成大機器配給小農(nóng)戶，生產(chǎn)效率不高。第2章 設計內(nèi)容2.1 設計任務傳統(tǒng)干燥機的熱風是從桶體下部一側(cè)進入，由于原料是靜止的，所以熱風較難穿透，使干燥機內(nèi)部出現(xiàn)下部熱上部溫的現(xiàn)象，有時也因局部過熱而出現(xiàn)原料燒結(jié)，造成堵塞，使熱風更難進入其他區(qū)域，故無法達到預期的干燥效果。本機的設計為兩級螺旋漿輸送，第一級將原料送入桶內(nèi)，第二級再將原料不聽第提升到桶體上部以傘狀飛拋散落，而熱風則從桶體下部的中心向四周吹出，順利地從移動原料的間隙中向上穿透，使原料在動態(tài)情況下得到充分加熱。本機具有多功能的特點：由于原料在桶內(nèi)不停的翻滾，熱風從筒壁微孔高壓不停噴射輸送，從而達到氣流沸騰既均勻又干燥的統(tǒng)一效果，多組溫控器分開控制，可選大流量和小流量等工作模式。 2.2 設計要求1干燥桶體定制為雙層（內(nèi)層為不銹鋼），中間夾隔熱保溫材料，因而達到保溫節(jié)能的效果。內(nèi)層桶體及螺旋槳、軸、筒、支架、落料斗、卸料口等均為不銹鋼材料。2每5分鐘上完一筒料，每10至15分鐘完成一筒谷物干燥。3工作環(huán)境：室溫，室內(nèi)，室外。4. 工作電壓：三相380V 。2.3 設計方案的構(gòu)想1主機電動機帶動提升螺桿上料，把谷物提升到2米高度，然后拋射到微孔缸體，同時在散落過程中，高溫風流通過精密加工的螺旋微孔呈龍卷風狀態(tài)在缸體對流，產(chǎn)生沸騰氣流，谷物翻滾干燥，同時缸內(nèi)帶攪動機構(gòu)，放置谷物落下后堆積造成干燥不均勻。2加熱系統(tǒng)：多翼式離心風機提供送風穩(wěn)定保證，外配備3P加熱風機。 3控制系統(tǒng)：歐姆龍PLC主控制配備溫度濕度控制模塊。第3章 設計實現(xiàn)3.1 設備工況及要求3.1.1.熱交換計算谷物干燥的能量消耗主要包括谷物吸熱和機械設備運行所需能量消耗，其中機械設備中能量消耗最大的是谷物，這也是設計所需的，其他機械設備運行所用能量較少。谷物干燥中的能量消耗按下述方法計算：熱水放出熱量=谷物吸收的熱量+機械設備所耗能量+其他損耗但是除了谷物吸收以外的熱量可以折算成傳熱效率，熱風機可以將加熱到150，2（32）QCV(T2T1)11：筒體傳熱效率（80%）2：水氣放熱效率（80%）C:水的比熱容4.2103kJ/據(jù)公式（32）代入數(shù)據(jù)得：最后谷物可吸收的熱量為：Q4.2103（85-35）80%80%=1.344105J谷物的干燥程度可以根據(jù)農(nóng)民的經(jīng)驗。但機體配置了溫度濕度控制器，方便監(jiān)測。3.1.2 主軸轉(zhuǎn)速的確定本機特點是使用多級軸設計，提升螺桿和攪動掌在同一軸線轉(zhuǎn)動，又單個電機帶動，通過不規(guī)則齒輪實現(xiàn)間歇運動。主軸的回轉(zhuǎn)速度是烘干機的重要技術參數(shù)之一。它決定了谷物的提升速度和攪拌筒內(nèi)的運動軌跡。若轉(zhuǎn)速太慢，不能翻轉(zhuǎn)效果，干燥效果較差。若轉(zhuǎn)速太快，翻轉(zhuǎn)果太強，可能會使谷物拋到攪拌機的外面，也使翻轉(zhuǎn)的種子在攪拌機內(nèi)分布不均勻，影響干燥效果。當主軸轉(zhuǎn)速高到一定值時，由丁離心力的作用，才能使谷物翻轉(zhuǎn)合適，當谷物的重力等于旋轉(zhuǎn)離心力時，谷物干燥效果也是最好的。即：mv2mg=R(42)Rnv=60pg：重力加速度9.8m/s22據(jù)公式代入數(shù)據(jù)得：求得轉(zhuǎn)速：nmax=134.2r/min選用主軸的轉(zhuǎn)速n=130r/min即可滿足要求。3.13 電動機選擇電動機分為直流電動機和交流電動機。選用三相異步電動機。P(44)n134.2=1.34kwP=95509550據(jù)公式(44)代入數(shù)據(jù)得：Tn288故選額定功率P額=3kw能滿足要求，電動機的型號為Y132S-6 900r/min 3KW。轉(zhuǎn)速n為940r/min.3.2 設備工作程序3.2.1 PLC與CPU型號的選擇PLC與其他微型計算機相比,更適于在惡劣的工業(yè)環(huán)境中運行,且數(shù)據(jù)處理功能大大增強, 具有強大的功能指令，編程也極為方便簡單編程指令具有模塊化功能,能夠解決就地編程、監(jiān)控、通訊等問題。PLC 的梯形圖語言清晰、直觀、可讀性強, 易于掌握。PLC具有豐富的功能指令，能實現(xiàn)加減乘除四則運算及數(shù)據(jù)傳送比較移位等功能，還具有實時時鐘指令，可方便的實現(xiàn)定時顯示。可靠性高，豐富的I/O接口模塊，采用模塊化結(jié)構(gòu)，編程簡單易學，安裝簡單，維修方便。由于歐姆龍的PLC應用廣泛且價格較便宜。本設計選用歐姆龍S7-200系列。CPU在滿足控制要求的前提下選型時應選最佳的性價比，一般可以從以下幾個方面考慮：1.I/O點數(shù)估算I/O點數(shù)是PLC的一項重要指標。合理選擇I/O點數(shù)既可使系統(tǒng)滿足控制要求有可使系統(tǒng)總投資最低。PLC的輸入輸出點總數(shù)和種類應根據(jù)被控對象的模擬量、開關量、輸入/輸出設備狀況（包括模擬量、開關量、輸出類型）來確定，一般一個輸入輸出元件要占用一個輸入輸出點。考慮到今后的擴充，一般應估計的總點數(shù)再加上15%20%的備用量。本設計所占用的I/O點數(shù)計算：輸入信號：開始按鈕，需要8個輸入點；停止按鈕，需要1個輸入點；以上共需要9個輸入信號點，考慮以后對系統(tǒng)的調(diào)整與擴充留有20%的備用點，即用920%=1.8，取2個點，這樣共用11個輸入點。輸出信號：控制提升機、上絞龍、風機下絞龍、排糧輪、燃燒機、排糧管，共需要6個輸出點考慮以后對系統(tǒng)的調(diào)整與擴充留有20%的備用點，即620%=1.2，取2個點，這樣共用8個輸出點。2用戶存儲容量估算用戶應用程序占用多少內(nèi)存與許多因素有關，如I/O點數(shù)、控制要求、運算處理量、量程結(jié)構(gòu)等。因此在程序設計之前只能粗略的估算。根據(jù)經(jīng)驗，每個I/O點及有關功能器占用內(nèi)存大致如下：開關量輸入元件：1020B/點；開關量輸出元件：510B/點；定時器/計數(shù)器：2B/個；通信接口：一個接口一般需要300B以上；根據(jù)上面算出總字數(shù)再加上25%左右的備用量，就可以估算出程序所需要的內(nèi)存量，從而選擇合適的PLC內(nèi)存。本設計所需CPU內(nèi)存的計算：開關量輸入元件9點1020B/點90180B；開關量輸出元件：6點510B/點3060B；模擬量：1點100150B/點100150B；系統(tǒng)中有由濕度傳感器輸入的一路模擬信號，所以選擇CPU224XP即可滿足控制要求。本系統(tǒng)還有兩個LED顯示器，每個需要8個數(shù)字量輸入控制，可擴展兩個EM222。EM222為8點數(shù)字輸出模塊。在這里我們將系統(tǒng)選擇為CPU224（14入/10出繼電器輸出）一臺，加上一臺擴展模塊EM222(4AI/IAO)。整個PLC系統(tǒng)的配置如圖2.2所示。圖5.1 CPU配置圖 所有輸入點用24V電源公用一個公共點（0V點），且無須外部提供24V電源。對繼電器輸出分別提供4個公共點，各個公共點間相互獨立，提供4個獨立的輸出通道，對應有隔離要求的輸出控制。CPU速度和內(nèi)存容量是PLC的重要參數(shù)，它們決定著PLC的工作速度，I/O數(shù)量及軟件容量等，因此限制著控制規(guī)模。按I/O點數(shù)確定模塊規(guī)格及數(shù)量，I/O模塊可多可少，但其最大數(shù)受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數(shù)限制。3I/O分配PLC對輸入/輸出定義號采用分別編號的原則進行定義號分配，輸入信號點用I 表示，輸出信號用Q表示，其中輸入從I0開始依次分配，輸出從Q0開始依次分配，。表4. 1 輸入信號分配表表4. 2 輸出信號分配表參考文獻1. 魏雅鹛. 谷物烘干機的模糊控制系統(tǒng)仿真與實現(xiàn)D. 安徽農(nóng)業(yè)大學, 20042. 李長友, 曹艷明. 谷物循環(huán)干燥機控制系統(tǒng)硬件設計J. 農(nóng)業(yè)機械學報,2002(6):3. 趙國柱. 谷物烘干設備電氣系統(tǒng)安裝最佳流程控制探討J. 現(xiàn)代化農(nóng)業(yè), 2013,(6):634. 戴鐵峰. 可移動式谷物干燥機控制系統(tǒng)研究與設計D. 湘潭大學, 20115. 葛漢林, 張艷梅, 姜芳. 谷物烘干機溫度控制系統(tǒng)的設計J. 安徽農(nóng)業(yè)科學. 2013,(13):69446. Li Jianmin, Li Changyou, Xu Fengying,Zhang, etc. The Three-dimensional Flow Field Simulation in Heat Exchanger of Batch Type Recirculating Grain Dryer Based on SolidworksJ. Journal of Agricultural Mechanization Research. 7. Takahiro Noda, Yasuyuki Hidaka, Masahiro Kanesake, et al,. Utilization of a direct combustion type husk burner for grain dryingJ. JARQ, 2011, 45(4): 433-440. http:/ www.jircas.affrc.go.jp致 謝這次畢業(yè)設計基本結(jié)束了，在整個設計過程中，由于自己對所學的知識掌握的不夠扎實，因此經(jīng)常遇到一些問題和困難。在指導老師教授的耐心指導下，按照畢業(yè)設計任務書的要求設計出了一臺小型谷物烘干機。整個設計涉及的知識面廣，綜合運用了機械原理、機械設計、理論力學、材料力學、機械制圖、機械優(yōu)化設計等相關知識，還運用了SolidWorks軟件，使計算方法比較現(xiàn)代化。 在這里，我要真誠地感謝在設計中給予我莫大幫助的指導老師，同時也要感謝同組同學對我的幫助，以及在整個設計過程中給予我?guī)椭?、支持和提出寶貴意見的同學。替代 “ 圖樣代號 ” GHJ-01 烘干筒體934.166 11 1:12 654321 D C B A 5 641 2 3 D C B A 審核 設計 標記處數(shù)分區(qū)更改文件號簽名年 月 日 工藝 標準化 批準 階 段 標 記 共 張 第 張 重量比例 日期 簽字 底圖總號 舊底圖總號 描校 描圖 借(通)用件登記 零 件 代 號 版本 校核 主管設計 3 1 5 2 4 安裝隔熱側(cè)蓋時候，在外筒壁墊隔熱巖棉并 用鋁膜覆蓋充分保證隔熱厚度，才安裝側(cè)蓋。 1748 759 2410 2112 1820 300 300 90 40 序號 代號 名稱 材料 數(shù)量 備注 5GHJ-01-03 外筒錐底法蘭 201 1 4GHJ-01-05 外筒隔熱側(cè)蓋B 201 1 3GHJ-01-04 外筒隔熱側(cè)蓋A 201 1 2GHJ-01-02 外筒 201 1 1GHJ-01-01 內(nèi)筒 201 1