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題 目 小型谷物烘干機(jī)設(shè)計(jì)
專 業(yè)
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學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)教師 ╳╳╳
論文字?jǐn)?shù)
完成日期 2015年4月
目錄
第1章 緒論 1
1.1 傳統(tǒng)谷物烘干機(jī)概述 1
1.2 新型小型谷物烘干機(jī)研究 2
1.3 現(xiàn)有技術(shù)條件 2
1.4 產(chǎn)品現(xiàn)狀 2
第2章 設(shè)計(jì)內(nèi)容 3
2.1 設(shè)計(jì)任務(wù) 3
2.2 設(shè)計(jì)要求 3
2.3 設(shè)計(jì)方案的構(gòu)想 3。
第3章 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 。
3.1 設(shè)備工況及要求 。
3.2 設(shè)備工作程序 。
3.3 控制與連續(xù)要求 。
參考文獻(xiàn) 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(dòng)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(dòng)力，另一方面隨著我國經(jīng)濟(jì)多元化發(fā)展，相當(dāng)一部分農(nóng)村勞動(dòng)力流向城市從事其他行業(yè)工作。隨著農(nóng)村勞動(dòng)力的減少，就為農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展提供了機(jī)會(huì)，其中也包括糧食烘干機(jī)械化.
近年來，國家不斷推進(jìn)農(nóng)村土地流轉(zhuǎn)政策的實(shí)施，國家和各級(jí)政府陸續(xù)出臺(tái)了多種扶持和鼓勵(lì)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(jī)械化發(fā)展帶來了前所未有的機(jī)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(duì)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(duì)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(shí)干燥，即使有足夠大的曬場，一旦遇上連續(xù)陰雨天氣，也會(huì)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(shí)的干燥，最好采用糧食烘干機(jī)進(jìn)行干燥，用這種機(jī)器干燥糧食，可有效抵御陰雨災(zāi)害天氣、保證糧食安全、提高糧食的品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
1.1傳統(tǒng)谷物烘干機(jī)概述
按谷物與氣流相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向，烘干機(jī)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(jī)
橫流烘干機(jī)是我國最先引進(jìn)的一種機(jī)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(jī)的優(yōu)點(diǎn)是：制造工藝簡單，安裝方便，成本低，生產(chǎn)率高。缺點(diǎn)是：谷物干燥均勻性差，單位熱耗偏高，一機(jī)烘干多種谷物受限，烘后部分糧食品質(zhì)較難達(dá)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(jī)可以避免上述的一些不足。
2.混流烘干機(jī)
混流烘干機(jī)多由三角或五角盒交錯(cuò)(叉)排列組成的塔式結(jié)構(gòu)。國內(nèi)生產(chǎn)此機(jī)型的廠家比橫流的多，與橫流相比它的優(yōu)點(diǎn)是：(1)熱風(fēng)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(fēng)機(jī)動(dòng)力小，干燥介質(zhì)單位消耗量也小；(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(diǎn)是：(1)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，相同生產(chǎn)率條件下制造成本略高；(2)烘干機(jī)四個(gè)角處的一小部分谷物降水偏慢。
3.順流烘干機(jī)
順流烘干機(jī)多為漏斗式進(jìn)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(jī)由一個(gè)主風(fēng)管供熱風(fēng)，而是由多個(gè)(級(jí))熱風(fēng)管供給不同或部分相同的熱風(fēng)。國內(nèi)生產(chǎn)廠家數(shù)量少于混流烘干機(jī)廠家，其優(yōu)點(diǎn)是：(1)使用熱風(fēng)溫度高，一般一級(jí)高溫段溫度可達(dá)150～250℃；(2)單位熱耗低，能保證烘后糧食品質(zhì)；(3)三級(jí)順流以上的烘干機(jī)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(shí)一次降水幅度大，一般可達(dá)10%～15%；(5)最適合烘干大水份的糧食作物和種子。缺點(diǎn)是：(1)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，制造成本接近或略高于混流烘干機(jī)；(2)糧層厚度大，所需高壓風(fēng)機(jī)功率大，價(jià)格高。
4.順逆流、混逆流和順混流烘干機(jī)
純逆流烘干機(jī)生產(chǎn)和使用的很少，它多數(shù)與其它氣流的烘干機(jī)配合使用，即用于順流或混流烘干機(jī)的冷卻段，形成順逆流和混逆流烘干機(jī)。逆流冷卻的優(yōu)點(diǎn)是使自然冷風(fēng)能與谷物充分接觸，可增加冷卻速度，適當(dāng)降低冷卻段高度。順逆流、混逆流和順混流烘干機(jī)是分別利用了各自的優(yōu)點(diǎn)，以達(dá)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(jī)研究背景
目前我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中機(jī)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(jì)承受能力的機(jī)型就更少。我國現(xiàn)有的干燥設(shè)備多為大中型，小時(shí)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(fèi)用高，農(nóng)民只能望“機(jī)”興嘆。目前國內(nèi)也有一些小型糧食干燥設(shè)備，但不適于我國農(nóng)村具體情況。原因有兩點(diǎn)：
（1）大部分小型糧食干機(jī)設(shè)備用油作燃料，作業(yè)費(fèi)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(jī)干燥設(shè)備，但其裝機(jī)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(shè)備，這就給用戶增加了投資和作業(yè)費(fèi)用。
1.3 現(xiàn)有技術(shù)條件
綜合上述現(xiàn)狀，考慮到新型產(chǎn)品的科學(xué)性，需使用電加熱風(fēng)機(jī)設(shè)備，配合微孔沸騰技術(shù)的干燥筒體，實(shí)現(xiàn)小型谷物烘干機(jī)的技術(shù)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(jī)器配給小農(nóng)戶，生產(chǎn)效率不高。
第2章 設(shè)計(jì)內(nèi)容
2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)
傳統(tǒng)干燥機(jī)的熱風(fēng)是從桶體下部一側(cè)進(jìn)入，由于原料是靜止的，所以熱風(fēng)較難穿透，使干燥機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)下部熱上部溫的現(xiàn)象，有時(shí)也因局部過熱而出現(xiàn)原料燒結(jié)，造成堵塞，使熱風(fēng)更難進(jìn)入其他區(qū)域，故無法達(dá)到預(yù)期的干燥效果。本機(jī)的設(shè)計(jì)為兩級(jí)螺旋漿輸送，第一級(jí)將原料送入桶內(nèi)，第二級(jí)再將原料不聽第提升到桶體上部以傘狀飛拋散落，而熱風(fēng)則從桶體下部的中心向四周吹出，順利地從移動(dòng)原料的間隙中向上穿透，使原料在動(dòng)態(tài)情況下得到充分加熱。
本機(jī)具有多功能的特點(diǎn)：由于原料在桶內(nèi)不停的翻滾，熱風(fēng)從筒壁微孔高壓不停噴射輸送，從而達(dá)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(shè)計(jì)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(dá)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(shè)計(jì)方案的構(gòu)想
1．主機(jī)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)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(shí)在散落過程中，高溫風(fēng)流通過精密加工的螺旋微孔呈龍卷風(fēng)狀態(tài)在缸體對(duì)流，產(chǎn)生沸騰氣流，谷物翻滾干燥，同時(shí)缸內(nèi)帶攪動(dòng)機(jī)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(fēng)機(jī)提供送風(fēng)穩(wěn)定保證，外配備3P加熱風(fēng)機(jī)。
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(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)
3.1 設(shè)備工況及要求
3.1.1.熱交換計(jì)算
谷物干燥的能量消耗主要包括谷物吸熱和機(jī)械設(shè)備運(yùn)行所需能量消耗，其中機(jī)械設(shè)備中能量消耗最大的是谷物，這也是設(shè)計(jì)所需的，其他機(jī)械設(shè)備運(yùn)行所用能量較少。谷物干燥中的能量消耗按下述方法計(jì)算：
熱水放出熱量=谷物吸收的熱量+機(jī)械設(shè)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(fēng)機(jī)可以將加熱到150°，
η2（3—2）′Q＝CV(T2－T1)η1
η1：筒體傳熱效率（80%）
η2：水氣放熱效率（80%）
C:水的比熱容4.2×103kJ/㎏·℃
據(jù)公式（3—2）代入數(shù)據(jù)得：
最后谷物可吸收的熱量為：Q＝4.2×103×（85-35）×80%×80%=1.344×105J谷物的干燥程度可以根據(jù)農(nóng)民的經(jīng)驗(yàn)。但機(jī)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(jī)特點(diǎn)是使用多級(jí)軸設(shè)計(jì)，提升螺桿和攪動(dòng)掌在同一軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，又單個(gè)電機(jī)帶動(dòng)，通過不規(guī)則齒輪實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)。
主軸的回轉(zhuǎn)速度是烘干機(jī)的重要技術(shù)參數(shù)之一。它決定了谷物的提升速度和攪拌筒內(nèi)的運(yùn)動(dòng)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(qiáng)，可能會(huì)使谷物拋到攪拌機(jī)的外面，也使翻轉(zhuǎn)的種子在攪拌機(jī)內(nèi)分布不均勻，影響干燥效果。當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速高到一定值時(shí)，由丁離心力的作用，才能使谷物翻轉(zhuǎn)合適，當(dāng)谷物的重力等于旋轉(zhuǎn)離心力時(shí)，谷物干燥效果也是最好的。
即：mv2
mg=R(4—2)
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(dòng)機(jī)選擇
電動(dòng)機(jī)分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。選用三相異步電動(dòng)機(jī)。
P(4—4)n
134.2=1.34kwP=95509550′據(jù)公式(4—4)代入數(shù)據(jù)得：Tn288
故選額定功率P額=3kw能滿足要求，電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為Y132S-6 900r/min 3KW。
轉(zhuǎn)速n為940r/min.
3.2 設(shè)備工作程序
3.2.1 PLC與CPU型號(hào)的選擇
PLC與其他微型計(jì)算機(jī)相比,更適于在惡劣的工業(yè)環(huán)境中運(yùn)行,且數(shù)據(jù)處理功能大大增強(qiáng), 具有強(qiáng)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(qiáng), 易于掌握。PLC具有豐富的功能指令，能實(shí)現(xiàn)加減乘除四則運(yùn)算及數(shù)據(jù)傳送比較移位等功能，還具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘指令，可方便的實(shí)現(xiàn)定時(shí)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(xué)，安裝簡單，維修方便。由于歐姆龍的PLC應(yīng)用廣泛且價(jià)格較便宜。本設(shè)計(jì)選用歐姆龍S7-200系列。
CPU在滿足控制要求的前提下選型時(shí)應(yīng)選最佳的性價(jià)比，一般可以從以下幾個(gè)方面考慮：
1.I/O點(diǎn)數(shù)估算
I/O點(diǎn)數(shù)是PLC的一項(xiàng)重要指標(biāo)。合理選擇I/O點(diǎn)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(diǎn)總數(shù)和種類應(yīng)根據(jù)被控對(duì)象的模擬量、開關(guān)量、輸入/輸出設(shè)備狀況（包括模擬量、開關(guān)量、輸出類型）來確定，一般一個(gè)輸入輸出元件要占用一個(gè)輸入輸出點(diǎn)?？紤]到今后的擴(kuò)充，一般應(yīng)估計(jì)的總點(diǎn)數(shù)再加上15%～20%的備用量。
本設(shè)計(jì)所占用的I/O點(diǎn)數(shù)計(jì)算：
輸入信號(hào)：開始按鈕，需要8個(gè)輸入點(diǎn)；停止按鈕，需要1個(gè)輸入點(diǎn)；以上共需要9個(gè)輸入信號(hào)點(diǎn)，考慮以后對(duì)系統(tǒng)的調(diào)整與擴(kuò)充留有20%的備用點(diǎn)，即用9×20%=1.8，取2個(gè)點(diǎn)，這樣共用11個(gè)輸入點(diǎn)。
輸出信號(hào)：控制提升機(jī)、上絞龍、風(fēng)機(jī)下絞龍、排糧輪、燃燒機(jī)、排糧管，共需要6個(gè)輸出點(diǎn)考慮以后對(duì)系統(tǒng)的調(diào)整與擴(kuò)充留有20%的備用點(diǎn)，即6×20%=1.2，取2個(gè)點(diǎn)，這樣共用8個(gè)輸出點(diǎn)。
2．用戶存儲(chǔ)容量估算
用戶應(yīng)用程序占用多少內(nèi)存與許多因素有關(guān)，如I/O點(diǎn)數(shù)、控制要求、運(yùn)算處理量、量程結(jié)構(gòu)等。因此在程序設(shè)計(jì)之前只能粗略的估算。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，每個(gè)I/O點(diǎn)及有關(guān)功能器占用內(nèi)存大致如下：
開關(guān)量輸入元件：10～20B/點(diǎn)；
開關(guān)量輸出元件：5～10B/點(diǎn)；
定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：2B/個(gè)；
通信接口：一個(gè)接口一般需要300B以上；
根據(jù)上面算出總字?jǐn)?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(shè)計(jì)所需CPU內(nèi)存的計(jì)算：
開關(guān)量輸入元件9點(diǎn)×10～20B/點(diǎn)≈90～180B；
開關(guān)量輸出元件：6點(diǎn)×5～10B/點(diǎn)≈30～60B；
模擬量：1點(diǎn)×100～150B/點(diǎn)≈100～150B；
系統(tǒng)中有由濕度傳感器輸入的一路模擬信號(hào)，所以選擇CPU224XP即可滿足控制要求。
本系統(tǒng)還有兩個(gè)LED顯示器，每個(gè)需要8個(gè)數(shù)字量輸入控制，可擴(kuò)展兩個(gè)EM222。EM222為8點(diǎn)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(tái)，加上一臺(tái)擴(kuò)展模塊EM222(4AI/IAO)。整個(gè)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(diǎn)用24V電源公用一個(gè)公共點(diǎn)（0V點(diǎn)），且無須外部提供24V電源。
對(duì)繼電器輸出分別提供4個(gè)公共點(diǎn)，各個(gè)公共點(diǎn)間相互獨(dú)立，提供4個(gè)獨(dú)立的輸出通道，對(duì)應(yīng)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(diǎn)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(jī)架槽數(shù)限制。
3．I/O分配
PLC對(duì)輸入/輸出定義號(hào)采用分別編號(hào)的原則進(jìn)行定義號(hào)分配，輸入信號(hào)點(diǎn)用I 表示，輸出信號(hào)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(hào)分配表
表4. 2 輸出信號(hào)分配表
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致 謝
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)基本結(jié)束了，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，由于自己對(duì)所學(xué)的知識(shí)掌握的不夠扎實(shí)，因此經(jīng)常遇到一些問題和困難。在指導(dǎo)老師╳╳╳教授的耐心指導(dǎo)下，按照畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求設(shè)計(jì)出了一臺(tái)小型谷物烘干機(jī)。整個(gè)設(shè)計(jì)涉及的知識(shí)面廣，綜合運(yùn)用了機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械制圖、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)等相關(guān)知識(shí)，還運(yùn)用了SolidWorks軟件，使計(jì)算方法比較現(xiàn)代化。
在這里，我要真誠地感謝在設(shè)計(jì)中給予我莫大幫助的指導(dǎo)老師，同時(shí)也要感謝同組同學(xué)對(duì)我的幫助，以及在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中給予我?guī)椭?、支持和提出寶貴意見的同學(xué)。