小型谷物烘干機設(shè)計

小型谷物烘干機設(shè)計,小型,谷物,烘干機,設(shè)計 題 目 小型谷物烘干機設(shè)計 專 業(yè) 學(xué)生姓名 ╳╳╳ 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 ╳╳╳ 論文字數(shù) 完成日期 2015年4月 目錄 第1章 緒論 1 1.1 傳統(tǒng)谷物烘干機概述 1 1.2 新型小型谷物烘干機研究 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)計內(nèi)容 3 2.1 設(shè)計任務(wù) 3 2.2 設(shè)計要求 3 2.3 設(shè)計方案的構(gòu)想 3。 第3章 設(shè)計實現(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 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)?；?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(zāi)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(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(fù)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(fēng)管供熱風(fēng)，而是由多個(級)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)量少于混流烘干機廠家，其優(yōu)點是：(1)使用熱風(fēng)溫度高，一般一級高溫段溫度可達150～250℃；(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(fù)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(fēng)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(fēng)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)備，這就給用戶增加了投資和作業(yè)費用。 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)機設(shè)備，配合微孔沸騰技術(shù)的干燥筒體，實現(xiàn)小型谷物烘干機的技術(shù)支持。 1.4 產(chǎn)品現(xiàn)狀 國內(nèi)基本沒有此內(nèi)產(chǎn)品，造成大機器配給小農(nóng)戶，生產(chǎn)效率不高。 第2章 設(shè)計內(nèi)容 2.1 設(shè)計任務(wù) 傳統(tǒng)干燥機的熱風(fēng)是從桶體下部一側(cè)進入，由于原料是靜止的，所以熱風(fēng)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(fēng)更難進入其他區(qū)域，故無法達到預(yù)期的干燥效果。本機的設(shè)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(fēng)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(fēng)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(shè)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(shè)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(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(fēng)機提供送風(fēng)穩(wěn)定保證，外配備3P加熱風(fēng)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(shè)計實現(xiàn) 3.1 設(shè)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(shè)備運行所需能量消耗，其中機械設(shè)備中能量消耗最大的是谷物，這也是設(shè)計所需的，其他機械設(shè)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(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。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(shè)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(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：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(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，電動機的型號為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?？煽啃愿?，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)用廣泛且價格較便宜。本設(shè)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(yīng)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(yīng)根據(jù)被控對象的模擬量、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，一般一個輸入輸出元件要占用一個輸入輸出點?？紤]到今后的擴充，一般應(yīng)估計的總點數(shù)再加上15%～20%的備用量。 本設(shè)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9×20%=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(fēng)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6×20%=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(yīng)用程序占用多少內(nèi)存與許多因素有關(guān)，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(shè)計之前只能粗略的估算。根據(jù)經(jīng)驗，每個I/O點及有關(guān)功能器占用內(nèi)存大致如下： 開關(guān)量輸入元件：10～20B/點； 開關(guān)量輸出元件：5～10B/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(shè)計所需CPU內(nèi)存的計算： 開關(guān)量輸入元件9點×10～20B/點≈90～180B； 開關(guān)量輸出元件：6點×5～10B/點≈30～60B； 模擬量：1點×100～150B/點≈100～150B； 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(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。 3．I/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(xué), 2004 2. 李長友, 曹艷明. 谷物循環(huán)干燥機控制系統(tǒng)硬件設(shè)計[J]. 農(nóng)業(yè)機械學(xué)報,2002(6): 3. 趙國柱. 谷物烘干設(shè)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):63 4. 戴鐵峰. 可移動式谷物干燥機控制系統(tǒng)研究與設(shè)計[D]. 湘潭大學(xué), 2011 5. 葛漢林, 張艷梅, 姜芳. 谷物烘干機溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué). 2013,(13):6944 6. 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