小型谷物烘干机的设计

李岩舟，陈云可，陈金荣，聂　泉，刘雪芳，郑笑雅，余民学

(广西大学 机械工程学院，南宁　530004)

0　引言

我国的谷物烘干机的发展是从解放初期仿照日本、前苏联等国外烘干机开始的，由于当时的谷物烘干机结构复杂，耗用钢材多，造价高，所以仅仅在一些农场、粮库才得以使用。20世纪70年代后期，有关科研组织开始研发设计我国生产使用的烘干机，但也是限于农场生产连队和农村的生产队使用；80年代，我国致力于将烘干机向多用化发展；90年代以来，随着农村改革的深入发展，农村经济和农业生产力水平有了较快的提高，烘干机也向着专业化的方向发展[1]。

随着我国机械行业的发展，主要的谷物烘干机类型有简易堆放式干燥机[2]、喷泉式干燥机[3]、低温干燥机及微波干燥剂等。小型谷物烘干机的设计在现有的热风烘干设计技术基础上，加入了送风管道与叶片两个结构，热风通过送风管从细孔由内而外，向各个方向射入箱体，加上叶片对谷物的抛撒作用，使热风与谷物能更好地接触，令谷物均匀受热，更有效地达到谷物烘干的目的[4-7]。

1　结构及工作原理

小型谷物烘干机主要由输送系统、谷物流动系统、温度控制系统箱体、箱体回转传动机热风机、送风管、轴承和出风口等组成，如图1所示。

1.箱体　2.热风机　3.出料口　4.液压支杆 5.行走支架　6.电动机　7.入料口　8.送风管　9.叶片

其中，热风机连接送风管安装在箱体一端，送风管贯穿整个箱体，轴承用于连接送风管和热风机口；谷物流动系统包括旋转箱体、固定在箱体上的叶片、齿轮和电动机，旋转叶片与径向成35°角安装于箱体内壁，齿轮装于箱体与电动机连接端，用于带动箱体旋转，电动机固定装于箱体外部一端，用于提供箱体旋转的动力[8]。

工作时，将谷物从谷物进口倒入进入箱体，电动机提供动力带动箱体整体旋转；在箱体旋转的过程中风机鼓入热风，通过送风管进入箱体内，送风管贯穿整个箱体且管道上分布着细密的小孔，可实现热风在箱体内的均匀分散，并与叶片的设计相配合，达到良好的空气动力学特性，使热风充分利用对谷物进行烘干；加入的谷物在箱体与叶片的作用下循环流动，箱体整体旋转和类似水车原理的叶片设计有利于谷物得到充分搅拌，并减少搅拌过程对谷物的机械挤压，从而降低谷物爆腰率，使谷物与热风充分接触，达到提高烘干效率的目的；烘干完成后，将箱体向下倾斜一定角度，便可以将谷物从出口倒出进行装袋[9-10]。

2　关键部位的设计

2.1箱体的设计

根据烘干的需求，将主箱体设计为回转金属圆筒，另一端设计为圆台体，如图2所示。箱体直径过大达不到小型化的目的，过小不利于烘干时谷物在箱体内的流动，故将圆筒直径设计为900 mm。这种设计预留了一定的空间，有利于谷物的流动与箱体的旋转，可使谷物在烘干过程中受热均匀，减少爆腰率。由于设计的箱体尺寸限制，以及为了谷物能较好地在箱体内流动，因此每次烘干的谷物质量为40kg。风机安装在圆台体设计的一端，圆台体的设计可有效地防止谷物在烘干过程中流入风机，使风机不能正常工作。谷物出口设计在圆台这一端，一定的倾斜角度有利于谷物顺利地送出装袋。

图2　箱体的设计

2.2送风管道的设计

直径为40mm的送风管贯穿整个箱体，其管壁均匀分布细孔，如图3所示。工作时，热风进入送风管后在其内产生一定的气压，热风通过送风管上的细孔从各个方向射向箱体，可与谷物充分接触，提高了热风利用率。

图3　送风管的设计

2.3叶片的设计

为了加强箱体内的热交换能力，加速烘干过程，在箱体内壁固定了6张旋转叶片且与径向成35°角，鼓入的热风在箱体内与叶片形成气旋涡流，如图4所示。当箱体回转时，箱体底部的谷物被叶片带到顶部，再从顶部抛撒而下，在谷物下落的过程中加大了谷物与热风的接触面积，使热风与谷物充分的接触，加速谷物中水分的蒸发。

图4　叶片的设计

2.4进料口与出料口的设计

谷物进料口为箱体上长方形的开口，长180mm，宽115mm，便于开合，加入谷物后关闭进料口。

出料口为圆台体上的开口，长150mm，宽120mm，出料口兼顾出风口的作用。出料口翻盖面为细网面材料，关闭时可防止谷物漏出又可排出湿润的空气，兼顾出料和将箱体内的热风排出的功能。出料口如图5所示，进料口如图6所示。

2.5机架的设计

支架的设计采用箱体行走小车式，由直径为33 mm的金属圆杆焊接而成，底部的轮子便于移动和运输，可实现单人移动和操作，如图7所示。支架前面的可拆卸装置在烘干时装上，在出料时拆下。

图5　出料口的设计

图6　进料口的设计

图7　支架的设计

2.6电机的选择

为了配合烘干时滚筒转动的速度要求，所采用的电机是700W、220V的单相交流电动机，转速为20r/min。该转速既保证了谷物在滚筒内能充分的与热风接触，又能使谷物在叶片上停留一段的时间，具有一定的缓苏作用。

2.7热风机的选择

输出功率2 000W，温度范围50～450/650℃(可调)，风量250～500L/min。

2.8传感器的选择

传感器的主要参数如表格1所示。

表1　传感器的主要参数

3　性能实验

根据设计，电机的转速为20r/min，最大烘干质量为40kg。烘干要求：滚筒内温度控制在45℃左右为最佳。为了减少爆腰率，在烘干了一段时间后(大约30min)停止热风机和电机，进行缓苏。

由实验结果知：在进行缓苏过后湿度有所下降，再次烘干时湿度回复到缓苏前的数值；在第2次缓苏过后将谷物倒出进行称重，得质量为20kg，再次进行烘干，当湿度达到空气湿度值时停止烘干，将箱体打开，使箱体内的空气与外界空气对流；对流20min后，将谷物倒出进行称重，得质量为19.9kg。根据国家技术监督局批准的烘干法谷物水分测定仪检定规程知

式中M—水分含量；

w1—烘干前质量；

w2—烘干后质量。

由数据可得M1=5.2%,M2=5.6%。根据规程可知，二者之差小于0.1%。由此判定烘干完成，可装袋储藏。

实验结果如表2、图8所示。

表2　实验水平因素表

图8　实验数据图

4　结论

该谷物烘干机各项机能稳定，能够较好地进行烘干作业，且生产成本低廉，烘干效率高，烘干成本低，操作简单，便于移动，从而满足南方小型农户的需求。但是，该机也存在着一些问题，如不能进行多种类型的谷物烘干、耗时较长、烘干后手动装袋等，还需要进一步完善。

参考文献：

[1]中国农业机械化科学研究院谷物干燥机械编写组.谷物干燥机[M].北京：中国农业机械出版社, 1988.

[2]广东省农业机械研究所. 堆放式简易谷物烘干机[M].北京：机械工业出版社, 1977.

[3]冯治威. 流态烘干机[J]. 水泥, 1976(1):4-14.

[4]刘同策, 温浩军. 籽棉烘干机技术研究[J]. 农机化研究, 2016, 38(8):250-256.

[5]郭小锋, 陈建, 谢守勇,等. 滚筒式油菜籽烘干机的研究[J]. 农机化研究, 2011, 33(1):203-206.

[6]陈作炳, 朱梦佳.新型风扫筒式烘干机干燥过程数值模拟[J]. 现代机械, 2016(5):57-60.

[7]刘文秀, 洪志坚.广西谷物烘干机的现状及几点看法[J]. 广西农业机械化, 2000(2):7-8.

[8]李业德,李业刚.顺流式谷物烘干机的模糊控制系统[J]. 农业工程学报, 2002, 18(1):162-164.

[9]钱续坤,姚琴,张文涛.谷物烘干机破解晒粮难题[J].乡镇论坛,2014(35):17-17.

[10]刘冬梅, 刘立意,柴玉华,等.谷物干燥机自动控制系统的设计[J]. 农机化研究, 2004(6):122-123.

[11]董永海, 王跃进.进口谷物烘干机的推广和使用[J]. 现代化农业, 2005(2):42-43.

[12]汪世民, 丁亚琳.谷物干燥机的现状与发展趋势[J]. 江苏农机化, 2011(5):30-31.