小型稻谷干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

-[12]，以使其下落均勻，但對稻谷等顆粒類原料來說，壓力過大會導(dǎo)致其破碎，破壞其品質(zhì)。據(jù)調(diào)查知，傳統(tǒng)干燥手段其干燥是分步進(jìn)行的，這樣會提高干燥的效果，而現(xiàn)在市場上的干燥設(shè)備大都是一次性加入，一次性產(chǎn)出的，這樣會大大降低干燥的效果。研究的主要內(nèi)容和方法研究對象：小型稻谷干燥機(jī)；研究的內(nèi)容：1.闡述了選題的背景，并對國際和國內(nèi)相關(guān)情況進(jìn)行了綜述和分析；2.圓柱形烘桿箱與籽粒相連接的部位采用光滑密封，防止籽粒散落在難以清理的區(qū)域，并采用圓錐形傾卸式設(shè)計，使得在籽粒烘干完成后能輕松、干凈地取出，確保異種籽粒不會混合；3.以關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)為基礎(chǔ)，通過分析當(dāng)前國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)狀況，提出了系統(tǒng)的整體設(shè)計方案，并對系統(tǒng)的編制過程進(jìn)行了說明。小型稻谷干燥機(jī)總體方案設(shè)計小型谷物干燥器的整體方案主要涉及成型模式的選擇和機(jī)構(gòu)的設(shè)計兩個方面。為了滿足實際需求，提高經(jīng)濟(jì)效益，需要選擇低成本、簡單工作模式、高成型效率的方案，并且易于維護(hù)和調(diào)試。小型稻谷干燥機(jī)設(shè)備的總體參數(shù)本文進(jìn)行設(shè)計的小型稻谷干燥機(jī)設(shè)備將要運用于中國廣大鄉(xiāng)村地區(qū)。具體的工作要求如下：1.每小時完成1000kg的谷物干燥；2.工作環(huán)境：干燥區(qū)溫度；3.380V交流電源供電；4.實現(xiàn)快速放料出料；稻谷干燥機(jī)原理谷物是一種活的有機(jī)體，利用呼吸作為維持生命的手段，在呼吸過程中吸入氧氣和化學(xué)反應(yīng)，并由于不同的環(huán)境喂養(yǎng)條件而以不同的方式呼吸。糧食中的水存在著機(jī)械束縛水、物理化學(xué)束縛水和化學(xué)束縛水三種形態(tài)。在烘干過程中，能夠去除部分物理化學(xué)束縛水。微粒是一種具有孔隙結(jié)構(gòu)的膠質(zhì)，其中的水以各種形式存在于微粒表面、毛細(xì)管和細(xì)胞內(nèi)。當(dāng)介質(zhì)中的水蒸氣壓小于顆粒表面的水蒸氣壓力時，即處于發(fā)散條件下，水分會以液體或蒸氣形式從顆粒內(nèi)層擴(kuò)散到外部，并從表面蒸發(fā)。在理想條件下，顆粒上的水分以一定速率運動，但在實際條件下，顆粒上的水分運動與顆粒本身的水分運動并不一致。在外部控制條件下，水分在糧食表面的蒸發(fā)速率小于水分進(jìn)入糧食的速率，通常出現(xiàn)在糧食較小或含水量較高的情況下。因此，要提高糧食的干燥速度，需要在適當(dāng)?shù)臈l件下提高介質(zhì)的溫度、降低介質(zhì)的相對濕度或增大平均流速。在內(nèi)部控制條件下，顆粒在內(nèi)部控制條件下的擴(kuò)散速度低于表層的蒸發(fā)速度。此時，要提高干燥速度，有兩種方法可采用：一是調(diào)節(jié)介質(zhì)狀態(tài)的參數(shù)，即在降低介質(zhì)流速的同時提高介質(zhì)溫度，介質(zhì)溫度的增加會提高顆粒的溫度，減少水分的粘性，增加內(nèi)部水蒸氣分壓。由于平均流速減少，蒸發(fā)速率會降低或保持不變，從而實現(xiàn)兩者速率的一致性；另一種方法是在增加介質(zhì)相對濕度的同時提高介質(zhì)溫度，這樣可以調(diào)節(jié)兩者之間的速度比。糧食的烘干是一個涉及熱量傳遞和質(zhì)量傳遞的復(fù)雜問題。研究表明，隨著熱風(fēng)溫度的升高，熱風(fēng)向糧食傳遞熱量的效果增強(qiáng)，從而增加糧食表面的蒸發(fā)量和水分向糧食的傳輸速率，同時也提高糧食的吸收率。此外，隨著熱風(fēng)溫度的增加，熱風(fēng)的飽和含水量也增加，從而提升了脫濕性能。因此，增加熱風(fēng)溫度不僅可以加快干燥速度，縮短烘干時間，還能減少單位熱量的消耗。糧食的品質(zhì)是影響熱風(fēng)升溫的主要因素，如果熱風(fēng)溫度過高，會導(dǎo)致糧食溫度升高和品質(zhì)下降。在確保食物品質(zhì)的前提下，應(yīng)盡量采用高溫?zé)犸L(fēng)進(jìn)行烘干。谷物水分含量對烘干速率有影響。在低水分條件下，主要是微小毛細(xì)管水分，不容易蒸發(fā)，而在高水分條件下，主要是自由水分，容易揮發(fā)，導(dǎo)致干燥速度加快。熱空氣的相對濕度：熱風(fēng)的含水量會影響其吸濕性能。當(dāng)熱風(fēng)的含水量達(dá)到飽和狀態(tài)時，無法再吸收水分，失去了烘干的效果。因此，烘干速率也受到熱風(fēng)濕度的影響。然而，如果谷物的厚度過小，不僅會增加單位熱量的消耗，還會導(dǎo)致谷物外皮過早硬化，降低谷物的質(zhì)量，并延長干燥時間。稻谷干燥成型工藝過程小型稻谷干燥機(jī)主要由大料斗，熱風(fēng)機(jī)，電動機(jī)，干燥桶，螺旋升料機(jī)，干燥層，出谷開口組成。其中位于機(jī)器左下方的大料斗，是谷物進(jìn)入機(jī)械的入料口。提升螺桿往上搬運稻谷，使谷物進(jìn)入到干燥區(qū)。烘干區(qū)被劃分為烘干區(qū)和卸干區(qū)。烘干區(qū)位于烘干筒的上部，是進(jìn)行谷物烘干的主要區(qū)域。卸干區(qū)位于底部呈倒三角形的位置，是谷物最后被降低水分的地方。熱風(fēng)發(fā)生設(shè)備通常位于側(cè)面前方，利用熱風(fēng)扇加熱空氣，生成熱風(fēng)，然后由風(fēng)扇送至谷物干燥區(qū)域，以實現(xiàn)對谷物的干燥目的。干燥機(jī)后面的排風(fēng)口是用來排出谷物干燥過程中產(chǎn)生的濕氣，便于谷物的干燥。稻谷干燥機(jī)是一種用于烘干稻谷的機(jī)械設(shè)備，其原理主要基于熱傳導(dǎo)和蒸發(fā)作用。工藝過程如圖2-1所示。小型稻谷干燥機(jī)的干燥原理為，濕谷由大漏斗進(jìn)入，由升降機(jī)往上搬運稻谷，利用中間的提升螺桿裝置使稻谷向上運輸送稻谷干燥區(qū)域。經(jīng)過干燥區(qū)域的稻谷，利用熱風(fēng)機(jī)加熱的熱風(fēng)來干燥，然后排氣孔排出過程中產(chǎn)生的濕氣。干燥過程中稻谷收重力作用下降，會集中在下部，在干燥區(qū)內(nèi)部會有一個攪動掌對谷物進(jìn)行攪動，使谷物的干燥更加充分。未達(dá)到要求的谷物繼續(xù)在干燥區(qū)域進(jìn)行干燥。如此反復(fù)循環(huán)的對谷物進(jìn)行干燥。當(dāng)?shù)竟人葸_(dá)到預(yù)計所需要的干燥程度時，便完成了谷物干燥。然后再通過電機(jī)反轉(zhuǎn)螺桿加速稻谷下降速度，打開谷物出口閥門，山出谷口排出。小型稻谷干燥機(jī)是一種高效、可靠的干燥設(shè)備，其原理主要基于熱傳導(dǎo)和蒸發(fā)作用，能夠有效地烘干稻谷，提高稻谷的濕度和質(zhì)量。圖2-1稻谷干燥成型工藝過程傳動方案的比較與選擇機(jī)械設(shè)備的不同，它們所選取的傳動方法也就不同，有的傳動機(jī)構(gòu)比較小巧，能夠用于一下特殊場景，有的傳動機(jī)構(gòu)顯得比較厚重，看起來就會有些笨拙，但是萬變不離其宗。在各種各樣的傳動方法中，帶傳動和齒輪傳動是最常見的傳動方式，具有廣泛的應(yīng)用場景和優(yōu)點。在選擇傳動方式時，需要根據(jù)具體應(yīng)用場合的要求來選擇合適的方案。帶傳動帶傳動是利用帶寬和壓力傳遞動力的一種傳動方式。它由帶輪和帶條組成，帶輪上的齒槽可以傳遞壓力，而帶條上的帶寬可以傳遞動力。帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、平穩(wěn)傳動、吸振緩沖、成本低、使用維護(hù)方便、有良好的撓性和彈性、過載打滑。但是帶傳動有有缺點：傳動比不準(zhǔn)確、帶壽命低、傳動裝置的外部尺寸大、效率低。齒輪傳動齒輪傳動是利用齒輪傳遞動力的一種傳動方式，通過齒輪和齒輪之間的嚙合，可以把動力從一個齒輪傳遞到另一個齒輪，在通過鍵或其他方式與軸相連使動力傳遞到工作機(jī)構(gòu)上。齒輪的傳動比較準(zhǔn)確，效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，壽命長、結(jié)構(gòu)緊湊、精度高、傳遞穩(wěn)定、適用于近距離傳動等優(yōu)點。傳動方案的確定齒輪傳動作為小型稻谷干燥機(jī)的傳動方式能夠適應(yīng)更多的場合，使干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)變得緊湊。而齒輪傳動傳動比準(zhǔn)確和工作可靠的特，可以讓操作人員在使用的過程中能夠把握好稻谷干燥的干燥質(zhì)量?；谝陨咸攸c，本機(jī)器確定使用齒輪傳動作為主要傳動方式。小型稻谷干燥機(jī)類型比較及選擇根據(jù)物料與空氣相對移動的方向，干燥器可以分為順流逆流、逆流逆流、逆流逆流及交叉流、混合流和順流逆流等類型。橫流干燥機(jī)是最早出現(xiàn)的，也是目前應(yīng)用最廣泛的設(shè)備。谷物的熱泵式干燥有順流式干燥、混合式干燥和交叉式干燥三種。順流谷物干燥器適用于水分含量較高的作物，利用多條熱空氣管道進(jìn)行加熱，以提高谷物的干燥效果?；旌蠚饬鞴任锔稍锲鞯膬?yōu)點在于提供均勻的熱氣供應(yīng)，干燥后的谷物和食品保持一致，且適用于多種谷物和種子的烘烤，方便清潔。橫流糧食烘干機(jī)制造工藝簡單，生產(chǎn)效率高，但是對于水稻的干燥均勻性能較差，單位能耗較高，無法一機(jī)多用。橫流干燥機(jī)橫向流動干燥機(jī)是國內(nèi)首次引入的，通常采用三角形和方形塔形兩種類型。該設(shè)備具有制作過程簡便、施工方便、造價低廉、產(chǎn)量高等特點。然而，它也存在一些缺點，如谷物的均勻度較低、單位熱量消耗過高、一臺機(jī)器同時烘干多粒谷物、某些谷物的質(zhì)量難以滿足標(biāo)準(zhǔn)、內(nèi)外篩子的孔洞需要定期清洗等問題。混流干燥機(jī)混合氣流干燥器的效果要好得多。混合氣流干燥器主要由圓柱形的箱子組成，因此具有更高的效率。它提供均勻的熱風(fēng)供應(yīng)，使干燥后的谷物水分均勻分布，可以滿足要求，并且功耗相對較低，節(jié)省能源費用。然而，它的缺點在于構(gòu)造較為復(fù)雜，制作成本也更高昂。與橫向氣流干燥器相比，混合氣流干燥器具有以下特點：①加熱空氣供應(yīng)均勻，使谷物的水分分布更加均勻；②降低5~15%的單位能耗；③相同條件下，需要更低的風(fēng)扇功率和更低的干燥介質(zhì)消耗；④適用于多種谷物和種子的干燥；⑤清潔方便，不容易混合。其他類型的混流設(shè)備利用具有3至5度傾角的開口器底部的加熱裝置，使谷物處于流化狀態(tài)，谷物沿著開口器緩慢地向下流動，并逐漸變干。干糧從一側(cè)流出，通過頂部的排氣孔將表面的濕氣排放出去。由于谷層較薄，空氣在谷物周圍分布均勻，因此具有良好的干燥效果。然而，由于干燥時間較短，谷物的沉降幅度較?。?%~1.5%），因此在干燥后需要人工攤曬，使其溫度降至不超過環(huán)境溫度5度，以防止谷層表面結(jié)露。該機(jī)適于小規(guī)模生產(chǎn)使用。其中吸干器，又稱為“吸濕器”，是一種應(yīng)用了先進(jìn)化學(xué)技術(shù)的新型設(shè)備，其工作原理是利用多孔結(jié)構(gòu)和大表面積的吸收器吸收壓縮空氣中的水分，實現(xiàn)對壓縮空氣的干燥。吸干器的壓力露點可達(dá)到-20℃至-40℃，是一種具有良好除濕性能的干燥裝置，能夠滿足大多數(shù)氣體用戶的需求。缺點就是成本過大，和干燥時間過長。順流干燥機(jī)順流谷物干燥器是由料斗型入口連接到氣道和角形箱體排氣通道，與只有一條主空氣管道供熱空氣的混合氣流干燥器不同。該干燥器采用多條熱空氣管道供熱空氣，以實現(xiàn)谷物的干燥。其烘干效率高，適合烘干水分大的農(nóng)作物和種子。它的缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作成本高，單位耗能高，適用與大型機(jī)械。小型稻谷干燥機(jī)類型的確定在常規(guī)的小型稻谷干燥機(jī)中，熱氣從筒身的下側(cè)吹進(jìn)來，因物料處于靜態(tài)，使得熱氣難以透過，造成干燥器中存在下熱上冷的情況；在烘箱過程中，由于物料的部分溫度較高，會引起物料的“燒焦”，從而產(chǎn)生阻塞，使得熱氣不易流入其它部位，從而得不到理想的烘箱結(jié)果。本文經(jīng)過比較，最終選擇了混流干燥的方法來進(jìn)行干燥器的設(shè)計。該機(jī)采用齒輪傳動的方法作為傳動方式，使用提升螺桿作為傳送機(jī)構(gòu)。運行過程大致為：第一階段把原材料放進(jìn)進(jìn)料斗，接著提升螺桿把原材料不斷地往圓筒上運輸，在開口面拉起成雨傘形狀的飛揚(yáng)散開的谷物流，同時，在干燥桶一面的圓形通孔處，有一股熱氣流從通孔向外噴出使熱氣流與需要干燥的谷物接觸，使得稻谷進(jìn)料在動態(tài)條件下獲得足夠的熱量使稻谷在空中就得到足夠的干燥。該機(jī)擁有多功能特性：因稻谷在圓筒中不斷地滾動，因熱空氣通過圓筒壁上的微小孔洞不斷地向外噴出，使空氣在圓筒中的劇烈流動，使干燥效果都得到了很好的結(jié)果，可選擇高、低流量等多種工作方式。本章小結(jié)本章主要從干燥方法和氣流選擇的角度介紹了小規(guī)模的稻谷干燥機(jī)的干燥原理，介紹了從原材料到干燥完成的整個加工過程以及設(shè)備的使用，重點介紹了干燥過程，分析了主要干燥器的適用類型、特點和條件，最后，它通過比較實際設(shè)計特點和要求來確定混流稻谷干燥方案?？傮w結(jié)構(gòu)設(shè)計在進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計時，我選擇使用Solidworks3D建模軟件對原型進(jìn)行建模和分析，通過3D模型建立更準(zhǔn)確的模型，從而更好地了解機(jī)器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使我能夠?qū)υO(shè)計進(jìn)行修改。Solidworks是由DassaultSystemes旗下子

公司開發(fā)的一款風(fēng)靡全球的商業(yè)設(shè)計軟件。2023Solidworks軟件的功能及其強(qiáng)大，它的組件繁多。Solidworks有功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新三大特點，這使得它成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案。它能夠提供不同的設(shè)計方案、減少設(shè)計過程中的錯誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。它不僅提供如此強(qiáng)大的功能，而且對每個工程師和設(shè)計者來說，操作簡單方便、易學(xué)易用。可以滿足使用者從設(shè)計模型到加工生產(chǎn)整個過程中的設(shè)計要求。它的功能十分豐富，不僅包括零件的建模還包括對復(fù)雜裝配體的仿真和數(shù)據(jù)管理，是計算機(jī)輔助設(shè)計的全方位產(chǎn)品開發(fā)軟件[17]。螺桿的設(shè)計螺旋軸是小型水稻干燥機(jī)的主要部件，主要由軸和螺旋葉片組成，如圖所示。螺旋一般制成2~4mm，以方便生產(chǎn)和安裝的階段。螺旋槳刀片通常采用2~8毫米厚度的鋼材或鋼板經(jīng)過沖孔或冷軋加工而成，然后通過螺絲緊固或焊接固定在主軸上。螺旋槳的旋轉(zhuǎn)方向通常是右手旋轉(zhuǎn)，并且螺旋槳的表面應(yīng)該保持光滑，相鄰螺旋槳之間也應(yīng)該保持平滑連接，以減少對稻米輸送的不利影響。根據(jù)輸送能力、裝填系數(shù)、稻米粒徑和可粉碎性等因素，確定螺旋槳的直徑。螺旋軸一般選用管形軸，以緩解設(shè)備的凈重。螺桿結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。1.管形軸2.螺旋葉片3.螺釘4.圓軸5.襯套圖3-1螺桿結(jié)構(gòu)示意圖螺桿結(jié)構(gòu)的設(shè)計起重螺桿是通過螺桿刀片的軸線旋轉(zhuǎn)，在稻谷表面形成相對運動。在輸送過程中，稻谷不隨輸送管一起旋轉(zhuǎn)，而是通過與輸送管之間的摩擦力推動，實現(xiàn)向前輸送。螺桿由電機(jī)驅(qū)動。大螺旋的作用是加速進(jìn)料速率。螺桿供給機(jī)的供給量視較大螺桿的結(jié)構(gòu)參數(shù)而定。這一次設(shè)計的螺旋進(jìn)料器用于小型稻谷干燥機(jī)輔助機(jī)系統(tǒng)中的配料稱重進(jìn)料系統(tǒng)。在稱重環(huán)節(jié)中，稱重精度完全取決于螺旋進(jìn)料器，稱重料斗出口與螺旋進(jìn)料器進(jìn)料口直接連接。綜上所述，提升螺桿的機(jī)構(gòu)示意圖如3-2所示。圖3-2螺桿機(jī)構(gòu)示意圖螺桿尺寸的確定螺旋直徑D可以通過以下公式求得 （3-1）式中:D螺旋直徑（稻谷）；K稻谷綜合特性經(jīng)驗系數(shù)；Q輸送量（1噸/小時）；稻谷的填充系數(shù)；稻谷的堆積密度；C輸送機(jī)在傾斜工作時，輸送量的校正系數(shù)；常見地，螺桿的直徑（D）為100mm，150mm，200mm，250mm，300mm，400mm，600mm，900mm，1500mm，2000mm，2500mm，3000mm。螺距S的取值與螺桿的直徑、傳輸裝置的配置以及水稻本身的特點等因素密切相關(guān)。一般取S=（0.7~1）D，并且在傳輸具有良好的流動性和較低的研磨性的水平排列的水稻時，可以認(rèn)為S=D；查表3-1得K=0.0490，φ=0.45，C=1.0。將以上數(shù)據(jù)代入公式計算得。螺桿的直徑應(yīng)按表3-2所示的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選值。經(jīng)查表后選取300毫米的螺紋公稱直徑。表3-1物料特性表物料類別φ物料名稱ρλ流動性良好，輕度磨損性粒狀物料0.45米（去糠）0.480.5小麥0.670.9玉米0.720.5咖啡豆0.40.5稻谷0.750.5黃豆0.770.7表3-2螺旋直徑表螺旋公稱直徑D25030040060090012501600物料的粒度物料的磨琢性典型例子推薦填充系數(shù)φ推薦型式特性系數(shù)E綜合系數(shù)A粉狀無磨琢性面粉，石墨0.35-0.40實體螺旋面0.041575粉狀磨琢性水泥0.25-0.300.056535粉狀無磨琢性谷物0.25-0.350.049050粉狀無磨琢性砂子0.25-0.300.060030表3-3物料特性系數(shù)表螺桿間距不僅確定了螺桿的上升角度，還決定了水稻在特定填充比下的滑動表面，因此對水稻的輸送起著重要作用。最大節(jié)距應(yīng)滿足以下兩個要求：首先，考慮螺桿表面與水稻顆粒之間的摩擦力；其次，確保流場中各部分之間適當(dāng)?shù)姆峙潢P(guān)系。稻谷顆粒在螺旋面軸向方向上的作用力為，為了，則必須滿足條件。在最小半徑處的螺旋升角是最大的，輸送方向的作用力最小。根據(jù)這個條件，最大的許用螺距值，由下式確定： （3-2）或（3-3）若以（D螺旋的外徑）代人上式，則得；另外，在確定最大容許螺距時，還需滿足另一條件：根據(jù)大米粒子間的相互關(guān)系，大米粒子的徑向傳送速率應(yīng)盡可能大，同時要確保在螺旋面上各點的徑向傳送速率大于周向流速。螺距的尺寸將影響各部分的速度分配。隨著螺距增大，盡管軸向輸送量增加，但周向流速的變化不合理；相反，若螺旋間距較小，則各分量的分配特性較好，但徑向傳送速率較低。于是，根據(jù)在螺旋圓周處的的條件，（3-4）即:（3-5）可得出:。（3-6）所以，S需要滿足，和兩個條件。稻谷的摩擦力取決于稻谷在狹縫中的運動趨勢和速度、稻谷的大小、濕度以及螺旋刀片的表面狀況。在輸送稻谷時，可以參考連續(xù)輸送機(jī)的設(shè)計說明書來確定摩擦力。通?？砂聪率接嬎懵菥?（3-7）螺旋式運輸機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)螺距范圍為K=0.2~1。在稻谷顆粒的運輸過程中，如果稻谷顆粒的流動性不佳則。當(dāng)豎直布置，可取K值等于0.2～0.8。故取本文選取K=0.33，那么螺距為。螺桿的轉(zhuǎn)速n由于螺旋傳送裝置是一種小型連續(xù)傳送裝置，因此其結(jié)構(gòu)相對簡單。在大米的運輸過程中，螺旋軸直徑所占據(jù)的斷面面積會對運輸量產(chǎn)生很大影響。因此，在計算運輸量時，螺旋軸直徑所占的部分是不可忽視的。由輸送量公式，可以得出轉(zhuǎn)速n（3-8）式中:n為螺旋轉(zhuǎn)數(shù)（r/min）；s為螺旋螺距（m）；λ為螺旋葉片外徑與料槽內(nèi)壁最小間隙，一般λ為5～15mm?？傮w而言，螺旋的旋轉(zhuǎn)速度越快，產(chǎn)量也越大。然而，當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度超過一定限度時，離心力會過大，導(dǎo)致物料被甩出。因此，旋轉(zhuǎn)速度n也需要受到限制，不能低于某個閾值。若所計算之旋轉(zhuǎn)速度過小，需對所算之螺桿軸徑D，d，S作適當(dāng)之修正：（3-9）即（3-10）（3-11）（3-12）式中：D螺旋直徑（m）；A物料綜合特性系數(shù)。若所計算之旋轉(zhuǎn)速度過小，需對所算之螺桿軸徑D，d，S作適當(dāng)之修正.查表3-3可得A=50，又有D=0.250m。計算可得：極限轉(zhuǎn)速n1=91r/min。圓整為下列轉(zhuǎn)速：20、30、35、45、60、75、90、120、150、190r/min。故取螺旋轉(zhuǎn)速為n=120r/min。軸徑設(shè)計條件為軸向速度V1大于圓周速度V2，根據(jù)公式（3-4）可得 （3-13）軸上還需留有鍵槽位置，故有一般軸徑的計算公式為：（3-14）本文選取0.33，根據(jù)公式（3-14）可得軸頸得D=99mm 參考機(jī)械手冊中軸設(shè)計的推薦取值可知，選定軸徑。螺桿材料選擇及加工要求針對與生物質(zhì)物料的緊密接觸，對螺旋的作用特性進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)螺旋需要具備高摩擦力和軸向力，對表面強(qiáng)度和耐磨性有較高要求，同時需要良好的傳導(dǎo)性能，保證表面質(zhì)量并防止點腐蝕。此外，還需要具備出色的耐熱性，以滿足螺旋在耐磨和耐高溫等方面的要求。最終選取如下方案：1.選擇38Cr鋼材，具備耐高溫、耐磨損、耐腐蝕的特性，成本適中，廣泛應(yīng)用；2.對螺紋外圓的加工質(zhì)量要求達(dá)到8個等級；3.絲杠側(cè)表面的粗糙度應(yīng)滿足要求。4.螺紋表面進(jìn)行滲氮處理。干燥桶的設(shè)計料桶的設(shè)計料桶是內(nèi)部中空的成型容器，螺桿穿過其中，其內(nèi)壁與螺桿間形成了稻谷原料的包容腔，內(nèi)壁和螺桿共同作用以達(dá)到使稻谷向上移動的目的。料桶按結(jié)構(gòu)組成方式一般是整體式，其外部輪廓多為圓形或方形[18]。整體型干燥桶是由一根長條狀的毛坯制成，其特點是每個部位的加工特性一致，具有較高的抗拉強(qiáng)度，在加工過程中無脫節(jié)。然而，隨著木桶設(shè)計尺寸的增大，對加工設(shè)備的要求也越高，加工成本和難度也增加，而且一旦損壞，難以修復(fù)，常常導(dǎo)致整桶報廢。針對本次設(shè)計中成形桶的較長長度，需要考慮加工成本和難度，因此選擇了整體式料桶。由于螺旋的外輪廓是圓柱形，為確?；旌狭系木鶆蛐裕贤昂吐菪g的間隙需要保持一定值。綜合考慮，計劃采用上部開孔變斷面圓形輪廓的料桶。如圖3-4所示，加料段料桶為稻谷原料經(jīng)自動上料后投放至干燥料桶內(nèi)的區(qū)域，此部分螺桿與稻谷原料直接接觸，將稻谷沿加料桶向上運輸，起到傳送物料的作用，由提升螺桿的長度可知，加料段長度2362mm。加料段料桶的下端與尾座相連接，上端開口與干燥段料桶相連接，加料段上開有加料口，料口上安裝料斗用以接受進(jìn)料，干燥段料桶底部焊接有支座，便于固定在工作臺上。圖3-4加料段料桶干燥桶大桶區(qū)為主要的工作區(qū)域，大米等稻谷原材料經(jīng)過上料區(qū)的升降螺旋輸送后，還需在輸送段中承受壓力并向上輸送。為了提高產(chǎn)量并確保充分的烘干效果，干燥區(qū)的長度應(yīng)盡可能長。因此，將上排區(qū)域設(shè)定為2362毫米，干燥區(qū)設(shè)定為770毫米。上料區(qū)的下端通過法蘭和螺絲與烘干段料桶連接，上部通過法蘭和螺絲與輸送模連接。烘干段料桶的底部還焊接有基座，用于固定在工作臺上。圖3-5干燥段料桶料斗的設(shè)計漏斗式進(jìn)料斗是小型稻谷干燥器的供料口，通常通過手動或機(jī)械將物料從上方投入漏斗。漏斗能夠容納過量的物料，并在投料時起到緩沖和調(diào)整的作用。漏斗的外形和容量對投料速率有很大影響。通常情況下，料斗的進(jìn)料部分可以分為兩種形狀：長方形和圓形。圓形適用于具有內(nèi)置攪拌裝置的設(shè)備，方便進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運動；而長方形料斗制作較為簡單且價格較便宜。在本文設(shè)計的設(shè)備中，由于沒有在進(jìn)料口附加旋轉(zhuǎn)攪拌設(shè)備，選擇了長方形料斗。該料斗安裝在加料段料桶的下部進(jìn)料口處，并與料桶的外徑尺寸相匹配，盡可能選擇較大的給料斷面。最終，料斗進(jìn)料位置的斷面尺寸設(shè)定為250毫米×250毫米。為滿足對較大空間和松散的大米原料的要求，在長方形給料基礎(chǔ)上增加了一個外展的棱錐擋板，外展的大斷面尺寸為800毫米×800毫米，詳見圖3-6。圖3-6進(jìn)料斗出料口的設(shè)計出料口是小型稻谷干燥機(jī)的重要部件，位于漏斗型干燥桶的側(cè)下方。本文設(shè)計的出料口外形為圓柱狀，通過法蘭與出料口的小端相連接，有效的出料口與內(nèi)桶出料端內(nèi)徑范圍相同，如圖3-7所示。圖3-6出料口傳動系統(tǒng)的設(shè)計傳輸系統(tǒng)是整個設(shè)備中傳輸所需動力和轉(zhuǎn)矩的關(guān)鍵部件。基于此，提出了以電動機(jī)-齒輪-致動器為核心的動力傳動系統(tǒng)。電機(jī)的選擇電動機(jī)的選用，一般是根據(jù)需要的動力、工況和驅(qū)動的物體等因素來確定的，因為小型水稻干燥機(jī)對工作環(huán)境沒有太大的需求，所以電動機(jī)的選型以電動機(jī)功率為主。螺桿所需功率可由它的工作轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速計算得到，在將電動機(jī)的動力傳輸?shù)铰菪龡U時，在軸承和齒輪等處會發(fā)生動力損耗，則所需電機(jī)輸出功率的計算公式為： （3-15） 式中表示電機(jī)輸出端向螺桿輸出功率過程中總的傳遞效率，表示螺桿所需力矩，表示螺桿的工作轉(zhuǎn)速。螺旋的操作扭矩等于它接收到的逆阻扭矩，螺旋的電阻扭矩估計如下為： （3-16） 式中：螺桿的當(dāng)量摩擦角；螺桿所需功率；D螺旋直徑。本文中選定的傳動方式為齒輪傳動，傳動的總效率η要使用各個部件配合計算。η的取值如表3-2所示，最終η的取值為η=0.970。將和η帶回到式（3-15）中，可得P=2.77kW，根據(jù)選擇功率的原理和經(jīng)濟(jì)性，查閱說明書，選擇了三相異步電機(jī)Y112M-6，它的各項指標(biāo)列于表格3-3中，它具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、工作穩(wěn)定、能達(dá)到應(yīng)用需要的性能指標(biāo)。表3-2常見機(jī)械傳動和摩擦副的效率傳動類型傳動類別效率η圓柱齒輪傳動7級精度（稀油潤滑）8級0.98-0.99滾動軸承球軸承（稀油潤滑）0.99（一對）滾子軸承（稀油潤滑）0.98（一對）表3-3三相異步電機(jī)Y112M-6參數(shù)表型號功率（kW）額定轉(zhuǎn)速（r/min）效率額定電流（A）Y112M-6390091%36傳動比的分配該小型稻谷干燥機(jī)的總傳動比為：（3-17）式中：n電電動機(jī)滿載轉(zhuǎn)速，900r/min；n提升螺桿的轉(zhuǎn)速，120r/min。通過對公式（3-17）的計算可知：傳動齒輪的設(shè)計1.選定需要的齒輪類型、材料和精度等級根據(jù)本文所用傳動方案，選用直齒輪圓柱齒輪傳動，壓力角去20°。小齒輪和大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），齒面硬度250HBS。小型稻谷干燥機(jī)為一般工作機(jī)器，參考《機(jī)械設(shè)計第9版》表10-6，選用7級精度。2.選定齒數(shù)選取小齒輪齒數(shù)z1=24，那么大齒輪齒數(shù)z2=iaz1=7.5×24=1803.使用齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計齒輪算小齒輪分度圓直徑，即d1t≥3（1）確定公式中的各參數(shù)值試選擇KHt=1.3計算小齒輪傳遞的扭矩:（3-19）由《機(jī)械設(shè)計第9版》表10-7選取齒寬系數(shù)Φd=1區(qū)域系數(shù)ZH查閱《機(jī)械設(shè)計第9版》圖10-20得ZH=2.5由《機(jī)械設(shè)計第9版》表10-5查得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa1/2。計算接觸疲勞強(qiáng)度用重合度系數(shù)Zε。αat1=arccoszαat2=arccoszε=1.83（3-22）εβ=φZε=4?可得螺旋角系數(shù)Zβ。Zβ=cosβ計算接觸疲勞許用應(yīng)力由《機(jī)械設(shè)計第9版》圖10-25d查得小齒輪和大齒輪的接觸疲勞極限分別為σ計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：N=8.358×107NL2=N查取接觸疲勞系數(shù)K取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由式（3-27）得[[取[σH]σ（2）試算小齒輪分度圓直徑d2）調(diào)整小齒輪分度圓直徑計算實際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。圓周速度νv=πd1t齒寬bb=φd計算實際載荷系數(shù)KH。由《機(jī)械設(shè)計第9版》表10-2查得使用系數(shù)KA=1.25根據(jù)v=0.388m/s、7級精度，查得動載系數(shù)Kv=0.98齒輪的圓周力。Ft=2×TKA×Ft/b=1.25×3859.33/61.863=77.98N╱mm<100N╱mm（3-32）查《機(jī)械設(shè)計第9版》表10-3得齒間載荷分配系數(shù)KHα=1.2由《機(jī)械設(shè)計第9版》表10-4用插值法查得7級精度、小齒輪相對支承非對稱布置時，得齒向載荷分布系數(shù)KHβ=1.315由此，得到實際載荷系數(shù)KH=K由《機(jī)械設(shè)計第十版》式(10-12)，可得按實際載荷系數(shù)算得的分度圓直徑d1=d及相應(yīng)的齒輪模數(shù)mn=d4.使用齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計mnt≥3αt=arctantan試選載荷系數(shù)KFt=1.3得計算彎曲疲勞強(qiáng)度的重合度系數(shù)YεYε=0.25+0.75由《機(jī)械設(shè)計第9版》表10-22查得彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.91，K取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.25，計算得σF1=σσF2=σYY兩者取較大值，所以Y試算齒輪模數(shù)32KFt=2.23mm調(diào)整齒輪模數(shù)計算實際載荷系數(shù)之前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備圓周速度νd1=mv=πd齒寬b（3-44）齒高h(yuǎn)及齒寬比b/h（3-45）（3-46）計算實際載荷系數(shù)KF根據(jù)v=0.370m/s，7級精度，得動載系數(shù)Kv=1.08，查得齒間載荷分配系數(shù)KFα=1.2，用插值法查得KHβ=1.315，結(jié)合b/h=9.6346查得KFβ=1.34。則載荷系數(shù)為KF=K按實際載荷系數(shù)算得的齒輪模數(shù)。mn=m通過對比前后兩次的模數(shù)計算結(jié)果，得到了由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算出來的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算出來的模數(shù)，因為齒輪模數(shù)m的高低主要取決于彎曲疲勞強(qiáng)度所確定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所確定的承載能力，僅僅只與齒輪的直徑有關(guān)系，所以可以選取由彎曲疲勞強(qiáng)度計算得的模數(shù)mn=2.3253mm，并就將它近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=3mm，按照依靠接觸疲勞強(qiáng)度計算得的分度圓直徑d1=69.51mm，來計算小齒輪的齒數(shù)，即z1=d1/M=23.17圓整取值為z1=24，那么z2=i×z1=7.5×24=180。最終確定大齒輪z2=180。這樣設(shè)計出的齒輪的傳動，既是滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，而且還做到了結(jié)構(gòu)緊湊，避免了不必要的浪費。5.幾何尺寸計算計算小、大齒輪的分度圓直徑d1=md2=m計算中心距a=z1β=acoszβ=13°23'48"3)計算齒寬b=φdbr=b因為有無法避免的安裝誤差，為了保證所設(shè)計的齒寬和節(jié)省相關(guān)材料，一般將小齒輪略微加寬取B1=40mm，B2=35mm6.主要設(shè)計結(jié)論齒數(shù)z1=24，z2=180，模數(shù)m=3mm，壓力角α=20°，螺旋角β=13.3967°=13°23'48"，中心距a=306mm，齒寬B1=40mm、B2=35mm。具體數(shù)據(jù)如表3-4所示。表3-4齒輪主要結(jié)構(gòu)尺寸代號名稱計算公式小齒輪大齒輪模數(shù)m33螺旋角β右旋13°23'48"左旋13°23'48"齒頂高系數(shù)ha*1.01.0頂隙系數(shù)c*0.250.25齒數(shù)z24180齒寬B4035齒頂高h(yuǎn)am×ha*22齒根高h(yuǎn)fm×(ha*+c*)2.52.5分度圓直徑d72540齒頂圓直徑dad+2×ha81546齒根圓直徑dfd-2×hf68520中心距a306306熱風(fēng)機(jī)的選擇谷物烘干的能耗主要有谷物吸收熱量和機(jī)器運轉(zhuǎn)所需要的能耗，而機(jī)器運轉(zhuǎn)所需要的能耗以谷物為主，而其它機(jī)器運轉(zhuǎn)所需要的能耗相對較小。在谷物干燥過程中的能源消耗可以按照以下的方式進(jìn)行計算：熱水釋放的熱量=谷物所吸收的熱量+機(jī)械設(shè)備所耗的能源+其它損耗不過，除去谷物所吸收的其他熱能，熱風(fēng)扇能把溫度提高到攝氏150度。（3-55）式中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/kg·℃據(jù)公式（3-17）代入數(shù)據(jù)得：最后谷物可吸收的熱量為：=1.355×105JCF-11系列多翼式低噪聲離心通風(fēng)機(jī)具有噪聲低，風(fēng)量大等優(yōu)點和設(shè)計新穎、占地面積小、易于安裝、使用靈活等特點，適應(yīng)于現(xiàn)代化環(huán)保要求，是大型建筑、賓館、廠礦、船舶及地下室等場所排風(fēng)、排塵、調(diào)節(jié)空氣的理想設(shè)備。而其中CF—11—4.5A型離心式風(fēng)扇是一種利用輸入的機(jī)械能增加氣壓以實現(xiàn)氣流并行輸送的機(jī)械設(shè)備，屬于驅(qū)動式液體機(jī)器。離心式風(fēng)扇廣泛應(yīng)用于工廠、礦山、隧道、冷卻塔、車輛、船舶和建筑物的通風(fēng)、除塵和降溫；用于鍋爐和工業(yè)窯爐的排風(fēng)和排氣；以及空調(diào)設(shè)備和家用電器的制冷和排風(fēng)；還可用于谷物的干燥和分類；風(fēng)場、氣墊和氣墊等領(lǐng)域。所以最終選擇使用CF-11系列4.5A型離心式風(fēng)機(jī)。工作臺的設(shè)計在整體造型器中，平臺是起支撐作用的組件，用于固定驅(qū)動裝置和成型槽。平臺上設(shè)有安裝孔以確定放置位置，臺架提供穩(wěn)定的支撐，并配置墊片用于調(diào)節(jié)平臺和安裝軸，以確保裝配部件的安裝表面和裝配軸的水平。工作臺結(jié)構(gòu)如圖3-9所示。考慮到?jīng)]有特殊要求且整個平臺相對輕巧，本文選擇使用Q235材質(zhì)作為平臺材料，具有普通特性且成本較低。連接材料之間采用焊接技術(shù)，既能確保高強(qiáng)度，又能消除震動的影響。圖3-9工作臺結(jié)構(gòu)示意圖小型稻谷干燥機(jī)總體結(jié)構(gòu)根據(jù)以上的設(shè)計步驟，本論文合理地布置了提升螺旋桿、烘干桶、傳動裝置和其他附屬裝置的結(jié)構(gòu)，并對它們進(jìn)行了能夠輸送稻谷等顆粒物的傳輸方案和進(jìn)行熱風(fēng)烘干成形的空間布局。最終形成了一臺小型稻谷干燥器的整體構(gòu)造，詳見圖3-10。圖3-10小型稻谷干燥機(jī)的總體結(jié)構(gòu)本章小結(jié)本章的重點是對零件的設(shè)計和計算，為設(shè)計提供了基礎(chǔ)和步驟，并對每個零件的功能及零件之間的聯(lián)系進(jìn)行了說明。通過使用3D圖形軟件Solidworks，對小型稻谷干燥器的各個零件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計和建模，并通過Solidworks對這些零件進(jìn)行了組裝，最終實現(xiàn)了整個結(jié)構(gòu)的設(shè)計。。關(guān)鍵零部件的校核計算螺桿的校核計算這種用于小型水稻干燥機(jī)的傳動裝置，其核心部分是由38Cr材質(zhì)制成的傳動螺旋。傳動螺旋的構(gòu)造結(jié)構(gòu)圖詳見圖4-1。圖4-1螺桿的結(jié)構(gòu)示意圖傳送絲杠尾部與軸承、定位桶相連接，但傳送絲杠的頭部與機(jī)器的桶頭不接觸。傳動螺旋采用單端安裝，其力學(xué)模型類似于懸臂梁的力學(xué)模型。在小水稻干燥器停止工作時，由于輸送螺旋的自重，輸送螺旋承受彎矩，并施加在輸送螺旋上的彎矩，詳見圖4-2。圖4-2傳輸螺桿所受彎矩圖這時由螺桿自重G產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力見式（4-1）為： （4-1）自重G可簡化進(jìn)行計算: （4-2）抗彎截面系數(shù)W見公式（4-3）為： （4-3）式中：L螺桿有效長度，mm；D2螺桿外徑，mm；D1螺桿根徑，mm；D0螺桿尾部的軸徑，mm；γ鋼的比重。 （4-4）依據(jù)《機(jī)械設(shè)計說明書》中可以得知，螺紋的安全因子是ns=2.8~3，其屈服極限是：，可得彎曲許用應(yīng)力為： （4-5）所以有：故傳輸螺桿在未工作時滿足強(qiáng)度要求。在該小型谷物干燥器正常運行期間，當(dāng)?shù)竟鹊裙任锎稍镂锪狭魅肷狭蠀^(qū)時，對提升螺桿施加的屈曲應(yīng)力逐漸降低。然而，當(dāng)提升螺桿被谷物等待干燥物料填滿時，幾乎可以不考慮屈曲應(yīng)力。因此，在提升螺桿進(jìn)行轉(zhuǎn)動時，受到力矩和軸向力的影響，會產(chǎn)生剪切應(yīng)力和軸向壓力。兩種受力情況的分析圖詳見圖4-3。圖4-3傳輸螺桿受軸向力和扭矩分析圖由扭矩M引起的剪應(yīng)力可按式（4-6）進(jìn)行計算： （4-6）式中M為螺桿扭矩，由式（4-7）計算 （4-7）抗彎截面系數(shù)W為： （4-8）所以得 （4-9）由軸向力引起的壓應(yīng)力為: （4-10）軸向力 （4-11）始終k為可靠度，根據(jù)表查得k=1.25。 （4-12）應(yīng)用第三強(qiáng)度理論進(jìn)行校核計算，其強(qiáng)度條件為： （4-13）根據(jù)式可得（4-14）許用應(yīng)力[σ]為 （4-15）安全系數(shù)ns一般取2.8-3即可。屈服極限σ與螺桿坯料的直徑有關(guān)，查得我國常用的螺桿材料的機(jī)械性能。 （4-16）所以有： （4-17）故螺桿滿足強(qiáng)度符合要求。從物質(zhì)力學(xué)的角度來看，當(dāng)長條承受軸向壓力時，當(dāng)壓力超過一定極限時，長條的軸線不再是完全筆直的，而是發(fā)生了一種稱為失穩(wěn)的變形。撓度λ是一個與桿的長度、截面直徑以及端部約束條件相關(guān)的圓形細(xì)長壓桿的參數(shù)，當(dāng)λ的值超過50時，需要考慮桿在軸向力F作用下的穩(wěn)定性。通過計算結(jié)果可以得知，在絲杠長度比L/D大于等于20時，絲杠的撓度λ均大于50。在本工程中，輸送壓力棒的縱橫比值為30，因此輸送螺旋必須考慮壓力棒的穩(wěn)定性。然而，在小型稻谷干燥機(jī)工作時，除了絲杠頭部受軸向壓力F影響外，整個絲杠圓柱面還承受著米谷原料的壓力p=f（z）。因此，理論上可以忽略不計傳送螺桿的壓桿穩(wěn)定問題。干燥桶的校核計算小型稻谷干燥器在工作時，通過傳輸螺桿的旋轉(zhuǎn)將稻谷等需要干燥的原料帶入干燥段大干燥桶內(nèi)，并在干燥段干燥桶內(nèi)，將稻谷等需要干燥的原料進(jìn)行干燥。因此，在該工藝中，上部輸送筒作為一個壓力容器，會產(chǎn)生高壓環(huán)境，因此必須對輸送部分上部輸送筒的壁面厚度進(jìn)行強(qiáng)度檢查和計算。圖4-4展示了輸送部分上筒體的構(gòu)造原理。圖4-4干燥桶結(jié)構(gòu)示意圖運輸段干燥桶是一個圓柱形桶，其兩側(cè)的外側(cè)直徑與內(nèi)側(cè)之徑的比值分別為K1、K2： （4-18） （4-19）根據(jù)《機(jī)械設(shè)計說明書》所述，在K1和K2值都不超過1.5的情況下，可以采用以下公式對輸送區(qū)干桶的筒壁進(jìn)行檢查。 （4-20）式中：P設(shè)計壓力，kgf/cm2；Dt圓通的內(nèi)直徑，mm；圓桶的壁厚，mm；壁厚附加量，mm；Φ焊縫系數(shù)；設(shè)計溫度下殼壁材料的許用應(yīng)力，kgf/cm2。 （4-21）根據(jù)《機(jī)械設(shè)計說明書》中所述，40Cr高合金的材質(zhì)是在200攝氏度的高溫下，[σ]t=113MPA，采用雙面焊的對接焊縫，局部無損傷時?？傻? （4-22）所以有 （4-23）故運輸段桶的桶壁滿足強(qiáng)度要求。齒輪的校核計算齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核（4-24）式中：KH載荷系數(shù)，KH=1.91；T1小齒輪傳遞的扭距；Φd齒寬系數(shù)；u齒數(shù)比；d1小齒輪分度圓直徑；ZH區(qū)域系數(shù)；ZE彈性影響系數(shù)；Zε重合度系數(shù)。根據(jù)公式（3-19）可知T1=119.375N/m，前文可知齒寬系數(shù)Φd=1，分度圓的直徑式d1=72，ZH=2.5，ZE=189.8MPa1/2.，Zε經(jīng)過計算得到Zε=0.91。將它們代入到公式（4-24）中得到（4-25）σH<[σ]（4-26）可以得出齒面接觸疲勞強(qiáng)度滿足要求，而且齒面接觸應(yīng)力比標(biāo)準(zhǔn)齒輪有所下降。齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核（4-27）式中：KF彎曲疲勞強(qiáng)度計算的載荷系數(shù)；YFa齒形系數(shù)；Ysa應(yīng)力修正系數(shù)；Yε重合度系數(shù)。經(jīng)過計算和前文可知KF=1.85，T1=119.375N/m，YFa1=2.11，YFa2=2.05，Ysa1=1.85，Ysa2=1.93，Yε=0.74，齒寬系數(shù)Φd=1，模數(shù)m=3mm,z1=24。將它們代入公式（4-27）得（4-28）（4-29）σF1<[σF]1，σF2<[σF]2（4-30）可以得出齒根彎曲疲勞強(qiáng)度滿足要求，而且小齒輪的抵抗彎曲疲勞破壞的能力大于大齒輪。其他零件的校核計算由于小型水稻干燥器在運行時承受較大的傳輸轉(zhuǎn)矩，本次試驗中傳動裝置產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為M=3996牛米，因此選擇了適用于檢測傳動裝置和螺旋裝置的扁平鍵。所選平鍵的尺寸為18x110/GB1096-1990標(biāo)準(zhǔn)鍵，鍵與輪軸的接觸面為4.5毫米。在鍵聯(lián)結(jié)的強(qiáng)度檢驗中，重點在于平面鍵聯(lián)結(jié)所承受的壓力。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計手冊》中的強(qiáng)度檢驗公式如下所示： （4-31）公式中：T表示傳輸?shù)霓D(zhuǎn)矩，d表示軸徑，l表示鉸鏈的工作長度，k表示鉸鏈與中心的距離。：鍵的許用擠壓應(yīng)力。可得： （4-32）參考機(jī)《機(jī)械設(shè)計手冊》，鍵許用擠出應(yīng)力：采用鋼材制作的鍵式接頭，負(fù)載采用在沖擊負(fù)載下的允許擠出應(yīng)力，即30MPa所以得： （4-33）故鍵的強(qiáng)度滿足要求。本章小結(jié)在本章中，對小型水稻干燥機(jī)的主要構(gòu)造進(jìn)行了強(qiáng)度和剛性檢查。對傳動機(jī)構(gòu)中傳動螺旋的受力進(jìn)行了分析，并根據(jù)強(qiáng)度檢驗公式計算了傳動螺旋的應(yīng)力。對傳動螺旋在承受最大轉(zhuǎn)矩時對最小軸徑的強(qiáng)度進(jìn)行了分析，并研究了傳動螺旋對傳動裝置的影響。對傳動機(jī)構(gòu)中傳動齒輪的齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行了校核。經(jīng)過分析，該小型谷物干燥器各部件的力學(xué)性能和剛性均滿足設(shè)計要求。產(chǎn)品開發(fā)與經(jīng)濟(jì)分析研究背景糧食食烘干對于保障國家谷物安全、提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率、改善農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和增加農(nóng)民收入至關(guān)重要。盡管國內(nèi)谷物干燥設(shè)備產(chǎn)業(yè)近年來取得了巨大發(fā)展，但整體而言，該行業(yè)仍然存在市場混亂、產(chǎn)品技術(shù)相對滯后、公司創(chuàng)新能力和研發(fā)能力不足、一次性采購費用高等問題。因此，我們迫切需要從政策法規(guī)、市場和技術(shù)等方面促進(jìn)烘干機(jī)產(chǎn)業(yè)的持續(xù)、健康、有序發(fā)展。大米干燥設(shè)備所涉及的行業(yè)范圍非常廣泛，包括冶金、礦業(yè)、化工、建筑等領(lǐng)域，而大米干燥設(shè)備只是其中的一小部分。然而，隨著全球食品市場的變化、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大以及農(nóng)機(jī)補(bǔ)貼政策的不斷調(diào)整，過去被視為"小、冷"的谷物烘干機(jī)如今已成為農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域的新焦點。產(chǎn)品成本的核算為了確定產(chǎn)品的價格，進(jìn)而決定其在市場上的競爭能力和實現(xiàn)預(yù)期收益的可能性，本文必須在總體設(shè)計完成后計算產(chǎn)品的成本。由于尚未投入生產(chǎn)，產(chǎn)品的成本和價格受到許多不確定因素的影響，因此本文必須盡量準(zhǔn)確且詳細(xì)地估計其成本。新產(chǎn)品的成本主要包括三個方面：原材料、人工和費用。在新產(chǎn)品的開發(fā)過程中，由于存在各種不確定因素，通常只能進(jìn)行預(yù)測。然而，由于對新產(chǎn)品進(jìn)行了深入研究，對其成本評估要求較高的準(zhǔn)確性。 （5-1）計算公式中：C表示新產(chǎn)品的估計費用；M1表示原材料和主要原材料成本；L代表制造工人之底薪加額外薪金；alpha表示工廠成本分配比例；β表示公司管理費用的分配比例；伽馬為其它支出在成本中所占比例。在估計小型水稻干燥機(jī)的成本時，參照目前國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)的有關(guān)分配率得出：廠房經(jīng)費的分配比例大約為5%，企業(yè)管理費大約為7%，其它費用大約為15%。原料及主要材料的費用M1計算公式為： （5-2）式中：R與總材料成本相比，再利用的金屬廢品的價格比例；Si第i類物質(zhì)的價錢；每一種原料的用量；n原料品種；外部購買的零件的價格。非標(biāo)件的原料成本表5-1非標(biāo)件原料價格明細(xì)非標(biāo)件名稱所需質(zhì)量（kg）價格（元/kg）合計（元）鋼材Q23524002.6624045254.6511740Cr906.5585共計6942標(biāo)準(zhǔn)件的采購成本該產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)配件價格包含了三相感應(yīng)電動機(jī)、熱風(fēng)機(jī)和各種連接器的購買價格，其數(shù)量和價格如表格5-2所示。表5-2標(biāo)準(zhǔn)件價格明細(xì)零件名稱所需數(shù)量（件）價格（元/件）合計（元）三相異步電機(jī)Y112M-6120002000CF-11-4.5A離心風(fēng)機(jī)130003000螺栓281.644.8圓錐滾子軸承1123123共計5168根據(jù)目前大多數(shù)廢棄材料的回收率與同時期新材料的回收率之比，R=24%由式（5-2）可知 （5-3）生產(chǎn)工人基本工資的計算：生產(chǎn)工人基本工資為工時定額與平均小時工資標(biāo)準(zhǔn)的乘積。 （5-4）式中：生產(chǎn)工人基本工資；工時定額；平均小時工資標(biāo)準(zhǔn)。估計一臺小稻米干燥器的機(jī)器部件需要48個小時的工作時間，參考制造業(yè)中每一位員工的平均工時17元，計算出一名員工的基礎(chǔ)工時17*48=816元，外加86元的額外工時。綜上可知，產(chǎn)品估算成本由式可得 （5-5）本章小結(jié)在本章中，詳細(xì)介紹了該設(shè)備的研究與發(fā)展情況，重點闡述了該設(shè)備在小型稻谷干燥機(jī)的發(fā)展趨勢以及目前存在的不足之處，并估計了該設(shè)備的生產(chǎn)費用，并提供了所需零部件的詳細(xì)報價，詳見表5-1和表5-2。整套設(shè)備的預(yù)計成本約為9840元左右，相對于類似設(shè)備來說，成本已經(jīng)大幅下降。結(jié)論本論文重點研究了一種小型水稻干燥機(jī)的結(jié)構(gòu)，提出了整體設(shè)計方案，并進(jìn)行了詳細(xì)的部件設(shè)計。通過使用Solidworks進(jìn)行部件和裝配體的三維建模，該設(shè)計原則上能夠完成生物質(zhì)量制備的基礎(chǔ)工作。本論文的研究工作包括以下幾個方面：1.通過搜索和參考大量國內(nèi)外相關(guān)資料，介紹了當(dāng)前國內(nèi)外小型谷物干燥設(shè)備的發(fā)展歷程和現(xiàn)狀，并從應(yīng)用范圍、優(yōu)點和缺點等多個角度進(jìn)行了比較。最終根據(jù)市場定位和設(shè)計需求，制定了適用于小型谷物干燥設(shè)備的整體模型方案。2.詳細(xì)介紹了一種小型谷物干燥機(jī)的具體設(shè)計流程，并進(jìn)行了深入分析。涵蓋了結(jié)構(gòu)組成、采用三相感應(yīng)電動機(jī)和齒輪驅(qū)動方式、螺旋和成形缸構(gòu)成的成形方式以及成形加工的設(shè)計。此外，還包括輔助喂料裝置、攪拌器等輔助設(shè)備，以改善工作效果。3.對設(shè)計的小型水稻干燥機(jī)中所包含的主要零部件進(jìn)行了檢驗，并確認(rèn)了各個零部件的可靠性。對設(shè)計的小型水稻干燥機(jī)進(jìn)行了詳盡的經(jīng)濟(jì)效益分析，并估算了整套設(shè)備的設(shè)計制造成本，得出了該設(shè)備的預(yù)期收益。參考文獻(xiàn)唐金松．機(jī)械設(shè)計手冊（第3版）[M]．中國機(jī)械工程，2004．鞏娟，李玉和．新型三維微動臺的設(shè)計與實驗分析[J]．現(xiàn)代制造工程，2005．孫桓，陳作模，葛文杰．機(jī)械原理[M]．高等教育出版社，2018．魏雅鵑．谷物烘干機(jī)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．李長友．谷物循環(huán)干燥機(jī)控制設(shè)計[D]．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報，2002．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．戴鐵峰．可移動式谷物干燥機(jī)控制系統(tǒng)研究與設(shè)計[D]．湘潭大學(xué)，2011．葛漢林，張艷梅，姜芳．谷物烘干機(jī)溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計[J]．安徽農(nóng)業(yè)科濮良貴．機(jī)械設(shè)計[M]．高等教育出版社，2021．金子．稻谷干燥設(shè)備的類型 湖南農(nóng)機(jī)[J]．湖南農(nóng)機(jī)，2014．程楨，喬雅敏．工程力學(xué)[M]．北京：中國計量出版社，2008．龍成樹，劉清化．稻谷干燥機(jī)集糧裝置探討[J]．現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備，2017．謝黎明．機(jī)械工程與技術(shù)創(chuàng)新[M]．北京化學(xué)工業(yè)出版社，2005．張永寬．全面應(yīng)用自動化技術(shù)提升農(nóng)業(yè)機(jī)械制造水平探究[J]．南方農(nóng)機(jī)，2018．胡仁喜，康士延，劉昌麗．三維建模中文版入門與提高[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010．[HuYong，JiangYongcheng．Designofmoisturereal-timedetectionsystemforgraindryer[J]．JournalofPhysics:ConferenceSeries，2022．DasHirakhJyoti，SaikiaRitura，MahantaPinakeswar．Thermo-economicassessmentofbubblingfluidizedbedpaddydryers[J]．Elsevierperiodical，2023．LiuJue，LiuQi．Researchonbatchcycleprocessofmulti-dryinglayerbatchricedryer[J]．JournalofAgriculturalMechanizationResearch，2017．WangJihuan，LiuQijue．Step-by-stepdryingprocessandeffectofhigh-moisturerice[J]．TransactionoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering，2012．LiJianmin，LiChangyou，XuFengying，Zhang，etc．TheThreedimensionalFlowFieldSimulationHeatExchangerofBatchTypeRecirculatingGrainDryerBasedonSolidwork[J]．JournalofAgriculturalMechanizationResearch，2018．附錄A英文文獻(xiàn)原文Design,FabricationandPerformanceStudyofaSmallscaleGrainSeedDryerFarhaAnjumTapu,Md.KamalUddinSarker,Milufarzana,etalSTMJOURNALSResearch&Reviews:AJournalofAgriculturalScienceandTechnology,2021,10(2)：23-32DryingofseedsatthefarmerlevelinBangladeshisnormallycarriedoutbythetraditionalsundryingmethod,thismethodispracticeduntiltodayforgrainbecauseoftheadvantagesofsimplicityandlow-cost,butitresultsininferiorqualityofseedduetolongerdryingtime.Thisworkconcernsthedevelopmentofasmall-scalegrainseeddryerforfarmers.Thesizeofthedryerwas800mmheightand800mmwide.Arotarydrumwasusedinsidethedryingchambertokeeptheseedsdryingoperation.Thedrumsizewas700mmlongand410mmdiameter.A0.5hpmotorwasusedtorotatethedrumforautostirringthegrainseedanduniformlydrying.Machineparametersfortheevaluationincludedtheseedfeedrateanddryingtemperatures.Inthisexperiment,samplewastaken2,4and6kgpaddyseedsanddriedin35,40and45°Ctemperature,respectively.Thepaddywasdriedforaperiodof6h.Theminimummoisturecontentofpaddywasfoundtobe9.8%(wb)at45°C.Themaximumaveragegerminationofdriedpaddyseedwasfound86%fromthegerminationtestofthedriedpaddyseed.Design,dryingcost,germinationpercentage,grainseeddryer,moisturecontent1.IntroductionBangladeshisatropicalcountrycharacterizedbyhotandhumidweather.Theclimaticconditiondictatestheneedformoreeffectivedryingofcrops,especiallyseeds.Seedisthevitalinputamongthemaininputsincropproduction.Qualityseedisimportantforhealthyplantandhighyield.Goodqualityseedcanaloneincrease15–20%yieldofcrop.InBangladesh,about13%seedsaresuppliedbygovernmentandprivatesectorsand87%seedsarelocallyproducedandpreservedbyfarmersandlocaltraders.Theseedsproducedbyfarmersandtradersarenotalwaysqualityseedsduetohighmoisturecontentofseeds.Highmoistureinseedisthemajororsinglemostfactorsforthelossofseedviability.Themoisturecontentofgrainseedsatharvestisnormally15–18%inwinterand20%ormoreinrainyseason.Tominimizethemetabolicdegradationandtocontrolmoldgrowth,grainseedmoisturecontentshouldbelessthan12%,whereastocontrolinsectinfestation,itshouldnotbemorethan9%.Asthestorageconditionsatfarmlevelaregenerallylessfavorable,seedshouldbedriedto10%moisturecontent.Themaximumdryingtemperaturerangeforseedgrainsisbetween40and50°C.DryingofseedsatthefarmerlevelinBangladeshisnormallycarriedoutbythetraditionalsundryingmethod,thismethodispracticeduntiltodayforgrainbecauseoftheadvantagesofsimplicityandlow-cost,butitresultsininferiorqualityofseedduetolongerdryingtime.However,opensundryinghassomedrawbacks.Opensundryingrequireslongerdryingtimeandproductqualityisdifficulttocontrolbecauseofinadequatedrying,highmoisture,fungalgrowthandencroachmentofinsects,birdsandrodentsandothers.Astemperaturecannotbecontrolled,itcausesnon-uniformdryingofgrainseeds.Inrainyseasonandwinterseason,mostofthedayitisdifficulttogetpropersunlighttodrygrain.Thisiswiththisaimthatthisresearchworkwasundertakentodesign,fabricationandperformancestudyofarotarytypegrainseeddryerfordryinggrainseedswithautomatictemperaturecontrolsystem.2.DesignandConstructionofDifferentPartsoftheDryerFigures1and2showtheschematicand3-Disometricviewofthegrainseeddryer.Theunitcomprisedofadryingchamber,hotairsupplysystem,controlunitandprimemover.Thedryingchamberisastructurewhichwasmadeusing38.1mmanglebar.Itwasshadedwithplanemildsteelsheettogiveatotalsizeofthedryertobe800mmhighand800mmwide.Insidethedryingchamberadrumwasusedtoholdthegrain.Drumwasmadeofsteelsheetofthickness1.29mm.Thesizeofthedrumwas700mmlengthand410mmdiameter.Smallholesof3mmsizeweremadeatthetwosidesofthedrumtopermitairflowfrominsidetooutsideofthedrum.A50.8mmdiameterperforatedpipehaving12mmholesranthroughonesidetoothersideofthedrumwhichcarrieshotairintothedrumfromtheheatingunit.Thisperforatedpipealsoactsasshaftoftherotarydrum.A373kW,singlephaseelectricmotorwasusedasaprimemoverwithagearbox(30:1)forreducingthespeed.Powerwastransmittedfrommotortogearboxusingbelt-pulleyandgearboxtorotarydrumusingchainandsprocketmechanism.Theheatingunitconsistsofablowerof420watt.Theregulatorcouldbeadjustedtoincreaseordecreasetheamountofairflow.Twoinsulatedelectricheatersofrespectively1400wattand1600wattwereplacedinsideathermallyinsulatedchamberonesideofwhichwasconnectedtotheblowerandtheothersidetothehotairconveyingduct.Theoutsideoftheheaterchamberwascoveredwithearthworktoreducetheheatloss.Atemperaturecontrollerwasusedtocontrolthetemperatureinsidethedrum.Figure1.Schematicviewofthedryer.Figure2.3-Disometricviewofthedryer.PerformanceTestDesignofExperimentsSeveralexperimentswereconductedtostudytheperformanceofthedryer.Toconducttheexperimentsthreetemperatureweresettingsinsidetherotarydryer,respectively35,40and45°C.Quantitiesofseedgrainswerealsousedas2,4and6kg,respectively.TheexperimentaldesignforseedgraindryingisshowinginTable1.SamplePreparationTostudythedryingperformanceofthedryer,freshlyharvested,threshedandcleanedpaddywasusedfordrying.Moisturecontentofthegrainwasrecordedatthebeginningusingamoisturemeter(grainmoisturemeter).Theinitialmoisturecontentofthepaddywas14.4%(wb).CalibrationofTemperatureBeforethetestrun,calibrationofthedryerwasdonebecauseofthetemperaturedifferencebetweenthethermometerinthedryerchamberandthethermocoupleusedfortemperaturecontroller.Itoccurredduetotheirseparatepositioninthedryerchamber,orsensorsizeofthermocouplewassmallwhichmightnotdetectthehotairtemperatureimmediatelyincomparisontothethermometersensorwhichwaslarge.TestRunAtwofactorcompletelyrandomizeddesigntestrunsof27wereusedinthestudywithninetreatmentcombinationandthreereplications.Thedryingtimewasfixedforeachreplication.Paddywasdriedfor6hoursforeachreplication.SeedQualityTestProcedureTheseedwascollectedfromeachexperimental,runsweretestedtodeterminetheirgerminationpercentage.Thestandardgerminationtestwasconductedbyplacingseedsamplesonmoistsandtrays.Threereplicationsof100seedsweretakenforeachsample.Thetrayswithsampleswereleftunderroomtemperaturetogerminate.Theseedsthathadrootorshootlongerthan2mmwereconsideredasgerminatedseeds.CostAnalysisoftheDryerAsimplecostanalysiswasdoneforthedryer.Theanalysisincludedtheactualcostofthedevice,annualfixedcostandvariablecost.Theannualfixedcostincludeddepreciation,interestandsheltercost.Variablecostincludedrepairandmaintenancecostandlaborcost.Assumptionwasmadeasinterest9%,shelter0.1%peryear;repairandmaintenancecost0.1%perh,operationperday8h,annualuse400handestimatedlifespan10yearsofthemachine.Thecostwascalculatedusingfollowingformulas:TheannualdepreciationwascalculatedasD=P-S/LWhere,Disthedepreciation,Pisthepurchasepriceofthemachine,SisthesalvageorsellingpriceandListhetimebetweenbuyingandselling.InterestoninvestmentwascalculatedasI=[P+S/2]*iWhere,Iistheinterestoninvestment,Pisthepurchasepriceofthemachine,Sisthesalvageorsellingpric