粮食烘干机输送机构匹配性计算

【摘 要】粮食烘干机是一种烘干机的总成。比如玉米烘干机，稻谷烘干机，水稻烘干机、酒渣烘干机等，我们都可以称之为粮食烘干机。近年来粮食烘干机市场发展迅速，使用率大大提升。与此同时，谷物烘干机在使用过程中的质量问题也凸显出来，比如烘干效率、烘干后的谷物品质、温湿度控制问题 、输送系统故障等。其中，输送系统在烘干过程，出现故障，产生堵塞的现象较为普片。而产生这一故障的原因主要为设计匹配、制作安装两个方面。本文主要讨论输送系统匹配设计以及制作安装过程的注意事项。

【关键词】批式；粮食烘干机；螺旋运输机；斗式提升机

1 粮食烘干机介绍

粮食烘干机是通过热源，提升粮食的温度，带走粮食内的水分，使之达到安全储存要求的含水率。国外粮食烘干机起步于20世纪40年代，50年代到60年达国家基本上实现了粮食烘干机械化，60年代到70年代粮食烘干实现了自动化，70年代到80年代粮食烘干向高效、优质、节能、降低成本、电脑控制方向发展，90年以后粮食烘干设备已经达到系列化、标准化。近年来，在粮食烘干过程的计算机摸拟方面取得了较大的进展，传统软件和专用软件的不断开发，对粮食烘干机械的设计和产品质量的改进起到了极其重要的作用。

我国粮食烘干机械的发展是从解放初期仿制日本、前苏联等国外的烘干机开始的，起步较晚。上世纪90年代正式起步，烘干机使用率低。中国作为世界上最大的粮食生产国和消费国，粮食来不及晒干或未达到安全水分造成霉变、发芽等原因，造成的粮食损失就高达5%。若按年产5亿吨粮食计算，粮食年损失量相当于2500万吨，国内粮食烘干机械保有量以年均50%左右的增幅快速攀升，但每年机械烘干粮食仅占全国粮食总产量的1%左右，而世界发达国家机械粮食烘干能达到总产量的95%左右。

粮食烘干机结构形式多种多样，按照不同分类方法，有不同的产品。按加热方式分类：对流式、传导式、辐射式、介电式等类型；按照处理方式：连续式烘干机、批式循环式烘干机；按照粮食与气流的运动方式：顺流式、逆流式、混流式。

本文主要讨论的是批式循环式烘干机相关结构设计分析。

2 批式循环式粮食烘干机

批式循环式粮食烘干机是分批次对粮食进行烘干。谷物烘干过程中，在设备内部不停的循环运转，烘干、缓苏，实现烘干，最终达到目标水分。

2.1 烘干机结构组成

烘干机主要由热风炉、热风通道、爬梯总成、粮塔、上螺旋输送机、放粮装置、斗式提升机、抽风机、排粮轮、下螺旋输送机及控制系统组成。如图1所示。

图1 结构组成 图2 工作原理

2.2 工作工作原理

粮食在烘干机内循环的工作原理：通过提升器电机带动提升斗上升，从而将提升斗内粮食输送到顶部，再经过上搅龙将粮食传送到粮塔顶部的甩盘上，甩盘转动将粮食均匀的洒落在粮塔二层及以上处，再通过一层顶部的拨粮轮转动将粮食送到底部，经过下搅龙又将粮食送到提升器内，从而使粮食在塔内循环运动。从而保证粮食烘干的均匀性。

3 输送系统设计分析

3.1 输送系统输送能力确定

粮食烘干机的输送能力是由机械烘干能力及进出料时间所确定的。比如15吨的粮食烘干机，粮食烘干过程，由于初始水分有所区别，不同含水率的粮食需要在机械内部循环10-15次，设定烘干时间为10-15小时。每小时输送能力为15吨，进出料时间也是1小时。在制定设计方案时，要考虑如下因素。

进出料时间控制，时间不宜过长，一般控制在60分钟左右。

空间尺寸与烘干机本事匹配合理

以下分析计算以15吨的批式循环谷物干燥机为例，输送能力为每小时15吨。烘干机内部截面尺寸：长为2400mm，宽为2000mm。

3.2 排粮轮输送能力计算

粮食烘干机的排粮机构有多种型式，以控制排粮量机构的运动型式分类：有旋转式、摆动式、振 动式；按控制排粮景机构的形状分有叶轮式、振槽式、摆板式、刮板式等；按最终排粮机构分则有嫘 旋式、皮带式、振动槽式等。各类型排粮机构都有自己的特点、用途、适应性，在烘干机设计中应根据烘干机的不同功能、不同用途、不同种类选取相适应的排粮装置。

本文中选取叶轮式排量机构。排粮轮一般有四叶片式、五叶片式、六叶片式，我们选择六叶片式。叶轮直径的大小和转速是根据排粮量要求确定的。生产率大的烘干机排粮轮直径较大，转速较高；小型烘干机排 粮轮直径也较小。排粮轮的转速必须能够调整，以便适应不同生产率、不同粮食水分烘干的要求。

根据烘干机整体布置情况，排粮轮长度为2400mm，初步设定排粮轮外径为90mm，内径为25mm。转速为6，共6个排粮轮。输送能力Q1计算如下：

式中

Q1 排粮轮总输送量 t/h D排粮轮外径 m

d 排粮轮内径 m S排粮轮截面积 m

L 排粮轮长度 m ρ谷物密度 t/m3

n1 排粮轮转速 r/min n 排粮轮数量

f 自流系数 1.15

=18.4 t/h

Q1大于设计需求的每小时输送吨位为15吨，故而，需要调整相关参数，比如调整排粮轮外径、排粮轮转速等。本文主要调整转速，结构尺寸不作调整。对上述公式进行变换得到：

=4.85 r/min

排粮轮转速应该为4.85 r/min。

3.3 下螺旋输送机输送能力计算

螺旋输送机是一种常用的不具有挠性牵引构件的连续输送机械，是现代化生产和物流运输不可缺少的重要机械设备之一。螺旋输送机在输送形式上分为有轴螺旋输送机和无轴螺旋输送机两种，在外型上分为U型螺旋输送机和管式螺旋输送机。有轴螺旋输送机适用于无粘性的干粉物料和小颗粒物料（例如：水泥、粉煤灰、石灰、粮等）。而无轴螺旋输送机适合输送机由粘性的和易缠绕的物料（例如：污泥、生物质、垃圾等）。

螺旋输送机的工作原理是旋转的螺旋叶片将物料推移而进行螺旋输送机输送，使物料不与螺旋输送机叶片一起旋转的力是物料自身重量和螺旋输送机机壳对物料的摩擦阻力。螺旋输送机旋转轴上焊的螺旋叶片，叶片的面型根据输送物料的不同有实体面型、带式面型、叶片面型等型式。螺旋输送机的螺旋轴在物料运动方向的终端有止推轴承以随物料给螺旋的轴向反力，在机长较长时，应加中间吊挂轴承。

根据谷物特点，采用有轴螺旋输送机，外型U型，水平输送。

式中

D2螺旋叶片外径 m ψ填充系数

β2输送机倾斜角度系数 k2螺距直径比

g重力加速度 m/s2 ρ物料密度t/m3

n2螺旋叶片转速 r/min Q输送量 t/h

相关参数根据表3-1进行选取，填充系数ψ根据下表选取为0.3，重力加速度g为9.8 m/s2，ρ物料密度0.56t/m3（水稻），螺旋叶片转速n2为250 r/min，k2螺距直径比一般为1，即直径与螺距相等。

=0.197m

螺旋叶片外径的规格一般为100mm、125mm、160mm、200mm、250mm等规格，故而螺旋叶片外径D2取值为200mm。

表1 螺旋叶片形状、充填系数及物料综合性系数

物料快度 物料磨琢性 物料种类 充填系数ψ 叶片形状 综合性系数E

粉状 无磨琢性、半磨琢性 石灰粉、石墨 0.35∽0.40 实体式 75

粉状 磨琢性 干石灰、水泥、石膏粉 0.25∽0.30 实体式 35

粉状 无磨琢性、半磨琢性 谷物、泥煤 0.25∽0.35 实体式 50

粉状 磨琢性 型砂、炉渣 0.25∽0.30 实体式 30

小块a

小块a

中等及大块a

中等及大块a

3.4 斗式提升机输送能力计算

在带或链等挠性牵引构件上，每隔一定间隔安装若干个料斗作连续向上输送物料的机械称为斗式提升机。

常用斗式提升机主要有TD型带式斗式提升机、TH型圆环链斗式提升机、TB型板式套筒滚子链斗式提升机、TZD型带式斗式提升机等。

斗式提升机一般由胶带、料斗、驱动滚筒、张紧滚筒、机壳、观察孔；9―驱动装置；10―张紧装置、导向轨板等组成。

谷物烘干机一般采用TD型带式斗式提升机。输送能力Q为15吨/小时。

式中：Q为生产率 t/h V0 料斗容积 L

a 料斗间距 mm v 提升速度 m/s

g 重力加速度 m/s2 ρ物料密度 kg/m3

ψ料斗的填充系数

生产率Q根据上文所述为15 t/h，料斗间距a取0.185 mm，提升速度v去1.8 m/s （根据电机转速来确定），重力加速度g为9.8 m/s2，物料密度ρ为560kg/m3 ，，料斗的填充系数ψ参照下表选取，本文取值为0.7。

表2 料斗填充系数

物料特征 填充系数 物料特征 填充系数

粉末状 0.75-0.95 50mm

块度

20mm

≈1.12L

故而，V0 料斗容积约为1.12L，可根据市场上现有规格，进行选取，也可要求专业厂家按照要求进行开发。

3.5 上螺旋输送机输送能力计算

上螺旋输送机的输送能力计算与下螺旋输送机的计算方法一致，可用公式2-2来确定，目前国内各厂家在设计时，基本都把上下螺旋输送机参数统一。

根据实际使用工况，本文建议上螺旋输送机的输送量应该根据斗式提升机计算后的实际输送量来确定，比下螺旋输送机输送能力稍大。

4 设计、生产、安装注意事项

4.1 设计注意事项

（1）输送系统输送能力的确定

综合上文所述，在选择系统输送能力的时候，首先要结合设备的整体布置，尽量控制系统装载物料的时间，进料时间不宜过长，一般小于60分钟，否则会严重影响设备的生产效率。其次，输送能力也不宜过大，否则，在烘干过程中，谷物在烘干机快速循环，怎加了谷物的循环次数，怎加了设备的能量消耗和谷物的破碎率。

（2）各子系统输送能力的匹配性核定

排粮轮、下螺旋输送机、斗式提升机、上螺旋输送机的输送能力根据系统输送能力来计算，初步确定相关参数。

实际使用过程中，排粮轮的输送能力决定烘干过程中谷物的循环速度，所以排粮轮的输送能力严格按照系统输送能力来确定计算，另外排粮轮转速应该设置成可调，以适应不同谷物的要求。

下螺旋输送机的输送能力根据系统输送能力计算后，需要稍作微调，要略大于排粮轮的输送能力，保证各种状况下，不会发生堵塞。

斗式提升机输送能力根据系统输送能力计算后，需要稍作微调，要略大于下螺旋输送机的输送能力，保证各种状况下，不会发生堵塞。

上螺旋输送机输送能力根据系统输送能力计算后，需要稍作微调，要略大于下螺旋输送机的输送能力，保证各种状况下，不会发生堵塞。

最终确定参数要遵循上螺旋输送机的输送能力?斗式提升机输送能力?下螺旋输送机?排粮轮。

4.2 制作安装注意事项

（1）排粮轮

排粮轮在制作时，要严格按照设计要求，保证实物的同心度和直线度，排粮轮与排粮槽间隙也要严格按照设计要求控制。安装时，要调整排粮轮与前后围板的间隙，不得干涉，也不得偏装。

（2）螺旋输送机

螺旋输送机在制作时，要严格按照设计要求，保证实物的同心度和直线度，螺旋叶片与U型槽间隙也要严格按照设计要求控制。

（3）斗式提升机

斗式提升机在安装时，要调整皮带松紧度，过紧，增加阻力，皮带损耗过大，过松，皮带打滑，输送能力减小，造成堵塞。

5 结论

粮食烘干机输送系统设计，首先要结合需求和产品的结构布置，确定合理的系统输送能力，然后分别计算排粮轮、下螺旋输送机、斗式提升机、上螺旋输送机的输送能力，确定各机构的主要参数，然后结合上螺旋输送机的输送能力?斗式提升机输送能力?下螺旋输送机输送能力?排粮轮输送能力的原理，分别对各系统的相关参数给予调整，可确保系统在运转过程中不发生堵塞现象。另外，各零部件在制作、安装过程中，要严格按照技术要求进行。

参考文献：

[1]机械工程师手册.北京机械工业出版社.

[2]运输机械设计选用手册.化学工业出版社.