戴宏宇

【摘 要】針對(duì)目前農(nóng)村糧食干燥過程中“望天曬谷”、糧食干燥質(zhì)量及技術(shù)水平偏低的現(xiàn)狀，自主設(shè)計(jì)了一款適于中小型農(nóng)戶使用的小型徑流式生物質(zhì)能糧食干燥機(jī)。其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）采用徑流式干燥，干燥過程的熱效率更高，同時(shí)有助于保證糧食受熱均勻，糧食干燥質(zhì)量更高；（2）采用生物質(zhì)能供熱，可燃燒糧食生產(chǎn)過程中的附屬產(chǎn)物秸稈等，降低了干燥成本，同時(shí)也有緩解秸稈就地焚燒的問題，除秸稈外干燥機(jī)還可利用農(nóng)村較普遍使用的木柴、雜草等為燃料，受天氣地理環(huán)境影響小，適應(yīng)性更強(qiáng)；（3）不對(duì)稱抄板結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，通過電機(jī)的正反轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)即可實(shí)現(xiàn)上下料及干燥，有效降低了系統(tǒng)體積及制造成本；（4）通過簡(jiǎn)單易用的控制模塊，確保了糧食干燥的品質(zhì)。

【關(guān)鍵詞】生物質(zhì)能 糧食干燥機(jī) 干燥機(jī)

1 設(shè)計(jì)方案

本作品基于滾筒式結(jié)構(gòu)，針對(duì)現(xiàn)有滾筒式糧食干燥機(jī)干燥過程熱效率低、來料不易控制等問題進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

現(xiàn)有的滾筒式糧食干燥機(jī)多采用外壁加熱或軸流式熱風(fēng)結(jié)構(gòu)。外壁加熱結(jié)構(gòu)加熱過程中熱空氣不與糧食直接接觸，而通過外壁傳導(dǎo)熱量進(jìn)行干燥，干燥過程中熱利用率不高、糧食受熱不均勻。

為此本作品提出的徑流式干燥結(jié)構(gòu)，潔凈的二次熱風(fēng)沿直徑方向穿過干燥內(nèi)滾筒，從糧食內(nèi)部通過，與糧食進(jìn)行了較充分的熱交換，帶走糧食中的水分，達(dá)到干燥目的。

2 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1干燥滾筒

2.1.1雙滾筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)徑向熱風(fēng)的糧食干燥形式，本作品設(shè)計(jì)了雙滾筒結(jié)構(gòu)。其中外筒為保溫筒，固定不動(dòng)，主要起到保溫、導(dǎo)流作用，對(duì)提高熱效率及引導(dǎo)熱氣流作用明顯，此外在外滾筒底部還設(shè)計(jì)有集灰槽，用來集中處理糧食干燥過程中的粉塵；內(nèi)筒為干燥筒，乘納糧食，同時(shí)筒壁均布有大量小孔，熱氣流能夠通過小孔徑向流動(dòng)；進(jìn)風(fēng)口處采用徑流式進(jìn)風(fēng)，位于糧食出口端下部，出風(fēng)口位于糧食進(jìn)口端上部，干燥時(shí)外滾筒固定，內(nèi)滾筒相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，滾筒兩側(cè)有保溫棉保證滾筒的氣密性，減小熱量流失，兩滾筒之間有擋風(fēng)板，使熱空氣只能徑向穿過糧食，確保筒內(nèi)糧食均能受熱氣流作用，有效提高了熱交換的面積；內(nèi)筒上均布有不對(duì)稱抄板，起攪拌和輸送糧食的作用；在出料口處設(shè)有擋風(fēng)簾，使糧食能順利從筒內(nèi)流出同時(shí)達(dá)到最小的熱量散失。

2.1.2不對(duì)稱抄板設(shè)計(jì)

抄板周向固定在內(nèi)筒內(nèi)壁面上，滾筒輸送糧食時(shí)的抄板左端傾斜部分與糧食接觸，在滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)過程中抄板對(duì)糧食有軸向分力作用，滾筒旋轉(zhuǎn)的同時(shí)推動(dòng)糧食前進(jìn)。滾筒干燥糧食時(shí)，翅片的右端垂直部分與糧食接觸，滾筒旋轉(zhuǎn)僅帶動(dòng)抄板揚(yáng)起糧食，并逐漸散布在整個(gè)筒體截面上，用以增加糧食與熱氣流的接觸面積，強(qiáng)化糧食與熱氣流的熱交換。

2.2冷卻滾筒

冷卻滾筒結(jié)構(gòu)與干燥內(nèi)滾筒相同，冷卻滾筒中糧食在翻滾的過程中不斷與空氣進(jìn)行熱交換，直至糧食冷卻到入庫溫度時(shí)出筒。

2.3秸稈燃燒爐

熱交換器由多層圓形金屬板層疊而成，其中熱交換集中區(qū)通過增大接觸面積來增加熱交換效率，熱交換集中區(qū)有連續(xù)的三層空氣加熱層，保證冷熱空氣充分熱交換。K1為順流加熱層，K2、K3為逆流加熱層，熱交換效率更高。

采用套筒式熱風(fēng)爐換熱器，冷空氣與高溫?zé)煔膺M(jìn)行充分熱交換，提高了熱交換效率，并且經(jīng)過熱交換后的清潔空氣不含煙氣雜質(zhì)，不會(huì)對(duì)糧食產(chǎn)生污染。

3控制模塊設(shè)計(jì)

3.1溫濕度檢測(cè)部分

為方便普通農(nóng)戶的使用，作品簡(jiǎn)化了溫濕度測(cè)控部分。熱風(fēng)入風(fēng)口的氣體溫度用一枚帶鋼頭的DS18b20溫度傳感器檢測(cè)。該傳感器測(cè)溫范圍為-55℃～+125℃，完全滿足測(cè)量溫度范圍要求。該傳感器直接和微處理器連接，使用時(shí)不需要任何外圍元件，使用簡(jiǎn)單可靠性高。干燥筒內(nèi)糧食溫濕度用DHT21溫濕度傳感器檢測(cè)，該傳感器可同時(shí)檢測(cè)溫度和濕度，元件的使用效率高。含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出，應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保其具有極高的可靠性和卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

3.2數(shù)據(jù)反饋

通過面板上的三色指示燈以及蜂鳴器完成數(shù)據(jù)反饋。當(dāng)DS18b20溫度傳感器檢測(cè)到熱風(fēng)溫度低于80℃時(shí)，面板上的黃燈亮起，提示使用者可能熱風(fēng)溫度過低，可以增加秸稈的量，提高火勢(shì)以促進(jìn)干燥進(jìn)行；當(dāng)管道氣體溫度在80℃～100℃時(shí)，面板上的綠燈亮起，表示此時(shí)的溫度適宜，應(yīng)保持此狀態(tài)；當(dāng)管道氣體溫度高于100℃時(shí)，面板上紅燈亮起，同時(shí)蜂鳴器發(fā)出尖銳的嘯叫聲，表示此時(shí)溫度過高，應(yīng)減小火勢(shì)。

滾筒內(nèi)部的溫濕度傳感器DHT21會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)筒內(nèi)糧食氛圍干燥度，當(dāng)糧食達(dá)到儲(chǔ)存所需的合適濕度值時(shí)，蜂鳴器會(huì)發(fā)出間斷提示音，表示糧食已干燥完畢，可以進(jìn)行下料。

3.3驅(qū)動(dòng)部分

滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)靠電機(jī)帶動(dòng)，為提高干燥過程的可靠性，我們選取了4GN-90K變頻電機(jī)作為滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力源。電機(jī)額定功率為25瓦，額定電壓為220V，電機(jī)最高轉(zhuǎn)速為1400r/min，通過機(jī)械變速器將轉(zhuǎn)速范圍調(diào)至2.3r～3r/min，轉(zhuǎn)速范圍滿足糧食干燥需要。電機(jī)運(yùn)行負(fù)載為7.8N/m，滿足帶動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)需要。電機(jī)規(guī)格為129*80*80，方便安裝和固定在機(jī)架上。

4 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）徑向熱風(fēng)提高糧食干燥的效率及質(zhì)量；（2）充分利用糧食收獲過程中的附屬產(chǎn)物—秸稈，降低了干燥成本，同時(shí)也緩解了秸稈焚燒所導(dǎo)致的污染問題；（3）使用不對(duì)稱結(jié)構(gòu)的抄板，將上下料、糧食干燥集中在同一筒內(nèi)完成，有效減小系統(tǒng)體積、易推廣。

5 應(yīng)用前景

優(yōu)化的設(shè)計(jì)使產(chǎn)品更具競(jìng)爭(zhēng)力：結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)提高了能量的利用率，對(duì)糧食干燥過程監(jiān)測(cè)控制，提高糧食品質(zhì)，保障糧食安全，符合現(xiàn)今人們對(duì)食品安全關(guān)注越來越重視的發(fā)展趨勢(shì)，更換滾筒和工作模式可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同糧食的干燥，適應(yīng)性強(qiáng)，解決了當(dāng)前干燥糧食種類單一的現(xiàn)象。推廣本系統(tǒng)后，還可以用于干燥其它的農(nóng)產(chǎn)品，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。

綜以上，相信本干燥機(jī)會(huì)有較為廣闊的應(yīng)用前景

參考文獻(xiàn)

[1]郭小鋒，陳建，謝守勇，郭順.滾筒式油菜籽烘干機(jī)的研究[J].農(nóng)機(jī)化研究，2011（1）：203-206.

[2]戴鐵峰.可移動(dòng)式谷物干燥機(jī)控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D].湘潭大學(xué)，2011.

[3]蔣平，朱傳祥，呂德志，高成沖.循環(huán)式糧食干燥機(jī)的智能控制系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2006.11.