分段式热风干燥设备的三维设计

在工农业生产中，干燥工艺的应用十分普遍，然而导这一研究的进展却很缓慢。传统的晾晒干燥法已不再适用于现代化生产，而且干燥物的质量难以保证，干燥技术的研究在食品加工行业已涉及到各种产品，主要的方法有：机械干燥、物理化学干燥、热风干燥、真空干燥、冷冻干燥、介质接触干燥、辐射干燥等。

本次设计的粉丝干燥机是六段式热风干燥机，通过设定每一段温度及干燥时间，进行参数的优化设计，得到最好的干燥效果。基于现有的热风干燥装备，通过调整蒸汽源和风机系统来控制温度，通过调整传输带的长度来控制每一段的干燥时间，通过控制传动速度来实现粉丝干燥。通过对分段式粉丝干燥机的分析，对干燥机的传动系统，干燥系统和检测系统的分析，利用proe完成对设备的三维设计。

关键字：分段式粉丝烘干机、热风干燥、传动系统、干燥系统、检测系统；

In industrial and agricultural production, the drying technology has been widely used, but the research progress of this guide is very slow. The traditional air drying method has no longer applies modern production, and to guarantee the quality of dry, dry technology research in the food processing industry has involves various products, the main methods are: mechanical dry, physical chemistry dry, hot air drying, vacuum drying, freeze drying, medium contact drying, radiation dry, etc.

The design of the dryer is six sections fan, air dryer by setting each segment of temperature and drying time, the optimal design parameters, and get the best effect. Based on the existing drying equipment, and by adjusting the steam source and fan system to control the temperature, and by adjusting the length of the belt transmission control each segment of the drying time, through the control of transmission speed to realize fans dry. Based on piecewise type fan dryer, the transmission system of dryer, drying system and testing system using proe complete equipment 3d design.

Key words:segmented fans dryer, drying, driving system and drying system, detection system；

1 绪论

现今，分段式热风干燥设备以其干燥速度快且不影响食品的质量，在食品干燥方面已越来越多被应用。本次设计是基于现有技术的基础上对粉丝烘干机进行设计。由于粉丝烘干机是框架式结构，这里运用proe三维软件对其进行分析和设计，做出烘干机的三维图。主要内容有烘干机传动系统的分析与设计，烘干系统的分析与设计和检测系统的分析与设计。

1.1 烘干机的现状与发展前景

1.1.1 烘干机的作用

甘薯粉丝是甘薯的深加工产品，也是人们餐桌上常见的食品。我国是甘薯粉丝的生产大国，同时也是甘薯粉丝的消费大国。据有关部门统计，全国甘薯粉丝、粉条年销售量约140万吨，粉丝出口量约为20～30万吨，而且这一数字还在呈不断上升的趋势，所以甘薯粉丝的生产技术和质量检测的研究是非常重要的。

甘薯粉丝的生产工艺流程一般为：新鲜甘薯→洗薯→磨浆分离→粗过滤→初级流槽→除杂质→精过滤→精粉流槽→处理淀粉→提纯→吊包脱水→制芡糊→揉粉→真空抽气→漏勺成型→煮粉糊化→捞粉上挂→冷凝→冷冻→解冻干燥→包装→成品粉丝。

工艺步骤繁多，其中干燥过程对甘薯粉丝的质量好坏有着非常大的影响，干燥速度的大小也影响着甘薯粉丝的生产效率。本文旨在通过对甘薯粉丝干燥机理的研究，探索其干燥过程湿分迁移的数学模型，以此为干燥生产过程提供理论支持；并分析其干燥参数，如干燥温度、湿度、干燥时间等诸多因素，进行它们的最优化设计，从而得到最好的干燥效果。因此，研究用于甘薯粉丝干燥的技术和设备是非常需要的，它是粉丝规范化和标准化生产的必然趋势。

1.1.2 国内外的研究现状

在工农业生产中，干燥工艺的应用十分普遍，而对干燥理论的研究，也从二十世纪初就已经开始了。但由于多孔介质内部的容水结构复杂、传输过程的物理机制多样、尺度细微，并且影响因素繁多，以及过程观察的困难性等多方面因素，导致这一研究的进展比较缓慢。

目前在食品领域，经常采用的干燥理论主要有液态扩散理论、蒸发冷凝理论、Krischer 与Berger以及Pei理论等，这些理论都是基于连续介质假设模型的湿分迁移理论。20世纪90年代，新近发展起来了孔道网络干燥理论、多尺度干燥理论、分形理论等，这些都将是干燥理论研究的新的探索方向和趋势。

在甘薯粉丝的生产技术的研究方面，国内外主要是针对加工用淀粉的特性、生产工艺

的改进及生产装备的研制。例如，北京轻工业学院机械工程系通过对薯类淀粉性质的研究，提出低成本高质量粉丝开发的前景和途径；机械工业部食品装备设计研究所通过对粉丝加工工艺的探讨，总结出生产粉丝的最佳途径，并讨论了加工粉丝的机械设备以及粉丝废液的综合利用；湖南省娄底市农机研究所研制的薯类淀粉、粉丝加工成套设备，其特点是从洗薯到粉丝包装采用一条龙流水线生产作业；四川国基实业有限公司的薯类快餐粉丝生产线提高了加工的连续性，实现工业化自动生产。

但是对于粉丝的干燥，多数仍然是采用传统方式，也就是在露天大晒场进行自然干燥，即将干燥物料直接置于阳光下晾晒。这种方法简便、易行、经济，并有杀灭细菌的作用。但干燥物易被空气和尘埃污染；干燥物有效成分遇到光和热，易被破坏和损耗；产品形状单一，不能满足市场需求；阴雨天气，不能及时晾晒，限制了产量和生产率，不利于规模化、规范化和标准化生产。尽管如此，甘薯粉丝生产厂家仍然很少采用现有的干燥设备，原因主要是这些干燥设备不能满足其生产需求；干燥过程的控制复杂，自动化程度不高；干燥粉丝的质量无法保障。

干燥技术的研究在食品加工行业已涉及到各种产品，主要的方法有：机械干燥、物理化学干燥、热风干燥、真空干燥、冷冻干燥、介质接触干燥、辐射干燥等。目前，将多种干燥技术相结合是国际上比较看好的技术。如日本采用高频和常规蒸汽联合干燥113 mm ×113 mm的柳杉方柱，与单纯蒸汽干燥相比，干燥时间缩短了4倍以上，而干燥成本(包括设备、能耗和人工费)降低了3%。又如将除湿干燥和蒸汽干燥联合，与蒸汽干燥相比，其节能率在4O%以上。用热管换热器回收排气热能，其热能回收率略低于除湿机，但由于没有运动部件，本身不消耗能量，且易于操作管理，因此，有较好的推广应用前景。

我国甘薯粉丝的干燥设备主要是利用带式或隧道式热风干燥装备进行改进而成的，这主要原因是粉丝加工企业的热源丰富，可以直接用于干燥，所以应用简便；其次设备和加工成本较低；三是粉丝的干燥与工艺有很大的关系，它不是单纯的去除水分，而要考虑其干燥后的质量，特别是食用质量，热风干燥方法对粉丝的干燥比较合适。但是由于对粉丝干燥工艺的研究不足，没有一个统一的规范和标准，所以提高热风干燥的质量和效益是本课题的研究重点。

本次设计的粉丝干燥机是六段式热风干燥机，通过设定每一段温度及干燥时间，进行参数的优化设计，得到最好的干燥效果。基于现有的热风干燥装备，通过调整蒸汽源和风机系统来控制温度，通过调整传输带的长度来控制每一段的干燥时间，通过无级变速系统来调整输送带的速度，从而完成对设备的优化设计。

1.2 Proe的学习和在粉丝烘干机设计中的运用

在设计之前对proe的基本知识进行了学习，如proe环境设定，草图绘制，新建基准，拉伸，扫描，混合，proe装配。在设计中，运用proe知识对粉丝烘干机结构进行分析，并利用拉伸，扫描，混合，

proe装配进行粉丝烘干机三维图的绘制。

1.3 粉丝烘干机的工作原理

甘薯粉丝属于多孔介质。关于多孔介质的干燥机理，中国农业大学刘相东在《多孔干燥理论的回顾与展望》、《干燥过程原理研究概况》等文中进行了较为全面的分析。作者介绍了固体物质中湿分传递的主要理论和模型，包括传统的连续介质假设模型和为了克服它们在描述微观结构特性上的不足而创立的应用于多孔介质的体积平均理论。用于描述干燥中的质量传递过程的理论有液态扩散理论、毛细理论、蒸发冷凝理论、Luikov理论、Philip 与De Vries理论、Krischer与Berger理论等，这些理论关于湿分的迁移形态和迁移动力有不同的认识。其中蒸发冷凝理论比较适合描述甘薯粉丝的干燥过程，认为蒸汽的温度梯度所造成的蒸汽压力梯度是驱动湿分气相迁移的主要动力。

正由于粉丝的这种特性，我们把粉丝用粉盒承装，并送入烘房，同时热风机不断的往烘房通入加热的空气，对粉丝不断的加热，使粉丝所含的水份蒸发出来。对于粉丝蒸发的水份，这里设计排湿风机，用它来排去烘房里的水蒸气；最后干燥的粉丝由传输带运到出料段，这样我们就能提高粉丝的烘干效率。

2 设计过程

粉丝烘干机由传动系统，烘房，热风机，排湿风机和检测装置组成。我们把粉丝放在粉盒中，由固定在同步皮带上的粉盒将粉丝送入烘房，热风机向烘房通入加热的空气，使粉盒中的粉丝处于较高的空气中，从而使粉丝烘干。整套设备设计结构紧凑、占地面积小、自动化程度高，可减轻劳动强度，提高工件质量及生产效率。这里为了使粉丝得到充分的干燥，且因为烘干设备的体积较的，为了制造方便，现将烘干设备分为六段，及利用分隔式干燥原理使粉丝烘干。其结构图如图1：

图1

2.1 烘干机传动系统分析

烘干机的传动系统由电动机，平带，减速器，滚子链，主动轴组合，同步皮带，从动轴组合和粉盒组成。由电动机通过平带带动减速器，减速器与主动轴通过滚子链连接，从而把动力传给主动轴组合，再由同步皮带带动从动轴组合，这样就形成了烘干机传动系统的循环运动，从而不断的把粉丝送入干燥系统并把干燥的粉丝送出。

2.1.1 电机的选用

电动机工作功率为：

式中，P w 为主动轴所需工作功率，指工作机输出功率，kw ；ηa 为由电动机至主动端运

输带的总效率。

Pw 按下式进行计算：

式中，F 为主动轴的工作阻力，N ；v 为主动轴的线速度，m/s 。

主动轴承受载荷来源于：输送带与轨道之间的滑动摩擦阻力F,

F=F 1+F 2

F 1为输送带与上滑道的摩擦力 ； F 2为输送带与下滑道的摩擦力；

F 1=M 1μg ; F 2=M 2μg ；

输送带、粉盒、粉板的质量为M1； 粉丝的质量为M2；μ为同步皮带与轨道的摩擦

系数；

每条输送带质量为200Kg ； 粉盒、粉板皆采用1Cr18Ni9Ti 奥氏体不锈钢，密度为7.85×103kg/m 3；粉板尺寸为长1220mm ；宽250mm ；厚1mm ；粉板尺寸为：直径Φ125mm ，高60mm ，厚0.8mm ；每个粉盒盛放粉丝约0.7kg

总体积为 V 1=[][]

922910602)6.1125()2125(1025011220--??÷--÷+???ππ?18 =0.0333m

因此有：

M 1=200+（0.03331085.7??+13）?135=37120kg

M 2=200+0.03331085.7???135=36715kg

故 M=M 1+M 2=37120+36715=73835kg

传输带摩擦系数为0.2，所以 F=Mg ×0.2=73835×9.8×0.2=144717N

工作机输送带线速度为1m/min ，即0.017m/s ，故有： w 1000k Fv P w =kW Fv P 46.2017.0144717=?==

kW P P a w d η=

根据功率，查表得同步皮带选用梯形模数制同步带，其节距为27.4，宽度为30mm ，皮带厚度为8mm ；

齿厚味5mm ；

因为ηa 应为组成传动装置的各部分运动副效率之乘积，即

ηa =η1·η2·η3·····ηn

式中，η1、η2、η3···ηn 分别为每一传动副（齿轮、蜗杆、带或链）、每对轴承、

每个联轴器及卷筒的效率。本烘干机所用传动副为一个带传动、两个链传动，因此

ηa =η1·η2·η3=0.95×0.92×0.96=0.839

所以

考虑到粉丝的湿度不一以及载荷的不稳定等工作环境，根据电机类型选用Y160M1-8电动机。

根据电机功率，平带选用普通平带，带宽为32mm ；带轮宽为40mm ；

查表得:

电机额定转速w=720 r/min ；额定功率为4kw ；

2.1.2 主动轴和从动轴的设计计算

由电机的额定功率可知主动轴的承受的载荷功率

因为主动轴的最小直径 32

W 1n P C d ?≥ 所以代入数据得mm 34.32d 1≥；又因为轴承是标准件，根据轴承的型号，确定1d =45mm ； 所以主动轴的尺寸如图2：

kW P P a w d 93.2839.046.2===ηkw

36.3839.04=?==a d w P P η