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01绪论
粮食机械原理与设计
1绪论
“民以食为天”,自古以来,粮食的生产与加工就是人类赖以生存的重要劳动。
随着人类文明的发展和科学技术的进步,现在粮食加工已成为各国国民经济中一个不可缺少的行业,粮食加工设备也实现了机械化、自动化。
粮食机械属于过程装备,或称工艺设备,任何过程装备都是为满足生产过程的需求而设计的。
根据粮食加工工艺的需求,现在大大小小的粮机设备已有上千种。
粮食行业把它们划分为以下几大类——
1.1粮食机械的分类
制粉机械
碾米机械
油脂机械
饲料机械
仓储机械
粮食深加工机械(淀粉、谷元粉……加工机械)
粮油通用机械(原粮清理设备、装卸输送机械、辅助设备等)
风机、闭风器、除尘器等
粮油食品机械(方便面、挂面、通心粉……机械设备)
粮油计量设备
粮油检、化验仪器
我们这门课只讲其中的制粉机械、碾米机械以及粮油通用机械中的清理设备。
在这个范围内,虽然相关的机械设备种类也不少,但总的来讲,有以下几个的特点:
(以后我们所说的的粮食机械就特指这些机械设备)
1.2粮食机械的特点
1.从设备类型上讲
粮食机械中大量使用了筛分设备;
原料清理、制粉料的筛分。
2.从工作原理上讲
粮食机械中振动机械应用较多;
振动参数的选择和实现、如何避免机件破坏。
3.从结构上讲
粮食机械的主体结构大多为拼装式板金焊接构件;
流行趋势(影响外观、成本、周期)
4.从制造工艺上讲
装配和板焊件的制造精度是影响产品质量的重要因素。
(影响回转精度、外观质量等)
尺寸、孔位、焊接变形,设备条件导致质量参差不齐。
不象飞机、小轿车,个体户做不了。
北环路上,三间西屋、一台破车床。
激光切割机、数控折弯机/孔对不上—钻、别、锉、敲
1.3粮食机械的作业类型
1.筛分
振动筛、平面回转筛、平筛、去石机、清粉机等。
作用原理:
振动、风振组合。
2.风选
轻杂的吸风分离、谷壳分离、糠粞分离等。
3.打离
打麦机、擦麦机。
4.粉碎
磨粉机。
作用原理:
挤压、搓撕、剪切。
5.脱皮、脱壳
砻谷机、碾米机。
作用原理:
挤压、搓撕、剪切。
粮食机械的加工对象一般是散体物料,是粮食颗粒的群体。
和其它加工对象相比,有许多独特的性质,我们在设计机器的时候,从原理上和结构上,都要采取相应的措施。
因此,研究粮食机械我们首先要对散体物料的性质有所了解。
1.4物料的特性
物料的特性可能你们在其它的课程中已经学过,我们再回顾一下,以便在这门课中统一一下符号和叫法。
1.4.1单一粮食颗粒的物理性质
1.粒度
粒度是描述粮食颗粒的大小的参数。
由于粮粒的外形轮廓及尺寸具有很大的离散性,因此通常只能用平均粒度来表示,单位是mm。
对于近似于球形的粮食颗粒,其大小用平均粒径表示。
对于其它形状的粮食颗粒,其大小用长、宽、厚三度尺寸来表示。
而且规定:
长>宽>厚。
例:
小麦的平均粒度是7×4×3(mm)
2.含水率
各种粮食颗粒都含有水分。
把粮食颗粒烘干,根据残留的干物质的重量和原来颗粒的重量,可以计算出粮食颗粒的含水率。
含水率=水分的重量/总重量
粮食颗粒的含水率对其加工性能有直接的影响,所以在加工过程中通常要对物料进行水分调节。
3.千粒重
1000颗粮粒的总重量。
4.比重
由于粮食加工过程中常需要采取气流作用对物料进行分级,因此粮食颗粒的比重也是一个重要的参数。
5.强度、硬度、韧性
有时,粮食颗粒的强度、硬度和韧性也是需要关注的特性,它将影响到加工手段的选择和机器结构的设计。
1.4.2散体的物理性质
由于散体物料是由固体颗粒组成的群体,因而散体与固体、液体相比具有某些相似的性质,同时散体还具有一些其自身特有的性质。
1.基本性质
①散体在一定条件下能保持原有的形状。
(与固体相似)
②散体具有一定的流动性,能沿一定倾角的板面或管道流动。
(与液体相似)
③散体的抗剪强度随其所受的压力而变化。
(自身特有的性质)
2.容重
松散物料单位体积的重量。
(T/m3)
3.堆积角
衡量物料散落性好坏的参数。
静堆积角(自然坡角)ρo
动堆积角ρd(一般可取ρd≈0.7ρo)流动、振动
4.摩擦角
外摩擦角ρw
指物料和与它接触的钢板、橡胶等材料之间的摩擦。
内摩擦角n
指物料内部颗粒之间的相互摩擦。
(一般情况下可以认为ρn ≈ρo)
外摩擦和内摩擦有时也用摩擦系数来表示f=tgρ
5.侧压系数λ
假如有这样一个容器,里面充满液体(例如水),我们知道,液体内任一质点在各个方向所受到的压强是相等的。
但如果容器内充满的不是液体而是散体,情况就不同了。
由于散体内部存在着较大的内摩擦力,质点在侧向所受到的压强将小于主动力方向的压强。
我们用侧压系数来表示二者定量的关系:
垂直于主动力方向的压强
主动力方向的压强
如果主动力仅仅是重力,则
侧压强
竖直压强
理论研究得知
例:
侧压系数的应用—压力门
容重
竖直压强
水平压强
6.悬浮速度vs
在竖直向上运动的气流中,能使物料颗粒悬停在空中的气流速度为该物料的悬浮速度。
很多专业参考书和工具书上收录了各种常用的粮油物料的特性参数,包括悬浮速度,将来用得着时可以从中查一查。
7.散体物料的自动分级
(1)自动分级的现象
○比重小的大颗粒
○比重小的小颗粒
●比重大的大颗粒
●比重大的小颗粒
凡利用自动分级的,料层厚,产量高;
凡避免自动分级的,料层薄,产量低。
(2)自动分级的原理(振动条件下)
1.5筛粉作业基础知识
1.5.1相关术语
1.筛分
使散体物料通过一层或多层筛面,将其按粒度分级。
2.筛分效率
筛过物重量与物料中所含可筛过物重量之比。
称重困难时,可用百分比含量计算:
式中:
x——原料中可筛过物的百分比含量
y——留存筛上的可筛过物的百分比含量
筛分效率评定的是可筛过物和不可筛过物的分离程度;
清理效率(除杂效率)评定的是物料和杂质的分离程度。
(清除大杂、小杂可筛过物不同)
1.5.2筛分的实质
圆筛孔:
按颗粒的宽度分级(颗粒直立过筛)
长筛孔:
按颗粒的厚度分级(颗粒能躺着过筛)
1.5.3筛面的种类
1.栅筛面
静止筛面(筛面静止或运动均可实现筛分。
)
(1)优点:
筛面利用率高,刚性好,结构简单,耐用。
(2)缺点:
只能清除粗杂(秸杆、麻绳头等),笨重。
(3)应用:
下粮井
2.板筛面
(1)优点:
筛孔可以做得很小,分级较细,筛孔不变形,不易堵。
(2)缺点:
无法用于粉料分级,筛面利用率低。
(3)应用:
振动筛
3.金属丝编织筛面
(1)优点:
筛孔细小,筛面利用率高,易于张紧(平整),与物料间的摩擦系数大,有利于自动分级。
(2)缺点:
筛孔容易变形,因而易堵孔,寿命较短。
(3)应用:
去石机、高频振动筛、谷糙分离筛等。
4.绢筛面
蚕丝筛绢、混纺丝筛绢。
(1)优点:
筛孔精细,可用于粉料分级。
(2)缺点:
易堵孔(物料含水分),易破损。
(3)应用:
平筛
1.5.4筛面组合方法
筛上物法筛过物法混合法
1.筛上物法
前道的筛上物送至后道继续筛理。
(1)优点:
①筛上物的筛程长;
②检查、清理、维护筛面方便。
(2)缺点:
①占空间高度大;
②筛分效率低;
(料层厚,小粒与筛面接触几率变小)
③筛面的负荷大,磨损快。
(3)典型应用:
平筛(用于可筛过物含量高的场合)。
2.筛过物法(筛下物法)
前道的筛下物送至后道继续筛理。
(1)优缺点:
(与筛上物法正相反)
(2)典型应用:
振动筛、高频振动筛。
3.混合法
前两种方法的混合应用。
(1)优点:
兼有前两者优点。
(2)典型应用:
平筛。
1.5.5影响筛分效果的因素
1.物料的物理性质
(1)物料的粒度组成
较大的颗粒多易挡小颗粒过筛。
(2)物料的含水率
含水率高黏结筛孔,易堵。
(3)物料的散落性
散落性好,物料易过筛孔。
(4)物料的含杂量
含杂多,要清理干净不容易。
(5)物料的内摩擦角和外摩擦系数
影响颗粒在筛面上的运动。
2.筛面的几何参数
(1)筛孔的尺寸、形状和排列形式
影响颗粒过筛的几率。
(2)筛面的尺寸和倾角
筛面太短颗粒有可能来不及过筛;
筛面过长利用率低,造成浪费。
倾角的确定与物料的内摩擦角有关:
运动筛面
=0~15°
静止筛面
≥
3.筛面的运动形式
(1)静止筛面
不需要动力,要有足够的筛程则占空间大。
(溜筛)
常用的是栅筛面(平置),过滤粗杂。
(2)往复振动筛面
产量大,不易堵孔。
(3)高频振动筛面
物料在筛面上跳动,不堵孔,但产量小。
(4)回转筛面
筛程长,筛分效果好,不易堵孔,但产量小。
(5)旋转筛面
占空间小,筛程长。
4.物料颗粒相对筛面的运动速度
(1)v过大,颗粒不能过筛;
v过小,生产率低。
(2)颗粒能过筛的相对速度范围
建立斜坐标
,
,
能过筛的条件
时,
≥
∴ v≤
式中:
L—筛孔尺寸 d—颗粒直径
—筛面倾角
1.6国内外粮食机械的发展概况与行业现状
1.国内粮机行业的发展历史
解放前空白,解放后合营—国营,80年代初引进、消化吸收……
2.原部属企业(归属、分工、现状)
无锡、郑州、长治、安陆、永登、绵阳、常德
3.其它制粉和碾米设备制造企业
淄博、汉中、张家口、陕西省、开封二粮机……
湖北省、湘粮、诸暨……
东安、124厂、天津核理化院……
4.国外生产粮食机械的著名公司
瑞士布勒BUHLER(布勒兄弟公司)
英国西蒙SIMON(亨利·西蒙 英国罗滨逊 左竹)
意大利奥克里姆OCRIM
意大利高菲托GOLFETTO
意大利贝尔格BERGAGBS集团
意大利桑加蒂SANGATI
日本左竹SATAKE
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