01 绪论.docx

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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