黑瓜子立体晾晒机的设计研究

2019-06-06杨学泽吴劲锋黄晓鹏

工业设计 2019年5期

杨学泽吴劲锋黄晓鹏

摘要：针对黑瓜子平面晾晒占地面积大，干燥箱干燥使其品质极易受破坏，使得黑瓜子易出现“翘板”现象等问题，设计了一种黑瓜子立体晾晒机，运用Solid works软件绘制虚拟样机，进行模型验证，各零部件之间不存在干涉现象，并利用晒盘与水泥地进行了黑瓜子自然晾晒对比试验。结果表明：（1）该机充分地利用了空间位置，使有效晾晒面积提高2.83倍;（2）黑瓜子自然晾晒过程中“翘板”现象的出现率降低了10%～15%，保持了黑瓜子原有的品质。

关键词：黑瓜子;干燥;立体晾晒机;设计

中图分类号：S226.6文献标识码：A

文章编码：1672—7053（2019）05—0152—02

Abstract ： For the flat drying covers an area of big black melon seeds ，and drying oven dry seed quality easy to damage ，make the black melon seeds is easy to appear"become warped board" phenomenon， we design a stereo drying machine ，black melon seeds using Solid works software rendering virtual prototype ，model validation ，there is no interference between parts phenomenon， and use the drying plate and concrete black melon seeds natural drying contrast test.The results show that： 1）the machine makes full use of the space position to increase the effective drying area by2.83 times;2）the occurrence rate of "warped plate" phenomenon in the natural drying process of black melon seeds was reduced by 10% ～ 15%，maintaining the original quality of black melon seeds.

Key Words ： Black melon seed; Dry; Stereo drying machine; Design

籽瓜，又名打瓜，全国有三大产区，最大的产区为西北产区，籽瓜总产量占全国90%，主要分布在甘肃、新疆、宁夏4。甘肃产区，位于北纬36°～38°62，平均海拔2000m以上，气候干旱，光热资源丰富，属西北半干旱与干旱农业气候大区，年均降雨量为240mm，年蒸发量1634mm，年均日照时数2696小时，8—10月份白天平均气温20.9°C31。独特的地理位置与气候，为自然晾晒提供了良好的条件。籽瓜的收获加工期一般为60-70天，这段时间内产生大量黑瓜子，必须要完成这些瓜子的干燥工作，否则湿瓜子会霉变，影响其品质。以年加工量为5000t的生产企业为例，生产加工期为60天，平均每天需要完成8.4t瓜籽的晾晒工作，若采用自然晾晒方式，晾晒占地面积达1.1公顷，占地面积较大;若采用干燥箱烘干方式，能耗高，成本投资高，且干燥过程中黑瓜子壳与水、温度之间产生复杂的变化，使之易出现“翘板”现象，影响了黑瓜子的品质。

目前，国内外尚无对黑瓜子自然晾晒和设备干燥实验的研究，存在对白瓜子干燥试验的研究，仅有学者纪勋光、衣淑娟等对白瓜子干燥试验的研究。在自然条件下，对黑瓜子的水分蒸发特性的研究国内外未见报道。本文针对黑瓜子蒸发特性进行研究，得出黑瓜子的水分蒸发特性，以此为理论依据，设计了一种黑瓜子立体晾晒机，满足了自然晾晒的要求，使有效晾晒面积利用率提高2.83倍，降低了干燥投入成本，减轻了劳作强度。

1 晾晒试验设计与分析

1.1 试验设计

在露天自然环境条件下（风速、晾晒面积、晾晒厚度一定），黑瓜子分别置于晾晒晒盘与水泥地上晾晒。试验中，晾晒面积、晾晒厚度（10～15mm）、风速一定（0～0.9m/s），空气介质的湿度在短时间、小范围内基本保持不变，可得出黑瓜子含水率与连续晾晒时间t的干燥曲线，呈指数递减。Y1曲线表示在晾晒机晒盘上黑瓜子含水率与连续晾晒时间t的干燥曲线，Y2曲线则表示在水泥地上含水率与连续晾晒时间t的干燥曲线。

1.2 实验分析

1）在同一时间段内，相同介质环境中，晒盘自然晾晒，水分散失要比在水泥地上快，即相同晾晒条件下，黑瓜子在晒盘上晾晒时，干燥效率比水泥地晾晒高;风速越大，水分散失越快，一般为0～2m/s，风速超过一定值，水分散失率不再提高，而瓜籽的稳定性降低。

2）试验中，晒盤与水泥地两种不同的晾晒场地，晾晒的黑瓜子上下层存在明显的温度差，水泥地黑瓜子上下层温度差明显高于晒盘内黑瓜子上下层温度差，原因在于水泥地上的瓜籽表面的吸附水下渗到水泥地表面，吸收了水泥地释放的热量，而此部分热能不足以使得下渗的水分蒸发，因而下层瓜籽表面未脱离的吸附水并未得到水泥地释放的更多热量，温度显得较低;晒盘底部是由网格构成，下渗的吸附水完全脱离晒盘，底部与空气充分接触，可加速水分的散失。

3）与平面晾晒相比，该晾晒方式利用空间位置将平面晾晒立体化，可提高2.83倍的有效晾晒面积。晒盘最底下的物料与空气充分接触，加快底层物料水分的逸散，使晾晒效率提高，避免了翻晒不及时所造成的底层物料长时间堆积而产生霉变的现象。

2 整机结构与工作原理

2.1 整机结构

黑瓜子立体晾晒机结构如图2，主要由底座、晒盘架、晒盘、平铺——翻晒——卸料装置、类法兰盘、万向轮等部件组成。

2.2 工作原理

当黑瓜子立体晾晒机正常工作时，先用销轴将晒盘架与底座固定，然后将籽瓜破碎取籽机取出的湿瓜子倾倒在晒盘中，在晒盘轨道上放置平铺——翻晒——卸料装置，调整刮板的高度（刮板底边距离晒盘晒网为0.8～1.2cm），调整完成后用紧定螺钉将升降机构固定。手动将平铺装置沿晒盘轨道来回刮动，直至晒盘内瓜籽表面平整为止，拿出销轴并转动晒盘架至下一个固定位置，插入销轴，重复之前的动作，直至六个晒盘都完成上料平铺工作。每隔30分钟对晒盘进行翻晒，翻晒时先将刮板通过升降机构升到一定高度，不影响翻晒板工作为止，用紧定螺钉固定。

3 关键部件的设计

3.1 外形设计

该机结构参照摩天轮的设计结构。晒盘旋转架采用正六边形对称结构，在旋转采光时，上升晒盘与物料重力所做功与下降晒盘与物料重力所做功方向相反，大小基本相等，因此操作者在转动旋转架时大大的节省了体力，减轻了劳作强度。晒盘底面采用铁丝晒网，一方面减少了晒盘的质量，另一方面增加了底面物料与空气介质的接触面积，间接地提高了晾晒效率，避免了因翻晒不及时所造成的物料霉变。在旋转架尺寸确定的情况下，当两晒盘转至最低或最高位置且在同一平面内时，尽可能缩小此两晒盘的距离，可以使单个晒盘晾晒面积最大化。

3.2 平铺——翻晒——卸料装置的设计

平铺——翻晒——卸料装置主要是由刮板、升降机构、操作杆、导轨、翻晒板组成。刮板和翻晒板的长度根据晒盘宽度来确定，翻晒板的长度要比刮板长度小11cm，翻晒板采用正三角锯齿形，工作时可使晒盘内瓜籽的表面积达到最大值，增大物料与空气的接触面积来提高晾晒效率。

3.3 晒盘旋转架及类法兰的设计

晒盘旋转架结构以播禾轮结构为参照，正六边形结构，外接圆直径为2m。尽可能提升空间距离，便于采光均匀，旋转过程中对晒盘而言，空气介质为流动的，可以带走物料表面逸散出的水汽，加速干燥。

类法兰盘的设计，主要是为了解决晒盘旋转架与主轴的连接问题，使得旋转架与主轴既安装方便，又能实现刚性连接，且在正常工作时，两部件接触处还要承受一定的转矩。类法兰盘的主要设计参数：直径为300mm，中间主轴套外径为50mm，内径为25mm，长为40mm，与主轴为普通平键连接。

3.4 主轴设计

主轴为两个，分别位于机架底座两侧，单个主轴是支撑跨距为200mm的悬臂轴，悬臂长50mm，该轴主要是连接晒盘旋转架与机架底座，要求较高。它主要承受晒盘架、晒盘及物料的重力，总重约为7KN，因此单轴悬臂端所承受的重力为3.5KN，校核时按4KN进行计算，求得主轴最小直径为25mm。

3.5 晒网的安装设计

晒盘架构上有螺栓孔，安装晒网时可用带螺栓孔的压条通过螺栓连接，压紧压条，以此来固定晒网。这种安装方式，既便于晒网的安装、清洗，又易于更换晒网。

4 结语

本研究合理的设计了一种黑瓜子立体晾晒机，解决了翻晒卸料问题，空间利用率提高2.83倍。自然晾晒试验表明：黑瓜子自然晾晒时的晾晒干燥曲线为典型的指数曲线;采用自然晾晒的干燥方式，使得黑瓜子干燥过程中“翘板”率降低10%～15%。本文系国家自然科学基金项目（项目编号：51765002）。

参考文献