玉米浆料烘干设备下锥斗的研究设计

张媛媛，徐宏扬，公衍峰，刘伟光

(黑龙江省农业机械工程科学研究院 绥化分院，黑龙江 绥化 152000)

0 引言

营养全面、烹饪便捷的粗粮精做产品，愈来愈受到消费者的青睐。玉米富含多种营养物质，但是粗加工产品食用口感不好。采用科学方法进行精、深加工, 改善食用口感, 使玉米食品重新回到人们的餐桌, 是玉米加工利用的一个重要研究方向。由于玉米原料本身无面筋蛋白, 缺乏黏弹性, 柔韧性差, 所以面团品质较差, 且口感粗糙, 不适合加工制作面条、饺子等面食品。玉米面粉的主要成分是淀粉, 通过物理、化学和生物的方法使淀粉改性, 形成与小麦面粉相似的应用性质, 是解决玉米面粉制作食品的关键问题[1]。

黑龙江省农业机械工程科学研究院绥化分院，经过多年研究实验，研发出了一种玉米发酵后磨碎喷浆烘干工艺及设备，玉米面浆在200～360 ℃热风下干燥，得到的玉米面粉细腻，实现了“粗粮细吃”和“主粮粗细搭配”。

玉米浆料的烘干，主要在玉米干燥设备的主塔内完成，主塔由塔头、上锥斗、塔筒、下锥斗4个主要部分组成，塔头侧面开有热风口， 塔筒中下部设有主塔输送风道，下锥斗大端与塔筒相连接，小端连接冷却横管。预制的玉米浆料过筛后由送料喷头雾化并喷洒至玉米粉料喷浆干燥设备主塔塔头内，由风机输送的热风将雾状浆料进行烘干，烘干后玉米粉料在重力的作用下进入到下锥斗，干燥的玉米粉料在旋转气流的作用下不断旋转，不能够及时从出料口输出。由于玉米浆料烘干设备体型庞大，在干燥作业中测量即燥参数非常不便，下锥斗壁上堆积的粘结块和不断旋转的粉料，在热风的作用下，极易糊化。

本文设计一种应用在玉米浆料烘干设备下锥斗，可根据塔内温度自动调节冷风口的开合，进而调节冷风的进入量，使塔内温度保持在合适的范围内，保证玉米粉料既能很好地烘干，又能在生产中不熟化，不糊化，提高了玉米粉料的生产率，确保了玉米面粉产品的质量。

1 整体结构及工作原理

下锥斗主要由锥斗、震动气锤、冷风口、温度传感器、出料口组成，结构如图1所示。

1.锥斗；2.震动气锤；3.冷风口；4.温度传感器；5.出料口图1 下锥斗结构示意图

工作时，雾化后的浆料在干燥设备的主体腔体混合完成浆料的烘干，烘干后的玉米粉料，在重力与热风的共同作用下，下降至下锥斗，下锥斗内壁装有温度传感器，通过温度传感器监测下锥斗内温度的变化，根据下锥斗内温度变化通过驱动马达带动冷风口调节板作往复运动，从而调节冷风口开口缝隙的大小，以实现下锥斗内温度可控，保证了玉米粉料质量和烘干作业生产安全；下锥斗外侧装有震动气锤，将附着在下锥斗内壁的粉料振落，烘干的玉米粉料落至出料口。

2 关键零部件设计

2.1 冷风口

粮食烘干过程中要防止温度超调, 传统控制系统在粮食烘干过程中, 如果温度超调, 只能停止热风机的运行, 进行自然冷却降低温度[2]。目前，玉米喷浆烘干设备常用的下料锥斗多采用C型冷风口，结构如图2所示，其开口大小L为固定值，进风量不可调整，当腔室内温度过高时，因无法调大冷风量，常采用停止热风的方法来降温，这种方法降温速度可控性差，容易造成腔室内温度高低变化较大，极易影响玉米粉质量。另外，不可调节的C型冷风口，因开口固定不可动，容易堵塞，通风效果较差。

1.C型冷风口图2 C型冷风口结构示意图

本文设计的下锥斗上分布多个可调节冷风口，位置关系如图3所示。在送料风机负压的作用下，通过调节冷风口开合的大小，进而调节冷风进风量，来实现下锥斗内温度的调节，防止玉米粉料熟化、糊化。

1.可调节冷风口；2.下锥斗图3 可调节冷风口位置示意图

冷风口主要由冷风口调节板、冷风口调节板转轴、驱动轴座、转轴座、冷风口调节板驱动轴、驱动马达等组成，具体结构如图4所示。

安装在下锥斗内壁的温度传感器监测下锥斗内温度变化，当腔内温度高于设定温度时，驱动马达开始工作，带动驱动摆臂，驱动摆臂拉动驱动连杆，使冷风口调节板绕调节板转轴转动，此时调节板与塔壁的开口变大，冷风进风量变大；当腔内温度低于设定温度时，驱动马达带动驱动摆臂反向运动，从而调节冷风口开口缝隙变小，随之冷风进入量变小，进而实现下锥斗内温度可控。其优点在于可以自动控制冷风口开口大小，以实现下锥斗内温度可控，保证了产品质量和生产安全。同时，可以绕转轴转动的冷风口调节板，开合大小的变化使通过冷风口的风形成干扰气流，阻止未干透的粉体粘到下锥斗内壁上，另一方面能够促进粉体的进一步干燥。

2.2 震动气锤

在主塔内由热风烘干的玉米粉料，在重力的作用下落至下锥斗，下锥斗的外形为漏斗状，倾斜的内壁极易附着堆积玉米粉料。在下锥斗外壁上安装的震动气锤，工作产生震动，使部分粘结在下锥斗内壁的粉料落向塔下方的出料口，既能避免粉料的堆积对冷风口的堵塞，又能防止粘结在下锥斗内壁的粉料因腔内的高温糊化起火。

3 对比试验

玉米浆料烘干设备下锥斗作为玉米粉料冷却、集粉的腔室，本文设计的带有可自动控制的冷风口的下锥斗，与传统的C型冷风口下锥斗相比，具有进风量大小可调，进而实现下锥斗内温度可控的特点。在装有不同冷风口的两台烘干设备上进行对比试验，测定不同玉米粉料的特性。根据玉米粉料干燥设备的制备原理, 对比本文设计的下锥斗与传统下锥斗对塔腔内温度的控制效果，测试不同温度对玉米面粉品质的影响。

1.冷风口调节板；2.冷风口调节板转轴；3.驱动轴座；4.转轴座；5.冷风口调节板驱动轴；6.驱动马达；7.驱动连杆；8.驱动摆臂图4 冷风口结构示意图

3.1 材料和仪器设备

将玉米粒与玉米碴混合物(玉米粒含量≤30%)，在温水中浸泡24～72 h，充分吸水的玉米碴混合物经磨浆机磨浆、筛分机筛分，筛分后的面浆100目以上，面浆加水调和成浓度在35%～40%的浆料。仪器设备为Brabender型黏度糊化仪、电子分析天平、电热鼓风干燥箱。

干燥条件为进风温度200～360 ℃，排风温度60～70 ℃。

3.2 结果与分析

喷雾干燥的玉米粉中蛋白质和淀粉含量都较低, 但还原糖含量很高, 同时具有较强的黏度与水合能力, 并且产品呈细腻的粉末状，产品具有类似小麦面粉的特性, 同时由于其抗回生性能优于小麦面粉，不同温度条件下，测试玉米面粉的品质指标见表1。

表1 不同温度对玉米面粉应用品质指标的影响

可以看出，玉米浆料烘干设备，温度过高，玉米面粉品质指标呈下降趋势。固定C型冷风口因其开口不可调节，无法适时对腔内温度进行控制，过高或过低的温度，均影响玉米粉的品质。相比较，本文设计的玉米喷粉下锥斗，温度可便捷控制，能更好地保证玉米粉的品质。

4 结论

采用干燥法制备的玉米面粉，以其良好的食用口感和丰富的适用面食种类，在市场中比较受消费者的喜爱，干燥设备的性能直接影响玉米面粉的品质，针对玉米粉料烘干时存在的熟化、糊化问题，结合玉米粉工业化生产加工使用的实际需求，研究设计了一种玉米浆料烘干设备下锥斗，该装置设有自动可调节的冷风口，通过传感器对下锥斗内的温度进行监测，根据温度来自动调整冷风口开合大小，既能保证烘干效果，又能有效防止糊化，简便易行。同时能改进玉米面粉的品质，力求达到与小麦面粉类似性质及口感, 使其成为制作面食品的重要原料。带有可调节冷风口下锥斗的成功研制，很好地解决了玉米浆料烘干设备在制备玉米面粉的过程中，因温度控制调节的不及时对玉米粉品质产生的影响，大幅度提高了玉米浆料烘干设备的技术水平。另外，本文设计的下锥斗，结构简单，控制方便，使用维修成本低，除玉米喷粉设备外，还可广泛应用在其他粉料干燥设备中，能明显提高干燥设备的生产效率，为玉米粉料加工机械化提供了有力的技术支撑。

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