茶叶烘干机本体结构设计
1 选题背景及其意义
随着现代生产的发展和技术水平的提高，对茶叶加工质量有了更高的要求，对工作环境、自动化程度等方面也有了更高的要求，这种机型不论在结构上还是在控制上，性能标准上都需要改进。
茶叶烘干是利用热空气作为介质来进行的。首先是叶子内部的水分向叶表扩散，再自叶表逸出向其周围介质扩散。当空气中的水蒸气分压小于被烘干茶叶表面水蒸气压时，茶叶中的水分不断向叶表面扩散，并逸出叶表到达周围的介质中。烘干机烘干茶叶是利用流动的热空气来进行的，因为温度的提高，能使热空气的饱和湿度相应提高，含湿能力增大。
农特产品的加工水平是提升其产量和质量的重要一环，加工质量和效率的提高不仅减少了农特产品的浪费，而且使农特产品的口感得到消费者的认可，促进了农特产品的发展。烘干作为农特产品加工的最后环节，其重要性不言而喻。全国各个地区农特产品的需求量较大，加之烘干是农特产品必不可少的环节，因此仅仅依靠传统的晒干方式难以满足大量的烘干需求。基于此，烘干机的出现大大改善了传统烘干方式的低效。近些年，烘干业受到了各方的重视，从政府的大力扶持农业机械到国内高校和企业纷纷加入烘干机的开发、研究以及生产中，都传达了国家振兴烘干加工行业的讯息。烘干机在全国各地的普及率越来越高，农民可选择的烘干机产品范围增大，烘干方式趋于多样化，真正实现了农村生产加工机械化，走上了一条靠机械加工致富的道路。
2 文献综述（国内外研究现状与发展趋势）
国内研究现状：目前，随着农村劳动力的转移，从事农业生产的人数不断减少，而农特产品的种植规模却不断扩大，动辄几百亩甚至上千亩的生产大户不断涌现，因此烘干机等农业机械在农村的普及率逐年增长。国内烘干行业虽然起步晚，基础薄弱，但发展速度较快。伴随着工农业和科学技术水平的不断提高，烘干行业也出现了较好的发展态势，烘干设备在市场上的占有量逐步增大。近些年，国内烘干机的增长态势非常稳定:从08年到10年期间，我国企业烘干机的拥有量以较快速度增长，特色农特产品的生产效率逐步提高，从而避免了浪费，为国家节约了大量资源。
虽然近年来我国烘干行业呈现良好的发展趋势，但由于国内烘干机械化起步晚，底子薄，加之科技发展水平的差异，与世界发达国家相比，仍存在一些问题。主要表现在以下六个方面:
(1)大部分烘干设备所能烘干的农特产品品种比较单一。比如茶叶烘干机只能烘干茶叶一种农特产品。
(2)烘干设备的自动化水平不高，农特产品烘干的效率偏低。比如国内各地区特色农特产品的机械化加工水平较低。
(3)烘干机的占地面积较大。比如传统的隧道式烘干机占地面积较大，不便于维修和运输。
(4)生产烘干设备的厂家数量虽然很多但规模都较小。由于技术落后和质量保证不够导致可靠性差，并且其中很多是复制发达国家的产品，缺乏创新点。
(5)企业生产烘干机的技术薄弱，并且在设备的智能化和自动化控制水平的方面投入较少。
(6)我国很多烘干设备以电和煤作为燃料。电能的使用会造成电网负荷过大，难以承受。煤不仅造成环境污染，而且能源的损耗大、成本高。
当然，伴随着我国工业技术的进步，烘干行业的水平得到大幅提高，烘干机的技术含量越来越高，烘干方式也越来越多，例如热风烘干机、远红外烘干机、微波烘干机等，另外烘干机的技术进步和质量提高使其出口前景出现利好的局面。并且据相关数据分析，我国烘干技术的进步和产品自身可靠性的提高会使本国烘干设备的出口量得到较快提升。在国际的烘干机市场上，我们也拥有了自己的一片天地，逐步缩小我国与世界发达国家在烘干机制造水平上的差距。
国外研究现状：20世纪40年代初，一些农业机械化程度较高的国家己经开始烘干技术的研究，在这70年的发展过程中，主要经历了3个阶段[f}} 8l。从5060年代的烘干机械化，6070年代的烘干自动化再到7080年代逐渐向高效、节能、优质、自动控制方向发展，并且持续的研究开发新能源、新工艺、新机型，提高烘干质量。
国外发达国家中，美国、加拿大、俄罗斯等国家的烘干机普及率很高，烘干方式的选择也很多，但以高温烘干的方式较为普遍，较多地采用“混合烘干工艺”，用以加热的燃料主要是煤油和柴油。在亚洲农业机械化水平较高的国家是我们的邻国日本。由于地域的限制，所以其主要的烘干机型为中、小型的固定床式及循环式设备。日本发展烘干机的时间较早，有着较为完善的控制系统和烘干工艺，以及对烘干农特产品质量的要求较高。其研制的烘干机不仅具有烘干成本低，性能可靠，工作稳定的优点，而且其控制系统完全由电脑进行控制，因此有较高自动化程度。煤油是其主要的加热燃料，当然还有其他燃料，例如稻壳。
当前，西方发达国家和新兴工业化地区的农特产品在烘干中基本实现了机械化，烘干设备的设计与生产也日益完善。
国外一些发达国家的烘干机的发展是相对完善的，但也存在一些缺点，比如美国、加拿大、丹麦等国家，其烘干机械主要是针对于玉米和小麦的烘干，这势必造成烘干目的单一。本课题所设计的烘干机可以对多种农特产品进行烘干作业，达到了一机多用的目的。
发展趋势：在当今世界能源越来越紧张、环境污染压力日益增大的背景下，烘干机的节能减排作用显得日益突出。另外从世界发达国家对烘干机的研究现状分析，其主要的研究方向将朝着节能减排的方向发展。本设计基于国内外现状，主要从机械结构改进和能源利用方式的转变上提高烘干机的节能减排性能。
3 研究内容
3.1茶叶烘干机的工作原理
烘干过程需要消耗大量热能，为了节省能量，某些湿含量高的茶叶、含有固体物质的悬浮液或溶液一般先经机械脱水或加热蒸发，再在茶叶烘干机内烘干，以得到干的固体。
在烘干过程中需要同时完成热量和质量(湿分)的传递，保证茶叶表面湿分蒸汽分压(浓度)高于外部空间中的湿分蒸汽分压，保证热源温度高于茶叶温度。
热量从高温热源以各种方式传递给湿茶叶，使茶叶表面湿分汽化并逸散到外部空间，从而在茶叶表面和内部出现湿含量的差别。内部湿分向表面扩散并汽化，使茶叶湿含量不断降低，逐步完成茶叶整体的烘干。
茶叶的烘干速率取决于表面汽化速率和内部湿分的扩散速率。通常烘干前期的烘干速率受表面汽化速率控制；而后，只要烘干的外部条件不变，茶叶的烘干速率和表面温度即保持稳定，这个阶段称为恒速烘干阶段；当茶叶湿含量降低到某一程度，内部湿分向表面的扩散速率降低，并小于表面汽化速率时，烘干速率即主要由内部扩散速率决定，并随湿含量的降低而不断降低，这个阶段称为降速烘干阶段。
3.2茶叶烘干机主体结构组成
箱体、传动系统、上叶输送装置、热风输送系统、热风炉等部分组成。
3.3茶叶烘干机主体结构设计
茶叶烘干机筒主要由烘干主体、提料叶片、进料箱、出料箱、驱动装置等组成。烘干主体采用整体焊接、最佳长径比和外附保温层等技术措施，内部导料装置经特殊设计，保证最佳的燃烧空间;采用摩擦轮驱动方式，选用德国Benninghoven燃烧器，具有高智能节油功能和超强调节范围，从而保证不同含水量石料充分烘干。目前，烘干筒均采用旋转的长圆柱主体结构，由耐热的锅炉钢板卷制焊接而成。其外壁前后装有两个支撑大滚轮，大滚轮通过拖轮支撑在底架上。两个滚筒之间安装一个驱动齿轮驱动方式在小型及早期设备中应用较多。煤泥烘干机中型以上设备多以链条驱动代替齿轮驱动，其结构筒单，制造、安装方便。对于大型设备一般都采用摩擦驱动，4个拖轮均以主动轮：为增加驱动力，有的机型还在拖轮上贴附橡胶。
茶叶烘干机设备筒主要是由烘干主体、进出料箱和驱动系统组成。烘干主体是烘干系统中较关键的部件， 烘干设备各公司均有自己的技术决窍，但结果确不一样。国内外相关文献表明，德国Benninghoven的烘干筒效果较好，因它的烘干筒末端的放气温度在110℃—130℃之问，热效率较高，进布袋除尘器的温度又达到了布袋的要求。这也是烘干筒使用中的理想排气温度。
4 研究方案
4.1主体结构的设计：
主体部分包括主体和内部装置，主体是卧式回转圆筒，内部装置是扬料板。在主体的进料端,为防止倒料,装有挡料圈和导料板。在主体的热端,为了保护主体,装有耐热护口板。
内部扬料装置的作用是改善茶叶在烘干机主体内的运动状态,增大茶叶和气的接触面积以及增加主体内的热交换能力,加快茶叶的烘干速度。
2、合理选用扬料板
进行主体部分的设计，主要是扬料板结构的设计选择。为了使茶叶均匀分布在转筒截面上的各个部分与烘干介质良好的接触，在主体内装置扬料板。扬料板的种类有一下几种：
（1）升举式扬料板：适用于大块茶叶或易黏结在筒壁上的茶叶。
（2）四格式扬料板：适用于密度大，不脆的或不易分散的茶叶。该扬料板将圆通分四个格，呈互不相通的扇状作业室，茶叶与热气体的接触面比升举式扬料板大，并且又能增加茶叶的充填率及降低茶叶的降落高度而减少粉尘量损失等优点。
（3）十字形或架形扬料板：适用于较脆及易分散的小块茶叶，使其茶叶能均匀地分散在主体的整个截面上。
（4）套筒式扬料板：为复式传热（或称半径传热）转筒烘干机的扬料板。
（5）（分格式（扇形）扬料板适用于颗粒很细而易引起粉末飞扬的茶叶。茶叶以给入就堆积在格板上，当主体回转时，茶叶被翻动并不断与热气体接触，同时又因茶叶降低高度的降低，减少了烘干茶叶被气体带走的可能性。
5 进度计划
1、熟悉现有资料，进行调研，对课题进行分析； 2周
2、茶叶烘干机总体结构方案分析； 2周
3、茶叶烘干机上叶传输装置、热风输送系统和热风炉计算； 6周
4、茶叶烘干机箱体、传动系统结构设计与计算； 2周
5、茶叶烘干机重要零部件设计与计算； 2周
6、撰写设计说明书并定稿，准备答辩。 1周
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