曲块粉碎及酒醅出池机械化设备研制

摘要

白酒产业是我国重要的传统民族产业之一，传统酿造工艺是固体发酵蒸馏法。固体发酵蒸馏法造就了中国白酒的独特风味，但也导致中国白酒机械化酿造困难重重。我国白酒产业是一个相对脆弱的产业，白酒机械化酿造是中国白酒产业长期发展的必由之路;曲块粉碎与酒醅出池的机械化操作是其中的难点与重点。现阶段，酒厂块状酒曲粉碎主要是采用通用破碎机，单级粉碎比大，粉尘污染严重;酒醅出池主要依靠人工装卸或半机械设备，效率低，影响酒醅品质。因此，针对块状酒曲粉碎研制了酒曲粉碎机，针对酒醅出池设计了自走式酒醅出池机。
　　本文首先对块状酒曲的力学特性进行了试验研究，运用WDW-5E型微机控制电子式万能试验机对平板曲、包包曲进行了压缩、弯曲、剪切试验，测得块状酒曲的抗压强度、抗压弹性模量、抗弯强度、抗弯弹性模量、剪切强度等力学特性参数。试验研究表明:平板曲的抗压强度是(2.15±0.19) MPa，抗压弹性模量为(61.68±6.89) MPa，抗弯强度为(0.97±0.12) MPa，抗弯弹性模量为(11.66±1.53) MPa，剪切强度为(0.109±0.007)MPa;包包曲的抗压强度为(1.20±0.13) MPa，抗压弹性模量为(31.12±3.96) MPa，抗弯强度为(0.58±0.08) MPa，抗弯弹性模量为(14.95±2.37) MPa，剪切强度为(0.305±0.115) MPa;包包曲的力学特性参数显著低于平板曲的力学特性参数（P＜0.01），但包包曲抗弯弹性模量、剪切强度显著高于平板曲的抗弯弹性模量、剪切强度（P＜0.01）;平板曲、包包曲的抗压强度、抗压弹性模量显著高于弯曲、剪切的力学特性参数(P＜0.01)，酒曲粉碎机的对辊式破碎机构破碎力应以压缩载荷作用为主。
　　结合曲块粉碎、酒醅出池工艺对机械化设备的设计要求，根据酒曲粉碎机、自走式酒醅出池机的各自功用和技术要求，运用SolidWorks建立三维虚拟样机模型，进行系统研究与设计，包括工作原理、整机方案设计、各机构的结构及参数设计等。经过资料查询与理论计算分析，确定关键参数:酒曲粉碎机生产率为2t/h，根据经验公式计算，转子转速是3000 r/min，快磨辊轴转速是37.5 r/min，慢磨辊转速是26.5 r/min;为减小酒曲粉碎机的单级粉碎比，采用二级粉碎的工艺;刮板输送机构与螺旋收拢机构的生产率相同，选取传动比是1∶4。通过计算及资料查询初步确定转子主轴、磨辊轴等传动轴选用45号钢及其各自尺寸，并利用SolidWorks Simulation对转子主轴、磨辊轴、转子销轴进行有限元分析，得到转子主轴的最大应力、最大变形、损坏百分比、生命周期数分别是106.194MPa、0.1081mm、10、1000000，磨辊轴的最大应力、最大变形、损坏百分比、生命周期数分别是25.125MPa、0.00592mm、1、1000000，转子销轴的最大应力、最大变形分别是193.32MPa、0.003733mm，分析表明，转子主轴、磨辊轴、转子销轴强度和刚度满足设计要求，选材合理。气力输送装置、集料及除尘装置完成成品固体颗粒的输送、分离、收集、除尘工作;利用Gambit、Fluent等软件对旋风分离器内气固两相流进行流场分析，研究其内部气相流场分布与固体颗粒运动轨迹，确定气固分离的过程;分析结果表明，旋风分离器的分离效率满足要求，可以完成酒曲固体颗粒的输送、分离和除尘工作。自走式酒醅出池机主要由螺旋收拢机构、刮板输送机构、分层出醅倾角调节装置及行走装置等部分组成。最后通过酒曲粉碎机样机试制、曲块粉碎试验、观察曲块粉碎的实际效果，并对旋风分离器的分离效率、成品酒曲颗粒的粒度分布等基本特性进行测定，验证结构设计的合理性;结果表明酒曲粉碎机样机工作性能良好，稳定可靠，可实现2t/h的生产率，可减小粉尘污染。

目录

声明

摘要

1 引言

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 本课题的研究目标

1．4 本课题的研究内容

1．5 本课题的研究方法

1．6 技术路线

1．7 小结

2 块状酒曲力学特性试验

2．1 研究的目的和意义

2．2 块状酒曲力学特性试验

2．2．1 试验材料

2．2．2 试验设备

2．2．3 试样制备

2．2．4 试验方法

2．2．5 试验结果与分析

2．3 小结

3 酒曲粉碎机的整体方案的设计

3．1 酒曲粉碎机的设计要求

3．2 酒曲粉碎机三维设计整体方案

3．3 主要零部件设计、参数选择及选型

3．3．1 整机尺寸

3．3．2 设计生产率

3．3．3 锤片式粉碎机构参数选择

3．3．4 对辊式破碎机构参数选择

3．3．5 风机选型

3．3．6 旋风分离器选型

3．3．7 三相异步电机选型

3．3．8 减速器选型

3．3．9 链传动、带传动设计

3．4 酒曲粉碎机各机构结构及功能分析

3．4．1 粉碎机构

3．4．2 气力输送装置

3．4．3 集料及除尘装置

3．4．4 传动路线

3．4．5 机架

3．5 块状酒曲粉碎工作过程

3．6 小结

4．酒曲粉碎机关键部件的仿真与分析

4．1 酒曲粉碎机传动轴强度校核

4．1．1 对辊式破碎机构磨辊轴强度校核

4．1．2 锤片式粉碎机构转子主轴强度校核

4．2 锤片式粉碎机构转子销轴强度校核

4．3 旋风分离器内气固两相流的流场分析

4．3．1 GAMBIT实体建模及网格划分

4．3．2 计算模型的选择

4．3．3 FLUENT边界条件设置

4．3．4 CFD模型计算及残差收敛标准的设置

4．3．5 仿真模拟结果的分析讨论

4．4 小结

5 酒曲粉碎机试制及样机试验

5．1 酒曲粉碎机样机试制

5．1．1 对辊式破碎机构

5．1．2 锤片式粉碎机构

5．1．3 气力输送装置、集料及除尘装置

5．1．4 电气控制装置

5．2 酒曲粉碎机样机试验

5．2．1 酒曲粉碎机样机粉碎块状酒曲试验

5．2．2 样机块状酒曲粉碎过程中出现问题及改进措施

5．2．3 成品酒曲固体颗粒物理参数测量

5．2．4 旋风分离器分离效率测定

5．3 小结

6 自走式酒醅出池机整体设计方案

6．1 自走式酒醅出池机设计要求

6．2 自走式酒醅出池机三维设计整体方案

6．3 自走式酒醅出池机主要零部件设计、参数选择及选型

6．3．1 适用发酵池形状

6．3．2 整体尺寸确定

6．3．3 刮板输送机构与螺旋收拢机构传动比计算

6．4 自走式酒醅出池机各机构结构及功能分析

6．4．1 刮板输送机构

6．4．2 螺旋收拢机构

6．4．3 行走机构

6．4．4 分层出醅倾角调节机构

6．4．5 动力驱动机构

6．4．6 传动路线

6．5 酒醅机械化出池过程

6．6 小结

7 结论与建议

7．1 结论

7．2 创新点

7．3 建议

参考文献

致谢

硕士期间发表论文情况