豆类磨粉机设计【SolidWorks+CAD+说明书+PPT】.rar

豆类磨粉机设计汇报人：陈文熙时间：2024.指导老师：周 汉目录CONTENTS一、研究背景及意义二、研究方案三、研究内容四、结 论Part1研究背景及意义研究背景及意义由于人民对生命质量的要求日益提高，已经不仅仅是对基本食物的需求，而且对食物的营养也有了更高的要求。本试验结果显示，杂粮如干豆、燕麦、黑米、绿豆、核桃等都具有很高的营养和医药价值。大豆中含有75-80%的糖类，8%-11%的蛋白和1%的脂肪。此外，本品中还包含一些具有多种生理活性的物质，如：具有一定的抗氧化物质，与之配合使用，能够发挥出较好的健康功效。随着人民生活水平的不断改善，人们对食品的重视程度也日益增加，而大豆作为一种具有良好的养生功能的食品，受到了广大消费者的欢迎。磨细的粒度无法确保，需要反复磨制；球磨机的关键零部件磨损严重，使用寿命短，维修成本高；在自动化的发展上步伐很慢等等。因此，对大豆粉碎机进行持续的研究，提高其稳定性，减少生产费用，满足市场需求，是很有必要的。Part2研究方案研究方案磨粉机结构设计传统的豆磨需要经过几次研磨，需要人工搅拌和人工喂料，不仅生产速度慢，劳动强度大，而且人工调整碾石间距不能确保颗粒大小均一，进而影响到大豆的食用品质和食用品质。针对这一现状，研制出新一代豆磨机，该磨机使用一次一次的全自动制粉系统，提高了磨机的工作效率，确保了磨矿质量研究方案磨粉机工作机理本发明涉及一种电动推动器，它与破碎腔罩固定相连，用以提升破碎腔及破碎工具，便于对破碎室的清洗工作；破碎马达的输出轴与破碎工具相连，带动破碎刀对粗物料进行破碎；盘磨马达的输出轴驱动一对横螺纹作转动，将被磨过的材料送入盘磨机的内腔，该动盘安装在横螺杆的凸缘内，与安装在盘磨机内腔内的定研板一起进行研粉，并通过调整螺钉来调节其缝隙Part3研究内容研究内容研究内容磨粉机基本结构及控制系统设计磨盘结构设计及其内部流场数值模拟豆类磨粉机试验研究研究内容磨粉机控制系统设计 为了能够在不需要手动进行的情况下，完成一种大豆碾磨机的控制方法，首先，把豆子投入到破碎室中，由破碎马达（伺服电机）正转，驱动叶片高速转动，在破碎一段时间之后，将磨盘的缝隙调整电动机（步进电动机），将磨盘的进给和抽出，直至达到一个设置的磨粉间距，这时，由伺服电机反向驱动，驱动纵向螺纹进行纵向输送，这时，盘磨马达（感应电动机）驱动横向螺纹快速转动，并驱动磨盘高速转动，完成盘磨机的侧向进给与盘磨机的结合，使物料在离心力和重力的影响下，从两个圆盘之间的缝隙中脱离出来，从而获得预期的粉体研究内容磨粉机的自动控制 步进电动机是一种基于开环的电动机，它可以根据每个输入的脉冲数目来进行一次步距角的旋转。装有步进电动机的作用是调整动盘与定磨盘间的缝隙。磨粉的厚度由碾石的间距所确定，为了得到同样厚度的粉粒，需确保每一次调整后的碾石间距都是一样的。对于不同厚度的粉体，可适当增加或缩小研磨片间距。随着缝隙的缩小，粉体的粒度也随之减小。采用步进电动机，可实现对磨石间隙的准确调整。步进电动机的旋转精度是调整研磨盘间隙的关键。研究内容盘式磨粉原理物料通过横向螺旋6从定磨盘1的中心进入动定两磨盘的间隙，在动磨盘2的高速旋转带动作用下，物料被移动的定磨石的磨齿的剪切、摩擦和挤压，使圆盘被磨碎，然后在离心力和重力的影响下，从磨石的缝隙中被抛出，研究内容磨盘内部制粉流场的分布情况为进一步观察磨盘内部制粉流场的分布总体趋势，在动磨盘转速为1420 r/min，喂料数度为0.6 kg/min的工况下，对制粉流场进行数值模拟，以质量入口环面为起点，压力出口环面为终点生成磨盘内部制粉流场速度矢量图研究内容动磨盘磨齿表面剪应力分布情况从两图中可以看出，磨盘剪应力值沿径向逐渐增大，这是因为动定两磨盘呈楔形结构，越到出口端，两磨盘间隙越小，动压力越大，同时，磨齿受到的磨粉阻力越大，所以越到出口端，磨齿对物料的剪切作用越明显。研究内容样机试制投入的豆类经刀片粉碎后，通过螺旋输送最终进入盘磨机构，动磨盘固定在横向螺旋的法兰内侧，与固定在盘磨腔内侧的定磨盘配合磨粉，物料受到动定磨盘磨齿的剪切、摩擦和挤压，从而盘磨成细粉，并在离心力及重力的作用下从磨盘间隙中飞出。研究内容关键性能参数试验试验样本来自常见的豆类，每次取大豆250克，黑小豆250克，核桃250克，红小豆250克。所用的仪表包括一套标准筛，三相四线式电表（功率准确度0.01瓦），以及一台电子微秤（精确度为0.1克）。本试验设定粉碎转速的三个水平值分别为：1000 r/min、1250 r/min、1500 r/min；粉碎时间的三个水平值分别为：10 s、20 s、30 s。研究内容试验设计及参数优化Part4结 论创新之处创新之处：（1）采用“粉碎-盘磨”的制粉流程，对新型豆类磨粉机进行结构设计，采用人机交互界面，利用触摸屏技术，PLC控制技术对豆类盘式磨粉机进行自动化控制。实现一次性自动磨粉。（2）通过研究磨齿表面剪应力分布情况，发现磨盘边缘处剪应力较大，而两磨盘间隙决定着磨粉质量，所以需采用表面处理，进行边缘处的表面强化来提高强度，减少磨损量。（3）盘磨磨粉部分，动磨盘固定于横向螺旋法兰的左端面上，实现送料盘磨一体化操作。（4）磨盘间隙具有定量调节功能，一旦给定磨盘间隙，每次磨粉时的磨盘间隙将保持不变，保证了粉体粒度的均匀性。结 论结 论：（1）采用“粉碎-盘磨”的制粉流程，对新型豆类磨粉机进行结构设计，采用人机交互界面，利用触摸屏技术，PLC控制技术对豆类盘式磨粉机进行自动化控制。实现一次性自动磨粉。（2）根据盘式磨粉原理，磨盘采用直齿型、六个扇块分区、两个圆环分区（粗磨区和精磨区）的设计方案。（3）以大豆为研究对象，以粉碎速度、粉碎时间、碾缝等为主要参数，构建大豆颗粒质量合格率与电耗的数学模型，以这些参数对能耗的作用次序为序，得出大豆颗粒质量合格率与电耗的回归公式。演示完毕，请多指教！豆类磨粉机设计汇报人：陈文熙时间：2023.10.31指导老师：周汉目录CONTENTS一、选题的目的、意义和课题的理论依据二、国内外研究概况、研究内容和研究方法、步骤及进度安排三、重点、难点，预期结果和成果形式四、创新之处Part1选题的目的、意义和课题的理论依据选题的目的、意义和课题的理论依据选题的目的：随着人们越来越注重生活品质，人们不再满足于温饱，更加注重饮食的健康。研究表明，干豆、燕麦、黑米、绿豆、核桃等杂粮有着非常大的营养价值和药用医学价值。在豆类食品中有高膳食纤维、低脂肪、低胆固醇等特点。同时，还含有抗氧化成分等生理活性物质，这些营养成分相互结合或协同给人体带来良好的保健作用。根据资料显示，食用豆类可以控制体重，每天豆类摄入量多的女性比摄入量少的女性平均体重减轻1.5 kg左右；II型糖尿病风险可降低21%30%；心脑血管患病风险可降低约29%；中风风险可降低30%36%；心脏病风险可降低25%28%。而研究表明，其中一个我国的重大社会问题就是这些疾病发病率的与日俱增，不仅降低了国民幸福度，还增加了经济负担，所以，推动我国豆类食品行业的发展义不容辞。选题的目的、意义和课题的理论依据选题的意义：随着生活条件的提高，人们越来越注重饮食的健康，而豆类因其营养保健功效越来越受消费者的青睐，不过，由于国内传统豆类磨粉机还存在一系列问题，例如，磨粉物料单一，基本只能粉碎一类物料；磨粉颗粒度得不到保证，需多次磨粉；磨粉机重要零部件磨损大、使用寿命短，维护费用高；自动化发展方面步履缓慢等。所以继续对豆类磨粉机展开研究，增加稳定性，降低成本，迎合市场需要，具有非常大的实际需要和现实意义。选题的目的、意义和课题的理论依据课题的理论依据：豆类食品因其营养保健功效越来越受消费者的青睐，而磨粉机是豆类磨成粉必不可少的设备。传统豆类磨粉机需多次磨粉，人工搅拌、人工送料，加工效率低，劳动强度大，而且手动调节磨盘间隙无法保证粉体粒度均匀性，从而影响磨粉的效果及豆类营养价值和口感。基于此，课题组研制出一种新型豆类自动磨粉机，采用“粉碎-盘磨”的制粉流程，解决传统磨粉机磨粉问题。论文针对新型豆类自动磨粉机的工作机理及关键零部件进行研究。Part2二、国内外研究现状、研究内容和研究重点难点、步骤及进度安排国内外研究现状、研究内容和研究重点难点、步骤及进度安排国内外研究概况：到了现代，国内磨粉技术才有了长足的发展。2021年，LQM300型干式离心自磨机被研制出来了。2020年邱益研制了一种CGM60-B锥摆式搅拌磨，由于搅拌锥周期性的偏摆，增加了对物料的挤压、摩擦和剪切，大大增加了磨粉效率。2020年，范顺利借鉴摆式磨粉机的工作原理，研制出了一台HC1700磨粉机，磨辊装置安装在直立纵向的摆轴上，利用旋转产生的离心力使磨辊和磨环紧贴在一起，并发生相对旋转运动，不断对物料进行挤压和冲击。2019年，马计海等研制出了一种PLZLM1816型杂粮磨粉机，该设备共有两个粉碎机构，上级为锥形盘式粉碎机构，下级为辊式粉碎机构，可以粉碎多种杂粮、干果和药材等。开始于十八世纪六十年代的工业革命，随着以机器取代人力的一场生产与科技革命，我们可以发现技术开始飞速向前，磨粉设备也不例外，日本开发了第一批机动的稻谷脱壳碾白的机具，德国人研制了一种两对水平安置的磨辊等，各种钢辊磨得到了极大改善，在19世纪得到广泛传播。20世纪末21世纪初，法国学者建立了SEL理论与磨片齿形设计的联系。在盘式磨粉机功耗方面，2019年国外学JE Berg等从微观力学来分析其中纤维的破裂所需能量。国内外研究现状、研究内容和研究重点难点、步骤及进度安排keyword0202010103030404磨粉机基本结构及控制系统设计粉碎流场数值模拟及参数优化豆类磨粉机试验研究磨盘结构设计及其内部流场数值模拟研究内容：国内外研究现状、研究内容和研究重点难点、步骤及进度安排研究重点难点：重点：（1）新型豆类磨粉机在原料斗内进行刀片粗料粉碎替代传统第一道磨粉工序，将传统的间断性两次磨粉变为“粉粹-盘磨”的连续磨粉工艺，无需人工干预，实现一次性自动磨粉；（2）粗料粉碎部分，粉碎刀片末端布有纵向螺旋，当顺时针旋转时，刀片粉碎物料，当逆时针旋转时，纵向螺旋实现定量往下送料；（3）盘磨磨粉部分，动磨盘固定于横向螺旋法兰的左端面上，实现送料盘磨一体化操作；（4）磨盘间隙具有定量调节功能，一旦给定磨盘间隙，每次磨粉时的磨盘间隙将保持不变，保证了粉体粒度的均匀性。国内外研究现状、研究内容和研究重点难点、步骤及进度安排研究重点难点：难点：（1）本课题在一定程度上提升了磨粉机的磨粉效果和效率，却未考虑到刀片形状、物料特性参数对物料粉碎、盘磨的影响；（2）以及磨盘耐磨性、散热性都需进一步探讨；（3）在试验中，还发现物料磨粉后存在分层现象，需加搅拌装置来解决此问题；（4）在今后磨粉设备中，我们应着力于相关问题的优化改进，促进磨粉设备的发展。国内外研究现状、研究内容和研究重点难点、步骤及进度安排进度安排：第一周 查阅相关资料；第二周 豆类磨粉机设计的可行性分析，撰写开题报告，完成开题工作；第三周 完成豆类磨粉机基本模块结构设计；第四周 完成豆类磨粉机切割运动结构设计；第五周 完成豆类磨粉机主传动部分结构设计；第六周 完成机构的尺寸参数计算及设计说明书的撰写，准备答辩；第七周 答辩；Part3预期结果和成果形式预期结果和成果形式本豆类磨粉机，借鉴传统磨粉机磨粉形式，对本课题研究对象进行创新设计，对关键零部件进行分析研究，对结构和系统参数进行优化，并加工制造出了一台磨粉设备样机。试验表明，样机对豆类有着良好的磨粉效果，对以后豆类设备的研发具有指导意义。预期结果图纸和论文成果形式Part4创新之处创新之处创新之处：（1）新型豆类磨粉机在原料斗内进行刀片粗料粉碎替代传统第一道磨粉工序，将传统的间断性两次磨粉变为“粉粹-盘磨”的连续磨粉工艺，无需人工干预，实现一次性自动磨粉。（2）粗料粉碎部分，粉碎刀片末端布有纵向螺旋，当顺时针旋转时，刀片粉碎物料，当逆时针旋转时，纵向螺旋实现定量往下送料。（3）盘磨磨粉部分，动磨盘固定于横向螺旋法兰的左端面上，实现送料盘磨一体化操作。（4）磨盘间隙具有定量调节功能，一旦给定磨盘间隙，每次磨粉时的磨盘间隙将保持不变，保证了粉体粒度的均匀性。参考文献1包士雷,王建,孙永升.国内粉体工程行业的现状与发展J.中国粉体工业,2020(4):9-12.2Kuto T,Golob T,Ka M,et al.Dietary fibre content of dry and processed beansJ.Food Chemistry,2018:231-235.3曹娅,冯云龙,王强,等.谷物食品对于人体健康的影响J.食品界,2021(4):44-46.4张强.全谷物食品对人体健康最重要的营养健康因子研究J.食品安全导刊,2021(12):49-50.5Javed M.M,Zahoor S,Shafaat S,et al.Wheat bran as a brown gold:nutritious value and its biotechnological applications.African Journal of Microbiology ResearchJ.2019(4):724-733.6邱心志.来自谷物的益处J.心血管病防治知识(科普版),2020(5):45-46.7Pradeep P.M,Dharmaraj U,Sathyendra Rao B.V,et al.Formulation and nutritional evaluation of multigrain ready-to-eat snack mix from minor cerealsJ.Journal of Food Science&Techno-log,2021(12):3812-3820.8Rajiv J,Soumya C.Chemical,rheological and nutritional qualities of sugar snap cookies as influenced by the addition of multigrainJ.Journal of Food Measurement&Characteriza-tion,2019(2):135-142.9谭斌,谭洪卓,张晖.杂粮加工与杂粮加工技术的现状与发展J.粮食与食品工业,2020(5):6-10.10梁海霞,刘会杰,刘素山,等.我国磨粉机制造业的现状及发展J.粮食加工,2021(1):56-57.11徐宏彤,庞建强.一种新型双磨盘式磨粉机的研究J.甘肃科技,2022(9):63-64.12张玉荣,高佳敏,周显青.谷物磨粉工艺对其淀粉损伤及特性影响研究进展J.中国粮油学报,2021(3):135-140.13武文斌,周淑娟,王帅强,等.世界磨粉技术的发展历史.粮食与饲料业,2019(1):8-11.14马计海,刘素山,刘会杰,等.PLZLM1816型杂粮磨粉机简介J.现代面粉工业,2019(05):10-11.15王娜,赵俊凯,李孟红.磨粉机磨辊及其力学特性研究进展J.粮食加工,2021(01):55-58.附录：参考文献演示完毕，请多指教！ 本科生毕业论文（设计）(2024 届)题 目：豆类磨粉机设计 题 目：豆类磨粉机设计 学 院：机电学院 学 院：机电学院 专 业：机械设计制造及自动化 专 业：机械设计制造及自动化 班 级：22 级自动化专升本二班 班 级：22 级自动化专升本二班 学生姓名：陈文熙 学号：2022014020105 学生姓名：陈文熙 学号：2022014020105 指导教师：周汉 职称：副教授 指导教师：周汉 职称：副教授 完成时间：2024 年 4 月 12 日完成时间：2024 年 4 月 12 日 本科生毕业论文（设计）诚信声明本科生毕业论文（设计）诚信声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计）是本人在导师的指导下取得的成果，论文（设计）写作严格遵循学术规范。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人对所写的内容负责，如有违规行为发生，自愿承担一切责任。毕业论文（设计）作者签名：陈文熙 日期：年 月 日 本科生毕业论文（设计）使用授权声明本科生毕业论文（设计）使用授权声明本人完全了解学校有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，同意海南科技职业大学保留并向有关部门或机构送交毕业论文（设计）的书面版和电子版，允许毕业论文（设计）被查阅和借阅。本人授权海南科技职业大学将本设计（论文）的全部或部分内容网上公开或编入有关数据库进行检索，可以釆用影印、缩印或扫描等方式保存和汇编本设计（论文）。对于保密毕业论文（设计），按保密的有关规定和程序处理。毕业论文（设计）作者签名：陈文熙 指导教师签名：周汉日期：年 月 日 日期：年 月 日 II摘 要摘 要豆类食品由于具有良好的营养和健康功能，目前已成为人们喜爱的一种食物。传统的豆磨需要经过几次研磨，需要人工搅拌和人工喂入，不仅生产速度慢，劳动强度大，而且人工调整碾石间距不能确保颗粒大小均一，进而影响到大豆的食用品质和食用品质。针对这一现状，项目组研发了一种新型的菜豆全自动碾磨机，采用“粉碎-盘磨”的制粉流程，解决传统磨粉机磨粉问题。论文针对新型豆类自动磨粉机的工作机理及关键零部件进行研究，并进行了参数优化。具体研究内容包括：（1）研究了磨机的基本构造和控制方案。针对豆科植物对面粉的要求，研究和分析了一种新型豆科植物碾磨机的结构和工作原理。采用人机交互界面，利用触摸屏技术、PLC 控制技术实现自动磨粉控制，并选取了关键零部件的结构和参数进行优化研究。（2）磨盘结构设计及其内部流场数值模拟。在此基础上，利用 Fluent 流体力学分析技术，开展研磨过程中研磨过程中的流动规律、研磨速率对研磨过程中流体流动的作用机理、研磨过程中磨齿面剪切力的变化规律等关键科学问题的研究。（3）豆类磨粉机试验研究。本项目以大豆为研究对象，以大豆为研究对象，以粉碎速度、粉碎时间、碾磨间隙等为主要指标，以颗粒级配比及能耗为指标，构建大豆颗粒级配的数理模型，采用 Design-Expert 软件对实验数据进行分析与处理，通过回归分析和响应曲面分析，确定各因素的主次关系，并进行参数优化。关键词：关键词：粉碎-盘磨；自动磨粉控制；参数优化IIIAbstractBeans are increasingly favored by consumers for their nutritional and health benefits,and a grinder is an essential equipment for grinding beans into powder.Traditional bean grinders require multiple rounds of grinding,manual stirring,and feeding,resulting in low processing efficiency and high labor intensity.Additionally,manually adjusting the gap between the grinding discs cannot guarantee the uniformity of powder particle size,which affects the grinding effect,nutritional value,and taste of beans.Based on this,the research group has developed a new type of automatic bean milling machine,which adopts a crushing disc grinding powder making process to solve the problem of traditional milling machines.The paper focuses on the working mechanism and key components of a new type of automatic bean milling machine,and optimizes the parameters.The specific research content includes:(1)Basic structure and control system design of grinding machine.Research and analyze the basic structure and working mechanism of a new type of bean milling machine based on the grinding needs of beans.Adopting a human-computer interaction interface,using touch screen technology and PLC control technology to achieve automatic grinding control,and selecting the structure and parameters of key components for optimization research.(2)Design of grinding disc structure and numerical simulation of internal flow field.Based on the theory and method of grinding disc design,the structural parameters of the grinding disc are theoretically designed.Fluent software is used to numerically simulate the internal powder making flow field of the grinding disc,exploring the distribution of the flow field,the influence of feeding speed on the pressure distribution of the flow field,and the distribution of shear stress on the surface of the grinding teeth of the moving grinding disc.(3)Experimental research on bean milling machine.Experiments were conducted on a new type of bean grinder,with grinding speed,grinding time,and disc clearance as influencing factors,and particle size qualification rate and power IVconsumption as objective functions.A mathematical model was established,and the experimental results were analyzed and processed using Design Expert software.Regression analysis and response surface analysis were used to determine the primary and secondary relationships of each factor,and parameter optimization was carried out.Keywords:crushing disc grinding;Automatic grinding control;parameter optimization目 录1 绪论绪论.11.1 研究目的与意义.11.2 国内外研究现状.11.3 研究内容.22 磨粉机控制系统设计磨粉机控制系统设计.32.1 磨粉机结构及工作机理.32.1.1 磨粉机结构设计.32.1.2 工作机理分析.42.2 磨粉机控制系统设计.52.2.1 控制对象及系统组成.52.2.2 磨粉机的自动控制.73 磨盘结构设计及其内部流场数值磨盘结构设计及其内部流场数值.93.1 磨盘设计理论和方法.93.1.1 盘式磨粉原理.93.1.2 磨盘的分区和齿型形状.103.2 流场数值模拟.113.2.1 数值模拟模型及参数设置.113.2.2 磨盘内部制粉流场的分布情况.113.2.3 喂料速度对流场压力分布的影响.123.2.4 动磨盘磨齿表面剪应力分布情况.134 豆类磨粉机试验研究豆类磨粉机试验研究.144.1 样机试制.144.2 关键性能参数试验.154.2.1 试验目的和材料.154.2.2 试验指标及测定方法.164.2.3 试验设计.164.2.4 参数优化.175 结论与展望结论与展望.185.1 结论.185.2 展望.19参考文献参考文献.20致谢致谢.2211 绪论1.1 研究目的与意义由于人民对生命质量的要求日益提高，已经不仅仅是对基本食物的需求，而且对食物的营养也有了更高的要求。本试验结果显示，杂粮如干豆、燕麦、黑米、绿豆、核桃等都具有很高的营养和医药价值。大豆中含有 75-80%的糖类，8%-11%的蛋白和 1%的脂肪。此外，本品中还包含一些具有多种生理活性的物质，如：具有一定的抗氧化物质，与之配合使用，能够发挥出较好的健康功效。数据表明，吃豆子有助于减肥，每天豆类摄入量多的女性比摄入量少的女性平均体重减轻1.5 kg 左右；II 型糖尿病风险可降低 21%30%；心脑血管患病风险可降低约 29%；中风风险可降低 30%36%；心脏病风险可降低 25%28%1。而研究表明，其中一个我国的重大社会问题就是这些疾病发病率的与日俱增，不仅降低了国民幸福度，还增加了经济负担，所以，推动我国豆类食品行业的发展义不容辞2。随着人民生活水平的不断改善，人们对食品的重视程度也日益增加，而大豆作为一种具有良好的养生功能的食品，受到了广大消费者的欢迎。磨细的粒度无法确保，需要反复磨制；球磨机的关键零部件磨损严重，使用寿命短，维修成本高；在自动化的发展上步伐很慢等等。因此，对大豆粉碎机进行持续的研究，提高其稳定性，减少生产费用，满足市场需求，是很有必要的。1.2 国内外研究现状直到近代，国产面粉加工工艺得到了极大的发展。在 2021 年，我们开发了LQM300 干式离心自动磨。邱益在 2020 年研发出一种新型的圆锥摆式混合磨机，该磨机的搅拌锥体具有周期摆动的特点，使其对物料的挤压、摩擦及剪切能力增强，从而大幅提高粉磨效果。2020 年，范成功根据摆轮的工作机理开发出一种HC1700 磨机，该磨机设置于垂直的纵摆轴线上，通过其转动所形成的离心力使得碾轮与磨环相互接触，实现持续的压缩与撞击3。马计海等人于 2019 年研发成功的 PLZLM1816 系列杂粮碾磨装置，其上部为圆锥盘状粉碎机构，下部为滚筒粉碎装置，适用于多种谷物、干果及药材的粉碎4。王春华于 2020 年完成了磨轮结构的优选，王娜等于 2020 年开展了磨轮机械性能研究，探索了减少磨轮2损耗的途径；黄奇鹏于 2020 年构建了磨轮磨耗的数学模型，并进行了相关因素的研究5。对于圆盘磨机的能耗，刘靖采用了基于摩擦扭矩的方法进行了分析；对于圆盘磨机的研磨轮间隙的调校，刘阳君于 2021 年度采用电液伺服系统来进行研片的间隙的调校；韩鲁冰、董继先等人针对盘磨机的流动特性进行了研究，并对其进行了数值模拟6。从十八世纪六十年代工业革命以来，伴随着一次由机械代替人工的生产和科技革命，我们可以看到，人类的科技进步很快，面粉加工也是如此，日本发明出了世界上最早的谷物脱粒机械，德国发明了两对横向排列的碾轮，这些都大大改进了钢材的使用，并在十九世纪获得了长足的发展。西蒙引进滚磨对外国面粉行业产生了重大影响，布勒创立瑞士布勒公司对面粉加工工艺的发展起到了巨大的促进作用7。自从在 1928 年克莱因和泽格瓦里首先介绍了混合碾磨机的工作原理后，美国建立了一家名为 Uinon 过程的公司。自那以后，混合磨机获得了迅速的发展，并逐步发展成一种高性能的新一代超细粉碎机。1980 年代，美国 Drais公司研制出了一种新型的高能型双螺杆旋转式混合磨，该磨料以其大流速、高转速、小尺寸等优点，且磨料分布均匀、粒径细小8。德国爱立许在 2020 年推出了 Maxx 碾磨机，该碾磨机对较大颗粒的颗粒具有良好的破碎能力。最近，德国、日本等国相继开发出了亚微米纳米级超细粉混合机，例如 SC、ZR120 离心超细粉混合机，并引起了国内外学者的高度重视。20 世纪晚期至 21 世纪初期，法国的一些研究人员将 SEL 的原理和砂轮的齿廓结构相结合起来。关于圆盘磨机的功率消耗，国际上 JE.Berg 等人于 2019 年对其进行了细观力学的研究。对于圆盘磨机的研磨过程，2007 年 BruceR.Crossley等提出了一种带有振动检测功能的伺服机构来实现研磨过程中的研磨间隙的自动调节9。美国奥拉约翰森等人于 2021 年依据“温隙定律”调整了研磨机的间隙。关于盘磨机研磨场的数值计算，由国际上几位学者 AsendrychD 利用 CFD 对研磨区的流动进行了数值计算，得出了与试验值一致的结论10。1.3 研究内容（1）磨粉机基本结构及控制系统设计根据豆类的磨粉需求，对新型豆类磨粉机的基本结构及工作机理进行研究分析。通过人机对话方式，结合触摸屏技术，结合 PLC 控制技术，对主要零件进3行了结构及工艺参数的优选研究。（2）磨盘结构设计及其内部流场数值模拟结合磨盘设计理论和方法，利用 Fluent 流体力学分析技术，开展研磨过程中研磨过程中的流动规律、研磨速率对研磨过程中流体流动的作用机理、研磨过程中磨齿面剪切力的变化规律等关键科学问题的研究。（3）豆类磨粉机试验研究本项目以大豆为研究对象，以大豆为研究对象，以粉碎速度、粉碎时间、碾磨间隙等为主要指标，以颗粒级配比及能耗为指标，构建大豆颗粒级配的数理模型，采用 Design-Expert 软件对实验数据进行分析与处理，通过回归分析和响应曲面分析，确定各因素的主次关系，并进行参数优化。2 磨粉机控制系统设计2.1 磨粉机结构及工作机理2.1.1 磨粉机结构设计传统的豆磨需要经过几次研磨，需要人工搅拌和人工喂料，不仅生产速度慢，劳动强度大，而且人工调整碾石间距不能确保颗粒大小均一，进而影响到大豆的食用品质和食用品质。针对这一现状，研制出新一代豆磨机，该磨机使用一次一次的全自动制粉系统，提高了磨机的工作效率，确保了磨矿质量11。41-粉碎电机 2-入料口 3-电动推杆 4-盘磨电机 5-粉碎腔盖 6-粉碎刀片 7-纵向螺旋 8-定磨盘 9-动磨盘 10-横向螺旋 11-磨盘间隙调节电机图 2-1 新型豆类磨粉机结构示意图本发明涉及一种电动推动器，它与破碎腔罩固定相连，用以提升破碎腔及破碎工具，便于对破碎室的清洗工作；破碎马达的输出轴与破碎工具相连，带动破碎刀对粗物料进行破碎；盘磨马达的输出轴驱动一对横螺纹作转动，将被磨过的材料送入盘磨机的内腔，该动盘安装在横螺杆的凸缘内，与安装在盘磨机内腔内的定研板一起进行研粉，并通过调整螺钉来调节其缝隙12。总体来说，该产品由粉碎装置、螺旋输送装置、盘磨装置三个部件构成，粉碎装置利用高速转动的叶片将粗料粉碎，得到粗细均一的粒状粉末，再经螺旋输送至盘式碾磨装置，使原料在动-定两磨盘之间受到剪切、摩擦和挤压，使盘磨成为粉末，同时在离心力和重力的影响下，由碾盘磨出碾缝，最终实现碾磨。2.1.2 工作机理分析磨机的工作流程包括：粗物料的破碎，纵向的输送，横向的输送，定动的磨盘的研磨，磨盘的间隙的调节。工作时，首先利用调整螺丝来调节碾米的间距，当碾磨腔盛满了加入的豆子后，由碾磨马达驱动，使碾米机以顺时针方向快速转动，将谷物进行粗碾，碾磨完成后，又按反时钟方向慢速转动，纵螺纹作纵向进5给，盘磨马达则驱动横向螺纹快速转动，使横向进给与盘磨机相结合，使盘磨机内的细粉在离心力的影响下被抛出，从而实现一次碾米13。在粗粒料的破碎时，原料会随着破碎刃的快速转动而产生剧烈的冲击和剪切作用。在刀具与磨粒的接触部位，由于锯片的快速转动，将原料磨碎，形成了一种轴、一种切线的移动方式，并与其它的磨粒发生碰撞而破碎；当颗粒与磨腔内壁接触时，受离心力的影响呈放射状移动，与壁面撞击、磨擦，同时，由于各部位材料粒子的运动速率差异，导致各层间存在着互相挤压、摩擦等现象14。因此，破碎机制可以归纳为四个方面：(1)叶片对材料粒子进行切割；(2)粒子之间的相互撞击；(3)粒子撞击破碎室内壁；(4)各层粒之间的互相挤磨作用。粗料破碎的重要作用是对谷物进行预先的剪切和破碎，使其具有一定的粒度后，可以实现对谷物的螺旋传送，减小其阻塞，同时还能减小谷物在碾磨中由于长期碾磨所造成的过热、油质等问题，进而减小碾磨的损耗。与传统的碾磨机制相比，碾磨中原料粒子存在着两种受力模式，即磨齿对材料的剪切摩擦，以及离心力作用下的粒子层间的压缩摩擦。由此，将盘磨机制归纳为两个方面：(1)原料粒子对碾磨机的磨齿产生剪切和摩擦；(2)材料粒子之间的互相挤压、磨擦。2.2 磨粉机控制系统设计2.2.1 控制对象及系统组成为了能够在不需要手动进行的情况下，完成一种大豆碾磨机的控制方法，首先，把豆子投入到破碎室中，由破碎马达（伺服电机）正转，驱动叶片高速转动，在破碎一段时间之后，将磨盘的缝隙调整电动机（步进电动机），将磨盘的进给和抽出，直至达到一个设置的磨粉间距，这时，由伺服电机反向驱动，驱动纵向螺纹进行纵向输送，这时，盘磨马达（感应电动机）驱动横向螺纹快速转动，并驱动磨盘高速转动，完成盘磨机的侧向进给与盘磨机的结合，使物料在离心力和6重力的影响下，从两个圆盘之间的缝隙中脱离出来，从而获得预期的粉体15。上述马达的工作轨迹见图 2-2。为此，对磨机的控制系统提出了如下的需求：一次按键就可以完成咖啡豆的自动研磨，同时可以对研磨速度、研磨时间、研磨速度、研磨时间以及研磨时间进行单独的控制。图 2-2 电机运行曲线图本发明涉及一种可编程控制器，一种工业触摸屏，一种光电开关，一三相交流继电器，一种电机及其传动机构。该破碎装置的研磨马达是由伺服马达驱动，正向转动驱动叶片进行粗物料的破碎，而在刀轴的下方则设有一根螺纹，反向驱动纵丝来完成垂直进给；以感应电动机为盘磨机的盘磨机，是消耗能量最大、完成原料盘磨机的主要动力；直流电机为进料盖的电动推杆，用于升降粉碎腔盖和粉碎刀具，方便对粉碎腔进行清洁工作；步进电机为磨盘间隙调节电机，实现磨盘间隙的调节。图 2-3 控制系统硬件组成方框图7该系统选用了人机交互界面，利用触摸屏技术，PLC 控制器对豆类盘式磨粉机进行自动化控制，利用伺服变速的技术实现粉碎及竖向送料的功能，利用变频调速的闭环控制实现细磨速度调节，在磨盘间隙的调整上，利用步进电机技术实现磨盘的进给与退出，光电开关检测磨盘间隙是否达到设定置。2.2.2 磨粉机的自动控制如图 2-4 硬件电路图所示，可编程控制器的 Y0 和 Y2 端口分别与伺服电机驱动器的 CP-和 DIR-端口接通，通过对伺服马达进行正向、反向控制，从而达到对粗物料进行破碎及垂直进给的目的。Y1、Y3 口与步进马达的 PUL、DIR-接口相连接，通过正反两种方式对步进马达进行速度