发芽糙米机传动设计及静力学分析的研究开题报告

发芽糙米是将糙米在一定温度、水分、湿度、氧气等环境条件下发芽至一定芽长，得到的由幼芽和带糠层的胚乳组成的糙米制品。相比糙米和精白米，发芽糙米的口感和营养价值得到了很大的改善，具有多种生理活性功能，可以降血压、抗衰老、提高脑活力、促进生长激素分泌和乙醇代谢等。

传统浸泡法工艺需要入水浸泡发芽，但是在浸泡过程中由于糙米急剧吸水会导致爆腰率的增加，从而影响发芽糙米的食用品质，同时也会由于大量水溶性营养物质的流失，造成发芽糙米的营养品质降低。因此目前提出了一种按照糙米生理需求进行持续变量加湿的非浸泡法工艺，加水浸泡的同时通过搅拌器搅拌使糙米加湿均匀，最终使糙米吸湿水至萌发含水率后发芽。

发芽糙米的产业化始于日本。我国对于发芽糙米的产业化研究起步于2001年。并于2003年对发芽糙米产业化项目进行评审。目前在国内虽然已经开展了糙米发芽的生产工艺研究并开发了专用生产设备和产品，但发芽糙米产品在我国市场上的销售还很有限。另外，这些已经开发出的发芽糙米生产设备，还存在着:1)价格高、生产效率比较低2)自动化程度不高等不足。这些不足之处，也是影响发芽糙米的工业化生产和市场推广的一个重要原因。因此，研制一种结构简单，成本低而且生产效率高的发芽糙米的工业化生产设备，在我国具有广阔的市场前景。这样不仅可以减少国家营养资源的浪费，又能够在我国巨大的市场需求中创造新的物质财富，还能提高我国人民的物质生活质量，其社会和经济意义十分显著。

2. 国内外研究现状分析

日本最早实现了发芽糙米的产业化，我国对于发芽糙米的产业化研究相对较晚，起步于2001年。目前在国内虽然已经开展了糙米发芽的研究并开发了专用生产设备和产品，但在我国市场上发芽糙米产品销售极为有限。日本作为开发发芽糙米最早的国家，有关发芽糙米的专利有20余项，其发芽糙米生产技术已经基本成熟，目前的研发热点是对发芽工艺和发芽器的不断改进。

台湾台北县板桥市农会自2001年引入发芽米的概念后，开始研发本土化的生产技术，并通过专业生物科技公司生产上市，2002年4个月内该农会生产的发芽糙米在台湾的销售量约1500 t 。同时在西欧国家、美国、韩国及香港地区也不断有发芽糙米及其制品上市。

目前，国内已有多家单位进行了糙米发芽工艺条件的试验研究，也有少数企业尝试过发芽糙米的工业化生产加工。中国农业机械化科学研究院机电技术应用研究所和北京华通康源科技有限公司联合开发的发芽糙米产业化项目己通过专家鉴定，已建成一条0.5-1 t/d规模的发芽糙米生产线，并掌握了生物处理工艺等核心技术，它是一种分层浸泡与发芽设备。2007年由南京农业大学顾振新担任总技术顾问的日产3t的发芽糙米生产线在湖南麻阳正式投产。此外还有一些单位或个人申请了相关专利。2009年张琳设计并开发了轨道式糙米发芽装置，包含有发芽室、钝化室、酶介室、清洗室、支架和轨道，轨道设置有两条相对的直线轨并两端设置为密封，在轨道的两条直线轨上按从一端开始顺序设置有发芽室、钝化室、酶介室和清洗室，在发芽室、钝化室、酶介室和清洗室内设置有多条相对的轨道，支架设置为u型并设置为与轨道滑动联接，支架上设置有多层糙米发芽托板;这样提高了糙米日处理产量，保证各工序的环境不同要求。2011年南昌大学设计并开发了发芽床式的糙米发芽设备。2012年益阳市东源食品有限公司开发了自动化一体糙米发芽装置，它包括箱体、加热恒温装置、喷雾恒湿装置、杀菌消毒装置和发芽容器，还包括控制器;通过控制器对箱体内的温度、湿度进行有效控制，并且利用自动化控制在一个箱体中完成糙米发芽的全部过程，加工成本低，制作工艺简单，适用于批量生产，且质量控制效果好，营养成分高。2012年南京理儒机械科技有限公司发明了基于生物发芽工艺技术的生产设备，它包括发芽罐和与发芽罐相适配的温水罐，在发芽罐内设置发芽罐温度传感器和发芽罐内的液位计，温水罐内设加热管、温水罐内的液位计和温水罐温度传感器，可通过电气自动对谷物籽粒发芽过程中的换水、灭菌、温度等参数进行控制，以保证发芽的胁迫环境，保证发芽过后功能性营养成分的大幅度提升和提高发芽率和生产效率，可对糙米、黄豆、黑米、黑豆、燕麦、青棵，苦荞等多种谷物籽粒进行发芽生产。

3. 研究的基本内容与计划

该课题的主要内容是根据糙米机的产量和混合度要求，计算糙米机的相关参数，并设计相关结构，在三维数字化软件中建模装配，形成数字化模型，使用数值仿真软件研究在弯曲工况和扭转工况下的应力和变形情况，通过这两种工况的应力分布和变形情况判断结构是否合理。

因此需要使用计算机辅助设计软件pro/e建立样机模型并进行装配，在了解发芽糙米混合机的主要工作原理及结构设计方法的情况下，参照静力学分析理论，利用有限元仿真分析软件ansys研究发芽糙米混合机弯曲工况和扭转工况下的应力和变形情况，为优化结构设计提供理论依据。

ansys结构静力分析用于求解零部件在外部静态载荷作用下，结构所产生的位移、应力和力变化的问题。静力分析不仅可以求解惯性和阻尼相关作用对结构响应影响不显著的问题，而且，ansys中的静力分析还可以用于结构的非线性行为的分析计算，比如一些大变形、大应变、塑性、接触、超弹性等。进行静力分析所施加的载荷有以下几个种类：外部施加的压力和作用力；稳态的惯性力（比如离心力和重力）；位移载荷；温度载荷。

4. 研究创新点

基于有限单元法得到了发芽糙米机的最优工艺参数，降低试验成本，缩短设计时间。

根据筒体的静态受力情况进行分析，得出混合机轴向和径向的受力状况。以材料力学和结构力学为基础，给出多个支撑的混合机的各支撑点的受力计算方法。

在分析传统混合机结构特点的基础上，根据搅拌运动原理类似的混凝土搅拌机以及双轴浆叶式混合机进行参考借鉴，提出了新型混合机的结构，并详细分析特点。运用优化理论，对混合机轴向支撑点位置进一步优化，使各向受力均匀提高整体设备的使用寿命，进而提高生产率。