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秸稈成型機(jī)烘干系統(tǒng)及部件設(shè)計(jì)
DESIGN OF STRAW MACHINE DRYING SYSTEMS AND COMPONENTS
摘要
本次設(shè)計(jì)一干燥機(jī)理論為基礎(chǔ)，以其他類型干燥機(jī)設(shè)備為參考設(shè)計(jì)成了秸稈成型機(jī)烘干系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本文詳細(xì)的介紹秸稈成型機(jī)烘干系統(tǒng)的整體的部件設(shè)計(jì)構(gòu)造，以及主要零件的載荷計(jì)算并且對(duì)彎矩與應(yīng)力進(jìn)行校核等。而且具體闡明秸稈成型機(jī)烘干系統(tǒng)的一些部件級(jí)零件設(shè)計(jì)如滾圈設(shè)計(jì)、支撐架設(shè)計(jì)、齒輪的參數(shù)選擇和齒輪的計(jì)算。對(duì)于一些焊接件設(shè)計(jì)如進(jìn)料箱和出料箱的焊接工藝、焊接要求以及焊接劑的選擇進(jìn)行了詳細(xì)的表述。最后，對(duì)于秸稈成型機(jī)烘干系統(tǒng)密封結(jié)構(gòu)選用，進(jìn)行了簡(jiǎn)單的對(duì)比和介紹。本次設(shè)計(jì)對(duì)比以前的干燥設(shè)備，在排氣孔后添加了旋風(fēng)分離器，減小了干燥過(guò)程中的污染物的排放。所以，秸稈成型機(jī)烘干系統(tǒng)在運(yùn)作的過(guò)程中對(duì)周邊環(huán)境污染很少。
關(guān)鍵詞 秸稈成型機(jī)；烘干系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；干燥
I
Abstract
This design is based on the theory of a dryer, with other types of dryer equipment as a reference design of the drying system of straw molding machine design. This paper describes in detail the design and construction of the whole of the drying system of straw molding machine, and the main parts of the load calculation and the bending moment and stress of the check and so on. And some parts of the drying system of the straw forming machine are designed in detail, including the design of the rolling ring, the design of the support frame, the parameter selection of the gear and the calculation of the gear. The welding process, welding requirement and the choice of welding agent for some welding parts, such as the feed box and the discharge box, are described in detail. Finally, the selection of the sealing structure of the drying system of the straw molding machine is introduced. Compared with the previous drying equipment, the cyclone separator is added in the exhaust port to reduce the discharge of pollutants in the drying process. So, in the process of the operation of the drying system of straw molding machine, little pollution is to the surrounding environment.
Keywords Straw forming machine drying system structure design drying
II
目 錄
摘要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1干燥技術(shù)的概況 1
1.2干燥器的選型 3
2干燥機(jī)原理 4
2.1干燥機(jī)的工作原理 4
2.2載熱體的選擇 5
3 方案的確定及結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計(jì) 7
3.1方案確定 7
3.1.1整體結(jié)構(gòu)確定 7
3.1.2技術(shù)參數(shù) 8
3.2 結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì) 8
3.2.1干燥筒 8
3.2.2滾 圈 11
3.2.3托架裝置 13
3.2.4抄 板 15
3.2.5電機(jī)的選擇 15
3.2.6減速機(jī)的選擇 17
3.2.7聯(lián)軸器的選擇 18
3.2.8軸的校核 20
3.2.9軸承的校核 22
3.2.10齒輪的校核 24
3.2.11密封擋圈 29
3.2.12出料箱 29
結(jié)論 31
致謝 32
參考文獻(xiàn) 33
1 緒論
1.1干燥技術(shù)的概況
在我國(guó)的歷史上，很早之間就有對(duì)干燥裝置使用的記錄。1890年初，我國(guó)工業(yè)著手使用分散漂浮狀態(tài)干燥技術(shù)（如氣流干燥機(jī)等），全國(guó)各地開(kāi)始鼓勵(lì)進(jìn)行干燥技術(shù)的探究任務(wù)，簡(jiǎn)單而有效的干燥器被研發(fā)和生產(chǎn)出來(lái)并推廣運(yùn)用。追隨著工業(yè)智能化的腳步，以及化學(xué)工業(yè)向著機(jī)械化、擴(kuò)大化和智能化能力的上升，干燥器作為化工不可或缺的主要裝備，也追隨者腳步進(jìn)一步的發(fā)展起來(lái)。
將含有水分較大的物料通過(guò)一些特定的過(guò)程，把物料中的水分分離出來(lái)，我們稱之為干燥。因?yàn)樵诔跗谖覈?guó)處于發(fā)展階段，原有工業(yè)基礎(chǔ)相比而言比較差，而且生產(chǎn)的數(shù)量少，所以很多干燥機(jī)采用電子烘箱、蒸汽式烘箱等進(jìn)行對(duì)物料的干燥作業(yè)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及對(duì)工業(yè)的重視，如今已經(jīng)研發(fā)出許多新型的干燥設(shè)備并且適應(yīng)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要。這些新型設(shè)備對(duì)農(nóng)產(chǎn)品、食品、藥品、生物制品等的干燥提供了巨大的幫助。
在大部分工業(yè)生產(chǎn)中或多或少的會(huì)對(duì)物料進(jìn)行干燥，干燥后的物料其性能、狀態(tài)、品質(zhì)和生產(chǎn)過(guò)程中所需要消耗的能源都會(huì)受到它的影響。干燥技術(shù)的涵蓋面非常的廣泛，一方面和復(fù)雜的熱、質(zhì)傳遞原理有一些必要的聯(lián)系，另一方面還和物系的特性、處理規(guī)模等有關(guān)系，這些觸及的特質(zhì)主要現(xiàn)在設(shè)備結(jié)構(gòu)的不同以及各種工藝上的差異。
伴隨著有關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展腳步，干燥技術(shù)也綻放著令人側(cè)目的進(jìn)展，由于干燥的過(guò)程會(huì)包涵料分為不同品類產(chǎn)品，物料與物料之間的品質(zhì)、性質(zhì)和形狀的不同，干燥前后物料會(huì)處于不同的狀態(tài)[1]。而且干燥是相比較而言比較耗能的，有一個(gè)數(shù)據(jù)表明工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家超過(guò)百分之二十能量消耗是用于干燥的能量消耗，因此節(jié)能是以后對(duì)干燥設(shè)備設(shè)計(jì)研發(fā)所需要解決的一個(gè)重要的問(wèn)題。干燥設(shè)備的生產(chǎn)水平主要體現(xiàn)在機(jī)電一體化、加工制造標(biāo)準(zhǔn)化、零件標(biāo)準(zhǔn)化、技術(shù)規(guī)范化、調(diào)控水平等。這也表明一個(gè)國(guó)家工業(yè)的水平是否屹立于世界的前列的重要標(biāo)準(zhǔn)。
隨著社會(huì)的發(fā)展對(duì)干燥技術(shù)及其有關(guān)產(chǎn)品的高性能的需求，對(duì)干燥技術(shù)和干燥裝備的要求也逐步提高，這些要求包括提高品質(zhì)、降低能量消耗、可靠方便的操作性能。對(duì)現(xiàn)在已經(jīng)生產(chǎn)的干燥設(shè)備的改進(jìn)和新干燥設(shè)備的研發(fā)，生產(chǎn)智能化的提高、制造標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)行等都將會(huì)是今后的工作內(nèi)容。任重而道遠(yuǎn)，以后還有很長(zhǎng)的路要走。
干燥根本目的是將水分或者某種溶劑從要干燥的原料或者生產(chǎn)半成品中的除去，在化學(xué)工業(yè)上來(lái)說(shuō)干燥的目的是使物料便于包裝、運(yùn)輸、貯藏、加使用。干燥不同的物料的方法和結(jié)果具體的分為：
可以將膏狀或者乳狀化工原料或工業(yè)半成品進(jìn)行干燥，然后干燥固化成為固體，這樣可以方便其包裝以及運(yùn)輸。
因?yàn)樗值拇嬖诘漠a(chǎn)品，一些細(xì)菌容易繁殖，從而導(dǎo)致物料變質(zhì)，干燥后可以殺死一部分細(xì)菌便于貯藏。例如生物化學(xué)制品、抗生素及食品等。
使用起來(lái)比較方便。當(dāng)物料攜帶的水量比較低的時(shí)候，物料成粉狀并且比較難固化，使用起來(lái)比較方便[2]。
比較利于加工。由于原材料在進(jìn)行加工過(guò)程中，會(huì)有某些工藝要求，一些工業(yè)原料，需要打碎（或成型）到一定的范圍顆粒狀態(tài)并且攜帶一定量的水分[3]，這對(duì)以后加工和利用起到一種方便的作用。
為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量。一料的質(zhì)量和物料的含水量，要成正比或者反比。物料干燥處理后，其中的一部分水分被排出去，有效成分相應(yīng)增加，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。
干燥方法按照干燥的方式不同我們可以把它們叫作：加熱干燥法、機(jī)械除濕法、化學(xué)除濕法。機(jī)械除濕法，是把攜帶水分的物料通過(guò)不斷的機(jī)械加壓，擠出其中一部分水分。施加壓力越大物料去的水分也多，反加的壓力越小除去的水分越少。機(jī)械除濕后的物料仍保留百分之四十到百分之六十左右的水分。不能受壓的顆粒狀物料可采用離心機(jī)脫水。用離心機(jī)干燥的物料中仍會(huì)有百分之七到百分之十二左右的水分。除了上述的方法外，常用機(jī)械除濕法的干燥機(jī)還有不同品種、不同類型的過(guò)濾機(jī)。含有水分的物料經(jīng)過(guò)機(jī)械除濕干燥機(jī)干燥后含水量仍然會(huì)很高，是因?yàn)闄C(jī)械除濕法只能除去物料中不是和物料結(jié)合在一起的一部分自由水分。因此，機(jī)械除濕法基本上不用在要求較高的化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中。要求較高的化學(xué)工業(yè)中普遍使用的干燥方法是加熱干燥法，它是將會(huì)有水分的物料中的水分通過(guò)外部熱能加熱、氣化。這種方法比較簡(jiǎn)單，能耗也比較固定。例如用空氣來(lái)干燥含有水分物料時(shí)，預(yù)先把空氣通過(guò)某種加熱（電加熱）并有鼓風(fēng)機(jī)送入干燥器，含有水分的物料進(jìn)入干燥機(jī)內(nèi)和加熱空氣接觸并進(jìn)行熱量傳遞，同時(shí)含有水分的物料中溫度升高，其中的水分被氣化，形成水蒸氣，水分隨空氣通過(guò)排氣口被排除干燥器。這種加熱物料進(jìn)行干燥的方法，不僅能除去自由水還可以把物料中的結(jié)合水分除去，達(dá)到化工工業(yè)上對(duì)物料干燥度的要求。最后一種方法叫作化學(xué)除濕法，是通過(guò)化學(xué)藥劑充分的吸出剩余在物料中的極少量水分。由于化學(xué)藥劑的除濕能力一般，對(duì)環(huán)境有一定的污染，，所以一般干燥不會(huì)使用這種方法。一般物料的干燥過(guò)程是，第一步先用機(jī)械除濕法，除去物料中大量水分，為下步干燥打下基礎(chǔ)并縮短干燥時(shí)間。第二步用加熱干燥法除去機(jī)械除濕法無(wú)法出去的部分水分（包括非結(jié)合水分和結(jié)合水分）。
1.2干燥器的選型
不同的干燥器說(shuō)適用的干燥物料不同，所以在我們選擇干燥器的時(shí)候，要充分考慮物料的類型以及物料的特性，然后在根據(jù)上面介紹的干燥器的分類，確定所適合的干燥器類型。但是，并不是一種物料只有一種干燥器符合，其實(shí)一種物料可以多個(gè)干燥器符合。那我們?cè)撊绾芜x擇呢？我們首先考慮這種物料其他生產(chǎn)單位正在使用的干燥器型號(hào)。然后在考慮我們生產(chǎn)的產(chǎn)量，是否這種型號(hào)符合我們的要求。如果不符合，我們就要選用其它型號(hào)的干燥器。根據(jù)我們的產(chǎn)量、實(shí)際情況、場(chǎng)地的大小、工作效益以及資金的投入進(jìn)行考慮，從而選擇符合要求的干燥器。如果所用類型均沒(méi)有我們所需要的干燥器的類型，那我們就要自主設(shè)計(jì)研發(fā)干燥器，并用來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)發(fā)展。
2干燥機(jī)原理
2.1干燥機(jī)的工作原理
回轉(zhuǎn)圓筒干燥器是應(yīng)用較廣可以處理大量物料的干燥器，可以適用于大規(guī)模干燥。在化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)能，如一些顆粒狀的化學(xué)物品和一些農(nóng)用的化肥以及不容易揮發(fā)的物料等的干燥，大多適應(yīng)回轉(zhuǎn)圓筒干燥器。
含有水分的物料在皮帶運(yùn)輸機(jī)或者其他方式送進(jìn)料口，然后通過(guò)進(jìn)料箱上方的料斗進(jìn)入進(jìn)料箱然后通過(guò)進(jìn)料箱的彎管將物料投進(jìn)入進(jìn)料端。彎管的傾斜角度要求要比較平緩，以便物料順利滑入干燥圓筒內(nèi)。干燥器圓筒具有一定的傾斜角。被干燥物料從圓筒較高一面放入，載熱介質(zhì)（加熱空氣）由較低一面吹入。載熱介質(zhì)（加熱空氣）與物料被干燥相對(duì)而行形成逆流接觸，也有載熱介質(zhì)（加熱空氣）與物料被干燥由同一端一起并流放入筒體的。電機(jī)通過(guò)減速機(jī)帶動(dòng)圓筒滾動(dòng)，被干燥的物料在重力和熱風(fēng)的作用下由較高的一端向較低的一端移動(dòng)。被干燥的在筒內(nèi)由較高的一端向較低的一端移動(dòng)的過(guò)程中，接觸到載熱介質(zhì)并受到熱傳遞。被干燥的物料隨著接觸溫度逐步升高，水分逐漸的蒸發(fā)汽化使被干燥的物料得以干燥。然后被干燥的物料進(jìn)入出料箱，由出料箱的出料口排出，經(jīng)皮帶機(jī)或者其他方式送出。熱空氣由出料箱上方的排氣口進(jìn)入旋風(fēng)分離器，在旋風(fēng)分離器中空氣中的微塵將被分離出來(lái)由下方排出。干凈的熱空氣經(jīng)過(guò)鼓風(fēng)機(jī)排出。轉(zhuǎn)筒的內(nèi)部會(huì)裝有一定方式的抄板，抄板方式按照物料的特性進(jìn)行選擇。轉(zhuǎn)筒的內(nèi)部的抄板作用是把被干燥的物料由轉(zhuǎn)筒的底部舉升到上部，并做自由落體灑下促使被干燥物料與再熱介質(zhì)的接觸面積加大，從而使被干燥物料的干燥速度加快被干燥物料在圓筒內(nèi)前進(jìn)的速度。
回轉(zhuǎn)圓筒干燥器大部分主要應(yīng)用于被干燥物料為顆粒狀時(shí)，也可在含水量高的以及膏狀的物料內(nèi)加入干物料的混合型物料。隨著工業(yè)技術(shù)發(fā)展，設(shè)備的更新改造，現(xiàn)在回轉(zhuǎn)圓筒干燥器也能對(duì)溶液物料進(jìn)行干燥，甚至也可以使液體干燥成顆粒狀的物體。我國(guó)現(xiàn)水平的技術(shù)，回轉(zhuǎn)圓筒干燥機(jī)圓筒半徑一般在0.2—0.5m之間,較大的可以達(dá)到5m。干燥器的長(zhǎng)度可以達(dá)到2—30m，,較大的可以達(dá)到，如果需要更長(zhǎng)的干燥筒，可以自行的設(shè)計(jì)制造，但必須進(jìn)行必要的校核，保證干燥筒的強(qiáng)度。一般長(zhǎng)度和直徑之比應(yīng)該在六到十之間。所能干燥物料料攜帶水量應(yīng)該在。也有高到50%的時(shí)候，這時(shí)干燥技術(shù)應(yīng)該改進(jìn)。干燥含水量能降低到0.5%附近，甚至可達(dá)。物料燥筒內(nèi)的停留時(shí)間最短可以五分鐘，最長(zhǎng)可以達(dá)到二個(gè)小時(shí)，這主要取決干燥筒的長(zhǎng)度和轉(zhuǎn)速[4]。氣流在筒內(nèi)的流速，對(duì)顆粒物半徑為0.5mm左右的物料進(jìn)行干燥時(shí)，流速在0.2—1.2m/s內(nèi)；對(duì)顆粒物半徑為0.5—3mm的物料，流速在1.4——2.5m/s內(nèi)。
入料口和進(jìn)風(fēng)口在回轉(zhuǎn)圓筒干燥器一端時(shí)，物料和載熱體在筒體內(nèi)并流，所以出口處的物料溫度接近載熱體的溫度，這說(shuō)明能量（主要為熱量）經(jīng)過(guò)特定的方法從含有水分的物料四周傳遞至物料表面，并對(duì)其加熱。表面水分加熱汽化蒸發(fā)。水分微乎其微的速度從物料表面蒸發(fā)掉，而這時(shí)物料溫度將保持在進(jìn)料時(shí)的溫度。干燥速度是等速的。這是因?yàn)槲锪吓c氣流接觸時(shí)，物料的表面溫度上升，水分會(huì)從發(fā)，水分蒸發(fā)會(huì)帶走一部分熱量，所以溫度不容易升高。但當(dāng)水分在物料的內(nèi)部時(shí)，水分將不會(huì)被蒸發(fā)。這時(shí)當(dāng)含有水分的物料表面沒(méi)有足夠多的水分被提供給物料表面進(jìn)行汽化蒸發(fā)，那么物料的表面被蒸發(fā)帶走的水分減少，被帶走的熱量也會(huì)隨之減少。所以物料表面的溫度會(huì)升高，從而導(dǎo)致熱量通過(guò)熱傳遞傳遞至表面沒(méi)有水分的物料內(nèi)部，從而使物料內(nèi)部以及整體的熱量增加，所以溫度也跟著上升，并且形成了溫度從外到內(nèi)逐步遞減的狀態(tài)，溫度從內(nèi)到外逐步增高像臺(tái)階一樣的狀態(tài)；而水分則由溫度低的內(nèi)部向溫度高表面進(jìn)行轉(zhuǎn)嫁，水分轉(zhuǎn)嫁物料表面進(jìn)行階段1時(shí)候的干燥。能量從含有水分的物料四周傳遞至物料表面使其表面水分加熱汽化蒸發(fā)。所以物料的表面會(huì)持續(xù)一端時(shí)間擁有水分，使物料溫度一直維持在氣流的濕球溫度附近[5]。
載熱體在與筒壁、抄板接觸時(shí)，將會(huì)加熱筒體和抄板。但是筒壁、抄板與物料接觸時(shí)，物料溫度較低所以筒壁、抄板被冷卻，但是與載熱體和物料接觸的變化周期較短，所以筒壁、抄板的溫度只會(huì)在比較小的范圍內(nèi)變化，因此我們認(rèn)為筒壁溫度是常數(shù)。另外，因?yàn)槲锪蠈?duì)筒壁傳遞的熱量大于載熱體對(duì)筒壁的傳遞的熱量，因此我們認(rèn)為筒壁溫度等同于料溫，又因?yàn)槲锪显诟稍锿矁?nèi)進(jìn)行干燥時(shí)，只有表面一層與熱載體接觸，所以表面一層被加熱，因此物料料層內(nèi)部溫度升高很低。
在回轉(zhuǎn)圓筒干燥器中，顆粒之間的輻射會(huì)傳遞一部分熱量。在一般工業(yè)干燥過(guò)程中，作為載熱體的熱空氣的溫度普遍不會(huì)太高，因此顆粒之間的輻射出熱量在最適宜的環(huán)境下少于物料在干燥器中吸收的熱量的百分之六,因?yàn)檫@種熱量占的比重比較小，熱力計(jì)算中一般是忽略不計(jì)的。為了持續(xù)的使干燥過(guò)程進(jìn)行，干燥物料表面所產(chǎn)生水氣或其他蒸氣的壓力比載熱體中水氣或其他蒸汽的分壓越大，干燥過(guò)程進(jìn)行得越迅速。
2.2 載熱體的選擇
載熱體性質(zhì)以及載熱體所能達(dá)到的最高溫度取決于被處理固體物料的性質(zhì)和干這種能否被污染等因素。
如果接受干燥的固體物料不怕高溫，干燥過(guò)后還需進(jìn)行工業(yè)加工的產(chǎn)品，這種物料再被干燥的過(guò)程中是可以稍被污染。這時(shí)候我們可以把煙道氣用作載熱體，這樣在干燥的過(guò)程中我們可以得到較高的體積蒸發(fā)和熱效率。例如，對(duì)于進(jìn)料箱入口濕含量比較高的物料干燥，采用進(jìn)氣溫度為三百攝氏度時(shí)，干燥器的每小時(shí)在一立方米內(nèi)可以蒸發(fā)十五公斤的水分,熱效率為百分之三十至百分之五十；若進(jìn)氣溫度調(diào)高至五百攝氏度時(shí)，則干燥器的每小時(shí)在一立方米內(nèi)可以蒸發(fā)三十五公斤的水分，熱效率為百分之五十至百分之七十。礦石、砂礫、煤、過(guò)磷酸鈣等固體物料在干燥時(shí)可以用煙道氣進(jìn)行干燥，煙道氣主要靠燃燒煤、油或者天然氣所產(chǎn)生的。
當(dāng)加熱空氣作為載熱體時(shí)，被干燥的物料是沒(méi)有任何污染的。加熱空氣是空氣通過(guò)加熱器進(jìn)行加熱的。加熱器可選擇為蒸汽加熱器、電阻絲加熱器、以及直接使用煙道氣通過(guò)預(yù)熱器加熱熱空氣等方法。間接加熱也是加熱熱空氣的常用方法，即通過(guò)加熱金屬，使熱量通過(guò)金屬壁傳遞到空氣當(dāng)中，從而加熱熱空氣[6]。
有些被干燥的物料既不允許用煙道氣干燥，這樣會(huì)被污染，又不允許被加熱空氣干燥,這樣會(huì)被沖稀釋，我們可以通過(guò)加熱轉(zhuǎn)筒壁使熱量傳遞進(jìn)入進(jìn)行干燥。這樣，可以在轉(zhuǎn)筒裝砌一個(gè)磚室，筒外通以煙道氣或者其它的方式加熱轉(zhuǎn)筒；或者在轉(zhuǎn)筒內(nèi)部的中心安裝加熱管或者加熱列管和套管等。這樣可以借助金屬壁傳熱。載熱體可為煙道氣、水蒸氣或電加熱。在轉(zhuǎn)筒內(nèi)部我們吹入干凈的氣體（可以不是空氣），利用干凈的空將蒸發(fā)的水分帶走。
3 方案的確定及結(jié)構(gòu)部分的設(shè)計(jì)
3.1方案確定
3.1.1 整體結(jié)構(gòu)確定
本次設(shè)計(jì)為秸稈成型機(jī)的干燥系統(tǒng)。秸稈為打碎顆粒物含有少量的粉塵。成型機(jī)的生產(chǎn)效率為0.6-1.2t/h，所以需要生產(chǎn)能力大，可以連續(xù)工作的設(shè)備。秸稈屬于固態(tài)顆粒物不具有腐蝕性，質(zhì)量較輕且屬于易燃物，所以要求進(jìn)料與出料之間的溫差應(yīng)該比較小。并且要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單操作方便。綜上所述。采用常規(guī)的轉(zhuǎn)筒干燥機(jī)，熱空氣與物料采用并流的方式，抄板采用舉升式。結(jié)構(gòu)如圖3-1。
圖3-1 整體結(jié)構(gòu)圖
1,熱風(fēng)機(jī) 2，進(jìn)料箱 3，滾輪 4，干燥筒 5，大齒圈 6，出料箱
7，旋風(fēng)分離器 8，抽風(fēng)機(jī) 9，托輪架組件 10，減速器 11，電動(dòng)機(jī)
3.1.2技術(shù)參數(shù)
干燥筒的長(zhǎng)度為10米，半徑為0.5米；秸稈成型機(jī)烘干系統(tǒng)的一些主要技術(shù)參數(shù)：干燥筒的傾斜范圍0--10°；干燥筒的轉(zhuǎn)速每分鐘2--10轉(zhuǎn);熱風(fēng)機(jī)的出氣溫度≤600℃；總率7.5千瓦；每小時(shí)生產(chǎn)噸數(shù)0.6--3.0噸；秸稈成型機(jī)烘干系統(tǒng)總重量不超過(guò)4噸。
3.2 結(jié)構(gòu)部分設(shè)計(jì)
3.2.1 干燥筒
干燥筒作為秸稈成型機(jī)烘干系統(tǒng)的主要部件。也是整個(gè)系統(tǒng)制造最為復(fù)雜的部件。干燥筒的的長(zhǎng)度以及其內(nèi)部半徑取決于現(xiàn)在加工工藝。干燥筒的長(zhǎng)度和半徑筒體直徑和長(zhǎng)度，決定了整個(gè)系統(tǒng)的生產(chǎn)能力。干燥筒內(nèi)部不僅焊接有抄板，外部還焊接有放置滾圈的加強(qiáng)圈以及齒圈架。干燥筒長(zhǎng)時(shí)間處于高溫狀態(tài)所以采用碳鋼作為干燥筒的材料，內(nèi)部做防高溫處理。秸稈沒(méi)有腐蝕性，所以不用做防腐處理。干燥筒筒體的所承受的力主要是筒體自重和干燥時(shí)填充的物料重量。
本設(shè)計(jì)采用碳鋼為干燥筒的主體材料。筒體的焊接圖如圖3-2。
圖3-2 筒體的焊接圖
計(jì)算干燥筒的壁厚：
根據(jù)轉(zhuǎn)筒直徑D，按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：
取,
把干燥筒看做環(huán)形截面梁的容許彎曲應(yīng)力作強(qiáng)度校核：
校核時(shí)，我們可以把干燥筒看做放在支撐架上的的梁，并且它的長(zhǎng)度設(shè)為L(zhǎng)。均勻地承受有干燥筒的自重G和裝填物料的重量。
載荷q為：
，
而干燥筒的自重G有：
加上加強(qiáng)圈、齒輪架以及抄板的重量，取M為2400 kg
因此干燥筒加上物料的質(zhì)量 +≈3300 kg
所以，=3300×9.8
=32430N
=0.03243MN
所以， =()/L
=32430 N/M
=4053.75 N/M
當(dāng)拖輪支架間的距離 時(shí)，在拖輪支架間干燥筒最危險(xiǎn)截面處需要最小彎曲力矩為：
式中q——干燥筒和物料的總重力
l——干燥筒的長(zhǎng)度
——拖輪支架間的長(zhǎng)度
舉升物料的重心到一定的高度，所必需的傳動(dòng)裝置的扭轉(zhuǎn)力矩為：
式中：N——千瓦
N——轉(zhuǎn)每分鐘
計(jì)算力矩()為:
干燥筒環(huán)形截面的阻力矩為：
干燥筒的強(qiáng)度條件有
≤
容許應(yīng)力為0.5——5MN/;
=
= 1.51 /
1.51屬于0.5——5的范圍內(nèi)，所以可行。
撓度校核：
對(duì)于正常操作允許在1米長(zhǎng)度撓曲量不大于1/3mm，即：
≤0.0003
=0.0003×4.68
=1.4×m
平均分載荷的撓曲量為：
/
E為轉(zhuǎn)料的彈系數(shù)，為:
I 為環(huán)截面軸向慣性矩：
= 0.004
所以， =
=
所以，滿足轉(zhuǎn)筒的剛度條件。
3.2.2 滾 圈
滾圈作為固定在干燥筒上的零件，一般是安裝兩個(gè)，并且對(duì)稱的固定在干燥筒兩側(cè)。滾圈的作用是支撐干燥筒的，并且將干燥筒的自重和干燥過(guò)程中物料的重量傳遞到和它配套的拖輪上的。并且還有固定干燥筒和防止干燥筒的側(cè)滑的作用。本次設(shè)計(jì)使用的滾圈采用碳鋼為材料，通過(guò)相關(guān)處理，增加其耐磨性。材料和滾筒的一樣，這樣備料比較容易。
本次設(shè)計(jì)的滾圈是和干燥筒同軸度極高的圓環(huán)，橫截面為長(zhǎng)方形，這樣制造起來(lái)方便。與滾圈配套還有鞍座、加強(qiáng)圈、加厚墊片等。鞍座一共24個(gè)，軸向平均分布在干燥筒的加強(qiáng)圈上，由螺栓固定。加強(qiáng)圈是焊接在干燥筒上的。滾圈和鞍座是過(guò)渡配合。加強(qiáng)墊圈是為了調(diào)節(jié)滾圈和干燥筒的同軸度的。如果同軸度不高話，干燥筒滾動(dòng)是出現(xiàn)擺動(dòng)，導(dǎo)致干燥不均勻。這種滾圈套在鞍座，鞍座固定在干燥筒上安裝方式安裝比較方便，如果滾圈過(guò)度磨損，維修更換也比較容易。同軸度出現(xiàn)誤差，也可以調(diào)整加厚墊圈進(jìn)行調(diào)整。如圖3-3。
圖3-3 滾圈固定方式
1，干燥筒 2，加強(qiáng)圈 3，鞍座 4，滾圈
5，固定螺栓 6，彈簧墊圈 7，加厚墊片
滾圈寬度計(jì)算：
滾圈的寬度為 ≥
式中， =
R——托輪對(duì)滾圈的力，單位：。
校核尺寸，取干燥筒與水平面的角度4°
所以，
式中，= 4°
= 60°
= 2
所以，
取，
所以，
=16mm
所以，滾圈寬度＞16mm
取 =
取其外徑為
內(nèi)徑為
3.2.3托架裝置
托架裝置是支撐干燥筒的裝置，一般和滾圈配合，說(shuō)以托架裝置也有兩個(gè)。托架裝置上面安裝兩個(gè)托輪，并由螺栓固定支架上的。在每個(gè)托輪的一側(cè)會(huì)有調(diào)節(jié)螺栓，用來(lái)微調(diào)兩個(gè)托輪之間的間隙。支架的材料是選用槽鋼，整體連接是采用焊接。如圖3-4。
圖3-4托架裝置圖
托輪做為托架裝置上的一個(gè)零件，它是和滾圈直接接觸的零件，干燥筒的力主要作用于其表面的。托輪是一面帶凸起的輪子，兩端帶有伸出的軸。并由軸承固定在軸殼內(nèi)，軸殼由螺栓固定在支架。如圖3-5。為了減小滾圈的磨損，它采用45號(hào)鋼，45號(hào)鋼的強(qiáng)度比碳鋼小。
圖3-5托輪裝置圖
作為支撐件的托輪，寬度于滾圈寬度15毫米——25毫米，而托輪的直徑取其滾圈外徑的1/3——1/4，據(jù)此，
取托輪寬為
托輪半徑徑為
托輪和滾圈的接觸為線接觸，接觸處的應(yīng)符合以下條件：
所以，
所以，滿足強(qiáng)度條件。
由于干燥筒和水平面并不是平行的，而是存在一定的角度，所有干燥筒側(cè)向力，這樣會(huì)導(dǎo)致干燥筒側(cè)向偏移，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的誤差增大。因此托輪的側(cè)面凸起就是為了抵消干燥筒側(cè)向力的，防止干燥筒的側(cè)向偏移。兩對(duì)托輪對(duì)稱安裝在滾圈的下面，托輪的側(cè)面的凸起應(yīng)該對(duì)稱的安裝在干燥筒的兩側(cè)。就是一組托輪的側(cè)面凸起在滾圈的一側(cè)，另一組托輪的側(cè)面凸起在滾圈的另一側(cè)。這樣不僅可以抵消干燥筒的側(cè)向力，還可以防止干燥筒左右滑動(dòng)。安裝是要保證托輪的側(cè)面凸起與滾圈的側(cè)面形成面接觸，防止存在間隙，造成誤差。
3.2.4 抄 板
抄板是直接焊接在干燥筒內(nèi)部的部件。它比干燥筒稍微短一些，使干燥筒的兩側(cè)有相等的空余。它由截面為細(xì)長(zhǎng)矩形的鐵板中間折彎45°長(zhǎng)條形的形狀的部件。它采用的材料為Q235，有很好的耐熱性。它的作用是把干燥筒底部的秸稈舉升起來(lái)，并讓秸稈自由的從干燥筒的上部自由落下。這樣不僅加快秸稈的干燥時(shí)間，而且是秸稈干燥更加均勻，也從另一方面縮短了秸稈在干燥筒內(nèi)部的時(shí)間。
干燥筒內(nèi)部數(shù)量確定：
n=（6—14）D
式中 D ——干燥筒的直徑=為1m
所以
根據(jù)干燥系統(tǒng)具況選擇 n = 8
確定抄板高度：
h=
h=83-125
式中 D ——干燥筒的直徑=為1m
根據(jù)干燥系統(tǒng)具體情況選擇 。
抄板裝置圖如圖3-6。
圖3-6 抄板裝置
3.2.5電機(jī)的選擇
秸稈成型機(jī)烘干系統(tǒng)的傳動(dòng)功率的總功率包括：帶動(dòng)干燥筒內(nèi)秸稈運(yùn)動(dòng)消耗的功率、帶動(dòng)干燥筒運(yùn)轉(zhuǎn)消耗的功率、托輪與滾圈摩擦消耗的功率，以及傳動(dòng)功率的功率損失。
① 帶動(dòng)干燥筒內(nèi)秸稈運(yùn)動(dòng)消耗的功率
=
=
所以，=
式中：φ——秸稈的運(yùn)動(dòng)角（℃）
——填充率系數(shù)，
——充滿度系數(shù)，=9.73×（1-cos）
θ——筒體中心與秸稈層之間形成的角度
n——干燥筒轉(zhuǎn)速，r/min。
② 帶動(dòng)干燥筒運(yùn)轉(zhuǎn)消耗的功率 （）
=
=
式中：——干燥筒質(zhì)量（含干燥時(shí)秸稈的質(zhì)量），kg。
——干燥筒的直徑，m。
③ 托輪與滾圈摩擦消耗的功率（kw）
=
=
=
式中 ：——干燥筒與水平面的夾角，取3.5°
——滾圈側(cè)面與托輪凸起面的夾角，取30°
μ——軸承的系數(shù)，取0.018
——滾徑，m
——干燥筒內(nèi)秸稈質(zhì)量，kg
——托輪徑，m
——托徑，m。
總功率為：P = +++
為以及傳動(dòng)功率損失，kw。
取損失為10%—20%，
++ = kw
P= =3.43 kw
由于運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中因?yàn)榘惭b誤差會(huì)存在一些其他的因素，則取其電動(dòng)機(jī)的功率為，查表選用型的電動(dòng)機(jī)。
此種電動(dòng)機(jī)的有點(diǎn)：能耗小、占地面子小、故障率小、維修簡(jiǎn)單、封閉嚴(yán)實(shí)可以防止秸稈進(jìn)入，比較適合此類場(chǎng)合使用。
3.2.6 減速機(jī)的選擇
① 計(jì)率
我們?cè)O(shè)定減速機(jī)處于“中等沖擊”荷性質(zhì)，查表18.1-29[7]得，取工況系數(shù) =1
所以，
② 求折算功率
由電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速=970r/min接近公稱轉(zhuǎn)速=1000r/min
故折率為:
③ 初選減速機(jī)規(guī)格
由實(shí)際條件初選，其公稱功率
④ 過(guò)載校核
減速器的許用尖峰負(fù)荷為：
而使用的最大尖峰負(fù)荷為：
所以，符合標(biāo)準(zhǔn)。
⑤ 減速器的熱功率校核
由已條件， 查表[8]，的適用熱功率分別為：
由表，知環(huán)境溫度系數(shù)
減速機(jī)系數(shù)
所選減在實(shí)用的轉(zhuǎn)速為時(shí)的相應(yīng)輸入功率為：
由，
查表1[9]知， 取額定系數(shù)數(shù)
所以， 該使用條件下的計(jì)算熱功率為
所以，符合標(biāo)準(zhǔn)。
3.2.7 聯(lián)軸器的選擇
聯(lián)軸器是用來(lái)連接電動(dòng)機(jī)和加速器兩個(gè)軸的。保證傳動(dòng)的精度，減小電動(dòng)機(jī)和減速器的安裝誤差，以及承載后變形。減小工作過(guò)程中的熱形變。保證電動(dòng)機(jī)和減速器之間的傳動(dòng)穩(wěn)定性。要求既可以滿足工作要求，又要求成本低、故障率小、維修簡(jiǎn)單、容易更換等要求如圖3-7。
圖3-7 彈性聯(lián)軸器
聯(lián)軸器校核：
① 計(jì)算轉(zhuǎn)矩
式中：K——工作情況系數(shù)，Nm,取1.5
T——公稱扭矩，Nm
查表[9]初選彈性柱銷聯(lián)軸器。
，所以，
② 工作轉(zhuǎn)速
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：
聯(lián)軸器用轉(zhuǎn)速：
所以，
③ 軸孔直徑
由表知，聯(lián)軸器的允許使用的軸孔范圍為，故符合標(biāo)準(zhǔn)。
④ 強(qiáng)度校核
根軸的求，電動(dòng)機(jī)的部分采用長(zhǎng)圓柱形孔，從減速機(jī)分采用短圓柱形軸孔 。
查表[10]可得，鍵表面尺寸為 取鍵長(zhǎng)，鍵槽式為平鍵單鍵槽，由表[11]知，
許應(yīng)力
減速機(jī)部分取鍵長(zhǎng)，鍵槽上，適用擠壓應(yīng)力也同上。
所以，根據(jù)公式可得到
電動(dòng)機(jī)：
=
=
減速機(jī)：
=
電動(dòng)機(jī)和減速器與聯(lián)軸器的連接采用的是鍵連接，通過(guò)上面的計(jì)算可以得到鍵連接符合要求。因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)和減速器要求同軸度較高，所用使用彈性柱聯(lián)軸器。
3.2.8 軸的校核
設(shè)干燥筒與水平面夾角為o，所以軸與水平的夾角也為°。
1、計(jì)算轉(zhuǎn)速
①轉(zhuǎn)矩
=
②軸向力
③徑向力
④ 應(yīng)力
=o
=o
=
（2）求反力
① 反力
據(jù) ,得
=
所以，
② 垂直面內(nèi)
據(jù), 得
所以，
=
所以，
（3）畫(huà)彎矩圖
① 水內(nèi)的圖
所以，=
圖3-8水平面彎矩
根據(jù)上圖可知E-F 段的彎矩最大，所以干燥筒的危險(xiǎn)斷面發(fā)生在E-F。查表[12] ,
知，
所以，這一段的半徑
該值比設(shè)計(jì)的軸徑的小。
所以，符合標(biāo)準(zhǔn)。
3.2.9 軸承的校核
軸承是用來(lái)支撐托輪的，托輪是防止干燥筒側(cè)移的，所以軸承可以承受一定的軸向力。所以選用圓錐滾子軸承，型號(hào)為。
① 計(jì)算軸向力
由以上面的計(jì)算知
查表[13]得到該型軸承
所以，軸向力
② 計(jì)算軸承的軸向載荷
對(duì)于軸承1有
所以取
對(duì)于軸承2有
所以去
③ 計(jì)算動(dòng)載荷
由于，
查知：
因?yàn)椋?
所以，
故，
④ 計(jì)算軸承使用壽命
因?yàn)?，所以軸承使用壽命要按照最大的來(lái)進(jìn)行計(jì)算。
因?yàn)椋?
查表知[16]：
所以，上式為：
所以，軸承的壽夠。
3.2.10 齒輪的校核
工作條件：沖擊等級(jí)：中擊，運(yùn)行方向：?jiǎn)蜗蜻\(yùn)行，工作時(shí)間：每天10小時(shí)，預(yù)計(jì)使用壽命：10 年，。
① 選材
齒輪選用45號(hào)鋼，調(diào)處理，齒面硬度為 。大齒圈選用，正處理，齒面硬度為。應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為N:
由圖[13]可知： ,
由圖可知：
取，
由圖可知：
所以，計(jì)算許觸應(yīng)力：
因?yàn)?
所以，取
② 按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算中心距：
小齒輪轉(zhuǎn)矩：
初取,，取,
由表可知，
由圖可知， ，又
計(jì)算中心距：
因?yàn)檗D(zhuǎn)筒的安裝尺寸及其安裝減速寸要求，以及其他的原因，所以
粗算數(shù)
取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)
齒數(shù)
?。?
所以,
分度的直徑
∴
查表[14]，選齒輪的精度級(jí)為級(jí)。
③ 驗(yàn)算齒面的接觸疲勞強(qiáng)度
由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，中沖擊，
查11-3可知， 取
由圖11-2[15]可知，按8級(jí)精度
因?yàn)椋?
查表取
齒寬
圓整取
由圖11-3（a），按，懸掛布置。
所以，
查表11-4可知，
所以，
由圖，得
所以，
由圖11-6，得
所以，齒面接觸應(yīng)力
所以，符合要求。
④ 校核齒輪彎曲疲勞度
根據(jù),，由圖11-10可知，
,
由圖11-11得，,
由圖11-12得，
由圖11-16（b），得
由圖11-17得，
由圖11-18得，
?。?,
所以，計(jì)算許用彎曲應(yīng)力：
=414Mpa
=217Mpa
計(jì)算齒根的彎曲應(yīng)力
所以，符合要求。
⑤ 齒輪的主要幾何參數(shù)
m=12 mm
齒寬 ： ，
3.2.11密封擋圈
密封裝置由三個(gè)圓環(huán)式的零件組成，其中包括一個(gè)凸形的圓環(huán)和兩個(gè)帶有側(cè)邊凸起的圓環(huán)。凸形的圓環(huán)由兩個(gè)C型環(huán)緊固并且通過(guò)螺栓連接在進(jìn)料箱或者出料箱上。兩個(gè)帶有側(cè)邊凸起的圓環(huán)一左一右的放置在凸形的圓環(huán)的兩側(cè)，并由螺栓連接并固定在干燥筒上。因?yàn)檫M(jìn)料箱和出料箱都需要密封，所以這個(gè)裝置需要兩個(gè)，分別安裝在進(jìn)料箱和出料箱與干燥筒的連接處。為了備料方便，選擇和干燥筒一樣的材料，碳鋼。安裝形式如圖3-9。
圖3-9 密封裝置
該裝置是結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，加工非常方便、制造工藝不復(fù)雜、上手安裝簡(jiǎn)單。從設(shè)計(jì)上觀察這種結(jié)構(gòu)是不會(huì)存在泄露問(wèn)題，摩擦系數(shù)小，而且更不需要潤(rùn)滑。該種裝置適應(yīng)性強(qiáng)而且不用考慮限制介質(zhì)種類，也不用考慮壓力、溫度、周速等問(wèn)題，以及還具有較強(qiáng)的抗震動(dòng)能力。
3.2.12 出料箱
出料箱和進(jìn)料箱作為烘干系統(tǒng)的主要部件，分別安裝在干燥筒的兩側(cè)。主要起到進(jìn)料和出料的作用。出料箱和進(jìn)料箱作用不一樣，但是大致形狀、材料和制造工藝一樣。材料選用碳鋼。
出料箱主要有排氣孔、箱體、出料斗、支架以及和干燥筒配合的圓孔。箱體是出料箱的主體，它是有鋼板焊接而成的。排氣孔在箱體的上方，主要功能是排放含有水分的熱空氣。出料斗形狀是方錐形，在箱體的下方，上大下小，有利于干燥過(guò)后的物料排出。支架是由槽鋼焊接的，并且焊接在箱體的四角，起到固定和支撐的作用。干燥筒配合的圓孔是，開(kāi)在箱體的一側(cè)，直徑比干燥筒的直徑稍大。如圖3-10。
圖3-10出料箱
結(jié)論
秸稈成型機(jī)烘干系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)制造是一個(gè)非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)備。主要部件大部分采用同一種材料，這樣制造的時(shí)候備料簡(jiǎn)單。整個(gè)系統(tǒng)主要能耗在于熱風(fēng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的耗能，選配的抽風(fēng)機(jī)耗能可以選擇忽略不計(jì)。熱風(fēng)機(jī)的能耗比較大，所以干燥是要充分利用熱風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的熱能。
秸稈成型機(jī)烘干系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)是非常簡(jiǎn)單的，只有一對(duì)此輪嚙合傳動(dòng)。但是大齒圈的尺寸也是屬于比較大的，所以選型的時(shí)候比較慎重。發(fā)動(dòng)機(jī)和減速機(jī)之間采用彈性聯(lián)軸器，主要是保證電動(dòng)機(jī)的扭矩平穩(wěn)的傳遞到減速器上。保證整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。
秸稈成型機(jī)干燥系統(tǒng)不僅僅只有主機(jī)，給料傳送機(jī)構(gòu)、排料傳送機(jī)構(gòu)、及電氣控制系統(tǒng)等。高配的應(yīng)該還要加上計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢測(cè)及控制系統(tǒng)。根據(jù)物料填充率的不同，選擇不同的轉(zhuǎn)速，大多數(shù)輔機(jī)均為標(biāo)準(zhǔn)化定型產(chǎn)品，因此整個(gè)系統(tǒng)的費(fèi)用主要是主機(jī)的費(fèi)用。
在整個(gè)系統(tǒng)的最后添加了旋風(fēng)分離器，旋風(fēng)分離器的作用主要是通過(guò)離心的作用，把微塵從熱空氣中分離出來(lái)。這樣整個(gè)系統(tǒng)的粉塵排放率降到很低，減少了對(duì)環(huán)境的污染。
整個(gè)設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程主要是根據(jù)生產(chǎn)功率確定干燥筒的大小，以及秸稈的含水量決定進(jìn)氣溫度的高低。根據(jù)干燥速率缺轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)速，然后計(jì)算電動(dòng)機(jī)的功率。確定計(jì)算機(jī)的轉(zhuǎn)速。然后計(jì)算減速機(jī)，確定減速機(jī)的類型。進(jìn)料箱和出料箱根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確實(shí)設(shè)計(jì)制造。
致謝
經(jīng)過(guò)了幾個(gè)月的奮斗，畢業(yè)設(shè)計(jì)即將完成。回首過(guò)往，一切仿佛都在昨天。這個(gè)課題對(duì)我來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常大的挑戰(zhàn)，畢竟以前沒(méi)有接觸了解過(guò)。也沒(méi)有見(jiàn)過(guò)真正的機(jī)器。當(dāng)我接到這個(gè)課題的時(shí)候，我知道以后的幾個(gè)月會(huì)有我忙的了。是的，和我想的一樣，每天都在圖書(shū)館里查資料。方案一遍遍的提出一遍遍的推翻，設(shè)計(jì)圖一遍遍的修改，數(shù)據(jù)一遍遍的計(jì)算。這些對(duì)我來(lái)說(shuō)是精神和毅力的一個(gè)挑戰(zhàn)，熬過(guò)去我就是勝利者，最后我贏了。
在此我也要感謝我的指導(dǎo)老師董老師。在他信心和不厭其煩的指導(dǎo)下，我克服了說(shuō)有問(wèn)題。在他每天的陪伴下，我完成了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。這個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)我的一個(gè)檢驗(yàn)，也是給您的一張滿意的答案?？赡芪业漠厴I(yè)設(shè)計(jì)不是你滿意的，但是你的熱心的指導(dǎo)是我知道感動(dòng)和感謝的。謝謝您，董老師。
參考文獻(xiàn)
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