冷冻干燥机可调节多功能工件架的新设计

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干的物料品种也日益增多.由于物料性质不同，有时甚至差异较大，所以不适合用固定结构的冻干机进行加工.为此，针对特定物料的冻干机的研制正在兴起L ].在实际生产中，人们更希望用-台冻干机先后加工多种不同规格的物料，以提高设备的利用率，降低设备投入成本，尤其是在小型加工企业。

为解决使用同-冻干机冻干不同尺度物料的问题，改造冻干室内工件架结构是必要的方法。

目前，常规的冻干箱内的工件架搁物板是水平等间距平行摆放的，受搁物板间距限制，无法摆放体型较大的物料.为加工不同尺度规格的物料，往往被迫更换或调整工件架6吖].例如冻干鹿茸的加工.如果是冻干体型较小的梅花鹿鹿茸或者是鹿茸切片，-般在多层搁板上放置物料即可；而加工枝型庞大的马鹿茸时，由于搁板层间空间狭小，不得不将多层搁板滑落至冻干箱底部重叠，腾出上部空间放置大尺度物料.而重叠起来的搁板既占据箱内空间，又不能充分地起到制冷或加热的作用，所以出现了马鹿茸单头年产量很高，在鹿茸产品中占有很大比例，但目前尚无马鹿茸的整枝冻干设备和冻干工艺研究的问题.另外，在实验研究或生产中，有时需要在冻干箱内增加辅助仪器，也会出现上述类似问题.为解决上述实际问收稿 日期 ：2012-I1-27基金项目：辽宁省高等学衅研计划项目(2008462)作者简介：刘 军(1963-)女，沈阳大学教授 ，博士。

题，本文研究设计了-种搁板可以翻转的可变工件架.该工件架搁物板可以针对所冻干物料的形状、大小来调节其结构布局，可以构成五层平行等间距水平摆放、三层平行等间距水平摆放和五面包围正立方体形展开空间三种结构形式.当以五面包围正立方体形展开空间结构形式工作时，该搁物架可以组成上下左右和后面都带有辐射制冷/加热板的整体展开空间，从而将整枝马鹿茸等大型物料悬挂于其中，顺利完成冻干工作，为实现在同-冻干机内完成不同尺度物料的冻干提供了- 种快捷方便的关键部件结构。

1 可变工件架的结构、用法与特点1.1 可变工件架的结构本文所给出的可变冻干机工件架，如图 1所示，主要包括架体 1、两种结构形状的 7片搁物板和-些连接部件.架体 1是由12条型钢连接而成的立方体框架.搁物板共 7片，包括 3片正方形大搁物板 2、1O、11，4片长方形小搁物板 4.当它们以多层平行板形状水平摆放时，如图 1所示，分五层安置.其中第-、三、五层每层各安置-片正方形的大搁物板 2、10、11，而第二、四层每层芭 2片长方形的小搁物板 4，每片小搁物板的板面宽度为大搁物板宽度的-半，长度与大搁物板相同，第 2期 刘 军：冷冻干燥机可调节多功能工件架的新设计 l17加热的中等空间，如图2所示.用于冻干体积较小或中等体积的物料.在进行冻干生产时，可在第三、五层搁物板的上面摆放物料，进行冷冻干燥；或者分别在顶层搁物板 2和中层搁物板 11下面的挂物杆 l8上吊挂物料，进行冷冻干燥。

第三种是可变工件架的展开空间摆放形式：在第二种摆放形式的基础上，将中层搁物板 11翻转成垂直位置并滑动至工件架架体 1的后部固定，在冻干箱内形成-个五面(上、下、左、右、后面)制冷/加热的正立方体形展开空间，如图 3所示.用于体积较大物料的冻干.冷冻干燥箱前侧是可开关的箱门，可以用于被干燥物料的送人和取出.在展开空间的顶部，利用架体上横梁的吊钩I7，将挂物架杆 18悬置于展开空间的上方，利用钩状工具或柔性绳体，将被干燥大型物料 1 9悬吊于大空间内，进行冷冻干燥，避免大型物料 19在冻干过程中与冷冻干燥箱各个壁面接触，保证被干燥物料不因烫伤、冻伤而导致表面变形、破损和成分变性；或者在第五层搁物板上面直接摆放物料，进行冷冻干燥。

1.3 可变工件架的特点在较小地、-次性提高成本的基础上，通过设计-套不很复杂的结构，扩大了冷冻干燥机的使用范围.本文给出的可变工件架，改变了冻干箱内只有平行分层或只有展开空间的结构形式以及展开空间温度场分布不均匀的现象，可以真正实现在同-冻干机内完成不同尺度、不同体型物料的冷冻干燥过程.而且当采用展开空间时，由于四面或五面加热、制冷的结构设计，冻干箱内的温度场分布均匀，能够提高能量和空间的使用效率。

- 些常规的冻干机搁物架具有板层间距可调节的功能，应用时除了最顶层搁物板保留在上面作为辐射板用之外，可以将其余各层搁物板全部滑落至下部紧密叠放，从而形成-个高度等于原各层板间距之和的摆放空间，能够用于放置较大形状体积的物料.但这种搁物架结构形式缺点是物料只能受到上下两板的辐射传热，其余四面没有温度控制，从而导致温度分布的不均匀和导热量不够，制约冻干速率.同时，只有两块搁物板在工作，其余搁物板均白白浪费了能量和作用.与这种搁物架应用方式相比，本文给出的可变工件架，在形成较大摆放空间时，可形成四面或五面具有辐射板的结构形式，所有搁物板均得到了合理利用而避免浪费，从而使干燥空间内的温度场分布更均匀，辐射传热能力更强，可明显提高冻干速率，保证物料的冻干质量.本研究为实现在同-冻干机内完成尺寸规格相差较大的被冻干物料的冻干提供了-种快捷方便的关键部件结构。

2 设计计算为了保证工件架变换结构过程中不发生干涉，本研究推导出了关键结构参数 (回转中心坐标)的计算公式。

小搁物板 4回转机构的结构设计需要保证小搁物板 4处于正确的水平和垂直位置，同时防止与搁物板 2、搁物板 l0、搁物板 11发生干涉.设正方形大搁物板(2、IO、11)的边长均为 L，则每片小搁物板 4的宽度为L/2，长度为 L；各种搁物板的厚度均为 要求展开空间摆放时，每边留有气流通道的间隙宽度为 a，则顶层搁物板 2下表面与底层搁物板 1O上表面之间的高度为 L2口，而五层平行均匀分布摆放时，相邻二层搁物板的间距：B： 1(L 2a- 38)每个小搁物板 4回转中心的正确坐标位置(如图3中所示)，可按如下公式计算：x 蔓 青暑、， 盘(3L- 2a )2(L 6a- )2盘(L-I-a)(L4-4a- )。 。(。。L。 。 q。。-。。2 。a。。-。。。。8。。)。。( L。。。-。f 。。6。。a。 。-。。。。9-)- 。--l (Lq- 2a- )y - 堡! ±堡2 ± 2 -～ (L 2口- )(L 6 - )a(3L- 2a )2(L 6a- ) 。

(3Lq-6以4-5)设计中应调节 a的取值在合适的范围，防止小搁物板 4与其他搁物板发生干涉碰撞.防止发生干涉的条件为：(2L 4a- 4Y1)。-(L 2口 3 - 4Y1) - 16X。> 0小搁物板后摆臂 6要留有足够的长度，保证中层搁物板 11定位于工件架 1后部位置时不与之干涉碰撞。

3 实 例设计取 L-1 000 mm， -20ram，取 a-40mm，则回转中心的位置 X387.5 rflm，Yl-112.5 mm，Y2437.7 mm.五层平行均匀分布摆放时，搁物板之间间距 B-255 mlTl；展开空间摆沈阳大学学报(自然科学版) 第 25卷放时，左右两侧板间距等于顶层搁物板 2和底层搁物板 1O之间高度，均为 L2a1 080mm。

4 结 论为实现在同-冻干机内完成不同尺度物料的快捷方便的冻干工作，本文提供了-种可变工件架结构.该可变工件架主要由 12条型钢连接而成的立方体框架和 7片搁物板构成，通过搁板翻转，工件架可有三种工作形式，可分别用于加工小型、中型和大型物料.为防止工件架变换结构过程中发生干涉，相邻二层搁物板的间距：BI (L 2a- 38)为防止小搁物板在翻转过程中与其他搁物板发生干涉碰撞，应满足：(2L 4以- 4 ) -(L 2a 38- 4 y.)0- 16X0> 0其中，L1 000mm， -20mm 时，若 取 a-40mm，相邻二层搁物板的间距B-255 mm，则全部展开后最大空间为 1080mm。

本文给出的冻干机可变工件架的新设计已获得国家发明专利L8]。