5XZ-3.0型重力式清選機下體設(shè)計-機械畢業(yè)論文【答辯優(yōu)秀】

I 摘要 隨著農(nóng)業(yè)機械化的發(fā)展，農(nóng)作物種子清選機械也日趨成熟，其中正壓式重力清選機發(fā)展最快最成熟。通過查閱大量文獻(xiàn)資料和現(xiàn)場實習(xí)，設(shè)計出 5XZ-3.0 型正壓式重力清選機，其生產(chǎn)率為 3.0t/h。該機通過雙向傾斜且往復(fù)振動的工作臺和穿過工作臺面由下而上的氣流進(jìn)行清選作業(yè)， 適用于 經(jīng)過風(fēng)篩式清選機、窩眼滾筒清選機等機具清選過的外形、尺寸較相似的種子分選。 該機具利用比重不同分離出發(fā)育不好、成熟不完全、受蟲害霉?fàn)€和已發(fā)芽的種子，以及與種子尺寸相近而質(zhì)量有一定差異的夾雜物。 關(guān)鍵詞 正壓式 重力清選機 雙向傾斜 往復(fù)振動 II Abstract With the development of agricultural mechanization, the crops seed cleaner weapon is also getting more and more progressive, the positive pressure type gravity cleaner development is most common. Through the consult massive literature material and the workshop practice, designs the 5XZ-3.0 positive pressure type gravity cleaner, its productivity is 3.0t/h. This equipment to realize chooses the function clear, through can incline and vibrate the work table and passes through work floor air current from bottom to top to complete, it is suitable for the contour which the size similar seed separation passes through primary elects clear. The equipment used to separate different proportions of poor, immature, and has been subject to pests or germination of seeds ,and seed with similar size and quality of a certain difference of impurities. Key word Positive pressure type Gravity cleaner Two direction angles may adjust Reciprocating vibration III 目錄 摘要 .I Abstract . II 第 1 章 緒論 . 1 1.1 國內(nèi)外發(fā)展情況 . 1 1.2 結(jié)構(gòu)特點與分類 . 3 1.2.1 結(jié)構(gòu)特點 . 3 1.2.2 分類 . 3 1.3 工作原理 . 4 1.3.1 重力分選原理 . 4 1.3.2 物料的分層化過程 . 5 1.4 應(yīng)用范圍 . 8 第二章 無級變速部分的設(shè)計方案及選擇 . 9 第三章 設(shè)計計算 . 10 3.1 總體參數(shù)及運動參數(shù)的選擇 . 10 3.1.1 振動臺振動頻率的確定 . 10 3.2 所需風(fēng)量與風(fēng)壓的計算 . 13 3.2.1 風(fēng)量的計算 . 13 3.2.2 風(fēng)壓的計算 . 13 3.3 風(fēng)機的設(shè)計 . 17 3.3.1 葉輪的設(shè)計 . 17 3.3.2 蝸 殼的設(shè)計 . 19 3.4 傳動設(shè)計 . 23 3.4.1 無級變速器設(shè)計 . 23 3.4.2 軸承壽命校核 . 25 3.5 所需動力功率確定 . 27 3.5.1 振動臺功率確定 . 27 3.5.2 風(fēng)機所需功率的確定 . 28 IV V VI 3.6 強度與剛度的設(shè)計與校核 . 29 3.6.1 驅(qū)動連桿的強度與剛度校核 . 29 3.6.2 壓桿穩(wěn)定校核 . 31 3.6.3 無級變速軸的強度與剛度校核 . 32 3.6.4 無級變速器壓縮彈簧的計算 . 36 第四章 機器的調(diào)節(jié)、操作與維護(hù) . 41 4.1 調(diào)節(jié) . 41 4.2 操作 . 45 4.2.1 初步調(diào)整 . 45 4.2.2 分選開始后的調(diào)整 . 49 4.2.3 提高分選能力 . 50 4.3 維護(hù) . 51 4.3.1 工作臺 . 51 4.3.2 皮帶 . 52 4.3.3 軸承 . 52 VII 結(jié)論 . 53 致謝 . 54 參考文獻(xiàn) . 55 附錄 1 . 57 附錄 2 . 61 1 第 1 章 緒論 1.1 國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 隨著我國工業(yè)發(fā)展和農(nóng) 業(yè)機械的進(jìn)步，我國重力清選機起步相對發(fā)達(dá)國家較晚但發(fā)展很快，國內(nèi)重力式清選機的臺面結(jié)構(gòu)主要有三角形臺面、矩形臺面和混合形臺面，生產(chǎn)效率從 1.5T/h 到 5T/h。 在歐美發(fā)達(dá)國家，重力式清選機的生產(chǎn)能力從 1t/h 到 15t/h，臺面結(jié)構(gòu)從三角形臺面、矩形臺面到混合形臺面，氣流形式從負(fù)壓到正壓，已形成多種系列化重力式清選機，工藝精良、性能穩(wěn)定、可靠性強、噪音相對較低。除傳統(tǒng)的機械調(diào)節(jié)外，已開發(fā)出液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，操作更加靈敏。比較著名的生產(chǎn)廠家有丹麥 WESTRUP 公司，奧地利 HEID 公司、德國 PETKUS 公司、美國 OLIVER 公司、 LMC 公司。 從性能上看，無論是三角臺面還是矩形臺面振動平穩(wěn)，風(fēng)量在臺面上非均布且有規(guī)律分布，物料能很好地布滿整個臺面，種子分離效果明顯。 從結(jié)構(gòu)上看，丹麥 WESTRUP 公司產(chǎn)品采用三角形臺面單風(fēng)機正壓式結(jié)構(gòu)，重雜清理效果較好；奧地利 HEID 公司的產(chǎn)品是多聯(lián)風(fēng)機矩形臺面，雙質(zhì)點平衡結(jié)構(gòu)，無效振動和噪音??；德國 PETKUS 公司產(chǎn)品單風(fēng)機矩形臺面；美國 OLIVER 公司產(chǎn)品三角形或矩形臺面，采用多聯(lián)離心風(fēng)機，噪音略高但分選效果明顯，又開發(fā)出液壓調(diào)節(jié)裝置，操作靈活，適用于大型設(shè)備的操作，其小噸位產(chǎn)品 采用混合型臺面（如 316M 型），尤其適合于蔬菜等小粒種子的清選，能耗及噪 2 音適中； LMC 公司的產(chǎn)品采用雙振動架平衡機構(gòu)，清選效果適中，但總體結(jié)構(gòu)龐大。 CRIPPEN 公司產(chǎn)品采用矩形臺面，多聯(lián)前彎曲多葉片風(fēng)機，風(fēng)機出風(fēng)口有角度，噪音小 1。 重力式清選機的發(fā)展方向： 1. 氣流系統(tǒng)的選擇： 重力式清選機有負(fù)壓式和正壓式兩種氣流配置形式，其中正壓式由單臺或多臺風(fēng)機供風(fēng)。其中負(fù)壓式供風(fēng)類型以瑞士布勤（ BUHLER）公司產(chǎn)品著稱（ 1980 年前后河北正定縣在 “ 四化一供 ”中安裝了布勒公司引進(jìn)的 3t/h 種子加工成套設(shè)備， 重力式清選機為MTLB-100 型），種子清選效果理想，當(dāng)時上海向明機械廠在消化吸收基礎(chǔ)上開發(fā)出 5XZ-1.0 和 5XZ-2.5 負(fù)壓重力式清選機，但由于能耗、噪音較大，振動不易平衡，操作不便，目前已逐步被淘汰。正壓式目前占據(jù)主導(dǎo)地位，由于單臺風(fēng)機風(fēng)量分布不勻或風(fēng)量不足，目前大多采用正壓多聯(lián)風(fēng)機結(jié)構(gòu)， OLIVER 公司產(chǎn)品設(shè)置導(dǎo)流板， HEID 公司產(chǎn)品設(shè)置了高效多殿風(fēng)機和非均布導(dǎo)風(fēng)板，通過結(jié)構(gòu)改進(jìn)使氣流通道阻力小，風(fēng)機效率增高。 2. 臺面的選擇： 種子在重力式清選機臺面上保持的時間越長，走過的距離越遠(yuǎn)，種子分離和分 選效果就越好。一般重力式清選機有三角形和矩形臺面兩種，工作原理相同，均有分層區(qū)和分離區(qū)。其主區(qū)別在于：輕、重種子由喂料口經(jīng)工作臺到各自排出口的距離不同。重力式清選機工作時，三角形臺面上重種子（包括重雜）走過的路徑遠(yuǎn)，矩形臺面上輕雜和中間混合料走過的路徑遠(yuǎn)。 三角形臺面結(jié)構(gòu)側(cè)重于除去種子中的重雜；矩形臺面結(jié)構(gòu)側(cè)重于除去種子中的輕雜和生產(chǎn)效率，平衡性能好，有利于風(fēng)機的布置； 3 對于混合型臺面則性能適中。在大生產(chǎn)率和谷物種子清選中基本使用矩形臺面，但在小生產(chǎn)率，清除重雜為主的小子粒種子清選中仍使用三角形臺面。 3. 振動的選擇： 機械振動根據(jù)驅(qū)動方式不同可分為幾種，有電磁驅(qū)動、振動電機驅(qū)動、曲柄連桿機構(gòu)驅(qū)動等。重力式清選機振動方式國內(nèi)外應(yīng)用最普遍的是曲柄連桿驅(qū)動方式，結(jié)構(gòu)布置和參數(shù)調(diào)節(jié)較方便，能做到理想的平衡。 HEID 公司產(chǎn)品為自平衡振動機構(gòu)， OLIVER 公司產(chǎn)品則設(shè)計為附加的振動平衡架。 1.2 結(jié)構(gòu)特點與分類 1.2.1 結(jié)構(gòu)特點 該機由振動臺、供風(fēng)系統(tǒng)、振動無級變速機構(gòu)、縱橫向角度調(diào)整機構(gòu)等組成。振動臺篩面按分選作物品種的不同可選用不同目數(shù)的網(wǎng)孔尺寸。振動無級變速機構(gòu)能改變篩面的振動頻率；供風(fēng)系統(tǒng)完成籽粒分選時最佳 流化狀態(tài)，控制臺面各點的風(fēng)速成梯度完成籽粒分層；采用多風(fēng)機系統(tǒng)使臺面風(fēng)量分布合理，噪聲低。臺面縱橫向角度可調(diào)，滿足多種種子的分選要求。 1.2.2 分類 重力選可以從兩個方面來分類： 1. 按氣流形式可分為正壓式和負(fù)壓式。其中正壓式由單臺或多 4 臺風(fēng)機。其中負(fù)壓式供風(fēng)類型，種子清選效果理想，但由于能耗、噪音較大，振動不易平衡，操作不便，目前已逐步被淘汰 1。正壓式目前占據(jù)主導(dǎo)地位。 2. 按臺面形式可分為三角形臺面、矩形臺面和混合臺面。三角形臺面結(jié)構(gòu)側(cè)重于除去種子中的重雜；矩形臺面結(jié)構(gòu)側(cè)重于除去種子中的輕雜和 生產(chǎn)效率，平衡性能好，有利于風(fēng)機的布置；對于混合型臺面則性能適中。在大生產(chǎn)率和谷物種子清選中基本使用矩形臺面，但在小生產(chǎn)率，清除重雜為主的小子粒種子清選中仍使用三角形臺面 2。 1.3 工作原理 1.3.1 重力分選原理 傳統(tǒng)的風(fēng)篩組合清選機依靠篩體的振動，輔以風(fēng)力作用，使輕雜質(zhì)吹出機外，重的雜質(zhì)和尺寸大小不一的籽粒通過不同尺寸的篩孔進(jìn)行清選分級，同時風(fēng)力又有延長籽粒在篩面上的運動時間，達(dá)到更好的清選效果。 重力清選機的作用原理是在風(fēng)力的作用下，使籽粒達(dá)到流化狀態(tài)，比重小的籽粒懸浮于重籽粒之上，籽粒之間的摩 擦系數(shù)降低，重籽粒在風(fēng)力作用下不脫離篩面，使其在篩體振動過程中依靠慣性力、摩擦力、風(fēng)力、籽粒重力的共同作用下，達(dá)到比重小的籽粒與比重大的籽粒分離的目的。 5 1.3.2 物料的分層化過程 空氣用作分選標(biāo)準(zhǔn)介質(zhì)，使分選物料層化。層化在空氣通過顆?；旌衔飼r發(fā)生，顆粒由相對空氣的重復(fù)量不同而上升、下降。 圖 1-1 重力清選機斷面圖 如圖 1-1， a 表示風(fēng)機正上方的重力分選機斷面。風(fēng)機關(guān)閉時，顆?；旌衔锫涞胶Y網(wǎng)工作臺上。 b 表示風(fēng)機已開動并調(diào)整好，使得最重的顆粒停在工作臺的表面上，最輕的顆粒完全離開工作臺的表面。此時，正 確的調(diào)整氣流非常關(guān)鍵，或者結(jié)果是 c 的情況，此時過多的氣流使全部顆粒都從分離表面上升起 3-5。 6 圖 1-2 重力選工作臺理想狀態(tài)俯視圖 圖 1-2 表示重力選工作臺面作業(yè)中理想狀態(tài)的俯視圖。 與圖 1-1 中 a 所示相似的混合顆粒，從喂入裝置落到工作臺上。直接圍繞喂入口的區(qū)域稱為層化區(qū)，在此區(qū)域內(nèi)工作臺的振動與氣流上升聯(lián)合作用下層化物料分為幾層，底部為較重的層，上部為較輕的層，如圖 1-1 中 b 所示。在物料層化后，分選作用即可發(fā)生。層化區(qū)域的大小取決于分選的難度及機器的加工能力。任何時候?qū)踊瘏^(qū)域面積不能超過工作臺面的三 分之一 2-4。 分選愈困難，層化區(qū)就愈大。生產(chǎn)能力要求較高時，層化區(qū)域也要求較大 2-4。 物料層化后，工作臺的振動作用開始推動與臺面接觸的較重層向臺面高邊方向移動。與此同時，較輕的物料層位于臺面的上層，不與振動的臺面接觸，飄浮著向臺面低邊方向移動。當(dāng)物料從喂入端向工作臺的卸料端流動時，振動作用逐漸地將高方向的層化轉(zhuǎn)換成水平方向分選。當(dāng)物料到達(dá)工作臺的卸料端時，分選的過程完成 7 了。較重的物料應(yīng)該集中于臺面的高邊，輕的應(yīng)該集中在其低邊，而中等的物料則位于兩者之間。 應(yīng)注意，圖 1-2 代表理想的狀態(tài)，這理想的 狀態(tài)在理論上是最好的狀態(tài)，實際上很少發(fā)生。通常，層化區(qū)并沒有明顯的界限，當(dāng)物料不完全層化時，分選的過程已經(jīng)開始。因此，使物料分層化過程盡可能地快是至關(guān)重要的，否則，在分層化過程發(fā)生之前較輕的物料將被帶到工作臺的高邊。這最好的辦法就是使喂入端較卸料端有更大些的氣流。 許多分選過程中，好粒與輕料之間的差別不明顯，這時必須周期性地測試每次試驗中沿卸料端各點的重量，以確定分選是否正確。 從重力分選機卸料端排出的物料是以最重的顆粒到最輕的顆粒連續(xù)分產(chǎn)品。這連續(xù)的產(chǎn)品被分成三個部分：（ 1）重的，合格的產(chǎn)品；（ 2）輕的， 不合格的產(chǎn)品；（ 3）少量的沒完全分選的中間產(chǎn)品。在分選含有沙子或其它重物料時，產(chǎn)品分出四部分，含有沙子及某些好顆粒物料部分可以進(jìn)一步加工。 該機是以雙向傾斜、往復(fù)振動的工作臺和穿過工作臺面由下而上的氣流進(jìn)行清選作業(yè)的清選機具。工作時，物料經(jīng)進(jìn)料口均勻連續(xù)喂入到工作臺面上，此時物料受到工作臺振動和穿過工作臺面由下向上氣流吹動的復(fù)合作用，即按比重不同進(jìn)行分層，比重大的物料產(chǎn)生正偏析而下沉到被振動著的物料層底部，并逐漸移至尾部的出料口。比重小的物料，在物料上方漂浮，并沿著工作臺的傾斜方向流動至前方的輕物料出口，如 此連續(xù)不斷地工作達(dá)到重力清選的目的 7。 8 1.4 應(yīng)用范圍 該機主要適用于玉米、小麥、水稻、大豆、高粱等作物種子及各種蔬菜種子清選和分級。對相同尺寸但比重有差別的顆粒進(jìn)行分選（如尺寸相同的種子，其中較輕的顆粒是被蟲蝕或不成熟，可被分離）?？稍诩庸ぞ€中配套使用，也可用于單機作業(yè)。 9 第二章 無級變速部分的設(shè)計方案及選擇 為了滿足多種作物在篩面上的上滑條件，振動頻率必須可變、可調(diào)，所以必須采用無級變速傳動。它既要滿足所要求的振動頻率，又要使傳動機構(gòu)盡量簡化。常用的無極調(diào)速的方法有：機械式無極變速器和電控式無 極調(diào)速。電控式無極調(diào)速常常采用變頻調(diào)速三項異步電動機；本設(shè)計為降低成本、簡化機構(gòu)，采用寬三角帶式無極變速器，它是單調(diào)整、通過改變軸間距來達(dá)到各種變速，其工作原理圖如下： 圖 2-1 寬三角帶式無極變速器 10 第三章 設(shè)計計算 3.1 總體參數(shù)及運動參數(shù)的選擇 3.1.1 振動臺振動頻率的確定 振動臺由四組彈簧片支撐在機架上。為使籽粒在分選時，能在篩體的振動和風(fēng)力的作用下，形成流化狀態(tài)，使其比重不同的籽粒分開，振動平臺可設(shè)計為一個簡諧振動的四連桿機構(gòu)。 為使偏心連桿振動臺符合簡諧振動規(guī)律，必須滿足下列條件： 1. 振動原理如圖 3-1，振動方向必須與撐桿振動中心垂直。這樣撐桿往復(fù)運動振幅 A 等于偏心距 2r。 圖 3-1 振動原理圖 圖中 為篩面與水平夾角， 為篩體振動方向與水平夾角， r 為曲柄， L 為連桿。 2. 篩體四組撐桿必須等長，安裝位置必須平行，才能保證篩體平動。 3. 撐桿長 L1 和連桿長 L 必須大于 100150 倍曲柄半徑 r，這樣篩體可視為一個自由度的振動（即直線平動）。 4. 曲柄 工作角速度 必須等于常數(shù)，這樣篩體振動圓頻率即為 11 。 5. 籽粒在篩面上可視為與篩子一起運動的質(zhì)點。 籽粒的位移速度和加速度關(guān)系為： X = co srt v = s i ndX rtdt 2 c o sdva r tdt 在 t 等于 02和 3 22 區(qū)間時，慣性力為負(fù)值，方向沿 X 軸向左（如圖 3-2），籽粒有沿篩面向前滑動的趨勢。在 t 等于 322區(qū)間時，慣性力為正值，方向沿 X 軸向右（如圖 3-3），籽粒有沿篩面向后的滑動趨勢。 圖 3-2 種子在篩面受力分析 圖 3-3 種子在篩面受力分析 圖中 為篩體與水平面傾角。 為篩體振動方向與水平面夾角。 欲使種子向前滑動，即向下滑動 ,必須使篩子運動的加速度比保持下列條件： 21s i nc o sr Kg 種子沿篩面向后滑動 ,即向上滑動條件為： 12 s i n c o sF m g （如圖 3-3 示） 將 值 F 值代入后化簡得： 22s i nc o sr Kg 當(dāng)慣性力 沿 X 軸向右時，篩 子對種子的法向反力為 2c o s s i nc o s c o s s i nN m gm g m r t 當(dāng) 2r 增大時，法向反力 N 減少。當(dāng) 2r 增到某一值時， N=0。種子被拋離篩面，所以種子拋離篩面的條件為： 23c o ss i nr Kg 所以對物料分離結(jié)果起決定作用的是篩子運動的加速度比2rg 。另外與篩面摩擦角 、篩子橫向傾角及縱向傾角有關(guān)。 由上述，本機振動頻率即偏心軸轉(zhuǎn)速應(yīng)在23KK間，這樣物料在風(fēng)力作用下依次分層，比重較小的種子浮在上面，再加上篩面振動的配合，種子呈流化狀態(tài)，達(dá)到分離目的。 因為：23KK 即 s i n3 0 3 0 c o sc o s s i ngg nrr 式中 11t a n t a n 0 . 3 1 6 . 7f 3 27 29 將以上參數(shù)代入得到，即本機轉(zhuǎn)速應(yīng)在： 2 9 7 8 2 5n /minr 間 , 13 據(jù)實際經(jīng)驗，選振動頻率范圍在 300 600 次之間。 3.2 所需風(fēng)量與風(fēng)壓的計算 3.2.1 風(fēng)量的計算 在篩床的設(shè)計過程中，已經(jīng)確定篩床的有效工作面積為 2F=2m ，為使籽粒在篩 面上達(dá)到 流化狀態(tài) ，要求：清 選小麥時 平均風(fēng) 速V 1 . 3 1 . 4 /ms麥 ，玉米為 1.8 /V m s玉 。 則 31 . 8 2 3 6 0 0 1 2 9 6 0 /Q V F m h 玉 玉 31 . 4 2 3 6 0 0 1 0 0 8 0 /Q V F m h 麥 麥 以玉米的計算風(fēng)量為依據(jù)，應(yīng)有總風(fēng)量大于 312960 /mh，同時應(yīng)加上由于結(jié)構(gòu)和工藝等原因造成的漏風(fēng)損失。 Q K Q玉總 一般 1.3 1.5K ，取 1.4K 得到： 31 . 4 1 2 9 6 0 1 8 1 4 4 /Q K Q m h 玉總 取 31 8 5 0 0 /Q m h總 3.2.2 風(fēng)壓的計算 要使種子在篩面上達(dá)到流化狀態(tài)，必須保證空氣流過篩孔后的速度，即風(fēng)機產(chǎn)生的風(fēng)壓除去各種損失后所應(yīng)達(dá)到的動能指標(biāo)。 djP P P 22dvPg 14 式中 P 為風(fēng)機全壓，dP為動壓，jP為靜壓， 為介質(zhì)重度， v 為介質(zhì)速度。 jP的大小應(yīng)能克服各種阻力損失。 風(fēng)壓損失包括：風(fēng)機出口的擴(kuò)散損失，通過籽粒層的損失，通過篩孔、擋風(fēng)網(wǎng)的損失以及摩擦損失等。 為了保證篩面有 1.8m/s 的風(fēng)速，同時要求篩面各處風(fēng)量可調(diào)，用一臺風(fēng)機很難保證性能要求。因此，我們選用五臺同一型號的風(fēng)機并聯(lián)使用。 1. 靜壓損 失的計算 （ 1）通過糧層的壓降 1 GPRF 式中： G/F 為單位面積糧層的重量， R 為系數(shù)，與籽粒的表面狀態(tài)、雷諾數(shù)有關(guān)，取 K=1.05。 gFhG G hgF 式中 h 糧層厚度； g 籽粒容重。 另外，籽粒在清選時處于膨脹狀態(tài)，容重減小 15% 25% ，取 20%計算。 則有 1 1 0 . 2P R h g 對于小麥 37 0 0 /g Kg m ，重力清選機的最佳清選厚度為 10 20mm 。 3121 . 0 5 ( 1 0 2 0 ) 7 0 0 ( 1 0 . 2 ) 1 05 . 8 8 1 1 . 7 6Pm m H O 取 1212P m m H O （ 2）通過篩孔的損失 15 22 2vPg 式中 為管道孔板阻力系數(shù)，它與篩網(wǎng)有效通風(fēng)面積有關(guān)，一般20%左 右。 由 20%查得 =67 2221 . 86 7 1 1 . 0 7 1 3 . 9 52 9 . 8P m m m H O 氣 柱 由于采用了雙篩結(jié)構(gòu) OmmHP 22 9.2795.132 取 OmmHP 22 28 （ 3）風(fēng)機出口擴(kuò)散損失 gvP223 式中 為管道突然擴(kuò)大局部阻力系數(shù)，由管道面積與風(fēng)口面積比值確定。 21 076.034.0224.0 mA 風(fēng)機出口面積 22 46.05 16.2065.1 mA 管道面積 17.0/ 21 AA 由此查得： 691.0 風(fēng)機出口風(fēng)速：1 1Qv nA 總 式中 n 所用風(fēng)機臺數(shù)。 16 smhmv /5.13/9.4 8 5 8 1076.05 1 8 5 0 01 OmmHmgP 223 5.842.625.13691.0 氣柱 （ 4）摩擦損失 gvdLP2224 式中 為摩擦阻力系數(shù)，它是雷諾 數(shù)eR的函數(shù)， L 為空氣介質(zhì)流經(jīng)管道的長度 L=0.3m， 2v 為介質(zhì)在管道中的速度（ m/s） ,d 為管道直徑 (m)，dvRe 2，由于是非圓截面， Rd 4 ， R 為當(dāng)量孔半徑（ m） ,為介質(zhì)的運動粘度 = sm /1035.1 5 ， R=0.38(按管道面積折 算 )， 295.217.034.0224.036005 185002 v 55 1068.2103.1 38.04295.2 eR eR443164.0 11.31068.244 3164.0 5 OmmHmgP2242.0165.02 295.238.04 3.011.3 氣柱 2. 動壓的計算 17 212d vP g 3/651.12 mN Om m HPagP d 22 1254.11725.13651.12 3. 風(fēng)機的總壓頭 Om m HPPPPPP d24321 7.602.0125.82812 取 P=61 OmmH2 3.3 風(fēng)機的設(shè)計 風(fēng)機系統(tǒng)是重力清選機的核心部件，如何設(shè)計出具有一定風(fēng)量、風(fēng)壓且效率高、噪音小的風(fēng)機是極其重要的問題。風(fēng)機被認(rèn)為是種子加工廠的主要聲源，為改善勞動條件，風(fēng)機設(shè)計者往往不得不降低一些效率來達(dá)到降噪的目的。 3.3.1 葉輪的設(shè)計 1. 葉輪外徑2d風(fēng)機轉(zhuǎn)速 n 的確定 風(fēng)機的噪聲級與葉輪外徑線速度的 68次方成正比。因此， 降低轉(zhuǎn)速是降噪的有效方法，但是轉(zhuǎn)速過低，將使風(fēng)機外型加大，整個機器體積增加，造價偏高，因此轉(zhuǎn)速又不能過低，我們?nèi)?n=980 轉(zhuǎn) /分。 1260 Pnd 式中 P 為風(fēng)機全壓（ Pa）， 為介質(zhì)密度 1.2 3/Kg m ，1為系數(shù)， 18 1=0.7 1.15 之間，為得到較小的2d取 1 =1.15。 md 4 0 5.015.12.1 8.9619 8 0602 取 mmd 4002 。 2. 最佳葉片進(jìn)口角1，出口角2及葉片數(shù) Z 的確定 所謂最佳葉片進(jìn)口角和出口角，即是說滿足損失和噪音最小的條件，降低葉輪圓周速度，增加葉片數(shù)，增加葉柵的氣動力載荷是目前降噪設(shè)計的最盛行設(shè)計方法，一般1 80 90 ，2 1 6 0 1 7 0 ，Z= 5060 ，本設(shè)計取1 90 ，2 160 ， Z=48。 3. 12/dd比值的確定 4/222 dv V 式中 為風(fēng)機的流量系數(shù)， V 為風(fēng)機的秒 流量（ sm/3 ）， 2 v 為葉輪外徑的線速度。 smn QV /03.136005 185003600 3 總 smdnv /53.202 4.030 980230 22 398.04/4.053.20 03.1 2 321 194.1/ dd 878.0398.0194.1/ 321 dd 取120.875dd 19 則 mmd 350400875.01 4. 最佳葉片進(jìn)口寬度 離心風(fēng)機在經(jīng)過風(fēng)機葉輪時要轉(zhuǎn) 90 角，氣流在這里將發(fā)生分離（如圖 3-4），因此，進(jìn)口寬度只能為主氣流部分的充滿，這樣就使該處徑向速度大大增加。據(jù)此，在額定流量下，這里發(fā)生很大的不該有的沖擊，產(chǎn)生噪音。同時使氣流產(chǎn)生回流，伴隨著很大的損失。因此，為避免這種對葉輪的有害影響，防止氣流在轉(zhuǎn)彎處的分離，葉片的進(jìn)口寬度尤為重要。 圖 3-4 風(fēng)室氣流示意圖 通常：11 350 1594 0 . 5 5 4db m m 55.0 3.3.2 蝸殼的設(shè)計 蝸殼是風(fēng)機中的關(guān)鍵部件，目前離心通風(fēng)機普遍采用矩形截面的蝸殼，它的優(yōu)點是制造工藝簡單，適于焊接。 蝸殼設(shè)計的內(nèi)容有：蝸殼寬度的確定，蝸殼型線的確定以及蝸殼舌尺寸的確定。 20 1. 蝸殼寬度的確定 依據(jù)資料推薦，機殼厚度與葉片寬度之比 =1.4 1.5 則有： B/b=1.4 1.5 )5.14.1(159)5.14.1( bB 5.2386.222 B 取 B=224mm 2. 蝸殼型線的設(shè)計 蝸殼機 構(gòu)采用平行側(cè)壁蝸殼，如圖 3-5。 圖 3-5 蝸殼示意圖 對于半徑 r 上的圓柱截面，連續(xù)性方程給出： C ombrCBr m 022 式中0r為葉輪外徑的半徑20 2dr ，mC為矩形截面任一圓弧上的徑向分速度，而 Com 為葉輪外徑上的徑向速度。 0m rbC Com rB 對于流速周向分量來說，上述的環(huán)流不變定律是同樣有效的，即0u Cou rC r。 由此得出流線的傾角為： 21 BbBbC onC om 0ta nta n 因此可從流線的出蝸殼型線 即 drd rtan , Bbedrd r )( ta nta n 0 積分 0 0( t a n )r rred b drB 得到 00 ( t a n )n rbL rB Bberr )(ta n 00 Bberr )(ta n 00 此即為蝸殼 型線，它可以滿足氣流的環(huán)流規(guī)律，從型線方程可以看到它是一條對數(shù)螺線。 式中0為葉輪外圓上的氣流絕對速度與葉輪圓周速度的夾角，其值可由出口速度三角形得到 (圖 3-6)。 22 圖 3-6 葉輪外圓速度三角形圖 其中2mC的數(shù)值可由風(fēng)機風(fēng)量求得；2 160 。 即 2 1 1 . 0 1 1 3 . 5 /0 . 0 7 6m VC m sA 2rV的水平投影2 2 t a n ( 1 8 0 1 6 0 )r s mV C c smcV sr /3720ta n5.132 2C的水平投影為： 222u r sC u V 即 smCu /5.57375.202 23.05.57 5.13ta n220 umCC 9.120 23 但是由于風(fēng)機葉輪的旋轉(zhuǎn)，實際0 12.9 ，取0 9，所以蝸殼方程式為： Bberr 9tan0 b=159mm,B=224mm,r0=200mm 整理后得 112.0200 er 其中 以弧度計。 3. 蝸舌間隙的確定 蝸舌間隙的處理好壞，對通風(fēng)機的噪聲有很重要的影響，前人試驗表明，增大蝸舌間距，可明顯降低通風(fēng)機的氣體動力噪音，當(dāng)2/ 0.12rd時，達(dá)到了最低噪聲級的效果，因此取2/ 0.12rd 4 0 0 0 . 1 2 4 8 m mr 4. 殼體進(jìn)氣孔直徑 0 2 jQD C 5 1 5 m /sjC 取 11.7m/sjC 。 01 . 0 12 3 3 1 . 5 m m1 1 . 7D ，取 D=332mm。 基于上述風(fēng)機設(shè)計方法，不僅降低了噪聲，也滿足了風(fēng)量風(fēng)壓的性能要求。 3.4 傳動設(shè)計 3.4.1 無級變速器設(shè)計 為了滿足多種作物在篩面上的上滑條件，振 動頻率必須可變、 24 可調(diào)，所以必須采用無級變速傳動。它既滿足所要求的振動頻率，又使傳動機構(gòu)大為簡化。 篩面振動頻率的無級調(diào)速可采用變頻調(diào)速三項異步電動機，本設(shè)計為降低成本、簡化機構(gòu)，采用單調(diào)整，改變軸間距來達(dá)到各種變速。 1. 帶輪的計算 傳動比分配： 980 3 . 2 6 73002 . 5 1 . 3 0 7ninii 總總偏偏 主 2. 風(fēng)機軸帶輪： 100D mm主（查設(shè)計手冊） 3. 變速軸帶輪： 1 . 3 0 7 1 0 0 1 3 0D i D m m 變 主 主 4. 變速軸轉(zhuǎn)速： n DnD變 主主 變 100 9 8 0 7 4 5 / m i n130Dn n rD 主變 主變 5. 無級變速帶規(guī)格的確定： 查設(shè)計手冊 16圖 9-1-6，表 9-1-18，（非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備手冊）得到標(biāo)寬 mmb 32 , 厚度 mmh 13 。 6. 槽輪直徑確定：查表 9-1-2216， 80d mm槽 5.2300754m inm a x 偏變n ni maxminidD 槽偏 mmdiD 200805.2m i nm ax 槽偏 槽輪最大直徑：m a x m a xm i nm i n600 2300D nR Dn 槽 偏偏槽 25 mmD 160280m ax 槽 7. 無級帶計算： 無級變速帶長度計算： 2112 () 2 ( ) 1 3 8 624 DDL A D D m mA 查表 9-1-1816，取標(biāo)準(zhǔn)值 L=1430mm 實際中心距： YXXA 2 11 ( ) 1 4 3 0 3 6 0 2 1 64 2 4 2X L D d m m mmdDY 200)160200(81)(81 22 代入求得： mmA 432 軸間距調(diào)整范圍 L：max minL A A 已知：min 432A mm 2m a xA X X Y mmdDLX 5.247)(241 mmdDY 1800)(81 2 mmA 4911 8 0 05.2475.247 2m a x mmL 59432491 3.4.2 軸承壽命校 核 頻率達(dá)到 300 次 /min，無級變速器移動 21.5mm 時，徑向力 1F 與軸垂直線產(chǎn)生夾角 。 26 8.2432 5.121tan 所以軸向力： 1 s i n 1 4 7 . 5 s i n 2 . 8 7 . 2aF P N 參考變速器軸受力圖 3-8 在 A 截面軸承受徑向力最大 NRA 364，故只校核 A 軸承，初選外球面向心軸承 90504。 查軸承手冊，對于 504 軸承額定靜載荷 NC 30 107.16 ，因軸向力全部由 A 軸承受 NF 2.7 ，由機械設(shè)計手冊 16查得： 40103.41037.16 2.71 CiF a 而 02.03642.7 raFF 由表 10-14 知 22.0e ，因而 22.002.0 eFFra ，由表 10-1416查得 X=1 ， Y=0。由表 10-916查得 42.3Lf ，表 10-1116查得 1Ff ，表 10-1016查得 35.0nf ，表 10-1216查得 1Tf ，因而 NPff ffCTnFL 3557364135.0 142.3 。 查 軸 承 手 冊 17504 軸 承 額 定 動 載 荷 NC 23630 ， 所 以236303557 CC 。 27 3.5 所需動力功率確定 該機傳動使用三角帶傳動，一臺電機既驅(qū)動風(fēng)機又驅(qū)動振動臺，因此，電動機的功率選擇也應(yīng)包含兩部分。 3.5.1 振動臺功率確 定 振動臺是一個往復(fù)運動件，它所需要的功率從振動臺所獲得的能量與糧食被輸送需要的能量來考慮。 1. 工作臺振動功率 1N 4321 10405 nrGN 式中： G 為篩體重量（）； r 為偏心距（）； 為轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn) /分）； 1N 為功率（ KW）。 設(shè)篩體重量為 70 則 KWN 2.010405 600)105.3(70 43231 2. 輸送糧食的功率消耗 367 )s in1(2 LQN 糧 式中 糧Q 生產(chǎn)率（ T/h）為 3 噸 /小時 L 工作臺長度（ m）為 2.19m 工作臺縱向傾角為 254 KWN 019.0367 )254s in1(19.232 所以振動臺所需功率 KWNNN e 219.0019.02.021 取 KWN e 22.0 28 3.5.2 風(fēng)機所需功率的確定 PQNT 總 KWN T 072.3618.93600/18500 取 KWN T 1.3 3.5.3 所需理論功率和實際功率 KWNNN TeL 32.31.322.0 LS NN 為機械效率： 321 其中 1 軸承效率，共 7 對軸承， 71 99.0 2 三角帶傳動效率，為三級傳動， 32 97.0 3 風(fēng)機效率， %603 則有： KWNS 49.66.097.099.0 32.3 37 由此選用 4132 MY ，額定功率 KW5.7 ，同步轉(zhuǎn)速 min/1500 r 。 29 3.6 強度與剛度的設(shè) 計與校核 3.6.1 驅(qū)動連桿的強度與剛度校核 初步設(shè)計連桿橫截面尺寸 20d mm， mmL 750 ，且連桿是一端與曲柄軸鉸接，另一端與篩體固定連接。 1. 受力分析：連桿的彎曲應(yīng)力如圖 3-7 所示 : 圖 3-7 連桿安裝情況示意圖 將次種桿件視為一懸臂梁。自由端 A 受一對稱循環(huán)交變集中載荷 P，當(dāng)曲柄以角速度 旋轉(zhuǎn)時， A 端撓度方程為： trY cos 1 式中 r 為偏心距， t 為相位角。 由材料力學(xué)得知，此種梁的彈性曲線方程為： 33PLY EJ 2 將式 1 與式 2 合并，則： 3cos3PLrtEJ 33 c o sEJP r tL 此時連桿所受彎矩為 PLM ，連桿所受彎 曲應(yīng)力： M 式中 332d （抗彎截面模量） 23 c o sEJ rtL 式中 464DJ 而 43/ 6 4 /2/ 3 2JD dD 所以 trLEJ c o s23 2 2. 軸向拉壓交變應(yīng)力 30 已知連桿受篩體慣性力 和篩體重量的水平分力 sinG trgG c o s2 為對稱循環(huán)交變載荷 sinG 為常數(shù) 為篩體傾角 此時連桿所受拉壓應(yīng)力為 2241c o ss inditrgGG拉 式中 i 為連桿數(shù) i=2 所以連桿所受壓力總和為： 22241c o ss i nc o s23ditrgGGtrLEJ 拉總 當(dāng)4 t時，22s inc o s tt ，連桿所受應(yīng)力最大。 2m a x 2222 2 22s i n32 21222423 2 2 s i n 4GGrEJ grLdGrE J G grL d d 式中 2426 /102/102 mmkgcmkgE ， mmL 750 ， 3 ，mmr 5.3 ， kgG 150 ， mmd 20 代入上式得 2222m a x /30/3238513.0 mmNmmkgddd 31 連桿的強度條件為 5.2m a x1 fK 式中 1 材料在對稱循環(huán)交變應(yīng)力下的疲勞極限。 f 疲勞安全系數(shù)，查手冊 16得： 5.2f K 有效應(yīng)力集中系數(shù)，查設(shè)計手冊 16 45.1K 尺寸系數(shù)，查圖 10-1316， 92.0 8.0 ，查圖 10-1516 21 /1604004.04.0 mmkgb 5.225345.1 1608.092.0m a x1 fK 所以連桿強度合格。 3.6.2 壓桿穩(wěn)定校核 已知3A鋼臨界柔度p pE 式中 42 10E MPa ， 196p MPa ， 100p MPa （比例極限） 柔度計算：2Li 式中 ILA，4di ， I 為慣性矩 464d ， 24dA （截面面積），4Ld 查表 9-116 ， 為 長 度 系 數(shù) 0.7 （一端 固 定 一 端 鉸 支 ） 32 10520 47507.0 因為 1 0 5 1 0 0p ac 所以該件是大柔度桿。 據(jù)歐拉公式： 2 2 4 3 4 422 2 22 1 0 2 0 2 7 5 6 /6 4 6 4 7 5 0cr E I E dP k g m mLL 因為 2756 1 1 0 02 . 5crcrstPP k gn 式中 stn 失穩(wěn)安全系數(shù)。 由慣性力 造成外加載荷： 2 c o sGrtg 當(dāng) t 0、 、 2 時， kgnrgG 210)30(5.39800150 22m a x 因為 kgPkg cr 1100210m a x 所以穩(wěn)定性合格。至此連桿強度與剛度全部合格。 3.6.3 無級變速軸的強度與剛度校核 把無級變速軸視為一個鉸支的懸臂梁，受力如圖 3-8 所示。 33 圖 3-8 變速軸彎矩扭矩圖 已知：該軸功率 KWN 45.0 ， 401 R , 652 R 扭矩 0 . 4 59 5 5 0 9 5 5 0 5 . 9754NM N mn 所以 31 1 5 . 9 1 0147540MPNR 321 2 5 . 9 1 0 9165MPNR 34 1. 求支反力AR與BR，作彎矩圖 H 面，對 B 點取矩： 2 ( 6 5 9 0 ) 9 0AHPR / 2 155 15790AH PRN 2 66B H A HR R P N V 面，對 B 點取矩1 (1 1 0 9 0 ) 9 0AVPR NPR AV 32 89020 0 1 NPRR AVBV 1801 NRRR AHAVA 3 6 422 NRRR AHBVB 19222 查設(shè)計手冊 16： 55 1 950 58.09555 01 當(dāng)量扭矩 mmNmNT 38038.045.085.0 2. 驗算軸疲勞強度 由彎矩圖可見， A 截面承受彎矩最大，所以只驗算 A 截面疲勞強度即可。 333 78532 )20(32 mmdW 333 157016 )20(16 mmdW t 式中 W 、 tW 分別為抗彎截面模量及抗扭截面模量，對于一般轉(zhuǎn)軸，彎曲應(yīng)力通常按對稱循環(huán)變化，而扭轉(zhuǎn) 剪應(yīng)力通常按脈動循環(huán) 35 變化考慮， A 截面應(yīng)力幅： M P aWMa 7.2078516225 平均應(yīng)力： 0m M P aWTtma14.015702 4502 由設(shè)計手冊 16查得： MPa2601 MPa1501 等效系數(shù) 15.0 1.0 尺寸系數(shù) 87.0 81.0 表面狀態(tài)系數(shù) 9.0t 有效應(yīng)力集中系數(shù) 6.1K 36.1tK 由公式1 260 6 . 21 . 6 2 0 . 700 . 9 0 . 8 7amn K MP aKnmattt 4507.01.081.09.0 14.036.11501 2.64502.6 4502.6 2222 ttnnnnn 查手冊得許用安全系數(shù) 8.15.1 n 8.12.6 nn 表明該軸疲勞強 度合格。 3. 驗算變速軸扭轉(zhuǎn)剛度 據(jù)公式 PTGI 查手冊得6 0 . 5 8 . 7 3 1 0 ( )1 8 0 1 0 0 0 r a d 36 所以74 3 43 2 3 2 4 5 0 3 . 6 1 0 ( )8 0 1 0 2 0PTT r a dGI Gd 67 1073.8106.3 所以該軸剛度合格。 3.6.4 無級變速器壓縮彈簧的計算 1. 為了確保傳遞扭矩可靠，應(yīng)計算彈簧所受軸向壓縮力得大小，以確定彈簧尺寸。 首先假設(shè)皮帶與帶輪之間的壓強 P 是均勻分布的，即 P 是常數(shù)，實際上壓強不是均勻分布的，但是按壓強是均勻分布所積 分出的摩擦力矩卻是與實際所傳遞的扭矩相平衡，所以用這種辦法解決的問題是安全可靠的。彈簧所受的壓縮力應(yīng)等于滑動盤所受的水平方向的合外力。而水平合外力等于產(chǎn)生摩擦力矩的正壓力的積分。因此，應(yīng)先求出壓強 P，彈簧壓縮力便迎刃而解。 摩擦力矩微元：MNd f d r 1c o sNrd P r d d 式中 f 為摩擦系數(shù)，Nd為正壓力微元， P 是壓強；且 0.8f ，1co srr d d 是面積微元。 所以 2c o s rM f P r d dd 因為摩擦力矩是由皮帶輪兩側(cè)共同產(chǎn)生，所以當(dāng)振動頻率為 600次 /分時 37 mmPNPrPfdrdPfddrPfdMMrr 3 8 1 2 3 7)6.7084(31845.267.131180163c o s2c o s2c o s2233846.703846.70218016302 式中 17 ， 為皮帶包角， r 為半徑。 該軸所傳遞扭矩30 . 4 59 5 5 0 9 5 5 0 5 . 7 5 . 7 1 0754T NM N m N m mn 式中 N 該軸功率 0.45KW n 該軸轉(zhuǎn)速 因為TMM，所以 mmNP 3107.5381237 ， 2/015.0 mmNP 而滑動盤水平方向合外力 F 同樣由皮帶輪兩側(cè)產(chǎn)生 c o s12 APF rddrA c o s1 NrdrdPddrPFrr67.9621093.0)( c o s2c o s1c o s12846.702846.701 8 01 6 002 同理可求出當(dāng)振動頻率為 300 次 /分時，最大水平軸向壓縮力NF 198max 。 為了確保扭矩傳遞可靠，考慮皮帶打滑等 因素影響，還應(yīng)乘上 38 工作情況系數(shù)，查表 3.1WK 得到軸向壓縮力： NF 1 2 63.167.96mi n NF 2573.1198m a x 。 2. 彈簧的設(shè)計與計算 已知：彈簧負(fù)荷作用次數(shù)低于 310 次 ，屬 三 類 負(fù) 荷 ， 中 徑mmD 562 ， NP 257max , NP 126min 。 最大工作負(fù)荷時變形量 20mm。 查機械設(shè)計手 冊，由表 11-716查得： 3m a xm a x 228 PKC D 選用 III 組碳素彈簧鋼絲，由表 11-316及表 11-416得 M P ab 56511305.05.0 6894257 565658 2m ax223 PDKC 查表 11-916得 C=13.5， 564 .1 51 3 .5d ，取 mmd 5.4 ，當(dāng) mmd 5.4 、2 56D時，由表 11-1016可查得： NNP 275400max 由表 11-716查得： 3248 nn P D nF Gd 當(dāng) NPPn 257m ax , mmF 20max ，由此得有效圈數(shù) 78.1562578 5.478450208 3 432m a x4 DPGdFn n 取 n=2，有效圈數(shù)1 24nn圈 實際變形量： 39 mmGd nDPF n 45.225.47 8 4 5 0 25627588 434 32m a x mmF 1125712645.22m in 查表 11-1016節(jié)距 mmt 25 ，則自由高度OH和壓縮高度bH為 mmdntH O 653 mmdnH b 75.15)5.0( 1 則 6 5 1 5 . 7 5 4 9 . 2 5b o bF H H m m %4525.4945.22m a x bFF %1.2225.4911m in bFF 計算結(jié)果符合maxF、 minF 為總變形量bF的 %80