4lz-6型谷子聯(lián)合收獲機振動篩的設(shè)計

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In this paper, the vibrating screen of 4lz-6 millet combine harvester is designed. The overall scheme of the cleaning device of the machine is determined according to the screening of millet, and the design of each part of the screen body is carried out, and its important motion parameters are determined. The mechanism uses the motor to drive the vibration exciter as the power source . The input power of the motor is 22kw . The vibrating screen adopts a three-layer screen structure. There are two types of screen: scale net and mesh net. According to the characteristics of millet, the grid size is designed to reduce the impurity content and improve the screening efficiency. The feeding rate is 6kg / s, the working efficiency is, and the impurity content is 0.5hm2/h . This design is aimed at the improvement and optimization of cleaning device of millet combine harvester, power consumption and reliability also directly affect the performance of the whole machine. If on the one hand can complete the in-depth analysis and research of the vibrating screen mechanism, and then optimize the design of the product, improve the performance and on the other hand, they can learn to use advanced design concepts and adopt advanced design methods to solve the problems that traditional design methods can not solve. It's going to be very practical. Keywords：Millet harvester, Vibration sieve , Motion parameters 目 錄 1 緒論 1 1.1 研究背景 1 1.2 國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展 3 1.2 國外技術(shù)發(fā)展 3 1.2.2 國內(nèi)技術(shù)發(fā)展 4 1.3 主要研究內(nèi)容和方法 4 2 技術(shù)任務(wù)書 (JR) 6 2.1 技術(shù)方案 6 2.2 結(jié)構(gòu)的工作原理 6 3 振動篩方案設(shè)計 7 3.1激振器 7 3.2 篩面及其固定裝置 9 3.3支承裝置 10 4 物料運動分析及相關(guān)參數(shù) 11 5 物料運動速度以及生產(chǎn)率 15 6 隔振彈簧的確定 17 7 參振質(zhì)量的計算 21 8 電機功率的計算和選擇 22 9 激振器軸的設(shè)計 24 10 激振器長軸的校核 25 6 總結(jié) 31 參 考 文 獻 32 致謝 33 4lz-6型谷子聯(lián)合收獲機振動篩的設(shè)計 1 緒論 1.1 研究背景 近年來，中國在全球化的大背景下，經(jīng)濟得到迅速的發(fā)展，人們生活水平得到很明顯的提高，人工采摘效率并不能適應(yīng)和滿足于我們的發(fā)展需要?，F(xiàn)在社會，科學技術(shù)方面的研究與發(fā)展也在加速，機械化已經(jīng)在慢慢取代人工作業(yè)，機械憑借著高效率的工作模式，為這個社會創(chuàng)造了更多的效益！現(xiàn)在的新型的機械設(shè)備越來越多，功能也隨之變得越來越多。 中國是谷子生產(chǎn)大國，2017年全國谷子播種面積為861千公頃，雖然種植面積廣，但目前還沒有完全合適的谷子收獲機械，低效率的收獲技術(shù)嚴重阻礙了谷子的進一步發(fā)展。谷子籽粒比其他作物小；谷子穗下莖極不相同，短莖大于十厘米，長莖在七十到八十厘米之間，造成水平差異過大，谷子入穗時莖韌性不斷變化，谷子植株受穗重影響導致傾斜，尤其是在秋天，風太大，有些穗和莖混在一起，如果線間距太窄，就會扭到一塊，品種間穗質(zhì)量、穗長差異較大等等。這些特點都會造成機械收獲困難。 清選裝置作為收獲機的“消化系統(tǒng)”，作用是清理掉收獲機脫離滾筒中分離出來的稻谷混合物中的長短莖稈、輕質(zhì)雜余等雜質(zhì)清理掉。收獲機整機的工作性能會被清選裝置的清潔率、生產(chǎn)率、功耗、許多工作指標的業(yè)績，如損失率，都有直接影響。 目前主要有三種主要形式的清選裝置：第一種是風機加汽缸清洗機構(gòu)，噪音較低，結(jié)構(gòu)相對簡單，之后研究人員為了提高清選性能，采取了一些措施：修改截面形狀或者添加輔助零件，雖然性能有些提升，但對于實現(xiàn)生產(chǎn)還遠遠不達標。第二種是旋風氣流分選機構(gòu)，也稱無篩式風選裝置，相比第一種而言，結(jié)構(gòu)更為簡單，低功耗，不易出故障，實用性高，但由于技術(shù)條件無法突破，不被社會接受和廣泛使用。第三種是振動篩加風扇式清選機構(gòu)，生產(chǎn)效率高，工作可靠，但有些問題：篩分效果不理想、振動大篩分含水率較高的農(nóng)作物時容易把篩孔堵塞，導致?lián)p失大、低生產(chǎn)率。現(xiàn)實因素是因為這種機構(gòu)比較成熟，而且維修起來容易，許多廠家生產(chǎn)這種振動篩加風機清洗機構(gòu)。 帶風扇式清洗機構(gòu)的振動篩配有貫流流風機或離心風機，產(chǎn)生適合谷物篩分的氣流，振動篩篩網(wǎng)由單層或雙層組成，形式為編織篩、沖孔篩、魚鱗篩或組合篩魚鱗篩等。在篩選谷物的時候，莖稈與籽粒、雜余成分的分離和空氣的流動密切相關(guān)；對于含在谷物中的大小雜余的清除是需要依靠振動篩和氣流的配合才能較好地完成。 近幾年，雖有多家企業(yè)正在嘗試將傳統(tǒng)用于收獲稻麥或油菜的全喂入聯(lián)合收割機稍加改進后收獲谷子，但都因作業(yè)效果不夠理想而不能被廣大農(nóng)民所接受。因此研究出一種專門針對谷子收獲的機械，對加快推進谷子收獲機械化的發(fā)展，具有重要意義。 1.2 國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展 經(jīng)過仔細地查閱有關(guān)資料，在清選裝置方面的研究與發(fā)展方面，國內(nèi)外學者做了很多各式各樣的研究工作，近年來已經(jīng)研制出來清選效果良好的聯(lián)合收獲機清選裝置。 最簡單的機理是單通道風機和單層振動篩的清洗裝置，結(jié)構(gòu)包括有單通道離心風機和單通道離心風機。雖然簡單輕便，但效果不是很好，特別是對谷物混合物的清選，損失量大，雜質(zhì)含量也高。 后一種裝置是在單風機和單層振動篩的基礎(chǔ)上進行改造的。有單風管、雙層振動篩清選裝置。結(jié)構(gòu)為雙層振動篩、單風管離心風機。振動篩上下層結(jié)構(gòu)不同。較單層篩在清選方面效果更好一些，在一定范圍內(nèi)能滿足小型谷子聯(lián)合收獲機清選的硬性需求。 雙風管風機雙層振動篩清洗裝置由雙層離心風機和雙層振動篩組成，結(jié)構(gòu)關(guān)鍵是采用雙風管風機，上部風管保持原有風管狀態(tài)。下部風道直接將空氣吹向濾網(wǎng)后部。在這類裝置中清選結(jié)果較好。 將雙風道風機做一些改良變成雙風機振動篩清洗裝置，由離心風機、橫流風機和雙風機振動篩組成。相比之前較為復(fù)雜，但是，如果結(jié)構(gòu)參數(shù)和運動參數(shù)處于最佳組合，則清選效果會變良好。 單通道風機圓筒篩清洗裝置由單通道離心風機和圓筒篩組成，采用圓筒篩進行篩選，結(jié)構(gòu)相對簡單，可縮短整體長度，降低振動。具有良好的濕法分離性能，但參數(shù)設(shè)置不方便，而且，只有當顆粒雜質(zhì)含量達到一半時，篩選效果才更好，因為當顆粒雜質(zhì)含量較高時，通過篩孔將大量短桿和雜質(zhì)混入顆粒物中，增加了顆粒物中雜質(zhì)的含量，由于堵塞，整機運行性能變差。 實驗結(jié)果表明，雙通道篩選機構(gòu)比單通道篩選機構(gòu)具有更好的篩選性能指標，不但減小前篩直徑，而且提高了篩選能力，對谷子脫出物的篩選適應(yīng)性強。 雙風機圓筒篩篩選裝置由圓筒篩和風機、橫流風機組成，在圓筒篩的頂部設(shè)置與篩選裝置寬度相同的橫流風機，橫流風機朝向圓筒篩口。谷物在振動篩篩面上移動，大量短桿和雜質(zhì)被吸入橫流風機排出，篩選性能好。 通過風機篩選的布置，傳統(tǒng)的篩網(wǎng)布置成梯形，最大限度地發(fā)揮了篩選過程中的氣流清洗作用。為消除雜質(zhì)，降低負荷，部分機械在風篩的結(jié)構(gòu)上增加了空氣預(yù)濾裝置。Arischamos公司在生產(chǎn)N系列聯(lián)合收割機時安裝了空氣預(yù)凈化裝置。目前國內(nèi)已有相同結(jié)構(gòu)。 山東工程大學4zls-1.5型小型背靠背聯(lián)合收獲機，是針對小麥收獲的一款機械。其清洗裝置和脫粒裝置與第一代珠江130型樣機相似，無清洗裝置，只有風機，收獲時雜質(zhì)含量為3.26%。 蔣亦元院士研制的4ztl-1800型自走式聯(lián)合收割機，采用氣流吸糧輸送，分離機構(gòu)采用立式螺旋滾筒，角鋼桿齒軸向脫粒滾筒，分離機構(gòu)采用立式螺旋滾筒?？蓪崿F(xiàn)篩選、分離、提升等功能。由于機構(gòu)比較復(fù)雜，不適用于小農(nóng)場和居民區(qū)，必須與風扇一起使用，僅適用于聯(lián)合收獲機。 1.3 主要研究內(nèi)容和方法 本文以設(shè)計4lz-6型谷子聯(lián)合收獲機振動篩為研究目標，結(jié)合課題實際，在廣泛考察國內(nèi)外研究基礎(chǔ)的前提下，參考了其他對谷物聯(lián)合收獲機振動篩機構(gòu)的研究說明，充分考慮谷子的特性以及現(xiàn)階段谷物聯(lián)合收獲機的發(fā)展，在單風道風機雙層振動篩的基礎(chǔ)上進行改進，設(shè)計出效率更高，低損耗率，研制出一種新型振動篩。 (1)總體方案的設(shè)計：查閱相關(guān)文獻資料，了解國內(nèi)外谷子聯(lián)合收獲機及其清選系統(tǒng)研究進展。對比和分析各種類型的清選方式，充分掌握風篩清選中振動篩與氣流系統(tǒng)清選機理，設(shè)計出目前應(yīng)用較少的三層結(jié)構(gòu)的清選裝置。 最終確定的方案是通過電動機帶動激振器產(chǎn)生振動，從而帶動篩體機構(gòu)進行運動。 (2)振動篩的設(shè)計：振動篩為三層篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)，自上而下分別有上篩片、中篩片和下篩片，網(wǎng)格形狀有魚鱗網(wǎng)和網(wǎng)格網(wǎng)，大小通過計算可得。激振器位于中間部位，兩邊對稱設(shè)計等量的彈簧，起到緩沖作用。 (3)整體結(jié)構(gòu)采用下坡結(jié)構(gòu)，即進料斗高于出料斗，通過激振器的振動、重力以及風機的風力完成系統(tǒng)的運作。之后是支撐整個機構(gòu)的支架，采取簡單，穩(wěn)固的方針進行設(shè)計。 (4)風機位于振動篩篩片下方，為簡化設(shè)計，運用軸流風機，從下而上并與篩面成一定角度，作用除了推送谷物完成清選，還有解決篩片復(fù)雜對導致的重要問題：因堵塞嚴重而導致?lián)p失率增大，清選效率變低等。分析和對比各種數(shù)值模型與結(jié)構(gòu)模型等，選擇一套最適合的清選系統(tǒng)模型的數(shù)值算法。 (5)之后是支撐整個機構(gòu)的支架，采取簡單，穩(wěn)固的方針進行設(shè)計。 (6)簡化振動篩與風扇系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，運用solidworks前處理軟件，構(gòu)建振動篩與風扇的模型。 2 技術(shù)任務(wù)書 (JR) 2.1 技術(shù)方案 4lz-6型谷子聯(lián)合收獲機振動篩設(shè)計的具體要求如下： （1）振動篩網(wǎng)必須有合理的振動范圍，以適應(yīng)長期的重復(fù)性工作； （2）振動篩需有適用于持久穩(wěn)定的動力，比如驅(qū)動力方面； （3）清選機構(gòu)應(yīng)該能夠適應(yīng)不同密度、不同長勢、不同成熟階段以及不同地理條件的谷子，具有比較強的通用性； 在本次設(shè)計中，清選系統(tǒng)的具體有關(guān)設(shè)計參數(shù)有以下內(nèi)容： （1）振動篩篩孔的大小因在合理的范圍，且篩網(wǎng)與篩網(wǎng)之間的距離需要確定； （2）軸流風機的型號，風速的控制，以及氣流與水平面的夾角的確定； （3）清選裝置的效率以及損失率需要控制在合理的范圍之內(nèi)； 選擇材料制作的使用方面，首要選擇對谷子不會發(fā)生污染的高分子材料或者不銹鋼進行制造，而且也要滿足國家食品衛(wèi)生的標準。之所以要滿足國家食品衛(wèi)生的標準，是為了保持其產(chǎn)品原有的豐厚營養(yǎng)物質(zhì)及微量元素，而且可以使收獲的谷子保存效果也得到保障。 2.2 結(jié)構(gòu)的工作原理 激振器：選擇電動式激振器。 工作原理：在給定的磁場中，交流電進入動態(tài)線圈，在電磁激勵力的作用下引起線圈振動，直流電進入勵磁線圈產(chǎn)生激振器的恒定磁場。然后交流電流進入動態(tài)線圈，動態(tài)環(huán)由周期性電磁力驅(qū)動，帶動上桿的往復(fù)運動，通過與被激件接觸，可以獲得預(yù)期的振動。 3 振動篩方案設(shè)計 3.1激振器 激振器的設(shè)計內(nèi)容中最為關(guān)鍵的一步是搞清楚偏心塊的相關(guān)參數(shù)，例如，對于偏心塊的形狀，在形狀設(shè)計完成后，根據(jù)要求和理論知識設(shè)計合適的激振器，然后根據(jù)動態(tài)參數(shù)進行一一對應(yīng)計算。很容易會知道偏心塊的總質(zhì)量力矩需要計算，對偏心塊的個數(shù)和每個偏心塊的質(zhì)量力矩進行逐級分析計算。最后得到了r和r′值，利用本書理論力學公式得到了偏心塊的偏心力矩r。 為便于設(shè)計計算，激振器采用箱式的，該類型機構(gòu)由長軸、短軸、和四個偏心塊組成，其具體顯示如下圖。 1—端蓋 3—偏心塊1 5—主偏心塊 7—軸承座 9—螺塞 2—外罩 4—偏心塊2 6—防油墊 8—直通式壓注油杯 10—有孔擋圈 11—壓圈 12—軸承壓蓋 13—迷宮蓋 14—軸 15—聯(lián)接軸 16—六角頭螺栓 17—擋圈 18—止推墊片 19—擋圈 箱式激振器特點： (1)高彈篩分機安裝位置高彈篩分機在供油系統(tǒng)中起重要的作用。開啟式高彈篩分機整機采用密封結(jié)構(gòu)，從而達到節(jié)約油料，降低能耗，控制和降低能源消耗的目的。 (2)脫水中間層不允許出現(xiàn)裂縫，間隙應(yīng)采用高清軟件設(shè)置標準孔中間層圖形的截面尺寸(圖的偏差控制為范圍，不應(yīng)超過m)；脫水后脫水部位處的孔邊必須進行鈍化處理。 3.2篩面及其固定裝置 篩面 1～5—筋板 6—圓鋼φ8 7—三角筋δ 振動篩篩面的大小根據(jù)一般的谷物聯(lián)合收獲機來設(shè)計。根據(jù)市場型號，選擇長度L為2.5m，寬度1.2m的篩網(wǎng)。 篩面傾角的選擇：物料在流轉(zhuǎn)過程中會形成斜拋形式，所以一般取10°~30°即可。本設(shè)計采用20°傾角，一方面結(jié)合谷子的結(jié)構(gòu)，另一方面可以提高效率。傾角的設(shè)計根據(jù)力學方面的知識可以解釋，在谷子運送篩選過程中，谷子所受重力在運動方向會產(chǎn)生分力，從而提供谷子持續(xù)向前的動力。 材料選擇：選用1Cr18Ni9Ti或者1Cr18Ni9這兩種經(jīng)常用的材料。 將篩板與數(shù)個緊張板連接，采用螺栓連接的方法，將緊張版與兩側(cè)鋼板固定，前后與襯板相連。通過數(shù)個橡膠條與篩網(wǎng)托架交錯配合，使上方的篩網(wǎng)在振動時能夠保持穩(wěn)定運作，而且這樣能使得篩面與篩面之間平行且穩(wěn)定。其具體結(jié)構(gòu)通過仿真可直接觀察。 4拋擲指數(shù)Kv和振動強度K 我國振動篩的振動強度K=2.6～4，振動強度[K]=5～10。 拋擲指數(shù)反映了拋擲加速度的大小和拋擲概率，大于1時，可以滿足分散要求，可以拋起材物料，拋擲指數(shù)在振動篩上為3.0 ~ 3.3是理想的情況，現(xiàn)實生活中取值應(yīng)大于等于3.3。 本次設(shè)計振動篩，選取Kv=4.00 振動強度K的選擇主要受構(gòu)件剛度和材料強度的限制，根據(jù)目前市場水平，K值基本在3～8之間，振動篩一般在3～6之間，本設(shè)計選用K=4。 5物料運動速度及生產(chǎn)率 5.1物料運動的實際平均速度為： 振動篩的谷子運動速度計算： V=K0An301+Kvtanα 式中：取修正系數(shù)K0=0.1 n為篩子的振動頻率，根據(jù) Kv=An2900000 可得 n=845rpm 最終得 v=0.1×5×845301+4×tan20°=0.033m/s 5.2生產(chǎn)率Q的計算 篩分密度為1.6t/m3，篩選谷物厚度為h=0.1m，寬度B=1.2m。則生產(chǎn)率為： Q=3600Bhvmr=3600×1.2×10×10-3×33×1.6=207t/h 式中vm——表示物料在運動的過程中的實際平均速度，m/s； B——篩面寬度，m； 表1 振動篩的工藝參數(shù)和運動學參數(shù) 名稱 數(shù)值 名稱 數(shù)值 篩面長度 2.5m 篩面寬度 1.2m 振動強度 4 拋射強度 4 篩面傾角 20° 振動方向角 ---- 篩箱振幅 5mm 篩子頻率 845rmp 處理量 50t/h/m2 物料運送速度 0.033m/s2 6隔振彈簧的確定 （1）橡膠彈簧的彈性作用雖然變化不大，但變形緩慢，可以達到很大的變形量，因為其內(nèi)阻高，可以起到很好的隔音效果。。 選用的S200×200×40圓柱橡膠彈簧與其它類型的彈簧有很大的不同，如長期使用的金屬彈簧等，比較結(jié)果表明這種彈簧具有以下優(yōu)點 ① 韌性和剛度高，可以放心使用很久。 ② 根據(jù)塑料導電性差的特性知在篩子啟動，停車等比較有優(yōu)越性。 ③ 在損壞時也只是積累過程而不會突然斷裂。 ④ 產(chǎn)生的噪音機會可以忽略不計。 (2)彈簧剛度的計算 根據(jù)側(cè)梁的運動形式簡化算法，根據(jù)性能得到壓縮剛度，計算過程如下所示： C=(AL×Ea)/h(N/m) 式（4-18） 式中 AL=πD22-d22 mm2 式（4-19） D——分別是彈簧外徑mm； d——和中心孔徑mm見圖4-4所示； Ea——橡膠的拉壓彈性模量； Ea=iG=3.6(1+1.65s2)G Mpa 式（4-20） AL=πD22-d22 mm2 式（4-21） G——橡膠的剪切彈性模量； G=0.117e0.034Hs Mpa 式（4-22） Hs——橡膠彈簧硬度，選取40～70 S ——形狀系數(shù)； S=(D-d)4h 式（4-23） 橡膠彈簧的最大變形量Δh=4～6A，對于小型篩Δh=14mm。 橡膠彈簧材料選天然橡膠（NR）。則 AL=π20022-4022=30144mm2 圖4-4 彈簧中心孔 為滿足要求，現(xiàn)在需要對橡膠彈簧校核，使壓縮應(yīng)力σr小于橡膠許用應(yīng)力σr 即 τr σr=PF≤σr 式（4-24） τr=PsF≤τr 式（4-25） 一般許用壓應(yīng)力 σr=1.47～1.96MPa 許用剪應(yīng)力 τr=1.22MPa 式中 P——橡膠彈簧所受的壓力，N； Ps——橡膠彈簧所受的剪力，N； F——承壓面積。 由前面的計算可知 P=3224248×cos60°=20151.5N Ps=3224248×sin60°=34903.4N F=AL=30144mm2 則 σr=20151.530144=0.67Mpa τr=34903.430144=01.58Mpa 根據(jù)計算結(jié)果，剪切應(yīng)力略大于許用剪切應(yīng)力，為避免使用時間過長造成事故，應(yīng)經(jīng)常檢查彈簧的情況，以便解決問題。 檢查橡膠彈簧是否可以在靜載荷下繼續(xù)使用，根據(jù)結(jié)果比較最佳解決方案 首先滿足 σ=p1A1≤σ的條件 式中 σ——許用應(yīng)力 ，MPa； ——靜載荷，N。 則 σ=p1A 式（4-26） 因而是橡膠彈簧是可靠的。 6.1隔振彈簧減輕能力的分析 隔振彈簧也叫做阻尼彈簧，阻尼彈簧的減輕能力用傳遞率來衡量，即 傳遞給基礎(chǔ)的力最大激振力p=KAmYsω2 式（4-27） 式中 K——減振彈簧的剛度，N/mm； A——參振質(zhì)量M的振幅，mm； m——偏心塊的偏心質(zhì)量，Kg； Ys——偏心質(zhì)量的質(zhì)心距軸心線的距離，mm； ω——篩網(wǎng)的振動頻率。 則 傳遞給基礎(chǔ)的力=KAmYsω2×最大激振力p =335×533.02×115.73×10-3×102.572×3224248 =1679N 其中p=40303.2（N）、ω=102.57rad/s、Ys=115.73mm； 可以看出，彈簧能夠明顯降低激振力，從而穩(wěn)定機構(gòu)。 7參振質(zhì)量的計算 M=Mi+KmMm (kg) 式（4-28） 式中 Mi——參加振動的各部件的質(zhì)量，kg； Mm——參加振動的物料質(zhì)量，kg； Mm=Km?B?L?γ?Hi 式（4-29） 式中 Km——物料結(jié)合系數(shù)，一般取Km=2； B——篩面寬度，B=1.2m; L——總盛料長度，L=2.8m; γ——散密度， γ=1000kg/m3; Hi——各層篩面上料層厚度的總和，Hi=0.02m。 參振的各部件的質(zhì)量包括 出料板 89.7kg 腹板（2個） 60.6kg 激振器墊板（2個） 110.8kg 加強管梁（3個） 120 kg 梯形梁（4個） 2646.8kg 后擋板 275.8kg 加強梁（2個） 145.0kg 連接板（6個） 76.8kg H型梁（2個） 489.6kg 支網(wǎng)梁（7個） 632.8kg H型鋼（2個） 140kg 箱式激振器（2個） 1120kg 不銹鋼條縫篩網(wǎng) 224kg 壓條楔塊 13.2kg 彈簧上座 109.2kg 聯(lián)軸器 19.5kg 傳動軸 37.6kg 篩網(wǎng)壓板 84.7kg 各連接件（螺栓、螺母和墊圈） 約50kg 由上可得 Mi=6326 參加振動的物料質(zhì)量 Mm=Km?B?L?γ?Hi =0.2×3.9×2.15×1000×0.02 =335.4kg 參振質(zhì)量 M=Mi+KmMm =6369+0.2×335.4 =6368+67 =6435kg 故參振質(zhì)量取為6435kg。 8電機功率的計算和選擇 造成功率損失的主要原因有：一是激振器克服了振動質(zhì)量的運動阻力；其次，激振器在轉(zhuǎn)動過程中克服了軸承內(nèi)軸的摩擦力。 所需電機功率 N=N1+N2η=M?A?n3?μA+fdη×1740480kw 式4-30 式中 N1——激振器克服篩箱運動阻力而對消耗的功率； N2——激振器轉(zhuǎn)動時克服摩擦力而消耗的功率； M——參振質(zhì)量 ，kg； μ——阻尼系數(shù)，0.2～0.3； f——軸承摩擦系數(shù)，為0.005； d——軸承內(nèi)徑 ，m； η——傳動效率，一般取η=0.95。 其余符號同前。 則 N=N1+N2η=M?A?n3?μA+fdη×1740480kw =6517×0.005×98030.25×0.0025+0.005×0.10.95×1740480 kw =20.87 kw 通過篩選，電動機型號選擇Y2-200L2-6，P=22KW，轉(zhuǎn)速n=980r/min，振幅A=5mm， 9偏心塊的設(shè)計 偏心塊式慣性激振器的偏心塊形狀如圖所示 M0=Shρr 式中 S——偏心塊斷面面積，m2 h——偏心塊的厚度，m； ρ——偏心塊材料密度，kg/m3 r——偏心塊偏心矩，m. 根據(jù)現(xiàn)場要求要設(shè)計的單梁激振的篩的具體的設(shè)計參數(shù)如下： 篩面寬度 120mm 篩面長度 250mm 振幅 4mm～5mm 頻率 980次/分 篩孔 0.5mm 經(jīng)過4.3.4計算得參振質(zhì)量 M=6435kg 篩子所需的激振力 p0=M?A?ω2=6453×5×102.572×10-6=338.5 KN 式（5-1） ω=πn30=980π30=102.57rad/s 式（5-2） 式中 M——參振質(zhì)量，kg； A——振幅，mm； ω ——振動頻率，rad/s； n——振次，轉(zhuǎn)/分。 用到的計算公式為（其中參數(shù)可見圖5-1所示） A面=πα180°R2-r2 式（5-3） ys=38.197sinαR2-r2αR3-r3 式（5-4） 式中 R——扇形的外徑，mm； 2α——扇形的包角，度； r——扇形的內(nèi)徑，mm。 再由式（5-3）可計算出偏心塊，其表面積為： A面=π×80°180°2202-902×10-6=56241 mm2 則體積 V=A面?b56241×75=4218075 mm3 式（5-5） 一塊不平衡重的質(zhì)量 m=ρV=7.85×103×4218075×10-9=33.1 kg 式（5-6） 由不平衡重產(chǎn)生的激振力 p=N?m?ys?ω2 式（5-7） 式中 ——偏心塊的質(zhì)心，mm； N——偏心塊的個數(shù)； 由式（5-4）不平衡重的質(zhì)心為 振幅 可知，偏心塊產(chǎn)生的激振力達不到要求，需要補充副偏心塊 由副偏心所產(chǎn)生的激振力 式（5-8） 設(shè)計副偏心塊外徑R=220，內(nèi)徑r=120，為便于設(shè)計計算且減少機構(gòu)質(zhì)量，將副偏心塊設(shè)計成扇狀，包角不變。則其表面積為 質(zhì)心位置 激振力與偏心塊偏心質(zhì)量具有的不同如下所示 式（5-9） 由式（5-9）可以知道副偏心塊的質(zhì)量分別為： 副偏心塊的厚度 近似取值為5mm。 由式（5-9）可知，加上5mm的副偏心塊因而產(chǎn)生的相關(guān)激振力， 主偏心塊 副偏心塊的結(jié)構(gòu)圖如下展示。 圖5-2 、5-3 10激振器軸的設(shè)計 初步估算軸的直徑 最小直徑 dmin≥A3Pn 式5-10 式中 A——材料系數(shù)； P——功率，kW； N——轉(zhuǎn)速，rpm。 選用45Cr作軸材料 查表后A＝105， 考慮鍵槽削弱，軸徑增長3-5% dmin≥1+0.05105322980 =16.52mm 對于決定軸承的內(nèi)徑設(shè)計時，首先要考慮多方面的因素，特別需要注意軸受彎矩力較大時需要關(guān)注的問題，查閱資料可知，最終在確定時關(guān)心由于軸承的內(nèi)徑較大，因此軸徑應(yīng)該加大。 傳遞扭矩的方法有許多種，只不過合適本設(shè)計說明的是需要利用偏心塊置于軸承兩邊，按照本軸受力結(jié)果明白需要考慮定位問題，首先關(guān)于左軸承，在安裝時從偏心塊的左端，同時，關(guān)于對面右側(cè)實施軸肩頂套筒，這個對稱的設(shè)計可以清晰明了表明相關(guān)問題。 確定軸各段的直徑 在此取最小軸徑d1min=d1=90mm，鍵連接25×72.5 B型。軸的高度確定需要注意很多問題，同時也和很多方面相關(guān)，比如密封圈，順便表明軸直徑ds=95.7mm，這種類型是參見書本選擇出來的，是O型密封圈要求的軸直徑。 裝軸承處軸的高度h≥C+（1~2）mm，若孔倒角C取1（GB6403．4-86），h≥1+1=2取d3=d2+2h=95.7+2×2=100mm，軸承寬度B=73mm。裝齒輪處軸的高度h≥C+（3~4）mm，孔倒角C取2.5（GB6403．4-86），h≥2.5+4=6.5，取d4=d3+2h=100+2×10=120mm。提油環(huán)寬度10是有多面考慮的，選擇的也是最合情合理的，以及軸間高度h=C+(1~2)mm，這是關(guān)于選取左側(cè)齒輪的?？椎菇荂取1（GB6403．4-86），h≥ 1+2=3，d3=d4+2h=120+2×3=126mm，工廠在加工零件時考慮諸多便捷措施，如適當提供退刀槽，但是同時又會一影響軸的剛度，那么就需要適當?shù)恼{(diào)整，比如就加大軸徑。，d5=150mm。同時考慮后來的結(jié)構(gòu)都大同小異，就不再一一講明。指出各軸與軸段的關(guān)系時，需要綜合幾個方面的因素，這樣會更加使設(shè)計合適，例如，軸承的密封、定位、偏心塊的需要等。 顧及很多問他1，軸生產(chǎn)設(shè)計結(jié)果如下圖5-4 圖5- 激振器長軸結(jié)構(gòu)圖 11 激振器長軸的校核 軸材料選用45#鋼調(diào)質(zhì)，σb=650MPa, σs=360MPa。查閱《機械設(shè)計》，同時在精確的思考下得出設(shè)計如下： 圖5-5 軸受力圖 圖5-6 水平面受力圖（N） 圖5-7 垂直面受力圖（N） 圖5-8 水平面彎矩圖（） 圖5-9 垂直面彎矩圖（） 圖5-10 合成彎矩圖（） 圖5-11 轉(zhuǎn)矩圖（） 圖5-12 當量彎矩圖 （1）計算齒輪受力 斜齒輪螺旋角 β=cos-1mnz1+z22a=8.114° 齒輪直徑 d=300mm 齒輪受力以及轉(zhuǎn)矩 T1=9.55×106?PN=9.55×106×11×1.65980=177216 N?mm 圓周力 Ft=2T1d=2×177216300=1181 N 徑向力 Fr=Ft?tanαncosβ=1181×tan20°cos8.114°=434 N 軸向力 Fα=Ft?tanβ=1181×tan8.114°=168 N 畫齒輪軸受力圖，見圖5-5 （2）計算支撐反力 水平面反力： FR1'=434×97.5-168×30022×97.5=88 N FR2'=168×3002+434×97.52×97.5=346 N 垂直面反力： FR2''=FR1''=40894 N 水平面受力圖見圖5-6 垂直面受力圖見圖5-7 （3）畫軸彎矩圖： 水平面彎矩圖見圖5-8 垂直面彎矩圖見圖5-9 合成彎矩圖見圖5-10 合成彎矩M=Mxy2+Mxz2 （4）畫軸轉(zhuǎn)矩圖 軸受轉(zhuǎn)矩 T=T1=177216 N?mm 轉(zhuǎn)矩圖見圖5-11 （5）許用應(yīng)力 許用應(yīng)力值 用插入法查表16.3得： σ0b=102.5 Mpa σ-1b=60 Mpa 應(yīng)力校正系數(shù) α=σ-1bσ0b=60102.5=0.59 （6）畫當量彎矩圖 當量轉(zhuǎn)矩 αT=0.59×64979=38338 N?mm 齒輪之間截面地方的設(shè)計關(guān)系的是當量彎矩，最終結(jié)果表明如下圖： M1=M2+αT2 =55748732+1045572 =5575850 N?mm 在左右軸頸中間截面處， M1=95618872+1045572 =9562455N?mm 當量彎矩圖見圖5-12 （7）校核軸頸 齒根圓直徑 df1=d1-2ha+cmn =300-2×1+0.25×3=292.5mm 軸頸 d1=3M1'0.1σ-1b=355758500.1×60=97.6<252.5mm d2=3M2'0.1σ-1b=395624550.1×60=116.8<252.5mm 由上面計算過程可知，軸的設(shè)計合理。 12風機的選擇 風機采用軸流風機樣式，原因是簡單便捷。軸流式通風機的基元是由葉輪和導葉所組成的一個葉輪與導葉構(gòu)成一個級，多級軸流風可提高壓力，但軸流風機一般只有一級。本次設(shè)計也采用一級軸流風機。 通過試驗以及反復(fù)調(diào)試，將直徑選擇在300~350mm之間效果較好，同時通過調(diào)節(jié)葉輪轉(zhuǎn)速，控制風速，使得篩面入料口處風速較大，在7~8m/s左右，可以將混合物吹散，中部氣流4~6m/s，尾部氣流3~4m/s。風扇測平面與水平面的夾角為25度，位于入料口下方。 13 結(jié)論 本設(shè)計以4lz-6型谷子聯(lián)合收獲機振動篩為研究對象，從理論設(shè)計和工程實際兩方面出發(fā)，對振動篩結(jié)構(gòu)進行了參數(shù)化設(shè)計，并完成了各零件圖和裝配圖的繪制。 谷子聯(lián)合收獲機振動篩的成功改進與研發(fā)設(shè)計對農(nóng)民收獲谷子的工作效率將會產(chǎn)生很大的影響，本文通過查閱大量文獻，充分了解了目前國內(nèi)外谷子種植和采摘的現(xiàn)狀，并通過認真參考對比，利用自己在學校所學的相關(guān)專業(yè)知識，設(shè)計出這款振動篩。 振動篩機構(gòu)由電機為動力源，電動機輸出軸帶動激振器軸轉(zhuǎn)動，偏心塊隨軸轉(zhuǎn)動而實現(xiàn)激振器振動，帶動篩體往復(fù)擺動，完成清選作業(yè)。本文所設(shè)計的振動篩具備高效、便捷和節(jié)能等優(yōu)點。 致謝 上高中的時候總是幻想大學的美好生活，自由自在，無憂無慮。然而上了大學才懂得，沒有辦法變成想象的那樣，生活沒什么變化，并不是老師撒謊，而是自己乃至周圍人都已經(jīng)長大了，童真漸漸消逝，身上的擔子越來越重，勝負欲變強，人際交往也變得越來越廣，仿佛一切都沒有變，又仿佛一切都變了。雖然自己很普通，但也向往著成功人士的生活，想要奮斗。在平淡而又美好的四年大學生活中經(jīng)歷了些許風風雨雨，也經(jīng)歷了很多人情世故，留下了些遺憾、難過與不舍。終于在不知忙碌還是閑暇之余，要畢業(yè)了，畢業(yè)設(shè)計作為最后的內(nèi)容，我希望能夠圓滿完成。原本是想本篇對4lz-6型谷子聯(lián)合收獲機的設(shè)計是在導師心指導下順利完成的，經(jīng)過半個多學期的不懈努力，此次畢業(yè)設(shè)計也即將接近尾聲，論文撰寫的每一步無不滲透著導師的心血和汗水，導師豐富的經(jīng)驗、專業(yè)知識的深厚、嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L、認識負責的教學態(tài)度和甘于奉獻的拼搏精神深深鼓舞著我。在畢業(yè)設(shè)計的過程中存在許多困難和挑戰(zhàn)，雖說過程比較困難，感謝老師對于畢業(yè)設(shè)計的細心指導，對于此次畢業(yè)設(shè)計過程中存在的問題的解答，也學習到很多的知識和方法，感謝老師的指導和付出，讓我能夠順利完成畢業(yè)設(shè)計。 參考文獻 [1] 張喜文，谷子收獲機械現(xiàn)狀與存在問題。北京：機械業(yè)出版社，1982. 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