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采棉機風力輸送裝置 設(shè)計說明書 學生姓名 xxxx 學 號 所屬學院 機械工程學院 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 12-2 指導教師 xxxx 日 期 2012.6 xxxx 大學教務(wù)處制 前 言 是我國最大的棉花生產(chǎn)基地，棉花種植已經(jīng)成為的主導產(chǎn)業(yè)。以前，以人工為主的 棉花收獲，不僅生產(chǎn)效率低，而且費時、耗資巨大，棉花收獲季節(jié)勞動力短缺凸顯。隨著播種面 積以及產(chǎn)量的日益增加，近年來國內(nèi)普遍存在的勞動力短缺問題在顯得更加突出，因此采用 機械化采棉技術(shù)是實現(xiàn)棉花持續(xù)發(fā)展的必然選擇。但目前，使用中的采棉機多為進口產(chǎn)品，由于 價格、維修費用高和服務(wù)不及時等因素的影響，限制了廣泛推廣。因此，采棉機國產(chǎn)化必將是未 來采棉機發(fā)展的趨勢。 國產(chǎn)自走式采棉機采用風力將采摘下的籽棉輸送到棉箱。離心式風機是風力輸送系統(tǒng)中的關(guān) 鍵部件。離心式風機是依靠輸入的機械能，提高氣體壓力并排送氣體的機械，它是一種從動的流 體機械。 經(jīng)過近幾年的田間采收試驗及理論研究不斷進行和完善，證明國產(chǎn)自走式采棉機的采摘機理 合理， 結(jié)構(gòu)理論完善，具有采凈率高、落地棉少等優(yōu)點；但存在采摘物輸送不暢，易堵塞且含雜 率高，難以分離等現(xiàn)象。針對以上存在的問題，本文通過對棉花物料特性進行研究，對離心式風 機的選型已及風送系統(tǒng)進行優(yōu)化設(shè)計，最終設(shè)計出更順暢的采棉機風力輸送裝置。 目 錄 1.緒論 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.1 采棉機國內(nèi)(外)現(xiàn)狀 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 1.2 本課題研究的關(guān)鍵問題及解決思路 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????1 2.離心式風機的結(jié)構(gòu)及原理 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 2.1 離心式風機的基本組成 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 2.2 風送系統(tǒng)工作原理 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 3.離心式風機葉輪的主要形式及傳動方式 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 3.1 離心式風機葉輪的主要形式 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2 3.2 離心式風機的葉輪特點 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 3.3 離心式風機的主要傳動方式 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????3 4.采棉機離心風式機設(shè)計時幾個重要參數(shù)選擇 ???????????????????????????????????????????????????????????????????5 5.采棉機離心式風機傳動裝置的設(shè)計與選型 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????5 5.1 風機設(shè)計的常用參數(shù) ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????5 5.2 離心式風機原動機的設(shè)計計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????6 5.3 離心式風機帶傳動的設(shè)計計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????7 5.4 帶傳動的運動和動力參數(shù)計算 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????9 5.5 帶輪的設(shè)計計算 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????9V 6.采棉機離心式風機葉輪的優(yōu)化設(shè)計 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????10 6.1 葉輪尺寸的決定 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????10 6.2 葉輪最佳進口寬度 設(shè)計 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????111b 6.3 葉輪葉片最佳進口角 設(shè)計 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11A? 6.4 葉輪葉片最佳出口角 設(shè)計 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????132 7.采棉機離心式風機的進氣裝置設(shè)計 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????14 7.1 離心式風機進氣室 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????14 7.2 離心式風機進氣口及進口集流器 ??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????14 8.采棉機離心式風機風送系統(tǒng)參數(shù)確定 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????15 8.1 風送系統(tǒng)參數(shù)確定 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????15 8.2 風送系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化結(jié)論 ????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????17 9.結(jié)論 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????18 致 謝 ???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????19 參考文獻 ?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????20 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 1 1.緒論 1.1 采棉機國內(nèi)(外)現(xiàn)狀 目前，國內(nèi)市場上采棉機主流產(chǎn)品主要有美國迪爾公司、凱斯公司和貴航集團生產(chǎn)的水平摘 錠式采棉機。國產(chǎn)采棉機雖各項性能都能滿足要求，但與美國產(chǎn)采棉機相比還有一定的差距，關(guān) 鍵零部件仍依賴于進口，使用成本大大增加。 (1)國外棉花收獲機械化發(fā)展狀況 大約 30%的世界棉產(chǎn)量是機器采收:美國、以色列、澳大利亞是世界上全部用機器采棉的國家。 早在 1850 年美國就開始了對采棉機的研究,到 20 世紀 40 年代開始批量生產(chǎn)采棉機，而且采棉機 由單一行采收發(fā)展到多行采收，由背負式發(fā)展到自走式，采棉工藝由一次采收發(fā)展到一次采收和 分次采收兩種形式。截止 20 世紀 80 年代末，采棉機械化程度已達 100%，生產(chǎn)中主要使用水平摘 錠自走式采棉機。1988 年擁有量達到 5 萬臺由于采用了復(fù)雜的靜液壓驅(qū)動技術(shù)以及維修費用昂貴， 采棉機的生產(chǎn)廠家由開始的 10 多家以減少至 2 家。前蘇聯(lián) 1934 年開始對采棉機研究，1936 年進 了水平摘錠采棉機的研究設(shè)計,但因結(jié)構(gòu)復(fù)雜,采棉部件工藝水平和加工精度高,產(chǎn)品質(zhì)量達不到設(shè) 計要求，工作可靠性差，未能推廣。1939 年開始垂直摘錠采棉機的研究，1948 年投入批量生產(chǎn)， 1989 年已擁有 3.3 萬臺。自美國第一臺棉花收獲機械出現(xiàn)后，經(jīng)過不同國家和地區(qū)一個多世紀以 來的試驗研究和生產(chǎn)實踐，世界上各種棉花收獲機械專利已達 l000 多項，采棉機械化已發(fā)展成為 成熟的技術(shù) [1]。 (2)我國棉花收獲機械發(fā)展概況 我國對棉花收獲機械的研究始于 20 世紀 50 年代，最早出現(xiàn)的是對引進機型進行試驗研究。 1954 年生產(chǎn)建設(shè)兵團引進了 37 臺前蘇聯(lián)生產(chǎn)的 CXM-48M 型單行垂直摘錠后懸掛式采棉機和 幾十臺 X4 型剝鈴機 1961 年農(nóng)墾部又為兵團引進了 7 臺前蘇聯(lián) XBC 一 1.2 型雙行垂直摘錠自走式 采棉機。但由于沒有引進相應(yīng)的清花設(shè)備，采棉機采摘的籽棉因含雜太高而無法使用。為解決美、 蘇摘錠式采棉機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資大，甚至機械采棉在經(jīng)濟上無利的問題，1959 年綜述至 1974 年， 中國農(nóng)機院組織全國 60 多名科技人員進行國產(chǎn)棉田自動底盤拖拉機及配套采棉機的研制，并自力 更生設(shè)計、研制、試驗過斜摘輥式摘棉鈴機和氣吸振動式分次采棉部件。1988 年以后，在國家科 委支持下，科委正式將“采棉機及清花設(shè)備的引進試驗”作為重點科研項目。1990 年生 產(chǎn)建設(shè)兵團從烏茲別克引進 14XB 一 2.4 型采棉機。1993 年農(nóng)機研究所引進美國 2022 型采棉 機。經(jīng)過 4 到 5 年時間分別進行了試驗分析比較，取得較系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。1996 年，國家經(jīng)貿(mào)委和國 家科委正式將“棉花生產(chǎn)及加工技術(shù)與成套設(shè)備”和“4MZ 一 2(3)型國產(chǎn)自走式采棉機的研制” 兩個項目立項，經(jīng)過 3 年時間，在兵團、中國農(nóng)機院、農(nóng)機化所等單位的共同努力下，國產(chǎn) 自走式采棉機和與鐵牛一 80 型拖拉機配套的背負式采棉機均已研制出來，4MZ 一 2(3)型采棉機通 過鑒定，清理加工設(shè)備也有了第一輪樣機。2003 年一生產(chǎn)建設(shè)兵團研制的 4ZT 一 8 型摘棉桃 機通過新產(chǎn)品鑒定并投入批量生產(chǎn)。從 2001 年開始，國家機械工業(yè)局將棉花收獲機作為重點發(fā)展 的項目 [2]。 當前，我國棉花的收獲機械研究及推廣方面存在的主要問題是：(l)棉花種植的品種、行距、 株距、種植密度等方面在我國各產(chǎn)棉區(qū)存在很大的差異,對棉花收獲機械的研發(fā)提出了挑戰(zhàn)。(2) 對棉花收獲機械采摘部件工作機理的研究進行得很不充分,新型機具開發(fā)困難很大。(3)對于實施 棉花收獲機械的必要性及緊迫性,在思想認識上不統(tǒng)一,投入的科研經(jīng)費力度不大，導致研究工作 裹足不前。(4)對機采棉農(nóng)藝配套技術(shù)的研究不足，不利于機采棉技術(shù)的發(fā)展。(5)機采棉的質(zhì)量 現(xiàn)沒有國家標準，比人工手采棉降低 1～2 級，短纖維含量高，雜質(zhì)多，機采棉市場銷售比較困難， 影響了機采棉技術(shù)的推廣。(6)采棉機及清花設(shè)備投資較大,由于一次性投入大,且功能單一,仍然 嚴重制約著機采棉技術(shù)的推廣 [3]。 1.2 本課題研究的關(guān)鍵問題及解決思路 本課題重點研究：風機的結(jié)構(gòu)設(shè)計、參數(shù)研究及流場分析。風送系統(tǒng)主要有風機和管道兩部 分組成：風機是輸送系統(tǒng)動力裝置，其必須滿足以下 3 個條件:提供足夠的風壓；提供足夠的風 速；提供足夠的風量。通過對風送系統(tǒng)設(shè)計及風送參數(shù)的研究,改善風力輸送環(huán)境,確定在風速約 多大的情況下采摘物輸送通暢，無堵塞現(xiàn)象。通過設(shè)計以及流場的改善在輸送過程中清除比重較 大的雜質(zhì)，降低棉花含雜率，提高機采棉的品質(zhì)。 解決思路：設(shè)計風機葉輪為獨特的葉片線型，葉片線型為雙圓弧,兩圓弧相切。風機氣動性能 的優(yōu)劣主要取決于葉輪的形式和主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，這種形式的葉片提供了良好的氣動綜合指標。工 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 2 作轉(zhuǎn)速高，風機性能調(diào)節(jié)中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是最重要的調(diào)節(jié)手段，這為滿足不同性能的使用提供了更大 范圍。 2.離心式風機的結(jié)構(gòu)及原理 2.1 離心式風機的基本組成 主要由葉輪、機殼、進口集流器、導流片、聯(lián)軸器、軸、皮帶輪、電動機等部件組成。旋轉(zhuǎn) 的葉輪和蝸殼式的外殼。旋轉(zhuǎn)葉輪的功能是使空氣獲得能量；蝸殼的功能是收集空氣，并將空氣 的動壓有效地轉(zhuǎn)化為靜壓。 圖 2-1 離心式風機基本結(jié)構(gòu) 1-吸氣口；2-葉輪前盤；3-葉片；4-葉輪后盤；6-機殼；6-排氣口；7-截流板；8-支架 2.2 風送系統(tǒng)工作原理 風機 3 提供正壓風，將采摘下的棉花送入集棉器 2，并進行橫向機械輸送，將集棉器中棉花 推送至吸棉管道的喇叭口；風機 4 提供的負壓風將籽棉以及雜質(zhì)吸入 6 輥清雜機構(gòu) 6，進行籽 棉與雜質(zhì)的分離；雜質(zhì)經(jīng)旋風分離器排出。除雜后的籽棉通過避風器后由風機 3 提供的正壓風吹 入棉箱 [4]。 圖 2-2 風送系統(tǒng)原理圖 1-采摘頭；2-集棉器；3-正壓風機；4-負壓風機；5-旋風分離器；6-輥除雜機構(gòu)；7-集棉箱 3.離心式風機葉輪的主要形式及傳動方式 3.1 離心式風機葉輪的主要形式 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 3 圖 3-1 葉輪的結(jié)構(gòu) 圖 3-2 葉片的主要形式 如圖所示，離心風機的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如下。 (1)葉輪外徑, 常用 表示；D (2)葉輪寬度, 常用 表示；b (3)葉輪出口角,一般用 表示。葉輪按葉片出口角的不同可分為三種:? 前向式──葉片彎曲方向與旋轉(zhuǎn)方向相同, （3-)160~9(02?A 1） 后向式──葉片彎曲方向與旋轉(zhuǎn)方向相反, （3-)7( 002?A? 2） 徑向式──葉片出口沿徑向安裝, （3- 029?A 3） 后向式葉片風機的效率一般在 之間，前向式葉片風機的效率在 之.~.8 0.65~. 間。 3.2 離心式風機的葉輪特點 三種葉片型式的葉輪，目前均在風機設(shè)計中應(yīng)用。(1)前向式葉輪的特點是葉片形狀與空氣在 離心力作用下的運動方向完全相反，空氣與葉片之間撞擊劇烈。因此能量損失和噪音都較大，故 效率就低。(2)后向式葉輪葉片的彎曲度較小，而且符合氣體在離心力作用下的運動方向，空氣與 葉片之間的撞擊很小。因此能量損失和噪音較小，效率較高，可節(jié)約能源。故在現(xiàn)代生產(chǎn)的風機 中，特別是功率大的大型風機多數(shù)用后向式。 (3)徑向式出口葉片在我國已不常用，在某些要求耐磨和耐腐蝕的風機中，常用徑向出口直葉片。 采棉機離心式高壓風機功率大，效率高，采用后向式葉輪可有效改善風機的性能。 3.3 離心式風機的主要傳動方式 表 3-1 傳動方式及機械效率 傳 動 方 式 機 械 效 率 電動機直聯(lián)傳動 (A 型) 聯(lián)軸器聯(lián)接轉(zhuǎn)動(D、F 型) 皮帶傳動(B、C、E 型) 1.00 0.98 0.95 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 4 1 2 圖 3-3 A 型直聯(lián)傳動 1-葉輪；2-電動機 1 2 3 4 圖 3-4 D 型聯(lián)軸器聯(lián)接轉(zhuǎn)動 1-葉輪；2-軸承座；3-聯(lián)軸器；4-電動機 1 2 3 4 5 圖 3-5 F 型聯(lián)軸器聯(lián)接轉(zhuǎn)動 1-軸承座；2-葉輪；3-軸承座；4-聯(lián)軸器；5-電動機 4 5 1 2 3 圖 3-6 B 型皮帶傳動 1-葉輪；2-軸承座；3-v 型皮帶；4-皮帶輪；5-電動機 4 5 1 2 3 圖 3-7 C 型皮帶傳動 1-葉輪；2-軸承座；3-v 型皮帶；4-皮帶輪；5-電動機 4 5 1 2 3 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 5 圖 3-8 E 型皮帶傳動 1-軸承座；2-葉輪；3-v 型皮帶；4-皮帶輪；5-電動機 4.采棉機離心風式機設(shè)計時幾個重要參數(shù)選擇 (1)葉片型式的合理選擇：常見風機在一定轉(zhuǎn)速下，后向葉輪的壓力系數(shù)中 較小，則葉輪t? 直徑較大，而其效率較高；對前向葉輪則相反。 (2)風機傳動方式的選擇：如傳動方式為 、 、 三種，則風機轉(zhuǎn)速與電動機轉(zhuǎn)速相同；ADF 而 、 、 三種均為變速，設(shè)計時可靈活選擇風機轉(zhuǎn)速。一般對小型風機廣泛采用與電動機BCE 直聯(lián)的傳動 ，對大型風機，有時皮帶傳動不適，多以傳動方式 、 傳動。A 對高溫、多塵條件下，傳動方式還要考慮電動機、軸承的防護和冷卻問題。 (3)蝸殼外形尺寸的選擇：蝸殼外形尺寸應(yīng)盡可能小。對高比轉(zhuǎn)數(shù)風機，可采用縮短的蝸形， 對低比轉(zhuǎn)數(shù)風機一般選用標準蝸形。有時為了縮小蝸殼尺寸，可選用蝸殼出口速度大于風機進口 速度方案，此時采用出口擴壓器以提高其靜壓值。 (4)葉片出口角的選定：葉片出口角是設(shè)計時首先要選定的主要幾何參數(shù)之一。為了便于應(yīng)用， 我們把葉片分類為：后向式葉片；徑向式葉片；前向式葉片。 (5)葉片數(shù)的選擇：在離心風機中，增加葉輪的葉片數(shù)則可提高葉輪的理論壓力，因為它可以 減少相對渦流的影響(即增加 值)。但是，葉片數(shù)目的增加，將增加葉輪通道的摩擦損失，這種K 損失將降低風機的實際壓力而且增加能耗。因此，對每一種葉輪，存在著一個最佳葉片數(shù)目。 (6)全壓系數(shù) 的選定：設(shè)計離心風機時，實際壓力總是預(yù)先給定的。這時需要選擇全壓系t? 數(shù) 。t (7)葉輪進出口的主要幾何尺寸的確定：葉輪是風機傳遞給氣體能量的唯一組件，其設(shè)計對風 機影響甚大；能否正確確定葉輪的主要結(jié)構(gòu)，對風機的性能參數(shù)起著關(guān)鍵作用。它包含了離心風 機設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)--葉片的設(shè)計。而葉片的設(shè)計最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是如何確定葉片出口角 。A2? 5.采棉機離心式風機傳動裝置的設(shè)計與選型 5.1 風機設(shè)計的常用參數(shù) 風機主要技術(shù)性能參數(shù) [5] 外形尺寸 : ）（ m657475? 葉輪直徑 : ）（ 80 工作轉(zhuǎn)速 : ）（ inr3 風量 : ）（ h3～ 全壓 : ）（ ap726～ 配套動力 : ）（ Wk1? 帶動通風機的電動機額定功率按下式計算： （5-1）1d0236 PN???Q (軸功率)× (電機貯備系數(shù) )=電機所需功率dK 式中： ——電動機額定功率（千瓦）， ——風機風量（ ）,時米 /3 ——風機風壓（毫米水柱）,P ——風機效率（%）,? 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 6 ——機械傳動效率（%），1? ——電機容量安全系數(shù)。K ， 。9.8073PaOmH2? OmH 13.59mHg2? 表 5-1 電動機容量貯備系數(shù) 軸 功 率 (KW) 電 動 機 容 量 貯 備 系 數(shù)(K) 0.5～1 >1～2 >2～5 >5 一般風機 高壓風機(>7500Pa 直接啟動的) 引風機 凡采用軟啟動(偶合器、水電阻、變頻器等) 1.5 1.4 1.3 1.2 1.15 1.15 1.2 1.15～1.3 1.08～1.1 風機的轉(zhuǎn)速 n 可用轉(zhuǎn)速表直接測量，其數(shù)值用每分鐘多少轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)/分）來表示。小型風機的轉(zhuǎn) 速一般較高，往往與電動機直接相連。大型風機的轉(zhuǎn)速較低，一般用皮帶傳動與電動機相連，改 變皮帶輪的直徑即可調(diào)節(jié)風機的轉(zhuǎn)速，其關(guān)系如下： （5-1 221nd? 2） 式中： ， ——風機；電動機的轉(zhuǎn)速1n2 ， ——風機和電動機的皮帶輪的直徑。1d2 從上述可見，如要改變風機的轉(zhuǎn)速，只要改變通風機或電動機中任意一個皮帶輪的直徑即可。 5.2 離心式風機原動機的設(shè)計計算 傳動裝置用來將原動機輸出的運動和動力，以一定的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩或推力傳遞給執(zhí)行機構(gòu)。采 棉機離心式風機選擇帶傳動，只需改變皮帶的直徑即可調(diào)節(jié)風機的轉(zhuǎn)速。 (1)電動機的計算 選擇電動機的容量，電動機所需工作功率 為：dP （5-K×N ?dP 3） 軸功率 （5-1d026?? Q 4） 其中風機風量 ,風機風壓 ，為風機配套風量壓強，/h40mQ3?8paP? 效率約為 。葉 輪?.85型 傳 動 方 式 機 械 效 率 ）（ C0.91? 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 7 由表可得： 0.81.90.85.96?????球 軸 承葉 輪皮 帶總 ?? 則： .2..11236073410236PN1d ???Q 由于軸功率 ，5kW9.8? 則選電 動 機 容 量 貯 備 系 數(shù) 5.K?）（ .9kw9.82×d?dP 表 5-2 部分常見機械傳動和支撐的效率取值范圍 傳動種類及工作狀態(tài) 效率 ? 帶傳動 鏈傳動 滾動軸承 平帶無張緊輪 平帶有張緊輪 V 帶 滾子鏈 齒形鏈 球軸承 滾子軸承 0.98 0.97 0.96 0.96 0.97 0.99（一對） 0.98（一對） (2)電動機的選擇 由于所選電動機的容量應(yīng)不小于工作要求容量，即電動機額定功率 一般要略大于設(shè)備工dPe 作所需電動機功率 ，此功率也是電動機的實際輸出功率，即：dP ≥ （5-dPe 5） 故電動機的額定功率可選范圍在 ≥ 。eW29.1k 查機械技術(shù)手冊得： 表 5-3 額定功率為 15kw 時電動機選擇對總體方案的影響 方案 電動機型號 額定功率/kw 同步轉(zhuǎn)速/滿載轉(zhuǎn)速 （r/min） 1 2 3 Y160M2-2 Y160L-4 Y180L-6 15 15 15 3000/2930 1500/1460 1000/970 已知風機工作轉(zhuǎn)速為 3750 r/min，可知方案 3 總傳動比大，傳動裝置外廓尺寸大，制造成本 高，結(jié)構(gòu)不緊湊，故不可取。而將方案 1 與方案 2 相比較，綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、 質(zhì)量、價格以及總傳動比，可以看出，如為使傳動裝置結(jié)構(gòu)緊湊，選用 1 方案較好；如考慮電動 機質(zhì)量和價格，則應(yīng)選用方案 2?，F(xiàn)選用 1 方案，即選定電動機型號為 Y160L-4。 由電動機型號，查詢機械技術(shù)手冊，可知電動機的安裝及外形尺寸。 電動機伸出軸長度 ,軸直徑 ，軸鍵槽寬度 。軸0mE?m4D?2mF? 鍵槽底部垂直于軸表面的高度 37G 5.3 離心式風機帶傳動的設(shè)計計算 采棉機風機傳動采用 v 帶傳動，由于 v 帶傳動允許的傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊；傳動時，v 帶的 兩個側(cè)面和輪槽接觸，槽面摩擦可以提供更大的摩擦力，因而可以有效的提高風機的性能。 （1）確定計算功率 caP 由機械技術(shù)手冊查得 ＝ ，故AK1. 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 8 ＝ ＝ = （5-caPAK?de15.?6.kW 6） （2）選擇 v 帶的帶型 根據(jù) 、 查技術(shù)手冊選用 B 型。caP1n （3）確定帶輪的基準直徑 并驗算帶速 vd 表 5-4 V 帶輪的最小基準直徑 槽型 Y Z A B C D Emd/in）（ 20 50 75 125 200 355 500 1）初選小帶輪的基準直徑 。由技術(shù)手冊查得，取小帶輪的基準直徑 = mm。1d 1d25 2）驗算帶速 v。按式驗算帶的速度 （5-???061 nd???106 3752?24.3m/s 7） 因為 ，故帶速合適。smvs/3/5? 3）計算大帶輪的基準直徑，根據(jù)式 ，計算大帶輪的基準直徑1221nd2d2d mnd30645721 ????? 根據(jù)技術(shù)手冊，圓整為 = mm。d35 （4）確定 帶的中心距 和基準長度vadL 1）根據(jù)公式 （ + ）≤ ≤ （ + ） 0.71d20a1d2d （5-8） 初定中心距 = mm0a5 2）由公式計算所需的基準長度 （5-1780m504)123()512(502 )()(L021210d ???????add? 9） 查技術(shù)手冊，選帶的基準長度 =dL80m 3）按公式計算實際中心距 a (5-10)md 510)2 1785(2-a00 ?????? 中心距的變化范圍為 。483～ 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 9 （5）驗算小帶輪上的包角 1? (5-11) 0001201 12.1543.57)d-8 ????d（? （6）計算帶的根數(shù) 1）計算單根 帶的額定功率 。VrP 由 = mm 和 = ，查機械技術(shù)手冊可得單根 v 帶的基本額定功率d251n3750/min = 。0P.96kw 根據(jù) = , 和 型帶,查機械技術(shù)手冊得單根普通 v 帶額定功率的增1n370r/i2.6?B 量△ =0.8 查機械技術(shù)手冊得 ,95.0,93.K?LaK 于是得： =( +△ )· =rP0L? W41.3.3.)8.6.(2k??? 2）計算 v 帶的根數(shù) z (5-12).41.3 5pPrca?? 取 5 根，為了使各根 帶受力均勻，帶的根數(shù)不宜過多，一般應(yīng)少于 10 根。否則，應(yīng)選擇橫V 截面積較大的帶型，以減少帶的根數(shù)。 對于 型帶來講，帶數(shù)一般不多于 6 根，對于所計算的 ，符合要求。B65? （7）計算單根 v 帶的初拉力的最小值 min0F）（ 表 5-5 V 帶單位長度的質(zhì)量 帶型 Y Z A B C D E q/（kg/m ） 0.02 0.06 0.10 0.18 0.30 0.61 0.92 由表得 B 型帶的單位長度質(zhì)量 ,所以kg/18.0q? =min0F）（ NvzK Pac 94153.218.053.249.)0(5)-2.52 ??????（ 應(yīng)使帶的實際初拉力 ＞ 。0Fmin）（ （8）計算壓軸力 p 壓軸力的最小值為： Nz 8792154sin9452sin)(2)(F 01m0minp ????? 5.4 帶傳動的運動和動力參數(shù)計算 0 軸（電動機）： = =Pdkw75.19 = =0n2in/460r 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 10 （5-mNn P????91206475.950T0 13） 1 軸（風機軸）： 18.kW.619.7Pv0??帶?min/375n1r mN??3.43750.9T1 5.5 帶輪的設(shè)計計算V 根據(jù)帶輪的基準直徑和帶輪轉(zhuǎn)速等已知條件，確定帶輪的材料，結(jié)構(gòu)形式，輪槽、輪輻和輪 轂的幾何尺寸、公差和表面粗糙度以及相關(guān)技術(shù)要求。 (1）帶輪的材料 常用的帶輪材料為 HT150 或 HT200。轉(zhuǎn)速較高時可以采用鑄鋼或用鋼板沖壓焊接而成。小功 率時可用鑄鋁或塑料。 (2)帶輪的結(jié)構(gòu)形式 帶輪由輪緣、輪輻和輪轂組成。根據(jù)輪輻結(jié)構(gòu)的不同， 帶輪可以分為實心式、腹板式、VV 孔板式、橢圓輪輻式。 帶輪的結(jié)構(gòu)形式與基準直徑有關(guān)。當帶輪基準直徑為 時，可采用實心式；)m(5.2d為 安 裝 帶 輪 的 軸 的 直 徑? 時，可采用腹板式；m30 ，同時 時，可采用孔板式；d dD101?? 時，可采用輪輻式。? 其中，大帶輪基準直徑 ，小帶輪基準直徑 ，安裝帶輪軸的351?m251d? 直徑 45? 可知： 且 ； ，m30d1?d0125-1??30D1? 則大帶輪選擇輪輻式，小帶輪選擇孔板式。 輪轂和輪輻的尺寸經(jīng)驗公式： ， ；2.81）～（ 為 軸 的 直 徑 ， 。140bh?為 輪 輻 的 輻 寬 (3） 帶輪的輪槽V 帶輪的輪槽與所選用的 V 帶的型號相對應(yīng)，查找相應(yīng)技術(shù)手冊可得。 帶繞在帶輪上以后發(fā)生彎曲變形，使 V 帶工作面的夾角發(fā)生變化。為了使 帶的工作面與V 帶輪的輪槽工作面緊密貼合，將 帶輪輪槽的工作面的夾角做成小于 。04 帶安裝到輪槽中以后，一般不應(yīng)超出帶輪外圓，也不應(yīng)與輪槽底部接觸。為此規(guī)定了輪槽 基準直徑到帶輪外圓和底部的最小高度 和 。aminhfin 根據(jù)帶型 ，查詢機械技術(shù)手冊得：B ，3.50hamin?8.10fin? 輪槽工作表面的粗糙度為 或 ..632 (4） 帶輪的技術(shù)要求V 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 11 鑄造、焊接或燒結(jié)的帶輪在輪緣、腹板、輪輻及輪轂上不允許有砂眼、裂縫、縮孔及氣泡； 鑄造帶輪在不提高內(nèi)部應(yīng)力的前提下，允許對輪緣、凸臺、腹板及輪轂的表面缺陷進行修補；轉(zhuǎn) 速高于極限轉(zhuǎn)速的帶輪要做靜平衡，反之要做到平衡。 6.采棉機離心式風機葉輪的優(yōu)化設(shè)計 6.1 葉輪尺寸的決定 葉輪的主要參數(shù): ：葉輪外徑、 ：葉輪進口直徑、 ：葉片進口直徑； 2D01D :出口寬度； :進口寬度；b1b :葉片出口安裝角； :葉片進口安裝角； :葉片數(shù)A2?A?Z :葉片前盤傾斜角； ])([121Dtg??? 圖 6-1 葉輪主要尺寸 6.2 葉輪最佳進口寬度 設(shè)計1b 在葉輪進口處如果有回流就造成葉輪中的損失，為此應(yīng)加速進口流速。一般采用，葉輪進口 面積為： (6-1)10bD?? 而進風口面積為 ，令 為葉輪進口速度的變化系數(shù)，故有： 214D ?? (6-2)1 214b? 由此得出： ?b1? 當考慮到輪轂直徑引起面積減少時，則有： 0d 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 12 （6- )1(4])(1[4b22101 vDdD?????? 3） 其中 ，在加速20%時，即 , 1 0dv?.2 8.4b1 D 6.3 葉輪葉片最佳進口角 設(shè)計A1? (1)徑向進口時的 優(yōu)化值 同樣，根據(jù)為最小值時，優(yōu)化計算進口葉片角 。當氣流為徑向進口時且均布，A1wD? 那么從進口速度三角形得 （6-Au11cosw? 4） （6-A n122121 s)60(W?? 5） （6-1th1CQD?b? 6） 代入值后得出值，最后得出： 1 （6-Av n1221th231 cos)(4)0(w????? 7） （6-A11221th 31 sinc-9Q?An）（? 8） 求極值，即 0 dA13?w 15.26?A 這就是只考慮徑向進口時的 優(yōu)化值。A1 把 式代入上式得：013.A （6-3211)(.25DnvQth???? 9） 進而當 時：0.,.,011???v32194.D? 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 13 或者： 321)D(70.?? (2)當氣流進入葉片時有預(yù)旋，即 ： 0C1u? 圖 6-2 進氣口速度三角形 由圖進口速度三角形可以得出： （6-)u C1(cucC-uW11u1 ???AAosos? 10） （6-1u?tgm 11） （6-）（ 111 sinco?tAA?? 12） （6-1m21 2121 C(90)60nu ）（ vQDth????? 13） （6-Aw111msinC?? 14） （6-2111121 331 )sin(cosi)(90 ????? tgvQnw AAAth ??? 15） 求極值后： 2164 3121 ??????tgtgtgA 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 14 可以看出當氣流偏向葉輪旋轉(zhuǎn)方向時（正預(yù)旋）， 將增大，同時得到： A1?3113 1212th1 gv-40QD?????tgtnA??）（ （3）葉輪的型式不同時 有所區(qū)別 一般推薦葉片進口角 稍有一個較小的沖角。后向式葉輪中葉道的摩擦等損失較小，此時A1 的選擇使葉輪進口沖擊損失為最小。 A1? （6-11tgu cm??? 16） （6-11?A 17） 沖角 08）～（??i 一般后向式葉輪： 0135～?A? 對于前向式葉輪，由于葉道內(nèi)的分離損失較大，過小的進口安裝角導片彎曲度過大，分離損 失增加。較大的安裝角雖然使進口沖擊損失加大，但是流道內(nèi)的損失降低，兩者比較，效率反而 增高。 一般前向式葉輪： 0164～A 6.4 葉輪葉片最佳出口角 設(shè)計2? 一般后向葉輪葉片出口角 范圍為最好。機翼型葉片時效率較高。A 前向式──葉片彎曲方向與旋轉(zhuǎn)方向相同, ；)160~9(002?A? 后向式──葉片彎曲方向與旋轉(zhuǎn)方向相反, ；7? 徑向式──葉片出口沿徑向安裝, 。029?A 與 成線性關(guān)系。 ?? （6-0.60.782A???? 18） 或： （6-.3.394P2 19） 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 15 圖 6-3 與 線性關(guān)系?A2? 根據(jù)所選的 ，有相關(guān)的線性關(guān)系，給出 。 A2? 一般： =0.8～1.2 后向葉片 ? =1.2～1.4 徑向葉片 =1.4～2.4 前向葉片 7.采棉機離心式風機的進氣裝置設(shè)計 7.1 離心式風機進氣室 進氣室一般用于大型離心式風機上。由于離心式風機進口之前需接彎管，氣流要轉(zhuǎn)彎，使葉 輪進口截面上的氣流更不均勻，因此在進口可增設(shè)進氣室。進氣室設(shè)計的好壞將會影響風機的性 能。 （1）進氣室最好做成收斂形式的，要求底部與進氣口對齊。 （2）進氣室的面積與葉輪進口截面之比 01F （7-2..750～?? 1） 一般為矩形，長寬之比 為最好。 1F3~2 ab 7.2 離心式風機進氣口及進口集流器 進氣口有不同的形式： 一般錐形比筒形的好，弧形比錐形的好，組合型的比非組合型的好。例如錐弧型進氣口的渦 流區(qū)最小。此外還注意葉輪入口的間隙型式，套口間隙比對口間隙形式好。 風機進口進口集流器 若要擴大離心式風機的使用范圍或提高調(diào)節(jié)性能，可在進氣口或進氣室流道裝設(shè)進口集流器 【4】 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 16 圖 7-1 進口集流氣的主要形式 1-圓筒形 2 圓錐形 3-弧形 4-錐筒形 5-弧筒形 6 錐弧形 8.采棉機離心式風機風送系統(tǒng)參數(shù)確定 8.1 風送系統(tǒng)參數(shù)確定 采棉機的工作原理類似吸塵器。由柴油機作動力, 帶動風機運轉(zhuǎn), 這時在風機的進風口產(chǎn)生 一定的負壓, 形成有一定流速的空氣流, 棉枝上的棉花在空氣流的吸引作用下進入采棉機, 這相 當于人工將棉花從棉枝上采摘下來。棉花在采棉機中與空氣流分離,通過出棉口直接進入棉花收集 箱, 而不含棉花的潔凈空氣通過風機的排風口直接排入大氣中。風機運轉(zhuǎn)所形成的空氣流只起到 輸送介質(zhì)的作用, 在采棉機之前, 棉花與空氣流共同流動, 而在采棉后, 由于棉花已經(jīng)被分離出 來, 所以只有潔凈的空氣經(jīng)過風機。 采棉機風送系統(tǒng)的設(shè)計 （包括風速大小、空氣流量及管道設(shè)計） 均以采摘物 （采摘物包括 棉花、鈴殼、棉葉及枝稈等雜物，下面將采摘物統(tǒng)稱為含雜籽棉）的物理特性為基礎(chǔ)，其中包括 含雜籽棉的輸送量、含雜籽棉的懸浮臨界速度等因素 [6]。 (1)含雜籽棉輸送量的確定 據(jù)采棉機田間試驗測試可得，統(tǒng)收式采棉機（3 行機）田間收獲行駛速為： ；）（ 0.7m/s2.5k/hv? 棉花產(chǎn)量約為 。統(tǒng)收式采棉機 （3 行機））畝畝 （ 2hm 1/5 kg 4? 實際掃掠寬度為 （現(xiàn)機采棉的播種模式為c9.06/23126c?? ）， 16cm? 得： （8-/k vcU? 1） 式中 ———單位時間內(nèi)輸送含雜籽棉的質(zhì)量；U ———含雜修正系數(shù)，取 ；?.3 ———棉花單位面積， ； khm 067k2? 由公式（8-1）得單位時間輸送籽棉質(zhì)量： 725.8kg/s0.61354.1.9/ mvc ????? 則理論單位時間輸棉體積： /s0.3=U×Vu ———機采棉單位質(zhì)量所占體積（約 0.027 m /kg）；m 3 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 17 ———采棉機單位時間內(nèi)理論輸送含雜籽棉的體積。uV 因為工作中采棉機行駛速度、棉花種植密度及產(chǎn)量各不相同，需考慮采摘膨脹系數(shù)（約 1.5～2.0） s/0.6m23uumax? (2)氣流輸送參數(shù)的確定 混合比 的確定 [7]? 混合比又稱為輸送濃度，即在該管道中同一時間內(nèi)所輸送的含雜籽棉質(zhì)量 G 物與 G 氣之比。 (8-2)氣物 G?? (8-3)?Q氣 所以 ??物GQ? 式中 ———空氣密度 ；)/(kg3m ———輸送風量 。3h 由此可見，輸送風量與混合比成反比，混合比的大小受通風機壓力、氣流輸送方式、輸送距 離、輸送風速以及輸棉管直徑和物料性質(zhì)等多方面因素的影響。 表 8-1 混合比推薦 物料名稱 籽棉 毛籽棉 光棉籽 鋸齒集棉 短絨集棉 μ 值 0.6～0.8 1.0～2.0 2.0～2.5 0.15～0.12 0.005-0.01 (3)輸送風速的確定 氣流輸送含雜籽棉，是借助空氣動力的作用，籽棉受到空氣動力的大小，與空氣對含雜棉花 的相對速度有關(guān)。確定輸送速度，必須以棉花的懸浮臨界速度為基本依據(jù) [8]。 2009 年 10 月，測得本采棉機所采棉花的懸浮臨界速度如表 2 所示，考慮到棉花采摘過程受 到溫度、濕度以及成熟度等因素的影響，取臨界速度補充系數(shù)為 1.4，輸送速度為懸浮臨界速度 的 1.9～2.0 倍 [8]。最終輸送風速約為 。m/s 19.6v? 表 8-2 棉花臨界速度 （單位：m/s） 物料名稱 臨界速度 1 瓣棉花 1 朵棉花（不帶鈴殼） 1 朵棉花（帶鈴殼） 4 朵棉花（采摘棉） 1 團棉花（采摘棉） 3.6 6.0 6.2 6.4 7.0 (4)配用風量 配的確定Q 配用風量是作為選擇通風機時的風量。為了保證機采棉輸送通暢進行，應(yīng)考慮到管道漏風及 其它不利因素的影響，應(yīng)在確定輸送風量的基礎(chǔ)上適當考慮儲備系數(shù) ，一般取 為 C 1.15～1.20 [9]，即 （8-CQ?配 4） (5)輸送管道直徑 的確定 [10]D 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 18 輸棉管道直徑根據(jù)輸送風速和輸送風量計算 （8-4Q 2vD??配 5） 由于單朵棉花的重量一般不超過 (包括棉花粘在棉枝上有一定的連接力),因此吸棉口風速g 一般控制在 之間, 這個風速可以有效的將棉花吸入采棉機中。吸棉口形狀采用圓/s15~0m 形喇叭口,材料選用塑料或不銹鋼,內(nèi)壁一定要光滑，無毛刺,吸口直徑控制在 左右 [7]。48m? 8.2 風送系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化結(jié)論 對于采棉機來說，雜質(zhì)（尤其是棉花收獲初期棉桃及較長棉枝）的存在對含雜籽棉的輸送有 很大影響，應(yīng)減小收獲過程中對棉花植株的打擊力度，減少雜質(zhì)的輸入量。 輸棉風速 、輸棉管道直徑 時可以滿足本統(tǒng)收式采棉機輸棉需求，/s 2018～ cm 3026～ 工作穩(wěn)定，具有很高的可靠性，并能在很大程度上減小動力浪費。 輸棉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進一步改進，對參數(shù)進行優(yōu)化，減小了輸送過程中對棉花纖維的破壞，提高了 質(zhì)量等級。 9.結(jié)論 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 19 在對采棉機離心式風機進行設(shè)計時，我通過查找相關(guān)的文獻資料，了解到離心式風機的主要 結(jié)構(gòu)以及風機的關(guān)鍵零部件。明晰了設(shè)計出適合的風機，需要從整體到局部，細化出每一個設(shè)計 過程；再結(jié)合自己已經(jīng)掌握的相關(guān)知識，逐步的完成每個環(huán)節(jié)。 設(shè)計離心式風機時，我先從風機的整體布局開始，然后計算出實現(xiàn)風機功能所需要的配套動 力，選擇出適合的原動機；以及設(shè)計出相應(yīng)的傳動裝置和計算受力分析；最后對關(guān)鍵零部件進行 優(yōu)化設(shè)計。在查考相關(guān)的論文資料時，我知道了影響風機性能的主要原因為葉輪以及近氣裝置、 傳動方式等正確的設(shè)計和合理布局。 目前均在風機設(shè)計中應(yīng)用的葉片形式有三種。前向式葉片葉輪的特點是尺寸重量小，價格便 宜，而后向式葉片葉輪可提高效率，節(jié)約能源，故在現(xiàn)代生產(chǎn)的風機中，特別是功率大的大型風 機多數(shù)用后向式葉片。徑向出口葉片在我國已不常用，在某些要求耐磨和耐腐蝕的風機中，常用 徑向出口直葉片。 通過分析計算，我知道在設(shè)計時選擇合理的葉片形式以及優(yōu)化離心式風機葉輪葉片出口角 β2A 將對整臺離心式風機的性能起著關(guān)鍵的作用。 致 謝 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 20 本次畢業(yè)設(shè)計在 xxxx 老師的細心指導和嚴格要求下已經(jīng)完成，從課題選擇到具體的設(shè)計過程 中，無不凝聚著各位指導老師的心血和汗水，在我的畢業(yè)設(shè)計寫作期間 xxxx 老師為我提供了種種 專業(yè)知識上的指導和一些富于創(chuàng)造性的建議，沒有這樣的幫助和關(guān)懷，我不會這么順利的完成畢 業(yè)設(shè)計。在此向 xxxx 老師以及其它指導老師表示深深的感謝和崇高的敬意。 同時，感謝我的班主任，謝謝他為我們?nèi)嗨龅囊磺?，他不求回報，無私奉獻的精神和讓 大家鼓舞，再次向他表示由衷的感謝。 我還要感謝同組的各位同學，在畢業(yè)設(shè)計的這段時間里，你們給了我很多的啟發(fā)，提出了很 多寶貴的意見，對于你們幫助和支持，在此我表示深深地感謝。 參考文獻 塔里木大學畢業(yè)設(shè)計 21 [1]黃勇,付威,吳杰.國內(nèi)外機采棉技術(shù)分析比較[J].農(nóng)機化,2005,4:18-20. 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