油菜烘干機(jī)用上料機(jī)的設(shè)計(jì)

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油菜烘干機(jī)用上料機(jī)的設(shè)計(jì) 學(xué) 生： 指導(dǎo)老師： (湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，長沙 410128) 摘 要：從給定的一些原始數(shù)據(jù)開始到最后整機(jī)的成型，文章分析了如何確定方案，方案確定后又如何設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)。介紹了機(jī)構(gòu)的工作原理，計(jì)算了相關(guān)的工作性能參數(shù)，校核了重要零部件的強(qiáng)度，并與所給定的工作要求進(jìn)行了對(duì)比，計(jì)算證明上料機(jī)能夠滿足工作要求。 關(guān)鍵詞：料斗；鏈條；取料速度；許用應(yīng)力 The Design of Feeding Machine for Rapeseed Drying Student: Luo Yao Tutor: Xiang Yang (College of engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China) Abstract: from some original data to the end of the model, this paper analyzed how to determine scheme and how to design the mechanism after the scheme. Introduced the working principle of the mechanism, worked out some related performance parameters, and checked the important components’ strength, then compared those data with the given requirement, calculations show that the machine can adapt to the requirement of work. Key words: charging spout; chain; feeding speed; allowable stress 1 前言 油菜仔是一種農(nóng)作物的果實(shí)，大家都非常熟悉。油菜籽可以用來榨油，而且出油率很高[1]；油菜在湖南、湖北等地有廣泛種植，油菜所結(jié)的果叫做油菜籽，油菜籽是一種很小的近似于球狀的果實(shí)，油菜籽堆密度一般在(0.8-1.0)kg/L[2]，堆密度跟油菜籽的干燥程度密切相關(guān)，堆密度這個(gè)物理特性在油菜籽輸送機(jī)的設(shè)計(jì)中有著十分重要的作用[3]，由于油菜籽是很小的近似球形的顆粒，因此大規(guī)模輸送油菜籽時(shí)，總會(huì)有少許油菜籽在運(yùn)輸過程中損失。若輸送方式不當(dāng)，油菜籽完全輸送不到指定地點(diǎn)，甚至?xí)霈F(xiàn)卡死機(jī)器的現(xiàn)象。種植油菜的方法有墑種，即直播或育苗。北方多采用直播，南方則以育苗為主。大面積種植多用直播，小面積多為育苗。油菜種子較小，千粒重2.5-4g。要求整地精細(xì)，施足底肥，根據(jù)利用目的，選擇不同的行距；播量0.3-0.4kg/畝，若以收獲果實(shí)為目的，則應(yīng)加大行距，減少播種量；飼用的油菜可條播，也可撒播。在油菜生長期間，要施肥、灌水，保證苗壯。北方冬季要覆蓋一層有機(jī)肥以保溫．防凍。到了收獲的季節(jié)時(shí)，將油菜莖稈割倒，一般是割倒后轉(zhuǎn)移到曬場(chǎng)，暴曬后有許多果殼直接爆裂開來，沒爆的用機(jī)器給與適當(dāng)?shù)臎_擊即可爆裂，振動(dòng)后油菜籽從爆裂的果殼掉到地面。本次設(shè)計(jì)專門針對(duì)潮濕的油菜籽進(jìn)行垂直輸送，其目的在于將油菜籽送入一個(gè)上料口較高的漏斗式烘干機(jī)。氣力式輸送很適合輸送小顆粒[4]和粉狀物料，但是本設(shè)計(jì)中沒有采用氣力輸送。 2 油菜烘干機(jī)用上料機(jī)的總體原理方案分析 2.1 上料方式的選擇 2.1.1 漏斗式油菜籽烘干機(jī)綜述 根據(jù)“完成上料”的總功能[5]，目前上料機(jī)主要的輸送方式中氣力式輸送機(jī)、螺旋式輸送機(jī)、帶式輸送機(jī)、斗式提升機(jī)[6]似乎都具備“完成上料”這一功能。 圖1 油菜烘干機(jī)簡圖 Fig l Diagram of rapeseed drying machine 分析：烘干機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示，該烘干機(jī)叫漏斗式烘干機(jī)，底部有卸料口，當(dāng)物料被烘干后，關(guān)閉物料循環(huán)口，打開卸料口即可卸料。工作時(shí)，待烘物料在烘干機(jī)內(nèi)，卸料口關(guān)閉，物料循環(huán)口開啟，待烘物料從物料循環(huán)口進(jìn)入上料機(jī)，上料機(jī)將待烘物料提升至加料口，由加料口進(jìn)入烘干機(jī)內(nèi)，又從物料循環(huán)口排入上料機(jī)如此循環(huán)，實(shí)現(xiàn)物料的烘干。 2.1.2 上料機(jī)上料方式的選擇 現(xiàn)在針對(duì)上述這樣一款烘干機(jī)設(shè)計(jì)一臺(tái)上料機(jī)以配合其工作，各方案如圖2所示，圖2(a)為氣吸式上料，工作時(shí)氣口1開啟，氣口2關(guān)閉，真空泵將過濾器上方的腔內(nèi)抽成真空，形成負(fù)壓[7]，油菜籽便從輸送管道內(nèi)進(jìn)入過濾器下腔；這時(shí)氣口1關(guān)閉，氣口2開啟，油菜籽掉入漏斗進(jìn)入烘干機(jī)，上料工作完成。氣吸式上料機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，工作平穩(wěn)，輸送損失小[8]，方便拆卸；但是動(dòng)力消耗大，輸送管道易被磨損，氣口的開閉情況也需要添加控制裝置，以配合物料輸送；此外氣吸式的輸送方式也不便于計(jì)算輸送速率，所以不選。圖2(b)為斗式提升機(jī)上料，工作時(shí)料斗（圖中料斗未畫出）攜帶油菜籽提升至烘干機(jī)上方并將油菜籽倒入烘干機(jī)完成上料。斗式提升機(jī)占地面積小，輸送高度大，輸送速率大[9]，卸料方式也比較簡單，方便計(jì)算，結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜，很適合于垂直輸送；但是過載敏感，且必須連續(xù)均勻供料，此種方式暫時(shí)保留。 （a） （b） 圖2 兩種方案[10] Fig 2 Two kinds of schemes 螺旋式上料機(jī)應(yīng)用雖然很廣泛，但在此處不太合適，因?yàn)槁菪~片[11]與殼體之間有的間隙，而所要輸送的油菜籽又很小，會(huì)從間隙中滑出，在垂直輸送時(shí)根本無法使用；即使是傾斜情況下，油菜籽也會(huì)從間隙中漏出一部分，甚至有些還會(huì)在間隙中被碾碎；不僅如此，螺旋上料機(jī)輸送潮濕的油菜籽時(shí)，油菜籽還會(huì)粘在螺旋葉片上，長期累積后會(huì)卡死機(jī)器，固淘汰掉。帶式輸送機(jī)應(yīng)用也十分廣泛，但在此處，油菜籽的休止角為20°-28°[12]，超過這個(gè)角度，油菜籽會(huì)自動(dòng)從皮帶上滑下來，即使設(shè)計(jì)皮帶傾角小于20°，運(yùn)輸效果也不會(huì)很好，因?yàn)閮A角小意味著皮帶的長度也大，長度大了，機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)就不精致了，而且長距離輸送，需要給皮帶額外添加張緊輪，將機(jī)構(gòu)復(fù)雜化，所以帶式輸送[13]的方式也淘汰掉。 綜合上述分析之后，對(duì)于潮濕油菜籽或者半干燥的油菜籽來說，選用斗式提升機(jī)的上料方式是最好的，這種方式不僅適合輸送油菜籽，而且方便計(jì)算輸送速率，且機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單。 2.2 具體方案的確定 經(jīng)過分析和思考后對(duì)上料機(jī)的功能進(jìn)行分解，上料機(jī)采用斗式提升法，故可分為：(1)盛裝油菜籽(2)提升油菜籽(3)卸料，這三種功能組合起來即可完成上料這一任務(wù)。盛裝油菜籽可用淺斗、弧底斗、中深斗、深斗這4種斗型；料斗可固定在鏈條或者皮帶上，即提升油菜籽可以用鏈條、皮帶2種方式；斗式提升機(jī)卸料方式有3種：離心式、重力式、離心重力式[14]。將功能和功能解列表如下： 表1 斗式提升機(jī)形態(tài)學(xué)矩陣 Table 1 Morphology matrix of Bucket type lifting machine 分功能 功能解 1 2 3 4 A 盛裝油菜籽 淺斗 弧底斗 中深斗 深斗 B 提升油菜籽 鏈條 皮帶 - - C 卸料方式 離心式 重力式 離心重力式 - 利用表1，理論上可以組合出4×2×3＝24種方案。 某些方案明顯是不太合理的，如A4- B2- C1，這個(gè)方案中深斗容積很大，油菜籽堆密度較大，所以一斗油菜籽的重量是很大的，而在垂直輸送時(shí)皮帶傳動(dòng)對(duì)過載非常敏感，容易打滑是第一點(diǎn)，第二點(diǎn)是深斗由于斗型角度，對(duì)離心卸料是不利的。其他的方案在此不細(xì)致討論，綜合分析之后，本題選用方案A1-B1-C1，即采用淺斗裝料、鏈條輸送、離心式卸料來設(shè)計(jì)此上料機(jī)。 2.3 方案簡圖和工作原理 采用淺斗裝料、鏈條輸送、離心式卸料的方案后，查閱相關(guān)資料得到斗型、鏈號(hào)、輸送速度等等如表2 表2 方案資料 Table 2 Information of scheme 斗型 鏈號(hào) 輸送速度 淺斗 12A 2m/s 上料機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖如圖3 1.下鏈輪 2.料斗 3.鏈條 4.止反件 5.上鏈輪 6.機(jī)殼 7.卸料口 8.裝料口 1.The nether chain wheel 2.Hopper 3.Chain 4. Reverse preventing component 5.The upper chain wheel 6.Enclosure 7.Discharge opening 8.Feeding mouth 圖3 上料機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖 Fig 3 Structure diagram of feeding machine 工作時(shí)，從8處加入待烘油菜籽，油菜籽隨通道進(jìn)入機(jī)殼底部；料斗2固定在鏈條3上，鏈輪1是主動(dòng)輪，當(dāng)1逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，料斗2隨鏈條3一起運(yùn)動(dòng)，至機(jī)殼底部時(shí)，料斗從機(jī)殼底部挖取油菜籽并運(yùn)輸至機(jī)殼頂部，在離心力的作用下，料斗中的油菜籽被離心并從卸料口7排入漏斗式烘干機(jī)。當(dāng)主動(dòng)輪1由于意外突然失去動(dòng)力時(shí)，止反件4上的棘輪機(jī)構(gòu)可以卡住鏈輪使鏈輪不致于反向（順時(shí)針）轉(zhuǎn)動(dòng)而將料斗中的油菜籽倒出來。 3 動(dòng)力機(jī)的選擇 3.1 動(dòng)力機(jī)型的選擇 由工作條件：上料機(jī)配合油菜烘干機(jī)工作，在烘干過程中需要實(shí)現(xiàn)油菜籽的垂直循環(huán)運(yùn)動(dòng)。待烘油菜籽從烘干機(jī)中排出并進(jìn)入上料機(jī)，由上料機(jī)提升至烘干機(jī)頂部進(jìn)料口重新進(jìn)入烘干機(jī)內(nèi)待烘，再由烘干機(jī)底部排出并進(jìn)入上料機(jī)，又由上料機(jī)提升到烘干機(jī)頂部進(jìn)料口重新進(jìn)入烘干機(jī)內(nèi)待烘……如此循環(huán)。 在這樣一個(gè)循環(huán)的過程中，所有待烘油菜籽首先是被裝入烘干機(jī)，垂直分布在烘干機(jī)中。油菜籽在烘干機(jī)中垂直向下運(yùn)動(dòng)，底部的油菜籽排入上料機(jī)中，上料機(jī)中其余的油菜籽均沉降一個(gè)單位，而排入上料機(jī)中的油菜籽則由上料機(jī)重新提升至烘干機(jī)頂部進(jìn)料口并進(jìn)入烘干機(jī)。所以上料機(jī)是間歇性工作的；顯然內(nèi)燃機(jī)是不宜作為此上料機(jī)的動(dòng)力機(jī)的，因?yàn)閮?nèi)燃機(jī)實(shí)現(xiàn)間歇性工作需要借助于其他機(jī)構(gòu)，若不借助其他機(jī)構(gòu)，反復(fù)的啟動(dòng)與停止會(huì)急劇消耗內(nèi)燃機(jī)使用壽命，故選擇電動(dòng)機(jī)作為此上料機(jī)的動(dòng)力來源。 3.2 電動(dòng)機(jī)型號(hào)的確定 設(shè)上下鏈輪工作時(shí)轉(zhuǎn)速為n，扭矩為T，功率為P。由給定的工作條件：5分鐘內(nèi)上料500kg，提升高度為2.5m?？傻茫荷狭蠙C(jī)的近似功率為 設(shè)計(jì)中額定鏈條線速度為，鏈輪分度圓直徑d=680mm，故工作時(shí)鏈輪轉(zhuǎn)速為 由相關(guān)公式可求得 設(shè)計(jì)中所選減速器傳動(dòng)比i1=10，皮帶輪之間傳動(dòng)比i2=1.5，則總傳動(dòng)比 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 由上面計(jì)算可知，工作中功率和轉(zhuǎn)速雖然不大，但轉(zhuǎn)矩較大，所以選用的電動(dòng)機(jī)應(yīng)當(dāng)具有較大的過載能力，有較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩；結(jié)合電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行考慮后選用的電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YZR132M1-6 4 整機(jī)質(zhì)量估算 4.1 機(jī)座質(zhì)量計(jì)算 機(jī)座的質(zhì)量可由材料密度乘以機(jī)座總體積得到，求出機(jī)座的總體積即可求出機(jī)座質(zhì)量，由于設(shè)計(jì)需要，機(jī)座上鉆有許多螺栓孔，有些地方還有倒角；這些小尺寸會(huì)阻礙總體積的計(jì)算，但是這些小尺寸與主體體積相比十分微小，故計(jì)算過程中忽略小尺寸。單葉機(jī)座主體結(jié)構(gòu)及尺寸簡圖如圖4 (a)機(jī)座底板 (b)機(jī)座側(cè)板 圖4 機(jī)座尺寸簡圖 Fig 4 Size diagram of engine base 設(shè)單葉機(jī)座底板體積為V1，單葉側(cè)板體積為V2，單葉軸承座和筋體積為V3，單葉機(jī)座體積為V，質(zhì)量為，機(jī)座材料為HT350，材料密度按純鐵密度計(jì)算。則有 (1) (2) 按照?qǐng)D中尺寸 =1.188dm3 =3.516dm3 =(0.0816+0.2485)dm3=0.3301dm3 將V1，V2，V3代入(1)得，單葉機(jī)座體積 V=5.0341 dm3 將V代入(2)，查得純鐵密度，算出單葉機(jī)座質(zhì)量 =39.77kg 則機(jī)座的總質(zhì)量為79.54kg 4.2 機(jī)殼、卸料口質(zhì)量計(jì)算 機(jī)殼上開有螺孔、軸孔等，總體形狀還算規(guī)則，可精確求解，但是機(jī)殼并非主要工作部件，其質(zhì)量無須精確求解，故在此處只計(jì)算近似質(zhì)量。機(jī)殼主體結(jié)構(gòu)及尺寸簡圖如圖5，機(jī)殼質(zhì)量計(jì)算方法仿照機(jī)座，簡略計(jì)算如下： 機(jī)殼側(cè)面體積為 圖5 機(jī)殼尺寸簡圖 Fig5 Size diagram of enclosure dm3 機(jī)殼輪廓體積為 dm3 機(jī)殼總體積為 dm3 機(jī)殼總質(zhì)量為 kg 卸料口由幾塊鋁板組成，壁厚3mm，主要尺寸參照零件圖08，未注尺寸參照機(jī)殼，算得其體積為 dm3 卸料口質(zhì)量為 4.3 上料口質(zhì)量計(jì)算 上料口與上料控制閥是配合在一起工作的，但閥體質(zhì)量相對(duì)上料口來說可忽略不計(jì)，計(jì)算中在不影響計(jì)算結(jié)果的情況下還忽略倒角圓角等小尺寸，設(shè)上料口的殼體體積為Vs，根據(jù)裝配圖相關(guān)尺寸 上料口質(zhì)量 4.4 上鏈輪質(zhì)量計(jì)算 上鏈輪的相關(guān)尺寸參照零件圖05，忽略小型尺寸，例如倒角、鍵槽等；鏈輪上共有112個(gè)鏈齒，因計(jì)算不必過于精確，所以近似計(jì)算下可取鏈輪分度圓為最大輪廓，并忽略鏈齒的尺寸。計(jì)算如下，設(shè)上鏈輪的近似體積為 上鏈輪近似質(zhì)量 kg 4.5 下鏈輪質(zhì)量計(jì)算 下鏈輪的相關(guān)尺寸參照零件圖07，忽略小尺寸，如鍵槽、倒角等；近似計(jì)算方法同上鏈輪。計(jì)算如下，設(shè)下鏈輪的近似體積為 下鏈輪近似質(zhì)量 kg 由以上各個(gè)大型部件的質(zhì)量可估算整機(jī)質(zhì)量約為305kg 5 工作性能分析 5.1 卸料分析 5.1.1 料斗中油菜籽的質(zhì)心坐標(biāo) 如圖6，建立空間直角坐標(biāo)系。設(shè)質(zhì)心坐標(biāo)分別為，， 。質(zhì)心坐標(biāo)公式[15]為 圖6 空間坐標(biāo)示意圖 Fig6 Schematic diagram of space coordinate 以上各式中是一個(gè)關(guān)于，，的三元函數(shù)。油菜籽盛裝在料斗中，是均勻分布的，在此處可將當(dāng)成常數(shù)，計(jì)算如下 (3) 上式中表示積分區(qū)域V內(nèi)垂直于軸的各截面面積。和在卸料分析中沒有用到，故在此處不求。圖6結(jié)合零件圖11可得出如下關(guān)系 (4) 由(3) (4)式可得 mm 5.1.2 卸料分析 在4.1.1中，已經(jīng)求出mm，料斗中油菜籽質(zhì)心在彎道上的回轉(zhuǎn)半徑 mm (5)料斗中油菜籽要順利的從卸料口中排出，需要滿足2個(gè)條件：①能夠經(jīng)過最高點(diǎn)②在經(jīng)過最高點(diǎn)之后，通過左側(cè)彎道時(shí)所受合力方向指向卸料口一側(cè)。下面來驗(yàn)證這兩個(gè)條件：設(shè)一斗油菜籽的質(zhì)量為，油菜籽能夠經(jīng)過最高點(diǎn)的條件是 [16] (6) 油菜籽經(jīng)過最高點(diǎn)后，通過左側(cè)彎道時(shí)受力如圖7，顯然條件②也滿足。由(5) (6)式可解得 在圖7中油菜籽質(zhì)心處畫出其受力簡圖后，由圖中的相似三角形可得到 圖7 質(zhì)心受力簡圖 Fig7 Force diagram of centroid (7) 又離心力 (8) 重力 (9) 由(7) (8) (9)式得 (10) 設(shè)計(jì)時(shí)，給定輸送速度，將(5)代入(10)得到 mm 是離心卸料中一個(gè)重要參數(shù)，叫做極距[17]，它不隨發(fā)生變化，僅僅和角速度（轉(zhuǎn)速）有關(guān)。裝配圖中可查得mm，mm，顯然有，所以卸料方式為離心重力式。 分析在mm的圓周上，油菜籽的運(yùn)動(dòng)軌跡，建立如圖8所示的二維平面直角坐標(biāo)系，油菜籽在P→T段上運(yùn)動(dòng)時(shí)，在任何一點(diǎn)離心力與重力的合力方向都指向過點(diǎn)T、P的圓內(nèi)，其沿軌道方向的速度增加，在P→T的某點(diǎn)上就開始被離心而脫離圓周運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)在假設(shè)油菜籽在T點(diǎn)時(shí)，才開始離心，其離心后做斜下拋運(yùn)動(dòng)，離心后的運(yùn)動(dòng)軌跡為拋物線，設(shè)離心時(shí)油菜籽的線速度大小為mm/s，運(yùn)動(dòng)時(shí)間為t，T點(diǎn) 坐標(biāo)為（），則油菜籽做斜下拋運(yùn)動(dòng)的軌跡方程滿足 圖8 平面直角坐標(biāo)系建模圖 Fig8 Modeling diagram of plane rectangular coordinate (11) (12) 由圖8中顯然有 (13) (14) (15) 當(dāng)時(shí)，結(jié)合(11) ~(15)式解得 (16) 將mm，mm，mm代入(16)算得 mm ＞0，即油菜籽從O點(diǎn)上方穿過y軸，所以在mm的圓周上運(yùn)動(dòng)的油菜籽最終也會(huì)掉入卸料口，也就是說設(shè)計(jì)m/s的輸送線速度是合理的，油菜籽能全部掉進(jìn)卸料口，其理論卸料率為100% 5.2工作參數(shù)計(jì)算 5.2.1 斗距計(jì)算 根據(jù)裝配尺寸，鏈條總長為 式中p指鏈節(jié)距，設(shè)計(jì)中選用了鏈號(hào)為12A的鏈條。查得p=19.05mm[18]。鏈條總節(jié)數(shù)節(jié)，考慮到安裝尺寸較大，為方便安裝， 應(yīng)適當(dāng)取大一些，取=366節(jié)，鏈條上均勻分布6個(gè)料斗，設(shè)相鄰的2個(gè)料斗之間的間距為，將p=19.05mm代入(17)式得 (17) 5.2.2 斗容計(jì)算 一般情況下斗容是指料斗所能容納物料的最大體積，此處為了方便后面計(jì)算，對(duì)斗容定義略作修改。定義：斗容是指料斗所能容納物料的實(shí)際最大體積，顯然在新的定義下，斗容是一個(gè)隨物料不同而有所不同的量，與物料的自然休止角α有關(guān)，現(xiàn)查得油菜籽的休止角α為20°~28°，斗的結(jié)構(gòu)和尺寸如圖9，由圖中的信息可知 圖9 料斗尺寸簡圖 Fig9 Size diagram of hopper 解得R=（）mm 斗寬B=200mm，則斗容 (18) 將B=200mm，R=（）mm，以及α代入(18)式得 5.2.3 上料速度計(jì)算 設(shè)斗從開始挖料到卸料，再到開始挖料為一個(gè)工作周期，記周期為T，上下鏈輪分度圓直徑為d，則工作一周有 (19)設(shè)上一料斗完成卸料到下一料斗完成卸料的時(shí)間間隔為，則 (20)記單位時(shí)間內(nèi)料斗挖取的油菜籽體積為取料速度u，則 (21)記油菜籽堆密度為，油菜籽堆總質(zhì)量為M，總體積為V，則 (22)記提升總質(zhì)量為M的油菜籽所需的時(shí)間為t，則 (23)由(20)~(23)式解得 (24) (25)將d=680mm，m/s代入(19)式解得 =3.47s 額定的總質(zhì)量M=500kg，查資料得到=0.9kg/L，結(jié)合4.2.2中求出的Vr，一并代入(24)和(25)式得 5.2.4 上料功率計(jì)算 分析上料機(jī)將500kg油菜籽從機(jī)殼底部提升至h=3395mm的高度上，并將其速度增加到，高度差大約為3.3m。由機(jī)械能守恒定理有 (26) 式中W表示上料機(jī)對(duì)油菜籽所做的總功，設(shè)機(jī)械做功功率為P，則 (27)考慮到其他的一些影響因素，取機(jī)械效率為η=0.8，則機(jī)械實(shí)際做功功率 (28)由(27) (28)式可得 (29)將W=17170J，η=0.8，代入(13)并結(jié)合4.2.3中求出的t的范圍可得 在計(jì)算了一些主要的工作性能參數(shù)之后，將其列表如下： 表3 工作性能參數(shù) Table 3 Working parameters 斗距/mm 斗容/L 取料速度/(L/s) 上料耗時(shí)/s 功率/W 1162.0 2.25~2.74 3.89~4.74 117.1~142.8 150.3~180.3 6 關(guān)鍵零部件的強(qiáng)度校核 6.1 上鏈輪軸的強(qiáng)度校核 上鏈輪軸承的受力并不復(fù)雜，主要有兩種力的作用，第一種是鏈輪自重對(duì)鏈輪軸產(chǎn)生的壓力，第二種是傳遞功率時(shí)所產(chǎn)生的扭矩。這兩種力共同作用在上鏈輪軸上，上鏈輪軸的裝配簡圖如圖10。 圖10 上鏈輪軸裝配簡圖[19] Fig10 Assembly diagram of the upper chain wheel axis 將所受載荷簡化后，受力簡圖如圖11 圖11 上鏈輪軸受力簡圖 Fig11 Force diagram of the upper chain wheel axis 圖中Fa和Fb顯然都是均勻分布在x軸上的力，由力的平衡條件有 Fa + Fb=2F (30)由力矩的平衡有 (31) F是由上鏈輪自重和料斗中物料的自重所產(chǎn)生的，前面算得上鏈輪質(zhì)量=40.47kg，運(yùn)輸?shù)奈锪腺|(zhì)量大約為kg。則載荷F=mg=441N，由(30) (31)式得Fa= Fb=F=441N。 軸上功率在前面已經(jīng)算得為，在校核中按最大值進(jìn)行校核。取，根據(jù)公式 [20] 結(jié)合前面56.2r/s，可算得扭矩 繪制彎矩、扭矩圖，如圖12 圖12 彎矩扭矩圖 Fig12 Torque moment diagram 最大彎矩 對(duì)于軸來說，所受扭矩波動(dòng)很小，可當(dāng)成靜載荷，校正系數(shù)α取為α=0.3最大當(dāng)量彎矩 按照彎扭合成強(qiáng)度條件校核，軸上危險(xiǎn)截面有彎矩Ma所對(duì)應(yīng)的截面a-a，有彎矩Mb所對(duì)應(yīng)的截面b-b，設(shè)這兩截面上對(duì)應(yīng)的軸徑大小分別為da，db ，則由圖5-1可知da=25mm，db =30mm 。 在截面a-a上 在截面b-b上 顯然截面b-b上應(yīng)力更大，查閱相關(guān)資料得到靜應(yīng)力狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力[21] 顯然，故上鏈輪軸的強(qiáng)度符合工作要求。 6.2 下鏈輪軸的強(qiáng)度校核 下鏈輪軸是動(dòng)力輸入軸，與上鏈輪的受力情況非常相似，主要也是受到兩種力的作用，第一種是下鏈輪自重對(duì)軸產(chǎn)生的壓力，第二種是傳遞功率時(shí)所產(chǎn)生的扭矩，這兩種力共同作用在下鏈輪軸上，下鏈輪軸的裝配簡圖如圖13。 圖13 下鏈輪軸裝配簡圖 Fig13 Assembly diagram of the nether chain wheel axis 將所受載荷簡化后，受力簡圖如圖14 圖14 下鏈輪軸受力簡圖 Fig14 Force diagram of the nether chain wheel axis 圖中所示的軸受力平衡，則 Fa + Fb=2F (32)力矩也要平衡，則有 (33) 圖15 彎矩扭矩圖 Fig15 Moment torque diagram F是下鏈輪自重所產(chǎn)生的，前面算得下鏈輪質(zhì)量=27.45kg，則載荷F=g=269N，由(32) (33)式得Fa= Fb=F=269N。 軸上功率按最大值進(jìn)行校核取，根據(jù)公式 以及56.2r/s可算得扭矩 下鏈輪軸上最大彎矩 繪制彎矩，扭矩圖如圖15 對(duì)于下鏈輪軸來說，所受扭矩波動(dòng)仍然很小，可當(dāng)成靜載荷，校正系數(shù)α取為α=0.3最大當(dāng)量彎矩[22] 按照彎扭合成強(qiáng)度條件校核，軸上危險(xiǎn)截面有彎矩Ma所對(duì)應(yīng)的截面，記為a-a，有彎矩Mb所對(duì)應(yīng)的截面，記為b-b，設(shè)這兩截面上對(duì)應(yīng)的軸徑大小分別為da，db ，則由圖5-4可知da=25mm，db =30mm 。 在截面a-a上 在截面b-b上 顯然截面b-b上應(yīng)力更大，查閱相關(guān)資料得到靜應(yīng)力狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力 顯然，因此下鏈輪軸的強(qiáng)度也符合工作要求。 6.3 各種平鍵的強(qiáng)度校核 設(shè)計(jì)中所用平鍵總共有5個(gè)，其規(guī)格分別為：記該種鍵為鍵A1；記該種鍵為鍵A2；記該種鍵為鍵A3。鍵A1、A2、A3有相似的外型，所受到的載荷均為靜載荷，其校核公式為 (34) 式中：為擠壓應(yīng)力，單位為MPa。鍵是標(biāo)準(zhǔn)件，查閱相關(guān)資料后將校核所需數(shù)據(jù)列表如下： 表4 鍵的屬性 Table 4 Attributes of key 名稱 規(guī)格 數(shù)量 /mm A1 2 3.3 A2 2 3.3 A3 1 2.8 設(shè)A1、A2、A3所受載荷產(chǎn)生的應(yīng)力分別為、、。表5-1結(jié)合(1)式得 鍵的材料選用優(yōu)質(zhì)碳素鋼，查得靜聯(lián)接下的許用應(yīng)力[]為(125~150)MPa 顯然、、均小于[]，因此所有的鍵也符合工作要求。 6.4 M6型螺栓的強(qiáng)度校核 M6型螺栓是用來聯(lián)接機(jī)殼與機(jī)座的，主要是將機(jī)殼固定在機(jī)座上面，除了受到機(jī)殼自重產(chǎn)生的壓力之外，還受到上料口、上料口中的物料、卸料口的自重產(chǎn)生的壓力。設(shè)計(jì)中所選用的螺栓性能等級(jí)為8.8級(jí)，查得屈服極限為,靜載荷下許用剪切力[τ]= 。設(shè)上料口容積為V，高為h，如圖16。 則 工作時(shí)，假設(shè)上料口裝滿了油菜籽，設(shè)油菜籽質(zhì)量為m，則 前面已經(jīng)求得機(jī)殼質(zhì)量mk=70.9kg，卸料口質(zhì)量mx=8.0kg，上料口質(zhì)量ms=9.7kg，油菜籽質(zhì)量m=41.1kg。則總質(zhì)量 M=mk+mx+ms+m=129.7kg M6型螺栓的數(shù)量為24個(gè)，記總外載荷為F，則平均每個(gè)螺栓所受剪力 所以M6型螺栓也符合工作要求 圖16 上料口容積尺寸簡圖 Fig16 Volume size diagram of feeding mouth 6.5 深溝球軸承的當(dāng)量載荷和壽命估算 前面算得上鏈輪軸兩邊軸承的負(fù)載為441N，下鏈輪軸兩邊軸承的負(fù)載為269N，所選用的軸承為深溝球軸承，其代號(hào)為6305，查得基本額定動(dòng)載荷Cr=22.2kN。 軸承負(fù)載為純徑向載荷，設(shè)工作的當(dāng)量載荷為P，載荷波動(dòng)很小.可當(dāng)成靜載荷來計(jì)算，取載荷系數(shù)fP=1，則上鏈輪軸上的滾動(dòng)軸承當(dāng)量載荷為 P上=fPFr=441N 上鏈輪軸上的滾動(dòng)軸承額定壽命 37839243h 下鏈輪軸上的滾動(dòng)軸承當(dāng)量載荷為 P下=fPFr=269N 下鏈輪軸上的滾動(dòng)軸承額定壽命 166725246h 7 結(jié)論 經(jīng)過理論分析后，選擇的上料方式是斗式提升，結(jié)合所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)出上料機(jī)的具體結(jié)構(gòu)后，進(jìn)行了工作性能計(jì)算，計(jì)算證明：提升機(jī)能夠在5分鐘之內(nèi)完成上料，提升高度達(dá)2.5m以上，輸送速度為（3.89~4.74）L/s，關(guān)鍵零部件都滿足工作要求。 參考文獻(xiàn) [1] Andrew gross. 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