農村家用谷物分選機設計

農村家用谷物分選機設計,農村,家用,谷物,分選,設計 JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY 本 科 畢 業(yè) 論 文（設 計） 題目： 農村家用谷物分選機設計 學 院： 工學院 姓 名： 劉靈漢 學 號： 20090951 專 業(yè)： 農業(yè)機械化及其自動化 年 級： 農機091班 指導教師： 孫通 職 稱： 講師 二0一三 年 五 月 摘要 谷物清選機械目前國內已經基本上能夠自給自足，但是由于市場上大部分機械都是種子加工的成套設備，大都屬于精選設備，其設備造型大，價格高，能耗大，還完全不能應用于我國農村家庭當中去。因此，設計開發(fā)符合我國國情專門用于農村家庭的谷物分選機械很有必要，對減輕農民勞動強度，降低農民勞動成本，提高農村經濟效益和農業(yè)現代化水平都具有重要意義。 本文是在分析國內外谷物清選機械的發(fā)展現狀與動態(tài)的基礎上，設計了一套價格低、操作簡單、使用方便的，符合我國農村生產要求的家用多功能型谷物分選機械，制定了系統(tǒng)總體設計方案，對系統(tǒng)的機架、篩體、振動機構、風機以及實用性進行了重點研究設計。 該農村家用谷物分選機具有清選除雜選糧與精選種子兩個可供選擇使用的基本功能，采用單相220伏交流電源供電，使用非常方便，而且節(jié)約能源，動力只需1.5kw。機架設計為車駕式，整機可框在地排車下盤上，移動方便。進料裝置采用了結構簡單的頂置式人力提升裝置，采用插板活門控制流量，其結構簡單，操作方便，喂料均勻。風選室排雜口上裝有擋板可以對雜質進行簡單分類，風選室出糧口上裝有轉換活門可以對其功能進行良好過渡，篩體的上篩采用圓孔平面篩、下篩采用編織篩，提高了生產率，使得在精選種子時對粗混雜物及小谷粒有較高的分離率。傳動機構采用三角帶傳動，傳動平穩(wěn)，結構尺寸小。振動機構采用曲柄連桿機構，平穩(wěn)可靠有效。除雜風機采用低壓后向直葉片離心式風機。在整機設計過程中充分考慮到性價比，選用價格低、性能穩(wěn)定的零部件。 關鍵字：分選機；單相交流電；兩用；平面篩；風篩式 Abstract ?Grain?cleaning?machinery?has?been?largely?self-sufficient,?but?most?of?the?machinery?are?seed?processing?equipment?on?the?market,?mostly?belonging?to?the?selection?of?equipment,?device?modeling,?high?prices,?energy?consumption,?but?also?utterly?unable?to?apply?them?to?rural?households?in?China.?Therefore,?the?design?and?development?in?line?with?China's?national?conditions?specifically?for?rural?households?grain?sorting?machinery?is?necessary?to?alleviate?the?burden?of?migrant?labor,?reduce?the?labor?costs?of?farmers,?improve?rural?economic?and?agricultural?modernization?are?of?great?significance. ???? This?article?is?through?the?analysis?of?the?current?development?of?domestic?and?international?grain?cleaning?machinery?and?dynamic,?the?design?of?a?low?price,?simple?operation,?easy?to?use,?in?line?with?the?requirements?of?China's?rural?production?home?multi-function?grain?sorting?machinery,?developed?overall?system?design,?focus?on?system?rack,?sieve,?vibration?mechanism,?fans?and?practical?design. ??? ?The?rural?household?grain?sorting?machine?has?two?basic?functions?to?choose?to?use?that?are?impurity?and?selection?,?the?use?of?single-phase?220-volt?AC?power?supply,?easy?to?use,?and?energy?conservation,?power?only?1.5kw.?The?rack?design?is?chariotest?type,?the?whole?box?puts?on?the?row?of?the?lower?plate?of?the?vehicle,?easy?to?move.?Feeding?device?with?a?simple?structure?overhead?human?lifting?device,?the?flapper?valve?to?control?the?flow?and?its?structure?is?simple,?convenient?operation,?uniform?feeding.?Duct?trash?mouth?with?baffles?can?make?a?simple?classification?of?the?impurities,?the?wind?tells?grain?port?is?equipped?with?a?flapper?can?do?a?simple?transition?on?their?functions.?The?upper?sieve?adopts?hole?plane?and_?the?under?sieve?use?the?weave?sieve?and?then?improve?productivity,?making?the?selection?of?seeds?have?a?higher?rate?of?separation?of?coarse?impurities?and?small?grain.?V-belt?drive?transmission?mechanism,?smooth?transmission,?the?size?of?structure?is?small.?The?vibration?mechanism?use?crank,?that?are?stable,?reliable?and?effective.?To?the?straight?blade?the?impurity?fan?using?low?centrifugal?fan.?Fully?take?into?account?the?cost-effective,?the?whole?design?process?to?choose?a?low?price,?stable?performance?parts. Key words : sorting?machine；single?phase?AC?electrical；dual?purpose；plansifter；air-and-screen? 目錄 摘要 1 Abstract 2 1 概述 4 1.1 研究設計的背景 4 1.2 研究設計的目的與意義 4 1.3 國內外研究現狀 5 1.3.1 國外狀況 5 1.3.2 國內狀況 5 1.4 研究設計內容 8 1.4.1 農村家用谷物分選機的設計理論基礎 8 1.4.2 基于節(jié)能和使用方便以及符合農村需求的研究 8 1.4.3 技術指標 8 1.5 研究設計方法 8 1.5.1調查研究 8 1.5.2設計計算 9 1.6 技術路線 9 2 農用谷物分選機的結構原理與工作特點以及結構設計 10 2.1 農用分選機設計原理綜述 10 2.1.1 組成結構及原理 10 2.1.2 工作過程 11 2.2 分選機各結構設計 12 2.2.1 機架設計 12 2.2.2 進料斗的設計 12 2.2.3 清糧風機的設計 13 2.2.4 風選室的設計 15 2.2.5 篩體的設計 16 2.2.6 電機的選擇 19 2.2.7 傳動機構的設計 19 第三章 結論與展望 29 3.1 設計特點 29 3.2 設計不足 29 參考文獻 31 致謝 32 1 概述 1.1 研究設計的背景 近幾年來，我國農業(yè)種植結構調整和加入WTO都對我國農業(yè)機械化產生了較大的影響，尤其是隨著中央對“三農”問題的重視。農民的農業(yè)生產不在是單純的去依靠勞動力來完成，加大了對農業(yè)機械的需求量，我國農業(yè)機械產品的升級換代和產品結構的調整勢在必行，農業(yè)機械化進入了一個調整發(fā)展的新時期。而目前在一些農村，農民谷物豐收后還是依靠傳統(tǒng)的手動風車來完成糧食清選的任務，工作勞動量大，風車風力受人力影響因素較大不易控制，更達不到精選種子的標準，農民播種時候只能去購買種子，或者使用家里精度不夠的糧食，增加的生產成本，浪費了資源。然而市場上的分選機均為大中型谷物清選設備，配用的動力都是三相電動機，總功率4～11千瓦，機重在1200Kg以上，價格數萬元。例如石家莊綠炬種子機械廠生產的5XJC-3A種子清選機、無錫市天地自動化設備廠生產的5X-3風篩式種子清選機、石家莊三立谷物清選機械有限公司生產的5XZC-3A種子清選機、石家莊市科星清選機械有限公司生產的5XZC-5種子清選機、河北瑞雪谷物精選機械制造有限公司生產的5XZC-3C型移動式風篩清選機等。根本不適應我國農村實際情況，因此急需生產設計出滿足農村市場需求的家用型分選機械產品。使農民在生產生活中降低成本，節(jié)約能源，而且使用方便，操作簡單，并能夠滿足多種分選任務。 1.2 研究設計的目的與意義 谷物清選是谷物收獲后不可缺少的環(huán)節(jié)。收獲后的谷粒中不僅包含飽滿和成熟的籽粒，而且還有機械損傷、破碎和不成熟的谷粒。此外還包含有許多雜質，如草籽、泥沙、斷穗、穎殼等。因此無論留作糧食或其他用途，均需將收獲后的谷粒進行分選才能滿足要求，如果留做種子，谷粒則需經過精選，才可以獲得質量均勻、尺寸一致的種子。精選后清除出的小粒、破碎?？衫^續(xù)作為糧食或飼料，節(jié)約了糧食；精選后得到的種子均勻飽滿，播種后發(fā)芽率高、長勢好，一般都能增產5%～10%，還可以減少播種量20%左右，有利于糧食的利用及機械化作業(yè)，降低農村農業(yè)生產成本。因此，農村家用型谷物分選機對農業(yè)結構的調整和農民收入的增加有著十分重要的作用。特別是玉米，清選后可用半精量或精量播種，因而更可以大量節(jié)省種子。清選后的種子已經清除掉其中大部分病蟲害的子粒，減少了今后感染的可能性，使田間雜草含量減少，作物生長整齊，成熟一致，有利于后續(xù)的機械化作業(yè)，降低農民勞動強度，進一步提高農村收入 1.3 國內外研究現狀 谷物清選機的產品種類很多。按清選原理分為常規(guī)分選法和電分離法。 常規(guī)清選法是利用種子的幾何尺寸、空氣動力學特性及比重等物理機械特性進行清選，主要有風選、篩選、風篩選、風篩窩眼選、比重選、窩眼選、風篩比重組合選、光電選、之形板選、螺旋分離器等10余種幾十個產品。 電分離法是按生物學特性(種子發(fā)芽率、活力等)進行清選。按清選對象分為稻谷、大豆、玉米、小麥、花生、油菜)、蔬菜種子、谷物種子、林木種子、牧草種子、油菜種子等專用清選機以及多功能清選機。 1.3.1 國外狀況 目前，在歐美發(fā)達國家己形成多種系列化的種子清選機，具有清選精度高、分級效果好、工藝精良、性能穩(wěn)定、可靠性強、噪音相對較低的特點，除傳統(tǒng)的機械調節(jié)外，現己開發(fā)出液壓調節(jié)系統(tǒng)，操作更加靈敏。比較著名的比重式清選機生產廠家有奧地利的HEI公司、丹麥的WESTRUP公司、德國的PETKUS公司、美國的OLIVER公司、IMC公司和CRIPPEN公司[[g] 0 20世紀70年代以來，種子加工業(yè)的興起使風篩式清選機在一些發(fā)達國家有了較快的發(fā)展。其中，西歐、北美的一些國家，如丹麥、瑞典、奧地利、瑞士、意大利、德國、美國等，在生產和使用方面均居領先地位。目前，制造風篩式清選機的廠家很多，其中以美國的布朗特(BLOUN'1}公司、德國德勒貝爾(ROBOR)公司、丹麥的達馬斯 (DAMAS)公司、意大利的巴拉里尼(BALLARINI)公司歷史較為悠久，他們生產風篩式清選機己有100多年，其產品經久耐用、性能可靠。這些公司的產品除滿足國內需要外，還遠銷世界各地。他們在技術上各有發(fā)展，產品也各有特點。 1.3.2 國內狀況 我國對糧食清選機械的研究、生產起步較晚。20世紀50年代引進首批樣機，最早的產品是手動風車、溜篩，生產率低、清選效果不佳；60年代的產品是電動揚場機，雖提高了生產效率，但清選效果仍不理想；70年代開始了對糧食振動分選機、滾筒篩選機的研制；80年代，進入了新的發(fā)展階段，在引進消化國外清選機械先進技術的基礎上，研制出了具有一定先進水平的糧食清選加工機械；進入90年代，新技術、新產品、新工藝不斷涌現，為糧食清選加工業(yè)的發(fā)展提供了技術保證。經過半個多世紀的發(fā)展，基本形成了具有我國特色、適應我國廣大用戶需要、品種規(guī)格較齊全、自行研究和生產的加工體系，按其工作原理可主要分為如下幾類： （1）風篩式清選機 風篩式清選機主要利用種子與夾雜物的幾何尺寸和懸浮速度差異進行清選和風選。篩選是根據種子幾何尺寸的差異，配置適當規(guī)格的篩片，在篩片往復運動下達到分離的目的。篩選同時利用懸浮速度的差異去除輕雜。風篩式清選機主要用于小麥、大豆、玉米等種子的初選和基本清選。型號有SX-40 (30/4.0), SXP-3, SX-3.0(1.0/5.0/7.0/30/50), UB系列種子清選機。 （2）比重式清選機 比重式清選機主要利用物料中各成分的比重不同進行分離。當具有一定壓力的空氣流過種子時，種子因與空氣質量不同而進行升降分層，篩面的振動推動與篩面接觸的較重種子從進料端至排料端向高處走，而較輕的種子向低處走，從而達到分離目的。比重式清選機主要用于清選種子中外形尺寸與其相同而比重不同的各類輕雜和重雜。如蟲害的種子，發(fā)霉、空心、無胚的種子，以及碎磚、土、石塊、沙粒等。比重式清選機既可單機使用，也可為種子加工廠及種子處理中心配套。 比重式清選機又分正壓式(如SXZ-3.0 )和負壓式(如SXZ-1.0)兩大類。代表機型由TFQX66 , TQSX70(100/150/200) , SXZ -0.5(1.0/1.6/2.5), SXZ-3.0(5.0), SXD-1.0 (2.5)型、重力分選機徽型系列422-SS, SXZC系列種子加工車和SXZC-10系列種子加工車。 (3)窩眼筒式清選機 窩眼筒式清選機主要利用種子在窩眼筒做旋轉運動時，種子、雜質長度尺寸和運動途徑不同來達到分離長雜、短雜的目的.喂入筒內的種子進入窩眼筒底部時，要清除的草籽、碎種子等短雜陷入窩眼內并隨旋轉的簡上升被排出.而未入窩眼的種子則沿筒內壁成螺旋線軌跡向后滑移從另一端排出，長雜沿窩眼筒軸方向移動從另一端排出.在種子加工流程中，窩眼筒式清選機既可作為分離長短雜的精選主機，又可做精選中的種子分級機使用。代表機型有SXWS-1.5和SXW-3.0 (2.5)。 (4)復式清選機 復式清選機主要是利用種子的外形尺寸和空氣動力學特性進行精選.首先，通過改變吸風道截面積的大小，得到不同的氣流速度分離輕重雜質;然后，利用種子和混雜物幾何尺寸的差別，通過一定規(guī)格的篩孔來分離雜質和瘦弱籽粒;最后，通過窩眼筒按種子的長度不同分離長雜、短雜，達到分離的目的。代表機型有SXF-1.5(0.5/0.7/1.3A), SXF-2.0, SXF-5.0(3.0), SXQ-3.0, SXFZ-5 (4/15)和TXQZ 100。 從歷年的國家監(jiān)督抽查結果來看，大部分產品主要性能指標均能達到企業(yè)明示執(zhí)行標準的要求，基本能滿足用戶需求。抽查中也反映出清選機產品目前存在的差距：首先，產品對物料的清選加工范圍不大，大部分產品只適用于幾種主要作物，如水稻、小麥、玉米、大豆等清選加工，對花卉、煙草、牧草種子、葵花種子等的清選效果不十分理想；其次，產品質量與國外產品相比，在原材料質量、加工工藝、企業(yè)加工能力、加工成套設備的配套性、新技術開發(fā)應用方面都存在一定差距。此外，企業(yè)的技術進步緩慢，產品與當前用戶的多種需求(加工物料多樣化、精細化)不相適應。2002年第4季度國家監(jiān)督抽查清選機，國家質檢總局2003年3月10日公布了清選機的國家監(jiān)督抽查結果:清選機產品抽樣合格率為58.3%，產品質量水平有待進一步提高，產品安全性問題較為突出。安全防護裝里不規(guī)范，整體制造、裝配質量不高，產品振動大，可靠性較低。如SXZ-1.0和SXZ-2.5負壓重力式清選機，由于能耗、噪音較大，振動不易平衡，操作不便，目前己逐步被淘汰。 總的來說，我國現有的清選機普遍存在的問題：功能單一、適應性差；技術性能不穩(wěn)定；產品零部件制造水平低、工藝設備落后，可靠性差；產品的安全性差，產品外觀質量較差。因此，清選機不能很好地滿足我國現階段的實際需求。 1.4 研究設計內容 1.4.1 農村家用谷物分選機的設計理論基礎 （1）影響谷物分選機工作的幾大因素，即清選時風機葉輪出口處的氣流速度、風速、轉速、料斗出口的流量、風道上的運動規(guī)律、生產率；精選時振動篩的傾角、篩孔的尺寸、形狀、篩子的振動率、振幅、物料在振動篩上的運動速度。 （2）農用谷物分選機的設計原則和程序 1.4.2 基于節(jié)能和使用方便以及符合農村需求的研究 （1）分析車把式機架的設計在使用上的靈活性。 （2）分析振動篩機構采用曲柄搖桿連桿機構對節(jié)能的影響。 （3）分析單相電源供電對用戶的方便性。 （4）結合農村需求在風道上所做設計的實用性。 1.4.3 技術指標 （1）實用性、適應性并且能較好的解決不同的工作要求以及使用操作方便 （2）安全環(huán)保，防護裝置到位，有較好的節(jié)能降耗效果 （3）可靠度高使用壽命長，達到甚至超過國家有關指標 1.5 研究設計方法 1.5.1 調查研究 包括搜集資料；調查和查閱有關機械的性能；了解原料品質與加工要求等方面以及了解農村市場需求。最后將資料加以整理和綜合分析，并得出結論。搜集資料是調整研究工作的主要內容，通常包括下述范圍： (1)工作原理相近，性能相近，可以參照的機械圖紙和文字說明； (2)同類機械的生產紀錄、故障記錄，并聽取使用意見與改進意見； (3)有關的國內外科技動態(tài)； (4)有關的參考書籍和刊物； (5)使用地區(qū)的原料品質，產品要求，氣候條件等。 所搜集的資料必須經過整理和分析，取其精華加以引用。 1.5.2 設計計算 計算是為后期實驗提供理論依據，認真的核實有關數據設計是否合理，按相關公式認真計算，只有科學嚴謹的去完成它才能得出最準確的結果 1.6 技術路線 (1)總體設計階段 機器的總體設計，首先要確定機器的工作原理，因為它是實現機器職能的基本依據。例如清選部分它的職能是清除谷物中的混入莖、葉、穗、損傷的種子碎片、異物的種子、雜草種子、空癟物等摻雜物，精選部分則主要剔除混入的異作物或異品種的種子以及不飽滿的、蟲蛀或劣變得種子。要達到以上的目的有多種的工作原理，如用風選，用重力清選，氣流篩子清選等，由于工作原理不同，設計出來的機器也必然不同。隨著生產和科學技術的發(fā)展，新的清選原理通過理論分析和科學試驗將會不斷出現。因此在設計新的機器時，應根據具體情況，全面分析比較各種不同的工作原理，確定其中最合理的方案進行設計。工作原理確定后，就可著手進行機器的運動設計。確定機器執(zhí)行部分所需的運動條件和動力配備。選用原動機的類型和性能參數，進行機器的運動機構設計。即把原動機的運動轉變?yōu)閳?zhí)行部分的機械動作。并根據機器的運轉特性，執(zhí)行部分的工作阻力，工作速度和傳動部分的總效率等各種阻力因素，計算出機器所需的驅動功率。并結合初步設想的機器的工作情況，選定一臺或數臺原動機進行驅動。 (2)結構設計階段 設計主要零部件的具體形狀、尺寸、材料、制造、安裝、配合要求等一系列問題。并進行類比、選擇、必要的計算和實驗等一系列工作。 (3)零件設計階段 設計零件圖要從機器總體要求出發(fā)，綜合考慮各個零件在機器中的作用地位。從受力情況，計算它的強度、剛度，結合使用壽命、體積和重量等，決定選用何種材料最為合適。從而確定零件的尺寸，結構，加工精度，表面光潔度等。 (4)驗證修改。 2 農用谷物分選機的結構原理與工作特點以及結構設計 2.1 農用分選機設計原理綜述 2.1.1 組成結構及原理 本分選機由機架、料斗、風機、風選室、篩體、傳動機構、電動機等七部分組成，如下圖：2-1-1: 圖2-1 農用谷物分選機的結構簡圖 (1) 機架：主要起支撐作用。通過地排車下盤的尺寸確定機架的寬度。 (2) 風機：利用其產生的氣流做介質進行工作。根據生產能力及物料的輸送特性確定風機的參數。 (3) 料斗：根據農村常用收獲容器的尺寸確定料斗的容積。方便農民使用，出料活門，可以較好的控制與保證物料均勻、連續(xù)的進入風選室，根據生產需要能方便靈活地調節(jié)進料量。 (4) 風選室：清選除雜選糧的主要工作場所，在風機的作用下把谷物良好的分選出來，出糧口能在精選種子是保證物料能均勻的、連續(xù)的流入第一層篩面；使物料沿整個篩面的寬度均勻分布，以提高吸風和篩理效率； 出雜口有可調擋板，較好的選擇對雜質細分。根據谷物水平風選的特性確定去尺寸。 (5) 篩體：利用篩體的振動對谷物進行篩選。根據生產能力確定篩子的尺寸，依據物料的物理特性確定篩孔的形狀、尺寸，并確定篩體的振動頻率。 (6) 傳動機構：完成能量的傳遞和轉換。根據風機選取電機的型號，依據風機的轉速確定風機皮帶輪的尺寸，依據篩體的振動頻率確定篩體皮帶輪的尺寸。 (7) 電動機：給分選機提供動力的設備。 2.1.2工作過程 進料斗 進料斗 搖臂軸 搖臂桿 電動機 清選風機 篩體 短莖稈等大雜 小粒.破碎粒.蟲蛀劣變種 篩底 下篩 上篩 是 入倉儲存 否 是否精選種子 糧食 雜質（草籽、空癟子等） 輕雜（莖、葉、穗等碎片） 風選室 均與飽滿種子 圖2-1-2：農用谷物分選機流程圖 工作流程：被收獲后需要分選的谷物首先倒入料斗中，在倉門的控制下，使之沿風選室寬度均勻分布，在谷物經過風機的作用吹走雜質如灰塵、糠批等輕浮物，經過初步分選已達到農民入倉儲存的標準。可以通過出糧口開始封裝。如果是播種季節(jié)或是優(yōu)良品種農民想精選為種子，農民可以調節(jié)轉換活門，關閉出糧口。谷物可以自然流入篩體內，篩體在搖臂的驅動下往復運動，篩體有兩層篩面，谷物在篩面推力及自身重力的作用下在曬面上流動，第一次篩面隔除糧食中的大雜質，由大雜口排出，糧食流入第二層篩面上繼續(xù)被篩理，穿過第二層篩面的微小雜質，由小雜口排出，成熟的、尺寸均勻的、飽滿的糧食則為作為種子留在篩上，由種子出口排出。 2.2 分選機各結構設計 2.2.1 機架設計 為了方便農戶使用，機架設計為車架式，前段用可調式支腳。機架由（50×50×4mm）腳鋼焊制而成，用于安裝和支撐風機、料斗、風選室和篩體等。 2.2.2 進料斗的設計 料斗容積大小是根據農用編制籮筐的大小以及常用的編制袋大小而所做的設計。能一次性裝下一籮筐谷物或一袋谷物。本裝置要保證物料能均勻的、連續(xù)的流入風選室中。并沿風選室寬度均勻分布，以提高風選的效率。為了節(jié)省動力，采用了結構簡單的頂置式人力提升進料裝置。其結構簡單，喂料均勻。用3mm厚的鋼板焊接而成，并通過插板活門控制不同物料的喂入量。其結構三視圖如下： 2.2.3 清糧風機的設計 清糧風機一般用于谷物聯合收獲機及脫粒機。它的特點是風壓低、流量大，要求結構簡單、風量調節(jié)方便和出口處風速均勻，而風機效率則不是主要考核指標。清糧風機與通用型風機的結構差別較大，特點是風扇寬度大，葉片數少(Z=46 )，葉片大多為徑向直葉片或葉片安裝角大于等于60°的后向直葉片，葉片兩端切角以提高出口氣流速度的均勻性。清糧風機通常與篩子配合工作，應根據工作條件如篩面負荷、篩面物體組成及濕度等的變化，經常調節(jié)風量(相當于調節(jié)出口風量)。所以要求調節(jié)機構構造簡單，調節(jié)方便。新的谷物聯合收獲機上大多用無機變速器調節(jié)風機轉速的辦法來調節(jié)風量，也可用調節(jié)進風口面積的方法來調節(jié)風量。風機出風口上各點氣流速度的均勻性對谷粒清潔率及損失率影響顯著。由于清糧風機寬度很大，所以出風口氣流速度很不均勻。 2.2.3.1 風機的性能參數的確定 （1）氣流流量Q的確定： （2）全壓P的確定： P==200+40=240N/㎡ 因P=240N/㎡＜980N/㎡ 故選用低壓離心風機。 (3)先確定比轉數，再根據公式n=計算轉速n。 因采用的風機為后向直葉片，依后向葉輪離心風機的筆轉數=3.6～16.6（國際單位制）,確定風機比轉數,取= 8（國際單位制）,根據公式n= =7.4×=840r/min 取n=840r/min。 本風機選用轉速n=840r/min的低壓后向直葉片離心風機。 （4）風機功率p的確定: 根據公式N=KN=1.1×240×0.29=76.56w 2.2.3.2 風機主要結構參數的確定 (1)風扇的外徑的確定： ===25.82m/s; =60/n=60×25.82/910=0.50(m) （2）計算風機的流量系數： =2Q/ u=2×0.29 /(×25.82)=0.028 (3)計算風扇輪轂直徑： 對后向葉片風機及＜0.3的前向葉片風紀，應滿足≥1.194=1.194×=0.52。 (4)進風口直徑: =2=2=0.142(m) 為進氣速度，取=15m/s。 （5）葉輪內徑： =（1.05～1.15）=1.1×0.142=0.156(m) 驗證： =0.156/0.50=0.312＜0.52故參數選取不合適。因過大，影響風機的平衡，故修正=0.25m,這時=0.156/0.25=0.624＞0.52,能滿足≥0.52的要求，故合適。此時=2Q/u=0. 2.2.3.3 葉片參數的確定 （1）葉片寬度B： 葉片出口寬度: =/4 :流速系數，取=0.25。 /4=0.25×0.112/4×0.25=0.029m 葉片進口寬度: 按=得=0.029×0.25/0.156=0.045(m) (2)葉片安裝角β：取β=60° （3）葉片數Z: 因清糧風機葉片數少，取Z=4。風機葉片尺寸圖 2.2.3.4風機的加工工藝 選用低壓后向直葉片離心式風機。其結構由風機軸、葉片等組成。風機軸由45號鋼車制而成，葉片4片，為后向直葉片，由2mm厚的鋼板制作而成。 2.2.4 風選室的設計 風選室是選糧的主要工作場所，在風機和動力的作用下完成對谷物的分選。用3mm厚的鋼板焊接而成。該風選室能初步分選出糧食與一般雜質。并且能對分選出的雜質按重量在做一次分選。選出的癟谷還可以給農民加以使用。 選糧的質量高低關鍵在于風選室的設計以及對結構參數的確定。要做好合理有效的分選，就應對谷物在分選室的運動(圖2-2-4a)狀況以及受力情況（圖2-2-4b）加以分析: （1）谷物在風選室運動時間： 式中：h為分選室的高度，g為重力加速度 （2）谷物在風選室中所受風的力： 式中：為阻力系數，與物體的形狀和表面特性有關，為空氣密度，為物體的迎風面積，為氣流速度， （3）谷物在分選室中所前進的距離S： 式中：m為谷物的質量， 在同一種谷物同一機構下，其、、h均可知，即與其大小跟質量相關， 查閱相關資料以及有關設備所取參數，本設計選取S為80mm并與擋板相結合，可以根據實際操作使用情況來進行調節(jié)，結構簡單，實用符合農用需求. 2.2.5 篩體的設計 2.2.5.1 篩子的種類選擇 振動篩是根據糧粒和雜質大小的不同，及其自動分級原理，通過篩選的方法來分離雜質的。振動篩的主要工作部件是一作往復運動的篩體。篩體內設置多層篩面，篩面由沖孔的金屬板制成。金屬板篩面的篩孔形狀有圓形、長形和三角形等。按顆粒厚度的不同分離糧食中的雜質時，可采用長形篩孔。當篩選時，厚度小于篩孔寬度的物料，穿過篩孔成為篩下物；厚度大于篩孔寬度的物料，不能穿過篩孔，成為篩上物。按顆粒寬度的不同分離糧食中的雜質時，可采用圓形篩孔。當篩選時，寬度小于篩孔直徑的物料，穿過篩孔成為篩下物;寬度大于篩孔直徑的物料，不能穿過篩孔，成為篩上物。振動篩主要由篩體、振動機構、篩等組成。 篩子可以分為平面篩、圓筒篩和圓錐篩等幾種，其中平面篩應用最廣。根據振動方向，平面篩又可分為縱向振動篩和橫向振動篩。谷物清選機最常用的是圓孔和長方孔平面篩。圓孔篩只有一個量度，即篩孔直徑，凡籽粒寬度大于圓孔直徑者均不能通過。在本清選機上裝有2個其參數和形狀各不相同的篩子。第一層篩子是用來分離大的混雜物；第二層篩子都是用來分離小的混雜物。經過多方查證參考，在本清選機中第一層篩子設計為平面圓孔篩，第二層篩子為編織篩。 a 平面圓孔篩 b 編織篩 2.2.5.2 篩子的形狀尺寸 篩孔形狀和大小的選擇，應根據被篩理的糧種大小和清理要求而定。在一般的情況下，頭道篩篩孔稍大，后幾道篩篩孔可略小。篩孔直徑偏大，易使垂直于篩面振動的大于篩孔尺寸的質點從篩孔漏下；反之，減少了符合尺寸要求的質點的過篩機率。清理各種糧食的篩孔形狀和尺寸如表2-2-5-2a。 表2-2-5-2a 清理各種糧食的篩孔形狀和尺寸 在本設計中各篩的所選擇的結構尺寸如下表2-2-5-2b 糧種 上篩 下篩 小麥 Φ10 6.0×20 玉米 Φ16 8×16 大豆 Φ16 7×20 稻谷 Φ13 6.0×20 表2-2-5-2b各篩的所選擇的結構尺寸 圓孔篩的篩孔一般采用六角形配置法，任何一個孔都位于六角形的中心。這樣配置篩孔可以最有效的利用整個篩面，并且孔邊間的距離都相等，篩子沿三個方向的強度也相等。 2.2.5.3 篩子的參數選擇 (1)篩面與水平面的傾角a：一般a取0°10°。本機上篩取a= 6°，下篩取a=10°。 (2)篩面寬度：因機駕框的結構的確定，故篩面的寬度受其寬度限制。取450mm 。 (3)流量指標：本篩體的流量設計為每厘米篩寬20公斤/小時。 (4)轉速與振幅的確定：在實際生產中，工作轉速n可取為： 從上述公式可看出:轉速與振幅是成反比關系的。二者應滿足如下關系： nr=2.5 3.6(轉米/分) 450 × 0.006=2.7(轉米/分)∈ 2.53.6(轉米/分),經驗證，符合要求。 圖2-2-5-3 篩面結構簡圖 本篩體的側板用3mm厚的鋼板焊接而成，篩體由兩根連桿支撐在機架上，篩體通過焊接在篩體上的傳動桿與搖臂相連，并由搖臂軸驅動。篩體內有兩層篩面，篩面固定在篩體側板上，在篩理不同物料時可以更換篩面。篩面在篩體內按一定的斜度設置，上篩篩面為6°，下篩篩面為10°，篩面的尺寸由機架和生產能力決定，取上篩(寬×長)為450 ×600mm，下篩為450×780mm。其結構見下圖2-2-5-3 2.2.5.4 振動機構的設計 本篩體采用傳統(tǒng)的曲柄連桿機構，通過搖臂帶動實現往復運動，從而篩選谷物。 2.2.6 電機的選擇 為生產機械選擇電動機的種類，首先應考慮電動機的性能是否滿足生產機械的要求，例如起動轉矩、調速性能指標以及各種運行狀態(tài)等。在這個前提下，優(yōu)先選用結構簡單、價格便宜、運行可靠、維護方便的電動機。 2.2.6.1 電動機型式的選擇 考慮到電機的使用環(huán)境中灰塵多，對清選機選用了臥式、封閉式電動機。 2.2.6.2 電動機電壓等級的選擇 電動機的電壓等級要與電源電壓一致，對單相交流電動機選用220V。 2.2.6.3 電動機額定轉速的選擇 n=1410r/min 2.2.6.4 額定功率的選擇 取p=1.5KW 因此電機型號為YL90S-4 2.2.7 傳動機構的設計 傳動裝置選用帶傳動。由電機帶輪、風機帶輪、風機軸、搖臂軸、搖臂軸帶輪、三角膠帶等組成。 2.2.7.1電機—風機帶輪三角膠帶傳動的參數選擇 (1)選擇膠帶型號：根據膠帶傳遞的功率N，因傳遞功率均小于1 kw。按表2-2-7-1選擇A型帶。 表2-2-7-1a 膠帶傳遞的功率與三角膠帶型號 (2)選取電機帶輪的計算直徑 帶輪直徑愈小，傳動結構愈緊湊，但膠帶在小帶輪上的彎曲應力較大。彎曲應力是環(huán)形膠帶疲勞破壞的主要原因，因此，小帶輪直徑是我們首先要考慮的。一般取，列于表2-2-7-2中，可根據膠帶型號選取，在特殊情況下可略小于。 表2-2-7-1b 膠帶型號與帶輪的計算直徑 根據表2-2-7-1b，選擇槽角，。電機帶輪直徑為。(3)決定風機帶輪計算直徑 如果不考慮彈性滑動，則大帶輪直徑為： ,i為傳動比。選取風機帶輪直徑為。 (4)計算環(huán)形膠帶速度V 增加環(huán)形帶速度V，有利于提高傳動能力。但環(huán)形膠帶速度愈高，環(huán)形膠帶產生的離心力愈大，減小了環(huán)形膠帶與帶輪間的壓緊力，因而減小了摩擦力;同時離心力又使環(huán)形膠帶受到附加拉力，降低環(huán)形膠帶壽命。不過在低轉速范圍內，提高V是有利的，因為提高V可以增加傳遞功率，但若超過了一定范圍就不利了。故一般取V=525m/s最為有利。設計時應把V和通盤考慮。計算環(huán)形膠帶速度的公式為： ，故合適。 (5)初步定中心距 考慮到整機的穩(wěn)定性，設計時將電機帶輪放置在機架的底部，為了使進料方便，將風機帶輪放置在機架的頂部，初步定中心距為 (6)計算并選取環(huán)形膠帶長度L 根據初定中心距，可求出環(huán)形膠帶的計算長度，其計算公式為： （mm） 。 根據GB1171-74，選取三角膠帶的計算長度L=2033mm，內周長度L’=2000mm。 (7)確定實際中心距A 根據及可近似地按下式計算實際中心距A： (8)驗算小帶輪包角a： 環(huán)形帶與帶輪接觸弧所對的中心角稱為帶輪的包角，以a表示。由于接觸部分的每一小段弧均產生正壓力，所以接觸弧愈長，總摩擦力就愈大，也即a愈大，所能傳遞的功率就愈大。A太小則環(huán)形帶容易打滑，因為小帶輪的包角比大帶輪上的包較小，所以設計時主要考慮小帶輪上的包角。最好小帶輪包角a≥120°，在特殊情況下允許a≥90°。確定a的近似公式為： ，故合適。 (9)校核環(huán)形帶繞轉次數U 繞轉次數太多，會降低環(huán)形帶壽命。因此一般用下式來控制繞轉次數 次/s。式中：V一速度（m/s）；L一環(huán)形膠帶計算長度（mm）。 次/s，故合適。 (10)確定風機軸帶輪環(huán)形膠帶根數Z 膠帶的根數愈多，則每根膠帶負擔的載荷愈不容易均勻。一般膠帶根數Z不宜大于8根。在特殊情況下允許Z<12根。環(huán)形帶根數可按公式進行計算。 式中，一帶傳動所需要傳遞的功率(kw )； 一單根三角膠帶所允許傳遞的最大功率(kw)； 一小帶輪包角影響系數； 一工作情況系數。 取No=0.89 C1=1.0 C2=0.8， 則 (11)計算作用在風機皮帶輪軸上的壓力Q 式中：So一一根環(huán)形帶的初拉力；取So=100N。 一電機帶輪包角。 在沒有張緊裝置的傳動中，安裝環(huán)形帶時，將環(huán)形帶初拉力S0約增達1.5倍。這時作用在風機帶輪軸上的最大壓力為：。根據軸所受的最大壓力確定風機軸的尺寸，如圖2-2-7-1C示。 下面按許用彎曲應力校核該軸： 軸的材料選用45鋼調質，， 軸受力圖： 計算支承反力： 彎矩圖： 最大彎矩： Mmax=24287 轉矩： 許用應力查機械設計手冊得： 應力校正系數： ==0.59 當量轉矩：T=0.59815=480.85 當量彎矩： 校核軸徑： 所以該軸滿足應力要求，故合適。 (12)確定電機帶輪環(huán)形膠帶根數Z (13)計算作用在電機皮帶輪軸上的壓力Q 電機帶輪軸上最大壓力為：。 2.2.7.2 搖臂軸帶輪三角膠帶傳動的參數選擇 (1)選擇膠帶型號： 根據膠帶傳遞的功率N=0.8kw，按表2-2-7-1a帶型號為：A型帶。 (2)搖臂軸帶輪計算直徑： 如果不考慮彈性滑動，則搖臂軸帶輪直徑為： ， 取搖臂軸帶輪直徑為。 (3)計算環(huán)形膠帶速度V ，故合適。 (4)確定中心距Ao： 由于電機帶輪在機架底部，搖臂軸帶輪在篩子的下方。初步設計為。 (5)計算并選取環(huán)形膠帶長度： 根據GB1711-74，選取三角膠帶的計算長度為L=1633mm，內周長度為L’=1600mm。(6)確定實際中心距A (7)驗算小帶輪包角a： ，故合適。 (8)校核環(huán)形帶繞轉次數U 次/s，故合適。 (9)計算作用在風機皮帶輪軸上的壓力Q 搖臂軸上最大壓力為： 根據軸所受的最大壓力確定搖臂軸的尺寸，如圖2-6-2所示。 下面按許用彎曲應力校核該軸： 軸的材料選用45鋼調質，， 軸受力圖： 計算支承反力： 彎矩圖： 最大彎矩： 轉矩： 許用應力查機械設計手冊得： 應力校核系數： 當量轉矩： 當量彎矩： 校核軸徑： 所以該軸能滿足應力要求，故合適。 2.2.7.3 帶輪的材料確定 本清選機所有帶輪材料均選用HT200的鑄鐵輪。 2.2.7.4 帶輪的結構和尺寸 帶輪的結構：帶輪由輪緣、輪轂、輪輻三部分組成。 (1)輪緣：電機帶輪計算直徑為D=100mm；風機帶輪計算直徑為D=160mm；搖臂軸帶輪計算直徑為D=315mm (2)輪毅：參照GB1095-1979選取。 (3)輪輻：帶輪采用輪輻結構是為了減輕重量。參考機械設計手冊，風機軸帶輪采用輻板式，搖臂軸帶輪采用實心輪，電機帶輪采用實心輪。 第三章 結論與展望 3.1 設計特點 經過十多周的努力，查閱了很多國內外相關著作，參考借鑒了很多類似結構的設計，以及導師的辛勤指導，再加上自己不懈的奮斗，關于我此次設計的農村家用型谷物分選機的總體結構設計、參數計算等相關工作已經基本完成了。本分選機主要研究了機架、振動篩、風機、分選室，傳動機構的設計，從而實現了農村家用谷物分選機的設計，本機解決了農村市場中農戶的需要，而且能夠達到谷物清選的各項指標?，F將其主要功能及特點簡述如下： 1． 機架為車把式，整機框在自行車下盤上，移動方便。 2． 分選機能滿足淸糧與選種的兩種工作要求，可單獨工作，符合農民需求，節(jié)省資源。 3． 振動篩的上篩為圓孔棱面篩，下篩為圓孔平面篩，提高了生產率，在選糧時對粗混雜物和小谷粒有較高的分離率。 4． 在振動裝置中，采用的是傳統(tǒng)的曲柄連桿機構，平穩(wěn)可靠有效。 5． 傳動機構采用三角帶傳動，傳動平穩(wěn)，結構尺寸小。 6． 動力采用單相交流電機，使用方便。只要有單相電的地方，都可以使用此谷物分選機。 7． 產品質量好。使用本機分選機精選后的種子質量均勻，尺寸一致，基本達到種子加工成套設備所生產的產品質量標準。 8． 節(jié)約能源。本機屬小功率設備，只需配一臺1.5kw的單相交流電機。 9． 性價比高，應用范圍廣，社會經濟效益大。 10．維修方便。本機結構簡單，便于維修，不需要專門的維修人員。 11．體積小，重量輕，不需要大的停放場地或機。 3.2 設計不足 農村家用谷物分選機的設計，切實滿足了農村用戶的需求，但是，由于時間和經驗不足，以及技術水平和條件的限制，本機還有很多方面需要進一步的完善，尤其在以下幾個方面有待改進。 (1) 喂入裝置還不能實現自動上料，改進后成本偏高，而且需要的動力增大。 (2) 分選室的設計由于相關數據研究所查閱的不是很多，所以設計處理是不是很精確，擋板的控制很大層面上要依靠農民生產經驗解決。 (3)上、下篩之間可增加倒流板，這樣可提高生產率。 (4)需設計減振裝置。 (5)清篩機構還需增設。 (6)需改進風機的經濟性指標和工況，使整機性能更加完善。 總之，該谷物清選機再經過以上完善后，清選性能會得到更大的提高，并將能夠實現自動上料、自動清篩等功能，系統(tǒng)將有更廣闊的市場前景并獲得更大的社會經濟效益。 參考文獻 [1] 常立志。國內外種子清選機械的現狀及發(fā)展趨勢[J].農機械化與電氣化，1995 [2] 玄義梅。我國糧食清選、分級機械現狀及發(fā)展[L]農業(yè)現代化.1995，(9)：35-37 [3] 鄧春香，陶棟材，高英武。谷物清選機研究現狀，農機化研究2005，( 2 )：5-7 [4] 彭三河，張云華.谷物清選機振動篩結構的試驗研究.湖北農學院學報2004，( 4 )： 313-315 [5] 周必昌，彭三河，湯小凝.谷物清選機構主要參數優(yōu)化設計試驗研究[J].湖北農 學院學報，2003，23 (2)：108-112 [6] 侯建華，小型谷物清選機的研制.山東農機2005 (8)：10-12 [7] 常立杰，遼寧省農業(yè)機械化研究所.國內外種子清選機械的現狀及發(fā)展趨勢，農機 科研與推廣2001(5)：32 [8] 農業(yè)機械學，李寶筏主編，中國農業(yè)出版社，2003.8 [9] 風機手冊，續(xù)魁昌主編，機械工業(yè)出版社，1995.5 [10] 機械設計(第三版)，邱宣懷主編，高等教育出版社，1994 [11] 農產品加工機械與設備，沈再春主編，中國農業(yè)出版社，1993.10 [12] 機械設計，鐘毅芳 吳昌林 唐增寶主編，華中科技大學出版社，2001.2 [13] 機械零件設計叢書，淑溥滋等編，帶傳動，高等教育出版社，1988 [14] 機械工程手冊編輯委員會編，機械工程手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1992 [15] 材料力學，李鴻文主編，高等教育出版社，2010.6 [16] 機械原理，鄭文緯 吳克堅主編，高等教育出版社，1996.11 [17] 農業(yè)機械化適用技術，李克明主編，機械工業(yè)出版社，2000.1 [18] 機械設計實用手冊（上），機械設計實用手冊編委會編，機械工業(yè)出版社，2009.4 [19] 機械設計，彭文生、李志明、黃華梁主編，高等教育出版社，2002.8 [20] 種子加工機械有問必答，錢東平主編，電子工業(yè)出版社2009.3 致謝 經過幾個月的查資料、整理材料、寫作論文，論文終于得以順利完成。 論文得以完成，要感謝的人實在太多了，首先要感謝孫通老師，因為本論文是在指導老師孫老師的悉心指導下完成的，在論文選題、查閱資料、總體方案制定、傳動方案確定和論文撰寫過程中，均得到了導師的大力支持和悉心指導，他的循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪，他的嚴謹細致、一絲不茍的作風，將一直是我工作、學習中的榜樣。值此論文完成之際，謹向我的導師表示最衷心的感謝！謝謝孫老師在我撰寫論文的過程中給與我的極大地幫助。 論文的順利完成，離不開其它各位老師、同學和朋友的關心和幫助。在整個的論文寫作中，各位老師、同學和朋友積極的幫助我查資料和提供有利于論文寫作的建議和意見，在他們的幫助下，論文得以不斷的完善，最終幫助我完整的寫完了整個論文。 通過此次的論文，我學到了很多知識，跨越了傳統(tǒng)方式下的教與學的體制束縛，在論文的寫作過程中，通過查資料和搜集有關的文獻，培養(yǎng)了自學能力和動手能力。并且由原先的被動的接受知識轉換為主動的尋求知識，這可以說是學習方法上的一個很大的突破。 最后，要感謝評閱、評議論文和出席論文答辯會的各位老師，感謝他們在百忙之中給予的指導和建議。盡管我盡了最大的努力，但由于我的水平有限，疏漏不足之處在所難免，懇請各位老師指正。 總之，此次論文的寫作過程，我收獲了很多，即為大學四年劃上了一個完美的句號，也為將來的人生之路做好了一個很好的鋪墊。再次感謝在大學傳授給我知識以及給我?guī)椭凸膭畹睦蠋?，同學和朋友，謝謝你們！更要向培養(yǎng)我成長的江西農業(yè)大學工學院致敬。 33