棉籽清选分级装置的设计 (2)

前言棉籽是农业生产最基本的生产资料之一。近几十年来国内外研究表明, 各国棉花增产中 , 优质良种所起的作用大约占 1/ 3 以上,为提高种质, 开展了棉籽清选分级机具的研究，进一步减小机具尺寸，对工作部件进行改进，提高清选性能；充分利用电力资源，尽可能的减轻机器作业时对环境的污染，对于发展经济高效和环保的设施农业具有重要的现实意义。本课题是设计开发棉籽精选机。该设备是种子加工系列设备的主要设备之一，可提高棉籽质量。我选择了设计棉籽分级机。我针对棉籽的物理特征设计了一种线性栅筒式棉籽分级机，分级精度较高。通过该课题的研发工作，能够正确运用所学课程的基本理论和有关知识，学会设计方案的拟定、比较、分析及进行必要的计算, 提高应用工程技术设计手册、标准以及编写文件的能力。在这样的背景下，本次毕业设计针对种子加工精选的这个主题，参考各种设备资料，并利用 AUTOCAD 等现代工具软件，进行了种子加工生产线中的棉籽精选机的设计。目录1绪论 .11.1线性栅筒式棉籽分级机的优缺点 .11.2棉籽分级机的国内研究现状 .11.3棉籽分级机的国外研究现状 .12线性栅筒式棉籽分级机的总体设计 .12.1分级机的初始数据 .12.2总体结构示意图 .13设计过程 .23.1电动机的选择 .23.2进料装置 .23.3出料装置 .23.4筛分装置 .23.4.1栅筒设计 .23.5传动装置 .33.5.1V带的设计 .43.5.2蜗轮蜗杆减速器传动的设计计算 .43.5.3轴的设计计算 .53.5.4V带的设计 .73.5.5 蜗轮蜗杆减速箱结构图 .73.5.6：栅筒中导向螺旋的设计 .84 总 结 .9致 谢 .10附录 三维实体模型 .1211绪论1.1线性栅筒式棉籽分级机的优缺点棉籽的产业化发展是推动棉农增收的重要手段之一，而分级分选分级难度大 目前，其分级主要为人工筛选，生产效率低，分级精度不稳定，阻碍了棉籽产业的发展 ，为此，我选择了设计棉籽分级机。目前根据筛分部分的结构，将筛分分成栅条滚筒式、 筛网滚筒式和振动式 3种主要形式。其中，筛网滚筒式和振动式分级机的分级精度高，但是加工和更换核心部件都比较困难，成本也比较高，而通过调整栅条滚筒式分级机两根栅条之间的间隙就可以改变分级的等级，具有结构简单、更换滚筒比较方便、功耗较小、伤果率低、效率高、成本较低等优点。但是，栅条滚筒式分级机也存在一个缺点，即分级精度不够高。根据目前现状 ,我针对棉籽的物理特征设计了一种线性栅筒式棉籽分级机，分级精度较高。筒筛是分级机的主要工作部件，通常用薄钢板冲孔卷成。其形状一般为圆形， 排列方式为正三角形排列。由于这种筛面光滑平整， 棉籽在筛面上容易滚动， 当棉籽在筛孔上通过时就无法过筛， 产生严重窜级， 影响分级质量。而独特的栅条筒筛，筛面是由互相平行且间隙相等的圆钢加工组焊而成，使分级孔横截面形状形成内外锥形， 就便于棉籽的过筛和清筛。经实践证明，在同等筒筛外形尺寸的情况下，栅条式筒筛的有效面积系数比薄钢板冲孔筒筛可提高 ，从而大大提高了棉籽的通过性，保证了分级质量，且机型也易小。据有关试验结果看出，机器的生产率、窜级率、均达到或超过设计要求。 机器的生产率与窜级率成正比。与人工喂料的速度关系很大。若喂入速度越快，则生产率越高，但窜级率也随之增大，须严格掌握好喂入棉籽的速度。人工分级由机械分级所代替。其效率由 增加到37.5kg/h，提高工效 16倍左右，且分级质量稳定，克服了人工分级因人而异质量难以控制的缺627/kgh陷，并且机械分级可以连续大批量稳定生产。 窜级率很低，验证了栅条式滚筒通过性能好，结构新颖先进的特点。 该机外形美观，移动使用方便。采用该机对棉籽进行分级加工，不仅提高了棉籽划分质量，而且产品质量提高，也避免了人工挑选造成的人力浪费。1.2棉籽分级机的国内研究现状我国对于分级技术的研究经历了如下三个阶段：二十世纪七十年代末，以引进国外技术及设备为主，国内对此基本上是空白的：二十世纪八十至九十年代，我国加工技术逐步发展起来，人们逐渐认识到了分级技术的重要性，于是开始引进、学习学习国外先进技术，并开始进行新设备的开发工作，国内开始出现分级设备的研究机构和生产厂家，二十世纪九十年代中期以来，由于市场对分级技术及设备的要求越来越高，并且此时国内对分级技术的研究也达到了一定程度，且取得了显著进步，并开发出了诸多具有自主知识产权的新技术、新设备。但尽管如此，与发达国家相比，中国目前在分级领域仍然存在大型设备不足、工艺控制技术落后、磨耗和单位产品能耗偏高、特殊粒型的生产工艺和设备落后等问题。1.3棉籽分级机的国外研究现状国外的棉籽加工业已经相当成熟并且形成了一定的规模。美国，欧洲以及澳大利亚等发达国家，棉籽几乎 100%的都经过机械化的分级、清洗、进行分级、商品化处理后，再投放市场。国外棉籽分级机的分级方式主要有重量分级机。2线性栅筒式棉籽分级机的总体设计2.1分级机的初始数据配套动力 1.5 kW 电动机生 产 率 500kg/h伤 棉籽 率 1cm2.2总体结构示意图线性栅筒式棉籽分级机由电机、进料装置、传动装置、出料装置、筛分装置五部分组成，如图 2-1所示21495013723图 2-1 线性栅筒式棉籽分级机结构图1进料斗 2 电动机 3 带传动 4 蜗轮蜗杆减速器 5 机架 6出料口 3设计过程3.1电动机的选择电动机所需工作功率选择电机功率为 2.2kW的电机。方案如下：表 3-1 传动方案方案 电动机型号 额定功率 电动机转速 重量1 Y90s-2 1.5 2840 222 Y90s-4 1.5 1400 173 Y100L-6 1.5 940 33综合考虑电动机和传动装置的尺寸、质量、价格以及传动比、机构复杂性，可见第三种方案比较合适，因此选定电动机的型号是 Y90s-4。该电动机的主要外型和安装尺寸如下 8：表 3-2 电动机的主要外型和安装尺寸中心高 外形尺寸 地脚安装尺寸 地脚螺栓孔直 径 轴伸尺寸 装键部位尺寸90 400245265 245190 12 2860 873.2进料装置进料装置由一个四分之一圆球形成的一个进料装置，设计成圆形进料斗，只要是方便喂料者容易将棉籽加进栅筒中去。3.3出料装置本装置的出料部分共包括 4 个出料斗，他们全都位于栅筒的正下方，并且每个出料装置都是与水平面有一定的夹角，大大概在 。这以便于棉籽从栅筒中被筛选出来，落在出料斗056上，顺利的从出料斗进入收集筐中。3.4筛分装置分级机的筛分部分是由 3节长度都是 1米得直径为 0.6米的圆形栅筒构成，每一节栅筒上的栅条都是由保持架固定，并且每一节栅筒是由保持架焊接而成，每一节栅筒都是通过支撑架与栅筒轴进行连接的，栅筒轴带着支撑架进行圆周运动，同时支撑架他也带动着栅筒进行圆周运动，使棉籽在栅筒中进行筛选。3.4.1栅筒设计栅筒是分级机的主要工作部件， 通常用薄钢板冲孔卷成。其形状一般为圆形，直径为 4mm。由于这种筛面光滑平整， 棉籽在筛面上容易滚动， 当棉籽在筛孔上通过时就无法过筛， 产生严重窜级， 影响分级质量。而独特的栅条筒筛， 筛面是由互相平行且间隙相等的圆钢加工组焊而成， 使分级孔横截面形状形成内外锥形， 就便于棉籽的过筛和清筛。考虑到整体布局，每一级栅筒的长度都是 1米，栅筒的直径是 0.6米，然而为了式棉籽能够进行分级，栅筒上的每一级栅条之间的间距是不同的，第一级栅筒的栅条之间的间距是 5mm，栅条3的根数是 120根，第二级栅筒的栅条之间的间距是 10mm，栅条的根数是 60，第三季栅筒的栅条之间的间距是 15mm，栅条根数是 42.线性滚筒结构示意图如图 3-1所示。 图 3-1 线性栅筒结构示意图单级筒结构示意图如图 3-2所示：图 3-2 单级筒结构示意图3.5传动装置由选定的电动机满载转速 1400r/min和工作轴转速 30r/min可得传动装置总传动比140=6.73ni电 机总 工 作 机 i25346vv总 带 减 速 器 带误差分析： 合适.-%.5/s大带轮直径 mm圆整为标准值 224mm2125=dvi带由式 即 220.5 630初定中心距 =400mm01.7d（ +） a（ -） 0a0a由式 20 0()()13412524ddLa查书取带的基准长度 5dLm实际中心距 mm0032a带的根数 Z：单根 V带的额定功率 =（rp0)(1.07+).9340.18alk kw带的根数 Z = 取 2根带1.548carP表 3-4 轮槽截面尺寸槽型 dbminahminfhe minfA 11 2.75 8.7 15 0.39汇总：V 带尺寸A型 =90mm =224mm a=330mm =1250 Z=21d2d dL3.5.2蜗轮蜗杆减速器传动的设计计算由 知选择蜗轮蜗杆减速器传动比较合适。=6.i减按齿面接触疲劳强度进行设计闭式蜗轮蜗杆传动设计准则：按齿面接触疲劳强度设计，按齿根弯曲疲劳强度校核5据232EPHZaKT确定在蜗轮上的转矩 T2按 则14,0.8z6622 1.3950.89.5109.5142NMn确定载荷系数 K， .AvK确定弹性影响系数 ,EaZMP确定接触系数：先假设蜗杆分度圆直径 d1 与传动中心距 a 比值 10.35,2.9dZ确定许用接触应力涡轮材料铸锡磷青铜，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度 a4.=268HRCMP许 用 应 力应力循环次数 N=60jn2Ln= 76.510=.7HNK寿 命 系 数 aa928HNHKMP则 a 84m去 a=100mm 因为 i=6.2，则 m=4蜗杆分度圆直接 d1=40mm，这是 10.5d蜗轮蜗杆的主要尺寸蜗杆轴距 a10f12.56q=d=48md=304, 366.2apm直 径 系 数 ， 齿 顶 圆 直 径齿 根 圆 直 径 分 度 圆 导 程 角 蜗 杆 轴 向 齿 厚蜗轮齿数 36，分度圆直径 d2=144mm.齿根圆直径 df2=134.4mm3.5.3轴的设计计算蜗杆的设计：确定轴的最小直径，查书取 取 33mm .高速01A233min0.0712.5pdA 轴的最小直径显然是安装大带轮处的直径，为了满足轴与大带轮的轴向定位要求，最小轴颈处需制出一轴肩 ，故取安装透盖处轴的直1d径 ，由 查手册 选轴承234dm234d65P表 3-5 所选轴承基本尺寸轴承代号 d D B6007 35 62 14取与涡轮配合轴的轴径 ，与蜗轮相配的轴长 。轴环宽度 ，40m31270lb1.4bh取 ，由轴承类型知轴承宽度 ,取轴套 1 长度为 15，则安装在左边轴承部分轴的410lm4B长度 ，为了使齿轮安装在中间，只能取轴套 2的长度为 8mm蜗杆轴示意285296图如图 3-3所示：6图 3-3 蜗杆结构图由 ，查手册 ，得与大带轮配合的键的尺寸如下：表 3-6134d53P轴 键 键槽公称直径 d 公称尺寸b h公称尺寸 b 深度轴 t 毂40 08105 3.3蜗轮轴设计：初步确定轴的最小直径： 01A33min01.82.690pdA 综合考虑涡轮轴轴示意图如图 3-4所示：图 3-4 蜗轮轴结构图查手册 ，得与蜗轮轴上蜗轮配合的键的尺寸如下：53P表 3-6蜗轮轴上的所选择的键的基本尺寸轴 键 键槽公称直径 d 公称尺寸b h公称尺寸 b 深度轴 t=5 毂 3.340 108227 4.4由 查手册 选轴承35m65P表 3-7所选轴承基本尺寸7轴承代号 d D B6007 35 62 143.5.4V带的设计带型的选择：查书知选用 A型带。=0.9135.2kWcaAPK电带轮直径：初选小带轮直径 ，由0dm，所以小带轮直径选择合适1./3/6dnv s且 5/s大带轮直径 mm圆整为标准值 250mm219=27dvi带由式 即 220.5 630初定中心距 =450mm010.7d（ +） a（ -） 0a0a由式 20 0()()341652542ddLa查书取带的基准长度 5dLm实际中心距 mm00392a带的根数 Z：单根 V带的额定功率 =（rp0)(1.32+0).951.0748alk kwA带的根数 Z = 取 1根带1.5.84carP表 3-8轮槽截面尺寸槽型 dbminahminfhe minfA 11 2.75 8.7 15 0.39汇总：V 带尺寸A型 =90mm =250mm a=350mm =1250 Z=11d2d dL3.5.5 蜗轮蜗杆减速箱结构图如图 3-5所示：图 3-5 蜗轮蜗杆减速箱结构图83.5.6：栅筒中导向螺旋的设计导向螺旋的结构如图 3-6所示图 3-6 导向螺旋结构图导向螺旋的设计更改了以往的一些选棉籽机通过使栅筒轴从进料端向出料端沿水平方向倾斜一个很小的角度，从而使棉籽在滚筒中旋转时，有一个向出料口的一个分力，然而这个分力的合力它是由重力产生的，本来棉籽的重力就已经很小了，所以这个力不会很大，从而降低了分级机的分级效率，而且他的分级精度不高。但是加上这么一个导向螺旋，当栅筒旋转时，它会带动导向螺旋旋转，在这时棉籽受到的力如图 3-7 所示，这个力远远大于棉籽重力的分力，使棉籽的分级效率增加，并且精度得到大大的提高，他还有一个好处，便是避免了使栅筒轴线不与水平线平行，使安装滚筒轴的轴承及轴承座，机架更加容易设计。此时的分力 F1 使得棉籽从进料斗向出料斗移动，达到一个导向的目的，此力将远远大于棉籽重力的一个分力。图 3-7棉籽在导向螺旋中的受力情况此时的分力 F1使得棉籽从进料斗向出料斗移动，达到一个导向的目的，此力将远远大于棉籽重力的一个分力。94 总 结随着目前我国农产品加工设备的设计和自动化程度技术要求的不断提高，结合我国农机领域中棉籽精选机的这一设备的空缺，本次设计尝试设计出这条粮食加工生产线上的精选设备。另外结合机电一体化专业对毕业设计的要求，设计棉籽精选机，实现机电结合设计。这次设计主要进行了棉籽精选机的整机设计、主要部件设计。在整机设计中，针对课题的实际情况，进行了部件选材、总体结构规划等操作；主要部件设计中，针对棉籽清选分级装置中筛筒和螺旋挡板进行重点设计；随后本次设计使用了 AUTOCAD 2007绘图软件，进行了包括棉籽精选机总装图、筛筒以及各种零件图等的绘制，使得纸上公式设计转换成了最直观的视觉模型。通过本次毕业设计，可以得出一个结论：将农产品加工设备由传统的手工操纵，纯机械式运作结合，形成机电一体化电子产品，是顺应时代潮流，符合农业现代化发展的必然趋势。农业现代化对农业机械的自动化程度要求越来越高，所以要设计出自动控制程度较高的农业机械。由前所述可知随着人们生活水平的提高，各种农业加工机械的前景是很可观的。总之，毕业设计是我们所学的知识系统化、全面化得到一次应用，设计中不仅充分利用了所学的基础和专业知识，而且也是我们从中学到了一些新知识和经