筛子的尺寸和传动机构.ppt

一 清粮装置的功用 1 是将滚筒脱出物和逐稿器分离物中的谷粒和杂质分开 2 将断 碎茎秆 颖糠 尘土排出机外 二 对清粮装置的要求是 1 清洁度在98 以上 含杂率在2 下 2 清选损失率在0 5 以下 3 其生产率应与收割 脱粒装置相适应 第8章清粮装置 密封板 阶梯板 摇杆4 曲柄 连杆6 上筛架传动轴 连接销 枝条筛 连接销 枝条筛 上筛10 下筛11 吊杆12 尾筛13 调节板14 杂余螺旋推运器15 撑杆16 滑推运器18 双臂摇杆19 风扇 8 1清选原理在脱粒机和联合收割机上 需在脱粒后进行清粮 而在谷物清选机械上 则需要对谷粒进行精选和分级 简称选粮 清粮和选粮的共同原理是 利用清选对象各组成部分之间物理机械性质的差异而将它们分离开来 8 1 1按照谷粒的空气动力特性进行分离应用气流清选时 是利用谷粒和夹杂物的空气动力特性的不同来清选的 物体的空气动力特性可以用飘浮速度vp或飘浮系数kp来表示 1 飘浮速度vp是指该物体在垂直气流作用下 当气流对物体的作用力等于该物体本身的重量而使物体保持漂浮状态时气流速度 2 物体与气流相对运动时受到的作用力3 在垂直气流的作用下谷粒的运动方程式为当谷粒处于悬浮状态时 a 0 则P G 0 此时气流的速度等于飘浮速度vp 式 8 1 可以写为令称做飘浮系数 于是由式 8 1 得到在悬浮状态时气流对谷粒的作用力 上表给出了几种物料的漂浮速度 供设计时参考 8 1 2按照谷粒的尺寸特性进行分离8 1 3气流和筛子配合清选飘浮系数相同 尺寸不同 气流分不开 尺寸相同 飘浮系数不同 用筛子分不开 在脱粒机和谷物联合收割机上 广泛采用气流与筛子配合清选 1 气流参数 使细小脱出物流动 vw 使物料产生涡流的速度 2 振动参数 振幅 频率 a 筛子振幅的垂直分量 3 kq和kz之间的关系 气流筛子式清粮装置的气流参数kq和振动参数kz的关系曲线 结论 1 该曲线是用两种不同物料混合后 进行清选实验所得到的结果 它表示筛子分离时间为最短时 气流参数与振动参数的最佳组合 每一点都对应一组最佳参数 2 试验表明 只有当气流和机械的作用力抵消了物料的重力而使物料处于疏松状态时 才能有最高的分离效率 即筛子分离时间最短 3 曲线还表明振动参数kz与气流参数kq是可以互相补偿的 即可以用较大的机械振动配合较小的气流参数进行工作 或者用稍大的气流参数配合较小的机械振动参数工作 但选择要适当 kz振动加剧 噪声增大 kq功耗 8 2清粮装置 图8 10联合收割机的清粮装置 密封板 阶梯板 摇杆4 曲柄 连杆6 上筛架传动轴 连接销 枝条筛 上筛10 下筛11 吊杆12 尾筛13 调节板14 杂余螺旋推运器15 撑杆16 滑板17 谷粒螺旋推运器18 双臂摇杆19 风扇 8 2 2清粮装置的工作状况全喂入联合收割机清粮装置加工的细小脱出物来源于三个方面 1 凹板及其延长部分分离出的混杂物 2 从逐稿器分离下来的混杂物 3 回收的杂余 三项指标 清粮装置的性能可以用谷粒的清洁度 谷粒损失和清粮装置的回收三项指标来衡量 谷粒损失 吹出 跳出 夹带出 清粮装置的物料来源 8 2 2 1清粮装置加工物料的成分1 凹板及其延长部分分离的谷粒为70 90 其中混有15 35 的短茎秆 颖壳等混杂物 2 逐稿器分离的谷粒有10 30 返回到清粮装置 混有10 25 短茎秆 颖壳等混杂物 3 回收的杂余约为2 多数为谷粒 而未脱穗只占回收杂余量的2 左右 清粮装置实际上要处理全部谷粒和25 60 的短茎秆 颖壳等混杂物 进入清粮装置的物料重量的比例是 谷粒85 茎秆 颖壳各占7 5 进入清粮装置物料约占机器总喂入量的一半左右 由图可见 清粮装置内茎秆 颖壳与谷粒的重量比 即 茎秆 颖壳 谷粒 在干燥条件下为0 6 到含水量在25 条件下为0 1 在设计清粮装置时应充分考虑到这一变化特点 8 2 2 2清粮装置的谷粒损失包括 吹出 跳出 夹带 谷粒损失随着茎秆 颖壳总喂入量的增加而呈指数曲线地增加 8 2 2 3清粮装置的清选规律室内实验的结果如图 把筛子分为5段 每段200mm 杂余收集在第6段 筛下物的分布曲线表明 头几个筛段内 筛下了绝大部分物料 和逐稿器分离规律相似 负荷大 损失多 杂余很少 8 2 2 4气流与筛子的配合风筛配合的清粮装置靠气流将细小夹杂物吹走 而其余夹杂物靠筛子清除 根据试验研究 气流在筛面入口处要有7 8m s的速度才能将混合物吹散 将细小夹杂物吹走 不太饱满的籽粒会被吹到筛子中部或尾部而不致吹出机外 气流吹送方向与筛面夹角 25 30 也有的达30 40 扩散角 12 16 风扇出风道吹到筛面的长度范围为筛子全长的0 4 0 6 但是 有的机器气流方向较陡 吹到筛面的长度仅为筛子全长的0 2 气流通道的形状应是逐渐扩大的 这样才能保证筛面从前到后有一个逐渐下降的风速分布 筛面尾部的风速要 颖糠的漂浮速度 保证颖糠从筛子尾部顺利排出 以免颖糠混入粮中 降低粮食的清洁度 8 3筛子的尺寸和传动机构设计筛子时 需要选择筛子的类型和尺寸 并且确定其运动参数和传动机构 8 3 1筛子的尺寸 长 宽 8 3 1 1宽度1 由生产率确定 茎秆部分占谷物总重量的百分比 k 排出茎秆状况系数 切流滚筒k 0 6 0 9 q0 每米宽筛子的允许负荷 kg s m q0 1 0 1 2kg s m 2 取决于逐稿器的宽度Bz Bs 0 9 0 95 Bz 8 3 1 2长度保证对脱出物有足够的清选时间 以减少谷粒损失 上筛 700 1200mm 多为800 1000mm范围内 下筛 负荷较小 可适当地缩短尺寸 JD 7700上筛 1540mm 下筛 1170mm 8 3 1 3面积决定法 q 0 每平方米筛面所允许的负荷 对于联合收割机可取1 5 2 5kg s m2 8 3 2平面筛子的运动分析8 3 2 1结构特点筛子通过两对吊 撑 杆吊挂 或支撑 在机架上 组成双摇杆机构 由曲柄连杆机构驱动 当曲柄旋转时 筛子前后摆动 筛子运动分析简图a 脱出物沿筛面向前滑时的受力情况b 脱出物沿筛面向后滑时的受力情况 1 为了增长清选时间 筛子安装时与水平成一不大的倾角 前低后高 一般 1 3 个别机器上有7 8 的 2筛子的振动方向 沿x轴 与水平面之间的夹角 称为振动方向角 其实际振动方向是随 t改变而改变的 为分析方便 我们假定 就是振动方向角 12 25 3 由于连杆是二力杆 连杆所处的方向就是筛子受力的方向 筛面上脱出物质 点所受的力可分解为一个水平分力和一个垂直分力 垂直分力可产生垂直加速度 将脱出物抖松 而水平分力则使脱出物沿筛面移动 8 3 2 2几点假设1 吊 撑 杆等长 将筛子的摆动简化为平动 2 筛子不受气流作用 3 由于r l 将筛子的运动简化为简谐振动 4 曲柄在前下方和OO1重合时作为筛子的位移和时间的起始相位 以O为原点 OO1为x轴 筛子的运动简化为曲柄销的运动 则筛子的位移 速度和加速度与时间的关系为 脱出物质点的运动情况分析8 3 2 3前滑条件 从中间向两端是减速运动 从两端回中间是加速运动 u和a方向相反 在 象限 惯性力为负值 向左 质点有前滑趋势 这时质点所受的力有重力mg 筛面反力N 摩擦力F 惯性力u 根据动态静力学的分析方法 将惯性力加于脱出物上 和作用在谷粒上的其他外力一起考虑 坐标系 以M为原点 筛面为x轴 筛面发线方向为y轴 根据力平衡原理可得 式中u 惯性力 F 摩擦力 N 法向反力 脱出物和筛面的摩擦角 将u和F值代入后得 移项得 两边同乘cos 因为cos t 1 欲使脱出物向前滑动 必须使筛子运动的加速度比保持下列条件K1 称为筛子运动的加速度比 8 3 2 4后滑条件在 象限 惯性力为正值 向右 质点有后滑趋势 这时质点所受的力有重力mg 筛面反力N 摩擦力F 惯性力u 摩擦力F向前 式中u 惯性力 F 摩擦力 N 法向反力 脱出物和筛面的摩擦角 将u和F值代入后得移项得 因为cos t 1 欲使脱出物向后滑动 必须使筛子运动的加速度比保持下列条件8 3 2 5抛起条件在后滑的条件下 若 u N 当u增加 到一定值时 N就可能等于零 质点抛离筛面 即因cos t 1 所以 8 3 2 6参数选择从以上分析可以看出 脱出物在筛面上的运动情况主要取决于K值 为提高生产率必须1 谷粒只有滑动才有可能落入筛孔 2 为使谷粒有更多的机会落入筛孔 应保证脱出物即能前滑 又能后滑 3 避免脱出物抛离筛面 所以 在不抛起的条件下 为使谷粒减少 甚至消除静止阶段 可将K值适当提高 但也不可过大 否则vj 会使谷粒飞越筛孔 反而降低生产率 8 3 2 7局限性1 我们分析质点运动时 没有考虑群体之间的相互作用 2 没有考虑气流的配合作用 所以设计筛子时 多采用实验 台架 田间 方法或参照现有机器采用类比设计法 当然也可以建立更复杂的数学模型 采用计算机仿真的方法设计 但最后还要通过实验 目前r 23 30mm K 2 2 2 3 n 230 300r min 8 3 3筛子传动机构的设计1 各杆的相互位置 2 各杆的具体尺寸 8 3 3 1筛子传动机构的设计要求1 水平振幅和垂直振幅 上筛 下筛 2 振动方向角 上筛 下筛 3 当筛子的向后行程终了时 筛面处于其最高位置 这样 当筛面上脱出物的惯性力u向后时有垂直向上的分量 摩擦力F减小 混杂物易于向后移动 而当惯性力向前时 其垂直分量向下 谷粒易于通过筛孔 4 上 下筛振动方向相反 有利于惯性力平衡 8 3 3 2筛子传动机构的设计已知 上筛B点水平振幅xB和垂直振幅yB 下筛C点水平振幅xC和垂直振幅yC 曲柄安装位置O 求 各杆件的尺寸 1 求振动方向角 B和 C 如已知 xB 55mm yB 25mm xC 35mm yC 7mm 2 作图 任取一点C1 下筛摇杆端点的前极限位置 过C1点引铅垂线C1P 图8 21筛子传动机构的设计 根据xC和yC在C1点右上方定出摇杆端点的后极限位置C2 连C1 C2 作C1C2的垂直平分线 和铅垂线交于O1点 O1点即为摇杆的回转中心 O1C1 O2C2为下筛摇杆长度 O1C1和O2C2的夹角为 2 c 以O1点为顶点 以O1P为始边 作角 PO1H等于 B 以O1H为始边 作 HO1B1 HO1B2 c B 摇杆只能有一个摆角 在距O1H为a 2 a2 处 两侧各作一条O1H的平行线 分别交于B1和B2点 则B1和B2即为上摇臂端点的两个极限位置 确定曲柄回转中心设O为曲柄回转中心 连接OB1和OB2 则由图可得OB1 L rOB2 L r 连杆长度曲柄半径为了传动省力 曲柄在不同位置时 应尽可能使连杆和摇杆保持垂直 如总体配置不允许 当位于两极限位置时 其夹角不能小于50 否则会自锁或拉断连杆 筛子在中心位置时 后摇杆ED和FG基本上与前摇秆O1C1和O1B1平行 后摇杆的长度 可根据机器的总体配置来选 当装有逐稿器时 需要指出 以上作图法并不能全部概括筛子传动机构的设计 在实践中 往往需要参考现有的机器进行分析和对比 最后还要经过台架实验和田间实验 8 4风扇的基本理论 引言 风扇也叫风机 可用来通风 鼓风 气流输送等 凡是利用气流作为工作介质或动力的行业都少不了风机 农机用风扇进行清选 输送 喷粉 播种 干燥等 图8 12清选风扇简图 类型 1 按工作压力分 1 低压风扇H 980Pa 100mm水柱 2 中压风扇H 1960 2940Pa 200 300mm水柱 3 高压风扇H 2 94 14 7KPa 300 1500mm水柱 2 按工作原理分 1 离心风机 2 轴流风机 由于农业机械上广泛应用的是离心式风扇 本节仅讨论离心风扇的基本理论和设计 8 4 1离心风扇的工作原理和基本方程式8 4 1 1工作原理叶轮内的空气和叶轮一起旋转 在离心力的作用下 被排出壳外 叶轮中心产生真空度 大气压又把空气压入叶轮 于是就建立了离心风扇的连续工作过程 8 4 1 2风扇的基本方程式 欧拉方程式 从能量角度来讲 风扇和液压泵一样也是一台能量转换装置 它把皮带输入 的机械能转变成空气的动压能和静压能 风扇的基本方程式就是用来描绘这种能量转换过程的方程 图示为气流通过风扇叶轮时的情况 大圆为叶片外端的回转圆 半径为R2 小圆为叶片内缘的回转圆 半径为R1 曲线为一叶片 其它叶片省略 叶轮以 方向旋转时 叶轮外缘A的速度为切向 牵连速度 用u2来表示 空气沿叶片表面运动的速度 相对速度 用W2来表示 空气的绝对速度是u2和W2的合成 用v2来 表示 v2到叶轮中心O的垂直距离为l2 v2和u2的夹角为 2 叶片的安装角为 2 空气进入叶轮时的绝对速度为v1 v1到叶轮中心O的垂直距离 图8 22风扇工作的示意图 为l1 v1和u1的夹角为 1 设 m 每秒钟通过风扇的空气质量 Q 每秒钟通过风扇的空气体积 称为风扇的流量 空气的容重 求动量矩入口出口 动量矩的变化动量矩的变化 等于外界施加的力矩 风扇消耗的功率 由于 每立方米空气所获得的能量 压力 为由于空气是近于径向进入风扇的 速度v1和u1间的夹角 1 90 于是 此式称为风扇的基本方程式 它仅表示风扇产生的理论压力 实际压力为 风扇的效率 随风扇流量Q的不同而改变 而且与制造质量有关 在农业机械上 风扇的效率 为0 45 0 60 8 4 1 3压力系数如果令则 压力系数 是一个无因次参数 可以认为是气流全压与速度为u2的假想气流的动压之比 引入 后 p和u2成正比很直观 8 4 1 4风压的影响因素风压和流量具有一定的关系 为了说明流量 转速和叶片形状对风压的影响 我们分析一下速度三角形 2 叶片外端切线与圆周速度负方向的夹角 称为叶片的安装角 所以 理论压力方程式可改写为可以看出 1 理论风压pl随叶轮外圆切线速度u2的增加而增加 即随叶轮直径D及转速n的增加而增加 2 由于上式有角度 2 所以叶片的几何形状对理论风压pl也有影响 如图所示 相对于叶轮的旋转方向 后弯叶片径向叶片 图18 23风扇叶片的形状a 后弯叶片b 径向叶片c 前弯叶片 前弯叶片可见 2增大 理论风压pl增加 前弯的叶片所产生的pl最大 多应用于中压及高压风扇 后弯风压较低 但叶片对气流的引导比较好 涡流损失少 效率较高 因此 在低压风扇和水泵中 多采用向后弯的叶片 收获机械清选风扇 为便于生产 采用后倾直叶片 效率低于后弯叶片 但高于b c两种 3 空气的理论流量Ql对理论风压pl的影响理论流量Ql 叶轮外圆处气流绝对速度v2其径向分量v2r Ql可假想为整个叶轮圆周都以v2r的速度向外排风的排量 式中b为叶轮的宽度令 则 流量系数 是一个无因次系数 可以认为是实际空气的流量与以假想速度u2通过孔径为D2的气流流量之比 将上式代入式得 风扇的理论特性曲线 在不同的Ql时 理论风压pl将不同 将二者的关系绘制出来 即得风扇的理论特性曲线 风扇的理论特性曲线 8 4 2风扇的特性曲线风扇实际工作时p pl Q Ql 主要原因是 涡流损失 冲击损失 摩擦损失 另外 理论推导是建立在叶片数无限的基础上 实际的风扇叶片数是有限的 各项损失是非线性的 计算复杂而不准确 各参数一般用试验的方法来测定 8 4 2 1风扇的有因次特性曲线让风扇的转速n保持不变 改变风扇流量Q 测定风压p 动压pd和静压ps 功率N和效率等随Q变化的曲线 称为风扇的有因次特性曲线 各参数是有单位的 风扇的特性曲线是风扇的固有特性 对于同一风扇来讲 特性曲线是不变的 由厂商提供 联合收割机清粮装置风扇的有因次特性曲线 n 725r min 风扇风扇的工作点 要看风扇的具体使用情况 外部管道阻力情况 风扇的有因次特性曲线 主要用来选风扇 p Q曲线比较平坦的风扇 适用于流量变化范围较大而要求压力变化较小的场合 而p Q曲线较陡的 适用于压力变化较大而不允许流量变化太大的场合 选用风扇时 最好使其工作区域在效率 的最大值附近 切记不要按pmax和Qmax来选风扇 否则很难满足要求 8 4 2 2风扇的无因次特性曲线在农业机械上 绘制特性曲线时 常以风扇的工作条件系数K为横坐标 K的数值 无量纲 为纵坐标为相当于风扇转速n 1000r min时的空气流量Q 全压力p 静压力ps 功率N和效率 阻力ps反之 ps pd 0 K 0 ps 0 K 1 收获机械的风扇出口阻力 包括筛子和筛上脱出物对气流的阻力 东风联合收割机清粮装置风扇的无因次特性曲线 风扇的转速n不变 各工作参数 p N Q 等随工作条件系数K变化曲线 称为风扇的无因次特性曲线 因为K没有因次 用相似原理计算风扇时很方便 8 4 3风扇的相似率及其应用风扇的特性曲线 表明了对于一个风扇 在某一转速下 其风压 功率和效率等随流量不同的变化情况 但是 对于不同的风扇 或同一个风扇在不同转速时 其性能如何呢 就是风扇相似律涉及的问题 8 4 3 1风扇的相似率1 相似条件 几何 运动 介质1 对于两个或一组风扇来说 如果它们的叶片形状相同 安装角 相同 所有尺寸都成比例 则称这一组风扇相似 2 如果二者的无因次特性曲线工作条件系数K相同 则二者叶轮中气流的绝对速度v2和v2 的方向是相同的 即 二者的速度三角形是相似的 根据相似三角形对应边成比例的关系可得两个风扇的流量分别为 图8 27速度三角形 二者之比所以两个风扇的全压力分别为 8 15 二者之比两个风扇所消耗的功率分别为 8 16 二者之比所以公式 8 15 8 16 8 17 称为风扇的相似律 它是风扇相似设计的理论基础8 4 3 2风扇相似率的应用 8 17 1 风扇转速和Q p v之间的关系对于同一个风扇 它是相似风扇的一个特例 几何尺寸比为1 上式可简化为可以看出 当外界管路的情况不变时 风扇的流量Q与转速n成正比 风压p与n2成正比 而消耗的功率N与n3成正比 8 19 8 20 8 18 2 比转数在一组相似风扇中 当流量为1m3 s时 为了产生9 8Pa的全压力 风扇每分钟应具有的转数ns 称为该组风扇的比转数 根据风扇相似律和比转数定义有从上式消去 得 必须指出 不能将风扇的比转数ns和它实际运转时所需要的转速n混淆起来 比转数ns与风扇叶片的形状和尺寸有关 根据比转数风扇可分为 1 低比转数风扇 ns100 在设计离心风扇时 比转数是一个重要 参数 如果已知某组相似风扇的比转数 就可按你需要的Q和p确定转数n 8 4 4风扇的机械相似法设计把风扇相似律应用于风扇设计 就叫做风扇的机械相似法设计 1 选模型风扇首先选好风扇的类型 风压 叶片形状 外壳 然后再看特性曲线能否满足的要求 平 陡 如果模型风扇得不好 相似设计就要失败 2 确定风扇的尺寸和转速利用风扇相似律 计算出设计风扇的各个参数 模型风扇参数为Q P D D2 b n N设计风扇参数为Qx Px Dx D2x bx nx Nx 结构参数解出一个 其它参数就可确定 根据风扇相似律得 由 得 代入 得 由 得 从模型风扇的无因次特性曲线上 查得所要求的工作条件系数K 决定于动压和全压的比值 时Q p和N 这些参数就是已知数 上面3个方程里还有5个未知数Qx Px Dx nx Nx 其中Qx Px是设计风扇所要求的参数 也是已知数 应用上面的公式 即可算出所设计风扇的Dx nx和Nx 由于这种方法是建立在