油菜烘干机用上料机的设计.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除 目 录摘 要1关键词11 前言12 油菜烘干机用上料机的总体原理方案分析22.1 上料方式的选择22.1.1 漏斗式油菜籽烘干机综述22.1.2 上料机上料方式的选择32.2 具体方案的确定42.3 方案简图和工作原理43 动力机的选择53.1 动力机型的选择53.2 电动机型号的选择64 整机质量估算64.1 机座质量计算64.2 机壳、卸料口质量计算84.3 上料口质量计算94.4 上链轮质量计算94.5 下链轮质量计算95 工作性能分析95.1 卸料分析105.1.1 料斗中油菜籽的质心坐标105.1.2 卸料分析115.2 工作参数计算135.2.1 斗距计算135.2.2 斗容计算135.2.3 上料速度计算145.2.4 上料功率计算156 关键零部件的强度校核166.1 上链轮轴的强度校核166.2 下链轮轴的强度校核186.3 各种平键的强度校核206.4 M6型螺栓的强度校核216.5 深沟球轴承的当量载荷和寿命估算227 结论22参考文献22致谢23油菜烘干机用上料机的设计摘 要：从给定的一些原始数据开始到最后整机的成型，文章分析了如何确定方案，方案确定后又如何设计机构。介绍了机构的工作原理，计算了相关的工作性能参数，校核了重要零部件的强度，并与所给定的工作要求进行了对比，计算证明上料机能够满足工作要求。关键词：料斗；链条；取料速度；许用应力The Design of Feeding Machine for Rapeseed Drying 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 stress1 前言油菜仔是一种农作物的果实，大家都非常熟悉。油菜籽可以用来榨油，而且出油率很高1；油菜在湖南、湖北等地有广泛种植，油菜所结的果叫做油菜籽，油菜籽是一种很小的近似于球状的果实，油菜籽堆密度一般在(0.8-1.0)kg/L2，堆密度跟油菜籽的干燥程度密切相关，堆密度这个物理特性在油菜籽输送机的设计中有着十分重要的作用3，由于油菜籽是很小的近似球形的颗粒，因此大规模输送油菜籽时，总会有少许油菜籽在运输过程中损失。若输送方式不当，油菜籽完全输送不到指定地点，甚至会出现卡死机器的现象。种植油菜的方法有墒种，即直播或育苗。北方多采用直播，南方则以育苗为主。大面积种植多用直播，小面积多为育苗。油菜种子较小，千粒重2.5-4g。要求整地精细，施足底肥，根据利用目的，选择不同的行距；播量0.3-0.4kg/亩，若以收获果实为目的，则应加大行距，减少播种量；饲用的油菜可条播，也可撒播。在油菜生长期间，要施肥、灌水，保证苗壮。北方冬季要覆盖一层有机肥以保温防冻。到了收获的季节时，将油菜茎秆割倒，一般是割倒后转移到晒场，暴晒后有许多果壳直接爆裂开来，没爆的用机器给与适当的冲击即可爆裂，振动后油菜籽从爆裂的果壳掉到地面。本次设计专门针对潮湿的油菜籽进行垂直输送，其目的在于将油菜籽送入一个上料口较高的漏斗式烘干机。气力式输送很适合输送小颗粒4和粉状物料，但是本设计中没有采用气力输送。2 油菜烘干机用上料机的总体原理方案分析2.1 上料方式的选择2.1.1 漏斗式油菜籽烘干机综述根据“完成上料”的总功能5，目前上料机主要的输送方式中气力式输送机、螺旋式输送机、带式输送机、斗式提升机6似乎都具备“完成上料”这一功能。图1 油菜烘干机简图Fig l Diagram of rapeseed drying machine 分析：烘干机结构如图1所示，该烘干机叫漏斗式烘干机，底部有卸料口，当物料被烘干后，关闭物料循环口，打开卸料口即可卸料。工作时，待烘物料在烘干机内，卸料口关闭，物料循环口开启，待烘物料从物料循环口进入上料机，上料机将待烘物料提升至加料口，由加料口进入烘干机内，又从物料循环口排入上料机如此循环，实现物料的烘干。2.1.2 上料机上料方式的选择现在针对上述这样一款烘干机设计一台上料机以配合其工作，各方案如图2所示，图2(a)为气吸式上料，工作时气口1开启，气口2关闭，真空泵将过滤器上方的腔内抽成真空，形成负压7，油菜籽便从输送管道内进入过滤器下腔；这时气口1关闭，气口2开启，油菜籽掉入漏斗进入烘干机，上料工作完成。气吸式上料机结构简单，工作平稳，输送损失小8，方便拆卸；但是动力消耗大，输送管道易被磨损，气口的开闭情况也需要添加控制装置，以配合物料输送；此外气吸式的输送方式也不便于计算输送速率，所以不选。图2(b)为斗式提升机上料，工作时料斗（图中料斗未画出）携带油菜籽提升至烘干机上方并将油菜籽倒入烘干机完成上料。斗式提升机占地面积小，输送高度大，输送速率大9，卸料方式也比较简单，方便计算，结构也不复杂，很适合于垂直输送；但是过载敏感，且必须连续均匀供料，此种方式暂时保留。 （a） （b） 图2 两种方案10Fig 2 Two kinds of schemes螺旋式上料机应用虽然很广泛，但在此处不太合适，因为螺旋叶片11与壳体之间有的间隙，而所要输送的油菜籽又很小，会从间隙中滑出，在垂直输送时根本无法使用；即使是倾斜情况下，油菜籽也会从间隙中漏出一部分，甚至有些还会在间隙中被碾碎；不仅如此，螺旋上料机输送潮湿的油菜籽时，油菜籽还会粘在螺旋叶片上，长期累积后会卡死机器，固淘汰掉。带式输送机应用也十分广泛，但在此处，油菜籽的休止角为20-2812，超过这个角度，油菜籽会自动从皮带上滑下来，即使设计皮带倾角小于20，运输效果也不会很好，因为倾角小意味着皮带的长度也大，长度大了，机构的结构就不精致了，而且长距离输送，需要给皮带额外添加张紧轮，将机构复杂化，所以带式输送13的方式也淘汰掉。综合上述分析之后，对于潮湿油菜籽或者半干燥的油菜籽来说，选用斗式提升机的上料方式是最好的，这种方式不仅适合输送油菜籽，而且方便计算输送速率，且机构结构简单。2.2 具体方案的确定经过分析和思考后对上料机的功能进行分解，上料机采用斗式提升法，故可分为：(1)盛装油菜籽(2)提升油菜籽(3)卸料，这三种功能组合起来即可完成上料这一任务。盛装油菜籽可用浅斗、弧底斗、中深斗、深斗这4种斗型；料斗可固定在链条或者皮带上，即提升油菜籽可以用链条、皮带2种方式；斗式提升机卸料方式有3种：离心式、重力式、离心重力式14。将功能和功能解列表如下：表1 斗式提升机形态学矩阵Table 1 Morphology matrix of Bucket type lifting machine分功能功能解1234A盛装油菜籽浅斗弧底斗中深斗深斗B提升油菜籽链条皮带-C卸料方式离心式重力式离心重力式-利用表1，理论上可以组合出42324种方案。某些方案明显是不太合理的，如A4- B2- C1，这个方案中深斗容积很大，油菜籽堆密度较大，所以一斗油菜籽的重量是很大的，而在垂直输送时皮带传动对过载非常敏感，容易打滑是第一点，第二点是深斗由于斗型角度，对离心卸料是不利的。其他的方案在此不细致讨论，综合分析之后，本题选用方案A1-B1-C1，即采用浅斗装料、链条输送、离心式卸料来设计此上料机。2.3 方案简图和工作原理采用浅斗装料、链条输送、离心式卸料的方案后，查阅相关资料得到斗型、链号、输送速度等等如表2表2 方案资料Table 2 Information of scheme斗型链号输送速度浅斗12A2m/s上料机结构简图如图31.下链轮 2.料斗 3.链条 4.止反件 5.上链轮 6.机壳 7.卸料口 8.装料口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图3 上料机结构简图Fig 3 Structure diagram of feeding machine工作时，从8处加入待烘油菜籽，油菜籽随通道进入机壳底部；料斗2固定在链条3上，链轮1是主动轮，当1逆时针转动时，料斗2随链条3一起运动，至机壳底部时，料斗从机壳底部挖取油菜籽并运输至机壳顶部，在离心力的作用下，料斗中的油菜籽被离心并从卸料口7排入漏斗式烘干机。当主动轮1由于意外突然失去动力时，止反件4上的棘轮机构可以卡住链轮使链轮不致于反向（顺时针）转动而将料斗中的油菜籽倒出来。3 动力机的选择3.1 动力机型的选择由工作条件：上料机配合油菜烘干机工作，在烘干过程中需要实现油菜籽的垂直循环运动。待烘油菜籽从烘干机中排出并进入上料机，由上料机提升至烘干机顶部进料口重新进入烘干机内待烘，再由烘干机底部排出并进入上料机，又由上料机提升到烘干机顶部进料口重新进入烘干机内待烘如此循环。在这样一个循环的过程中，所有待烘油菜籽首先是被装入烘干机，垂直分布在烘干机中。油菜籽在烘干机中垂直向下运动，底部的油菜籽排入上料机中，上料机中其余的油菜籽均沉降一个单位，而排入上料机中的油菜籽则由上料机重新提升至烘干机顶部进料口并进入烘干机。所以上料机是间歇性工作的；显然内燃机是不宜作为此上料机的动力机的，因为内燃机实现间歇性工作需要借助于其他机构，若不借助其他机构，反复的启动与停止会急剧消耗内燃机使用寿命，故选择电动机作为此上料机的动力来源。3.2 电动机型号的确定 此处省略NNNNNNNNNNNN字。如需要完整说明书和设计图纸等.请联系扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机械毕业设计下载！该论文已经通过答辩4 整机质量估算4.1 机座质量计算机座的质量可由材料密度乘以机座总体积得到，求出机座的总体积即可求出机座质量，由于设计需要，机座上钻有许多螺栓孔，有些地方还有倒角；这些小尺寸会阻碍总体积的计算，但是这些小尺寸与主体体积相比十分微小，故计算过程中忽略小尺寸。单叶机座主体结构及尺寸简图如图4(a)机座底板 (b)机座侧板图4 机座尺寸简图Fig 4 Size diagram of engine base设单叶机座底板体积为V1，单叶侧板体积为V2，单叶轴承座和筋体积为V3，单叶机座体积为V，质量为，机座材料为HT350，材料密度按纯铁密度计算。则有 (1) (2)按照图中尺寸=1.188dm3=3.516dm3 =(0.0816+0.2485)dm3=0.3301dm3将V1，V2，V3代入(1)得，单叶机座体积V=5.0341 dm3将V代入(2)，查得纯铁密度，算出单叶机座质量=39.77kg则机座的总质量为79.54kg4.2 机壳、卸料口质量计算机壳上开有螺孔、轴孔等，总体形状还算规则，可精确求解，但是机壳并非主要工作部件，其质量无须精确求解，故在此处只计算近似质量。机壳主体结构及尺寸简图如图5，机壳质量计算方法仿照机座，简略计算如下：机壳侧面体积为图5 机壳尺寸简图Fig5 Size diagram of enclosuredm3机壳轮廓体积为dm3机壳总体积为dm3机壳总质量为 kg 卸料口由几块铝板组成，壁厚3mm，主要尺寸参照零件图08，未注尺寸参照机壳，算得其体积为 dm3卸料口质量为4.3 上料口质量计算上料口与上料控制阀是配合在一起工作的，但阀体质量相对上料口来说可忽略不计，计算中在不影响计算结果的情况下还忽略倒角圆角等小尺寸，设上料口的壳体体积为Vs，根据装配图相关尺寸 上料口质量4.4 上链轮质量计算上链轮的相关尺寸参照零件图05，忽略小型尺寸，例如倒角、键槽等；链轮上共有112个链齿，因计算不必过于精确，所以近似计算下可取链轮分度圆为最大轮廓，并忽略链齿的尺寸。计算如下，设上链轮的近似体积为 上链轮近似质量kg4.5 下链轮质量计算下链轮的相关尺寸参照零件图07，忽略小尺寸，如键槽、倒角等；近似计算方法同上链轮。计算如下，设下链轮的近似体积为下链轮近似质量kg由以上各个大型部件的质量可估算整机质量约为305kg5 工作性能分析 5.1 卸料分析5.1.1 料斗中油菜籽的质心坐标如图6，建立空间直角坐标系。设质心坐标分别为， 。质心坐标公式15为图6 空间坐标示意图Fig6 Schematic diagram of space coordinate 以上各式中是一个关于，的三元函数。油菜籽盛装在料斗中，是均匀分布的，在此处可将当成常数，计算如下 (3)上式中表示积分区域V内垂直于轴的各截面面积。和在卸料分析中没有用到，故在此处不求。图6结合零件图11可得出如下关系 (4)由(3) (4)式可得mm5.1.2 卸料分析在4.1.1中，已经求出mm，料斗中油菜籽质心在弯道上的回转半径mm (5)料斗中油菜籽要顺利的从卸料口中排出，需要满足2个条件：能够经过最高点在经过最高点之后，通过左侧弯道时所受合力方向指向卸料口一侧。下面来验证这两个条件：设一斗油菜籽的质量为，油菜籽能够经过最高点的条件是 16 (6)油菜籽经过最高点后，通过左侧弯道时受力如图7，显然条件也满足。由(5) (6)式可解得在图7中油菜籽质心处画出其受力简图后，由图中的相似三角形可得到图7 质心受力简图Fig7 Force diagram of centroid (7)又离心力 (8)重力 (9)由(7) (8) (9)式得 (10)设计时，给定输送速度，将(5)代入(10)得到mm是离心卸料中一个重要参数，叫做极距17，它不随发生变化，仅仅和角速度（转速）有关。装配图中可查得mm，mm，显然有，所以卸料方式为离心重力式。分析在mm的圆周上，油菜籽的运动轨迹，建立如图8所示的二维平面直角坐标系，油菜籽在PT段上运动时，在任何一点离心力与重力的合力方向都指向过点T、P的圆内，其沿轨道方向的速度增加，在PT的某点上就开始被离心而脱离圆周运动。现在假设油菜籽在T点时，才开始离心，其离心后做斜下抛运动，离心后的运动轨迹为抛物线，设离心时油菜籽的线速度大小为mm/s，运动时间为t，T点 坐标为（），则油菜籽做斜下抛运动的轨迹方程满足图8 平面直角坐标系建模图Fig8 Modeling diagram of plane rectangular coordinate (11) (12)由图8中显然有 (13) (14) (15)当时，结合(11) (15)式解得 (16)将mm，mm，mm代入(16)算得mm 0，即油菜籽从O点上方穿过y轴，所以在mm的圆周上运动的油菜籽最终也会掉入卸料口，也就是说设计m/s的输送线速度是合理的，油菜籽能全部掉进卸料口，其理论卸料率为100%5.2工作参数计算5.2.1 斗距计算根据装配尺寸，链条总长为式中p指链节距，设计中选用了链号为12A的链条。查得p=19.05mm18。链条总节数节，考虑到安装尺寸较大，为方便安装， 应适当取大一些，取=366节，链条上均匀分布6个料斗，设相邻的2个料斗之间的间距为，将p=19.05mm代入(17)式得 (17)5.2.2 斗容计算一般情况下斗容是指料斗所能容纳物料的最大体积，此处为了方便后面计算，对斗容定义略作修改。定义：斗容是指料斗所能容纳物料的实际最大体积，显然在新的定义下，斗容是一个随物料不同而有所不同的量，与物料的自然休止角有关，现查得油菜籽的休止角为2028，斗的结构和尺寸如图9，由图中的信息可知图9 料斗尺寸简图Fig9 Size diagram of hopper解得R=（）mm斗宽B=200mm，则斗容 (18)将B=200mm，R=（）mm，以及代入(18)式得5.2.3 上料速度计算设斗从开始挖料到卸料，再到开始挖料为一个工作周期，记周期为T，上下链轮分度圆直径为d，则工作一周有 (19)设上一料斗完成卸料到下一料斗完成卸料的时间间隔为，则 (20)记单位时间内料斗挖取的油菜籽体积为取料速度u，则 (21)记油菜籽堆密度为，油菜籽堆总质量为M，总体积为V，则 (22)记提升总质量为M的油菜籽所需的时间为t，则 (23)由(20)(23)式解得 (24) (25)将d=680mm，m/s代入(19)式解得=3.47s额定的总质量M=500kg，查资料得到=0.9kg/L，结合4.2.2中求出的Vr，一并代入(24)和(25)式得5.2.4 上料功率计算分析上料机将500kg油菜籽从机壳底部提升至h=3395mm的高度上，并将其速度增加到，高度差大约为3.3m。由机械能守恒定理有 (26)式中W表示上料机对油菜籽所做的总功，设机械做功功率为P，则 (27)考虑到其他的一些影响因素，取机械效率为=0.8，则机械实际做功功率 (28)由(27) (28)式可得 (29)将W=17170J，=0.8，代入(13)并结合4.2.3中求出的t的范围可得在计算了一些主要的工作性能参数之后，将其列表如下：表3 工作性能参数Table 3 Working parameters斗距/mm斗容/L取料速度/(L/s)上料耗时/s功率/W1162.02.252.743.894.74117.1142.8150.3180.36 关键零部件的强度校核6.1 上链轮轴的强度校核上链轮轴承的受力并不复杂，主要有两种力的作用，第一种是链轮自重对链轮轴产生的压力，第二种是传递功率时所产生的扭矩。这两种力共同作用在上链轮轴上，上链轮轴的装配简图如图10。图10 上链轮轴装配简图19Fig10 Assembly diagram of the upper chain wheel axis将所受载荷简化后，受力简图如图11图11 上链轮轴受力简图Fig11 Force diagram of the upper chain wheel axis图中Fa和Fb显然都是均匀分布在x轴上的力，由力的平衡条件有Fa + Fb=2F (30)由力矩的平衡有 (31) F是由上链轮自重和料斗中物料的自重所产生的，前面算得上链轮质量=40.47kg，运输的物料质量大约为kg。则载荷F=mg=441N，由(30) (31)式得Fa= Fb=F=441N。轴上功率在前面已经算得为，在校核中按最大值进行校核。取，根据公式20结合前面56.2r/s，可算得扭矩绘制弯矩、扭矩图，如图12图12 弯矩扭矩图Fig12 Torque moment diagram最大弯矩对于轴来说，所受扭矩波动很小，可当成静载荷，校正系数取为=0.3最大当量弯矩按照弯扭合成强度条件校核，轴上危险截面有弯矩Ma所对应的截面a-a，有弯矩Mb所对应的截面b-b，设这两截面上对应的轴径大小分别为da，db ，则由图5-1可知da=25mm，db =30mm 。在截面a-a上在截面b-b上显然截面b-b上应力更大，查阅相关资料得到静应力状态下的许用弯曲应力21显然，故上链轮轴的强度符合工作要求。6.2 下链轮轴的强度校核下链轮轴是动力输入轴，与上链轮的受力情况非常相似，主要也是受到两种力的作用，第一种是下链轮自重对轴产生的压力，第二种是传递功率时所产生的扭矩，这两种力共同作用在下链轮轴上，下链轮轴的装配简图如图13。图13 下链轮轴装配简图Fig13 Assembly diagram of the nether chain wheel axis将所受载荷简化后，受力简图如图14图14 下链轮轴受力简图Fig14 Force diagram of the nether chain wheel axis图中所示的轴受力平衡，则Fa + Fb=2F (32)力矩也要平衡，则有(33)图15 弯矩扭矩图Fig15 Moment torque diagramF是下链轮自重所产生的，前面算得下链轮质量=27.45kg，则载荷F=g=269N，由(32) (33)式得Fa= Fb=F=269N。轴上功率按最大值进行校核取，根据公式以及56.2r/s可算得扭矩下链轮轴上最大弯矩绘制弯矩，扭矩图如图15对于下链轮轴来说，所受扭矩波动仍然很小，可当成静载荷，校正系数取为=0.3最大当量弯矩22按照弯扭合成强度条件校核，轴上危险截面有弯矩Ma所对应的截面，记为a-a，有弯矩Mb所对应的截面，记为b-b，设这两截面上对应的轴径大小分别为da，db ，则由图5-4可知da=25mm，db =30mm 。在截面a-a上在截面b-b上显然截面b-b上应力更大，查阅相关资料得到静应力状态下的许用弯曲应力显然，因此下链轮轴的强度也符合工作要求。6.3 各种平键的强度校核设计中所用平键总共有5个，其规格分别为：记该种键为键A1；记该种键为键A2；记该种键为键A3。键A1、A2、A3有相似的外型，所受到的载荷均为静载荷，其校核公式为 (34)式中：为挤压应力，单位为MPa。键是标准件，查阅相关资料后将校核所需数据列表如下：表4 键的属性Table 4 Attributes of key名称规格数量/mmA123.3A223.3A312.8设A1、A2、A3所受载荷产生的应力分别为、。表5-1结合(1)式得键的材料选用优质碳素钢，查得静联接下的许用应力为(125150)MPa显然、均小于，因此所有的键也符合工作要求。6.4 M6型螺栓的强度校核M6型螺栓是用来联接机壳与机座的，主要是将机壳固定在机座上面，除了受到机壳自重产生的压力之外，还受到上料口、上料口中的物料、卸料口的自重产生的压力。设计中所选用的螺栓性能等级为8.8级，查得屈服极限为,静载荷下许用剪切力= 。设上料口容积为V，高为h，如图16。则工作时，假设上料口装满了油菜籽，设油菜籽质量为m，则前面已经求得机壳质量mk=70.9kg，卸料口质量mx=8.0kg，上料口质量ms=9.7kg，油菜籽质量m=41.1kg。则总质量M=mk+mx+ms+m=129.7kgM6型螺栓的数量为24个，记总外载荷为F，则平均每个螺栓所受剪力所以M6型螺栓也符合工作要求图16 上料口容积尺寸简图Fig16 Volume size diagram of feeding mouth6.5 深沟球轴承的当量载荷和寿命估算前面算得上链轮轴两边轴承的负载为441N，下链轮轴两边轴承的负载为269N，所选用的轴承为深沟球轴承，其代号为6305，查得基本额定动载荷Cr=22.2kN。 轴承负载为纯径向载荷，设工作的当量载荷为P，载荷波动很小.可当成静载荷来计算，取载荷系数fP=1，则上链轮轴上的滚动轴承当量载荷为P上=fPFr=441N上链轮轴上的滚动轴承额定寿命37839243h下链轮轴上的滚动轴承当量载荷为P下=fPFr=269N下链轮轴上的滚动轴承额定寿命166725246h7 结论 经过理论分析后，选择的上料方式是斗式提升，结合所学知识设计出上料机的具体结构后，进行了工作性能计算，计算证明：提升机能够在5分钟之内完成上料，提升高度达2.5m以上，输送速度为（3.894.74）L/s，关键零部件都满足工作要求。参考文献 1 Andrew gross. The global market for agricultural machinery and equipment J. Business Economics, 2007,42(4):66-732 王小爱，宁煜.农村小型上料机传动系统设计N.陕西科技大学学报，2009-3-26(11)3 李艾民，陈飞.新型上料机升降装置的设计J.起重运输机械，