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16 届毕业设计棉花堆垛机的设计学生姓名学 号所属学院专 业班 级指导老师 日 期 前 言棉花是关系国计民生的战略物资，也是仅次于粮食的第二大农作物。棉花是涉及农业和纺织工业两大产业的商品，是全国1亿多棉农收入的主要来源，是纺织工业的主要原料，也是广大人民的生活必须品，棉纱及棉布还是出口创汇的重要商品。棉花还可以用来制造轮胎等的帘线、火药以及作为医药用棉等。因此，棉花的生产、流通、加工和消费，与人民群众的生活和广大棉农的利益息息相关，对国民经济的发展也有着重要影响。2003年全国棉花总产量为496万吨，到2004年全国棉花总产量632万吨，到2005年全国棉花产量开始下降到2014年为650.5万吨。但也保持在较高的水平。棉花从生长成熟到纺成棉纱要经过一个复杂的运输过程和加工过程。提高棉花的运输效率，对于降低全过程的棉花加工成本有重要的经济意义。1）以前堆垛采用装载机，在安全上有很大的弊端，在搬运的过程中，装载机铲斗不可避免与地面磨擦，或碰到地面的石子，或碰到铁器，这都是着火的导火索。另外，装载机自身电器繁多，一旦某线路短路也会形成火花，导致火险,可能造成堆垛场失火造成安全事故和经济损失2)使用装载机搬运籽棉垛，在搬运的过程中，籽棉在地面上磨 擦，容易形成索丝，并且破坏棉纤维表面的腊质层，影响皮棉品质。装载机在推送籽棉的过程中，车轮不可避免要碾压到籽棉，将其中的棉籽压碎形成棉纤维疵点,在压力的作用下棉籽油粘附在纤维上，污染棉花。3)装载机只能从棉垛的边缘逐步进行堆放，一旦到位后，再也无法改变，其堆垛的高度只能达到4米左右，遇到籽棉场地不够时，无法再对棉垛进行加高。本课题重点研究怎样更好的处理籽棉的运输，减少对棉花质量的影响，并且增加堆放棉垛的灵活性，节省棉垛占地面积，减少或杜绝火灾等不利情况的发生。解决思路是设计一种气息式堆垛机原理是：利用风机的负压将籽棉吸到籽棉卸料器的尘笼上，籽棉从卸料器的闭流器掉下去后，经风机的正压吹出，在风管的作用下，根据需要堆成垛。关键词：离心式风机，气力式运输，闭流器。塔里木大学毕业设计目 录1.概述1籽棉堆垛机的研制意义1所涉及的问题在国内（外）研究现状及分析1国内外学者主要的研究方向52、风机的设计62.1风机在农业机械中应用及选型62.2 风机叶轮设计62.3 进气口的设计72.4 风机外壳的设计83、V带设计103.1.确定计算功率103.2 选择V带带型103.3.确定带轮基准直径103.4确定带的基准长度和传动中心距103.5计算预紧力114、电动机的选取134.1电动机类型和结构的选择134.2选择电动机容量134.3电动机转速的选择135、轴的设计15总 结17致 谢18参考文献19工程概况离心式棉花堆垛机的设计中应用了离心风机的正负压的作用，将棉花提升到4-5米高的棉花垛上，需要动力由132-s电机提供，风机采用6-23离心式物料运输式风机。着重研究动力传递和风机选型，利用风机的负压将地上的棉花吸入吸气管经过网格转子，在转子转动和重力的作用下进入闭流器，再跟随闭流器转动进入出气口，此时受到风机正压的风力作用，吹入上出气口，落到籽棉垛上。根据风机运用场合，选择出风机型号，得出风机安装尺寸。确定管道截面大小后，选择管道内径，再确定传动部分组件，完成整机设计1.概述籽棉堆垛机的研制意义棉花的加工工艺过程如下图，而籽棉堆垛机处理的就是第一步，人工的搬运不利于运输效率的提高。又会浪费大量的人力、物力，而且搬运工人的安全也得不到保障。因此研制一种高效的籽棉堆垛机。对于减轻的体力劳动，提高搬运效率，降低棉花总价工成本有重要意义。图（1-1）所涉及的问题在国内（外）研究现状及分析以前,很多企业认为自动化仓储系统是高技术,难以掌握,且故障率高,现在它的应用已经非常普遍,这一方面说明了人们认识的提高,另一方面也说明现在的系统和设备更实用。目前国内自己独立制造并投入正常生产运行的立体库高度已达22米,其堆垛机运行速度达到了105m/min.。技术、产品以及系统设计日益成熟。运用成熟的方法和工具,综合能力及实际经验是非常重要的。管理、监控和调度软件的开发环境、软件平台已经很成熟,图形用户界面、弹出式菜单、工具钮、快捷键、数据库和图形软件等工具为开发和操作者带来了极大的方便。运用CAD/CAM和数控等技术进行设备的加工制造。近些年,仓储物流技术飞速发展,人们对它的理解也不断加深,已经认识到物流系统设计的目标是提高整体效率和综合效益,其他工作应围绕这个中心目标展开。仓储系统是多种设备及技术的集成,仓储的范围也在向各方向延伸,如集成化管理、物品的来源(采购、外运或生产线等)、物料的去向(生产车间、运输、代理商或买主),成为连接产销和供需的重要环节。在技术方面向灵敏搬运、自动包装和柔性码垛延伸。仓储系统的设备配置更加合理,以便充分发挥各自的性能,提高整体效率,降低建设及使用成本,节省能源,提高管理效率。系统布局根据检验、配货、储存、发货、装运的不同要求进行不同的配置,这些都是以先进的设计工具、信息技术以及丰富的系统设计经验为基础的。美国的劳动力成本比较高,作为补偿必须采用自动化技术,提高技术革新的效率。机械电子技术的发展为仓库提高工作效率提供了可能和必要条件,叉车、自动搬运车(AMV)和托盘的合作作业使仓库从低层向高层立体化飞速发展。随着搬运机械的迅速发展,浓缩包装、散装包装袋的出现使节约劳力、节省通道的高层立体仓库数量明显增加。堆垛机刚问世时只有手动操作,为了驾驶方便司机室便伴随着堆垛机出现了,司机室是随载货台一同上下和前后移动的。在仓储技术发展到自动化阶段,由于手动操作、排除故障和维修的需要,在很多情况下仍保留了堆垛机司机室。目前在日本已出现了不随载货台移动的司机室,载货台和司机室分别由不同的驱动系统带动,这就解决了堆垛机在半空中发生故障时,维修人员必须爬上去修理和恢复的麻烦以及由此带来的安全问题,也使操作更灵活。在不需操作人员跟机操作时,司机室可停在下面,节省了能源。这种用法越来越多了。气力输送系统分类气力输送系统的分类方法有很多，如按照料气比分类、按照料气两相流体力学特征分类、按照料气两相运动特征分类、按照装置特征分类等。主要分类有以下两种:根据输送装置分类，其依据来自输送管道中空气压力状态:另一种是物料在管道中的流动状态分类，其依据相图、输送管道中气固流动状态、单位时间的输送量及料气比。(1).按输送装置特征,气力输送可以分为负压式、正压式及混合式三种。(a)负压输送负压输送系统是以输送系统末端的引风装置运转时形成负压与外界压力差为动力的。由于压力差的存在，外界空气被吸入管道，同时物料随空气的运动而被带入管道。到达终点后，物料从空气中被分离出来并收集，空气则经净化后排入大气或循环使用。负压输送系统多用于集中式输送，即多点向一点输送，如车间除尘、粮食入仓等。(b)正压输送正压输送是最早使用的气力输送系统，也是气力输送的最基本形式。正压输送是利用系统起点的风机向输送管道内通入压缩空气，利用管道起点与终点的压力差，使空气在管道内流动，并带动物料运动的。正压输送系统中，物料由供料装置送入输送系统，在输送终点，物料与空气分离。与负压气力输送系统相比，正压输送系统的输送距离较长。正压输送系统适于分散输送，即一点向多点输送，在输送管线中，物料可在任意卸料点依靠物料的重力与输送介质实现分离。(c)混和输送系统混和输送系统是在同一输送系统中将正压输送系统和负压输送系统联用的一种输送系统。混和输送系统结合了正压和负压输送系统的特点，因而可用于复杂的输送条件。(2)按照料气比，气力输送系统又可以分为稀相气力输送、浓相动压气力输送、浓相静压气力输送和筒式气力输送。(a)稀相气力输送稀相气力输送的特点在于输送系统内气流速度高，物料呈悬浮状态，空隙率大。物料的输送主要依靠气流速度的动能。稀相气力输送采用的速度通常为1240ms，料气质量比一般为15，最大不超过15。(b)浓相动压气力输送浓相动压气力输送的气流速度一般在815ms之间。浓相动压输送中物料在管内呈密集状态分布，依靠空气的动能来输送。这类气送装置有：高压压送、高真空吸送和流态化输送。浓相动压输送的料气比变化范围很大，高压压送与高真空吸送的料气比大致在1550之间，流动状态呈脉动集团流；而对于易充气的粉料，料气比高达200以上，呈流态化输送。(c)浓相静压气力输送浓相静压气力输送中物料密集而栓塞管道，依靠气流的静压来推送物料。浓相静压气力输送可分为柱流和栓流两种：柱流气力输送：密集物料连续地充塞管道内而形成料柱，料柱运动速度低，一般为02-一2ms，柱流气力输送仅适用于短距离输送。栓流气力输送：人为地把料柱预先切割成较短的料柱，输送时，气栓与料栓相间分开。栓流气力输送适用于中距离输送。(d)筒式气力输送筒式气力输送是预先将需要输送的物料装入传输筒或筒车内，利用空气的静压使传输筒或筒车在管道内滑行的输送方法，适用于既难于悬浮，而又无法成栓的成件货物的输送，如火车上单据、文件的输送，邮局中信件的输送等。 气力输送的特点（1）优点由于气力输送的输送介质(一般为空气)在多数情况下到终点后即排入大气，没有回程，因此与其它输送技术相比具有以下优点：(a)管道路线灵活，占地面积最小。可根据空间条件合理设计管道路线布局，不受场地和空间限制；(b)不污染环境，也不受环境污染。由于被输送物料全部通过管道输送，与外界隔离，因此不会对外界环境造成污染，尤其是负压输送系统；物料不受环境的影响，特别是对于化学不稳定物料，可采用惰性气体作为输送介质实现物料的气力输送；(c)输送效率和自动化程度高。由于输送系统中没有机械传动环节，因此不需要专人操作；(d)可输送距离长。可以通过分级输送或采用混和输送的方法延长管道输送距离；(e)输送过程中可以通过定量分流来实现各工艺过程直接的衔接。（2）缺点(a)与其他散状固体物料输送设备相比，气力输送系统动力消耗较大，特别是稀相气力输送系统。(b)使用受到限制。气力输送系统只能用于输送干燥、无磨琢性、有时还需要能自由流动的物料。如果成品不允许破碎，则脆性的、易于碎裂的物料不宜采用稀相气力输送。除非是特殊设计，否则易吸潮、结块的物料也不宜采用气力输送系统。易氧化的物料不宜用空气输送，但可以采用带有气体循环返回的惰性气体来代替空气；(c)输送距离受到限制。至目前为止，气力输送系统只能用于比较短的输送距离，一般小于3000m，对较粘的物料则更短，例如炭黑，目前其输送距离在2000m以内；(d)物料特性如堆积密度、粒度、粒子强度、休止角、磨琢性等的微小变化，都能造成操作上的困难；(e)易磨损、易堵塞、高能耗国内外学者主要的研究方向可以归纳为以下四个方面：其一，从整体性能角度设计堆垛机方案。结合巷道堆垛机特点，对有轨堆垛机整机设计进行研究，对几种堆垛机方案进行比较给出单双立柱堆垛机的设计方案等。其二，研究堆垛机结构设计为主。以巷道堆垛机结构为分析对象，研究堆垛机各种运动，堆垛机结构的状态；对有轨堆垛机的水平机构进行研究，提出了载重 0.21t、立柱高度 1020m 的堆垛机系列设计和设计方法；从堆垛机结构计算角度研究了堆垛机外载荷、内部受力、刚度、强度等计算方法和步骤。其三，研究堆垛机控制系统技术。论述堆垛机控制系统工作原理等，并着重分析堆垛机速度精度控制和给出了 PLC 系统控制流程图；从应用 PLC 的角度阐述了堆垛机控制系统工作原理，以激光测距技术作为巷道堆垛机的认址检测手段，开发并应用变频器无级调速闭环控制方式，提出一种新型巷道堆垛机高速运行的控制方法。其四，充分利用先进的计算机软件对堆垛机进行计算分析、运动仿真。利用三维实体软件建立堆垛机实体模型，然后导入分析软件对堆垛机性能进行仿真分析。2、风机的设计2.1风机在农业机械中应用及选型因农业机械对于风机一般都有不同的要求，与国家标准系列的风机在风压、风量等参数上有可能不一样，因此为适应农业机械的应用条件，需对风机进行设计计算。农业机械上的离心风机应用较多，其类型分为通用型和清粮型。通用型一般为单面进风，叶片宽度较窄，采用涡型外壳，效率较高。农业机械上大多为中压及高压风机，用于播种、植保、输送及烘干等机械上。棉花在吹送至高处的过程中，需要的风量、风压较大，为了较好的满足棉花的运输要求，综合考虑其他因素，本采摘装置上的吹送风机采用通用型离心式风机。2.2 风机叶轮设计叶轮是离心风机的心脏部分，它的尺寸和几何形状对风机的特性有着重大的影响，离心通风机的叶轮一般由前盘、后盘、叶片和轴盘等组成，其结构有挥接和铆接两种形式。 比转数 风机类型 1565 前向叶轮离心风机 2090 后向叶轮离心风机 1836 轴流式风机 1015 罗茨风机或其他回转风机表2-1 比转速风机类型 (1)比转数 （2-1）n风机转速，r/min。=；参考表格，根据经验，选用后向叶轮离心式分机。 (2)压力系数 根据经验，压力系数=0.71.5，选择=1.4。 （2-2）叶轮圆周速度，m/s。m/s （2-3）叶轮外径，mm；代入数值得。（3）流量系数 = （2-4）代入数值得；(4)叶轮内径；2.3 进气口的设计进气口一般锥形比圆筒形要好，弧形比锥形要好，组合形式比非组合形式要好，锥弧形进气口的祸流区最小，此外还应注意叶轮入口的间隙型式、套口间隙比对口间隙形式好。由于农业机械上对离心风机的要求不是很高，本文中采用圆筒形进气口，便于制造加工。a圆筒形 b圆锥形 c弧形 d锥筒形 e弧筒形 f锥弧形图2-2 离心风机进气形状2.4 风机外壳的设计风机外壳的作用是将离开叶轮的气体集中、导流，并将气体的部分动能扩压转变为静压。通用型风机的外壳分为圆筒形外壳和一般用涡壳，圆筒形外壳结构简单，外廓尺寸小，制造容易，但是损失较大，气流出口速度不均匀，而一般用蜗壳则具有较好的导流作用，损失相对较小，效率高。目前离心通风机普遍采用矩形涡壳，优点是工艺简单适于焊接。本文中风机锅壳外形能选择为对数螺线型。叶片数量参照下表采用13叶片叶片形式推荐叶片数Z叶片形式推荐叶片数Z强后弯叶片8-10径向出口工业废气或废料输送5-10后弯机翼叶片8-12前弯叶片高压鼓风机12-16一般后弯叶片12-16一般前弯叶片16-23径向出口高压鼓风机10-20强前弯多翼叶轮32-64表（2-2）图2-3图2-4闭流器设计籽棉吸入大机壳后，由于重力落入闭流器，闭流器旋转转子，使落入底部的风机出口，将棉花吹上一定高度的棉花垛上。173、V带设计3.1.确定计算功率 （3-1）式中：-计算功率，单位为kW p-传递的额定功率，单位为kW由机械设计手册查得工作情况系数为KA=1.3， =1361=793kW3.2 选择V带带型 根据和由机械设计手册确定选用A型V带。3.3.确定带轮基准直径由机械设计手册取主动轮的基准直径=90mm根据公式计算得从动轮的基准直径=1.06200=280mm验算带的速度 （3-2） （3-3） 故带速符合设计要求。3.4确定带的基准长度和传动中心距据，初步确定中心距a0=550mm。皮带基准长度计算 （3-4）由机械设计手册选带的基准长度Ld=1750mm皮带实际中心距计算a=550+15.5=515.5mm3.5计算预紧力查机械设计手册得：故: 带传动特点是： （1）传送带具有良好的挠性和弹性，可以吸收振动以及缓和冲击，从而使传动平稳、噪音小； （2）在过载时，传送带与带轮之间可以发生相互滑动，打滑虽使传动失效，但可防止破坏其他零件，从而起到保护作用； （3）适合于主动轴、从动轴之间中心距比较大的传动； （4）其结构简单，制造、安装和维护都比较方便，成本低廉。带传动的缺点： （1）由于存在弹性滑动的，所以不能保证固定不变的传动比； （2）传动的外廓尺寸较大； （3）由于要施加张紧力，所以就会产生较大的压轴力，使轴和轴所承受的力比较大。 （4）效率偏低， （5）造成寿命较短。通常，带传动适用于中小功率的传动。目前V带传动应用最广，一般带速为v为5m/s到25m/s,传动比i小于等于7，传动效率0.90至0.95。带传动的受力分析 (3-5)图2-1 带传动的受力情况两边拉力之差称为带传动的有效拉力，也就是带所传递的圆周力F。即 (3-6)圆周力F(N)、带速v（m/s）和传递功率P(kW)之间的关系为 (3-7)若带所需传递的圆周力超过带与轮面之间的极限摩擦力总和时，带与带轮将发生显著的相对滑动，这种想象称为打滑。经常出现打滑将使带的磨损加剧、传动效率降低，以致使传动失效。4、电动机的选取4.1电动机类型和结构的选择本装置的工作状况：工作机负载启动，有轻微震动，单向运转，使用期限10年，工作环境温度适宜，较干燥，按工作条件选用三相笼形异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y型。4.2选择电动机容量电动机所需的工作功率为： （4-1） 工作机所需工作功率，kW； 由电动机至工作机主动端运输带的总效率。 （4-2） T-工作机阻力矩，； n-工作时闭流器的转速，r/min。阻力矩等于阻力与阻力作用点到转轴的垂直距离之积，约合1200N，作用力到转轴的的距离为200mm，因此，工作机的阻力矩为240。工作机在转速30r/min时，工作效率较好。 （4-3）取=0.98（滚子承轴），=0.974.3电动机转速的选择n=75/min二级减速器传动比i=6，故电机转速可选范围240r/min-1200r/min，符合这一范围的同步转速为：750r/min、1000r/min，根据容量和转速，由机械设计课程设计手册查出的电动机型号，因此由以下两种选择方案 ： 表4-1电动机数据方案电动机型号额定功率kW同步转速满载转速电动机重量1Y90L-61.11000910252Y132S2.275071063本参考比价仅供参考，表中数值为相对值。查机械设计课程设计手册P170表126。综合考虑电动机和传动装置的尺寸，质量，价格以及传动比，可见第二种方案比较合适，因此选定电动机的型号是Y132s型。风机用电机功率要求较大，需要高转速，选用132s-2的3000r/min电机塔里木大学毕业设计5、轴的设计 （1）轴的结构设计就是使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。 其主要要求是：轴应该便于加工。轴上零件要容易装拆（制造安装的要求）。轴和轴上零件需要有准确的工作位置（定位）。各零件需要牢固而可靠地相对固定（固定）。改善其受力状况，减小应力集中。如上图从左到右依次为： 与大带轮配合的轴 取 为动力部分，过轴肩 取 取 由于使用的轴承为深沟球轴承GB/T276-94查机械设计手册表6-1得b=16mmS为滚动轴承内侧与箱体的距离，s=310mm，取s=5mm 为端面距箱体外壁的距离，=520mm，取=17mm 由于使用的轴承为深沟球轴承GB/T276-94查机械设计手册得b=16mm，S为滚动轴承内侧与箱体的距离，s=310mm，取s=3mm，为端面距箱体外壁的距离，取=4mm （2）轴上零件的周向定位。周向定位均采用平键连接。按由机械设计教材p53表4-1查得键截面，键槽用键槽铣刀加工，长为12mm。滚动轴承与轴的周向定位是通过过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6 （3）确定轴上圆角和倒角尺寸。参考机械设计教材P16表1-27，由于 取轴端倒角为，各轴肩处的圆角半径见轴的俯视图上标注。 22总 结此次设计的任务是完成棉花堆垛机机的设计。这是我们在大学期间所进行的一次非常全面的设计，为自己在大学四年所学习知识的全面总结和巩固，使我们初步了解和掌握做设计的基本步骤、基本方法，通过本环节把我们在大学期间所学课程中所获得的理论知识在设计实践中加以综合运用，把大学四年来所学的知识贯穿起来，使理论知识和生产实践密切的结合起来，为我将来的实际工作打下了坚实的基础。这是一个非常全面而系统的设计题目，非常锻炼人。从方案的论证到最终的设计，涉及的领域包括：机械制图，机械原理，工程材料，机械设计等等。通过设计实践，提高我计算、制图能力；使我们能熟练地应用有关参考资料、计算图表、手册、图集、规
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