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5XZ-3.0型重力式清選機下體設計
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- 5XZ-3.0型重力式清選機下體設計
摘要
隨著農業機械化的發展，農作物種子清選機械也日趨成熟，其中正壓式重力清選機發展最快最成熟。通過查閱大量文獻資料和現場實習，設計出5XZ-3.0型正壓式重力清選機，其生產率為3.0t/h。該機通過雙向傾斜且往復振動的工作臺和穿過工作臺面由下而上的氣流進行清選作業，適用于經過風篩式清選機、窩眼滾筒清選機等機具清選過的外形、尺寸較相似的種子分選。
該機具利用比重不同分離出發育不好、成熟不完全、受蟲害霉爛和已發芽的種子，以及與種子尺寸相近而質量有一定差異的夾雜物。
關鍵詞 正壓式 重力清選機 雙向傾斜 往復振動
Abstract
With the development of agricultural mechanization, the crops seed cleaner weapon is also getting more and more progressive, the positive pressure type gravity cleaner development is most common. Through the consult massive literature material and the workshop practice, designs the 5XZ-3.0 positive pressure type gravity cleaner, its productivity is 3.0t/h. This equipment to realize chooses the function clear, through can incline and vibrate the work table and passes through work floor air current from bottom to top to complete, it is suitable for the contour which the size similar seed separation passes through primary elects clear. The equipment used to separate different proportions of poor, immature, and has been subject to pests or germination of seeds ,and seed with similar size and quality of a certain difference of impurities.
Key word Positive pressure type Gravity cleaner
Two direction angles may adjust Reciprocating vibration
目錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1國內外發展情況 1
1.2結構特點與分類 3
1.2.1 結構特點 3
1.2.2 分類 3
1.3工作原理 4
1.3.1 重力分選原理 4
1.3.2 物料的分層化過程 5
1.4 應用范圍 8
第二章 無級變速部分的設計方案及選擇 9
第三章 設計計算 10
3.1 總體參數及運動參數的選擇 10
3.1.1 振動臺振動頻率的確定 10
3.2 所需風量與風壓的計算 13
3.2.1 風量的計算 13
3.2.2 風壓的計算 13
3.3 風機的設計 17
3.3.1 葉輪的設計 17
3.3.2 蝸殼的設計 19
3.4 傳動設計 23
3.4.1 無級變速器設計 23
3.4.2 軸承壽命校核 25
3.5 所需動力功率確定 26
3.5.1 振動臺功率確定 26
3.5.2 風機所需功率的確定 27
3.5.3 所需理論功率和實際功率 28
3.6 強度與剛度的設計與校核 28
3.6.1 驅動連桿的強度與剛度校核 28
3.6.2 壓桿穩定校核 31
3.6.3 無級變速軸的強度與剛度校核 32
3.6.4 無級變速器壓縮彈簧的計算 35
第四章 機器的調節、操作與維護 40
4.1 調節 40
4.2 操作 44
4.2.1 初步調整 44
4.2.2 分選開始后的調整 48
4.2.3提高分選能力 49
4.3 維護 50
4.3.1工作臺 50
4.3.2皮帶 51
4.3.3軸承 51
結論 52
致謝 53
參考文獻 54
附錄1 56
附錄2 60
第1章 緒論
1.1國內外發展狀況
隨著我國工業發展和農業機械的進步，我國重力清選機起步相對發達國家較晚但發展很快，國內重力式清選機的臺面結構主要有三角形臺面、矩形臺面和混合形臺面，生產效率從1.5T/h到5T/h。
在歐美發達國家，重力式清選機的生產能力從1t/h到15t/h，臺面結構從三角形臺面、矩形臺面到混合形臺面，氣流形式從負壓到正壓，已形成多種系列化重力式清選機，工藝精良、性能穩定、可靠性強、噪音相對較低。除傳統的機械調節外，已開發出液壓調節系統，操作更加靈敏。比較著名的生產廠家有丹麥WESTRUP公司，奧地利HEID公司、德國PETKUS公司、美國OLIVER公司、LMC公司。
從性能上看，無論是三角臺面還是矩形臺面振動平穩，風量在臺面上非均布且有規律分布，物料能很好地布滿整個臺面，種子分離效果明顯。
從結構上看，丹麥WESTRUP公司產品采用三角形臺面單風機正壓式結構，重雜清理效果較好；奧地利HEID公司的產品是多聯風機矩形臺面，雙質點平衡結構，無效振動和噪音小；德國PETKUS公司產品單風機矩形臺面；美國OLIVER公司產品三角形或矩形臺面，采用多聯離心風機，噪音略高但分選效果明顯，又開發出液壓調節裝置，操作靈活，適用于大型設備的操作，其小噸位產品采用混合型臺面（如316M型），尤其適合于蔬菜等小粒種子的清選，能耗及噪音適中；LMC公司的產品采用雙振動架平衡機構，清選效果適中，但總體結構龐大。CRIPPEN公司產品采用矩形臺面，多聯前彎曲多葉片風機，風機出風口有角度，噪音小[1]。
重力式清選機的發展方向：
1. 氣流系統的選擇：
重力式清選機有負壓式和正壓式兩種氣流配置形式，其中正壓式由單臺或多臺風機供風。其中負壓式供風類型以瑞士布勤（BUHLER）公司產品著稱（1980年前后河北正定縣在“四化一供”中安裝了布勒公司引進的3t/h種子加工成套設備，重力式清選機為MTLB-100型），種子清選效果理想，當時上海向明機械廠在消化吸收基礎上開發出5XZ-1.0和5XZ-2.5負壓重力式清選機，但由于能耗、噪音較大，振動不易平衡，操作不便，目前已逐步被淘汰。正壓式目前占據主導地位，由于單臺風機風量分布不勻或風量不足，目前大多采用正壓多聯風機結構，OLIVER公司產品設置導流板，HEID公司產品設置了高效多殿風機和非均布導風板，通過結構改進使氣流通道阻力小，風機效率增高。
2. 臺面的選擇：
種子在重力式清選機臺面上保持的時間越長，走過的距離越遠，種子分離和分選效果就越好。一般重力式清選機有三角形和矩形臺面兩種，工作原理相同，均有分層區和分離區。其主區別在于：輕、重種子由喂料口經工作臺到各自排出口的距離不同。重力式清選機工作時，三角形臺面上重種子（包括重雜）走過的路徑遠，矩形臺面上輕雜和中間混合料走過的路徑遠。
三角形臺面結構側重于除去種子中的重雜；矩形臺面結構側重于除去種子中的輕雜和生產效率，平衡性能好，有利于風機的布置；對于混合型臺面則性能適中。在大生產率和谷物種子清選中基本使用矩形臺面，但在小生產率，清除重雜為主的小子粒種子清選中仍使用三角形臺面。
3. 振動的選擇：
機械振動根據驅動方式不同可分為幾種，有電磁驅動、振動電機驅動、曲柄連桿機構驅動等。重力式清選機振動方式國內外應用最普遍的是曲柄連桿驅動方式，結構布置和參數調節較方便，能做到理想的平衡。HEID公司產品為自平衡振動機構，OLIVER公司產品則設計為附加的振動平衡架。
1.2結構特點與分類
1.2.1 結構特點
該機由振動臺、供風系統、振動無級變速機構、縱橫向角度調整機構等組成。振動臺篩面按分選作物品種的不同可選用不同目數的網孔尺寸。振動無級變速機構能改變篩面的振動頻率；供風系統完成籽粒分選時最佳流化狀態，控制臺面各點的風速成梯度完成籽粒分層；采用多風機系統使臺面風量分布合理，噪聲低。臺面縱橫向角度可調，滿足多種種子的分選要求。
1.2.2 分類
重力選可以從兩個方面來分類：
1. 按氣流形式可分為正壓式和負壓式。其中正壓式由單臺或多臺風機。其中負壓式供風類型，種子清選效果理想，但由于能耗、噪音較大，振動不易平衡，操作不便，目前已逐步被淘汰[1]。正壓式目前占據主導地位。
2. 按臺面形式可分為三角形臺面、矩形臺面和混合臺面。三角形臺面結構側重于除去種子中的重雜；矩形臺面結構側重于除去種子中的輕雜和生產效率，平衡性能好，有利于風機的布置；對于混合型臺面則性能適中。在大生產率和谷物種子清選中基本使用矩形臺面，但在小生產率，清除重雜為主的小子粒種子清選中仍使用三角形臺面[2]。
1.3工作原理
1.3.1 重力分選原理
傳統的風篩組合清選機依靠篩體的振動，輔以風力作用，使輕雜質吹出機外，重的雜質和尺寸大小不一的籽粒通過不同尺寸的篩孔進行清選分級，同時風力又有延長籽粒在篩面上的運動時間，達到更好的清選效果。
重力清選機的作用原理是在風力的作用下，使籽粒達到流化狀態，比重小的籽粒懸浮于重籽粒之上，籽粒之間的摩擦系數降低，重籽粒在風力作用下不脫離篩面，使其在篩體振動過程中依靠慣性力、摩擦力、風力、籽粒重力的共同作用下，達到比重小的籽粒與比重大的籽粒分離的目的。
1.3.2 物料的分層化過程
空氣用作分選標準介質，使分選物料層化。層化在空氣通過顆粒混合物時發生，顆粒由相對空氣的重復量不同而上升、下降。
圖1-1重力清選機斷面圖
如圖1-1，a表示風機正上方的重力分選機斷面。風機關閉時，顆粒混合物落到篩網工作臺上。b表示風機已開動并調整好，使得最重的顆粒停在工作臺的表面上，最輕的顆粒完全離開工作臺的表面。此時，正確的調整氣流非常關鍵，或者結果是c的情況，此時過多的氣流使全部顆粒都從分離表面上升起[3-5]。
圖1-2重力選工作臺理想狀態俯視圖
圖1-2表示重力選工作臺面作業中理想狀態的俯視圖。
與圖1-1中a所示相似的混合顆粒，從喂入裝置落到工作臺上。直接圍繞喂入口的區域稱為層化區，在此區域內工作臺的振動與氣流上升聯合作用下層化物料分為幾層，底部為較重的層，上部為較輕的層，如圖1-1中b所示。在物料層化后，分選作用即可發生。層化區域的大小取決于分選的難度及機器的加工能力。任何時候層化區域面積不能超過工作臺面的三分之一[2-4]。
分選愈困難，層化區就愈大。生產能力要求較高時，層化區域也要求較大[2-4]。
物料層化后，工作臺的振動作用開始推動與臺面接觸的較重層向臺面高邊方向移動。與此同時，較輕的物料層位于臺面的上層，不與振動的臺面接觸，飄浮著向臺面低邊方向移動。當物料從喂入端向工作臺的卸料端流動時，振動作用逐漸地將高方向的層化轉換成水平方向分選。當物料到達工作臺的卸料端時，分選的過程完成了。較重的物料應該集中于臺面的高邊，輕的應該集中在其低邊，而中等的物料則位于兩者之間。
應注意，圖1-2代表理想的狀態，這理想的狀態在理論上是最好的狀態，實際上很少發生。通常，層化區并沒有明顯的界限，當物料不完全層化時，分選的過程已經開始。因此，使物料分層化過程盡可能地快是至關重要的，否則，在分層化過程發生之前較輕的物料將被帶到工作臺的高邊。這最好的辦法就是使喂入端較卸料端有更大些的氣流。
許多分選過程中，好粒與輕料之間的差別不明顯，這時必須周期性地測試每次試驗中沿卸料端各點的重量，以確定分選是否正確。
從重力分選機卸料端排出的物料是以最重的顆粒到最輕的顆粒連續分產品。這連續的產品被分成三個部分：（1）重的，合格的產品；（2）輕的，不合格的產品；（3）少量的沒完全分選的中間產品。在分選含有沙子或其它重物料時，產品分出四部分，含有沙子及某些好顆粒物料部分可以進一步加工。
該機是以雙向傾斜、往復振動的工作臺和穿過工作臺面由下而上的氣流進行清選作業的清選機具。工作時，物料經進料口均勻連續喂入到工作臺面上，此時物料受到工作臺振動和穿過工作臺面由下向上氣流吹動的復合作用，即按比重不同進行分層，比重大的物料產生正偏析而下沉到被振動著的物料層底部，并逐漸移至尾部的出料口。比重小的物料，在物料上方漂浮，并沿著工作臺的傾斜方向流動至前方的輕物料出口，如此連續不斷地工作達到重力清選的目的[7]。
1.4 應用范圍
該機主要適用于玉米、小麥、水稻、大豆、高粱等作物種子及各種蔬菜種子清選和分級。對相同尺寸但比重有差別的顆粒進行分選（如尺寸相同的種子，其中較輕的顆粒是被蟲蝕或不成熟，可被分離）。可在加工線中配套使用，也可用于單機作業。 ...
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