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5XZ-3.0型重力式清选机下体设计
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- 5XZ-3.0型重力式清选机下体设计
摘要
随着农业机械化的发展，农作物种子清选机械也日趋成熟，其中正压式重力清选机发展最快最成熟。通过查阅大量文献资料和现场实习，设计出5XZ-3.0型正压式重力清选机，其生产率为3.0t/h。该机通过双向倾斜且往复振动的工作台和穿过工作台面由下而上的气流进行清选作业，适用于经过风筛式清选机、窝眼滚筒清选机等机具清选过的外形、尺寸较相似的种子分选。
该机具利用比重不同分离出发育不好、成熟不完全、受虫害霉烂和已发芽的种子，以及与种子尺寸相近而质量有一定差异的夹杂物。
关键词 正压式 重力清选机 双向倾斜 往复振动
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
目录
摘要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1国内外发展情况 1
1.2结构特点与分类 3
1.2.1 结构特点 3
1.2.2 分类 3
1.3工作原理 4
1.3.1 重力分选原理 4
1.3.2 物料的分层化过程 5
1.4 应用范围 8
第二章 无级变速部分的设计方案及选择 9
第三章 设计计算 10
3.1 总体参数及运动参数的选择 10
3.1.1 振动台振动频率的确定 10
3.2 所需风量与风压的计算 13
3.2.1 风量的计算 13
3.2.2 风压的计算 13
3.3 风机的设计 17
3.3.1 叶轮的设计 17
3.3.2 蜗壳的设计 19
3.4 传动设计 23
3.4.1 无级变速器设计 23
3.4.2 轴承寿命校核 25
3.5 所需动力功率确定 26
3.5.1 振动台功率确定 26
3.5.2 风机所需功率的确定 27
3.5.3 所需理论功率和实际功率 28
3.6 强度与刚度的设计与校核 28
3.6.1 驱动连杆的强度与刚度校核 28
3.6.2 压杆稳定校核 31
3.6.3 无级变速轴的强度与刚度校核 32
3.6.4 无级变速器压缩弹簧的计算 35
第四章 机器的调节、操作与维护 40
4.1 调节 40
4.2 操作 44
4.2.1 初步调整 44
4.2.2 分选开始后的调整 48
4.2.3提高分选能力 49
4.3 维护 50
4.3.1工作台 50
4.3.2皮带 51
4.3.3轴承 51
结论 52
致谢 53
参考文献 54
附录1 56
附录2 60
第1章 绪论
1.1国内外发展状况
随着我国工业发展和农业机械的进步，我国重力清选机起步相对发达国家较晚但发展很快，国内重力式清选机的台面结构主要有三角形台面、矩形台面和混合形台面，生产效率从1.5T/h到5T/h。
在欧美发达国家，重力式清选机的生产能力从1t/h到15t/h，台面结构从三角形台面、矩形台面到混合形台面，气流形式从负压到正压，已形成多种系列化重力式清选机，工艺精良、性能稳定、可靠性强、噪音相对较低。除传统的机械调节外，已开发出液压调节系统，操作更加灵敏。比较著名的生产厂家有丹麦WESTRUP公司，奥地利HEID公司、德国PETKUS公司、美国OLIVER公司、LMC公司。
从性能上看，无论是三角台面还是矩形台面振动平稳，风量在台面上非均布且有规律分布，物料能很好地布满整个台面，种子分离效果明显。
从结构上看，丹麦WESTRUP公司产品采用三角形台面单风机正压式结构，重杂清理效果较好；奥地利HEID公司的产品是多联风机矩形台面，双质点平衡结构，无效振动和噪音小；德国PETKUS公司产品单风机矩形台面；美国OLIVER公司产品三角形或矩形台面，采用多联离心风机，噪音略高但分选效果明显，又开发出液压调节装置，操作灵活，适用于大型设备的操作，其小吨位产品采用混合型台面（如316M型），尤其适合于蔬菜等小粒种子的清选，能耗及噪音适中；LMC公司的产品采用双振动架平衡机构，清选效果适中，但总体结构庞大。CRIPPEN公司产品采用矩形台面，多联前弯曲多叶片风机，风机出风口有角度，噪音小[1]。
重力式清选机的发展方向：
1. 气流系统的选择：
重力式清选机有负压式和正压式两种气流配置形式，其中正压式由单台或多台风机供风。其中负压式供风类型以瑞士布勤（BUHLER）公司产品著称（1980年前后河北正定县在“四化一供”中安装了布勒公司引进的3t/h种子加工成套设备，重力式清选机为MTLB-100型），种子清选效果理想，当时上海向明机械厂在消化吸收基础上开发出5XZ-1.0和5XZ-2.5负压重力式清选机，但由于能耗、噪音较大，振动不易平衡，操作不便，目前已逐步被淘汰。正压式目前占据主导地位，由于单台风机风量分布不匀或风量不足，目前大多采用正压多联风机结构，OLIVER公司产品设置导流板，HEID公司产品设置了高效多殿风机和非均布导风板，通过结构改进使气流通道阻力小，风机效率增高。
2. 台面的选择：
种子在重力式清选机台面上保持的时间越长，走过的距离越远，种子分离和分选效果就越好。一般重力式清选机有三角形和矩形台面两种，工作原理相同，均有分层区和分离区。其主区别在于：轻、重种子由喂料口经工作台到各自排出口的距离不同。重力式清选机工作时，三角形台面上重种子（包括重杂）走过的路径远，矩形台面上轻杂和中间混合料走过的路径远。
三角形台面结构侧重于除去种子中的重杂；矩形台面结构侧重于除去种子中的轻杂和生产效率，平衡性能好，有利于风机的布置；对于混合型台面则性能适中。在大生产率和谷物种子清选中基本使用矩形台面，但在小生产率，清除重杂为主的小子粒种子清选中仍使用三角形台面。
3. 振动的选择：
机械振动根据驱动方式不同可分为几种，有电磁驱动、振动电机驱动、曲柄连杆机构驱动等。重力式清选机振动方式国内外应用最普遍的是曲柄连杆驱动方式，结构布置和参数调节较方便，能做到理想的平衡。HEID公司产品为自平衡振动机构，OLIVER公司产品则设计为附加的振动平衡架。
1.2结构特点与分类
1.2.1 结构特点
该机由振动台、供风系统、振动无级变速机构、纵横向角度调整机构等组成。振动台筛面按分选作物品种的不同可选用不同目数的网孔尺寸。振动无级变速机构能改变筛面的振动频率；供风系统完成籽粒分选时最佳流化状态，控制台面各点的风速成梯度完成籽粒分层；采用多风机系统使台面风量分布合理，噪声低。台面纵横向角度可调，满足多种种子的分选要求。
1.2.2 分类
重力选可以从两个方面来分类：
1. 按气流形式可分为正压式和负压式。其中正压式由单台或多台风机。其中负压式供风类型，种子清选效果理想，但由于能耗、噪音较大，振动不易平衡，操作不便，目前已逐步被淘汰[1]。正压式目前占据主导地位。
2. 按台面形式可分为三角形台面、矩形台面和混合台面。三角形台面结构侧重于除去种子中的重杂；矩形台面结构侧重于除去种子中的轻杂和生产效率，平衡性能好，有利于风机的布置；对于混合型台面则性能适中。在大生产率和谷物种子清选中基本使用矩形台面，但在小生产率，清除重杂为主的小子粒种子清选中仍使用三角形台面[2]。
1.3工作原理
1.3.1 重力分选原理
传统的风筛组合清选机依靠筛体的振动，辅以风力作用，使轻杂质吹出机外，重的杂质和尺寸大小不一的籽粒通过不同尺寸的筛孔进行清选分级，同时风力又有延长籽粒在筛面上的运动时间，达到更好的清选效果。
重力清选机的作用原理是在风力的作用下，使籽粒达到流化状态，比重小的籽粒悬浮于重籽粒之上，籽粒之间的摩擦系数降低，重籽粒在风力作用下不脱离筛面，使其在筛体振动过程中依靠惯性力、摩擦力、风力、籽粒重力的共同作用下，达到比重小的籽粒与比重大的籽粒分离的目的。
1.3.2 物料的分层化过程
空气用作分选标准介质，使分选物料层化。层化在空气通过颗粒混合物时发生，颗粒由相对空气的重复量不同而上升、下降。
图1-1重力清选机断面图
如图1-1，a表示风机正上方的重力分选机断面。风机关闭时，颗粒混合物落到筛网工作台上。b表示风机已开动并调整好，使得最重的颗粒停在工作台的表面上，最轻的颗粒完全离开工作台的表面。此时，正确的调整气流非常关键，或者结果是c的情况，此时过多的气流使全部颗粒都从分离表面上升起[3-5]。
图1-2重力选工作台理想状态俯视图
图1-2表示重力选工作台面作业中理想状态的俯视图。
与图1-1中a所示相似的混合颗粒，从喂入装置落到工作台上。直接围绕喂入口的区域称为层化区，在此区域内工作台的振动与气流上升联合作用下层化物料分为几层，底部为较重的层，上部为较轻的层，如图1-1中b所示。在物料层化后，分选作用即可发生。层化区域的大小取决于分选的难度及机器的加工能力。任何时候层化区域面积不能超过工作台面的三分之一[2-4]。
分选愈困难，层化区就愈大。生产能力要求较高时，层化区域也要求较大[2-4]。
物料层化后，工作台的振动作用开始推动与台面接触的较重层向台面高边方向移动。与此同时，较轻的物料层位于台面的上层，不与振动的台面接触，飘浮着向台面低边方向移动。当物料从喂入端向工作台的卸料端流动时，振动作用逐渐地将高方向的层化转换成水平方向分选。当物料到达工作台的卸料端时，分选的过程完成了。较重的物料应该集中于台面的高边，轻的应该集中在其低边，而中等的物料则位于两者之间。
应注意，图1-2代表理想的状态，这理想的状态在理论上是最好的状态，实际上很少发生。通常，层化区并没有明显的界限，当物料不完全层化时，分选的过程已经开始。因此，使物料分层化过程尽可能地快是至关重要的，否则，在分层化过程发生之前较轻的物料将被带到工作台的高边。这最好的办法就是使喂入端较卸料端有更大些的气流。
许多分选过程中，好粒与轻料之间的差别不明显，这时必须周期性地测试每次试验中沿卸料端各点的重量，以确定分选是否正确。
从重力分选机卸料端排出的物料是以最重的颗粒到最轻的颗粒连续分产品。这连续的产品被分成三个部分：（1）重的，合格的产品；（2）轻的，不合格的产品；（3）少量的没完全分选的中间产品。在分选含有沙子或其它重物料时，产品分出四部分，含有沙子及某些好颗粒物料部分可以进一步加工。
该机是以双向倾斜、往复振动的工作台和穿过工作台面由下而上的气流进行清选作业的清选机具。工作时，物料经进料口均匀连续喂入到工作台面上，此时物料受到工作台振动和穿过工作台面由下向上气流吹动的复合作用，即按比重不同进行分层，比重大的物料产生正偏析而下沉到被振动着的物料层底部，并逐渐移至尾部的出料口。比重小的物料，在物料上方漂浮，并沿着工作台的倾斜方向流动至前方的轻物料出口，如此连续不断地工作达到重力清选的目的[7]。
1.4 应用范围
该机主要适用于玉米、小麦、水稻、大豆、高粱等作物种子及各种蔬菜种子清选和分级。对相同尺寸但比重有差别的颗粒进行分选（如尺寸相同的种子，其中较轻的颗粒是被虫蚀或不成熟，可被分离）。可在加工线中配套使用，也可用于单机作业。 ...
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