制种玉米脱粒装置的设计大学论文Word下载.docx
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针对上述情况,以打击和揉搓原理相结合的新型玉米脱粒装置有更广阔的市场前景。
脱粒钉齿和栅格凹板相作用的打击力,以及板齿和栅格凹板相作用的揉搓力,两者相结合使玉米穗脱粒效率提高。
本文将对该复合式制种玉米脱粒装置的基本技术参数给予确定,就该机型的特点进行分析。
二、制种玉米脱粒装置的总体设计
1、研究内容
本装置主要研究制种玉米脱粒机工作的脱粒过程,部分部件的设计,使其更好的配合其它部件,使整个机器达到最优状态,使效率达到最高。
本次设计的制种玉米脱粒脱粒装置主要机构有:
动力装置、传动机构、机架、入料口、脱粒滚筒、带冠板齿、脱粒钉齿、栅格凹版、间隙调节控制装置等。
2、工作原理
该脱粒工艺是仿生技术的一种应用,模仿人工用手搓玉米的动作。
在脱粒区内,滚筒轴上的带冠板齿、脱粒钉齿拨动果穗沿栅格凹板作圆周运动,由于带冠板齿、脱粒钉齿按螺旋线排列,且与滚筒轴心成一定的夹角,所以同时也可将玉米穗向排芯口推动,使玉米穗的运轨迹为螺旋线。
带冠板齿如同人工用竹签子(人工脱玉米籽粒的工具),先将玉米果穗上的局部籽粒搓掉,以便后面挤搓顺利。
脱粒钉齿为锥形,通过对玉米穗的柔性撞击,将玉果穗上的籽粒挤掉,栅格凹板则便于玉米穗在滚筒内的揉搓,在工作状态时玉米穗充满滚筒内部。
板齿拨动玉米穗时有一定的轴向力,玉米穗与栅格凹板做相对运动,包括滑动和滚动,从而达到脱粒的效果。
玉米穗之间也受到一定压力的作用下进行充分挤搓,使得玉米穗各个部位都受到揉搓的作用,从而使籽粒脱净。
3、工作过程
通过螺旋输送装置,控制入料进入量将玉米穗从入料口进入脱粒滚筒,由于滚筒板齿为螺旋线排列,通过旋转对玉米穗施加轴向力,推动玉米向排芯轮方向运动排出滚筒,出芯轮旋转将玉米芯推出机器。
在此过程中玉米穗与栅格凹板、玉米穗与钉齿、玉米穗之间进行充分揉搓,籽粒被揉搓下来;
脱下来的籽粒穿过栅格凹板分离出来,完成整个脱离过程。
4、主要机构
4、1传动部分
传动部分主要由动力源、V带轮、搅龙、板齿等组成。
动力源负责提供整个装置的动力输出,V带轮负责将动力转换为适合脱粒部分使用的动力;
搅龙负责将进入入料口的制种玉米送到脱离区;
板齿在负责脱粒的同时,也进行着玉米在脱粒部分的传动。
4、2入料口及脱粒滚筒上盖
入料口是将制种玉米填入玉米脱粒机机体内的一个途径,作用在于通过入料口可以将玉米顺利地填入机体内,保证脱粒钉齿能在切向上对玉米施加打击力,从而使玉米籽粒脱离玉米芯,并能在板齿滚筒轴向力的作用下进入脱粒滚筒内部,实现揉搓脱粒的效果,因此,玉米脱粒装置的入料口的设计,关系到玉米脱粒机的工作质量。
本装置将制种玉米脱粒装置的入料口安装在脱粒滚筒的上盖箱上,入料口采用铁皮、铁板和型钢制成。
脱粒滚筒的上盖的两端部位、入料口的两侧及中间部位,均采用型钢加固。
其连接的方式采用焊接,可以提高制种玉米脱粒装置的上盖的刚度,不宜变形,同样也有支撑作用。
脱粒滚筒的上盖整体焊接两个角铁上,其目的是便于与机架安装,将脱粒机上盖的缘地脚与角铁焊接相连。
脱粒滚筒整体整体要用铁皮覆盖,防止作业过程中又物体飞溅产生危险。
4、3脱粒部分
脱粒部分主要是由脱粒滚筒、带冠板齿、脱粒钉齿、栅格凹板、调节机构、脱粒机上盖组成。
玉米穗在滚筒和栅格式凹板之间进行脱粒,玉米进入脱粒区,带冠板齿先局部脱粒,再通过脱粒钉齿与玉米穗之间的打击力使部分籽粒脱落,由于带冠板齿采取螺旋排列,带冠板齿对玉米芯有轴向的推动力,脱掉部分籽粒的玉米穗在滚筒中不但与栅格凹板摩擦,并且玉米穗之间也进行揉搓作用,打击和揉搓相互作用,是籽粒完全脱落。
脱粒滚筒是玉米脱粒装置的主要脱粒部件,它的设计关系到玉米脱粒机质量的好坏,直接关系到玉米脱粒机正常工作时整体的脱粒效果以及脱粒后将玉米粒和玉米芯分离的情况,它的功能是采用脱粒滚筒上的带冠钉齿,脱粒钉齿、均匀快速的转动,工作时将玉米填入脱粒装置中,主轴的转动带动固定在钉齿滚筒上的钉齿,钉齿的顶端以一定的速度去对玉米进行脱粒(将玉米进行强行脱粒)。
玉米在经过钉齿的快速旋转下脱粒,带冠板齿承螺旋排列,目的在于将玉米芯顺着钉齿的螺旋排列排出机体之外,同时,每一排板齿上的带冠板尺同样在进行脱粒,以便达到有较高的脱粒率。
玉米脱粒装置的主要功能是脱粒,而钉齿滚筒在工作中起到了重要作用,因此,脱粒滚筒的设计是脱粒机的设计的主要部件。
栅格凹板有两个作用:
一是与带冠板齿配合实现对玉米穗的打击和揉搓作用;
二是起到筛选的作用,能够将已脱下的玉米粒从栅格式凹版的栅格中漏下,而玉米芯借助于滚筒上的螺旋排列的钉齿的轴向推力和螺旋导向作用,由入料口的另一端(即出料口)排出机体之外。
脱粒机上盖已经在前面介绍过。
4、4控制部分
控制部分主要分栅格凹版调节装置和出料口搅龙控制机构。
栅格凹版调节可通过调节栅格凹版的间隙使其适用于湿度不同的制种玉米,增加使用范围。
出料搅龙则是控制出料口,让玉米能够在脱粒部分脱粒干净,提高制种玉米的脱净率。
4、5机架部分
机架是由左机架、右机架、出料口、及稳定结实的主机梁组成,机架是玉米脱粒装置的主要支撑,承担着脱粒机的主要重量和动力、负载和力矩,因此它的设计是许强不弱的部分,主要是根据实际的安装各部件位置的需要,选取最佳尺寸就可以。
两部分要各自稳定,而且相对固定,以便做到机械在运转过程中不会产生晃动、歪斜,造成人身危险,因此为了机架的坚固,此脱粒装置的设计采用钢板、角铁和方钢制成。
4、6总体设计
根据《脱粒机》一书的介绍,有关5TXS—6型玉米脱粒机的相关设计的参考数据:
脱粒机主轴为580~680
栅格式凹板的直径为430
凹板的长度为805
在主轴滚筒上设有四排脱粒齿,总12个钉齿、20个板齿呈螺旋均匀安装,以便玉米芯随螺旋作用排出机体之外
钉齿滚筒的直径为300mm
滚筒上的钉齿长度为41.8
三、制种玉米脱粒装置零部件的设计
1、脱粒滚筒的设计
1、1滚筒转速
由于本次设计的脱离滚筒兼用揉搓和打击原理,与传统打击式玉米脱粒机相比,其线速度一般相对要低。
玉米脱粒机滚筒的线速度一般为6~12m/s。
滚筒的线速度不能过高,否则损坏玉米籽粒,但也不能过低,否则会影响生产率。
由公式得
n=60V/πD(r/min)(3-1)
式中D—滚筒顶齿圆的直径(mm);
V—滚筒的板齿圆的线速度(m/s)
由农业机械设计手册可知,滚筒转速为600~900r/min
1、2滚筒直径
滚筒直径由凹板直径决定,并且应比凹板直径小90~100mm。
由《农业机械学》查得,板齿滚筒的齿顶圆直径为300~600mm。
即:
脱粒滚筒直径d=300mm
1、3滚筒长度
滚筒的有效长度为L=a(ZK-1)+2Δl(3-2)
式中a—齿迹距;
Z—总齿数;
K—齿头数;
Δl—板齿到齿杆断部的距离,一般为15~20mm。
L=800mm
2、脱粒齿的设计
脱粒齿是玉米脱粒机的主要工作部件,它在工作时直接与玉米相接触,而且它的接触频率很高,尤其是在入料口的部位,这个部位的钉齿摩擦的相当的频繁,因此,在设计钉齿时应当考虑到钉齿的工作强度和工作环境等问题,这里采用了《脱粒机》一书所建议的45钢。
2、1带冠板齿的设计
带冠板齿的作用是先进行玉米穗的局部脱粒,同时拨动玉米穗沿凹板做复杂运动,通过对玉米籽粒与板齿、凹版的撞击和玉米之间的相互搓擦,使得籽粒脱离玉米芯,并且推动玉米穗向排芯口方向移动,排出脱粒滚筒。
由于带冠板齿提前对玉米穗进行了局部脱粒,并且为玉米穗在脱粒区域内的螺旋转动提供了动力,提高了制种玉米的脱粒效率。
板齿宽度:
板齿应设计的比较宽,根据机器大小一般范围为60-120mm,目的是工作时与玉米穗接触面较大,避免接触点较小,产生对玉米穗的局部压力集中,损伤玉米籽粒。
B=100mm
板齿高度:
板齿高度=(滚筒直径-滚筒轴径)/2
h=41.8mm
板齿安装:
板齿按一定间距、规律排列,与轴线成72角度螺旋安装。
2、2脱粒钉齿的设计
脱粒钉齿的作用是进行玉米穗的全面脱粒,同时拨动玉米穗沿凹板做复杂运动,通过对玉米籽粒的打击与板齿、凹版的撞击和玉米之间的相互搓擦,使得籽粒脱离玉米芯,并且推动玉米穗向排芯口方向移动,排出脱离滚筒。
由于脱粒钉齿为柔性脱粒齿,避免了因打击力过大造成的大量制种玉米粒破损,降低了制种玉米脱粒装置的破损率。
钉齿宽度:
B=20mm
钉齿高度:
钉齿安装:
2、3脱粒齿的排列
滚筒生产率取决于钉齿的多少。
但是钉齿的排列对脱粒性能有很大的影响。
因此,设计时总是让若干个钉齿在同齿迹内回转。
为了工作均匀,这些齿在同一齿迹内应是均匀分布的。
这就形成了按多头螺旋线来排列钉齿。
图7为钉齿排列展开图。
图中1-1′、2-2′、……为滚筒上的齿杆,虚线为齿迹线,斜线为钉齿分布螺旋线,它与齿杆的交点即为齿座位置。
令:
D为滚筒直径(按齿内端计)
L为滚筒长度
Δl为末端齿与齿杆端的距离
a为齿迹距
B为齿距
M为齿杆数
螺线导程t=Ma。
一般齿杆数为螺线头数k的整数倍,每个齿迹也就有k个齿通过。
所以增加k可提高生产率,但过多就不明显了。
B为相邻齿在齿杆上的距离
滚筒上钉齿总数Z由经验数据决定,一般每个齿所能负担的喂入量(kg/s):
在凹板配有适当的钉齿排数和适宜的脱粒间隙时,楔齿可取0.02(带喂入输送装置的脱粒机上)和0.025(在联合收获机上),k值一般为2-5,在个别板刀齿滚筒上为了加强梳刷作用,k可达6,则滚筒长度
式中a—齿迹距,a=2/(b+δ),多为25-50mm
b—钉齿厚度,即平均厚度b=(b1+b2)/2
δ—齿侧间隙(板刀齿为10-20mm;
楔齿间隙可改变,δ为最小间隙,一般不少于3mm)
Δl——钉齿距齿杆端部的距离,由结构需要定滚筒直径
式中h—钉齿高度(mm)
S—齿杆间距(一般为120-200mm左右)
M—齿杆数,常用为6-12
M/k此值大多为2、3,即齿距B=2a-3a,一般为50-100mm。
在以脱水稻为主的板刀齿滚筒上,由于齿侧间隙大,齿迹距a较宽(40-50mm),B/a可等于1。
3、栅格凹板的设计
3、1栅格凹版
在玉米脱粒装置中,栅格式凹板是与钉齿滚筒相配合的重要部件,由钢板和圆钢组合制成。
栅格式凹板有两种功能:
其一,栅格式凹板与钉齿配合对玉米籽粒进行打击和揉搓,从而达到脱粒的作用;
其二,是将玉米脱粒后,使玉米籽粒从栅格式凹板的孔中漏出,玉米芯在滚筒轴向力的作用下排出,从而使玉米粒和玉米芯分开,达到清选的作用。
另外,通过栅格凹板的调整可以改变脱粒间隙,以适应玉米不同的含水率、品种、成熟度等条件,保证脱净率和破碎率。
凹板包角大多在100°
左右。
对分离率要求高的凹板其栅格段较长,包角可达200°
本装置的栅格凹版由间隙不同的三个区域构成,工作室时精确脱粒范围为120°
。
凹板直径是决定生产率的主要参
数,在限制滚筒转速的情况下,凹板直径是决定生产率的唯一参数,凹板直径与生产率的大概关系如图(9):
图9凹版直径与生产率关系
栅格圆钢之间的缝隙大小直接影响脱粒效果。
缝隙较大,籽粒通过性好,夹带损失小,但碎玉米芯漏过的也影响籽粒净度;
缝隙较小,则夹带损失大。
应在两者选择最佳值。
经试验确定,选取范围为12~14mm。
玉米含水率偏高时,取较大值,反之取较小值。
栅格式凹板是利用钢筋横向焊接而成,钢筋之间有缝隙,这个缝隙可以将玉米卡在两根钢筋的缝隙之间(因为玉米为圆柱型),以便于钉齿对玉米进行快速、稳定的脱粒。
栅格式凹板是由57根直径d=8mm
长为L=803mm的钢筋,
凹板的直径d=400mm,
凹板两边由两个直径为d=304mm,厚度为5mm,高度为h=19mm的铁条固定。
栅格凹版由间隙不同的三个区域构成,工作室时精确脱粒范围为120°
3、2间隙调节机构
由于栅格式凹板是圆桶型,栅格式凹板与机架相连接还需要一个栅格托架,同样采用焊接的形式来连接用圆柱钢筋围成的凹板,因为栅格式凹板要安装在机架上,所以将栅格式凹板两端的铁条焊接到中间的栅格托架上,这样,可以加固机体与栅格式凹板的连接质量,在正常工作时,由于有机架的固定支撑,可以使栅格式凹板的上作稳定性更高,更加可靠、稳定。
从整体来将,也达到了脱粒机的一体化的设计,提高整体刚度。
在制种玉米脱粒装置工作时,可以通过旋转栅格托架来改变栅格凹版的受力区域,即改变栅格凹板的间隙,以达到栅格凹版间隙调整的目的。
从而提高制种玉米脱粒装置适应玉米不同的含水率、品种、成熟度等条件,保证脱净率和破碎率。
栅格托架是用来固定栅格式凹板的,材料选用Q235钢
4、脱粒滚筒主轴的设计
脱粒滚筒主轴是玉米脱粒机的主要设计部件之一,它在制种玉米脱粒装置正常工作过程中,承担主要转矩、扭矩、弯矩和支撑传动轴上的回转零件,制种玉米脱粒是瞬时冲击很大,而且冲击次数很频繁的工作环境,因此传动轴的设计是很关键的一个步骤。
它的主要公用是:
一是支持轴上所安装的回转零件,使其有确定的工作位置;
而是传递轴上的运动和动力。
轴按照轴线形状的不同,可以分为曲轴、直轴、软轴和挠形轴等,根据玉米脱粒机的结构特点和组成形状及工作强度和环境的要求,玉米脱粒机的主轴选用直轴形式传递,而且选用直轴中的阶梯轴。
此轴的设计如下:
根据轴的扭转强度来初步计算确定其最小直径,可利用经验公式:
(3-5)
其中:
—轴常用的几种材料的
的
值
—主轴上的功率
—主轴上的转速
轴上的材料由《机械设计基础》一书中表18—1可以查到,应选取调质处理的45号钢,
,书中表18—2取
,于是得:
(3-6)
输出轴上的最小直径显然是安装带轮的内孔,必在轴上开有键槽,因此,为了开键槽又不消耗输出轴的强度,可以使圆周的直径增加5%以上,这样增加输出轴的尺寸,因而可以提高轴的工作强度。
(3-7)
主输出轴的最小直径是安装带轮处的直径,为了使所选的轴直径与带轮相配合,故使输出轴端的轴径选为25
在《机械设计基础》一书。
查表可以得知带轮的厚度
,则取输出轴的次段轴径为
,其长度为
mm。
4、1根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
为了满足带轮的轴向定位要求,Ⅰ—Ⅱ轴段右端需要制.一个轴肩,故取Ⅱ—Ⅲ段的轴直径
4、2初步选择输出轴系
由脱粒机的结构和相关尺寸可知所设计的轴上装有带轮和钉齿滚筒,其上的钉齿承螺旋排列,但由于受力不大可以忽略它的受力。
又根据
,初步选取支撑的轴承为相心球轴承,在《机械设计手册》查得相心球轴承的型号为208。
结构尺寸
为
,故取Ⅲ—Ⅳ段与Ⅴ—Ⅵ段的直径相等,即
4、3确定输出轴上的圆角半径
值
按前面所述的原则,求出轴肩处的圆角半径
的值,详细见图。
轴端倒角在轴的两端均为
,小轴肩为
轴肩的作用是使阶梯直轴在轴径改变截面上减小应力集中。
4、4作轴的结构图
4、5求输出轴上的所受作用力的大小
根据公式:
求得
其中:
—电动机的额定功率
—主轴的转速
即:
4、6校核轴的强度
进行校核时,通常只校核轴上承受最大当量弯矩的强度(既危险截面c的强度)。
由经验公式及上面计算出的数值可得出。
公式:
式中:
—轴的抗弯抛面模量,
—轴的许用应力,
按轴实际所受弯曲应力的循环特性,在
、
中选取其相应的数值,从《机械设计基础》可以查出。
按《机械设计基础》书中查得,对于
的碳钢,承受对称循环变应力时的许用应力
5、带轮的参数设计
5、1主动轮的选择
主动轮为农用小型拖拉机的传动轮,主动带轮的基准直径尺寸
,
~
求得
带轮的转速
,即
,转速比较底。
根据资料得知每个钉齿的均匀受力为25
,当玉米脱粒机正常工作时钉齿滚筒上的钉齿条快速旋转,其中均有两条钉齿条受玉米所给的切向力,而另外两个钉齿条是空行程,因此,
,即玉米脱粒
机正常工作时,受到的切向力为750N。
—钉齿所受的力
—参与工作的钉齿个数
—参与工作的钉齿条数
玉米脱粒机所需功率为
,应由脱粒机的工作阻力和运转参数求定,即:
,计算求得:
输入功率由公式
来计算,脱粒机传动装置的总效率
,应由组成传动装置的各个部分运动副的效率只积,即
,其中
分别为每一个转动副的效率,选取传动副的效率值如下:
滚动轴承(每对)0.98~0.995即取
=0.99
V带传动0.94~0.97即取
=0.97
则
由此可得输入的功率:
所以整套机器的输入功率10.3KW,可配套11KW电动机,或配套15马力以上发动机。
5、2从动轮的结构设计
5、2、1带轮材料的选择
带轮是带传动中的重要零件,它必须满足下列要求:
质量分布均匀;
安装时对中性好,转速高时要经过动平衡;
铸造和焊接时的内应力小;
轮槽工作面要精细加工(表面粗糙度一般为Ra=3.2),以减轻带的磨损;
各槽尺寸和角度应保持一定的精度,以使载荷分布较为均匀等。
带轮材料主要采用铸铁,常用材料的牌号为HT150或HT200;
转速较高时宜采用铸钢(或用钢板冲击后焊接而成);
小功率时可用铸铝或塑料。
根据电动机的已知参数额定功率Ped=1.5KW、转速1500
、传动比i0=2、一天运转时间小余10小时。
1.)工作情况系数Ka由表14-7选取经表查出=1.1。
2.)确定计算功率Pca:
按所传递的功率P、载荷性质和每天运转时间等因素来确定计算功率。
Pca=KAP(KW)式中;
KA———工作情况系数,Pca=KAP=
=1.65(KW)。
5、2、2V带的设计与计算
设计计算项目
依据
结果
工作情况系数KA
机械设计基础下册
由表14-7
1.1
确定计算功率Pca
Pca=KA.P=1.1×
1.5=1.65(KW)
1.65(KW)
选取V带型号
机械设计基础下册图14-12
A型
初选小带轮直径D1
机械设计基础下册表14-2
140mm
大带轮直径D2
D2=i×
D1=2×
140=280
280mm
验算带的速度V
V=ЛD1n1/60×
1000
10.26m/s
初定中心距ɑ0
0.7(D1+D2)≦ɑ0≦2(D1+D2)
350mm
294≦a0≦840
初算V带所需的基准长度L´
d
L´
d=2ɑ0+Л(D1+D2)/2+(D1+D2)²
/4ɑ0
(1464.4mm)
1464
mm
选V带的基准长度Ld
由表14-5
1433mm
定V带的公称(内周)长度Li
1400mm
定中心距ɑ
ɑ=ɑ0+(Ld-L´
d)/2
(334.3)
334
包角a1
ɑ1=180˙-(D2-D1)×
60/ɑ
(154.9˙)
155˙
包角系数Ka
由表14-8
0.92
长度系数KL
由表14-9
0.96
材质系数K
0.75
单根V带所传递的功率P0
由V=10.26m/s,D1=140mm查表14-6
2.04
单根V带功率增量
ΔP0=0.0001ΔT·
n1
0.154
ΔP0
单根V带传递扭矩的修正值ΔT
由表14-10
V带根数Z
Z=Pca/(P0KaKL+ΔP0)·
K
1.124901
取2根
每米V带质量q
由表14-3
0.1Kg/m
单根V带的初拉力F0
F0=500·
Pca(2.5/Ka-1)/VZ+qV²
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