毕业设计（论文）-谷物清选机设计docx

　　摘要 随着农业机械化的发展，对于农作物种子清选机械的需求也日趋增长，基于摩擦分离清选机理及筛选分级机理，设计出了适用于大豆、红小豆、绿豆等作物清选作业的5XD-2.0 型带式清选分离机,其生产率为2t/h。带式清选分离机在清选带清选过程中，首先将经过初步清选的大豆、红豆、绿豆等作物种子中杂质清除，尤其是对豆类中的碎半豆，虫蚀严重粒的清除达到了很好的清选效果，其次将清选后的大豆输送到分级机构进行分级筛选，并分别筛选出大、小两种豆粒。本设计主要用于清选分级豆类作物，设计中简述了该机的工作原理，主要的技术参数及各部件的设计。关键词:清选机；带式；分级；多次分离AbstractAlong with the development of agricultural mechanization, agricultural seed cleaning machine also become more mature, based on friction separation and screening grading mechanism. cleaning mechanism was studied and designed for soy, red bean, mung bean crops, such as cleaning homework 5 XD - 2.0 type belt cleaning classifier, its productivity is 2 t/h. Belt cleaning classifier in the process of cleaning with cleaning, will first after the initial cleaning of soybean, red bean, mung bean crops such as seed, impurity removal, especially pieces of beans , insect damage serious particle removal achieved very good cleaning effect, the second after cleaning the soybeans to the classifiers classification screening, and screening largeand small two kinds of pea. This design is mainly used for cleaning grade soybeans, introduced in the design of this machine working principle, main technical parameters and the design of the parts. Key words: Qing separator；Belt；Grade；Multiple separation目录摘要IAbstractII第 1 章 绪论11.1 谷物清选机发展及现存问题11.1.1发展谷物清选机的目的11.1.2清选机发展历程和现存的问题11.2 国内外现状21.2.1国内现状21.2.2国外现状31.3 本章小结3第 2 章 清选机的基本结构42.1 清选机种类及各类型原理42.1.1清选机种类42.1.2各类型清选机原理42.2 带式谷物清选机52.2.1基本结构及功能52.2.2主要技术参数72.2.3主要计算参数72.2.4带式清选机工作原理72.3 本章小结8第 3 章 主要部件的设计与选取93.1 带选分离机主要参数计算93.1.1清选带的输送能力93.1.2清选带的宽度计算103.1.3清选能力的计算113.1.4清选带不打滑时的条件113.2 斗式提升机的设计123.2.1斗式提升机的主要特点123.2.2主要类型及结构123.2.3工作原理133.2.4提升机主要性能参数143.2.5提升机料斗的选用153.3 螺旋输送器的设计163.3.1主要特点及应用范围163.3.2螺旋输送器的主要结构173.3.3螺旋输送器的主要性能参数193.4 圆筒筛分级器的设计203.4.1主要工作参数20 3.4.2圆筒筛分级器的主要结构203.5 带式清选机的其他零部件213.5.1清选带的选择213.5.2分粮器的选择213.6本章小结21第 4 章 主要传动系统的计算244.1 电机的选择244.2带传动的设计计算254.3滚子链传动的设计计算284.4本章小结32结论33参考文献34致谢36第 1 章 绪论1.1谷物清选机发展及现存问题1.1.1发展谷物清选机的目的谷物清选是谷物收获后不可缺少的重要环节,收获后的谷粒中不但包含饱满和成熟的籽粒，而且还有机械损伤、破碎和不成熟的谷粒，除此之外还包含有许多杂质（如草籽、泥沙、断穗、颖壳等）无论留作物种子或其他用途，均需将收获后的谷粒进行清选才能得到满足要求的籽粒。谷粒经过清选以后，可以获得质量均匀、尺寸一致的种子，将种子清选以后再次播种；同时可以清除出小粒、破碎粒作为粮食或饲料，节约了粮食；清选后的种子均匀饱满，播种后发芽率高、长势好，一般都能增产5％～10％，还可以减少播种量20％左右；同时有利于种子的储藏、运输及机械化作业，增强种子在市场上的销售竞争力。因此，不同种类的谷物清选机对于农业结构的调整和农民收入的增加有着十分重要的作用。带式清选机特别适合圆粒种子的清选加工，适用于大豆、红小豆、绿豆等圆粒型物料的清选，其工作原理不同于风选、筛选、比重选，其最大的优点是对于豆类中的碎、半豆的清选效果极佳，一次清选精度可达99%以上，并能将清选出来的大豆进行分级，且该机具有传动平稳、噪音低、高效且性能稳定的特点，尤以加工大豆效果最理想。1.1.2清选机发展历程和现存的问题我国对粮食清选机械的研究、生产起步比较晚，自20世纪50年代引进了首批样机。最早的清选机是手动风车、溜筛等，不但生产率低，且清选效果不佳；60年代的清选机是电动扬场机，虽提高了生产效率，但清选效果仍不理想；70年代开始了对粮食振动分选机、滚筒筛选机的研制；80年代，进入了新的发展阶段，在引进并吸收国外清选机械先进技术的基础上，研制出了具有一定先进水平的粮食清选加工机械；而进入90年代，新技术、新产品、新工艺的不断涌现，为粮食清选加工业的发展提供了良好的技术保证。 清选机加工业经过半个多世纪的发展，基本形成了具有我国特色、适应我国广大用户需要、品种规格较齐全、自行研究和生产的加工体系。比较好的清选机产品有石家庄市绿炬种子机械厂生产的5XJC-3A种子清选机、无锡市天地自动化设备厂生产的5X-3.0风筛式种子清选机、青岛亚诺机械工程有限公司生产的5XD-3.0风筛式清选机、佳木斯联丰农业机械有限公司生产的5XF-15复式清选机、石家庄三立谷物精选机械有限公司生产的5XZC-3A种子清选机、石家庄市科星清选机械有限公司生产的5XZC-5种子清机选、河北省种业集团种子机械有限公司生产的5XZ-3种子清选机。从历年的国家监督抽查结果来看，大部分清选机产品主要性能指标均能达到企业明示执行标准的要求，基本能满足广大用户需求。抽查中也反映出了清选机产品目前存在的差距： （1）产品对物料的清选加工范围不大，大部分产品只适用于几种主要作物（如：水稻、小麦、玉米、大豆等清选加工），对花卉、烟草、牧草种子、葵花种子等的清选效果不十分理想； （2）产品质量与国外产品相比，在原材料质量、加工工艺、企业加工能力、加工成套设备的配套性、新技术开发应用方面都存在一定差距； （3）企业的技术进步缓慢，产品与当前用户的多种需求(如：加工物料多样化、精细化等)不相适应。 2012年国家监督抽查清选机，国家质检总局2013年3月10日公布了清选机的国家监督抽查结果：清选机产品抽样合格率为58.3%，产品质量水平有待进一步提高,产品安全性问题较为突出，安全防护装置不规范，整体制造、装配质量不高，产品振动大，可靠性较低。如5XZ-1.0和5XZ-2.5负压重力式清选机，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。总的来说，我国现有的清选机产品普遍存在的问题： （1）功能单一、适应性差； （2）技术性能不稳定； （3）产品零部件制造水平低、工艺设备落后，产品可靠性差； （4）产品的安全性差，产品外观质量较差。因此，清选机产品不是很好的能满足我国现阶段的实际需求。1.2 国内外现状1.2.1国内现状我国的谷物清选机为了弥补自身不足，主要在基本结构装置上做了改进，使其向安全、利用率高、改善工作环境、降低劳动强度、提高工作效率、操作方便及智能化等方向发展。如对主要清选部件清选筛筛片、清筛机构、减振系统进行改进，对传动系统进行改进。当前的清选机有些采用双振动电机驱动，可改用两台型号规格完全相同的振动电机同步驱动。采用正压多联风机结构降低了噪音，风选效果好。采用封闭筛箱或全封闭钢架结构，以增强安全防护性。到目前为止，清选机大都采用手动控制，应逐步向自动控制系统转化。1.2.2 国外现状目前，在欧美等发达国家已逐渐形成多种系列化的种子清选机，其具有清选净度高、分级效果好、工艺精良、性能稳定、可靠性强、噪音相对较低等特点。除传统的机械调节外，现已开发出液压调节系统，使得操作更加灵敏。在国外比较著名的比重式清选机生产厂家有：奥地利的HEI平共处D公司、丹麦的WESTRUP公司、德国的PETKUS公司、美国OLIVER公司、LMC公司和CRIPPEN公司。自20世纪70年代以来，谷物加工业的日渐兴起使风筛式清选机在一些发达国家有了较快的发展，其中在西欧、北美的一些国家，如丹麦、瑞典、奥地利、瑞士、意大利、德国、美国等，在生产和使用方面均居领先地位。目前，制造风筛式清选机的厂家很多，其中以美国的布朗特(BLOUNT)公司、德国的勒贝尔(ROBOR)公司、丹麦的达马斯(DAMAS)公司、意大利的巴拉里尼(BALLARINI)公司有较为悠久的历史，它们致力于生产风筛式清选机已有100多年，其产品经久耐用且性能可靠，这些公司的产品除满足国内需要外，还远销世界各地。它们在技术上各有发展，在产品也各有特点。从世界范围内看，随着生物技术和生产技术的提高，各种各样谷物的产量都在不断增加。国外的清选机正依照本国的特点，向着大型化、机电一体化、智能化、更可靠、更安全的方向发展，一些发达国家不断将高、精、尖技术应用到农业机械上来，也就是说农业机械正向智能化方向发展。在设备的操作方便性能方面，国外的重力式清选机都设置了仪表，能直接显示并调节数据，不停机的集中控制，使其在操作方面方便、灵敏，且更趋于智能化。1.3 本章小结本章根据对谷物清选机的的现存问题，清选目的，以及发展历程，国内和国外的对于谷物清选机的发展情况等进行分析。我国现有的清选机产品普遍存在的问题：功能较为单一、适应性较差；技术性能不是很稳定；产品零部件制造水平低、工艺设备落后，产品可靠性差；产品的安全性差，产品外观质量较差。因此，清选机产品目前为止是不能满足我国现阶段的实际需求。第 2 章 清选机的基本结构2.1 清选机种类及各类型原理2.1.1 清选机种类谷物清选机的清选种类很多，按清选原理分为常规清选法和电分离法。常规清选法是利用种子的几何尺寸、空气动力学特性及比重等物理机械特性进行清选，主要有风选、筛选、风筛选、风筛窝眼选、比重选、窝眼选、风筛比重组合选、光电选、之形板选、螺旋分离器等10余类不同种方法。电分离法是按生物学特性(种子发芽率、活力等)进行清选。把清选对象分为稻谷、大豆(5XDF—1.0型)、玉米、小麦、花生、油菜（5XY—1.5型）、蔬菜种子、谷物种子、林木种子、牧草种子、油料种子等，而产生许多专用清选机以及多功能清选机(5XD—2.0型)。现在应用广泛的清选机有风筛式清选机、比重式清选机、窝眼筒式清选机、复式清选机4大类。2.1.2 各类型清选机原理 （1）风筛式清选机风筛式清选机主要利用了种子与夹杂物的几何尺寸和悬浮速度差异进行筛选和风选。筛选是根据种子几何尺寸的差异，配制适当规格的筛片，在筛片往复运动下达到分离的目的，筛选同时利用悬浮速度的差异去除轻杂，风筛式清选机主要用于小麦、大豆、玉米等种子的初选和基本清选。代表机型有5X-40（30/4.0）、5XP-3 、5X-3.0（1.0/5.0/7.0/30/50）、UB系列种子清选机。 （2）比重式清选机比重式清选机主要利用物料中各成分的比重不同进行分离。当具有一定压力的空气流过种子时，种子因与空气质量不同而进行升降分层，筛面的振动推动与筛面接触的较重种子从进料端至排料端向高处走，而较轻的种子向低处走，从而达到分离目的。比重式清选机主要用于清选种子中外形尺寸与其相同而比重不同的各类轻杂和重杂（如虫害的种子，发霉、空心、无胚的种子，以及碎砖、土、石块、砂粒等）。比重式清选机既可单机使用，也可为种子加工厂及种子处理中心配套，比重式清选机又分正压式（如5XZ-3.0）和负压式（如5XZ1.0）两大类。代表机型有TFQX66、TQSX70（100/150/200）、5XZ-0.5（1.0/1.6/2.5）、5XZ-3.0（5.0）、5XD-1.0(2.5)型、重力分选机微型系列422-SS、5XZC系列种子加工车和5XZC-10系列种子加工车。 （3）窝眼筒清选机窝眼筒清选机主要利用种子在窝眼筒做旋转运动时，种子、杂质长度尺寸和运动途径不同来达到分离长杂、短杂的目的。进入筒内的种子进入窝眼筒底部时，要清除的草籽、碎种子等短杂陷入窝眼内并随旋转的筒上升被排出，而未入窝眼的种子则沿筒内壁呈螺旋线轨迹向后滑移从另一端流出，要清除的长杂沿窝眼筒轴方向移动从另一端排出。在种子加工流程中，窝眼筒清选机既可作为分离长短杂的精选主机，又可作精选中的种子分级机使用。代表机型有5XWS-1.5和5XW-3.0(2.5)。 （4）复式清选机复式清选机主要是利用种子的外形尺寸和空气动力学特征进行精选。首先通过改变吸风道截面积的大小，得到不同的气流速度分离轻重杂质，然后利用种子和杂物几何尺寸的差别，通过一定规格的筛孔来分离杂质和瘦弱籽粒，最后通过窝眼筒按种子的长度不同分离长杂、短杂等达到分离的目的。代表机型有5XF-1.5（/0.5/0.7/1.3A）、5XF -5.0(3.0)、5X-2.0、5XQ-3.0、5XFZ-5（4/15）和TSQZ100。2.2 带式谷物清选机2.2.1 基本结构及功能 带式清选机的主要结构包括：进料口、机架、斗式提升机、分粮器、带选机构、传动机构、螺旋输送器、筛选分级机构、电动机等。 其中主要部件的作用如下： （1）进料口：主要作用是倒入筛分物料，进料口的宽度一般调整在适当大小，以保证均匀进料。 （2）斗式提升机：斗式提升机具有输送量大，提升高度高，运行平稳可靠，寿命长显著优点，其主要性能及参数符合JB3926----85《垂直斗式提升机》（该标准等效参照了国际标准和国外先进标准），本提升机适于输送粉状，粒状及小块状的无磨琢性及磨琢性小的物料。斗式提升机是利用均匀固接于无端牵引构件上的一系列料斗，竖向提升物料的连续输送机械。分为环链、板链和皮带三种。 （3）圆筒筛分离器：圆筒筛工作部分为圆筒形，整个筛子绕筒体轴线回转，轴线在一般情况下装成不大的倾角。物料从圆筒的一端给入，细级别物料从筒形工作表面的筛孔通过，粗粒物料从圆筒的另一端排出。圆筒筛的优点是转速很低、工作平稳、动力平衡好、工作面积小，很适合小圆粒的物料。 （4）螺旋输送机：主要作用是在圆筒形机壳内焊有连续的螺旋叶片，机壳与螺旋叶片一起转动。加入的物料由于离心力和摩擦力的作用随机壳一起转动并被提升后，在物料的重力作用下又沿螺旋面下滑，使物料随螺旋管一起旋转从而实现了物料的向前移动，如同不旋转的螺杆沿着转动的螺母作平移运动一样，达到输送物料的目的。该机能耗低，维修费用低；在端部进料时，能适应不均匀进料要求，可同时完成输送搅拌混合等各种工艺要求，物料进入过量时也不会产生卡阻现象；便于多点装料与卸料，可输送温度较高的物料。适宜于水平输送高温物料；对高温、供料不均匀、有防破碎要求、防污染要求的物料和需多点加卸料的工艺有较好的适应性。由端部进料口加入的物料，其粒度不能大于1/4的螺旋直径；自中间进料口加料的物料，其粒度均不得大于30mm。 其结构如图2-1所示：1-斗式提升机2-提升电动机3-分粮器4-斗式提升机5-圆筒筛分离器6-螺旋输送器7-支撑架8-行走轮9-传动系统电动机10-清选传统系统11-提升传动系统图2-1 带式清选机2.2.2主要技术参数表2-1 5XD-2.0 型带式清选分级机的主要技术参数项目参数外形尺寸(长×宽×高)/mm3812×2861×3751配套动力/ kW2.2生产率/T/h2～2.5皮带速度/ m·s-10.25～0.5倾角调节/°左右倾角可调2～10清选率/%≥98伤选后净度/%≤99%以上2.2.3主要计算参数 （1）运输机输送量 Qt/h； （2）输送带运行速度 vm /s，要求在0.25～0.5 m·s-1 之间； （3）每米长度上物料的质量qkg/m； （4）装料充满系数φ=50%～75%； （5）物料的堆积密度ρt/m3 ； （6）清选带上允许的最大物料的横截面积Sm2； （7）清选带可用宽度bm，当B≤2 m 时，b=0.9B-0.05 m； （8）倾斜清选机面积折减系数k，按（GB/T17119—1991）计算； （9）中间辊长度Lm，对于一辊、二辊的托辊组，L=0； （10）清选机在运行方向上的倾斜角δ； （11）托辊槽角λ，λ=8°； （12）物料的运行堆积角θ，查表《机械设计手册》：运行堆积角θ=5 °。2.2.4带式清选机工作原理 （1）将经过初选后的物料种子倒入进料口，经过了与进料口相连的提升机，将物料种子提升进入上面的分粮器； （2）分粮器再将进入的物料种子平均分配给与分粮器相连的七个输粮管； （3）七个倾斜的清选带位于七个输粮管的另一端，由于清选带是倾斜的，所以在物料种子从前向后行进中，会使物料种子与草灰、杂质等在不同摩擦力的条件下产生了不同的运动，圆粒和椭圆粒的物料种子由于摩擦力小，从清选带的低端滚落，残粒的种子及杂质将沿着清选带从后端落下，这样经过初选的物料种子就可实现再次清选； （4）从清选带上滚落的物料种子，进入清选带下面的螺旋输送器时，螺旋输送器将落下的物料种子统一输送到左端的提升机； （5）物料种子经过提升机的提升进入圆筒式筛选分级装置； （6）圆筒上均布着两段不同尺寸的筛孔，前一段筛孔较小，后一段筛孔较大，所以物料种子沿着带筛孔的圆筒向前行进的同时，比筛孔直径小的豆粒从大小不同的筛孔落下分别进入其对应的料斗，这样经过精选的物料种子又实现了不同大小的分级。2.3 本章小结本章是主要分析各类型谷物清选机的不同以及对谷物清选机结构组成的分析，主要对进料口、斗式提升机、圆筒筛分离器、螺旋输送器这些主要零部件进行分析。对工作原理及工作原理进行分析。第3章主要部件的设计与选取3.1 带选分离机主要参数计算3.1.1 清选带的输送能力清选带作为带选机的主要部件之一，其质量与性能的好坏是影响着分选质量的直接原因。经试验设计出具有网状粗糙表面的环形橡胶带，耐低温，在-30 ℃也可正常工作，本机分选结构为七联式结构，即原粮大豆经过七层传送带清选，以达到最佳的清选效果。七联清选带倾斜角度是由角度调整机构来完成的。用连续运输机的质量生产率的计算公式来导出管式皮带输送机中输送能力的计算公式。连续运输机的质量生产率公式如3-1所示:（3-1）式中Q—输送量（t/h）V—输送带运行速度（m /s）Q—每米长度上物料的质量（kg/m）设物料在圆管内堆积的断面面积为F (m2), 物料的堆积密度为ρ(t/m3) 则 （3-2）圆管的断面面积，装料充满系数为, 则，代入上式中得 （3-3）将（3-3）式代入（3-1）式中， 得到带式输送机输送能力计算公式为： （3-4）式中Q—输送量（t/h）D—管径（m）φ—充满系数,φ=50%～75%ρ—物料的堆积密度（t/m3）v—输送带运行速度（m/s）3.1.2 清选带的宽度计算橡胶输送带是一种弹性体, 卷成管状后，如果带的两边缘不重迭起来, 则在没有托辊支承的部位, 圆管就会张开口, 物料就会从开口处飞散、撒落和泄漏, 则达不到密封运行的目的。因此当输送带形成管状后, 两边的边缘必须要有一定的重合长度, 称为重合量，重合量的大小对输送带卷成管状、密封性能以及弯曲运行等都将会有很大影响。重合量过小, 圆管在运行中容易张开, 会导致密封不严。重合量过大, 会给输送带形成管状结构造成困难, 甚至会无法形成管状。因此, 重合量大小一定要适中。输送带宽可用下式表示： （3-5）式中A—圆周长（mm），A=πdB—带宽（mm）C—重合量（mm）根据弓形图形求弧长的计算公式, 找出重合量与管径的关系。求弓形弧长的计算公式： （3-6）式中C—弧长（mm）r—圆弧半径（mm）α—圆弧对应的圆心角（o）将最小重合量和最大重合量所对应的圆心角值代入(3-6) 式中得： （3-7） （3-8）则重合量与管径的关系(即重合量取值范围) 为c=(0.5~0.86)d带入（3-5）式得： （3-9）令则： （3-10）为了保证正常清选条件下不撒料，清选带上允许的最大物料的横截面积为S，按下式计算： （3-11）式中b—清选带可用宽度（m），B≤2 m 时，b=0.9B-0.05 m；l—中间辊长度（m），对于一辊、二辊的托辊组，l=0；θ—物料的运行堆积角，查表《机械设计手册》：运行堆积角θ=5 °；λ—托辊槽角，b=0.9B-0.05=0.85 m，选定λ=8°； （3-12）解得：S=0.93 m2≤Smax。完全符合5XD-2.0 带式清选机设计要求。3.1.3清选能力的计算计算清选能力： （3-13）式中v—带速，m·s-1，清选带速要求在0.25～0.5 m·s-1 之间，我们选择的数据是0.33 m·s-1；ρ—是被清选散状物料的堆积密度，ρ=0.125 kg·m-3；k—倾斜清选机面积折减系数，按（GB/T17119—1991）计算； （3-14）k1—上部截面s1 的减小系数； （3-15）式中δ—清选机在运行方向上的倾斜角，当δ=0时，上部截面积s1 不存在；θ—被清选物料的运行堆积角，当δ=0 时，K =1；根据Q=3.6IVρ，解得Q=2.03 t·h-1。3.1.4清选带不打滑时条件圆周驱动力FU通过摩擦传递到清选带上，为保证清选带工作时不打滑，需要在回程带上保持最小张力F2min。按下式进行计算：， （3-16）经计算解得：F2min≥376.4N。式中FUmax—清选机满载启动或制动时出现的最大圆周驱动力；FUmax=KAFU，KA=1.3～1.7，FU 经清选机所有阻力之和测算得出：FU=892.6N；μ—传动滚筒与带人字形沟槽的清选带间的摩擦系数，干态时，μ=0.4～0.45。3.2斗式提升机的设计3.2.1斗式提升机的主要特点斗式提升机的特点： （1）驱动的功率小，当在物料提升时几乎无回料和挖料现象，因此无效功率少； （2）使用寿命较长，提升机的喂料采取流入的方式，无需用斗挖料，因此材料之间很少发生挤压和碰撞等现象； （3）提升机在设计时保证了物料在喂料和

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