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摘要
隨著農業(yè)機械化的發(fā)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(fā)展最快最成熟。通過查閱大量文獻資料和現(xiàn)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(yè)，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(fā)育不好、成熟不完全、受蟲害霉爛和已發(fā)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(fā)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(shù)及運動參數(shù)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(wěn)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(jié)、操作與維護 40
4.1 調節(jié) 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
58
第1章 緒論
1.1國內外發(fā)展狀況
隨著我國工業(yè)發(fā)展和農業(yè)機械的進步，我國重力清選機起步相對發(fā)達國家較晚但發(fā)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(fā)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(wěn)定、可靠性強、噪音相對較低。除傳統(tǒng)的機械調節(jié)外，已開發(fā)出液壓調節(jié)系統(tǒng)，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(wěn)，風量在臺面上非均布且有規(guī)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(lián)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(lián)離心風機，噪音略高但分選效果明顯，又開發(fā)出液壓調節(jié)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(lián)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(fā)展方向：
1. 氣流系統(tǒng)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(fā)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(jù)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(lián)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(qū)和分離區(qū)。其主區(qū)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(jù)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(shù)調節(jié)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(tǒng)、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(shù)的網(wǎng)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(tǒng)完成籽粒分選時最佳流化狀態(tài)，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(tǒng)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(jù)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(tǒng)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(tài)，比重小的籽粒懸浮于重籽粒之上，籽粒之間的摩擦系數(shù)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?；旌衔飼r發(fā)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(wǎng)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(tài)俯視圖
圖1-2表示重力選工作臺面作業(yè)中理想狀態(tài)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(qū)域稱為層化區(qū)，在此區(qū)域內工作臺的振動與氣流上升聯(lián)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(fā)生。層化區(qū)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(qū)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(qū)就愈大。生產能力要求較高時，層化區(qū)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(tài)，這理想的狀態(tài)在理論上是最好的狀態(tài)，實際上很少發(fā)生。通常，層化區(qū)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(fā)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(xù)分產品。這連續(xù)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(yè)的清選機具。工作時，物料經進料口均勻連續(xù)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(xù)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）?？稍诩庸ぞ€中配套使用，也可用于單機作業(yè)。
第二章 無級變速部分的設計方案及選擇
為了滿足多種作物在篩面上的上滑條件，振動頻率必須可變、可調，所以必須采用無級變速傳動。它既要滿足所要求的振動頻率，又要使傳動機構盡量簡化。常用的無極調速的方法有：機械式無極變速器和電控式無極調速。電控式無極調速常常采用變頻調速三項異步電動機；本設計為降低成本、簡化機構，采用寬三角帶式無極變速器，它是單調整、通過改變軸間距來達到各種變速，其工作原理圖如下：
圖2-1寬三角帶式無極變速器
第三章 設計計算
3.1 總體參數(shù)及運動參數(shù)的選擇
3.1.1 振動臺振動頻率的確定
振動臺由四組彈簧片支撐在機架上。為使籽粒在分選時，能在篩體的振動和風力的作用下，形成流化狀態(tài)，使其比重不同的籽粒分開，振動平臺可設計為一個簡諧振動的四連桿機構。
為使偏心連桿振動臺符合簡諧振動規(guī)律，必須滿足下列條件：
1. 振動原理如圖3-1，振動方向必須與撐桿振動中心垂直。這樣撐桿往復運動振幅A等于偏心距2r。
圖3-1 振動原理圖
圖中為篩面與水平夾角，為篩體振動方向與水平夾角，r為曲柄，L為連桿。
2. 篩體四組撐桿必須等長，安裝位置必須平行，才能保證篩體平動。
3. 撐桿長L1和連桿長L必須大于倍曲柄半徑r，這樣篩體可視為一個自由度的振動（即直線平動）。
4. 曲柄工作角速度必須等于常數(shù)，這樣篩體振動圓頻率即為。
5. 籽粒在篩面上可視為與篩子一起運動的質點。
籽粒的位移速度和加速度關系為：
在等于和區(qū)間時，慣性力為負值，方向沿X軸向左（如圖3-2），籽粒有沿篩面向前滑動的趨勢。在等于區(qū)間時，慣性力為正值，方向沿X軸向右（如圖3-3），籽粒有沿篩面向后的滑動趨勢。
圖3-2 種子在篩面受力分析 圖3-3 種子在篩面受力分析
圖中為篩體與水平面傾角。為篩體振動方向與水平面夾角。
欲使種子向前滑動，即向下滑動,必須使篩子運動的加速度比保持下列條件：
種子沿篩面向后滑動,即向上滑動條件為：
（如圖3-3示）
將值F值代入后化簡得：
當慣性力沿X軸向右時，篩子對種子的法向反力為
當增大時，法向反力 N減少。當增到某一值時，N=0。種子被拋離篩面，所以種子拋離篩面的條件為：
所以對物料分離結果起決定作用的是篩子運動的加速度比。另外與篩面摩擦角、篩子橫向傾角及縱向傾角有關。
由上述，本機振動頻率即偏心軸轉速應在間，這樣物料在風力作用下依次分層，比重較小的種子浮在上面，再加上篩面振動的配合，種子呈流化狀態(tài)，達到分離目的。
因為：
即
式中
將以上參數(shù)代入得到，即本機轉速應在：間,據(jù)實際經驗，選振動頻率范圍在次之間。
3.2 所需風量與風壓的計算
3.2.1 風量的計算
在篩床的設計過程中，已經確定篩床的有效工作面積為，為使籽粒在篩面上達到流化狀態(tài)，要求：清選小麥時平均風速，玉米為。
則
以玉米的計算風量為依據(jù)，應有總風量大于，同時應加上由于結構和工藝等原因造成的漏風損失。
一般，取
得到：
取
3.2.2 風壓的計算
要使種子在篩面上達到流化狀態(tài)，必須保證空氣流過篩孔后的速度，即風機產生的風壓除去各種損失后所應達到的動能指標。
式中P為風機全壓，為動壓，為靜壓，為介質重度，為介質速度。
的大小應能克服各種阻力損失。
風壓損失包括：風機出口的擴散損失，通過籽粒層的損失，通過篩孔、擋風網(wǎng)的損失以及摩擦損失等。
為了保證篩面有1.8m/s的風速，同時要求篩面各處風量可調，用一臺風機很難保證性能要求。因此，我們選用五臺同一型號的風機并聯(lián)使用。
1. 靜壓損失的計算
（1）通過糧層的壓降
式中：G/F為單位面積糧層的重量，R為系數(shù)，與籽粒的表面狀態(tài)、雷諾數(shù)有關，取K=1.05。
式中 h—糧層厚度；
g—籽粒容重。
另外，籽粒在清選時處于膨脹狀態(tài)，容重減小，取20%計算。
則有
對于小麥，重力清選機的最佳清選厚度為。
取
（2）通過篩孔的損失
式中為管道孔板阻力系數(shù)，它與篩網(wǎng)有效通風面積有關，一般20%左右。
由20%查得=67
由于采用了雙篩結構
取
（3）風機出口擴散損失
式中為管道突然擴大局部阻力系數(shù)，由管道面積與風口面積比值確定。
由此查得：
風機出口風速：
式中 n—所用風機臺數(shù)。
（4）摩擦損失
式中為摩擦阻力系數(shù)，它是雷諾數(shù)的函數(shù)，L為空氣介質流經管道的長度L=0.3m，為介質在管道中的速度（m/s）,d為管道直徑(m)，，由于是非圓截面，，R為當量孔半徑（m）,為介質的運動粘度=，R=0.38(按管道面積折算)，
2. 動壓的計算
3. 風機的總壓頭
取P=61
3.3 風機的設計
風機系統(tǒng)是重力清選機的核心部件，如何設計出具有一定風量、風壓且效率高、噪音小的風機是極其重要的問題。風機被認為是種子加工廠的主要聲源，為改善勞動條件，風機設計者往往不得不降低一些效率來達到降噪的目的。
3.3.1 葉輪的設計
1. 葉輪外徑風機轉速n的確定
風機的噪聲級與葉輪外徑線速度的次方成正比。因此，降低轉速是降噪的有效方法，但是轉速過低，將使風機外型加大，整個機器體積增加，造價偏高，因此轉速又不能過低，我們取n=980轉/分。
式中P為風機全壓（Pa），為介質密度1.2 ，為系數(shù)，=0.7—1.15之間，為得到較小的取=1.15。
取。
2. 最佳葉片進口角，出口角及葉片數(shù)Z的確定
所謂最佳葉片進口角和出口角，即是說滿足損失和噪音最小的條件，降低葉輪圓周速度，增加葉片數(shù)，增加葉柵的氣動力載荷是目前降噪設計的最盛行設計方法，一般，，Z=，本設計取，，Z=48。
3. 比值的確定
式中為風機的流量系數(shù)，V為風機的秒流量（），為葉輪外徑的線速度。
取
則
4. 最佳葉片進口寬度
離心風機在經過風機葉輪時要轉角，氣流在這里將發(fā)生分離（如圖3-4），因此，進口寬度只能為主氣流部分的充滿，這樣就使該處徑向速度大大增加。據(jù)此，在額定流量下，這里發(fā)生很大的不該有的沖擊，產生噪音。同時使氣流產生回流，伴隨著很大的損失。因此，為避免這種對葉輪的有害影響，防止氣流在轉彎處的分離，葉片的進口寬度尤為重要。
圖3-4 風室氣流示意圖
通常：
3.3.2 蝸殼的設計
蝸殼是風機中的關鍵部件，目前離心通風機普遍采用矩形截面的蝸殼，它的優(yōu)點是制造工藝簡單，適于焊接。
蝸殼設計的內容有：蝸殼寬度的確定，蝸殼型線的確定以及蝸殼舌尺寸的確定。
1. 蝸殼寬度的確定
依據(jù)資料推薦，機殼厚度與葉片寬度之比=1.4～1.5
則有：B/b=1.4～1.5
取 B=224mm
2. 蝸殼型線的設計
蝸殼機構采用平行側壁蝸殼，如圖3-5。
圖3-5 蝸殼示意圖
對于半徑r上的圓柱截面，連續(xù)性方程給出：
式中為葉輪外徑的半徑，為矩形截面任一圓弧上的徑向分速度，而Com為葉輪外徑上的徑向速度。
對于流速周向分量來說，上述的環(huán)流不變定律是同樣有效的，即。
由此得出流線的傾角為：
因此可從流線的出蝸殼型線
即 ,
積分
得到
此即為蝸殼型線，它可以滿足氣流的環(huán)流規(guī)律，從型線方程可以看到它是一條對數(shù)螺線。
式中為葉輪外圓上的氣流絕對速度與葉輪圓周速度的夾角，其值可由出口速度三角形得到(圖3-6)。
圖3-6 葉輪外圓速度三角形圖
其中的數(shù)值可由風機風量求得；。
即
的水平投影
的水平投影為：
即
但是由于風機葉輪的旋轉，實際，取，所以蝸殼方程式為：
b=159mm,B=224mm,r0=200mm
整理后得
其中以弧度計。
3. 蝸舌間隙的確定
蝸舌間隙的處理好壞，對通風機的噪聲有很重要的影響，前人試驗表明，增大蝸舌間距，可明顯降低通風機的氣體動力噪音，當時，達到了最低噪聲級的效果，因此取
4. 殼體進氣孔直徑
取。
，取D=332mm。
基于上述風機設計方法，不僅降低了噪聲，也滿足了風量風壓的性能要求。
3.4 傳動設計
3.4.1 無級變速器設計
為了滿足多種作物在篩面上的上滑條件，振動頻率必須可變、可調，所以必須采用無級變速傳動。它既滿足所要求的振動頻率，又使傳動機構大為簡化。
篩面振動頻率的無級調速可采用變頻調速三項異步電動機，本設計為降低成本、簡化機構，采用單調整，改變軸間距來達到各種變速。
1. 帶輪的計算
傳動比分配：
2. 風機軸帶輪： （查設計手冊）
3. 變速軸帶輪：
4. 變速軸轉速：
5. 無級變速帶規(guī)格的確定：
查設計手冊[16]圖9-1-6，表9-1-18，（非標準設備手冊）得到標寬, 厚度。
6. 槽輪直徑確定：查表9-1-22[16]，
槽輪最大直徑：
7. 無級帶計算：
無級變速帶長度計算：
查表9-1-18[16]，取標準值L=1430mm
實際中心距：
代入求得：
軸間距調整范圍L：
已知：
3.4.2 軸承壽命校核
頻率達到300次/min，無級變速器移動21.5mm時，徑向力與軸垂直線產生夾角。
所以軸向力：
參考變速器軸受力圖3-8
在A截面軸承受徑向力最大，故只校核A軸承，初選外球面向心軸承90504。
查軸承手冊，對于504軸承額定靜載荷，因軸向力全部由A軸承受，由機械設計手冊[16]查得：
而
由表10-14知，因而 ，由表10-14[16]查得X=1 ，Y=0。由表10-9[16]查得 ，表10-11[16]查得 ，表10-10[16]查得 ，表10-12[16]查得 ，因而
。
查軸承手冊[17]504軸承額定動載荷 ，所以 。
3.5 所需動力功率確定
該機傳動使用三角帶傳動，一臺電機既驅動風機又驅動振動臺，因此，電動機的功率選擇也應包含兩部分。
3.5.1 振動臺功率確定
振動臺是一個往復運動件，它所需要的功率從振動臺所獲得的能量與糧食被輸送需要的能量來考慮。
1. 工作臺振動功率
式中：G為篩體重量（㎏）；r為偏心距（ｍ）；ｎ為轉速（轉/分）；為功率（KW）。
設篩體重量為70㎏
則
2. 輸送糧食的功率消耗
式中 —生產率（T/h）為3噸/小時
—工作臺長度（m）為2.19m
—工作臺縱向傾角為
所以振動臺所需功率
取
3.5.2 風機所需功率的確定
取
3.5.3 所需理論功率和實際功率
為機械效率：
其中 —軸承效率，共7對軸承，
—三角帶傳動效率，為三級傳動，
—風機效率，
則有：
由此選用，額定功率，同步轉速。
3.6 強度與剛度的設計與校核
3.6.1 驅動連桿的強度與剛度校核
初步設計連桿橫截面尺寸mm，，且連桿是一端與曲柄軸鉸接，另一端與篩體固定連接。
1. 受力分析：連桿的彎曲應力如圖3-7所示:
圖3-7 連桿安裝情況示意圖
將次種桿件視為一懸臂梁。自由端A受一對稱循環(huán)交變集中載荷P，當曲柄以角速度旋轉時，A端撓度方程為：
式中r為偏心距，為相位角。
由材料力學得知，此種梁的彈性曲線方程為：
將式與式合并，則：
此時連桿所受彎矩為，連桿所受彎曲應力：
式中（抗彎截面模量）
式中 而
所以
2. 軸向拉壓交變應力
已知連桿受篩體慣性力和篩體重量的水平分力
為對稱循環(huán)交變載荷
為常數(shù) 為篩體傾角
此時連桿所受拉壓應力為
式中 i為連桿數(shù)i=2
所以連桿所受壓力總和為：
當時，，連桿所受應力最大。
式中， ，，，，
代入上式得
連桿的強度條件為
式中 —材料在對稱循環(huán)交變應力下的疲勞極限。
—疲勞安全系數(shù)，查手冊[16]得：
—有效應力集中系數(shù)，查設計手冊[16]
—尺寸系數(shù)，查圖10-13[16]，
，查圖10-15[16]
所以連桿強度合格。
3.6.2 壓桿穩(wěn)定校核
已知鋼臨界柔度
式中，，（比例極限）
柔度計算：
式中， ，I為慣性矩 ，（截面面積），
查表9-1[16]，為長度系數(shù)0.7（一端固定一端鉸支）
因為所以該件是大柔度桿。
據(jù)歐拉公式：
因為
式中 —失穩(wěn)安全系數(shù)。
由慣性力造成外加載荷：
當0、、時，
因為
所以穩(wěn)定性合格。至此連桿強度與剛度全部合格。
3.6.3 無級變速軸的強度與剛度校核
把無級變速軸視為一個鉸支的懸臂梁，受力如圖3-8所示。
圖3-8 變速軸彎矩扭矩圖
已知：該軸功率，,
扭矩
所以
1. 求支反力與，作彎矩圖H面，對B點取矩：
/
面，對B點取矩
查設計手冊[16]：
當量扭矩
2. 驗算軸疲勞強度
由彎矩圖可見，A截面承受彎矩最大，所以只驗算A截面疲勞強度即可。
式中、分別為抗彎截面模量及抗扭截面模量，對于一般轉軸，彎曲應力通常按對稱循環(huán)變化，而扭轉剪應力通常按脈動循環(huán)變化考慮，A截面應力幅：
平均應力：
由設計手冊[16]查得：
等效系數(shù)
尺寸系數(shù)
表面狀態(tài)系數(shù)
有效應力集中系數(shù)
由公式
查手冊得許用安全系數(shù)
表明該軸疲勞強度合格。
3. 驗算變速軸扭轉剛度
據(jù)公式
查手冊得
所以
所以該軸剛度合格。
3.6.4 無級變速器壓縮彈簧的計算
1. 為了確保傳遞扭矩可靠，應計算彈簧所受軸向壓縮力得大小，以確定彈簧尺寸。
首先假設皮帶與帶輪之間的壓強P是均勻分布的，即P是常數(shù)，實際上壓強不是均勻分布的，但是按壓強是均勻分布所積分出的摩擦力矩卻是與實際所傳遞的扭矩相平衡，所以用這種辦法解決的問題是安全可靠的。彈簧所受的壓縮力應等于滑動盤所受的水平方向的合外力。而水平合外力等于產生摩擦力矩的正壓力的積分。因此，應先求出壓強P，彈簧壓縮力便迎刃而解。
摩擦力矩微元：
式中f為摩擦系數(shù)，為正壓力微元，P是壓強；且，是面積微元。
所以
因為摩擦力矩是由皮帶輪兩側共同產生，所以當振動頻率為600次/分時
式中，為皮帶包角，r為半徑。
該軸所傳遞扭矩
式中 N—該軸功率0.45KW
n—該軸轉速
因為，所以 ，
而滑動盤水平方向合外力F同樣由皮帶輪兩側產生
同理可求出當振動頻率為300次/分時，最大水平軸向壓縮力。
為了確保扭矩傳遞可靠，考慮皮帶打滑等因素影響，還應乘上工作情況系數(shù)，查表得到軸向壓縮力： 。
2. 彈簧的設計與計算
已知：彈簧負荷作用次數(shù)低于次，屬三類負荷，中徑，,。
最大工作負荷時變形量20mm。
查機械設計手冊，由表11-7[16]查得：
選用III組碳素彈簧鋼絲，由表11-3[16]及表11-4[16]得
查表11-9[16]得C=13.5，，取，當、時，由表11-10[16]可查得：
由表11-7[16]查得：
當,，由此得有效圈數(shù)
取n=2，有效圈數(shù)圈
實際變形量：
查表11-10[16]節(jié)距，則自由高度和壓縮高度為
則
計算結果符合、為總變形量的范圍要求。
驗算疲勞強度及靜強度安全系數(shù)，查表11-9[16]
時，
按表11-7[16]中、的數(shù)值取值
則疲勞安全系數(shù)：
靜強度安全系數(shù)：
由此可見符合的要求。
螺旋角，符合的要求。
細長比，符合的要求。
外徑
查表11-10[16]最大心軸直徑，最小套筒直徑
展開長度
第四章 機器的調節(jié)、操作與維護
4.1 調節(jié)
重力清選機的操作調節(jié)對分選效果起著很大得作用，圖4-1為5XZ-3.0型重力清選機solidworks三維效果圖。
圖4-15XZ-3.0型重力清選機三維效果圖
圖4-2 5XZ-3.0清選機左側機型
1、喂入量調節(jié)手輪 2、縱向傾角調整手輪 3、縱向傾角夾緊旋鈕 4、橫向傾角調節(jié)手柄 5、橫向傾角夾緊旋鈕 6、變速手輪 7、氣流調節(jié)手輪 8、轉速表
圖4-3 5XZ-3.0清選機篩面
啟動機器前，必須完全清除各調節(jié)的作用及位置。適當?shù)卣{整好諸控制是分選機使用成功的關鍵。
1、工作臺
重力選的最重要的部件是工作臺，工作臺由三部分組成：精心加工的木框、用以分配氣流的下孔板及篩面，在其上進行分選。
在工作臺的開口端裝有兩個分離擋板，對其調整可使物料分成不同的部分。在工作臺上喂入口的相對側有木制隨意出口，該出口可在提高生產能力時應用。在同一面，靠近為入口處有石頭出口，它用于清除重雜物。
2、五種調整
重力分選有五種不同的調整，其調整必須合適，以得到最佳分選效果。
（1）喂入量
喂入量調節(jié)手輪位于喂入斗上（帶除塵罩的位于罩上），用以控制落在分選工作臺上的喂入量，不管是應用標準的喂入斗還是其它型號，其控制基本的喂入速率應一致，使物料不亂蹦動，在喂入部分物料亂蹦跳會使機器出口處分離效果變壞，因此，建議在喂入箱上方設置一個緩沖倉。
總的來講，平均喂入量應由加工線設備的平均能力所確定，為得到重力選的最佳分選效果，應使喂入量在不低于能保證物料蓋滿工作臺的最低喂入量的條件下，盡可能的低。最大喂入量應能保證必要分離質量的喂入量最大值，啟動時按最小的喂入量調整，為得到所需加工量，可逐漸增加喂入量。
（2）縱向傾斜
縱向傾斜是工作臺的喂入端到卸料端之間傾斜，其傾斜程度決定工作臺上從喂入端到卸料端物料流的速率?？v向傾斜越大，則物料流速越大，物料分選時間越短，反之物料流速越慢，分選時間越長。分選的質量與物料分選時間有關，總的說來，物料分選時間越長，分選的效果越好。
縱向傾斜與喂入速率控制有密切聯(lián)系。當喂入量增加時，縱向傾斜必須加大，這時工作臺面上的物料厚度不會變得很厚。當喂入量減少時，縱向傾斜應該減小，工作臺面上的物料厚度不會變得很薄。這時工作臺面將被空氣完全覆蓋。
（3）橫向傾斜
橫向傾斜是工作臺高邊與低邊之間的高度差。橫向傾斜增大將引起物料向工作臺的低邊方向流動，其減少則會使物料移向高邊方向。在正常情況下，當橫向傾斜達到或接近最大傾斜度時會得到最好的分選效果?？墒?，注意不要使其傾斜太陡，即使增加偏心速度，也不能使物料向高邊移動。相反如果傾斜太小，如果太陡，即使增加偏心速度，也不能使物料向高邊移動。相反，物料一側。橫向傾斜的調整；先松開兩加緊鈕（5），移動橫向傾斜調節(jié)手柄（4），移向機器方向得到較大的傾斜，反之離開機器方向可得到較小的傾斜。
（4）偏心速度
偏心速度與橫向傾斜有密切聯(lián)系，偏心速度的增加會引起物料向工作臺的高邊移動，而偏心速度降低會使物料移向其低邊?？偟膩碚f，增加或降低偏心速度會得到更精確的分選。當應用最大的橫向傾斜，物料仍然全部移向工作臺的高邊時，則偏心的速度是過于大了。
（5）空氣控制
空氣調節(jié)是重力分選機的最重要的調整。氣流控制中最常見的錯誤是氣流太大，分選作用并不是把輕物料“吹離”重物料，而是用控制空氣流使物料分層化，然后用工作臺面的振動作用分選。太大的氣流會因沸騰作用把較重的顆粒從工作臺面上提起并與上層較輕的物料混合。太小的氣流會使物料呈現(xiàn)呆滯并被堆積在工作臺的高邊處。
氣流適當，則物料總是處于流動狀態(tài)，除為入口下的層化區(qū)以外，工作臺其他部分的上層物料被吹起并自由流動，沸騰作用應被控制在最低狀態(tài)，以使振動的工作臺能進行正常分選。
在分選不同物料或同種物料不同品種時，工作臺下面的氣流配置必須是變化的。
5XZ系列重力選為多風機機型，氣流應分別調節(jié)。氣流調整：旋轉氣流調節(jié)手輪（7），順時針轉動氣流增加，逆時針轉動氣流減少。
重力式分選機所有調節(jié)都是為了分選的共同目的，彼此間需配合使用以得到最佳分選。
4.2 操作
4.2.1 初步調整
一個有經驗的重力式分選機操作者應能順利地啟動重力選并得到好的結果。但是，不按說明啟動機器常常引起失敗。當物料被喂入到工作臺上之后，必須盡快做許多最初的調整，因此，最好在進行分選之前要使機器空運轉幾分鐘。空轉時，要聽一下機器聲音是否正常，觀察一下工作臺的振動情況，調節(jié)速度控制使工作臺振動加快或減慢。
找到橫向傾斜調節(jié)手柄，松開夾緊旋鈕，調整橫向傾斜調節(jié)手柄以增加或減少工作臺的傾斜。要記住橫向傾斜與偏心速度必須彼此平衡才能得到貫穿于整個工作臺的均勻物料。
檢查喂入機構以確信喂入量可以控制。調節(jié)縱向傾斜調節(jié)液壓開關，升高或降低工作臺的喂入端。喂入兩與縱向傾角調節(jié)必須彼此平衡，以保證從工作臺喂入端到出口物料流均勻一致。
最后，旋轉氣流調節(jié)手輪，看風量是否有變化。
開機前進行一次旋轉方向檢查，以確保風機旋向正確。
初步調整可按表4-1預調數(shù)據(jù)表進行。
表4-1 預調數(shù)據(jù)表
型號
臺面
偏心轉速
橫向傾角
縱向傾角
風機
#1
#2
#3
#4
#5
5XZ-3.0
10目讀數(shù)
3/4
450
最大3.5
1/2
2.5
最大
5.5
3/4
4.5
1/4
2.0
1/4
2.0
3/4
4.5
5XZ-3.0
16目讀數(shù)
3/4
450
最大3.5
1/2
2.5
3/4
4.5
1/2
3.5
1/4
2.0
1/4
2.0
1/2
3.5
5XZ-3.0
30目讀數(shù)
3/4
450
3/4
3.5
1/4
2.5
1/2
3.0
1/4
2.0
最小
1.5
最小
1.5
1/4
2.0
5XZ-3.0
亞麻讀數(shù)
3/4
450
3/4
3.5
1/4
2.5
1/4
2.0
1/4
2.5
最小
1.5
最小
1.5
1/4
2.0
操作步驟：
第一步
按推薦表上的數(shù)據(jù)對各部位進行調整并緊固加緊旋鈕。開動機器，輕輕地打開為入門，并調整偏心速度，是物料開始向上運動。
圖4-4谷物在篩面上的分布圖1
第二步
等到工作臺面的被覆蓋，調整每個氣流調節(jié)門，以提供足夠的氣流確保物料處于流動狀態(tài)。從喂入端開始，成功地調節(jié)每個氣流調節(jié)門，使之得到最好的結果，每做另一次調節(jié)前都要為看上次調節(jié)的影響而等待片刻。
圖4-5 谷物在篩面上的分布圖2
第三步
如果輕物料區(qū)不出現(xiàn)，要稍稍加大氣流，增加尾部高度或者橫向傾斜。工作臺被完全覆蓋后等幾分鐘，然后重新調節(jié)這些控制，以得到可能得到的最好的分選質量。
圖4-6谷物在篩面上的分布圖3
第四步
取得滿意的分選質量后，開始增加分選能力。首先用加喂入量及進行縱向傾斜調整增加能力。進而，隨意出口增加能力。在保持分選質量的同時，為增加作業(yè)能力對氣流進行調整是必要的。用打開沿工作臺高邊的隨意出口增加能力。在保持分選質量的同時，為增加作業(yè)能力對氣流進行調整是必要的。
圖4-7篩面上谷物的分布圖4
4.2.2 分選開始后的調整
當上述最初步調整完成后，可加大喂入量并調整偏心速度，使物料開始流向工作臺高邊。
1.調整氣流分配
待至工作臺面被物料覆蓋后，調節(jié)每個氣流調節(jié)門，使物料有剛好足夠的氣流而保持其流動狀態(tài)。注意，不要開調節(jié)門過大，使物料有剛好足夠通過調節(jié)門進入，物料將進行沸騰狀態(tài)，不能在工作臺上順利地流動。也要注意是否有區(qū)域氣流太小，這是因為工作臺面未被空氣覆蓋，則氣流分配將變得正常。
工作臺被全部覆蓋后，從最后一個風機（即緊靠機器排料端風機）開始，向喂入端逐漸降低風機的其流量。在成功的調節(jié)中，每個風機風量應調到仍能進行分選的最低點。當一個氣流調節(jié)門完全關閉后，保持其關閉狀態(tài)，再關閉向喂入口方向的下一分機調節(jié)門。
2.調整橫向傾斜及偏心速度
得到一個好的氣流分配后，觀察一直到工作臺排料端的物料深度。物料表面應該平滑而均勻，在工作臺高邊的物料深度應為低邊的2-3倍。如果高邊的物料太深首選要增加橫向傾斜，以后降低其偏心速度或稍稍增加些氣流，這些作用的目的是使物料移向工作臺的低邊。如果工作臺的低邊物料太深，首先應該增加偏心速度，以后，減少氣流或橫向傾斜，這些調節(jié)將使物料移向工作臺的高邊。在做完這些調整后，觀察分選結果，如有必要再調節(jié)氣流分配。
3.調節(jié)縱向傾斜
檢查機器的縱向傾斜，如果調整正確，機器喂入端的物料深度應比排料端深2到4倍。如果料床太深，則應使縱向傾斜增加，使物料更快地離開喂入端，如果料床太薄則應降低縱向傾斜，使物料留在喂入端較長。
4.2.3提高分選能力
在所要求的分選質量達到后，開始提高其分選能力。
1. 首先，增加其橫向傾斜，這將使物料移向工作臺的低邊。相應地增加偏心速度直到再次得到合適的物料布置圖。繼續(xù)交替地增加橫向傾斜和偏心速度，直到用調整偏心速度的方法仍能得到正確的物料床深度的橫向傾斜的最大值。
2.其次，輕輕地打開喂入門，喂入量增加了，物料床的深度也增加了。觀察工作臺面上物料的變化。以后，增加縱向傾斜以補償增加的喂入量。繼續(xù)增加喂入量、增加縱向傾斜，直到喂入量達到最大，此時，機器仍然能保持要求的分選質量。氣流量可以稍微增加些，以補償較厚的物料床。要確保每次縱向傾斜調整后夾緊盤一定要夾緊。
3. 可以用打開沿著工作臺高邊木制隨意出口方式增加其加工能力。以靠近排料端的木制出口先開始打開，后依次約每兩分鐘后打開下一個出口。
4.打開2到3個邊門后，喂入門可以開大些，使之足以補償從邊門移出工作臺的物料。當排料端物料床變薄時，如有必要可調整氣流量。
可以打開的木制出口的數(shù)量應該由分選的難度以及最后分選要求確定，分選愈容易，出口可以打開的愈多，加工能力也愈高。要記住加工能力與加工質量彼此相關，因此，如果分選的質量達不到標準，就應降低其加工能力以保證分選質量。相反，如果分選質量高于所要求值，則可以提高其加工能力。
4.3 維護
重力分選機可用以進行多年無故障服務。然而，和其他機器一樣，為保持最佳條件需要進行周期性的維護。如果不進行定期檢查，下述某些區(qū)域可能會出問題。
4.3.1工作臺
工作臺是實際與被分選物料接觸并進行分選的機器部件。為保持其最佳分選，工作臺應經常檢查和清理，如果有必要，還要修理。即使在很清潔的大氣環(huán)境下，塵土和臟物也會堆積在工作臺的下表面上。這樣會影響通過工作臺的氣流并漸漸使工作臺空氣完全堵塞。
當工作臺面堵塞時，必須從機器上取下來清理，最好的辦法是用壓縮空氣從上向下吹，徹底清理整個工作臺。為檢查工作臺是否清理好，可采用下置照明燈的方法檢驗[13]。
因為工作臺與分選物料直接接觸，它將受到磨損，要經常檢查磨損情況[13]。當工作臺面被磨損時，其表面變得平滑，移動處于下層的較重物料變得更加困難。正常情況下，當工作臺的金屬絲磨損一半時，工作臺應該跟換臺面金屬網(wǎng)。
水平金屬條裝于工作臺的上表面上，其作用是幫助重顆粒向高邊移動，而對輕物料的運動不影響。這些水平金屬條裝在木制的筋板處。
4.3.2皮帶
重力選有三組三角皮帶及帶輪，它們是：主驅動三角帶或稱風機三角帶；從風機軸到變速軸之間的中間傳動帶；從變速軸到偏心軸的偏心傳動帶。
偏心軸皮帶，位于變速軸與偏心軸之間，有一轉動軸從其中間穿過，因此在更換皮帶時必須將軸取下來。為方便，所有新機型都備有備用三角帶裝于線軸處，當原來的皮帶磨損后，將備用帶從其安裝處少量移出，滑向原有三角帶的位置即可。
4.3.3軸承
重力分選機有幾組密封軸承支持風機軸和偏心軸。軸承和其他運動部件一樣，也要求定期檢查以確保其最大的壽命。
在機器首次起動前檢查所有的軸承安裝螺絲，在機器運轉2-10小時后，關閉機器，在軸承固定螺絲冷卻前對其再次檢查。在機器操作100-150小時后，關閉機器再作一次檢查。
結論
將近一個學期的畢業(yè)設計就要結束了。在這短暫而且寶貴的三個月的畢業(yè)設計過程中，不光讓我再次熟悉且學到了很多專業(yè)知識，更鍛煉了自己獨立完成課題的能力。
在這三個月，通過大量的資料查閱、現(xiàn)場調研，完成了型號為5XZ-3.0的重力式清選機的設計。本設計符合了我國農業(yè)高速發(fā)展、農業(yè)機械急待提高的要求，滿足了現(xiàn)代化農業(yè)對糧食和種子生產加工越來越高的要求。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(yè)的清選機具。它能將經過風篩式清選機、窩眼滾筒清選機等機具清選過的較均勻的種子，按密度大小進行分選加工，以清除發(fā)育不好、成熟不完全、受蟲害霉爛和已發(fā)芽的種子，還可分離與種子尺寸相近而質量有一定差異的混雜物。
雖然在這次設計中查閱了大量資料并做了相關實習，但由于水平有限，設計中一定還存在很多缺點和不足，還有待進一步完善和改進。
致謝
四年前我還是一個青澀的少年，帶著無數(shù)的憧憬和夢想來到了我的母?！邶埥萍紝W院，轉眼間我即將畢業(yè)踏上社會。在這四年中，母校不僅教給我生存立本的知識、技能，更教會我如何做人、如何回報社會，所以首先我要感謝所有學校的教職工和所有學生，帶給我這彌足珍貴的四年。
忙碌了三個月的畢業(yè)設計后，我的知識得到了檢驗，動手實踐的能力得到提高。這份汗水的結晶是所有教育過我的老師的功勞，更是我畢業(yè)設計指導老師的功勞，所以我真誠的感謝指導老師陳老師和她的愛人趙老師，是他們不辭辛苦、耐心指導并給我們提供大力的無私幫助，我才能順利完成設計。
再次感謝我的母校和我所有的老師們，馬上就要離開這里了，我不會辜負母校的栽培，一定用我的知識回報社會，謝謝。 參考文獻
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附錄1
標題：
振動分離
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外國參考文獻：
3840116已精加工成型設備的項目管理與改進物料的分離
4143769設備進行分類和離散分離的文章
4717027振動帶分離模