氣力式-離心式棉花堆垛機的設計【含SW三維3D建模及7張CAD圖紙】

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(1).按輸送裝置特征,氣力輸送可以分為負壓式、正壓式及混合式三種。 ?(a)負壓輸送? 負壓輸送系統(tǒng)是以輸送系統(tǒng)末端的引風裝置運轉時形成負壓與外界壓力差為動力的。由于壓力差的存在，外界空氣被吸入管道，同時物料隨空氣的運動而被帶入管道。到達終點后，物料從空氣中被分離出來并收集，空氣則經凈化后排入大氣或循環(huán)使用。負壓輸送系統(tǒng)多用于集中式輸送，即多點向一點輸送，如車間除塵、糧食入倉等。 (b)正壓輸送? 正壓輸送是最早使用的氣力輸送系統(tǒng)，也是氣力輸送的最基本形式。正壓輸送是利用系統(tǒng)起點的風機向輸送管道內通入壓縮空氣，利用管道起點與終點的壓力差，使空氣在管道內流動，并帶動物料運動的。正壓輸送系統(tǒng)中，物料由供料裝置送入輸送系統(tǒng)，在輸送終點，物料與空氣分離。與負壓氣力輸送系統(tǒng)相比，正壓輸送系統(tǒng)的輸送距離較長。正壓輸送系統(tǒng)適于分散輸送，即一點向多點輸送，在輸送管線中，物料可在任意卸料點依靠物料的重力與輸送介質實現分離。? (c)混和輸送系統(tǒng) 混和輸送系統(tǒng)是在同一輸送系統(tǒng)中將正壓輸送系統(tǒng)和負壓輸送系統(tǒng)聯(lián)用的一種輸送系統(tǒng)。混和輸送系統(tǒng)結合了正壓和負壓輸送系統(tǒng)的特點，因而可用于復雜的輸送條件。?? (2)?按照料氣比，氣力輸送系統(tǒng)又可以分為稀相氣力輸送、濃相動壓氣力輸送、濃相靜壓氣力輸送和筒式氣力輸送。 (a)稀相氣力輸送 稀相氣力輸送的特點在于輸送系統(tǒng)內氣流速度高，物料呈懸浮狀態(tài)，空隙率大。物料的輸送主要依靠氣流速度的動能。稀相氣力輸送采用的速度通常為12～40m／s，料氣質量比一般為1～5，最大不超過15。 (b)濃相動壓氣力輸送 濃相動壓氣力輸送的氣流速度一般在8～15m／s之間。濃相動壓輸送中物料在管內呈密集狀態(tài)分布，依靠空氣的動能來輸送。這類氣送裝置有：高壓壓送、高真空吸送和流態(tài)化輸送。濃相動壓輸送的料氣比變化范圍很大，高壓壓送與高真空吸送的料氣比大致在15～50之間，流動狀態(tài)呈脈動集團流；而對于易充氣的粉料，料氣比高達200以上，呈流態(tài)化輸送。? (c)濃相靜壓氣力輸送 濃相靜壓氣力輸送中物料密集而栓塞管道，依靠氣流的靜壓來推送物料。濃相靜壓氣力輸送可分為柱流和栓流兩種：柱流氣力輸送：密集物料連續(xù)地充塞管道內而形成料柱，料柱運動速度低，一般為0．2--一2m／s，柱流氣力輸送僅適用于短距離輸送。栓流氣力輸送：人為地把料柱預先切割成較短的料柱，輸送時，氣栓與料栓相間分開。栓流氣力輸送適用于中距離輸送。 (d)筒式氣力輸送 筒式氣力輸送是預先將需要輸送的物料裝入傳輸筒或筒車內，利用空氣的靜壓使傳輸筒 或筒車在管道內滑行的輸送方法，適用于既難于懸浮，而又無法成栓的成件貨物的輸送，如火車上單據、文件的輸送，郵局中信件的輸送等。 ? 氣力輸送的特點 （1）優(yōu)點由于氣力輸送的輸送介質(一般為空氣)在多數情況下到終點后即排入大氣，沒有回程，因此與其它輸送技術相比具有以下優(yōu)點：? (a)管道路線靈活，占地面積最小?？筛鶕臻g條件合理設計管道路線布局，不受場地和空間限制；? (b)不污染環(huán)境，也不受環(huán)境污染。由于被輸送物料全部通過管道輸送，與外界隔離，因此不會對外界環(huán)境造成污染，尤其是負壓輸送系統(tǒng)；物料不受環(huán)境的影響，特別是對于化學不穩(wěn)定物料，可采用惰性氣體作為輸送介質實現物料的氣力輸送；? (c)輸送效率和自動化程度高。由于輸送系統(tǒng)中沒有機械傳動環(huán)節(jié)，因此不需要專人操作；? (d)可輸送距離長?？梢酝ㄟ^分級輸送或采用混和輸送的方法延長管道輸送距離；? (e)輸送過程中可以通過定量分流來實現各工藝過程直接的銜接。? （2）缺點? (a)與其他散狀固體物料輸送設備相比，氣力輸送系統(tǒng)動力消耗較大，特?別是稀相氣力輸送系統(tǒng)。? (b)使用受到限制。氣力輸送系統(tǒng)只能用于輸送干燥、無磨琢性、有時還需要能自由流動的物料。如果成品不允許破碎，則脆性的、易于碎裂的物料不宜采用稀相氣力輸送。除非是特殊設計，否則易吸潮、結塊的物料也不宜采用氣力輸送系統(tǒng)。易氧化的物料不宜用空氣輸送，但可以采用帶有氣體循環(huán)返回的惰性氣體來代替空氣；? (c)輸送距離受到限制。至目前為止，氣力輸送系統(tǒng)只能用于比較短的輸送距離，一般小于3000m，對較粘的物料則更短，例如炭黑，目前其輸送距離在2000m以內；? (d)物料特性如堆積密度、粒度、粒子強度、休止角、磨琢性等的微小變化，都能造成操作上的困難；? (e)?易磨損、易堵塞、高能耗 國內外學者主要的研究方向 可以歸納為以下四個方面： 其一，從整體性能角度設計堆垛機方案。結合巷道堆垛機特點，對有軌堆垛機整機設計進行研究，對幾種堆垛機方案進行比較給出單雙立柱堆垛機的設計方案等。 其二，研究堆垛機結構設計為主。以巷道堆垛機結構為分析對象，研究堆垛機各種運動，堆垛機結構的狀態(tài)；對有軌堆垛機的水平機構進行研究，提出了載重 0.2~1t、立柱高度 10~20m 的堆垛機系列設計和設計方法；從堆垛機結構計算角度研究了堆垛機外載荷、內部受力、剛度、強度等計算方法和步驟。 其三，研究堆垛機控制系統(tǒng)技術。論述堆垛機控制系統(tǒng)工作原理等，并著重分析堆垛機速度精度控制和給出了 PLC 系統(tǒng)控制流程圖；從應用 PLC 的角度闡述了堆垛機控制系統(tǒng)工作原理，以激光測距技術作為巷道堆垛機的認址檢測手段，開發(fā)并應用變頻器無級調速閉環(huán)控制方式，提出一種新型巷道堆垛機高速運行的控制方法。 其四，充分利用先進的計算機軟件對堆垛機進行計算分析、運動仿真。利用三維實體軟件建立堆垛機實體模型，然后導入分析軟件對堆垛機性能進行仿真分析。  2、風機的設計 2.1風機在農業(yè)機械中應用及選型 因農業(yè)機械對于風機一般都有不同的要求，與國家標準系列的風機在風壓、風量等參數上有可能不一樣，因此為適應農業(yè)機械的應用條件，需對風機進行設計計算。 農業(yè)機械上的離心風機應用較多，其類型分為通用型和清糧型。通用型一般為單面進風，葉片寬度較窄，采用渦型外殼，效率較高。農業(yè)機械上大多為中壓及高壓風機，用于播種、植保、輸送及烘干等機械上。 棉花在吹送至高處的過程中，需要的風量、風壓較大，為了較好的滿足棉花的運輸要求，綜合考慮其他因素，本采摘裝置上的吹送風機采用通用型離心式風機。 2.2 風機葉輪設計 葉輪是離心風機的心臟部分，它的尺寸和幾何形狀對風機的特性有著重大的影響，離心通風機的葉輪一般由前盤、后盤、葉片和軸盤等組成，其結構有揮接和鉚接兩種形式。 比轉數 風機類型 15~65 前向葉輪離心風機 20~90 后向葉輪離心風機 18~36 軸流式風機 <10~15 羅茨風機或其他回轉風機 表2-1 比轉速風機類型 (1)比轉數 （2-1） n—風機轉速，r/min。 =；參考表格，根據經驗，選用后向葉輪離心式分機。 (2)壓力系數 根據經驗，壓力系數=0.7~1.5，選擇=1.4。 （2-2） —葉輪圓周速度，m/s。 m/s （2-3） —葉輪外徑，mm； 代入數值得。 （3）流量系數 = （2-4） 代入數值得； (4)葉輪內徑 ； 2.3 進氣口的設計 進氣口一般錐形比圓筒形要好，弧形比錐形要好，組合形式比非組合形式要好，錐弧形進氣口的禍流區(qū)最小，此外還應注意葉輪入口的間隙型式、套口間隙比對口間隙形式好。由于農業(yè)機械上對離心風機的要求不是很高，本文中采用圓筒形進氣口，便于制造加工。 a圓筒形 b圓錐形 c弧形 d錐筒形 e弧筒形 f錐弧形 圖2-2 離心風機進氣形狀 2.4 風機外殼的設計 風機外殼的作用是將離開葉輪的氣體集中、導流，并將氣體的部分動能擴壓轉變?yōu)殪o壓。通用型風機的外殼分為圓筒形外殼和一般用渦殼，圓筒形外殼結構簡單，外廓尺寸小，制造容易，但是損失較大，氣流出口速度不均勻，而一般用蝸殼則具有較好的導流作用，損失相對較小，效率高。目前離心通風機普遍采用矩形渦殼，優(yōu)點是工藝簡單適于焊接。本文中風機鍋殼外形能選擇為對數螺線型。 葉片數量參照下表采用13葉片 葉片形式 推薦葉片數Z 葉片形式 推薦葉片數Z 強后彎葉片 8-10 徑向出口工業(yè)廢氣或廢料輸送 5-10 后彎機翼葉片 8-12 前彎葉片高壓鼓風機 12-16 一般后彎葉片 12-16 一般前彎葉片 16-23 徑向出口高壓鼓風機 10-20 強前彎多翼葉輪 32-64 表（2-2） 圖2-3 圖2-4 閉流器設計籽棉吸入大機殼后，由于重力落入閉流器，閉流器旋轉轉子，使落入底部的風機出口，將棉花吹上一定高度的棉花垛上。 17 3、V帶設計 3.1.確定計算功率 （3-1） 式中：----計算功率，單位為kW p----傳遞的額定功率，單位為kW由機械設計手冊查得工作情況系數為KA=1.3， =1．3×6．1=7．93kW 3.2 選擇V帶帶型 根據和由機械設計手冊確定選用A型V帶。 3.3.確定帶輪基準直徑 由機械設計手冊取主動輪的基準直徑=90mm 根據公式計算得從動輪的基準直徑 ==1.06×200=280mm 驗算帶的速度 （3-2） （3-3） 故帶速符合設計要求。 3.4確定帶的基準長度和傳動中心距 據，初步確定中心距a0=550mm。 皮帶基準長度計算 （3-4） 由機械設計手冊選帶的基準長度Ld=1750mm皮帶實際中心距計算a=550+15.5=515.5mm 3.5計算預緊力 查機械設計手冊得： 故: 帶傳動特點 是： （1）傳送帶具有良好的撓性和彈性，可以吸收振動以及緩和沖擊，從而使傳動平穩(wěn)、噪音??； （2）在過載時，傳送帶與帶輪之間可以發(fā)生相互滑動，打滑雖使傳動失效，但可防止破壞其他零件，從而起到保護作用； （3）適合于主動軸、從動軸之間中心距比較大的傳動； （4）其結構簡單，制造、安裝和維護都比較方便，成本低廉。 帶傳動的缺點： （1）由于存在彈性滑動的，所以不能保證固定不變的傳動比； （2）傳動的外廓尺寸較大； （3）由于要施加張緊力，所以就會產生較大的壓軸力，使軸和軸所承受的力比較大。 （4）效率偏低， （5）造成壽命較短。 通常，帶傳動適用于中小功率的傳動。目前V帶傳動應用最廣，一般帶速為v為5m/s到25m/s,傳動比i小于等于7，傳動效率0.90至0.95。 帶傳動的受力分析 (3-5) 圖2-1 帶傳動的受力情況 兩邊拉力之差稱為帶傳動的有效拉力，也就是帶所傳遞的圓周力F。即 (3-6) 圓周力F(N)、帶速v（m/s）和傳遞功率P(kW)之間的關系為 (3-7) 若帶所需傳遞的圓周力超過帶與輪面之間的極限摩擦力總和時，帶與帶輪將發(fā)生顯著的相對滑動，這種想象稱為打滑。經常出現打滑將使帶的磨損加劇、傳動效率降低，以致使傳動失效。 4、電動機的選取 4.1電動機類型和結構的選擇 本裝置的工作狀況：工作機負載啟動，有輕微震動，單向運轉，使用期限10年，工作環(huán)境溫度適宜，較干燥，按工作條件選用三相籠形異步電動機，封閉式結構，電壓380V，Y型。 4.2選擇電動機容量 電動機所需的工作功率為： （4-1） 工作機所需工作功率，kW； 由電動機至工作機主動端運輸帶的總效率。 （4-2） T-工作機阻力矩，； n-工作時閉流器的轉速，r/min。 阻力矩等于阻力與阻力作用點到轉軸的垂直距離之積，，約合1200N，作用力到轉軸的的距離為200mm，因此，工作機的阻力矩為240。 工作機在轉速30r/min時，工作效率較好。 （4-3） 取=0.98（滾子承軸），=0.97 4.3電動機轉速的選擇 n=75/min二級減速器傳動比i=6，故電機轉速可選范圍240r/min-1200r/min，符合這一范圍的同步轉速為：750r/min、1000r/min，根據容量和轉速，由《機械設計課程設計手冊》查出的電動機型號，因此由以下兩種選擇方案 ： 表4-1電動機數據 方案 電動機 型號 額定功率kW 同步 轉速 滿載 轉速 電動機重量 1 Y90L-6 1.1 1000 910 25 2 Y132S 2.2 750 710 63 本參考比價僅供參考，表中數值為相對值。查《機械設計課程設計手冊》P170表12－6。綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸，質量，價格以及傳動比，可見第二種方案比較合適，因此選定電動機的型號是Y132s型。風機用電機功率要求較大，需要高轉速，選用132s-2的3000r/min電機 塔里木大學畢業(yè)設計 5、軸的設計 （1）軸的結構設計就是使軸的各部分具有合理的形狀和尺寸。 其主要要求是：軸應該便于加工。軸上零件要容易裝拆（制造安裝的要求）。軸和軸上零件需要有準確的工作位置（定位）。各零件需要牢固而可靠地相對固定（固定）。改善其受力狀況，減小應力集中。如上圖從左到右依次為： 與大帶輪配合的軸 取 為動力部分，過軸肩 取 取 由于使用的軸承為深溝球軸承GB/T276-94查《機械設計手冊》表6-1得b=16mm S為滾動軸承內側與箱體的距離，s=3～10mm，取s=5mm Δ為端面距箱體外壁的距離，Δ=5～20mm，取Δ=17mm 由于使用的軸承為深溝球軸承GB/T276-94查《機械設計手冊》得b=16mm，S為滾動軸承內側與箱體的距離，s=3～10mm，取s=3mm，Δ為端面距箱體外壁的距離，取Δ=4mm （2）軸上零件的周向定位。 周向定位均采用平鍵連接。按由《機械設計》教材p53表4-1查得鍵截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為12mm。 滾動軸承與軸的周向定位是通過過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6 （3）確定軸上圓角和倒角尺寸。 參考《機械設計》教材P16表1-27，由于 取軸端倒角為，各軸肩處的圓角半徑見軸的俯視圖上標注。 22 總 結 此次設計的任務是完成棉花堆垛機機的設計。這是我們在大學期間所進行的一次非常全面的設計，為自己在大學四年所學習知識的全面總結和鞏固，使我們初步了解和掌握做設計的基本步驟、基本方法，通過本環(huán)節(jié)把我們在大學期間所學課程中所獲得的理論知識在設計實踐中加以綜合運用，把大學四年來所學的知識貫穿起來，使理論知識和生產實踐密切的結合起來，為我將來的實際工作打下了堅實的基礎。 這是一個非常全面而系統(tǒng)的設計題目，非常鍛煉人。從方案的論證到最終的設計，涉及的領域包括：機械制圖，機械原理，工程材料，機械設計等等。通過設計實踐，提高我計算、制圖能力；使我們能熟練地應用有關參考資料、計算圖表、手冊、圖集、規(guī)范，熟悉有關的國家標準。機械方面知識得到系統(tǒng)的鞏固和提升。在進行畢業(yè)設計的同時，我還學到了許多新的知識，如Solidworks，CAD2007的使用和WORD、POWERPOINT等軟件的應用。 我深刻的認識到，要想成為一名合格的工程設計人員只是掌握本專業(yè)的知識是遠遠不夠的，應該具有更加淵博的知識，如應該對計算機應用，農產品的特性，農業(yè)經濟的發(fā)展現狀等各個方面能力進行加強。 在設計過程中也曾遇到很多的問題，但通過查閱相關的書籍、手冊以及老師的精心指導，都得到了解決，設計過程基本順利完成 致 謝 回顧整個畢業(yè)設計過程，雖然充滿了困難與曲折，但我受益匪淺。本次畢業(yè)設計課題是棉花堆垛機的總體設計,本設計是為了解決實際生產過程中的生產力低的問題，減少成本。本設計是學習大學期間專業(yè)課程以后所進行的，是對我大學所學知識的一次大檢驗。使我能夠將理論與實踐更加融會貫通，加深了我對理論知識的理解，強化了實際生產中的實際認知。 總的來說，這次設計，使我在基本理論的綜合運用以及正確解決實際問題等方面得到了一次較好的鍛練，提高了我獨立思考問題、解決問題以及創(chuàng)新設計的能力，為我以后工作奠定了一個堅實的基礎。本次設計任務雖已順利完成，但由于本人水平有限，缺乏經驗，作品難免會有很多不足，在此希望各位老師及同學見諒。 本次畢業(yè)設計是在郭老師的認真指導下進行的。郭老師經常為我解答一系列的疑難問題，引導我的設計思路。在歷經三個多月的設計過程中，一直熱心的輔導。在此，我忠心地向他表示誠摯的感謝和敬意！ 參考文獻 [1]荊明. 倉儲自動化技術的新進展[J]. 物流技術與應用,1999,02:1-4. 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