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2016年5月 第 期
小茴香清選機(jī)的設(shè)計(jì)
王金東
（塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院， 阿拉爾 843300）
摘 要：小茴香籽粒較小較輕，動(dòng)力特性與部分秸稈動(dòng)力特性相近不易于分離。目前我國谷物清選機(jī)械基本能夠自給自足，但是由于市場上大部分都是種子加工成套設(shè)備，由于其價(jià)格高、能耗大，還不能完全適應(yīng)小型谷物的生產(chǎn)和使用要求。所以設(shè)計(jì)符合我國國情的小茴香清選機(jī)械，對提高我國小茴香產(chǎn)品質(zhì)量、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化水平具有重要意義。論文立足國情，主要基于小茴香等不同的小型谷物的種子生產(chǎn)和產(chǎn)品的加工和銷售提供技術(shù)支持，設(shè)計(jì)一種實(shí)用性強(qiáng)、市場前景好的小茴香清選機(jī)械。
本文在介紹國內(nèi)外清選機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀與動(dòng)態(tài)的基礎(chǔ)上，分析了制造價(jià)格低、操作簡單、使用方便的小茴香清選機(jī)的意義和市場需求，制定了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案，對系統(tǒng)的機(jī)架、篩體、震動(dòng)機(jī)構(gòu)、風(fēng)機(jī)進(jìn)行了重點(diǎn)研究設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：清選機(jī)；平面篩；單相電源；曲柄連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；風(fēng)篩式
中圖分類號： 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
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0 引言
（食用價(jià)值）小茴香是人們頗為喜歡的一種調(diào)味佳品，也是烹調(diào)使用的“八大味”之一。茴香的營養(yǎng)價(jià)值很高，含蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、鈣、磷、鐵、胡蘿卜素、硫胺素、維生素B2、葉酸、維生素C等營養(yǎng)物質(zhì)。
（藥用價(jià)值）茴香有行氣止痛、健胃散寒的功效，可用來治療胃寒痛、小腹冷痛、痛經(jīng)、疝痛、癰種等病。
（種植情況）主產(chǎn)于內(nèi)蒙古、山西、等地。我區(qū)種植小茴香的主要地方有焉耆盆地、伊犁河谷、吐魯番地區(qū)、喀什地區(qū)和阿克蘇地區(qū)、和田地區(qū)部分縣市。到2015年全疆茴香種植面積達(dá)到140萬畝，總產(chǎn)10萬噸。
（我選擇設(shè)計(jì)小茴香清選機(jī)的意義）近幾年來，農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整和加入WTO都對我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化產(chǎn)生了較大的影響，我國農(nóng)業(yè)機(jī)械化產(chǎn)品的升級換代和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整勢在必行，農(nóng)業(yè)機(jī)械化進(jìn)入一個(gè)調(diào)整發(fā)展的新時(shí)期?，F(xiàn)代農(nóng)業(yè)和人類生活越來越注重種子和糧食加工品質(zhì)。而小茴香本身屬于小型谷物清選難度較大，現(xiàn)如今小茴香種植面積越來越大，清選基本依靠人力和農(nóng)民自己改裝的清糧機(jī)，而且清選后的小茴香達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)雜質(zhì)較多。到現(xiàn)在為止依舊沒有一個(gè)功能完善的小茴香清選機(jī)，如果能夠設(shè)計(jì)出一種完善的小茴香清選機(jī)，能夠大大減少農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度。小茴香經(jīng)過清選以后，可以獲得質(zhì)量均勻、尺寸基本一致的飽滿的小茴香。
小茴香清選是小茴香收獲后不可缺少的環(huán)節(jié)。收獲后的谷粒中不僅包含飽滿和成熟的籽粒，而且還有機(jī)械損傷、破碎和不成熟的谷粒。此外還包含育許多雜質(zhì)，如草籽、泥沙、斷穗、穎殼等。因此無淪留作種子或其他用途，均需將收獲后的谷粒進(jìn)行清選才能滿足要求。
谷粒經(jīng)過清選以后，可以獲得質(zhì)量均勻、尺寸一致的種子。將種子清選以后再播種，可以清除出小粒、破碎粒作為糧食或飼料，節(jié)約了糧食：清選后的種子均勻飽滿，播種后發(fā)芽率高、長勢好，一般都能增產(chǎn)5%～10%，還可以減少播種量20%左右，而且有利于種子的儲(chǔ)藏、運(yùn)輸及機(jī)械化作業(yè)，增強(qiáng)種子在市場上的銷售競爭力。因此，清選機(jī)產(chǎn)品對農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和農(nóng)民收入的增加有著十分重要的作用[1]。
1 設(shè)計(jì)原理及機(jī)構(gòu)
1.1 設(shè)計(jì)原理
風(fēng)篩式清選機(jī)
風(fēng)篩式清選機(jī)主要利用種子與夾雜物的幾何尺寸和懸浮速度差異進(jìn)行清選和風(fēng)選。篩選是根據(jù)種子幾何尺寸的差異，配置適當(dāng)規(guī)格的篩片，在篩片往復(fù)運(yùn)動(dòng)下達(dá)到分離的目的，篩選同時(shí)利用懸浮速度的差異去除輕雜。
利用風(fēng)篩式的原理清選小茴香，其結(jié)構(gòu)簡單，容易設(shè)計(jì)便于制造，性價(jià)比也較高，對機(jī)械材料的要求也不高。利用比重式的原理清理小茴香，其結(jié)構(gòu)相對較復(fù)雜，對空氣的壓縮與流動(dòng)方向要求嚴(yán)格，技術(shù)難度較大，不易于加工制造成本較高。
1.2 總體設(shè)計(jì)
小茴香清選機(jī)機(jī)結(jié)構(gòu)示意，如圖1所示。
1.大雜出口 2.出料口 3.上篩 4.下篩 5.掛桿 6.篩架 7.底板 8.料斗 9.下料閥 10.連桿 11.風(fēng)機(jī) 12.軸 13.風(fēng)機(jī)殼 14.皮帶輪 15.曲柄 16.地輪 17.電動(dòng)機(jī) 18.風(fēng)向板
圖1 小茴香清選機(jī)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
小茴香首先倒入料斗，在倉門的控制下，使之沿篩面寬度均勻分布，在小茴香通過風(fēng)道時(shí)吹走部分輕雜質(zhì)如灰塵、糠批等輕浮物，再流入篩體內(nèi)，篩體在搖臂驅(qū)動(dòng)下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，篩體有兩層篩面，小茴香在篩面推力及自身重力作用下在篩面上流動(dòng)，第一層篩而隔除小茴香中的大雜質(zhì)，由排大雜口排出，小茴香流入第二層篩面上繼續(xù)被篩理，穿過第二層篩面的微小雜質(zhì)，由排小雜口排出，成熟的、尺寸均勻的小茴香則作為篩上物，由出料口排出。
其主要技術(shù)參數(shù)如下:
外形尺寸/mm：機(jī)架由方鋼Q235(60×40)焊制而成，機(jī)架為2000*1200*1500
篩子尺寸/mm：上篩為1000×1550，下篩為
1000×1500。
篩孔直徑/mm：上篩2～3
下篩1～2
頻率次/min：450
振幅/mm：6
風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速r/min：588
電機(jī)轉(zhuǎn)速r/min：1400
電機(jī)功率：1.5kW
2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)
2.1風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)
本次設(shè)計(jì)的小茴香清選機(jī)采用葉片可調(diào)和調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)口面積來調(diào)節(jié)風(fēng)量，風(fēng)機(jī)出風(fēng)口上各點(diǎn)氣流速度的均勻性對谷粒清潔率及損失率影響顯著。由于清糧風(fēng)機(jī)寬度很大，所以出風(fēng)口氣流速度很均勻，對于小茴香的清選效果有顯著提升。如圖2
圖2風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
2.2篩子和曲柄連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
振動(dòng)篩是根據(jù)糧粒和雜質(zhì)大小的不同，及其自動(dòng)分級原理，通過篩選的方法來分離雜質(zhì)的。振動(dòng)篩的主要工作部件是作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的篩體。篩體內(nèi)設(shè)置兩次層篩面，篩面由沖孔的金屬板制成。金屬板篩面的篩孔形狀有圓形、長形和三角形等[5]。按顆粒厚度的不同分離糧食中的雜質(zhì)時(shí)，可采用長形篩孔。當(dāng)篩選時(shí)，厚度小于篩孔寬度的物料，穿過篩孔成為篩下物；厚度大于篩孔寬度的物料，不能穿過篩孔，成為篩上物。按顆粒寬度的不同分離糧食中的雜質(zhì)時(shí)，可采用圓形篩孔。當(dāng)篩選時(shí)，寬度小于篩孔直徑的物料，穿過篩孔成為篩下物，寬度大于篩孔直徑的物料，不能穿過篩孔，成為篩上物。振動(dòng)篩主要由篩體、振動(dòng)機(jī)構(gòu)、篩等組成。
篩子可以分為平面篩、圓筒篩和圓錐篩等幾種，其中平面篩應(yīng)用最廣。根據(jù)振動(dòng)方向，平面篩又可分為縱向振動(dòng)篩和橫向振動(dòng)篩[7]。小茴香清選機(jī)最常用的是圓孔和長方孔平面篩。圓孔篩只有一個(gè)量度，即篩孔直徑，凡籽粒寬度大于圓孔直徑者均不能通過。在本清選機(jī)上裝有2個(gè)其參數(shù)和形狀各不相同的篩子。第一層篩子是用來分離大的混雜物；第二層篩子都是用來分離小的混雜物。經(jīng)過多方查證參考，在本清選機(jī)中第一第二層篩均用圓孔篩[2]。
上篩傾角為α=6°下篩傾角α=10°。
曲柄通過風(fēng)機(jī)軸傳遞動(dòng)力，傳遞效率較高節(jié)省材料減輕機(jī)架重量。如圖3
圖3 篩體與曲柄連桿機(jī)構(gòu)
3材料的確定
3.1帶輪材料的確定
本清選機(jī)所有帶輪材料均選用HT200的鑄鐵輪。
3.2帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸
帶輪的結(jié)構(gòu)：帶輪由輪緣、輪轂、輪輻三部分組成。
(1)輪緣：電機(jī)帶輪計(jì)算直徑為D=160mm；風(fēng)機(jī)帶輪計(jì)算直徑為D=380mm。
(2)輪毅：參照GB1095-1979選取。
(3)輪輻：帶輪采用輪輻結(jié)構(gòu)是為了減輕重量。參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，風(fēng)機(jī)軸帶輪采用輻板式，電機(jī)帶輪采用實(shí)心輪。
結(jié)論
經(jīng)過十七周的努力，查閱了很多國內(nèi)外相關(guān)著作，參考借鑒了很多類似結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，以及馬少輝導(dǎo)師的辛勤指導(dǎo)，再加上自己不懈的奮斗，關(guān)于我此次設(shè)計(jì)的小茴香清選機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算等相關(guān)工作已經(jīng)基本完成了。經(jīng)檢查基本達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。本清選機(jī)主要研究了機(jī)架、篩體、風(fēng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)了小茴香清選機(jī)的設(shè)計(jì)，本機(jī)解決了農(nóng)戶和小型種子加工部門的需要，而且能夠達(dá)到小茴香清選的各項(xiàng)指標(biāo)。現(xiàn)將其主要功能及特點(diǎn)簡述如下：
1)機(jī)架為車駕式，移動(dòng)方便。
2)振動(dòng)篩的上下篩為平面圓孔篩，提高了生產(chǎn)率，而且對粗混雜物及小谷粒有較高的分離率。
3)在振動(dòng)裝置中，采用了曲柄連桿機(jī)構(gòu)，平穩(wěn)可靠有效。
4)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用三角帶傳動(dòng)，傳動(dòng)平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)尺寸小。
5)動(dòng)力采用單相交流電機(jī)，使用方便。只要有單相電的地方，都可以使用此小茴香清選機(jī)。
6)節(jié)約能源。本機(jī)屬小功率設(shè)備，只需配一臺(tái)1.5kw的單相交流電機(jī)。
7)性價(jià)比高，應(yīng)用范圍廣，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益大。該小茴香清選機(jī)設(shè)備簡單，成本低廉，不需增加動(dòng)力，大大降低了投資壓力，廣泛推廣可具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
8)維修方便。本機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，便于維修，不需要專門的維修人員。
9)體積小，重量輕，不需要大的停放場地或機(jī)庫。
[1] 常立志.國內(nèi)外種子清選機(jī)械的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].農(nóng)機(jī)械化與電氣化,1995
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[9] 北京農(nóng)業(yè)工程大學(xué)編.農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械與設(shè)備(下)1986
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