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        5XD-2.0型帶式清選機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

        2010-06-08 05:09:00韓紅兵張燕梁萬霖
        關(guān)鍵詞:整粒選機(jī)帶式

        韓紅兵,張燕梁,萬霖

        (1.黑龍江紅旗嶺農(nóng)場(chǎng)農(nóng)機(jī)科,饒河 155711;2.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)工程學(xué)院)

        黑龍江墾區(qū)是我國(guó)的大豆主產(chǎn)區(qū),但是清選加工機(jī)械及其配套精選技術(shù)一直成為制約精準(zhǔn)大農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的難題。從歷年國(guó)家監(jiān)督抽查結(jié)果來看,清選機(jī)械產(chǎn)品基本能滿足用戶需求。但是產(chǎn)品對(duì)物料的清選加工范圍不大,大部分產(chǎn)品只適用于幾種主要作物,如水稻、小麥、玉米、大豆等清選加工,對(duì)花卉、煙草、牧草種子、葵花種子等的清選效果不十分理想。其次,產(chǎn)品質(zhì)量與國(guó)外產(chǎn)品相比,在原材料質(zhì)量、加工工藝、企業(yè)加工能力、加工成套設(shè)備的配套性、新技術(shù)開發(fā)應(yīng)用方面都存在一定差距。此外,機(jī)型能耗、噪音較大,振動(dòng)不易平衡,操作不便??偟膩碚f,我國(guó)現(xiàn)有的清選機(jī)普遍存在的問題:一是功能單一、適應(yīng)性差;二是技術(shù)性能不穩(wěn)定;三是產(chǎn)品零部件制造水平低、工藝設(shè)備落后,產(chǎn)品可靠性差;四是產(chǎn)品的安全性差,產(chǎn)品外觀質(zhì)量較差。清選機(jī)不能很好地滿足我國(guó)現(xiàn)階段的實(shí)際需求。因此,黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)在引進(jìn)消化國(guó)外清選先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上,與紅旗嶺農(nóng)場(chǎng)聯(lián)合研制5XD-2.0型帶式清選加工機(jī)械,系統(tǒng)地對(duì)帶選結(jié)構(gòu)參數(shù)、振動(dòng)輸送給料裝置等部件進(jìn)行設(shè)計(jì)及研究,為糧食及種子清選加工業(yè)的發(fā)展提供了重要的技術(shù)保證。

        1 結(jié)構(gòu)與原理

        1.1 基本結(jié)構(gòu)

        如圖2所示,5XD-2.0型帶選機(jī)主要由機(jī)架、提升機(jī)、喂料斗、電磁振動(dòng)分糧器、帶選機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)部分、整粒料斗、碎半粒料斗、橢圓粒料斗、分級(jí)篩、傾角調(diào)整機(jī)構(gòu)、電控裝置等部分組成。

        1.2 工藝流程

        如圖1所示,物料由喂入斗A根據(jù)該機(jī)分選能力,分別流到六層選料帶上,于是物料變根據(jù)其外部形狀的差異,進(jìn)行分離,整粒物料流向機(jī)體左側(cè)的整粒出料斗B收集起來,碎半粒物料流向機(jī)體后部的碎半料斗C收集起來。不規(guī)則粒進(jìn)入料斗D收集。

        1.3 工作原理

        初清的大豆種子經(jīng)提升機(jī)進(jìn)入喂入斗,通過喂料管、電磁振動(dòng)分糧器分別流到六層分選帶的低處(分選帶為立體斜面,左高右低、前高后低)。由于圓度好的種子(整粒)與半粒、橢圓粒及雜質(zhì)在分選帶上的摩擦力不同,在隨分選帶向前移動(dòng)時(shí)的軌跡發(fā)生變化。其中圓度好的種子在分選帶上形成扇面,均布向右和相對(duì)分選帶向后滾動(dòng),落入機(jī)器右側(cè)的整粒料斗后進(jìn)入分級(jí)篩分級(jí),按物料外徑分成大、中、小粒3級(jí),半碎粒形成接觸不滾動(dòng),隨帶一直移動(dòng)到機(jī)器前部的碎半粒料斗中;橢圓粒按照自己的運(yùn)動(dòng)軌跡隨帶移動(dòng)落入右上角橢圓粒料斗內(nèi)。當(dāng)機(jī)架本身定型角不能滿足物料自身的運(yùn)動(dòng)特性時(shí),可通過調(diào)節(jié)絲杠來使其滿足物料的運(yùn)動(dòng)特性,從而使所選物料的最后凈度符合要求。

        1.4 工作性能指標(biāo)

        表1 5XD-2.0型帶式清選機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)Table 1 Technical parameters of the 5XD-2.0 belt gravity separator

        2 帶選機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)

        2.1 輸送能力和清選帶寬度的確定

        為了保證正常清選條件下部撒料,清選帶上允許的最大物料的橫截面積S按式計(jì)算:

        其中式中:b—清選帶可用寬度,m,B≤2 m時(shí),b=0.9B-0.05 m;

        l—中間輥長(zhǎng)度,m,對(duì)于一輥、二輥的托輥組,l=0;

        θ—物料的運(yùn)行堆積角,查表《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》:運(yùn)行堆積角θ=5°;

        λ—托輥槽角,b=0.9B-0.05=0.85 m,選定 λ=8°;

        解得S=0.93 m2≤Smax,完全符合5XD-2.0帶選機(jī)設(shè)計(jì)要求。

        2.2 清選能力的計(jì)算

        計(jì)算清選能力:Q=3.6IVρ=3.6 Svkρ

        式中,v—帶速,m·s-1,清選帶速要求在 0.25~0.5 m·s-1之間,我們選擇的數(shù)據(jù)是 0.33 m·s-1;

        ρ—是被清選散狀物料的堆積密度,ρ=0.125 kg·m-3;

        k—傾斜清選機(jī)面積折減系數(shù),按(GB/T17119—1991)計(jì)算;

        式中δ—清選機(jī)在運(yùn)行方向上的傾斜角,當(dāng)δ=0時(shí),上部截面積s1不存在。

        θ—被清選物料的運(yùn)行堆積角。當(dāng)δ=0時(shí),K=1。

        根據(jù) Q=3.6IVρ,解得 Q=2.03 t·h-1。

        2.3 清選帶不打滑的條件

        圓周驅(qū)動(dòng)力FU通過摩擦傳遞到清選帶上,為保證清選帶工作時(shí)不打滑,需要在回程帶上保持最小張力F2min,按下式進(jìn)行計(jì)算:

        式中FUmax—清選機(jī)滿載啟動(dòng)或制動(dòng)時(shí)出現(xiàn)的最大圓周驅(qū)動(dòng)力;

        FUmax=KAFU,KA=1.3~1.7,F(xiàn)U經(jīng)清選機(jī)所有阻力之和測(cè)算得出:FU=892.6N;

        μ—傳動(dòng)滾筒與帶人字形溝槽的清選帶間的摩擦系數(shù),干態(tài)時(shí),μ=0.4~0.45。

        3 帶選機(jī)部件設(shè)計(jì)

        3.1 分選帶的設(shè)計(jì)

        分選帶是帶選機(jī)的主要部件,其質(zhì)量與性能的好壞直接影響著分選質(zhì)量。經(jīng)試驗(yàn)設(shè)計(jì)出具有網(wǎng)狀粗糙表面的環(huán)形橡膠帶,耐低溫,在-30℃能正常工作。本機(jī)分選結(jié)構(gòu)為六聯(lián)式,即原糧大豆經(jīng)過六層傳送帶清選,以達(dá)到最佳清選效果。其附屬部分包括角度調(diào)整機(jī)構(gòu)、排雜攪龍和排雜口等。六聯(lián)清選帶傾斜角度由角度調(diào)整機(jī)構(gòu)完成。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證,其傾角為左5°、右 8°、前 2.5°、后 7.4°時(shí),清選效果最佳。同時(shí),每組分選帶之間的角度也可調(diào)整,以利于清選。皮帶運(yùn)行速度為 0.33 m·s-1。

        3.2 分糧器

        由板材成型焊合而成,其主要作用是既要保證設(shè)計(jì)的喂人量,又要保證喂料均勻、穩(wěn)定,以利于帶面的清選。物料從喂入斗分別由六個(gè)排糧輥排到選料帶上,六個(gè)排糧輥由微型調(diào)速電機(jī)通過鏈條驅(qū)動(dòng),不僅使六層選料帶的喂入量大小一致,而且實(shí)現(xiàn)了六層選料帶的喂入量同步調(diào)節(jié)。

        3.3 滾筒的設(shè)計(jì)

        驅(qū)動(dòng)滾筒的設(shè)計(jì)符合《GB/T990-1991帶式輸送機(jī)滾筒基本參數(shù)與尺寸》的規(guī)定,確定滾筒直徑80 mm,驅(qū)動(dòng)滾筒和被動(dòng)滾筒均由管材及軸體焊合加工而成。

        3.4 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

        3.4.1 電機(jī)的選配

        根據(jù)清選能力,選配電機(jī)的型號(hào)為XWD2.2-4-1/11,額定功率 P=2.2 kW,轉(zhuǎn)速 n=134 r·min-1。

        3.4.2 主動(dòng)帶輪的設(shè)計(jì)

        根據(jù)電機(jī)的額定功率P=2.2 kW,轉(zhuǎn)速n=134 r·min-1傳動(dòng)比i=1.3,一天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間小于10 h。由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》設(shè)計(jì),主動(dòng)帶輪基準(zhǔn)直徑dd1=210 mm。從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑dd2=270 mm。確定實(shí)際中心距516 mm,設(shè)計(jì)所需皮帶長(zhǎng)為900 mm,主動(dòng)輪上的包角148°。

        4 試驗(yàn)測(cè)試分析

        試驗(yàn)材料選用紅旗嶺農(nóng)場(chǎng)的第二作業(yè)區(qū)大豆作為試驗(yàn)材料,平均含水率為15.5%(濕基)。2009年黑龍江省農(nóng)墾農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)站對(duì)5XD-2.0型帶式清選機(jī)進(jìn)行了性能測(cè)試,測(cè)試結(jié)果如表2所示。

        表2 5XD-2.0型帶式清選機(jī)性能測(cè)試結(jié)果Table 2 Results of the performance test on 5XD-2.0 belt gravity separator

        測(cè)試和實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)考核表明:分選帶傾角為左 5°、右 8°、前 2.5°、后 7.4°時(shí),清選效果最佳。同時(shí),每組分選帶之間的角度也可調(diào)整,以利于清選。采用該機(jī)清選大豆種子,其純度可達(dá)99%以上。經(jīng)分級(jí)處理后,其粒形整齊,均勻一致,大大提高了豆種的等級(jí)和價(jià)值。

        5 結(jié)論與討論

        5.1 5XD-2.0型帶式清選機(jī)適用于大豆,紅小豆,綠豆等作物清選作業(yè)。

        該機(jī)結(jié)構(gòu)合理,使用調(diào)整方便,提高了生產(chǎn)效率,降低了作業(yè)成本其性能指標(biāo)滿足了當(dāng)前機(jī)播作業(yè)的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)要求。

        5.2 5XD-2.0型帶選機(jī)符合設(shè)計(jì)要求,對(duì)豆類中的碎半豆,蟲蝕嚴(yán)重粒清選效果極佳,一次清選凈度可達(dá)99%以上,機(jī)具傳動(dòng)平穩(wěn),低噪音,高效且性能穩(wěn)定。

        5.3 采用六聯(lián)分選結(jié)構(gòu),帶速為0.33~0.35 m/s,分選帶傾角為左 5°、右 8°、前 2.5°、后 7.4°時(shí),清選效果最佳。

        [1]王正志,王國(guó)業(yè).振動(dòng)篩的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].沈陽建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào),1999,15(1):70-80.

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