曾志芳

（東莞市機(jī)電工程學(xué)校，廣東 東莞 523846）

1 物料分離裝置

1.1 振動(dòng)篩研究的目的

在日常生活中，物料的分離基本上是通過手工篩選的，這樣篩分的效率很低，而且勞動(dòng)強(qiáng)度大。機(jī)械振動(dòng)篩設(shè)備質(zhì)量的好壞，影響產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。市面上振動(dòng)篩主要存在的問題有：篩網(wǎng)使用周期短、工作效率不高、設(shè)備制造精度不高。所以說，研究篩分機(jī)目前存在的問題以便更好的解決這些問題是有重要意義的。

1.2 振動(dòng)篩研究的內(nèi)容

在滿足已有振動(dòng)篩功能的基礎(chǔ)上，新增了一個(gè)自動(dòng)裝料裝置，使操作篩分機(jī)的人員可以一次性將物料裝入漏斗，一方面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝料，另一方面也減少了人的勞動(dòng)強(qiáng)度以及工作時(shí)間。研究的內(nèi)容包括：篩子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律；主動(dòng)曲柄的轉(zhuǎn)速；篩箱運(yùn)動(dòng)行程距離；同步帶傳動(dòng)比i的計(jì)算；利用CAD軟件繪制裝配圖以及工程圖；經(jīng)裝配調(diào)整，保證大小黃豆能夠正常分離。

2 振動(dòng)篩總體設(shè)計(jì)方案

振動(dòng)篩分機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案是非常重要的，對一臺機(jī)器的總體布局起到規(guī)劃的作用?？傮w設(shè)計(jì)的合理性與篩分機(jī)外形、機(jī)械結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有緊密聯(lián)系，所以對振動(dòng)篩的尺寸大小、功能和設(shè)計(jì)質(zhì)量都有較高的要求[1]。

2.1 振動(dòng)篩方案的比較與選擇

振動(dòng)篩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)緊湊，使用便捷。同時(shí)，應(yīng)該選擇合適的材料，達(dá)到強(qiáng)度的使用要求。由于振動(dòng)篩篩分時(shí)振動(dòng)厲害、噪音大、故障頻發(fā)等問題，通過改變它的傳動(dòng)系統(tǒng)以及執(zhí)行系統(tǒng)的相關(guān)機(jī)構(gòu)，從而驅(qū)使其正常運(yùn)動(dòng)。根據(jù)需求，提出了2種傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。

方案一：采用雙軸上均帶有偏心塊的的系統(tǒng)（見圖1），兩軸之間通過齒輪傳動(dòng)嚙合，電機(jī)驅(qū)動(dòng)其中一個(gè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)電機(jī)充電運(yùn)行時(shí)，同步帶帶動(dòng)主動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過齒輪嚙合傳遞給軸2。兩軸安裝在篩箱底部，其軸線方向與篩箱成45°。該機(jī)構(gòu)正常工作時(shí)，垂直軸線方向的力相互抵消了，因此，物料在篩網(wǎng)上只朝一個(gè)方向做跳躍式直線運(yùn)動(dòng)。

方案二：傳動(dòng)系統(tǒng)采用雙曲柄機(jī)構(gòu)（見圖2），電機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)曲柄做勻速運(yùn)動(dòng)，從動(dòng)曲柄做變速運(yùn)動(dòng)，從動(dòng)曲柄帶動(dòng)推桿做平面運(yùn)動(dòng)，同時(shí)推桿帶動(dòng)篩箱沿光軸做變速直線運(yùn)動(dòng)。

結(jié)合兩種方案，方案一能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的功能，結(jié)構(gòu)簡單，但是齒輪在傳遞運(yùn)動(dòng)時(shí)，會產(chǎn)生很的噪音，振動(dòng)幅度也非常大。而且篩選效率低。方案二機(jī)構(gòu)合理，操作量大，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，維護(hù)簡單方便，消除了噪音。經(jīng)過2種設(shè)計(jì)方案的比較，方案二綜合性能好，故選擇方案二。

圖1 方案一

圖2 方案二

2.2 振動(dòng)篩分機(jī)的方案設(shè)計(jì)

2.2.1 振動(dòng)篩分機(jī)的組成

振動(dòng)篩主要有電機(jī)、同步帶、雙曲柄機(jī)構(gòu)、執(zhí)行系統(tǒng)、自動(dòng)裝料裝置和固定部分等組成。底座由鋁板及型材固定支撐，底座上左側(cè)固定同步帶電機(jī)，往右為雙曲柄機(jī)構(gòu)，它固定在兩軸承座上。電機(jī)與雙曲柄機(jī)構(gòu)之間通過同步帶輪連接。篩箱沿光軸滑動(dòng)，光軸、擋板支架等固定在大框架上。篩箱與雙曲柄機(jī)構(gòu)通過推桿連接。該振動(dòng)篩外形為長方形，總長600mm，總寬300mm，總高420mm。

2.2.2 振動(dòng)篩運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

振動(dòng)篩的運(yùn)行機(jī)構(gòu)采用雙曲柄機(jī)構(gòu)，當(dāng)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，將動(dòng)力通過同步帶傳遞給雙曲柄機(jī)構(gòu)，然后由推桿帶著篩箱做變速直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)[2]。（見圖3）

圖3 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡圖

3 工作原理

振動(dòng)篩的工作原理：直線式振動(dòng)篩的工作原理：電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過同步帶齒輪驅(qū)動(dòng)雙曲柄機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)，與其相連的推桿在豎直方向做平面運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)與推桿相連的篩箱沿滑軌做變速往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。

主動(dòng)曲柄勻速旋轉(zhuǎn)1周，從動(dòng)曲柄變速旋轉(zhuǎn)1周，與此同時(shí)，篩箱在直線滑軌上來回往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次，自動(dòng)完成一次裝料。篩箱的速度時(shí)刻在變化，由于慣性的作用，所以物料在篩箱上始終處于跳動(dòng)狀態(tài)，較小的物料從第1層篩網(wǎng)落到第2層篩網(wǎng)上，大的留在第1層篩網(wǎng)上。在篩箱做變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，物料向出料口移動(dòng)，這樣往復(fù)的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)物料的篩分。

4 理論設(shè)計(jì)與計(jì)算

4.1 運(yùn)動(dòng)尺寸和總體尺寸計(jì)算（見表1）

表1 基本設(shè)計(jì)參數(shù)

4.2 整體機(jī)構(gòu)受力分析

電機(jī)正常工作后，通過同步帶將運(yùn)動(dòng)經(jīng)輸入軸傳遞給雙曲柄機(jī)構(gòu)，從動(dòng)曲柄帶動(dòng)推桿運(yùn)動(dòng)，最終將力傳遞給篩箱，使篩箱獲得一個(gè)速度。

4.3 軸承的選擇

根據(jù)振動(dòng)篩的工作特點(diǎn)，傳動(dòng)系統(tǒng)中主動(dòng)曲柄的軸應(yīng)選圓柱滾動(dòng)軸承與之配合。按照基本額定動(dòng)載荷來選取軸承：

式中：C——基本額定動(dòng)載荷。

P——當(dāng)量動(dòng)載荷。

fl——壽命系數(shù)，fl=2.3～2.8 本次設(shè)計(jì)選取fl=2.5。

將數(shù)據(jù)帶入公式(4-1) 得C==74.1N。

查文獻(xiàn)，選GB297—84，軸承型號MF105ZZ，內(nèi)徑10mm，外徑15mm。

4.4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)時(shí)，根據(jù)軸上零件的安裝和固定方便等要求，確定本設(shè)計(jì)的傳動(dòng)軸如圖4的裝配方案。采用內(nèi)孔直徑為10的球軸承，軸承寬度B選定3.5mm,與軸承內(nèi)圈相配合處的直徑d2=10mm,采用同步帶傳動(dòng),同步帶輪孔徑10mm,所以選定此處軸直徑d3處直徑為11mm,對同步輪進(jìn)行軸向固定的軸頸d4為11mm。根據(jù)主動(dòng)曲柄孔徑8mm,選定此段軸直徑d1為8mm,為了可靠軸向固定曲柄，取該軸段長度為11.5mm。

主動(dòng)曲柄左端跟軸承內(nèi)圈進(jìn)行軸向固定，右端用緊定螺釘進(jìn)行軸向固定，根據(jù)滾動(dòng)軸承的定位要求，軸的總長取為49mm。同步帶輪與輸入軸通過軸頸和緊定螺釘進(jìn)行軸向以及周向固定。

圖4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)裝配圖

5 振動(dòng)篩的安裝與調(diào)試

5.1 安裝前的準(zhǔn)備

振動(dòng)篩在安裝前，需要認(rèn)真檢查各部分零件是否符合使用要求。對于生銹的零部件要及時(shí)進(jìn)行更換。同一批次的零件要分堆放置。在直線軸承、電機(jī)等部位抹上油潤滑進(jìn)行潤滑和保護(hù)。仔細(xì)閱讀安裝說明書，按照步驟進(jìn)行安裝前的準(zhǔn)備。

5.2 安裝

組裝底座；所需材料尺寸大小為560mm×20mm×20mm的型材2根，300mm×20mm×20mm的型材2根,600mm×300mm×5mm塑料板一塊。首先安裝框架，然后將塑料板固定在框架上。

組裝篩箱支架時(shí)，需要2根尺寸大小為425mm×20mm×20mm的型材，4根190mm×20mm×20mm的型材，2根180mm×20mm×20mm的型材，4根240mm×20mm×20mm的型材。先將型材組裝成框架，然后將框架用連接件固件的塑料板上。

再依次組裝傳動(dòng)系統(tǒng)、安裝篩箱、安裝裝料裝置、安裝電機(jī)、同步帶輪。最后應(yīng)該全面檢查傳動(dòng)系統(tǒng)的潤滑情況，電機(jī)的接線是否正確。在裝料、出料時(shí)，檢查振動(dòng)篩有無卡住現(xiàn)象。

5.3 調(diào)試

振動(dòng)篩分機(jī)組裝好后,必須進(jìn)行空運(yùn)轉(zhuǎn)以便于檢查組裝質(zhì)量情況，一旦發(fā)現(xiàn)有問題，可以隨時(shí)進(jìn)行重新組裝和調(diào)整。振動(dòng)篩子空運(yùn)轉(zhuǎn)一般要測試8個(gè)小時(shí)。在這段時(shí)間里，需要查看振動(dòng)篩啟動(dòng)是否平穩(wěn)，正?？者\(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)是否平穩(wěn)，噪音有多大，振動(dòng)頻率是否穩(wěn)定等方面。如果振動(dòng)篩運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)有異常聲響，應(yīng)停止機(jī)器工作。

6 結(jié)論

直線式振動(dòng)篩在我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)品谷物分離及物料分離等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。通過精心的設(shè)計(jì)和零件的加工，再到裝配成機(jī)器，目前已經(jīng)完成了當(dāng)初設(shè)計(jì)和實(shí)物制作的要求，振動(dòng)篩的功能達(dá)到了設(shè)計(jì)的各項(xiàng)指標(biāo)，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)和調(diào)試后，振動(dòng)篩工作平穩(wěn)性好，谷物篩分很干凈，運(yùn)行時(shí)平穩(wěn)聲音小，具備一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。