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        一種玉米剝皮機的設(shè)計研究

        2022-11-17 09:39:12張麗婷
        南方農(nóng)機 2022年22期
        關(guān)鍵詞:輥的額定功率傳動

        張麗婷

        (銀川能源學院,寧夏 銀川 751000)

        目前,農(nóng)業(yè)收獲機械的使用在農(nóng)村地區(qū)還不普遍,特別是在東北部等谷物種植地區(qū),農(nóng)民還是使用傳統(tǒng)的手工勞動,因而導致秋收受到影響。玉米由于播種面積大,且屬于勞動密集型的農(nóng)作物,所以在東北地區(qū),特別是在黑龍江省,農(nóng)民對于玉米的秋收困難重重。因此,對于各種玉米品種所需要的相應(yīng)的農(nóng)業(yè)機械已成為不可缺少的設(shè)備,而玉米播種機和耕作機的生產(chǎn)工藝已經(jīng)基本解決,但收割方式仍有不足,從而影響了玉米的產(chǎn)量。

        1 總體方案的設(shè)計

        1.1 玉米剝皮機的設(shè)計要求

        1)機器的操作步驟簡單便捷,其零件選用要達標,便于使用者安裝和維修。

        2)整臺機器價格低廉且便于安裝,能滿足鄉(xiāng)村的使用條件,保證高產(chǎn)量和高分離率。

        3)剝皮時保證籽粒的完整度。

        4)玉米剝皮機的剝凈率在95%以上,損失率低于2%。

        5)盡可能降低成本。

        1.2 玉米剝皮機的設(shè)計參數(shù)

        1)當去皮時,每對剝皮輥生產(chǎn)效率可達1 000 kg/h。

        2)根據(jù)市面上的剝皮機運行參數(shù)得知玉米的直徑?jīng)Q定著物料對能量的需求,因此W=0.003 0 kW·h/kg。

        3)電動機在使用時的轉(zhuǎn)速為n=1 500 r/min。

        2 剝皮裝置的設(shè)計

        2.1 剝皮輥長度的確定

        試驗結(jié)果顯示,用400 mm長的剝皮輥可以達到85%左右的剝皮效果,而使用600 mm的剝皮輥,其脫皮率可達95%,本設(shè)計選用的剝皮輥長度為1 000 mm。剝皮的速度與剝皮輥的長短有關(guān),若剝皮輥的直徑大于擠壓及脫粒的最小直徑,那么玉米籽粒就會掉落或者被損壞,為此需讓其不超過最小直徑才能保證它的剝皮效果[1-4]。

        2.2 剝皮輥直徑的確定

        目前,剝皮輥的外徑通常為60 mm~80 mm,國內(nèi)的玉米收割機大多使用直徑為70 mm的剝皮輥,所以本設(shè)計的玉米剝皮機使用的剝皮輥直徑也是70 mm。

        2.3 剝皮輥生產(chǎn)能力的確定

        剝皮輥的設(shè)計生產(chǎn)率見式(1)[5]:

        式中,z表示剝凈率果穗質(zhì)量平均為0.4 kg;L表示果穗長度最大為250 mm;ug表示果穗沿剝皮輥移動速度(m/s);s表示剝皮輥螺距,s=900 mm;n表示剝皮輥轉(zhuǎn)速,n=350 r/min;f表示滑動綜合系數(shù),試驗得f=0.05;Δl=50 mm。

        代入公式(1):

        因此,兩對剝皮輥的計算效率是2 520 kg/h,該研究需要的是不低于1 000 kg/h,2 520 kg/h>1 000 kg/h,符合要求。

        3 傳動部分設(shè)計

        3.1 電動機型號的選擇

        電動機可以使V型皮帶進行傳動從而使玉米剝皮機的剝皮輥轉(zhuǎn)動,最終完成玉米的剝皮工作。對于電動機型號的選擇可以得出:

        式中,G表示玉米剝皮機的生產(chǎn)能力,為1 000 kg/h;W表示剝1 kg玉米耗用能量,其值與玉米直徑有關(guān),d小則W大,當d=3 mm時,取W=0.003 0 kW·h/kg;η表示傳動效率,取0.75。

        代入公式(3)得:

        可知電動機的額定功率為N=4 kW,通過查閱相關(guān)資料得到n=1 440 r/min,電動機的型號為Y112M-4的三相異步電動機。電動機的有關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示,其外形如圖1所示。

        表1 Y系列的技術(shù)參數(shù)表

        圖1 Y112M-4電動機外形圖

        3.2 帶傳動的設(shè)計計算及校核

        3.2.1 帶傳動主要參數(shù)的計算

        1)確定計算功率。計算功率Pca由傳遞的功率P和工作條件確定。

        式中,Pca表示計算功率,單位為kW;KA表示工作情況系數(shù),KA=1.2;P表示所需傳遞的額定功率,如電動機的額定功率,單位為kW。

        代入式(5)得:

        2)選擇V帶的帶型。已經(jīng)知道Pca和n1確定是A型V型帶,n1表示小帶輪的轉(zhuǎn)動速度,n1=1 440 r/min。

        3.2.2 確定帶輪的基準直徑dd并驗算帶速v

        1)初選小帶輪的基準直徑。根據(jù)V帶的帶型,查表確定小帶輪的基準直徑dd1=100 mm,應(yīng)使dd1≥ddmin=75 mm。

        2)驗算帶速v。

        v=7.54 m/s,在v=5 m/s~25 m/s范圍內(nèi),合適。

        3)計算大帶輪的基準直徑dd2。

        3.2.3 確定中心距,并選擇V帶的基準長度Ld

        1)根據(jù)

        初定中心距a0=400 mm。

        2)計算相應(yīng)的帶長Ld0

        確定Ld=1 550 mm。

        3)實際中心距a如下:

        3.3 驗算小帶輪上的包角α1

        3.4 確定帶的根數(shù)

        式中,p0表示單根V帶額定功率的增量;ka表示當包角小于180°時的修正系數(shù);kL表示當帶長不等于試驗規(guī)定的特定帶長時的修正系數(shù)。

        取Z=4根。

        3.5 確定帶的初拉力F0

        由參考文獻[6]可知,q=0.105 kg/m,所以:

        3.6 計算帶傳送的壓軸力FP

        4 帶輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計

        4.1 帶輪的材料

        帶輪的速度最快是25 m/s,帶輪的材料選用鑄鐵HT200。

        4.2 帶輪的形式

        根據(jù)輪輻的結(jié)構(gòu)可知,帶輪包括實心、輪輻、幅板三種。V型帶輪通常由灰鑄鐵、鋼、鋁合金等生產(chǎn)制造而成,其中灰鑄鐵是使用最多的一種[6]。輪緣是帶輪其中的一個零部件。

        根據(jù)帶輪的構(gòu)造,確定帶輪的結(jié)構(gòu),否則設(shè)計不符合標準,當dd≤300 mm時,可采用腹板式。

        4.3 帶輪的設(shè)計要求

        1)帶輪中不能出現(xiàn)沙孔、裂縫和氣泡等。

        2)V帶輪輪槽工作面的表面粗糙度為Ra1=1.6 μm或Ra2=3.2 μm,輪緣還有軸孔的這個面的表面粗糙度數(shù)值為Ra1=1.6 μm,輪槽下面的表面粗糙度數(shù)值為Ra2=3.2 μm,對輪槽的棱邊進行倒圓或倒鈍化加工[7-10]。

        5 結(jié)論

        玉米剝皮機的性能好壞將直接影響到其使用,只有合理設(shè)計各部件的結(jié)構(gòu)和參數(shù),才能提高剝皮速度,降低對玉米粒的損壞程度。本研究在了解國內(nèi)外玉米剝皮機的發(fā)展狀況和運行模式的基礎(chǔ)上,對微型玉米剝皮機的整體設(shè)計進行了分析,具有一定的可靠性。該設(shè)計主要是在微型玉米剝皮機的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化與改進,從而實現(xiàn)每對剝皮輥1 000 kg/h的生產(chǎn)效率,最終使玉米剝皮的剝凈率達到95%以上,去皮時玉米的脫粒效果不超過2%,最大限度地減少玉米籽粒的損失,降低成本,提高生產(chǎn)率,對進一步加快玉米收獲的機械化進程有著重要的現(xiàn)實意義。

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