小型谷物扬场机的设计毕业设计论文.doc

前 言谷物扬场机是今后谷物清选必需的机械装备和发展方向，它改变了传统人工清选操作的方法，比人工操作提高效率十几倍以上，改善了清选操作的环境，重要的是节省所消耗的时间、提高了劳动效率和经济效益。事物总是不断发展的，扬场机的研制工作也是一样，还需要不断的提高和发展：比如研究更为合理的新机型，努力实现通用化、标准化和系列化，把新技术、新工艺和新材料应用到扬场机上，以更提高扬场机的工作可靠性，改善其操作性能，减轻机器重量，提高其耐用度和降低造价。本课题所设计的是一种带式扬场机，它模拟人工操作,通过橡胶带高速运转实现谷物的清选。其主要机构包括喂料斗、橡胶带、主动滚筒、被动滚筒、压紧滚筒、机架、电机等。关键词：小型；谷物；扬场机目 录1绪论1 1.1课题研究的目的及意义1 1.2国内外谷物扬场机的发展状况2 1.3小型谷物扬场机存在的问题21.4研究的内容和方法31.5预期目标31.6重点研究的关键问题及解决思路41.7工作条件及解决方法42小型谷物扬场机总体设计42.1谷物扬场的典型方法及扬场方案的选择42.2小型谷物扬场机的结构53小型谷物扬场机的主要部件及设计63.1机架63.2喂料机构73.3橡胶环带84小型谷物扬场机的动力计算及电动机的选择85轴的设计计算、校核及轴承的选用95.1轴的设计计算、校核95.2轴承的选用136小型谷物扬场机的优化与改进13总 结15致 谢16参考文献17塔里木大学毕业设计 1绪论1.1课题研究的目的及意义农业种植结构调整和加入WTO国农业机械化产生了较大的影响，我国农业机械产品的升级换代和产品结构调整势在必行，农业机械化进入了一个调整发展的新时期。现代农业和人类生活越来越注重种子和粮食的加工品质。但种子加工过程中仍存在着不少问题，如生产经营规模小买设备落后等，市场竞争力较差。许多小型种子生产经营部门面临着就不大的压力和严峻的挑战，为了增强市场竞争力，使种子经营单位不购买昂贵的种子加工成套设备，在原有设备的基础上，不大量投入资金的情况下，能够生产出市场需求的产品，反复试验，多次改进，开产量一系列研究开发工作，设计了此种小型谷物扬场机，降低了成本，节约了能源，而且使用特别方便。扬场机是一种对粮食简单清杂的设备，可清除粮食中的轻杂质及大杂质，用于清杂、精选和分级的粮食加工机械，以利于粮食储存。扬场机的主要功用是在脱离场上把从作物上脱下来的果粒，碎秸秆，壳子等混合物进行分离，以得到干净，纯洁的谷粒。谷物脱粒后,谷粒、糠皮及少量碎石的混合物在快速转动的轮形和皮带曰的带动下被抛出,谷粒、糠皮、碎石落地的远近不同,从而形成堆,达到分离的目的。毕业设计是高等院校培养面向生产、建设、管理和服务第一线的高等技术应用型人才的最后一个教学环节。是培养学生综合运用所学基础理论、基本知识、基本技能和专业知识的重要手段。通过完成某一课题，可以进一步检验学生处理实际问题的能力；使学生掌握基本的设计(科研)方法，受到初步的工程技术训练。并可综合衡量教学质量，以利于提高教学管理水平。毕业设计，对于一个即将进入社会的大学生来说，是很有意义的，不同于原来的一些课程设计，首先难度胜于以往的一些设计，因为这个设计很可能因为所选题目涉及到的知识涵盖量相当大，从理论学习到实践，甚至还需要学习一些辅助软件，其次设计的可行性要求很高，这是个困难重重的过程，所以很大程度上，我们认为毕业设计是从校园理论学习到社会运用的一个过渡阶段，毕业设计是个很好的过渡跳板，认真做的话收获会很大的，对于帮助最大的那种，那就是选择课题时候，选和你未来工作相关的题目，有压力有动力去做好，并且未来工作时候收益很多。谷物扬场是谷物收获后不可缺少的环节。收获后的谷粒中不仅包含饱满和成熟的籽粒，而且还有不成熟的谷粒。此外还包含有许多杂质。因此无论留做种子或其他用途，均需将收获后的谷粒进行清选才能满足要求。利益种子的储藏，运输及机械化作业，增强种子在市场上的销售竞争力。谷粒经过清选以后，可以获得质量均匀、尺寸一致的种子。将种子清选以后再播种，可以清除出小粒、破碎粒作为粮食或饲料，节约了粮食；清选后的种子均匀饱满，播种后发芽率高、长势好，一般都能增产5-10，还可以减少播种量20左右，而且有利于种子的储藏、运输及机械化作业，增强种子在市场上的销售竞争力。因此，清选机产品对农业结构的调整和农民收入的增加有着十分重要的作用。特别是玉米，清选后可用半精量或精良播种，因而便可以大量节省种子。清选后的种子已经清除掉其中大部分病虫害的籽粒，减少了今后感染的可能性，使田间杂草含量减少，作物生长整齐，成熟一致，有利于机械化作业。1.2国内外谷物扬场机的发展状况在目前，我国农业的机械化已经进入了依法促进的崭新的阶段。“十二五”期间，中华人民共和国农业机械化促进法的颁布实施，也确立了农业机械化将会在我国农业和农村的经济发展中的高级地位以及作用，也同时明确了各级的政府将会扶持和发展我国农业机械化的政策以及措施。各地也将会加快了农机的立法进程，全国已有30多个省（区、市）制定以及修订了各项农业方面机械管理的条例及规章，还进一步健全以及完善了农业机械化的法律体系。2007年，中共中央和中共各级的地方财政还将继续加大各种的补贴方面的力度，极大地促进以及调动农民购买机器、使用机器的积极性，并且引导更多的社会资源和资金投入到我国新型农业的机械化上面，形成了依法促使农机化发展强大的推动力以及良好的政策的引导力。2007年，我国国内的农业机械化出现了比较快发展的势头，有很多的企业通过提高产品的质量以及市场的竞争能力，抓住了自身的发展机遇。在欧美发达国家已形成多种系列化的谷物扬场机，其具有清选精度高，分级效果好，工艺精良，性能稳定，可靠性强，噪音相对较低的特点，除传统的机械调节外，现已开发出液压调节系统，操作更加灵敏。比较著名的比重式清选机生产厂家有奥地利的HEID公司，丹麦的WESTRUP公司，德国的PETKUS公司，美国OLIVER公司，LMC公司和CRIPPEN公司。 1.3小型谷物扬场机存在的问题 由国外的农业机械多年的发展经验可以看出，采用智能化的、自动化的作业的方式将会是农业发展的必然的趋势，也将会是发展未来高效的节能的农业机械有效的途径。在世界上，农业相当发达的那些国家在采用了高强度的自动化的机械作业以后不单提高了工作的作业效率，而且还降低了作业的成本。同时，还提高了他们的农产品在国际市场上，数量以及价格的绝对优势。我国的农业机械要想在未来的国际上站住脚，就必须而且一定要缩小我国与世界上其他的农业发达国家在农业机械装备方面的差距。这样来国外自动化、智能化程度很高的农业机械装备才能够不会占领我国的农业市场，也不会使我国农业机械陷入困境。这些年以来，伴随着我们国家各种的改革开放政策的不断深入以及发展，我们国家科学技术方面也取得了飞跃式的近展，为我国实现了农业生产智能化和自动化打下了坚实的基础。2008年以来，个别的厂家使用了该类的机械产品，但他们用的是配在吸风式电动风车上的那种几百瓦电机，风太大。现在全国大部分地区还用的是成本高、效率低的木风车。所以带式扬场机大有市场。1.4研究的内容和方法1.4.1研究的内容根据我国扬场机的发展现状和存在问题以及扬场机发展要求，设计家用小型谷物扬场机。小型谷物扬场机主要由动力输入装置、传动装置、喂入装置和出料装置等组成。其中，动力装置是通过电动机作用在滚筒上带动皮带，只需把未清理的谷物送入喂料装置便可实现谷物清选工作。先确定我国已有谷物扬场机的类型，根据已有的大型扬场机的原理及结构设计新型的小型谷物扬场机，使扬场机能满足家庭及小型企业的要求，也就是谷物扬场机要能工作稳定，保证清选率高，谷物粒子完整率高，分离效果好等优点。1.4.2研究的方法（1）利用文献搜索方法进行中外文献资料的收集；（2）调查研究国内外微型收割机的设计； （3）利用机械设计理论对整机进行设计计算；（4）利用SolidWorks软件进行三维建模；（5）试制样机；（6）到田间进行试验和各性能的检验；（7）改进和完善样机，确定最终图纸。1.5预期目标谷物扬场机主要研究谷物的清选过程，通过测量、计算过程中制定更合理的方案，及确定更适当的传动方式，尽量实现经济、节能、高效的谷物扬场作业，通过对本课题的熟悉和相关资料的查阅，我对本课题有了一个全面的解，有多数据可供参考。四年的大学学习和以往课程设计的经验，我已具备了机械原理，机械设计等方面的理论知识和实践经验，结合自己掌握的试验及实验设计分析知识，可以在规定时间内完成本次毕业设计。（1）扬场机操作方便，结构简单，通用性好，噪音小，使用寿命长；（2）被扬场的谷物清选率高，谷粒完整率高、分离效果好；（3）小巧灵活，效率高，人工劳动量少及动力消耗也少；（4）制造价格便宜，容易普及，能满足家庭使用要求。1.6重点研究的关键问题及解决思路（1）尽可能多的搜集一些相关的资料，在充分了解的基础上，获得更多的思路去解决问题；（2）结合自己查阅的资料，对机器机构的相关知识进行梳理，整合出最适合的机器；（3）借鉴前人设计相关机械过程中的经验，取长补短完成设计。同时积极与指导老师商讨，确定最佳方案；（4）选择合适动力传动方式，设计循环装置和传动装置；（5）利用Auto CAD软件，绘制二维零件图和装配图；（6）利用有限元分析和SolidWorks进行虚拟样机设计，完成整机各零件的三维建模。1.7工作条件及解决方法塔里木大学位于南疆中心位置，校内有实习工厂、土槽实验室、农业工程重点实验室等，为项目开展提供了场地和条件。校内拥有优良的硬件环境，机械工程学院拥有先进的实验设备和机械加工制造设备，并且师资力量雄厚，完全可以满足小麦割晒机机设计的工作条件。2小型谷物扬场机总体设计2.1谷物扬场的典型方法及扬场方案的选择目前开发出的绝大部分设备都是采用气流清选的方式来清选，常见的气流清选方法如下：（1）利用垂直气流进行清选：工作时谷物混合物被喂料辊送至垂直吸气道下部的网面上，由于受到气流的作用，悬浮速度低于气流速度的清杂物被吸向上方，当吸至断面较大的部位时，由于气流速度降低，一部分籽粒和混合物开始落入沉降室内，被搅龙输送到机外，最轻的杂物被风吹出。气流速度可以用阀门进行调节。（2）利用倾斜气流进行清洗：是利用谷粒和夹杂物在气流中的不同运动轨迹来进行清选的。被吹物体依其漂浮特性被风吹至不同的距离，依其距离远近来进行分离，籽粒越轻则被吹送越远，它可以一次分成多级。（3）利用不同空气阻力进行分离：将谷粒混合物以一定速度并与水平方向成一定角度抛入空中，依空气对各种物料阻力的不同，其抛掷距离亦不相同，从而进行分离。（4）旋轮式气流清选：可以利用气流和旋转叶轮的距心力作用进行清选。经过比较及选择，在设计要求内利用不同空气阻力进行分离能够满足设计的要求条件，带式扬场机就是利用这种原理。所以选择利用不同空气阻力进行分离。2.2小型谷物扬场机的结构本设计中小型谷物扬场机主要由喂料斗、橡胶带、主动滚筒、被动滚筒、压紧滚筒、机架、电机等组成。驱动电机通过传动皮带驱动主动滚筒转动，主动滚筒又通过传送胶带带动从动滚筒同步转动，主动滚筒和从动滚筒可以先后调整，压紧滚筒压紧在传送胶带上，由传送胶带带动而转动，此时进料口的物料经过出料口的筛网，因自重而落在传送胶带上，并随胶带同速运动，达到压紧滚筒时，由压紧滚筒将物料压紧在胶带上，使其均匀通过且产生一个沿压紧滚筒圆周与胶带相切的抛射角，物料沿此角度，以一定的速度抛射下去，根据物料惯性的大小达到分离杂物的目的，调整主动滚筒和从动滚筒的作用是根据物料颗粒的大小及容量等，筛网用于过滤物料中的大的颗粒杂质，以提高机构的工作性能。1. 轮子 2.电动机 3.被动滚筒 4.喂料口5.压紧滚筒 6.橡胶带 7.主动滚筒 8.机架图2-1 小型谷物扬场机3小型扬场机的主要部件及设计3.1机架图3-1 机架主要起支撑作用，由于电动扬场机属于农用机械，不需要太精密，而且价格应尽量低廉，所以采用角钢制作。按照实际使用要求，只需校核一下支架的压杆稳定性要求，因为稳定是构件除了强度、刚度失效外的另一种重要失效形式。细长压杆当压力超过一定数值时，会由原来的直线平衡形式突然变弯，从而致使结构丧失承载能力。由于构件的失稳往往是突发的，因而其危害性也较大。历史上曾多次发生因构件失稳而引起的重大事故。如1907年加拿大劳伦斯河上，跨长为548米的奎拜克大桥，就因压杆失稳而导致整座大桥倒塌。因此为了保证压杆安全可靠的工作，必须使压杆处于直线平衡形式，对压杆而言，设计时是以临界力作为其极限承载能力的，因此满足稳定性要求。3.2喂料机构根据皮带的尺寸设计料斗的尺寸。料斗的设计主要考虑其容积及自流下料 ，因此料斗设计成上面为立方体、下面为四棱柱的组合形式。喂料斗底部连接有三条脚都固定在机架上。保证物料能均匀的、连续的流到皮带上，以提高效率。喂入量采用插板活门控制流量，通过调节插板深度来调节喂入量，以此来调节喂入量。由于扬场机属于农用机械，不需要太精密，而且价格应尽量低廉，所以采用角钢、铁皮制作。图3-2 喂料机构3.3橡胶环带图3-3 橡胶环带由于皮带为特殊加工的多坑圆点输送带，输送中有定向作用，便于粮食的收集。4.小型谷物扬场机动力的计算及电动机的选择计算功率 -工况系数，取=1.1则=3.52谷物落地点到抛出点的水平距离 =12谷物抛出点到地面的距离=0.3扬角可取为300到600=0.25初速度=4.83.6=480平带传动比25由此可知，可以用转速为960到2400的电动机，所以本设计选择电动机转速为1020其工作功率为3.2。5轴的设计计算、校核及轴承的选用5.1轴的设计计算及校核确定轴的最小直径，初步估算轴的最小直径，选择轴的材料为45号钢，调质处理。取A0=112，于是得 （5-1） =112 =19.6mm 轴的设计的结构与尺寸关系如下图： 图5-1 轴 轴的校核 T=9.55 （5-2） P=1.5Kw n=500/2 r=250r/min T=9.551.5/250=51570N （5-3） 1=26.5 =130mm =20 圆周力： （5-4） 径向力： （5-5） 轴向力： N （5-6） 合力： （5-7） 水平方向： （5-8） m垂直方向： （5-9） 弯矩： m合成弯矩： （5-10） = =30061.8Nmm当量弯矩： （5-11） =初步认为A截面有较大应力集中，确定其为危险截面，进行安全系数校核前面通过计算得A截面合成弯矩： 抗弯截面系数： （5-12） 弯曲应力： 扭转切应力 ： （5-13）切应力副和平均切应力： （5-14）求综合影响系数： （5-15） 过盈配合时轴的有效应力集中系数： 配合为: 材料为碳钢毛胚直径: 表面状态系数： 求安全系数设按无限寿命(Kn=1)计算： （5-16） （5-17） 复合安全系数由式： （5-18） 所以，轴的强度安全。5.2轴承的选用已知：设计的齿轮轴向载荷为0，径向载荷是1591.2N轴承转速n=250r/min装轴承处的直径为30-40毫米范围之间选择，运动平稳。由工作条件和环境可知：选用深沟球轴承选择轴承的型号 （1）求比值 =0/1758.75=0 （5-19） 根据表13-5，深沟球轴承的最大e值为0.44故此时e。 （2）初步计算当量载荷P，根据式（13-8a） P= （5-20） 按照表13-6，=1.0-1.2,取=1.2。 按照表13-5，X=1，Y=0，则P=1.21655.75=1986.9N （3）求轴承应有的基本额定动载荷值 （4）按照设计手册选用C=1021.2N的轴承6007此轴承的基本额定动载荷C=26000N轴承的验算。 （5）求相对轴向载荷e值与Y值，对深沟球轴承取f=14.7,则相应轴向载荷为零。 （6）用线性插值法求Y值Y=0。 （7）求当量动载荷P P=1.21571.75=2110.5N （5-21）所以选用的轴承合适6小型扬场机的优化与改进小型扬场机的种类有带式扬场机、风扇压送式扬场机、叶轮抛送式扬场机等。其中带式扬场机使用广，可以进行谷物的清选通风粮食翻仓以及近距离的粮食搬运等。该机主要由喂料斗、橡胶带、滚筒、电机等组成。扬场时，橡胶带高速运转，谷粒、糠皮及少量碎石的混合物在快速转动的轮W和皮带P的带动下被抛出。因为抛出的速度相同，所以质量大的动能大，克服空气阻力运动的距离就远；质量小的运动的距离也小，这就好比人以同样的方式扔石块和鹅毛，石块扔得远，而鹅毛扔得近。从而达到了分离的目的，从使用上看，扬场机靠机器带动，轮W转得越快，分离效果越好； 利用不同空气阻力进行分离:将谷粒混合物以一定速度并与水平方向成一定角度抛入空中，依空气对各种物料阻力的不同，其抛掷距离亦不相同，从而进行分离。扬场机抛掷部分的胶带与水平倾斜30度到50度。饱满籽粒的跑出距离可达10-15米左右，较轻的籽粒和杂物则落于6m以内。该小型谷物扬场机使用非常方便，而且节约能源。移动方便进料斗采用插板活门控制流量，结构简单，操作方便，喂料均匀，研制价格低。我对机体结构进行了改进，使安全性能提高、利用率增加、工作环境改善、劳动强度下降、工作效率提高。 总 结此次设计的任务是完成小型扬场机的设计。这是我们在大学期间所进行的一次非常全面的设计，为自己在大学四年所学习知识的全面总结和巩固，使我们初步了解和掌握做设计的基本步骤、基本方法，通过本环节把我们在大学期间所学课程中所获得的理论知识在设计实践中加以综合运用，把大学四年来所学的知识贯穿起来，使理论知识和生产实践密切的结合起来，为我将来的实际工作打下了坚实的基础。这是一个非常全面而系统的设计题目，非常锻炼人。从方案的论证到最终的设计，涉及的领域包括：机械制图，机械原理，工程材料，机械设计等等。通过设计实践，提高我计算、制图能力；使我们能熟练地应用有关参考资料、计算图表、手册、图集、规范，熟悉有关的国家标准。机械方面知识得到系统的巩固和提升。在进行毕业设计的同时，我还学到了许多新的知识，如Solidworks，CAD2007的使用和WORD、POWERPOINT等软件的应用。我深刻的认识到，要想成为一名合格的工程设计人员只是掌握本专业的知识是远远不够的，应该具有更加渊博的知识，如应该对计算机应用，农产品的特性，农业经济的发展现状等各个方面能力进行加强。在设计过程中也曾遇到很多的问题，但通过查阅相关的书籍、手册以及老师的精心指导，都得到了解决，设计过程基本顺利完成。 致 谢这次毕业设计能够完成，首先感谢母校-塔里木大学的辛勤栽培，感谢学校给我一个难得的学校环境和机会；让我学到了新的知识，让我开阔眼界，对农业机械行业有了一个全新的认识，明白学习的可贵和艰辛。在此，我深深的感谢马少辉导师给我的帮助，在他的建议下，我确定设计的整体方案。马少辉老师督促我的毕业设计，给我耐心的指导和帮助，让我能够跟上设计进度。同时也感谢这几年给予我帮助的老师，是他们辛勤的教导，我才有了设计知识的基础和理论，是他们的培育，我才有今天的成就。这次毕业设计，我深深感到理论知识的重要性，在多次对设计的方案和数据的修改中，明白理论和实际相结合的重要。做设计的过程中，我向老师和同学请教，把自己不明白的地方弄明白，同学向我提问的时候我也耐心解答，大家形成一个很好的互相学习氛围。这次的毕业设计，让我感到平时对农业机械了解的程度不够，对农业机械知识的欠缺，在老师和同学的讲解下，我对农业机械有一个全面的了解。在设计过程中，遇到种种困难，没有老师和同学的帮助，我绝对不可能完成，他们的帮助我会铭记在心。最后，真诚的感谢学校给我这次的机会，感谢各位老师的帮助，学校和老师给予的知识让我受用一生。参考文献1魏宏安.我国收获机械的发展与研究现状J.甘肃农业大学学报，2001,36(10):2-6.2景晓村主编.当代中国的农业机械工业J.北京:中国社会科学出版社，1988.3农牧渔业部农业机械化管理司，北京农业工程大学J.中国农业机械化重要文献资料.北京农业大学出版社，1988,12:27+30.4胡伟.我国扬场机技术与市场发展分析J.农村机械化，1998,(2):38-39.5杨家军主编.机械创新设计技术J.北京:科学出版社，2008.6韩正最，栗震霄，魏宏安等.齿形链式切割器的研究实验J.农业工程学报,1998 14(2):86-89.7日本农机学会.农业机械手册D.北京:机械工业出版社，1991. 8沈鸿.机械工程手册(七)M.北京:机械工业出版社，1982.9魏道德.工程力学J.北京:机械工业出版社，2002,10:53-54+68.10张民安.圆柱齿轮精度J.北京:中国标准出版社，1995,03:210-211.11淮良贵等主编.机械设计M.第八版.北京:高等教育出版社，2009. 17