5XD-2.0型帶式清選機(jī)的設(shè)計與試驗(yàn)

韓紅兵，張燕梁，萬霖

（1.黑龍江紅旗嶺農(nóng)場農(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，振動不易平衡，操作不便?？偟膩碚f，我國現(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)消化國外清選先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，與紅旗嶺農(nóng)場聯(lián)合研制5XD-2.0型帶式清選加工機(jī)械，系統(tǒng)地對帶選結(jié)構(gòu)參數(shù)、振動輸送給料裝置等部件進(jìn)行設(shè)計及研究，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、電磁振動分糧器、帶選機(jī)構(gòu)、傳動部分、整粒料斗、碎半粒料斗、橢圓粒料斗、分級篩、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時的軌跡發(fā)生變化。其中圓度好的種子在分選帶上形成扇面，均布向右和相對分選帶向后滾動，落入機(jī)器右側(cè)的整粒料斗后進(jìn)入分級篩分級，按物料外徑分成大、中、小粒3級，半碎粒形成接觸不滾動，隨帶一直移動到機(jī)器前部的碎半粒料斗中；橢圓粒按照自己的運(yùn)動軌跡隨帶移動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)動特性時，可通過調(diào)節(jié)絲杠來使其滿足物料的運(yùn)動特性，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

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按式計算：

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

l—中間輥長度，m，對于一輥、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)計手冊》：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)計要求。

2.2 清選能力的計算

計算清選能力：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）計算；

式中δ—清選機(jī)在運(yùn)行方向上的傾斜角，當(dāng)δ=0時，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，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)動力FU通過摩擦傳遞到清選帶上，為保證清選帶工作時不打滑，需要在回程帶上保持最小張力F2min，按下式進(jìn)行計算：

式中FUmax—清選機(jī)滿載啟動或制動時出現(xiàn)的最大圓周驅(qū)動力；

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

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

3 帶選機(jī)部件設(shè)計

3.1 分選帶的設(shè)計

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，清選效果最佳。同時，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排糧輥排到選料帶上，六個排糧輥由微型調(diào)速電機(jī)通過鏈條驅(qū)動，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

驅(qū)動滾筒的設(shè)計符合《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)動滾筒和被動滾筒均由管材及軸體焊合加工而成。

3.4 傳動系統(tǒng)的設(shè)計

3.4.1 電機(jī)的選配

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

3.4.2 主動帶輪的設(shè)計

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

4 試驗(yàn)測試分析

試驗(yàn)材料選用紅旗嶺農(nóng)場的第二作業(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5XD-2.0型帶式清選機(jī)進(jìn)行了性能測試，測試結(jié)果如表2所示。

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

測試和實(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，清選效果最佳。同時，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)分級處理后，其粒形整齊，均勻一致，大大提高了豆種的等級和價值。

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)計要求，對豆類中的碎半豆，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，清選效果最佳。

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