采棉機(jī)風(fēng)力輸送裝置設(shè)計【離心式風(fēng)機(jī)】【說明書+CAD+SOLIDWORKS】
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采棉機(jī)風(fēng)力輸送裝置采棉機(jī)風(fēng)力輸送裝置設(shè)計設(shè)計設(shè)計：詹龍生指導(dǎo)：安靜氣流輸棉渦流裝置示意圖氣流輸棉渦流裝置示意圖課題設(shè)計的目的課題設(shè)計的目的n n通過設(shè)計實踐，讓我們熟悉設(shè)計過程，學(xué)會正確使用資料、設(shè)計計算、分析設(shè)計結(jié)果及繪制圖樣，最終讓大家在實踐中領(lǐng)會機(jī)械工程設(shè)計的內(nèi)涵，提高發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。風(fēng)機(jī)的合理選擇風(fēng)機(jī)的合理選擇風(fēng)機(jī)離心式風(fēng)機(jī)軸流式風(fēng)機(jī)離心式風(fēng)機(jī)氣流軸向駛?cè)腼L(fēng)機(jī)葉輪后，在離心力作用下被壓縮，主要沿徑向流動。軸流式風(fēng)機(jī)氣流軸向駛?cè)胄D(zhuǎn)葉片通道，由于葉片與氣體相互作用，氣體被壓縮后近似在園柱型表面上沿軸線方向流動。離心式風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖離心式風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖離心式風(fēng)機(jī)工作原理離心式風(fēng)機(jī)工作原理n n葉輪高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力使流體獲得能量。葉輪高速旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力使流體獲得能量。即當(dāng)風(fēng)機(jī)的葉輪被電動機(jī)經(jīng)軸帶動旋轉(zhuǎn)時，充即當(dāng)風(fēng)機(jī)的葉輪被電動機(jī)經(jīng)軸帶動旋轉(zhuǎn)時，充 滿葉片之間的氣體在葉片的推動下隨之高速轉(zhuǎn)動，滿葉片之間的氣體在葉片的推動下隨之高速轉(zhuǎn)動，使氣體獲得大量能量，在慣性高離心力的使氣體獲得大量能量，在慣性高離心力的 作用作用下，甩往葉輪外緣，氣體的壓能和動能增下，甩往葉輪外緣，氣體的壓能和動能增 加后，加后，從蝸形外殼流出，葉輪中部則形成負(fù)壓，從而使從蝸形外殼流出，葉輪中部則形成負(fù)壓，從而使氣體連續(xù)不斷地被吸入和排出。氣體連續(xù)不斷地被吸入和排出。風(fēng)機(jī)傳動主要方式風(fēng)機(jī)傳動主要方式 傳動方式傳動方式 共有六種，用表示，如圖所示共有六種，用表示，如圖所示風(fēng)機(jī)傳動方式選擇風(fēng)機(jī)傳動方式選擇n n小型風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速一般較高，往往與電動機(jī)直接相連。n n大型風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速較低，一般用皮帶傳動與電動機(jī)相連，改變皮帶輪的直徑即可調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。n n由于安裝尺寸的限制，以及采棉機(jī)整體布局對風(fēng)機(jī)的要求，故設(shè)計離心式風(fēng)機(jī)時選擇皮帶傳動E型方式。離心風(fēng)機(jī)主要部件離心風(fēng)機(jī)主要部件葉輪：蝸殼：進(jìn)口集流氣：軸承箱：小帶輪：大帶輪：裝配圖裝配圖離心式風(fēng)機(jī)葉片形式離心式風(fēng)機(jī)葉片形式n風(fēng)機(jī)的各部件中，葉輪是最關(guān)鍵性的部件，特別是葉輪上葉片風(fēng)機(jī)的各部件中，葉輪是最關(guān)鍵性的部件，特別是葉輪上葉片的形式很多，但基本上可分為前向式、徑向式和后向式三種的形式很多，但基本上可分為前向式、徑向式和后向式三種。后向式葉片風(fēng)機(jī)的效率一般在0.80.9之間，前向式葉片風(fēng)機(jī)的效率在0.60.65之間。風(fēng)機(jī)葉片型的特點風(fēng)機(jī)葉片型的特點常見的三種葉片形式各有特點常見的三種葉片形式各有特點n后向式葉片的彎曲度較小，而且符合氣體在離心后向式葉片的彎曲度較小，而且符合氣體在離心力作用下的運動方向，空氣與葉片之間的撞擊很力作用下的運動方向，空氣與葉片之間的撞擊很小。因此能量損失和噪音較小，效率較高。小。因此能量損失和噪音較小，效率較高。故在故在現(xiàn)代生產(chǎn)的風(fēng)機(jī)中，特別是功率大的大型風(fēng)機(jī)多現(xiàn)代生產(chǎn)的風(fēng)機(jī)中，特別是功率大的大型風(fēng)機(jī)多數(shù)用后向式葉片。數(shù)用后向式葉片。n前向式葉片形狀與空氣在離心力作用下的運動方前向式葉片形狀與空氣在離心力作用下的運動方向完全相反，空氣與葉片之間撞擊劇烈。因此能向完全相反，空氣與葉片之間撞擊劇烈。因此能量損失和噪音都較大，故效率就低。量損失和噪音都較大，故效率就低。n徑向式葉輪的特點介入后向式和前向式之間。徑向式葉輪的特點介入后向式和前向式之間。葉片形式的選擇葉片形式的選擇n n由于后向式葉片方向與風(fēng)機(jī)運動方向相同，由于后向式葉片方向與風(fēng)機(jī)運動方向相同，風(fēng)機(jī)效率較高，風(fēng)機(jī)效率較高，因此能量損失和噪音較小因此能量損失和噪音較小。n n考慮到采棉機(jī)本身傳動方式會產(chǎn)生較大的考慮到采棉機(jī)本身傳動方式會產(chǎn)生較大的噪聲，選擇后向式葉片將有效的改善其環(huán)噪聲，選擇后向式葉片將有效的改善其環(huán)境。境。故在本設(shè)計中采用后向式葉片方式，并對故在本設(shè)計中采用后向式葉片方式，并對所選葉型所選葉型2A 進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計?？偨Y(jié)總結(jié)n設(shè)計離心式風(fēng)機(jī)時，需先從風(fēng)機(jī)的整體布局開始，然后計算出實現(xiàn)風(fēng)機(jī)功能所需要的配套動力，選擇出適合的原動機(jī)；以及設(shè)計出相應(yīng)的傳動裝置和計算受力分析；最后對關(guān)鍵零部件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。n通過分析計算，明晰了在設(shè)計時選擇合理的葉片形式以及優(yōu)化離心式風(fēng)機(jī)葉輪葉片出口角2A將對整臺離心式風(fēng)機(jī)的性能起著關(guān)鍵的作用。
采棉機(jī)風(fēng)力輸送裝置設(shè)計
詹龍生
（塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院， 阿拉爾 843300）
摘要: 采棉機(jī)風(fēng)力輸送裝置主要部件由高壓離心式風(fēng)機(jī)構(gòu)成，本設(shè)計主要是對離心式風(fēng)機(jī)的優(yōu)化設(shè)計，已保證其在特殊工作環(huán)境下正常運轉(zhuǎn)，通過對風(fēng)機(jī)的合理選型及對葉輪的優(yōu)化，使風(fēng)機(jī)有了更好的氣動性能和較高的轉(zhuǎn)速。
關(guān)鍵詞：采棉機(jī)；離心式風(fēng)機(jī)；葉輪；優(yōu)化設(shè)計
中圖分類號： 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
Cotton picker wind conveying device design
ZhanLongSheng
（Mechanical Electrical Engineering College of Tarim University, Xinjiang in843300）
Abstract : Cotton picker wind conveying device mainly consists of high pressure centrifugal fan, this is mainly designed for centrifugal fan design, has guaranteed the special working environment under normal operation, the fan selection and optimization of the impeller, the fan has better aerodynamic performance and higher rotational speed.
Keywords: Cotton picker; centrifugal fan; impeller; optimization design
CLC: Document Code: A
1.引言
是全國最大的商品棉生產(chǎn)基地，也是中國唯一的長絨棉產(chǎn)地，棉花種植面積、單產(chǎn)、總產(chǎn)及收購量連續(xù)15年位居全國第1位，棉花產(chǎn)業(yè)已成為農(nóng)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)。 據(jù)最新統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2009 年棉花產(chǎn)量合計達(dá)275萬t。隨著棉花種植面積的不斷擴(kuò)大及產(chǎn)量的逐漸增長，每逢秋季棉花收獲季節(jié)，最突出的問題就是亟須大批季節(jié)性勞動力，每年雇請的拾花工50余萬人，為此支付的勞務(wù)費高達(dá)十幾億元，使得植棉成本大幅度提高。而機(jī)采棉效率高，費用低，因此實現(xiàn)機(jī)采棉已成為大勢所趨。采棉機(jī)按其收獲方式分為選收機(jī)和統(tǒng)收機(jī)。目前使用的采棉機(jī)多為進(jìn)口選收機(jī)，價格在100萬元/臺以上，其售價高、維護(hù)費用高且維護(hù)不便，推廣和普及受到很大限制[1]。而統(tǒng)收機(jī)可以實現(xiàn)小型化，價格比較低廉，能被大多數(shù)農(nóng)民所接受。統(tǒng)收式采棉機(jī)的核心部分由采摘系統(tǒng)、風(fēng)送系統(tǒng)、清雜系統(tǒng)和儲棉系統(tǒng)4部分組成。風(fēng)送系統(tǒng)是將采摘系統(tǒng)、清雜系統(tǒng)及儲棉系統(tǒng)聯(lián)系到一起的紐帶，是采棉機(jī)的重要組成部分，該系統(tǒng)性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到棉花是否輸送通暢以及輸運過程中對棉花纖維破壞程度。 因此，對采棉機(jī)風(fēng)送系統(tǒng)的設(shè)計與研究有著重要意義。
采棉機(jī)的工作原理類似吸塵器。由柴油機(jī)作動力，帶動風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)，這時在風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口產(chǎn)生一定的負(fù)
壓，形成有一定流速的空氣流，棉枝上的棉花在空氣流的吸引作用下進(jìn)入采棉機(jī)，這相當(dāng)于人工將棉花從棉枝上采摘下來。棉花在采棉機(jī)中與空氣流分離，通過出棉口直接進(jìn)入棉花收集箱，而不含棉花的潔凈空氣通過風(fēng)機(jī)的排風(fēng)口直接排入大氣中。風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)所形成的空氣流只起到輸送介質(zhì)的作用，在采棉機(jī)之前，棉花與空氣流共同流動，而在采棉后，由于棉花已經(jīng)被分離出來，所以只有潔凈的空氣經(jīng)過風(fēng)機(jī)。減速機(jī)主要給采棉機(jī)提供動力，它將柴油機(jī)的高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變?yōu)榈娃D(zhuǎn)速，通過機(jī)械傳動與采棉機(jī)相連，使棉花從采棉機(jī)中連續(xù)輸出。
采棉機(jī)采用風(fēng)力將采摘下的籽棉輸送到棉箱。高壓離心式風(fēng)機(jī)是風(fēng)力輸送系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件。在風(fēng)機(jī)
的選型過程中，針對風(fēng)力系統(tǒng)對風(fēng)機(jī)的性能要求以及采棉機(jī)總體設(shè)計對風(fēng)機(jī)外形尺寸的限制，對以上存在的問題，本文通過對棉花物料特性進(jìn)行研究，對風(fēng)送系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化，最終設(shè)計出更順暢的采棉機(jī)風(fēng)力輸送裝置。
2.結(jié)構(gòu)原理和工作過程
離心式風(fēng)機(jī)要由葉輪、機(jī)殼、進(jìn)口集流器、導(dǎo)流片、聯(lián)軸器、軸、皮帶輪、電動機(jī)等部件組成。旋轉(zhuǎn)的葉輪和蝸殼式的外殼。旋轉(zhuǎn)葉輪的功能是使空氣獲得能量；蝸殼的功能是收集空氣，并將空氣的動壓有效地轉(zhuǎn)化為靜壓。
圖2-1 離心式風(fēng)機(jī)基本結(jié)構(gòu)
1-吸氣口；2-葉輪前盤；3-葉片；4-葉輪后盤；6-機(jī)殼；6-排氣口；7-截流板；8-支架
采棉機(jī)主要對采摘物進(jìn)行風(fēng)力輸送，但由于棉桃、棉枝等雜質(zhì)的存在，單獨使用風(fēng)送系統(tǒng)很難實現(xiàn)采摘物的完整輸送（即采摘頭→清雜系統(tǒng)→棉箱），所以通常情況下設(shè)置少量機(jī)械裝置輔助輸送，采用風(fēng)力、機(jī)械混合輸送的方式。
風(fēng)機(jī)3提供正壓風(fēng)，將采摘下的棉花送入集棉器2，并進(jìn)行橫向機(jī)械輸送，將集棉器中棉花推送至吸棉管道的喇叭口；風(fēng)機(jī)4提供的負(fù)壓風(fēng)將籽棉以及雜質(zhì)吸入6輥清雜機(jī)構(gòu)6，進(jìn)行籽棉與雜質(zhì)的分離；雜質(zhì)經(jīng)旋風(fēng)分離器排出。除雜后的籽棉通過避風(fēng)器后由風(fēng)機(jī)3提供的正壓風(fēng)吹入棉箱[2]。
圖2-2 風(fēng)送系統(tǒng)原理圖
1-采摘頭；2-集棉器；3-正壓風(fēng)機(jī)；4-負(fù)壓風(fēng)機(jī)；5-旋風(fēng)分離器；6-輥除雜機(jī)構(gòu)；7-集棉箱
3. 風(fēng)送系統(tǒng)參數(shù)的確定
采棉機(jī)風(fēng)送系統(tǒng)的設(shè)計（包括風(fēng)速大小、空氣流量及管道設(shè)計）均以采摘物（采摘物包括棉花、鈴殼、棉葉及枝稈等雜物，下面將采摘物統(tǒng)稱為含雜籽棉）的物理特性為基礎(chǔ)，其中包括含雜籽棉的輸送量、含雜籽棉的懸浮臨界速度等因素。
3.1含雜籽棉輸送量的確定
據(jù)采棉機(jī)田間試驗測試可得，統(tǒng)收式采棉機(jī)（3行機(jī)）田間收獲行駛速度v=2.50km/h（0.70 m/s）；棉花產(chǎn)量約為 m=400.00kg/畝（1畝＝1/15hm2）。
采棉機(jī)（3行機(jī)）實際掃掠寬度為c=66×2+10×3+66/2=195.00cm（現(xiàn)機(jī)采棉的播種模式為66cm+10 cm），得
（3-1）
式中 U———單位時間內(nèi)輸送含雜籽棉的質(zhì)量；
λ———含雜修正系數(shù)，取1.33；
k———棉花單位面積，k=0.0667hm2
由公式（3-1）得
（3-2）
vm———機(jī)采棉單位質(zhì)量所占體積（約 0.027 m3/kg）；
vu———采棉機(jī)單位時間內(nèi)理論輸送含雜籽棉的體積。因為工作中采棉機(jī)行駛速度、棉花種植密度及產(chǎn)量各不相同，需考慮采摘膨脹系數(shù)（約 1.5～2.0）
（3-3）
3.2氣流輸送參數(shù)的確定
3.2.1混合比μ的確定[3]
混合比又稱為輸送濃度，即在該管道中同一時間內(nèi)所輸送的含雜籽棉質(zhì)量G物與G氣之比。
因，所以
式中 ρ———空氣密度（kg/m3）；
Q———輸送風(fēng)量（m3/h）。
由此可見，輸送風(fēng)量與混合比成反比，混合比的大小受通風(fēng)機(jī)壓力、氣流輸送方式、輸送距離、輸送風(fēng)速以及輸棉管直徑和物料性質(zhì)等多方面因素的影響。 混合比推薦見表1。
表3-1混合比推薦
物料名稱
籽棉
毛籽棉
光棉籽
鋸齒集棉
短絨集棉
μ 值
0.6～0.8
1.0～2.0
2.0～2.5
0.15～0.12
0.005-0.01
3.2.2輸送風(fēng)速的確定
氣流輸送含雜籽棉，是借助空氣動力的作用，籽棉受到空氣動力的大小，與空氣對含雜棉花的相對速度有關(guān)。確定輸送速度，必須以棉花的懸浮臨界速度為基本依據(jù)[4]。
2009 年10月，測得本采棉機(jī)所采棉花的懸浮臨界速度如表2所示，考慮到棉花采摘過程受到溫度、濕度以及成熟度等因素的影響，取臨界速度補(bǔ)充系數(shù)為 1.4，輸送速度為懸浮臨界速度的 1.9～2.0倍。最終輸送風(fēng)速約為。
表8-2 棉花臨界速度 （m/s）
物料名稱
臨界速度
1 瓣棉花
1朵棉花（不帶鈴殼）
1朵棉花（帶鈴殼）
4朵棉花（采摘棉）
1團(tuán)棉花（采摘棉）
3.6
6.0
6.2
6.4
7.0
3.3配用風(fēng)量 配的確定
配用風(fēng)量是作為選擇通風(fēng)機(jī)時的風(fēng)量。 為了保證機(jī)采棉輸送通暢進(jìn)行，應(yīng)考慮到管道漏風(fēng)及其它不利因素的影響，應(yīng)在確定輸送風(fēng)量的基礎(chǔ)上適當(dāng)考慮儲備系數(shù)，一般取 為 1.15～1.20[5]，即
3.4輸送管道直徑的確定[6]
輸棉管道直徑根據(jù)輸送風(fēng)速和輸送風(fēng)量計算
5結(jié)論
（1）對于采棉機(jī)來說，雜質(zhì)（尤其是棉花收獲初期棉桃及較長棉枝）的存在對含雜籽棉的輸送有很大影響，應(yīng)減小收獲過程中對棉花植株的打擊力度，減少雜質(zhì)的輸入量。
（2）由于單朵棉花的重量一般不超過(包括棉花粘在棉枝上有一定的連接力),因此吸棉口風(fēng)速一般控制在之間，這個風(fēng)速可以有效的將棉花吸入采棉機(jī)中。吸棉口形狀采用圓形喇叭口,材料選用塑料或不銹鋼,內(nèi)壁一定要光滑，無毛刺,吸口直徑控制在左右。
（3）輸棉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步改進(jìn)，對參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，減小了輸送過程中對棉花纖維的破壞，提高了質(zhì)量等級。
參考文獻(xiàn)
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采棉機(jī)風(fēng)力輸送裝置 設(shè)計說明書 學(xué)生姓名 xxxx 學(xué) 號 所屬學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班 級 12-2 指導(dǎo)教師 xxxx 日 期 2012.6 xxxx 大學(xué)教務(wù)處制 前 言 是我國最大的棉花生產(chǎn)基地，棉花種植已經(jīng)成為的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。以前，以人工為主的 棉花收獲，不僅生產(chǎn)效率低，而且費時、耗資巨大，棉花收獲季節(jié)勞動力短缺凸顯。隨著播種面 積以及產(chǎn)量的日益增加，近年來國內(nèi)普遍存在的勞動力短缺問題在顯得更加突出，因此采用 機(jī)械化采棉技術(shù)是實現(xiàn)棉花持續(xù)發(fā)展的必然選擇。但目前，使用中的采棉機(jī)多為進(jìn)口產(chǎn)品，由于 價格、維修費用高和服務(wù)不及時等因素的影響，限制了廣泛推廣。因此，采棉機(jī)國產(chǎn)化必將是未 來采棉機(jī)發(fā)展的趨勢。 國產(chǎn)自走式采棉機(jī)采用風(fēng)力將采摘下的籽棉輸送到棉箱。離心式風(fēng)機(jī)是風(fēng)力輸送系統(tǒng)中的關(guān) 鍵部件。離心式風(fēng)機(jī)是依靠輸入的機(jī)械能，提高氣體壓力并排送氣體的機(jī)械，它是一種從動的流 體機(jī)械。 經(jīng)過近幾年的田間采收試驗及理論研究不斷進(jìn)行和完善，證明國產(chǎn)自走式采棉機(jī)的采摘機(jī)理 合理， 結(jié)構(gòu)理論完善，具有采凈率高、落地棉少等優(yōu)點；但存在采摘物輸送不暢，易堵塞且含雜 率高，難以分離等現(xiàn)象。針對以上存在的問題，本文通過對棉花物料特性進(jìn)行研究，對離心式風(fēng) 機(jī)的選型已及風(fēng)送系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，最終設(shè)計出更順暢的采棉機(jī)風(fēng)力輸送裝置。 目 錄 1.緒論 1 1.1 采棉機(jī)國內(nèi)(外)現(xiàn)狀 1 1.2 本課題研究的關(guān)鍵問題及解決思路 1 2.離心式風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理 2 2.1 離心式風(fēng)機(jī)的基本組成 2 2.2 風(fēng)送系統(tǒng)工作原理 2 3.離心式風(fēng)機(jī)葉輪的主要形式及傳動方式 2 3.1 離心式風(fēng)機(jī)葉輪的主要形式 2 3.2 離心式風(fēng)機(jī)的葉輪特點 3 3.3 離心式風(fēng)機(jī)的主要傳動方式 3 4.采棉機(jī)離心風(fēng)式機(jī)設(shè)計時幾個重要參數(shù)選擇 5 5.采棉機(jī)離心式風(fēng)機(jī)傳動裝置的設(shè)計與選型 5 5.1 風(fēng)機(jī)設(shè)計的常用參數(shù) 5 5.2 離心式風(fēng)機(jī)原動機(jī)的設(shè)計計算 6 5.3 離心式風(fēng)機(jī)帶傳動的設(shè)計計算 7 5.4 帶傳動的運動和動力參數(shù)計算 9 5.5 帶輪的設(shè)計計算 9V 6.采棉機(jī)離心式風(fēng)機(jī)葉輪的優(yōu)化設(shè)計 10 6.1 葉輪尺寸的決定 10 6.2 葉輪最佳進(jìn)口寬度 設(shè)計 111b 6.3 葉輪葉片最佳進(jìn)口角 設(shè)計 11A 6.4 葉輪葉片最佳出口角 設(shè)計 132 7.采棉機(jī)離心式風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣裝置設(shè)計 14 7.1 離心式風(fēng)機(jī)進(jìn)氣室 14 7.2 離心式風(fēng)機(jī)進(jìn)氣口及進(jìn)口集流器 14 8.采棉機(jī)離心式風(fēng)機(jī)風(fēng)送系統(tǒng)參數(shù)確定 15 8.1 風(fēng)送系統(tǒng)參數(shù)確定 15 8.2 風(fēng)送系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化結(jié)論 17 9.結(jié)論 18 致 謝 19 參考文獻(xiàn) 20 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 1 1.緒論 1.1 采棉機(jī)國內(nèi)(外)現(xiàn)狀 目前，國內(nèi)市場上采棉機(jī)主流產(chǎn)品主要有美國迪爾公司、凱斯公司和貴航集團(tuán)生產(chǎn)的水平摘 錠式采棉機(jī)。國產(chǎn)采棉機(jī)雖各項性能都能滿足要求，但與美國產(chǎn)采棉機(jī)相比還有一定的差距，關(guān) 鍵零部件仍依賴于進(jìn)口，使用成本大大增加。 (1)國外棉花收獲機(jī)械化發(fā)展?fàn)顩r 大約 30%的世界棉產(chǎn)量是機(jī)器采收:美國、以色列、澳大利亞是世界上全部用機(jī)器采棉的國家。 早在 1850 年美國就開始了對采棉機(jī)的研究,到 20 世紀(jì) 40 年代開始批量生產(chǎn)采棉機(jī)，而且采棉機(jī) 由單一行采收發(fā)展到多行采收，由背負(fù)式發(fā)展到自走式，采棉工藝由一次采收發(fā)展到一次采收和 分次采收兩種形式。截止 20 世紀(jì) 80 年代末，采棉機(jī)械化程度已達(dá) 100%，生產(chǎn)中主要使用水平摘 錠自走式采棉機(jī)。1988 年擁有量達(dá)到 5 萬臺由于采用了復(fù)雜的靜液壓驅(qū)動技術(shù)以及維修費用昂貴， 采棉機(jī)的生產(chǎn)廠家由開始的 10 多家以減少至 2 家。前蘇聯(lián) 1934 年開始對采棉機(jī)研究，1936 年進(jìn) 了水平摘錠采棉機(jī)的研究設(shè)計,但因結(jié)構(gòu)復(fù)雜,采棉部件工藝水平和加工精度高,產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)不到設(shè) 計要求，工作可靠性差，未能推廣。1939 年開始垂直摘錠采棉機(jī)的研究，1948 年投入批量生產(chǎn)， 1989 年已擁有 3.3 萬臺。自美國第一臺棉花收獲機(jī)械出現(xiàn)后，經(jīng)過不同國家和地區(qū)一個多世紀(jì)以 來的試驗研究和生產(chǎn)實踐，世界上各種棉花收獲機(jī)械專利已達(dá) l000 多項，采棉機(jī)械化已發(fā)展成為 成熟的技術(shù) 1。 (2)我國棉花收獲機(jī)械發(fā)展概況 我國對棉花收獲機(jī)械的研究始于 20 世紀(jì) 50 年代，最早出現(xiàn)的是對引進(jìn)機(jī)型進(jìn)行試驗研究。 1954 年生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)引進(jìn)了 37 臺前蘇聯(lián)生產(chǎn)的 CXM-48M 型單行垂直摘錠后懸掛式采棉機(jī)和 幾十臺 X4 型剝鈴機(jī) 1961 年農(nóng)墾部又為兵團(tuán)引進(jìn)了 7 臺前蘇聯(lián) XBC 一 1.2 型雙行垂直摘錠自走式 采棉機(jī)。但由于沒有引進(jìn)相應(yīng)的清花設(shè)備，采棉機(jī)采摘的籽棉因含雜太高而無法使用。為解決美、 蘇摘錠式采棉機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資大，甚至機(jī)械采棉在經(jīng)濟(jì)上無利的問題，1959 年綜述至 1974 年， 中國農(nóng)機(jī)院組織全國 60 多名科技人員進(jìn)行國產(chǎn)棉田自動底盤拖拉機(jī)及配套采棉機(jī)的研制，并自力 更生設(shè)計、研制、試驗過斜摘輥式摘棉鈴機(jī)和氣吸振動式分次采棉部件。1988 年以后，在國家科 委支持下，科委正式將“采棉機(jī)及清花設(shè)備的引進(jìn)試驗”作為重點科研項目。1990 年生 產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)從烏茲別克引進(jìn) 14XB 一 2.4 型采棉機(jī)。1993 年農(nóng)機(jī)研究所引進(jìn)美國 2022 型采棉 機(jī)。經(jīng)過 4 到 5 年時間分別進(jìn)行了試驗分析比較，取得較系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。1996 年，國家經(jīng)貿(mào)委和國 家科委正式將“棉花生產(chǎn)及加工技術(shù)與成套設(shè)備”和“4MZ 一 2(3)型國產(chǎn)自走式采棉機(jī)的研制” 兩個項目立項，經(jīng)過 3 年時間，在兵團(tuán)、中國農(nóng)機(jī)院、農(nóng)機(jī)化所等單位的共同努力下，國產(chǎn) 自走式采棉機(jī)和與鐵牛一 80 型拖拉機(jī)配套的背負(fù)式采棉機(jī)均已研制出來，4MZ 一 2(3)型采棉機(jī)通 過鑒定，清理加工設(shè)備也有了第一輪樣機(jī)。2003 年一生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)研制的 4ZT 一 8 型摘棉桃 機(jī)通過新產(chǎn)品鑒定并投入批量生產(chǎn)。從 2001 年開始，國家機(jī)械工業(yè)局將棉花收獲機(jī)作為重點發(fā)展 的項目 2。 當(dāng)前，我國棉花的收獲機(jī)械研究及推廣方面存在的主要問題是：(l)棉花種植的品種、行距、 株距、種植密度等方面在我國各產(chǎn)棉區(qū)存在很大的差異,對棉花收獲機(jī)械的研發(fā)提出了挑戰(zhàn)。(2) 對棉花收獲機(jī)械采摘部件工作機(jī)理的研究進(jìn)行得很不充分,新型機(jī)具開發(fā)困難很大。(3)對于實施 棉花收獲機(jī)械的必要性及緊迫性,在思想認(rèn)識上不統(tǒng)一,投入的科研經(jīng)費力度不大，導(dǎo)致研究工作 裹足不前。(4)對機(jī)采棉農(nóng)藝配套技術(shù)的研究不足，不利于機(jī)采棉技術(shù)的發(fā)展。(5)機(jī)采棉的質(zhì)量 現(xiàn)沒有國家標(biāo)準(zhǔn)，比人工手采棉降低 12 級，短纖維含量高，雜質(zhì)多，機(jī)采棉市場銷售比較困難， 影響了機(jī)采棉技術(shù)的推廣。(6)采棉機(jī)及清花設(shè)備投資較大,由于一次性投入大,且功能單一,仍然 嚴(yán)重制約著機(jī)采棉技術(shù)的推廣 3。 1.2 本課題研究的關(guān)鍵問題及解決思路 本課題重點研究：風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、參數(shù)研究及流場分析。風(fēng)送系統(tǒng)主要有風(fēng)機(jī)和管道兩部 分組成：風(fēng)機(jī)是輸送系統(tǒng)動力裝置，其必須滿足以下 3 個條件:提供足夠的風(fēng)壓；提供足夠的風(fēng) 速；提供足夠的風(fēng)量。通過對風(fēng)送系統(tǒng)設(shè)計及風(fēng)送參數(shù)的研究,改善風(fēng)力輸送環(huán)境,確定在風(fēng)速約 多大的情況下采摘物輸送通暢，無堵塞現(xiàn)象。通過設(shè)計以及流場的改善在輸送過程中清除比重較 大的雜質(zhì)，降低棉花含雜率，提高機(jī)采棉的品質(zhì)。 解決思路：設(shè)計風(fēng)機(jī)葉輪為獨特的葉片線型，葉片線型為雙圓弧,兩圓弧相切。風(fēng)機(jī)氣動性能 的優(yōu)劣主要取決于葉輪的形式和主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，這種形式的葉片提供了良好的氣動綜合指標(biāo)。工 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 2 作轉(zhuǎn)速高，風(fēng)機(jī)性能調(diào)節(jié)中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)是最重要的調(diào)節(jié)手段，這為滿足不同性能的使用提供了更大 范圍。 2.離心式風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理 2.1 離心式風(fēng)機(jī)的基本組成 主要由葉輪、機(jī)殼、進(jìn)口集流器、導(dǎo)流片、聯(lián)軸器、軸、皮帶輪、電動機(jī)等部件組成。旋轉(zhuǎn) 的葉輪和蝸殼式的外殼。旋轉(zhuǎn)葉輪的功能是使空氣獲得能量；蝸殼的功能是收集空氣，并將空氣 的動壓有效地轉(zhuǎn)化為靜壓。 圖 2-1 離心式風(fēng)機(jī)基本結(jié)構(gòu) 1-吸氣口；2-葉輪前盤；3-葉片；4-葉輪后盤；6-機(jī)殼；6-排氣口；7-截流板；8-支架 2.2 風(fēng)送系統(tǒng)工作原理 風(fēng)機(jī) 3 提供正壓風(fēng)，將采摘下的棉花送入集棉器 2，并進(jìn)行橫向機(jī)械輸送，將集棉器中棉花 推送至吸棉管道的喇叭口；風(fēng)機(jī) 4 提供的負(fù)壓風(fēng)將籽棉以及雜質(zhì)吸入 6 輥清雜機(jī)構(gòu) 6，進(jìn)行籽 棉與雜質(zhì)的分離；雜質(zhì)經(jīng)旋風(fēng)分離器排出。除雜后的籽棉通過避風(fēng)器后由風(fēng)機(jī) 3 提供的正壓風(fēng)吹 入棉箱 4。 圖 2-2 風(fēng)送系統(tǒng)原理圖 1-采摘頭；2-集棉器；3-正壓風(fēng)機(jī)；4-負(fù)壓風(fēng)機(jī)；5-旋風(fēng)分離器；6-輥除雜機(jī)構(gòu)；7-集棉箱 3.離心式風(fēng)機(jī)葉輪的主要形式及傳動方式 3.1 離心式風(fēng)機(jī)葉輪的主要形式 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 3 圖 3-1 葉輪的結(jié)構(gòu) 圖 3-2 葉片的主要形式 如圖所示，離心風(fēng)機(jī)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如下。 (1)葉輪外徑, 常用 表示；D (2)葉輪寬度, 常用 表示；b (3)葉輪出口角,一般用 表示。葉輪按葉片出口角的不同可分為三種: 前向式葉片彎曲方向與旋轉(zhuǎn)方向相同, （3-)1609(02A 1） 后向式葉片彎曲方向與旋轉(zhuǎn)方向相反, （3-)7( 002A 2） 徑向式葉片出口沿徑向安裝, （3- 029A 3） 后向式葉片風(fēng)機(jī)的效率一般在 之間，前向式葉片風(fēng)機(jī)的效率在 之.8 0.65. 間。 3.2 離心式風(fēng)機(jī)的葉輪特點 三種葉片型式的葉輪，目前均在風(fēng)機(jī)設(shè)計中應(yīng)用。(1)前向式葉輪的特點是葉片形狀與空氣在 離心力作用下的運動方向完全相反，空氣與葉片之間撞擊劇烈。因此能量損失和噪音都較大，故 效率就低。(2)后向式葉輪葉片的彎曲度較小，而且符合氣體在離心力作用下的運動方向，空氣與 葉片之間的撞擊很小。因此能量損失和噪音較小，效率較高，可節(jié)約能源。故在現(xiàn)代生產(chǎn)的風(fēng)機(jī) 中，特別是功率大的大型風(fēng)機(jī)多數(shù)用后向式。 (3)徑向式出口葉片在我國已不常用，在某些要求耐磨和耐腐蝕的風(fēng)機(jī)中，常用徑向出口直葉片。 采棉機(jī)離心式高壓風(fēng)機(jī)功率大，效率高，采用后向式葉輪可有效改善風(fēng)機(jī)的性能。 3.3 離心式風(fēng)機(jī)的主要傳動方式 表 3-1 傳動方式及機(jī)械效率 傳 動 方 式 機(jī) 械 效 率 電動機(jī)直聯(lián)傳動 (A 型) 聯(lián)軸器聯(lián)接轉(zhuǎn)動(D、F 型) 皮帶傳動(B、C、E 型) 1.00 0.98 0.95 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 4 1 2 圖 3-3 A 型直聯(lián)傳動 1-葉輪；2-電動機(jī) 1 2 3 4 圖 3-4 D 型聯(lián)軸器聯(lián)接轉(zhuǎn)動 1-葉輪；2-軸承座；3-聯(lián)軸器；4-電動機(jī) 1 2 3 4 5 圖 3-5 F 型聯(lián)軸器聯(lián)接轉(zhuǎn)動 1-軸承座；2-葉輪；3-軸承座；4-聯(lián)軸器；5-電動機(jī) 4 5 1 2 3 圖 3-6 B 型皮帶傳動 1-葉輪；2-軸承座；3-v 型皮帶；4-皮帶輪；5-電動機(jī) 4 5 1 2 3 圖 3-7 C 型皮帶傳動 1-葉輪；2-軸承座；3-v 型皮帶；4-皮帶輪；5-電動機(jī) 4 5 1 2 3 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 5 圖 3-8 E 型皮帶傳動 1-軸承座；2-葉輪；3-v 型皮帶；4-皮帶輪；5-電動機(jī) 4.采棉機(jī)離心風(fēng)式機(jī)設(shè)計時幾個重要參數(shù)選擇 (1)葉片型式的合理選擇：常見風(fēng)機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下，后向葉輪的壓力系數(shù)中 較小，則葉輪t 直徑較大，而其效率較高；對前向葉輪則相反。 (2)風(fēng)機(jī)傳動方式的選擇：如傳動方式為 、 、 三種，則風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速與電動機(jī)轉(zhuǎn)速相同；ADF 而 、 、 三種均為變速，設(shè)計時可靈活選擇風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。一般對小型風(fēng)機(jī)廣泛采用與電動機(jī)BCE 直聯(lián)的傳動 ，對大型風(fēng)機(jī)，有時皮帶傳動不適，多以傳動方式 、 傳動。A 對高溫、多塵條件下，傳動方式還要考慮電動機(jī)、軸承的防護(hù)和冷卻問題。 (3)蝸殼外形尺寸的選擇：蝸殼外形尺寸應(yīng)盡可能小。對高比轉(zhuǎn)數(shù)風(fēng)機(jī)，可采用縮短的蝸形， 對低比轉(zhuǎn)數(shù)風(fēng)機(jī)一般選用標(biāo)準(zhǔn)蝸形。有時為了縮小蝸殼尺寸，可選用蝸殼出口速度大于風(fēng)機(jī)進(jìn)口 速度方案，此時采用出口擴(kuò)壓器以提高其靜壓值。 (4)葉片出口角的選定：葉片出口角是設(shè)計時首先要選定的主要幾何參數(shù)之一。為了便于應(yīng)用， 我們把葉片分類為：后向式葉片；徑向式葉片；前向式葉片。 (5)葉片數(shù)的選擇：在離心風(fēng)機(jī)中，增加葉輪的葉片數(shù)則可提高葉輪的理論壓力，因為它可以 減少相對渦流的影響(即增加 值)。但是，葉片數(shù)目的增加，將增加葉輪通道的摩擦損失，這種K 損失將降低風(fēng)機(jī)的實際壓力而且增加能耗。因此，對每一種葉輪，存在著一個最佳葉片數(shù)目。 (6)全壓系數(shù) 的選定：設(shè)計離心風(fēng)機(jī)時，實際壓力總是預(yù)先給定的。這時需要選擇全壓系t 數(shù) 。t (7)葉輪進(jìn)出口的主要幾何尺寸的確定：葉輪是風(fēng)機(jī)傳遞給氣體能量的唯一組件，其設(shè)計對風(fēng) 機(jī)影響甚大；能否正確確定葉輪的主要結(jié)構(gòu)，對風(fēng)機(jī)的性能參數(shù)起著關(guān)鍵作用。它包含了離心風(fēng) 機(jī)設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)-葉片的設(shè)計。而葉片的設(shè)計最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)就是如何確定葉片出口角 。A2 5.采棉機(jī)離心式風(fēng)機(jī)傳動裝置的設(shè)計與選型 5.1 風(fēng)機(jī)設(shè)計的常用參數(shù) 風(fēng)機(jī)主要技術(shù)性能參數(shù) 5 外形尺寸 : ）（ m657475 葉輪直徑 : ）（ 80 工作轉(zhuǎn)速 : ）（ inr3 風(fēng)量 : ）（ h3 全壓 : ）（ ap726 配套動力 : ）（ Wk1 帶動通風(fēng)機(jī)的電動機(jī)額定功率按下式計算： （5-1）1d0236 PNQ (軸功率) (電機(jī)貯備系數(shù) )=電機(jī)所需功率dK 式中： 電動機(jī)額定功率（千瓦）， 風(fēng)機(jī)風(fēng)量（ ）,時米 /3 風(fēng)機(jī)風(fēng)壓（毫米水柱）,P 風(fēng)機(jī)效率（%）, 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 6 機(jī)械傳動效率（%），1 電機(jī)容量安全系數(shù)。K ， 。9.8073PaOmH2 OmH 13.59mHg2 表 5-1 電動機(jī)容量貯備系數(shù) 軸 功 率 (KW) 電 動 機(jī) 容 量 貯 備 系 數(shù)(K) 0.51 12 25 5 一般風(fēng)機(jī) 高壓風(fēng)機(jī)(7500Pa 直接啟動的) 引風(fēng)機(jī) 凡采用軟啟動(偶合器、水電阻、變頻器等) 1.5 1.4 1.3 1.2 1.15 1.15 1.2 1.151.3 1.081.1 風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 可用轉(zhuǎn)速表直接測量，其數(shù)值用每分鐘多少轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)/分）來表示。小型風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn) 速一般較高，往往與電動機(jī)直接相連。大型風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速較低，一般用皮帶傳動與電動機(jī)相連，改 變皮帶輪的直徑即可調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，其關(guān)系如下： （5-1 221nd 2） 式中： ， 風(fēng)機(jī)；電動機(jī)的轉(zhuǎn)速1n2 ， 風(fēng)機(jī)和電動機(jī)的皮帶輪的直徑。1d2 從上述可見，如要改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，只要改變通風(fēng)機(jī)或電動機(jī)中任意一個皮帶輪的直徑即可。 5.2 離心式風(fēng)機(jī)原動機(jī)的設(shè)計計算 傳動裝置用來將原動機(jī)輸出的運動和動力，以一定的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩或推力傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)。采 棉機(jī)離心式風(fēng)機(jī)選擇帶傳動，只需改變皮帶的直徑即可調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 (1)電動機(jī)的計算 選擇電動機(jī)的容量，電動機(jī)所需工作功率 為：dP （5-KN dP 3） 軸功率 （5-1d026 Q 4） 其中風(fēng)機(jī)風(fēng)量 ,風(fēng)機(jī)風(fēng)壓 ，為風(fēng)機(jī)配套風(fēng)量壓強(qiáng)，/h40mQ38paP 效率約為 。葉 輪.85型 傳 動 方 式 機(jī) 械 效 率 ）（ C0.91 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 7 由表可得： 0.81.90.85.96球 軸 承葉 輪皮 帶總 則： .2.11236073410236PN1d Q 由于軸功率 ，5kW9.8 則選電 動 機(jī) 容 量 貯 備 系 數(shù) 5.K）（ .9kw9.82ddP 表 5-2 部分常見機(jī)械傳動和支撐的效率取值范圍 傳動種類及工作狀態(tài) 效率 帶傳動 鏈傳動 滾動軸承 平帶無張緊輪 平帶有張緊輪 V 帶 滾子鏈 齒形鏈 球軸承 滾子軸承 0.98 0.97 0.96 0.96 0.97 0.99（一對） 0.98（一對） (2)電動機(jī)的選擇 由于所選電動機(jī)的容量應(yīng)不小于工作要求容量，即電動機(jī)額定功率 一般要略大于設(shè)備工dPe 作所需電動機(jī)功率 ，此功率也是電動機(jī)的實際輸出功率，即：dP （5-dPe 5） 故電動機(jī)的額定功率可選范圍在 。eW29.1k 查機(jī)械技術(shù)手冊得： 表 5-3 額定功率為 15kw 時電動機(jī)選擇對總體方案的影響 方案 電動機(jī)型號 額定功率/kw 同步轉(zhuǎn)速/滿載轉(zhuǎn)速 （r/min） 1 2 3 Y160M2-2 Y160L-4 Y180L-6 15 15 15 3000/2930 1500/1460 1000/970 已知風(fēng)機(jī)工作轉(zhuǎn)速為 3750 r/min，可知方案 3 總傳動比大，傳動裝置外廓尺寸大，制造成本 高，結(jié)構(gòu)不緊湊，故不可取。而將方案 1 與方案 2 相比較，綜合考慮電動機(jī)和傳動裝置的尺寸、 質(zhì)量、價格以及總傳動比，可以看出，如為使傳動裝置結(jié)構(gòu)緊湊，選用 1 方案較好；如考慮電動 機(jī)質(zhì)量和價格，則應(yīng)選用方案 2?，F(xiàn)選用 1 方案，即選定電動機(jī)型號為 Y160L-4。 由電動機(jī)型號，查詢機(jī)械技術(shù)手冊，可知電動機(jī)的安裝及外形尺寸。 電動機(jī)伸出軸長度 ,軸直徑 ，軸鍵槽寬度 。軸0mEm4D2mF 鍵槽底部垂直于軸表面的高度 37G 5.3 離心式風(fēng)機(jī)帶傳動的設(shè)計計算 采棉機(jī)風(fēng)機(jī)傳動采用 v 帶傳動，由于 v 帶傳動允許的傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊；傳動時，v 帶的 兩個側(cè)面和輪槽接觸，槽面摩擦可以提供更大的摩擦力，因而可以有效的提高風(fēng)機(jī)的性能。 （1）確定計算功率 caP 由機(jī)械技術(shù)手冊查得 ，故AK1. 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 8 = （5-caPAKde15.6.kW 6） （2）選擇 v 帶的帶型 根據(jù) 、 查技術(shù)手冊選用 B 型。caP1n （3）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 并驗算帶速 vd 表 5-4 V 帶輪的最小基準(zhǔn)直徑 槽型 Y Z A B C D Emd/in）（ 20 50 75 125 200 355 500 1）初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑 。由技術(shù)手冊查得，取小帶輪的基準(zhǔn)直徑 = mm。1d 1d25 2）驗算帶速 v。按式驗算帶的速度 （5-061 nd106 375224.3m/s 7） 因為 ，故帶速合適。smvs/3/5 3）計算大帶輪的基準(zhǔn)直徑，根據(jù)式 ，計算大帶輪的基準(zhǔn)直徑1221nd2d2d mnd30645721 根據(jù)技術(shù)手冊，圓整為 = mm。d35 （4）確定 帶的中心距 和基準(zhǔn)長度vadL 1）根據(jù)公式 （ + ） （ + ） 0.71d20a1d2d （5-8） 初定中心距 = mm0a5 2）由公式計算所需的基準(zhǔn)長度 （5-1780m504)123()512(502 )()(L021210d add 9） 查技術(shù)手冊，選帶的基準(zhǔn)長度 =dL80m 3）按公式計算實際中心距 a (5-10)md 510)2 1785(2-a00 中心距的變化范圍為 。483 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 9 （5）驗算小帶輪上的包角 1 (5-11) 0001201 12.1543.57)d-8 d（ （6）計算帶的根數(shù) 1）計算單根 帶的額定功率 。VrP 由 = mm 和 = ，查機(jī)械技術(shù)手冊可得單根 v 帶的基本額定功率d251n3750/min = 。0P.96kw 根據(jù) = , 和 型帶,查機(jī)械技術(shù)手冊得單根普通 v 帶額定功率的增1n370r/i2.6B 量 =0.8 查機(jī)械技術(shù)手冊得 ,95.0,93.KLaK 于是得： =( + ) =rP0L W41.3.3.)8.6.(2k 2）計算 v 帶的根數(shù) z (5-12).41.3 5pPrca 取 5 根，為了使各根 帶受力均勻，帶的根數(shù)不宜過多，一般應(yīng)少于 10 根。否則，應(yīng)選擇橫V 截面積較大的帶型，以減少帶的根數(shù)。 對于 型帶來講，帶數(shù)一般不多于 6 根，對于所計算的 ，符合要求。B65 （7）計算單根 v 帶的初拉力的最小值 min0F）（ 表 5-5 V 帶單位長度的質(zhì)量 帶型 Y Z A B C D E q/（kg/m ） 0.02 0.06 0.10 0.18 0.30 0.61 0.92 由表得 B 型帶的單位長度質(zhì)量 ,所以kg/18.0q =min0F）（ NvzK Pac 94153.218.053.249.)0(5)-2.52 （ 應(yīng)使帶的實際初拉力 。0Fmin）（ （8）計算壓軸力 p 壓軸力的最小值為： Nz 8792154sin9452sin)(2)(F 01m0minp 5.4 帶傳動的運動和動力參數(shù)計算 0 軸（電動機(jī)）： = =Pdkw75.19 = =0n2in/460r 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 10 （5-mNn P91206475.950T0 13） 1 軸（風(fēng)機(jī)軸）： 18.kW.619.7Pv0帶min/375n1r mN3.43750.9T1 5.5 帶輪的設(shè)計計算V 根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑和帶輪轉(zhuǎn)速等已知條件，確定帶輪的材料，結(jié)構(gòu)形式，輪槽、輪輻和輪 轂的幾何尺寸、公差和表面粗糙度以及相關(guān)技術(shù)要求。 (1）帶輪的材料 常用的帶輪材料為 HT150 或 HT200。轉(zhuǎn)速較高時可以采用鑄鋼或用鋼板沖壓焊接而成。小功 率時可用鑄鋁或塑料。 (2)帶輪的結(jié)構(gòu)形式 帶輪由輪緣、輪輻和輪轂組成。根據(jù)輪輻結(jié)構(gòu)的不同， 帶輪可以分為實心式、腹板式、VV 孔板式、橢圓輪輻式。 帶輪的結(jié)構(gòu)形式與基準(zhǔn)直徑有關(guān)。當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑為 時，可采用實心式；)m(5.2d為 安 裝 帶 輪 的 軸 的 直 徑 時，可采用腹板式；m30 ，同時 時，可采用孔板式；d dD101 時，可采用輪輻式。 其中，大帶輪基準(zhǔn)直徑 ，小帶輪基準(zhǔn)直徑 ，安裝帶輪軸的351m251d 直徑 45 可知： 且 ； ，m30d1d0125-130D1 則大帶輪選擇輪輻式，小帶輪選擇孔板式。 輪轂和輪輻的尺寸經(jīng)驗公式： ， ；2.81）（ 為 軸 的 直 徑 ， 。140bh為 輪 輻 的 輻 寬 (3） 帶輪的輪槽V 帶輪的輪槽與所選用的 V 帶的型號相對應(yīng)，查找相應(yīng)技術(shù)手冊可得。 帶繞在帶輪上以后發(fā)生彎曲變形，使 V 帶工作面的夾角發(fā)生變化。為了使 帶的工作面與V 帶輪的輪槽工作面緊密貼合，將 帶輪輪槽的工作面的夾角做成小于 。04 帶安裝到輪槽中以后，一般不應(yīng)超出帶輪外圓，也不應(yīng)與輪槽底部接觸。為此規(guī)定了輪槽 基準(zhǔn)直徑到帶輪外圓和底部的最小高度 和 。aminhfin 根據(jù)帶型 ，查詢機(jī)械技術(shù)手冊得：B ，3.50hamin8.10fin 輪槽工作表面的粗糙度為 或 .632 (4） 帶輪的技術(shù)要求V 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 11 鑄造、焊接或燒結(jié)的帶輪在輪緣、腹板、輪輻及輪轂上不允許有砂眼、裂縫、縮孔及氣泡； 鑄造帶輪在不提高內(nèi)部應(yīng)力的前提下，允許對輪緣、凸臺、腹板及輪轂的表面缺陷進(jìn)行修補(bǔ)；轉(zhuǎn) 速高于極限轉(zhuǎn)速的帶輪要做靜平衡，反之要做到平衡。 6.采棉機(jī)離心式風(fēng)機(jī)葉輪的優(yōu)化設(shè)計 6.1 葉輪尺寸的決定 葉輪的主要參數(shù): ：葉輪外徑、 ：葉輪進(jìn)口直徑、 ：葉片進(jìn)口直徑； 2D01D :出口寬度； :進(jìn)口寬度；b1b :葉片出口安裝角； :葉片進(jìn)口安裝角； :葉片數(shù)A2AZ :葉片前盤傾斜角； )(121Dtg 圖 6-1 葉輪主要尺寸 6.2 葉輪最佳進(jìn)口寬度 設(shè)計1b 在葉輪進(jìn)口處如果有回流就造成葉輪中的損失，為此應(yīng)加速進(jìn)口流速。一般采用，葉輪進(jìn)口 面積為： (6-1)10bD 而進(jìn)風(fēng)口面積為 ，令 為葉輪進(jìn)口速度的變化系數(shù)，故有： 214D (6-2)1 214b 由此得出： b1 當(dāng)考慮到輪轂直徑引起面積減少時，則有： 0d 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 12 （6- )1(4)(14b22101 vDdD 3） 其中 ，在加速20%時，即 , 1 0dv.2 8.4b1 D 6.3 葉輪葉片最佳進(jìn)口角 設(shè)計A1 (1)徑向進(jìn)口時的 優(yōu)化值 同樣，根據(jù)為最小值時，優(yōu)化計算進(jìn)口葉片角 。當(dāng)氣流為徑向進(jìn)口時且均布，A1wD 那么從進(jìn)口速度三角形得 （6-Au11cosw 4） （6-A n122121 s)60(W 5） （6-1th1CQDb 6） 代入值后得出值，最后得出： 1 （6-Av n1221th231 cos)(4)0(w 7） （6-A11221th 31 sinc-9QAn）（ 8） 求極值，即 0 dA13w 15.26A 這就是只考慮徑向進(jìn)口時的 優(yōu)化值。A1 把 式代入上式得：013.A （6-3211)(.25DnvQth 9） 進(jìn)而當(dāng) 時：0.,.,011v32194.D 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 13 或者： 321)D(70. (2)當(dāng)氣流進(jìn)入葉片時有預(yù)旋，即 ： 0C1u 圖 6-2 進(jìn)氣口速度三角形 由圖進(jìn)口速度三角形可以得出： （6-)u C1(cucC-uW11u1 AAosos 10） （6-1utgm 11） （6-）（ 111 sincotAA 12） （6-1m21 2121 C(90)60nu ）（ vQDth 13） （6-Aw111msinC 14） （6-2111121 331 )sin(cosi)(90 tgvQnw AAAth 15） 求極值后： 2164 3121 tgtgtgA 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 14 可以看出當(dāng)氣流偏向葉輪旋轉(zhuǎn)方向時（正預(yù)旋）， 將增大，同時得到： A13113 1212th1 gv-40QDtgtnA）（ （3）葉輪的型式不同時 有所區(qū)別 一般推薦葉片進(jìn)口角 稍有一個較小的沖角。后向式葉輪中葉道的摩擦等損失較小，此時A1 的選擇使葉輪進(jìn)口沖擊損失為最小。 A1 （6-11tgu cm 16） （6-11A 17） 沖角 08）（i 一般后向式葉輪： 0135A 對于前向式葉輪，由于葉道內(nèi)的分離損失較大，過小的進(jìn)口安裝角導(dǎo)片彎曲度過大，分離損 失增加。較大的安裝角雖然使進(jìn)口沖擊損失加大，但是流道內(nèi)的損失降低，兩者比較，效率反而 增高。 一般前向式葉輪： 0164A 6.4 葉輪葉片最佳出口角 設(shè)計2 一般后向葉輪葉片出口角 范圍為最好。機(jī)翼型葉片時效率較高。A 前向式葉片彎曲方向與旋轉(zhuǎn)方向相同, ；)1609(002A 后向式葉片彎曲方向與旋轉(zhuǎn)方向相反, ；7 徑向式葉片出口沿徑向安裝, 。029A 與 成線性關(guān)系。 （6-0.60.782A 18） 或： （6-.3.394P2 19） 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 15 圖 6-3 與 線性關(guān)系A(chǔ)2 根據(jù)所選的 ，有相關(guān)的線性關(guān)系，給出 。 A2 一般： =0.81.2 后向葉片 =1.21.4 徑向葉片 =1.42.4 前向葉片 7.采棉機(jī)離心式風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣裝置設(shè)計 7.1 離心式風(fēng)機(jī)進(jìn)氣室 進(jìn)氣室一般用于大型離心式風(fēng)機(jī)上。由于離心式風(fēng)機(jī)進(jìn)口之前需接彎管，氣流要轉(zhuǎn)彎，使葉 輪進(jìn)口截面上的氣流更不均勻，因此在進(jìn)口可增設(shè)進(jìn)氣室。進(jìn)氣室設(shè)計的好壞將會影響風(fēng)機(jī)的性 能。 （1）進(jìn)氣室最好做成收斂形式的，要求底部與進(jìn)氣口對齊。 （2）進(jìn)氣室的面積與葉輪進(jìn)口截面之比 01F （7-2.750 1） 一般為矩形，長寬之比 為最好。 1F32 ab 7.2 離心式風(fēng)機(jī)進(jìn)氣口及進(jìn)口集流器 進(jìn)氣口有不同的形式： 一般錐形比筒形的好，弧形比錐形的好，組合型的比非組合型的好。例如錐弧型進(jìn)氣口的渦 流區(qū)最小。此外還注意葉輪入口的間隙型式，套口間隙比對口間隙形式好。 風(fēng)機(jī)進(jìn)口進(jìn)口集流器 若要擴(kuò)大離心式風(fēng)機(jī)的使用范圍或提高調(diào)節(jié)性能，可在進(jìn)氣口或進(jìn)氣室流道裝設(shè)進(jìn)口集流器 【4】 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 16 圖 7-1 進(jìn)口集流氣的主要形式 1-圓筒形 2 圓錐形 3-弧形 4-錐筒形 5-弧筒形 6 錐弧形 8.采棉機(jī)離心式風(fēng)機(jī)風(fēng)送系統(tǒng)參數(shù)確定 8.1 風(fēng)送系統(tǒng)參數(shù)確定 采棉機(jī)的工作原理類似吸塵器。由柴油機(jī)作動力, 帶動風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn), 這時在風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)口產(chǎn)生 一定的負(fù)壓, 形成有一定流速的空氣流, 棉枝上的棉花在空氣流的吸引作用下進(jìn)入采棉機(jī), 這相 當(dāng)于人工將棉花從棉枝上采摘下來。棉花在采棉機(jī)中與空氣流分離,通過出棉口直接進(jìn)入棉花收集 箱, 而不含棉花的潔凈空氣通過風(fēng)機(jī)的排風(fēng)口直接排入大氣中。風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)所形成的空氣流只起到 輸送介質(zhì)的作用, 在采棉機(jī)之前, 棉花與空氣流共同流動, 而在采棉后, 由于棉花已經(jīng)被分離出 來, 所以只有潔凈的空氣經(jīng)過風(fēng)機(jī)。 采棉機(jī)風(fēng)送系統(tǒng)的設(shè)計 （包括風(fēng)速大小、空氣流量及管道設(shè)計） 均以采摘物 （采摘物包括 棉花、鈴殼、棉葉及枝稈等雜物，下面將采摘物統(tǒng)稱為含雜籽棉）的物理特性為基礎(chǔ)，其中包括 含雜籽棉的輸送量、含雜籽棉的懸浮臨界速度等因素 6。 (1)含雜籽棉輸送量的確定 據(jù)采棉機(jī)田間試驗測試可得，統(tǒng)收式采棉機(jī)（3 行機(jī)）田間收獲行駛速為： ；）（ 0.7m/s2.5k/hv 棉花產(chǎn)量約為 。統(tǒng)收式采棉機(jī) （3 行機(jī)）畝畝 （ 2hm 1/5 kg 4 實際掃掠寬度為 （現(xiàn)機(jī)采棉的播種模式為c9.06/23126c ）， 16cm 得： （8-/k vcU 1） 式中 單位時間內(nèi)輸送含雜籽棉的質(zhì)量；U 含雜修正系數(shù)，取 ；.3 棉花單位面積， ； khm 067k2 由公式（8-1）得單位時間輸送籽棉質(zhì)量： 725.8kg/s0.61354.1.9/ mvc 則理論單位時間輸棉體積： /s0.3=UVu 機(jī)采棉單位質(zhì)量所占體積（約 0.027 m /kg）；m 3 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 17 采棉機(jī)單位時間內(nèi)理論輸送含雜籽棉的體積。uV 因為工作中采棉機(jī)行駛速度、棉花種植密度及產(chǎn)量各不相同，需考慮采摘膨脹系數(shù)（約 1.52.0） s/0.6m23uumax (2)氣流輸送參數(shù)的確定 混合比 的確定 7 混合比又稱為輸送濃度，即在該管道中同一時間內(nèi)所輸送的含雜籽棉質(zhì)量 G 物與 G 氣之比。 (8-2)氣物 G (8-3)Q氣 所以 物GQ 式中 空氣密度 ；)/(kg3m 輸送風(fēng)量 。3h 由此可見，輸送風(fēng)量與混合比成反比，混合比的大小受通風(fēng)機(jī)壓力、氣流輸送方式、輸送距 離、輸送風(fēng)速以及輸棉管直徑和物料性質(zhì)等多方面因素的影響。 表 8-1 混合比推薦 物料名稱 籽棉 毛籽棉 光棉籽 鋸齒集棉 短絨集棉 值 0.60.8 1.02.0 2.02.5 0.150.12 0.005-0.01 (3)輸送風(fēng)速的確定 氣流輸送含雜籽棉，是借助空氣動力的作用，籽棉受到空氣動力的大小，與空氣對含雜棉花 的相對速度有關(guān)。確定輸送速度，必須以棉花的懸浮臨界速度為基本依據(jù) 8。 2009 年 10 月，測得本采棉機(jī)所采棉花的懸浮臨界速度如表 2 所示，考慮到棉花采摘過程受 到溫度、濕度以及成熟度等因素的影響，取臨界速度補(bǔ)充系數(shù)為 1.4，輸送速度為懸浮臨界速度 的 1.92.0 倍 8。最終輸送風(fēng)速約為 。m/s 19.6v 表 8-2 棉花臨界速度 （單位：m/s） 物料名稱 臨界速度 1 瓣棉花 1 朵棉花（不帶鈴殼） 1 朵棉花（帶鈴殼） 4 朵棉花（采摘棉） 1 團(tuán)棉花（采摘棉） 3.6 6.0 6.2 6.4 7.0 (4)配用風(fēng)量 配的確定Q 配用風(fēng)量是作為選擇通風(fēng)機(jī)時的風(fēng)量。為了保證機(jī)采棉輸送通暢進(jìn)行，應(yīng)考慮到管道漏風(fēng)及 其它不利因素的影響，應(yīng)在確定輸送風(fēng)量的基礎(chǔ)上適當(dāng)考慮儲備系數(shù) ，一般取 為 C 1.151.20 9，即 （8-CQ配 4） (5)輸送管道直徑 的確定 10D 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 18 輸棉管道直徑根據(jù)輸送風(fēng)速和輸送風(fēng)量計算 （8-4Q 2vD配 5） 由于單朵棉花的重量一般不超過 (包括棉花粘在棉枝上有一定的連接力),因此吸棉口風(fēng)速g 一般控制在 之間, 這個風(fēng)速可以有效的將棉花吸入采棉機(jī)中。吸棉口形狀采用圓/s150m 形喇叭口,材料選用塑料或不銹鋼,內(nèi)壁一定要光滑，無毛刺,吸口直徑控制在 左右 7。48m 8.2 風(fēng)送系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化結(jié)論 對于采棉機(jī)來說，雜質(zhì)（尤其是棉花收獲初期棉桃及較長棉枝）的存在對含雜籽棉的輸送有 很大影響，應(yīng)減小收獲過程中對棉花植株的打擊力度，減少雜質(zhì)的輸入量。 輸棉風(fēng)速 、輸棉管道直徑 時可以滿足本統(tǒng)收式采棉機(jī)輸棉需求，/s 2018 cm 3026 工作穩(wěn)定，具有很高的可靠性，并能在很大程度上減小動力浪費。 輸棉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步改進(jìn)，對參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，減小了輸送過程中對棉花纖維的破壞，提高了 質(zhì)量等級。 9.結(jié)論 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 19 在對采棉機(jī)離心式風(fēng)機(jī)進(jìn)行設(shè)計時，我通過查找相關(guān)的文獻(xiàn)資料，了解到離心式風(fēng)機(jī)的主要 結(jié)構(gòu)以及風(fēng)機(jī)的關(guān)鍵零部件。明晰了設(shè)計出適合的風(fēng)機(jī)，需要從整體到局部，細(xì)化出每一個設(shè)計 過程；再結(jié)合自己已經(jīng)掌握的相關(guān)知識，逐步的完成每個環(huán)節(jié)。 設(shè)計離心式風(fēng)機(jī)時，我先從風(fēng)機(jī)的整體布局開始，然后計算出實現(xiàn)風(fēng)機(jī)功能所需要的配套動 力，選擇出適合的原動機(jī)；以及設(shè)計出相應(yīng)的傳動裝置和計算受力分析；最后對關(guān)鍵零部件進(jìn)行 優(yōu)化設(shè)計。在查考相關(guān)的論文資料時，我知道了影響風(fēng)機(jī)性能的主要原因為葉輪以及近氣裝置、 傳動方式等正確的設(shè)計和合理布局。 目前均在風(fēng)機(jī)設(shè)計中應(yīng)用的葉片形式有三種。前向式葉片葉輪的特點是尺寸重量小，價格便 宜，而后向式葉片葉輪可提高效率，節(jié)約能源，故在現(xiàn)代生產(chǎn)的風(fēng)機(jī)中，特別是功率大的大型風(fēng) 機(jī)多數(shù)用后向式葉片。徑向出口葉片在我國已不常用，在某些要求耐磨和耐腐蝕的風(fēng)機(jī)中，常用 徑向出口直葉片。 通過分析計算，我知道在設(shè)計時選擇合理的葉片形式以及優(yōu)化離心式風(fēng)機(jī)葉輪葉片出口角 2A 將對整臺離心式風(fēng)機(jī)的性能起著關(guān)鍵的作用。 致 謝 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 20 本次畢業(yè)設(shè)計在 xxxx 老師的細(xì)心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下已經(jīng)完成，從課題選擇到具體的設(shè)計過程 中，無不凝聚著各位指導(dǎo)老師的心血和汗水，在我的畢業(yè)設(shè)計寫作期間 xxxx 老師為我提供了種種 專業(yè)知識上的指導(dǎo)和一些富于創(chuàng)造性的建議，沒有這樣的幫助和關(guān)懷，我不會這么順利的完成畢 業(yè)設(shè)計。在此向 xxxx 老師以及其它指導(dǎo)老師表示深深的感謝和崇高的敬意。 同時，感謝我的班主任，謝謝他為我們?nèi)嗨龅囊磺?，他不求回報，無私奉獻(xiàn)的精神和讓 大家鼓舞，再次向他表示由衷的感謝。 我還要感謝同組的各位同學(xué)，在畢業(yè)設(shè)計的這段時間里，你們給了我很多的啟發(fā)，提出了很 多寶貴的意見，對于你們幫助和支持，在此我表示深深地感謝。 參考文獻(xiàn) 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 21 1黃勇,付威,吳杰.國內(nèi)外機(jī)采棉技術(shù)分析比較J.農(nóng)機(jī)化,2005,4:18-20. 2陳發(fā),王學(xué)農(nóng).棉花現(xiàn)代生產(chǎn)機(jī)械化技術(shù)與裝備M.烏魯木齊:科學(xué)技術(shù)出版社,2008:156 - 157 3高新康,胡潔.兵團(tuán)機(jī)采棉推廣現(xiàn)狀及政策建議J.中國農(nóng)墾,2006(9):17-18. 4仇建龍.采棉機(jī)的工作原理及設(shè)備選用J.機(jī)械研究與應(yīng)用,2008.2:114-117. 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