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目 录 1 绪言 ……………………………………………………………………… 1 1.1课程设计提出的背景及应用价值…………………………………….. 1 1.2 研究和使用现状………………………………………………………….. 2 1.3 本设计的内容 ………………………………………………………….. 4 2 总体方案的选择 ………………………………………………………… 5 2.1 方案的论证 ……………………………………………………………….. 5 2.2 方案的确定………………………………………………………………9 3 设计计算 …………………………………………………………………. 11 3.1设备结构………………………………………………………………11 3.2 参数设计………………………………………………………………12 3.3 功率计算 …………………………………………………………………
15 4 结构设计 ………………………………………………………………….16 4.1结构分析……………………………………………………………16 4.2带传动的设计………………………………………………………16 4.3 传动系统设计…………………………………………………………17 5 总结 …………………………………………………………………….. 18 参考文献 ……………………………………………………………………
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1 绪言
1.1 课程设计提出的背景及应用价值
1．1．1 课程设计提出的背景 近几年农业种植结构调整和加入WTO都对我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，收获后的种子或粮食中有许多不需要的掺杂物如杂草种子、秸秆石子、其他作物籽粒以及未成熟的、破碎的、退化的、病害损伤的、机械损伤的种子或粮食。种子或粮食经过清选机的清选加工处理去除掉不需要的掺杂物，并对种子进行分级,不但可以使种子或粮食籽粒均匀饱满且容重、千粒质重、净度、种子发芽率等有较大提高，从而提高种子和粮食质量，节约种子，而且有利于粮食或种子的储藏运输及机械化作业,增强粮食或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。
1．1．2 选题的目的和意义 玉米是我国第三大产量的粮食作物，年产达1亿吨，产量约占世界总产量的1/5，居世界第二位。随着人民物质生活水平的提高，玉米作为主粮的比例逐渐减少，而作为工业用粮的比例上升。玉米在生长、收获、贮藏和运输过程中免不了在表皮上粘有污物，或混入各种杂质，在加工过程中，如果不先将这些污物杂质除去不仅会混入成品，降低产品的质量，食用后影响人体健康，而且在加工过程中，还影响设备的工作效率，损坏机器，污染车间的环境卫生。因此，在食品加工的过程中，必须除去玉米自身以外的污物，即对其进行清选分级。 玉米分级分选的意义主要为： 1.保证产品的规格和质量指标； 2.降低加工过程中原料的损耗率，提高原料利用率，降低产品的成本； 3.便于加工过程的操作，提高劳动生产率，改善工作环境； 4.有利于生产的连续化和自动化； 5.防止损坏加工设备，增加维修费用。 1.2 研究和使用现状[1]
1．2．1 谷物清选机的应用现状 1．2．1．1国内状况 1．2．1．1．1发展历程 我国对粮食清选机械的研究、生产起步较晚。20 世纪50年代引进首批样机，最早的产品是手动风车、溜筛,生产率低、清选效果不佳；60 年代的产品是电动扬场机，虽提高了生产效率，但清选效果仍不理想。70年代开始了对粮食振动分选机、滚筒筛选机的研制；80年代进入了新的发展阶段，在引进消化国外清选机械先进技术的基础上，研制出了具有一定先进水平的粮食清选加工机械；进入90 代，新技术、新产品、新工艺不断涌现为粮食清选加工业的发展提供了技术保证。 经过半个多世纪的发展，基本形成了具有我国特色、适应我国广大用户需要、品种规格较齐全、自行研究和生产的加工体系。比较好的产品有石家庄市绿炬种子机械厂生产的5XJC-3A 种子清选机、无锡市天地自动化设备厂生产的5X-3 风筛式种子清选机、青岛亚诺机械工程有限公司生产的5XD-3.0 风筛式清选机、佳木斯联丰农业机械有限公司生产的5XF-15 复式清选机、石家庄三立谷物精选机械有限公司生产的5XZC-3A 种子清选机、石家庄市科星清选机械有限公司生产的5XZC-5 种子清选机、河北省种业集团种子机械有限公司生产的5XZ-3 种子清选机。
1．2．1．1．2 存在的问题 从历年的国家监督抽查结果来看，大部分产品主要性能指标均能达到企业明示执行标准的要求，基本能满足用户需求。抽查中也反映出清选机产品目前存在的差距：首先，产品对物料的清选加工范围不大，大部分产品只适用于几种主要作物，如水稻、小麦、玉米、大豆等清选加工，对花卉、烟草、牧草种子、葵花种子等的清选效果不十分理想。其次，产品质量与国外产品相比，在原材料质量、加工工艺、企业加工能力、加工成套设备的配套性、新技术开发应用方面都存在一定差距。此外企业的技术进步缓慢产品与当前用户的多种需求(加工物料多样化、精细化)不相适应。 2002 年第4 季度国家监督抽查清选机，国家质检总局 总的来说，我国现有的清选机普遍存在的问题：一是功能单一、适应性差；二是技术性能不稳定；三是产品零部件制造水平低、工艺设备落后，产品可靠性差；四是产品的安全性差，产品外观质量较差。因此，清选机不能很好地满足我国现阶段的实际需求。
1．2．1．2 国外状况 目前在欧美发达国家已形成多种系列化的种子清选机，其有清选净度高、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HEI平共处D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。 20 世纪70 年代以来，种子加工业的兴起使风筛式清选机在一些发达国家有了较快的发展。其中，西欧、北美的一些国家，如丹麦、瑞典、奥地利、瑞士、意大利、德国、美国等在生产和使用方面均居领先地位。目前，制造风筛式清选机的厂家很多，其中以美国的布朗特(BLOUNT)公司、德国的勒贝尔(ROBOR)公司、丹麦的达马斯(DAMAS)公司、意大利的巴拉里尼(BALLARINI)公司历史较为悠久，它们生产风筛式清选机已有100 多年，其产品经久耐用、性能可靠。这些公司的产品除满足国内需要外，还远销世界各地。它们在技术上各有发展，产品也各有特点。
1．2．2 谷物清选机的发展趋势 1．2．2．1 我国发展趋势 我国的谷物清选机为了弥补自身不足，主要在基本结构装置上做了改进，使其向安全、利用率高、改善工作环境、降低劳动强度、提高工作效率、操作方便及智能化等方向发展。如对主要清选部件清选筛筛片、清筛机构、减振系统进行改进，对传动系统进行改进。当前的清选机有些采用双振动电机驱动，可改用两台型号规格完全相同的振动电机同步驱动。采用正压多联风机结构降低了噪音，风选效果好。采用封闭筛箱或全封闭钢架结构，以增强安全防护性。到目前为止，清选机大都采用手动控制，应逐步向自动控制系统转化。
1．2．2．2 国外发展趋势 从世界范围内看，随着生物技术、生产技术的提高，各种谷物的产量正不断增加。国外的清选机正依照本国的特点，向着大型化、机电一体化、智能化、更可靠、更安全的方向发展。一些发达国家不断将高、精、尖技术应用到农业机械上来，农业机械正向智能化方向发展。在设备的操作方便性方面，国外重力式清选机都设置了仪表，能直接显示调节数据，不停机集中控制，使其操作方便、灵敏，智能化加强。
1.3
本设计的内容 玉米除杂是玉米加工的主要工序、必备步骤。如何采用切实可行的玉米清选方法及高效的清选设备是综合利用和加工玉米的前提和基础，所以本次设计的方向为玉米籽粒清选操作单元的设计。 本次设计的内容是：通过查阅网络和书籍资料，了解清选机的现况和发展方向以及玉米籽粒清选的目的和意义，经过分析论证确定清选的方法和设备，按要求设计计算并画出设计图，使机械达到清除玉米原料中泥土、杂草等杂质以及实现玉米分级的目的。 设计的具体步骤如下： （1）总体方案的分析论证、确定; （2）系统设备的参数的确定； （3）系统设备结构的设计，绘出设备结构图。 本方案中选择所设计玉米清选设备的生产能力为G= 0.9 t/h 。
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总体方案的选择
2.1 方案的论证
2．2．1 清选原理[2] 清选机械主要用于谷物和坚果。为了使农产品的规格和品质指标达到标准，需要对物料进行清理和分级。清理是指清除物料中的异物及杂质；分级是指对清理后的物料按其尺寸、形状、密度、颜色或品质等特性分成等级。清理和分级作业的工作原理和方法有不少共同之处，往往是在问一个设备上完成的。 经脱粒装置脱下的和经分离装置分离出的短脱出物中混有断、碎茎秆、颖壳和灰尘等细小夹杂物。清粮装置的功用就是将混合物中的籽粒分离出来，将其他混杂物排出机外，以得到清洁的籽粒。
2．2．2 清选方法[3] 按照物料及杂质物理性质的不同，清选作业一般采用下列方法： Ⅰ依物料空气动力特性的不同采用气流清选法； Ⅱ依尺寸的不同采用筛选法； Ⅲ依形状的不同采用精选法； Ⅳ依比重的不同采用重力分选法； Ⅴ依磁性的不同采用磁选法； Ⅵ依强度的不同采用撞击法； Ⅶ依颜色的不同采用光电分选法。
2．2．2．1 气流清选 所谓物料的空气动力特性是指不同尺寸、形状、密度的物料与空气产 生相对运动时受到空气的作用力也不同，以致它们在外力作用下表现出不同的运动状态。物料的空气动力特性常常用悬浮速度表示。可以利用物料与杂质悬浮速度的不同进行分选。轻杂质被气流吹得较远，饱满籽粒被抛得较远。
2．2．2．2 筛选 根据物料粒度的不同，利用一层或数层静止的或运动的筛面对物料进 行分选的方法。 筛选的主要加工对象是粮食：它们是由较均匀的颗粒组成的，这些颗粒称散粒体。散粒体在受到振动或以某种状态运动时，各种颗粒会按它们的密度、粒度、形状和表面状态的不同，而分成不同的层汰。密度小、颗粒大而扁、表面粗糙的物料浮在上层；密度大、颗粒小而圆、表面光滑的物料位于下层；中间层为混合物料。物料的这种自动分层的现象为筛选和重力分选作业创造了有利的条件。 筛选分离原理：物料一般由长、宽、厚三维尺寸组成，一般是长﹥宽﹥厚。筛选一般是根据颗粒的宽度和厚度的不同来进行的。以清选粮粒为例，长方形筛孔是根据厚度的不同进行分离的。长方形筛孔的宽度应大于粮粒的厚度而小于粮粒的宽度，筛孔的长度大于粮粒的长度，粮粒不需要竖起来就可通过筛孔，筛子字需要作水平往复振动，筛孔的长边应与振动方向一致。在实际生产中，多利用长孔筛分离比粮粒厚度大或小的杂质，或按厚度不同对粮食进行分级。
2．2．2．3 重力分选 重力分选分干法重力分选及湿法重力分选。 干法重力分选是应用振动和气流作用原理，按物料组成的密度不同进行分选的方法。干法重力分选的典型设备是比重去石机和重力分选机。重力分选往往在筛选之后进行，可分离按尺寸分选法所不能分离的一些杂质。 2．2．2．4 精选（按颗粒长度及形状不同分选） 精选对其他清选方法只是相对而言，一般是在筛选之后进行得较为精确的分选。按颗粒长度不同分选常采用窝眼筒精选机及碟片精选机，按形状不同分选常采用螺旋精选器。
2．2．2．5 磁选 农产品在加工前必须经过严格的磁选，除去金属杂质，以保护加工机械和人身安全。 磁选设备的主要工作部件是磁体。每个磁体都有两个磁极，其周围存在磁场。磁体分永久磁体和电磁体。粮食清选多采用永久磁体。磁场要有足够的磁场强度，设备分永磁溜管和永磁滚筒。
2．2．2．6 撞击清理法 利用机械的打击和摩擦作用来清理粮粒表面的污物及土块等杂质的方法叫做撞击清理法。
2．2．2．7 光电分选法 按物料表面颜色的不同进行分选常采用光电效应原理。
2．2．3 方案的论证 1．谷物籽粒清选方法 玉米籽粒清选是进行谷物加工必须进行的预处理，目前对谷物籽粒清选有很多种方法，最常用是以下种： （1） 根据异物、缺陷清选分离机械
：包括气流清选机、筛式杂质分离机、密度去石机、磁力去杂机、去石洗麦甩干机、X射线异物分离机、毛发清除机、图像缺陷分离机等。 （2） 尺寸等级分级机械：包括筛式分级机械、重力分级机、气流分级机、窝眼筒精选机、碟片精选机、球度精选器、果蔬重量分级机、果蔬光电分级机、果树图像处理分级机、静电分级机、鸡蛋分级机等。 （3） 品质等级分机机械：大米色选机、单粒米粒分选机、涩柿分选器、成熟度分选机
、糖酸度分选装置、内部褐变分选装置、损伤果分选装置、皱皮果分选装置、空心果分选装置等。 针对玉米杂质含量一般在1.0%-1.5%。除并肩杂质外，玉米籽粒与杂质之间存在比较显著的差别，与小麦、稻谷相比，玉米清理相对比较简单和容易。玉米籽粒的大小比较均匀，一般加工前只需除去大杂质和轻杂质并进行简单的大小分级即可。故应采用筛式的清选机械。 现在筛式清选机械常用的有： （1）摆动筛：摆动筛是对颗粒及粉状食品原料进行分级的机械。在食品工厂又叫振动筛。摆动筛通常采用曲柄连杆机构传动，电动机通过带传动使偏心轮回转，偏心轮带动曲柄连杆使机体沿着一定方向作往复运动。由于机体的摆动，使筛面上的物料以一定的速度向筛架的倾斜段移动。筛架上装有多层活动筛网，小于第一层筛孔的物料从第一层筛子落到第二层筛子，而大于第一层筛孔的物料则从第一层筛子的倾斜端排出收集为一个级别，其他级别以此类推。摆动筛的优点是摆动的筛面是平的，因而全部筛面都在工作，制造和安装都比较容易，结构简单，调换筛面十分方便，适用于多种物料的分级。缺点是动力平衡较差，运行使连杆机构易损坏，噪声较大等。 （2）滚筒分级机： 其构造为一稍微倾斜的转筒，筒面为筛网，筛分时物料由入口加入筒内，在其间滚转和移动，并在此过程中通过相应的孔流出，以达到除杂和分级的目的。其特点是：结构简单，分级效率高，工作平稳，不存在动力不平衡现象。
2．驱动滚动传动的方式 （1）摩擦传动
摩擦轮装在一根长轴上，滚筒两边均有摩擦，并且相互对称，其夹角为90°。长轴一端(主动轴)与传动系统相连，另一端装有托轮，不与传动系统相连。主动轴从传动系统中得到动力后带上其上的摩擦轮转动，摩擦轮紧贴滚筒，滚筒固定在转筒上,因此摩擦轮与滚圈相互间产生的摩擦力驱动滚筒转动。物料在滚筒内向出口处的运动靠滚筒内装置螺旋倦怠或时滚筒有一倾斜度来实现。如物料是圆形或近似圆形时，采用后者为宜。物料滚动性差的可采用前一种。运转时滚筒上的小孔往往被原料堵塞而影响分级效果。因此常常在滚筒外壁装置木制滚轴，木制滚轴平行于滚筒的中心轴线，用弹簧使其压紧滚筒外壁，由于木滚轴的挤压，把堵塞在小孔中的原料挤进滚筒中。这种装置称为清筛装置。这种传动方式简单可靠，运行平稳，越来越广泛使用。 （2）用电动机通过皮带轮，变速箱，链轮及一对齿轮传动，而其中一个大齿轮就连结在滚筒出料口的边缘上，而另一个小齿轮则与传动系统相接作为主动齿轮，把动力传给大齿轮而驱动滚筒传动。这种传动加工制造比较麻烦，由于滚筒直径较大，使传动不平稳，齿轮上的润滑油也往往地在转筒中污染物料，故目前已逐渐被淘汰。 （3）中间轴式传动 滚筒的中心线上设有传动轴，用支臂与滚筒相连，传动系统把动力传至中心轴，由中心轴带动滚筒转动。这种传动方式比第2种简单，但滚筒较长，其中心轴也长，在滚筒之间又很难设置中间轴承，因此若中心轴的刚度较差，则往往产生绕动式滚筒转动不平稳。同时，由于物料有时也会和中心轴支臂碰撞而产生机械伤，故目前这种形式的使用也在减少。
3．常见的筛孔种类 筛孔的排列影响颗粒的接触和穿过筛孔的机会。筛孔的排列方式由正三角形和正方形排列。 筛面是筛分设备最基本的组成部件，在食品工业中常用的筛面有扔筛、板筛和编织筛等，筛面上的筛孔有以下几种类型。 (1)圆形筛孔 主要是按颗粒宽度的不同进行筛分的。在筛分过程中，凡是宽度小于筛孔直径的颗粒，依靠自身的重力竖立起来通过筛孔；而宽度大于孔径的颗粒，即使竖立起来也不能通过筛孔。所以，圆孔筛适用于分选短形颗粒物料。 (2)长形筛孔 按颗粒厚度的不同进行筛分。在筛分过程中，凡是颗粒厚度小于筛孔宽度的颗粒，依靠自身重力的作用横卧即可通过筛孔；而颗粒厚度大于筛孔宽度的则不能通过筛孔。长形筛孔的长度应超过筛选原粒的长度，适当增加筛孔长度能提高筛分效果，但筛孔过长又会影响筛面强度。 (3)三角形筛孔 适用于筛选三角形物料，它的有效筛分面积比圆形筛孔提高3倍。 (4)鱼鳞形筛孔 鱼鳞形筛孔一般作为进风和粗糙面使用，不能用于筛分物料。
4．筛面运动方式 筛分操作的基础是物料与筛面的相对运动。对于固定筛面来说，要求物料具有初始速度，或通过重力产生初始速度。对于大多数筛分设备来说，要求筛面依靠运动以获得物料与筛面的相对速度。 （1）静止筛面 通常是倾斜筛面，可通过改变筛面的倾角以改变物料的速度与滞留时间。由于物料在筛面上的筛程较短，所以筛分效果不理想。当筛面比较粗糙时，物料在运动中产生离析作用。这是一种最简单面原始的筛分装置，在传统制米广的选糙溜筛中还有应用。 （2）往复运动筛面 这种筛面作直线往复运动，物料沿筛面作正反两个方向的相对滑动。往复运动能促使物料产生离析作用，且筛程也较长，故可获得较好的筛分效果。当筛面的往复运动具有法向分量且法向运动的加速度等于或大于重力加速度时，物料可能会跳离筛面出现跳跃式前进。这可避免筛孔堵塞现象的出现，对于某些筛分来说是非常有利的。例如，当要求筛孔大小比较接近筛上物粒度时，常常利用高频振动筛回来避免或清除筛孔堵塞现象。 （3）垂直圆运动筛面 筛面在其垂直平面内作较高频率的圆或椭圆运动，其效果与高频率的往复运动筛面差不多。高频圆或椭圆运动筛面可破坏物料颗粒的离析作用使之出现强烈的翻动现象，适合于处理难筛颗粒含量多的物料。 （4）平面回转筛面 这种筛面及筛面上的物料在水平面内作回轨迹运动，它能促进物料的离析作用。物料在这种筛面上的筛程最长，而且其所受的水平方向惯性力在360。范围内周期性地变化方向，因而不易堵塞筛孔，筛分效率和生产效率均较高。这种筛面常用于粉质或颗粒物料的分组与除杂，特别是在生产能力要求较高的情况下。 （5）旋转筛面 圆筒形或六角简形的筛面绕水平轴或倾斜轴旋转，物料在筛筒内相对于筛面运动。这种筛面的利用率相对较小，在任何瞬间只有小部分筛面接触物料，因此生产率较低。但它适用于难筛颗粒含量高的物料筛理，在粮食加工厂常用来处理下脚料。 2.2方案的确定
2．2．1 清选分级机的选择 通过上文对几种常见清选机的原理和原料的选择，玉米杂质含量一般在1.0%-1.5%。除并肩杂质外，玉米籽粒与杂质之间存在比较显著的差别，与小麦、稻谷相比，玉米清理相对比较简单和容易。玉米籽粒的大小比较均匀，一般加工前只需除去大杂质和轻杂质并进行简单的大小分级即可。故应采用筛式的清选机械。 筛式清选机包括振动筛和滚筒筛两种形式。应选用滚筒式清选分级机。因为其结构简单，分级效率高，只要对其参数掌握好，互相配合适当，能较好的提高其使用效果，并且工作平稳。虽然其占地面积较大，更换滚筒不易，但针对玉米的分选是较为合适的。而振动筛有动力平衡很困难，并且连杆易损坏，装置清筛也不容易，噪声比较大，所以不宜选用。
2．2．2 传动方式的确定 选用摩擦轮即两个托轮传动。这种传动方式简单可靠，运转平稳。
2．2．3 筛孔的选择 根据玉米的形状，平均长宽高分别为9mm、8mm、4mm，故选择圆形筛孔。
2．2．4 筛孔排列 在圆孔直径和筛孔中心距相同的情况下，错位排列的筛孔面积百分率为正位排列的1.16倍。在正位排列的两纵列筛孔之间无筛孔．这会降低物料颗粒通过筛孔的几率。错位排列的两纵列筛孔之间均有筛孔，物料颗粒接触筛孔的机会均等。所以，采用错位排列，即三角形排列。
2．2．5 筛面的选择 选择圆筒形旋转筛面。
此次设计的设备的滚筒为三节，选择了三级筛孔直径。直径分别为4mm，8mm，10mm。实际上使用8mm，10mm两级筛孔就可以达到初步筛选玉米的目的，但是因为玉米清选一般采用筛选，去石，磁选，洗涤和风选等，一般采用两筛选，一去石，一筛选的工艺组合。所以仅仅通过我们此次所设计的分选机分选玉米是不够的，故采用三级滚筒,首先除杂，然后分级，这样能较大限度的去除玉米中的杂质和达到分级的目的。
3 设计计算
3.1 设备结构[4]
滚筒2用厚度为1.5—2.0毫米的不锈钢板冲孔后卷成圆柱形筒状筛，为了制造方便，整体滚筒分成几节筒筛，筒筛之间用角钢连接作为加强圈，又作为传动的滚圈。采用摩擦轮4传动，在分级滚筒的后侧，固定有摩擦轮4的主动轴用轴承支承在机架7上，在滚筒前侧对称地安装有支承轴及滚轮，两轴线与滚筒轴线平行，将滚筒托起在机架上，其夹角为90°。传动系统8带动主动轴和摩擦轮4旋转时，摩擦轮4和滚圈3间依靠摩擦力驱动滚筒旋转。滚筒用托轮支承在机架上，机架7用角钢或槽钢焊接而成。收集料斗6设在滚筒下面，料斗的数目与分级的数目相同。清选分级时，在传动系统作用下，通过摩擦轮和滚圈使滚筒回转，当物料从进料斗1加入后即随滚筒一起回转，小于第一级筛孔的物料落入第一级收集料斗中，大于最后一级筛孔的物料从滚筒排出进入最后一级料斗。
本次设计采用三级滚筒筛。 3.2 参数设计[5]
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