采棉機風(fēng)力輸送裝置設(shè)計【離心式風(fēng)機】【說明書+CAD+SOLIDWORKS】

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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275萬t。隨著棉花種植面積的不斷擴大及產(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)費高達十幾億元，使得植棉成本大幅度提高。而機采棉效率高，費用低，因此實現(xiàn)機采棉已成為大勢所趨。采棉機按其收獲方式分為選收機和統(tǒng)收機。目前使用的采棉機多為進口選收機，價格在100萬元/臺以上，其售價高、維護費用高且維護不便，推廣和普及受到很大限制[1]。而統(tǒng)收機可以實現(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，對采棉機風(fēng)送系統(tǒng)的設(shè)計與研究有著重要意義。 采棉機的工作原理類似吸塵器。由柴油機作動力，帶動風(fēng)機運轉(zhuǎn)，這時在風(fēng)機的進風(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入采棉機，這相當(dāng)于人工將棉花從棉枝上采摘下來。棉花在采棉機中與空氣流分離，通過出棉口直接進入棉花收集箱，而不含棉花的潔凈空氣通過風(fēng)機的排風(fēng)口直接排入大氣中。風(fēng)機運轉(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。減速機主要給采棉機提供動力，它將柴油機的高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)變?yōu)榈娃D(zhuǎn)速，通過機械傳動與采棉機相連，使棉花從采棉機中連續(xù)輸出。 采棉機采用風(fēng)力將采摘下的籽棉輸送到棉箱。高壓離心式風(fēng)機是風(fēng)力輸送系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件。在風(fēng)機 的選型過程中，針對風(fēng)力系統(tǒng)對風(fēng)機的性能要求以及采棉機總體設(shè)計對風(fēng)機外形尺寸的限制，對以上存在的問題，本文通過對棉花物料特性進行研究，對風(fēng)送系統(tǒng)進行設(shè)計優(yōu)化，最終設(shè)計出更順暢的采棉機風(fēng)力輸送裝置。 2.結(jié)構(gòu)原理和工作過程 離心式風(fēng)機要由葉輪、機殼、進口集流器、導(dǎo)流片、聯(lián)軸器、軸、皮帶輪、電動機等部件組成。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-機殼；6-排氣口；7-截流板；8-支架 采棉機主要對采摘物進行風(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)置少量機械裝置輔助輸送，采用風(fēng)力、機械混合輸送的方式。 風(fēng)機3提供正壓風(fēng)，將采摘下的棉花送入集棉器2，并進行橫向機械輸送，將集棉器中棉花推送至吸棉管道的喇叭口；風(fēng)機4提供的負(fù)壓風(fēng)將籽棉以及雜質(zhì)吸入6輥清雜機構(gòu)6，進行籽棉與雜質(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；4-負(fù)壓風(fēng)機；5-旋風(fēng)分離器；6-輥除雜機構(gòu)；7-集棉箱 3. 風(fēng)送系統(tǒng)參數(shù)的確定 采棉機風(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)采棉機田間試驗測試可得，統(tǒng)收式采棉機（3行機）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（3行機）實際掃掠寬度為c=66×2+10×3+66/2=195.00cm（現(xiàn)機采棉的播種模式為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———機采棉單位質(zhì)量所占體積（約 0.027 m3/kg）； vu———采棉機單位時間內(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)機時的風(fēng)量。 為了保證機采棉輸送通暢進行，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)進一步改進，對參數(shù)進行優(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 [1]陳發(fā),王學(xué)農(nóng).棉花現(xiàn)代生產(chǎn)機械化技術(shù)與裝備[M].烏魯木齊:科學(xué)技術(shù)出版社,2008:156 -157． [2]仇建龍.采棉機的工作原理及設(shè)備選用[J].機械研究與應(yīng)用.2008.2:114-117. 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