TQSF100比重分级去石机设计总体设计机架设计.docx
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TQSF100比重分级去石机设计总体设计机架设计
设计说明书封面：
机电工程学院
毕业设计说明书
设计题目:
TQSF-100比重分级去石机设计—总体设计、机架设计
学生姓名：
学号：
专业班级：
指导教师：
2012年5月20日
第一章绪论
§1-1毕业设计的目的
大学四年的学习，我们对所学专业有了一定的了解，但具体的情况并不是太清楚，运用也不太自如，毕业设计正是对四年大学四年学习的理论知识的检测，检验我们所掌握到的和运用能力的不足。
同时也是一次综合专业知识的运用，运用我们所学的专业知识去设计一台机器。
通过这次的毕业设计让我们的收集资料的能力，以及运用所收集的资料的能力得到很大的加强。
当然这次毕业设计也是以加强我们分析处理问题的能力。
电脑制图也是我们机械专业所必会的软件，此次毕业设计更是要求我们要同时学会三维和二维制图软件的使用，让我们运用软件的能力进一步加强！
我们这次毕业设计做的是TQSF-100比重分级去石机的设计，通过设计我们知道了许多关于去石机的相关知识，同时也了解了一些粮食机械的基本情况。
§1-2比重分级去石机简述
在谷物清理工艺中，要去除在粒度上与粮粒相差无几的石子和泥块，无法采用筛选设备，这时常常采用比重分级的方法。
比重分级是借助物料间比重的不同和不同的空气动力学特性，在有某些运动特性的斜筛面和穿过筛面的气流的综合影响下达到分级和出去砂石等杂质的目的。
比重分级去石机是国内外很多粮食加工机械中的常用机械设备，它的工作原理是根据粮食颗粒大小与砂石悬浮速度和杂质比重的不同，把一些谷物中的并肩石（与粮食颗粒形状大小比较相近的砂石）等一些比较重的杂质分离出去的机器。
比重分级去石机有很多的优点，如除杂作用明显、机构结构简单、重量轻小和能耗低等优点。
粮食谷物经过比重分级去石机的第一次清理，除石率不小于95%，除砖瓦和泥块率不小于59%，并且丢失的粮食颗粒很少，清理的砂石、泥块中包含饱满的粮食颗粒不会超过100粒/千克。
比重分级去石机的工作原理是借助电机的振动运动，调节风向、风的大小和调节筛面倾斜的角度来进行谷物和砂石的分离。
粮食谷物是由颗粒度和比重大小不一样的粮食颗粒构成的散粒体，在受到电机的振动或以某一种状态运动时，所有的颗粒会按照它们各自的比重大小、颗粒度小、形状不同和颗粒表面的状态不同而按不同的层次分层。
工作中的比重分级去石机，粮食从进料箱连续进入去石筛面的中间。
由于筛体的振动和穿过物料层的气流的作用，从而使粮食颗粒间的孔隙度变大，使得物料处于流化状态，从而促进了粮食颗粒的自动分级，那些比重大的石子便沉人了底层与筛面接触，比重小一些的粮食就浮向了上层，粮食颗粒在重力、惯性力和连续进料的推动力的综合作用下，下滑到出料口，而比重大一些的石子在下层筛面振动、系统的惯性力和气流的综合作用下，相对于去石筛面上滑，经过聚石区移动到精选区，而精选区的精选室会有一股气流由风机引进，顺着弧形通道往筛面的前方反吹，将砂石、泥块中含有的一些少量的粮食颗粒吹回到聚石区，避免和石子、泥块一同排出。
比重分级去石机的操作方便，而且震动很小小，噪音较低，更无灰尘外扬，使用及维修都很方便，是清理粮食谷物杂质的理想设备。
§1-3比重分级去石机发展现状
去石机是谷物加工生产中不可缺少的重要设备，用于清理粮食谷物中的砂石及其他的一些较重的杂质。
国内生产的去石机主要可分为两种类型，一种是只有单层去石筛板面的比重去石机，另一种同时具有分级功能（两层分级去石筛面）的比重分级去石机。
伴随着去石设备的技术以及应用的不断向前发展，由于后者所具备的众多优点和良好的工作效果，当前许多的粮食谷物加工厂使用以TQSF型比重分级去石机为主。
TQSF型比重分级去石机是在20世纪末我国通过引进吸收的基础上逐渐发展的系列机型。
在上世纪八十年代的末期，从英国西蒙公司引进了第一台比重分级去石机，当时称为重力分级机，它的规格是80型，而且使用效果很好，随着后来的发展，由南通粮食机械厂成功的进行了大量的可行的仿制生产，热销全国很多的面粉类相关企业。
在同一时期内，当时的北京粮油机械厂也从外国的西蒙公司购进了一种125型重力分级机，同时对其进行消化吸收生产。
接着，随着后来在九十年代初期，开封市茂盛粮食机械厂（二粮机）在原郑州粮食学院粮油机械系的技术支持下，对它进行了许多的大量科学研究，完成了一系列的发展创新，其中也包括了60、80、100、125、150等各种不同规格的分级去石机，并对它进行了除小麦之外的稻谷、玉米、豆类、荞麦、花生、大麦以及芝麻等很多种粮食谷物的生产能力和工作效果的应用与试验，并逐渐的大量行销和应用于全国粮食谷物加工业。
目前国内已有多家粮机厂正在生产次机器，使用效果基本上都是很良好，为粮食谷物加工行业的进步做出了很大的突出的贡献。
我国还研制了吸式以及吹式分级比重去石机这两大类，是我国目前比较先进的两类！
国内外的发展情况就如上。
虽然近几年,我国TQSF系列分级比重去石机的加工质量和生产水平有很大的提高,但实际应用分析,仍同国外的同类加工生产机械还有巨大差距,所以应着手在以下这些方面有所改善：
（1）就整体而言,加工工艺还是较落后,设备使用和生产加工粗糙,各种尖棱角、外凸螺钉、螺栓,给外观产生不良的后果，影响很大。
线型设计简洁,比例与尺度选择欠缺,外观不协调‘视觉上效果较弱。
（2）色彩的选用,选择简洁的明亮色,但是选择性差,显得单调灰暗。
并与所处得使用环境的搭配处理效果不好。
喷涂装配技术还是比较落后,大部分只是是油漆涂饰，给人不舒服的感觉。
还有就是所选材料的材质美,未很好的充分的利用。
（3）机架支承应用斜板支撑,加强支承强度,增加视觉效果。
筛体进料端的匀料板和挡板可用薄钢板折边并点焊连接,减少螺钉使用数量。
提高表面的光洁性和平整性。
粮食加工机械发展对比重分级去石机种类和要求进一步提高，因此振动筛发展阶段前所未有。
综合研究了国内外发展状况可推测向以下几个方向发展：
A、向高产出高效用发展：
工业现代化进程的加快促使企业在规模和生产能力方面显著提高。
B、向同一化、品牌化、通用化发展：
这更有利于产品设计、进行专业化生产、确保质量关，降低使用加工成本。
C、向轻小型、节能环保型、主体结构简化型方向发展。
国外从几个世纪前就开始着手对比重去石进行的研究和生产，在欧洲第一次工业革命初期，分级比重去石机的发展较为迅速，一直到本世纪中期分级比重去石机机械发展到相当高的水平，成为一种成熟并且使用的产品。
GBS企业主要由三家企业强强联合，早期据称，意大利GBS公司生产得大型SGS分级去石机就是模仿西蒙重力分级机（即我国的TQSF系列分级去石机）改造而成的。
我国最早普遍熟知的布勒的公司去石机仅仅有一层去石的板面，缺少如同西蒙重力分级机里面的分级筛选的筛面。
直到后来新研究设的MTSC和MTSD两类去石机新增加了分级筛面的新类型，其中SC120/120去石机里面装有的筛板宽度和长度都是120cm，大量使用于面粉厂的第一道去石工序，额定每小时小麦处理量约为22t。
喂料机构使用先进的输料板和压力门机构组合连接的方式，进料均匀并且强度不大，提高了效率降低了成本。
一般振动筛体的结构合理、生产便捷、稳定性可靠，采用三点支撑。
去石板格外增加有匀风板，上下层之间筛板格采用螺栓特性固定，稳定可靠、避免了窜动和侧漏料的问题。
吸风调节也很方便可靠，装有压力表显示装置能随时显示机内负压的数值大小，还附带有照明的灯管。
布勒大型去石机还增加了一关键的原理性创新的特点，即从进的料先落到上层筛面第一层密筛格段初步分级，含有石子的下料层从上层落到第二层的精选板上，然后才在进料压力作用下流进去石面板，从而能大大的提高了去石率。
第二章机械比重分级去石机的基本结构
本章主要概括的论述了TQSF型比重分级去石机的基本结构及其工作原理和使用情况。
TQSF型比重分级去石机主要含有进料输料装置、筛体结构、吸风通风装置、机架、筛体支承装置、传动装置等等。
§2-1进料装置
进料装置由进料管、淌料板和进料箱等部件组成。
进料管与进料箱之间采用挠性件连接，整个进料装置与筛体一起振动，这种结构优于静止进料结构，可以促使物料的均匀分布，物料由进料管进入进料箱，箱内有淌料板起缓冲作用，并设有进料压力门，调整进料箱外拉簧的拉力可以可以控制料门的开启大小。
操作中应保证进料箱中有一定的存料以保持连续供料和避免漏风。
进料箱的下方设有淌料斗，可以改变淌料斗的角度来达到均匀分流的目的。
如图所示：
图2.1进料装置
§2-2筛体装置
筛体由去石筛板、匀风格、匀风板和筛格压紧装置组成，去石筛板钢不锈钢弯曲钢丝编织而成，具有耐磨、穿风均匀的特点，去石筛板的下部设有50×50mm的匀风格，和孔距为12mm，孔径为8mm的匀风板，以增加匀风效果，这三者连成一体，组成筛格。
筛面堵塞后，千万不要敲打，以防止筛面变形，可以用钢刷清理，筛面磨损后应及时更换，更换时松开压紧螺栓和托板，筛格即可抽出。
在安装时应留有足够的空间以确保筛格的抽出。
图2.2比重分级去石机
§2-3吸风装置
吸风装置包括吸风管、挠性连接件、吸风罩和反吹风调节装置等部件。
吸风管和吸风罩之间用挠性软管连接。
吸风管上设有风门调节机构，外部设有刻度盘，用以操作时参考，在机架上装有U形管，可直接观察到机内的负压大小。
§2-4机架装置
机架是去石机的总体支承件，由框架、腹板、盖板、罩盖等组成。
当去石筛板的宽度在710mm以内时，机架采用由小型型钢和薄钢板焊接的结构；当去石筛板的宽度大于850mm时，采用铸铁框架加腹板的结构，以增加刚度，减小变形。
机架上盖设有观察窗，前后均有活络门，以便于检修和清理。
如图所示。
图2.3机架
§2-5筛体支承装置
筛体采用弹性弹簧支承。
在出料端用两组八字形螺旋弹簧支承，每组为两根，呈八字形。
在出石端采用两端左右螺旋螺纹、长度可调的撑杆支承，撑杆铰接处采用中空橡胶弹簧，用以吸振并实现撑杆的摆动，在撑杆上设有刻度尺，可以调节筛体倾角是做参考使用。
一般筛面倾角的调节范围为
，处理小麦时为
。
图2.4筛体支承装置
§2-6传动动装置
TQSF型比重分级去石机采用的是振动电机传动，振动电机驱动装置安装在筛体的中间，与筛体重心位置重合，电机通过四只螺栓固定于安装圆筒上，松开安装圆筒的固定螺栓可使电机同圆筒一起绕其中心线旋转，改变电机安装角度，既可以实现振动角度的调节，一般振动角度在0-45度范围内调节。
筛体振幅及振动方向均可利用筛体两侧的振动指示盘显示，根据不同的物料性质的不同，振幅的大小可以通过改变振动电机的相对位置来调节，两振动电机的角度越大，筛体的振幅越大，反之，振幅越小。
调节如图所示。
图2.5电机安装调整
第三章比重分级去石机的机架的振动计算与分析
§3-1振动设计与计算
比重分级去石机筛面的设计中振动源的选择与安装是关键。
根据工艺需要，一般筛体振幅应为2.5mm～5mm，筛倾角为60（可在50～120调节）。
（1）抛掷指数D
当D不大于于1时，筛上物不能离筛弹起，这样不满足原理的工艺要求。
当D为1。
3～3.3时，筛体每一次振动，物料就会只出现一次弹抛运动。
物料在筛面上的跳跃会随着D的递增越剧烈，因此常用D取值2.0～5.0。
比重差别大的物料D取2.0～2.4，一般的筛选物料一般取2.5～3.0，困难的取3.0～5.0。
粮食谷物加工D常用取2.5左右。
（2）振动振幅λ
一般用于粮食加工的振动筛振幅一般在2～5mm。
（3）弹簧刚度及振动频率的选用
振动频率根据ω＝
确定。
其中α0为筛面与水平面夹角，即晒倾角，一般在50～120，实际应用很小，故cosα0近似取1。
式中：
δ为实际振动方向与参考面的夹角，即所谓的振动角。
此处δ暂取300，D约取2，振幅λ大概为5mm，由此可算得ω=98.9rad/s，也即960r/min，故应取用6极振动电机。
为了满足振动筛在远离共振状态下工作的需要，可取振动频率和系统固有频率之比为ω/ω0＝4，因此可取ω0＝24.7。
根据已知的结构及筛分工艺需要计算得到参振质量M=770kg。
由ωn2=K/M可计算K=470kN/m。
用四个位于支承角的相同的橡胶支撑来实现此弹簧刚度。
若考虑均匀承重，则每个橡胶支撑的刚度应为118kN/m，若选用对合式组合蝶形橡胶支撑，则弹簧轴向刚度Kx与横向刚度Ky之比应为6.5，存在振动方向刚度K与轴向刚度Kx和横向刚度Ky的关系：
K=Kxsin2δ+Kycos2δ
所以可得到Kx=330kN/m，Ky=50kN/m，因此橡胶支撑的橡胶硬度应为Hs72。
应该明确指出的是：
再生橡胶是不适合做支撑材料使用的。
因为该筛采用橡胶支撑，并且轴向刚度Kx与横向刚度Ky不等，且Kx/Ky=6.5，产生激振力方向与箱体振动方向不一样（见图3.1），从而产生较大的偏差角（β－δ）。
由虎克定律相关知识，得到F=KAS，所以
Fx=F·sinβ=Kx·ASsinδ,Fy=F·cosβ=Ky·Ascosδ
所以有tanβ=Kx·tanδ／Ky
因此，当振动角选择δ=300时，激振力方向角为750。
图3.1激振力的作用方向与实际振动方向
（四）激振力的确定
由安装于筛箱两侧的振动电机产生的离心惯性力提供了振动过程中的激振力。
偏心块质量m0的质心不仅还相对电机轴线作回转运动，而且还随筛箱沿振动方向做平移运动，它的质心的绝对位移跟筛箱位移与偏心块质心对于振动方向所产生的位移分量之和相等（见图3.2），即
S0=S+rcosφ=S+rcosωt
其中：
r---偏心块与电机转轴的距离;ω是振动圆频率。
图3.2偏心块质心运动示意图
有公式知：
偏心块产生的作用力为
F=-m0d2S0/dt2=-m0（d2S/dt2-rω2cosωt）
振动筛的作用力还有弹簧弹力——KS，阻尼力——fsk，其中：
f是粘性阻尼系数，一般取f为0.1～0.14Mω，M是振动体计算质量。
根据经典牛顿定律，得到筛体动力学微分方程为：
Md2S/dt2=-KS-fd2S/dt2-m0（d2S/dt2-rω2cosωt）
即得（M+m0）d2S/dt2+fdS/dt+KS=m0rω20cosωt
其中：
M—振动体计算质量，M=my+k1m1；
my—筛体质量；
m1—筛机中运动物料质量；
k1—物料结合系数，一般为0.1～0.3。
令m=M+m0=my+k1m1+m0，此即通常振动过程中所指的参振质量。
所以，以上的微分方程就是有阻尼的受迫振动方程，产生的激振力的幅值约为H=m0rω2。
解方程得筛箱振幅λ为：
将λ＝0.004m，K=470×103N/m,ω/ωn=3.5,fω=0.1；mω2=0.1×770×972代入上式计算得激振力幅值H应为：
H=21337N。
利用上述数据，可选用两台YZU-12-6A振动电机，将其分别置于筛箱的两侧。
两台振动电机的最大合激振力可达20000N,此时筛体振动振幅可达3.8mm左右，能够满足工艺要求。
确定激振力以后，再利用r=H/4m0ω2，可确定偏心块质心到偏离电动机转动轴线的距离。
§3-2减振效果
在箱体安装的两侧四个橡胶支撑既是主振弹簧，又是减振弹簧。
完成振动筛的振动设计之后，还要再确定一下，当振动筛工作时，通过橡胶支撑传递到机架上的力幅Nmax，并计算一下隔振系数，以确保隔振效果。
已有筛体的运动方程为：
S=λsinωt
可得到筛箱运转时传到机架的动载是：
sin（ωt－φ）
显然当ωt=φ时动载荷取最大值为：
一般，都以隔振系数L（动载荷的最大值Nmax与激振力幅值H之比）作为表示隔振效果的依据，即存在：
使用之前计算得到的结论数据，可得到L=0.2，说明有80%的振动效果被弹簧支撑衰减掉了。
当激振力时10000N时，经过橡胶隔振弹簧的减少后传递到机架动载荷最多只有2000N，在三个基座处承担，每处仅有不到700N，也就大约52kg，由此可见此隔振效果还是比较理想的。
第四章比重分级去石机的安装维护及故障分析
§4-1比重分级去石机的操作、维护和使用
（1）全面的开机前检查。
如各连接部分的螺栓是否拧紧，检查进料箱压力门、风门的开启是否灵活；并关闭风门，检查筛面和风机内是否有异物；如一切正常就可以开机了。
开车时应先打开风机，待运转正常以后，再打开风门，同时打开去石机的传动电机或振动电机，并开始进料。
（2）进料后首先要调节进料压力门的大小，在保证物料沿筛面宽度均匀下落的同时，保证进料箱内有一定的存料。
流量的波动范围应不超过额定产量的
%。
（3）去石筛板、匀风板、进风门、反吹风道要保持气流通畅，如筛孔堵塞，可用清理筛清理，切勿敲打，以免引起筛面的变形损坏，影响去石效率，如有磨损，应及时更换，双面凸起的鱼鳞孔板可反面使用。
（4）定期检查测量温升，一般最大温升不应超过室温
。
（5）经常检查谷物中的含石量和石中含粮量，如发现异常，分析原因，及时采取相应措施，一般石中含粮量应控制在1%一下。
（6）停车时应先停料，后停风，再关机，最后关闭风门。
停车后，去石筛板上应保留一层物料，以利于下次开车时能立即正常排石。
（7）机器在拆装检修过程中，应注意防止零部件的丢失和变形，检修时应尽量少拆零部件。
装配时，必须以机架的纵向中心线为对称轴，将原件按原来的位置装配。
筛体的中心线应与机架中心线重合，偏心轴、偏心连杆上轴、摆杆上下轴、振动电机传动架芯轴都应水平且相互平行。
各轴的水平中心线与筛体的纵向中心线与筛体的纵向中心线垂直，去石筛板沿筛板宽度方向上应水平。
（8）比重分级去石机的筛板鱼鳞孔方向不得装反，为单面向下凸起的鱼鳞孔筛板，筛孔的规格与去石筛板相同，孔口朝向与出石方向相反。
（9）检修装配后空车运转平稳，不得歪扭或颠簸。
校正时可在去石筛面靠出料端宽度方向的中间或两边同时放入大小一样的重杂质，如均能同时向上运动即属正常；再进行投料实验，观察物料运动和排石情况；然后中断进料，这时在出石端附近有局部吹穿现象，正常情况下，吹穿的形状很对称。
如发生走单边、有漩涡和死角等现象，应立即校正。
§4-2比重分级去石机常见故障及原因分析
（1）物料跑偏原因有：
1.去石筛板宽度方向上不水平。
2.筛板不平整，有翘曲。
3.沿筛面宽度方向进料不均匀。
4.风机外壳相对与叶轮位置偏移一边，导风板夹角不一致，顶端与叶轮间隙不等。
5.风门调节不当。
（2）物料中石子分离不出来原因有：
1.筛体运动严重不正常。
2.风量调节的小，没达到物料悬浮的大小。
3.流量过小。
4.由于风机转速小，总风反向气流速度大。
（3）石中含粮过多原因有：
1.精选区筛板有堵塞。
2.总风量减少，精选区反吹风气流速度过小或有漏风。
3.吸风量过小，积石区未形成。
4.筛板倾角过小。
5.谷物流量大，导致料层太厚，风的阻力大，因此自动分级效果差。
（4）筛体有不规则振动、颠簸、扭摆现象原因有：
1.安装基础刚度不够，或地脚螺栓松动。
2.偏心传动部分及摆动机构中连接有松动。
3.拆修装配不正确或更换零件精度不够。
4.两振动电机有差异，支承的橡胶弹簧损坏。
设计总结
随着食品行业的市场不算扩大，对食品机械的研究愈发显得重要。
这几个月的毕业设计，我更进一步了解了粮食机械行业的现状,了解了很多联系实际生产的知识。
本次毕业设计是对我们大学四年掌握的知识的巩固，是我们走向实际工作生产岗位的重要大练兵。
毕业设计是综合应用大学所学理论知识进行初步设计实践的重要环节为我们培养生产实践中进行科学的调查研究的技能、学会观察问题、分析疑问、解决难题的能力至关重要。
通过毕业设计的实践锻炼，我们运用了所掌握的理论知识的能力、解决难题题的能力、科学创新设计的能力得到了极大地提高和培养。
大学生活的最后一次课程设计就是这次的毕业设计，并且也是最为重要的一次设计，这次设计是对大学四年里，我们所学习的理论知识的一次综合的全面的考评，这次做的好坏也能够比较好的反映一个人的认真程度。
因此我极为重视这次毕业设计，因为这不仅关系到毕业答辩的问题，它还是一个检测在大学里所学知识的很好的一个机会，这样可以让我查漏补缺，对自己不熟悉和不足的方面进行补充学习了解。
有的放矢的对所学的知识进行加深和巩固。
在这几个月的毕业设计实践过程中，自己对机械学科有了新的心得感悟。
第一，理论要紧密联系实际的重要性，在设计中我深刻的认识到自己不能仅仅局限与课本和图书馆里的理论知识去设计机械实践，脱离了实际生产，就是纸上谈兵，设计时必须考虑到零部件在实际应用时的生产制造，配合安装问题。
第二，团队协作精神，做机械设计，不是一个人或者某个人在短时间内能够完成的任务，只有在一个团结的团队里面，才能实现自己的价值，体现自己的能力，特立独行是不能做出好的成果的。
第三，独立思考问题、解决所遇问题的能力。
团队固然重要，但也有局限性。
独立思考的能力什么时候也不能丢，只有把自己个人的能力充分发挥到最好，整体的，团队的活力才能实现。
这次毕业设计的完成，检查了我的很多不足之处。
首先，课本上基础知识的的掌握得很贫乏，有很多细节得从新翻课本查到，我也感觉到对以前所学知识的遗忘，但是通过这次毕业设计，对以前所学知识的温习，梳理，犹如又学习了一遍专业课程，并且有了新的发，新的收获，以前没有完全理解的课本内容，对以往的知识得到了巩固提高。
其次，对自己收集信息能力感到自卑，还是局限在网上，图书馆里查找些相关知识，并且会忽略了方法，而淡忘了去到工厂实地参观学习，在刘老师指导下，我们到二粮机参观学习，切实体会到了实际与理论的巨大差别。
最后，是自己行政问题处理的不好，毕业设计种种难题，很多时候就手忙脚乱，不知从何做起，其实是没有认清问题的本质所在，不过在老师的知道下，有了很大的进步。
总的来说，自己受益匪浅，不过自己的问题仍然还是很多，以后学习和实践的路还很长，只有通过不断的学习、不断的积累、不断的完善，自己才会百尺竿头更进一步！
致谢
四年大学的日子，在离别时才显得那么短暂并且无力。
回想这四年的精彩生活，内心十分的不舍。
这次毕业设计的顺利完成，与这四年的时光是分不开的，要感谢这次难得机会。
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