5XD-2.0型带式清选机的设计与试验

韩红兵，张燕梁，万霖

（1.黑龙江红旗岭农场农机科，饶河 155711；2.黑龙江八一农垦大学工程学院）

黑龙江垦区是我国的大豆主产区，但是清选加工机械及其配套精选技术一直成为制约精准大农业持续发展的难题。从历年国家监督抽查结果来看，清选机械产品基本能满足用户需求。但是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，机型能耗、噪音较大，振动不易平衡，操作不便。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。清选机不能很好地满足我国现阶段的实际需求。因此，黑龙江八一农垦大学在引进消化国外清选先进技术的基础上，与红旗岭农场联合研制5XD-2.0型带式清选加工机械，系统地对带选结构参数、振动输送给料装置等部件进行设计及研究，为粮食及种子清选加工业的发展提供了重要的技术保证。

1 结构与原理

1.1 基本结构

如图2所示，5XD-2.0型带选机主要由机架、提升机、喂料斗、电磁振动分粮器、带选机构、传动部分、整粒料斗、碎半粒料斗、椭圆粒料斗、分级筛、倾角调整机构、电控装置等部分组成。

1.2 工艺流程

如图1所示，物料由喂入斗A根据该机分选能力，分别流到六层选料带上，于是物料变根据其外部形状的差异，进行分离，整粒物料流向机体左侧的整粒出料斗B收集起来，碎半粒物料流向机体后部的碎半料斗C收集起来。不规则粒进入料斗D收集。

1.3 工作原理

初清的大豆种子经提升机进入喂入斗，通过喂料管、电磁振动分粮器分别流到六层分选带的低处(分选带为立体斜面，左高右低、前高后低)。由于圆度好的种子(整粒)与半粒、椭圆粒及杂质在分选带上的摩擦力不同，在随分选带向前移动时的轨迹发生变化。其中圆度好的种子在分选带上形成扇面，均布向右和相对分选带向后滚动，落入机器右侧的整粒料斗后进入分级筛分级，按物料外径分成大、中、小粒3级，半碎粒形成接触不滚动，随带一直移动到机器前部的碎半粒料斗中；椭圆粒按照自己的运动轨迹随带移动落入右上角椭圆粒料斗内。当机架本身定型角不能满足物料自身的运动特性时，可通过调节丝杠来使其满足物料的运动特性，从而使所选物料的最后净度符合要求。

1.4 工作性能指标

表1 5XD-2.0型带式清选机的主要技术参数Table 1 Technical parameters of the 5XD-2.0 belt gravity separator

2 带选机参数设计

2.1 输送能力和清选带宽度的确定

为了保证正常清选条件下部撒料，清选带上允许的最大物料的横截面积S按式计算：

其中式中：b—清选带可用宽度，m，B≤2 m时，b=0.9B-0.05 m；

l—中间辊长度，m，对于一辊、二辊的托辊组，l=0；

θ—物料的运行堆积角，查表《机械设计手册》：运行堆积角θ=5°；

λ—托辊槽角，b=0.9B-0.05=0.85 m，选定 λ=8°；

解得S=0.93 m2≤Smax，完全符合5XD-2.0带选机设计要求。

2.2 清选能力的计算

计算清选能力：Q=3.6IVρ=3.6 Svkρ

式中，v—带速，m·s-1，清选带速要求在 0.25～0.5 m·s-1之间，我们选择的数据是 0.33 m·s-1；

ρ—是被清选散状物料的堆积密度，ρ=0.125 kg·m-3；

k—倾斜清选机面积折减系数，按（GB/T17119—1991）计算；

式中δ—清选机在运行方向上的倾斜角，当δ=0时，上部截面积s1不存在。

θ—被清选物料的运行堆积角。当δ=0时，K=1。

根据 Q=3.6IVρ，解得 Q=2.03 t·h-1。

2.3 清选带不打滑的条件

圆周驱动力FU通过摩擦传递到清选带上，为保证清选带工作时不打滑，需要在回程带上保持最小张力F2min，按下式进行计算：

式中FUmax—清选机满载启动或制动时出现的最大圆周驱动力；

FUmax=KAFU，KA=1.3～1.7，FU经清选机所有阻力之和测算得出：FU=892.6N；

μ—传动滚筒与带人字形沟槽的清选带间的摩擦系数，干态时，μ=0.4～0.45。

3 带选机部件设计

3.1 分选带的设计

分选带是带选机的主要部件，其质量与性能的好坏直接影响着分选质量。经试验设计出具有网状粗糙表面的环形橡胶带，耐低温，在-30℃能正常工作。本机分选结构为六联式，即原粮大豆经过六层传送带清选，以达到最佳清选效果。其附属部分包括角度调整机构、排杂搅龙和排杂口等。六联清选带倾斜角度由角度调整机构完成。经试验验证，其倾角为左5°、右 8°、前 2.5°、后 7.4°时，清选效果最佳。同时，每组分选带之间的角度也可调整，以利于清选。皮带运行速度为 0.33 m·s-1。

3.2 分粮器

由板材成型焊合而成，其主要作用是既要保证设计的喂人量，又要保证喂料均匀、稳定，以利于带面的清选。物料从喂入斗分别由六个排粮辊排到选料带上，六个排粮辊由微型调速电机通过链条驱动，不仅使六层选料带的喂入量大小一致，而且实现了六层选料带的喂入量同步调节。

3.3 滚筒的设计

驱动滚筒的设计符合《GB/T990-1991带式输送机滚筒基本参数与尺寸》的规定，确定滚筒直径80 mm，驱动滚筒和被动滚筒均由管材及轴体焊合加工而成。

3.4 传动系统的设计

3.4.1 电机的选配

根据清选能力，选配电机的型号为XWD2.2-4-1/11，额定功率 P=2.2 kW，转速 n=134 r·min-1。

3.4.2 主动带轮的设计

根据电机的额定功率P=2.2 kW，转速n=134 r·min-1传动比i=1.3，一天运转时间小于10 h。由《机械设计手册》设计，主动带轮基准直径dd1=210 mm。从动轮基准直径dd2=270 mm。确定实际中心距516 mm，设计所需皮带长为900 mm，主动轮上的包角148°。

4 试验测试分析

试验材料选用红旗岭农场的第二作业区大豆作为试验材料，平均含水率为15.5%（湿基）。2009年黑龙江省农垦农业机械产品质量监督检验站对5XD-2.0型带式清选机进行了性能测试，测试结果如表2所示。

表2 5XD-2.0型带式清选机性能测试结果Table 2 Results of the performance test on 5XD-2.0 belt gravity separator

测试和实际生产作业考核表明：分选带倾角为左 5°、右 8°、前 2.5°、后 7.4°时，清选效果最佳。同时，每组分选带之间的角度也可调整，以利于清选。采用该机清选大豆种子，其纯度可达99%以上。经分级处理后，其粒形整齐，均匀一致，大大提高了豆种的等级和价值。

5 结论与讨论

5.1 5XD-2.0型带式清选机适用于大豆，红小豆，绿豆等作物清选作业。

该机结构合理，使用调整方便，提高了生产效率，降低了作业成本其性能指标满足了当前机播作业的高产、优质、高效的农业生产技术要求。

5.2 5XD-2.0型带选机符合设计要求，对豆类中的碎半豆，虫蚀严重粒清选效果极佳，一次清选净度可达99%以上，机具传动平稳，低噪音，高效且性能稳定。

5.3 采用六联分选结构，带速为0.33～0.35 m/s，分选带倾角为左 5°、右 8°、前 2.5°、后 7.4°时，清选效果最佳。

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