蠶豆脫殼機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【說明書+CAD+PROE】
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mechanical structure design of mechanical structure design of the Vicia pea shellerthe Vicia pea sheller 姓名 班級(jí) 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)老師蠶豆脫殼機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)背景和意義背景:蠶豆是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物,隨著世界貿(mào)易的發(fā)展,蠶豆的深加工產(chǎn)品層出不窮。蠶豆脫殼是蠶豆深加工前最重要的步驟之一。人工脫殼已經(jīng)不能滿足需求,脫殼機(jī)的研發(fā)迫在眉睫。意義:提升蠶豆的經(jīng)濟(jì)價(jià)值,促進(jìn)蠶豆高端產(chǎn)品的發(fā)展。脫殼機(jī)的特點(diǎn)應(yīng)用方向工作原理進(jìn)料碰撞脫殼脫殼完成未完全脫殼進(jìn)入分選口刮板柵籠擠壓二次脫殼殼仁分離集仁板脫殼裝置脫殼裝置脫殼裝置主要由以下幾部分組成:箱體、刮板,柵籠及傳動(dòng)系統(tǒng)。脫殼裝置利用對(duì)稱的4塊鋼刮板對(duì)蠶豆的碰撞和刮板與柵籠間的擠壓來實(shí)現(xiàn)脫殼的。傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置傳動(dòng)裝置主要由電動(dòng)機(jī)、V帶輪和主軸等組成。傳動(dòng)系統(tǒng)的布置是指動(dòng)力源、脫殼裝置、軸以及輔助裝置的位置等。殼仁分離裝置殼仁分離裝置殼仁分離裝置的主要部件是分選口。分選口由上下通道,風(fēng)機(jī)組成。010203研究內(nèi)容研究內(nèi)容影響脫殼質(zhì)量的因素影響脫殼質(zhì)量的因素蠶豆的大小蠶豆的大小蠶豆果的含水量蠶豆果的含水量柵籠鋼條的間隙柵籠鋼條的間隙刮板的速度刮板的速度1.1.蠶豆果的物理特性蠶豆果的物理特性2.2.刮板和柵籠的結(jié)構(gòu)參數(shù)刮板和柵籠的結(jié)構(gòu)參數(shù)脫殼裝置的設(shè)計(jì)脫殼裝置的設(shè)計(jì)特點(diǎn)特點(diǎn)金屬棒與編織網(wǎng)凹版 立式轉(zhuǎn)子與編織漏篩 金屬刮板與鋼條柵籠結(jié)構(gòu)簡單、成本低、仁完整度高運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定,效率高生產(chǎn)效率高,脫殼率高,仁完整度高。開式紋桿滾筒脫殼機(jī)立式轉(zhuǎn)子脫殼機(jī)開式扁條滾筒脫殼機(jī)金屬柵籠脫殼裝置傳動(dòng)系統(tǒng)的選擇方案一:V帶輪一級(jí)傳動(dòng)。方案二:鏈傳動(dòng)二級(jí)傳動(dòng)。方案三:齒輪嚙合二級(jí)傳動(dòng)。方案對(duì)比及各方案的特點(diǎn)經(jīng)過多方面的對(duì)比和參考,方案一的成本比較低,環(huán)境適應(yīng)力好,滿足多方面的需求,所以選擇方案一作為蠶豆脫殼機(jī)的傳動(dòng)方案。傳動(dòng)部件脫殼裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算脫殼裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算.脫殼軸脫殼軸的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì) 軸的最小直徑在式中 脫殼機(jī)功率,;轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速,。取d=16mm。電機(jī)的選擇脫殼軸的強(qiáng)度校核脫殼軸的強(qiáng)度校核.主軸設(shè)計(jì)主軸設(shè)計(jì)式中:軸的扭轉(zhuǎn)截面系數(shù);扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的切應(yīng)力,MPa;T 軸所受的扭矩,Nmm;n 軸的轉(zhuǎn)速,r/min;D 計(jì)算截面處軸的直徑,mm;P 在軸傳遞的功率,KW;許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力,MPa,6.355 MPa 合格其他部件的設(shè)計(jì)進(jìn)料量的控制箱體的鑄造,結(jié)構(gòu)風(fēng)量的控制機(jī)架結(jié)論1.4塊十字構(gòu)成的刮板保證與蠶豆的碰撞;2.傳動(dòng)裝置主要由電動(dòng)機(jī)、V帶輪和主軸等組成;3.滾動(dòng)鋼條組成的柵籠。4.相比與以前的蠶豆脫殼機(jī),此次的蠶豆脫殼機(jī)載脫殼效率方面有巨大的提升。致謝這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)從開始選題,到具體要研究的內(nèi)容和所需解決的問題,再到研究方法和技術(shù)路線確定,最后到完成這篇論文的整個(gè)過程中都離不開楊麗娟老師對(duì)我孜孜不倦的教誨和幫助。在此謹(jǐn)向尊敬的楊老師表達(dá)我最真誠的謝意。THANK YOU 摘要蠶豆富含豐富的蛋白質(zhì)和淀粉以及多種微量元素,可以為人體提供大量能量和營養(yǎng),是重要的食品經(jīng)濟(jì)農(nóng)作物。蠶豆在我國有悠久的種植歷史,具有抗旱,高產(chǎn),適應(yīng)力強(qiáng)等特點(diǎn)。在中國的傳統(tǒng)美食里蠶豆因其獨(dú)特的風(fēng)味、口感和加工方法,被用來制作發(fā)酵的醬菜;膨化類的香酥蠶豆;涼粉、罐頭、芽豆等。蠶豆的出口貿(mào)易需要對(duì)蠶豆進(jìn)行深加工,如蛋白粉淀粉的制取,蠶豆膨化食品的加工,豆瓣醬的制作等可以大大提高蠶豆的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在提取蛋白、制作蠶豆淀粉和生產(chǎn)蠶豆的深加工產(chǎn)品時(shí)需要對(duì)蠶豆進(jìn)行初步的加工。蠶豆的初加工包括蠶豆的脫殼、篩選、分級(jí)、軋碎和蒸炒等。因蠶豆的自身特點(diǎn),對(duì)蠶豆的脫殼作為蠶豆初加工最難也是重要步驟之一,顯得尤為重要。脫殼后的蠶豆更容易加工,方便蛋白的提取,提高了淀粉的質(zhì)量和餅粕的質(zhì)量,同時(shí)使蠶豆食品更加美觀。最早的蠶豆脫殼只有手工剝殼,手工剝殼效率低,對(duì)手指?jìng)Υ螅焕谛Q豆的篩選品質(zhì)不一。蠶豆的機(jī)械脫殼效率高,減輕了農(nóng)民的工作量也提高了農(nóng)民的收入,因此蠶豆脫殼機(jī)的研發(fā)迫在眉睫。好的脫殼機(jī)不僅要證加工效率,良好的機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn),蠶豆的脫殼率完整度還需要考慮脫殼機(jī)的成本。因此脫殼機(jī)的設(shè)計(jì)就尤為重要,有合理的設(shè)計(jì)才能生產(chǎn)出高質(zhì)量的受歡迎的機(jī)器。關(guān)鍵詞蠶豆脫殼機(jī) ; 皮帶傳動(dòng) ; 反復(fù)脫殼AbstractFaba bean is rich in protein and starch, and a variety of trace elements. It can provide a lot of energy and nutrition for the human body. It is an important food economic crop. Faba bean has a long history of planting in China. It has the characteristics of drought resistance, high yield and strong adaptability. In Chinas traditional food, broad beans are used to make fermented pickles for their unique flavour, taste and processing methods; the puffed crisp broad beans; the cold powder, the canned bean, and the bean sprouts.The export trade of broad bean needs deep processing of the broad bean, such as the preparation of protein starch, the processing of the expanded food of the broad bean, the production of the bean paste and so on, which can greatly improve the economic value of the broad bean. In the process of extracting protein, making broad bean starch and producing deep processed products of faba bean, we need to make preliminary processing of faba bean. The initial processing of faba bean includes bean hull shelling, screening, grading, crushing and steaming. Because of the characteristics of faba bean, the shelling of faba bean is one of the most difficult and important steps in the initial processing of faba bean, which is particularly important.The bean after shelling is easier to process, facilitate the extraction of protein, improve the quality of starch and the quality of cake, and make the faba bean food more beautiful. The husk of the first faba bean can only be shelled by hand, the efficiency of manual shelling is low, and the damage to fingers is large, which is not conducive to the different quality of Vicia faba. Faba bean has high efficiency of mechanical shelling, reduces the workload of farmers and raises the income of farmers. Therefore, the research and development of faba bean sheller is imminent.A good sheller not only requires processing efficiency, good machine operation, but also needs to consider the cost of shelling machine. Therefore, the design of sheller is particularly important, and reasonable design can produce high quality.A popular machine.Keywords vicia pea sheller belt drive repeated shelling目 錄摘要IIIAbstractIV1緒論11.1脫殼機(jī)的概念11.2脫殼機(jī)的應(yīng)用11.3蠶豆脫殼機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展前景11.4這是我國最早的幾種蠶豆脫殼設(shè)備12蠶豆脫殼機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理32.1 蠶豆脫殼機(jī)32.1.1基本結(jié)構(gòu)32.1.2 工作原理32.2蠶豆脫殼機(jī)的特點(diǎn)43 結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇與計(jì)算53.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇53.1.1 主要參數(shù)53.1.2 刮板的初步確定5313 刮板的功率計(jì)算5314 傳動(dòng)方案的擬定和確認(rèn)6315 電動(dòng)機(jī)的選擇73.2 V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)選用83.2.1確定計(jì)算功率93.2.2選擇V帶帶型93.2.3帶輪基準(zhǔn)直徑的確定93.2.4中心距離的計(jì)算和帶的基準(zhǔn)長度確定103.2.5主動(dòng)輪上包角的驗(yàn)算103.2.6V帶的根數(shù)計(jì)算z103.2.7預(yù)緊力的計(jì)算113.2.8軸上作用的壓力計(jì)算113.3 軸參數(shù)的計(jì)算133.3.1 軸的最小直徑的初步確定143.3.2擬定軸上零件的裝配方案143.3.3軸的各段長度確定和定位143.3.4軸的強(qiáng)度校核153.4 刮板結(jié)構(gòu)173.5柵籠的設(shè)計(jì)183.6 箱體183.7 殼仁分離裝置183.8 機(jī)架194.脫殼機(jī)的三維視圖20結(jié)論22致謝23參考文獻(xiàn)241緒論1.1脫殼機(jī)的概念脫殼機(jī)是通過擊打擠壓等方式,使農(nóng)作物外殼和仁分離的機(jī)器。外殼阻礙了人們對(duì)農(nóng)作物的食用和加工,影響了食物的口感和營養(yǎng)。我國很早就利用舂,碾等對(duì)稻谷,高粱等農(nóng)作物脫殼。為了高效方便的脫殼,人們發(fā)明了脫殼機(jī)。脫殼機(jī)的脫殼方式主要有擊打,擠壓,和混合式。1.2脫殼機(jī)的應(yīng)用最早的脫殼機(jī)只是為了保證殼仁分離方便食用,只運(yùn)用于少部分主要糧食農(nóng)作物。隨著時(shí)代的發(fā)展和人們生活水平的提高,高效率,方便快捷,仁的完整度高的脫殼設(shè)備越來越受歡迎。1.3蠶豆脫殼機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展前景早期的蠶豆脫殼設(shè)備,豆瓣的破壞率達(dá)到了9%,甚至超過l5%。生產(chǎn)出來的豆瓣仁無法進(jìn)行更多的深加工,以及出口等,只能粉碎或者榨油。豆瓣仁的完整率是蠶豆脫殼機(jī)是否先進(jìn)的重要條件之一,從60年代以來我國相繼研發(fā)出了各式各樣的蠶豆脫殼機(jī),都主要以蠶豆間的相互擠壓和摩擦揉搓為主,但都存在許多缺點(diǎn),導(dǎo)致脫殼效率和殼仁分離均不理想。直到90年代在已有的脫殼機(jī)的基礎(chǔ)上不斷的優(yōu)化加強(qiáng),研發(fā)出了新的以撞擊和擠壓兩種方式結(jié)合的脫殼機(jī),同時(shí)加入了許多新的脫殼零件。加工效率,脫殼率和豆瓣完整度重要指標(biāo)均有很大提高。1.4這是我國最早的幾種蠶豆脫殼設(shè)備 1.開式紋桿滾筒脫殼機(jī),此脫殼機(jī)的主要部件是編織式凹版和金屬滾筒攪拌桿。凹版主要是由絲網(wǎng)編制而成,攪拌桿件由帶紋路的金屬棒制成。其結(jié)構(gòu)如圖1-1所示圖1-1脫殼作業(yè)時(shí),滾筒轉(zhuǎn)動(dòng),蠶豆在滾筒和凹版之間反復(fù)的擠壓和摩擦。經(jīng)過脫殼之后的蠶豆的體積會(huì)變小,蠶豆和殼可以由編制網(wǎng)的孔洞落下。此脫殼機(jī)的脫殼環(huán)境沒有密封,凹版具有一定的彈性,屬于柔性力脫殼。優(yōu)點(diǎn)是蠶豆仁的完整度高,脫殼率高。缺點(diǎn)是脫殼效率不高,部分小粒的蠶豆未經(jīng)脫殼就會(huì)落下,脫殼后沒有將殼仁分離需要二次分離。2.立式轉(zhuǎn)子脫殼機(jī),此脫殼機(jī)主要由封閉脫殼箱體,鋼條制成的轉(zhuǎn)子,編織平底漏篩構(gòu)成。該脫殼部件如圖1-2所示。圖1-2在脫殼箱體里面,由料斗進(jìn)入的蠶豆會(huì)隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)相互揉搓和擠壓,由此進(jìn)行脫殼。此脫殼方式屬于柔性力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果是蠶豆仁完整度高,效率有所提高。缺點(diǎn)是傳動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,不利于設(shè)備的維護(hù)和零件的安裝替換,成本比較高。3.開式扁條滾筒脫殼機(jī),此脫殼機(jī)主要由3根鋼條的滾筒,脫殼箱體,編織絲制成的凹版構(gòu)成。編織凹板式蠶豆脫殼機(jī)部件如圖1-3。圖1-3進(jìn)行脫殼作業(yè)的時(shí)候蠶豆會(huì)隨著滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)在滾筒和凹版之間形成一個(gè)活動(dòng)層,在活動(dòng)層里面蠶豆會(huì)相互擠壓和摩擦,從而脫殼。因?yàn)椴皇墙饘俨考闹苯优鲎埠蛿D壓,此脫殼機(jī)屬于柔性力。試驗(yàn)結(jié)果此脫殼機(jī)的脫殼率,蠶豆仁完整度和生產(chǎn)效率等各項(xiàng)指標(biāo)均比較理想。2蠶豆脫殼機(jī)的結(jié)構(gòu)及原理2.1 蠶豆脫殼機(jī)2.1.1基本結(jié)構(gòu)此蠶豆脫殼機(jī)主要由機(jī)架、刮板、柵籠、殼仁分離裝置、箱體、電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)帶、軸主要機(jī)構(gòu)和一些輔助零件構(gòu)成。其結(jié)構(gòu)圖如下圖2-1蠶豆脫殼機(jī)的結(jié)構(gòu)圖2.1.2 工作原理蠶豆脫殼機(jī)以前也稱為刀籠剝殼機(jī),當(dāng)蠶豆通過進(jìn)料口進(jìn)入脫殼機(jī)構(gòu)之后,在刮板與籠柵的反復(fù)擊打和擠壓之下脫殼,具有結(jié)構(gòu)簡單,操作方便易懂的特點(diǎn)。進(jìn)料口是可調(diào)節(jié)的窄口,可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)進(jìn)料的速度和量。將蠶豆分流成薄流層進(jìn)入脫殼箱與高速轉(zhuǎn)動(dòng)的刮板的擊打和碰撞下外殼破碎,從而完成第一次脫殼。余下的沒有碰撞到或者沒有完全脫殼的蠶豆將會(huì)落到由圓鋼棒排列成構(gòu)成的柵格上,柵格的間距比較小不能容納一個(gè)蠶豆,刮板與柵格的間隙也不能容納一個(gè)完整的蠶豆果。落到柵格上的蠶豆將會(huì)再次受到刮板柵格的擊打擠壓,再次脫殼。脫殼后的蠶豆由柵格落下,風(fēng)機(jī)的吹動(dòng)下殼仁分離,蠶豆殼被風(fēng)由左側(cè)吹出,蠶豆仁由出料口落下。2.2蠶豆脫殼機(jī)的特點(diǎn)蠶豆的脫殼是由上到下的,按順序會(huì)經(jīng)過集料斗、脫殼箱體、半圓鋼棒柵格、下箱出料口、分選口,蠶豆仁收集口,由此設(shè)計(jì)的思路和順序就可以確定了。集料斗是可以調(diào)節(jié)進(jìn)料速度的,可以根據(jù)實(shí)際的脫殼效果調(diào)節(jié),避免脫殼不理想,柵格擁堵超負(fù)荷。進(jìn)料口末端應(yīng)當(dāng)與刮板最大旋轉(zhuǎn)外徑保持安全距離,防止手指不慎伸入造成意外。傳動(dòng)裝置采用帶傳動(dòng)為載荷多變和過載時(shí)起到保護(hù)作用,其結(jié)構(gòu)簡單,方便替換維修。脫殼后的蠶豆是由下方落出的,由此柵格可以設(shè)計(jì)為半圓柵籠,固定在脫殼箱的下半方,刮板和柵籠在損壞后都可以進(jìn)行更換。殼仁分離裝置的風(fēng)機(jī)是可以調(diào)節(jié)的,可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行風(fēng)量調(diào)節(jié),防止風(fēng)量過大仁被吹走和風(fēng)量過小殼仁分離不理想。分離通道設(shè)計(jì)一定的角度,被吹動(dòng)的仁可以再次落入集料斗。機(jī)架的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)有方便抬的把手,放置后平穩(wěn),盡量輕便。同時(shí)機(jī)架具有支承、定位、連接作用。3 結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇與計(jì)算3.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)的選擇3.1.1 主要參數(shù)脫殼機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸: 1230mm1180mm1600mm物料名稱: 蠶豆進(jìn)料量: 0.604kg/s物料含水量: 5 %蠶豆純?nèi)事剩?69 %蠶豆仁產(chǎn)量: 0.417kg/s3.1.2 刮板的初步確定圖3-1蠶豆下落示意圖進(jìn)行脫殼時(shí),蠶豆會(huì)從料斗進(jìn)入脫殼箱,當(dāng)蠶豆與刮板碰撞時(shí)需要滿足擊碎蠶豆殼而且不損壞蠶豆仁,根據(jù)資料當(dāng)刮板與蠶豆的相對(duì)速度為6m/s時(shí)剛好,由此可以確定刮板的轉(zhuǎn)速半徑。蠶豆會(huì)落在之間,計(jì)算時(shí)應(yīng)當(dāng)取用這個(gè)最小半徑設(shè)計(jì)計(jì)算 (3-1)取半徑,則結(jié)論:,313 刮板的功率計(jì)算根據(jù)公式可計(jì)算出刮板所需的功率刮板對(duì)蠶豆做功 (3-2):蠶豆的動(dòng)能改變量:蠶豆的勢(shì)能改變量 (3-3) (3-4) 假設(shè)剝殼時(shí),蠶豆與刮板相碰撞速度為,運(yùn)動(dòng)方向是向下。離開刮板的速度為,運(yùn)動(dòng)方向向左,相對(duì)位置高度為。經(jīng)過計(jì)算可以知道,剝殼需要的能量為蠶豆與刮板的碰撞和柵格擠壓之和,P的最大值也不會(huì)超過500w。V帶的傳動(dòng)效率和滾動(dòng)軸承的傳動(dòng)效率分別為、。電動(dòng)機(jī)到剝殼裝置的總效率為。 (3-5)= (3-6)=0.95=0.99=531.63w314 傳動(dòng)方案的擬定和確認(rèn)此蠶豆脫殼機(jī)里工作軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度比較高,達(dá)到了。因此可以有3種方案選擇。方案一:V帶輪一級(jí)傳動(dòng)。方案二:鏈傳動(dòng)二級(jí)傳動(dòng)。方案三:齒輪嚙合二級(jí)傳動(dòng)。方案對(duì)比及各方案的特點(diǎn)方案一:帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比在2至4之間,帶傳動(dòng)可以將電動(dòng)機(jī)與脫殼的基礎(chǔ)分離,以此減輕了電動(dòng)機(jī)的震動(dòng)影響,帶傳動(dòng)比較平穩(wěn),一級(jí)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡單,成本低,安裝維護(hù)方便,帶輪零件普遍損壞后易替換。當(dāng)出現(xiàn)過載或者刮板卡住的情況時(shí),帶輪上的皮帶會(huì)打滑,保護(hù)了其他的零部件,防止零件的破壞和電動(dòng)機(jī)燒壞。帶傳動(dòng)環(huán)境要求低,適合多種環(huán)境的工作。方案二:鏈傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)效率高,整體尺寸小。缺點(diǎn)是鏈容易磨損后發(fā)生跳齒的現(xiàn)象,運(yùn)行的時(shí)候噪音大造成噪音污染,負(fù)載的載荷不能有太大變化,不適合高速運(yùn)轉(zhuǎn)和有急速反向的機(jī)器。方案三:齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是,效率高,結(jié)構(gòu)緊湊,工作可靠壽命長,傳動(dòng)比穩(wěn)定。但是他的安裝精度要求高,齒輪間嚙合結(jié)構(gòu)緊湊,成本較高。而且齒輪傳動(dòng)對(duì)環(huán)境的要求較高,如果有雜物進(jìn)入齒輪會(huì)導(dǎo)致傳動(dòng)零件的損壞,影響傳動(dòng)效果。齒輪結(jié)構(gòu)復(fù)雜,發(fā)生故障后難以維護(hù)和零件替換,發(fā)生過載情況不能保護(hù)其他零件。經(jīng)過多方面的對(duì)比和參考,方案一的成本比較低,環(huán)境適應(yīng)力好,滿足多方面的需求,所以選擇方案一作為蠶豆脫殼機(jī)的傳動(dòng)方案。315 電動(dòng)機(jī)的選擇工業(yè)上一般選用三相交流電源,無特別要求的時(shí)候一般選用三相異步電動(dòng)機(jī)。最常用的是Y系列籠式三相交流異步電動(dòng)機(jī)。Y系列的電動(dòng)機(jī)具有效率高,起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,工作可靠,噪聲低,振動(dòng)小,維護(hù)方便,使用普遍易替換,單價(jià)便宜的特點(diǎn)。無特殊要求和無腐蝕,易燃,易爆的環(huán)境都適用。在許多行業(yè)和機(jī)械都有運(yùn)用如:如:金屬切削機(jī)床,水泵,鼓風(fēng)機(jī),貨物運(yùn)輸器械,農(nóng)業(yè)裝備機(jī)械,食品制作機(jī)械等。額定的使用電壓是380V,頻率為50Hz,適合普通家庭的使用。需要經(jīng)常啟動(dòng),制動(dòng)的和反轉(zhuǎn)的機(jī)械,要求電動(dòng)機(jī)具有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和較強(qiáng)的載荷能力,則需要選用起重及冶金用的YZ(籠型)系列或YZR(繞線型)系列異步電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)形式,按安裝位置不同,有臥式和立式兩類;防護(hù)方式不同,有開啟式,防護(hù)式,封閉式和防爆式??筛鶕?jù)不同要求選擇電動(dòng)機(jī)。按照計(jì)算所給的功率和同步轉(zhuǎn)速,適合的電機(jī)型號(hào)有4種分別為Y90L-4型 Y90S-4 , Y90L-6 ,和Y100L-6型可以選用。按照電動(dòng)機(jī)的型號(hào)計(jì)算滿負(fù)載的情況下電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與刮板的轉(zhuǎn)速總傳動(dòng)比,列出四種電動(dòng)機(jī)的參數(shù)和傳動(dòng)比:由電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速和工作機(jī)主動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速可確定傳動(dòng)裝置應(yīng)有的總傳動(dòng)比總傳動(dòng)比計(jì)算公式:i=nm/nw (3-7)傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比是各級(jí)傳動(dòng)比的連乘積,即i=i1i2in (3-8)如果是多級(jí)傳動(dòng)裝置,就要將總傳動(dòng)比分配到各級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)去。表3-1四種電動(dòng)機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)方案號(hào)電機(jī)的型號(hào)額定功率kw同步轉(zhuǎn)速r/min滿載轉(zhuǎn)速r/min總傳動(dòng)比 i1Y90L-41.5100014003.025234Y90S-4Y90L-6Y100L-61.11.11.515001000100014009109403.0251.9842.049經(jīng)過對(duì)比可以知道:3,4方案的總傳動(dòng)比小,轉(zhuǎn)速低,但是價(jià)格比較高,經(jīng)過綜合對(duì)比1,2方案相對(duì)便宜,Y90L-4是長機(jī)座Y90S-4是短機(jī)座,所以方案1比較好。電動(dòng)機(jī)的基本參數(shù)查機(jī)械設(shè)計(jì)得:外伸軸徑的長度是,中心高度為,軸的外伸長度為。3.2 V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)選用帶傳動(dòng)一般有以下幾種常用皮帶:V帶,平帶,多楔帶。在相同的環(huán)境里,V帶產(chǎn)生的摩擦力最大,因此V帶的傳動(dòng)能力最強(qiáng)。V帶的結(jié)構(gòu)緊湊,廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械傳動(dòng)。按高度和寬度尺寸的不同,V帶又分七種,不過目前應(yīng)用最廣泛各項(xiàng)最優(yōu)的是普通V帶。蠶豆脫殼機(jī)的功率較小采用小功率電機(jī),大小帶輪之間采用普通的V帶。V帶有普通V帶,聯(lián)組V帶,齒形V帶,窄V帶,寬V帶,大楔角V帶等多種類型。標(biāo)準(zhǔn)的普通V帶都制成無接頭的環(huán)形。簾布芯V帶制造方便,繩芯V帶韌性好,抗彎強(qiáng)度高,多用于轉(zhuǎn)速較高,載荷不大和帶輪較小的場(chǎng)合。普通V帶的截型分為Y、Z、A、B、C、D、E七種。圖3-2普通V帶傳動(dòng)示意圖設(shè)計(jì)的各項(xiàng)參數(shù)和基本條件電機(jī)型號(hào):Y90L-4電機(jī)額定功率:軸的轉(zhuǎn)速:帶動(dòng)比:=3.025每天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間應(yīng)該為:t10h3.2.1工作功率的計(jì)算= (3-9)式中:計(jì)算功率,KW; 所需傳遞的額定功率,如電動(dòng)機(jī)的額定功率或負(fù)載,KW; 工作情況系數(shù)表3-2各個(gè)機(jī)械的工作情況系數(shù)圖3-3可知 =1.1=1.11.5=1.65(kw)3.2.2選擇V帶帶型查簡明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)根據(jù)、可知比較適合的傳動(dòng)帶為A型3.2.3帶輪基準(zhǔn)直徑的確定選擇主動(dòng)輪的基準(zhǔn)直徑為,可以算出從動(dòng)輪的基準(zhǔn)直徑是 (3-10)帶速度的驗(yàn)算v=由此可知帶的選用適合,沒有超速。3.2.4中心距離的計(jì)算和帶的基準(zhǔn)長度確定根據(jù) (3-11)中心距的初步確認(rèn),帶的基準(zhǔn)長度計(jì)算=1874.238mm根據(jù)計(jì)算選取適合的V帶基準(zhǔn)長度為中心距的確定a3.2.5主動(dòng)輪上包角的驗(yàn)算主動(dòng)輪包角合適3.2.6V帶的根數(shù)計(jì)算z (3-12)由,=3.025查表3-2,將數(shù)值代入,計(jì)算后得Z=1.984取整數(shù)z=2表3-3A型V帶的額定功率 75901.511.992以上 12000.600.680.110.1314500.931.070.150.17 包角/帶 型 A19401.0220501.033.2.7預(yù)緊力的計(jì)算3.2.8軸上作用的壓力計(jì)算 (3-13)將數(shù)值代入得=482.7N3.2.9V帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算及選用HT150和HT200是常用的帶輪材料這里選擇HT200為帶輪的材料根據(jù)基準(zhǔn)直徑的大小選用不同的帶輪類型,根據(jù)要求大徑帶輪采用輪輻式帶輪,小徑帶輪采用實(shí)心式帶輪,具體的主要結(jié)構(gòu)尺寸如下:表3-4大小帶輪的主要結(jié)構(gòu)尺寸尺寸類型小帶輪大帶輪mm230.5mm20mm16輪轂長mm5035輪輻厚mm8第一槽對(duì)稱面至距離fmm輪緣厚d mm1212極限偏差 mm4832輪槽角 第一槽對(duì)稱面至距離fmm槽間距emm150.3150.3基準(zhǔn)線下槽深 mm8.78.7基準(zhǔn)寬度 mm11.011.0基準(zhǔn)線上槽深 mm2.752.75孔徑 mm2616外徑 mm80.5285.5帶輪寬B mm3535 mm752803-3大小帶輪示意圖3.3 軸參數(shù)的計(jì)算軸是組成機(jī)器的組要零件之一,軸的主要作用是通過回轉(zhuǎn)體運(yùn)動(dòng)傳遞動(dòng)力和支撐負(fù)載。軸分為轉(zhuǎn)動(dòng)軸、轉(zhuǎn)軸、心軸三大類。轉(zhuǎn)軸承受彎矩和扭矩,是機(jī)械里最常見的。轉(zhuǎn)動(dòng)軸只承受扭矩沒有彎矩,心軸只承受彎矩沒有扭矩。脫殼機(jī)的工作軸主要承受蠶豆的阻礙力,屬于扭矩。刮板的負(fù)載很小可以忽略,因此此次的工作軸是轉(zhuǎn)動(dòng)軸。軸還可以分為值軸和曲軸,曲軸可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為往復(fù)的直線運(yùn)動(dòng)。直軸按外形分為階梯軸和光軸。直軸一般都是實(shí)心的。需要在軸里裝設(shè)其他零件或者減小軸的質(zhì)量時(shí),可以將軸制成空心的。空心軸的內(nèi)徑與外徑的比值通常為0.50到0.6之間,以保證軸的扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定性和剛度。同時(shí)軸還應(yīng)具有良好的制造工藝,便于批量化生產(chǎn)。軸的材料選用脫殼軸的載荷不大,根據(jù)圖3-5可選用45鋼,進(jìn)行熱處理和化學(xué)處理提高耐磨性和疲勞強(qiáng)度。45鋼的硬度和韌性都很好,價(jià)格便宜適用面廣,替換方便。表3-5軸的材料選用軸的轉(zhuǎn)動(dòng)速度軸的輸入功率軸的轉(zhuǎn)矩計(jì)算。3.3.1 軸的最小直徑的初步確定根據(jù)公式計(jì)算軸的最小直徑,查表選取,于是得 (3-14)在式中 脫殼機(jī)功率,; 轉(zhuǎn)動(dòng)軸轉(zhuǎn)速,。根據(jù)條件:,P=1.35,n=382.2代入(3-14)得,取d=16mm。3.3.2擬定軸上零件的裝配方案零件在軸上的位置要有準(zhǔn)確性,同時(shí)需要方便零件在軸上的安裝和拆卸圖3-4軸上零件安裝圖3.3.3軸的各段長度確定和定位(1)軸的定位先滿足V帶輪的安裝1為鍵槽,固定軸上的帶輪長度為22mm,軸的左端有螺紋孔安裝擋圈。為保證軸承的安裝1-2的距離為24.5mm,2-3段取32mm。(2)滾動(dòng)軸承的初步確定,此脫殼軸只承受徑向力,因此選擇深溝軸承。2-3段的D=22mm,選擇深溝球軸承6205。參數(shù)如表3-4 表3-6深溝球軸承6205基本參數(shù)6204基本尺寸安裝尺寸極限轉(zhuǎn)速DB脂潤滑油潤滑2552151314611200016000(3)4-5段為刮板架的安裝部位,刮板架的安裝寬度為,軸的直徑為。(4)軸承端蓋的外端與V帶輪的右方端面的距離是 ,以為軸承端蓋的厚度為20mm,2-3段的長度可以確定為60mm。(5)脫殼箱的厚度為,3-4的長度為40mm,。到此為止軸上的長度和定位已經(jīng)基本確定完畢。(6)軸上零件的周向固定軸與V帶輪采用的是平鍵連接,查機(jī)械設(shè)計(jì)可得長度取22mmV帶輪與軸的配合為,滾動(dòng)軸承在軸上的定位是通過過渡配合來確定的,此處選軸的直徑尺寸公差為。(7)軸上倒角和圓角的尺寸軸的端面倒角,各軸其他圓角半徑見零件圖3.3.4軸的強(qiáng)度校核扭矩的計(jì)算因?yàn)檩S的主要破壞來自扭矩,彎矩的破壞可以忽略不計(jì)。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為: (3-15)式中: 軸的扭轉(zhuǎn)截面系數(shù); 扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的切應(yīng)力,MPa; T 軸所受的扭矩,Nmm; n 軸的轉(zhuǎn)速,r/min; D 計(jì)算截面處軸的直徑,mm; P 在軸傳遞的功率,KW;許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力,MPa,見圖3-7表3-7軸的幾種常用材料的注:1.表中的是考慮了彎矩的影響降低了得許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力。 2.空心軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度為其中是空心軸的內(nèi)徑與外徑d之比,通常取=0.50.6圖可知軸是45鋼=25456.355 MPa滾動(dòng)軸承的使用壽命合格。3.4 刮板結(jié)構(gòu)刮板的作用是與蠶豆碰撞和擠壓,使蠶豆脫殼,是最重要機(jī)構(gòu)之一。刮板的安裝:為了更加牢固和穩(wěn)定的安裝刮板,同時(shí)方便拆卸,這里采用四鋼板十字交叉固定在旋轉(zhuǎn)筒架上。其結(jié)構(gòu)如圖3-8所示圖3-5刮板裝配圖刮板的材料選?。汗伟鍖⑴c蠶豆進(jìn)行擠壓碰撞,因此材料需要一定得強(qiáng)度和韌性??紤]到成本等多方面因素,這里選擇的材料是45號(hào)鋼。特種加工,刮板表面進(jìn)行滲碳1-1.5mm,熱化學(xué)處理,防止空氣中的水汽銹蝕,增加刮板的強(qiáng)度韌性。掛板的尺寸:長寬=500mm129mm,厚度8mm,數(shù)量4塊相同的鋼板。刮板的固定:刮板外緣距旋轉(zhuǎn)中心距離250mm。固定刮板的筒架內(nèi)徑為30mm,外徑120mm,刮板固定支架長度為140mm,截面尺寸40mm20mm,每塊刮板由兩根固定支架固定,兩者間采用M10螺栓聯(lián)接。3.5柵籠的設(shè)計(jì)半柵籠在機(jī)器中的作用是分離出未脫殼或者脫殼不徹底的蠶豆,使其進(jìn)行再次的脫殼作業(yè),脫殼成功的蠶豆會(huì)落下。其結(jié)構(gòu)如圖3-9所示。圖3-6柵條是利用兩塊墻板對(duì)兩端進(jìn)行固定的,墻板材料為HT200,柵條材料為20號(hào)鋼。柵條采用圓截面長條,長度為538mm,因?yàn)闀?huì)受到蠶豆的擠壓需要增加韌性和強(qiáng)度,需要對(duì)鋼條進(jìn)行特種加工,要求熱處理硬度HRC56-62,滲碳1-1.5mm。柵條在兩頭的箱體墻上有固定的凹槽,加緊柵籠。柵條間距為10mm,可以使脫殼成功的蠶豆仁順利通過,而未脫殼的不能通過。半柵籠的內(nèi)徑為。裝上柵條后還需對(duì)其進(jìn)行緊固加緊。3.6 箱體箱體的材料選用常用的價(jià)格比較低的HT200,使用鑄造成型方便批量生產(chǎn)。因?yàn)檩S系零件是脫殼機(jī)的核心部件,可能頻繁的安裝拆卸,部件的更換。因此將箱體做成剖分式,分為箱蓋和箱座。緊固零件采用普通的螺栓連接,便于維護(hù)更替。定位零件使用圓錐銷。3.7 殼仁分離裝置脫殼后的蠶豆會(huì)殼仁混合落下,并且分離到兩個(gè)通道里。另一個(gè)通道連接出料口在箱體下方,還有就是殼與仁的收集板,它同樣也安裝在箱體下方,稍重的仁會(huì)由此從上而下落入出料口。一個(gè)是連接鼓風(fēng)機(jī)的通道,因?yàn)闅け容^輕會(huì)被吹起與仁分離由此通道吹出。考慮到實(shí)際情況,風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)為可調(diào)節(jié),按情況調(diào)節(jié)風(fēng)的大小,避免殼仁分離不均勻,或者風(fēng)力過大將仁吹出。3.8 機(jī)架機(jī)架設(shè)計(jì)的要求:1、為了方便搬運(yùn)使用和降低成本,機(jī)架的重量應(yīng)當(dāng)盡可能輕,采用中空結(jié)構(gòu)。選用價(jià)格便宜的金屬材料。2、結(jié)構(gòu)應(yīng)使機(jī)架上的零部件安裝、調(diào)整、修理和更換都方便采用標(biāo)準(zhǔn)的螺紋鏈接;3、抗振性好,安放穩(wěn)定;4、耐腐蝕性、耐磨性好外殼進(jìn)行噴漆處理。整個(gè)機(jī)架采用L63636角鋼焊接而成。采用4腳機(jī)架,增加穩(wěn)定。采用普通螺栓聯(lián)接,方便拆卸和零件的更換。4.脫殼機(jī)的三維視圖脫殼軸小帶輪大帶輪箱蓋箱座柵籠料斗刮板蠶豆脫殼機(jī)裝配圖結(jié)論此次的設(shè)計(jì)涉及面十分廣闊,包括材料的選取,焊接技術(shù),零件的配合,動(dòng)力系統(tǒng)等等。設(shè)計(jì)主要針對(duì)了刮板的運(yùn)動(dòng)、V帶的傳動(dòng)機(jī)架的設(shè)計(jì),其中零件大多采用45號(hào)鋼制作,機(jī)架考慮到成本等選擇角鋼。設(shè)計(jì)過程中主要進(jìn)行了基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、參數(shù)的選擇與計(jì)算、傳動(dòng)功率計(jì)算等。調(diào)整桿進(jìn)料口用來調(diào)整排料口大小,軸承選用深溝球軸承6205,鼓風(fēng)機(jī)需要能調(diào)節(jié)風(fēng)量的大小保證殼仁的分離。采用V帶傳送因其運(yùn)行平穩(wěn),有緩沖吸震、維護(hù)方面等優(yōu)點(diǎn)。刮板采用螺栓連接保證了刮板的牢固和可更換。柵格的加入保證了為脫殼的蠶豆可以繼續(xù)反復(fù)脫殼,保證了脫殼率。此外,零件的替換,保修,安裝等也需要考慮。連接部位的防護(hù)和緊固也要考慮。對(duì)于蠶豆脫殼機(jī)的設(shè)計(jì)說明,將我大學(xué)所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了系統(tǒng)的聯(lián)系,提高了我對(duì)知識(shí)的運(yùn)用和連貫。在此次的設(shè)計(jì)里我還需要進(jìn)行綜合考慮,工作環(huán)境,成本,外觀,市場(chǎng)需求等。當(dāng)然此次設(shè)計(jì)只限于理論階段,實(shí)際的運(yùn)用可能仍然有許多不足需要改進(jìn)。致謝在這里我首先要感謝畢設(shè)指導(dǎo)老師3個(gè)月的細(xì)心指導(dǎo),不耐其煩的講解和督促,我才能順利的完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)。在4年的學(xué)習(xí)生活里,我學(xué)到了許多知識(shí),同樣也有許多的不足,是畢設(shè)指導(dǎo)老師的幫助下我才能將知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際的應(yīng)用中去。同樣我也要感謝學(xué)院的授課老師,在這4年的學(xué)習(xí)生活里,無私的傾囊相授,為我打下了知識(shí)的基礎(chǔ)。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅僅對(duì)大家所學(xué)知識(shí)進(jìn)行了一次檢測(cè),同樣讓我學(xué)會(huì)了學(xué)以致用。培養(yǎng)了我們自主學(xué)習(xí)和查找翻閱知識(shí)的能力。在以后的日子里,我將牢記教誨。更加努力將嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的態(tài)度帶到生活中去。參考文獻(xiàn)1 周瑞寶 蠶豆加工技術(shù) M 北京:化學(xué)工業(yè)出版社 2003.12 陳國定,吳立言,濮良貴,等機(jī)械設(shè)計(jì)M北京:高等教育出版社,20063 孟憲珍蠶豆脫殼機(jī)的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)J國外農(nóng)機(jī)。19804 尚書旗,劉曙光,王方燕蠶豆生產(chǎn)機(jī)械的應(yīng)用現(xiàn)狀與進(jìn)展分析J蠶豆學(xué)報(bào),2003,(增刊)5 張效鵬,張嘉玉蠶豆脫殼機(jī)的不同部件對(duì)蠶豆脫殼性能的影響J萊陽農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào),1990,7(1) 6 王延耀,張巖,尚書旗,等氣爆式蠶豆脫殼性能的試驗(yàn)研究J農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),1998,14(1)7 王智才我國農(nóng)機(jī)市場(chǎng)需求及發(fā)展前景J農(nóng)機(jī)質(zhì)量與監(jiān)督,2002,(5)8 成大先 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).第3卷 M 北京:化學(xué)工業(yè)出版社 2004.19 肖旭霖 食品機(jī)械與設(shè)備M 北京:科學(xué)出版社,200610 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社第一編輯室 中國食品工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匯編M 北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,200411 蘆書榮,張翠華,徐學(xué)忠,江曉明 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)M 成都:西南交通大學(xué)出版社 2014.212 濮良貴,紀(jì)名剛 機(jī)械設(shè)計(jì)M 北京:高等教育出版社,200113 成大先 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).單行本.機(jī)械傳動(dòng)M 北京:化學(xué)工業(yè)出版社 2004.114 陳秀寧.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)M.浙江:浙江大學(xué)出版社, 2012.15 陳于萍,周兆元互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)M北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.7.14Research on the Key Parameter of the Core Part on the Equipment for Peeling Off the Gingkos ShellJ. Shao Da Liu,Li Xue Zhu. Advanced Materials Research. 2011(197)15Optimizing the Performance of a Manually Operated Groundnut (Arachis hypogaea) DecorticatorJ. A. N. Gitau,P. Mboya,B. N. K. Njoroge,M. Mburu. Open Journal of Optimization. 2013(01)16The Computer Aided Design Intelligent Design System of Threshing Parts of Combined HarvesterJ. Fei Yu,Tian Yu Feng. Applied Mechanics and Materials. 2012(235) 可在網(wǎng)上www.sciencedirect.com科學(xué)指導(dǎo) 能源(2017)321Procedia 142 327第九應(yīng)用能源國際會(huì)議,ICAE 2017,21-2017年8月24日,英國加的夫風(fēng)振式能量收割機(jī)(WIFEH)建筑一體化的研究Angelo I. Aquinoa,*, John Kaiser Calautitb, Ben Richard Hughesa英國謝菲爾德大學(xué)機(jī)械工程系英國諾丁漢大學(xué)建筑與建筑環(huán)境系摘要在這個(gè)現(xiàn)代時(shí)代,低能設(shè)備無處不在,尤其是在考慮它們?cè)诮ㄖh(huán)境中的應(yīng)用時(shí)。本研究探討了建筑整合與能源整合的可能性。 風(fēng)力誘發(fā)顫振能收割機(jī)(WIFEH)的處理能力,這是一種微型發(fā)電機(jī),旨在為低功率應(yīng)用提供能源。本工作進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。 f風(fēng)洞內(nèi)的WIFEH模型和與WIFEH系統(tǒng)集成的建筑物的計(jì)算流體力學(xué)(CFD)模型研究。實(shí)驗(yàn)對(duì)不同風(fēng)作用下的WIFEH進(jìn)行了研究。 風(fēng)洞風(fēng)速在2.3至10米/秒之間變化,以測(cè)量設(shè)備的感應(yīng)電壓產(chǎn)生能力。的wifeh能夠產(chǎn)生3伏的電壓有效值、峰-峰值電壓 當(dāng)氣流為2.3 m/s時(shí),壽命為8.72 V,短路電流為1mA.。隨著風(fēng)速增加到5m/s,以及隨后的膜片保留,rms和峰值電壓也隨之增加。 短路電流也分別增加到4.88 V、18.2 V和3.75 mA。仿真中采用坡屋頂式建筑模型,從文獻(xiàn)中獲得的27間距。用于計(jì)算流體力學(xué) 將WIFEH集成到一座建筑中,由于該地區(qū)的流量最大化,建筑物屋頂?shù)捻敳慨a(chǎn)生了最高的功率輸出。這個(gè)位置專業(yè) 介紹了45進(jìn)近角下最大功率輸出,在裝置位置為6.2 m/s的加速風(fēng)作用下,估計(jì)產(chǎn)生了62.4 mW功率。的方法和結(jié)果 這項(xiàng)工作可有助于進(jìn)一步研究世界城市發(fā)展綜合方案在城市環(huán)境中的整合。2017年作者。由Elsevier有限公司出版。由第九國際應(yīng)用能源會(huì)議科學(xué)委員會(huì)負(fù)責(zé)的同行評(píng)審。關(guān)鍵詞:氣流;氣動(dòng)彈性顫振;建筑物;計(jì)算流體力學(xué);模擬;風(fēng);風(fēng)帶1. 介紹目前,建筑占發(fā)達(dá)國家總能耗的20-#number0#,超過了工業(yè)和運(yùn)輸部門的消費(fèi)1。最重要的進(jìn)步 發(fā)展風(fēng)能1876-6102。2017年作者。由Elsevier有限公司出版。由第九國際應(yīng)用能源會(huì)議科學(xué)委員會(huì)負(fù)責(zé)的同行評(píng)審。10.1016/j.egypro.2017.12.05 一322Angelo I.Aquino等人/能源程序142(2017)321-327在建筑物中收獲是顯而易見的-使發(fā)電廠更接近電力用戶。由于能源創(chuàng)造手段的共享和向公眾傳播,更高的能源效率 預(yù)計(jì),隨著對(duì)能源公司的依賴減少,碳足跡減少,經(jīng)濟(jì)得到全面刺激2。此外,分布式發(fā)電將成為一種新的發(fā)電方式。 減少電網(wǎng)的負(fù)荷,依賴柴油發(fā)電機(jī)(在停電時(shí))和輸電費(fèi)用。一種新的和正在出現(xiàn)的替代通常渦輪機(jī)是風(fēng)致顫振能收割機(jī)。在這個(gè)瞬息萬變的世界里,低能發(fā)電設(shè)備越來越受到人們的關(guān)注。 離子由于其與自助式微型設(shè)備和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的潛在集成,特別是在城市環(huán)境中。這些微型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的功率足以 聯(lián)合國發(fā)光二極管,獨(dú)立無線傳感器節(jié)點(diǎn)和小型液晶顯示器3-5。與以渦輪為基礎(chǔ)的發(fā)電機(jī)不同,WIFEH是一種小型、輕便、經(jīng)濟(jì)的直接混合器。 不需要任何齒輪、轉(zhuǎn)子或軸承的Sion能量收割機(jī)。風(fēng)向張緊的薄膜或帶周圍流動(dòng),使薄膜顫振,啟動(dòng)連接的永磁體。 相對(duì)于一組線圈振動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致電流在線圈中流動(dòng),從而產(chǎn)生電力6-8。2.文獻(xiàn)綜述與目標(biāo)在低能風(fēng)能治理方面,最開始的技術(shù)之一是被認(rèn)為是“顫振型”能源收割機(jī)。這些裝置可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的風(fēng)渦輪機(jī)。 由于沒有組件移動(dòng)部件,ES具有一定的優(yōu)勢(shì),從而降低了生產(chǎn)成本,延長了系統(tǒng)壽命。同樣重要的是要注意到基于顫振的風(fēng)力機(jī)。 Gy甚至可以設(shè)計(jì)成適應(yīng)高度波動(dòng)的風(fēng)速和變化方向9。為了提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)的使用壽命,人們對(duì)適合其規(guī)模的替代電源進(jìn)行了不斷的研究。WSN技術(shù) 目前部署在毫瓦和微波功率范圍10。對(duì)于小型能源收割機(jī)來說,這是一個(gè)吸引人和有利可圖的利基,尤其是w型。 e現(xiàn)被視為WIFEH。該風(fēng)力收割機(jī)利用氣動(dòng)彈性顫振將風(fēng)能中的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。本文討論了WIFEH能源治理潛力的評(píng)價(jià)問題。通過對(duì)收割機(jī)樣機(jī)的試驗(yàn)研究,對(duì)其進(jìn)行了評(píng)價(jià)。 內(nèi)部風(fēng)洞;和(Ii)通過CFD分析,有關(guān)外部條件和收割機(jī)位置對(duì)收割機(jī)發(fā)電能力的影響。實(shí)驗(yàn)分析將評(píng)估建造的 WIFEH樣機(jī)在不同風(fēng)洞風(fēng)速作用下的性能。cfd分析將研究各種外部條件和設(shè)備位置對(duì)性能的影響。 世界衛(wèi)生組織的成就。模擬將使用一個(gè)27度高的山墻屋頂式建筑模型11。大氣邊界層(ABL)流將用于模擬入射風(fēng)。3. WIFEH樣機(jī)風(fēng)洞試驗(yàn)運(yùn)行評(píng)價(jià)為了表征不同風(fēng)速對(duì)收割機(jī)性能的影響,在風(fēng)洞內(nèi)搭建了樣機(jī)并進(jìn)行了試驗(yàn)。樣機(jī)在風(fēng)洞風(fēng)洞中進(jìn)行了測(cè)試。 W速度,使測(cè)量RMS電壓,峰值電壓和短路電流產(chǎn)生的收割機(jī)響應(yīng)于不同的風(fēng)速。W的示意圖 ifeh是圖1)而顯示原型示意圖在圖1中描繪的定位是B)。在低速閉環(huán)風(fēng)管風(fēng)洞內(nèi),對(duì)單線圈、8層1.5 mm厚、10 mm直徑磁鐵的WIFEH原型進(jìn)行了初步試驗(yàn)研究。 詳見12。風(fēng)洞有一個(gè)尺寸為0.5、0.5和1米的試驗(yàn)段(見圖2)。風(fēng)洞中的流動(dòng)在試驗(yàn)測(cè)試之前就有了特征。 e試驗(yàn)段的不均勻性和湍流強(qiáng)度分別為0.6%和0.49%,符合推薦準(zhǔn)則12。Angelo I.Aquino等人/能源程序142(2017)321-327323為了進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,該系統(tǒng)連接到位于風(fēng)洞外的Tektronix TBS1052B數(shù)字存儲(chǔ)示波器。風(fēng)洞內(nèi)的風(fēng)速與風(fēng)洞m的風(fēng)速是不同的。 2.3 m/s至最大值為(I)8m/s,不進(jìn)行帶重扣;(Ii)10m/s,帶重新拉緊。應(yīng)該注意的是重新調(diào)整,皮帶的性能沒有改善超過8m/s。在不進(jìn)行膜保留的情況下,觀察到了自持續(xù)但不穩(wěn)定的振蕩,導(dǎo)致電壓信號(hào)不正常。 headings標(biāo)題( heading的名詞復(fù)數(shù) )Retensionera)FlutterFlutterCoil500 mmb)membraneMagnetFluttermembraneWIFEH prototype500 mm1000 m洞試驗(yàn)段原型圖1。一個(gè)示意圖)四(4線圈安排)wifeh B)一wifeh風(fēng)圖2。(一)的閉環(huán)風(fēng)洞側(cè)視圖(B)wifeh原型一個(gè)線圈配置顯示顫振運(yùn)動(dòng)在2.3米/秒電壓波形的相關(guān)屬性,如最大值、峰峰值、均方根(RMS)的電壓和頻率可以在示波器的7英寸WVGA TFT彩色顯示器即時(shí)觀察。該儀器有3%個(gè)垂直(電壓)測(cè)量精度,允許用戶看到所有信號(hào)的細(xì)節(jié)。測(cè)量了連續(xù)不間斷生產(chǎn)的波形在示波器的液晶顯示器顯示和記錄連接到示波器的USB存儲(chǔ)設(shè)備。用于風(fēng)洞試驗(yàn)的wifeh模型構(gòu)建部分使用3D打印。銅線用于制造導(dǎo)電線圈銅漆包線40號(hào)(標(biāo)準(zhǔn)線規(guī))直徑0.125毫米。圓形殼體三維使用HP Designjet 3D打印機(jī)打印。外殼外徑為54。阿曼達(dá)內(nèi)徑(孔直徑為12.5毫米),20毫米的間距和內(nèi)外厚度為12毫米的繞組線圈。大約2500匝的線圈產(chǎn)生線圈。線圈的內(nèi)阻測(cè)量為1150歐姆。相比之下,線圈用于設(shè)備中的傳感器從S. Frayne了38 AWG搪瓷線約25歐姆 13約150匝,電阻。交流電壓波形產(chǎn)生的wifeh系統(tǒng)在受到一個(gè)恒定的2.3米/秒的氣流是在圖3所示,這是一個(gè))形成了有規(guī)律的正弦波形。這第一次試驗(yàn)相當(dāng)于風(fēng)洞的初始和最小流速。測(cè)量為3 V RMS電壓的均方根電壓是可變電壓源如wifeh有效值。最大電壓讀數(shù)為3.84 V,峰值電壓為8.72 V。沒有事先保留膜,風(fēng)洞氣流速度增加到5米/秒,觀察和記錄,如圖3中B所示是再交流電壓信號(hào))。波形與前一種情況不一樣,我們可以觀察到鋸齒波信號(hào)與鋸齒波信號(hào)相似的更多轉(zhuǎn)折點(diǎn),信號(hào)的負(fù)峰值減小。5米/秒風(fēng)速記錄有效值為4.16 V,峰值至峰值18.4 V,最大值為8.8 V。324Angelo I. Aquino et al. / Energy Procedia 142 (2017) 321327該wifeh膜然后retensioned同時(shí)保持風(fēng)洞氣流速度為5米/秒的收割機(jī)系統(tǒng)當(dāng)進(jìn)行一個(gè)恒定的氣流再次被記錄的交流電壓波形。再次觀察到有小峰和主峰的正弦規(guī)律。這風(fēng)條件下,微型發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電壓4.88 V和9.20 V,最大峰峰值是18.2 V,如圖4所示的一個(gè))。圖3)的風(fēng)致顫振能量采集器的開路電壓(wifeh)無膜保留一個(gè))在2.3米/秒的流速B)在5米/秒的流速4的風(fēng)致顫振能量收割機(jī)開路電壓圖4(wifeh)膜保留5 m/s流速下1米/秒的氣流速度也有兩例增加:(I)和(II)不帶保留帶保留,從2.3米/秒的開路電壓和短路電流進(jìn)行每個(gè)增量后用數(shù)字萬用表,觀察??梢哉f,在不帶保留的最大開路電壓和短路電流均為6米/秒的氣流速度,超越有兩變量顯著下降。這是由于觀察到,除了氣流速度之外,與較低風(fēng)速的情況相比,傳送帶開始表現(xiàn)出不太穩(wěn)定的振蕩。這種不穩(wěn)定的顫振極大地影響了磁體線圈的相對(duì)動(dòng)態(tài)定位,從而影響了導(dǎo)線圈的感應(yīng)電壓和電流。因此,氣流速度和開路電壓或短路電流之間的關(guān)系沒有觀察到是線性的(見圖5)。However, with retensioning of the belt the linear relationship between airflow and voltage / current resume. 這種趨勢(shì)甚至持續(xù)到10米/秒的氣流速度。圖5電輸出性能的無保留wifeh不同流速下:(一)開路電壓短路電流(B)4.計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)的wifeh融入建筑的分析Angelo I.Aquino等人/能源程序142(2017)321-327325該wifeh集成到一個(gè)系統(tǒng)建設(shè)為藍(lán)本,通過ANSYS Fluent CFD模擬的氣流模式,在建筑內(nèi)部和周圍的能量收割機(jī)速度大小和分布。這是為了使能源收割機(jī)在整個(gè)過程中的位置優(yōu)化。各種建筑剖面。這項(xiàng)調(diào)查模擬了一個(gè)溫和的微風(fēng),這是第3類在博福特風(fēng)力規(guī)模。流采用標(biāo)準(zhǔn)k-湍流模型模擬,這是在建筑物周圍風(fēng) 11 流研究的一個(gè)行之有效的方法, 14 16 。圖6)顯示一側(cè)面橫截面計(jì)算域內(nèi)代表圍繞建設(shè)綜合wifeh氣流分布的速度分布。圖的左側(cè)顯示了米/秒氣流速度的刻度。流體域中的等高線圖是彩色編碼的,與CFD彩色地圖有關(guān),范圍從0到5.9米/秒。而在wifeh設(shè)備R1的速度分布的觀點(diǎn),R2和R3上的圖所示。結(jié)果表明,屋頂?shù)男螤詈徒嵌葘?duì)wifeh的性能有顯著的影響。在圖中,很清楚的是,在屋頂背風(fēng)處定位設(shè)備會(huì)導(dǎo)致由于這個(gè)地區(qū)風(fēng)速低而產(chǎn)生的能量很少。然而,應(yīng)該注意到,其他風(fēng)向角的情況并非如此,例如,風(fēng)向是相反的方向。因此,在建筑物安裝設(shè)備時(shí),位置測(cè)量、風(fēng)評(píng)估和詳細(xì)建模是非常重要的。在風(fēng)速(嗯)4.7米/秒和0風(fēng)向,R1中的氣流速度最高,而最低的是4.5米/ s的R2觀察wifeh位于屋頂?shù)闹醒?。圖6 B)顯示一個(gè)視圖截面計(jì)算域內(nèi)代表圍繞建設(shè)綜合wifeh氣流分布的速度分布。進(jìn)場(chǎng)風(fēng)廓線從該區(qū)域的右側(cè)進(jìn)入,氣流在接近建筑物時(shí)減慢,并在拐角處加速。而在wifeh設(shè)備F1-F3和S1-S3速度分布的觀點(diǎn)是在圖表頂部和右側(cè)所示。在風(fēng)速(嗯)4.7米/秒和0風(fēng)向,在F1和F3的氣流速度最高,而最低的是5.4m/s S2、F2觀察wifeh位于氣流回流區(qū)。圖7比較了位于三個(gè)位置F3、S3和R3的設(shè)備在各種室外風(fēng)速下的估計(jì)輸出。在這三個(gè)地點(diǎn)中,在30風(fēng)向下,R3的輸出量最高,介于2.5到15.2 V之間,而F3的輸出量最低。圖6。(a)建筑物B橫斷面?zhèn)让嬉晥D的速度幅度輪廓)建筑物的橫斷面俯視圖Estimated Power Output (mW)3002001000468F310室外風(fēng)速(米/秒)R3S3圖7。各種室外風(fēng)速的影響(嗯)對(duì)F3的位置wifeh估計(jì)輸出,S3和R3326Angelo I.Aquino等人/能源程序142(2017)321-3275. 結(jié)束風(fēng)致顫振能收割機(jī)具有成本低、模塊化好等優(yōu)點(diǎn),在建筑環(huán)境中具有很高的應(yīng)用價(jià)值。隨著氣流速度的增加,明渠的氣流速度也隨之增加- 由WIFEH產(chǎn)生的電路電壓和短路電流。用數(shù)字示波器觀測(cè)到正弦波電壓信號(hào),風(fēng)洞風(fēng)速為2.3 m/s。 5米/秒,皮帶重新固定。5m/s風(fēng)量時(shí),無帶扣帶時(shí),波形變差。記錄的有效電壓分別為3.0 V和4.88 V,最大值為o。 F分別為3.84 V和9.20 V,風(fēng)洞風(fēng)速分別為2.3 m/s和5m/s。在對(duì)WIFEH建筑位置的模擬方面,該建筑屋頂?shù)捻旤c(diǎn)提供了最大的功率產(chǎn)量,該位置的產(chǎn)量最大,45度的最高。 風(fēng)相對(duì)于建筑物的接近。因此,WIFEH裝置的優(yōu)化安裝可以優(yōu)先考慮建筑物的屋頂和后緣,以獲得最高的po。 可承受的發(fā)電,取決于風(fēng)的條件,而不是前沿或表面中心。對(duì)wifehs數(shù)組可以為進(jìn)一步擴(kuò)大潛在的系統(tǒng)組裝的可能性。結(jié)果說明使用詳細(xì)的CFD分析評(píng)價(jià)系統(tǒng)的意義 e及其周圍環(huán)境。詳細(xì)的速度分布結(jié)果表明,CFD能夠評(píng)價(jià)建筑物周圍設(shè)備的最佳定位。建模過程和 本工作提供的數(shù)據(jù)可供工程師和研究人員進(jìn)一步研究WIFEH在城市環(huán)境中的整合。感謝我們要感謝英國文化協(xié)會(huì)(DOST-Newton基金編號(hào)209559487)為這項(xiàng)研究提供的資金。參考1 Prez-Lombard,L.,Ortiz,J.和Pout,C.,“建筑物能耗信息回顧”,“能源與建筑”,第二卷。40,第3號(hào),第394-398頁,2008年。2 Toja-Silva,F(xiàn).,Lopez-Garcia,O.,Peralta,C.,Navarro,J.和Cruz,I.,“高層建筑建筑屋頂幾何結(jié)構(gòu)的經(jīng)驗(yàn)啟發(fā)式優(yōu)化, 應(yīng)用能源,第二卷。164,第769-794頁,2016年。3 胡永榮、張藝謀、徐、徐、林、L.、斯奈德、李玉良、王忠龍,“無線數(shù)據(jù)傳輸自力系統(tǒng)”,“納米通訊”,第二卷。11,第6號(hào),第2572-2577頁,2011年6月4 朱,G,楊,R,王,S,和王,Z.,“基于橫向ZnO納米線陣列的柔性高輸出納米發(fā)電機(jī)”,納米快報(bào),第一卷。10,第8號(hào),第3151-3155頁,2010年。5 胡永華、張藝謀、徐、徐、朱、G.、王振中等人,“合理單極組裝高輸出納米發(fā)電機(jī)及其在驅(qū)動(dòng)小型液晶顯示器中的應(yīng)用”,Nano Le;G.和Wang,Z.,“合理單極組裝的高輸出納米發(fā)電機(jī)及其在驅(qū)動(dòng)小型液晶顯示器中的應(yīng)用 泰特斯火山。10,第12號(hào),第50-25-5031頁,2010年。6 阿基諾,A.I.,卡拉蒂特,J.K.和休斯,B.R.,“將航空彈性帶與低能風(fēng)能治理的建筑環(huán)境相結(jié)合”,第209559487期,p.。10.7 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