清粮装置的性能可以用谷粒的清洁度课件

清粮装置的性能可以用谷粒清粮装置的性能可以用谷粒的清的清洁度度密封板阶梯板摇杆4曲柄连杆6上筛架传动轴连接销枝条筛连接销枝条筛上筛10下筛11吊杆12尾筛13调节板14杂余螺旋推运器15撑杆16滑推运器18双臂摇杆19风扇8.18.1 清清 选选 原原 理理 在在脱脱粒粒机机和和联联合合收收割割机机上上，需需在在脱脱粒粒后后进进行行清清粮粮；而而在在谷谷物物清清选选机机械械上上，则则需需要要对对谷谷粒粒进进行行精精选选和和分分级级（简简称称选选粮粮）。清清粮粮和和选选粮粮的的共共同同原原理理是是，利利用用清清选选对对象象各各组组成成部部分分之之间间物物理理机机械械性性质质的的差异而将它们分离开来。差异而将它们分离开来。8.1.18.1.1按照谷粒的空气动力特性进行分离按照谷粒的空气动力特性进行分离按照谷粒的空气动力特性进行分离按照谷粒的空气动力特性进行分离 应应用用气气流流清清选选时时，是是利利用用谷谷粒粒和和夹夹杂杂物物的的空空气气动动力力特特性性的的不不同同来来清清选选的的。物物体体的的空空气气动动力力特特性性可可以用飘浮速度以用飘浮速度v vp p或飘浮系数或飘浮系数k kp p来表示。来表示。1 1、飘浮速度、飘浮速度v vp p是指该物体在垂直气流作用下，当气流对物体的作用力等于该物体本身的重量而使物体保持漂浮是指该物体在垂直气流作用下，当气流对物体的作用力等于该物体本身的重量而使物体保持漂浮状态时气流速度。状态时气流速度。2 2、物体与气流相对运动时受到的作用力、物体与气流相对运动时受到的作用力3 3、在垂直气流的作用下谷粒的运动方程式为、在垂直气流的作用下谷粒的运动方程式为 当谷粒处于悬浮当谷粒处于悬浮状态时，状态时，a=0a=0 则则P P-G G=0 0，此时气流的速度等于飘浮速度，此时气流的速度等于飘浮速度v vp p。式。式(8-1)(8-1)可以写为可以写为令令称做飘浮系数，于是由式称做飘浮系数，于是由式(8-1)(8-1)得到在悬浮状态时气流对谷粒的作用力得到在悬浮状态时气流对谷粒的作用力上表给出了几种物料的漂浮速度，供设计时参考8.1.2 8.1.2 按照谷粒的尺寸特性进行分离按照谷粒的尺寸特性进行分离按照谷粒的尺寸特性进行分离按照谷粒的尺寸特性进行分离8.1.3 8.1.3 气流和筛子配合清气流和筛子配合清气流和筛子配合清气流和筛子配合清 选选选选 飘浮系数相同，尺寸不同，气流分不开；尺寸相同，飘浮系数不同，用筛子分不开。在脱粒机和飘浮系数相同，尺寸不同，气流分不开；尺寸相同，飘浮系数不同，用筛子分不开。在脱粒机和谷物联合收割机上，广泛采用气流与筛子配合清选。谷物联合收割机上，广泛采用气流与筛子配合清选。1 1、气流参数，使细小脱出物流动，、气流参数，使细小脱出物流动，v vw w使物料产生涡流的速度；使物料产生涡流的速度；2 2、振动参数，振幅、频率，、振动参数，振幅、频率，a a 筛子振幅的垂直分量；筛子振幅的垂直分量；3 3、k kq q 和和 k kz z 之间的关系之间的关系气流筛子式清粮装置的气流参数气流筛子式清粮装置的气流参数 k kq q和振动参数和振动参数k kz z的的关系曲线关系曲线 结论：结论：1 1、该曲线是用两种不同物料混合后，进行清选实验所得到的结果。它表示筛子分离时间为最短时，、该曲线是用两种不同物料混合后，进行清选实验所得到的结果。它表示筛子分离时间为最短时，气流参数与振动参数的最佳组合。每一点都对应一组最佳参数。气流参数与振动参数的最佳组合。每一点都对应一组最佳参数。2 2、试验表明，只有当气流和机械的作用力抵消了物料的重力而使物料处于疏松状态时，才能有最、试验表明，只有当气流和机械的作用力抵消了物料的重力而使物料处于疏松状态时，才能有最高的分离效率高的分离效率(即筛子分离时间最短即筛子分离时间最短)。3 3、曲曲线线还还表表明明振振动动参参数数k kz z与与气气流流参参数数k kq q是是可可以以互互相相补补偿偿的的。即即可可以以用用较较大大的的机机械械振振动动配配合合较较小小的的气流参数进行工作，或者用稍大的气流参数配合较小的机械振动参数工作。但选择要适当，气流参数进行工作，或者用稍大的气流参数配合较小的机械振动参数工作。但选择要适当，k kz z 振动加剧，噪声增大；振动加剧，噪声增大；k kq q 功耗功耗。8.2 8.2 清清清清 粮粮粮粮 装装装装 置置置置 图810联合收割机的清粮装置密封板阶梯板摇杆4曲柄连杆6上筛架传动轴连接销枝条筛上筛10下筛11吊杆12尾筛13调节板14杂余螺旋推运器15撑杆16滑板17谷粒螺旋推运器18双臂摇杆19风扇8.2.2 8.2.2 清粮装置的工作状况清粮装置的工作状况清粮装置的工作状况清粮装置的工作状况全喂入联合收割机清粮装置加工的细小脱出物来源于三个方面：全喂入联合收割机清粮装置加工的细小脱出物来源于三个方面：全喂入联合收割机清粮装置加工的细小脱出物来源于三个方面：全喂入联合收割机清粮装置加工的细小脱出物来源于三个方面：1 1、凹板及其延长部分分离出的混杂物；、凹板及其延长部分分离出的混杂物；、凹板及其延长部分分离出的混杂物；、凹板及其延长部分分离出的混杂物；2 2、从逐稿器分离下来的混杂物；、从逐稿器分离下来的混杂物；、从逐稿器分离下来的混杂物；、从逐稿器分离下来的混杂物；3 3、回收的杂余。、回收的杂余。、回收的杂余。、回收的杂余。三项指标：清粮装置的性能可以用谷粒的清洁度、谷粒损失和清粮装置的回收三项指标来衡量。三项指标：清粮装置的性能可以用谷粒的清洁度、谷粒损失和清粮装置的回收三项指标来衡量。三项指标：清粮装置的性能可以用谷粒的清洁度、谷粒损失和清粮装置的回收三项指标来衡量。三项指标：清粮装置的性能可以用谷粒的清洁度、谷粒损失和清粮装置的回收三项指标来衡量。谷粒损失谷粒损失谷粒损失谷粒损失 ；吹出，跳出；吹出，跳出；吹出，跳出；吹出，跳出 ，夹带出；，夹带出；，夹带出；，夹带出；清粮装置的物料来源8.2.2.1 8.2.2.1 清粮装置加工物料的成分清粮装置加工物料的成分清粮装置加工物料的成分清粮装置加工物料的成分 1 1、凹板及其延长部分分离的谷粒为、凹板及其延长部分分离的谷粒为70709090，其中混有，其中混有15153535的短茎秆、颖壳等混杂物；的短茎秆、颖壳等混杂物；2 2、逐稿器分离的谷粒有逐稿器分离的谷粒有10103030返回到清粮装置，混有返回到清粮装置，混有10102525短茎秆、颖壳等混杂物。短茎秆、颖壳等混杂物。3 3、回收的杂余约为、回收的杂余约为2 2，多数为谷粒，而未脱穗只占回收杂余量的，多数为谷粒，而未脱穗只占回收杂余量的2 2左右。左右。清粮装置实际上要处理全部谷粒和清粮装置实际上要处理全部谷粒和25256060的短茎秆、颖壳等混杂物。的短茎秆、颖壳等混杂物。进入清粮装置的物料重量的比例是：谷粒进入清粮装置的物料重量的比例是：谷粒8585，茎秆、颖壳各占，茎秆、颖壳各占7 75 5。进入清粮装置物料约占。进入清粮装置物料约占机器总喂入量的一半左右。机器总喂入量的一半左右。由图可见，清由图可见，清粮装置内茎秆、粮装置内茎秆、颖壳与谷粒的颖壳与谷粒的重量比，即重量比，即(茎秆茎秆+颖壳颖壳)谷粒，在干燥谷粒，在干燥条件下为条件下为0.60.6，到含水量在到含水量在2525条件下为条件下为0.10.1，在设计清粮装置时应充分考虑到这一变化特点。，在设计清粮装置时应充分考虑到这一变化特点。8.2.2.2 8.2.2.2 清粮装置的谷粒损失清粮装置的谷粒损失清粮装置的谷粒损失清粮装置的谷粒损失包括：包括：吹出、跳出、吹出、跳出、夹带。谷粒损夹带。谷粒损失随着茎秆、失随着茎秆、颖壳总喂入量颖壳总喂入量的增加而呈指的增加而呈指数曲线地增加。数曲线地增加。8.2.2.3 8.2.2.3 清粮装置的清选规律清粮装置的清选规律清粮装置的清选规律清粮装置的清选规律室内实验的结果如图。把筛子分为室内实验的结果如图。把筛子分为5 5段，每段段，每段200mm,200mm,杂余收杂余收集在第集在第6 6段段筛下物的分布曲线表明，头几个筛段内，筛下了绝大部分物料，和逐稿器分离规律相似。负荷大，筛下物的分布曲线表明，头几个筛段内，筛下了绝大部分物料，和逐稿器分离规律相似。负荷大，损失多，杂余很少。损失多，杂余很少。8.2.2.4 8.2.2.4 气流与筛子的配合气流与筛子的配合气流与筛子的配合气流与筛子的配合 风筛配合的清粮装置靠气流将细小夹杂物吹走，而其余夹杂物靠筛子清除。根据试验研究，气流风筛配合的清粮装置靠气流将细小夹杂物吹走，而其余夹杂物靠筛子清除。根据试验研究，气流在筛面入口处要有在筛面入口处要有7 78m8ms s的速度才能将混合物吹散，将细小夹杂物吹走，不太饱满的籽粒会被的速度才能将混合物吹散，将细小夹杂物吹走，不太饱满的籽粒会被吹到筛子中部或尾部而不致吹出机外。吹到筛子中部或尾部而不致吹出机外。气流吹送方向与筛面夹角气流吹送方向与筛面夹角=25=253030，也有的达，也有的达30304040。扩散角。扩散角=12=121616，风扇出风道吹到筛面的长度范围为筛子全长的风扇出风道吹到筛面的长度范围为筛子全长的0.40.40.60.6，但是，有的机器气流方向较陡，吹到筛面，但是，有的机器气流方向较陡，吹到筛面的长度仅为筛子全长的的长度仅为筛子全长的0.20.2。气流通道的形状应是逐渐扩大的，这样才能保证筛面从前到后有一个。气流通道的形状应是逐渐扩大的，这样才能保证筛面从前到后有一个逐渐下降的风速分布。逐渐下降的风速分布。筛面尾部的风速要筛面尾部的风速要 颖糠的漂浮速度，保证颖糠从筛子尾部顺利排出，以免颖糠混入粮中，降低粮颖糠的漂浮速度，保证颖糠从筛子尾部顺利排出，以免颖糠混入粮中，降低粮食的清洁度。食的清洁度。8.3 8.3 筛子的尺寸和传动机构筛子的尺寸和传动机构筛子的尺寸和传动机构筛子的尺寸和传动机构设计筛子时，需要选择筛子的类型和尺寸，并且确定其运动参数和传动机构。设计筛子时，需要选择筛子的类型和尺寸，并且确定其运动参数和传动机构。8.3.1 8.3.1 筛子的尺寸筛子的尺寸筛子的尺寸筛子的尺寸 (长长长长 宽）宽）宽）宽）8.3.1.18.3.1.1宽度宽度1 1 由生产率确定由生产率确定 茎秆部分占谷物总重量的百分比茎秆部分占谷物总重量的百分比(%)(%)；k k 排出茎秆状况系数，切流滚筒排出茎秆状况系数，切流滚筒k=0.6k=0.60.90.9；q q 0 0 每米宽筛子的允许负荷每米宽筛子的允许负荷(kg(kgs s m)m)。q q 0 0=1.01.2kg1.01.2kgs s m.m.2 2 取决于逐稿器的宽度取决于逐稿器的宽度B B z z，B B s s=(0.9=(0.90.95)0.95)B B z z。8.3.1.2 8.3.1.2 长度长度长度长度保证对脱出物有足够的清选时间，以减少谷粒损失。保证对脱出物有足够的清选时间，以减少谷粒损失。上筛：上筛：7007001200mm1200mm，多为，多为8008001000mm1000mm范围内。范围内。下筛：负荷较小，可适当地缩短尺寸。下筛：负荷较小，可适当地缩短尺寸。JD-7700JD-7700上筛：上筛：1540mm,1540mm,下筛：下筛：1170mm1170mm。8.3.1.3 8.3.1.3 面积决定法面积决定法面积决定法面积决定法q q 0 0每平方米筛面所允许的负荷，对于联合收割机可取每平方米筛面所允许的负荷，对于联合收割机可取1.51.52.5kg/(s2.5kg/(s mm2 2)。8.3.2 8.3.2 平面筛子的运动分析平面筛子的运动分析平面筛子的运动分析平面筛子的运动分析 8.3.2.1 8.3.2.1 结构特点结构特点结构特点结构特点筛子通过两对吊筛子通过两对吊(撑撑)杆吊挂杆吊挂(或支撑或支撑)在机架在机架 上，组成双摇杆机构，由曲柄连杆机构驱动。上，组成双摇杆机构，由曲柄连杆机构驱动。当曲柄旋转时，筛子前后摆动。当曲柄旋转时，筛子前后摆动。筛子运动分析简图a)脱出物沿筛面向前滑时的受力情况b)脱出物沿筛面向后滑时的受力情况1 1 为了增长清选时间，筛子安装时与水平成一不大的倾角为了增长清选时间，筛子安装时与水平成一不大的倾角(前低后高前低后高)。一般。一般 =1=133，个别，个别机器上有机器上有7788的。的。2 2 筛子的振动方向筛子的振动方向(沿沿x x轴轴)与水平面之间的夹角，称为振动方向角与水平面之间的夹角，称为振动方向角。其实际振动方向是随。其实际振动方向是随t t 改变改变而改变的，为分析方便，我们假定而改变的，为分析方便，我们假定 就是振动方向角就是振动方向角，=12=122525。3 3 由于连杆是二力杆，连杆所处的方向就是筛子受力的方向。筛面上脱出物质由于连杆是二力杆，连杆所处的方向就是筛子受力的方向。筛面上脱出物质点所受的力可分解为一个水平分力和一个垂直分力。垂直分力可产生垂直加速度，将脱出物抖松，点所受的力可分解为一个水平分力和一个垂直分力。垂直分力可产生垂直加速度，将脱出物抖松，而水平分力则使脱出物沿筛面移动。而水平分力则使脱出物沿筛面移动。8.3.2.2 8.3.2.2 几点假设几点假设几点假设几点假设1 1、吊、吊(撑撑)杆杆 等长，将筛子的摆动简化为平动；等长，将筛子的摆动简化为平动；2 2、筛子不受气流作用；、筛子不受气流作用；3 3、由于、由于 r r l,l,将筛子的运动简化为简谐振动；将筛子的运动简化为简谐振动；4、曲柄在前下方和OO1重合时作为筛子的位移和时间的起始相位。以O为原点，OO1为x 轴，筛子的运动简化为曲柄销的运动。则筛子的位移、速度和加速度与时间的关系为脱出物质点的运动情况分析脱出物质点的运动情况分析8.3.2.3 8.3.2.3 前滑条件前滑条件前滑条件前滑条件从中间向两端是减速运动，从两端回中间是加速运动。从中间向两端是减速运动，从两端回中间是加速运动。u u 和和 a a方向相反。方向相反。在在、象限，惯性力为负值（向左），质点有前滑趋势。这时质点所受的力有重力象限，惯性力为负值（向左），质点有前滑趋势。这时质点所受的力有重力mgmg、筛面反力、筛面反力N N、摩擦力摩擦力F F、惯性力、惯性力u u。根据动态静力学的分析方法，将惯性力加于脱出物上，和作用在谷粒上。根据动态静力学的分析方法，将惯性力加于脱出物上，和作用在谷粒上的其他外力一起考虑的其他外力一起考虑。坐标系：以坐标系：以MM为原点，筛面为为原点，筛面为x x 轴，筛面发线方向为轴，筛面发线方向为 y y 轴。根据力平衡原理可得轴。根据力平衡原理可得式中式中 u u 惯性力，惯性力，；F F 摩擦力，摩擦力，；N N 法向反力，法向反力，脱出物和筛面的摩擦角。脱出物和筛面的摩擦角。将将u u和和F F值代入后得值代入后得 移项得两边同乘cos因为cost 1，欲使脱出物向前滑动，必须使筛子运动的加速度比保持下列条件K1称为筛子运动的加速度比。8.3.2.4 8.3.2.4 后滑条件后滑条件后滑条件后滑条件在在、象限，惯性力为正值（向右），质点有后滑趋势。这时质点所受的力有重力象限，惯性力为正值（向右），质点有后滑趋势。这时质点所受的力有重力mgmg、筛面反、筛面反力力N N、摩擦力摩擦力F F、惯性力、惯性力u u。摩擦力。摩擦力F F 向前。向前。式中u 惯性力，；F 摩擦力，；N 法向反力，脱出物和筛面的摩擦角。将u和F值代入后得移项得因为cost 1，欲使脱出物向后滑动，必须使筛子运动的加速度比保持下列条件8.3.2.5 抛起条件抛起条件在后滑的条件下，若u,N ,当u 增加到一定值时，到一定值时，N N 就可能等于零，质点抛离筛面。即就可能等于零，质点抛离筛面。即因因coscost t 1,1,所以所以8.3.2.6 8.3.2.6 参数选择参数选择参数选择参数选择从以上分析可以看出，脱出物在筛面上的运动情况主要取决于从以上分析可以看出，脱出物在筛面上的运动情况主要取决于K K值。值。为提高生产率必须为提高生产率必须1 1 谷粒只有滑动才有可能落入筛孔；谷粒只有滑动才有可能落入筛孔；2 2 为使谷粒有更多的机会落入筛孔，应保证脱出物即能前滑，又能后滑；为使谷粒有更多的机会落入筛孔，应保证脱出物即能前滑，又能后滑；3 3 避免脱出物抛离筛面。所以避免脱出物抛离筛面。所以在不抛起的条件下，为使谷粒减少、甚至消除静止阶段，可将在不抛起的条件下，为使谷粒减少、甚至消除静止阶段，可将K K值适当提高值适当提高,但也不可过大，否则但也不可过大，否则v vj j ，会使谷粒飞越筛孔，反而降低生产率。，会使谷粒飞越筛孔，反而降低生产率。8.3.2.7 8.3.2.7 局限性局限性局限性局限性1 1 我们分析质点运动时，没有考虑群体之间的相互作用；我们分析质点运动时，没有考虑群体之间的相互作用；2 2 没有考虑气流的配合作用。没有考虑气流的配合作用。所以设计筛子时，多采用实验（台架、田间）方法或参照现有机器采用类比设计法。当然也可以所以设计筛子时，多采用实验（台架、田间）方法或参照现有机器采用类比设计法。当然也可以建立更复杂的数学模型，采用计算机仿真的方法设计，但最后还要通过实验。建立更复杂的数学模型，采用计算机仿真的方法设计，但最后还要通过实验。目前目前r=2330mm,K=2.22.3,r=2330mm,K=2.22.3,n=230300r/min.n=230300r/min.8.3.3 8.3.3 筛子传动机构的设计筛子传动机构的设计筛子传动机构的设计筛子传动机构的设计1 1 各杆的相互位置；各杆的相互位置；2 2 各杆的具体尺寸。各杆的具体尺寸。8.3.3.1 8.3.3.1 筛子传动机构的设计要求筛子传动机构的设计要求筛子传动机构的设计要求筛子传动机构的设计要求1 1 水平振幅和垂直振幅，上筛水平振幅和垂直振幅，上筛下筛；下筛；2 2 振动方向角，上筛振动方向角，上筛下筛；下筛；3 3 当筛子的向后行程终了时，筛面处于其最高位置。这样，当筛面上脱出物的惯性力当筛子的向后行程终了时，筛面处于其最高位置。这样，当筛面上脱出物的惯性力u u向后时有向后时有垂直向上的分量垂直向上的分量，摩擦力，摩擦力F F减小，混杂物易于向后移动；而当惯性力向前时，其垂直分量向下，减小，混杂物易于向后移动；而当惯性力向前时，其垂直分量向下，谷粒易于通过筛孔。谷粒易于通过筛孔。4 4 上、下筛振动方向相反，有利于惯性力平衡。上、下筛振动方向相反，有利于惯性力平衡。8.3.3.2 8.3.3.2 筛子传动机构的设计筛子传动机构的设计筛子传动机构的设计筛子传动机构的设计已知：已知：已知：已知：上筛上筛 B B 点水平振幅点水平振幅 x xB B 和垂直振幅和垂直振幅 y yB B，下筛下筛 C C 点水平振幅点水平振幅 x xC C 和垂直振幅和垂直振幅 y yC C，曲柄曲柄 安装位置安装位置O O。求：各杆件的尺寸。求：各杆件的尺寸。1 1 求振动方向角求振动方向角 B B 和和 C C如已知：如已知：x xB B=55mm55mm,y yB B=25mm,=25mm,x xC C =35mm35mm,y yC C=7mm,=7mm,2 2 作图作图 任取一点任取一点C C11(下筛摇杆端点的前极限位置），下筛摇杆端点的前极限位置），过过C C1 1点引铅垂线点引铅垂线C C1 1P P；图821筛子传动机构的设计 根据根据x xC C 和和y yC C 在在C C1 1点右上方定出摇杆端点的后极限位置点右上方定出摇杆端点的后极限位置C C2 2。连。连C C1 1、C C2 2，作，作C C1 1 C C2 2的垂直平分线，的垂直平分线，和铅垂线交于和铅垂线交于O O1 1点，点，O O1 1点即为摇杆的回转中心，点即为摇杆的回转中心，O O1 1C C1 1=O O2 2 C C2 2为下筛摇杆长度。为下筛摇杆长度。O O1 1C C1 1 和和O O2 2 C C2 2的夹的夹角为角为 =2=2 c c。以以O O1 1点为顶点，以点为顶点，以O O1 1P P为始边，作角为始边，作角 POPO1 1H H等于等于 B B；以以O O1 1H H为始边，作为始边，作 HHO O1 1 B B1 1 =HHO O1 1 B B2 2 =cc B B(摇杆只能有一个摆角）。摇杆只能有一个摆角）。在距在距O O1 1H H为为 a/a/2 2（a a2 2=)处处,两侧各作一条两侧各作一条O O1 1H H的平行线，分别交于的平行线，分别交于B B1 1和和B B2 2点，则点，则B B1 1和和B B2 2即为上摇臂端点的两个极限位置。即为上摇臂端点的两个极限位置。确定曲柄回转中心确定曲柄回转中心 设设O O为曲柄回转中心为曲柄回转中心，连接，连接OBOB1 1和和OBOB2 2，则由图可得，则由图可得 OBOB11=L L+r rOBOB22=L L-r r连杆长度连杆长度曲柄半径曲柄半径 为了传动省力，曲柄在不同位置时，应尽可能使连杆和摇杆保持垂直。如总体配置不允许，当位为了传动省力，曲柄在不同位置时，应尽可能使连杆和摇杆保持垂直。如总体配置不允许，当位于两极限位置时，其于两极限位置时，其夹角不能小于夹角不能小于5050，否则会自锁或拉断连杆。，否则会自锁或拉断连杆。筛子在中心位置时，后摇杆筛子在中心位置时，后摇杆EDED和和FGFG基本上与前摇秆基本上与前摇秆O O1 1C C1 1和和O O1 1B B1 1平行。后摇杆的长度，可根据平行。后摇杆的长度，可根据机器的总体配置来选。当装有逐稿器时，机器的总体配置来选。当装有逐稿器时，需要指出，以上作图法并不能全部概括筛子传动机构的设计，在实践中，往往需要参考现有需要指出，以上作图法并不能全部概括筛子传动机构的设计，在实践中，往往需要参考现有的机器进行分析和对比，最后还要经过台架实验和田间实验。的机器进行分析和对比，最后还要经过台架实验和田间实验。8.48.4 风扇的基本理论风扇的基本理论风扇的基本理论风扇的基本理论 引言：风扇也叫风机。可用来通风、鼓风、气流输送等。凡是利用气流作为工作介质或动力的行引言：风扇也叫风机。可用来通风、鼓风、气流输送等。凡是利用气流作为工作介质或动力的行业都少不了风机。业都少不了风机。农机用风扇进行清选、输送、喷粉、播种、干燥等。农机用风扇进行清选、输送、喷粉、播种、干燥等。图812清选风扇简图类型：类型：1.1.按工作压力分：按工作压力分：1 1 低压风扇低压风扇HH980980PaPa；（；（100mm100mm水柱）水柱）2 2 中压风扇中压风扇H=H=1960196029402940PaPa；(200300mm(200300mm水柱）水柱）3 3 高压风扇高压风扇H=H=2.942.9414.714.7KPaKPa；(3001500mm(3001500mm水柱）水柱）2.2.按工作原理分：按工作原理分：1 1 离心风机；离心风机；2 2 轴流风机。轴流风机。由于农业机械上广泛应用的是离心式风扇，本节仅讨论离心风扇的基本理论和设计。由于农业机械上广泛应用的是离心式风扇，本节仅讨论离心风扇的基本理论和设计。8.4.1 8.4.1 离心风扇的工作原理和基本方程式离心风扇的工作原理和基本方程式离心风扇的工作原理和基本方程式离心风扇的工作原理和基本方程式 8.4.1.18.4.1.1工作原理工作原理工作原理工作原理叶轮内的空气和叶轮一起旋转，在离心力的作用下，被排出壳外。叶轮中心产生真空度，大气压叶轮内的空气和叶轮一起旋转，在离心力的作用下，被排出壳外。叶轮中心产生真空度，大气压又把空气压入叶轮。于是就建立了离心风扇的连续工作过程。又把空气压入叶轮。于是就建立了离心风扇的连续工作过程。8.4.1.28.4.1.2风扇的基本方程式风扇的基本方程式风扇的基本方程式风扇的基本方程式（欧拉方程式）（欧拉方程式）从能量角度来讲，风扇和液压泵一样也是一台能量转换装置。它把皮带输入从能量角度来讲，风扇和液压泵一样也是一台能量转换装置。它把皮带输入的机械能转变成空气的动压能和静压能。风扇的基本方程式就是用来描绘这种能量转换过程的方的机械能转变成空气的动压能和静压能。风扇的基本方程式就是用来描绘这种能量转换过程的方程。程。图示为气流通过风扇叶轮时的情况图示为气流通过风扇叶轮时的情况，大圆，大圆为叶片外端的回转圆，半径为为叶片外端的回转圆，半径为R R2 2；小圆为叶片内缘的回转圆，半径为；小圆为叶片内缘的回转圆，半径为R R1 1。曲线为一叶片，其它叶。曲线为一叶片，其它叶片省略。叶轮以片省略。叶轮以 方向旋转时，叶轮外缘方向旋转时，叶轮外缘A A 的速度为切向（牵连速度），用的速度为切向（牵连速度），用u u2 2来表示。空气沿来表示。空气沿叶片表面运动的速度（相对速度）用叶片表面运动的速度（相对速度）用WW2 2来表示。空气的绝对速度是来表示。空气的绝对速度是u u2 2和和WW2 2的合成，用的合成，用v v2 2来来表示。表示。v v2 2到叶轮到叶轮中心中心O O的垂直距的垂直距离为离为l l22，v v2 2和和u u2 2的夹角为的夹角为 22，叶叶片的安装角为片的安装角为 22，空气进入叶空气进入叶轮时的绝对速度轮时的绝对速度为为v v1 1，v v1 1到叶轮中到叶轮中心心O O的垂直距离的垂直距离图8-22风扇工作的示意图为为l l1 1，v v1 1和和u u1 1的夹角为的夹角为 1 1。设：设：mm每秒钟通过风扇的空气质量；每秒钟通过风扇的空气质量；Q Q 每秒钟通过风扇的空气体积，称为风扇的流量；每秒钟通过风扇的空气体积，称为风扇的流量；空气的容重；空气的容重；求动量矩求动量矩入口入口出口出口动量矩的变化动量矩的变化动量矩的变化，等于外界施加的力矩。动量矩的变化，等于外界施加的力矩。风扇消耗的功率风扇消耗的功率 由于由于 每立方米空气所获得的能量每立方米空气所获得的能量(压力压力)为为 由于空气是近于径向进入风扇的，速度由于空气是近于径向进入风扇的，速度v v1 1和和u u1 1间的夹角间的夹角 1 19090，于是，于是 此式称为风扇的基本方程式，它仅表示风扇产生的理论压力，实际压力为此式称为风扇的基本方程式，它仅表示风扇产生的理论压力，实际压力为 风风扇扇的的效效率率，随随风风扇扇流流量量Q Q的的不不同同而而改改变变，而而且且与与制制造造质质量量有有关关。在在农农业业机机械械上上，风风扇扇的的效效率率 为为0.450.450.600.60。8.4.1.38.4.1.3压力系数压力系数压力系数压力系数如果令如果令 则则 压压力力系系数数，是是一一个个无无因因次次参参数数。可可以以认认为为是是气气流流全全压压与与速速度度为为u u2 2的的假假想想气气流流的的动动压压之之比比。引入引入 后，后，p p和和u u2 2成正比很直观。成正比很直观。8.4.1.48.4.1.4风压的影响因素风压的影响因素风压的影响因素风压的影响因素风压和流量具有一定的关系。为了说明流量，转速和叶片形状对风压的影响，我们分析一下速度风压和流量具有一定的关系。为了说明流量，转速和叶片形状对风压的影响，我们分析一下速度三角形三角形。2 2叶片外端切线与圆周速度负方向的夹角，称为叶片的安装角。叶片外端切线与圆周速度负方向的夹角，称为叶片的安装角。所以，理论压力方程式所以，理论压力方程式 可改写为可改写为 可以看出：可以看出：1)1)理论风压理论风压p pl l随叶轮外圆切线速度随叶轮外圆切线速度u u2 2的增加而增加，即随叶轮直径的增加而增加，即随叶轮直径D D及转速及转速n n的增加而的增加而增加。增加。2)2)由于上式有角度由于上式有角度 22，所以叶片的几何形状对理论风压，所以叶片的几何形状对理论风压p pl l也有影响。如图所示，相对于叶轮的旋也有影响。如图所示，相对于叶轮的旋转方向，转方向，后弯叶片后弯叶片径向叶片径向叶片图18-23风扇叶片的形状a)后弯叶片b)径向叶片c)前弯叶片前弯叶片前弯叶片 可可见见，2 2增增大大，理理论论风风压压p pl l增增加加。前前弯弯的的叶叶片片所所产产生生的的p pl l最最大大，多多应应用用于于中中压压及及高高压压风风扇扇。后后弯弯风风压压较较低低，但但叶叶片片对对气气流流的的引引导导比比较较好好，涡涡流流损损失失少少，效效率率较较高高。因因此此，在在低低压压风风扇扇和和水水泵泵中中，多多采采用用向向后后弯弯的的叶叶片片。收收获获机机械械清清选选风风扇扇，为为便便于于生生产产，采采用用后后倾倾直直叶叶片片，效效率率低低于于后后弯弯叶叶片片，但但高于高于b b、c c两种。两种。3 3）空气的理论流量）空气的理论流量Q Ql l对理论风压对理论风压p pl l的影响的影响理论流量理论流量Q Ql l：叶轮外圆处气流绝对速度：叶轮外圆处气流绝对速度v v2 2其径向分量其径向分量v v2r2r，Q Ql l 可假想为整个叶轮圆周都以可假想为整个叶轮圆周都以v v2r2r的速度的速度向外排风的排量。向外排风的排量。式中式中 b b为叶轮的宽度为叶轮的宽度令令则则 流流量量系系数数，是是一一个个无无因因次次系系数数，可可以以认认为为是是实实际际空空气气的的流流量量与与以以假假想想速速度度u u2 2通通过过孔孔径径为为D D2 2的气流流量之比。的气流流量之比。将上式代入式将上式代入式得得 风扇的理论特性曲线：在不同的风扇的理论特性曲线：在不同的Q Ql l时，理论风压时，理论风压p pl l将不同。将二者的关系绘制出来，即得风扇将不同。将二者的关系绘制出来，即得风扇的理论的理论特性曲特性曲线线。风扇的理论特性曲线 8.4.2 8.4.2 风扇的特性曲线风扇的特性曲线风扇的特性曲线风扇的特性曲线 风扇实际工作时风扇实际工作时 p p p pl l，QQQ Ql l。主要原因是，涡流损失、冲击损失、摩擦损失。另外，理论推导。主要原因是，涡流损失、冲击损失、摩擦损失。另外，理论推导是建立在叶片数无限的基础上，实际的风扇叶片数是有限的。各项损失是非线性的，计算复杂而是建立在叶片数无限的基础上，实际的风扇叶片数是有限的。各项损失是非线性的，计算复杂而不准确，各参数一般用试验的方法来测定。不准确，各参数一般用试验的方法来测定。8.4.2.1 8.4.2.1 风扇的有因次特性曲线风扇的有因次特性曲线风扇的有因次特性曲线风扇的有因次特性曲线让让风风扇扇的的转转速速n n保保持持不不变变，改改变变风风扇扇流流量量Q Q，测测定定风风压压p p(动动压压p pd d和和静静压压p ps s)，功功率率N N和和效效率率等等随随Q Q变变化的曲线，称为风扇的有因次特性曲线化的曲线，称为风扇的有因次特性曲线(各参数是有单位的各参数是有单位的)。风扇的特性曲线是风扇的固有特性，对于同一风扇来讲，特性曲线是不变的，由厂商提供。联合收割机清粮装置风扇的有因次特性曲线(n=725rmin)风扇风扇的工作点，要看风扇的具体使用情况风扇风扇的工作点，要看风扇的具体使用情况(外部管道阻力情况外部管道阻力情况)。风风扇扇的的有有因因次次特特性性曲曲线线，主主要要用用来来选选风风扇扇，p pQ Q曲曲线线比比较较平平坦坦的的风风扇扇，适适用用于于流流量量变变化化范范围围较较大大而而要要求求压压力力变变化化较较小小的的场场合合，而而p pQ Q曲曲线线较较陡陡的的，适适用用于于压压力力变变化化较较大大而而不不允允许许流流量量变变化化太太大大的的场场合合。选选用用风风扇扇时时，最最好好使使其其工工作作区区域域在在效效率率 的的最最大大值值附附近近。切切记记不不要要按按p pmaxmax和和 Q Qmaxmax来来选风扇选风扇,否则很难满足要求。否则很难满足要求。8.4.2.2 8.4.2.2 风扇的无因次特性曲线风扇的无因次特性曲线风扇的无因次特性曲线风扇的无因次特性曲线在农业机械上，绘制特性曲线时，常以风扇的工作条件系数在农业机械上，绘制特性曲线时，常以风扇的工作条件系数K K为横坐标。为横坐标。K K的数值（无量纲）为的数值（无量纲）为纵坐标为相当于风扇转速纵坐标为相当于风扇转速n n=1000r/min=1000r/min时的空气流量时的空气流量Q Q、全压力、全压力p p、静压力、静压力p ps s、功率、功率N N和效率和效率。阻力阻力p ps s反之，反之，p ps s ，p pdd=0,=0,K=K=0 0,p ps s=0,=0,K=1K=1。收获机收获机械的风械的风扇出口扇出口阻力，阻力，包括筛包括筛子和筛子和筛上脱出物上脱出物对气流的对气流的阻力。阻力。东风联合收割机清粮装置风扇的无因次特性曲线风扇的转速风扇的转速n n不变，各工作参数（不变，各工作参数（p p、N N、Q Q）等随工作条件系数等随工作条件系数K K变化曲线，称为风扇的无因变化曲线，称为风扇的无因次特性曲线。次特性曲线。因为因为K K没有因次没有因次，用相似原理计算风扇时很方便。，用相似原理计算风扇时很方便。8.4.3 8.4.3 风扇的相似率及其应用风扇的相似率及其应用风扇的相似率及其应用风扇的相似率及其应用风风扇扇的的特特性性曲曲线线，表表明明了了对对于于一一个个风风扇扇，在在某某一一转转速速下下，其其风风压压、功功率率和和效效率率等等随随流流量量不不同同的的变变化情况。但是，对于不同的风扇，或同一个风扇在不同转速时，化情况。但是，对于不同的风扇，或同一个风扇在不同转速时，其性能如何呢其性能如何呢?就是风扇相似律涉及的问题。就是风扇相似律涉及的问题。8.4.3.1 8.4.3.1 风扇的相似率风扇的相似率风扇的相似率风扇的相似率1 1、相似条件：几何、运动、介质相似条件：几何、运动、介质1 1 对对于于两两个个或或一一组组风风扇扇来来说说，如如果果它它们们的的叶叶片片形形状状相相同同，安安装装角角 相相同同，所所有有尺尺寸寸都都成成比比例例，则则称这一组风扇相似。称这一组风扇相似。2 2 如如果果二二者者的的无无因因次次特特性性曲曲线线工工作作条条件件系系数数K K相相同同，则则二二者者叶叶轮轮中中气气流流的的绝绝对对速速度度v v2 2和和v v2 2 的的方方向向是是相同的相同的。即。即，二者的速度三角形是相似的。根据相似三角形对应边成比例的关系可得二者的速度三角形是相似的。根据相似三角形对应边成比例的关系可得两个风扇的流量分别为两个风扇的流量分别为 图827速度三角形二者之比二者之比所以所以两个风扇的全压力分别为两个风扇的全压力分别为(8-15)二者之比二者之比两个风扇所消耗的功率分别为两个风扇所消耗的功率分别为(8-16)二者之比二者之比所以所以 公式公式(8-15)(8-15)、(8-16)(8-16)、(8-17)(8-17)，称为风扇的相似律。它是风扇相似设计的理论基础，称为风扇的相似律。它是风扇相似设计的理论基础8.4.3.2 8.4.3.2 风扇相似率的应用风扇相似率的应用风扇相似率的应用风扇相似率的应用(8-17)1.1.风扇转速和风扇转速和 Q Q、p p、v v 之间的关系之间的关系对于同一个风扇，它是相似风扇的一个特例，几何尺寸比为对于同一个风扇，它是相似风扇的一个特例，几何尺寸比为1 1，上式可简化为，上式可简化为可可以以看看出出，当当外外界界管管路路的的情情况况不不变变时时，风风扇扇的的流流量量Q Q与与转转速速n n成成正正比比，风风压压p p与与n n2 2成成正正比比，而而消消耗耗的的功率功率N N与与n n3 3成正比。成正比。(8-19)(8-20)(8-18)2.2.比转数比转数在一组相似风扇中，当流量为在一组相似风扇中，当流量为1 1m m3 3s s时，时，为了产生为了产生9.89.8P Pa a的全压力，风扇每分钟应具有的转数的全压力，风扇每分钟应具有的转数n ns s，称为该组风扇的比转数；，称为该组风扇的比转数；根据风扇相似律和比转数定义有根据风扇相似律和比转数定义有从上式消从上式消去，得去，得必须指出，不能将风扇的比转数必须指出，不能将风扇的比转数n ns s和它实际运转时所需要的转速和它实际运转时所需要的转速n n混淆起来。混淆起来。比转数比转数n ns s与风扇叶片的形状和尺寸有关。与风扇叶片的形状和尺寸有关。根据比转数风扇可分为：根据比转数风扇可分为：1 1 低比转数风扇低比转数风扇(n ns s50)50)，2 2 中比转数风扇中比转数风扇(50(50n ns s100)3100)100)。在设计离心风扇时，比转数是一个重要在设计离心风扇时，比转数是一个重要参数。如果已知某组相似风扇的比转数，就可按你需要的参数。如果已知某组相似风扇的比转数，就可按你需要的 Q Q 和和 p p 确定转数确定转数n n。8.4.4 8.4.4 风扇的机械相似法设计风扇的机械相似法设计风扇的机械相似法设计风扇的机械相似法设计 把风扇相似律应用于风扇设计，就叫做风扇的机械相似法设计把风扇相似律应用于风扇设计，就叫做风扇的机械相似法设计。1.1.选模型风扇选模型风扇首首先先选选好好风风扇扇的的类类型型（风风压压、叶叶片片形形状状、外外壳壳），然然后后再再看看特特性性曲曲线线能能否否满满足足的的要要求求（平平、陡陡）。如果模型风扇得不好，相似设计就要失败。如果模型风扇得不好，相似设计就要失败。2.2.确定风扇的尺寸和转速确定风扇的尺寸和转速利用风扇相似律，计算出设计风扇的各个参数。利用风扇相似律，计算出设计风扇的各个参数。模型风扇参数为模型风扇参数为Q Q、P P、D D、D D2 2、b b、n n、N N设计风扇参数为设计风扇参数为Q Qx x、P Px x、D Dx x、D D2x2x、b bx x、n nx x、N Nx x。结构参数解结构参数解出一个，其它参数就可确定。出一个，其它参数就可确定。根据风扇相似律得根据风扇相似律得由由得得 代入代入得得 由由得得从从模模型型风风扇扇的的无无因因次次特特性性曲曲线线上上，查查得得所所要要求求的的工工作作条条件件系系数数K K(决决定定于于动动压压和和全全压压的的比比值值)时时Q Q、p p和和N N。这这些些参参数数就就是是已已知知数数，上上面面3 3个个方方程程里里还还有有5 5个个未未知知数数Q Qx x、P Px x、D Dx x、n nx x、N Nx x。其其中中Q Qx x、P Px x是是设设计风扇所要求的参数，也是已知数，应用上面的公式，即可算出所设计风扇的计风扇所要求的参数，也是已知数，应用上面的公式，即可算出所设计风扇的D Dx x、n nx x和和N Nx x。由于这种方法是建立在实验基础上的，所得结果比较可靠。由于这种方法是建立在实验基础上的，所得结果比较可靠。8.5 8.5 风扇的计算风扇的计算风扇的计算风扇的计算 上一节已经提到，上一节已经提到，Q Qx x、P Px x是设计风扇所要求的参数，那么你根据什么提出要求呢？是设计风扇所要求的参数，那么你根据什么提出要求呢？8.4.5.1 8.4.5.1 主要设计参数主要设计参数主要设计参数主要设计参数 Q Q、p p、v v 1 1空气的流量空气的流量 Q Q空气的流量与进入清粮装置的轻夹杂物质量空气的流量与进入清粮装置的轻夹杂物质量 q q1 1成正比，即成正比，即 轻夹杂物质量与空气量之比的系数，轻夹杂物质量与空气量之比的系数，=0.2=0.20.30.3。即。即 Q Q 量相当于量相当于q q1 1的的3 35 5倍。倍。2 2气流的工作速度气流的工作速度v v气流的工作速度应是轻夹杂物飘浮速度的气流的工作速度应是轻夹杂物飘浮速度的 倍，即倍，即对于长度为对于长度为200mm200mm左右的茎秆，左右的茎秆，=1.1=1.1 1.71.7，对于颖壳，对于颖壳=1.9=1.93.93.9，对于糠，对于糠=2.5=2.55.05.0。实际上只能选一个，不吹出粮食是根本准则。实际上只能选一个，不吹出粮食是根本准则。3.3.风扇的全压风扇的全压 p p风扇的静压风扇的静压p ps s 根据工作条件系数选定，一般双筛结构为根据工作条件系数选定，一般双筛结构为 196196247P247Pa a左右。单筛结构为左右。单筛结构为147P147Pa a左右。左右。风扇动压。风扇动压。空气空气=1.2kg/m=1.2kg/m3 3 干空气干空气=1.29kg/m=1.29kg/m3 38.5.3 8.5.3 风扇的壳体风扇的壳体风扇的壳体风扇的壳体风风扇扇的的壳壳体体一一般般多多用用薄薄钢钢板板焊焊接接或或铆铆接接而而成成，低低压压风风扇扇壳壳体体厚厚1 11.5mm1.5mm，中中压压风风扇扇壳壳体体厚厚2.5mm2.5mm，高压风扇壳体厚，高压风扇壳体厚3mm3mm以上。农机风扇采用的壳体有圆筒型及螺壳以上。农机风扇采用的壳体有圆筒型及螺壳(螺线螺线)型。型。1.1.圆筒型壳体圆筒型壳体，构造简单，外壳尺寸小，容易制造。但出口处沿高度方向的风速不均匀，上，构造简单，外壳尺寸小，容易制造。但出口处沿高度方向的风速不均匀，上，中、下各层的气流速度由上往下逐渐增大，一般相差的比例约为，中、下各层的气流速度由上往下逐渐增大，一般相差的比例约为，1 1：1.51.5：2 2，这种特性有时可利，这种特性有时可利用来满足农业机械上的一些特殊要求。风扇壳体与叶轮为同心圆，直径为用来满足农业机械上的一些特殊要求。风扇壳体与叶轮为同心圆，直径为(1.05(1.051.02)1.02)D D2 2。螺线型与圆筒型壳体风扇的比较a)A=h/3螺线型风扇b)A=h2螺线型风扇c)A=2h3螺线型风扇d)圆筒型风扇2.2.螺线型壳体一般有对数螺线、阿基米德螺线以及阿基米德螺线和圆弧混合而成的几种壳体。螺线型壳体一般有对数螺线、阿基米德螺线以及阿基米德螺线和圆弧混合而成的几种壳体。螺线型壳体，能使一部分叶轮产生的气流速度螺线型壳体，能使一部分叶轮产生的气流速度(动压动压)转变为静压，风扇出口处沿高度方向的转变为静压，风扇出口处沿高度方向的流速分布较均匀，效率亦较圆筒型壳体高得多，其缺点是制造较复杂，外壳尺寸较大。流速分布较均匀，效率亦较圆筒型壳体高得多，其缺点是制造较复杂，外壳尺寸较大。上图是螺线型壳体与圆筒型壳体风扇的比较，图中风扇的出风口高度上图是螺线型壳体与圆筒型壳体风扇的比较，图中风扇的出风口高度h h相同，风扇外径相等。三相同，风扇外径相等。三种螺线型风扇只是种螺线型风扇只是A A值不等，分别为值不等，分别为；。3.3.螺线外壳的简易构成方法如下图，首先以螺线外壳的简易构成方法如下图，首先以h h5 5为边，以风扇的转轴为中心画一正方形，而后为边，以风扇的转轴为中心画一正方形，而后依次依次以该正方以该正方形的顶点形的顶点为圆心，为圆心，以以r r1 1、r r2 2、r r3 3和和r r4 4为为半径画弧半径画弧即构成螺即构成螺旋型风扇旋型风扇外壳。外壳。本章结束谢谢