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附 錄1
小型玉米脫粒機的設計
1、 引言
玉米脫粒機是我國糧食收獲的重要農業(yè)機械之一。軸流式玉米脫粒機,全機有入料斗、脫粒、風選、篩選、機架等五個重要部分。脫粒部分由釘齒滾筒、凹板、螺旋板組成。凹板下方有流斗。風選部分有風扇和出糠口。篩選部分有篩子和偏心滾輪振動器,篩子由偏心滾輪振動器帶動做往復運動,將玉米芯中夾帶的子粒篩出,由篩孔漏下。其加工流程如下:玉米穗通過料斗進入滾筒,在高速回轉滾筒的沖擊和玉米穗、滾筒、凹板的相互作用下被脫粒。脫下的子粒大部分通過凹板孔,由子?;寤鰴C外。穗軸則沿滾筒軸向往后移動,通過篩子表面流出機外。夾帶在穗軸中的部分子粒經過篩孔漏下。風扇的作用是將夾在子粒中的輕雜帶走。
2、 喂入口和排出口的設計
為保證玉米穗順利喂入而不堵塞滾筒,料斗底板應有一定的斜度;進入滾筒的入口應偏向滾筒向下回轉的一側。軸流式滾筒式脫粒裝置的喂入口和排出口設置在徑向位置時,其設計原理與切流式脫離裝置基本相同。根據需要也可配置喂入輪和逐稿輪。在現(xiàn)有的一些脫粒機上,喂入口寬約400-500mm,排出口寬約300mm。有的脫粒裝置上的排出口寬度可以調節(jié),用來改變作物的脫粒時間,以適應不同作物需要。穗軸排出口與子粒排出口的配置應保持一定的距離,以免穗軸于子粒混雜。軸流式滾筒上方的頂蓋與凹板鑲接組成圓筒行的脫粒室。圓柱形軸流滾筒的頂蓋內壁應有螺旋線導向板,用以控制作物軸向移動的速度。導向板的螺旋升角約為20度到50度,升角過大導向板起不到軸向導送的作用,作物易滯留、積聚、使秸草破碎嚴重。導向板高度一般為50-70mm.喂入量大、作物層厚、導向板高度取最大值。導向板與滾筒間隙大多為10-15mm,間隙過大,作物軸向流動不暢,使生產率降低,甚至可能發(fā)生堵塞。間隙太小,碎秸草多,功率消耗大,作物濕度較大時還易引起堵塞。因作物層沿軸向逐漸變薄,滾筒與導向板的間隙也可沿軸方向由大變小,以提高脫粒分離的效果。
3、 脫粒裝置的設計 、滾筒類型的設計
軸流式脫粒裝置主要由滾筒、凹板、導板和蓋(或罩)等部分組成。工作時,作物由滾筒的一端喂入(順著滾筒軸向或徑向喂入),隨著滾筒的旋轉,作物貼著凹板與蓋(或罩)組成的圓筒內弧面作螺旋運動。沿著滾筒軸線方向流過脫粒裝置。谷粒、潁殼、碎秸、碎葉等谷?;旌衔镌跐L筒離心力的作用下同時由凹板篩孔(或分離篩孔)落下,秸草則由滾筒的另一端(軸向或徑向)排出。大部分生長成熟、飽滿的谷粒在滾筒前半段脫下分離,一些生長不好和不太成熟的谷粒到后半段才被脫下,后半段滾筒還把其余混在碎秸里的谷粒分離出來。因作物在脫粒裝置內的時間長(約2-3秒),能充分的進行分離,故比傳統(tǒng)使用的切流式脫粒裝置脫凈率高,而且有可能把脫粒調整的柔和些。使受損傷的的谷粒減少。但碎秸桿多,脫粒消耗的功率也相應較大。
滾筒的直徑、轉速和長度的設計
常用的圓柱形釘齒滾筒的齒頂圓直徑為200-300 mm。這里取224 mm。軸流滾筒式脫粒裝置對作物的脫粒時間比較長,故滾筒的脫粒速度可比切流滾筒式的稍底些,脫粒間隙可以大些,而不同的作物所要求的脫粒速度與脫粒間隙在調節(jié)。
4、 清選裝置的設計、清選裝置的功用
通過總體設計方案選用吹出型清選裝置。清選風道位于風扇出口的前面,谷?;旌衔镅鼗逶诔鲲L口前落下,輕雜物沿風道被吹走,谷??恐亓Υ┻^氣流場進入集谷裝置。清選風道下眼保證輕雜物的吹出通暢,并能截留被氣流吹出的少量谷粒,減少損失。清選風道的截面積一般比風扇出口的面積大很多,以便在出風口處把谷?;旌衔锎瞪?。
5、 帶輪傳動
鑒于帶傳動的優(yōu)點和在應用中的廣泛性。在一般的機械傳動中,應用最廣泛的是V帶傳動。V帶的橫截面呈等腰梯形,V帶輪上也做出相應的輪槽。傳動時帶只和輪槽的兩個側面接觸,即以兩側面為工作面。根據槽面摩擦的原理,在同樣的張緊力下,V帶傳動較平帶傳動等產生更大的摩擦力。這是V帶傳動性能上最主要的優(yōu)點。再加上V帶傳動允許的傳動比較大,結構緊湊,以及V帶多以標準化并大量生產的優(yōu)點,因而V帶傳動的應用比平帶傳動應用廣泛的多。所以綜合以上V帶種種的優(yōu)點和實際操作的可行性,V帶傳動是最佳的選擇。
6、 帶輪的材料
帶輪的材料主要采用鑄鐵,常用的材料牌號為HT150或者為HT200;轉速比較高的時候采用鑄鋼(或者用鋼板沖壓后焊接而成);小功率時可以用鑄鋁或者塑料。
附 錄2
Small corn Sheller design
One、 Introduction
Corn Sheller is China's grain harvest of one of the important agricultural machinery. Axial-flow corn Sheller, the whole machine into the hopper, threshing and winnowing, screening, rack and important parts. Threshing in part by the nail tooth drum, concave, Helix Board composition. Concave bottom stream bucket. Some fans and winnowing out chaff. Filtering is a sieve and eccentric wheel vibrators, shaken by the eccentric wheel vibrators driven do reciprocating motion, the corncob entrainment of grain screening out from under the sieve leakage. The process is as follows: maize ears by hopper into the cylinder at high-speed rotary drum of shock and maize ears, roller, concave plate interactions are threshed. Off most of the grain through concave bore, from grain skateboard slide-out machines. Cobs along drum shaft yearning after moving through a sieve surface flow out of the machine. The aim of the section in the Spike-grain through the sieve leakage. The fan is enclosed in the grain of miscellaneous away.
Two、 feeding inlet and outlet of design
In order to guarantee the smooth feeding corn without clogging rollers, hopper bottom should get some angle; enter the drums of entry should be in favor of the drum down one side of the revolution.
Axial-flow type threshing equipment feeding inlet and outlet settings in radial position, their design principles and cut streaming out of the device is basically the same. Depending on your needs or you can configure the automatic feeder round and round-by-draft. Some of the existing threshers feed entry on approximately 400-500mm, is a 300mm outlet. The threshing of outlet width is adjustable, used to change the threshing time, crop to fit the needs of different crops. Cobs outlet and grain exports configuration should keep a certain distance, to avoid spike in the grain mix. Axial-flow top on the top of the drum and concave inlay-composition of threshing drum line. Cylindrical drums of the top wall-flow should have the Helix design, to control crop axial movement speed. Guide plate of spiral up-angle is approximately 20 ° to 50 °, the angle too large guide plate is the role of axial rushed, crop and the accumulation of stranded,, spiked broken serious. Guide plate height typically 50-70mm-feed capacity, crop guide plate thickness, height for maximum value. Guide plates and rollers gap most 10-15mm, gap is too large, crop axial flow, reducing productivity, and perhaps even blocked. Gap is too small, much grass stubble, power consumption, is the larger crop humidity also easily cause blockage. Because of the crop layer along the axial gradually becomes thin, drum and guide plate of clearance or direction along the axis, to improve the effectiveness of threshing. separation
Three、 threshing equipment、drum type design
Axial-flow by threshing drum, concave, plate and cover (or mask). As you work, the end of the crop by the drum cutter (axial down the drum or radial feed), with the drum rotation, the crop with a concave plate and cover (or cover) the cylinder arc for spiral motion. Along the axis through the threshing drum. Grain, one-piece shell, straw, broken leaf, grain mixture in the cylinder at the same time under the effects of centrifugal force by the concave sieve (or separate sieve) fall, spiked by the other end of the drum (axial and radial). Most of the growth of mature, full of grain in the roller first took off, some growth is not good and not too mature grains to the latter part is off, the latter part of the drum also mixed in the grain stubble. As a result of crops in the threshing equipment a long time (about 2-3 seconds), the separation adequately, therefore, cut than traditional use of flow cytometry threshing equipment net rate is high, and the gentleness of threshing adjustment. The injury of grain. But broken straw, threshing consumption power is appropriate.
drum diameter, speed and length of design
Common cylindrical spike tooth drum of addendum circle with a diameter of 200-300 mm. Here take the 224 mm. Axial-flow type threshing equipment on crop of threshing a long time, the drum of threshing than tangential flow slightly bottom barrel, threshing clearance can be bigger, but different crops may be requested by the threshing speed and threshing gaps in regulated.
Four、 device design、device functions
The overall design scheme selection by blowing out of the device. Cleaning the air duct is located at the front of the fan export grain mixtures along skateboards in the air, light before falling debris along the duct was blown away, grain by gravity through the flow field enter set Valley. Cleaning the air duct eyes that light the patency of the blow out debris and interception is a small amount of airflow blown out of the grain, minimize the loss. Cleaning the air duct of sectional area is generally lower than that of the fan area of export much more so that in the grains outlet and a cool the mixture.
Five、 swith wheel
In view of the advantages of the belt drive and the universality of the application. In typical mechanical transmission, the most widely used is the V-belt drive. V-belt of the cross section is isosceles trapezoid, V belt pulley also make the appropriate wheel slot. Transmission belt sheave and only two side contact, that is, with two side to face. According to the principle of the tank surface friction, in the same tension, V-belt drive lower belt drive and a greater friction. This is the V-belt drive performance major advantages. Plus V belt transmission allows the transmission of larger, more compact, and V belt to standardization and the benefits of mass production, and the application of V-belt drive than flat belt drive more widely. Therefore, taking all these benefits with all sorts of V and the feasibility of actual operations, V-belt drive is the best choice.
Six、 the belt pulley of materials
Pulley of materials made of cast iron, common material designation for the HT150 or high speed comparison HT200; the cast steel (or pressed steel welded together after); small power can cast aluminum or plastic.
湖南農業(yè)大學全日制普通本科生畢業(yè)設計
誠 信 聲 明
本人鄭重聲明:所呈交的本科畢業(yè)設計是本人在指導老師的指導下,進行研究工作所取得的成果,成果不存在知識產權爭議。除文中已經注明引用的內容外,本論文不含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。
畢業(yè)設計作者簽名:
年 月 日
湖 南 農 業(yè) 大 學
全日制普通本科生畢業(yè)設計
小型柵格式玉米脫粒機設計
THE DESIGN OF SMALL CORN THRESHING MACHINE
學生姓名:
學 號:
年級專業(yè)及班級:
指導老師及職稱: 副教授
學 院:工學院
湖南·長沙
提交日期:2013年05月
目 錄
摘要……………………………………………………………………………1
關鍵詞…………………………………………………………………………1
1前言…………………………………………………………………………1
2設計任務書…………………………………………………………………3
3計算說明書…………………………………………………………………4
3.1電動機的選擇……………………………………………………………4
3.1.1電動機的功率…………………………………………………………5
3.1.2電動機的轉速…………………………………………………………5
3.1.3電動機的型號和技術參數(shù)及傳動比…………………………………6
3.2傳動裝置的設計…………………………………………………………6
3.2.1傳動帶的設計…………………………………………………………6
3.2.2 V帶帶輪的設計………………………………………………………8
3.3脫粒軸的設計……………………………………………………………9
3.3.1根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度……………………10
3.3.2按彎扭合成條件校核軸的強度………………………………………11
3.4紋桿的總體結構設計…………………………………………………14
3.4.1紋桿的設計……………………………………………………………15
3.5圓盤的設計………………………………………………………………15
3.6柵格式凹板的設計………………………………………………………16
3.7柵格托架的設計…………………………………………………………16
3.8入料斗和進料口的設計…………………………………………………16
3.9上蓋的設計………………………………………………………………17
3.10鍵強度的校核……………………………………………………………17
3.11軸承的選擇和校核………………………………………………………18
3.12機架的設計………………………………………………………………18
3.13玉米脫粒機上標準件的選擇……………………………………………19
3.13.1螺栓的選擇……………………………………………………………19
3.13.2鉤頭楔鍵的選擇………………………………………………………20
4 結論…………………………………………………………………………20
參考文獻…………………………………………………………………………21
致謝………………………………………………………………………………21
小型柵格式玉米脫粒機設計
學 生:
指導老師:
(湖南農業(yè)大學工學院,長沙410128)
摘 要:為了降低農民在玉米脫粒時勞動強度、提高工作效率,設計玉米脫粒機。該機主要有入料口、柵格式凹板和釘齒脫粒滾筒及傳動部件等組成。以電動機為動力源,動力由電動機輸出軸輸出,再通過傳動帶傳遞到釘齒脫粒滾筒上,釘齒脫粒滾筒配合柵格式凹板將玉米脫粒,玉米粒從柵格式凹板分離并排出機體外,而玉米芯從入料的另一端排出機體之外。
關鍵詞:玉米;脫粒機;效率;結構;設計;
The Design of small Corn Threshing Machine
Student: Tong Fanglu
Tutor: Ren Xuguang
(College of engineering,Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)
Abstract: For reducing a peasant during the period of the maize threshes, the intensity of labour, raises working efficiency , designs maize sheller. Be machine's turn to have mainly enter expect that the mouth , bars form notch board and nail tooth the cylinder threshing and drive component etc. are composed of. Take electric motor as driving force source, driving force exports axis output from the electric motor , the nail tooth seed-husking cylinder threshes on the cylinder threshing again by the fact that belt delivery arrives at the nail tooth, coordinating bars form notch board with the maize, besides niblet complies with bars form notch board separation and the outside discharging airframe, but the maize core discharges airframe from another one end entering material.
Key words: Maize; Sheller;Efficiency; Structure; Design
1 前言
玉米是世界三大糧食作物之一,我國年種植面積大約有3.67億畝。我國現(xiàn)有三大玉米產區(qū)。一是北方玉米區(qū),包括吉林、黑龍江、遼寧等省市,種植面積約占全國40%;二是黃淮平原春夏玉米區(qū),包括山東、河南等省市;種植面積約占25%;三是西南丘陵玉米區(qū),包括云貴等省,約占種植面積的15%。隨著農業(yè)機械化的發(fā)展,玉米收獲已成為制約農業(yè)機械化發(fā)展的瓶頸之一。為此,加快玉米收獲機械化的發(fā)展已成為當務之急[1] 。發(fā)展玉米收獲機械化的意義:
(1)解決糧食自給,是加快玉米收獲機械化發(fā)展的一項國策。我國有13億人口,8億多是農民,由于每年人口純增1000多萬,耕地每年減少,形勢十分嚴峻。有人甚至預言在21世紀中國的糧食難以自給,為了使外國某些人的預言破產,我國采取了擴大玉米種植面積和提高玉米單產兩項措施,提高單產主要靠選用高產優(yōu)良品種、緊湊型玉米種植模式、覆蓋、移栽、機械收獲等措施。我國糧食問題從長遠看不是口糧問題,主要是飼料問題,其中更主要的是玉米問題。因為隨著人民生活水平的提高,飲食的變化,人均口量不斷下降,需要更多的飼料糧,而飼料糧首選作物是玉米。玉米面積不斷擴大,單產不斷提高,是玉米收獲機械化發(fā)展的客觀需要。
(2)對玉米價值認識的不斷提高,是推動玉米收獲機械化發(fā)展的動力。玉米是高產之王。玉米最高單產達1548公斤/畝(23.2噸/公頃),其潛在理論單產可達3765公斤/畝(56.34噸/公頃),增產潛力極大。我國玉米產量居世界第二,但單產比美國低56%,列居世界第28位,是糧食增產希望之所在。糧食的增產,帶來農民收入的提高,必將推動玉米生產機械化的發(fā)展。
(3)發(fā)展玉米收獲機械化是農業(yè)生產的必然,也是農機化發(fā)展的客觀要求。解決玉米收獲的機械化問題是廣大干部群眾的迫切要求,是農業(yè)生產的急需,玉米生產機械化水平低已成為制約實現(xiàn)農業(yè)機械化的瓶頸。河南省委、省政府提出要率先實現(xiàn)農業(yè)現(xiàn)代化,實現(xiàn)這一目標首先必須實現(xiàn)農業(yè)機械化,實現(xiàn)農業(yè)機械化過程中,必須解決玉米收獲的機械化。由于收獲基本靠人工和舊式工具進行,勞動強度大,效率低,“三秋”時間拖得很長,因此做好推廣玉米機械化收獲工作,已迫在眉捷。
而玉米脫粒機作為玉米收獲機械化的重要組成部分,它的研究和開發(fā)也是必不可少的。玉米脫粒機是玉米脫皮后,經過一段時間的風干,然后將玉米利用脫粒機使玉米和玉米芯分開,這種機械就是玉米脫粒機。它的工作原理是:玉米脫粒機在進行玉米脫粒時,利用釘齒滾筒回轉運動的釘齒與柵格式凹板之間的間隙相配合,使玉米粒脫下(釘齒滾筒和柵格式凹板之間的揉搓作用,將玉米粒脫離玉米芯),并借助其他的機械機構將玉米粒和玉米芯分別從兩個不同的出口排出機體之外,循環(huán)脫粒,不斷的進行填入---脫粒---排出機體[2] 。
2 設計任務書
為了更優(yōu)化玉米脫粒機的機型和結構設計,此玉米脫粒機采用電力拖動,而且電動機也同樣采取節(jié)能式,電動機安裝在玉米脫粒機的下部,與脫粒機的機架的下機梁固定連接,這樣可以節(jié)省電動機所占用的空間。玉米脫粒機的從入料到脫粒到分離玉米粒和玉米芯,最后將玉米粒和玉米芯排出機體之外,是玉米脫粒機一體完成的,它最大的優(yōu)點是在短時間內可以完成幾個人的勞動強度,從而提高了工作效率,節(jié)省了勞動時間。此玉米脫粒機有這些優(yōu)點之外,還有安全性能高、效率高、堅固耐用、結構簡單便于維修和保管。
同時為了改進現(xiàn)有脫粒機的現(xiàn)有狀態(tài),提高工作效率,所以該機有由入料口、釘齒脫粒滾筒軸、柵格式凹板、機架等部分組成。整體組成如圖1所示:
圖1 總體結構圖
Fig 1 The overall structure diagram
入料斗與進料口與玉米脫粒機的上蓋部分相連,它是利用2mm米厚的鐵板制成,入料部位與釘齒滾筒的釘齒部位相切,將已撥皮的玉米從入料口進入,下滑到脫粒部位,即釘齒滾筒和柵格式凹板之間,進行脫粒。
脫粒部分主要是由紋桿滾筒、柵格式凹板、半圓型上蓋組成。玉米穗在紋桿滾筒和柵格式凹板之間進行脫粒,將已脫下的玉米粒從柵格式凹板的縫隙漏下,落到下滑板,排出機體之外,玉米芯借助于滾筒上的紋桿產生的螺旋推力和螺旋導向作用,由入料斗的另一端(即出料口)排出機體之外。落下籽粒分主要是柵格式凹板完成的它是由一定數(shù)量的鐵條及兩條主要梁和兩條副梁組成,每兩根鐵條之間的縫隙可以將玉米卡住,然后快速旋轉的釘齒滾筒將被卡死的玉米強行脫粒,當然,無論是工作時還是安裝時,柵格式凹板是固定不動的。玉米脫粒之后,再將玉米粒經過柵格式凹板,從凹板的縫隙漏出,順著斜滑板滑出機體之外,目的是將玉米和玉米芯分開。
3 計算說明書
根據《農業(yè)機械設計手冊》[3]和《YT-1.5型小型玉米脫粒機設計》[4]的介紹,有關玉米脫粒機的相關設計的參考數(shù)據:脫粒機主軸為轉速一般為600~900r/min ,柵格式凹板的直徑為一般為320mm左右 ,由于設計的玉米脫粒機脫粒能力較大所以其凹板的長度為803mm,在滾筒的設計上,一改傳統(tǒng)的設計方法,大膽采用紋桿代替滾筒,并在主軸上設有四條紋桿,每條紋桿上均勻分布著螺紋型板齒,以便玉米芯隨螺旋板齒出的螺旋作用排出機體之外,紋桿滾筒的直徑為240mm。
3.1 電動機的選擇
根據實踐測量得知每條紋桿的均勻受力為320N ,當玉米脫粒機正常工作時紋桿滾筒上的紋桿快速旋轉,其中均有兩條紋桿受玉米所給的切向力,而另外兩個紋桿是空行程。
(1)
即玉米脫粒機正常工作時,受到的切向力為640N 。
其中:N —紋桿所受的力,單位:N;
Z—參與工作的釘齒條數(shù)。
紋桿上的板齒轉速
根據《農業(yè)機械設計手冊》當玉米脫粒機的紋桿滾筒快速轉動時,其上的板齒同樣有一定的轉速,這個轉速原于主軸的轉速和板齒的高度,即:
(2)
其中:—板齒的轉速,單位:m/s;
—脫粒機主軸的轉速,單位:r/min;
—板齒距軸心的距離,單位:mm。
3.1.1 電動機的功率
玉米脫粒機所需功率為,應由脫粒機的工作阻力和運轉參數(shù)求定,即:
(3)
計算求得:
電動機功率由公式
(4)
來計算,脫粒機傳動裝置的總效率,應由組成傳動裝置的各個部分運動副的效率之積,即
(5)
其中、、 分別為每一個轉動副的效率,選取傳動副的效率值如下:
滾動軸承(每對)0.98~0.995 即取 =0.99;
V帶傳動 0.94~0.97 即取 =0.96;
滾筒轉動 (因為釘齒條固定于滾筒上)即取 =1。
則
由此可得電動機的功率:
3.1.2 電動機的轉速
根據資料《農業(yè)機械設計手冊》一書可查得主軸的轉速在 600~900r/min,按《機械設計指導書》中表一所推薦的傳動比合理取值范圍,即可滿足電動機的轉速與主軸的轉速相匹配,符合這一范圍的同步電動機轉速的有720r/min,970r/min,1440r/min,根據容量和相關轉速,由《機械設計課程設計手冊》查出三種適宜的電動機型號,最總選定, Y132M-4為適合機型 額定功率7.5kW 滿載轉速1440r/min 重量81kg。
3.1.3 電動機的型號和技術參數(shù)及傳動比
綜臺考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量以及帶傳動的傳動比,。因此選定電動機型號為Y132M-4。所選電動機的額定功率=7.5kW,滿載轉速=1440r/min,總傳動比適中,傳動裝置結構較緊湊。其中心高H 為 132外形尺寸為 底腳安裝尺寸AB為 地腳螺釘直徑K為 鍵安裝部位尺寸 為 電動機輸出軸尺寸G為33
3.2 傳動裝置的設計
根據玉米脫粒機的具體傳動要求,可選取電動機和主軸之間用V帶和帶輪的傳動方式傳動,因為在脫粒機的工作過程中,傳動件V帶是一個撓性件,它賦有彈性,能緩和沖擊,吸收震動,因而使玉米脫粒機工作平穩(wěn),噪音小等優(yōu)點。雖然在傳動過程中V帶與帶輪之間存在著一些摩擦,導致兩者的相對滑動,使傳動比不精確但不會影響玉米脫粒機的傳動,因為玉米脫粒機不需要精確的傳動比,只要傳動比比較準確就可以滿足要求,而且V帶的彈性滑動對脫粒機的一些重要部件是一種過載保護,不會造成機體部件的嚴重損壞,還有V帶及帶倫的結構簡單、制造成本底、容易維修和保養(yǎng)、便于安裝,所以,在電動機與玉米脫粒機之間選用V帶與帶輪的傳動配合是很合理的。
3.2.1 傳動帶的設計
(1) 確定計算功率
(6)
其中:—工作情況系數(shù);
—電動機的功率,單位:kW。
查《機械設計基礎》[7]一書可知:=1.0
kw
(2) 選擇V帶的型號
根據計算得知的功率和電動機上帶輪(小帶輪)的轉速(與電動機一樣的速度),查《機械設計手冊》[6]一書可以選擇V帶的型號為B型。
(3)確定帶輪的基準直徑
初選主動帶輪的基準直徑:根據《機械設計基礎》[7]一書,可選擇V帶的型號選取。
計算V帶的速度V:
(7)
V帶在~的范圍內,速度V符合要求。
電動機與主軸傳動比的計算 (8)
計算從動輪的直徑
(9)
(4) 確定傳動中心距和帶長
取
即:
得:
?。?
帶長 (10)
即:
得:
按《機械設計基礎》一書,選擇相近的基本長度和 相對應的公稱長度(內周長)可查得:, 。
實際的中心距可按下列公式求得:
(11)
也可用經驗公式: (12)
求得 :
(5) 驗算主動輪上的包角
(13)
即:
求得 : 滿足V帶傳動的包角要求。
(6) 確定V帶的根數(shù)
V帶的根數(shù)由下列公式確定: (14)
其中 :—單根普通V帶的許用功率值,單位:kW;
—考慮包角不同大的影響系數(shù),簡稱包角系數(shù);
—考慮的材質情況系數(shù),簡稱材質系數(shù),對于棉簾布和棉線繩結構 的膠帶,取 ,對于化學線繩結構的膠帶,取 。
—計入傳動比的影響時,單根普通V帶所能傳遞的功率的增量。
查表取值:
由 查得:
所以:
即: 取 根
(7) 確定帶的初拉力
單根V帶適當?shù)某趵?由下列公式求得
(15)
其中:—傳動帶單位長度的質量,單位:kg/m 。
即:
(8)求V帶傳動作用在軸上的壓力
為了設計安裝帶輪軸和軸承,比需確定V帶作用在軸上的壓力,它等于V帶兩邊的初拉力之和,忽略V帶兩邊的拉力差,則值可以近似由下式算出:
即: (16)
求得;
3.2.2 V帶帶輪的設計
(1)帶輪的材料選擇
因為帶輪的轉速,即,轉速比較底,所以材料選定為灰鑄鐵,硬度為。
(2) 結構設計
帶輪的結構設計主要是根據帶輪的基準直徑,選擇帶輪的結構形式,根據帶的型號來確定帶論輪槽的尺寸,設計如下:
帶輪的設計:
因為根據帶輪的基準直徑尺寸,而與主動帶輪配合的電動機軸的直徑是,因此根據經驗公式~~,所以主動帶輪采用腹板式。
帶輪參數(shù)的選擇: 通過查《機械設計基礎》一書,可以確定主動帶輪的結構參數(shù),其他的相關尺寸可以根據相應的經驗公式計算求得。
主動帶輪的厚度可以由計算公式: (17)
其中Z — V帶的根數(shù);
t —V帶的寬度,單位:mm;
s — 帶輪中間連接處的厚度,單位: mm。
即 :
3.3 脫粒軸的設計
傳動軸是玉米脫粒機的主要設計部件之一,他在玉米脫粒機正常工作過程中,承擔主要轉矩、扭矩、彎矩和支撐傳動軸上的回轉零件,玉米脫粒是瞬時沖擊很大,而且沖擊次數(shù)很頻繁的工作環(huán)境,因此傳動軸的設計是很關鍵的一個步驟。它的主要公用是:一是支持軸上所安裝的回轉零件,使其有確定的工作位置;而是傳遞軸上的運動和動力。軸按照軸線形狀的不同,可以分為曲軸、直軸、撓性軸。根據玉米脫粒機的結構特點和組成形狀及工作強度和環(huán)境的要求,玉米脫粒機的主軸選用直軸形式傳遞,而且選用直軸中的階梯軸。此軸的設計如下:
根據軸的扭轉強度來初步計算確定其最小直徑,可利用經驗公式:
(18)
其中:—軸常用的幾種材料的的值;
—主軸上的功率,單位:kW;
—主軸上的轉速 單位:r/min。
軸上的材料選取調質處理的45號鋼,,,,,,取,于是得
輸入軸上的最小直徑顯然是安裝帶輪的內孔,必在軸上開有鍵槽,因此,為了開鍵槽又不消耗輸出軸的強度,可以使周的直徑增加5%以上,這樣增加輸出軸的尺寸,因而可以提高軸的工作強度。即:
3.3.1 根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
主輸出軸的最小直徑是安裝帶輪處的直徑,為了使所選的軸直徑與帶輪相配合,故使輸出軸端的軸徑選為25mm。根據傳動帶論設計可以得知,帶輪的L為63mm則取輸出軸的次段軸徑為,其長度為。
根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
為了滿足帶輪的軸向定位要求,軸段右端需要制出一個軸肩,故取軸的軸的左端第二節(jié)段的軸直徑 ,輸出軸的徑向定位由普通平鍵來完成。選用鍵的型號為普通平鍵。鍵的型號可以通過查《機械設計課程設計手冊》一書取得。
初步選擇輸出入軸系,軸的基本結構如圖2。
圖2 軸的基本結構圖
Fig 2 The basic structure
脫粒機的結構和相關尺寸可知所設計的軸上裝有帶輪和紋桿滾筒,其上的板齒承螺旋排列,但由于受力不大可以忽略它的受力。又根據,初步選取支撐的軸承為相心球軸承,在《機械設計手冊》查得深溝球球軸承的型號為6006,它的結構尺寸為,故取Ⅲ—Ⅳ段與Ⅴ—Ⅵ段的直徑相等,即??紤]到機體的制造誤差等原因造成的安裝錯位或是借口不齊等,滾動軸承應在機體內有一段移動的位移,查《機械設計課程設計手冊》可等位移量。取安裝釘齒的軸Ⅳ—Ⅴ段的直徑為,軸承與軸肩用軸承座固定,左、右兩端采用的軸承用軸承座固定軸承,在Ⅳ—Ⅴ軸段左端開始5mm處開始焊接圓盤,同理,右端也是,焊接釘齒滾筒,已知釘齒滾筒長為。
確定輸出軸上的倒角
按前面所述的原則,求出軸肩處的圓角半徑r的值,詳細見圖。軸端倒角在軸的兩端均為,小軸肩為軸肩的作用是使階梯直軸在軸徑改變截面上減小應力集中。
3.3.2 按彎扭合成條件校核軸的強度
輸出軸上的所受作用力的大小
根據公式: (19)
其中:—電動機的額定功率,單位:kW;
—主軸的轉速,單位:r/min。
即:
釘齒條上的合力
根據公式: 求得
其中 :—輸出軸的軸心到釘齒頂?shù)木嚯x
即 :
根據公式: (20)
其中:80%—徑向力占圓周力的百分數(shù)。(根據《機械設計基礎》[7]查得)
即 :
求軸上的支反力大小:
根據《機械設計》[8]書中提供的設計校核依據,求支反力大小。
(21)
(22)
(23)
(24)
帶入數(shù)據得
在水平面內,軸上
計算軸所受的彎矩和扭矩,并校核軸的強度:
根據公式 :
(25)
(26)
總彎矩為
(27)
按彎扭合成條件校核軸的強度以及作軸的分析如圖3
圖3 軸強度校核圖
Fig 3 The strength of the axis check figure
彎扭合成
進行校核時,通常只校核軸上承受最大當量彎矩的強度??烧鎸δ承┪kU截面(即彎矩和扭矩大而軸頸可能不足的界面)昨晚你合成強度校核計算。按第三強度理論。計算應力。
(28)
通常由彎矩所產生的彎曲應力是對稱循環(huán)變應力,而由扭矩所產生的扭轉切應力則常不是對稱循環(huán)變應力。為了考慮二者循環(huán)特性的不同影響,引入折合系數(shù),則計算應力為
= (29)
當扭轉切應力為靜應力時,取當扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力時,脫粒機工作時,軸承受的是脈動循環(huán)應力,故
又根據抗彎、抗扭截面系數(shù)計算公式,在截面最大處沒有開設鍵槽和通孔。
故,根據《機械設計》[8]取
公式 : (30)
式中 : —軸的抗彎截面系數(shù),單位:;
—軸的許用應力,單位: 。
按軸實際所受彎曲應力的循環(huán)特性,在、、中選取其相應的數(shù)值,對于承受對稱循環(huán)變應力時的許用應力為60MPa。
所以強度符合要求。
3.4 紋桿的總體結構設計
紋桿是玉米脫粒機的主要脫離部件,它的設計關系到玉米脫粒機的質量的好壞,直接關系到玉米脫粒機正常工作時整體的脫粒效果以及脫粒后將玉米粒和玉米芯分離的情況,它的功能是采用脫離滾筒上的四條紋桿,固定在圓盤上,均勻快速的轉動,工作時將玉米填人脫粒機中,主軸的轉動帶動固定在紋桿滾筒上的板齒,板齒的頂端以一定的速度去對玉米脫粒(將玉米進行強行脫粒)。玉米在經過四條紋桿的快速旋轉下脫粒,四條紋桿上的板齒承基本呈螺旋排列,目的在于將玉米芯順著板齒的螺旋排列排出機體之外,同時,每一條紋桿上的板齒同樣在進行脫粒,以便達到有較高的脫粒率。玉米脫粒機的主要功能是脫粒,而釘齒條在工作中起到了重要作用,因此,紋桿的設計是脫粒機的設計的主要部件。
從紋桿的功用及其工作要求可以判斷出板齒的工作強度很大,根據《脫粒機》一書得知玉米脫粒機的紋桿滾筒上安裝有四條紋桿,相互之間相差,而且每條紋桿上安裝板齒的個數(shù)范圍在20~40個板齒,四條紋桿均勻安裝在脫粒滾筒上,板齒在紋桿上均勻的承螺旋排列方式安裝,且承兩條螺旋均勻排列,在紋桿的兩端分別用一個厚度是,直徑是的圓盤固定,在兩個圓盤上均勻開有紋桿寬厚的方孔,四個方通孔均勻承分布,然后將四條紋桿從四個方孔中穿過,同樣,在紋桿的另一端也用厚度一樣直徑同樣為的圓盤固定,是紋桿穿過方孔而且在圓盤的表面漏出2~3,因為連接時是采用焊接完成,方便焊接。這樣結構更加堅固、穩(wěn)定、可靠。
圓盤將紋桿固定,但由于紋桿過長(即),因此,在主軸的最大截面的長度的二分之一處,采用直徑是的鐵柱使紋桿與主軸相連,它們的連接方式采用焊接式,這樣可以增加紋桿的剛度,以便紋桿受更大的強度時不宜損壞,同時也使軸的扭轉剛度和彎曲剛度有很大的增加,使紋桿的扭轉剛度和彎曲剛度增加,這樣可以使脫粒滾筒的整體剛度和強度極大增加,主軸和脫粒滾筒之間的固定性好,穩(wěn)定性高等優(yōu)點。
紋桿的功用是固定板齒的相對位置,使板齒在正常工作過程中能夠持續(xù)的正常工作,板齒所受的脫粒力直接傳遞到紋桿上,紋桿所承受著板齒的切向力,所以紋桿應該采用足夠強度和剛度的材料制成,根據《螺旋擠搓式玉米脫粒機的設計》[9]一書中,可以查得材料選為45鋼,宗上所述,設計的紋桿的長×寬×高 為,其上分布著板齒,每個紋桿上均勻分布著板齒,其結構如圖4
圖4 紋桿結構圖
Fig 4 Pin rack structure
3.4.1 板齒的設計
板齒是玉米脫粒機的主要工作部件,它在工作時直接與玉米相接觸,而且它的接觸頻率很高,尤其是在入料口的部位,這個部位的板齒摩擦的相當?shù)念l繁,因此,在設計板齒時應當考慮到板齒的工作強度和工作環(huán)境等問題,這里采用了《小型揉搓式玉米脫粒機的設計》[10]一書所建議的45鋼。
3.5 圓盤的設計
圓盤是將釘齒條與主軸固定的主要部件,它不僅起連接作用,而且還可以承擔板齒和紋桿傳遞的力矩和彎曲及扭轉強度,它位與紋桿的兩端,且采用焊接式連接,同時與主軸也要相對固定,采用焊接的連接方式,因此,圓盤的設計也是脫粒滾筒強度高低的要部件。由《機械設計通用手冊》[11]一書,查得圓盤的材料采用剛度和強度較好多45鋼制成,其直徑,其上均勻分布著四個長方形的通孔,目的是為了固定安裝紋桿,其位置在圓盤上固定,長方孔的底線距圓盤的中心為,其圓盤中心應裝套在主軸的直徑上(),因此,圓盤的中心應設定為的孔,以便安裝在軸上,圓盤的厚度選為,其上的長方形孔高為10mm、寬為45mm,同樣也是為了安裝其上的紋桿。
3.6 柵格式凹板的設計
在玉米脫粒機中,柵格式凹板是與釘齒滾筒相配合的重要部件,柵格式凹板有兩種功能,其一,是將玉米脫粒后,使玉米粒從柵格式凹板的縫隙中漏出,而玉米芯被釘齒滾筒上的釘齒螺旋排列排出機之外,從而使玉米粒和玉米芯分開,從不同的出口排出機體之外,達到玉米脫粒清選的作用,其二,柵格式凹板是利用鋼筋橫向焊接而成,鋼筋之間有的縫隙,這個縫隙可以將玉米卡在兩根鋼筋的縫隙之間(因為玉米為圓柱型),以便于釘齒對玉米進行快速、穩(wěn)定的脫粒[12] 。
柵格式凹板是由27根直徑長為的鋼筋,凹板的直徑,凹板兩邊由兩個直徑為,厚度為,高度為的鐵條固定,由于柵格式凹板是半圓桶型,柵格式凹板與機架相連接還需要一個柵格托架,同樣采用焊接的形式來連接用圓柱鋼筋圍成的凹板,因為柵格式凹板要安裝在機架上,所以將柵格式凹板兩端的鐵條和中間的柵格托架都焊接到機架上,這樣,可以加固機體與柵格式凹板的連接質量,在正常工作時,由于有機架的固定支撐,可以使柵格式凹板的工作穩(wěn)定性更高,更加可靠、穩(wěn)定。從整體來將,也達到了脫粒機的一體化的設計,提高整體剛度。
3.7 柵格托架的設計
柵格托架是用來固定柵格式凹版的,它是通過焊接使柵格式凹版連接在機架上,并用上蓋預先開設的的槽來定位。材料選用Q235鋼 [13] 。柵格托架如圖7。
圖5 柵格托架圖
Fig 5 Grid bracket figure
3.8 入料斗和進料口的設計
入料斗是將玉米填入玉米脫粒機機體內的一個途徑,它要通過進料口使玉米眼釘齒滾筒的切線方向進入脫粒機機體內,它們是玉米脫粒機上的組合部件,它的作用在于通過入料斗和進料口可以將玉米順利的填入機體內,而且在填入的過程中或是填入后的工作過程中,脫粒機能安全的工作,而且不會將玉米玉米?;蚴怯衩仔緩娜肓隙凤w濺出來,造成人員傷害等事故發(fā)生,因此,玉米脫粒機的入料斗和進料口的設計,即關系到玉米脫粒機的工作質量(即脫粒不干凈或是不完全等)。因為在將玉米添入脫粒機時,電動機在高速的旋轉,連同它的主軸一起旋轉,如果入料斗和進料口的填料方式不利于主軸的工作,此時,這種填料方式對主軸、對機體都有很大的副作用,有可能瞬時加大主軸的承擔負載,即同時加大主軸的彎曲應力、扭轉應力等,同時也加大了釘齒條上的釘齒的磨損和老化等。如果入料斗的設計不當,會造成主軸的瞬時被卡死,電動機悶車等現(xiàn)象發(fā)生,這些現(xiàn)象對電動機和玉米脫粒機的主軸有及大的破壞性。因此,在設計玉米脫粒機入料斗時應當考慮到設計不當可能發(fā)生的危害,精心的設計其結構。
3.9 上蓋的設計
玉米脫粒機的入料斗和進料口與脫粒機的上蓋相連接為一體,其連接方式為焊接即入料斗和進料口安裝在玉米脫粒機的上蓋上,兩者均采用的薄鐵板制成,玉米脫粒機的上蓋承半圓形狀,直徑為,長為,(進料口的一側與脫粒機的上蓋邊緣相切),這樣可以是玉米在進入脫粒機機體時,能夠很好的被釘齒滾筒上的釘齒打削(脫粒),因此,上蓋上的入料口設計很重要。其上進料口的最小口徑長為,寬為,其上的最大口徑(為了方便填料可以設計大一些)長為,寬為,玉脫粒機的上蓋整體焊接兩個角鐵上,并在角鐵上加工出來四個給柵格托架定位的槽,目的是便于與脫粒機的下半部分安裝,將脫粒機上蓋的緣地腳與角鐵焊接相連,角鐵采用的厚度為,長度為,起加固作用的鐵條同樣焊接在兩個角鐵上,以加堅固。在玉米脫粒機上蓋的兩端設有兩個半圓形狀的鐵板,其采用的材料是一樣的,目的一是保障工作人員的安全,因為在玉米脫粒機正常脫粒時,它的主軸高速旋轉,如果沒有兩打的鐵板擋住,有可能工作人員不甚將手或衣服絞進玉米脫粒機中,造成人員傷亡等事故發(fā)生。
3.10 鍵強度的校核
根據《機械設計》一書中所提到的,對于軸端直徑為25mm的軸,其間的長度在18~90之間,又根據《機械設計課程設計手冊》[14]一書中間的型號選取b×h為8×7的鍵,有根據實際情況選擇適當?shù)逆I長,初步選取。
鍵與軸的鏈接為靜連接,材料為45剛,承受載荷為120~150MPa
(31)
帶入數(shù)據得
故強度符合。
3.11 軸承的選擇和校核
本機只承受徑向力,故選用深溝球軸承,為了與軸做配合,故選取6006號軸承其參數(shù)如下:,基本額定動載荷,基本額定靜載荷。
由于軸承的基本額定壽命與破壞概率有關,所以在實際上按基本額定壽命計算選擇出的軸承中,可能有10%軸承發(fā)生提前破壞;同時,也可能有90%的軸承超過基本額定壽命還能繼續(xù)工作,甚至相當多的軸承還能在工作一個、兩個或更多個基本額定壽命。
由于所選的軸承只能承受純徑向動載荷,(當量動載荷)
由于此前算過,釘齒,乃至軸上所承受的徑向力為,而軸承所能承受的基本額定動載荷,小于所能承受的基本額定動載荷,所以負荷強度要求。
(32)
帶入數(shù)據得:
由于玉米脫粒機是季節(jié)性使用的機械,工作時間并不長,工作周期不長,又因為該機主要在戶外工作,工作溫度為常溫,不會引起應溫度過高而造成的軸承損壞,因此,軸承壽命符合機器工作條件。
3.12 機架的設計
機架是玉米脫粒機的主要支撐部件,它是承擔所有來自軸及電動機、凹板的沖擊和應力,機架的堅固是玉米脫粒機的工作穩(wěn)定、運轉平穩(wěn)的基礎,因此機架無論是從結構上還是從材料上,都應該采用堅固的穩(wěn)定的材料和樣式制成。就此玉米脫粒機來說,它的沖擊載荷和內部的應力偏低,電動機達到動力偏小,以及所選用的機型比較輕便,設計材料可采用角鐵支撐,角鐵支撐的好處在于:在角鐵材料本身所支撐的載荷范圍條件下,不會發(fā)生結構變形,雖然有較小的彈性變形,也不會影響脫粒機機體的堅固、穩(wěn)定的效果,盡管在玉米脫粒機正常工作的情況下,也不會影響玉米脫粒機的整體效果。選擇角鐵的厚度為,其規(guī)格尺寸為:高為,寬為。在機架上有兩段橫梁,要求它的工作強度大,承載能力強,受沖擊載荷、彎矩、扭矩不會變形,因此這兩端橫梁選為角鐵的厚度為,而它的高為,寬為,這樣的材料來支撐玉米脫粒機的主要載荷部分。玉米脫粒機的機架上安裝有一出粒斜板,目的是當脫粒機將玉米脫粒后,玉米粒從柵格式凹板的縫隙中漏出,落到出粒斜板上,玉米粒順著斜板下滑,從而滑出機體之外,達到將玉米粒隨脫粒的完成,而隨時地將玉米粒排出機體之外,它的材料也同樣是選用 后的鐵板制成。再玉米脫粒機的另一端,即玉米芯的排出端,設計了一個下滑的斜斗,其功用是完成玉米芯順利的排出機體之外,使玉米芯隨玉米脫粒機的主軸的不停旋轉,隨時的排出集團之外,也便于工作人員的清理,它也是應用厚的鐵板制成的,與機體相連,采用焊接的連接方式,它與柵格式凹板的玉米芯輸出端相連,而且,這個斜板與柵格式凹板的連接應該過長~,從而保障了玉米芯的順利滑出[15]。從機架的整體來看,機架的選料、結構設計、受力的不屬及玉米粒和玉米芯的隨機排出,可以看出玉米脫粒機的機是滿足要求的,而且結構設計合理。
3.13 玉米脫粒機上標準件的選擇
3.13.1 螺栓的選擇
應用在玉米脫粒機上的螺栓是機械設計的標準件,此時,需要選擇適合的螺栓,脫粒機上蓋與機架連接為帶有預緊力和工作拉力的螺栓連接[17],本機工作載荷不穩(wěn)定應用公式 (33)
其中為—承受的工作載荷,單位:N;
—為螺栓的總拉力,單位:N;
—為殘余預緊力,單位:N。
上蓋與機架連接為的螺栓為工作載荷不穩(wěn)定的緊螺栓連接,此處
此處可假設選釘齒接觸上蓋時的接觸力為最大工作載荷
帶入數(shù)據得:
單個螺栓的強度為
(34)
上蓋與機架有六顆螺栓相連接,實際的應該是帶入公式
得 ,圓整為8。
螺栓的選擇可以根據《機械設計手冊》查取.在本脫粒機上選擇的螺栓為:公稱直徑M8的螺栓[16],就可以滿足玉米脫粒機的脫粒機上蓋和機架連接需要。
3.13.2 鉤頭楔鍵的選擇
玉米脫粒機上的主軸和帶輪是通過鉤頭楔鍵相連,而且, 鉤頭楔鍵也同樣可以在《機械設計手冊》中查取,它也是一個標準件,其型號規(guī)格為:b=12、h=7、L=50。
4 結論
隨著社會的進步,生活中的每一個角落都有機器的參與。農業(yè)是我國的基礎經濟、是國家發(fā)展的根本,機械化的普及,不僅使農業(yè)加強了農業(yè)化生產,同時也減輕了農民的勞動強度,節(jié)省時間,提高效率。玉米脫粒機結構簡單,占用面積小,容易搬運,性價比高,生產率很高,而且單位時間內生成效率高,動力強,是現(xiàn)在市場上應用很廣的產品。
本機主要適用于已剝皮玉米的脫粒工作,長為911mm高為1166mm,寬為416mm 功率7.5kW。本機采用先進的釘齒條滾筒,代替?zhèn)鹘y(tǒng)的滾筒與釘齒的固定鏈接方式,從而可以更換釘齒,更好的提高了整機的使用效率,采用釘齒條還能減輕啟動載荷,對玉米粒飛濺有很好的防護效果,其主要功能是將玉米與玉米芯分開,達到玉米脫粒的效果,本機生產率很高,而且單位時間內生成效率高,是現(xiàn)在市場上應用很廣的產品,但是,此產品也有一些不足之處,比如由于脫粒機是用電力帶動,停電或斷電時就不可以繼續(xù)工作;還有玉米的大小也會影響脫離的完美性。和一些的玉米脫粒機相比還是有一定的優(yōu)勢的,其主要優(yōu)勢是動力強。因此,在今后還要對玉米脫粒機進一步開發(fā),使玉米脫粒機更完美,更效率化。
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致 謝
經過三個月的忙碌之后,畢業(yè)設計最終完成,心理有一種說不出的輕松。設計過程中遇到了許多問題,在眾多老師和同學的幫助下予以解決。首先要感謝老師對我的指導和督促,在設計過程中任述光老師給我指出了正確的設計方向,使我加深了對知識的理解,同時也避免了在畢業(yè)設計過程中走彎路,任老師的督促使我一直把畢業(yè)設計放在心里,保證按質按量的完成;還要感謝班上的同學,是大家營造了良好的學習環(huán)境,在做設計的過程中互幫互助,使我的CAD操作水平比以前有了很大提高,同時較全面的掌握了Word的編輯功能,使我能夠按時完成畢業(yè)設計。
大學生活即將畫上句號,在這四年中我是充實的、快樂的,這要感謝學校領導給我們提供了一個好的學習環(huán)境和豐富的課余生活,同時也要感謝所有老師對我們的辛勤培育。
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