橙子大小分級機構設計【蘋果梨子等水果通用分選機】[10張CAD圖紙+PDF圖]

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This method is suitable for grading spherical or near spherical material, from the structure is more simple,low cost, high grading precision, and is widely used in domestic and abroad. Key words：rotary drum grader, orange, grizzly bar, physical design 目錄 1 前言 - 1 - 1.1 引言 - 1 - 1.2 國內外分級機械的研究與發(fā)展 - 1 - 1.2.1 國外分級機構的發(fā)展現(xiàn)狀 - 1 - 1.2.2國內分級機構的發(fā)展現(xiàn)狀 - 2 - 1.3課題研究意義 - 3 - 1.4 課題研究內容 - 3 - 1.5 本章小結 - 4 - 2 柵條滾筒式分級機總體方案分析 - 5 - 2.1 分級裝置的類型 - 5 - 2.2 滾筒式分級機 - 7 - 2.2.1 工作原理 - 7 - 2.2.2 結構分析 - 8 - 2.3 滾筒式分級機的工藝參數(shù)分析 - 10 - 2.3.1 設計參數(shù)的確定 - 10 - 2.3.2 生產能力分析 - 10 - 2.3.3 尺寸分析 - 11 - 2.4 滾筒式分級機設計時應注意事項 - 12 - 2.5 本章小結 - 12 - 3 動力傳輸部件的選擇與設計 - 13 - 3.1 電動機的選擇 - 13 - 3.1.1 直流他勵電動機 - 13 - 3.1.2 三相異步電動機 - 13 - 3.1.3 選擇的電動機 - 13 - 3.2 聯(lián)軸器 - 14 - 3.3 鏈傳動 - 14 - 3.3.1 鏈傳動簡述 - 14 - 3.3.2 鏈傳動的設計 - 15 - 3.4 總體校核計算 - 16 - 3.4.1 滾筒轉速的確定 - 16 - 3.4.2 功率計算 - 18 - 3.4.3 傳動裝置總效率η和電動機功率Pr - 19 - 4 柵條滾筒橙子分級機構設計 - 24 - 4.1 總體結構分析及三維圖 - 24 - 4.2 本章小結 - 27 - 5 結 論 - 28 - 參考文獻 - 29 - 致 謝 - 31 - 1 前言 1.1 引言 我國水果的種類繁多產量大，近二十年來發(fā)展特別的迅速。據(jù)我國官方數(shù)據(jù)顯示，21世紀初我國水果總量已達到了15000噸，較以前已經有了一個長足發(fā)展，水果產業(yè)已經成為我國南方主產區(qū)農村經濟的一大支柱產業(yè)，為促進農民增收、擴大城鄉(xiāng)居民就業(yè)和改善生態(tài)環(huán)境做出了積極貢獻。即便我國有著基數(shù)很大的水果產量，由于國情原因，現(xiàn)在水果價格相對較低，并且經常出現(xiàn)滯銷的現(xiàn)象，果農經常受到巨大的經濟沖擊，同時我國水果的出口率是很低的，這也是制約我國水果發(fā)展的短板。我國水果市場競爭力差的主要的因素就是，我國水果商品率低，包裝差，整體的外觀欠佳。水果采后商品化處理包括：清洗、打蠟、分級、包裝。分級在水果的商品化中占有重要的地位，由于技術的革新在分級化處理中，發(fā)生了巨大變化。清洗、打蠟技術在應用中已經比較成熟，只有分級技術在水果的商品化環(huán)節(jié)的應用中還不夠成功。水果外部品質的主要分級指標是水果的果形、大小、色澤、表面質量和顏色，本課題針對橙子大小進行分級研究，以提高生產力，提高水果質量，加快水果采后商品化的國際進程。 1.2 國內外分級機械的研究與發(fā)展 1.2.1 國外分級機構的發(fā)展現(xiàn)狀 依照CCD相機，應用計算機分析等技術條件對每一個水果進行檢測，同時得到客觀的結論在分級，這是國外應用較早的技術手段。機器的視覺技術在農產品內部品質的探測的應用，正成為國內外競相研究熱門課題。 現(xiàn)在的一些光學的檢測手段正在應用到水果的品質檢驗當中去，這些檢測技術連同信息的處理技術正在為水果的檢測提供便捷。人工神經網絡技術是模仿生物大腦結構和功能而構成的信息處理技術，在機器視覺系統(tǒng)中應用可以提高品質識別的智能性。 德國發(fā)明的分級機機構，其分級的精度是非常高的，并且其緊湊的結構的設計，可以有效地減少果實損傷的幾率，其核心技術是應用了一種先進的測量儀器，并且此種機構把水果的商品化的工藝縮短了近一半的時間。 美國Auto line公司的水果分級設備在世界上處于領先地位，其產品已經系列化(5個型號)，能夠按照重量、顏色、形狀分級，傳送通道可以多達9道，出口可達60個，每道的最高傳送速率為12個/秒，其傳輸系統(tǒng)可以容納不同尺寸的水果，其視覺系統(tǒng)采用兩架單色相機，能計算出水果的三維尺寸。 西班牙Aleixos使用多光譜相機檢測柑橘，圖像在兩塊DSR中并行運算，顏色識別正確率達94%，由于損傷處和正常處的熱輻射不同，用熱紅外線圖像對損傷的判別準確率達100%，實驗證明，在損傷后30-180s時，擦傷處和正常處至少有1-20度溫差，但熱紅外線圖像必須在環(huán)境溫度變化下才可以檢測。 Italy-001-A型分級機是一種先進的分級機構，能夠按照果實的大小進行很好的分類處理，其核心的部件就是一條傳送帶，其上面有很多的孔，其網眼中的孔徑是無級變化的，網眼在最左邊時，孔徑最小，傳送帶向右運行時，網眼孔徑也就隨之增大，到達最右邊時，孔徑最大。當傳送帶從下端向回運行時，網眼孔又由大變小。就是說，傳送帶上的網眼孔徑就像照相機的快門那樣，隨著傳送帶的運行方向不同，可以由小變大或由大變小。果實最先落在傳送帶左邊時，小的果實漏下來，隨著傳送帶的向右運行，大的果實開始落下，這樣就將果實由小到大進行了多級分級。 美國Kavdir等使用神經網絡算法對柑橘進行分級，把缺陷和物理特征作為神經網絡分類器的輸入?yún)?shù)，對橙子，柚子分級的準確率為98.5%，利用ANN的泛化功能，對橙子的彩色RGB圖像，結合顏色和果形分析，獲得魯棒性，實時性的分類結果。 日本三菱電器公司研制的水果成熟度分級機，是利用傳感器綜合測出梨的表面顏色、對特定光的透光率、形狀和大小，并與事先貯存在計算機中的優(yōu)良梨的數(shù)據(jù)進行對比，推算出成熟度和含糖量，但是大小分級是其基礎。[1] 1.2.2國內分級機構的發(fā)展現(xiàn)狀 分級技術在我國大體可分為引進、消化、吸收三個階段，80年代以前是主要以引進為主，國內的分級技術的研究幾乎為零；隨著技術的進步，我國制造業(yè)逐步發(fā)展成熟，同時國內開始意識到了分級機構在農業(yè)生產中的重要性，逐步的引進國外的生產設備，同時國內的一些機構或者企業(yè)開始學習研究國外的技術，經過具體的測繪分析，對于分級技術的認識有了一個飛躍的發(fā)展，90年代以后，根據(jù)市場對分級機構性能的要求的提高看，于此同時國內對于此種技術的研究已經積累了相當?shù)慕涷?，開發(fā)出了許多自主知識產權的產品。但盡管如此，與發(fā)達國家相比，中國目前在分級領域仍然存在大型設備不足、工藝控制技術落后、磨耗和單位產品能耗偏高、特殊粒形的生產工藝和設備落后等問題。[2] 在近幾十年水果分級研究中，我們已經積累了足夠經驗，并且可以說碩果累累，許多產品性能指標已經趕超國外很多產品。水果分級機器人的研究成功，將有利于改變國產水果和農產品的外觀質量較差，同一批產品中良莠不齊，混等混級等現(xiàn)狀。若以我國蘋果產量的50％(約3000萬噸)通過自動分級處理來說，每公斤大概可以增值0.2 元，那么總量即能夠增值6 億元?？上攵?，這對提高我國水果的品質，增強參與國際競爭的能力，并大大降低工人的勞動強度，具有重要的理論意義和實際意義，并能創(chuàng)造巨大的經濟效益和社會效益。 1.3課題研究意義 我國是水果生產大國，自動分級技術對提高我國生鮮水果的市場競爭力有很大的幫助。特別是90年代以來，我國的水果產量明顯提高，水果生產已經成為中國農村的支柱型產業(yè)，成為縮小城鄉(xiāng)差距和農民增產增收的重要途徑。對水果大小分級的研究，在國內還不是特別的完善，對橙子分級的研究可以明顯的提高水果產后商品化的價值，增加中國水果的國際競爭力，提高生產效率。因此我們選擇了柵條滾筒式分級機。它與目前普遍采用的振動滾筒式分級機相比具有以下一些優(yōu)點：①結構簡單；②效率高；③價格低廉；④功耗?。虎輦实?；柵條滾筒式分級機存在的缺點是分級精度不高。[3] 1.4 課題研究內容 1）本文研究橙子大小分級機工作原理以及主要部件組成和結構； 2）通過對主要零部件的更換，可以達到篩分不同的大小物料的目的； 3）物料特性的研究，測定不同品種、不同地區(qū)主產橙子形狀及外形尺寸，根據(jù)相關標準確定分級篩尺寸。 1.5 本章小結 我國是水果生產大國，橙子年產量達近千萬噸，居世界之首，但采后處理能力不到總產量的15%，水果分級機的發(fā)展已經成為制約我國農業(yè)出口發(fā)展的主要原因。本章詳細分析了水果分級機械的國內外研究與發(fā)展的情況，闡述了課題研究的目的和意義，并明確了本課題的研究內容。 2 柵條滾筒式分級機總體方案分析 2.1 裝置的類型 （1）錐輥式裝置 錐輥式裝置采用的是一對相對轉動的錐形輥，如圖2.1（圖中各參數(shù)的單位為mm），橙子在兩錐形輥的帶動下不停地上升和下落，同時，橙子在重力和上端橙子對其側向擠壓力的共同作用下沿錐形輥向下移動，直至兩錐形輥的間隙大于橙子的直徑時，橙子通過間隙落下 [4] 。 1．錐輥 2．橙子 圖 2.1 錐輥式分級原理圖 Fig.2.1 Cone roller type classification principle diagram 該裝置效果不好，因為： ① 果實大量喂入時，上層的橙子無法及時地與下層橙子進行交換，造成前一級橙子在后一級甚至后幾級才被分離出去，出現(xiàn)分級混雜、混級率增大的現(xiàn)象。 ② 由于大多橙子是橢球形的，這些橙子在下滑的時候，會因下滾姿態(tài)的不同，而在不同的位置下落，從而造成分級誤差。 （2）圓孔篩分級裝置 圖2.2是圓孔篩分級原理圖，該圓孔篩與水平線的夾角為α。篩孔由右往左逐漸變大，橙子在重力和離心力的共同作用下沿篩壁下滑并通過合適的孔口落下。 該圓孔篩的轉速范圍為： R—橙子半徑 m，n—圓孔篩轉速 r/min 圖 2.2 圓孔篩分級原理 Fig.2.2 Sieve classification principle 該結構存在一個致命缺陷：在機構工作過程中，如果加入就太多橙子，就很有可能把篩孔給堵塞。 （3）平面振動篩裝置 圖2.3 為平面振動篩裝置簡圖。該振動篩裝置是由三個篩子組成。篩子振動時，橙子與篩面產生相對滑動，尺寸小于篩孔的橙子有可能通過篩孔，掉入下篩，其余的留在篩面上，并沿篩面流向一側，由集料口收集。[5] 經過試驗的驗證，在篩分橙子大小的過程中這種設計結構的效果是欠佳的。 圖 2.3 平面振動篩裝置簡圖 Fig.2.3 Schematic plane vibration sieve （4）柵條滾筒式裝置 如圖2.4所示，篩分部分由三段滾筒組成，每段滾筒的柵條間隙不同，第一級到第三級柵條的間隙逐漸增大。橙子在篩筒內軸向隨著滾筒一起做圓周運動；軸與橙子具有彈性而且篩筒與水平面有一定的夾角所以作曲線或直線運動。當橙子到達篩筒時，厚度尺寸小的橙子在離心力的作用下從第一級被分離出來，厚度尺寸大的橙子在滾筒的帶動下運動到下一級繼續(xù)篩選，如此重復直到第四級橙子從側面分出為止。 圖 2.4 柵條分級滾筒結構圖 Fig.2.4 Grid Classification drum structure diagram 2.2 滾筒式機 2.2.1 工作原理 滾筒式機由進料機構、滾筒篩體、卸料斗和傳動機構等組成，滾筒體傾斜角β可調。柵條滾筒式機的篩體分部分由三段滾筒組成，每段滾筒的柵條間隙不同，第一級到第三級柵條間隙逐漸增大。橙子在篩筒內軸向隨著滾筒一起做圓周運動；軸向上由于橙子具有彈性而且篩筒與水平面有一定的夾角所以作曲線或直線運動。當橙子進入篩筒時，厚度尺寸小的橙子在離心力的作用下從第一級被分離出來，厚度尺寸較大的會在滾筒的帶動下運動到下一級繼續(xù)篩選，如此重復直到第四級干果從側面出料斗分出為止，從而達到的目的。 工作時，被篩物料由喂入斗裝入篩筒內，隨旋轉的篩筒內壁上升，至一定高度后松散落下，如此反復進行，連續(xù)進入篩筒內的物料受壓力和松散性的影響，逐步向篩筒另一端的出口移動；同時，在這一過程中小于柵條間隙的物料通過柵條間隙漏出，被配置在篩筒下部的振動輸送裝置運至篩下物出料口，大于柵條間隙的物料被帶到篩分的另一端通過篩上物出料口流出完成分級過程。 2.2.2 結構分析 滾筒式機主要由分級滾筒、、、、五部分組成。 圖2.5 滾筒式分級機 Fig.2.5 Drum type classifier (1) 滾筒 它是該設備的主要構件，用直徑為10mm的鋼管焊成圓柱形轉簡。轉筒按需要設計成幾節(jié)。節(jié)數(shù)為需分級數(shù)減l，各節(jié)柵條間隙不同，而同一節(jié)柵條間隙一樣。整個轉簡上進料口端孔徑小，出料口端孔徑大。各節(jié)用連接滾圈連接以起加強作用。每節(jié)轉筒下裝有一個收集料斗。 (2) 支承裝置 由滾圈3、摩擦輪4、機架7和軸承組成。滾圈3固定在滾筒2上，并將簡體重力傳遞給摩擦輪4，整個設備由角鋼焊成的機架7文本。 (3) 傳動裝置 目前有如下三種。 第一種：采用電動機通過、、鏈輪及一對傳動，而其中一個大齒輪就連接在的邊緣上，另一個小齒輪則與傳動系統(tǒng)相連接作為主動齒輪，把動力傳給大齒輪而驅動滾筒轉動。這種傳動方式加工制造比較麻煩，由于滾筒直徑較大而使轉動不平衡，齒輪上的潤滑油也往往滴在轉筒中污染物料，故目前已逐漸被淘汰。 第二種：。滾筒的中心線上沒有，用支臂與滾筒連，傳動系統(tǒng)把動力傳至中心軸，由帶動滾動軸轉動。這種傳動方式比第一種簡單，但因滾筒較長，其中心軸也長，在滾筒中間又很難設置中間軸承，因此，若中心軸的剛度稍差，則往往產生擾動而使?jié)L動的運行不平衡。同時，由于水果有時和中心軸及支臂碰撞而產生機械傷，故目前使用這種形式的亦逐漸減少。 第三種：。摩擦輪4（見圖2.5）裝在一根軸上，滾筒兩邊均有摩擦輪，并且互相對稱，其夾角為90°，長軸一端（主動軸）與傳動系統(tǒng)相連，另一端裝有托輪，不與傳動系統(tǒng)相連，主動軸從傳動系統(tǒng)中得到動力后帶動其上的摩擦輪轉動，摩擦輪緊貼滾圈3，滾圈3固定在轉軸上。因此，摩擦輪與滾圈互相產生的摩擦力驅動滾筒轉動。水果在滾筒內向出口處的運動靠滾筒內裝置螺旋卷帶或使?jié)L筒有一傾斜角度來實現(xiàn)?？嗨菆A形或近似圓形時，采用后者為宜。物料滾動性差的，可采用前一種方法。 運轉時，滾筒上的小孔往往被原料堵塞而影響效果，因此常常在滾筒外壁裝置木制滾軸，木制滾軸平行于滾筒的中心軸線，用彈簧使其壓緊滾筒外壁，由于木滾軸的擠壓，把堵塞在小孔中的原料擠進滾筒中。 (4) 清篩裝置 一般物料的，可以選擇水沖式或毛刷式，工作時原料應通過滾筒相應柵條間隙流出，才能達到的目的，但對于尺寸較大的如蘑菇，柵條間隙往往被物料堵塞而影響效果。因此，要根據(jù)所分級物料的實際情況，安裝，將堵在柵條間隙中的物料擠回滾筒內。通常在滾筒外壁平行于其軸線安裝一個木制滾軸，木輥的支撐可采取通心軸式或自身軸式，在彈簧作用下壓緊在滾筒外壁來達到清篩目的。 時，在傳動系統(tǒng)作用下，通過摩擦輪和滾圈使?jié)L筒回轉，當物料從進料斗1加入后即隨滾筒一起回轉，小于第一級柵條間隙的物料落入第一級收集料斗中，大于最后一級柵條間隙的物料從滾筒排出進入最后一級料斗。 2.3 滾筒式機的工藝參數(shù)分析 2.3.1 設計參數(shù)的確定 料斗可采用0.5~1mm的不銹鋼板制造，為方便清洗和防止阻塞，在出料口位置設計有清洗門，可將上面板和料斗板進行鉸鏈接。雖然各廠都采用滾筒式機對同樣原料進行，但使用效果不同，不同效率相差較大。其主要原因是對參數(shù)掌握不好，各級間互相配合不當之故。 本次使用效果較好的一組參數(shù)。滾筒的傾斜角度取3°～5°；滾筒直徑與長度之比為1：(4～6)；滾筒上的篩孔排列用正三角形排列；滾筒的轉速10～15r/min，一般不超過30 r/min；滾筒篩孔直徑根據(jù)原料情況和要求而定。 2.3.2 生產能力分析 生產能力G可由下式計算 （2-1） 式中 G——生產能力，t／h； Z——滾筒上柵條間隙總數(shù)； A——在同1s內從篩孔中掉下物料的系數(shù)。因分級機形式和物料性質不同而異，滾筒式機可取1.0%～2.5%；青豆取大些，橙子取小些； m——滾筒內物料平均質量，g。 2.3.3 尺寸分析 從式(2.1)可知，G與Z、和m成正比。設計時，G是由廠方或任務書規(guī)定的，處理的物料一般已事先確定，通過測定可得m，然后根據(jù)(2-1)求得Z，即是滾筒上所需的柵條間隙總數(shù)。但由于各級柵條間隙不同而滾筒直徑相同，所以這個柵條間隙總數(shù)不能平均分配在各個級中，而應根據(jù)工藝要求決定分成不同間隙大小的多少級別。再依級數(shù)設每級間隙數(shù)，確定同一級中柵條間隙數(shù)。取1000個橙子進行總體稱重，求出橙子的平均重量，再分別求出1000個橙子中的最大直徑和最小直徑進行直徑測量，并求出平均直徑，得到下表： 表2.1 橙子直徑與孔徑安排 Table2.1 The diameter of orange and bore of the machine 分級 一級 二級 三級 橙子直徑d(mm) 46 53 66 各級孔徑d(mm) 50 60 70 所有橙子的平均重量m(g) 150 從理論上說，每級的鋼管數(shù)之和應等于柵條間隙數(shù)Z，每級長度之和就是所設計的滾筒長度。但有時計算出的滾筒直徑，各級都不相同，無法聯(lián)接在一起。因此，一般是取滾筒中直徑最大的一級作為整個滾筒的直徑，其他各級因直徑增大了，可把鋼管直徑或柵條間隙距離適當放大即可。 在初步確定了滾筒的直徑和長度后，用直徑比長度＝1：(4～6)進行校核，若不在這范圍內，就應重新調整每級柵條間隙數(shù)，以達到此比例范圍內為止。 2.4 滾筒式機設計時應注意事項 （1）用摩擦輪傳動雖好處很多，但滾圈與摩擦輪之間因摩擦會產生鐵屑掉進滾筒里，直接污染產品，設計時必須充分注意這點。 （2）滾筒內物料升高主要是靠滾筒轉動和物料對滾筒內壁的摩擦力，因而升角不高，只有40°～45°。這樣，滾筒直徑雖大，但其篩面利用率只有1/6～l/8，其余占滾筒的大部分篩面并沒有被利用。若能把升角提高，就能提高篩面利用率，有些廠采取在滾筒中緊貼篩面焊上幾根管子的辦法，效果較顯著。 （3）篩面的傾斜度對生產率影響較大。對圓筒篩，其軸線應與水平面成3°～9°的傾斜角。 （4）滾筒式機工作時很平穩(wěn)，但其篩孔易堵塞，機械占地面積很大，在同等生產能力是，其尺寸比平篩大得多，金屬消耗量大，同時對原料的適應性差，要設清理裝置。 （5）滾筒上面的滾圈或連接圈。目前多用角鋼彎制，由于橢圓度的存在，在滾筒轉動時會有所跳動，若滾筒跳動使物料離開篩面的話，會影響，所以采用澆鑄滾圈的方法更為理想。 2.5 本章小結 本章首先分析了機核心部件裝置的類型，通過對比其優(yōu)缺點，選取柵條滾筒機做為機的裝置；同時闡述了滾筒式機的工作原理及其結構，分析其工藝參數(shù)和在設計過程中應多注意的事項，為下面章節(jié)結構設計打下鋪墊。 3 動力傳輸部件的選擇與設計 3.1 電動機的選擇 目前市場上電動機的類型有很多，按結構和工作原理可以分為：直流電動機、同步電動機、異步電動機。根據(jù)研究本次重點討論一下兩種：直流他勵電動機和三相異步電動機。 3.1.1 直流他勵電動機 直流電動機有一下特性： 1）靠改變外電路外串電阻調節(jié)速度機械特性軟，電阻越大特性越軟，穩(wěn)定性能越低，空載時調速范圍不大，調速電阻耗電量較大，很少應用； 2）改變電動機電樞供電電壓U：電壓連續(xù)變化可實現(xiàn)無級調速，一般額定電壓以下調節(jié)；調速特性與固有特性平行，機械特性硬度不變，穩(wěn)定度高，適合恒轉矩； 3）改變主磁通：無級平滑調速，額定功率以上調速，調速范圍不大，恒功率調速。 3.1.2 三相異步電動機 1）調壓調速：可以無級調速但是調節(jié)范圍不大； 2）轉子電路串電阻：簡單可靠，屬于有級調節(jié)，但是低速是功率損耗較大； 3）改變磁極對數(shù)：體積稍微大，價格較高，屬于有級調節(jié)，結構簡單，效率較高，特性好，調節(jié)時所需附加設備較少，中小型機電聯(lián)合調速。 3.1.3 選擇的電動機 查表可知，電動機的選擇為：電動機的型號Y90L—6；額定功率1.1KW；滿載轉速910r/min；質量25kg。 3.2 聯(lián)軸器 聯(lián)軸器用來把兩軸聯(lián)接在一起，使機械運轉時不能分離；只有機械停車或將聯(lián)軸器拆開后，兩軸才能分離。 根據(jù)各種相對位移有無補償能力聯(lián)軸器可以分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器兩大類。撓性聯(lián)軸器又可以分為有彈性元件的撓性聯(lián)軸器和無彈性元件的撓性聯(lián)軸器。 表3.1 WS型雙十字萬向聯(lián)軸器的參數(shù) Table3.1 Parameters of WS type double cross universal coupling 型號 額定轉矩 T（N×m） d（H7） D L0J1型 重量（Kg）Y型 轉動慣量Y型 WS5 140 19 40 164 24.0 1.04 3.3 鏈傳動 3.3.1 鏈傳動簡述 鏈傳動是嚙合傳動，平均傳動比是準確的。它是利用鏈與鏈輪輪齒的嚙合來傳遞動力和運動的機械傳動。鏈條長度以鏈節(jié)數(shù)來表示。鏈節(jié)數(shù)最好取為偶數(shù)，以便鏈條聯(lián)成環(huán)形時正好是外鏈板與內鏈板相接，接頭處可用彈簧夾或開口銷鎖緊。若鏈節(jié)數(shù)為奇數(shù)時，則需采用過渡鏈節(jié)。在鏈條受拉時，過渡鏈節(jié)還要承受附加的彎曲載荷，通常應避免采用。 齒形鏈由許多沖壓而成的齒形鏈板用鉸鏈聯(lián)接而成，為避免嚙合時掉鏈，鏈條應有導向板(分為內導式和外導式)。齒形鏈板的兩側是直邊，工作時鏈板側邊與鏈輪齒廓相嚙合。鉸鏈可做成滑動副或滾動副，滾柱式可減少摩擦和磨損，效果較軸瓦式好。 與滾子鏈相比，齒形鏈運轉平穩(wěn)、噪聲小、承受沖擊載荷的能力高；但結構復雜、價格較貴、也較重，所以它的應用沒有滾子鏈那樣廣泛。齒形鏈多用于高速(鏈速可達40m/s)或運動精度要求較高的傳動。 圖3.1 鏈傳動 Fig. Chain drive 3.3.2 鏈傳動的設計 傳動比i ：鏈的傳動比一般≤8，在低速和外廓尺寸不受限制的地方允許到10。如傳動比過大，則鏈包在小鏈輪上的包角過小，嚙合的齒數(shù)太少，這將加速輪齒的磨損，容易出現(xiàn)跳齒，破壞正常嚙合。通常包角最好不小于120。 傳動比i=2~3.5 （2）鏈輪齒數(shù)z1和z2　首先應合理選擇小鏈輪齒數(shù)z1 。小鏈輪齒數(shù)不宜過少，過少時，傳動不平穩(wěn)、動載荷及鏈條磨損加劇，摩擦消耗功率增大，鉸鏈的比壓加大及鏈的工作拉力增大。但是z1不能太大，因為z1大，z2更大，不僅增大傳動尺寸，而且鉸鏈磨損后容易引起脫鏈，將縮短鏈的使用壽命。因為若鏈條的鉸鏈發(fā)生磨損，將使鏈條節(jié)距變長、鏈輪節(jié)圓d'向齒頂移動。 節(jié)距增長量Δp與節(jié)圓外移量Δd`的關系。 由此可知Δp一定時，齒數(shù)越多節(jié)圓外移量Δd`就越大，也越容易發(fā)生跳齒和脫鏈現(xiàn)象。大鏈輪齒數(shù)z2按z2=iz1確定，一般應使z2≤120。在選取鏈輪齒數(shù)時，應同時考慮到均勻磨損的問題。由于鏈節(jié)數(shù)最好選用偶數(shù)，所以鏈輪齒數(shù)最好選質數(shù)或不能整除鏈節(jié)數(shù)的數(shù)。 （3）鏈速和鏈輪的極限轉速 鏈速的提高受到動載荷的限制，所以一般最好不超過12m/s。鏈輪的最佳轉速和極限轉速可參看圖2。圖中接近于最大許用傳動功率時的轉速為最佳轉速，功率曲線右側豎線為極限轉速。 （4）鏈節(jié)距 鏈節(jié)距愈大，鏈和鏈輪齒各部尺寸也愈大，鏈的拉曳能力也愈大，但傳動的速度不均勻性、動載荷、噪聲等都將增加。因此設計時，在承載能力足夠的條件下，應選取較小節(jié)距的單排鏈，高速重載時，可選用小節(jié)距的多排鏈。 （5）鏈的長度和中心距 若鏈傳動中心距過小，則小鏈輪上的包角也小，同時嚙合的鏈輪齒數(shù)也減少；若中心距過大，則易使鏈條抖動。一般可取中心距a=(30~50)p，最大中心矩amax≤80p 。 由此算出的鏈的節(jié)數(shù)，必須圓整為整數(shù)，且最好為偶數(shù)。然后根據(jù)圓整后的鏈節(jié)數(shù)用下式計算實際中心矩： 為了便于安裝鏈條和調節(jié)鏈的張緊程度，一般中心距設計成可以調節(jié)的。若中心距不能調節(jié)而又沒有張緊裝置時，應將計算的中心距減小2~5mm。這樣可使鏈條有小的初垂度，以保持鏈傳動的張緊。 3.4 總體校核計算 3.4.1 滾筒轉速的確定 滾筒的轉速直接影響生產能力和效率，它還與直徑有密切的關系，不能隨意確定。下面推導它們之間的關系式。 由于滾筒的傾角很小，可近似看作水平。 當物料與滾筒一起回轉時，其受力情況如圖3.2所示。 圖3.2 物料在滾筒中受力情況 Fig.3.2 The force on the material in the drum 對物料B，受到重力G和離心力C的作用。把G分解為G月和G兩個分力，前者分力要推動物科從篩面向下滑動，后者則把物料朝篩面上壓聚而在物科運動時和離心力一起產生摩擦力T， （3-1） 式中 —物料對篩面的摩擦系數(shù) 由于T的存在使物料沿篩面向上運動。物料受到的離心力C為： （N） （3-2） 式中 m—— G—— g—— R—— v—— （3-3） 式中 n——滾筒轉數(shù)(轉／分) 將公式（3.3）代人公式（3.2）中得 （3-4） 當物料B沿滾筒切線方向的重力分力等于或大于摩擦力T時，即開始向下滑動，此時亦即物料B處于滾筒內表面的最高點。即：時，物科B處于最高點。 （為摩擦角） （3-5） 將公式3.1和代人化簡后得 （3-6） 據(jù)資科介紹，角(物料升角)應稍大于物料對篩面的摩擦角=5～10°才能正常運轉。即＝5～10°，對橙子，＝0.7，則＝0.7，＝35°，那么＝40～45°(此為物科升高的最大角度)。 將和值代入公式（3-6）中并化簡得 （rad/m） 考慮到滾筒實際上有一傾角，故通常取 實驗裝置的滾筒的直徑為 所以 式中 n——滾筒轉速數(shù)，r／min； R——滾筒的直徑，m。 由此可知，n和R成反比，一般情況下，滾筒直徑愈大，其轉速愈小。 3.4.2 功率計算 (3-7) 式中 A——，； ——，m； —，N／。 (3-8) 式中 R——，m； L——，m； ——，N／； ——，0.05～0.10。 (3-9) 式中 D——，m； W——。 由于傳動方式不同，功率計算方法也不同。對于中間軸式的傳動，其功率P為 (3-10) 式中 P——功率，W； n——滾筒轉速，r／min； M——驅動滾筒轉動所需之力矩，N·m ——傳動效率，0.6～0.7。 3.4.3 傳動裝置總效率η和電動機功率Pr 由手冊查得，在傳動裝置中，兩隊齒輪傳動每對η1=0.97，四對軸承每對=0.98，聯(lián)軸器每個η3=0.99。皮帶輪為η4=0.86總的效率 所需電動機輸出功率 所以，電動機的選擇為：電動機的型號Y90L—6；額定功率1.1KW；滿載轉速910r/min；質量25kg。 P=1100W>Pr=58.18W 所以，該電動機的選擇符合實際功率的要求。 （1）傳動比和各級傳動比計算 由傳動比，取 取齒輪傳動的齒數(shù) 。則實際傳動比 ， 實際總傳動比 （2）Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸轉速計算 （3）各軸功率、轉矩和軸的校核計算 電動機軸功率和轉矩 Ⅰ軸輸入功率和轉矩 選取軸的材料為45鋼，調質處理。根據(jù)表3.2，取A0=120，于是得： 表3.2軸常用的幾種材料的及[13] Table3.2 TheandSeveral materials commonly used shaft 軸的材料 Q235-A、20 Q275、35 45 40Cr、35SiMn、38SiMnMo、3Cr13 /MPa 15～25 20～35 25～45 35～55 149～126 135～112 126～103 112～97 Ⅱ軸輸入功率和轉矩： Ⅲ軸輸入功率和轉矩： 1）確定計算功率Pca 由表查的工況系數(shù)K=1.1，故 Pca= KP=1.11.1KW=1.21KW 2）選取鏈條的型 根據(jù)Pca、n，確定選用A系滾子鏈 10A。 3）確定鏈輪基準直徑 由相關參數(shù)選取主動輪基準直徑d=60mm。 確定從動輪基準直徑d=i d=560mm=300mm （3-10） 取d=315mm。 4）驗算鏈條的速度 V=〈35m/s （3-11） 鏈條的速度合適。 5）確定鏈輪的基準長度和傳動中心距 由公式0.7（d+ d）〈〈2（d+ d）， （3-12） 初步確定中心距為=400mm。 根據(jù)公式L=2+（d+ d）+=[2400+（315+60） +]mm=1388mm （3-13） 由表選擇鏈的基準長度L=1400mm。 按公式計算實際中心距 =+ （3-14） 6）驗算主動輪上的包角 由公式得 =180- （3-15） 主動輪上的包角合適。 7）計算鏈輪的根數(shù)z z= （3-16） 由n=1440r/min、d=60mm、i=3.8查表得P=1.6KW、、，，則 Z=， （3-17） 因此取z=4根。 8）計算預緊力F, （3-18） 查表得q=0.07Kg/m，故 （3-20） 9）計算作用在軸上的壓軸力F （3-19） 10） 鏈輪結構圖見附錄圖紙。 4 柵條滾筒橙子分級機構設計 4.1 總體結構分析及三維圖 本文所設計的圓筒篩式干果機外形尺寸（長×寬×高）為2492mm×700mm×1500mm；其主要由進料裝置、出料裝置、清篩裝置、篩分裝置和傳動裝置5部分組成，見圖4.1所示。 1.進料斗2.傳動鏈條3.減速器4.電動機5. 清篩裝置 6.出料斗7. 柵條滾筒 8.機架9.支撐輪10.聯(lián)軸器 圖4.1 橙子大小分級機構簡圖 Fig.4.1 The Oranges size classification diagram of mechanism 1)進料裝置 進料裝置由進料斗和插板活門共同組成，如圖4.2所示。進料斗采用頂置式，其下表面與水平面成一定的角度，便于物料的滾動流下；插板活門附加在進料斗與機架的聯(lián)結處，用以控制物料的喂入量及喂入速度。 圖4.2 進料斗三維圖 Fig.4.2 The feed hopper three-dimensional map 2)清篩裝置 清篩裝置采用的材料是無毒無污染的天然橡膠，被安置在機架的頂部，天然橡膠與柵條滾筒接觸。當有物料被夾在兩根柵條之間無法移動而隨著滾筒一起運轉時，由于被夾的物料高出滾筒一部分，就會與清篩部分相接觸，從而產生摩擦碰撞，使被夾物料脫落，保證滾筒的正常運轉。 3)出料裝置 橙子分級機的出料部分共包括四個出料斗，如圖4.3所示。其中三個均勻地分布在機體正面的一側、一個放置在側面。出料斗的底面與水平面夾角成60°，便于物料的滾動流下；并且在出料斗的兩側裝有吊鉤，便于集料袋掛放固定。 圖4.3 出料斗三維圖 Fig.4.3 The three-dimensional map 4)篩分裝置 如圖4.4所示，篩分部分由三段滾筒組成，每段滾筒的柵條間隙不同，第一級到第三級柵條的間隙逐漸增大。物料在篩筒內徑向隨著滾筒一起做圓周運動；軸向上由于物料具有彈性而且篩筒與水平面有一定的夾角所以作曲線或直線運動。當物料進入篩筒時，厚度尺寸小的物料在離心力的作用下從第一級被分離出來，厚度尺寸較大的物料在滾筒的帶動下運動到下一級繼續(xù)篩選，如此重復直到第四級物料從側面出料斗分出為止。目前國內并沒有制定統(tǒng)一的關于橙子、蘋果、橘子大小等級的國家標準，因此根據(jù)所測得的物料厚度尺寸和相關市場調查，三種物料的各級間的柵條間隙由新疆農業(yè)科學院農機化研究所的專家定出，如下表4-1所示。 表4-1橙子機構的整體設計 Table4-1 The overall design of orange grading mechanism 項目 一級 二級 三級 各級長度L（mm) 480 420 480 各級柵條間距M（mm) 50 60 70 圓周長度l（mm) 900 840 640 柵條滾筒的直徑為：400mm，滾筒長度為：1380mm。 圖4.4 柵條滾筒結構三維圖 Fig.4.4 Grid cylinder structure of 3D graph 4.2 本章小結 本章主要介紹了橙子大小機構主要結構，進料裝置、清篩裝置、篩分裝置、出料裝置、進料裝置、整體的結構設計，合理安排了柵條間距，滾筒長度，滾筒傾斜度，以便于在橙子大小分級時能使橙子在滾筒中運動，達到一個好的效果。并且通過Autocad和pro/e分別畫出了它們的二維視圖和三維視圖，形成一個立體直觀的設計思路。 5 結 論 我國水果生產數(shù)量大，賣果難的問題經常出現(xiàn)，在國際市場的水果出口份額偏低，其中對水果檢測技術落后，缺乏先進有效地系統(tǒng)，良莠不齊已成為制約我國水果出口的重要原因之一。水果機是水果加工必不可缺的初級設備，該設備的研制成功對我國橙子加工具有重要的意義。本文通過對各種機核心部件裝置對比分析，采用柵條滾筒式裝置，以橙子為實物，對機動力系統(tǒng)和滾筒以及整套設備進行了分析設計，并利用AutoCAD繪制了其核心部件圖。水果機的研制和推廣，對于提高農業(yè)的發(fā)展水平，增加廣大農戶的收入，促進水果進出口業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，都將具有重大的意義。 在上述研究過程中，取得了如下結果： （1）詳細的對比了機各類裝置的優(yōu)缺點，選取柵條滾筒式裝置作為機的核心部件，并以紅棗為實物，對裝置進行了設計。 （2）機滾筒的轉速是實物的分級良莠的最主要原因，因此，本文選取電動機，并通過二級減速器控制滾筒的速度，以減少速度對的影響。 （3）對整個裝置進行了設計，并用AutoCAD對機進行了結構設計。 參考文獻： [1] 葉昱程，應義斌. 水果品質檢測與分級技術［J］. 農機化研究. 2003 [2] 蔣煥煜, 應義斌,等. 果品質智能化實時檢測分級生產線的研究［J］. 農業(yè)工程學報.2002 [3] 張方明，應義斌.水果分級機器人關鍵技術的研究和發(fā)展［J］. 機器人技術與應用.2004 [4] 李慶中，汪懋華. 基于計算機視覺的水果實時分級技術發(fā)展與展望[J]. 農業(yè)機械學報，1999.第45期 [5] 劉曉杰.食品加工機械與設備[M].高等教育出版社.2010.45-48 [6] 厲建國,趙濤.食品加工機械[M].成都.四川科學技術出版社出版.1984.130-152 [7] 許學勤.食品工廠機械與設備[M]. 北京.中國輕工業(yè)出版社.2008.138-142 [8] 馬海樂.食品機械與設備[M]. 北京.中國農業(yè)出版社.2004.75-85 [9] 肖旭霖. 食品機械與設備[M]. 北京.科學出版社.2006.75-8 [10] 谷文英.配合飼料工藝學[M].北京.中國輕工業(yè)出版社.1999. 88-92 [11] 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Conveyor Design for Apple Orientation, An ASAE Meeting Presentation, Paper Number: 036123 致 謝 本次畢業(yè)設計在xxx老師的指導下按期完成，感覺收獲頗多，這是我人生中第一次從事精密的設計工作。每次在設計中遇到問題，都得到了xxx悉心的指導，幫我改正設計錯誤，提供新的設計思路，讓我順利的完成了本次設計。 在設計過程中，我學會了獨立思考，查閱相關文獻，綜合應用各種知識，提高了我收集整理的能力，從設計開始到結束，xxx老師嚴格的要求，一絲不茍的指導，這一點深深的影響了我，在我日后的工作當中，我要學習老師的嚴謹治學態(tài)度和開拓進取精神，無論是在學術領域還是其他領域，發(fā)揮自己的專長，為社會做出應有的貢獻。 謹此論文獻給所有關心和幫助過我的老師、親人、同學和朋友們，我只有不斷的努力，創(chuàng)造美好的未來，才能回報老師及親人、朋友的深深厚愛和多年栽培。 感謝老師和同學們在大學四年生活中給予的照顧與包容。 - 32 -