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紅棗爛果剔除機 設計說明書 學生姓名 學 號 所屬學院 機械電氣化工程學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 12-1 指導教師 XXXX 日 期 2012.6 XXXX 大學教務處制 前 言 紅棗的分選是紅棗的進入流通領域的一個重要環(huán)節(jié)，直接關系到紅棗的生產(chǎn)的效益。在市場 經(jīng)濟高度發(fā)達的今天，異地銷售、大宗農(nóng)產(chǎn)品交易和農(nóng)產(chǎn)品國際貿(mào)易等均離不開標準化。而紅棗 的分選就是實現(xiàn)紅棗的商品標準化的最基礎的一步。我國是紅棗的生產(chǎn)大國，但絕大部分紅棗的 來源于農(nóng)村集體和個體種植戶，其品質(zhì)差別很大，加上采摘及運輸過程中不同程度的損傷等影響， 給紅棗的的分選工作帶來一定的困難。尤其是在出口的紅棗的當中，由于大部分沒有經(jīng)過嚴格的 分級處理，致使出口價格偏低，每年的經(jīng)濟損失上億美元。目前我國的紅棗的分選工作多由人工 完成，缺點是勞動強度大，生產(chǎn)率低且分選精度不穩(wěn)定。采用微機控制的機電一體化設備來代替 人工作業(yè),可以實現(xiàn)紅棗的分選的自動化，有效地提高分選效率和分選精度。因此，研究開發(fā)紅棗 的采后的自動化處理設備，對紅棗的進行分級篩選然后銷售或加工,是我國目前農(nóng)業(yè)機械化研究的 重要課題。本論文的研究主要以機械設計基礎、建立在電腦同步系統(tǒng)控制的基礎之上，主要研究 和設計了主要研究和設計了紅棗智能分選機的機械系統(tǒng)。具體研究內(nèi)容如下： 1.設計制作了紅棗分選過程中的輸送裝置，輸送裝置采用鏈傳動帶動紅棗支撐滾子的傳動。 2.設計了紅棗分選過程中分選執(zhí)行系統(tǒng)。分選執(zhí)行機構采用杠桿式撬動分選，能夠?qū)崿F(xiàn)紅棗 能夠快速準確的被收集，并且要有良好的機械特性。 3.設計了紅棗的分選過程中從卸料到分選機構的輸送裝置。 目 錄 前 言...............................................................................1 1.緒論............................................................................ 2 1.1 選題的意義和目的 ............................................................2 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ..............................................................2 1.2.1 國內(nèi)現(xiàn)狀 ...................................................................2 1.2.2 國外研究現(xiàn)狀 ...............................................................2 1.3 存在問題 ....................................................................3 1.4 主要研究內(nèi)容 ................................................................3 2.紅棗分選機的主要組成及工作原理............................................. 3 3 紅棗分選機機械系統(tǒng)的設計............................................... 4 3.1 機體框架的設計及其上的組件布置 ..............................................4 3.2 傳動系統(tǒng)的設計 ..............................................................5 3.2.1 電動機和減速器的選擇 .......................................................5 3.2.2 輸送鏈的設計 ...............................................................5 3.3 紅棗輸送翻轉(zhuǎn)機構的結(jié)構及工作原理 ............................................9 3.4 紅棗分級卸料裝置的結(jié)構及工作原理 ...........................................10 3.5 稱重試驗臺的設計 ...........................................................10 3.5.1 稱重試驗臺結(jié)構及工作原理 ..................................................10 3.5.2 紅棗支承滾子組件及分選杠桿組件的組成及工作原理 ............................10 3.5.3 稱臺的設計 ................................................................11 4 力學分析........................................................................11 4.1 紅棗質(zhì)量的理論計算 .........................................................11 5 其它零部件......................................................................13 5.1 分選機支架的設計 ...........................................................13 5.2 輸送帶的設計 ...............................................................13 5.3 輥子輸送的設計 .............................................................14 5.4 槽型帶輸送的設計 ...........................................................14 6 總結(jié).............................................................................15 致 謝.............................................................................16 參考文獻 ...................................................................... 17 塔里木大學畢業(yè)設計 1 1.緒論 1.1 選題的意義和目的 當前，棗產(chǎn)業(yè)正處于蓬勃發(fā)展。從全球角度來看，中國棗產(chǎn)業(yè)的超強地位進一步得到鞏固。 近年來，我國棗樹面積和產(chǎn)量每年都以 10%以上的速度增長。據(jù)中國農(nóng)業(yè)年鑒統(tǒng)計資料，2003 年 我國棗產(chǎn)量為 171 萬噸，估計 2008 年總產(chǎn)量可達 300 多萬噸，面積約 150 萬公頃，占全世界的 99%左右。正憑借其得天獨厚的自然條件優(yōu)勢打造中國和世界上最大的優(yōu)質(zhì)干棗生產(chǎn)基地，僅 阿克蘇地區(qū)就要在 3~5 年內(nèi)發(fā)展 10 萬公頃棗樹；另外，北方的鮮食棗、貯藏加工和營銷產(chǎn)業(yè)正在 崛起!但是，近年來一些發(fā)達國家進軍我國棗產(chǎn)業(yè)特別是棗加工業(yè)的勢頭正在顯現(xiàn)。 的地理位置，特別是南疆的地理位置，氣候干燥，降雨量少，晝夜溫差大，光照時間長， 熱量資源非常豐富，這些特殊的氣候環(huán)境都造就了紅棗的勝產(chǎn)。紅棗屬于耐旱作物，種植簡單， 收益高又便于管理。近年來，隨著農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展和人民生活水平的提高，國內(nèi)外紅棗的加工品 種越來越多，人們對紅棗的的品質(zhì)也有了更高的要求。但紅棗的加工工業(yè)卻沒跟上時代的步伐， 紅棗的很多加工環(huán)節(jié)還是傳統(tǒng)的手工作業(yè)。其重要原因是我國紅棗采后處理加工技術和加工設備 落后，而紅棗分級加工和分選是采后處理加工技術中的重要環(huán)節(jié)，這一方面制約了紅棗產(chǎn)業(yè)的快 速發(fā)展，同時也阻礙了紅棗產(chǎn)品檔次的提高。為了提高紅棗的加工質(zhì)量和出品等級，需要對紅棗 進行嚴格的質(zhì)量分級和大小的分級。目前，我國具備先進紅棗分選設備的企業(yè)很少，因此市場上 銷售的紅棗大多數(shù)依靠機械配合人工的方式實現(xiàn)分選。人工分選的主要缺點是：勞動量大、生產(chǎn) 率低而且分選精度不穩(wěn)定；紅棗分選難以實現(xiàn)快速、準確和無損壞制約了紅棗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此 實行紅棗智能分選機機械化作業(yè)是紅棗發(fā)展的一種必然趨勢。利用智能機械化作業(yè)來分選紅棗大 大提高了紅棗產(chǎn)品的質(zhì)量、降低了人工分選作業(yè)的勞動強度和提高了生產(chǎn)率分選精度。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 大小分選機是按照水果大小進行分選, 由于選出果實大小形狀基本一致, 有利于包裝貯存和 加工處理, 故該種分選機在果實分選中應用最廣泛。 目前可用于紅棗類圓形水果分選的方法有篩子分選法、回轉(zhuǎn)帶分選法、輥軸分選法、滾筒式 分選法等。篩子分選法采用的是振動原理，果品易損壞，因此不宜采用?；剞D(zhuǎn)帶分選法的工作方 式是將水果置于兩條分離帶之間，若果徑小于兩帶之間的距離，水果便從中落下。由于兩條選果 帶之間的距離沿水果運行方向不斷增大，使不同尺寸的水果落在下方相應的輸送帶上，該方法從 結(jié)構上容易實現(xiàn)、簡單、故障少，但分選精度不高。輥軸分選法分選較為準確，但從結(jié)構上實現(xiàn) 較為復雜，機器成本較高。滾筒式分選法其分選裝置主要由喂料機構、V 型槽導果板、分選滾筒、 接果盤及傳動系統(tǒng)組成。此分選裝置機構簡單，對水果損傷小、成本較低、分選精度和效率較高， 適用于球形和近似球形物料的分選，在國外應用較廣。為減少果實碰撞, 提高好果率, 有的分級 機是利用浮力、振動和網(wǎng)格相配合的辦法進行分級。這種方法的優(yōu)點是避免了果實間的互相碰撞, 在分級的同時可對果實進行清洗和消毒作業(yè)。 有以上可知，水果大小機械分選法中，滾筒式分選法是最優(yōu)的一種。另外，隨著電子技術和 計算機圖像技術的發(fā)展，采用光電傳感器或 CCD 攝像機對水果的大小進行測量判別已成為此類分 選機的研究熱點。馮斌，汪懋華（2003）研究了一種基于計算機視覺的水果大小檢測方法，試驗 表明，該方法檢測速度快，正確率高，適用范圍寬，能夠滿足水果自動檢測要求。 1.2.1 國內(nèi)現(xiàn)狀 國內(nèi)目前能生產(chǎn)的水果分級設備基本還限于機械分級階段，主要進行大小、重量的分級。 目前我國研制的 6GF - 110 型水果大小分級機, 采用先進的輥、帶間隙分級原理 , 工作時分 級輥作勻速轉(zhuǎn)動, 輸送帶作直線運動。當果實直徑小于分級輥與輸送帶之間的間隙時, 則會順著 間隙掉入水果槽中, 在機器工作過程中, 果實因直徑不同而通過不同的間隙落到相應級別的水果 槽。分級精度≥95 % , 生產(chǎn)效率≥115 t/ h。 中國農(nóng)業(yè)大學食品科學與營養(yǎng)工程學院籍保平教授等針對我國水果生產(chǎn)現(xiàn)狀研發(fā)了一條機器 視覺水果分級系統(tǒng)，可以對水果的外部缺陷、色澤、尺寸和形狀進行全面的檢測，在此基礎上， 對水果進行高速和精確的分級。 1.2.2 國外研究現(xiàn)狀 國外早期的水果自動分級方法主要通過 CCD 相機，采用無損檢測、計算機分析處理等手段對 水果逐一進行分析判別后得出綜合結(jié)論。利用機器視覺技術實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)部品質(zhì)無損檢測是目前 國際上正在研究的熱點課題。除了使用高效的信息處理技術，水果的質(zhì)量無損檢測手段包括近紅 外線、紅外線檢驗等光學檢驗方法和高光譜、多光譜技術等。 塔里木大學畢業(yè)設計 2 國外公司較早開始對水果自動分級的研究進行產(chǎn)品化。 1995 年美國研制成功的 Merling 高速高頻計算機視覺水果分級系統(tǒng)，生產(chǎn)率約為 40t/h，美 國每年有 50%以上的蘋果經(jīng)過該設備處理。 美國俄勒岡州的 Alle Electronics 公司的研制成果能夠分選果實、蔬菜、果仁及各種小食品 的“Inspecttronic”裝置。該分選裝置能按產(chǎn)品的色澤或大小進行分選，并能將特定產(chǎn)品分選內(nèi) 容參數(shù)編成程序預先儲存在存儲器內(nèi)。 Italy - 001 - A 型分級機: 該機是意大利最新研制成的果實自動分級機, 可將果實按大小 進行無級分級。工作原理是利用一條帶有網(wǎng)眼的分級傳送帶, 在這條傳送帶上, 從左到右, 其網(wǎng) 眼的孔徑是無級變化的, 網(wǎng)眼在最左邊時, 孔徑最小, 傳送帶向右運行時, 網(wǎng)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(wǎng)眼孔徑又由大變小。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。 1.3 存在問題 水果分選機從稱重方面來講，實際上主要是通過稱重傳感器對被分選對象進行重量數(shù)據(jù)采集， 并根據(jù)分選標準及對數(shù)據(jù)的判斷結(jié)果，移動被分選對象位置的裝置。但是，與工業(yè)自動化檢測設 備相比，分選機要具有一定的柔軟性，即不能損傷被分選對象。同時，水果的分選標準也很難用 具體的數(shù)據(jù)和邏輯關系公式來表達，而且目前傳感器技術和計算機技術也達不到像人一樣具備的 智能判斷要求。在動態(tài)稱重過程中，由沖擊載荷造成的采集數(shù)據(jù)的變化較大，要選擇合理的數(shù)據(jù) 處理方法，以減少這種不穩(wěn)定因素的影響。目前紅棗分選機的研制主要是機械加人工分選，分選 效率較低，不能實現(xiàn)全自動化分選。因此，研究紅棗的全自動化分選是勢在必行的。 1.4 主要研究內(nèi)容 針對目前紅棗的分選機械研究方面存在的問題，本設計主要研究設計了紅棗的智能分選機機 械部分的設計，在電腦同步控制系統(tǒng)的基礎之上通過對紅棗的重量的綜合檢測和分析，從而達到 對紅棗大小和爛果的分選。設計內(nèi)容主要包括紅棗輸送機構、分選部分機械系統(tǒng)、稱重模塊的設 計及研制。具體研究內(nèi)容如下：1）紅棗智能分選機機械系統(tǒng)的設計。主要包括紅棗的輸送翻轉(zhuǎn)機 構、分級卸料裝置等的設計及研制。2）稱重試驗臺的設計。包括稱臺的設計 3）紅棗從卸料到分 選過程中的輸送器械的設計。本課題擬解決的關鍵問題是設計稱重模塊及紅棗的分選機機械系統(tǒng)， 在同步控制系統(tǒng)的基礎之上完成輸送線上紅棗的動態(tài)位置的實時檢測和連續(xù)跟蹤，及紅棗的大小 重量、紅棗的等級和紅棗的位置信息的正確配準。從而最終將紅棗按大小重量的不同進行等級劃 分。 2.紅棗分選機的主要組成及工作原理 該分選機主要由紅棗輸送機構、分選機械系統(tǒng)、稱重模塊組成。分選紅棗的重量范圍 10g- 50g，橫徑大約范圍為 30mm-50mm，紅棗輸送速度為 0.38m/s。分選機的結(jié)構如圖 2-1 所示： 塔里木大學畢業(yè)設計 3 圖 1-1 紅棗爛果剔除機的工作原理圖 1 分選執(zhí)行機構 2 攝像機 3 光照箱 4 紅棗支撐滾子 5 紅棗分選杠桿 6 循環(huán)輸送鏈 7 摩擦帶 8 稱重傳感器 9 稱臺 10 紅棗收集箱 11 同步編碼器 12 剩余紅棗輸送帶 13 鏈 輪 紅棗的支承滾子和紅棗的分選杠桿都安裝在循環(huán)輸送鏈上，并隨輸送鏈一起向前運動。輸送 鏈的鏈節(jié)距為 31.75mm，相鄰滾子之間的間距為兩個鏈節(jié)距，即為 63.5 mm。滾子呈雙錐凹形，紅 棗支承在兩個相鄰滾子之間，分選杠桿則正好處于紅棗的的正下方。在圖像采集區(qū)域設置有光照 箱，滾子下面還設置有摩擦帶。當滾子在摩擦帶上滾動時，紅棗就一面在滾子上翻轉(zhuǎn)滾動，一面 隨滾子和輸送鏈一起向前輸送，從而將其不同表面都先后呈現(xiàn)在攝像機前。圖像處理系統(tǒng)接收到 攝像機所采集的每個紅棗的圖像之后，提取其品質(zhì)參數(shù)，對其進行圖像處理和等級判定。在稱重 區(qū)域滾子下面設有一稱臺，稱臺下面兩端各安裝一稱重傳感器。傳感器檢測紅棗的重量，并通過 稱重模塊控制器將紅棗的重量信息上報給紅棗分選機主控制器，以實現(xiàn)紅棗的重量信息與外觀大 小評定結(jié)果的實時融合，確定最終的紅棗的分選等級。分級執(zhí)行機構安裝在紅棗的輸送線上方， 主要由分選凸輪和步進電機組成。在步進電機的驅(qū)動下，分選凸輪可在“分選”和“通過”兩個 工作位置之間來回切換。在“分選”位置，凸輪工作表面的最高點正好與分選杠桿的上表面齊平。 當杠桿在輸送鏈的帶動下沿凸輪工作表面向前滑動時，凸輪升程將杠桿的一端壓下，另一端則將 紅棗從滾子上撬起并滾入相應的紅棗輸送平帶并輸送到相應收集箱，從而完成紅棗的分級卸料。 在“通過”位置，凸輪工作表面的最低點高于分選杠桿的上表面，分選杠桿自由通過。當帶有等 級信息的紅棗的到達對應的卸料出口時，同步控制系統(tǒng)控制分級執(zhí)行機構動作，完成紅棗的的自 動分級卸料。剩余的所有等級外紅棗則由平帶輸送回去，再次進行分選。 3 紅棗分選機機械系統(tǒng)的設計 紅棗分選機機械系統(tǒng)主要由機體框架、傳動系統(tǒng)、水果輸送翻轉(zhuǎn)機構、分級卸料裝置和稱重 臺等組成。主要作用是為整個分選系統(tǒng)提供支承和安裝基礎，并完成水果的上料、輸送、翻轉(zhuǎn)、 重量檢測和分級卸料過程。 3.1 機體框架的設計及其上的組件布置 機體框架為分選機的所有其他部件提供安裝和支承基礎。分選系統(tǒng)的主要尺寸為 2400mm×300 mm×1000 mm。沿著輸送鏈輸送方向，自從動鏈輪一側(cè)開始，在輸送鏈上依次布置： 圖像采集光照箱、水果稱重工作臺和 5 個分級出口（注：由于機構過長，分選執(zhí)行機構及支撐滾 子過小，所以不能完全顯示 5 個分級出口） 。具體結(jié)構示意圖如圖 3-1 所示， 圖 3-1 紅棗分選機布置示意圖 3.2 傳動系統(tǒng)的設計 傳動系統(tǒng)主要由電動機、減速器、鏈輪和一條封閉的循環(huán)輸送鏈組成。循環(huán)輸送鏈布置在與 地面垂直的平面內(nèi)，在輸送鏈緊邊的下面設置有支承導板，以保持輸送鏈緊邊處于水平狀態(tài)，從 而為紅棗的、輸送、圖像采集、重量大小檢測以及分級卸料提供一個包括圖像采集區(qū)、重量大小 檢測區(qū)和分級卸料區(qū)三部分的水平工作表面。傳動系統(tǒng)主要采用三級傳動：電動機驅(qū)動減速器輸 入軸為第一級，減速器輸入、輸出軸之間為第二級，減速器輸出軸驅(qū)動輸送鏈主動輪為第三級。 第一級采用聯(lián)軸器傳動；第二級就采用標準的圓柱齒輪傳動；第三級由于轉(zhuǎn)速較低（減速器輸出 軸轉(zhuǎn)速約為 60 r/min）采用鏈傳動。 3.2.1 電動機和減速器的選擇 進過查閱《機械設計》和相關資料，確定鏈輪的轉(zhuǎn)速為 50-70r/min，選擇 60r/min,確定鏈輪 塔里木大學畢業(yè)設計 4 所需功率為 1.5KW，符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速為：查機械設計課程設計手冊第 167 頁表 12-1 可知 有： 表 3-1 電動機的類型 方案 電動機 型號 額定功率 kw同步轉(zhuǎn)速 minr滿載轉(zhuǎn)速 inr電動機質(zhì)量 kg參考價 格 傳動裝 置 傳動比 1 Y90S-2 1.5 3000 2840 22 5.00 47 2 Y90L-4 1.5 1500 1400 27 3.48 23 3 Y100L-6 1.5 1000 940 25 2.22 15 綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸，質(zhì)量，價格以及傳動比，可見第二種方案比較合適，因 此選定電動機的型號是 Y90L-4。 該電動機的安裝尺寸如下表 3—2： 表 3-2 電動機主要外形尺寸 確定總的傳動比： 由選定的電動機滿載轉(zhuǎn)速 =1400r/min 和工作機的主軸的轉(zhuǎn)速 n=60r/min，可得傳動裝置mn 的總的傳動比是： （3-1） 236014?nima 由于傳動比為 23，大于 8，故初步選擇減速器為展開式二級圓柱齒輪減速器，由于該類型減 速器 ， ，故確定減速器的 、 分別為 5、3.2。??215.~3ii?16?1i2 減速器選用 JZQ 型系列減速器，型號為 JZQ200，速比為 23。由于電動機輸出軸的直徑為 24mm，故選擇減速器高速軸的直徑為 24mm，此時低速軸的直徑為 30mm。 3.2.2 輸送鏈的設計 試驗臺輸送機構采用帶附件的雙節(jié)距大滾子輸送鏈鏈條，在附件上安裝水果支承滾子組件。 水果放置在相鄰的兩個滾子上，水果分選杠桿的正上方，并隨輸送鏈條一起向前輸送。 （1）輸送鏈鏈條型號的選擇 由于輸送鏈主要是傳遞運動，而不是傳遞動力，所受阻力只有鏈條與導板間的摩擦力和鏈條 在鏈輪上轉(zhuǎn)彎時的慣性力，所以對鏈條的載荷要求較小，所以選擇 A 系列雙節(jié)距大滾子輸送鏈， 由于鏈條在輸送過程中，鏈條滾子可在支承導板上滾動，從而減少摩擦和磨損。 通過查閱有關資料，最終選擇了 C210H 型 A 系列雙節(jié)距大滾子輸送鏈鏈條，其結(jié)構和具體參 數(shù)如圖 3-2 和表 3-3 所示 中心高 外形尺寸 地腳安裝尺寸 地腳螺栓孔直徑 軸伸尺寸 裝鍵部位尺寸 90 335×180×190 125×140 10 50×24 8 塔里木大學畢業(yè)設計 5 圖 3-2 A 系列雙節(jié)距大滾子輸送鏈結(jié)構示意圖 表 3-3 A 系列雙節(jié)距大滾子輸送鏈結(jié)構參數(shù) （2）輸送鏈附件的選擇 紅棗在輸送過程中，隨紅棗支承滾子組件一起運動，而紅棗支承滾子組件又隨著輸送鏈條一 起 運動。為了在輸送紅棗的同時檢測紅棗的重量，紅棗支承滾子組件與輸送鏈鏈條之間必須是 鉸接安裝，且能夠繞著平行于輸送鏈鏈條運動方向的縱向水平軸在垂直于鏈條運動方向的豎直平 面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動，從而在組件的另一端通過稱重傳感器檢測組件重量，進而可以判斷出紅棗的等級。 同時，紅棗分選執(zhí)行機構采用杠桿式撬動分選，紅棗分選杠桿也必須能夠繞著平行于輸送鏈條運 動方向的轉(zhuǎn)軸自由轉(zhuǎn)動。所以，為了安裝紅棗支承滾子組件和紅棗分選杠桿組件，必須在輸送鏈 的每個鏈節(jié)處提供一個平行于輸送鏈條運動方向的縱向水平軸。為此選用 A2 型雙節(jié)距直板輸送鏈 附件，其結(jié)構如圖 3-3 所示，具體參數(shù)如表 3-4 所示。在 A2 型附件上再安裝一個 U 型支架，在支 架上安裝所需的縱向水平軸. ANSI 鏈號 節(jié)距 P(mm) 滾子直 徑 d1 (mm) 內(nèi)鏈板 內(nèi)節(jié)寬 度 b1 銷軸直 徑 d2(mm) 銷軸長 度(mm b4 內(nèi)鏈板 高度 h2 鏈板厚 度 （mm） 抗拉強度 KN C210H 31.75 19.05 9.4 5.09 21.8 15.09 4.00 21.8 塔里木大學畢業(yè)設計 6 圖 3-3 A2 型雙節(jié)距直板輸送鏈附件示意圖 表 3-4 A2 型雙節(jié)距直板輸送鏈參數(shù) ANSI 鏈號 節(jié)距 P(mm) 兩安裝孔 中心距 g (mm) 中心孔距鏈條中 心線距離 f(mm) 平臺高度 h4 (mm) 安裝孔直徑 d4 (mm) C210H 31.75 11.9 15.9 11.1 3.3 所以，最終選擇 C210H 型雙節(jié)距大滾子輸送鏈和 A2 型節(jié)距直板輸送鏈附件作為該傳動系統(tǒng)的 輸送鏈條。 （3）輸送鏈鏈傳動的設計鏈傳動結(jié)構簡圖如圖 3-4 所示。 1) 鏈輪齒數(shù)的選擇 圖 3-4 鏈傳動結(jié)構簡圖 1 電動機 2 聯(lián)軸器 3 鏈輪 1 4 鏈輪 2 5 減速器 為了輸送平穩(wěn)，選擇主動鏈輪和從動鏈輪具有相同的齒數(shù)，所以傳動比 i＝1。因為鏈條的最 高線速度為 1.5 m/s，參照《機械傳動裝置設計手冊》 ，折中考慮鏈輪的尺寸重量和傳送的平穩(wěn)性， 最終選擇 Z3=Z4=25。 2）鏈條節(jié)數(shù) 由于試驗臺采用的鏈傳動在其緊邊設置了水平支承導板，所以允許選擇較大的中心距，初定 中心距 a0＝75 p。 塔里木大學畢業(yè)設計 7 (3-2)0 243430)(2apzzpaLP???? ＝150＋25＋0＝175（節(jié)） 為了避免使用過渡鏈節(jié)，取 PL＝176 節(jié)。 3）計算設計功率 水果輸送機構的工作阻力主要是鏈條滾子和支承導板之間的摩擦力及水果支承滾子和摩擦帶 之間的摩擦力，以及系統(tǒng)啟動加速時的慣性力。 則經(jīng)計算得，主動輪（即鏈輪 3）輪軸傳遞功率 (3-3) pkzac? ＝0.5857 kW。 工況系數(shù) Ka：由于往輸送鏈上放置水果，以及水果從輸送鏈上分選離線，都會使鏈傳動載荷 略有變化，故按中等沖擊選擇 Ka。試驗臺采用電動機拖動，所以，Ka=1.3。 主動輪系數(shù) Kz：由于鏈輪轉(zhuǎn)速較低，所以， (3-4) 34.1)9(08.?zk 多排鏈排數(shù)系數(shù) Kp：輸送鏈采用單排鏈，所以，Kp＝1。 鏈長系數(shù) Kl：由鏈節(jié)數(shù) Lp＝176，取 Kl＝1.16。則設計功率為： (3-5) cpzlcad pk134.6? ＝0.836×0.5857≈0.5 kW 4)鏈條節(jié)距 根據(jù)設計功率 Pd 和主動輪轉(zhuǎn)速 n，查閱《機械傳動裝置設計手冊》可得，應選用型號為 A 系 列滾子鏈，其節(jié)距為 31.75 mm。而前面根據(jù)結(jié)構需要選擇的 C2082H 型 A 系列雙節(jié)距大滾子輸送 鏈的節(jié)距恰為 31.75 mm，滿足強度設計要求。 5）實際中心距因為 Z3＝Z4＝Z＝25，所以理論中心距為： (3-6) )(2zLpa??125.3971765.3? 由于本試驗臺輸送鏈的中心距可調(diào)，所以減少量 Δa 可取較大數(shù)值。取 Δa=0.003a，所以實際中 心距為： a′=a-Δa=3835.4×(1-0.003)≈2380mm (3-7) 6）驗算鏈速 輸送鏈條的設計線速度為：v＝0.2~1.5 m/s，總傳動比 i ≈48.24,電動機轉(zhuǎn)速為 n =1400 r/min,則 ,由式 min/291rin?? (3-8)106? ?pnzvsm/38.2975.3? 符合設計線速度的要求。 7）選擇潤滑方式按 P=31.75 mm，v＝0.38 m/s，查閱《機械傳動裝置設計手冊》知，可選用油刷 或油壺人工定期潤滑。 8）作用在軸上的壓力 FQ 由于試驗臺上的輸送鏈布置為水平方式，所以作用于軸上的壓力為： 塔里木大學畢業(yè)設計 8 (3-9) FKQAF)20.1~5(? 式中：F—有效圓周力。 由 (3-10) V PC?N154038.071?? 所以， NQF240153.20??? 9)鏈輪主要尺寸由于兩鏈輪齒數(shù)相等，所以分度圓直徑和齒頂圓直徑都相等。分別計算如下： 鏈輪的分度圓直徑 (3-11) mzpd3.25180sin7.si0? 鏈輪的齒頂圓直徑 ：a 鏈輪的端面齒形選擇三圓弧一直線齒形，則： (3-12) )180cot54.(zpda??m5.268.7.3?? 鏈輪的齒根圓直徑 ：f (3-13)df .35.121?? 因為輸送紅棗的要求，鏈傳動必須水平布置，兩鏈輪軸線在同一水平面上，鏈條的松邊應在 下面，緊邊在上面。因為兩鏈輪的中心距較大，在輸送鏈下面設置水平支承板，鏈條的滾子就在 支承板上滾動前進，以增加輸送的平穩(wěn)性。 3.3 紅棗輸送翻轉(zhuǎn)機構的結(jié)構及工作原理 為保證攝像機能采集到紅棗所有表面的圖像，分選機的輸送機構必須保證在輸送紅棗的同時 將紅棗的所有表面都呈現(xiàn)在攝像機鏡頭前。該紅棗分選機的輸送機構就按照這個要求設計，能使 不同大小紅棗都以近似相同的角速度均勻翻轉(zhuǎn)。 滾子式紅棗輸送機構的結(jié)構如圖 3-5 所示，整個機構由一條輸送鏈帶動，垂直于輸送鏈橫向 延伸的若干根水平滾子軸按一定間距相互平行地安裝在輸送鏈上，滾子則套裝在滾子軸上并可繞 其自由轉(zhuǎn)動。在圖像采集區(qū)域，滾子下面設置有摩擦帶，它與滾子之間有良好接觸并有較大的摩 擦因數(shù)。當輸送鏈在驅(qū)動機構的驅(qū)動下運轉(zhuǎn)時，滾子就隨滾子軸和輸送鏈一起向前運動，處于摩 擦帶上的滾子則由于摩擦作用而在摩擦帶上繞滾子軸向前滾動。滾子呈雙錐凹形，并在相鄰的兩 個滾子之間形成一個容納紅棗的空間，紅棗就支承在兩個相鄰的滾子上。當滾子在摩擦帶上滾動 時，紅棗一邊由滾子向前輸送，一邊在滾子的帶動下翻轉(zhuǎn)滾動，從而將所有表面都呈現(xiàn)在攝像機 前。通過合理的參數(shù)優(yōu)化，上述滾子式紅棗輸送機構能夠可靠地輸送大小相差近一倍的紅棗，并 保證紅棗在滾子上以近似相同的角速度均勻翻轉(zhuǎn)。 塔里木大學畢業(yè)設計 9 圖 3-4 滾子式紅棗輸送翻轉(zhuǎn)機構結(jié)構示意圖 1 輸送鏈 2 滾子 3 摩擦表面 4 滾子軸 5 紅棗 6 攝像機 3.4 紅棗分級卸料裝置的結(jié)構及工作原理 分級卸料裝置也是紅棗自動分選的重要組成部分，它必須保證在分級卸料的過程中不對紅棗 造成明顯的機械損傷，否則整個紅棗分選過程將毫無意義。為此，與此相關的一種氣動推勉式水 果分級裝置，依靠推勉力的大小將輸送線上的水果拋入不同的分級通道，但該裝置結(jié)構復雜，且 分級數(shù)量受到一定限制（Yang et al,1996） 。另一種用于柑橘分選的拖斗式分級卸料裝置，依靠 分級執(zhí)行機構使拖斗失穩(wěn)來完成分級卸料，但該裝置需要設置獨立的分級卸料臺，而且整體結(jié)構 也比較復雜（應義斌等，2004） 。 本設計所設計的紅棗分級卸料裝置如圖 3-5 所示，它主要由分級執(zhí)行機構和分選杠桿組件組 成。杠桿式紅棗分級卸料裝置直接安裝在滾子式紅棗輸送裝置上，分選杠桿的分選臂正好處于支 承在相鄰滾子之間的紅棗的正下方?？v向水平軸固定在輸送鏈上，分選杠桿套裝在縱向水平軸上 并可繞其自由轉(zhuǎn)動，分級執(zhí)行機構則固定在輸送鏈上方的機體框架上。當輸送鏈在驅(qū)動機構的驅(qū) 動下運轉(zhuǎn)時，滾子、紅棗、縱向水平軸和分選杠桿就隨輸送鏈一起向前輸送。在圖像采集段采集 紅棗整個表面的圖像并判定其等級。在稱重模塊檢測紅棗重量，并與圖像處理結(jié)果相融合，得出 最終分選等級。當帶有等級信息的紅棗到達對應的卸料出口時，分選機主控系統(tǒng)就向?qū)姆旨?執(zhí)行機構發(fā)出動作指令，使其分選凸輪進入分選杠桿承壓臂的前進路線。承壓臂沿分選凸輪的工 作表面繼續(xù)向前滑動，凸輪升程就迫使分選杠桿繞縱向水平軸轉(zhuǎn)動，并由分選臂撬起紅棗完成分 級卸料。然后分選凸輪快速復位，以便其他等級的水果能自由通過。 塔里木大學畢業(yè)設計 10 圖 a）為主視圖 圖 b)為俯視圖 圖 3-5 杠桿式紅棗分級卸料裝置的結(jié)構示意圖 1 滾子軸 2 縱向水平軸 3 輸送鏈 4 分選杠桿 5 分選執(zhí)行機構 6 滾子 3.5 稱重試驗臺的設計 3.5.1 稱重試驗臺結(jié)構及工作原理 滾子的外沿支承在稱臺上，稱臺下面兩端各安裝一稱重傳感器。其中，紅棗放置在兩個滾子 之間，分選杠桿的正上方。稱臺長度為 100 mm，而輸送鏈單個鏈節(jié)的長度為 31.75 mm,兩個滾子 的中心距正好為兩個鏈節(jié)的距離，即為 63.5 mm，因此，稱臺長度保證了稱臺上能同時支承兩個 滾子。紅棗支承在相鄰的兩個滾子上，其重力通過滾子而傳遞到稱臺上。為了在紅棗外部大小檢 測時能采集到紅棗的整個表面圖像，該分選機采用了雙錐式滾子輸送機構。對單純的稱重過程來 講，如果在該機構上連續(xù)地放置紅棗并對其稱重，隨著稱重次數(shù)的增加，紅棗重量的誤差會增大。 所以，當支承有紅棗的兩個滾子同時在稱臺上時開始采集紅棗的重量檢測數(shù)據(jù)。 3.5.2 紅棗支承滾子組件及分選杠桿組件的組成及工作原理 紅棗支承滾子組件主要由 U 型支架、紅棗支承滾子、滾子軸、紅棗支承滾子聯(lián)接板、縱向水 平軸等組成?？v向水平軸通過滾動軸承安裝在 U 型支架上；滾子軸以懸臂狀安裝在聯(lián)接板上；而 紅棗支承滾子則安裝在滾子軸上，并可繞滾子軸自由轉(zhuǎn)動。在輸送鏈每個鏈節(jié)的附件上都安裝一 個小 U 型支架，在支架上安裝一根平行于輸送鏈運動方向的縱向水平軸。此縱向水平軸就分別用 來安裝紅棗支承滾子組件的聯(lián)接板和分選杠桿。由于是每兩個鏈節(jié)放置一個紅棗，正好可在中間 鏈節(jié)上安置一組分選杠桿組件。這樣紅棗支承滾子組件和分選杠桿組件正好間隔排列，每個都分 別占用一個鏈節(jié)。在輸送過程中，每個紅棗都支承在兩個滾子之間，并可隨滾子一起滾動。分選 杠桿安裝在縱向水平軸上，一端伸到兩個滾子之間紅棗的正下方，另一端則可由分選執(zhí)行機構壓 下，以將其上的紅棗撬離滾子和輸送鏈條，落入相應的分級出口裝置。 3.5.3 稱臺的設計 為防止稱臺生銹而影響分級精度，并保證良好的可拆卸性，稱臺選用不銹鋼材料。稱臺與稱 重傳感器采用沉頭螺釘連接，并采用密封膠涂平，以保證稱臺的平滑，使當滾子通過時不會造成 較大的沖擊而影響檢測精度。稱臺規(guī)格設計為 100 mm×30 mm×5 mm，這種設計保證了紅棗支承 滾子通過時，能同時有兩個滾子（其上容納有一個紅棗）的外沿通過稱臺中央，又有足夠的剛度 以承載各部分載荷，在傳感器的額定稱重范圍內(nèi)，又可以保證紅棗的最大稱重量。在稱臺下端設 有一凸臺，以保證在跟下面的傳感器連接時，不接觸到傳感器受力端以外的部分而影響稱重結(jié)果。 稱臺結(jié)構如圖 3-6 所示： 塔里木大學畢業(yè)設計 11 圖 a)為主視圖 圖 b)為俯視圖 圖 3-6 稱臺的結(jié)構示意圖 1 沉頭螺釘孔 2 稱臺 3 凸臺 4 力學分析 4.1 紅棗質(zhì)量的理論計算 由于所設計的稱臺長度能同時支承兩個滾子，而兩個滾子上面正好容納一個紅棗，滾子、紅 棗、滾子軸及滾子軸支架等會產(chǎn)生一個相對于 o 點的轉(zhuǎn)矩（如圖 3-7 所示） 。所以，稱重傳感器所 稱的總重量應為一個紅棗和兩個滾子及附件（滾子軸及滾子軸支架等）相對于鏈條的轉(zhuǎn)矩在稱重 傳感器上的等效重量與稱臺的重量之和。 ——紅棗作用在稱臺上的等效重力0G 1——紅棗所受的重力 ——滾子、滾子軸及滾子軸支架作用在稱臺上的等效重力 2 ——滾子軸支架所受的重力3 塔里木大學畢業(yè)設計 12 ——滾子軸所受的重力4G ——滾子所受的重力5 圖 4-1 稱重模塊受力分析示意圖 1 滾子 2 螺柱 3 聯(lián)接板 4 稱重傳感器 5 稱臺 受力分析如上圖所示。稱重模塊各部分在自重的作用下產(chǎn)生一個相對于 o 點的力矩，用 M 表 示。其力臂的大小分別設為 ， ， ,即各部分的重心到通過 o 點的垂直線的距離。由合力矩定ll 理可得， （4-)()()(504020GMG?? 1） 又有力矩計算公式得， （4-2）250 41320)()(lGl?? 式中： ——滾子、滾子軸及滾子軸支架作用在稱臺上的等效重力 2G ——滾子軸支架所受的重力3 ——滾子軸所受的重力4 ——滾子所受的重力5 又由力矩平衡得， （4-)()(00GM? 3） 其中， 3002)(lGM?? 式中： ——紅棗所受的重力 ——紅棗作用在稱臺上的等效重力 設兩稱重傳感器所稱的總重量為 w kg，則有:20mw? 式中： ——紅棗的等效質(zhì)量 ——承臺質(zhì)量1 ——滾子、滾子軸及滾子軸支架在稱臺上的等效質(zhì)量2 其中，紅棗支撐滾子所用的材料為尼龍 6，取密度為 1.14g/cm3。其他各部分選用材料為 45 號鋼，密度為 7.85g/cm3。經(jīng)計算： 稱臺的質(zhì)量 =1.083 kg1m 滾子軸支架的質(zhì)量 =0.0783 kg3 滾子軸的質(zhì)量 =0.0517 kg4 滾子的質(zhì)量 =0.495 kg5 而 =39 mm， =104.3 mm， =144.3mm1l2l3l 求解以上各式可得， kgwm)92.1(8.?? 塔里木大學畢業(yè)設計 13 式中：m——紅棗的質(zhì)量 由于稱重是一個動態(tài)過程，由沖擊等各方面影響使得所測數(shù)據(jù)變化較大，可采取多次試驗取 平均值的方法可找出所測數(shù)據(jù)與實際重量之間的關系，最后測得數(shù)據(jù)證號為紅棗的重量值。 5 其它零部件 5.1 分選機支架的設計 （1）支架結(jié)構的設計 考慮到軸的安裝，故機體壁的一邊從和軸中心上下分成兩半，軸裝上以后，用一個端蓋通過 螺栓連接再連接到一起。為減少機體的重量，故只在與軸配合的地方，增加厚度，其他的地方用 薄壁板進行加工。支架安裝在分選機右側(cè)，滾子處于懸起狀態(tài)。支架尺寸為：2800 mm×100mm×1000mm。 （2）支架材料的選擇 為防止生銹，故整個機體均采用通用的不銹鋼型號 SUS304 進行制造，這樣也能保證機體有足 夠的強度和硬度。 5.2 輸送帶的設計 由于用于紅棗的輸送，則輸送帶類型選用平帶輸送。 為了后面分選機構的精確分選，前面的輸送裝置必須將紅棗在輸送帶上的分布面積擴大，所 以帶寬應選擇較大帶寬，即平帶設計尺寸為：4000mm×1000mm。帶輪直徑為 640mm。支架設計尺 寸為：2000mm×1200mm×1500mm。 帶結(jié)構選棉帆布普通輸送帶，輸送帶型號為 CC-56，規(guī)格及技術參數(shù)見表 5-1： 表 5-1 織物輸送帶的規(guī)格及技術參數(shù) 輸送帶 型號 扯斷強度 （N/mm） 每層質(zhì)量 （kg/ ）3m 每層 厚度 mm 伸長率 （定負荷） （%） 帶寬 范圍 mm 層數(shù)范 圍 棉帆布 CC-56 56 1.5 1.36 1.5~2 1000 3 平帶輸送的結(jié)構示意圖如圖 5-1： 圖 5-1 平帶輸送的結(jié)構示意圖 1 支架 2 帶輪 3 帶 塔里木大學畢業(yè)設計 14 5.3 輥子輸送的設計 根據(jù)查找《機械設計選用手冊》相關內(nèi)容，輥子輸送機選用 GZT9 轉(zhuǎn)軸無動力式圓柱形長輥輸 送機，其相關設計參數(shù)如表 5-2： 表 5-2 長輥輸送機技術參數(shù) 輥子輸送 機型式 輥子直徑 D（mm） 輥子長度 l(mm) 機架長度 L（mm） 輥子間距 P 輸送機高度 H 輸送速度 m/s GZT9 50 1000 5000 100 800 0.125 根據(jù)紅棗輸送的工作環(huán)境，輥子輸送機的輥子選用碳鋼制造。 輥子輸送的機構示意圖如圖 5-2 所示： 圖 5-2 輥子輸送機構的結(jié)構示意圖 1 機架 2 輥子 3 電動機 5.4 槽型帶輸送的設計 槽型帶結(jié)構的設計是由兩個平帶傾斜放置，形成一個 V 型槽，能夠使紅棗在運輸過程中較好 的逐個排列，為后面的分選奠定基礎。 根據(jù)查閱相關資料，確定平帶 1 的設計尺寸為：3000mm×200mm。帶輪直徑為 100mm。 平帶 2 的設計尺寸為：3200mm×200mm。兩平帶帶輪直徑都為 100mm。 其結(jié)構示意圖如圖 5-3： 圖 5-3 槽型帶結(jié)構示意圖 1 平帶 1 2 平帶 2 塔里木大學畢業(yè)設計 15 6 總結(jié) 了解國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，參考大量文獻及輔導老師幫助的基礎上，設計出了紅棗智能分選機機 械部分的內(nèi)容。主要結(jié)論如下： （1）根據(jù)紅棗外形的各方面因素，制定出了分選機機械系統(tǒng)的整體設計方案，并根據(jù)方案制作完 成了紅棗智能分選機的機械系統(tǒng)。通過理論計算表明，機械系統(tǒng)運行正常，滿足預期設計要求。 （2）設計制作了紅棗分選過程中的輸送裝置，輸送裝置采用鏈傳動帶動紅棗支撐滾子的傳動。 （3）設計了紅棗分選過程中分選執(zhí)行系統(tǒng)。分選執(zhí)行機構采用杠桿式撬動分選，能夠?qū)崿F(xiàn)紅棗能 夠快速準確的被收集，并且要有良好的機械特性。 （4）設計了紅棗的分選過程中從卸料到分選機構的輸送裝置。 塔里木大學畢業(yè)設計 16 致 謝 首先感謝的是我的指導老師，設計是在 XXXX 老師的悉心指導下完成的。他無論是在資料的整 理，還是在設計的畫圖等各個方面都給予了我大量的指導和幫助，在他的精心指導下，才使得我 的設計一步一步的有序的完成，同時也學到了許多書本上學不到的知識，受益匪淺，特致以深深 的感謝。同時也要感謝學科組每一位老師們在百忙中抽出時間對我的問題進行了詳細的解答和指 導，也給我提供了充足完備的條件和寶貴的學習交流機會，而且在我沒有想到的方面還給予我詳 細的指導，為我改進設計，提供了寶貴的建議，學生深表謝意。 大學四年學習時光已經(jīng)接近尾聲，在此我想對我的母校，我的父母親人們，我的老師和同學 們、表達我由衷的謝意。感謝我的母校 XXXX 大學給了我在大學的本科四年深造機會，讓我能繼續(xù) 學習和提高。XXXX 大學四季如歌的校園，美麗如詩的風景都深深的留在了我的記憶里。四年珍貴 的學習期間，讓我的知識體系更加完善，思想觀念更加成熟，整體素質(zhì)得到了極大的鍛煉。 “自強 不息，求真務實”的校訓我將銘記于心，在未來的學習和工作中躬身踐行。 再次,感謝我的同學們,在畢業(yè)設計過程中得到了他們無私的幫助，以及許多啟發(fā)性的指導和 建議。在此向所有支持、關心、幫助我的人表示由衷的感謝!祝他們永遠健康、幸福! 最后，感謝我的父母親人們對我大學四年學習的默默支持，使我能順利完成學業(yè)。 塔里木大學畢業(yè)設計 17 參考文獻 [1] 劉孟軍．透視中國棗產(chǎn)業(yè)[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2006.1:7. 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