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差動分級式齒輥式破碎機
使用遺傳算法的多目標優(yōu)化設(shè)計
摘要：我們的差分級齒輥式破碎機結(jié)合了齒輥式破碎機，顎式破碎機的破碎比高，破碎效率高，多篩分的優(yōu)點，克服齒輥式破碎機的缺憾。動顎破碎機采用曲柄搖桿機制，從而優(yōu)化動態(tài)性能和改善破碎機的抗裂能力，我們建立了一個數(shù)學(xué)模型來優(yōu)化傳輸角ｒ，以盡量減少行程特性值m。使用遺傳算法優(yōu)化的破碎機曲柄搖桿機構(gòu)多對象的設(shè)計獲得最佳的結(jié)果。根據(jù)實驗，顯示出動顎式破碎機和裂解能力的性能得到改善。
關(guān)鍵詞：差分和分級齒輥式破碎機，曲柄搖桿機構(gòu)遺傳算法多目標優(yōu)化。
1.引言
在許多行業(yè)中，物料粉碎過程是不可缺少的（如采礦，金屬
冶煉的，化工等行業(yè)）。傳統(tǒng)式破碎機（例如，顎式破碎機，沖擊式破碎機，回轉(zhuǎn)式破碎機，錘式粉碎機），實現(xiàn)物資的粉碎破碎能力，主要取決于工作沖擊壓力的部分。這些破碎機效率低，能耗高。我們已經(jīng)不能滿足傳統(tǒng)的破碎機。在最近幾年，一個英國MMD齒輥式破碎機大量被使用。但是，從平時的調(diào)查來看，我們發(fā)現(xiàn)在這些齒輥式破碎機的一些不足之處：1）通過齒嚙合來破碎物料。所有需要被粉碎的原料礦物被輸送到一個粉碎腔，通過標準嚙合齒粉碎成微粒排出。破碎機未能完成實際的分級破碎，不僅使用了大量的能量，而且效率低下，破碎齒還會迅速出現(xiàn)損壞和金屬疲勞。 2）兩種情況下發(fā)生堵塞現(xiàn)象。一個是一種高流動大塊的煤混有較小條的情況，另一種是濕潤的煤會導(dǎo)致堵塞。齒輥式破碎機由于沒有有效的分級機制，結(jié)果是不令人滿意的，我們不能單靠齒嚙合。根據(jù)使用MMD齒輥式破碎機的一些煤礦區(qū)的調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)，他們大多數(shù)煤礦沒有要求的干燥度。 3）MMD破碎機的破碎能力通過提高傳動部分的力來增加破碎的能力，從而導(dǎo)致高功耗和高成本?；谶@些考慮，并結(jié)合中國神華能源有限責(zé)任公司和神東煤炭分公司的需求，我們的研究團隊設(shè)計了一個新的，高效的差分和分級齒輥式破碎機，以彌補傳統(tǒng)破碎機的缺陷。
如圖1所示，破碎機破碎部分組成的牙齒和曲柄搖桿機構(gòu)。動顎曲柄搖桿機構(gòu)的草圖如圖2。在搜索的曲柄搖桿機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計中，
似乎有很多的文獻研究的目的只是在優(yōu)化的傳輸角度ｒ。例如，李等人只是選擇減少圖[2-3]中的行程特性值m。但是，在一個實際的和典型的破碎機設(shè)計中，動顎的破碎能力和傳動角，行程特性值m都有密切的聯(lián)系。我們已經(jīng)使用了GA（遺傳算法），以便優(yōu)化曲柄搖桿機構(gòu)的差動齒輥式破碎機的傳動角ｒ，和最小行程值m。
1．電機組裝篩分機制；2.齒輥屏軸; 3.傳動齒輪：4.粉碎齒; 5.動顎 6. 調(diào)整機制
7.機殼 8. 裝配曲軸 9. 齒輥軸電機
圖1齒輥式破碎機結(jié)構(gòu)圖
圖2 齒輥式破碎機斷裂機制示意圖
2．曲柄搖桿的動力學(xué)分析
一個鉸鏈四桿機構(gòu)的性能依賴其連桿相對長度。如果我們把搖臂?的長度等于1，那么相對長度的曲柄，連桿和身體幀分別為a，b和d。數(shù)學(xué)模型曲柄搖桿機構(gòu)的設(shè)計是獨立的的實際長度，這使得它更普遍。
2.1 最佳傳動角ｒ
曲柄搖桿機構(gòu)的傳輸力主要取決于傳動角ｒ。輸送傾角更大，就能更好的傳輸力。在傳輸過程中，傳輸角度時刻變化。每個組件的選擇具有合適的尺寸，可以優(yōu)化得到最小傳動角。因此，有必要增加傳輸角度，以提高傳輸力和破碎力。
兩個最小傳動角的可能位置如圖所示。
圖3.最小傳動角位置示意圖
2.3 行程特征值m
動顎的行程，被分成水平和垂直的兩個部分。水平部分的功能是粉碎材料，垂直行程不能幫助粉碎，但也可以加速粉碎。遞減m的值既可以降低能耗和耐磨耗，同時，可以提高生產(chǎn)效率和提高破碎比。應(yīng)采取一些措施，以減少m的值。為了簡化計算，C點被取出進行分析。幾何關(guān)系如圖所示。
圖4.曲軸和連桿路線圖
因此，行程特征值到C 點的距離是：m=h/s. 肘板的角度是:β=γ+α-90°，肘板的擺動角度：
傾角大小取決于連桿機制和動顎的力。它的取值范圍通常15°到20°之間。 s是水平行程，h是垂直行程。
3差分和分級齒輥式破碎機的動顎的數(shù)學(xué)模型
根據(jù)動力學(xué)分析，無論是傳動角γ和行程特性C點的值都可以表示為相對長度的曲柄，連桿和身體幀的曲柄搖桿機構(gòu)。設(shè)計變量是：
動顎的目標函數(shù)最大化的最小傳動角γ：
動顎的目標函數(shù)最小化的行程特征m值??是：
適用以下約束：
1） 設(shè)計變量的邊界約束條件：
其中aimax和bimax是設(shè)計變量的上限和下限設(shè)計變量。
2） 擁有一個曲柄的曲柄搖桿機構(gòu)的條件：
3） 約束的傳輸角度：增加傳輸角度可以提高傳輸效率和增強水平行程。但是，過多大傳動角具有相反的效果。
一種常見的情況是：
4）約束的行程特征值：根據(jù)經(jīng)驗，通常m的范圍是1.5和2.5之間。
5）動顎的水平行程S對生產(chǎn)力有明顯的影響。如果s是太小會降低生產(chǎn)率，但與此相反，它會加大破碎力，并導(dǎo)致過載損壞設(shè)備。水平行程的范圍：
其中dmin是排放口的最小尺寸。
6）肘板的角度約束。通常情況下，γ的范圍是18°至23°。綜上所述，優(yōu)化問題的可以歸結(jié)為曲柄搖桿機構(gòu)的問題：
其中
多目標優(yōu)化問題的傳統(tǒng)解決方案，導(dǎo)致了低效率，并很容易導(dǎo)致一個明顯得局部問題。但遺傳算法的方法是迭代運行得到一個局部最優(yōu)解。通過可能的傳輸規(guī)則來指導(dǎo)搜索方向，GA搜索空間（如連通性，凸性等），并沒有特殊要求，不需要任何額外的信息。我們已應(yīng)用遺傳算法優(yōu)化了差分和分級齒輥式破碎機的
多對象設(shè)計的曲柄搖桿機構(gòu)。
4遺傳算法
遺傳算法是一種隨機搜索方法，它模仿自然演化規(guī)律。GA第一次是在1975年由荷蘭提出，它有以下主要特點：它直接運行在結(jié)構(gòu)化對象，沒有任何限制函數(shù)求導(dǎo)和連續(xù)性;它擁有隱式并行和改進的能力全局優(yōu)化;通過使用隨機優(yōu)化方法，它可以自動獲取和引導(dǎo)優(yōu)化的搜索空間，并且還可以調(diào)整沒有具體的自適應(yīng)搜索方向和規(guī)則。 GA具有的后期，一個重要技術(shù)OGY智能計算。主要方法是：1）編碼前的數(shù)據(jù)中搜索解空間，GA的數(shù)據(jù)表示，作為一個基因型表型的字符串結(jié)構(gòu)和各種組合獲得不同的點。 2）創(chuàng)建一個初始化的GE-菜單組：GA隨機生成N初始化字符串?dāng)?shù)據(jù)，其中每個數(shù)據(jù)被稱為一個單獨UAL和這些人形成一個屬組。 GA開始使用的字符串?dāng)?shù)據(jù)作為初始迭代點。 3）個體適應(yīng)值估計的適應(yīng)性函數(shù)表示的質(zhì)量個人或溶液。針對不同的問題，本一個適應(yīng)性函數(shù)的定義是不同的。 4）選擇：選擇的目的是選擇前CELLENT目前屬群和個人之間允許他們有機會繁殖后代的父母。選擇是這一思想的體現(xiàn)為GA。選擇的原則是，指示高適應(yīng)性viduals將有較大貢獻一個或多個后代的概率。 5）分頻點：這是最重要的操作GA。交叉操作可以生成新的屬具備的特點與前面的蒸發(fā)散一代。它體現(xiàn)了思想的信息交換。 6）基因突變：第一，GA隨機選擇個人從組屬。然后改變一個數(shù)據(jù)的值從字符串?dāng)?shù)據(jù)與給定的概率為選定的個人。類似生物宇宙，突變的概率GA是也很低，通常取值范圍為0.001至0.01，也就是說，突變提供了一個機會產(chǎn)生新的個體。
5基于遺傳算法的多目標優(yōu)化
我們采取了不同的曲柄搖桿機構(gòu)與差分和分級齒輥式破碎機我們的優(yōu)化對象壓榨能力為4000噸/小時。為了決定在曲軸的長度，濃度曲柄搖桿桿與主體框架的連接獲得機制，當(dāng)目標函數(shù)（9）的最大值，該值的條件下行程速比系數(shù)為1.25時，連桿行程300毫米，傾角18°。我們使用遺傳算法來解決這個問題，通過設(shè)置屬群規(guī)模等于50，交叉概率性為0.8，變異概率為0.005和數(shù)代的演變在1000。傳統(tǒng)的二進制編碼方法比較相對方便的使用時，在理論分析。但對于多維和高精度數(shù)值校準的問題，它往往效率低，不準確。我們用一個自然數(shù)編碼方法設(shè)置三個變量a，b和d的基因，有序的結(jié)合入染色體。例如
就包含在其中。
在初始化期間，GA將產(chǎn)生一個屬基團，其中50個個體上產(chǎn)生的根據(jù)一個變量的范圍。我們選擇了式（9）為總目標函數(shù)的值表示個人適應(yīng)性。作為例子，我們把個人的p和q被取代的式（9），即，（P）=0.8145，F(xiàn)（Q）=0.7887，F(xiàn)（P）> F（Q）。這表明，指示的p適應(yīng)性比q的更好。
輪盤賭的方法用于在選擇操作中，在輪盤賭的游戲，我們模仿和計算的總的適應(yīng)性和在同一時間的相對并累計每一個人的適應(yīng)性。然后，輪盤變成為50倍，和一個隨機號0和1之間的每個時間。一個數(shù)比較，可以選擇由個人的累積，為每個單獨的適應(yīng)性。例如，如果我們讓r是一個隨機數(shù)，然后FC（I）累計適應(yīng)性個體iFC（i +1）的累計個體適應(yīng)性I +1。如果FC（I）<=γ<=（i +1）的話，那么個體i+1將選擇。依此類推，所有選定的個人我們可以組成一個新屬組，并開展交叉和變異操作。
單點雜交方法采用的是交叉操作，生成一個隨機數(shù)介于01時屬組。如果數(shù)少于交叉概率和個人選擇一個偶數(shù)，那么配對后，可以實現(xiàn)交叉操作隨機的。以個人的p和q為配對例如，我們的交叉點設(shè)置為2，這意味著我們選擇了第二個基因跨越。后交叉操作，個人成為
方法是通過一個統(tǒng)一的突變操作，生成一個隨機數(shù)介于0和1之間時屬組。如果的數(shù)量小于變異概率，當(dāng)前個人會發(fā)生變異。突變運算的方思是類似初始化我們重建設(shè)計的邊界中的一個單獨的基因變量。
經(jīng)過選擇，交叉和變異操作，評價函數(shù)被調(diào)用，以確保最好的個人可以被保存。優(yōu)化結(jié)果（轉(zhuǎn)換）示于表1。
最優(yōu)化的結(jié)果，這已被應(yīng)用于在生產(chǎn)實踐中，能滿足約束情況。鄭州長城冶金設(shè)備廠，與我們的合作廠家，產(chǎn)生了相應(yīng)的破碎機已經(jīng)在中國大量出售。根據(jù)實際工作情況，不同的差分和分級齒輥式破碎機具有破碎強度大的特點，高突破效率，穩(wěn)定的工作狀態(tài)，高能力清除堵塞和抗粘連和穩(wěn)定粒度破碎產(chǎn)品，所有這些都達到了他們預(yù)期的設(shè)計目標。
6結(jié)論
我們已經(jīng)用遺傳算法進行了多目標優(yōu)化設(shè)計。我們可以聲明如下：
1）我們的差分和分級齒輥式破碎機的優(yōu)點，具有很大的破碎比，破碎效率高。
2）由于它不同于傳統(tǒng)的優(yōu)化方法，GA可以開展啟發(fā)式全局優(yōu)化。這是一個并行，并發(fā)和逐漸進化搜索過程，在這過程中，避免局部最優(yōu)。
3）優(yōu)化的結(jié)果已在實踐中應(yīng)用的實際破碎機的工作狀態(tài)是穩(wěn)定的。工業(yè)上的應(yīng)用已被證明效果良好。也已表明，以優(yōu)化破碎機的曲柄搖桿機構(gòu)
多目標設(shè)計與優(yōu)化傳動角γ和動顎m作為目標函數(shù)最小化的行程特性，能獲得最佳效果。
致謝
作者向黃教授表達自己最真摯的感謝以及感謝嘉興集團提供的寶貴意見。編者還要感謝鄭州長城冶金設(shè)備廠免費提供的有用的材料。
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慣性式紅棗分級裝置的設(shè)計
孫國良、李宜峰
（塔里木大學(xué)機械電氣化工程學(xué)院， 阿拉爾 843300）
摘要：針對南疆地區(qū)紅棗種植面積逐年擴大，已形成規(guī)模化種植的趨勢，紅棗產(chǎn)量也比較高。但在機械分選紅棗的過程中，混級率依然比較嚴重，所以設(shè)計了一種慣性式紅棗分級裝置。該機采用雙曲柄機構(gòu)作為慣性輸出裝置，可將形狀不同的紅棗按指定要求進行分級分選。機械結(jié)構(gòu)主要由喂料裝置、分級裝置、卸料裝置幾部分組成，整體機構(gòu)緊湊，操作簡單易行，維護方便，而且在經(jīng)過適當(dāng)調(diào)整后可進行其他干果的分級分選，可達到一機多用的效果。
關(guān)鍵詞:農(nóng)業(yè)機械； 紅棗分級； 慣性式；設(shè)計
中圖分類號: 文獻標識碼： 文章編號：
0引言
隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，區(qū)域型農(nóng)產(chǎn)品已成為帶動當(dāng)?shù)剞r(nóng)民經(jīng)濟收入的主要產(chǎn)業(yè)之一。紅棗在我國已有悠久的種植歷史，但由于區(qū)域性自然資源的限制，導(dǎo)致國內(nèi)紅棗品質(zhì)不一。經(jīng)過近些年的種植經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)地區(qū)非常適合紅棗的種植，尤其是南疆地區(qū)有著優(yōu)質(zhì)的光熱資源，很適合紅棗的生長。種植出的紅棗果大肉甜，品質(zhì)極佳，很受消費者的歡迎。
紅棗傳統(tǒng)的食用方法是以鮮棗和干棗為主，但近些年來，隨著國民經(jīng)濟水品的提高也逐漸改變了人們的消費理念和消費水平，紅棗的食用方法根據(jù)人們各自的需要也各不相同。這樣就帶動了紅棗精加工企業(yè)的發(fā)展，而在紅棗加工過程中，紅棗的分級是一個重要的環(huán)節(jié)，無論是鮮棗收購、貯藏保鮮、還是紅棗制干、定量包裝等，作為紅棗商品化加工的第一步就是對紅棗進行分級分選。機械式紅棗分級設(shè)備已逐漸普及，使得紅棗加工生產(chǎn)效率大大的提高。但現(xiàn)有的紅棗分級機械，依然存在一些問題，在紅棗分選過程中混級率較大，有時還會出現(xiàn)傷果等現(xiàn)象。本設(shè)計著重針對原有紅棗分級機械中存在的這些問題，加以改進，設(shè)計了慣性式紅棗分級裝置。
1設(shè)計原理及機構(gòu)
1.1設(shè)計原理
慣性式紅棗分級機是將不同外形尺寸大小的紅棗按照慣性原理進行分級篩選的機械，該機械可以將紅棗按指定要求分為四個等級，紅棗在平面篩上運動時，直徑比篩網(wǎng)間隙小的將通過篩網(wǎng)進入下一層平面篩，而直徑比篩網(wǎng)間隙大的紅棗將停留在篩網(wǎng)上，隨篩網(wǎng)運動，由于機構(gòu)的急回特性，當(dāng)平面篩運功到一端瞬時停止原有運動，反方向急回運動，但紅棗在慣性力的作用下依舊擁有保持原有運動的趨勢，繼續(xù)沿慣性力的方向運動，
當(dāng)平面篩的篩面做周期性往復(fù)運動時，有可能使物料在篩面上出現(xiàn)四種不同情況：
（1） 物料沿篩面傾斜方向向下滑動，并與篩面接觸，或稱正向運動。
（2） 物料沿篩面傾斜方向向上滑動，并與篩面接觸，或稱反向運動。
（3） 物料跳離篩面，并沿篩面不多向前做拋物線運動。
（4） 相對靜止，物料與篩面無相對運動，這種情況因避免出現(xiàn)。
一般對篩子采用（1）、（2）相結(jié)合的運動狀態(tài)作為篩選工作條件，且要求正向移動必須大于反向移動，才能正常工作。該機械在工作時操作方便，分級效果顯著，混級率較低，在篩選過程中，不會出現(xiàn)傷果現(xiàn)象，自身結(jié)構(gòu)簡單，修理維護容易，成本低。
1.2總體設(shè)計
慣性式紅棗分級機結(jié)構(gòu)示意圖如下：
1.傳動軸 2.主動鏈輪 3.主動曲柄 4.鉸鏈座 5.從動鏈輪 6.短連桿 7.長連桿 8.滑塊 9.導(dǎo)軌 10.上層分級篩 11.中層分級篩 12.卸料斗 13.下層分級篩
圖1 慣性式紅棗分級裝置
該機械由功率為3kW的電機驅(qū)動，工作時電機將驅(qū)動力通過傳動軸傳遞給主動曲柄，主動曲柄做勻速圓周運動，從動曲柄隨著主動曲柄做變速圓周運動，并帶動長連桿和平面篩做來回往復(fù)運動將篩面上的紅棗進行分級。中層篩和上層篩通過從動鏈輪帶動從動軸同理做來回往復(fù)運動，分選出來的紅棗在慣性力的作用下由卸料口卸下。本機整體由三部分組成，即雙曲柄機構(gòu)、篩選機構(gòu)、卸料部分組成。雙曲柄機構(gòu)主要是將電機的驅(qū)動力轉(zhuǎn)換為平面篩做來回往復(fù)運動的慣性力。篩選機構(gòu)是有三層平面篩組成，其作用是將不同形狀的紅棗按要求分為四個等級。卸料部分的作用是將分選出來的紅棗從平面篩上卸下，完成分級分選過程。
2.主要技術(shù)參數(shù)
外形尺寸/mm
平面篩尺寸/mm
曲柄轉(zhuǎn)速 r/min 120
生產(chǎn)率 kg/min 20
驅(qū)動電機： 3KW 1500r/min
3主要部件的設(shè)計
3.1雙曲柄機構(gòu)的設(shè)計
（1）速度變化系數(shù)K
如圖2所示，在曲柄回轉(zhuǎn)一周的過程中有兩次與機架平行的位置，此時主動曲柄與從動曲柄瞬時角速度相等。當(dāng)連桿從第一個平衡位置運動到第二個平衡位置時，主動曲柄轉(zhuǎn)過的角度，從動曲柄轉(zhuǎn)過的相應(yīng)角度為。根據(jù)運動分析可知，在區(qū)間(,) 內(nèi), 從動曲柄的類角速度 ( 即 ) , 稱為慢轉(zhuǎn)階段; 在其余區(qū)間(,) 內(nèi), ( 即) , 稱為快轉(zhuǎn)階段。定義從動曲柄快轉(zhuǎn)階段與慢轉(zhuǎn)階段平均角速度之比為雙曲柄機構(gòu)的速度變化系數(shù)K 。系數(shù)K 表示從動曲柄的速度變化程度, 它是機構(gòu)傳動性能的一個重要指標。
圖2
如圖2 所示。分別過 和點作線段 和 的平行線交機架AD 的延長線于F 和G 點。為了便于計算, 取機架長度d = 1。依據(jù)圖示的幾何關(guān)系可得:
，
則速度變化系數(shù)k 的計算公式為
（2）雙曲柄機構(gòu)計算
如圖2所示, 在雙曲柄機構(gòu)中, 主動曲柄與機架的兩次共線位置 和 是傳動角的兩個極小值位置, 對應(yīng)的傳動角分別記為 和, 在快轉(zhuǎn)階段中, 而 在慢轉(zhuǎn)階段中。根據(jù)機構(gòu)的工作狀況, 常常會提出不同的 和。如果= 則稱雙曲柄機構(gòu)為最佳傳動雙曲柄機構(gòu)。采用相對尺寸表示機構(gòu), 即設(shè)機架長度。此時, 機構(gòu)共有三個參數(shù)可選擇。
由余弦定理可得:
公式( 3) 提供了兩個約束, 因此機構(gòu)只有一個參數(shù)可以自由
選擇。設(shè)c 為變量, 由公式( 3) 解得:
式中,
在雙曲柄機構(gòu)中, 機架d = 1 是最短構(gòu)件。因此b 和c都大于1。如果c> 2/ E ,分母大于0, 分子中帶根號項的絕對值大于前一項的絕對值。所以, 根號前的符號只能
取正號。即
如果c< 2/ E , 式中的分母小于0, 分子中帶根號項的絕對值小于前一項絕對值。要保證b 大于0, 就必須保證
F 大于0, 即< 。公式( 4) 根號內(nèi)的代數(shù)式必須大于或等于0。由此可解得兩組根 和，
二組根不符合雙曲柄機構(gòu)存在條件,所以應(yīng)當(dāng)舍去。此外, 考慮到機構(gòu)尺寸因素, 根號前面的符號推薦使用+號,這樣使機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊。綜上所述, 設(shè)計的使用條件為:
如果 且
如果
利用與是單調(diào)減函數(shù)的特性, 當(dāng)給定 時, 用
簡單迭代法( 一元方程求根方法) 很容易求出c 值。下面是
根據(jù)區(qū)間二分法改造的計算過程:
( 1) 給定初值c, 迭代精度, 迭代步長 ;
( 2) 計算, ;
( 3) , 計算 , 直到;
( 4) , 計算 , 直到
在本設(shè)計中
取初值2
解得1.9107 1.5036 1.5241
由上解得的1.9107 1.5036 1.5241 分別將其擴大10倍
得：
圖2.2
AB= =15cm BC= =15cm CD= =19cm AD= =10cm
3.2其他部件
篩料機構(gòu)是由平面篩和滑塊導(dǎo)軌組成，滑塊導(dǎo)軌采用TBR25S3滑塊導(dǎo)軌,平面篩和滑塊采用螺栓連接，導(dǎo)軌與機架采用螺栓連接，通過更換平面篩可以實現(xiàn)其他干果等物料的分級，最大程度的利用機械的價值。
3結(jié)論
1） 本機械總體設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，成本低，適合廣大棗農(nóng)初級加工使用。分機效率在1.5t/h左右。
2） 該機械在工作時主要依靠紅棗自生重力和慣性力來實現(xiàn)紅棗的分級，整個過程中對紅棗基本沒有傷害，且混幾率低。
3） 工作時操作容易，維護方便，經(jīng)過適當(dāng)調(diào)整可實現(xiàn)一機多用，能最大程度的利用機械的價值。
主要參考文獻 ：
[01]蔣新麗，ZKK3642型寬篩面強迫同步直線振動篩在現(xiàn)場的應(yīng)用[J]. 煤質(zhì)技術(shù).2012.01，7~8
[2] 溫義德，HDZK3645型直線振動篩的應(yīng)用與改造 [J]. 煤炭加工與綜合利用, 2011.02，20~24
[3] 穆存遠，慣性振動篩運動主參數(shù)設(shè)計[J]. 機械設(shè)計. 2000(08),65~68
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[5] 張會芳、沈惠平、楊廷力、黃秀芹， 一種新型并聯(lián)運動振動篩主機構(gòu)及其運動學(xué)分析[J]. 江蘇工業(yè)學(xué)院學(xué)報. 2007(02),2
[6] 李玉鳳、李永志、潘東明、張學(xué)成、鮑玉新， 直線振動篩運動學(xué)參數(shù)的確定[J]. 煤礦機械. 2008(03) ,54~56
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[8] 韓繼光、劉少剛，按傳動角設(shè)計尺寸和最小的雙曲柄機構(gòu)設(shè)計[J]. 林業(yè)機械與木工設(shè)備. 2004(09) ,47~50
[9] 張春雨，曲柄滑塊機構(gòu)的解析新法[J]. 安徽農(nóng)業(yè)技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報. 2000(03),4
Inertial type red jujube grade machine design
（College of Mechanical and Electrical Engineering，Tarim University，Alar 843300，China）
Abstract: based on the southern region of xinjiang red jujube planting area enlarged, and has formed the scale of planting trend, red jujube yield is high. But in the process of sorting machinery red jujube, mixed grade rate is still serious, so design a kind of inertia type red jujube grading device. The machine USES double crank mechanism as inertial output device, but will shape the different red jujube in the specified requirements for grading sorting. The main mechanical structure by feeding device, grading device, unloader device a few parts, whole mechanism compact, simple operation, convenient maintenance, and after due after adjustment for other dried fruit classification sorting, can achieve multi-usage effect.
慣性式紅棗分級裝置開題報告
1、本課題來源及研究的目的和意義
目前，全國紅棗種植面積約2300萬畝，總產(chǎn)量350萬噸以上，平均單產(chǎn)越140公斤，但內(nèi)地大部分紅棗產(chǎn)區(qū)降雨量較多，病蟲害比較嚴重，紅棗之制干后質(zhì)較差，近年來感知紅棗主產(chǎn)區(qū)已慢慢向轉(zhuǎn)移。南疆地區(qū)有著優(yōu)越的光熱資源，很適合紅棗的大面積種植，而且非常有利于紅棗自然成熟和質(zhì)制干，品質(zhì)好，單產(chǎn)高，吸引了大量內(nèi)地紅棗加工企業(yè)落戶。的紅棗形成了獨特的品牌，如“和田玉棗，天山玉棗，四木王”等。的紅棗產(chǎn)業(yè)處于快熟發(fā)展中，兵團規(guī)劃到2012年建設(shè)高產(chǎn)高效紅棗園200萬畝，紅棗總產(chǎn)量80萬噸以上，紅棗產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿薮蟆?
紅棗分級是紅棗干制過程中一個重要的環(huán)節(jié)，紅棗分級質(zhì)量的好壞直接影響到紅棗經(jīng)濟效益，目前主要采用人工分級，勞動強度大，成本高，而且分及質(zhì)量受人為因素影響較大，分級質(zhì)量無法確保，紅棗的自動分集技術(shù)已成為影響其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個重要因素。
本設(shè)計通過研究紅棗分級工藝及分級標準，進行紅棗分級裝置喂料.分級等關(guān)鍵機構(gòu)進行設(shè)計，最終設(shè)計成慣性式紅棗分級裝置，解決人工分級中存在的問題，提升紅棗加工產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平，解放勞動力，提高紅棗經(jīng)濟效益。
2、本課題所涉及的問題及國內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析
目前，國外的果蔬自動分選機較為先進，自動化.標準化水平較高，很值得我們借鑒。而國內(nèi)紅棗分級裝置多而雜，我國對智能化程度較高的果品分選機的研制尚處于起步階段，對水果品質(zhì)檢測及自動分級研究時間不長，國內(nèi)目前生產(chǎn)的水果分級設(shè)備基本還限于機械分級階段，主要進行大小、重量的分級，自動分級設(shè)備基本還處于實驗室階段，依舊存在著很多問題亟待解決。目前我國的紅棗分級機主要有以下幾種：
一種是按重量分級，同時可進行色澤進行選別的電腦控制的全自動代設(shè)備，此設(shè)備技術(shù)含量高，價格昂貴，國內(nèi)少數(shù)企業(yè)能做。
一種是很早以前的滾筒式分級機，現(xiàn)已經(jīng)被大多數(shù)廠淘汰不用，主要原因是在分級過程中，因棗子為橢圓形，會卡入分級條形欄中，產(chǎn)量小，并影響棗子的質(zhì)量，及分級效果，造成一定的經(jīng)濟損失。
第三種，就是皮帶程V字形，下面加V字形滾杠的傳輸，此種分級方式理論上應(yīng)是很好的，類似于以前的菠蘿分級機，在其基礎(chǔ)上加上V字形皮帶，因此分級機本人未能實際接觸，不加以過多評價。
第四種，是三滾杠式分級機，此種分級機，由三根滾杠，上兩下一，托住物料前進，但因滾杠的轉(zhuǎn)動，物料在里面受的壓力增大，所以會有擠壓的現(xiàn)象發(fā)生，導(dǎo)致成大棗子在擠壓的情況下進入小棗子的出料處，分級不均，目前一些廠已經(jīng)不再生產(chǎn)此設(shè)備。
第五種，是雙滾杠，級別之間有落差的分級機，采用兩根滾杠帶動物料，前進，滾杠之間距離固定，下一級滾杠間距大于上一級，此種分級機由我公司工程師安有成設(shè)計而成，但因滾杠之間跟離不變，存在同樣的與滾筒式分級機一樣的卡棗問題，雖經(jīng)改進，仍未能完全克服，并此設(shè)備占地面積大，成本高。
第六種，雙滾杠分級機，此種分級機是我公司最新完成的分級機，借助國外成功經(jīng)驗，完全克服了卡棗的問題。物料由兩根滾杠帶動前進，滾杠自身間距慢慢變大，不存在卡棗的地方，并且成本相對低，效率好，產(chǎn)量大，占地小。
盡管機械式紅棗分級技術(shù)存在明顯的缺陷，但由于一方面使用對象大多是種植規(guī)模較小的棗農(nóng); 另一方面我國基于機器視覺紅棗 級技術(shù)大都處于試驗室及探索階段，且價格昂貴，機械式紅棗分級機在一段時間內(nèi)還有廣大市場。隨著紅棗分級技術(shù)的發(fā)展，基于機器視覺的紅棗分級機在特定使用對象方面取代現(xiàn)有的機械式紅棗分級機是必然趨勢
3、對課題所涉及的任務(wù)要求及實現(xiàn)預(yù)期目標的可行性分析
成功設(shè)計出紅棗分級機應(yīng)有以下幾個任務(wù)要求：
1、省電耐用、方便快捷、外形美觀、操作簡便、效率高、體積小、壽命長、安全等優(yōu)點。
2、結(jié)構(gòu)緊湊，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠，且維修方便。
3、可將不同形狀的紅棗按形狀和質(zhì)量進行分級。
4、多用途，進行適當(dāng)調(diào)節(jié)后可進行其他干果的分級挑選。
4、本課題需要重點研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路
4.1 研究內(nèi)容
本課題重點研究慣性式紅棗分級裝置的設(shè)計，實現(xiàn)紅棗慣性式分級。本裝置根據(jù)慣性原理，可將紅棗按形狀質(zhì)量及其慣性的不同進行標準化.自動化分級。并且可根據(jù)需要進行相應(yīng)調(diào)整后可對其他干果進行分級，如杏干.銀杏等。
4.2解決思路
解決的思路如下：
（1）動力源的選擇；
（2）確定傳動機構(gòu)；
（3）慣性分級機構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計；
（4）畫出裝配圖。
（5）對傳動軸、鏈輪及連桿進行受力分析。
5、完成本課題的工作方案及進度計劃
完成本課題的方案：在原紅棗分級機基礎(chǔ)上，對分級裝置進行設(shè)計，采用慣性分級原理，改進紅棗分級裝置，達到效率高、壽命長、造作簡單、維護方便等優(yōu)點。
第1-2周 查閱相關(guān)文獻，撰寫開題報告。
第3-4周 調(diào)查走訪紅棗加工企業(yè)，進行測量，比較，決定設(shè)計方案。
第5-6周 根據(jù)工作要求，查閱相關(guān)手冊，對各部分機構(gòu)設(shè)計、計算，畫草圖。
第7-8周 運用AutoCAD軟件，畫裝配圖。
第9-10周 從工藝性能，經(jīng)濟性能，實用性能等方面對產(chǎn)品進行綜合評價，校核，修正。
第11-12周 完成產(chǎn)品說明書，準備答辯。
6、主要參考文獻
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[3]賀曉光,何建國,王松磊. 靈武長棗自動分級機輸送系統(tǒng)的研制[J]. 寧夏農(nóng)林科技, 2008,(06) .
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塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計
1緒論
1.1本課題研究的背景、目的和意義
目前，全國紅棗種植面積約2300萬畝，總產(chǎn)量350萬噸以上，平均單產(chǎn)越140公斤，但內(nèi)地大部分紅棗產(chǎn)區(qū)降雨量較多，病蟲害比較嚴重，紅棗之制干后質(zhì)較差，近年來感知紅棗主產(chǎn)區(qū)已慢慢向轉(zhuǎn)移。南疆地區(qū)有著優(yōu)越的光熱資源，很適合紅棗的大面積種植，而且非常有利于紅棗自然成熟和質(zhì)制干，品質(zhì)好，單產(chǎn)高，吸引了大量內(nèi)地紅棗加工企業(yè)落戶。的紅棗形成了獨特的品牌，如“和田玉棗，天山玉棗，四木王”等。的紅棗產(chǎn)業(yè)處于快熟發(fā)展中，兵團規(guī)劃到2012年建設(shè)高產(chǎn)高效紅棗園200萬畝，紅棗總產(chǎn)量80萬噸以上，紅棗產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿薮蟆?
紅棗分級是紅棗干制過程中一個重要的環(huán)節(jié)，紅棗分級質(zhì)量的好壞直接影響到紅棗經(jīng)濟效益，目前主要采用人工分級，勞動強度大，成本高，而且分及質(zhì)量受人為因素影響較大，分級質(zhì)量無法確保，紅棗的自動分集技術(shù)已成為影響其產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個重要因素。
本設(shè)計通過研究紅棗分級工藝及分級標準，進行紅棗分級裝置喂料.分級等關(guān)鍵機構(gòu)進行設(shè)計，最終設(shè)計成慣性式紅棗分級裝置，解決人工分級中存在的問題，提升紅棗加工產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平，解放勞動力，提高紅棗經(jīng)濟效益。
1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀分析
目前，國外的果蔬自動分選機較為先進，自動化.標準化水平較高，很值得我們借鑒。而國內(nèi)紅棗分級裝置多而雜，我國對智能化程度較高的果品分選機的研制尚處于起步階段，對水果品質(zhì)檢測及自動分級研究時間不長，國內(nèi)目前生產(chǎn)的水果分級設(shè)備基本還限于機械分級階段，主要進行大小、重量的分級，自動分級設(shè)備基本還處于實驗室階段，依舊存在著很多問題亟待解決。目前我國的紅棗分級機主要有以下幾種：
一種是按重量分級，同時可進行色澤進行選別的電腦控制的全自動代設(shè)備，此設(shè)備技術(shù)含量高，價格昂貴，國內(nèi)少數(shù)企業(yè)能做。
一種是很早以前的滾筒式分級機，現(xiàn)已經(jīng)被大多數(shù)廠淘汰不用，主要原因是在分級過程中，因棗子為橢圓形，會卡入分級條形欄中，產(chǎn)量小，并影響棗子的質(zhì)量，及分級效果，造成一定的經(jīng)濟損失。
第三種，就是皮帶程V字形，下面加V字形滾杠的傳輸，此種分級方式理論上應(yīng)是很好的，類似于以前的菠蘿分級機，在其基礎(chǔ)上加上V字形皮帶，因此分級機本人未能實際接觸，不加以過多評價。
第四種，是三滾杠式分級機，此種分級機，由三根滾杠，上兩下一，托住物料前進，但因滾杠的轉(zhuǎn)動，物料在里面受的壓力增大，所以會有擠壓的現(xiàn)象發(fā)生，導(dǎo)致成大棗子在擠壓的情況下進入小棗子的出料處，分級不均，目前一些廠已經(jīng)不再生產(chǎn)此設(shè)備。
第五種，是雙滾杠，級別之間有落差的分級機，采用兩根滾杠帶動物料，前進，滾杠之間距離固定，下一級滾杠間距大于上一級，此種分級機由我公司工程師安有成設(shè)計而成，但因滾杠之間跟離不變，存在同樣的與滾筒式分級機一樣的卡棗問題，雖經(jīng)改進，仍未能完全克服，并此設(shè)備占地面積大，成本高。
第六種，雙滾杠分級機，此種分級機是我公司最新完成的分級機，借助國外成功經(jīng)驗，完全克服了卡棗的問題。物料由兩根滾杠帶動前進，滾杠自身間距慢慢變大，不存在卡棗的地方，并且成本相對低，效率好，產(chǎn)量大，占地小。
盡管機械式紅棗分級技術(shù)存在明顯的缺陷，但由于一方面使用對象大多是種植規(guī)模較小的棗農(nóng); 另一方面我國基于機器視覺紅棗 級技術(shù)大都處于試驗室及探索階段，且價格昂貴，機械式紅棗分級機在一段時間內(nèi)還有廣大市場。隨著紅棗分級技術(shù)的發(fā)展，基于機器視覺的紅棗分級機在特定使用對象方面取代現(xiàn)有的機械式紅棗分級機是必然趨勢
1.3慣性式紅棗分級裝置性能的要求
本課題重點研究慣性式紅棗分級裝置的設(shè)計，實現(xiàn)紅棗慣性式分級。本裝置根據(jù)慣性原理，可將紅棗按形狀質(zhì)量及其慣性的不同進行標準化.自動化分級。并且可根據(jù)需要進行相應(yīng)調(diào)整后可對其他干果進行分級，如杏干.銀杏等。
成功設(shè)計出紅棗分級機應(yīng)有以下幾個任務(wù)要求：
(1) 省電耐用、方便快捷、外形美觀、操作簡便、效率高、體積小、壽命長、安全等優(yōu)點。
(2) 結(jié)構(gòu)緊湊，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠，且維修方便。
（3）可將不同形狀的紅棗按形狀和質(zhì)量進行分級。
（4）多用途，進行適當(dāng)調(diào)節(jié)后可進行其他干果的分級挑選。
2慣性式紅棗分級機的總體設(shè)計
2.1設(shè)計題目分析
（1）給定數(shù)據(jù)
生產(chǎn)率： 20kg/min
驅(qū)動電機： 3KW 1500r/min
灰棗分級規(guī)格： 寬b 質(zhì)量
b>26mm m>6.5g
b=23-25 m=5g-6.4g
b=21-23 m=4.1g-4.9g
b<20 m<4g
2.2工作原理
慣性式紅棗分級機是將不同外形尺寸大小的紅棗按照慣性原理進行分級篩選的機械，其主體機構(gòu)是一個六桿機構(gòu)，在此機構(gòu)的牽引作用下，平面篩做來回往復(fù)運動，平面篩間隙由紅棗分級的大小確定，整個機械有三層平面篩，可將紅棗分為四個等級。分級時小直徑紅棗從平面篩間隙中漏下進入下一層分選篩，達到要求的紅棗則在慣性力的作用下由出料口卸下。
圖2-1 總體結(jié)構(gòu)
2.3機械運動方案及機構(gòu)設(shè)計
該機械采用電機驅(qū)動，帶輪傳動，將動力傳輸給雙曲柄機構(gòu)，在雙曲柄機構(gòu)的牽引下是平面篩做來回往復(fù)式運動。
（1）確定慣性運動機構(gòu)方案
慣性運動機構(gòu)要求該機構(gòu)有在運動過程中有急回特性，所以選用平面四桿機構(gòu)中的雙曲柄機構(gòu)作為主要機構(gòu)，其主體機構(gòu)的運動件圖如下，該機構(gòu)可看成是由兩個四桿機構(gòu)組成，第一個是由原動曲柄1，連桿2，從動曲柄3和機架4組成的雙曲柄機構(gòu);第二個是有曲柄3，連桿4，滑塊6和機架4組成的曲柄滑塊機構(gòu)。
圖2-2 慣性機構(gòu)
（2）機構(gòu)尺寸設(shè)計
圖2-3 曲柄滑塊機構(gòu)
如圖2-3所示，，，OB=R,AB=l
位移S
當(dāng)B點運動到1位置時，A運動到A1點，即上死點。反之當(dāng)B點運動到3位置時，A點運動到A2點，即下死點。則A1A2=2R，即S=2R
速度V
A點的速度隨曲柄轉(zhuǎn)角的變化而變化，其變化率等于，因為X是復(fù)合函數(shù)，位移隨轉(zhuǎn)角變化，隨時間T變化，所以：
V=, 位移X是曲柄轉(zhuǎn)角的函數(shù)，取微分
=
=
的數(shù)值，恰好是曲柄回轉(zhuǎn)的角速度，如果曲柄每分鐘轉(zhuǎn)n轉(zhuǎn)，則：
=（弧度/秒）
得最后A點的速度為：
V=
當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)到位置2和4時速度最大，其絕對值= 米/秒
加速度
同理推出加速度a=
因為 =
=
=
a=
最大加速度發(fā)生在位置4和1時，=0；
(3)紅棗運動分析
紅棗在平面篩上運動時，直徑比篩網(wǎng)間隙小的將通過篩網(wǎng)進入下一層平面篩，而直徑比篩網(wǎng)間隙大的紅棗將停留在篩網(wǎng)上，隨篩網(wǎng)運動，由于機構(gòu)的急回特性，當(dāng)平面篩運功到一端瞬時停止原有運動，反方向急回運動，但紅棗在慣性力的作用下依舊擁有保持原有運動的趨勢，繼續(xù)沿慣性力P的方向運動，
當(dāng)擺動篩的篩面做周期性往復(fù)運動時，有可能使物料在篩面上出現(xiàn)四種不同情況：
① 物料沿篩面傾斜方向向下滑動，并與篩面接觸，或稱正向運動。
② 物料沿篩面傾斜方向向上滑動，并與篩面接觸，或稱反向運動。
③ 物料跳離篩面，并沿篩面不多向前做拋物線運動。
④ 相對靜止，物料與篩面無相對運動，這種情況因避免出現(xiàn)。
一般對篩子采用①、②相結(jié)合的運動狀態(tài)作為篩選工作條件，且要求正向移動必須大于反向移動，才能正常工作。
物料沿篩面下滑的臨界條件（即正向移動臨界條件）
取篩面上單粒物料為研究對象，如下圖所示，為使問題簡化 ，群體物料間的作用力忽略不計。
圖2-4 下滑運動受力分析
設(shè)篩面傾角=a ,當(dāng)連桿帶動篩體做回程運動時，物料所受慣性力為負值，慣性力Q的方向與水平面成角度，此時物料沿篩面有向下滑動的趨勢。
根據(jù)動靜法原理，當(dāng)物料沿篩面剛要滑動時，物料除了受自身重力G、篩面的約束反力N和摩擦力F作用外，還受慣性力Q的作用，由圖可知，物料正向移動時受得三個力為
式中m為物料的質(zhì)量
f、為物料與篩面之間的摩擦因數(shù)和摩擦角
為曲柄角速度
R為曲柄半徑
物料沿篩面正向移動的臨界條件是：
由三角函數(shù)和差化積的關(guān)系化簡可得臨界條件為：
又因為：
式中為曲柄臨界轉(zhuǎn)速，則正向移動的臨界轉(zhuǎn)速為：
物料沿篩面上滑的臨界條件（即反向移動的臨界條件）
當(dāng)連桿帶動篩體做進程運動時物料所受慣性力為正值，如下圖所示，這時物料沿篩面有可能上滑。反向移動時各力為：
圖2-5 上滑運動受力分析
=
其臨界條件為
物料不跳離篩面的條件。
反向移動時物料不可能跳離篩面，故只有正向下滑時才有可能跳離篩面，由圖可知物料不跳離篩面的臨界條件是
對于擺動篩來說，適宜的工作轉(zhuǎn)速n理論上應(yīng)在下列范圍
根據(jù)實際經(jīng)驗和以上分析
取到，滾動情況較好的物料取小一些，反之則取大一些。
取，視物料而定，物料較小則取小一些，反之則較大一些。
本設(shè)計取 ，
則取n=120r/min
3.慣性機構(gòu)的設(shè)計
3.1雙曲柄機構(gòu)的設(shè)計
⑴速度變化系數(shù)K
如圖3-1所示，在曲柄回轉(zhuǎn)一周的過程中有兩次與機架平行的位置，此時主動曲柄與從動曲柄瞬時角速度相等。當(dāng)連桿從第一個平衡位置運動到第二個平衡位置時，主動曲柄轉(zhuǎn)過的角度，從動曲柄轉(zhuǎn)過的相應(yīng)角度為。根據(jù)運動分析可知，在區(qū)間(,) 內(nèi), 從動曲柄的類角速度 ( 即 ) , 稱為慢轉(zhuǎn)階段; 在其余區(qū)間(,) 內(nèi), ( 即) , 稱為快轉(zhuǎn)階段。定義從動曲柄快轉(zhuǎn)階段與慢轉(zhuǎn)階段平均角速度之比為雙曲柄機構(gòu)的速度變化系數(shù)K 。系數(shù)K 表示從動曲柄的速度變化程度, 它是機構(gòu)傳動性能的一個重要指標。
圖3-1 雙曲柄機構(gòu)分析
如圖3-1 所示。分別過 和點作線段 和 的平行線交機架AD 的延長線于F 和G 點。為了便于計算, 取機架長度d = 1。依據(jù)圖示的幾何關(guān)系可得:
，
則速度變化系數(shù)k 的計算公式為
⑵雙曲柄機構(gòu)計算
如圖3-1 所示, 在雙曲柄機構(gòu)中, 主動曲柄與機架的兩次共線位置 和 是傳動角的兩個極小值位置, 對應(yīng)的傳動角分別記為 和, 在快轉(zhuǎn)階段中, 而 在慢轉(zhuǎn)階段中。根據(jù)機構(gòu)的工作狀況, 常常會提出不同的 和。如果= 則稱雙曲柄機構(gòu)為最佳傳動雙曲柄機構(gòu)。采用相對尺寸表示機構(gòu), 即設(shè)機架長度。此時, 機構(gòu)共有三個參數(shù)可選擇。
由余弦定理可得:
提供了兩個約束, 因此機構(gòu)只有一個參數(shù)可以自由
選擇。設(shè)c 為變量, 由公式( 3) 解得:
式中,
在雙曲柄機構(gòu)中, 機架d = 1 是最短構(gòu)件。因此b 和c都大于1。如果c> 2/ E ,分母大于0, 分子中帶根號項的絕對值大于前一項的絕對值。所以, 根號前的符號只能取正號。即
如果c< 2/ E , 式中的分母小于0, 分子中帶根號項的絕對值小于前一項絕對值。要保證b 大于0, 就必須保證
F 大于0, 即< 。公式( 4) 根號內(nèi)的代數(shù)式必須大于或等于0。由此可解得兩組根 和。第二組根不符合雙
柄機構(gòu)存在條件,所以應(yīng)當(dāng)舍去。此外, 考慮到機構(gòu)尺寸因素, 根號前面的符號推薦使用??+號,這樣使機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊。綜上所述, 設(shè)計的使用條件為:
如果 且
如果
利用與是單調(diào)減函數(shù)的特性, 當(dāng)給定 時, 用
簡單迭代法( 一元方程求根方法) 很容易求出c 值。下面是
根據(jù)區(qū)間二分法改造的計算過程:
① 給定初值c, 迭代精度, 迭代步長 ;
② 計算, ;
③ , 計算 , 直到;
④ , 計算 , 直到
曲柄及連桿的長度計算
在本設(shè)計中
取初值2
解得1.9107 1.5036 1.5241
3.2雙曲柄機構(gòu)的確定
由上解得的1.9107 1.5036 1.5241 分別將其擴大10倍
得：
圖3-2 雙曲柄機構(gòu)
AB= =15cm BC= =15cm CD= =19cm AD= =10cm CQ= DQ=
3.3雙曲柄機構(gòu)校核
在圖2-3中，分析了機構(gòu)的運動情況，得到了速度、加速度和位移的計算公式。A點的加速度:
當(dāng)時，
式中，已知n=120r/min
R=0.1m
解得
當(dāng)時，
解得
A點的慣性力:
當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)至位置1時，慣性力
（為慣性篩質(zhì)量，為篩面上物體的質(zhì)量）
慣性篩質(zhì)量約為25kg，每分鐘加工紅棗20kg
平均速度
物料移過1.5m篩體所需時間
篩面上的物料
此時
當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)到位置2時，使連桿產(chǎn)生壓縮，此時：
連桿均采用雙頭鉸鏈式，當(dāng)曲柄、連桿、篩體上的移動點A三點在一條直線上時，連桿內(nèi)部不是受最大拉力就是受最大壓力。曲柄轉(zhuǎn)n次近似對應(yīng)變化了n次。所以連的破壞認為是疲勞破壞。受變動應(yīng)力決定連桿截面積：
對稱循環(huán)下的許用應(yīng)力
n為強度裕度,變動載荷時一般取
變動彎曲時：
變動拉伸時：
材料取60 Mn 鋼，
=45~55
=20~30
連桿截面積的選取：
，
取 則
圖3-3 連桿截面
由圖可知 ，連桿截面積遠大于計算面積，符合要求，同理可校核其它連桿均符合要求。
4鏈輪傳動的設(shè)計
4.1滾子鏈傳動的設(shè)計
鏈輪齒數(shù)
選=27 由于采用傳動，所以本機械中鏈輪齒數(shù)均相等。
鏈條節(jié)數(shù)
初定中心距 則:
=96節(jié)
計算功率
鏈條節(jié)距
采用單排鏈，故
實際中心距
計算鏈速
符合要求
作用在軸上的壓力
取 則：
4.2鏈傳動的布置、張緊和潤滑
⑴鏈傳動的布置
鏈傳動一般應(yīng)布置在鉛垂平面內(nèi)，盡可能避免布置在水平或傾斜平面內(nèi)。如確有需要，則應(yīng)考慮加脫板或張緊輪等裝置，并且設(shè)計較緊湊的中心距。
⑵鏈傳動的張緊
鏈傳動張緊的目的，主要是為了避免在鏈條的垂度過大時產(chǎn)生嚙合不良和鏈條的振動現(xiàn)象；同時也為了增加鏈條與嚙合包角。當(dāng)兩輪軸心連線傾斜角大于60度時，通常設(shè)有張緊裝置。
由于本設(shè)計傾斜角在60度的范圍內(nèi)，故不需要有張緊裝置。
⑶鏈傳動的潤滑
鏈傳動的潤滑十分重要，對高速、重載的鏈傳動更為重要。良好的潤滑可緩和沖擊，減輕磨損，延長鏈條使用壽命。潤滑油推薦采用牌號為L-AN32，L-AN46，L-AN68的全損耗系統(tǒng)用油。溫度低時取前者。對于開式重載低速傳動，可在潤滑油中加入MoS2,WS2等添加劑。對用潤滑油不便的場合，允許涂抹潤滑脂，但應(yīng)定期清洗和涂抹。
4.3鏈輪的結(jié)構(gòu)和材料
鏈輪的齒廓形狀對傳動質(zhì)量有重要的影響，正確的鏈輪齒形應(yīng)保證鏈節(jié)能平穩(wěn)的進入和退出嚙合，盡量降低接觸應(yīng)力，減小磨損和沖擊，還應(yīng)便于加工。目前常用的一種是三圓弧一直線齒形（如圖4-1（a）所示，由三圓弧、a⌒a、a⌒b、c⌒d和一直線bc組成），并用相應(yīng)的標準刀具加工，只需一把滾刀便可切制節(jié)距相同而齒數(shù)不同的鏈輪。在鏈輪工作圖中，端面齒形不必畫出，但要在圖上注明“齒形按3R GB1244—1985 規(guī)定制造” 。鏈輪的軸面齒形需畫出如（圖4-1(b)），兩側(cè)齒廓為圓弧狀，以利于鏈節(jié)進入和退出嚙合。
圖4-1（a）端面齒形 圖4-1（b）軸面齒形
鏈輪的主要尺寸：
滾子外徑
鏈輪節(jié)距p=24.45mm
軸孔直徑
分度圓弦齒高
齒側(cè)凸緣直徑
分度圓直徑
齒頂圓直徑
齒根圓
最大齒根距離（奇數(shù)）
5傳動系統(tǒng)分析計算
5.1分析傳動系統(tǒng)工作情況
⑴傳動系統(tǒng)的作用
作用：介于機械中原動機與工作機之間，主要將原動機的運動和動力傳給工作機，在此起減速作用，并協(xié)調(diào)二者的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩。
⑵傳動方案的特點
特點：結(jié)構(gòu)簡單、效率高、容易制造、使用壽命長、維護方便。由于電動機、減速器與滾筒并列，導(dǎo)致橫向尺寸較大，機器不緊湊。但齒輪的位置不對稱，高速級齒輪布置在遠離轉(zhuǎn)矩輸入端，可使軸在轉(zhuǎn)矩作用下產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)變形和軸在彎矩作用下產(chǎn)生的彎曲變形部分地抵消，以減緩沿齒寬載荷分布有均勻的現(xiàn)象。
⑶電機和工作機的安裝位置
電機安裝在遠離高速軸齒輪的一端,并用聯(lián)軸器連接；
工作機安裝在遠離低速軸齒輪的一端，并用聯(lián)軸器連接。
計算總傳動比i,總效率η，傳動系統(tǒng)簡圖如下
圖5-1 傳動系統(tǒng)
5.2確定電機型號
根據(jù)工作條件：室內(nèi)常溫、灰塵較大、兩班制、連續(xù)單向運行，載荷較平穩(wěn)，電壓為380V的三相交流電源，電動機輸出功率P=3kw，及同步轉(zhuǎn)速n=1500r/min等，選用Y系列三相異步電動機，型號為Y100L2-4，其主要性能數(shù)據(jù)如表5.1：
表 5.1 主要性能數(shù)據(jù)
電機型號
額定功率PM
滿載轉(zhuǎn)速nm
同步轉(zhuǎn)速n
凈重
Y100L2-4
3kw
1430r/min
1500r/min
38kg
⑴計算傳動裝置各級傳動比和效率
1、各級傳動比：
其余傳動比均為1
2、各級效率：
⑵計算各軸的轉(zhuǎn)速功率和轉(zhuǎn)矩
如表4.2
表 5.2 主要參數(shù)
軸名
功率P（kw）
轉(zhuǎn)矩T（N*m）
轉(zhuǎn)數(shù)n
r/min
傳動比
i
輸入
輸出
輸入
輸出
電動機軸
3
19.03
1430
11.2
Ⅰ軸
2.88
2.73
205.34
194.6
134
1
Ⅱ軸
2.63
2.58
187.5
183.95
134
1
Ⅲ軸
2.48
2.38
176.8
169.7
134
5.3軸的設(shè)計
⑴軸的最小直徑的確定
按扭轉(zhuǎn)強度條件計算
這種方法是只按軸所受的扭矩來計算軸的強度；如果還受有不大的彎矩時，則用降低需用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的辦法予以考慮。在作軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，通常用這種方法初步估算軸徑。對于不大重要的軸，也可作為最后計算結(jié)果。軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為
式中：—扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為MPa;
T—軸所受的扭矩，單位為Nmm；
—軸的抗扭截面系數(shù)，單位為mm3
—軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min;
—軸傳遞的功率，單位為Kw;
—計算截面處軸的直徑，單位為mm；
—需用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為MPa;
表5.3軸常用幾種材料的及
軸的材料
Q235-A、20
Q275、35
45
15-25
20-35
25-45
35-55
149-126
135-112
126-203
112-97
軸的直徑
式中
取
⑵軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
①擬定軸上零件的裝配方案，確定軸的各段直徑和長度。
1號軸：
圖5-2 第一軸
第一段的直徑為了滿足聯(lián)軸器的軸向定位要求，第一段軸左端需制出一段鍵槽，故第二段軸的直徑，用來配合軸承座。第三段軸 中間開鍵槽，用來固定鏈輪。第四段軸直徑 ，用來配合軸承座。第五段軸直徑 右端開鍵槽，用來固定曲柄。
2號和3 號軸
圖5-3 第二、三軸
第一段軸直徑，用來配合軸承座。第二段軸直徑，軸上開鍵槽用來固定鏈輪。第三段軸直徑，用來配合軸承座。第四段軸直徑，右端開鍵槽，用來固定主動曲柄。
4號軸
圖5-4 第四軸
第一段軸直徑，第二段軸直徑，用來配合軸承座。第三段軸直徑，右端開鍵槽，用來固定從動曲柄。
②軸上零件的周向定位
鏈輪、與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。由機械設(shè)計教材表4-1,查得平鍵截面當(dāng)時，當(dāng)時。當(dāng)時。當(dāng)時。鍵槽用鍵槽銑刀加工，同時為了保證鏈輪與軸配合有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為；同樣，曲柄與軸的聯(lián)接，選用平鍵連接，帶輪與軸的配合為。滾動軸承軸的周向定位是借過度配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為。
③確定軸上圓角和倒角尺寸
取軸端倒角為，各軸肩處的圓角半徑見軸零件圖。
⑶軸的載荷
首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計算簡圖。在確定軸承的支承點位置時，應(yīng)從手冊中查取B值（參看機械設(shè)計教材圖15-23）。對于6211型深溝球軸承，由手冊查得B=21mm.因此，作為簡支梁的軸的支承跨距。
5.4軸的校核
⑴鏈輪的力分析計算
I軸：
圓周力
徑向力
⑵支座反力分析
①定跨距測得：；；
②水平反力：
③垂直反力：
⑶當(dāng)量彎矩
①水平彎矩：
②垂直面彎距：
③合成彎矩：
；取得：
④當(dāng)量彎矩：
⑷校核強度
按扭合成應(yīng)力校核軸的強度。由軸的結(jié)構(gòu)簡圖及當(dāng)量彎矩圖可知截面C處當(dāng)量彎矩最大，是軸的危險截面。進行校核時，只校核軸上承受最大當(dāng)量彎矩的
截面的強度，軸的強度校核公式
其中：
①因為軸的直徑為d=55mm的實心圓軸，故取
②因為軸的材料為45鋼、調(diào)質(zhì)處理查[1]P330取軸的許用彎曲應(yīng)力為：
合格
⑸結(jié)論
根據(jù)軸承號6211查表取軸承基本額定動載荷為：C=43200N；基本額定靜載荷為：
Cor=29200N
由軸承壽命公式得：
因為實際壽命
所以 故軸承使用壽命足夠、合格。
結(jié)論
在設(shè)計方面，本設(shè)計采用機械式分級原理，主要采用雙曲柄機構(gòu)將電機的的輸出轉(zhuǎn)化為慣性力機械造價成本較低，節(jié)省勞動力，節(jié)省了農(nóng)機戶的生產(chǎn)成本，同時產(chǎn)品經(jīng)過分處理后價值大大提高，可有效增加農(nóng)機戶的收入。
而技術(shù)方面，慣性式紅棗分級裝置是根據(jù)慣性原理，將不同尺寸的紅棗進行分級，分級效率適中，適合一些小型紅棗加工企業(yè)和農(nóng)戶自我加工使用，該裝置成本較低，使用方便，操作簡單，維護修理容易。在對網(wǎng)篩進行更換后可對其他干果進行分級，用途廣泛。但分級效率較低，不適宜大仙加工企業(yè)使用，還有待改進。
致 謝
自2011年11月接受課題到現(xiàn)在完成畢業(yè)設(shè)計，衷心的感謝我的指導(dǎo)老師李宜峰安老師給予了精心的指導(dǎo)和熱情的幫助,在我設(shè)計初期由于對畫圖軟件的不熟悉，使我感到迷茫和恢心的時候，李宜峰老師及時的開導(dǎo)我，鼓勵我，幫助我。李宜峰老師能夠從忙碌的工作中抽出時間悉心教導(dǎo)我，督促我，使我在軟件的應(yīng)用上有了很大進步。同時也學(xué)到了許多書本上學(xué)不到的知識，受益匪淺，這樣使得我得以順利的完成畢業(yè)設(shè)計的工作 ,而且將繼續(xù)激勵我在今后的人生旅途上不斷進取，謹此向李宜峰老師表示衷心的感謝和崇高的敬意！
在此我還要感謝王老師，雖然肖老師有事不能帶我完成整個畢業(yè)設(shè)計，但是在我有困惑的時候，肖老師仍會百忙之中抽出時間給我講解，并給我一些寶貴的意見，這也是我可以完成設(shè)計的一個重要原因；最后感謝所有課題組的輔導(dǎo)老師，在你們的辛苦輔導(dǎo)，監(jiān)督下我們才可以完成設(shè)計，向所有的輔導(dǎo)老師中心的說一聲：老師，您辛苦了！
大學(xué)四年學(xué)習(xí)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(xué)們、表達我由衷的謝意。感謝我的母校塔里木大學(xué)給了我在大學(xué)的本科四年深造機會，讓我能繼續(xù)學(xué)習(xí)和提高。塔里木大學(xué)四季如歌的校園，美麗如詩的風(fēng)景都深深的留在了我的記憶里。四年珍貴的學(xué)習(xí)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?！白詮姴幌ⅲ笳鎰?wù)實”的校訓(xùn)我將銘記于心，在未來的學(xué)習(xí)和工作中躬身踐行。
最后，祝愿各位老師身體健康，工作順利，學(xué)校越辦越好，桃李滿天下！
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