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湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文（设计） 中 期 检 查 表 学 院： 工学院 学生姓名 宫雪 学 号 200940614203 年级专业及班级 2009级机械设计制造及其自动化 (1)班 指导教师姓名 高英武 指导教师职称 教授 论文（设计）题目 橙子大小分级机构设计 毕业论文（设计）工作进度 已完成的主要内容 尚需解决的主要问题 定方案和主要参数计算，传动方案的确定。 作零件的设计 纸 行说明。 指导教师意见 签名： 年 月 日 检查小组意见 组长签名： 年 月 日 注： 可打印，但意见栏必须相应责任人亲笔填写。 湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文（设计） 开题论证记录 学 院： 工学院 记录人： 学生姓名 宫雪 学 号 200940614203 年级专业及班级 2009 级机械设计制造及其自动化 (1)班 指导教师姓名 高英武 指导教师职称 教授 论文（设计）题目 橙子大小分级机构设计 论证小组质疑： 学生回答 简要记录： 共分为 4 级，最小的橙子从第一个出料斗卸下，最大的橙子从分级机的侧面出料斗被分离出来。 过摩擦传动实现滚筒在机架中运动的。 筛装置、传功装置和收集装置组成。 论证小组 成员签名 论证地点： 论证日期： 年 月 日 注：此表可从教务处网站下载中心下载。记录、签名栏必 须用黑色笔手工填写。 湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文（设计）开题报告学 生 姓 名 宫雪学 号 200940614203年级专业及班级 2009级机械设计制造及其自动化(2)班指导教师及职称 高英武 教授学 院 工学院20 年 月 日毕业论文（设计）题目 橙子大小分级机构设计选题研究意义：橙子是芸香科柑橘亚科柑橘属植物的果实，有25种，是栽培最为广泛的一种果树。原产中国南方及亚洲的中南半岛西汉时已有“黄柑、橙、楱”的记载(公元前117年。)。甜橙分布在中国的13个省(自治区)、主产于四川、广东、台湾、广西、福建、湖南、江西、湖北等省(自治区)。15世纪初期从中国传入欧洲，15世纪末传入美洲。在世界柑橘生产中，甜橙占的 最大，年产 占橘 产 的2 3。在柑橘 中，甜橙 种最 ，全世界 种 个 。 期 分为 、中、。一 分普通甜橙、 橙 橙。 果实的 分为 个 种 ：普通甜橙。果一 为 橙 果 ，。是甜橙中 最的种 。甜橙，果 普通甜橙。 ，果” 时 、 ，是 的甜橙 种。在中 西等有 生产， 方。 橙。果及果全 。果 ， 香 ，中区是 主产。 橙。 为果有，有一个 全的小果实 于果实。 ， ， 甜 ， 分 ，果 大， 主 ，为国 中的 种。美国于1 7 年从西 入， 培 种“橙”。 美国、西、西 牙、南非、澳大利亚 摩洛哥等为主产。橙子 有降毛 管性 橙果实中有的橙 甙， 降毛 管性，防止微 管出 。而 的维生素C、对人体新陈代谢有明显的调节 抑制作， 增强机体抵抗力。研究橙子的大小分级机械有一 优 ：工的劳动强 ，提高工作效率；效而充分的利橙子的 质创造益；商依照 质设定价格。国内外研究 ：我国是一个水果生产大国，自动分级技术对提高我国 水果竞争力 利润水平有着 意义， 别是9 年代 来，水果分级的 展更为迅速。大小分级是水果商 化处理的 环节，目前的球 水果分级机械主 有 六种：滚杠式、滚筒式、带式、挡板式、膜片式、辊式。主 的研究方法是从 几个方面进行的：分选机： 进行分选， 期是利杠杆原理。外观分选机： 水果的大小， ，泽， ，表面缺陷进行分选。内分选机： 水果的甜 ， ，硬 内缺陷进行分选。国外的研究 ： 期的主 方法是通过， 损检测，计算机分析处理等手段对水果一进行分析判断后得出综 论，利机 技术实 农产 的内 质检测是目前国 在研究的 题， 高效的 处理技术外，水果的 质检测手段 外 、外 检测等 学检测手段 高 ， 技术等。人工 经 技术是 生物大 构 而构 的 处理技术，对 子、橙子的分级 率 9 对橘子 9 于 的橙子的处理，对 ”的橙子的进行化 的检测 处理，值化处理， 及计橙子大小进行分级。主 外文1 加工机械设 高等” 出 2 1 2 建国、 . 加工机械 . 出1523 5 中国农业机械出7 9 9 ； ； 1 ；东 ； . 果分级机 期11 ；东 . 果分选机 定 5年 5期12 中国农业机械出13 ； . 于计算机 的水果大小检测方法 国防科技大学出2.15 开 手. 5高等” 出1.1 . 代机构手机械工业出： 表 ， 加 。研究目的：1、高工作效率：降劳动强 ，提高生产效益，降生产 本。2、高性： 种橙子的分级。3、高 定性：机构 ， 生率，提高生产效率。研究内 方：对 橙子分级机构分析 明，对橙子的 大小判断机构出理论及实 设计， 在于对传 机构 大小判断机构，机 的设计。本 的设计主 通过滚筒来实 的， 滚筒、支 、传动装置、清筛装置、斗组 。筛孔是分级机构的主 工作分，它的优劣直接影响”之后的工作，一 筛孔的排列有长方 、 方 、 三角 ，在这 设计中， 三角 ， 期 果:在完 项设计后 实 高速作业 降劳动强 ，提高生产效益。条保:1、本设计的大分工作将在本学校完 . 2、有扎实的理论知识 学校专家的指导. 3、学校的实验设 关书划2 2 2 25 选题2 252 3 任务书2 2 查找，开题2 12 13. 设计计算，画2 13. 2 13. 中期 2 13. 2 13. 5. 5 完善，交设计初稿2 13. 2 13. 完善，交设计稿2 13. 2 13. 修改，答辩，交终稿论证小组意见组长签 ：2 年 月 日专业委员会意见签：2 年 月 日学指导委员会审 意见签（公章）：2年 月 日：1. 表 黑签字笔 ，也 打“，但意见栏必须责任人亲笔 。2. 表 从”务处 站 载中心 载。 - 1 - 橙子大小分级机构设计 学 生：宫 雪 指导老师：高英武 （湖南农业大学工程技术学院，长沙 410128） 摘 要 :我国橙子生产数量大，而按重量和大小分级的工作是由机器来完成的，这符合人们习惯上的分级要求。目前橙子品种很多，但不同品种的橙子密度差异甚小，若按重量和大小分级结果基本一致，因此，按大小对橙子分级是合理的，科学的。滚筒式橙子分级机工作时，橙子在滚筒的内表面和外表面运动，相对运动较小，对橙子的损伤较小。此法适用于球形或近似球形的物料的分级，从结构上较易实现，成本较低，分级精度较 高，在国内外应用较广。 关键词 ： 滚筒分级机，橙子，栅条，结构设计 of 10128, he of to of is by of of of if to to of an is is or is is in - 2 - 1 前言 言 我国是水果生产的大国，特别是 90 年代以来发展更为迅速。据国家统计局统计， 2004 年我国水果总产量已经达到 15243 吨，比 2003 年增长 5%，占世界总产量的 水果产业已经成为我国南方主产 区农村经济的一大支柱产业，为促进农民增收、扩大城乡居民就业和改善生态环境做出了积极贡献。虽然我国水果产量很大，但国内水果价格低，“卖果难”问题经常出现，水果生产快速发展的势头受到抑制，而且中国水果以本土消费为主，参与国际贸易的比例一直很低，出口量不到国际水果交易的 3%。其中一个重要原因就是采后商品化处理落后，外观质量较差，导致水果的市场竞争力薄弱。水果 采 后商品化处理包括：清洗、打蜡、分级、包装。分级是果品商品化处理的重要环节，它在技术方面发展最快并在最近几年发生了根本的变化。目前我国国内水果商品化处理过程中 清洗，打蜡设备已经比较成熟，关键在于分级技术比较落后。水果外部品质的主要分级指标是水果的果形、大小、色泽、表面质量和颜色，本课题针对橙子大小进行分级研究，以提高生产力，提高水果质量，加快水果采后商品化的国际进程。 内外分级机械的研究与发展 外分级机构的发展现状 国外早期水果自动分级方法主要通过 机，采用无损检测、计算机分析处理等手段对水果逐一进行分析判别后得出综合结论。利用机器视觉技术实现农产品内部品质无损检测是目前国际上正在研究的热点课题。 除了使用高效的信息处理技术，水果的 质量无损检测手段包括红外线、近红外线检测等光学检测方法和高光谱、多光谱技术等。人工神经网络技术是模仿生物大脑结构和功能而构成的信息处理技术，在机器视觉系统中应用可以提高品质识别的智能性。 德国研制了较先进的微机控制重量分级机，其采用最新电子仪器测定重量，可按需要进行准确的分级，分级精度较高 ;其使用了结构特别的滑槽，落差小，果实不受冲击、无损伤 ;分级、装箱所需时间仅为传统的 1/2。 美国 司的水果分级设备在世界上处于领先地位，其产品已经系列化 (5 个型号 )，能够按照重量、颜色、形状分级，传送通 道可以多达 9 道，出口可达 60 个，每道的最高传送速率为 12 个 /秒，其传输系统可以容纳不同尺寸的水果，其视觉系统采用两架单色相机，能计算出水果的三维尺寸。 - 3 - 西班牙 用多光谱相机检测柑橘，图像在两块 并行运算，颜色识别正确率达 94%，由于损伤处和正常处的热辐射不同，用热红外线图像对损伤的判别准确率达 100%，实验证明，在损伤后 30，擦伤处和正常处至少有 1温差，但热红外线图像必须在环境温度变化下才可以检测。 意大利最新研制的 分级机，可将果实大小进行无级 分级，其主要是利用一条带有网眼的分级传送带，在这条传送带上，从左到右，其网眼的孔径是无级变化的，网眼在最左边时，孔径最小，传送带向右运行时，网眼孔径也就随之增大，到达最右边时，孔径最大。当传送带从下端向回运行时，网眼孔又由大变小。就是说，传送带上的网眼孔径就像照相机的快门那样，随着传送带的运行方向不同，可以由小变大或由大变小。果实最先落在传送带左边时，小的果实漏下来，随着传送带的向右运行，大的果实开始落下，这样就将果实由小到大进行了多级分级。 美国 使用神经网络算法对柑橘进行分级，把缺陷和物理特 征作为神经网络分类器的输入参数，对橙子，柚子分级的准确率为 利用 泛化功能，对橙子的彩色 像，结合颜色和果形分析，获得鲁棒性，实时性的分类结果。 日本三菱电器公司研制的水果成熟度分级机，是利用传感器综合测出梨的表面颜色、对特定光的透光率、形状和大小，并与事先贮存在计算机中的优良梨的数据进行对比，推算出成熟度和含糖量，但是大小分级是其基础。 1 内分级机构的发展现状 我国对于分级技术的研究经历了如下三个阶段： 20 世纪 70 年代末，以引进国外技术及设备为主，国内对此基本上是空白 的； 20 世纪 80 至 90 年代，我国加工技术逐步发展起来，人们逐渐认识到了分级技术的重要性，于是开始引进、学习国外先进技术，并开始进行新设备的开发工作，国内开始出现分级设备的研究机构和生产厂家， 20 世纪 90 年代中期以来，由于市场对分级技术及设备的要求越来越高，并且此时国内对分级技术的研究积累也达到了一定程度，且取得了显著进步，并开发出了诸多具有自主知识产权的新技术、新设备。但尽管如此，与发达国家相比，中国目前在分级领域仍然存在大型设备不足、工艺控制技术落后、磨耗和单位产品能耗偏高、特殊粒形的生产工艺和 设备落后等问题。 2 我国的水果分级研究已经有三十年时间，已经取得一批研究成果，分级性能指标已经超过目前市场上的水果分级设备产品。水果分级机器人的研究成功，将 - 4 - 有利于改变国产水果和农产品的外观质量较差，同一批产品中良莠不齐，混等混级等现状。若以我国苹果产量的 50 (约 3000 万吨 )通过自动分级处理来说，每公斤大概可以增值 ，那么总量即能够增值 6 亿元。可想而知，这对提高我国水果的品质，增强参与国际竞争的能力，并大大降低工人的劳动强度，具有重要的理论意义和实际意义，并能创造巨大的经济效益和社会效益。 题研究意义 我国是水果生产大国，自动分级技术对提高我国生鲜水果的市场竞争力有很大的帮助。特别是 90 年代以来，我国的水果产量明显提高，水果生产已经成为中国农村的支柱型产业，成为缩小城乡差距和农民增产增收的重要途径。对水果大小分级的研究，在国内还不是特别的完善，对橙子分级的研究可以明显的提高水果产后商品化的价值，增加中国水果的国际竞争力，提高生产效率。因此我们选择了栅条滚筒式分级机。它与目前普遍采用的振动滚筒式分级机相比具有以下一些优点：结构简单；效率高；价格低廉；功耗小；伤果率低；栅条滚筒式 分级机存在的缺点是分级精度不高。 3 课题研究内容 1）重点研究橙子大小分级机的工作原理和核心部件的结构参数； 2）通过替换核心部件筛筒，用以达到对于不同物料进行分级的目的； 3）物料特性的研究，测定不同品种、不同地区主产橙子形状及外形尺寸，根据相关标准确定分级筛尺寸。 本章小结 我国是水果生产大国，橙子年产量达近千万吨，居世界之首，但采后处理能力不到总产量的 15%，水果分级机的发展已经成为制约我国农业出口发展的主要原因。本章详细分析了水果分级机械的国内外研究与发展的情况，阐述了课题研究的目的和意义，并明确了本课题的研究内容。 2 栅条滚筒式分级机总体方案分析 分级装置的类型 （ 1）锥辊式分级装置 锥辊式分级装置采用的是一对相对转动的锥形辊，如图 中各参数的单位为 橙子在两锥形辊的带动下不停地上升和下落，同时，橙子在重力和上端橙子对其侧向挤压力的共同作用下沿锥形辊向下移动，直至两锥形辊的间隙大于橙子的直径时，橙子通过间隙落下。 4 - 5 - 1锥辊 2橙子 图 辊式分级原理图 装置分级效果不好，因为： 果实大量喂入时，上层的橙子无法及时地与下层橙子进行交换，造成前一级橙子在后一级甚至后几级才被分离出去，出现分级混杂、混级率增大的现象。 由于大多橙子是椭球形的，这些橙子在下滑的时候，会因下滚姿态的不同，而在不同的位置下落，从而造成分级误差。 （ 2）圆孔筛分级装置 图 圆孔筛分级原理图，该圆孔筛与水平线的夹角为。筛孔由右往左逐渐变大，橙子在重力和离心力的共同作用下沿筛壁下滑并通过合适的孔口落下。 该圆孔筛的转速范围为： R 橙子半径 m， n 圆孔筛转速 r/- 6 - 图 孔筛分级原理 装置的一个缺点是：在分级的过程中，有时会出现橙子堵塞筛孔的现象，尤其是在大量喂入时。 （ 3）平面振动筛分级装置 图 平面振动筛装置简图。该振动筛分级装置是由三个筛子组成。筛子振动时，橙子与筛面产生相对滑动，尺寸小于筛孔的橙子有可能通过筛孔，掉入下筛，其余的留在筛面上，并沿筛面流向一侧，由集料口收集。 5 通过橙子分级试验表明这种分级装置分级效果差，基本不能实现正常分级。 图 面振动筛装置简图 4）栅条滚筒式分级装置 - 7 - 如图 示，筛分部分由三段滚筒组成，每段滚筒的栅条间隙不同，第一级到第三级栅条的间隙逐渐增大。橙子在筛筒内轴向随着滚筒一起做圆周运动；轴与橙子具有弹性而且筛筒与水平面有一定的夹角所以作曲线或直线运动。当橙子到达筛筒时，厚度尺寸小的橙子在离心力的作用下从第一级被分离出来，厚度尺寸 大的橙子在滚筒的带动下运动到下一级继续筛选，如此重复直到第四级橙子从侧面分出为止。 图 条分级滚筒结构图 滚筒式分级机 工作原理 滚筒式分级机由进料机构、滚筒筛体、卸料斗和传动机构等组成，滚筒体倾斜角可调。栅条滚筒式分级机的筛体分部分由三段滚筒组成，每段滚筒的栅条间隙不同，第一级到第三级栅条间隙逐渐增大。橙子在筛筒内轴向随着滚筒一起做圆周运动；轴向上由于橙子具有弹 性而且筛筒与水平面有一定的夹角所以作曲线或直线运动。当橙子进入筛筒时，厚度尺寸小的橙子在离心力的作用下从第一级被分离出来，厚度尺寸较大的会在滚筒的带动下运动到下一级继续筛选，如此重复直到第四级干果从侧面出料斗分出为止，从而达到分级的目的。 工作时，被筛物料由喂入斗装入筛筒内，随旋转的筛筒内壁上升，至一定高度后松散落下，如此反复进行，连续进入筛筒内的物料受压力和松散性的影响，逐步向筛筒另一端的出口移动；同时，在这一过程中小于栅条间隙的物料通过栅条间隙漏出，被配置在筛筒下部的振动输送装置运至筛下物出料口，大于栅 条间隙的物料被带到筛分的另一端通过筛上物出料口流出完成分级过程。 结构分析 滚筒式分级机主要由分级滚筒、支承装置、传动装置、收集料斗、清筛装置五部分组成。 - 8 - 图 滚筒式分级机 1) 分级滚筒 它是该设备的主要构件，用直径为 10钢管焊成圆柱形转简。转筒按分级需要设计成几节。节数为需分级数减 l，各节栅条间隙不同，而同一节栅条间隙一样。整个转简上进料口端孔径小，出料口端孔径大。各节用连接滚圈连接以起加强作用。每节转筒下装 有一个收集料斗。 (2) 支承装置 由滚圈 3、摩擦轮 4、机架 7 和轴承组成。滚圈 3 固定在滚筒 2 上，并将简体重力传递给摩擦轮 4，整个设备由角钢焊成的机架 7 文本。 (3) 传动装置 目前有如下三种。 第一种：采用电动机通过皮带轮、变速箱、链轮及一对齿轮传动，而其中一个大齿轮就连接在滚筒出料口的边缘上，另一个小齿轮则与传动系统相连接作为主动齿轮，把动力传给大齿轮而驱动滚筒转动。这种传动方式加工制造比较麻烦，由于滚筒直径较大而使转动不平衡，齿轮上的润滑油也往往滴在转筒中污染物料，故目前已逐渐被淘汰。 - 9 - 第二种：中间轴式 传动。滚筒的中心线上没有传动轴，用支臂与滚筒连，传动系统把动力传至中心轴，由中心轴带动滚动轴转动。这种传动方式比第一种简单，但因滚筒较长，其中心轴也长，在滚筒中间又很难设置中间轴承，因此，若中心轴的刚度稍差，则往往产生扰动而使滚动的运行不平衡。同时，由于水果有时和中心轴及支臂碰撞而产生机械伤，故目前使用这种形式的亦逐渐减少。 第三种：摩擦传动。摩擦轮 4（见图 在一根轴上，滚筒两边均有摩擦轮，并且互相对称，其夹角为 90，长轴一端（主动轴）与传动系统相连，另一端装有托轮，不与传动系统相连，主动轴从传动 系统中得到动力后带动其上的摩擦轮转动，摩擦轮紧贴滚圈 3，滚圈 3 固定在转轴上。因此，摩擦轮与滚圈互相产生的摩擦力驱动滚筒转动。水果在滚筒内向出口处的运动靠滚筒内装置螺旋卷带或使滚筒有一倾斜角度来实现。苦水果是圆形或近似圆形时，采用后者为宜。物料滚动性差的，可采用前一种方法。 运转时，滚筒上的小孔往往被原料堵塞而影响分级效果，因此常常在滚筒外壁装置木制滚轴，木制滚轴平行于滚筒的中心轴线，用弹簧使其压紧滚筒外壁，由于木滚轴的挤压，把堵塞在小孔中的原料挤进滚筒中。 (4) 清筛装置 一般物料的清筛装置，可以选择水冲 式或毛刷式，工作时原料应通过滚筒相应栅条间隙流出，才能达到分级的目的，但对于尺寸较大的如蘑菇，栅条间隙往往被物料堵塞而影响分级效果。因此，要根据所分级物料的实际情况，安装清筛装置，将堵在栅条间隙中的物料挤回滚筒内。通常在滚筒外壁平行于其轴线安装一个木制滚轴，木辊的支撑可采取通心轴式或自身轴式，在弹簧作用下压紧在滚筒外壁来达到清筛目的。 分级时，在传动系统作用下，通过摩擦轮和滚圈使滚筒回转，当物料从进料斗 1 加入后即随滚筒一起回转，小于第一级栅条间隙的物料落入第一级收集料斗中，大于最后一级栅条间隙的物料从滚筒排 出进入最后一级料斗。 滚筒式分级机的工艺参数分析 设计参数的确定 料斗可采用 不锈钢板制造，为方便清洗和防止阻塞，在出料口位置设计有清洗门，可将上面板和料斗板进行铰链接。虽然各厂都采用滚筒式分级机对同样原料进行分级，但使用效果不同，不同效率相差较大。其主要原因是对参数掌握不好，各级间互相配合不当之故。 - 10 - 本次使用效果较好的一组参数。滚筒的倾斜角度取 3 5；滚筒直径与长度之比为 1： (4 6)；滚筒上的筛孔排列用正三角形排列；滚筒的转速 10 15r/般不超过 30 r/筒筛孔直径根据原料情况和分级要求而定。 生产能力分析 生产能力 G 可由下式计算 m600G （ 2 式中 G 生产能力， t h； Z 滚筒上栅条间隙总数； A 在同 1s 内从筛孔中掉下物料的系数。因分级机形式和物料性质不同而异，滚筒式分级机可取 青豆取大些，橙子取小些； m 滚筒内物料平均质量， g。 尺寸分析 从式 (知， G 与 Z、 和 m 成正比。设计时， G 是由厂方或任务书规定的，处理的物料一般已事先确定，通过测定可得 m，然后根据 (2得 Z，即是滚筒上所需的栅条间隙总数。但由于各级栅条间隙不同而滚筒直径相同，所以这个栅条间隙总数不能平均分配在各个级中，而应根据工艺要求决定分成不同间隙大小的多少级别。再依级数设每级间隙数，确定同一级中栅条间隙数。取 1000个橙子进行总体称重，求出橙子的平均重量，再分别求出 1000 个橙子中的最大直径和最小直径进 行直径测量，并求出平均直径，得到下表： 表 子直径与孔径安排 he of of 级 一级 二级 三级 橙子直径 d(46 53 66 各级孔径 d(50 60 70 所有橙子的平均重量 m(g) 150 从理论上说，每级的钢管数之和应等于栅条间隙数 Z，每级长度之和就是所设计的滚筒长度。但有时计算出的滚筒直径，各级都不相同，无法联接在一起。 - 11 - 因此，一般是取滚筒中直径最大的一级作为整个滚筒的 直径，其他各级因直径增大了，可把钢管直径或栅条间隙距离适当放大即可。 在初步确定了滚筒的直径和长度后，用直径比长度 1： (4 6)进行校核，若不在这范围内，就应重新调整每级栅条间隙数，以达到此比例范围内为止。 滚筒式分级机设计时应注意事项 （ 1）用摩擦轮传动虽好处很多，但滚圈与摩擦轮之间因摩擦会产生铁屑掉进滚筒里，直接污染产品，设计时必须充分注意这点。 （ 2）滚筒内物料升高主要是靠滚筒转动和物料对滚筒内壁的摩擦力，因而升角不高，只有 40 45。这样，滚筒直径虽大，但其筛面利用率只有 1/6 l/8，其余占滚筒的大部分筛面并没有被利用。若能把升角提高，就能提高筛面利用率，有些厂采取在滚筒中紧贴筛面焊上几根管子的办法，效果较显著。 （ 3）筛面的倾斜度对生产率影响较大。对圆筒筛，其轴线应与水平面成 39的倾斜角。 （ 4）滚筒式分级机工作时很平稳，但其筛孔易堵塞，机械占地面积很大，在同等生产能力是，其尺寸比平筛大得多，金属消耗量大，同时对原料的适应性差，要设清理装置。 （ 5）滚筒上面的滚圈或连接圈。目前多用角钢弯制，由于椭圆度的存在，在滚筒转动时会有所跳动，若滚筒跳动使物料离开筛面的话，会影响分级，所 以采用浇铸滚圈的方法更为理想。 章小结 本章首先分析了分级机核心部件分级装置的类型，通过对比其优缺点，选取栅条滚筒分级机做为分级机的分级装置；同时阐述了滚筒式分级机的工作原理及其结构，分析其工艺参数和在设计过程中应多注意的事项，为下面章节结构设计打下铺垫。 3 动力传输部件的选择与设计 动机的选择 目前市场上电动机的类型有很多，按结构和工作原理可以分为：直流电动机、同步电动机、异步电动机。根据研究本次重点讨论一下两种：直流他励电动机和三相异步电动机。 流他励电动机 直流电 动机有一下特性： - 12 - 1）靠改变外电路外串电阻调节速度机械特性软，电阻越大特性越软，稳定性能越低，空载时调速范围不大，调速电阻耗电量较大，很少应用； 2）改变电动机电枢供电电压 U：电压连续变化可实现无级调速，一般额定电压以下调节；调速特性与固有特性平行，机械特性硬度不变，稳定度高，适合恒转矩； 3）改变主磁通：无级平滑调速，额定功率以上调速，调速范围不大，恒功率调速。 相异步电动机 1）调压调速：可以无级调速但是调节范围不大； 2）转子电路串电阻：简单可靠，属于有级调节，但是低速是功率损耗较大； 3）改变磁极对数：体积稍微大，价格较高，属于有级调节，结构简单，效率较高，特性好，调节时所需附加设备较少，中小型机电联合调速。 择的电动机 查表可知，电动机的选择为：电动机的型号 6；额定功率 载转速 910r/量 25 轴器 联轴器用来把两轴联接在一起，使机械运转时不能分离；只有机械停车或将联轴器拆开后，两轴才能分离。 根据各种相对位移有无补偿能力联轴器可以分为刚性联轴器和挠性联轴器两大类。挠性联轴器又可以分为有弹性元件的挠性联轴器和无弹性元件的挠性 联轴器。 表 S 型双十字万向联轴器的参数 S 号 额定转矩 T（ N m） d（ D 重量（ Y 型 转动惯量 Y 型 40 19 40 164 链 传动 链 传动简述 - 13 - 链传动是啮合传动，平均传动比是准确的。它是利用链与链轮轮齿的啮合来传递动力和运动的 机械传动 。 链条长度以链节数来表示。链节数最好取为偶数，以便链条联成环形时正好是外链板与内链板相接，接头处可用弹簧夹或开口销锁紧。若链节数为奇数时，则需采用过渡链节。在链条受拉时，过渡链节还要承受附加的弯曲载荷，通常应避免采用。 齿形链由许多冲压而成的齿形链板用 铰链 联接而成，为避免啮合时掉链，链条应有导向板 (分为内导式和外导式 )。齿形链板的两侧是直边，工作时链板侧边与链轮齿廓相啮合。铰链可做成滑动副或滚动副，滚柱式可减少摩擦和磨损，效果较轴瓦式好。 与滚子链相比，齿形链运转平稳、噪声小、承受冲击载荷的能力高；但结构复杂、价格较贵、也较重，所以它的应用没有滚子链那样广泛。齿形链多用于高速 (链速可达 40m/s)或运动精度要求较高的传动。 图 传动 链 传动的 设计 （ 1） 传动比 i ： 链的传动比一般 8，在低速和外廓尺寸不受限制的地方允许到10。如传动比过大，则链包在小链轮上的包角过小，啮合的齿数太少，这将加速轮齿的磨损，容易出现跳齿，破坏正常啮合。通常包角最好不小于 120。 传动比 i=2 2）链轮齿数 先应合理选择小链轮齿数 小链轮齿数不宜过少，过少时，传动不平稳、动载荷及链条磨损加剧，摩擦消耗功率增大，铰链的比压加大及链的工作拉力增大。但是 能太大，因为 ， 大，不仅增大传动尺寸，而且铰链磨损后容易引起脱链，将缩短链的使用寿命。因为若链条的铰链发生磨损，将使链条节距变长、链轮节圆 d向齿顶移动。 节距增长量 d的关系 。 - 14 - 由此可知 数越多节圆外移量 d就越大，也越容易发生跳齿和脱链现象 。 大链轮齿数 z2=定，一般 应使 20。 在选取链轮齿数时，应同时考虑到均匀磨损的问题。由于链节数最好选用偶数，所以链轮齿数最好选质数或不能整除链节数的数。 （ 3）链速和链轮的极限转速 链速的提高受到动载荷的限制，所以一般最好不超过 12m/s。链轮的最佳转速和极限转速可参看图 2。图中接近于最大许用传动功率时的转速为最佳转速，功率曲线右侧竖线为极限转速。 （ 4）链节距 链节距愈大，链和链轮齿各部尺寸也愈大，链的拉曳能力也愈大，但传动的速度不均匀性、动载荷、噪声等都将增加。因此设计时，在承载能力足够的条件下，应选取较小 节距的单排链，高速重载时，可选用小节距的多排链。 （ 5）链的长度和中心距 若链传动中心距过小，则小链轮上的包角也小，同时啮合的链轮齿数也减少；若中心距过大，则易使链条抖动。一般可取中心距 a=(3050)p，最大中心矩 0p 。 由此算出的链的节数，必须圆整为整数，且最好为偶数。然后根据圆整后的链节数用下式计算实际中心矩： 2212121282244 般中心距设计成可以调节 的。若中心距不能调节而又没有张紧装置时，应将计算的中心距减小 25样可使链条有小的初垂度，以保持链传动的张紧。 总体校核计算 滚筒转速的确定 滚筒的转速直接影响生产能力和分级效率，它还与直径有密切的关系，不能随意确定。下面推导它们之间的关系式。 由于滚筒的倾角很小，可近似看作水平。 - 15 - 当物料与滚筒一起回转时，其受力情况如图 示。 图 料在滚筒中受力情况 he on in 物料 B，受到重力 G 和离心力 C 的作用。把 G 分解为 G 和 G 个分力，前者分力要推动物科从筛面向下滑动，后者则把物料朝筛面上压聚而在物科运动时和离心力一起产生摩 擦 力 T， o （ 3 式中 0f 物料对筛面的摩擦系数 由于 T 的 存在使物料沿筛面向上运动。物料受到的离心力 C 为： 2 （ N） （ 3 式中 m 物科 B 的质量 (公斤 ) G 物科 F 的重力 (牛 ) - 16 - g 重力加速度 (米秒 2 ) R 滚筒的内半径 (米 ) v 物料 B 运动的线速度 (米秒 ) 30 （ 3 式中 n 滚筒转数 (转分 ) 将公式（ 人公式（ 得 22 （ 3 当物料 B 沿滚筒切线方向的重力分力 于或大于摩擦力 T 时，即开始向下滑动，此时亦即物料 B 处于滚筒内表面的最高点。即： 0CG c s 时，物科 B 处于最高点。 （ 为摩擦角） （ 3 将公式 代人化简后得 900R s （ 3 据资科介绍， 角 (物料升角 )应稍大于物料对筛面的摩擦角 =5 10才能正常运转。即 5 10，对橙子，0f 35，那么 4045 (此为物科升高的最大角度 )。 将 和 值代入公式（ 3并化简得 235R s s i s i （ m） 考虑到滚筒实际上有一倾角，故通常取 实验装置的滚筒的直径为 - 17 - 所以 1 2 . 6 / m i n 2 2 . 1 3 4 / m i nn r r 式中 n 滚筒转速数， r R 滚筒的直径， m。 由此可知， n 和 R 成反比，一般情况下，滚筒直径愈大，其转速愈小。 功率计算 1 (31W 3 . 1 4 0 . 4 1 . 6 0 . 0 0 3 7 8 0 0 9 . 8 4 6 0 . 8 N 式中 A 滚筒表面积， 2m ； 滚筒材料厚度， m； 滚筒材料重度， N 3m 。 122 (322W 0 . 2 1 . 6 5 0 0 9 . 8 0 . 1 9 8 . 4 7 0 4 N 式中 R 滚筒内半径， m； L 滚筒长度， m； 1 物料重度， N 3m ； 物料在滚筒中的充填系数， 2 (3 ( 4 6 0 . 8 9 8 . 4 7 0 4 ) 0 . 4M 1 1 1 . 8 4 /2 式中 D 滚筒直径， m； W 滚筒本身重力 1W 与滚筒内原料重力 2W 之和， N。 由于传动方式不同，功率计算方法也不同。对于中间轴式的传动，其功率 P 为 60 (3 - 18 - M n 1 1 1 . 8 4 1 5P 4 6 . 66 0 6 0 0 . 6 W 式中 P 功率， W； n 滚筒转速， r M 驱动滚筒转动所需之力矩， N m 传动效率， 传动装置总效率和电动机功率 手册查得，在传动装置中，两队齿轮传动每对 1=对轴承每对 j =轴器每个 3=带轮为 4=的效率 1 2 3 4 0 . 9 9 0 . 9 7 0 . 9 7 0 . 8 6 0 . 8 0 1 所需电动机输出功率 4 6 . 6/ 5 8 . 1 80 . 8 0 1 W 所以，电动机的选择为：电动机的型号 6；额定功率 载转速910r/量 25 P=1100W以，该电动机的选择符合实际功率的要求。 （ 1）传动比和各级传动比计算 由传动比，取 1 910 6 0 . 715n 取齿轮传动的 齿数 1 2 3 42 6 , 7 8 , 1 8 , 7 2z z z z 。则实际传动比 2178 326zi z ， 4372 418zi z 实际总传动比 12 3 4 1 2i i i （ 2）、轴转速计算 - 19 - 12 1 13 2 29 1 0 / m i 0 / m i n/ 3 0 3 . 3 / m i 3 . 3 / m i n/ 7 5 . 8 / m i n i n i r （ 3）各轴功率、转矩和轴的校核计算 电动机轴功率 转矩 1 1 0 0 1 . 1 K W 66 1 . 19 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 0 1 1 5 4 3 . 9 6910T N m m N m 轴输入功率 1P 和转矩 1T 13 1 . 1 0 . 9 9 1 . 0 8 9 K W K W 66111 . 0 8 99 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 0 1 1 4 2 8 . 5 2910 m m N m 选取轴的材料为 45 钢，调质处理。根据表 20，于是得： 1 331011 . 0 8 91 2 0 1 2 . 7 4910 m 表 T 及0A13 T 的材料 20 35 45 403538 T /5 25 20 35 25 45 35 55 0126 135 112 126 103 112 97 轴输入功率 2P 和转矩 2T ： 2 1 1 1 . 0 8 9 0 . 9 7 0 . 9 8 1 . 0 3 5 K W K W 66221 . 0 3 59 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 0 3 2 5 8 9 . 0 23 0 3 . 3 m m N m - 20 - 2 332021 . 0 3 51 2 0 1 8 . 0 73 0 3 . 3 m 轴输入功率 3P 和转矩 3T ： 3 2 1 1 . 0 3 5 0 . 9 7 0 . 9 8 0 . 9 8 K W K W 663330 . 9 89 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 0 1 2 3 4 6 9 . 6 5 77 5 . 8 m m N m 3 333030 . 9 81 2 0 2 8 . 1 67 5 . 8 m 链 轮的选择 1）确定计算功率 表查的 工 况系数 =）选取 链条的 型 根据 确定选用 10A。 3）确定 链 轮基准直径 由相关参数选取主动轮基准直径 0 确定从动轮基准直径 i 6000 （ 3 取 15 4）验算 链条 的速度 V= d /0060 6006010060 11 35m/s （ 3 链条 的速度合适。 5）确定 链轮 的基准长度和传动中心距 由公式 0 a 2（ （ 3 初步确定中心距为0a=400 - 21 - 根据公式 Ld=20a+2（ + 021d ad d =2 400+2 （ 315+60） + 400460315 2 388 （ 3 由表选择 链 的基准长度 400 按公式计算实际中心距 a =0a+ 062138814004002 （ 3 6）验算主动轮上的包角 1 由公式得 1 =180 - a dd 3 主动轮上的包角合适。 7）计算 链轮 的根数 z z=(00 （ 3 由 1440r/0i=0=、k ， 96.0则 Z= 5 ， （ 3 因此取 z=4根。 8）计算预紧力 20 )00 （ 3 查表得 q=m，故 0 （ 3 9）计算作用在轴上的压轴力 22 - 43s i i （ 3 10） 链 轮结构图见附录图纸。 4 栅条滚筒橙子分级机构设计 总体结构分析及三 维图 本文所设计的圆筒筛式干果分级机外形尺寸（长宽高）为 24927001500主要由进料装置、出料装置、清筛装置、筛分 装置和传动装置 5部分组成，见图 . 清筛装置 . 栅条滚筒 图 子大小分级机构简图 of 1)进料 装置 - 23 - 进料装置由进料斗和插板活门共同组成，如图 料斗采用顶置式，其下表面与水平面成一定的角度，便于物料的滚动流下；插板活门附加在进料斗与机架的联结处，用以控制物料的喂入量及喂入速度。 图 料斗三维图 )清筛装置 清筛装置采用的材料是无毒无污染的天然橡胶，被安置在机架的顶部，天然橡胶与栅条滚筒接触。当有物料被夹在两根栅条之间无法移动而随着滚筒一起运转时，由于被夹的物料高出滚筒一部分，就会与 清筛部分相接触，从而产生摩擦碰撞，使被夹物料脱落，保证滚筒的正常运转。 3)出料装置 橙子分级机的出料部分共包括四个出料斗，如图 中三个均匀地分布在机体正面的一侧、一个放置在侧面。出料斗的底面与水平面夹角成 60，便于物料的滚动流下；并且在出料斗的两侧装有吊钩，便于集料袋挂放固定。 图 料斗三维图 he )筛分装置 - 24 - 如图 分部分由三段滚筒组成，每段滚筒的栅条间隙不同，第一级到第三级栅条的间隙逐渐增大。物料在 筛筒内径向随着滚筒一起做圆周运动；轴向上由于物料具有弹性而且筛筒与水平面有一定的夹角所以作曲线或直线运动。当物料进入筛筒时，厚度尺寸小的物料在离心力的作用下从第一级被分离出来，厚度尺寸较大的物料在滚筒的带动下运动到下一级继续筛选，如此重复直到第四级物料从侧面出料斗分出为止。目前国内并没有制定统一的关于橙子、苹果、橘子大小等级的国家标准，因此根据所测得的物料厚度尺寸和相关市场调查，三种物料的各级间的栅条间隙由新疆农业科学院农机化研究所的专家定出，如下表4 表 4he of 目 一级 二级 三级 各级长度 L（ 480 420 48