2柑橘大小分级装置论文.pdf

机械电气工程学院本科毕业设计机械电气工程学院本科毕业设计 题目：题目：柑橘大小分级装置的设计柑橘大小分级装置的设计 院 （系）：院 （系）： 专业：专业： 学号：学号： 姓名：姓名： 指导教师：指导教师： 完成日期：完成日期： 目录目录 目录目录10 摘要摘要2 1 Abstract（英文摘要）（英文摘要）.3 第一章绪论第一章绪论 1.1课题研究的目的及意义.4 1.2国内外研究现状.4 1.3研究内容及方向.9 第二章栅条滚筒式柑橘分级机总体方案的确定第二章栅条滚筒式柑橘分级机总体方案的确定. .11 2.1技术关键11 2.2工作结构设计.11 2.3主要工作参数的确定.13 2.4整机结构及技术参数特征.17 第三章栅条滚筒式柑橘分级机零部件的设定第三章栅条滚筒式柑橘分级机零部件的设定. .18 3.1传动部分设计18 3.2支撑轮的设计 21 3.3栅条滚筒的设计23 3.4其他主要部件的设计.23 结 论结 论25 致 谢致 谢26 参考文献参考文献.27 摘要 在国内外柑橘分级设备研究的基础上，开发出一种生产率高、作业质量好、 能耗低的新型柑橘大小分级设备栅条滚筒式柑橘大小分级机。 2 通过对各文献的阅读及经验借鉴， 对栅条滚筒式柑橘大小分级机某些细节进 行必要的改进和技术上的提高， 以使其更适合生产要求及有更强的适应性。 然后， 按照设计要求，对栅条滚筒式柑橘大小分级机的参数进行选定，并通过已知公式 的计算，确定该机械的各部分的尺寸，依据各尺寸对该机器的各零件进行选用校 核，并最终将各零件装配成形，在设计计算的前提下，得到所需要的新型栅条滚 筒式柑橘大小分级机。 关键字：柑橘，栅条滚筒式，分级，设计 Abstract On the basis of research on the orange sorting machine at home and abroad , a 3 new-type orange sorting machine with high productivity, high processing quality and low energy consumption-orange sorting machine of grid cylinder By reading the literature and learning experience from it,there are some improving enhancing on the details of the sorting machine and its technical,to make it more suitable for production requirements and more adaptive.Then,in accordance with the design requirements,we select the parameters for orange sorting machine of grid cylinder,and according to the calculation of the known formula to determine the mechanicals all parts of the size, based on the size of various parts of the machinery we do the checking and selection of the parts.After all the work being done, we assembly forming the various parts in the design.Ultimately we have the machine that we needed. Keywords: orange, grid cylinder，sorting machine, improved design 4 第一章绪论 1.1 课题研究的目的及意义 改革开放以来，我国林果业发展取得了巨大成绩。近几年，柑橘的年产量逐 年大幅度增加，总产量及增产速度也在世界名列前茅。柑橘种植面积和产量的增 加，对于柑橘的筛选分级也提出了的新的要求。 柑橘的大小等级差价较大，每级的差价为 23 元/公斤，而柑橘机械化大小 分级又几乎是个空白，人工分级劳动强度大，效率低，成本高且不准确。柑橘种 植农户增值低，市场销售的柑橘大多数是通货或少量的人工分级，大部分以整体 形式出售，附加值低，竞争处于劣势，制约着柑橘种植业的发展。目前，随着人 民消费水平不断提高，消费者对于高质量柑橘的需求也随之增加。作为果农既要 满足消费者需求又要使柑橘增值， 只有通过柑橘的分级销售才能同时满足二者的 要求。 从而柑橘大小分级机分级机是柑橘加工必不可缺的初级设备，该设备的研 制成功对柑橘分级销售和实现增值具有十分重要的意义。 据相关市场调查和掌握 的信息，很多柑橘种植区的果农急需柑橘大小分级机，柑橘大小分级机的研制非 常必要，而且市场潜力巨大。因此，研制出适合柑橘种植区的柑橘大小分级机是 当务之急！ 1 1.2 国内外研究现状 1.2.1 国外现状 国外的柑橘大小分级机械化已经相当成熟并且形成了一定的规模。美国、 欧洲以及澳大利亚等发达国家，柑橘几乎 100的都经过机械化的大小分级，并 在进行分级、商品化处理后，再投放市场。 国外大小分级的分级方式主要有以下三种： 重量大小分级、 光电式大小分级。 这些分级方式同样可以适用于柑橘大小分级当中。 果实重量大小分级 按重量分级的分级机械是利用杠杆原理进行的。在杠杆的一端装有盛果斗， 盛果斗与杠杆间是铰链连结，杠杆的另一端上部由平衡重压住，下部有支撑导杆 以保持水平状态，杠杆中间由铰链点支撑，当盛果斗的果实重量超过平衡重时， 杠杆倾斜，盛果斗翻到，抛出果实。承载轻果的杠杆越过此平衡重的位置沿导杆 继续前移，当遇到小于果实重量的平衡重时，杠杆才倾斜，盛果斗翻到在新的位 置抛出较轻的果实，由此，果实可按重量不同被分成若干等级。 目前较先进的微机控制的重量分级机，采用最新电子仪器测定重量，可按 需选择准确的分级基准， 分级精度高， 使用特别的滑槽， 落差小， 水果不受冲击、 5 不损伤。分级、装箱所需时间为传统的 1/2。 美国 Penwalt 公司 Decco 型分级机是一种新型果实分级机，具有速度快、 性能好、通用性强的特点。它根据“体积”分级的原理进行工作，综合了大小和 重量分级机最突出的优点，同时消除了二者的缺点，使分级作业真正得以柔和平 缓地进行。Decco 型分级机工作原理是：提升机辊子将待分级的果实送入四星装 料斗， 星轮与提升机以链条驱动的各对定距辊子同步，辊子承载水果通过分级全 程， 这样的装置，星轮可以很柔和地将水果从提升机传送到由一对磙子形成的凹 槽中，根据选用分级机规格的不同，分级部分包括 6-9 行高度可调的“摩擦指” ， 磙子从摩擦指下通过，缓缓地作反时针回转，水果则作顺时针转动，当水果遇到 摩擦指（最大的水果首先接触摩擦指） ，由于转动与摩擦的组合，水果极柔和地 从磙子上移动并落入弹性的摆动活动门上， 水果自重足够使其滑出并滚到输送皮 带上，然后由皮带送入包装槽中。由于水果没有摔落，也没有其他任何典型的引 起损伤的动作，分级柔和。 （2）光电式大小分级 光电式分级又叫做光线式分级机，不仅可对产品进行大小分级，还可以对产 品进行外观质量和内部质量分级。 光线式大小分级机是根据光束遮断法和图像处理法制成，进行非接触式测 量。当被测果品不满足分级要求时，检测信号传送到控制装置，用推板或强气流 将果品排出到外侧的输送带上，加以分级。在果品传送带上合适的位置安装几对 不同级别的分机器，分机器由两组相对的射光器 L 和感光器 R 组成，果品随传送 带移动的时候，经过这些分机器时，如果两道光束同时别遮挡，则果品直径比该 级要大，用气流喷射的方式将其分到相应的级别中。 1.2.2 国内现状1.2.2 国内现状 国内的水果自动分级研究起步较晚，主要在水果外在品质检测展开研究。针 对水果的内部品质检测的研究还不多。 李庆中等在实数域分形盒维数计算方法的基础上， 提出了双金字塔数据形式 的盒维数快速计算方法。对于待识别水果图像的可疑缺陷区，提出用 5 个分形维 数作为描述该区域粗糙度和纹理方向性的特征参数， 并用所提出的快速计算方法 进行计算，然后利用人工神经网络(BP)作为模式识别器，区分水果表面的缺陷区 和梗曹 ICI 陷区，识别的准确率为 93%，一个可疑缺陷区的判别时间为 1-7ms。 李庆中等还介绍了苹果颜色自动分级系统的硬件组成， 确定了苹果颜色特征的提 6 取方法，利用遗传算法实现了多层前馈神经网络识别器的学习设计，实现了苹果 颜色的实时分级，并通过实验验证了该方法的有效性。试验结果表明，颜色分级 识别准确率在 90%以上，分级一个苹果所用的时间为 150ms。 籍保平、李永华提出了基于计算机视觉的苹果形状和尺寸识别的方法。在对 苹果图像进行形状和尺寸识别时， 首先通过中值滤波和阂值法去除图片中的噪音 和背景信息，并转换成二值图像，然后进行边缘提取。获取的苹果边缘中包括果 柄的边缘点，必须给以剔除，最后针对剔除果柄后的苹果边缘进行快速傅立叶变 换(或通过儿何参数法)来提取包含形状和尺寸信息的傅立叶系数(或儿何参数)， 用来作为苹果形状和尺寸分级的依据。 应义斌、景寒松等利用机器视觉采集黄花梨图像，研究了不规则果品的形状 描述方法， 提出在黄花梨的分级过程中采用傅立叶变换与傅立叶反变换来描述果 形，开发了基于人工神经网络的果形识别软件。利用红、绿色彩分量在坏损与坏 损交界处的突变，求出可疑点，再经区域增长突出整个受损面。研究发现，该傅 立叶的前 16 个谐波的变化特性足以代表梨体的主要形状，采用傅立叶描述与人 工神经网络相结合的方法进行果形识别的精确率可达 90%，而且傅立叶描述子可 以进行平移、旋转和缩放，并具有很强的水果外形重建功能。 应义斌等利用机器视觉技术对黄花梨的表面缺陷进行检测。 黄花梨梨体的正 常部分和缺陷部分的光反射率在可见光域内有很大差异， 即梨体的正常部分与缺 陷部分呈现为不同的颜色，因而在可见光域内可以对果面缺陷进行检测。在检测 果面缺陷时， 提出利用红(R)、 绿(G)色彩分量在坏损交界处的突变， 求出可疑点， 再经区域增长定出整个受损面积。 何东健等以计算机视觉自动检测果实表面着色度并进行分级为目的， 建立了 室内计算机视觉系统获取苹果果实的彩色图像，并将 RGB 值转换成 HLS 值;在分 析苹果颜色特性的基础上， 确定了用适当色相值下累计着色面积百分比进行颜色 分级的方法。试验表明，利用建立的准则和方法，计算机视觉分级与人工分级的 一致度在 88%以上。何东健等在分析果实表面颜色色相分布特性的基础上，又提 出将果实色相分布曲线作为模式处理， 用人工神经网络技术进行果实表面颜色分 级。结果表明，用人工神经网络技术分级与人工分级的一致度在 9 吐%以上。 7 冯斌通过对不同着色等级的水果分析， 以各色度在水果表面分布的分形维数 为特征进行分级，该特征值不仅考虑了各色度点的累计特性，而且考虑了色度点 空间分布特性， 使颜色分级更符合实际情况。 将各色度域分形维数作为模式处理， 建立了人工神经网络识别模型。学习后的模型分级正确率为 95%。 赵静等在综合分析果形的基础上，提出用半径指标、连续性指标等 6 个特征 参数表不果形。首次将参考形状分析法用于果形判别，并利用人工神经网络对果 形进行识别和分级。结果表明，用提取的特征参数和果形识别技术，计算机视觉 与人工分级的平均一致率在 93%以上。 应义斌，饶秀勤等以表面色泽与固酸比为柑橘成熟度指标，建立了用于柑橘 成熟度检测的机器视觉系统，确定了适宜的背景颜色，进行了柑橘的分光反射试 验，发现绿色柑橘表面与桔黄色表面的反射率在 700n。时反射率相差最大，约 达 53%，且各自的反射率都较大，700n。是获得高质量的柑橘图像的较佳中心波 长。 建立了利用协方差矩阵和样本属于桔黄色和绿色的概率来判断柑橘成熟度的 判别分析法，并以实测的固酸比值作为对照，对 72 枚柑橘样本进行了试验，柑 橘成熟度的判别准确率达到 91. 67%。这表明柑橘果实的表皮颜色与成熟度之间 具有相关性。 李公平等利用核磁共振原理测甜菜含糖量，通过大量实验，在借用对甜菜含 糖量折光计分析法的基础上，建立了核磁共振方法中甜菜的含糖量模型。原理适 用于所有水果含糖量测定的研究。 国内目前能生产的水果分级设备基本还限于机械分级阶段，主要进行大小、 重量的分级。目前我国研制的 6GF 一 1. 0 型水果大小分级机，采用先进的辊、 带间隙分级原理，工作时分级辊作匀速转动，输送带作直线运动，当果实直径小 于分级辊与输送带之间的间隙时，则顺间隙掉入水果槽实现。山东省栖霞茂源机 械设备生产的 GXJ-w 系列卧式果蔬分选机是一种将类似球形的水果或蔬菜(例 梨、苹果、柿子、桃子、柠檬、石榴、番茄、柑橘、土豆等)按重量分级的一种 高效自选设备。我国国内的自动分级设备基本还处于实验室阶段。我国水果质量 检测中使用的水果品质自动检测生产线多为进口设备， 这种进口设备是针对大农 场生产所设计的，在我国小农户产品的检测中并不实用。 8 中国农业大学食品科学与营养工程学院籍保平教授等针对我国水果生产现 状研发了一条机器视觉水果分级系统，可以对水果的外部缺陷、色泽、尺寸和形 状进行全面的检测，在此基础上，对水果进行高速和精确的分级。它在水果的尺 寸大小、颜色的表达中采用了简单算法，提高了分级速度，缺陷检测采用果面合 成技术和近红外技术，保证了检测的精度和速度。分级基准和级数可以根据用户 的要求或市场的需要任意调整。通过增减通道数，可以调整系统的处理量。该生 产线目前已经申请发明专利吐项，实用新型专利 1 项，并于 2004 年初与江苏牧 羊集团签订了成果转让协议，目前产品已经投放市场。 2004 年浙江大学通过一套水果品质智能化实时检测与分级生产线，山浙江 大学生物系统工程与食品科学学院应义斌等主持的课题组研制开发。 它可以按照 不同水果的国家分级标准所需的外部特征信息进行分等、分级，生产率可达 3-5t/h。这一系统生产线山计算机视觉系统，能完成水果的单列化并均匀翻转 的水果输送系统，和精确地实施分级的高速分级机构和自动控制系统等部分组 成，实现了检测指标的多元化，果品大小、形状、色泽、果面缺陷等多项检测一 次完成。 广东包装食品机械研究所的张聪用非接触式的测量光幕用于水果分级。 测量 光幕是相互分离相对放置的发射器和收光器组成的，以光线阵列扫描，检测水果 的外形尺寸。 下面就应用于柑橘分级机上的分级装置的类型介绍如下： 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 1-1（图中各参数的 单位为 mm） ，柑橘在两锥形辊的带动下不停地上升和下落，同时，柑橘在重力 和上端柑橘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 隙大于柑橘的直径时，柑橘通过间隙落下。 9 该装置分级效果不好，因为： 1柑橘大量喂入时， 上层的柑橘无法及时地与下层柑橘进行交换， 造成前一级柑橘 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。 2由于有相当一部分柑橘是扁球形的， 这些柑橘在下滑的时候， 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 1-2 是圆孔筛分级原理图，该圆孔筛与水平线的夹角为。筛孔由右往左逐渐 变大，柑橘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 柑橘半径 m，n圆孔筛转速 r/min） 2柑橘 1 滚筒 10 该装置的一个缺点是：在分级的过程中，有时会出现柑橘堵塞筛孔的现象，尤其是在柑 橘大量喂入时。 3.平面振动筛分级装置 图 1-3 为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，柑橘与筛面产生相对滑动，尺寸小于筛孔的柑橘有可能通过筛孔，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。 通过柑橘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。 4.栅条滚筒式分级装置 如图 1-4 所示，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。 柑橘在筛筒内支撑轮向随着滚筒一起做圆周运动； 支撑轮向上由于柑 橘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。 当柑橘进入筛筒时， 厚 度尺寸小的柑橘在离心力的作用下从第一级被分离出来， 厚度尺寸较大的柑橘在滚筒的带动 下运动到下一级继续筛选，如此重复直到第四级柑橘从侧面出料斗分出为止。 1 喂料斗2.3.4 筛子5.滑板6.吊杆7.集小柑橘口 8.第二次集柑橘口9.第三次集柑橘口10.集大柑橘口 11 1.3 研究内容及方向1.3 研究内容及方向 我国对于水果大小分级机械的研究较晚，并且多以小型设备为主。上海市已 经研制出 6GZ4.0 智能瓜果精选分级机。其主要设备包括:瓜果外部质量、大小判 别系统(图像识别);瓜果自动传输、分选机械装置;瓜果精选、分级设备的电气控 制系统;智能学习模块等。 山西农机研究所也研制成功了 6ZF-0.5 型红枣分级机。 但是同发达国家相比，我国仍是水果大小分级落后的国家。其中存在的主要差距 有： （1）水果分级、商品化处理滞后。我国的水果处理量仅在 15左右，而绝 大部分的水果加工都采用人工分级、挑选，采用普通纸箱或网袋、塑料袋、编织 袋包装，基本上以初级产品形式进入市场。在同等水果的条件下，我国水果价格 低于国际市场价格 4 至 7 成； （2）机械化分级量小。先进水果产出国的分级能力几乎达到 100，而我 国农户分级销售只有 10左右，企业分级销售的也仅占 48%左右。 12 考虑到我国柑橘种植去区果农的实际情况， 我们将柑橘大小分级机的消费者 定位在中小农户上。 这就要求我们必须研制出一款技术性能好， 价格低廉的机型。 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。 我国柑橘资源丰富，但是对于柑橘的大小分级销售尚处于起步阶段，仍然是 以家庭为主的小作坊式的生产。针对于我国柑橘种植区农村的这种情况，我们的 柑橘大小分级机由于其技术性能好、造价低等特点，正好可以满足农户对于机械 大小分级的需求。同时可以为柑橘深加工走向产业化奠定一定的基础。因此，我 们所进行的柑橘大小分级机的研究设计是非常必要的。 13 第二章栅条滚筒式柑橘大小分级机总体方案确定 2.1 技术关键 （1）重点研究柑橘大小分级机的工作原理和核心部件的结构参数； （2）着重解决分级精度，各等级混级率不得超过 5； （3）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。 技术性能考核指标： 生产率： 500kgh； 伤果率： 3； 分级级数： 3 4 级；混级率：5；配套动力：0.7kw；操作人员：23 人；设备可 靠性：95 2.2 工作结构设计 2.2.1 总体布局 栅条滚筒式柑橘大小分级机整机由进料斗、 筛笼、 U 型轮 （大） 、 U 型槽轮 （小） 、 隔板、 出料斗低速电机等组成，每个筛笼是由若干筛条与两个连接环焊接而成的 圆柱形条孔筛笼，筛条间隔尺寸根据柑橘外形尺寸及分级要求确定，各个筛笼之 间焊接，且按照筛条间隔尺寸由小到大的顺序联结。整个筛笼由四个 U 型槽轮支 撑，工作时，滚筒的从动链轮带动滚筒做匀速旋转运动，将柑橘分为多个等级。 该新型机具结构简单，造价低，效率高，可一次将柑橘按外形尺寸分为几级，损 伤率小。 下图是栅条滚筒式柑橘分级机使用状态剖面结构图，图中，l-进料斗，2-U 型轮;3-钢圈;4-筛条;5滚筒;10-U 型槽轮;11-主动链轮; 13-支架;14 从动链轮;15-减速电机;16、17、21-出料斗。 14 15 2.2.2 具体实施形式 工作时，电机动力由链条传递到从动链轮，带动整个筛笼在四个 U 型槽轮上 转动。由于 U 型槽轮和 U 型轮始终相切，对整个筛笼起支撑轮向定位作用，所以 筛笼转动平稳。柑橘由进料斗 1 进入筛笼，最小外形尺寸小于第一级筛笼筛条间 距的柑橘从筛笼中分离落入出料斗 21，其余柑橘在倾斜筛笼转动下进入第二级 筛笼， 同样，最小外形尺寸小于筛笼筛条间距而大于上一级筛笼筛条间距的柑橘 从筛笼中分离落入出料斗 17，最小外形尺寸小于第二级筛笼筛条间距而大于第 三极筛笼筛条间距的柑橘从筛笼中分离，落入出料斗 16，其余的柑橘都落入滚 筒外，由此，柑橘由小到大被分为四级。 2.3 主要工作参数的确定2.3 主要工作参数的确定 2.3.1 下落物料的脱落条件及相应转速。 为研究方便起见，仍取垂直于支撑轮线的任一平面 I-I 内的一粒物料来分 析。由于物料的宽度尺寸和栅条的半径 r，与筛筒半径 R 相比，要小的多，可忽 略不计。物料在平面的受力如图 2-2。设物料的质量为 m，重力在该平面的分力 为 cosmos。N两栅条对物料支反力的合力；F两栅条对其摩擦力的合力； 离心惯性力。 若其他物料对该粒物料的作用力不计，又平衡条件知：平衡时 N+cosmoscos(180-)-=0即：N=+cosmoscos 当 N0 时，物料脱离栅条而下落即：+cosmoscos0 -cosmoscos 16 n 为物料下落的转速。 （2-1）式中cos0，必须 cos0， （2-1）式方可 成立。 通过正交试验确定分级机滚筒转速 25r/min30r/min 2.3.2 栅条滚筒筛内物料支撑轮向移动的基本分析 栅条滚筒筛分选柑橘时的工作状况如下图所示， 筛筒支撑轮线与水平线呈角放置。 工作 时，物料在滚筒内的厚度沿整个筛筒长度并不相同，首端较末端厚些。任取一垂直与支撑轮 线的平面 I-I 来看，静止时，物料上层表面 AB 在水平位置如下图(c)。当筛筒转动时，物料 层徐徐上升，其表面 AB 的位置逐渐改变。转速稳定后，AB 与水平面成角（角大于或 接近于物料的自然休止角） 。其中 A 点到筛筒中心连线与铅垂线的夹角滑为物料在栅条滚 筒筛内的下滑起始角如图(a)。 当物料的宽、厚尺寸小于栅条间隙时，在离心力和重力的作用下通过栅条间隙而分离。 大于栅条间隙者，必须移动到栅条间隙较大处，方可实现分级分离。很明显，物料在滚筒筛 内能否支撑轮向移动，是实现物料完全分级的关键。经观察分析：物料在栅条滚筒筛内的支 撑轮向移动有两种情形： （1）紧靠栅条和栅条间的物料。这部分物料在筛筒底部时，由于受上部物料和栅条支 撑轮向的阻碍，基本上不发生任何支撑轮向位移，只随筛筒转动，当转到一定高度，物料被 带到大于滑后，其中部分物料将沿栅条下滑于 A 点后，再沿 AB 滑动方可发生支撑轮向 移动。其支撑轮向移动规律与 A 点附近物料的运动一样。其余部分物料则必须被带到足够 高度，脱离栅条而下落，落于 AB 线的 N 点后，又沿 AB 下滑到 B 点，在其下落和下滑的 同时，实现一定的支撑轮向移动。这后一部分的物料以下称为下落物料。 （2）栅条以内离栅条较远的物料，即 AB 线附近的物料。该部分物料在筛筒转动时， 17 受重力沿 AB 方向的分力 cosmoscos(90-)和支撑轮向分力 mgsin的联合作用， 既沿 AB 线下滑又沿筛筒支撑轮线移动。可看成先在 I-I 平面内滑动，然后再做支撑轮向移动。这部 分物料称为下滑物料， （包括沿栅条下滑的物料） 。当筛筒转速较高时，由于离心力的作用， 物料上表面 AB 线与水平线的夹角有所增加，略大于角。计算时，角的值由具体的物料 而定。其支撑轮向移动由下滑到 B 点的下落高度来确定。 2.3.3 栅条滚筒筛内物料的支撑轮向运动 由于栅条滚筒筛转动时， 其内部物料的运动规律不一致， 其支撑轮向移动的距离与速度 应分别计算。 下落物料支撑轮向移动的距离及速度： 由于下落物料紧靠栅条或在栅条间，I-I 平面内两栅条任一物料质点 M 的运动如下图所 示。A 点为滑动起始点，滑AOC=，C 点为过圆心铅垂线与圆的交点。MOC 为 m 点 的转动角，为求物料抛落后的支撑轮向移动距离，先求出在该平面内的下落高度。由下图 看出物料在 m 点脱落时，以 V0 的初速度沿切线方向抛出，经过一段时间后，落于 AB 线的 N 点，然后沿 AB 由 N 点滑动到 B 点，其下落高度为抛后下降高度与滑动下降高度之和。 即：H=Rcos(180-)+RcosBOC 过圆心 O 点作 OKAB，则KOC= 因 I-I 平面与铅垂面成角， 当滚筒筛转一圈时， 物料抛落一次， 其下落高度 H 的同时， 沿支撑轮向移动距离S，由几何关系可知： 18 式中 n物料脱离栅条下落时滚筒筛的转速；滚筒筛的倾角，一般=06 下滑物料支撑轮向移动的距离及速度： 由于下滑物料都是沿 AB 线由 A 点滑动到 B 点，其下滑过程中下降的高度滑 H 由上图 可知： 由此可得，栅条滚筒筛分选物料时，筛筒内物料的支撑轮向移动，都受筛筒 转动和倾角的明显影响。栅条滚筒筛内物料的支撑轮向移动，主要与筛筒转速和 倾角有关，增大转速和倾角，将明显提高其支撑轮向移动的速度向分力增大，导 致物料在滚筒内的支撑轮向流速加快，减少了物料在筛筒内的滞留时间。通过正 交试验确定分级机筛筒的倾角 3- 5。 2.3.4 栅条筛筒直径 长度和栅条间隙的确定 有经验确定栅条滚筒的直径为 700mm，滚筒的长度为 2300mm。滚筒是有三个 筛笼组成，每个筛笼是由若干筛条与两个连接环焊接而成的圆柱形条孔筛笼，筛 19 条间隔尺寸根据柑橘外形尺寸及分级要求确定，各个筛笼之间靠焊接联结，且按 照筛条间隔尺寸由小到大的顺序联结。分级机的滚筒设计不同的几种，通过替换 核心部件滚筒，用以达到对于不同物料进行分级的目的。 2.3.5 电机功率 N 的确定及电机型号的选择 栅条滚筒式柑橘大小分级机需要的功率很小，转速低。通过查阅机械设计手册确定 电机功率为 0.75kw。 栅条滚筒式柑橘大小分级机需要有一定的调速范围，综合考虑一些因素和查阅相关资 料， 选择调速电机。 电机型号为 GH 单项卧式齿轮调速速电机， 调速范围： 60r/min500r/min， 功率 0.75kw。 2.4 整机结构及技术参数特征 主要参数具体如下： 栅条滚筒长度L=2300mm 栅条滚筒直径D=700mm 滚筒转速N=25r/min-35r/min 滚筒倾角 =06 电机功率N=0.75kw 第三章栅条滚筒式柑橘大小分级机零部件设定 3.1 传动部分设计 传动装置由无极变速器 链条传和摩擦轮传动组成。 3.1.1 链传动设计 计算项目计算内容计算结果 20 选择链轮齿数选择链轮齿数 传动比由机械设计手册的i1=2 小链轮齿数自定z1=17 大链轮齿数z2=i1z1=2*17z2=34 选取链节踞选取链节踞 初定中心距取 a=77p 链节数Lp=(z1+z2)/2+2*a/p+取 Lp=180 （z2-z1）/2 2p/a 传动功率P00.75kw 链节距根据 P00.75kw n1=60r/min-500r/min 由机械设计手册查表得取 p=12.7mm 确定实际中心距确定实际中心距 中心距a=p/4 （Lp-（z1+z2）/2+ 2 12 2 21 2 zz 8 2 zz Lp 取 a=978mm 定润滑方式定润滑方式 润滑方式由机械设计手册查出滴油润滑 小链轮小链轮 分度圆直径d = 1 0 180 sin z p d=69.02mm 齿顶圆直径da=p（0.54+cot 1 0 180 z ）da=74.77mm 齿根圆直径df=d-dr（磙子外径dr=7.92）df=61.1mm 21 最大齿根距离奇数齿Lx=dcos 1 0 90 z -drLx=60.8mm 齿侧凸缘直径dgpcot 1 0 180 z -1.04h-0.76dg54.6mm 大链轮大链轮 分度圆直径d = 2 0 180 sin z p d=138.04mm 齿顶圆直径da=p（0.54+cot 2 0 180 z ）da=143.86mm 齿根圆直径df=d-dr（磙子外径dr=7.92）df=130.12mm 最大齿根距离奇数齿Lx=dcos 2 0 90 z -drLx=129.97mm 齿侧凸缘直径dgpcot 2 0 180 z -1.04h-0.76dg123.69mm 3.1.2 圆柱摩擦轮传动设计 计算项目计算内容计算结果 求传动尺寸求传动尺寸 确定传动比i2= 1 i i 取 i2=4 从动轮直径栅条滚筒的直径为 700mm取 D1=710mm 主动轮直径D2= 1 1 i D D2=104mm 定中心距a= 2 1 （D1+D2）a=257mm 摩擦轮宽度b=a （=0.3）b=51.4mm 22 求压紧力求压紧力 栅条滚筒式分级机正常工作 传动的功率需要的功率很小，需要传递的 功率也很小取 p=0.02kw 压紧力FN= KF =19 11 16 10 nD PK F=80N（压紧力 很小，利用重力 压紧可以满足） 作用在支撑轮上的力作用在支撑轮上的力 总压力R1= 2 1 13 1 3 11055 . 9 102 K n P D R1=87N 3.1.3U 型槽轮传动设计 计算项目计算内容计算结果 求传动尺寸求传动尺寸 确定传动比i2= 1 i i 取 i2=4 从动轮直径栅条滚筒的直径为 600mm取 D1=610mm 主动轮直径D2= 1 1 i D D2=104mm 定中心距a= 2 1 （D1+D2）a=257mm 摩擦轮宽度b=2z0 15cos) 1( 08. 0 i a b=8.5mm 求压紧力求压紧力 选择主动摩擦轮材料为 摩擦系数橡胶，从动轮材料为钢 =0.5 查机械设计手册得摩擦系数 压紧力FQ=FNsinF=21N（压紧力 很小，利用重力 压紧可以满足） 作用在支撑轮上的力作用在支撑轮上的力 23 总压力R2= 2 11 3 sin 1 955010 K nD P R2=18.7N 3.3 栅条滚筒的设计 栅条滚筒的直径为 700mm，滚筒的长度为 2360mm。滚筒由三个筛笼靠焊 接而成，且按照筛条间隔尺寸由小到大的顺序联结。每个筛笼是由若干筛条与两 个连接环焊接而成的圆柱形条孔筛笼， 筛条间隔尺寸根据柑橘外形尺寸及分级要求确 定。 （详细设计见零件图）下图为栅条滚筒结构示意图。 3.4 其他零部件的设计 3.4.1 进料斗的设计 进料装置由进料斗和插板活门共同组成。进料斗采用顶置式，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。 3.4.2 出料斗的设计 柑橘分级机的出料部分共包括四个出料斗， 其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 30，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。 3.4.5