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绿豆精选机设计【10张CAD图纸+毕业论文】【答辩通过】

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绿豆精选机设计

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关键词：: 绿豆精选设计 cad 图纸毕业论文答辩通过

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目录
摘要………………………………………………………………………… 1
ABSTRACT…………………………………………………………………… 2
0 引言……………………………………………………………………… 4
1 粮食机电加工机械综述………………………………………………… 5
1．1 国内外粮食机械的现状和发展……………………………………… 5
1．2 绿豆清洗加工简述 ………………………………………………… 9
1．3 可行性分析及研究方法 …………………………………………… 10
1．4 技术路线 …………………………………………………………… 14
2 绿豆精选机设计 ……………………………………………………… 16
2．1 课题的目的与意义………………………………………………… 16
2．2 课题内容 …………………………………………………………… 16
2．3 绿豆精选机初步总体构造 ………………………………………… 16
2．4 方案比较 …………………………………………………………… 19
2．5 粮食加工机械设计参考实物 ……………………………………… 23
3 机械设计计算…………………………………………………………… 29
3．1 整机设计及选材……………………………………………………… 29
3．2 部件设计 …………………………………………………………… 32
3．2．1 电磁振动给料机设计 …………………………………………… 33
3．2．2 自动调节装置部件设计 ………………………………………… 42

3．2．3 吹风装置的设置 ………………………………………………… 51
3．2．4 其他部件的设计 ………………………………………………… 53
3．3 零件设计 …………………………………………………………… 53
4 设计总结 ……………………………………………………………… 54
5 参考文献 ……………………………………………………………… 56
6 译文 …………………………………………………………………… 58

摘要

绿豆具有广泛的用途，被誉为粮食中的绿色珍珠，是调节饮食的佳品又是食品工业和酿酒工业的重要原料。自古以来我国城乡人民把绿豆作为防暑和高温作业者的优良饮料。随着我国人民生活水平不断提高，尤其是人民收入的增加，对粮食豆类的需求逐渐走向多样化、多层次化，为粮食豆类加工工业的发展提供了广阔的市场。　　
本课题是受黑龙江省粮食厅委托为其下属粮食加工企业设计开发的设备—绿豆精选机。该设备是粮食精加工系列设备的主要设备之一，可提高绿豆质量。通过该课题的研发工作，使学生能够正确运用所学课程的基本理论和有关知识，学会设计方案的拟定、比较、分析及进行必要的计算, 提高学生应用工程技术设计手册、标准以及编写文件的能力。在这样的背景下，本次毕业设计针对粮食豆类加工精选的这个主题，参考各种设备资料，并利用AUTOCAD等现代工具软件，进行了粮食豆类精加工生产线中的绿豆精选机的设计,其技术指标达到7-8吨/小时的生产率和98%的分选精度。相比起传统筛选方法，这种基于风选原理进行作业的粮豆加工机器在机械化、加工精度以及自动化程度等方面都大大提升。从而极大地提高了粮食精加工产品的产量和质量。

关键词：粮食豆类、风选、机械化、自动化

Design of well-chosen machine for mung bean

ABSTRACT

The mung bean, which is called green pearl in foodstuff does have a wide usage. It is not only the nice food for our people to eat but also the important material of food industry and brewing industry. People of our country regard the mung bean as the excellent drink for sunstroke prevention and worker who works under high temperature. But with the development of the living level and especially the income of Today’s people,，the demand to beans-foodstuff of us which provide the beans-foodstuff processing industry a wide market, has been lead to diversification.
Since the food our people take are mostly come from the nature and natural grown. Every year, we loss trillions of money because of lacking essential food process machine that result in the fail of direct processing, storing and fresh keeping for the food resource. And even more resource wasted because of the fail of further processing and general utilizing. So there comes a strong market demand for the processing machine.
And by the background, this paper did the design works of well-chosen machine for mung beans which focuses on the theme of beans-foodstuff well-chosen; and also by the helps of many kinds of equipment reference materials and modern computer software such as AUTOCAD and so on. Its productivity can be up to 7-8 tons per hour, and precision of choosing can be up to 98%. If compared to the traditional choosing ways, this machine based on the principle of winnowing has a great advantage in mechanization, automatization and precision. And then comes follow the much greater quality and quantity of foodstuff production.

Keywords：beans-foodstuff、winnowing、machanization、automatization

绿豆精选机设计

0 引言
粮食加工设备的发展是与加工工艺密切相结合的，与科技不断进步，人类生活水平不断提高是分不开的。粮食加工是把原料粮食去杂质、调节水分、脱壳、去皮或研磨，最后加工成可以食用且符合不同质量标准的粮食。回顾过去，我国粮食加工设备同国外发达国家相比，加工精度低，机械化、自动化程度低，导致加工产品质量标准普遍不高，且颗粒粒度较粗、加工品种较少，和国际标准相比属于中等偏下。但随着现代化进程的加快，人类对生活质量和粮食质量要求不断提高，科技的发展使粮食精加工设备的设计制造迫在眉睫。提高粮食加工设备的机械化和自动化程度是提高产品质量和劳动生产率、降低生产成本以及实现农业现代化的重要环节和可

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A0-电磁振动给料机部装图.gif

A0-总装图.gif

A1-机架.gif

A3-低速齿轮轴.gif

A3-流量调节挡板.gif

A3-气流缓冲箱支架.gif

A3-下支撑板.gif

A3-直尺圆柱齿轮.gif

A3-轴.gif

A3-自动调节挡板.gif

内容简介：: 毕业设计（毕业论文）任务书学院机械工程学院专业机械工程及自动化班级学号学生指导教师题目绿豆精选机设计任务规定进行日期自 2006 年 2 月 20 日起，至 2006 年 6 月 23 日止一、题目来源、目的、意义本课题是受省粮食厅委托为其下属粮食加工企业设计开发的设备绿豆精选机。该设备是粮食精加工系列设备的主要设备之一，可提高绿豆质量。通过该课题的研发工作，使学生能够正确运用所学课程的基本理论和有关知识，学会设计方案的拟定、比较、分析及进行必要的计算, 提高学生应用工程技术设计手册、标准以及编写文件的能力。二、主要工作内容本课题涉及的内容较多，论述了绿豆精选机的结构、功能、原理，并且重点分析设计了其中的几个重要部件，例如电磁振动给料机、滑槽等。自动控制部分包括自动调节挡板的移动控制等，以及各种零件的设计计算和选材。其中涉及到机械设计中的结构、强度设计以及机械产品整机的设计思想、方法等内容。三、主要技术指标（或主要论点）生产率：7-8吨/小时分选精度98%四、进度计划第1周-第2周调研及查询、查阅有关资料第3周-第6周可行性分析及方案论证第7周-第9周总体设计、结构设计第10周-第13周零件设计，强度计算第14周-第16周编写设计说明书，绘制结构设计图第17周-第18周整理设计，准备答辩五、主要参考资料（外文资料至少一篇）1 郑堤，唐可洪 .机电一体化设计基础M. 北京: 机械工业出版社 , 19962 朱永义. 稻谷加工与综合利用M. 北京: 中国轻工业出版社 , 19943 沈林生 . 农产品加工机械M . 北京：机械工业出版社， 19944 濮良贵. 机械设计M . 北京：高等教育出版社， 20015 徐灏 . 机械设计手册（15卷）M. 北京：机械工业出版社，19996 National Instruments Corporation M Measurement Manual 20007 胡建平.螺旋输送机、斗式提升机和振动输送机M . 北京：机械工业出版社 19928 北京农业机械化学院 .农业机械学 .（上、下册）M . 北京：农业出版社，19809 顾尧臣.粮食加工设备工作原理、设计和应用M . 武汉：湖北科学技术出版社，199010王昆等.机械设计课程设计M . 北京：高等教育出版社， 1995六、系审批意见系主任（签名）: 七、院领导审核意见院领导（签名）: 八、学生实际完成日期九、同组设计（论文）者 4 绿豆精选机设计绿豆精选机设计1综述1.1 国内外粮食机械的现状和发展11.1.1 我国粮食机械企业与国外先进企业的差距食品工业是我国国民经济支柱产业，粮食机械是为食品工业提供装备的行业。“九五”及2010年是我国食品工业和粮食机械共同奔向现代化的不平凡的时期，实现粮食机械现代化以满足食品工业发展装备需求，科技进步起关键性的作用。但我国粮食机械行业存在的问题是：产品品种少，成套性不强；国内尚不能生产而又需求迫切的空缺品种达3040发达国家粮食机械企业把科技开发投入、科技队伍、实验基地的建设都放在重要的位置。科技开发的费用占销售额的8%10%；不惜重金招聘科技人才，企业科技人员占总员工的30%50%；企业设有新产品开发部、研究中心、试验中心等机构；拥有先进的科研设备、测试仪器和新产品科技开发试验、检测的完备程序。我国粮食机械多为中小型企业，几乎没有自己的科研开发机构；企业对科技开发的投放，平均不到销售额的1%；大专院校与科研单位的科研项目与市场需求脱节，至今尚未形成带动科研与生产的紧密结合的运行机制；企业试验与检测手段和仪器陈旧；企业科技人员少，占全体员工的比例低。发达国家粮食机械企业管理水平高，例如瑞士布勒公司目前在100多个国家与地区设有子公司，以追求生产技术先进和高效率而著称，从零部件投入、产出，到半成品库存等都实行了计算机管理，形成了一套自上而下的调度、统计、生产、营销自动化管理网络，完全实现了现代化文明生产，全员平均劳动生产率是我国同行业的2030倍；仅总部就有90%的产品出口。我国粮食机械行业历史短，企业大多技术水平不高，缺乏生产经营经验，企业过多地关注扩大产量，对通过内部发展生产力来提高技术水平始终不重视，企业管理不力，生产效率低，效益差，人均劳动生产率低；出口产品的产值仅占总产值的10%。发达国家粮食机械工业重视信息的收集，一般公司都有专门由搜集、整理、分析市场信息的机构，并及时为公司决策提供可靠有据的市场预测分析。中小型企业采取加盟协会或集团来获取所需信息及对外宣传自己的产品。我国粮食机械企业信息闭塞，尚未建成必要的信息系统，信息来源渠道单一；行业间、行业内部、企业与科研院所缺乏联系沟通；企业既不了解国内同行业的情况，更缺乏对国外同类产品的了解。在信息社会的今天，信息闭塞必然导致落后于国际水平和滞后于食品工业需求的局面。没有先进的粮食机械产品就没有现代化的食品工业，落后的食机产品必将阻碍食品工业的腾飞。目前我国粮食机械总产值占机械工业总产值比例仅为0.7%，占食品工业总产值2.6%，出口额占总产值10%，若达到基本满足我国食品工业生产需求还缺10001300种产品，现有的成套设备虽价格比国外同类产品的价格便宜几倍甚至十多倍，由于性能不稳定或不匹配，食品厂仍不愿选购。目前我国粮食机械产品达20世纪80年代末90年代初国际水平的占5%8%，达20世纪80年代国际水平的占20%；达20世纪70年代水平的占60%。由于我国人民消费的食品中大多是来自大农业提供的自然食品，每年因缺乏必要的食品加工机械使食品资源不能直接加工、贮藏、保鲜而造成的损失高达几十亿元，未能深加工综合利用而造成资源浪费损失更高，因此我国粮食机械具有广阔的市场需求。如果按2010年粮机产值占食品工业总产值3.5%来计算，则产值达580756亿元，是2000年的2.83.5倍。由此可见我国今后十几年食品工业发展为粮食机械行业的发展提供了难得的契机，国内外拥有极大市场。1.1.2 2010年前我国粮食机械的发展重点分析粮食机械的发展有赖于深化改革。我国粮食机械的发展依靠深化国有企业改革，建立现代企业制度，加强企业科学管理；合理调整优化行业结构、产品结构和地区布局；大力加强基础技术、基础件、基础材料和基础单元操作四基工作；提高产品质量，加强产品可靠性研究，提高单机和联线可靠性研究，易损件和关键件使用寿命和外观质量研究；通过引进增强自主开发能力；促进机电一体化和高新技术的产业化、商品化；重点开发我国急需的成套设备，增加品种，以高效、高质量的设备来装备食品工业，提高经济效益，积极扩大出口。从“九五”开始每年增加粮食机械产品100种，到2010年达3100种，基本上能满足国内需求，补齐已有生产线所缺的单机或设备；加大研制高生产效率的机械，届时成套设备比现有的最高每小时生产率至少提高1倍，粮食机械出口额以年均12%的速度递增，2010年出口额达12.7亿美元，占该年粮食机械总产值的20%。节能型粮食机械：加快研制食品工业中杀菌、蒸发、浓缩、干燥等单元操作的节能技术与设备。粮食机械的高新技术应用：到2010年，我国粮食机械主导产品达到发达国家20世纪90年代中期水平的应占80%，达到20世纪90年代初水平的应占15%，达到国际当时顶尖水平的应占5%。有效的对策是科技进步研究区域分布，促进行业整体协调发展。我国幅员广大，地域性差异很大，为了制定符合国情的粮食机械发展战略，就要研究影响粮食机械品种数量发展的地域性差异。根据区域自然资源和农业资源制定科学合理的食机发展区划，这是科学预测全国食机品种、数量的发展趋势，促进行业布局合理和整体协调发展的重要依据。深化改革，积极组建发展不同类型的企业集团，积极探索打破部门条块分割界限、加强合作的行业管理路子，使高校和研究所凭借技术优势成为企业集团的课题开发、人才培训中心和试验基地。有计划、有重点地引进国外先进技术与设备，目的不能仅为了生产，而是消化吸收、增强自主开发的能力。大胆利用外资，加快企业改革步伐，建立现代企业制度，学习借鉴国外成功企业的科学管理经验。按食机的分类和发展区划，在大型企业内建立试验中心（或与高校科研所联合），各有侧重地开展基础研究、应用研究、新机型开发，政府给予扶持。健全行业标准，完善质量管理法规和政策。增加智力投资，重视科技人才的培养和科研人员的继续教育，加大员工技能的培训，重视队伍建设。加大企业技改力度，提高食机企业的装备水平，有计划、有重点地开展技术改造，特别是采用高新技术来改造粮食机械工业，这是提高产品水平的关键。1.2 绿豆清洗加工简述2绿豆营养丰富，绿豆子粒中含蛋白质2228%、脂肪2%、碳水化合物54.8%、粗纤维4.2%，另外还含有矿物质与维生素，每百克籽粒中含钙49mg、磷268mg、铁3.2mg、胡萝卜素0.22mg、硫胺素0.53mg、核黄素0.12mg、尼克酸1.8mg。此外还含有丰富的维生素，特别是绿豆蛋白质中含有较多的赖氨酸。绿豆经脱皮，清洗，并制成成品豆的工业生产过程称作绿豆加工。由于绿豆外皮含有粗纤维和灰分不能食用，必须经过加工才能制成松酥可口、易于消化的产品，加工皮和碎豆等副产品也有多种开发和利用途径。绿豆加工的工艺过程可分为绿豆脱壳、清理、及分离及成品豆整理等工序。下面简要介绍一下和本课题密切相关的清洗过程。绿豆中混有一定数量的多种杂质，必须首先清除。清理绿豆中杂质的方法很多，主要是借助杂质与绿豆之间物理性质的差异进行分选。通常根据绿豆含杂情况，按以下主要工序进行清理：1.2.1 初步清理清除绿豆中比较容易清除的杂质，如形状大小与豆粒差异很大的豆荚、杂草种子等。主要采用筛选、风选，或风筛结合，即借助静止或运动的筛面进行筛选，或者利用绿豆和杂质的悬浮速度等空气动力学性质的差异进行风选，附带除去瘪豆等一类的轻型杂质。清理设备则用带金属筛面的初清筛和自衡振动筛等。1.2.2 去石除去绿豆中那些粒子与绿豆接近平肩石和平肩泥，用筛选法不能除去，必需采用专门的去石工序才能有效地清除。去石设备用得最广的是比重去石机，该机备有往复簸动的筛板，并从筛板下部引入气流，根据豆石比重的不同和自动分级作用使豆石分离。此机去石效率高，结构紧凑，占地面积小。1.2.4 磁选利用磁钢清除混进绿豆中的磁性金属系质，如铁钉、螺丝帽等铁件。常用设备有溜管吸铁装置、吸铁箱、永磁滚筒和电磁式磁选机等。1.3 课题的目的与意义本课题是受黑龙江省粮食厅委托为其下属粮食加工企业设计开发的设备绿豆精选机。该设备是粮食精加工系列设备的主要设备之一，可提高绿豆质量。通过该课题的研发工作，使学生能够正确运用所学课程的基本理论和有关知识，学会设计方案的拟定、比较、分析及进行必要的计算, 提高学生应用工程技术设计手册、标准以及编写文件的能力。1.4 课题内容本课题涉及的内容较多，论述了绿豆精选机的结构、功能、原理，并且重点分析设计了其中的几个重要部件，例如电磁振动给料机、滑槽等。自动控制部分包括自动调节挡板的移动控制等，以及各种零件的设计计算和选材。其中涉及到机械设计中的结构、强度设计以及机械产品整机的设计思想、方法等内容。2 方案论证2.1可行性分析及研究方法2.1.1 论题背景我国是一个农业大国，占全国大多数人口的农民以生产加工粮食为谋生手段。我国栽培绿豆历史悠久，品种资源丰富，总产量居世界前列。世界上绿豆主产国有印度、泰国、阿富汗、菲律宾等国。我国黄河、淮河流域以及华北和东北平原各省都有绿豆栽培。我国绿豆品种大体分明绿豆和杂绿豆。明绿豆品质较好，有光泽，但产量有限，价格较高；杂绿豆品质一般，无光泽，但产量较大，价格较低。绿豆营养丰富，营养价值极高，据分析，绿豆籽粒蛋白质含量为2022%，脂肪含量1.22%，碳水化合物含量5860%，粗纤维含量4.2%，各种微量元素含量也十分丰富，且其壳、芽、叶、花均可入药，具有医食同源之功效。我国种植分布较为广泛，主要产区为吉林，陕西，山西，内蒙古，黑龙江等省份，每年总产量约为30余万吨，其中吉林省就达10余万吨。绿豆具有广泛的用途，被誉为粮食中的绿色珍珠，既是调节饮食的佳品又是食品工业和酿酒工业的重要原料，也是重要的药材。绿豆消费主要集中在食用、深加工和出口三个方面，自古以来我国城乡人民把绿豆作为防暑和高温作业者的优良饮料。随着我国人民生活水平不断提高，尤其是人民收入的增加，对食品的需求逐渐走向多样化、多层次化，为食品工业的发展提供了广阔的市场。作为提供食品工业装备的行业，食品机械行业将提供多品种、高质量的产品以满足粮食食品工业发展的需求。粮食及豆类加工在从前是一项污染非常严重的工业，尤其是在粮食进仓部分，对于加工厂的工作人员来说，高含尘浓度的空气即使蒙上两层口罩也会使鼻孔里充满尘土，这就是60年代粮厂的真实写照。近几十年来，国内外的粮豆加工无论是工艺还是设备都有了很大进步。随着全球对粮食品质和质量要求越来越高及现代科学技术发展，机电一体化，光、电、气、机融为一体的粮豆加工机械应运而生3。2.1.2 机电一体化产品的设计步骤41 关键技术和技术路线的描述对于待开发产品的关键技术是什么，解决这些问题的技术途径如何，可能遇到的难题和解决这些难题的方案等，都需要给以尽可能详细的描述2 主要性能指标和规格说明列出产品性能指标详细表，既有必须达到的指标，又有争取达到指标。预期达到的指标应在规定环境下予以满足，争取达到的指标是指可能情况下希望达到的指标。3 可能方案和评价意见应提出几种可供选择的设计方案，并对每种方案提出客观的评价意见。在设计组内应鼓励不同的有创造性的设计思路。4 用户需求分析和市场调查这时开始某项设计的第一步。这种调查分析一方面可以了解要开发产品的需求情况，市场发展预测，新产品上时候可能占有的市场份额；另一方面，这种对实际需要的分析可以明确一系列问题，诸如：用户是哪一层面的人，设计过程中如何与用户接触，用户对产品安全性、可靠性、实用性、配套性、性能价格等的要求，产品的生产量以多大为宜，产品的生命周期是多长，用户需要哪些售后服务。5 有关最新技术的进展评价创新是设计工程师追求的重要目标。对于产品有关的最新技术信息进行收集、整理、分析、并加以评价是整个设计过程的基础。需要注意的是，设计人员在整个过程中要坚持对这些信息进行跟踪与修正，特别应该注意以下三个方面：（1）历史的回顾（2）发展趋势与预测（3）新兴技术5 推荐首选的设计思想及方案要将设计组内认为是最佳的设计方案予以推荐或者将几种设计方案排序，要充分说明设计思想的出发点和特点，可能出现的问题以及预期的解决办法。6 进行具体设计这个阶段的工作是大量的既包括机械、电器、电子、控制和计算机硬件、软件等，也包括总装图和零件图。这个阶段应尽可能利用计算机辅助设计和计算机辅助工程以提高工效。最后要提出完整的图纸和文字说明，使文档资料易于为他人了解或进行产品更新换代的参考。2.1.3 机电一体化产品的优点和效益101 从生产部门考虑（1）缩短产品开发周期，加速产品更新换代（2）提高产品质量和附加值（3）改善劳动条件，有利于自动化生产（4）增强企业的市场竞争能力2 从用户考虑（1）操作简单，使用安全可靠（2）节约能源机电一体化不是机械技术和电子技术的简单相加，它与机电学、并行工程、自动控制技术、计算机的应用技术既有联系又有区别。随着大规模集成电路的出现，机电一体化产品得到了迅速普及和发展。市场竞争规模要求机电产品不但具有高性能，而且要低价格，这就给设计人员提出了越来越高的要求。目前，机电一体化技术思想已经被普遍接受和采用。国民经济建设和发展迫切需要大量掌握机电一体化技术的人才去研究和开发新一代机电一体化产品。将农产品加工设备由传统的手工操纵，纯机械式运作及其和电子技术、微机技术结合，形成机电一体化电子产品，是顺应时代潮流，符合农业现代化发展的必然趋势。农业现代化对农业机械的自动化程度要求越来越高，所以要设计出自动控制程度较高的农业机械。由前所述可知随着人们生活水平的提高，各种粮食豆类加工机械的前景是很可观的。而本次课题所涉及的绿豆精选机，就是整个加工生产线上非常重要的关键设备之一，是根据性能和功能的要求，按照机电一体化设计原理，为满足市场要求所进行的设计。2.2 技术路线9 本次课题所设计的绿豆精选机是粮豆生产线上的一个关键设备。该设备是将脱荚后的绿豆进行精细分选，把质量轻的碎豆和杂质利用风选机去除，分选精度要求达到98%。风选是利用整豆和碎豆的比重以及悬浮速度的不同，借助于风选机将其吹走，剩下的产品无论在外观还是在清洁度上都要较原来更胜一筹，从而达到改善食品品质和提高商品价值的目的。风选法按照气流的方向可分为垂直气流风选、水平气流风选和斜气流风选三种。不同的物料有不同的悬浮速度，垂直气流风选主要是利用悬浮速度的差进行风选除杂的。不同的物料由于其物理性质不同，在同一水平气流中的飞行系数也不一样，飞行系数大的物料比飞行系数小的物料飞行过的距离更远。水平气流风选就是利用飞行系数的不同进行除杂的。倾斜气流风选的原理同水平气流风选基本相同，也是利用飞行系数的不同进行分选。因此采用斜气流风选可以取得较好的分离效果。典型的风选设备有垂直吸风道，循环风选器。影响风选设备工艺效果的因素有：1 原料，原料所含的整豆和碎豆之间的悬浮速度的差异的大小是影响风选工艺效果的重要因素。差异越大，则越容易风选；反之，则效果差。2 结构尺寸，吸风道的结构尺寸对物料沿风道的分布与气流作用于物料的时间有密切联系，并且直接影响风选分离效率。风道的宽度与设备生产能力和单位流量密切相关，应根据生产能力和单位流量来确定，以保证风选工艺效果。3 风速和风量，一般情况下，风选的分离效率同风道内的平均风速成正比。但风速过大，吸出物中含完整的绿豆较多。风量增加，能源消耗也增加。所以，风速应根据悬浮速度和风选工艺要求来确定，一般以不吸出完整的豆粒为原则。风量与风选机风速以及吸口截面尺寸有关。4 流量，流量增大大，物料料层则变厚，轻质和碎豆被气流吹走的机会就减少，而使风选效率降低；反之，风选效率提高，但设备产量降低。2.3 方案比较8用于清杂精选和分级的粮食加工机械。各种不同类型的粮食清理机械利用不同工作原理将粮食颗粒与杂质分离。常用有下述两种。图2 圆筒筛2.3.1按颗粒大小分离采用编织的金属丝筛网或冲孔金属板作为筛面。可分为往复振动或平面回转的平筛面和绕轴回转的圆筒形筛面。根据筛面上筛孔相对于粮食颗粒的大小，有下述两类设备：1.筛孔略大于粮食颗粒的最大直径。如大杂筛和圆筒筛。其作用是使粮食和较小的杂质穿过筛孔，大的杂质作为筛上物排出。大杂筛(图1 大杂筛)是将粮食喂到环形工作网带的上带上，在运动过程中连同小杂质一起穿过筛孔落到下带上，较大的大杂质如纸片麻袋片绳头砖石泥块木头和长秸秆等作为筛上物被清除，部分小杂质如尘土砂粒等在粮食继续流过出口处的固定斜筛面时穿过筛孔被清除。粮食再经强烈的吹风处理后排出机外。圆筒筛(图2 圆筒筛)的主要部件是由冲孔筛板组成的卧式圆筒，外装清理筛孔的刷子，此外还有吸风除尘设备。粮食进入圆筒内部，穿过大筛孔排出，大杂质则积聚于筛面，从圆筒的一端排出。这两种设备都在粮食进仓时作初步清理用。筛孔小于最小的粮食颗粒直径，如往复振动筛平面回转筛和高速振动筛。可使粮食颗粒小的杂质穿过筛孔被清除，粮食则作为筛上物排出。都用在粮食出仓后加工前的清理过程中。经清理后的粮食作为最下层筛的筛上物排出。如换装较大筛孔的筛面，也可作初步清理用。往复振动筛(图3 往复振动筛) 由偏心轴或自衡振动器驱动，一般装有3层筛面。大杂质在上层短筛上排出；大的异种粮粒在2层筛上排出；小杂质穿过3层筛筛孔排出。粮食进机和出机都经过吸风处理除去轻杂质。平面回转筛(图4 平面回转筛(结合吸式风选器) 的筛体用4组吊杆悬吊，由平衡轮驱动作平面回转运动，有2层筛面。改变其结构和工作参数后，也可用于绿豆的碎豆分级。高速振动筛的筛体在其两侧平衡重块高速旋转所产生的离心惯性力作用下，在垂直平面内作小振幅圆形运动，有24层筛面。用于分离稻谷中的稗子，效果较好。2.3.2 按气流特性分离利用粮食颗粒和杂质在气流中悬浮速度的大小进行分离。人工扬场时手摇扇车和带式扬场机(图5带式扬场机)等都是应用这种原理。图5 带式扬场机图6 循环风选机：所示的循环风选机可用以清除粮食中的轻杂质。粮食通过料斗和喂料辊均匀地进入空气流，落到底部由螺旋输送器排出机外，杂质则被气流携带经吸风道进入集尘室，沉降到底部后由另一螺旋输送器排出机外，空气回进风机继续循环使用。图7 风选机实物图7风选机实物2.3.3 比较结论图6 循环风选机综上所述，图6所示的风选机与本论题所涉及的项目的要求最为接近。结构简单、紧凑,造型美观,经济实用,且重量轻,易搬动,占地面积小。特别适用于农村的扬场,小型粮食加工站,小型饲料加工厂,中草药加工厂等。大大减轻了操作人员的劳动强度,提高了生产效率。最适用谷类、豆类等脱壳后的农产品的果壳分离筛选。另外中草药茎、叶的筛选,饲料中的杂物分离(如:线头、塑料薄膜等),通过改变风叶的转速(更换皮带轮)可筛选比重更相近的物料。如:脱水干蒜与蒜皮的分离等。该机在料斗进料处,根据需求可增加一碰棒,可去除物料中掺杂的铁钉、铁丝等导磁性质9。图6 循环风选机 2.4 课题预期进度第1周-第2周调研及查询、查阅有关资料第3周-第6周可行性分析及方案论证第7周-第9周总体设计、结构设计第10周-第13周零件设计，强度计算第14周-第16周编写设计说明书，绘制结构设计图第17周-第18周整理设计，准备答辩参考文献：1中国食品装备网. 我国食品机械现状与未来发展， /news_images/article/7.html 20032 朱永义. 稻谷加工与综合利用M. 北京: 中国轻工业出版社 , 19943 沈林生. 农产品加工机械M . 北京：机械工业出版社， 19944 濮良贵. 机械设计M . 北京：高等教育出版社， 20015 徐灏. 机械设计手册（15卷）M. 北京：机械工业出版社，19996 National Instruments Corporation M Measurement Manual 20007 胡建平. 螺旋输送机、斗式提升机和振动输送机M . 北京：机械工业出版社 19928 北京农业机械化学院. 农业机械学.（上、下册）M . 北京：农业出版社，19809 顾尧臣. 粮食加工设备工作原理、设计和应用M . 武汉：湖北科学技术出版社，199010王昆等.机械设计课程设计M . 北京：高等教育出版社， 199511Klinner, W.E. A New stripper Header for Combine Harvesters. Agricultural Engineer. Spring, pp.914. M 198712Neale. Stripper home, Power Farming, Vol.72 No. 6. M 1991 13Sabanov, P.A. Harvesting the grain crop by means of stripping, No.6. 20 (in Russian) M 199114Jiang,Y. A Device for Separating, Cleaning, Rethreshing and Recycling the Stripped Materials of Grain Crops M 199315 郑堤，唐可洪. 机电一体化设计基础M. 北京: 机械工业出版社 , 199619 绿豆精选机设计摘要绿豆具有广泛的用途，被誉为粮食中的绿色珍珠，是调节饮食的佳品又是食品工业和酿酒工业的重要原料。自古以来我国城乡人民把绿豆作为防暑和高温作业者的优良饮料。随着我国人民生活水平不断提高，尤其是人民收入的增加，对粮食豆类的需求逐渐走向多样化、多层次化，为粮食豆类加工工业的发展提供了广阔的市场。本课题是受黑龙江省粮食厅委托为其下属粮食加工企业设计开发的设备绿豆精选机。该设备是粮食精加工系列设备的主要设备之一，可提高绿豆质量。通过该课题的研发工作，使学生能够正确运用所学课程的基本理论和有关知识，学会设计方案的拟定、比较、分析及进行必要的计算, 提高学生应用工程技术设计手册、标准以及编写文件的能力。在这样的背景下，本次毕业设计针对粮食豆类加工精选的这个主题，参考各种设备资料，并利用AUTOCAD等现代工具软件，进行了粮食豆类精加工生产线中的绿豆精选机的设计,其技术指标达到7-8吨/小时的生产率和98%的分选精度。相比起传统筛选方法，这种基于风选原理进行作业的粮豆加工机器在机械化、加工精度以及自动化程度等方面都大大提升。从而极大地提高了粮食精加工产品的产量和质量。关键词：粮食豆类、风选、机械化、自动化Design of well-chosen machine for mung bean ABSTRACTThe mung bean, which is called green pearl in foodstuff does have a wide usage. It is not only the nice food for our people to eat but also the important material of food industry and brewing industry. People of our country regard the mung bean as the excellent drink for sunstroke prevention and worker who works under high temperature. But with the development of the living level and especially the income of Todays people,，the demand to beans-foodstuff of us which provide the beans-foodstuff processing industry a wide market, has been lead to diversification.Since the food our people take are mostly come from the nature and natural grown. Every year, we loss trillions of money because of lacking essential food process machine that result in the fail of direct processing, storing and fresh keeping for the food resource. And even more resource wasted because of the fail of further processing and general utilizing. So there comes a strong market demand for the processing machine.And by the background, this paper did the design works of well-chosen machine for mung beans which focuses on the theme of beans-foodstuff well-chosen; and also by the helps of many kinds of equipment reference materials and modern computer software such as AUTOCAD and so on. Its productivity can be up to 7-8 tons per hour, and precision of choosing can be up to 98%. If compared to the traditional choosing ways, this machine based on the principle of winnowing has a great advantage in mechanization, automatization and precision. And then comes follow the much greater quality and quantity of foodstuff production.Keywords：beans-foodstuff、winnowing、machanization、automatization绿豆精选机设计0 引言粮食加工设备的发展是与加工工艺密切相结合的，与科技不断进步，人类生活水平不断提高是分不开的。粮食加工是把原料粮食去杂质、调节水分、脱壳、去皮或研磨，最后加工成可以食用且符合不同质量标准的粮食。回顾过去，我国粮食加工设备同国外发达国家相比，加工精度低，机械化、自动化程度低，导致加工产品质量标准普遍不高，且颗粒粒度较粗、加工品种较少，和国际标准相比属于中等偏下。但随着现代化进程的加快，人类对生活质量和粮食质量要求不断提高，科技的发展使粮食精加工设备的设计制造迫在眉睫。提高粮食加工设备的机械化和自动化程度是提高产品质量和劳动生产率、降低生产成本以及实现农业现代化的重要环节和可靠保证。采用先进的加工设备已经成为粮食加工工业的当务之急。本着此目的，结合我国国情以及粮食加工工业的发展状况，所以须建设精制粮食豆类加工生产线；其中包括关键设备和自动控制系统以及加工生产线工艺流程的设计。1 粮粮机电加工机械综述1.1 国内外粮食精加工机械的现状和发展11.1.1 我国粮食加工机企业与国外先进企业的差距食品工业是我国国民经济支柱产业，粮食加工机是为食品工业提供装备的行业。“九五”及2010年是我国食品工业和粮食加工机共同奔向现代化的不平凡的时期，实现粮食加工机现代化以满足食品工业发展装备需求，科技进步起关键性的作用。但我国粮食加工机行业存在的问题是：产品品种少，成套性不强；国内尚不能生产而又需求迫切的空缺品种达3040发达国家粮食加工机企业把科技开发投入、科技队伍、实验基地的建设都放在重要的位置。科技开发的费用占销售额的8%10%；不惜重金招聘科技人才，企业科技人员占总员工的30%50%；企业设有新产品开发部、研究中心、试验中心等机构；拥有先进的科研设备、测试仪器和新产品科技开发试验、检测的完备程序。我国粮食加工机多为中小型企业，几乎没有自己的科研开发机构；企业对科技开发的投放，平均不到销售额的1%；大专院校与科研单位的科研项目与市场需求脱节，至今尚未形成带动科研与生产的紧密结合的运行机制；企业试验与检测手段和仪器陈旧；企业科技人员少，占全体员工的比例低。发达国家粮食加工机企业管理水平高，例如瑞士布勒公司目前在100多个国家与地区设有子公司，以追求生产技术先进和高效率而著称，从零部件投入、产出，到半成品库存等都实行了计算机管理，形成了一套自上而下的调度、统计、生产、营销自动化管理网络，完全实现了现代化文明生产，全员平均劳动生产率是我国同行业的2030倍；仅总部就有90%的产品出口。我国粮食加工机行业历史短，企业大多技术水平不高，缺乏生产经营经验，企业过多地关注扩大产量，对通过内部发展生产力来提高技术水平始终不重视，企业管理不力，生产效率低，效益差，人均劳动生产率低；出口产品的产值仅占总产值的10%。发达国家粮食加工机工业重视信息的收集，一般公司都有专门由搜集、整理、分析市场信息的机构，并及时为公司决策提供可靠有据的市场预测分析。中小型企业采取加盟协会或集团来获取所需信息及对外宣传自己的产品。我国粮食加工机企业信息闭塞，尚未建成必要的信息系统，信息来源渠道单一；行业间、行业内部、企业与科研院所缺乏联系沟通；企业既不了解国内同行业的情况，更缺乏对国外同类产品的了解。在信息社会的今天，信息闭塞必然导致落后于国际水平和滞后于食品工业需求的局面。没有先进的粮食加工机产品就没有现代化的食品工业，落后的粮机产品必将阻碍食品工业的腾飞。目前我国粮食加工机总产值占机械工业总产值比例仅为0.7%，占食品工业总产值2.6%，出口额占总产值10%，若达到基本满足我国食品工业生产需求还缺10001300种产品，现有的成套设备虽价格比国外同类产品的价格便宜几倍甚至十多倍，由于性能不稳定或不匹配，食品厂仍不愿选购。目前我国粮食加工机产品达20世纪80年代末90年代初国际水平的占5%8%，达20世纪80年代国际水平的占20%；达20世纪70年代水平的占60%。由于我国人民消费的食品中大多是来自大农业提供的自然食品，每年因缺乏必要的食品加工机械使食品资源不能直接加工、贮藏、保鲜而造成的损失高达几十亿元，未能深加工综合利用而造成资源浪费损失更高，因此我国粮食加工机具有广阔的市场需求。如果按2010年粮机产值占食品工业总产值3.5%来计算，则产值达580756亿元，是2000年的2.83.5倍。由此可见我国今后十几年食品工业发展为粮食加工机行业的发展提供了难得的契机，国内外拥有极大市场。1.1.2 2010年前我国粮食加工机的发展重点分析粮食加工机的发展有赖于深化改革。我国粮食加工机的发展依靠深化国有企业改革，建立现代企业制度，加强企业科学管理；合理调整优化行业结构、产品结构和地区布局；大力加强基础技术、基础件、基础材料和基础单元操作四基工作；提高产品质量，加强产品可靠性研究，提高单机和联线可靠性研究，易损件和关键件使用寿命和外观质量研究；通过引进增强自主开发能力；促进机电一体化和高新技术的产业化、商品化；重点开发我国急需的成套设备，增加品种，以高效、高质量的设备来装备食品工业，提高经济效益，积极扩大出口。从“九五”开始每年增加粮食加工机产品100种，到2010年达3100种，基本上能满足国内需求，补齐已有生产线所缺的单机或设备；加大研制高生产效率的机械，届时成套设备比现有的最高每小时生产率至少提高1倍，粮食加工机出口额以年均12%的速度递增，2010年出口额达12.7亿美元，占该年粮食加工机总产值的20%。节能型粮食加工机：加快研制食品工业中杀菌、蒸发、浓缩、干燥等单元操作的节能技术与设备。粮食加工机的高新技术应用：到2010年，我国粮食加工机主导产品达到发达国家20世纪90年代中期水平的应占80%，达到20世纪90年代初水平的应占15%，达到国际当时顶尖水平的应占5%。有效的对策是科技进步研究区域分布，促进行业整体协调发展。我国幅员广大，地域性差异很大，为了制定符合国情的粮食加工机发展战略，就要研究影响粮食加工机品种数量发展的地域性差异。根据区域自然资源和农业资源制定科学合理的粮机发展区划，这是科学预测全国粮机品种、数量的发展趋势，促进行业布局合理和整体协调发展的重要依据。深化改革，积极组建发展不同类型的企业集团，积极探索打破部门条块分割界限、加强合作的行业管理路子，使高校和研究所凭借技术优势成为企业集团的课题开发、人才培训中心和试验基地。有计划、有重点地引进国外先进技术与设备，目的不能仅为了生产，而是消化吸收、增强自主开发的能力。大胆利用外资，加快企业改革步伐，建立现代企业制度，学习借鉴国外成功企业的科学管理经验。按粮机的分类和发展区划，在大型企业内建立试验中心（或与高校科研所联合），各有侧重地开展基础研究、应用研究、新机型开发，政府给予扶持。健全行业标准，完善质量管理法规和政策。增加智力投资，重视科技人才的培养和科研人员的继续教育，加大员工技能的培训，重视队伍建设。加大企业技改力度，提高粮机企业的装备水平，有计划、有重点地开展技术改造，特别是采用高新技术来改造粮食加工机工业，这是提高产品水平的关键。1.2 绿豆清洗加工简述2绿豆营养丰富，绿豆子粒中含蛋白质2228%、脂肪2%、碳水化合物54.8%、粗纤维4.2%，另外还含有矿物质与维生素，每百克籽粒中含钙49mg、磷268mg、铁3.2mg、胡萝卜素0.22mg、硫胺素0.53mg、核黄素0.12mg、尼克酸1.8mg。此外还含有丰富的维生素，特别是绿豆蛋白质中含有较多的赖氨酸。绿豆经脱皮，清洗，并制成成品豆的工业生产过程称作绿豆加工。由于绿豆外皮含有粗纤维和灰分不能食用，必须经过加工才能制成松酥可口、易于消化的产品，加工皮和碎豆等副产品也有多种开发和利用途径。绿豆加工的工艺过程可分为绿豆脱壳、清理、及分离及成品豆整理等工序。下面简要介绍一下和本课题密切相关的清洗过程。绿豆中混有一定数量的多种杂质，必须首先清除。清理绿豆中杂质的方法很多，主要是借助杂质与绿豆之间物理性质的差异进行分选。通常根据绿豆含杂情况，按以下主要工序进行清理：1.2.1 初步清理清除绿豆中比较容易清除的杂质，如形状大小与豆粒差异很大的豆荚、杂草种子等。主要采用筛选、风选，或风筛结合，即借助静止或运动的筛面进行筛选，或者利用绿豆和杂质的悬浮速度等空气动力学性质的差异进行风选，附带除去瘪豆等一类的轻型杂质。清理设备则用带金属筛面的初清筛和自衡振动筛等。1.2.2 去石除去绿豆中那些粒子与绿豆接近平肩石和平肩泥，用筛选法不能除去，必需采用专门的去石工序才能有效地清除。去石设备用得最广的是比重去石机，该机备有往复簸动的筛板，并从筛板下部引入气流，根据豆石比重的不同和自动分级作用使豆石分离。此机去石效率高，结构紧凑，占地面积小。1.2.3 磁选利用磁钢清除混进绿豆中的磁性金属系质，如铁钉、螺丝帽等铁件。常用设备有溜管吸铁装置、吸铁箱、永磁滚筒和电磁式磁选机等。1.3可行性分析及研究方法1.3.1 论题背景我国是一个农业大国，占全国大多数人口的农民以生产加工粮食为谋生手段。我国栽培绿豆历史悠久，品种资源丰富，总产量居世界前列。世界上绿豆主产国有印度、泰国、阿富汗、菲律宾等国。我国黄河、淮河流域以及华北和东北平原各省都有绿豆栽培。我国绿豆品种大体分明绿豆和杂绿豆。明绿豆品质较好，有光泽，但产量有限，价格较高；杂绿豆品质一般，无光泽，但产量较大，价格较低。绿豆营养丰富，营养价值极高，据分析，绿豆籽粒蛋白质含量为2022%，脂肪含量1.22%，碳水化合物含量5860%，粗纤维含量4.2%，各种微量元素含量也十分丰富，且其壳、芽、叶、花均可入药，具有医食同源之功效。我国种植分布较为广泛，主要产区为吉林，陕西，山西，内蒙古，黑龙江等省份，每年总产量约为30余万吨，其中吉林省就达10余万吨。绿豆具有广泛的用途，被誉为粮食中的绿色珍珠，既是调节饮食的佳品又是食品工业和酿酒工业的重要原料，也是重要的药材。绿豆消费主要集中在食用、深加工和出口三个方面，自古以来我国城乡人民把绿豆作为防暑和高温作业者的优良饮料。随着我国人民生活水平不断提高，尤其是人民收入的增加，对食品的需求逐渐走向多样化、多层次化，为食品工业的发展提供了广阔的市场。作为提供食品工业装备的行业，食品机械行业将提供多品种、高质量的产品以满足粮食食品工业发展的需求。粮食及豆类加工在从前是一项污染非常严重的工业，尤其是在粮食进仓部分，对于加工厂的工作人员来说，高含尘浓度的空气即使蒙上两层口罩也会使鼻孔里充满尘土，这就是60年代粮厂的真实写照。近几十年来，国内外的粮豆加工无论是工艺还是设备都有了很大进步。随着全球对粮食品质和质量要求越来越高及现代科学技术发展，机电一体化，光、电、气、机融为一体的粮豆加工机械应运而生3。1.3.2 机电一体化产品的设计步骤41）关键技术和技术路线的描述:对于待开发产品的关键技术是什么，解决这些问题的技术途径如何，可能遇到的难题和解决这些难题的方案等，都需要给以尽可能详细的描述2）主要性能指标和规格说明:列出产品性能指标详细表，既有必须达到的指标，又有争取达到指标。预期达到的指标应在规定环境下予以满足，争取达到的指标是指可能情况下希望达到的指标。3）可能方案和评价意见:应提出几种可供选择的设计方案，并对每种方案提出客观的评价意见。在设计组内应鼓励不同的有创造性的设计思路。4）用户需求分析和市场调查:这时开始某项设计的第一步。这种调查分析一方面可以了解要开发产品的需求情况，市场发展预测，新产品上时候可能占有的市场份额；另一方面，这种对实际需要的分析可以明确一系列问题，诸如：用户是哪一层面的人，设计过程中如何与用户接触，用户对产品安全性、可靠性、实用性、配套性、性能价格等的要求，产品的生产量以多大为宜，产品的生命周期是多长，用户需要哪些售后服务。5）有关最新技术的进展评价:创新是设计工程师追求的重要目标。对于产品有关的最新技术信息进行收集、整理、分析、并加以评价是整个设计过程的基础。需要注意的是，设计人员在整个过程中要坚持对这些信息进行跟踪与修正，特别应该注意以下三个方面：（1）历史的回顾（2）发展趋势与预测（3）新兴技术5）推荐首选的设计思想及方案要将设计组内认为是最佳的设计方案予以推荐或者将几种设计方案排序，要充分说明设计思想的出发点和特点，可能出现的问题以及预期的解决办法。6）进行具体设计这个阶段的工作是大量的既包括机械、电器、电子、控制和计算机硬件、软件等，也包括总装图和零件图。这个阶段应尽可能利用计算机辅助设计和计算机辅助工程以提高工效。最后要提出完整的图纸和文字说明，使文档资料易于为他人了解或进行产品更新换代的参考。1.3.3 机电一体化产品的优点和效益101）从生产部门考虑（1）缩短产品开发周期，加速产品更新换代（2）提高产品质量和附加值（3）改善劳动条件，有利于自动化生产（4）增强企业的市场竞争能力2）从用户考虑（1）操作简单，使用安全可靠（2）节约能源机电一体化不是机械技术和电子技术的简单相加，它与机电学、并行工程、自动控制技术、计算机的应用技术既有联系又有区别。随着大规模集成电路的出现，机电一体化产品得到了迅速普及和发展。市场竞争规模要求机电产品不但具有高性能，而且要低价格，这就给设计人员提出了越来越高的要求。目前，机电一体化技术思想已经被普遍接受和采用。国民经济建设和发展迫切需要大量掌握机电一体化技术的人才去研究和开发新一代机电一体化产品。将农产品加工设备由传统的手工操纵，纯机械式运作及其和电子技术、微机技术结合，形成机电一体化电子产品，是顺应时代潮流，符合农业现代化发展的必然趋势。农业现代化对农业机械的自动化程度要求越来越高，所以要设计出自动控制程度较高的农业机械。由前所述可知随着人们生活水平的提高，各种粮食豆类加工机械的前景是很可观的。而本次课题所涉及的绿豆精选机，就是整个加工生产线上非常重要的关键设备之一，是根据性能和功能的要求，按照机电一体化设计原理，为满足市场要求所进行的设计。1.4 技术路线9 本次课题所设计的绿豆精选机是粮豆生产线上的一个关键设备。该设备是将脱荚后的绿豆进行精细分选，把质量轻的碎豆和杂质利用风选机去除，分选精度要求达到98%。风选是利用整豆和碎豆的比重以及悬浮速度的不同，借助于风选机将其吹走，剩下的产品无论在外观还是在清洁度上都要较原来更胜一筹，从而达到改善食品品质和提高商品价值的目的。风选法按照气流的方向可分为垂直气流风选、水平气流风选和斜气流风选三种。不同的物料有不同的悬浮速度，垂直气流风选主要是利用悬浮速度的差进行风选除杂的。不同的物料由于其物理性质不同，在同一水平气流中的飞行系数也不一样，飞行系数大的物料比飞行系数小的物料飞行过的距离更远。水平气流风选就是利用飞行系数的不同进行除杂的。倾斜气流风选的原理同水平气流风选基本相同，也是利用飞行系数的不同进行分选。因此采用斜气流风选可以取得较好的分离效果。典型的风选设备有垂直吸风道，循环风选器。影响风选设备工艺效果的因素有：1）原料，原料所含的整豆和碎豆之间的悬浮速度的差异的大小是影响风选工艺效果的重要因素。差异越大，则越容易风选；反之，则效果差。2）结构尺寸，吸风道的结构尺寸对物料沿风道的分布与气流作用于物料的时间有密切联系，并且直接影响风选分离效率。风道的宽度与设备生产能力和单位流量密切相关，应根据生产能力和单位流量来确定，以保证风选工艺效果。（1）风速和风量，一般情况下，风选的分离效率同风道内的平均风速成正比。但风速过大，吸出物中含完整的绿豆较多。风量增加，能源消耗也增加。所以，风速应根据悬浮速度和风选工艺要求来确定，一般以不吸出完整的豆粒为原则。风量与风选机风速以及吸口截面尺寸有关。（2）流量，流量增大大，物料料层则变厚，轻质和碎豆被气流吹走的机会就减少，而使风选效率降低；反之，风选效率提高，但设备产量降低。2. 绿豆精选机设计2.1 课题的目的与意义本课题是受黑龙江省粮食厅委托为其下属粮食加工企业设计开发的设备绿豆精选机。该设备是粮食精加工系列设备的主要设备之一，可提高绿豆质量。通过该课题的研发工作，使学生能够正确运用所学课程的基本理论和有关知识，学会设计方案的拟定、比较、分析及进行必要的计算, 提高学生应用工程技术设计手册、标准以及编写文件的能力。2.2 课题内容本课题涉及的内容较多，论述了绿豆精选机的结构、功能、原理，并且重点分析设计了其中的几个重要部件，例如电磁振动给料机、滑槽等。自动控制部分包括自动调节挡板的移动控制等，以及各种零件的设计计算和选材。其中涉及到机械设计中的结构、强度设计以及机械产品整机的设计思想、方法等内容。2.3 绿豆精选机初步总体构造2.3.1 总体结构精细风选机由进料斗、振动喂料器、滑槽、吹风装置、压电传感器、电控箱（单片机、放大电路、比较电路、驱动电路等）自动调节挡板、步进电机、滚珠丝杠等部分组成。各组成部分的结构组成：滑槽由不锈钢板焊接而成，每个滑槽上有V形沟，滑槽可以保证物料均匀，一排排的形成层流落下，只有这样能有利于轻质豆粒均匀受风吹被剔除，提高风选精度。吹风装置的设计的要保证吹风不形成涡流，在气泵接出的气管接在气流缓冲箱上，气流缓冲箱的另一端的出风口为扁平的长方形口，在上面加工出小孔，每个滑槽上的V形槽对应一个吹风孔。出风口的宽度与滑槽的宽度一致，这样能够保证物料受风吹均匀，提高了风选精度。压电传感器能感受压力信号，并把压力信号转换成电信号。在主物料流和风选出的物料流下各有一个压电传感器，对风选后的物料进行压力检测，以便检测风选精度，对其进行自动调节。电控箱由前后面板、电源机笼、主放机笼、驱动机笼和逻辑控制系统组成，是风选机的中枢。前面板上的计数显示表用于显示风选后整豆和碎豆的压力。电平显示表用于各滑槽信号电平的监视。面板上的其于旋钮用于调整标准电平和震动喂料器的喂料量。电源机笼为整机提供多组稳定电源。主放机笼的放大器将前置放大器提供的信号进行整形放大，以提供给比较电路做出是否达到风选精度的判断。当信号电平超过设定的标准电平时，产生输出脉冲提供给驱动电路。驱动机笼的驱动电路按照主放大电路提供的脉冲信号产生驱动脉冲，传给步进电机，步进电机转动，通过滚珠丝杠传动产生位移，控制自动调节挡板的移动。逻辑控制系统的逻辑板、喂料板、清扫板等保证了喂料、清扫、提升等功能的正常运行，并对这些功能的故障状态进行声光报警和连锁控制。2.3.2 工作过程进料斗内的物料由振动喂料器输送到对应的滑槽，沿滑槽均匀下落。物料经分选区时，整豆中夹杂碎豆。经气流吹过依据整豆和轻质碎豆飞行系数的不同，碎豆等轻质物料被吹离滑槽，物料分成两股。整豆继续下落，和轻质豆粒一样分别流经各自的压电传感器，这样两股物流的每一颗豆落下来就由传感器检出并转换成电信号，送到电控箱中的放大器线路板，经放大标定后由面板上的显示器以数字显示方式指出压力值。按风选精度要求可知是否达到标准，将灵敏度调节旋钮设定在标准电平。此时整豆流量产生的电信号和标准信号比较，若是高于标准电平，则是没达到标准，经脉宽调整电路输出的脉冲信号送到驱动电路，其产生驱动信号驱动自动调节挡板向减少整豆产量的方向移动。增加被吹走的豆粒的量，提高风选精度。2.3.3 风选机的选用原则与维护风选机的主要工艺指标是产量、风选精度与带出比。单位时间内经过一次风选后合格产品的质量即为产量，它与风选机每条滑槽的流量直接有关。一般情况下，流量越大，产量也越高。1）安装（1）设备安装必须水平，且远离振动源。（2）电源进机前应进行稳压，以避免送电冲击和其他设备启动时电压波动而破坏风选机的内部电子元件。2) 操作（1）严格遵循生产厂家提供的操作规程（2）经常检查振动喂料器及滑槽工作是否正常，如发现碎豆黏附在滑槽上时，打开加热器即可。（3）出现故障时应分析原因及时排除3) 维护（1）经常保持喂料振动器、滑槽、风选机通道畅通、吴异物。（2）开机前与停机后，用压缩空气喷吹机器（3）注意防虫、防鼠、防潮。长期不使用时，定期开机除湿。 2.4 方案比较8用于清杂精选和分级的粮食加工机械。各种不同类型的粮食清理机械利用不同工作原理将粮食颗粒与杂质分离。常用有下述两种。 2.4.1按颗粒大小分离采用编织的金属丝筛网或冲孔金属板作为筛面。可分为往复振动或平面回转的平筛面和绕轴回转的圆筒形筛面。根据筛面上筛孔相对于粮食颗粒的大小，有下述两类设备：1.筛孔略大于粮食颗粒的最大直径。如大杂筛和圆筒筛。其作用是使粮食和较小的杂质穿过筛孔，大的杂质作为筛上物排出。大杂筛(图1 大杂筛)是将粮食喂到环形工作网带的上带上，在运动过程中连同小杂质一起穿过筛孔落到下带上，较大的大杂质如纸片麻袋片绳头砖石泥块木头和长秸秆等作为筛上物被清除，部分小杂图2 圆筒筛质如尘土砂粒等在粮食继续流过出口处的固定斜筛面时穿过筛孔被清除。粮食再经强烈的吹风处理后排出机外。圆筒筛(图2 圆筒筛)的主要部件是由冲孔筛板组成的卧式圆筒，外装清理筛孔的刷子，此外还有吸风除尘设备。粮食进入圆筒内部，穿过大筛孔排出，大杂质则积聚于筛面，从圆筒的一端排出。这两种设备都在粮食进仓时作初步清理用。筛孔小于最小的粮食颗粒直径，如往复振动筛平面回转筛和高速振动筛。可使粮食颗粒小的杂质穿过筛孔被清除，粮食则作为筛上物排出。都用在粮食出仓后加工前的清理过程中。经清理后的粮食作为最下层筛的筛上物排出。如换装较大筛孔的筛面，也可作初步清理用。往复振动筛(图3 往复振动筛) 由偏心轴或自衡振动器驱动，一般装有3层筛面。大杂质在上层短筛上排出；大的异种粮粒在2层筛上排出；小杂质穿过3层筛筛孔排出。粮食进机和出机都经过吸风处理除去轻杂质。平面回转筛(图4 平面回转筛(结合吸式风选器) 的筛体用4组吊杆悬吊，由平衡轮驱动作平面回转运动，有2层筛面。改变其结构和工作参数后，也可用于绿豆的碎豆分级。高速振动筛的筛体在其两侧平衡重块高速旋转所产生的离心惯性力作用下，在垂直平面内作小振幅圆形运动，有24层筛面。用于分离稻谷中的稗子，效果较好。2.4.2 按气流特性分离利用粮食颗粒和杂质在气流中悬浮速度的大小进行分离。人工扬场时手摇扇车和带式扬场机(图5带式扬场机)等都是应用这种原理。图5 带式扬场机图6 循环风选机：所示的循环风选机可用以清除粮食中的轻杂质。粮食通过料斗和喂料辊均匀地进入空气流，落到底部由螺旋输送器排出机外，杂质则被气流携带经吸风道进入集尘室，沉降到底部后由另一螺旋输送器排出机外，空气回进风机继续循环使用。图7 风选机实物图7风选机实物2.4.3 比较结论图6 循环风选机综上所述，图6所示的风选机与本论题所涉及的项目的要求最为接近。结构简单、紧凑,造型美观,经济实用,且重量轻,易搬动,占地面积小。特别适用于农村的扬场,小型粮食加工站,小型饲料加工厂,中草药加工厂等。大大减轻了操作人员的劳动强度,提高了生产效率。最适用谷类、豆类等脱壳后的农产品的果壳分离筛选。另外中草药茎、叶的筛选,饲料中的杂物分离(如:线头、塑料薄膜等),通过改变风叶的转速(更换皮带轮)可筛选比重更相近的物料。如:脱水干蒜与蒜皮的分离等。该机在料斗进料处,根据需求可增加一碰图7 风选机实物棒,可去除物料中掺杂的铁钉、铁丝等导磁性质9。图6 循环风选机 2.5 粮食加工机械设计参考实物162.5.1半自动精选机JXB26图8 半自动精选机1）功能及特点半自动精选机是主要用于粮谷油料、种子、果仁等的精选。在传统的工艺中，人工挑选多为在台案或缓慢的传送带上，手工挑选，劳动强度大，分选效果差，并且不利于计件定额；对于食品业来说，更不利于保持食品卫生。半自动精选机使精选工艺由原来纯手工操作变为半自动半机械化操作，物料由振动布料器到传送带上经人眼鉴别，人手持负压吸管吸出杂质，大大减轻了手选工人的劳动强度，同时工作效率提高了数倍。避免人手直接接触物料，减少污染，使之符合卫生要求。该机还具有可调节性，可根据工人的熟练程度、物料含杂量来调整振动布料器及输送带的速度，达到最佳的精选效果。 2）组成部分本机主要由机架、上料斗、振动布料器、输送带、负压吸出管、杂质收集罐、调节控制面板和照明灯等部分组成。3）主要参数电源电压：220伏整机功耗：50瓦整机体积：0.7豆0.7豆1.15豆整机重量：48公斤噪声标准：60分贝2.4.2 大豆,黄豆，绿豆,黑豆等豆类清理抛光设备DPJ-200图9 豆类抛光设备DPJ-200系列豆类抛光机，该设备用于赤豆、绿豆、黄豆等各种豆类的清杂、去灰、除尘、擦亮抛光之用。广泛适用于食品厂、豆制品厂、农贸市场豆类销售处。通过抛光的豆类明显提高了豆类品质，可实行优质优价。该机有三种型号： A型:简易型 B型:吸尘装置 C型:增强型带吸尘装置产量：AB型（12）吨/小时 C型增强型:产量(34)吨/小时 ,长度1.5豆动力：AB型3KW C型7.5KWB型设备尺寸：长1550宽870高1450 装箱尺寸：160010001100B型重量：250公斤*另可加配低速提升机和50型比重去石机（1.1KW) *2.4.3 振动溜滚豆类除并肩杂机CZD1000/2000图10 豆类除并肩杂机1）功能与特点CZD1000型或CZD2000型振动溜滚豆类除并肩杂机是我公司自主知识产权的专利产品，已在多个国家申请专利。能实现对豆类（黄豆、绿豆等）原料除并肩杂和去除豆类原料中的不规则豆（半豆、破碎豆、褶皱豆等）。该设备具有能耗低、结构紧凑、操作维护简便、占用空间小、原料损耗低且带出料二次除杂分选可再利用等特点，是当今世界范围内豆类除杂分选的最佳设备。2）组成部分该机由筛体，振动电机和架构组成。单机使用可另配备上料斗、组合螺旋提升机。与组合螺旋振动除杂筛（去大、小、轻杂，尘土、皮子等）配套使用效果最佳。表2.4.3 主要参数功率KW(380V)原料处理量（t/h）选后清洁率%除不完善粒%长X款X高重量t操作人员CZD10000.50.6-1.099.8851.85m1.52m1.73m0.82CZD20000.741.5-2.099.8852.85m1.52m1.73m1.322.4.4豆类清理机组QLD1600/2400/3200型图11 豆类清理机组1）功能与特点QLD1600/2400/3200型豆类清理机组是我公司自主知识产权的专利产品，含2项国家专利，并已在多个国家申请专利。能实现对豆类原料除杂（包括大杂、小杂、轻杂、非球面状并肩杂及尘土等）、分选(去除瓣豆、褶皱豆等不规则豆)。该机组有能耗低、结构紧凑、维护简便、占空间小、原料损耗低且带出料二次除杂分选清理可再利用等特点，是当今世界范围内豆类除杂清理的最佳设备。2）组成部分该机组主要由上料斗、组合螺旋振动除杂筛、振动溜滚豆类除杂分选机、控制柜等部分组成。本机组的核心部件振动溜滚豆类除杂分选机，通过改变筛体角度对大豆原料进行除杂分选清理。3）工艺流程上料提升并除大、小、轻杂和尘土除并肩重杂质、金属物及不规则豆出料表2.4.4 主要参数QLD1600QLD2400QLD3200设备功率2.34千瓦（380伏）2.58千瓦(380伏)2.58千瓦(380伏)原料处理量1.6吨/时2.4吨/时3.2吨/时除杂率90%90%90%占地面积4.84豆2.56豆5.85豆2.56豆5.85豆2.56豆安装高度2.6豆2.6豆2.6豆设备重量2.5吨3.0吨3.0吨操作人员2人2人2人2.4.5喷风碾豆机参数：配用动力 7.5kw；含谷率 12粒/kg；产量 600kg/h-750kg/h；大豆加工精度标；当量出豆率 69% ；主轴转速 1800r/min；碎豆率 35%；风机转速 3600r/min；含糠率 0.15%；机重 80kg；图12 喷风碾米机描述：该机可将稻豆一次碾成白豆，具有操作简单、性能可靠、维修简便、能耗低等优点。最显著的特点是：1、豆质精白光洁；2、出豆率高；3、含糖少；4、豆温低；5、碎豆率低。2.4.6 卧式风选机工作原理：风机产生的气流匀速进入风选箱，物料经输送机、振动送料器在风选箱的一端落下，随风漂移，经分级后在各出料口排出。主要用途：用于原料、半成品或成品的杂质选别和分级选别。主要特点：自动上料、连续作业，变频无级调风，实用性强，符合GMP图13 卧式风选机要求。表2.4.6 主要参数：型号FWBL500FWBL500B参考产量 (kg/h)3001000功率/电压(kw/ V)1.6 /380选别挡数5重量 (kg)280外形尺寸 (mm)4800x620x2400主要材料碳钢不锈钢3. 机械设计计算3.1 整机设计及选材本章将叙述绿豆精选机的整体设计。包括整体结构各部件、零件的安装和配合，焊合机架的结构形式，完成机器的总装图设计。图14 总体设计原理图绿豆精选机的整机设计是至关重要的。其好坏关系到机器的性能、造价高低、外形美观与否等。此设备分成几大部分，包括电磁振动给料机、滑槽、吹风装置、自动调节装置、机架等。他们之间的装配及机架焊合是设计的关键。料斗用支架固定在上支撑板上，料斗下是振动给料机，振动给料机的板弹簧下端固定在上支撑板上，上端固定在给料机的给料槽上。上支撑板用角钢支撑，连接是焊合。滑槽用螺栓和角钢机架连接固定。机器的下支撑板和机架连接，下支撑板上固定吹风装置，出料箱用螺栓和下支撑板连接。电机和轴承座的支撑架固定在底座上，连接是焊合。底座和角钢机架连接是焊合。底座和角钢机架连接是焊合。整机制造所选用钢铁型材、板材，以及用途和选用原因：（1）进料斗、振动喂料槽、滑槽、出料箱的选材：选用优质碳素结构钢薄钢板（GB71088）钢牌号 08 厚度 1mm该型材用于汽车制造、拖拉机、轻工普通冲压成型型材，由于上述部件的承力不大，考虑到造价，选用易于锻造成型的薄钢板。（2）上支撑板及下支撑板的选材：选用热轧钢板（GB70988）公称厚度 10mm该型材主要用于受高温高压的民用及工业用途的锅炉，由于该部位承受了料斗和吹风机的重量，故在强度上有一定要求，所以选用较厚的耐温耐压的钢材料。（3）底座材料选用：选用热轧钢板（GB70988）公称厚度 16mm该型材主要用于受高温高压的民用及工业用途的锅炉，由于该部位承受整个系统的质量，所以选用与以上材料相同但厚度最大的钢板，以使整个系统有稳定结实的底座，让系统可以安全可靠的工作。（4）支架用角钢的选用：选用热轧等边（肢）角钢（YB16665）型号 3.0 该型材主要用于结构构件中的受力钢筋以及各种构件的箍筋和构造角筋，作为支撑和传递质量的架构，此处选用这种型号的角钢合适。（5）支架用槽钢选用：选用等边弯曲槽钢（YB9863）型号 8.0 、10.0该型材主要用于结构构件中的受力钢筋以及各种支架等，作为支撑和传递质量的架构，此处选用这种型号的角钢得当。机架之间用焊接或螺母连接。螺栓的选择根据所连接部件或零件的工作要求和所受力的大小进行选择。整机结构中，焊接结构很重要。本机器中焊合部件很多。如支撑架包括电磁振动给料机的支撑板和机器底座之间用角钢连接就是焊接。电机和轴承支架与底座之间的连接也是焊接。进料斗支撑和上支撑板之间用槽钢连接还是焊接。所以用如此多的焊接结构，因为焊接结构有如下特点：i. 接头形式合理化，应力集中系数可以降低。ii. 能有效的发挥原材料的性能，改善机器性能，节省金属、减轻重量。iii. 水密性和气密性好。iv. 设计自由度大，壁厚不受限制，可根据承载情况确定结构单元尺寸。v. 生产周期短，经济效益高，利于不断改型和创新。设计焊接结构时应考虑的问题： i. 焊接性设计焊接结构中，选择材料在满足使用性能的要求前提下，应该选用焊接性能较好的材料。一般碳钢的焊接性能优良，由于材料焊接性还受结构刚度、焊接应力状态、环境条件等因素的影响，在必要时还要做焊接性试验。 ii. 结构刚度和减振能力一般的钢材的强度和弹性模量都比铸铁高。而减振能力却很低。当用焊接结构代替对刚度和减振能力有较高要求的铸铁件时，必须考虑刚度和振动。必要时应该在设计中采用增大刚度和提高减振能力的措施。 iii. 应力集中焊接结构截面变化大，过度区较急陡，圆角小，设计不当容易引起较大的应力集中。 iv. 焊接参与应力和变形拉伸残余应力降低结构的刚度，压缩残余应力提高疲劳强度。残余应力的释放容易引起零件尺寸、精度变化也会影响使用性能和使用精度。为此需合理设计结构尺寸，接头形式及焊缝的合理布置。 v. 接头性能的不均匀性焊缝及热影响区的成分、组织和性能都发生相应的变化，故在选择焊接材料、预定焊接方法、制定焊接工艺时，应保证焊接接头性能达到和满足设计要求。通过对整机机头的设计方案制定，结构的合理安排，零件之间的安装配合，初步形成机器的总装配关系，绘制总装图。为以后的进一步详细设计打下基础。绿豆精选机的整体设计既要满足风选精度要求，结构工艺性好，还要使机器结构简单，体积不是很庞大，造价低。这样才能符合现代化的机械设计。3.2 部件设计部件的设计在整台机器的设计中是完成主要功能的结构，是机器核心部分。本次设计的精细风选机的部件主要包括电磁振动给料机、自动调节装置、以及焊合部件等。它们完成的功能将是机器的主要功能，部件的设计好坏将影响到机器的性能，所以部件的设计至关重要。下面将介绍及其中几个关键部件的设计。3.2.1 电磁振动给料机设计电磁振动给料机是一种新型给料设备，在水泥、矿山、冶金、煤炭、化工、陶瓷、粮食，电力等工矿企业中已被广泛地应用。电磁振动给料机的给料槽是采用钢板或者合金板材制成，整个设备没有旋转部件和润滑点，输送物料的给料槽电器部分较远同时容易绝热。它适合把块状及粉末状物料以贮料仓或漏斗中连续均匀或定量地给到受料装置中去与电子秤或微机配料等设备配套，且便于电脑联控，在中小型机器中应用广泛，是实现生产自动化最为理想设备。也可以单独工作送料稳定，不用专人看守和配合各种振动筛作振源的理想设备。电磁振动给料机与传统的机械式给料机相比具有以下特点：i. 节能高效，使用简单、投资少、体积小、重量轻、维修方便；ii. 无转动零件，不需轴承、减速机构，不需润滑油等；iii. 耗电量少，启动电流小，噪音低； iv. 给料槽磨损小，适用于输送磨损性大的物料； v.输送量或给料方便，若与电子秤或微机控制等，设备配套实现自动控制；vi.激振器启动后振幅瞬时即时可达到稳定数值，同样在停车时振幅瞬时消失，这样可提高自动控制的准确度，同时给料机可在满负荷情况下直接启动。1）结构及各部分作用电磁振动给料机由给料槽、电磁振动器、隔振器、电源这几部分组成。给料槽是支撑部件，通常用钢板焊接而成。它利用振动器传递的振动将料斗中的物料均匀连续的给到下一步工序。电磁振动器是振动源，将产生的振动力传递给给料槽。主要由连接叉、板弹簧、衔铁、铁芯、线圈以及壳体等几部分组成。隔振器的主要作用是将振动机所产生的动载荷与基础隔绝或减弱以降低基础的动负载和噪声。2）工作原理电磁振动器中采用交流电磁铁，交流电经晶闸管整流，变为半波脉动电流后输给振动器电磁线圈，这是电磁铁便产生一个变电磁力，当电磁力大于弹簧力时，则产生变形并蓄能。当电磁力小于弹簧力，弹簧将储存的能力释放并恢复变形，直至下一个周期。利用共振扩大原理使振动系统的固有频率与强迫振动频率调谐，这样得到的双质体谐振系统便可用较小的激振力获得较大的振幅。（1）设计给料槽送料截面改变的实现在结构和动作上不难实现。本设计中此机构采用齿轮齿条啮合传动带动板闸上下移动，改变开口大小，从而改变送料截面。结构是闸门板两端各焊有一尺条，各和一个直齿圆柱齿轮啮合。齿轮用紧钉螺定固定在一根轴上，轴的一端有调节手轮。旋动手轮使轴转动，带动齿轮转动，使齿条做直线运动，从而闸门板上下做直线运动。（2）物料输送速度改变的实现涉及电磁振动给料机的基本原理。物料输送速度与激振频率f成反比，与给料槽的振幅a1 平方根成反比。f改变导致震动系统调谐值Z的改变，从而工作偏离共振区，降低工作效率能或工作稳定性变差。所以只有调整给料槽振幅a1 来调整物料输送速度才是切实可行的。由电磁铁振动公式7：（3.1）f给料槽激振频率；a1给料槽振幅；U交流电源电压，V；f系统固有频率，Hz；电磁铁线圈匝数；S刺激总面积，。当给料机既定，除a1和U以外，所有参数均为常量。有上式可见，U与成正比。由物料输送速度公式7：/ （3.2）物料输送速度；修正系数，输送不同物料具有不同的系数，这里取0.85；振动角，一般取20度；f给料槽振动频率，为50Hz；g重力加速度，9.8m/s2 ；p物料运动周期与槽体振动周期之比，这里是整数1；K回复系数，系统回复力和系统位移的比例；np阻尼系数，由物料运动所引起。可见，物料输送速度，Vcp与也成正比。所以，物料输送速度Vcp与交流电压U成正比。由此可见，调整交流电源电压即可实现物料输送速度的调整。3）电磁铁设计计算根据绿豆精选机的生产率，每小时7-8吨，取中间量7500公斤/小时，可知电磁给料机的单位时间输送量为2.08Kg/s.精给料时，给料槽开度（即物料层厚度）取0.015为宜。输送速度可由下式7计算： Vcp=Q/SR（3.3） Q物料层单位输送时间，Kg/s,这里取2.08Kg/s;R物料密度，绿豆等豆类约为800Kg/m3; S物料层截面，按照设计，约为0.024m2 代入公式： Vcp=2.08/0.24X800=0.108m/s将计算结果代入组尼系数关系公式7:（3.3）物料输送速度；修正系数，输送不同物料具有不同的系数，这里取0.85；振动角，一般取20度；f给料槽振动频率，为50Hz；g重力加速度，9.8m/s2 ；p物料运动周期与槽体振动周期之比，这里是整数1；np阻尼系数，由物料运动所引起。 =(0.108X2X50)/(2.75X0.85X9.8)1/2 =0.687根据7查得，当np=0.687时，抛弃指数T=1.19代入抛弃指数公式7： T=Ksin （3.4） 1.19=Ksin20 K=3.48再代入回复系数公式7：（3.5） a1=(3.48X9.8)/(4X3.142X502) =3.46X10-4初步选择MQ1系列电磁铁：电磁铁谐振指数Z一般在0.850.95之间为宜，这里取0.90，代入：Z=f/f0=0.9 f0=50/0.9=50,得到固有频率f0=55.55Hz电磁铁的铁芯截面为S=1.216X10-3m2线圈匝数=1417m1=3.56Kg将以上数值代入公式（3.1）U=2.2X10-2X55.55X50X1417X3.56X3.46X10-4X1.216X10-3(1-0.92)1/2 =46V（1）电磁铁的选用通常作为电磁铁设计依据的主要设计参数和工作参数有： i. 额定工作行程c ii. 额定工作行程下的电磁吸力Fc iii. 机械反力特性 iv. 电源电压 v. 动作时间与返回时间 vi. 灵敏度 vii. 功率损耗上面已经大致选定系列，这里再计算出电磁铁的电磁吸力，然后选择合适型号的电磁铁。根据代入电磁力计算公式7：（3.6） =4X3.142X55.552X3.56X0.000346X(1-0.92) =28.46N根据计算结果，设定电磁铁额定吸力为3Kg,故选择型号为MQ1-3L的电磁铁。4）板弹簧的设计计算板弹簧用金属薄板制成，利用板片的弯曲变形而起弹簧的作用。主要用于载荷和变形均不大，要求弹簧刚度较小的场合。板弹簧因用途各异而制成各种形状。按外形有直片和弯片等；按板片形状有长方形、梯形和阶梯形等；按板片数量有单片和叠片等。在本次设计中，选用单片长方形直板板弹簧，并用螺钉进行固定。板弹簧在不承受载荷时，其曲率不大。因此计算时，可按直板考虑。同时钢板的变形（挠度）与其长度的比值很小，可认为变形过程中载荷的作用方向不变。板弹簧所用钢材一般选用60Si2Mn。（1）板弹簧刚度公式4：（3.7） K弹簧的片数，这里取K=1； b板弹簧的宽度，b=20； h板弹簧的厚度，h=3； l板弹簧的有效长度，l=100； E弹性模量，E=2.1X104N/mm2 a压不紧系数，a=1.25 将数据代入公式： C=1X2.1X104X20X33/(1.25X1003) =9070N/m（2）校核弯曲应力公式4：（3.8）其中，ymax=2a1=2X0.000346=0.000692m=0.692mm 许用弯曲应力（N/cm2）,推荐值=1100N/cm2将数据代入公式： =3X2.1X104X3X0.692/（1.25X1002） =1046N/cm2，满足要求。（3）板弹簧技术要求 i. 板弹簧经过热处理后，硬度为HB375444。 ii. 板弹簧片的金相组织应为回火屈氏体，并应符合有关金相图谱的规定。 iii. 板弹簧每边总的脱碳层深度不应超过以下规定表3.1 脱碳层规定指数弹簧厚度（毫豆）脱碳层深度（%）82.5 iv. 弹簧片不应有过烧、过热，裂纹、氧化皮、麻点、损坏等缺陷，接触面不得有毛刺。 v. 钢板弹簧片的横向扭曲量，以安装中心为基准，测得的偏差不大于钢板宽度的0.8%。5）电子振动给料机的安装要求电磁振动给料机是由电磁铁驱动振动器产生振动，使物料形成层流。所以频率和振幅的设计是关键，既要保证震动效果还要减小噪音。一台设计好的振动机械，振动质量基本上是固定的，影响振动参数特性的因素主要取决于系统的调谐指数和物料运动所引起的阻尼系数。为了利用接近共振时所产生的较大振幅，必须是铁芯和衔铁之间有较大的空气间隙。可是，因为电磁力是和气隙平方成正比的，也就是说气隙越大，电磁力越小。因此选择在合理的调谐指数下工作的给料机能利用共振放大振幅，使其稳定输送物料。电磁振动给料机的安装方式为座式。给料槽呈水平，可满足给料均匀以及一定精度要求。安装时应当使给料槽和振动器在振动方向上自由运动，而不应有任何约束。电磁振动给料机安装时的具体要求： i. 在给料机安装时，通常是整体安装，也就是不拆卸振动器。 ii. 安装后，不论给料机的料槽是水平还是倾斜，横向都应该保持水平。振动系统的调谐：所谓振动系统的调谐就是调整振动系统固有频率使其趋近强迫振动达到谐振。电磁振动给料机的谐振工作点选择在低临界谐振区工作，其谐振指数f/f0=0.850.95,f为强迫振动频率（Hz），f0为振动系统的固有频率（Hz）。根据公式可知改变振动系统弹簧刚度或振动系统质量都可以使固有频率改变。但是机械零件加工后其质量很难改变，所以通常利用改变弹簧刚度的方法调整振动系统的固有频率，从而达到调谐的目的。3.2.2 自动调节装置部件设计随着电子技术和计算机技术的不断发展，现在的机械设备自动化程度越来越高。此次设计的绿豆精选机要求是能够自动调节风选精度，如果风选完的粮食豆类检测没有达到精度98%要求，则要通过自动调节装置的自动调节，使风选的精度提高。1）结构以及几个部件作用它由步进电机、滚珠丝杠、调节挡板、压电传感器、放大器、比较器、驱动器等部分组成。压电传感器的作用是被吹落的粮食豆粒等落到传感器的接料板上，不同流量物料流产生不同的压力。压电传感器将压力信号转换成电信号，送到放大器。放大器的作用是由于先前产生的电信号电压幅值很低，不足以触发驱动电路动作，所以经过放大器将信号放大数千倍，才能够完成触发动作。比较器的作用是被放大后的信号进入比较器电路与设定的标准电平进行比较（标准电平是根据标准流量，由灵敏度调节旋钮设定）。和标准不符的信号将被传送到驱动电路中。步进电机在接受驱动信号后，开始转动。滚珠丝杠的作用是将步进电机的转动转换成水平方向上的移动，滚珠丝杠的传动精度高，产生的移动带动和它安装在一起的调节挡板移动，达到自动调节风选精度的目的。2）工作原理该设备的挡板是可调的，目的是因为挡板的初始位置不一定使风选精度达到要求，通过挡板的调节使得精度提高。当风选精度不到要求时，经过检测装置的信号拾取、放大、比较，驱动步进电动机的转动，通过滚珠丝杠的传动，使得挡板移动适当的距离，这样分成的两股物料流的流量将改变，使得被吹出的轻质杂物坏豆增多，使得加工精度提高。3）步进电动机的选择电动机的功率应根据生产机械所需要的功率来选择，尽量使电动机在额定负载下运行。选择时应注意以下两点： i. 如果电动机功率选得过小就会出现“小马拉大车”现象，造成电动机长期过载使其绝缘因发热而损坏甚至电动机被烧毁。 ii. 如果电动机功率选得过大就会出现“大马拉小车”现象其输出机械功率不能得到充分利用，功率因数和效率都不高，不但对用户和电网不利。而且还会造成电能浪费。（1）选择计算要正确选择电动机的功率，必须经过以下计算或比较：对于恒定负载连续工作方式，可按P=P1/n1n2计算电动机功率：式中负载的功率(即生产机械轴上的功率)Pl(W)，按预想为75Wn1为生产机械的效率，即传动效率；在这里就是齿轮效率，根据手册查得0.960.99，取中间值0.975；n2为电动机的效率，这里取0.81。代入式中：P=75W/(0.975x0.81)=94.97W按上式求出的功率，不一定与产品功率相同。因此所选电动机的额定功率应等于或稍大于计算所得的功率。所以在满足设备需求的前提下，根据功耗及经济性等因素考量，本设备选择额定功率为100W的三相BF磁阻式步进电机55BF003。表3.2 电机主要参数型号主要技术数据外形尺寸步距角最大静转矩Nm最高空载启动频率Hz相数电压V电流A外径mm长度mm轴径mm重量Kg55BF0031.50.718003273557060.6图15 电动机外形示意图4）齿轮的设计计算4（1）选定齿轮类型、精度等级、材料以及齿数 i. 按照设计思想的传动方案，选用支持圆柱齿轮传动。预想工作寿命15年（每年工作300天，每班8小时，每天两班）。 ii. 作为精选机的关键部件，要求有相当的传动精度，所以选择3级精度。 iii. 材料选择，选小齿轮材料为40Cr(调质)，硬度为280HBS,大齿轮为45号钢（调质）硬度为240HBS,两者材料硬度差为40HBS。 iv. 步进电机的步距角，电机脉冲当量,滚珠丝杠的螺距t=5mm,转速范围在300600rpm之间。这里取最大值600rpm。传动中应加一对齿轮进行减速传动，根据齿轮的传动比公式：（3.9） =1.5x5/(0.01x360) =2.083选择Z1=24, Z2=Z1i=50,（2）按齿面接触强度设计由计算公式（3.10）选择载荷系数Kt=1.3；计算小齿轮传递的转矩 T1=95.5x105P1/n1=95.5x105x0.081/600=1289.25 Nmm；选取齿宽系数；查得材料的弹性影响系数ZE=189.8MPa；按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限；计算应力循环次数 N1=60n1jLh=30x600x1x(2x8x300x15)=2.592x108 N2=2.592x108/2.083=1.244x108；查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.90,KHN2=0.95；计算接触疲劳许用应力，取失效概率为1%，安全系数S=1, 1=KHN1/S=0.9x600MPa=540MPa 2=KHN1/S=0.9x550MPa=522.5MPa；计算小齿轮分度圆直径d1t,把中较小的值代入式（3.10） =2.32x =27.339mm；计算圆周速度v v=3.14x27.339x600/(60x1000)=0.86m/s；计算齿宽 b=0.2x27.339=5.47mm；计算齿宽与齿高之比b/h模数 mt=d1t/z1=27.339/24=1.139mm齿高 h=2.25mt=2.25x1.139=2.56mm，b/h=5.47/2.56=2.137；计算载荷系数根据v=0.86m/s，3级精度，查得动载系数Kv=1.1；直齿轮，假设KAFt/b100N/mm，查得KHa=KFa=1.2；查得使用系数KA=1；查得3级精度，小齿轮相对支承非对称布置时 KHb=1.1+0.18(1+0.6)+0.23x10-3b =1.1+0.181+0.6(0.2)20.22+0.23x10-3x5.47 =1.109；由b/h=2.137, KHb=1.109查得KFb=1.2,所以载荷系数 K=KAKVKHaKHb=1x1.1x1.2x1.109=1.464；按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由公式得 d1=d1t=27.339x=28.43mm；计算模数m m=d1/z1=28.43/24=1.18mm；（3）按齿根弯曲强度设计弯曲强度设计公式为（3.11）查得小齿轮弯曲疲劳强度极限FE1=500MPa，大齿轮弯曲疲劳极限 FE2=380MPa；查得弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.85,KFN2=0.88；计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.1，由公式；计算载荷系数K K=KAKVKFAKFb=1x1.1x1.2x1.2=1.584；查取齿形系数得：YFa1=2.65,YFa2=2.32；查取应力校正系数YSa1=1.58,YSa2=1.70；计算达小齿轮的并加以比较 =0.01379 =0.01651可以看出，大齿轮的数值较大；设计计算，将数值代入（3.11） =0.836mm 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承受能力，而齿面疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，所以，可取由弯曲强度计算得到的模数0.836并就近圆整为标准值m=1mm,按接触强度算得的分度圆直径d1=27.34mm,算出小齿轮齿数 z1=d1/m=27.34/1=27.4 取z1=28；大齿轮齿数 z2=iz1=2.1x28=58.8 取z2=60；这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。（4）齿轮几何尺寸计算计算分度圆直径 d1=z1m=28x1mm=28.0mm d2=z2m=60x1mm=60.0mm计算中心距 a=(d1+d2)/2=(28.0+60.0)/2=44mm计算齿轮宽度 b=0.2x28mm=5.6mm取B1=B2=6mm；（5）验算根据验算公式： Ft=2T1/d1=2x1289.25/28=92.09N KaFt/b=1x92.09/6=15.35N/mm100N/mm,所以合适。5）滚珠丝杠的设计4滚珠丝杠副的选择。滚珠丝杠副是该设备中调节挡板位移的传动机构。要求精度高、运动平稳、工作可靠等。采用滚珠丝杠副传动是因为滚珠丝杠副有如下特点：i. 传动效率高ii. 运动具有可逆性iii. 系统刚度好iv. 传动精度高v. 使用寿命长。这里采用的原因主要是因为它传动精度高。这次设计采用的是单螺母式滚珠丝杠副，型号是FC12004-3。（1）设计计算：（3.12）p为螺纹工作面上的压力；p为许用压力，根据设计所需要的低速高精度要求，取18MPa；F为螺杆方向的，这里取9KN；P为螺距，这里是5mm；d

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