大米分级下料装置及其整体结构设计【19张图/11300字】【优秀机械毕业设计论文】
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大米
分级
装置
及其
整体
总体
结构设计
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机械
毕业设计
论文
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文档包括:
说明书一份，31页。11300字。
PPT答辩稿一份。
图纸共19张，如下所示
A0-大米分级机整体总装配图.dwg
A1-下料料斗底盘.dwg
A1-下料料斗盘部装图.dwg
A1-下料装置部装图.dwg
A2-主动轴.dwg
A2-从动轴.dwg
A2-振动电机安装托盘.dwg
A2-整体机架.dwg
A3-传动滚筒部装图.dwg
A4-下料装置机架.dwg
A4-加强筋.dwg
A4-弹簧.dwg
A4-托盘支撑板.dwg
A4-料斗前挡板.dwg
A4-料斗隔板.dwg
A4-机架连接件部装图.dwg
A4-滚筒.dwg
A4-直角钢.dwg
A4-端盖.dwg
摘 要
本设计的设备是基于机器视觉技术的品质检测系统的大米分级装置，分别对下料装置和整体结构进行了改进设计。下料装置从整个设备中独立出来，并改进设计成了具有一定的可调性，针对于多种物料的送料料斗，使物料能一粒一粒依次地落至输送带上。整台设备的动力是由220V、420W交流低速电动机所驱动，且是利用计算机视觉检测系统，模拟人的视觉功能，检测大米的图像信息，然后进行分析和处理，并通过计算机程序对PLC发出指令，操纵气阀的启闭，最终把大米分离成六个等级，从不同的出料口中输出。
关键词：大米分级 品质检测 下料装置 整体结构设计 机器视觉技术
Classification Of Rice Under The Device And
Its Overall Structural Design
Abstract: The design of the equipment is based on the quality of machine vision technology detection system of rice classification devices, respectively, cutting devices and improved the overall design layout. Device under the devices from the whole independent and to improve the design has become a certain adjustable for a variety of materials in the feed hopper, so that materials can be an order to drop to a conveyor belt on. Driving force for the entire piece of equipment is 220V, 420W AC low-speed motor-driven and detected by use of computer vision systems, simulation of human visual function, detection of image information of rice, and then the analysis and processing, and through a computer program to give directions to the PLC , the gate control valve, and ultimately into the merits of the grade separation of rice from different feed the mouth of the output.
Key words: rice classification quality determination cutting device the overall structure design machine vision technology
目 录
1 绪 论 1
1.1 前言 1
1.2 大米概况及其质量等级标准[1] 1
1.3 基于MVT的大米品质检测的发展概况及研究现状[2] 3
1.3.1 国外对大米检测的研究 4
1.3.2 国内大米检测研究现状 4
1.3.3 稻米检测装置的研究简况 5
1.3.4 存在的问题 5
2 总体设计 7
2.1 工作原理 7
2.2 设备的组成 7
2.3 改进前的工作原理图 8
3 各零部件的设计和计算 9
3.1 输送带的设计 9
3.1.1 输送带的速度估算 9
3.1.2 输送带的材料选择与结构设计 9
3.2 电动机的选择[3][4] 9
3.2.1 电动机的功率计算 9
3.2.2 电动机转速n的确定 10
3.2.3 电动机的类型结构及型号的选择 10
3.3 联轴器的选择[6] 11
3.4 轴的设计及校核[3] 12
3.4.1 主动轴轴端直径的确定 12
3.4.2 轴的结构设计 12
3.4.3 轴的校核（按许用弯曲应力校核） 12
3.5 键的选择 15
3.6 轴承及轴承座的选择 15
3.7 传动滚筒的设计 16
3.8 总体支架及外观设计 16
4 下料装置的设计 19
4.1 振动电机的选择 19
4.2 弹簧的设计及计算[4] 20
4.2.1 弹簧的端部结构选择 20
4.2.2 弹簧的设计计算 20
4.3 料斗的设计 23
4.4 下料装置的总体设计 24
5 整体外观设计 25
6 总 结 26
6.1 全文总结 26
6.2 创新点 26
参考文献 27
致 谢 28
- 内容简介：
-
大米分级下料装置及其 整体结构设计 学 院： 工 学 院 姓 名： 雷 泽 剑 学 号： 20050427 班 级： 机制 052班 指导老师： 吴瑞梅 一、前言 民以食为天。大米是一种非常特殊的商品，一日三餐谁也离不开它。自古就从来没人忽视过大米的质量，用质量重于泰山来形容，一点也不过分。随着食品贮藏加工业的发展以及人们生活水平提高，人们对大米的需求从吃饱到吃好，从吃好到吃得健康和营养了。大米的质量优劣将直接影响到人们的健康安全，因此受到各级质量技术监督部门的高度重视和人们的关注。故设计了一种大米分级装置。 二、 总体设计 进前的总体外观图如下 原理示意图 分级机的工作原理 工作时把大米装入料斗中，开动电动机，使滚筒及输送带在电动机的驱动下运转，从而把大米一粒一粒的输送到图像视觉检测装置系统中，通过计算机对所检测到的大米外观大小的图像处理，并向可编程控制器发出指令，操纵气阀的及时开启与闭合。当检测到不同等级大米时，就开启相关气阀通气，依靠气流对大米的冲击力，将该粒大米从相关等级出料口中出料；然而大部分大米通过时，则关闭气阀，让大米随输送带运输至一等品出料口中出料，从而将大米分级。 三、 下料装置的总体设计 振动电机的选择 振动主要是用于减少料斗中的物料堆积在一起，特别是出料口小时，更需要增加振动，以防堵塞出料口。与此同时，使物料处于运动状态，便于胜利地往出料口中送料。在此料斗中的物料重量约为 05此我们选择 参数为：电压 220V，电流 次为 2750r/振力为 05 弹簧的设计 由于设计要求端圈与弹簧轴线的垂直性要好，且与支撑座的接触要好，有较高的工作稳定性，再根据工作要求，则选用冷卷压缩弹簧 Y 型，两端圈并紧并磨平，支撑圈数 n = 1于乘受载荷较大，要求各圈受力分析均匀。 圈数为 22，节距为 簧中径为 25，簧丝直径为 3，材料为 65 料斗的设计 根据工作要求及设计要求，料斗的出料口应具有一定的可变性，即其宽度和高度均由一定的调节范围，以适应多种物料的检测分级。由于在检测大米时，要求米粒一粒一粒依次送至输送带上，则落料口较小，很容易堵塞，在此除了安装了微型振动电机外，还在接近出料处设计了一段圆弧。以控制近口处只留有一粒米的空间，而其它米粒在振动及圆弧的作用下，会退居圆弧以外，达到防堵的作用。材料选用不锈钢。再由平时关注及老师指点，其外观结构设计如图所示： 下料装置机架的设计 该机架是由长度分别为 16254160图所示 四、整体结构设计 五、其它各零部件的设计 输送带的设计 根据实际工作环境，选用乙丙橡胶（ 。其特点为：密度小、成本低、耐化学稳定性好、耐臭氧、耐老化性能优异、耐热温度高达 150 ，宽为 280为4为 5000 电动机的选择 电动机的类型和结构形式要根据电源、工作条件 (温度、空间、尺寸等 )和载荷的特点来选择。在此设计中的机械设备要求电动机具有良好的启动性能，同时也能够频繁启动和停止，且具有转动惯量小和过载能力大的特点，最主要的是电动机能以低转速大转矩来直接驱动设备。最终选用了 安装形式为 中性能参数为： 额定转速： 11 r/ 额定转矩： 260 N m ； 额定输出功率： w ； 额定电流： 。 轴器的选择 联轴器的规格根据负荷情况、计算转矩、轴 端直径和工作转速来选择。由电机的转速乘工况系数及输出轴端直径参数可以选用刚性套筒联轴器 型。 的结构设计 由于该设计中的主动轴是与电动机通过联轴器直接相连，则可按照电机的输出端轴径或联轴器的允许直径系列来确定，因此可取其直径为 35 其结构如图 的选择 轴与传动滚筒、轴与联轴器的连接均采用普通平键连接。 （ 1）根据轴径 d=35用普通平键 0度为 40料为40 （ 2）根据轴径 d=40用普通平键 2度为 20料为40 承及轴承座的选择 经查阅网上资源，选用带立式座顶丝外球面轴承，它常采用于采矿、冶金、纺织、输送机械等，适用于要求设备及零部件简单的场合，具有一定调心性、易于安装、具有双重结构的密封装置，可以在恶劣的环境下工作。结构形式多样、通用性和互换性好。根据轴径选用 传动滚筒的设计 根据需要，两个滚筒均采用 构简单，成本较低，易于加工，具体结构如图所示： 体支架设计 该支架主要用来承受上面各个零部件的重量以及安装电动机及各零部件，其总长为 2430高为 1530高为 870总体结构如图所示： 敬请各位老师批评指正 谢 谢！ 学校代码： 10410 序 号： 20050427 本 科 毕 业 设 计 题目： 大米分级下料装置及其整体结构设计 学 院 ： 工 学 院 姓 名 ： 雷 泽 剑 学 号 ： 20050427 专 业 ： 机械设计制造及其自动化 年 级 ： 2005 级 （ 2）班 指导教师 ： 吴 瑞 梅 二 年 五 月 大米分级下料装置及其整体结构设计 摘 要 本设计的设备是基于机器视觉技术的品质检测系统的大米分级装置，分别对下料装置和整体结构进行了改进设计。下料装置从整个设备中独立出来，并改进设计成了具有一定的可调性，针对于多种物料的送料料斗，使物料能一粒一粒依次地落至输送带上。整台设备 的动力是由 220V、 420是利用计算机视觉检测系统，模拟人的视觉功能，检测大米的图像信息，然后进行分析和处理， 并通过计算机程序对 出指令，操纵气阀的启闭，最终把大米分离成六个 等级，从不同的出料口中输出。 关键词： 大米分级 品质检测 下料装置 整体结构设计 机器视觉技术 f of is on of of to a a of in so be an to to a of 20V, 420W AC by of of of of a to to of of of 目 录 1 绪 论 . 1 言 . 1 米概况及其质量等级标准 1 . 1 基于 大米品质检测的发展概况及研究现状 2. 3 国外对大米检测的研究 . 4 内大米检测研究现状 . 4 稻米检测装置的研究简况 . 5 存在的问题 . 5 2 总体设计 . 7 作原理 . 7 备的组成 . 7 改进前的工作原理图 . 8 3 各零部件的设计和计算 . 9 输送带的设计 . 9 输送带的速度估算 . 9 输送带的材料选择与结构设计 . 9 电动机的选择 34 . 9 电动机的功率计算 . 9 动机转速 n 的确定 . 10 电动机的类型结构及型号的选择 . 10 联轴器的选择 6 . 11 的设计 及校核 3 . 12 动轴轴端直径的确定 . 12 的结构设计 . 12 的校核（按许用弯曲应力 校核） . 12 键的选择 . 15 轴承及轴承座的选择 . 15 动滚筒的设计 . 16 体支架及外观设计 . 16 4 下料装置的设计 . 19 动电机的选择 . 19 簧的设计及计算 4 . 20 簧的端部结构选择 . 20 簧的设计计算 . 20 斗的设计 . 23 料装置的总体设计 . 24 5 整体外观设计 . 25 6 总 结 . 26 文总结 . 26 新点 . 26 参考文献 . 27 致 谢 . 28 大米分级下料装置及其整体结构设计 1 1 绪 论 言 民以食为天 。 大米是一种非常特殊的商品，一日三餐谁也离不开它。自古就从来没人忽视过大米的质量，用质量重于泰山来形容 ， 一点也不过 分 。 随着食品贮藏加工业的发展以及人们 生活水平提高，人们对大米的需求从吃饱到吃好，从吃好到吃得健康和营养 了。 大米的质量优劣 将直接影响到人们的健康安全， 因此 受到各级质量技术 监督部门的高度重视 和人们的关注 。 然 而中国目前由于整体大米加工水平不高， 在实际生产和加工过程中仍存在着许多质量问题及其解决的技术问题（如：如何 去除大米中的异色粒和有色杂质，保证大米的纯度；如何来分出大米中的碎米以及检测出大米的裂纹，提高大米的整米率等等） 。 由于这些问题的存在，因而大大降低了大米在市场上的经济价值。这些问题都有待于尽快解决，而且将大米按品质或转化产品的不同分级后流向市场出售 必成为今后的发展趋势之一。 因此人们便能在等量的情况下获得更高的经济效益。 目前我国稻谷产后加工技术还处于薄弱环节，较 之国外差距较大。 传统的检测方法以人工检测为主，主观性强，精确度低，可重复性差，严重制约和影响了国家“优质大米标准”在实际生产中发挥其应有的作用，不仅造成了生物资源的巨大浪费，同时也挫伤了农民的生产积极性。而具有该功能的进口仪器则大多价格昂贵，不适宜在我国推广应用。 随着人们生活水平的提高、粮食消费结构及方式的改变和科技进步，稻谷优质品种的开发 ， 产后的精、深加工，已成为发展现代化农业及国民经济的主要内容之一，如能引进和借鉴国内外的先进技术设备和经验，搞好这一社会经济工程，既可以增加经济效益，同时具有良好的社会效 益。稻谷精深加工前景十分广阔。 为此， 基于计算机系统检测的大米分级机设备的研发和创新改进就紧迫的向我国设计 技术人员提出挑战。 这次毕业 设计课题就是迎合了这种需求。通过查阅众 多参考文献，我们终于初步 改进设计了 一套基于计算机视觉 检测系统 的优质大米分级装置 。整台设备的动力是由 220V ， 500W 交流 低 速电动机驱动 的， 且该 设备的技术核心主要是利用计算机视觉系统，模拟人的视觉功能，检测 大米的图像信息，然后模拟人的大脑进行识别，通过对所检测到的大米图像信息进行处理后，计算机立即 对可编程控制器发出指令，进而通过可 编程控制器（ 气阀的直接操纵控制，最终把大米的分离成 六个 等 级。 米概况及其质量等级标准 1 大米分级下料装置及其整体结构设计 2 大米是水稻的种子，稻谷经脱壳、去糠等工艺加工后得到的最终产品。 大米的产地分布很广，产量也很大，而其中的 90又集中在亚洲地区。我国和东南亚各国是大米的主产区，年产量我国居世界第一，达到 世界总产量的1/3；其次是印度、印度尼西亚、孟加拉、泰国、越南、缅甸、菲律宾和日本等国。大米年世界总产量约 5 亿吨；年贸易量约 2000 万吨，大米的出口国主要是泰国（约 500万吨）、印度（约 400万吨）和 美国（约 300万吨），其次是越南和缅甸。大米的进口国较多，达 100 多个，但进口量都不大，年进口量超过 100万吨的国家有：巴西、印尼、伊朗和中国，其次是古巴、法国、德国、印度、俄罗斯等国。 在我国，自建国以来，大米一直是主要的出口商品， 60年代初平均年出口量为 660 万吨， 65 年至 71 年增至 1360 万吨， 72、 73 两年年平均出口量达到创记录的 2300 多万吨； 80 年代以来，由于人民生活提高和饮食结构发生变化，导致大米消费大增，年出口量逐步下降，并首次于 88年，进口了 31万吨大米，至 1995年，中国大米的出口量减至 5万吨，而进口却猛增到 165万吨，使我国由大米的净出口国变成净进口国。 96年至 97年，由于国内大米丰收，我国才又恢复出口。 糙米的形态与稻粒相似，多为椭圆形或细长形；表面光滑，具有蜡状光泽，正常糙米呈乳黄色，也有的呈白色、黄色、半透明黄白色等，少数为红色或紫黑色；糙米表面有五条纵向沟纹，其中背部正中的一条叫背沟，这些沟纹的深浅，决定着成品大米的出米率，因为碾米就是要碾去糙米表面的皮层，而纵沟内的皮则很难全部碾去，沟纹越深，越难碾，出米率越低。目前鉴别大米的精度，就是以米粒表面及沟纹内留存皮层的多少来鉴定的。 我国稻谷产区广、产量大、品种多，所以其分类方法也不尽一致。根据国家标准，大米按稻谷的粒形和粒质分为三类： （）籼米：用籼型非糯性稻谷制成的米。米粒一般呈长椭圆形或细长型，按其粒质和稻谷的收获季节分为以下两种： ）早籼米：腹白较大，硬质粒较少； ）晚籼米：腹白较小，硬质粒较多。 （）粳米：用粳型非糯性稻谷制成的米，米粒一般呈椭圆形，按其粒质和稻谷的收获季节分为以下两种： ）早粳米：腹白较大，硬质粒少； ）晚粳米：腹白较小，硬质粒多。 概念解释：大米腹白 指粳性大米的角质胚乳在腹部或米心部位出现的乳 白色不透明现象，也叫心白。这种大米，米粒结构疏松，硬度低，加工时易出碎米，品质较差。腹白明显的米粒俗称白垩粒。 大米分级下料装置及其整体结构设计 3 表 1 2 1各等级大米质量标准 等级 特等 标准一等 标准二等 标准三等 加工精度 从略 从略 从略 从略 不完善粒 % 大限度杂质 总量 % 早籼、晚籼、早粳、籼糯、粳糯 粳 中糠粉 % 物质 % 壳稗粒粒 /g 早籼、晚籼、早粳、籼糯、粳糯 20 50 70 90 晚粳 10 20 30 40 稻谷粒粒 /g 早籼、晚粳、籼糯 8 12 16 20 晚籼、早粳、粳糯 4 6 8 10 碎米 % 总量 % 早籼、籼糯 35 晚籼、粳糯、早粳 30 晚粳 15 其中小碎米 % 早籼、籼糯 籼、早粳、粳糯 粳 分 % 早籼、籼糯 粳、粳糯 籼 14 粳 泽、气味 正常 (注：各类大米中的黄粒米限度为 ) 基于 大米品质检测的发展概况及研究现状 2 机器视觉技术 (简称 ) 是以图像处理技术为核心 ,用计算机技术实现人的视觉功能 ,用人工智能技术、信息处理技术对图像进行分析 ,以获得研究对象所需的信息。 传统大米检测多采用抽样方法 ,人工测量和目测 ,步骤繁琐 ,速度慢 ,劳动强度大 ,且检测结果主观性强 ,一致性差。随着计算机性价比的不断提高 ,机器视觉检测技术的应用正在推广 ,尤其在农 产品品质检测领域大米分级下料装置及其整体结构设计 4 有着广阔的应用前景。和人工检测技术相比 ,机器视觉检测技术具有速度快、精度高、重复性好等优点 ,利用机器视觉分级代替人工检测 ,是自动化分级发展的必然趋势 。 国外对大米检测的研究 机器视觉技术起源于 20 世纪 60 年代 ,进入 70 年代 ,在理论和应用上都得到了长足的发展 。在应用于谷物外观品质检测方面 ,国外的研究成果很多 ,由于不同国家的饮食结构不同 ,欧美国家对小麦和玉米的研究较多 ,对稻米的研究较少 ,少数亚洲国家如日本、泰国、韩国对稻米的研究较多。 从 20 世纪 80 年代开始 ,国外学者 开始把 应用于大米识别和分级的研究中。国外目前的研究主要分为两种 : 对大米加工精度检测。对大米质量检测和分级。日本大学森岛博教授从 1983 年开始对机器识别大米质量和分级进行广泛的研究。研究了同品种大米中整粒、碎粒、异色粒、有裂痕粒的识别和分级方法 ,以及不同品种大米的识别方法 ,并形成了一整套理论体系 。 2000 年 N 等运用范围估计 ( 、神经网络、 法 3 种在线分类方法对大米质量进行检测。在线分类最高记录是 1 200 粒 / 准确 率 91 %。 内大米检测研究现状 我国学者从 20 世纪 90 年代开始运用 对大米品质进行检测。我国大米的品质特征分为外观品质、加工品质、食用品质 (即蒸煮和营养品质 ) 及储藏品质。应用 对大米品质检测主要集中在外观品质、加工品质、食用品质 ,应用最多的是外观品质和加工品 （ 1） 基于 的大米外观品质检测 ： 外观品质检测参数主要有外形轮廓、垩白、黄粒米、粒型。大米样品图像获取一般采用扫描仪或数码照相机 ,根据传统抽样方法取 100 粒样品进行静态图像采集 ,背景采用黑色。 1） 外形轮 廓检测 ： 包晓敏分别用 s 算子、 子、 t 算子、模块匹配法和快速模糊边缘检测法对大米轮廓进行边缘检测 ,通过对大米图像的分割实验 ,验证了快速模糊边缘检测最有效。刘光蓉用扫描仪获取大米图像 ,通过改进的直方图均衡化算法对大米图像增强 ,利用八领域分析法提取大米轮 。 2） 垩白检测 ： 垩白是衡量大米品质的重要参数之一 ,通常用垩白度、垩白粒率、垩白大小等描述大米垩白状况。其中垩白度是优质稻米 4 个定级指标之一 ,因此近年来 ,对大米垩白检测较多。 3） 黄粒米检测 ： 黄粒米是评定稻米等级的一个 重要指标。尚艳芬根据 度学原理分析了黄粒米色度 。 凌云等选用 型中的 H 分量进行黄粒米检测 。 孙明等则采用面向彩色处理的 型。 4） 粒型检测 ： 粒型即大米米粒长宽之比。我国稻米标准中对此要求很少 , 只大米分级下料装置及其整体结构设计 5 在优质籼稻米分级中提出粒型 218 。国内学者也是近几年才开始这方面的研究。侯彩云计算粒型方法为 :计算大米轮廓中距离最大的两个点的距离作为米粒长度求出粒长所在直线方程 A x + B y + C = 0 。凌云研究了一种基于极坐标的粒型检测方法 ,将米粒近似为椭圆形 ,粒长、粒宽分别为椭圆长、 短轴长度 ,这样可以简单快速计算区域的长短轴大小 ,实现粒型的检测。 （ 2） 基于 的大米加工品质检测 目前采用 对大米加工品质的检测研究主要在加工精度、整精米率两个方面。 1） 加工精度检测 ： 我国 86大米标准中是按加工精度对大米分级 ,可见对大米加工精度检测的重要性。传统检测主要是通过直接比较和染色法进行感官评价。许俐等 通过计算机图像处理技术与色度学理论相结合 ,采用日本 色法 ,研究染色后大米的胚乳、皮层及胚芽所呈现的不同颜色特征和区分方法 ,通过计算胚乳面积占样本总面积的 百分比来得到加工精度。目前利用机器视觉对大米加工精度的检测需要对大米进行染色处理 ,离检测自动化还有一段距离。而国外学者在 1994 年就利用大米灰度值来测定加工精度 ,实现了大米加工精度的无损检测。 2） 整精米率检测 ： 整精米率是 1999稻米标准中新增的评价指标之一 ,目前对该方面的研究较少。尚艳芬等开发了一个整精米识别系统 ,可自动识别整精米和碎米。 稻米检测装置的研究简况 在谷物检测装置的研究方面 ,国外起步较早 ,目前已有商品化仪器 ,如瑞典 司的 1625 型自动化谷物品质分 析仪 ,日本株式会 学研究所的米谷粒判别器。但这些仪器价格昂贵 ,很难在国内推广。在我国众多学者研究专门实现一种大米品质参数检测的基础上 ,有些学者开始研究可实现多种品质参数检测为一体的软件系统和硬件装置。如侯彩云 开发出一套计算机图像处理系统软件专门用于优质稻米分级指标整精米率、垩白粒率、垩白度、粒型等参数 ,系统采用扫描仪获取图像 ,使用 + 610 为开发工具。张巧杰在此基础上研究了一套稻谷品质快速检测装置 ,不但实现了大米外观品质 (垩白度、垩白粒率 ) 的检测 ,还实现了大米营养品 质 (直链淀粉含量 ) 检测。本装置采用激光光源进行大米直链淀粉含量检测 ,精度达 + 1 % ,采用 像机对垩白度、垩白粒率检测 ,精度分别为 + 1 %、 + 2 %。目前国内这些检测装置离商业化还有一段距离。 存在的问题 稻谷品质检测中的应用时间不长 ,要达到生产自动化 ,实现在线检测 ,还需要解决很多问题 ,主要表现在 : 在已有的大米品质检测中 ,大多属于静态检测系统 ,虽然目前已有准动态系统 ,可实现样品的自动进样和分级功能 ,但图像采集时谷物与摄像机仍保持相对静止 ,实际采集的还是静态图像。生 产过程中采集到的大米分级下料装置及其整体结构设计 6 图像应该是动态的多个大米图像 ,增加了处理和分析的复杂性 ,目前还没解决从快速运动农产品中提取有效图像信息并对其校正的技术问题 ; 已有的检测算法对大米摆放方向要求比较高 ,实际大米摆放是随机的 ,检测算法不能受米粒摆放方向影响。已有算法不能满足要求 ,限制了实用性。目前图像处理多采用灰度图像 ,某些参数可能无法识别 ,建议今后尝试彩色图像、多频图像处理进行特征识别。 大米分级下料装置及其整体结构设计 7 2 总体设计 这次所设计的设备总长约 3000高 1530宽 设备具有快速、准确、高效、可操作性强等特点。 作原理 工作时把大米装入料斗中，开动电动机，使滚筒及输送带在电动机的驱动下运转，从而把大米输送到图像视觉检测装置系统中，通过计算机对所 检测到的大米图像处理 ，并向可编程控制器发出指令，操纵气阀的及时开启与闭合。当检测到不同 等 级 大米时，就开启 相关气阀通气，依靠气流对大米的冲击力，将该粒大米从相关出料口中出料；然而大部分 大米通过时，则关闭气阀，让大米随输送带运 输至一等品出料口中出料，从而将大米分级。其原理示意图如 2 备的组成 (1) 输送带 在该设备中起到拽引和连续不断输送大米的作用 ,其材料采用乙丙黑色橡胶材料。 (2) 驱动装置 是该设备中动力输送部分，由安装在支架上的调速电动机和连轴器组成。 (3) 传动滚筒 是该设备中动力传递的主要部件，输送带借其与滚筒之间的摩擦力而运行。 (5) 装料斗 用来装载大米，使大米能连续不断地掉落在橡胶输送带上，同时该装置上还具有调节机构，能够控制大米往橡胶输送带上掉落的流量，且可以针对比大米体 积稍大的其他物料的输送。 大米分级下料装置及其整体结构设计 8 计算机控制系统橡胶输送带输送带张紧机构可编程控制器控制阀分离装置图象检测装置进料斗传动滚筒(6) 大米图像信息检测装置 这是该设备的技术核心，大米在该装置中被检测，其所采集到的生物图像信息在计算机中被处理分析。 (7) 大米等级分离装置 此设备中设计了两个大米输出端口 ，在计算机的控制操纵下最终把大米分成六 个等级（通过计算机对所采集到的大米图像信息进行 处理并发出控制信号，控制气阀的及时开启与闭合，从而把大米分成了六 个等级级别）。 改进前的工作原理图 图 2改进前原理示意图 大米分级下料装置及其整体结构设计 9 3 各零部件的设计和计算 输送带的设计 输送带的速度估算 由于输送带是用来输送大米供计算机检测 。若检测系统每秒能检测六行左右的大米，则可估算出输送带的速度 V： V = 行距 * 行数 = = m/s 带的输送量 Q: Q = 6 * 3600 = 21600 粒 /s 输送带的材料选择与结构设计 经 查阅 3，并根据实际工作环境，选用乙丙橡胶（ 料。其特点为：密度小、成本低、耐化学稳定性好、耐臭氧 、耐老化性能优异、耐热温度高达 150。其 横 截面尺寸如图 3（宽为 280为 4 图 3输送带的截面示意图 输送带的长度 L = D + 2a = 2 4942 为 5米； 其中： D 滚筒直径，设计值为 300 mm a 两轴中心距，设计值为 2000 电动机的选择 34 电动机的功率 计算 （ 1） 驱动装置的总效率1 2 3 4 其中： 1 联轴器效率，取值为 带座轴承效率，取值为 输送带的传动效率，取值为 米分级下料装置及其整体结构设计 10 4 滚筒的传动效率，取值为 入数据得 = 2） 电动机额定功率由 1000 得 1000w 其中： 电动机的实际输出功率， F 橡胶输送带的运行阻力，估算为 2000 N； V 输送带的速度， m/s； 代入数据得 w再由 *k P，其中 3查得并取值为 电动机转速 根据设计要 求及实际，其中的滚筒半径 50 n = 6 0 6 0 * 0 . 1 52 2 * 3 . 1 4 * 0 . 1 5= r/ 电动机的类型结构及型号的选择 电动机的类型和结构形式要根据电源、工作条件 (温度、空间、尺寸等 )和载荷的特点来选择。在此设计中的机械设备要求电动机具有良好的启动性能，同时也能够频繁启动和停止，且具有转动惯量小和过载能力大的特点，最主要的是电动机能以低转速大转矩来直接驱动设备。 经查阅资料 5,系列电机和 谐波 齿轮传动技术的机电一体化产品，它突破了传统的电机加减速机的传动模式，能以低转速大转矩直接驱动要求低转速的机械。它的输出转速通常为 100r/低可达到 此不需减速机便可直接驱动设备运行。其电机的体积相当于同类型普通电机，由于它的输出轴要承受较大的扭矩，通常其直径比较粗（相似于普通电机的输出轴直径）。 标准电动机的容量由额定功率表示，所选用的电动机的额定功率应等有或稍大于工作要求的功率。容量小于工作要求，则不能保证工作的机械正常地进行工作，同时还会使电机长期过载，发热大而过早损 坏。当然电机容量也不能过大，大米分级下料装置及其整体结构设计 11 过大则会增加成本，并由于效率和功率因数低而造成浪费。 综合上述要求及计算结果，最终选用了 安装形式为 图 3 图 3 电机 其中性能参数 为： 额定转速： 11 r/ 额定转矩： 260 N m ； 额定输出功率： w ； 额定电流： 。 安装尺寸如 图 3示： 图 3机安装尺寸 图 联轴器的选择 6 联轴器的规格根据负荷情况、计算转矩、轴端直径和工作转速来选择。由电大米分级下料装置及其整体结构设计 12 机的转速 乘工况系数 及输出轴端直径参数可以选用刚性套筒联轴器型，标记为； 轴器 32 5635 47 5843 轴的设计及校核 3 动轴轴端直径的确定 由于该设计中的主动轴是与电动机通过联轴器直接相连，则可按照电机的输出端轴径或联轴器的允许直径系列 6来确定，因此可取其直径为 35 的结构设计 因该轴主要承受转矩，从强度方面及实际工作条件 来考虑，应选用圆截面。选择轴的材料 为 40调质处理，其结构采用阶梯轴，有助于轴上定位可靠、拆装方便。为了不过分削弱轴的疲劳强度，截面变化不要太大，且过渡 圆角不宜过小。另外轴上的键槽的方向应相互一致。其结构如图 3示： 图 3主动轴结构示意图 的校核（按许用弯曲应力校核） (1)对轴的简单受力分析 简化过程：将轴承对轴的支撑反力简化为集中力通过轴承载荷作用于轴上。通过对轴零件的作用力分析，轴受到得力包括轴承的支撑反力、输送带及滚筒所施加的力、电动机通过联轴器产生的转矩，如图 3示： 大米分级下料装置及其整体结构设计 13 （ 2） 计算水平面上的剪切力和弯矩，画出剪切图、弯矩图，并找出危险截面 7 剪切力： 000 N ; 2000 N F 点弯矩： 2052F= 205 Ng m 剪切图及弯矩图如下： 大米分级下料装置及其整体结构设计 14 （ 3） 计算竖直平面上的剪切力和弯矩，画出剪切图、弯矩图，并找出危险截面 7 剪切力： 732 N ; 3464 N F 点弯矩： 2051F= 355 Ng m 剪切图及弯矩图如下： （ 4） 计算转矩 T = 9550 340 a 取 102 Ng m (5) 校核轴的强度 从图中知 F 截面为危险截面， 根据第四强度理论的强度条件22111 0 . 7 5 ，其中查表 知 1 75 ，查表 知 W = 3 d ，则 F 截面的当量弯曲应力 2 2 2 2 2 21330 . 7 5 2 0 5 3 5 5 0 . 7 5 1 0 20 . 1 ( 4 0 1 0 )F H F 大米分级下料装置及其整体结构设计 15 = b所以轴的结构和尺寸均符合要求。 (由于从动轴和主动轴结构一样，除了左端起 65要外，则该轴也符合要求 ) 键的选择 轴与传动滚筒、轴与联轴器的连接均采用普通平键连接。 （ 1）根据轴径 5手册 6标准，选用普通平键 A 型截面尺寸为 10 8键，长度为 40料为 40 （ 2）根据轴径 0手册 6标准，选用普通平键 A 型截面尺寸为 12 8键，长度为 20料为 40 轴承及轴承座的选择 经查阅网上资源 8，选用带立式座顶丝外球面轴承，它常采用于采矿、冶金、纺织、输送机械等， 适用于要求设备及零部件简单的场合，具有一定调心性、易于安装、 具有双重结构的密封装置，可以在恶劣的环境下工作。结构形式多样 、通用性和互换性好。根据轴径选用 号，其外观如图 3示： 图 3带立式座顶丝外球面轴承 其性能参数及安装尺寸如图 3示： 大米分级下料装置及其整体结构设计 16 图 3性能及安装尺寸 动滚筒的设计 根据需要，两个滚筒均采用 材焊接而成，结构简单，成本较低，易于加工，具体结构如图 3示： 图 3筒结构图 体支架及外观设计 大米分级下料装置及其整体结构设计 17 设计的支架是一个联接件，其材料选用 60 方柱铝型材 9,结构及 截面 形状 如图 3示： 图 3 60 方柱铝型材 起联接和固定的附件如图 3示： 图 3固定联接件 该支架主要用来承受上面各个零部件的重量以及安装电动机及各零部件 ，其总长为 2430高为 1530宽为 870其总体结构如图 3示： 大米分级下料装置及其整体结构设计 18 图 3支架结构图 外观设计（融合了光照箱），其材料 选用不锈钢薄皮板，其效果如图 3示： 图 3外观效果 大米分级下料装置及其整体结构设计 19 4 下料装置的设计 动电机的选择 振动主要是用于减少料斗中的物料堆积在一起，特别是出料口小时，更需要增加振动，以防堵塞出料口。与此同时，使物料处于运动状态，便于胜利地往出料口中送料。在此料斗中的物料重量 约为 05右，因此我们选择 列微型振动电机 10,该系列电机具有重量轻、体积小、激振力调整方便、绝缘等级和防护等级高、使用寿命长等特点。外观如图 4示： 图 4列微型振动电机 由于该设备工作电压为 220V，因此选择 220（单相） 号微型振动电机，其技术数据和安装外形尺寸如图 4示： 大米分级下料装置及其整体结构设计 20 图 4技术数据、 安装及外形尺寸 簧的设计及计算 4 弹簧的端部结构选择 由于设计要求端圈与弹簧轴线的垂直性要好，且与支撑座的接触要好，有较高的工作 稳定性，再根据工作要求，则选用冷卷压缩弹簧 端圈并紧并磨平，支撑圈数 1于乘受载荷较大，要求各圈受力分析均匀及d 簧的设计计算 据工作情况，要求弹簧中径 5启动时弹簧受力1 25最大工作载荷2 100工作行程 h=30作用次数大于 610 次。 （ 1） 材料选择 根据 工 作情况 属类载荷，材料选用 65 C 级，由表 得 =340表 =79 310 （ 2） 求簧丝直径 1、外径 D 由已知 5式（ 得 222
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