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惯性 红枣 分级 设计

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惯性式红枣分级装置的设计孙国良、李宜峰（塔里木大学机械电气化工程学院，新疆 阿拉尔 843300）摘要：针对新疆南疆地区红枣种植面积逐年扩大，已形成规模化种植的趋势，红枣产量也比较高。但在机械分选红枣的过程中，混级率依然比较严重，所以设计了一种惯性式红枣分级装置。该机采用双曲柄机构作为惯性输出装置，可将形状不同的红枣按指定要求进行分级分选。机械结构主要由喂料装置、分级装置、卸料装置几部分组成，整体机构紧凑，操作简单易行，维护方便，而且在经过适当调整后可进行其他干果的分级分选，可达到一机多用的效果。关键词:农业机械； 红枣分级； 惯性式；设计中图分类号: 文献标识码： 文章编号：0引言随着农业产业结构的调整，区域型农产品已成为带动当地农民经济收入的主要产业之一。红枣在我国已有悠久的种植历史，但由于区域性自然资源的限制，导致国内红枣品质不一。经过近些年的种植经验，发现新疆地区非常适合红枣的种植，尤其是新疆南疆地区有着优质的光热资源，很适合红枣的生长。种植出的红枣果大肉甜，品质极佳，很受消费者的欢迎。红枣传统的食用方法是以鲜枣和干枣为主，但近些年来，随着国民经济水品的提高也逐渐改变了人们的消费理念和消费水平，红枣的食用方法根据人们各自的需要也各不相同。这样就带动了红枣精加工企业的发展，而在红枣加工过程中，红枣的分级是一个重要的环节，无论是鲜枣收购、贮藏保鲜、还是红枣制干、定量包装等，作为红枣商品化加工的第一步就是对红枣进行分级分选。机械式红枣分级设备已逐渐普及，使得红枣加工生产效率大大的提高。但现有的红枣分级机械，依然存在一些问题，在红枣分选过程中混级率较大，有时还会出现伤果等现象。本设计着重针对原有红枣分级机械中存在的这些问题，加以改进，设计了惯性式红枣分级装置。1设计原理及机构1.1设计原理 惯性式红枣分级机是将不同外形尺寸大小的红枣按照惯性原理进行分级筛选的机械，该机械可以将红枣按指定要求分为四个等级，红枣在平面筛上运动时，直径比筛网间隙小的将通过筛网进入下一层平面筛，而直径比筛网间隙大的红枣将停留在筛网上，随筛网运动，由于机构的急回特性，当平面筛运功到一端瞬时停止原有运动，反方向急回运动，但红枣在惯性力的作用下依旧拥有保持原有运动的趋势，继续沿惯性力的方向运动，当平面筛的筛面做周期性往复运动时，有可能使物料在筛面上出现四种不同情况：（1） 物料沿筛面倾斜方向向下滑动，并与筛面接触，或称正向运动。（2） 物料沿筛面倾斜方向向上滑动，并与筛面接触，或称反向运动。（3） 物料跳离筛面，并沿筛面不多向前做抛物线运动。（4） 相对静止，物料与筛面无相对运动，这种情况因避免出现。一般对筛子采用（1）、（2）相结合的运动状态作为筛选工作条件，且要求正向移动必须大于反向移动，才能正常工作。该机械在工作时操作方便，分级效果显著，混级率较低，在筛选过程中，不会出现伤果现象，自身结构简单，修理维护容易，成本低。1.2总体设计惯性式红枣分级机结构示意图如下：1.传动轴 2.主动链轮 3.主动曲柄 4.铰链座 5.从动链轮 6.短连杆 7.长连杆 8.滑块 9.导轨 10.上层分级筛 11.中层分级筛 12.卸料斗 13.下层分级筛图1 惯性式红枣分级装置该机械由功率为3kW的电机驱动，工作时电机将驱动力通过传动轴传递给主动曲柄，主动曲柄做匀速圆周运动，从动曲柄随着主动曲柄做变速圆周运动，并带动长连杆和平面筛做来回往复运动将筛面上的红枣进行分级。中层筛和上层筛通过从动链轮带动从动轴同理做来回往复运动，分选出来的红枣在惯性力的作用下由卸料口卸下。本机整体由三部分组成，即双曲柄机构、筛选机构、卸料部分组成。双曲柄机构主要是将电机的驱动力转换为平面筛做来回往复运动的惯性力。筛选机构是有三层平面筛组成，其作用是将不同形状的红枣按要求分为四个等级。卸料部分的作用是将分选出来的红枣从平面筛上卸下，完成分级分选过程。2.主要技术参数外形尺寸/mm 平面筛尺寸/mm 曲柄转速 r/min 120生产率 kg/min 20驱动电机： 3KW 1500r/min3主要部件的设计3.1双曲柄机构的设计（1）速度变化系数K 如图2所示，在曲柄回转一周的过程中有两次与机架平行的位置，此时主动曲柄与从动曲柄瞬时角速度相等。当连杆从第一个平衡位置运动到第二个平衡位置时，主动曲柄转过的角度，从动曲柄转过的相应角度为。根据运动分析可知，在区间(,) 内, 从动曲柄的类角速度 ( 即 ) , 称为慢转阶段; 在其余区间(,) 内, ( 即) , 称为快转阶段。定义从动曲柄快转阶段与慢转阶段平均角速度之比为双曲柄机构的速度变化系数K 。系数K 表示从动曲柄的速度变化程度, 它是机构传动性能的一个重要指标。图2如图2 所示。分别过 和点作线段 和 的平行线交机架AD 的延长线于F 和G 点。为了便于计算, 取机架长度d = 1。依据图示的几何关系可得:，则速度变化系数k 的计算公式为（2）双曲柄机构计算 如图2所示, 在双曲柄机构中, 主动曲柄与机架的两次共线位置 和 是传动角的两个极小值位置, 对应的传动角分别记为 和, 在快转阶段中, 而 在慢转阶段中。根据机构的工作状况, 常常会提出不同的 和。如果= 则称双曲柄机构为最佳传动双曲柄机构。采用相对尺寸表示机构, 即设机架长度。此时, 机构共有三个参数可选择。由余弦定理可得: 公式( 3) 提供了两个约束, 因此机构只有一个参数可以自由选择。设c 为变量, 由公式( 3) 解得:式中, 在双曲柄机构中, 机架d = 1 是最短构件。因此b 和c都大于1。如果c 2/ E ,分母大于0, 分子中带根号项的绝对值大于前一项的绝对值。所以, 根号前的符号只能取正号。即 如果c 2/ E , 式中的分母小于0, 分子中带根号项的绝对值小于前一项绝对值。要保证b 大于0, 就必须保证F 大于0, 即 。公式( 4) 根号内的代数式必须大于或等于0。由此可解得两组根 和，二组根不符合双曲柄机构存在条件,所以应当舍去。此外, 考虑到机构尺寸因素, 根号前面的符号推荐使用+号,这样使机构结构紧凑。综上所述, 设计的使用条件为:如果 且如果 利用与是单调减函数的特性, 当给定 时, 用简单迭代法( 一元方程求根方法) 很容易求出c 值。下面是根据区间二分法改造的计算过程:( 1) 给定初值c, 迭代精度, 迭代步长 ;( 2) 计算, ;( 3) , 计算 , 直到;( 4) , 计算 , 直到 在本设计中 取初值2 解得1.9107 1.5036 1.5241由上解得的1.9107 1.5036 1.5241 分别将其扩大10倍得： 图2.2 AB= =15cm BC= =15cm CD= =19cm AD= =10cm 3.2其他部件筛料机构是由平面筛和滑块导轨组成，滑块导轨采用TBR25S3滑块导轨,平面筛和滑块采用螺栓连接，导轨与机架采用螺栓连接，通过更换平面筛可以实现其他干果等物料的分级，最大程度的利用机械的价值。3结论1） 本机械总体设计结构简单，成本低，适合广大枣农初级加工使用。分机效率在1.5t/h左右。2） 该机械在工作时主要依靠红枣自生重力和惯性力来实现红枣的分级，整个过程中对红枣基本没有伤害，且混几率低。3） 工作时操作容易，维护方便，经过适当调整可实现一机多用，能最大程度的利用机械的价值。主要参考文献 ：01蒋新丽，ZKK3642型宽筛面强迫同步直线振动筛在现场的应用J. 煤质技术.2012.01，782 温义德，HDZK3645型直线振动筛的应用与改造 J. 煤炭加工与综合利用, 2011.02，20243 穆存远，惯性振动筛运动主参数设计J. 机械设计. 2000(08),65684 王峰，筛分机的电机功率的选择和计算J. 选煤技术. 1991(04) ,25275 张会芳、沈惠平、杨廷力、黄秀芹， 一种新型并联运动振动筛主机构及其运动学分析J. 江苏工业学院学报. 2007(02),26 李玉凤、李永志、潘东明、张学成、鲍玉新， 直线振动筛运动学参数的确定J. 煤矿机械. 2008(03) ,54567 刘少刚、韩继光，对心双曲柄滑块机构急回特性研究J. 林业机械与木工设备. 2004(02) ,37408 韩继光、刘少刚，按传动角设计尺寸和最小的双曲柄机构设计J. 林业机械与木工设备. 2004(09) ,47509 张春雨，曲柄滑块机构的解析新法J. 安徽农业技术师范学院学报. 2000(03),4Inertial 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, gr