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惯性
红枣
分级
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惯性式红枣分级的设计,惯性,红枣,分级,设计
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塔里木大学毕业设计1绪论1.1本课题研究的背景、目的和意义目前，全国红枣种植面积约2300万亩，总产量350万吨以上，平均单产越140公斤，但内地大部分红枣产区降雨量较多，病虫害比较严重，红枣之制干后质较差，近年来感知红枣主产区已慢慢向新疆转移。新疆南疆地区有着优越的光热资源，很适合红枣的大面积种植，而且非常有利于红枣自然成熟和质制干，品质好，单产高，吸引了大量内地红枣加工企业落户新疆。新疆的红枣形成了独特的品牌，如“和田玉枣，天山玉枣，四木王”等。新疆的红枣产业处于快熟发展中，兵团规划到2012年建设高产高效红枣园200万亩，红枣总产量80万吨以上，新疆红枣产业发展潜力巨大。红枣分级是红枣干制过程中一个重要的环节，红枣分级质量的好坏直接影响到红枣经济效益，目前主要采用人工分级，劳动强度大，成本高，而且分及质量受人为因素影响较大，分级质量无法确保，红枣的自动分集技术已成为影响其产业发展的一个重要因素。本设计通过研究红枣分级工艺及分级标准，进行红枣分级装置喂料.分级等关键机构进行设计，最终设计成惯性式红枣分级装置，解决人工分级中存在的问题，提升红枣加工产业的技术水平，解放劳动力，提高红枣经济效益。1.2国内外现状分析目前，国外的果蔬自动分选机较为先进，自动化.标准化水平较高，很值得我们借鉴。而国内红枣分级装置多而杂，我国对智能化程度较高的果品分选机的研制尚处于起步阶段，对水果品质检测及自动分级研究时间不长，国内目前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，自动分级设备基本还处于实验室阶段，依旧存在着很多问题亟待解决。目前我国的红枣分级机主要有以下几种：一种是按重量分级，同时可进行色泽进行选别的电脑控制的全自动代设备，此设备技术含量高，价格昂贵，国内少数企业能做。 一种是很早以前的滚筒式分级机，现已经被大多数厂淘汰不用，主要原因是在分级过程中，因枣子为椭圆形，会卡入分级条形栏中，产量小，并影响枣子的质量，及分级效果，造成一定的经济损失。 第三种，就是皮带程V字形，下面加V字形滚杠的传输，此种分级方式理论上应是很好的，类似于以前的菠萝分级机，在其基础上加上V字形皮带，因此分级机本人未能实际接触，不加以过多评价。 第四种，是三滚杠式分级机，此种分级机，由三根滚杠，上两下一，托住物料前进，但因滚杠的转动，物料在里面受的压力增大，所以会有挤压的现象发生，导致成大枣子在挤压的情况下进入小枣子的出料处，分级不均，目前一些厂已经不再生产此设备。 第五种，是双滚杠，级别之间有落差的分级机，采用两根滚杠带动物料，前进，滚杠之间距离固定，下一级滚杠间距大于上一级，此种分级机由我公司工程师安有成设计而成，但因滚杠之间跟离不变，存在同样的与滚筒式分级机一样的卡枣问题，虽经改进，仍未能完全克服，并此设备占地面积大，成本高。第六种，双滚杠分级机，此种分级机是我公司最新完成的分级机，借助国外成功经验，完全克服了卡枣的问题。物料由两根滚杠带动前进，滚杠自身间距慢慢变大，不存在卡枣的地方，并且成本相对低，效率好，产量大，占地小。尽管机械式红枣分级技术存在明显的缺陷，但由于一方面使用对象大多是种植规模较小的枣农; 另一方面我国基于机器视觉红枣 级技术大都处于试验室及探索阶段，且价格昂贵，机械式红枣分级机在一段时间内还有广大市场。随着红枣分级技术的发展，基于机器视觉的红枣分级机在特定使用对象方面取代现有的机械式红枣分级机是必然趋势1.3惯性式红枣分级装置性能的要求本课题重点研究惯性式红枣分级装置的设计，实现红枣惯性式分级。本装置根据惯性原理，可将红枣按形状质量及其惯性的不同进行标准化.自动化分级。并且可根据需要进行相应调整后可对其他干果进行分级，如杏干.银杏等。成功设计出红枣分级机应有以下几个任务要求：(1) 省电耐用、方便快捷、外形美观、操作简便、效率高、体积小、寿命长、安全等优点。(2) 结构紧凑，运转平稳，工作可靠，且维修方便。（3）可将不同形状的红枣按形状和质量进行分级。（4）多用途，进行适当调节后可进行其他干果的分级挑选。2惯性式红枣分级机的总体设计2.1设计题目分析（1）给定数据生产率： 20kg/min驱动电机： 3KW 1500r/min灰枣分级规格： 宽b 质量 b26mm m6.5g b=23-25 m=5g-6.4g b=21-23 m=4.1g-4.9g b20 m 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。第二组根不符合双柄机构存在条件,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: 给定初值c, 迭代精度, 迭代步长 ; 计算, ; , 计算 , 直到; , 计算 , 直到 曲柄及连杆的长度计算在本设计中 取初值2 解得1.9107 1.5036 1.52413.2双曲柄机构的确定由上解得的1.9107 1.5036 1.5241 分别将其扩大10倍得： 图3-2 双曲柄机构 AB= =15cm BC= =15cm CD= =19cm AD= =10cm CQ= DQ= 3.3双曲柄机构校核在图2-3中，分析了机构的运动情况，得到了速度、加速度和位移的计算公式。A点的加速度:当时，式中，已知n=120r/min R=0.1m解得当时，解得A点的惯性力:当曲柄转至位置1时，惯性力 （为惯性筛质量，为筛面上物体的质量）惯性筛质量约为25kg，每分钟加工红枣20kg平均速度物料移过1.5m筛体所需时间筛面上的物料此时当曲柄转到位置2时，使连杆产生压缩，此时：连杆均采用双头铰链式，当曲柄、连杆、筛体上的移动点A三点在一条直线上时，连杆内部不是受最大拉力就是受最大压力。曲柄转n次近似对应变化了n次。所以连的破坏认为是疲劳破坏。受变动应力决定连杆截面积：对称循环下的许用应力n为强度裕度,变动载荷时一般取变动弯曲时：变动拉伸时：材料取60 Mn 钢，=4555=2030连杆截面积的选取：，取 则图3-3 连杆截面由图可知 ，连杆截面积远大于计算面积，符合要求，同理可校核其它连杆均符合要求。4链轮传动的设计4.1滚子链传动的设计链轮齿数选=27 由于采用传动，所以本机械中链轮齿数均相等。链条节数初定中心距 则:=96节计算功率链条节距采用单排链，故实际中心距计算链速符合要求作用在轴上的压力 取 则：4.2链传动的布置、张紧和润滑链传动的布置链传动一般应布置在铅垂平面内，尽可能避免布置在水平或倾斜平面内。如确有需要，则应考虑加脱板或张紧轮等装置，并且设计较紧凑的中心距。链传动的张紧链传动张紧的目的，主要是为了避免在链条的垂度过大时产生啮合不良和链条的振动现象；同时也为了增加链条与啮合包角。当两轮轴心连线倾斜角大于60度时，通常设有张紧装置。由于本设计倾斜角在60度的范围内，故不需要有张紧装置。链传动的润滑链传动的润滑十分重要，对高速、重载的链传动更为重要。良好的润滑可缓和冲击，减轻磨损，延长链条使用寿命。润滑油推荐采用牌号为L-AN32，L-AN46，L-AN68的全损耗系统用油。温度低时取前者。对于开式重载低速传动，可在润滑油中加入MoS2,WS2等添加剂。对用润滑油不便的场合，允许涂抹润滑脂，但应定期清洗和涂抹。4.3链轮的结构和材料链轮的齿廓形状对传动质量有重要的影响，正确的链轮齿形应保证链节能平稳的进入和退出啮合，尽量降低接触应力，减小磨损和冲击，还应便于加工。目前常用的一种是三圆弧一直线齿形（如图4-1（a）所示，由三圆弧、aa、ab、cd和一直线bc组成），并用相应的标准刀具加工，只需一把滚刀便可切制节距相同而齿数不同的链轮。在链轮工作图中，端面齿形不必画出，但要在图上注明“齿形按3R GB12441985 规定制造” 。链轮的轴面齿形需画出如（图4-1(b)），两侧齿廓为圆弧状，以利于链节进入和退出啮合。 图4-1（a）端面齿形 图4-1（b）轴面齿形链轮的主要尺寸：滚子外径链轮节距p=24.45mm轴孔直径 分度圆弦齿高 齿侧凸缘直径 分度圆直径 齿顶圆直径 齿根圆 最大齿根距离（奇数） 5传动系统分析计算5.1分析传动系统工作情况传动系统的作用作用：介于机械中原动机与工作机之间，主要将原动机的运动和动力传给工作机，在此起减速作用，并协调二者的转速和转矩。传动方案的特点特点：结构简单、效率高、容易制造、使用寿命长、维护方便。由于电动机、减速器与滚筒并列，导致横向尺寸较大，机器不紧凑。但齿轮的位置不对称，高速级齿轮布置在远离转矩输入端，可使轴在转矩作用下产生的扭转变形和轴在弯矩作用下产生的弯曲变形部分地抵消，以减缓沿齿宽载荷分布有均匀的现象。电机和工作机的安装位置电机安装在远离高速轴齿轮的一端,并用联轴器连接；工作机安装在远离低速轴齿轮的一端，并用联轴器连接。计算总传动比i,总效率，传动系统简图如下图5-1 传动系统5.2确定电机型号根据工作条件：室内常温、灰尘较大、两班制、连续单向运行，载荷较平稳，电压为380V的三相交流电源，电动机输出功率P=3kw，及同步转速n=1500r/min等，选用Y系列三相异步电动机，型号为Y100L2-4，其主要性能数据如表5.1：表 5.1 主要性能数据电机型号额定功率PM满载转速nm同步转速n净重Y100L2-43kw1430r/min1500r/min38kg计算传动装置各级传动比和效率1、各级传动比： 其余传动比均为12、各级效率： 计算各轴的转速功率和转矩如表4.2表 5.2 主要参数轴名功率P（kw）转矩T（N*m）转数nr/min传动比i输入输出输入输出电动机轴319.03143011.2轴2.882.73205.34194.61341轴2.632.58187.5183.951341轴2.482.38176.8169.71345.3轴的设计轴的最小直径的确定按扭转强度条件计算这种方法是只按轴所受的扭矩来计算轴的强度；如果还受有不大的弯矩时，则用降低需用扭转切应力的办法予以考虑。在作轴的结构设计时，通常用这种方法初步估算轴径。对于不大重要的轴，也可作为最后计算结果。轴的扭转强度条件为 式中：扭转切应力，单位为MPa; T轴所受的扭矩，单位为Nmm； 轴的抗扭截面系数，单位为mm3 轴的转速，单位为r/min; 轴传递的功率，单位为Kw; 计算截面处轴的直径，单位为mm； 需用扭转切应力，单位为MPa;表5.3轴常用几种材料的及轴的材料Q235-A、20Q275、354515-2520-3525-4535-55149-126135-112126-203112-97轴的直径 式中 取轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案，确定轴的各段直径和长度。1号轴：图5-2 第一轴第一段的直径为了满足联轴器的轴向定位要求，第一段轴左端需制出一段键槽，故第二段轴的直径，用来配合轴承座。第三段轴 中间开键槽，用来固定链轮。第四段轴直径 ，用来配合轴承座。第五段轴直径 右端开键槽，用来固定曲柄。2号和3 号轴图5-3 第二、三轴第一段轴直径，用来配合轴承座。第二段轴直径，轴上开键槽用来固定链轮。第三段轴直径，用来配合轴承座。第四段轴直径，右端开键槽，用来固定主动曲柄。4号轴 图5-4 第四轴 第一段轴直径，第二段轴直径，用来配合轴承座。第三段轴直径，右端开键槽，用来固定从动曲柄。轴上零件的周向定位链轮、与轴的周向定位均采用平键联接。由机械设计教材表4-1,查得平键截面当时，当时。当时。当时。键槽用键槽铣刀加工，同时为了保证链轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为；同样，曲柄与轴的联接，选用平键连接，带轮与轴的配合为。滚动轴承轴的周向定位是借过度配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为。确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为，各轴肩处的圆角半径见轴零件图。轴的载荷首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。在确定轴承的支承点位置时，应从手册中查取B值（参看机械设计教材图15-23）。对于6211型深沟球轴承，由手册查得B=21mm.因此，作为简支梁的轴的支承跨距。5.4轴的校核链轮的力分析计算I轴： 圆周力 径向力 支座反力分析定跨距测得：；水平反力： 垂直反力： 当量弯矩水平弯矩： 垂直面弯距： 合成弯矩： ；取得：当量弯矩： 校核强度按扭合成应力校核轴的强度。由轴的结构简图及当量弯矩图可知截面C处当量弯矩最大，是轴的危险截面。进行校核时，只校核轴上承受最大当量弯矩的截面的强度，轴的强度校核公式 其中：因为轴的直径为d=55mm的实心圆轴，故取 因为轴的材料为45钢、调质处理查1P330取轴的许用弯曲应力为： 合格 结论根据轴承号6211查表取轴承基本额定动载荷为：C=43200N；基本额定静载荷为：Cor=29200N由轴承寿命公式得： 因为实际寿命 所以 故轴承使用寿命足够、合格。结论在设计方面，本设计采用机械式分级原理，主要采用双曲柄机构将电机的的输出转化为惯性力机械造价成本较低，节省劳动力，节省了农机户的生产成本，同时产品经过分处理后价值大大提高，可有效增加农机户的收入。而技术方面，惯性式红枣分级装置是根据惯性原理，将不同尺寸的红枣进行分级，分级效率适中，适合一些小型红枣加工企业和农户自我加工使用，该装置成本较低，使用方便，操作简单，维护修理容易。在对网筛进行更换后可对其他干果进行分级，用途广泛。但分级效率较低，不适宜大仙加工企业使用，还有待改进。致 谢自2011年11月接受课题到现在完成毕业设计，衷心的感谢我的指导老师李宜峰安老师给予了精心的指导和热情的帮助,在我设计初期由于对画图软件的不熟悉，使我感到迷茫和恢心的时候，李宜峰老师及时的开导我，鼓励我，帮助我。李宜峰老师能够从忙碌的工作中抽出时间悉心教导我，督促我，使我在软件的应用上有了很大进步。同时也学到了许多书本上学不到的知识，受益匪浅，这样使得我得以顺利的完成毕业设计的工作 ,而且将继续激励我在今后的人生旅途上不断进取，谨此向李宜峰老师表示衷心的感谢和崇高的敬意！在此我还要感谢王老师，虽然肖老师有事不能带我完成整个毕业设计，但是在我有困惑的时候，肖老师仍会百忙之中抽出时间给我讲解，并给我一些宝贵的意见，这也是我可以完成设计的一个重要原因；最后感谢所有课题组的辅导老师，在你们的辛苦辅导，监督下我们才可以完成设计，向所有的辅导老师中心的说一声：老师，您辛苦了！大学四年学习时光已经接近尾声
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