轨道式圆形果蔬分级机设计含SW三维及9张CAD图
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轨道式圆形果蔬分级机设计 摘 要:我国是农业大国，按果蔬的重量和大小进行分级的工作是由机器来完成的，这符合人们习惯上的分级要求。目前果蔬品种很多，有些不同品种的果蔬密度差异甚小，若按重量和大小分级结果基本一致，因此，按大小对一些果蔬分级是合理的，科学的。轨道式圆形果蔬分级机工作时，果蔬在皮带上表面运动，相对运动较小，对果蔬的损伤较小。此法适用于球形或近似球形的果蔬的分级，从结构上较易实现，成本较低，分级精度较高，在国内外应用较广。关键词：轨道式，果蔬，皮带条，结构设计Design of rail type round fruit and vegetable classifierAbstract:China is a large agricultural country. The classification of fruits and vegetables according to their weight and size is done by machines. This is in line with peoples customary classification requirements. At present, there are many fruit varieties, and some different varieties of fruit and vegetable density are very small. If the results are basically the same according to the weight and size, it is reasonable and scientific to classify some fruits and vegetables by size. When the track type circular fruit and vegetable grader works, the fruits and vegetables move on the upper surface of the belt, the relative movement is smaller, and the damage to fruits and vegetables is smaller. This method is suitable for grading of spherical or near spherical fruits and vegetables. It is easy to realize in structure, low in cost and high in classification accuracy, and is widely applied at home and abroad. .Key words：Track type, fruit and vegetable, gate bar, structure design 目 录第一章 前言11.1引言11.2国内外分级机械的研究与发展11.2.1国外分级机构的发展现状11.2.2国内分级机构的发展现状21.3课题研究意义31.4课题研究内容31.5本章小结3第二章 轨道式圆形分级机总体方案分析42.1分级装置的类型42.2 轨道式分级机62.2.1工作原理62.2.2结构分析72.3轨道式分级机的工艺参数分析82.3.1设计参数的确定82.3.2生产能力分析82.3.3尺寸分析92.4轨道式分级机设计时应注意事项102.5本章小结10第三章 动力传输部件的选择与设计113.1电动机的选择113.1.1直流他励电动机113.1.2三相异步电动机113.1.3选择的电动机113.2联轴器113.3链传动123.3.1链传动简述123.3.2链传动的设计123.4总体校核计算133.4.1轨道转速的确定133.4.2功率计算163.4.3传动装置总效率和电动机功率Pr173.4.4链轮的选择19第四章 轨道式果蔬分级机构设计214.1总体结构分析及三维图214.2本章小结23第五章 结论25参考文献26致谢281 前言1.1 引言我国是果蔬生产的大国，特别是90年代以来发展更为迅速。据国家统计局统计，2004年我国果蔬总产量已经达到15243吨，比2003年增长5%，占世界总产量的12.7%，果蔬产业已经成为我国南方主产区农村经济的一大支柱产业，为促进农民增收、扩大城乡居民就业和改善生态环境做出了积极贡献。虽然我国果蔬产量很大，但国内果蔬价格低，“卖果难”问题经常出现，果蔬生产快速发展的势头受到抑制，而且中国果蔬以本土消费为主，参与国际贸易的比例一直很低，出口量不到国际果蔬交易的3%。其中一个重要原因就是采后商品化处理落后，外观质量较差，导致果蔬的市场竞争力薄弱。果蔬采后商品化处理包括：清洗、打蜡、分级、包装。分级是果品商品化处理的重要环节，它在技术方面发展最快并在最近几年发生了根本的变化。目前我国国内果蔬商品化处理过程中清洗，打蜡设备已经比较成熟，关键在于分级技术比较落后。果蔬外部品质的主要分级指标是果蔬的果形、大小、色泽、表面质量和颜色，本课题针对果蔬大小进行分级研究，以提高生产力，提高果蔬质量，加快果蔬采后商品化的国际进程。1.2 国内外分级机械的研究与发展1.2.1 国外分级机构的发展现状国外早期果蔬自动分级方法主要通过CCD相机，采用无损检测、计算机分析处理等手段对果蔬逐一进行分析判别后得出综合结论。利用机器视觉技术实现农产品内部品质无损检测是目前国际上正在研究的热点课题。除了使用高效的信息处理技术，果蔬的质量无损检测手段包括红外线、近红外线检测等光学检测方法和高光谱、多光谱技术等。人工神经网络技术是模仿生物大脑结构和功能而构成的信息处理技术，在机器视觉系统中应用可以提高品质识别的智能性。德国研制了较先进的微机控制重量分级机，其采用最新电子仪器测定重量，可按需要进行准确的分级，分级精度较高;其使用了结构特别的滑槽，落差小，果实不受冲击、无损伤;分级、装箱所需时间仅为传统的1/2。美国Auto line公司的果蔬分级设备在世界上处于领先地位，其产品已经系列化(5个型号)，能够按照重量、颜色、形状分级，传送通道可以多达9道，出口可达60个，每道的最高传送速率为12个/秒，其传输系统可以容纳不同尺寸的果蔬，其视觉系统采用两架单色相机，能计算出果蔬的三维尺寸。西班牙Aleixos使用多光谱相机检测柑橘，图像在两块DSR中并行运算，颜色识别正确率达94%，由于损伤处和正常处的热辐射不同，用热红外线图像对损伤的判别准确率达100%，实验证明，在损伤后30-180s时，擦伤处和正常处至少有1-20度温差，但热红外线图像必须在环境温度变化下才可以检测。意大利最新研制的Italy-001-A型分级机，可将果实大小进行无级分级，其主要是利用一条带有网眼的分级传送带，在这条传送带上，从左到右，其网眼的孔径是无级变化的，网眼在最左边时，孔径最小，传送带向右运行时，网眼孔径也就随之增大，到达最右边时，孔径最大。当传送带从下端向回运行时，网眼孔又由大变小。就是说，传送带上的网眼孔径就像照相机的快门那样，随着传送带的运行方向不同，可以由小变大或由大变小。果实最先落在传送带左边时，小的果实漏下来，随着传送带的向右运行，大的果实开始落下，这样就将果实由小到大进行了多级分级。美国Kavdir等使用神经网络算法对柑橘进行分级，把缺陷和物理特征作为神经网络分类器的输入参数，对果蔬，柚子分级的准确率为98.5%，利用ANN的泛化功能，对果蔬的彩色RGB图像，结合颜色和果形分析，获得鲁棒性，实时性的分类结果。日本三菱电器公司研制的果蔬成熟度分级机，是利用传感器综合测出梨的表面颜色、对特定光的透光率、形状和大小，并与事先贮存在计算机中的优良梨的数据进行对比，推算出成熟度和含糖量，但是大小分级是其基础。11.2.2国内分级机构的发展现状我国对于分级技术的研究经历了如下三个阶段：20世纪70年代末，以引进国外技术及设备为主，国内对此基本上是空白的；20 世纪 80 至 90 年代，我国加工技术逐步发展起来，人们逐渐认识到了分级技术的重要性，于是开始引进、学习国外先进技术，并开始进行新设备的开发工作，国内开始出现分级设备的研究机构和生产厂家，20世纪90年代中期以来，由于市场对分级技术及设备的要求越来越高，并且此时国内对分级技术的研究积累也达到了一定程度，且取得了显著进步，并开发出了诸多具有自主知识产权的新技术、新设备。但尽管如此，与发达国家相比，中国目前在分级领域仍然存在大型设备不足、工艺控制技术落后、磨耗和单位产品能耗偏高、特殊粒形的生产工艺和设备落后等问题。2我国的果蔬分级研究已经有三十年时间，已经取得一批研究成果，分级性能指标已经超过目前市场上的果蔬分级设备产品。果蔬分级机器人的研究成功，将有利于改变国产果蔬和农产品的外观质量较差，同一批产品中良莠不齐，混等混级等现状。若以我国苹果产量的50(约3000万吨)通过自动分级处理来说，每公斤大概可以增值0.2 元，那么总量即能够增值6 亿元。可想而知，这对提高我国果蔬的品质，增强参与国际竞争的能力，并大大降低工人的劳动强度，具有重要的理论意义和实际意义，并能创造巨大的经济效益和社会效益。1.3课题研究意义我国是果蔬生产大国，自动分级技术对提高我国生鲜果蔬的市场竞争力有很大的帮助。特别是90年代以来，我国的果蔬产量明显提高，果蔬生产已经成为中国农村的支柱型产业，成为缩小城乡差距和农民增产增收的重要途径。对果蔬大小分级的研究，在国内还不是特别的完善，对果蔬分级的研究可以明显的提高果蔬产后商品化的价值，增加中国果蔬的国际竞争力，提高生产效率。因此我们选择了轨道式圆形分级机。它与目前普遍采用的振动轨道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；轨道式圆形分级机存在的缺点是分级精度不高。31.4 课题研究内容1）重点研究果蔬大小分级机的工作原理和核心部件的结构参数；2）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；3）物料特性的研究，测定不同品种、不同地区主产果蔬形状及外形尺寸，根据相关标准确定分级筛尺寸。1.5 本章小结我国是果蔬生产大国，果蔬年产量达近千万吨，居世界之首，但采后处理能力不到总产量的15%，果蔬分级机的发展已经成为制约我国农业出口发展的主要原因。本章详细分析了果蔬分级机械的国内外研究与发展的情况，阐述了课题研究的目的和意义，并明确了本课题的研究内容。2 轨道式圆形分级机总体方案分析2.1 分级装置的类型（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2.1（图中各参数的单位为mm），果蔬在两锥形辊的带动下不停地上升和下落，同时，果蔬在重力和上端果蔬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果蔬的直径时，果蔬通过间隙落下。41锥辊 2果蔬图 2.1 锥辊式分级原理图Fig.2.1 Cone roller type classification principle diagram该装置分级效果不好，因为： 果实大量喂入时，上层的果蔬无法及时地与下层果蔬进行交换，造成前一级果蔬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。 由于大多果蔬是椭球形的，这些果蔬在下滑的时候，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2.2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，果蔬在重力和摩擦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果蔬半径 m，n圆孔筛转速 r/min图 2.2 圆孔筛分级原理该装置的一个缺点是：在分级的过程中，有时会出现果蔬堵塞筛孔的现象，尤其是在大量喂入时。（3）平面振动筛分级装置图2.3 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，果蔬与筛面产生相对滑动，尺寸小于筛孔的果蔬有可能通过筛孔，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。5通过果蔬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。图 2.3 平面振动筛装置简图（4）轨道式圆形分级装置如图2.4所示，筛分部分由四段轨道组成，每段轨道的皮带条间隙不同，第一级到第四级皮带条的间隙逐渐增大。果蔬在筛筒内轴向随着皮带一起做运动；轴与果蔬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。当果蔬到达筛筒时，厚度尺寸小的果蔬在摩擦力的作用下从第一级被分离出来，厚度尺寸大的果蔬在轨道的带动下运动到下一级继续筛选，如此重复直到第四级果蔬从侧面分出为止。图 2.4 轨道分级结构图2.2 轨道式分级机2.2.1 工作原理轨道式分级机由进料机构、筛体、卸料斗和传动机构等组成，轨道上的皮带处于一个面上。轨道式圆形分级机的筛体分部分由四段组成，每段的皮带条间隙不同，第一级到第四级皮带条间隙逐渐增大。果蔬在筛筒内轴向随着轨道一起做运动。当果蔬进入筛筒时，厚度尺寸小的果蔬在摩擦力的作用下从第一级被分离出来，厚度尺寸较大的会在轨道的带动下运动到下一级继续筛选，如此重复直到第四级干果从侧面出料斗分出为止，从而达到分级的目的。工作时，被筛物料由喂入斗装入筛筒内，随旋转的筛筒内壁上升，至一定高度后松散落下，如此反复进行，连续进入筛筒内的物料受压力和松散性的影响，逐步向筛筒另一端的出口移动；同时，在这一过程中小于皮带条间隙的物料通过皮带条间隙漏出，被配置在筛筒下部的振动输送装置运至筛下物出料口，大于皮带条间隙的物料被带到筛分的另一端通过筛上物出料口流出完成分级过程。2.2.2 结构分析轨道式分级机主要由分级结构、支承装置、传动装置、收集料斗、清筛装置五部分组成。图2.5 轨道式分级机(1) 分级结构它是该设备的主要构件，用直径为10mm的钢管焊成圆柱形转简。在转筒上通过皮带互相连接，达到几个转筒可以转动的效果。皮带条间隙是不均匀的，而同一节皮带条间隙一样。整个转简上进料口端小，出料口端大。每节转筒下装有一个收集料斗。(2) 支承装置由滚圈3、摩擦轮4、机架7和轴承组成。滚圈3固定在轨道2上，并将简体重力传递给摩擦轮4，整个设备由角钢焊成的机架7文本。(3) 传动装置目前有如下几种。第一种：采用电动机通过皮带轮、变速箱、链轮及一对齿轮传动，而其中一个大齿轮就连接在轨道出料口的边缘上，另一个小齿轮则与传动系统相连接作为主动齿轮，把动力传给大齿轮而驱动轨道转动。第二种：中间轴式传动。轨道的中心线上没有传动轴，用支臂与轨道连，传动系统把动力传至中心轴，由中心轴带动滚动轴转动。这种传动方式比第一种简单，但因轨道较长，其中心轴也长，在轨道中间又很难设置中间轴承，因此，若中心轴的刚度稍差，则往往产生扰动而使滚动的运行不平衡。同时，由于果蔬有时和中心轴及支臂碰撞而产生机械伤，故目前使用这种形式的亦逐渐减少。(4) 清筛装置一般物料的清筛装置，可以选择水冲式或毛刷式，工作时原料应通过皮带条间隙流出，才能达到分级的目的，但对于尺寸较大的如蘑菇，皮带条间往往被物料堵塞而影响分级效果。因此，要根据所分级物料的实际情况，安装清筛装置，将堵在皮带条间中的物料挤回轨道内。通常在轨道外壁平行于其轴线安装一个木制滚轴，木辊的支撑可采取通心轴式或自身轴式，在弹簧作用下压紧在轨道外壁来达到清筛目的。2.3 轨道式分级机的工艺参数分析2.3.1 设计参数的确定料斗可采用0.51mm的不锈钢板制造，为方便清洗和防止阻塞，在出料口位置设计有清洗门，可将上面板和料斗板进行铰链接。虽然各厂都采用轨道式分级机对同样原料进行分级，但使用效果不同，不同效率相差较大。其主要原因是对参数掌握不好，各级间互相配合不当之故。2.3.2 生产能力分析生产能力G可由下式计算 （2-1）式中 G生产能力，th； Z轨道上皮带条间隙总数； A在同1s内从筛孔中掉下物料的系数。因分级机形式和物料性质不同而异，轨道式分级机可取1.0%2.5%； m轨道内物料平均质量，g。2.3.3 尺寸分析从式(2.1)可知，G与Z、和m成正比。设计时，G是由厂方或任务书规定的，处理的物料一般已事先确定，通过测定可得m，然后根据(2-1)求得Z，即是轨道上所需的皮带间隙总数。取1000个果蔬进行总体称重，求出果蔬的平均重量，再分别求出1000个果蔬中的最大直径和最小直径进行直径测量，并求出平均直径，得到下表：表2.1 果蔬直径与孔径安排Table2.1 The diameter of orange and bore of the machine分级一级二级三级四级果蔬直径d(mm)46536683各级孔径d(mm)50607080所有果蔬的平均重量m(g)150从理论上说，每级的钢管数之和应等于皮带条间隙数Z，每级长度之和就是所设计的轨道长度。但有时计算出的轨道直径，各级都不相同，无法联接在一起。因此，一般是取轨道中直径最大的一级作为整个轨道的直径，其他各级因直径增大了，可把钢管直径或皮带条间隙距离适当放大即可。在初步确定了轨道的直径和长度后，用直径比长度1：(46)进行校核，若不在这范围内，就应重新调整每级皮带条间隙数，以达到此比例范围内为止。2.4 轨道式分级机设计时应注意事项（1）用摩擦轮传动虽好处很多，但滚圈与摩擦轮之间因摩擦会产生铁屑掉进轨道里，直接污染产品，设计时必须充分注意这点。（2）轨道内物料升高主要是靠轨道转动和物料对轨道内壁的摩擦力，因而升角不高，只有4045。这样，轨道直径虽大，但其筛面利用率只有1/6l/8，其余占轨道的大部分筛面并没有被利用。若能把升角提高，就能提高筛面利用率，有些厂采取在轨道中紧贴筛面焊上几根管子的办法，效果较显著。（3）筛面的倾斜度对生产率影响较大。对圆筒筛，其轴线应与水平面成39的倾斜角。（4）轨道式分级机工作时很平稳，但其筛孔易堵塞，机械占地面积很大，在同等生产能力是，其尺寸比平筛大得多，金属消耗量大，同时对原料的适应性差，要设清理装置。（5）轨道上面的滚圈或连接圈。目前多用角钢弯制，由于椭圆度的存在，在轨道转动时会有所跳动，若轨道跳动使物料离开筛面的话，会影响分级，所以采用浇铸滚圈的方法更为理想。2.5 本章小结本章首先分析了分级机核心部件分级装置的类型，通过对比其优缺点，选取皮带条轨道分级机做为分级机的分级装置；同时阐述了轨道式分级机的工作原理及其结构，分析其工艺参数和在设计过程中应多注意的事项，为下面章节结构设计打下铺垫。3 动力传输部件的选择与设计3.1 电动机的选择目前市场上电动机的类型有很多，按结构和工作原理可以分为：直流电动机、同步电动机、异步电动机。根据研究本次重点讨论一下两种：直流他励电动机和三相异步电动机。3.1.1 直流他励电动机直流电动机有一下特性：1）靠改变外电路外串电阻调节速度机械特性软，电阻越大特性越软，稳定性能越低，空载时调速范围不大，调速电阻耗电量较大，很少应用；2）改变电动机电枢供电电压U：电压连续变化可实现无级调速，一般额定电压以下调节；调速特性与固有特性平行，机械特性硬度不变，稳定度高，适合恒转矩；3）改变主磁通：无级平滑调速，额定功率以上调速，调速范围不大，恒功率调速。3.1.2 三相异步电动机1）调压调速：可以无级调速但是调节范围不大；2）转子电路串电阻：简单可靠，属于有级调节，但是低速是功率损耗较大；3）改变磁极对数：体积稍微大，价格较高，属于有级调节，结构简单，效率较高，特性好，调节时所需附加设备较少，中小型机电联合调速。3.1.3 选择的电动机查表可知，电动机的选择为：电动机的型号Y90L6；额定功率1.1KW；满载转速910r/min；质量25kg。3.2 联轴器联轴器用来把两轴联接在一起，使机械运转时不能分离；只有机械停车或将联轴器拆开后，两轴才能分离。根据各种相对位移有无补偿能力联轴器可以分为刚性联轴器和挠性联轴器两大类。挠性联轴器又可以分为有弹性元件的挠性联轴器和无弹性元件的挠性联轴器。表3.1 WS型双十字万向联轴器的参数型号额定转矩T（Nm）d（H7）DL0J1型重量（Kg）Y型转动惯量Y型WS5140194016424.01.043.3 链传动3.3.1 链传动简述链传动是啮合传动，平均传动比是准确的。它是利用链与链轮轮齿的啮合来传递动力和运动的机械传动。链条长度以链节数来表示。链节数最好取为偶数，以便链条联成环形时正好是外链板与内链板相接，接头处可用弹簧夹或开口销锁紧。若链节数为奇数时，则需采用过渡链节。在链条受拉时，过渡链节还要承受附加的弯曲载荷，通常应避免采用。 齿形链由许多冲压而成的齿形链板用铰链联接而成，为避免啮合时掉链，链条应有导向板(分为内导式和外导式)。齿形链板的两侧是直边，工作时链板侧边与链轮齿廓相啮合。铰链可做成滑动副或滚动副，滚柱式可减少摩擦和磨损，效果较轴瓦式好。与滚子链相比，齿形链运转平稳、噪声小、承受冲击载荷的能力高；但结构复杂、价格较贵、也较重，所以它的应用没有滚子链那样广泛。齿形链多用于高速(链速可达40m/s)或运动精度要求较高的传动。图3.1 链传动3.3.2 链传动的设计（1） 传动比i ：链的传动比一般8，在低速和外廓尺寸不受限制的地方允许到10。如传动比过大，则链包在小链轮上的包角过小，啮合的齿数太少，这将加速轮齿的磨损，容易出现跳齿，破坏正常啮合。通常包角最好不小于120。传动比i=23.5 （2）链轮齿数z1和z2首先应合理选择小链轮齿数z1 。小链轮齿数不宜过少，过少时，传动不平稳、动载荷及链条磨损加剧，摩擦消耗功率增大，铰链的比压加大及链的工作拉力增大。但是z1不能太大，因为z1大，z2更大，不仅增大传动尺寸，而且铰链磨损后容易引起脱链，将缩短链的使用寿命。因为若链条的铰链发生磨损，将使链条节距变长、链轮节圆d向齿顶移动。 节距增长量p与节圆外移量d的关系。 由此可知p一定时，齿数越多节圆外移量d就越大，也越容易发生跳齿和脱链现象。大链轮齿数z2按z2=iz1确定，一般应使z2120。在选取链轮齿数时，应同时考虑到均匀磨损的问题。由于链节数最好选用偶数，所以链轮齿数最好选质数或不能整除链节数的数。 （3）链速和链轮的极限转速 链速的提高受到动载荷的限制，所以一般最好不超过12m/s。链轮的最佳转速和极限转速可参看图2。图中接近于最大许用传动功率时的转速为最佳转速，功率曲线右侧竖线为极限转速。 （4）链节距 链节距愈大，链和链轮齿各部尺寸也愈大，链的拉曳能力也愈大，但传动的速度不均匀性、动载荷、噪声等都将增加。因此设计时，在承载能力足够的条件下，应选取较小节距的单排链，高速重载时，可选用小节距的多排链。 （5）链的长度和中心距 若链传动中心距过小，则小链轮上的包角也小，同时啮合的链轮齿数也减少；若中心距过大，则易使链条抖动。一般可取中心距a=(3050)p，最大中心矩amax80p 。 由此算出的链的节数，必须圆整为整数，且最好为偶数。然后根据圆整后的链节数用下式计算实际中心矩： 为了便于安装链条和调节链的张紧程度，一般中心距设计成可以调节的。若中心距不能调节而又没有张紧装置时，应将计算的中心距减小25mm。这样可使链条有小的初垂度，以保持链传动的张紧。3.4 总体校核计算3.4.1 轨道转速的确定轨道的转速直接影响生产能力和分级效率，它还与直径有密切的关系，不能随意确定。下面推导它们之间的关系式。当物料与轨道一起回转时，其受力情况如图3.2所示。图3.2 物料在轨道中受力情况 对物料B，受到重力G和摩擦力C的作用。把G分解为G月和G两个分力，前者分力要推动物科从筛面向下滑动，后者则把物料朝筛面上压聚而在物科运动时和摩擦力一起产生摩擦力T， （3-1）式中 物料对筛面的摩擦系数由于T的存在使物料沿筛面向上运动。物料受到的摩擦力C为： （N） （3-2）式中 m物科B的质量(公斤)G物科F的重力(牛)g重力加速度(米秒)R轨道的内半径(米)v物料B运动的线速度(米秒) （3-3）式中 n轨道转数(转分)将公式（3.3）代人公式（3.2）中得 （3-4）当物料B沿轨道切线方向的重力分力等于或大于摩擦力T时，即开始向下滑动，此时亦即物料B处于轨道内表面的最高点。即：时，物科B处于最高点。 （为摩擦角） （3-5）将公式3.1和代人化简后得 （3-6）据资科介绍，角(物料升角)应稍大于物料对筛面的摩擦角=510才能正常运转。即510，对果蔬，0.7，则0.7，35，那么4045(此为物科升高的最大角度)。将和值代入公式（3-6）中并化简得（rad/m）考虑到轨道实际上有一倾角，故通常取 实验装置的轨道的直径为所以式中 n轨道转速数，rmin； R轨道的直径，m。由此可知，n和R成反比，一般情况下，轨道直径愈大，其转速愈小。3.4.2 功率计算 (3-7)式中 A轨道表面积，； 轨道材料厚度，m； 轨道材料重度，N。 (3-8)式中 R轨道内半径，m； L轨道长度，m； 物料重度，N； 物料在轨道中的充填系数，0.050.10。 (3-9) 式中 D轨道直径，m； W轨道本身重力与轨道内原料重力之和，N。由于传动方式不同，功率计算方法也不同。对于中间轴式的传动，其功率P为 (3-10)式中 P功率，W； n轨道转速，rmin； M驱动轨道转动所需之力矩，Nm 传动效率，0.60.7。3.4.3 传动装置总效率和电动机功率Pr由手册查得，在传动装置中，两队齿轮传动每对1=0.97，四对轴承每对=0.98，联轴器每个3=0.99。皮带轮为4=0.86总的效率所需电动机输出功率所以，电动机的选择为：电动机的型号Y90L6；额定功率1.1KW；满载转速910r/min；质量25kg。P=1100WPr=58.18W所以，该电动机的选择符合实际功率的要求。（1）传动比和各级传动比计算由传动比，取 取齿轮传动的齿数 。则实际传动比，实际总传动比（2）、轴转速计算（3）各轴功率、转矩和轴的校核计算电动机轴功率和转矩轴输入功率和转矩选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表3.2，取A0=120，于是得：表3.2轴常用的几种材料的及13Table3.2 TheandSeveral materials commonly used shaft轴的材料Q235-A、20Q275、354540Cr、35SiMn、38SiMnMo、3Cr13/MPa15252035 25453555149126 135112 12610311297轴输入功率和转矩：轴输入功率和转矩：3.4.4 链轮的选择1）确定计算功率Pca由表查的工况系数K=1.1，故Pca= KP=1.11.1KW=1.21KW2）选取链条的型根据Pca、n，确定选用A系滚子链 10A。3）确定链轮基准直径由相关参数选取主动轮基准直径d=60mm。确定从动轮基准直径d=i d=560mm=300mm （3-10）取d=315mm。4）验算链条的速度 V=35m/s （3-11）链条的速度合适。5）确定链轮的基准长度和传动中心距由公式0.7（d+ d）2（d+ d）， （3-12）初步确定中心距为=400mm。根据公式L=2+（d+ d）+=2400+（315+60） +mm=1388mm （3-13）由表选择链的基准长度L=1400mm。按公式计算实际中心距 =+ （3-14）6）验算主动轮上的包角由公式得 =180- （3-15）主动轮上的包角合适。7）计算链轮的根数z z= （3-16）由n=1440r/min、d=60mm、i=3.8查表得P=1.6KW、，则 Z=， （3-17）因此取z=4根。8）计算预紧力F, （3-18）查表得q=0.07Kg/m，故 （3-20）9）计算作用在轴上的压轴力F （3-19）4 轨道式果蔬分级机构设计4.1 总体结构分析及三维图本文所设计的圆筒筛式干果分级机外形尺寸（长宽高）为3152mm845mm1767mm；其主要由进料装置、出料装置、清筛装置、筛分装置和传动装置5部分组成，见图4.1所示。 图4.1 果蔬大小分级机构简图1)进料装置进料装置由进料斗和插板活门共同组成，如图4.2所示。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。图4.2 进料斗三维图2)清筛装置清筛装置采用的材料是无毒无污染的天然橡胶，被安置在机架的顶部，天然橡胶与皮带条轨道接触。当有物料被夹在两根皮带条之间无法移动而随着轨道一起运转时，由于被夹的物料高出轨道一部分，就会与清筛部分相接触，从而产生摩擦碰撞，使被夹物料脱落，保证轨道的正常运转。3)出料装置果蔬分级机的出料部分共包括四个出料斗，如图4.3所示。均匀地分布在机体正面的一侧。出料斗的底面与水平面夹角成60，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。图4.3 出料斗三维图4)筛分装置如图4.4所示，筛分部分由三段轨道组成，每段轨道的皮带条间隙不同，第一级到第三级皮带条的间隙逐渐增大。物料在筛筒内径向随着轨道一起做圆周运动；轴向上由于物料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。当物料进入筛筒时，厚度尺寸小的物料在摩擦力的作用下从第一级被分离出来，厚度尺寸较大的物料在轨道的带动下运动到下一级继续筛选，如此重复直到第四级物料从侧面出料斗分出为止。目前国内并没有制定统一的关于果蔬、苹果、橘子大小等级的国家标准，因此根据所测得的物料厚度尺寸和相关市场调查，三种物料的各级间的皮带条间隙由新疆农业科学院农机化研究所的专家定出，如下表4-1所示。表4-1果蔬分级机构的整体设计项目一级二级三级四级各级长度L（mm)600600600600各级皮带条间距M（mm)50607080图4.4 皮带条轨道结构三维图4.2 本章小结本章主要介绍了果蔬大小分级机构主要结构，进料装置、清筛装置、筛分装置、出料装置、进料装置、整体的结构设计，合理安排了皮带条间距，轨道长度，轨道倾斜度，以便于在果蔬大小分级时能使果蔬在轨道中运动，达到一个好的分级效果。并且通过Autocad和Solidworks分别画出了它们的二维视图和三维视图，形成一个立体直观的设计思路。5 结 论我国果蔬生产数量大，卖果难的问题经常出现，在国际市场的果蔬出口份额偏低，其中对果蔬分级检测技术落后，缺乏先进有效地分级系统，良莠不齐已成为制约我国果蔬出口的重要原因之一。果蔬分级机是果蔬加工必不可缺的初级设备，该设备的研制成功对我国干果加工具有重要的意义。本文通过对各种分级机核心部件分级装置对比分析，采用皮带条轨道式分级装置，以果蔬为分级实物，对分级机动力系统和轨道以及整套设备进行了分析设计，并利用AutoCAD绘制了其核心部件图。果蔬分级机的研制和推广，对于提高农业的发展水平，增加广大农户的收入，促进果蔬进出口业的可持续发展，都将具有重大的意义。在上述研究过程中，取得了如下结果：（1）详细的对比了分级机各类分级装置的优缺点，选取皮带条轨道式分级装置作为分级机的核心部件，并以红枣为分级实物，对分级装置进行了设计。（2）分级机轨道的转速是实物的分级良莠的最主要原因，因此，本文选取电动机，并通过二级减速器控制轨道的速度，以减少速度对分级的影响。（3）对整个装置进行了设计，并用AutoCAD对分级机进行了结构设计。参考文献：1 叶昱程，应义斌. 果蔬品质检测与分级技术J. 农机化研究. 20032 蒋焕煜, 应义斌,等. 果品质智能化实时检测分级生产线的研究J. 农业工程学报.20023 张方明，应义斌.果蔬分级机器人关键技术的研究和发展J. 机器人技术与应用.20044 李庆中，汪懋华. 基于计算机视觉的果蔬实时分级技术发展与展望J. 农业机械学报，1999.第45期5 刘晓杰.食品加工机械与设备M.高等教育出版社.2010.45-486 厉
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