毕业设计（论文）-水果筛选机结构设计

页共8页PAGE毕业设计（论文）外文摘要TitleThedesignofApplefiltersAbstractThefruitindustryisoneofthethreemajorindustriesinChinaandoccupiesahighpositioninthenationaleconomyofChina.Asawell-knownfruit,appletastesrefreshingandislovedbypeopleofallages.China'sappleplantingtechnologyisveryhigh,hasbeenclosetotheworld'sadvancedlevel.AndChina'sapplepostpartumprocessingequipmentlevelisrelativelylow,whichalsorestrictsthedevelopmentofChina'sappleindustrytoalargeextent.Therefore,thispaperaimstodesignanapplefilteronthepremiseoffullyinvestigatingtheapplemarket,soastomakeaslightcontributiontoChina'sappleandeventhewholefruitindustry.Thedesignideaofthispaperadoptsthebasicideaoftotalscore.Thefirstchapterofthispapermainlyintroducesthedomesticandforeignresearchstatusofapplepostpartumprocessingindustry,andmakesclearthepurposeandsignificanceofthisstudy.Secondly,thesecondchaptermainlyanalyzesseveralkeyprocessstepsofapplescreening,anddesignsthebasiclayoutofapplescreeningequipment.Inaddition,thisdesigntodesigntheconveyingpartandthescreeningpartofthedesign,andthekeybeltdriveandchaindrivepartofthedesigncontinues.Thelastchapterofthearticlemainlycarriesontheanalysisofapplefeedingandharvesting,andcomprehensivelydiscussesthekeypointsofthedesignoffeedingrackandreceivingrack.Theoveralldesignofthispaperisreasonable,whichbasicallymeetsthetechnologicalrequirementsofapplescrening,andhasagoodreferencesignificanceforthedesignoffruitpostpartumprocessingequipment.KeyWordsApplefilteBeltconveyoDrumSolidworks

目录TOC\o"1-3"\h\u19312中文摘要 4116269外文摘要 19472第1章绪论 5234551.1课题研究的背景及意义 5319771.2水果筛选技术的国内外研究现状 5290021.2.1国内技术现状 5215991.2.2国外技术现状 6203921.3本次设计的内容和目标 61611.3.1设计思路 650981.3.2初步分析 7315871.3.3预期目标 725902第2章工艺流程以及总体设计方案 8313862.1工艺流程分析与设计 8265242.2总体方案设计 8265452.3原始工况要求 925938第3章输送部件的设计 10146603.1输送要求 10173153.2总体结构设计 10203553.3电机的计算和选型 11310043.4链传动的计算和设计 135293.5其他关键零部件的结构设计和选型 15273613.5.1裙边式皮带的选型 15198303.5.2辊筒的结构设计 1626454第4章筛选部件的设计 1851474.1筛选工艺的要求 1816574.2总体结构方案 1899944.3电机的计算和选型 19310484.4带传动的计算和设计 20219924.5其他关键零部件的结构设计 22144434.5.1筛选辊筒的设计 2242044.5.2机架的设计 2310743第5章进料以及出料架的设计 24184795.1进料架的设计 2484595.2出料架的设计 2412340结论 2623580致谢 27

第1章绪论1.1课题研究的背景及意义我国的水果产业是我国的种植类产业的第三大产业，而且种植和流动的水果量也呈现出了逐年增多的趋势。就从05年15年这短短的10年间，我国的水果的产量已经实现了约10倍左右的上升。而另一方面，虽然我国的水果产量较高，但是纵观全球的市场上来看，我国的水果总体竞争力水平还是比较低的。而水果的竞争力主要是体现在水果品质和水果处理两个方面。水果的品质主要和水果的种植有关系，随着我国农林院校对水果类绿植的理论研究，目前我国的水果种植技术已经逐步接近了世界的先进水平。所以，目前制约我国水果产业发展的主要因素就在于水果的产后处理水平。苹果作为一种家喻户晓的水果，是一种口感香脆、影响价值非常丰富的食物。苹果本身含有非常多的有机酸、矿物质、膳食纤维以及多酚等营养物质，对人体具有非常多的好处。总结下，苹果主要有以下典型的功效：①保护心脏②清肺止咳③通便止泻④降低胆固醇⑤促进睡眠⑥调节酸碱平衡⑦养颜美容等。所以，综合来看苹果是一种全方位的健康食品。以苹果相关的产业也是水果中相对比大的，但是同样受到相同问题的制约，就是受到水果产后处理能力的制约。基于上述背景下，本文在概述研究水果分拣技术的重要意义的同时，分析了当前国内外水果分拣技术及水果分拣产品的研究现状。设计方面，基于苹果的外形和内在特性设计一种可以根据苹果大小而实现自动化筛选的筛选器，从而可以将苹果根据大小分为不同的级别，便于进行下一步的售卖或者二次加工。通过设计这种基于苹果大小的筛选器，可以合理有效的将苹果分为几大类，不但解放了人力的参与，并且优化了整个苹果的产业格局，非常有利于提高苹果甚至整个水果的产业规模，最终有利于间接的提高我国的总体国民经济。1.2水果筛选技术的国内外研究现状我国是世界水果生产消费大国，但还不是水果加工强国。水果的品质还难以完全满足国内外消费者的要求，水果市场主要还在国内。随着我国加入WTO，水果生产销售面临着激烈的全球市场竞争，因此必须尽快提升我国水果种植和加工的水平，缩短与国外的差距。近几十年来，我国的水果加工水平提高缓慢，主要是我国的水果机械加工技术水平落后造成的。20世纪50年代以前，我国几乎没有食品机械工业，更不用说水果加工。水果的生产加工主要以手工操作为主，基本属于传统作坊生产方式。仅在沿海一些大城市有少量工业化生产方式的水果加工厂，所用设备几乎是国外设备。进入20世纪50～70年代，水果加工业及水果机械行业得到一定的发展，全国各地新建了一大批水果加工工厂。但这样依然没有从根本上改变水果加工落后的面貌，这些加工厂尚处于半机械半手工的生产方式，机械加工仅用于一些主要的工序中，而其他生产工序仍沿用传统的手工操作方式。到了20世纪80年代以后，水果工业发展迅速。这得益于80年代以后的改革开放政策。随着外资的引入，出现很多独资、合资等形式的外商水果加工企业。这些企业在将先进的水果生产技术引进国内的同时，也将大量先进的水果机械带入国内。再加上社会对水果加工质量、品种、数量要求的不断提高，极大地推进了我国水果工业以及水果机械制造业的发展。通过消化吸收国外先进的水果机械技术，使我国的水果机械工业的发展水平得到很大提高。20世纪80年代中期，我国水果工业实现了机械化和自动化。进入20世纪90年代以后，又进行了新一轮的技术改造工程。在这一轮的技术改造工程中，许多水果加工厂对设备进行了更新换代，或直接引进全套的国外先进设备，或采用国内厂家消化吸收生产出的新型机械设备。经过两轮的技术改造工程，极大推进了我国水果机械工业的发展，水果机械工业现已形成门类齐全、品种配套的产业，已经为机械工业中的重要产业之一。1.2.1国内技术现状近些年来，关于苹果筛选机的研究越来越多，以下对国内几个关于苹果筛选机的研究成果进行总结和分析。这些研究成果都强调了机器对提高筛选效率、提高筛选精度和减轻人力负担的作用，以及对苹果生产行业的发展有着积极的意义。河南农业大学的王建平等人介绍了一种基于物体自动识别技术和视觉跟踪算法的苹果质检设备，并通过实验验证了该设备的性能和稳定性。西北农林科技大学的吕平等人提出了一种基于数字图像处理的苹果表面缺陷检测方法，并通过实验验证了该方法能够准确地检测苹果表面缺陷。东北农业大学的张立刚等人介绍了一种以叶轮为核心的苹果筛选机结构设计，并通过实验研究了该筛选机在不同物料过流量条件下的筛选性能。山东大学的姜文华等人综述了苹果内部质量无损检测技术的研究进展，包括X光透视成像技术、磁共振成像技术和超声波成像技术等。天津科技大学的陈建军等人综述了苹果成熟度和品质检测技术的研究进展，包括色度计、气味计、红外光谱技术、近红外技术等。综上所述，这几个研究成果都是在苹果筛选机的研究领域取得了一定的进展。这些研究成果主要聚焦在苹果质检设备的研究与设计、表面缺陷检测方法、叶轮结构构建与性能研究、苹果内部质量无损检测技术和苹果成熟度和品质检测技术方面。这反映出当前苹果筛选机研究领域的主要方向。此外，这些研究成果中的作者来自多个权威院校或研究机构，反映了该领域的学术实力和研究人员的热情。这些研究成果对苹果筛选机行业的发展具有重要的指导意义和实践应用价值。1.2.2国外技术现状以下是关于苹果筛选机的国外研究成果的总结和分析，这些研究成果主要来自欧美等国家，在苹果质量检测技术等方面取得了具有前瞻性的成果，对苹果生产行业发展具有重要影响。美国俄勒冈州的AlleElectronics公司的和Autoline公司的Model6型机器是一种基于图像识别技术的先进设备，可以根据设备拍摄的图像，从而判断水果的大小、重量、颜色等参数，最后再进行针对性的分选。日本人比较善于利用传感器技术，利用红外测定技术，来进一步的获得苹果的成熟度参数，从而实现基于成熟度的苹果分选，更高效率的提高了苹果的分选技术。比利时华强林大学Schrevens等人探讨了苹果质量评估的传统方法，以及最新开发的技术和未来发展趋势，如机器视觉、光谱学、无损检测等，旨在提高苹果质量评估的自动化和高效性。加拿大阿尔伯塔大学的Farid等人介绍了数字图像处理技术在苹果果实检测中的应用，如表面缺陷、腐烂和形状等方面的检测，并提出了未来可能的研究方向，如设备小型化和检测速度的提高。美国加州大学的Zhang等人综合使用图像处理及光谱学技术研究了苹果瑕疵检测，提出了一种分页处理和光谱特征选择方法，能够在不同光照条件下快速准确地检测苹果表面瑕疵。西班牙拉里奥哈大学的Perez等人比较了支持向量机(SVM)和人工神经网络(ANN)两种算法在苹果分类方面的效果，通过实验结果发现，SVM模型能够更加准确地实现苹果的分类识别。综上所述，以上国外研究成果都在苹果质量检测技术方面取得了卓越的成果，并为苹果生产行业发展提供了重要的参考和借鉴。这四个研究成果都强调了机器视觉、数字图像处理技术、光谱学等技术在苹果质量检测方面的应用，这反映了全球苹果生产行业的技术趋势和研究热点。此外，这些研究成果都来自于来自多个权威高校和研究机构的学者和科学家，既能展现了国际研究水平也为国内的研究与应用提供了宝贵的参考。1.3本次设计的内容和目标1.3.1设计思路通过为期一周的实地调研与学习，让我对苹果筛选器的设计有了初步的认识和思路。在苹果筛选器的设计中整体框架主要由分选箱、电机、传送带、滚筒间距带以及重量传感器等零件组成。可以通过传统的机械结构对苹果的大小、均匀度以及重量等进行苹果的筛选。对于苹果筛选器的设计，设计并优化好滚筒间距带还有提高苹果的筛选效率尤为重要。因此，间距距离的计算要根据市场苹果取样进行调整，还有电动机的工作效率也要设计完善。各个部件加工精度也要得到保证。在苹果筛选器中，滚筒间距带作为苹果筛选器的重要零部件，滚筒的加工质量对苹果筛选器的性能有着非常重要的影响。在调研阶段，我学习了苹果筛选器是如何运转工作的，知道了哪些工序阶段是苹果筛选的关键工序，还有哪些是需要优化完善的，并且认识了苹果筛选器所用的零部件以及各种设备还有一些核心技术。也掌握了苹果筛选器设计的基本方法与操作流程，以方便日后设计完善。了解了滚筒间距带的加工工艺路线，知道了哪些工序是控制滚筒间距带加工精度的关键工序，并且认识了加工和测量滚筒间距带精度的各种设备。掌握了滚筒间距带设计的基本方法：先确定间距，设定零件工艺规范，确保加工过程中顺利完成。1.3.2初步分析以下是几个关键部件的设计要点分析：进料装置主要由机架和“Y”型进料口组成。功能实现方法：由于进料装置与水平方向成倾斜状态，所以当苹果倒入进料装置后,苹果会靠自身重力滚入传送装置，并且进料装置可以起到储存苹果的作用。传送装置采用皮带流水线作为载体，主要由皮带动力装置马达、传动装置同步轮、同步带以及动力传输装置皮带、主动轮、从动轮等组成。本次设计选在裙带式爬坡的皮带输送机，根据裙带的宽度实现定量输送的效果，其爬坡的效果可以使多余苹果掉下去，起到辅助输送的效果。筛选装置选用滚筒式筛选机，初步设计三个滚筒，每个滚筒上开有大小不同的圆形槽，可以将不同大小的苹果筛漏下去。三个滚筒保持转动，并有一定的角度。最后被滚筒筛选的苹果应配有不同的收获装置进行分类收获，这里可以用小型皮带输送机来进行输送。1.3.3预期目标本课题是为拓宽思路，充实自己知识，灵活运用课本内容，将理论与实际结合，由老师指导下合理编制苹果筛选器加工工艺、工序卡片及检验卡片，从而实现对筛选工艺路线的优化，通过不同设备的选择与比较，提高机器的筛选精度。最终设计一套完整的苹果筛选器结构，结构合理、方案可行，可以实现对于苹果精确筛选和回收。

第2章工艺流程以及总体设计方案2.1工艺流程分析与设计本课题所设计的课题主题为苹果筛选器的设计。在进行具体的结构设计之前需要对实际苹果的收获和筛选的工艺进行分析，从而理论才可以针对性的指导后续的具体设计。本次所针对的苹果主要为已经收获的大小形状混装的情况，符合一般苹果收获的实际情况。经过综合考虑，本次设计的苹果筛选器具有以下几点要求①苹果经过收获之后，一般都用筐或者袋子承载，所以再进行筛选之前，最后设计定制的收料架子便于上料。②单台收获装置需要不断的人工添料，这显然不符合现代对于设备自动化的需求，所以需要设计定量输送的设备作为过渡设备。③筛选滚筒的位置，至少要设计三级筛选，另外最后要有回收装置，主要考虑用来回收超大型的苹果。④整套苹果筛选设备需要尽可能的做到自动化，减少人力的参与。⑤无论是在上料还是在输送或者筛选的过程中，尽量考虑对苹果的保护，否则可能会影响到苹果的品质。基于以上观点的分析，本次设计的苹果筛选器至少要包括上料装置、输送皮带、筛料滚筒、收获滚筒等四个最为核心的部件，同时需要电力控制系统、传感器检测系统以及与配合。2.2总体方案设计上节中，基于苹果收获的要求提出了本次设计的苹果筛选设备的基本功能。经过进一步的分析和考虑，本次设计的苹果筛选器的总体布置图如下图2.1所示。图2.1总体方案设计上图中可以清楚的看到本次设计的基本工艺流程。首先，苹果通过人力或者承载车辆将一定数量的苹果倾倒入进料装置中。进料装置和输送皮带呈“U”状，所以可以提供一定的苹果储存的能力。同时，输送皮带机具有定量输送的功能，即在成堆状的苹果中选择一定量的苹果进行定量输送。利用爬坡的效果，可以将苹果输送至筛选设备中。筛选设备分为三级，每级的滚筒上面开的圆形槽由小至大的排列。体积较小的苹果可以率先的落入到第一级的收获装置中，其他的苹果同理。最后超大型的苹果会落入到回收框力，作为第四级的收获装置。其中需要注意的是皮带机的皮带输送速度需要和筛选滚筒的转速实现匹配，否则可能会发生筛选不充分或者设备功率浪费的现象。以上即为本次设计的总体设计方案和工作原理。2.3原始工况要求再进行具体的零部件设计之前，需要设定一种工作的概况。本次设计的筛选设备的工作效率需要达到7200个/小时；动力来源为家用的220V电；筛选机部分的电机额定功率选择不能超过1.37kW。筛选的准确率和精度需要满足预先设定的要求。具体的零部件的设计如下文。

第3章输送部件的设计3.1输送要求基于上文中的设计方案，本章展开对输送部件的总体设计。经过进一步的构思所需要实现的详细要求有以下三点：①定量输送要求。很多的苹果苹果堆在进料架处，所以如果上料不均匀会对后续的筛选部分带来问题，所以必须实现定量的输送功能。②输送稳定性高。作为输送设备，对于输送的速度、以及保持恒速的能力以及设备使用的可靠性等方面需要要有保障。③尽可能的减少成本。作为面对于果农的机械设备，尽可能的在满足使用要求的前提下简化设备结构，选择低功率、节能的电机类型等。3.2总体结构设计基于上文中的对于输送设备的要求，本节展开对输送设备的设计。为了保证总体的结构相对比较紧凑，所以需要尽可能的选择合理的传动方式。在机械传动中，常见的传动方式有齿轮传动、链传动以及皮带传动等。经过综合的考虑，选取链传动以及皮带输送作为本次设计的主要传动方案。经过总体设计，本次苹果输送设备的总体布置方案如下图3.1所示。图3.1输送部件的设计方案1.机架2.侧挡板3.输送皮带4.驱动装置3.3电机的计算和选型电机是一台机械设备的动力源，所以其选型非常重要。对于电机的选型来说，需要在尽可能满足生产率要求的前提下选择功率比较低的电机。下面进行负载功率以及所需电机转速的计算。电机的额定转速是影响苹果生产率的重要因素之一。根据本次设计的总体设计方案来说，爬坡皮带表面的线速度决定着苹果输送的速度，也就决定着苹果筛选的速度和效率。本次设计的额定生产率P要求为7200个/小时，换算单位即为约2个/秒。本次设计的爬坡皮带选取的是带裙边式的皮带。该皮带的宽度B初设为950mm，横档之间的间隔L设计为300mm。而苹果的大小方面，通过实际调研以及搜集文献，发现苹果的大小实质上是主要分为五个级别的。直径从65mm~85mm一共分为五级。所以为了方便计算，可以暂且取苹果的平均直径d为75mm代入计算。由于裙边式皮带可以起到周期性的选择性输送作用，所以每个横档所能承载苹果的数量计算为：（3-1）上式中：B为皮带的宽度，取值为950mm；d为苹果的平均直径，取值为75mm；代入计算后，n值计算得约为12.66，考虑到碰撞等因素，理想的情况下每隔横档所能承载的苹果数量约为8个。输送皮带速度v需要满足的条件，经过实际的分析应该为下式3-2。（3-2）上式中：v为皮带表面的线速度，为待求值；L为皮带上每个横档的间隔距离，取值为300mm。P值为要求的最小生产速度，取值为2个/秒。代入数值后，计算得速度值应该满足于大于0.075m/s。根据实际中的设计情况，可以暂取辊筒的外径为D为100mm。根据上文的对于皮带表面速度的计算，辊筒的转速需要满足的条件关系式如下式3-3所示。（3-3）上式中：v为皮带表面的最低线速度，取值为0.075m/s；D是辊筒的外径，取值为100mm。n为辊子表面的线速度，为待求值。将以上数值代入到上式后，计算得n约为17.6r/min。考虑到该转速值为满足生产率的最低转速值，而一般情况下很可能出现加急生产或者加快转速的情况，所以可以取主动辊筒外表面的转速不低于18r/min。其次本次设计中，电机的输出轴是经过链传动才将动力传输到主动辊筒位置的，由于本次计算的所需的转速已经很低，所以不需要链传动再进行中间的减速，可以暂取链传动的传动比为2。所以只需要电机的输出转速大于36r/min既可以满足要求。电机的转速条件完成计算后，需要对该输送设备的输送功率进行进一步的计算。根据实际调研和文献中的检索，可以暂规定每个苹果的重量m约为0.25kg。对于输送设备来说，需要实现的负载要求即为将苹果从底侧以尽可能均匀的速度输送到顶部位置。暂取皮带从底侧输送到顶侧的距离值L总约为2.5m。而整体皮带同时可以承载的苹果的重量约为：（3-4）上式中：L总为皮带斜面长度，取值为2.5m；n为每个横档所能承载的苹果数量，计算得8个；G总为皮带上理想情况下储存苹果的总重量，N；上式代入数值计算得G总约为164N；对于苹果输送设备的爬坡输送角度不宜过大也不宜过小，本次设计可以设计其爬坡角度约为13°。所以可以计算得爬坡皮带在竖直方向的上升速度计算为3-5。（3-5）上式中：v为皮带表面的线速度，上文计算得约为0.017m/s；所以上升速度计算得约为0.004m/s。根据功率计算公式：（3-6）可以代入计算得苹果提升的功率仅仅约为5W左右，这显然是比较小的。而对于该设备来说，实现该输送设备的驱动需要克服皮带运转的摩擦力等，对于这点来说，负载提升功率基本可以忽略。本次设计参考传统的皮带输送机来说，选择的电机功率需要大于0.8kW就已经足够驱动本次设计的工况。根据上文所计算的功率和转速的要求，选择电机的型号为Y90L-6号三相异步交流电动机。该系列电机的额定功率为1.1kW，负载转速约为910r/min，重量为25kg。该电机的功率已经足以满足本次设计中需要的工况值。而其直接输出转速远大于本次所需要的转速要求。减速装置中链传动可以起到一定的减速比，本次取值约为2。根据本次设计的转速要求，还需要提供接近12.5左右的传动比，这就需要减速器来提供。为了方便安装，本次设计选取摆线针轮减速器，选择的型号为XWD-1.1-13。该减速器可以提供的减速比约为13，最终可以将转速降至所需要的转速要求。下文进行该输送设备中链传动的设计。3.4链传动的计算和设计由上文得电机传递的额定功率为1.1kW，再考虑电机和联轴器等件的效率，最终输入到链传动的功率为：（3-7）上式中：P0—电机的功率，P0=1.1kW；—传动的效率，，；代入数据得功率约为1.03kW。根据上文的设计，小带轮的转速是经过电机输出以及减速机的作用下所得来的。计算如式3-8。（3-8）上式中：n电机为电机的额定转速，取值约为910r/min；i为减速器提供的减速比，为87；所以可以计算得小链轮的转速约为10.5r/min；由于链传动需要起到一定的减速作用，根据上文的设计，取该链传动的传动比约为2。所以大链轮的转速计算约为5.2r/min左右。为使转动平稳，对高速或承受冲击载荷的链传动：z1≥25，且链轮齿应淬硬，所以取小链轮齿数为25，大链轮齿数为50。经查表得，载荷种类选为低等冲击，机械原动机选择电动机[。故计算功率为：（3-9）Ka为工况系数，取值为1.2；K0为小链轮的齿数系数，取值为1.0；代入数据计算得为1.4kW；根据上面的选型和计算，可以根据功率和转速选择链条的型号。在链条型号选型表中选择连型号为16A，节距P=25.4mm。当脉动载荷、无张紧装置时，a0＜25p，由于机架的位置限制，这里取中心距为350mm。以节距计的初定中心距为：（3-10）上式中：a0—初定中心距，a0=350mm；p—选取链型号的节距，查表p=25.4mm；代入数据得：链条节数为（要求圆整为偶数）：（3-11）上式中：f3—用齿数计算的链条节数的系数，f3=15.831。Lp代入计算后圆整为50。链条长度为：（3-12）上式中：P—节距，取值为25.4mm；Lp—链条的节数，Lp=50；代入数据得链条的长度为1.27m。计算中心距为：（3-13）上式中：P—选定链条的节距；Lp—链条的节数；Z1—链轮的节数；考虑松边有合适的垂度，实际中心距约为357mm。链条速度v为：（3-14）上式中：Z1—链轮的齿数，Z1=25；n1—小链轮的转速，n1=10r/min；p—节距，p=25.4mm；代入数据约为1.0m/s，所以本次设计链传动为低速链传动。包角验算：（3-15）上式中：Z2—大链轮的齿数；Z1—小链轮的齿数；P—节距，取值为25.4mm。代入数据计算得包角约为148°。故根据链的型号和链的速度判定，该链传动选择人工定期润滑的方式，每班加油一次。3.5其他关键零部件的结构设计和选型3.5.1裙边式皮带的选型本次输送部件中的一个创新点就是将裙边式的输送皮带应用到了果实筛选的设备中，这是之前的设备所基本不具备的。而裙边式的皮带也是基于平皮带所衍生出来一种产品，由于使用方便目前已经广泛的应用于了各类食品加工、或者定量输送的流水线中。对于裙边式皮带的设计和选型来说，实质上只需要根据自身皮带输送的要求即可。生产该类皮带的厂家基本可以根据合理的需求进行定制化的设计。本次选取的裙边式皮带的参数经过上文已经初步设计，宽度值B为950mm，每个格挡之间的间距取值为300mm。而格挡的高度应该满足使用的条件，至少可以实现基本的苹果输送功能。所以格挡的高度应该满足高于最大尺寸苹果的基本直径，可以取值为100mm。皮带的厚度选择3mm，下图3.2即为裙边式皮带的应用之一。图3.2裙边式皮带的实物照片和应用3.5.2辊筒的结构设计输送部件的辊筒的设计实质上是比较关键的零件之一。因为主动辊筒的设计直接影响了输送部件的输送效果和使用寿命。而考虑到输送辊筒的长度实质上已经接近于1m左右的长度，采用实心的圆钢进行设计和制造显然是非常不现实的。所以应该在尽可能满足强度条件的前提下，来降低零件加工和制造的成本。下图3.3即为本次设计的辊筒的基本结构，主要采用焊接的连接方式，从左至右分别为左轴头、法兰、辊筒、右侧法兰以及右侧轴头。该结构虽然内部为空心结构，但是辊筒的强度足以支撑该传动。另外该轴的左侧轴头的直径为45mm，所以应该根据该直径值选取键的型号为bxhxl=8x7x35。该辊筒焊接件中，轴头的材料选择45号钢调质处理，而法兰的材料选择Q235钢。图3.3主动辊筒的基本结构

第4章筛选部件的设计4.1筛选工艺的要求本次设计中，上文已经完成了总体方案的设计以及输送部分的设计。本节旨在针对于筛选部分的工艺设计苹果筛选器的筛选部件。同样再进行具体的筛选部件设计之前，需要筛选部分的要求进行总结和整理，从而对机械部分的设计提供理论基础。总结来看筛选部分主要有以下几个要求。①筛选功能的可靠性。对于苹果输送机来说，筛选工艺是整个工艺流程中最为关键的一部分。苹果筛选的效率和质量直接很大程度上都由这部分所决定。所以想要提高筛选的效果，就应该多多的在这部分中进行优化设计。②保护苹果的表面质量。苹果虽然具有一层表面的保护皮，当时实质上其果肉内部也是比较脆弱的，如果经过较为坚硬的撞击，可能会伤及苹果，最终还会降低苹果的质量以及效益等。所以对于苹果的筛选部分来说，应该处处考虑苹果的表面保护。③筛选速度不宜过大。对于苹果的筛选工作来说，当苹果前进的速度过大的时候，一定可能会发生漏筛或者没有充分筛选的情况。所以应该在满足生产率的情况下尽可能选择较低的速度。④控制成本。同输送部分一致，苹果输送机作为面对果农的一种低成本的苹果分选设备，应该将成本控制到农户可以接受的程度。当然，整机的分选效率和效果还是应该作为最提前的条件保证的。4.2总体结构方案对于筛选部件来说，最基本应该满足上一节所提出的基本的要求。对于类似于苹果之类的球形水果的大小筛选来说，经常选用辊筒式的筛选方法。其筛选的原理非常简单，筛选的效率也式非常可观的。该种方式进行苹果分选的基本原理就是通过在辊筒的表面开有大小不同的圆形槽，圆形槽分为至少为三个级别。每个级别辊筒中的不同之处就在于所开圆形槽的尺寸大小不同，而具体的开口尺寸大小则需要根据实际的情况进行实际的调研。其次就是对于辊筒来说，每个级别的辊筒应该都具有动力来进行转动的驱动，而不是自由辊，并且辊筒的转动方向应该和苹果的下滑和先进方向是基本一致的。另一方面无论是筛选部件的平面还是辊筒的布置都应该具有一定倾斜的角度，可以使苹果利用自重或者辊筒旋转的摩擦力，将苹果实现前进的动作。其次，为了防止苹果的侧面掉出，应该在筛选设备的两侧配以防止掉落的护板。为了上文所设计的输送设备相互配合，需要将筛选滚筒的最高侧略低于输送设备的顶点位置。同时为了减少苹果在两个设备的过渡输送时产生磕碰，应该在筛选设备上焊接过渡钢板。下图4.1本次设计的筛选部件的设计方案。通过图中可以看出所设计的传动动力路线为电机、带传动、二级链传动、筛选辊筒等。具体的设计如下。图4.1筛选部件的设计方案4.3电机的计算和选型对于筛选部分来说，任务书上要求了该部分电机的功率不能超过1.37kW。而输送转速方面不宜过快或者过慢，只需要恰好满足输送皮带的输送要求即可。由于输送部分的输送速度已经是经过了验证且满足生产率的要求的，所以仍然可以沿用至本节所设计的筛选部分中。上文的设计中皮带表面的最低线速度，取值为0.017m/s。落实到本节的筛选部分中，只需要求筛选辊筒的表面线速度大于0.017m/s即可。所以需要保证三个辊筒的转速满足输送的基本要求，可以暂取辊筒的外径D约为300mm。辊筒转速n需要满足的条件为下式4-1。（4-1）上式中：D—筛选辊筒的最大外径，取值为300mm；v—苹果输送的前进速度，根据上文取值约为0.017m/s；n—辊筒的需要转速，为待求量；把上述数值代入到公式4-1后，可以计算得所需要的转速约为2r/min即可满足条件，同样需要考虑到可能会有高生产率或者高负荷的情况，至少需要辊筒的转速可以达到5r/min的工作条件才可以满足基本需求。本次设计的筛选部分的传动方式分别为带传动和链传动。而考虑到链传动为二级链传动，为了减少链传动的复杂性，所以选择传动比为1。而辊筒的转速同样是比较低的，而电机的转速确是比较高的，为了减速可以初步设计带传动的减速比为3，其余的减速部分选择减速机来进行承担。而功率方面，通过对于输送部分驱动苹果的功率计算，可以总结出对于苹果驱动的所需功率是非常小的。而整台设备的运行功率更多的都消耗在设备的运转以及摩擦消耗上面。而本次的传动链相对来说还是比较复杂的，如果计算每段的功率消耗是非常复杂的，必要性也不是很大。所以本次设计参考输送设备的功率选型以及市面上已有产品的调研情况来看，选择电机的功率不低于1.0kW即可。经过上文的分析，本次筛选部分的电机选型同样选择电机Y90L-6号电机。Y系列的电机具有使用广泛、成本低且绿色环保的特点。该电机的额定功率为1.1kW，负载转速为910r/min，同步转速为1000r/min。很显然，仅凭带传动的减速作用是不能满足使用要求的，还需要配备减速器进行减速，减速器减速比的计算如下式4-2所示。（4-2）上式中：n电机为电机的额定转速，取值约为910r/min；i为带传动提供的减速比，为3；经计算，减速器的减速比需要60左右。所以经过综合分析和对比，本次部件的设计中同样选择摆线针轮减速器，其型号为XWE-1.1-59，该减速器基本满足使用的需求。本节选定了该部件的电机以及减速器，下文进行传动部件的计算和选型。4.4带传动的计算和设计带传动是一种常布置在高速级，且具有过载保护功能的一种传动方式。带传动根据带的截面类型可以分为圆带、V带、平带以及多楔带等。其中V带和带接触面积最大，传动效率也比较高，所以本次设计中选取v带作为设计对象。根据上文的设计可以确定原始的数据。小带轮的转速约为15r/min左右，大带轮的转速约为5r/min左右。带传动的传动比，根据减速的要求初步设定为3。由上文得带的电机总功率为1.1kW，所以带传动需要传递的功率同样约为1.1kW。所以设计功率Pd为：（4-3）式中：Ka—工况系数，根据工况查表取Ka=1.2。代入公式得计算得带传动的功率约为1.32kW。根据设计功率Pd和小带轮转速n在带型的标准带型选型表中选择带的型号为：A型带。根据基准直径dd，选择小带轮直径为80mm，大带轮直径为：（4-3）上式中：i—传动比，本次设计为3；dd1—小带轮直径，dd1=80mm；代入公式计算得大带轮的直径约为240mm。带传动的速度应该低于许用值，带的速度校核公式如下式4-4所示。（4-4）上式中：dp1—带轮的直径，dp1=80mm；n—带轮的转速，n=15r/min；，所以带速满足条件。中心距一般要求：（4-5）故，所以暂取中心距为350mm。计算得带的基准长度为：（4-6）上式中：Ld0—基准长度，Ld0=890mm；Ld取标准系列的中心距值为900mm。估计算得实际中心距a为：（4-7）a0—暂取的中心距，取值为350mm；Ld—标准的长度，单位900mm；带传动中应该使小带轮的包角满足基本的设计条件，如下式4-8所示。（4-8）经检验，小带轮包角计算得167°，满足计算条件。经查表，单根带的额定功率约为。所以V带的根数z为：查表得（4-9）上式中—包角修正系数，取值为0.99；—带长修正系数，取值为0.66；P1—单根带的额定功率，取值为0.31kW；—额定功率增量，取值为0.03kW；—带传动的传动功率，取值为1.32kW；代入数据得：故设计4根V带。根据尺寸，小带轮选择实心轮，大带轮选择孔板式，制造方式均选择铸造，材料选择铸钢。4.5其他关键零部件的结构设计4.5.1筛选辊筒的设计本次设计筛选辊筒零件为筛选工艺中和苹果果实直接接触的零部件。所以该零部件的设计直接就决定了筛选的效率和效果。参考上文提到的苹果尺寸以及经过实际的调研可以总结出以下结论。其中山东和河北作为盛产苹果的两个大省来说，其中的大部分苹果都是集中于65mm~90mm之间的。所以为了更好的分选水果，将三个级别的辊筒中间的圆形漏槽设计为70mm、80mm以及90mm，另外超过90mm以上的超大果实还可以由后续的收获装置继续收获，相当于本次设计的筛选工艺可以实现四级筛选。结构方面，筛选辊筒同样设计了两侧的轴头，而中间是中空的焊接钢架组成。两侧为了增加钢架的连接强度，焊接了类似于腹板式的三角形的钢架进行加强和加固。筛选辊的结构设计简图如下图4.2所示。图4.2筛选部件的设计方案4.5.2机架的设计机架的设计是筛选机构的总体支撑的保证，所以对于机架的设计要求同样非常高。在需要保证实现基本的功能的同时，必须要保证机架的支撑的强度和符合条件。机架设计模型如下图4.3所示。其中支架的支腿主要选择的是方形钢管，而支架的上部零件主要由钢和角钢焊接而成，其中两侧的挡板需要为后续的辊筒留出安装的位置。总体的焊接要求比较高，要求不能存在虚焊、漏焊的情况。图4.3机架设计的三维模型图

第5章进料以及出料架的设计5.1进料架的设计进料架是在整个苹果筛选的工艺流程中进行物料收获的比较关键的零部件之一，本次设计的进料架如下图5.1所示。通过图中的模型方案可以看出，本次设计的进料架的设计方案为采用一个倒Y型的结构，可以有效地增加收获的面积。同时收获架的工作面需要具有一定的坡度，可以将苹果进行有效的收获。结构方面，进料架的设计主要是采用5mm厚的钢板和60X5mm规格的方钢管焊接而成，总体的高度应该和输送部件相配合。更为全面的设计参见设计图纸。图5.1进料架的设计模型5.2出料架的设计和进料架类似，出料架是实现苹果收获的关键零部件之一。苹果经过了上料、输送、分选之后，就应该进行分种类和批量的收获。而根据收获部件的中收获原理可以总结出，苹果经过辊筒的筛选之后，会因为自重的因素落到出料架子上面，再利用自重以及惯性的影响落入倒不同的收料框中。收料架同样为5mm焊接的结构，其通过螺纹连接的方式紧固在筛选辊筒的底部。为了保证保护苹果的质量，需要将出料架尽可能的设计平缓一些。本次设计的出料架如下图5.2所示，更详细的尺寸信息详见图纸。图5.2出料架的设计方案

结论本次设计至此已经基本结束了。本次设计课题为苹果筛选器的设计，而考虑到整个筛选的过程和工艺流程，本次设计筛选器将总体分解成了四个部分，分别为收料架、输送部分、筛选部分以及收获部分。其中文章首章主要完成了本次设计中的设计背景的论述，并明确了本次设计的目的和意义。次章主要深入分析了苹果筛选的基本工艺需要和工艺流程，并设计了苹果筛选装置的总体设计方案。其次，本次设计以此设计了输送部分和筛选部分的设计，并对其中比较关键的带传动以及链传动部分继续了设计。文章的尾章主要进行了苹果进料和收获的分析，并综合论述了进料架和收料架的设计要点。本次设计从头至尾考虑苹果收获的基本过程，总体设计较为全面。并且本次设计的输送部件中提出了定量输送的思想，并创新的采用了裙边式皮带作为输送部件。结构设计方面，基本符合设计的要求，且较为合理。当然，由于自身的水平和能力的限制本次设计还存在一定的问题。例如苹果作为一种形状不规则的水果，和柑橘之类的还是有一定区别的，利用圆形槽能否将苹果成功分选仅停留在理论构思层面上，具体的效果还有待进一步的试验。其次苹果筛选器作为一套复杂的设备，应该是一套综合机电一体化产品。其中应该是机械和传感器技术、电控技术以及计算机技术的有机结合，而被文仅对机械部分进行了简单的设计。这次毕业设计是我对大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课的一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的训练,因此,它在我们四年的大学生活中占有重要的地位。通过这次毕业设计对自己的四年的大学生活做出总结,同时为将来工作进行一次适应性训练，从中锻炼了自己分析问题、解决问题的能力，为今后自己的工作和生活打下一个良好的基础。这次设计其实是综合运用本专业知识，分析并解决设计中遇到的问题，进一步巩固、加深和拓宽所学知识。通过这次设计实践，使我逐步树立了正确的设计思想，增强了创新意识，熟悉并掌握了机械设计中的一般规律和方法，培养了我的分析问题和解决问题能力。通过设计计算、绘图以及运用技术标准、规范、设计手册等有关设计资料，使我进行了较全面的机械设计基本技能训练。另外通过本次设计使我领悟出机械设计的一般进程：设计准备、传动装置总体设计、传动零件设计计算、装配图设计、零件工作图设计、编写设计说明书。如果随意打乱这个过程则在设计过程中定会多走弯路。在设计过程中在独立完成的同时，还要及时跟指导老师沟通和请教。每个阶段完成后要认真检查，有错误要认真修改，精益求精。毕业设计的各个阶段是相互联系的。设计时，零、部件的结构尺寸不是完全由计算确定的，还要考虑结构、工艺性、经济性以及标准化、系列化等要求。由于影响零、部件尺寸的因素很多，随着设计的进展，考虑的问题要更全面和合理，故后阶段设计要对前阶段设计中的不合理结构尺寸进行必要的修改。所以，设计要边计算、边绘图，反复修改，设计计算和绘图交替进行。在设计中要贯彻标准化、系列化与通用化可以保证互换性、减低成本、缩短设计周期，这是机械设计应遵循的原则之一，也是设计质量的一项评价指标。在设计中应熟悉和正确采用各种有关技术标准与规格，尽量采用标准件，并应注意一些尺寸需圆整为标准尺寸。同时设计中应减少材料的品种和标准件的规格。毕业设计是每一位大学生的必修课,它要求学生独立的思考问题,并将在大学期间所学的知识进行归类和深化；能够多方面的提高学生的能力，为进入社会做足准备。通过本次设计，使我运用各种机械绘图软件的技能得到了很大的提高，也正是运用了这些绘图软件，才使得我的整个设计过程大大简化了，设计的速度也得到了很大的提高。通过这次毕业设计，相信不光是我，其他同学也会有同样的体会，虽然在这次设计中自己学到了很多的东西,取得一定的成绩,但同时也存在一定的不足和缺陷,我想这都是这次设计的价值所在,以后的日子以后自己应该更加努力认真,以冷静沉着的心态去办好每一件事情!感谢各位老师的教导和关心，我坚信有您们的支持，我们定能做出一番成绩，全体毕业生都能得到一个很大的提高，也将能应付走入社会将遇到的各种问题。经过几个月的努力，我相信此次毕业设计一定能为四年的大学生涯划上一个圆满的句号。综上所述，本次设计还有很大的进步的空间和潜力。同时通过本次毕业设计我也看出了自己的水平现在还是比较低的，未来应该戒骄戒躁，继续努力。

致谢本次设计从开题到定稿，历时数月。设计过程中遇到许多问题，在指导老师的细心地帮助下一一解决。在本设计完成之际，首先要向我的指导老师致以最诚挚的感谢。在设计过程中，老师给了我许许多多的帮助和关怀。老师学识渊博、治学严谨，待人平易近人。在老师的悉心指导下，我不仅对以前所学的知识更熟练更扎实，而且更开阔了视野，更深入，也在怎样处人处事上受益匪浅；同时老师对工作的热情、一丝不苟、认真负责、有条不紊、实事求是的态度，给我留下了深刻的印象，也是我以后参加工作的学习榜样。在此谨向老师表示衷心的感谢和深深的敬意。同时，我还要感谢为我授课的各位老师，是他们的传道、授业、解惑，让我学到了知识，培养了能力。在这里我郑重的向培养我的重庆理工大学每一位老师表示由衷的感谢！也感谢我的同窗同学，感谢他们的探讨和交流，感谢他们的帮助和支持！

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