軌道式圓形果蔬分級機設計-水果分選機-采用皮帶條間隙【三維SW建?！?/h1>
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軌道式圓形果蔬分級機設計
摘 要:我國是農業(yè)大國，按果蔬的重量和大小進行分級的工作是由機器來完成的，這符合人們習慣上的分級要求。目前果蔬品種很多，有些不同品種的果蔬密度差異甚小，若按重量和大小分級結果基本一致，因此，按大小對一些果蔬分級是合理的，科學的。軌道式圓形果蔬分級機工作時，果蔬在皮帶上表面運動，相對運動較小，對果蔬的損傷較小。此法適用于球形或近似球形的果蔬的分級，從結構上較易實現(xiàn)，成本較低，分級精度較高，在國內外應用較廣。
關鍵詞：軌道式，果蔬，皮帶條，結構設計
Design of rail type round fruit and vegetable classifier
Student:Gong Xue
Tutor:Gao Yingwu
(College of Engineering,, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China, China)
Abstract: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 people's 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 錄
第一章 前言 1
1.1引言 1
1.2國內外分級機械的研究與發(fā)展 1
1.2.1國外分級機構的發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.2.2國內分級機構的發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.3課題研究意義 3
1.4課題研究內容 3
1.5本章小結 3
第二章 軌道式圓形分級機總體方案分析 4
2.1分級裝置的類型 4
2.2 軌道式分級機 6
2.2.1工作原理 6
2.2.2結構分析 7
2.3軌道式分級機的工藝參數(shù)分析 8
2.3.1設計參數(shù)的確定 8
2.3.2生產能力分析 8
2.3.3尺寸分析 9
2.4軌道式分級機設計時應注意事項 10
2.5本章小結 10
第三章 動力傳輸部件的選擇與設計 11
3.1電動機的選擇 11
3.1.1直流他勵電動機 11
3.1.2三相異步電動機 11
3.1.3選擇的電動機 11
3.2聯(lián)軸器 11
3.3鏈傳動 12
3.3.1鏈傳動簡述 12
3.3.2鏈傳動的設計 12
3.4總體校核計算 13
3.4.1軌道轉速的確定 13
3.4.2功率計算 16
3.4.3傳動裝置總效率η和電動機功率Pr 17
3.4.4鏈輪的選擇 19
第四章 軌道式果蔬分級機構設計 21
4.1總體結構分析及三維圖 21
4.2本章小結 23
第五章 結論 25
參考文獻 26
致謝 28
1 前言
1.1 引言
我國是果蔬生產的大國，特別是90年代以來發(fā)展更為迅速。據國家統(tǒng)計局統(tǒng)計，2004年我國果蔬總產量已經達到15243噸，比2003年增長5%，占世界總產量的12.7%，果蔬產業(yè)已經成為我國南方主產區(qū)農村經濟的一大支柱產業(yè)，為促進農民增收、擴大城鄉(xiāng)居民就業(yè)和改善生態(tài)環(huán)境做出了積極貢獻。雖然我國果蔬產量很大，但國內果蔬價格低，“賣果難”問題經常出現(xiàn)，果蔬生產快速發(fā)展的勢頭受到抑制，而且中國果蔬以本土消費為主，參與國際貿易的比例一直很低，出口量不到國際果蔬交易的3%。其中一個重要原因就是采后商品化處理落后，外觀質量較差，導致果蔬的市場競爭力薄弱。果蔬采后商品化處理包括：清洗、打蠟、分級、包裝。分級是果品商品化處理的重要環(huán)節(jié)，它在技術方面發(fā)展最快并在最近幾年發(fā)生了根本的變化。目前我國國內果蔬商品化處理過程中清洗，打蠟設備已經比較成熟，關鍵在于分級技術比較落后。果蔬外部品質的主要分級指標是果蔬的果形、大小、色澤、表面質量和顏色，本課題針對果蔬大小進行分級研究，以提高生產力，提高果蔬質量，加快果蔬采后商品化的國際進程。
1.2 國內外分級機械的研究與發(fā)展
1.2.1 國外分級機構的發(fā)展現(xiàn)狀
國外早期果蔬自動分級方法主要通過CCD相機，采用無損檢測、計算機分析處理等手段對果蔬逐一進行分析判別后得出綜合結論。利用機器視覺技術實現(xiàn)農產品內部品質無損檢測是目前國際上正在研究的熱點課題。
除了使用高效的信息處理技術，果蔬的質量無損檢測手段包括紅外線、近紅外線檢測等光學檢測方法和高光譜、多光譜技術等。人工神經網絡技術是模仿生物大腦結構和功能而構成的信息處理技術，在機器視覺系統(tǒng)中應用可以提高品質識別的智能性。
德國研制了較先進的微機控制重量分級機，其采用最新電子儀器測定重量，可按需要進行準確的分級，分級精度較高;其使用了結構特別的滑槽，落差小，果實不受沖擊、無損傷;分級、裝箱所需時間僅為傳統(tǒng)的1/2。
美國Auto line公司的果蔬分級設備在世界上處于領先地位，其產品已經系列化(5個型號)，能夠按照重量、顏色、形狀分級，傳送通道可以多達9道，出口可達60個，每道的最高傳送速率為12個/秒，其傳輸系統(tǒng)可以容納不同尺寸的果蔬，其視覺系統(tǒng)采用兩架單色相機，能計算出果蔬的三維尺寸。
西班牙Aleixos使用多光譜相機檢測柑橘，圖像在兩塊DSR中并行運算，顏色識別正確率達94%，由于損傷處和正常處的熱輻射不同，用熱紅外線圖像對損傷的判別準確率達100%，實驗證明，在損傷后30-180s時，擦傷處和正常處至少有1-20度溫差，但熱紅外線圖像必須在環(huán)境溫度變化下才可以檢測。
意大利最新研制的Italy-001-A型分級機，可將果實大小進行無級分級，其主要是利用一條帶有網眼的分級傳送帶，在這條傳送帶上，從左到右，其網眼的孔徑是無級變化的，網眼在最左邊時，孔徑最小，傳送帶向右運行時，網眼孔徑也就隨之增大，到達最右邊時，孔徑最大。當傳送帶從下端向回運行時，網眼孔又由大變小。就是說，傳送帶上的網眼孔徑就像照相機的快門那樣，隨著傳送帶的運行方向不同，可以由小變大或由大變小。果實最先落在傳送帶左邊時，小的果實漏下來，隨著傳送帶的向右運行，大的果實開始落下，這樣就將果實由小到大進行了多級分級。
美國Kavdir等使用神經網絡算法對柑橘進行分級，把缺陷和物理特征作為神經網絡分類器的輸入參數(shù)，對果蔬，柚子分級的準確率為98.5%，利用ANN的泛化功能，對果蔬的彩色RGB圖像，結合顏色和果形分析，獲得魯棒性，實時性的分類結果。
日本三菱電器公司研制的果蔬成熟度分級機，是利用傳感器綜合測出梨的表面顏色、對特定光的透光率、形狀和大小，并與事先貯存在計算機中的優(yōu)良梨的數(shù)據進行對比，推算出成熟度和含糖量，但是大小分級是其基礎。[1]
1.2.2國內分級機構的發(fā)展現(xiàn)狀
我國對于分級技術的研究經歷了如下三個階段：20世紀70年代末，以引進國外技術及設備為主，國內對此基本上是空白的；20 世紀 80 至 90 年代，我國加工技術逐步發(fā)展起來，人們逐漸認識到了分級技術的重要性，于是開始引進、學習國外先進技術，并開始進行新設備的開發(fā)工作，國內開始出現(xiàn)分級設備的研究機構和生產廠家，20世紀90年代中期以來，由于市場對分級技術及設備的要求越來越高，并且此時國內對分級技術的研究積累也達到了一定程度，且取得了顯著進步，并開發(fā)出了諸多具有自主知識產權的新技術、新設備。但盡管如此，與發(fā)達國家相比，中國目前在分級領域仍然存在大型設備不足、工藝控制技術落后、磨耗和單位產品能耗偏高、特殊粒形的生產工藝和設備落后等問題。[2]
我國的果蔬分級研究已經有三十年時間，已經取得一批研究成果，分級性能指標已經超過目前市場上的果蔬分級設備產品。果蔬分級機器人的研究成功，將有利于改變國產果蔬和農產品的外觀質量較差，同一批產品中良莠不齊，混等混級等現(xiàn)狀。若以我國蘋果產量的50％(約3000萬噸)通過自動分級處理來說，每公斤大概可以增值0.2 元，那么總量即能夠增值6 億元?？上攵?，這對提高我國果蔬的品質，增強參與國際競爭的能力，并大大降低工人的勞動強度，具有重要的理論意義和實際意義，并能創(chuàng)造巨大的經濟效益和社會效益。
1.3課題研究意義
我國是果蔬生產大國，自動分級技術對提高我國生鮮果蔬的市場競爭力有很大的幫助。特別是90年代以來，我國的果蔬產量明顯提高，果蔬生產已經成為中國農村的支柱型產業(yè)，成為縮小城鄉(xiāng)差距和農民增產增收的重要途徑。對果蔬大小分級的研究，在國內還不是特別的完善，對果蔬分級的研究可以明顯的提高果蔬產后商品化的價值，增加中國果蔬的國際競爭力，提高生產效率。因此我們選擇了軌道式圓形分級機。它與目前普遍采用的振動軌道式分級機相比具有以下一些優(yōu)點：①結構簡單；②效率高；③價格低廉；④功耗??；⑤傷果率低；軌道式圓形分級機存在的缺點是分級精度不高。[3]
1.4 課題研究內容
1）重點研究果蔬大小分級機的工作原理和核心部件的結構參數(shù)；
2）通過替換核心部件篩筒，用以達到對于不同物料進行分級的目的；
3）物料特性的研究，測定不同品種、不同地區(qū)主產果蔬形狀及外形尺寸，根據相關標準確定分級篩尺寸。
1.5 本章小結
我國是果蔬生產大國，果蔬年產量達近千萬噸，居世界之首，但采后處理能力不到總產量的15%，果蔬分級機的發(fā)展已經成為制約我國農業(yè)出口發(fā)展的主要原因。本章詳細分析了果蔬分級機械的國內外研究與發(fā)展的情況，闡述了課題研究的目的和意義，并明確了本課題的研究內容。
2 軌道式圓形分級機總體方案分析
2.1 分級裝置的類型
（1）錐輥式分級裝置
錐輥式分級裝置采用的是一對相對轉動的錐形輥，如圖2.1（圖中各參數(shù)的單位為mm），果蔬在兩錐形輥的帶動下不停地上升和下落，同時，果蔬在重力和上端果蔬對其側向擠壓力的共同作用下沿錐形輥向下移動，直至兩錐形輥的間隙大于果蔬的直徑時，果蔬通過間隙落下。[4]
1．錐輥 2．果蔬
圖 2.1 錐輥式分級原理圖
Fig.2.1 Cone roller type classification principle diagram
該裝置分級效果不好，因為：
① 果實大量喂入時，上層的果蔬無法及時地與下層果蔬進行交換，造成前一級果蔬在后一級甚至后幾級才被分離出去，出現(xiàn)分級混雜、混級率增大的現(xiàn)象。
② 由于大多果蔬是橢球形的，這些果蔬在下滑的時候，會因下滾姿態(tài)的不同，而在不同的位置下落，從而造成分級誤差。
（2）圓孔篩分級裝置
圖2.2是圓孔篩分級原理圖，該圓孔篩與水平線的夾角為α。篩孔由右往左逐漸變大，果蔬在重力和摩擦力的共同作用下沿篩壁下滑并通過合適的孔口落下。
該圓孔篩的轉速范圍為：
R—果蔬半徑 m，n—圓孔篩轉速 r/min
圖 2.2 圓孔篩分級原理
該裝置的一個缺點是：在分級的過程中，有時會出現(xiàn)果蔬堵塞篩孔的現(xiàn)象，尤其是在大量喂入時。
（3）平面振動篩分級裝置
圖2.3 為平面振動篩裝置簡圖。該振動篩分級裝置是由三個篩子組成。篩子振動時，果蔬與篩面產生相對滑動，尺寸小于篩孔的果蔬有可能通過篩孔，掉入下篩，其余的留在篩面上，并沿篩面流向一側，由集料口收集。[5]
通過果蔬分級試驗表明這種分級裝置分級效果差，基本不能實現(xiàn)正常分級。
圖 2.3 平面振動篩裝置簡圖
（4）軌道式圓形分級裝置
如圖2.4所示，篩分部分由四段軌道組成，每段軌道的皮帶條間隙不同，第一級到第四級皮帶條的間隙逐漸增大。果蔬在篩筒內軸向隨著皮帶一起做運動；軸與果蔬具有彈性而且篩筒與水平面有一定的夾角所以作曲線或直線運動。當果蔬到達篩筒時，厚度尺寸小的果蔬在摩擦力的作用下從第一級被分離出來，厚度尺寸大的果蔬在軌道的帶動下運動到下一級繼續(xù)篩選，如此重復直到第四級果蔬從側面分出為止。
圖 2.4 軌道分級結構圖
2.2 軌道式分級機
2.2.1 工作原理
軌道式分級機由進料機構、篩體、卸料斗和傳動機構等組成，軌道上的皮帶處于一個面上。軌道式圓形分級機的篩體分部分由四段組成，每段的皮帶條間隙不同，第一級到第四級皮帶條間隙逐漸增大。果蔬在篩筒內軸向隨著軌道一起做運動。當果蔬進入篩筒時，厚度尺寸小的果蔬在摩擦力的作用下從第一級被分離出來，厚度尺寸較大的會在軌道的帶動下運動到下一級繼續(xù)篩選，如此重復直到第四級干果從側面出料斗分出為止，從而達到分級的目的。
工作時，被篩物料由喂入斗裝入篩筒內，隨旋轉的篩筒內壁上升，至一定高度后松散落下，如此反復進行，連續(xù)進入篩筒內的物料受壓力和松散性的影響，逐步向篩筒另一端的出口移動；同時，在這一過程中小于皮帶條間隙的物料通過皮帶條間隙漏出，被配置在篩筒下部的振動輸送裝置運至篩下物出料口，大于皮帶條間隙的物料被帶到篩分的另一端通過篩上物出料口流出完成分級過程。
2.2.2 結構分析
軌道式分級機主要由分級結構、支承裝置、傳動裝置、收集料斗、清篩裝置五部分組成。
圖2.5 軌道式分級機
(1) 分級結構
它是該設備的主要構件，用直徑為10mm的鋼管焊成圓柱形轉簡。在轉筒上通過皮帶互相連接，達到幾個轉筒可以轉動的效果。皮帶條間隙是不均勻的，而同一節(jié)皮帶條間隙一樣。整個轉簡上進料口端小，出料口端大。每節(jié)轉筒下裝有一個收集料斗。
(2) 支承裝置
由滾圈3、摩擦輪4、機架7和軸承組成。滾圈3固定在軌道2上，并將簡體重力傳遞給摩擦輪4，整個設備由角鋼焊成的機架7文本。
(3) 傳動裝置
目前有如下幾種。
第一種：采用電動機通過皮帶輪、變速箱、鏈輪及一對齒輪傳動，而其中一個大齒輪就連接在軌道出料口的邊緣上，另一個小齒輪則與傳動系統(tǒng)相連接作為主動齒輪，把動力傳給大齒輪而驅動軌道轉動。
第二種：中間軸式傳動。軌道的中心線上沒有傳動軸，用支臂與軌道連，傳動系統(tǒng)把動力傳至中心軸，由中心軸帶動滾動軸轉動。這種傳動方式比第一種簡單，但因軌道較長，其中心軸也長，在軌道中間又很難設置中間軸承，因此，若中心軸的剛度稍差，則往往產生擾動而使?jié)L動的運行不平衡。同時，由于果蔬有時和中心軸及支臂碰撞而產生機械傷，故目前使用這種形式的亦逐漸減少。
(4) 清篩裝置
一般物料的清篩裝置，可以選擇水沖式或毛刷式，工作時原料應通過皮帶條間隙流出，才能達到分級的目的，但對于尺寸較大的如蘑菇，皮帶條間往往被物料堵塞而影響分級效果。因此，要根據所分級物料的實際情況，安裝清篩裝置，將堵在皮帶條間中的物料擠回軌道內。通常在軌道外壁平行于其軸線安裝一個木制滾軸，木輥的支撐可采取通心軸式或自身軸式，在彈簧作用下壓緊在軌道外壁來達到清篩目的。
2.3 軌道式分級機的工藝參數(shù)分析
2.3.1 設計參數(shù)的確定
料斗可采用0.5~1mm的不銹鋼板制造，為方便清洗和防止阻塞，在出料口位置設計有清洗門，可將上面板和料斗板進行鉸鏈接。雖然各廠都采用軌道式分級機對同樣原料進行分級，但使用效果不同，不同效率相差較大。其主要原因是對參數(shù)掌握不好，各級間互相配合不當之故。
2.3.2 生產能力分析
生產能力G可由下式計算
（2-1）
式中 G——生產能力，t／h；
Z——軌道上皮帶條間隙總數(shù)；
A——在同1s內從篩孔中掉下物料的系數(shù)。因分級機形式和物料性質不同而異，軌道式分級機可取1.0%～2.5%；
m——軌道內物料平均質量，g。
2.3.3 尺寸分析
從式(2.1)可知，G與Z、和m成正比。設計時，G是由廠方或任務書規(guī)定的，處理的物料一般已事先確定，通過測定可得m，然后根據(2-1)求得Z，即是軌道上所需的皮帶間隙總數(shù)。取1000個果蔬進行總體稱重，求出果蔬的平均重量，再分別求出1000個果蔬中的最大直徑和最小直徑進行直徑測量，并求出平均直徑，得到下表：
表2.1 果蔬直徑與孔徑安排
Table2.1 The diameter of orange and bore of the machine
分級
一級
二級
三級
四級
果蔬直徑d(mm)
46
53
66
83
各級孔徑d(mm)
50
60
70
80
所有果蔬的平均重量m(g)
150
從理論上說，每級的鋼管數(shù)之和應等于皮帶條間隙數(shù)Z，每級長度之和就是所設計的軌道長度。但有時計算出的軌道直徑，各級都不相同，無法聯(lián)接在一起。因此，一般是取軌道中直徑最大的一級作為整個軌道的直徑，其他各級因直徑增大了，可把鋼管直徑或皮帶條間隙距離適當放大即可。
在初步確定了軌道的直徑和長度后，用直徑比長度＝1：(4～6)進行校核，若不在這范圍內，就應重新調整每級皮帶條間隙數(shù)，以達到此比例范圍內為止。
2.4 軌道式分級機設計時應注意事項
（1）用摩擦輪傳動雖好處很多，但滾圈與摩擦輪之間因摩擦會產生鐵屑掉進軌道里，直接污染產品，設計時必須充分注意這點。
（2）軌道內物料升高主要是靠軌道轉動和物料對軌道內壁的摩擦力，因而升角不高，只有40°～45°。這樣，軌道直徑雖大，但其篩面利用率只有1/6～l/8，其余占軌道的大部分篩面并沒有被利用。若能把升角提高，就能提高篩面利用率，有些廠采取在軌道中緊貼篩面焊上幾根管子的辦法，效果較顯著。
（3）篩面的傾斜度對生產率影響較大。對圓筒篩，其軸線應與水平面成3°～9°的傾斜角。
（4）軌道式分級機工作時很平穩(wěn)，但其篩孔易堵塞，機械占地面積很大，在同等生產能力是，其尺寸比平篩大得多，金屬消耗量大，同時對原料的適應性差，要設清理裝置。
（5）軌道上面的滾圈或連接圈。目前多用角鋼彎制，由于橢圓度的存在，在軌道轉動時會有所跳動，若軌道跳動使物料離開篩面的話，會影響分級，所以采用澆鑄滾圈的方法更為理想。
2.5 本章小結
本章首先分析了分級機核心部件分級裝置的類型，通過對比其優(yōu)缺點，選取皮帶條軌道分級機做為分級機的分級裝置；同時闡述了軌道式分級機的工作原理及其結構，分析其工藝參數(shù)和在設計過程中應多注意的事項，為下面章節(jié)結構設計打下鋪墊。
3 動力傳輸部件的選擇與設計
3.1 電動機的選擇
目前市場上電動機的類型有很多，按結構和工作原理可以分為：直流電動機、同步電動機、異步電動機。根據研究本次重點討論一下兩種：直流他勵電動機和三相異步電動機。
3.1.1 直流他勵電動機
直流電動機有一下特性：
1）靠改變外電路外串電阻調節(jié)速度機械特性軟，電阻越大特性越軟，穩(wěn)定性能越低，空載時調速范圍不大，調速電阻耗電量較大，很少應用；
2）改變電動機電樞供電電壓U：電壓連續(xù)變化可實現(xiàn)無級調速，一般額定電壓以下調節(jié)；調速特性與固有特性平行，機械特性硬度不變，穩(wěn)定度高，適合恒轉矩；
3）改變主磁通：無級平滑調速，額定功率以上調速，調速范圍不大，恒功率調速。
3.1.2 三相異步電動機
1）調壓調速：可以無級調速但是調節(jié)范圍不大；
2）轉子電路串電阻：簡單可靠，屬于有級調節(jié)，但是低速是功率損耗較大；
3）改變磁極對數(shù)：體積稍微大，價格較高，屬于有級調節(jié)，結構簡單，效率較高，特性好，調節(jié)時所需附加設備較少，中小型機電聯(lián)合調速。
3.1.3 選擇的電動機
查表可知，電動機的選擇為：電動機的型號Y90L—6；額定功率1.1KW；滿載轉速910r/min；質量25kg。
3.2 聯(lián)軸器
聯(lián)軸器用來把兩軸聯(lián)接在一起，使機械運轉時不能分離；只有機械停車或將聯(lián)軸器拆開后，兩軸才能分離。
根據各種相對位移有無補償能力聯(lián)軸器可以分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器兩大類。撓性聯(lián)軸器又可以分為有彈性元件的撓性聯(lián)軸器和無彈性元件的撓性聯(lián)軸器。
表3.1 WS型雙十字萬向聯(lián)軸器的參數(shù)
型號
額定轉矩
T（N×m）
d（H7）
D
L0J1型
重量（Kg）Y型
轉動慣量Y型
WS5
140
19
40
164
24.0
1.04
3.3 鏈傳動
3.3.1 鏈傳動簡述
鏈傳動是嚙合傳動，平均傳動比是準確的。它是利用鏈與鏈輪輪齒的嚙合來傳遞動力和運動的機械傳動。鏈條長度以鏈節(jié)數(shù)來表示。鏈節(jié)數(shù)最好取為偶數(shù)，以便鏈條聯(lián)成環(huán)形時正好是外鏈板與內鏈板相接，接頭處可用彈簧夾或開口銷鎖緊。若鏈節(jié)數(shù)為奇數(shù)時，則需采用過渡鏈節(jié)。在鏈條受拉時，過渡鏈節(jié)還要承受附加的彎曲載荷，通常應避免采用。
齒形鏈由許多沖壓而成的齒形鏈板用鉸鏈聯(lián)接而成，為避免嚙合時掉鏈，鏈條應有導向板(分為內導式和外導式)。齒形鏈板的兩側是直邊，工作時鏈板側邊與鏈輪齒廓相嚙合。鉸鏈可做成滑動副或滾動副，滾柱式可減少摩擦和磨損，效果較軸瓦式好。
與滾子鏈相比，齒形鏈運轉平穩(wěn)、噪聲小、承受沖擊載荷的能力高；但結構復雜、價格較貴、也較重，所以它的應用沒有滾子鏈那樣廣泛。齒形鏈多用于高速(鏈速可達40m/s)或運動精度要求較高的傳動。
圖3.1 鏈傳動
3.3.2 鏈傳動的設計
（1） 傳動比i ：鏈的傳動比一般≤8，在低速和外廓尺寸不受限制的地方允許到10。如傳動比過大，則鏈包在小鏈輪上的包角過小，嚙合的齒數(shù)太少，這將加速輪齒的磨損，容易出現(xiàn)跳齒，破壞正常嚙合。通常包角最好不小于120。
傳動比i=2~3.5
（2）鏈輪齒數(shù)z1和z2 首先應合理選擇小鏈輪齒數(shù)z1 。小鏈輪齒數(shù)不宜過少，過少時，傳動不平穩(wěn)、動載荷及鏈條磨損加劇，摩擦消耗功率增大，鉸鏈的比壓加大及鏈的工作拉力增大。但是z1不能太大，因為z1大，z2更大，不僅增大傳動尺寸，而且鉸鏈磨損后容易引起脫鏈，將縮短鏈的使用壽命。因為若鏈條的鉸鏈發(fā)生磨損，將使鏈條節(jié)距變長、鏈輪節(jié)圓d'向齒頂移動。 節(jié)距增長量Δp與節(jié)圓外移量Δd`的關系。
由此可知Δp一定時，齒數(shù)越多節(jié)圓外移量Δd`就越大，也越容易發(fā)生跳齒和脫鏈現(xiàn)象。大鏈輪齒數(shù)z2按z2=iz1確定，一般應使z2≤120。在選取鏈輪齒數(shù)時，應同時考慮到均勻磨損的問題。由于鏈節(jié)數(shù)最好選用偶數(shù)，所以鏈輪齒數(shù)最好選質數(shù)或不能整除鏈節(jié)數(shù)的數(shù)。
（3）鏈速和鏈輪的極限轉速 鏈速的提高受到動載荷的限制，所以一般最好不超過12m/s。鏈輪的最佳轉速和極限轉速可參看圖2。圖中接近于最大許用傳動功率時的轉速為最佳轉速，功率曲線右側豎線為極限轉速。
（4）鏈節(jié)距 鏈節(jié)距愈大，鏈和鏈輪齒各部尺寸也愈大，鏈的拉曳能力也愈大，但傳動的速度不均勻性、動載荷、噪聲等都將增加。因此設計時，在承載能力足夠的條件下，應選取較小節(jié)距的單排鏈，高速重載時，可選用小節(jié)距的多排鏈。
（5）鏈的長度和中心距 若鏈傳動中心距過小，則小鏈輪上的包角也小，同時嚙合的鏈輪齒數(shù)也減少；若中心距過大，則易使鏈條抖動。一般可取中心距a=(30~50)p，最大中心矩amax≤80p 。
由此算出的鏈的節(jié)數(shù)，必須圓整為整數(shù)，且最好為偶數(shù)。然后根據圓整后的鏈節(jié)數(shù)用下式計算實際中心矩：
為了便于安裝鏈條和調節(jié)鏈的張緊程度，一般中心距設計成可以調節(jié)的。若中心距不能調節(jié)而又沒有張緊裝置時，應將計算的中心距減小2~5mm。這樣可使鏈條有小的初垂度，以保持鏈傳動的張緊。
3.4 總體校核計算
3.4.1 軌道轉速的確定
軌道的轉速直接影響生產能力和分級效率，它還與直徑有密切的關系，不能隨意確定。下面推導它們之間的關系式。
當物料與軌道一起回轉時，其受力情況如圖3.2所示。
圖3.2 物料在軌道中受力情況
對物料B，受到重力G和摩擦力C的作用。把G分解為G月和G兩個分力，前者分力要推動物科從篩面向下滑動，后者則把物料朝篩面上壓聚而在物科運動時和摩擦力一起產生摩擦力T，
（3-1）
式中 —物料對篩面的摩擦系數(shù)
由于T的存在使物料沿篩面向上運動。物料受到的摩擦力C為：
（N） （3-2）
式中 m——物科B的質量(公斤)
G——物科F的重力(牛)
g——重力加速度(米／秒)
R——軌道的內半徑(米)
v——物料B運動的線速度(米／秒)
（3-3）
式中 n——軌道轉數(shù)(轉／分)
將公式（3.3）代人公式（3.2）中得
（3-4）
當物料B沿軌道切線方向的重力分力等于或大于摩擦力T時，即開始向下滑動，此時亦即物料B處于軌道內表面的最高點。即：時，物科B處于最高點。
（為摩擦角） （3-5）
將公式3.1和代人化簡后得
（3-6）
據資科介紹，角(物料升角)應稍大于物料對篩面的摩擦角=5～10°才能正常運轉。即＝5～10°，對果蔬，＝0.7，則＝0.7，＝35°，那么＝40～45°(此為物科升高的最大角度)。
將和值代入公式（3-6）中并化簡得
（rad/m）
考慮到軌道實際上有一傾角，故通常取
實驗裝置的軌道的直徑為
所以
式中 n——軌道轉速數(shù)，r／min；
R——軌道的直徑，m。
由此可知，n和R成反比，一般情況下，軌道直徑愈大，其轉速愈小。
3.4.2 功率計算
(3-7)
式中 A——軌道表面積，；
——軌道材料厚度，m；
—軌道材料重度，N／。
(3-8)
式中 R——軌道內半徑，m；
L——軌道長度，m；
——物料重度，N／；
——物料在軌道中的充填系數(shù)，0.05～0.10。
(3-9)
式中 D——軌道直徑，m；
W——軌道本身重力與軌道內原料重力之和，N。
由于傳動方式不同，功率計算方法也不同。對于中間軸式的傳動，其功率P為
(3-10)
式中 P——功率，W；
n——軌道轉速，r／min；
M——驅動軌道轉動所需之力矩，N·m
——傳動效率，0.6～0.7。
3.4.3 傳動裝置總效率η和電動機功率Pr
由手冊查得，在傳動裝置中，兩隊齒輪傳動每對η1=0.97，四對軸承每對=0.98，聯(lián)軸器每個η3=0.99。皮帶輪為η4=0.86總的效率
所需電動機輸出功率
所以，電動機的選擇為：電動機的型號Y90L—6；額定功率1.1KW；滿載轉速910r/min；質量25kg。
P=1100W>Pr=58.18W
所以，該電動機的選擇符合實際功率的要求。
（1）傳動比和各級傳動比計算
由傳動比，取
取齒輪傳動的齒數(shù) 。則實際傳動比
，
實際總傳動比
（2）Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ軸轉速計算
（3）各軸功率、轉矩和軸的校核計算
電動機軸功率和轉矩
Ⅰ軸輸入功率和轉矩
選取軸的材料為45鋼，調質處理。根據表3.2，取A0=120，于是得：
表3.2軸常用的幾種材料的及[13]
Table3.2 TheandSeveral materials commonly used shaft
軸的材料
Q235-A、20
Q275、35
45
40Cr、35SiMn、38SiMnMo、3Cr13
/MPa
15～25
20～35
25～45
35～55
149～126
135～112
126～103
112～97
Ⅱ軸輸入功率和轉矩：
Ⅲ軸輸入功率和轉矩：
3.4.4 鏈輪的選擇
1）確定計算功率Pca
由表查的工況系數(shù)K=1.1，故
Pca= KP=1.11.1KW=1.21KW
2）選取鏈條的型
根據Pca、n，確定選用A系滾子鏈 10A。
3）確定鏈輪基準直徑
由相關參數(shù)選取主動輪基準直徑d=60mm。
確定從動輪基準直徑d=i d=560mm=300mm （3-10）
取d=315mm。
4）驗算鏈條的速度
V=〈35m/s （3-11）
鏈條的速度合適。
5）確定鏈輪的基準長度和傳動中心距
由公式0.7（d+ d）〈〈2（d+ d）， （3-12）
初步確定中心距為=400mm。
根據公式L=2+（d+ d）+=[2400+（315+60） +]mm=1388mm （3-13）
由表選擇鏈的基準長度L=1400mm。
按公式計算實際中心距
=+ （3-14）
6）驗算主動輪上的包角
由公式得
=180- （3-15）
主動輪上的包角合適。
7）計算鏈輪的根數(shù)z
z= （3-16）
由n=1440r/min、d=60mm、i=3.8查表得P=1.6KW、、，，則
Z=， （3-17）
因此取z=4根。
8）計算預緊力F,
（3-18）
查表得q=0.07Kg/m，故
（3-20）
9）計算作用在軸上的壓軸力F
（3-19）
4 軌道式果蔬分級機構設計
4.1 總體結構分析及三維圖
本文所設計的圓筒篩式干果分級機外形尺寸（長×寬×高）為3152mm×845mm×1767mm；其主要由進料裝置、出料裝置、清篩裝置、篩分裝置和傳動裝置5部分組成，見圖4.1所示。
圖4.1 果蔬大小分級機構簡圖
1)進料裝置
進料裝置由進料斗和插板活門共同組成，如圖4.2所示。進料斗采用頂置式，其下表面與水平面成一定的角度，便于物料的滾動流下；插板活門附加在進料斗與機架的聯(lián)結處，用以控制物料的喂入量及喂入速度。
圖4.2 進料斗三維圖
2)清篩裝置
清篩裝置采用的材料是無毒無污染的天然橡膠，被安置在機架的頂部，天然橡膠與皮帶條軌道接觸。當有物料被夾在兩根皮帶條之間無法移動而隨著軌道一起運轉時，由于被夾的物料高出軌道一部分，就會與清篩部分相接觸，從而產生摩擦碰撞，使被夾物料脫落，保證軌道的正常運轉。
3)出料裝置
果蔬分級機的出料部分共包括四個出料斗，如圖4.3所示。均勻地分布在機體正面的一側。出料斗的底面與水平面夾角成60°，便于物料的滾動流下；并且在出料斗的兩側裝有吊鉤，便于集料袋掛放固定。
圖4.3 出料斗三維圖
4)篩分裝置
如圖4.4所示，篩分部分由三段軌道組成，每段軌道的皮帶條間隙不同，第一級到第三級皮帶條的間隙逐漸增大。物料在篩筒內徑向隨著軌道一起做圓周運動；軸向上由于物料具有彈性而且篩筒與水平面有一定的夾角所以作曲線或直線運動。當物料進入篩筒時，厚度尺寸小的物料在摩擦力的作用下從第一級被分離出來，厚度尺寸較大的物料在軌道的帶動下運動到下一級繼續(xù)篩選，如此重復直到第四級物料從側面出料斗分出為止。目前國內并沒有制定統(tǒng)一的關于果蔬、蘋果、橘子大小等級的國家標準，因此根據所測得的物料厚度尺寸和相關市場調查，三種物料的各級間的皮帶條間隙由新疆農業(yè)科學院農機化研究所的專家定出，如下表4-1所示。
表4-1果蔬分級機構的整體設計
項目
一級
二級
三級
四級
各級長度L（mm)
600
600
600
600
各級皮帶條間距M（mm)
50
60
70
80
圖4.4 皮帶條軌道結構三維圖
4.2 本章小結
本章主要介紹了果蔬大小分級機構主要結構，進料裝置、清篩裝置、篩分裝置、出料裝置、進料裝置、整體的結構設計，合理安排了皮帶條間距，軌道長度，軌道傾斜度，以便于在果蔬大小分級時能使果蔬在軌道中運動，達到一個好的分級效果。并且通過Autocad和Solidworks分別畫出了它們的二維視圖和三維視圖，形成一個立體直觀的設計思路。
5 結 論
我國果蔬生產數(shù)量大，賣果難的問題經常出現(xiàn)，在國際市場的果蔬出口份額偏低，其中對果蔬分級檢測技術落后，缺乏先進有效地分級系統(tǒng)，良莠不齊已成為制約我國果蔬出口的重要原因之一。果蔬分級機是果蔬加工必不可缺的初級設備，該設備的研制成功對我國干果加工具有重要的意義。本文通過對各種分級機核心部件分級裝置對比分析，采用皮帶條軌道式分級裝置，以果蔬為分級實物，對分級機動力系統(tǒng)和軌道以及整套設備進行了分析設計，并利用AutoCAD繪制了其核心部件圖。果蔬分級機的研制和推廣，對于提高農業(yè)的發(fā)展水平，增加廣大農戶的收入，促進果蔬進出口業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，都將具有重大的意義。
在上述研究過程中，取得了如下結果：
（1）詳細的對比了分級機各類分級裝置的優(yōu)缺點，選取皮帶條軌道式分級裝置作為分級機的核心部件，并以紅棗為分級實物，對分級裝置進行了設計。
（2）分級機軌道的轉速是實物的分級良莠的最主要原因，因此，本文選取電動機，并通過二級減速器控制軌道的速度，以減少速度對分級的影響。
（3）對整個裝置進行了設計，并用AutoCAD對分級機進行了結構設計。
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致 謝
本次畢業(yè)設計在高英武老師的指導下按期完成，感覺收獲頗多，這是我人生中第一次從事精密的設計工作。每次在設計中遇到問題，都得到了高老師悉心的指導，幫我改正設計錯誤，提供新的設計思路，讓我順利的完成了本次設計。
在設計過程中，我學會了獨立思考，查閱相關文獻，綜合應用各種知識，提高了我收集整理的能力，從設計開始到結束，高英武老師嚴格的要求，一絲不茍的指導，這一點深深的影響了我，在我日后的工作當中，我要學習老師的嚴謹治學態(tài)度和開拓進取精神，無論是在學術領域還是其他領域，發(fā)揮自己的專長，為社會做出應有的貢獻。
謹此論文獻給所有關心和幫助過我的老師、親人、同學和朋友們，我只有不斷的努力，創(chuàng)造美好的未來，才能回報老師及親人、朋友的深深厚愛和多年栽培。
感謝老師和同學們在大學四年生活中給予的照顧與包容。
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