对辊式红枣分级机的设计
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差动分级式齿辊式破碎机使用遗传算法的多目标优化设计摘要:我们的差分级齿辊式破碎机结合了齿辊式破碎机,颚式破碎机的破碎比高,破碎效率高,多筛分的优点,克服齿辊式破碎机的缺憾。动颚破碎机采用曲柄摇杆机制,从而优化动态性能和改善破碎机的抗裂能力,我们建立了一个数学模型来优化传输角,以尽量减少行程特性值m。使用遗传算法优化的破碎机曲柄摇杆机构多对象的设计获得最佳的结果。根据实验,显示出动颚式破碎机和裂解能力的性能得到改善。关键词:差分和分级齿辊式破碎机,曲柄摇杆机构遗传算法多目标优化。1.引言在许多行业中,物料粉碎过程是不可缺少的(如采矿,金属冶炼的,化工等行业)。传统式破碎机(例如,颚式破碎机,冲击式破碎机,回转式破碎机,锤式粉碎机),实现物资的粉碎破碎能力,主要取决于工作冲击压力的部分。这些破碎机效率低,能耗高。我们已经不能满足传统的破碎机。在最近几年,一个英国MMD齿辊式破碎机大量被使用。但是,从平时的调查来看,我们发现在这些齿辊式破碎机的一些不足之处:1)通过齿啮合来破碎物料。所有需要被粉碎的原料矿物被输送到一个粉碎腔,通过标准啮合齿粉碎成微粒排出。破碎机未能完成实际的分级破碎,不仅使用了大量的能量,而且效率低下,破碎齿还会迅速出现损坏和金属疲劳。 2)两种情况下发生堵塞现象。一个是一种高流动大块的煤混有较小条的情况,另一种是湿润的煤会导致堵塞。齿辊式破碎机由于没有有效的分级机制,结果是不令人满意的,我们不能单靠齿啮合。根据使用MMD齿辊式破碎机的一些煤矿区的调查,我们发现,他们大多数煤矿没有要求的干燥度。 3)MMD破碎机的破碎能力通过提高传动部分的力来增加破碎的能力,从而导致高功耗和高成本。基于这些考虑,并结合中国神华能源有限责任公司和神东煤炭分公司的需求,我们的研究团队设计了一个新的,高效的差分和分级齿辊式破碎机,以弥补传统破碎机的缺陷。如图1所示,破碎机破碎部分组成的牙齿和曲柄摇杆机构。动颚曲柄摇杆机构的草图如图2。在搜索的曲柄摇杆机构的优化设计中,似乎有很多的文献研究的目的只是在优化的传输角度。例如,李等人只是选择减少图2-3中的行程特性值m。但是,在一个实际的和典型的破碎机设计中,动颚的破碎能力和传动角,行程特性值m都有密切的联系。我们已经使用了GA(遗传算法),以便优化曲柄摇杆机构的差动齿辊式破碎机的传动角,和最小行程值m。1电机组装筛分机制;2.齿辊屏轴; 3.传动齿轮:4.粉碎齿; 5.动颚 6. 调整机制7.机壳 8. 装配曲轴 9. 齿辊轴电机图1齿辊式破碎机结构图图2 齿辊式破碎机断裂机制示意图2曲柄摇杆的动力学分析一个铰链四杆机构的性能依赖其连杆相对长度。如果我们把摇臂的长度等于1,那么相对长度的曲柄,连杆和身体帧分别为a,b和d。数学模型曲柄摇杆机构的设计是独立的的实际长度,这使得它更普遍。2.1 最佳传动角曲柄摇杆机构的传输力主要取决于传动角。输送倾角更大,就能更好的传输力。在传输过程中,传输角度时刻变化。每个组件的选择具有合适的尺寸,可以优化得到最小传动角。因此,有必要增加传输角度,以提高传输力和破碎力。两个最小传动角的可能位置如图所示。图3.最小传动角位置示意图2.3 行程特征值m动颚的行程,被分成水平和垂直的两个部分。水平部分的功能是粉碎材料,垂直行程不能帮助粉碎,但也可以加速粉碎。递减m的值既可以降低能耗和耐磨耗,同时,可以提高生产效率和提高破碎比。应采取一些措施,以减少m的值。为了简化计算,C点被取出进行分析。几何关系如图所示。图4.曲轴和连杆路线图因此,行程特征值到C 点的距离是:m=h/s. 肘板的角度是:=+-90,肘板的摆动角度:倾角大小取决于连杆机制和动颚的力。它的取值范围通常15到20之间。 s是水平行程,h是垂直行程。3差分和分级齿辊式破碎机的动颚的数学模型根据动力学分析,无论是传动角和行程特性C点的值都可以表示为相对长度的曲柄,连杆和身体帧的曲柄摇杆机构。设计变量是:动颚的目标函数最大化的最小传动角:动颚的目标函数最小化的行程特征m值是:适用以下约束:1) 设计变量的边界约束条件:其中aimax和bimax是设计变量的上限和下限设计变量。2) 拥有一个曲柄的曲柄摇杆机构的条件:3) 约束的传输角度:增加传输角度可以提高传输效率和增强水平行程。但是,过多大传动角具有相反的效果。一种常见的情况是:4)约束的行程特征值:根据经验,通常m的范围是1.5和2.5之间。5)动颚的水平行程S对生产力有明显的影响。如果s是太小会降低生产率,但与此相反,它会加大破碎力,并导致过载损坏设备。水平行程的范围:其中dmin是排放口的最小尺寸。6)肘板的角度约束。通常情况下,的范围是18至23。综上所述,优化问题的可以归结为曲柄摇杆机构的问题:其中多目标优化问题的传统解决方案,导致了低效率,并很容易导致一个明显得局部问题。但遗传算法的方法是迭代运行得到一个局部最优解。通过可能的传输规则来指导搜索方向,GA搜索空间(如连通性,凸性等),并没有特殊要求,不需要任何额外的信息。我们已应用遗传算法优化了差分和分级齿辊式破碎机的多对象设计的曲柄摇杆机构。4遗传算法遗传算法是一种随机搜索方法,它模仿自然演化规律。GA第一次是在1975年由荷兰提出,它有以下主要特点:它直接运行在结构化对象,没有任何限制函数求导和连续性;它拥有隐式并行和改进的能力全局优化;通过使用随机优化方法,它可以自动获取和引导优化的搜索空间,并且还可以调整没有具体的自适应搜索方向和规则。 GA具有的后期,一个重要技术OGY智能计算。主要方法是:1)编码前的数据中搜索解空间,GA的数据表示,作为一个基因型表型的字符串结构和各种组合获得不同的点。 2)创建一个初始化的GE-菜单组:GA随机生成N初始化字符串数据,其中每个数据被称为一个单独UAL和这些人形成一个属组。 GA开始使用的字符串数据作为初始迭代点。 3)个体适应值估计的适应性函数表示的质量个人或溶液。针对不同的问题,本一个适应性函数的定义是不同的。 4)选择:选择的目的是选择前CELLENT目前属群和个人之间允许他们有机会繁殖后代的父母。选择是这一思想的体现为GA。选择的原则是,指示高适应性viduals将有较大贡献一个或多个后代的概率。 5)分频点:这是最重要的操作GA。交叉操作可以生成新的属具备的特点与前面的蒸发散一代。它体现了思想的信息交换。 6)基因突变:第一,GA随机选择个人从组属。然后改变一个数据的值从字符串数据与给定的概率为选定的个人。类似生物宇宙,突变的概率GA是也很低,通常取值范围为0.001至0.01,也就是说,突变提供了一个机会产生新的个体。5基于遗传算法的多目标优化 我们采取了不同的曲柄摇杆机构与差分和分级齿辊式破碎机我们的优化对象压榨能力为4000吨/小时。为了决定在曲轴的长度,浓度曲柄摇杆杆与主体框架的连接获得机制,当目标函数(9)的最大值,该值的条件下行程速比系数为1.25时,连杆行程300毫米,倾角18。我们使用遗传算法来解决这个问题,通过设置属群规模等于50,交叉概率性为0.8,变异概率为0.005和数代的演变在1000。传统的二进制编码方法比较相对方便的使用时,在理论分析。但对于多维和高精度数值校准的问题,它往往效率低,不准确。我们用一个自然数编码方法设置三个变量a,b和d的基因,有序的结合入染色体。例如就包含在其中。在初始化期间,GA将产生一个属基团,其中50个个体上产生的根据一个变量的范围。我们选择了式(9)为总目标函数的值表示个人适应性。作为例子,我们把个人的p和q被取代的式(9),即,(P)=0.8145,F(Q)=0.7887,F(P) F(Q)。这表明,指示的p适应性比q的更好。轮盘赌的方法用于在选择操作中,在轮盘赌的游戏,我们模仿和计算的总的适应性和在同一时间的相对并累计每一个人的适应性。然后,轮盘变成为50倍,和一个随机号0和1之间的每个时间。一个数比较,可以选择由个人的累积,为每个单独的适应性。例如,如果我们让r是一个随机数,然后FC(I)累计适应性个体iFC(i +1)的累计个体适应性I +1。如果FC(I)=(i +1)的话,那么个体i+1将选择。依此类推,所有选定的个人我们可以组成一个新属组,并开展交叉和变异操作。单点杂交方法采用的是交叉操作,生成一个随机数介于01时属组。如果数少于交叉概率和个人选择一个偶数,那么配对后,可以实现交叉操作随机的。以个人的p和q为配对例如,我们的交叉点设置为2,这意味着我们选择了第二个基因跨越。后交叉操作,个人成为方法是通过一个统一的突变操作,生成一个随机数介于0和1之间时属组。如果的数量小于变异概率,当前个人会发生变异。突变运算的方思是类似初始化我们重建设计的边界中的一个单独的基因变量。经过选择,交叉和变异操作,评价函数被调用,以确保最好的个人可以被保存。优化结果(转换)示于表1。最优化的结果,这已被应用于在生产实践中,能满足约束情况。郑州长城冶金设备厂,与我们的合作厂家,产生了相应的破碎机已经在中国大量出售。根据实际工作情况,不同的差分和分级齿辊式破碎机具有破碎强度大的特点,高突破效率,稳定的工作状态,高能力清除堵塞和抗粘连和稳定粒度破碎产品,所有这些都达到了他们预期的设计目标。6结论我们已经用遗传算法进行了多目标优化设计。我们可以声明如下:1)我们的差分和分级齿辊式破碎机的优点,具有很大的破碎比,破碎效率高。2)由于它不同于传统的优化方法,GA可以开展启发式全局优化。这是一个并行,并发和逐渐进化搜索过程,在这过程中,避免局部最优。3)优化的结果已在实践中应用的实际破碎机的工作状态是稳定的。工业上的应用已被证明效果良好。也已表明,以优化破碎机的曲柄摇杆机构多目标设计与优化传动角和动颚m作为目标函数最小化的行程特性,能获得最佳效果。致谢作者向黄教授表达自己最真挚的感谢以及感谢嘉兴集团提供的宝贵意见。编者还要感谢郑州长城冶金设备厂免费提供的有用的材料。参考文献1 Zhao L L, Zang F, Wang Z B, et al.设计与运动模拟差分和分级齿辊破碎机。煤矿机械, 2007, 28(6): 1921. (In Chinese)2 Li X, Wang G B. 优化设计颚式破碎机与遗传算法。施工机械, 2006(6): 5562. (In Chinese)3 Shen Y J.复摆颚式破碎机的优化设计,机械, 1994, 21(4): 2325. (In Chinese)4 Zheng S H. 应用遗传算法在最佳设计平面曲柄摇杆机构。刊物中国计量科学研究院, 1999(2): 7174. (In Chinese)5 Wang P. 破碎机的曲柄摇杆机构的优化设计。中国南方建筑大学学报, 1998, 6(2): 6065. (In Chinese)6荷兰辉适应自然和人工系统。密歇根州:密歇根大学出版社 1975年。7 Pan F P, Gong D W, Sun X Y, et al. 研究小说自适应遗传算法。中国大学学报采矿与技术, 2003, 32(1): 6870. (In Chinese)8 Michalewicz Z. 组合遗传算法和数据结构。北京:科学出版社, 2000. (In Chinese)9 Zhang J, Li D L, Li P. 遗传的比较研究算法的编码机制。中国统一多样性矿业, 2002, 31(6): 637640. (In Chinese) 塔里木大学毕业设计对辊式红枣分级机的设计目 录1 绪论11.1 课题来源及研究的目的和意义11.2 国内外研究现状及分析12 系统总体方案的确定22.1 系统方案的确定22.2 结构特点及工作原理22.3 系统总体方案设计33 主要部件的设计计算及校核33.1 电动机的选择33.2 确定传动装置的总传动比和分配传动比43.3 传动装置的运动和动力参数计算43.4 V带及V带轮的选择计算53.5 传动轴的设计计算63.6 键的选择93.7 联轴器的选择93.8 齿轮的设计94.其他部件的设计134.1入料斗134.2出料斗134.3 机架底座144.4分级辊14结 论15致 谢16参 考 文 献171 绪论1.1 课题来源及研究的目的和意义红枣,又名大枣。自古以来就被列为“五果”(桃、李、梅、杏、枣)之一,历史悠久。大枣最突出的特点是维生素含量高。在国外的一项临床研究显示:连续吃大枣的病人,健康恢复比单纯吃维生素药剂快3倍以上。因此,大枣就有了“天然维生素丸”的美誉。红枣为温带作物,适应性强。红枣素有“铁杆庄稼”之称,具有耐旱、耐涝的特性,是发展节水型林果业的首选良种近些年红枣价格年年攀升,红枣产业在一些地区有了较快的发展,对带动地区经济增长,尤其在带动农牧民增收上起到了重要作用。南疆地区是世界上最适宜种植优质红枣的区域,是国家农业部确认的国家级绿色食品基地.南疆地区光照时间长,每年4-10月累计日照时数达2027.1小时,平均每天的日照时数达到10小时以上,且光照度强,十分有利于红枣果实生长;该地区8-10月平均日较差在17.518.2,最大日较差可达27.8,特别有利于枣果可溶固形物和糖分积累,这也是造就南疆地区红枣品质极优的根本原因。“十一五”期间,随着产业结构的调整,红枣种植面积大不断扩大。截至2009年底,红枣种植面积达481.08万亩,约占全国的21.38%;产量26.32万吨,约占全国的8.63 %。红枣种植主要分布在南疆的阿克苏、喀什、和田、巴州等地。红枣栽培历史悠久,建国后,特别是60-80年代引进品种42个,加之古、近代的引入,共计49个品种。目前从各地州规模发展的主栽品种构成来看:绝大多数为干、鲜两类的灰枣、骏枣及赞皇红枣等品种。红枣种植模式主要有枣农间作和成片建园两种方式,间作模式有枣树+小麦、枣树+豆类、枣树+棉花、枣树+蔬菜、枣树+西(甜)瓜。成片建园的枣树株行距多以2 x 3米或1.5 x 4米,每亩110株较为普遍。 由于独特的区位优势,红枣品质受到追捧,国内外出现热销红枣的态势,红枣龙头加工企业纷纷向集中,红枣形成了产销两旺。目前,红枣主要以制干初加工销售,红枣加工企业将半干红枣经过筛选、分级、哄干、包装后销售。 其中,红枣分级是红枣制干过程中的一个重要环节,红枣分级质量的好坏,尺寸的大小直接影响红枣的经济效益。1.2 国内外研究现状及分析 国外公司较早开始对水果自动分级技术进行研究并将研究成果产品化,意大利、日本和美国是果品分级分选设备研究的倡导者,目前来看,欧洲果品分级分选设备的研究集中在果品分级生产线的研制;美国和亚洲的日本、韩国则是着重研究尖端的分级分选技术,比如核磁共振成像分级、内部品质检测分级,如成熟度分级等。 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,国内目前能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研发阶段。我国水果质量检测中使用的水果品质自动检测生产线多为进口设备,由于引进设备操作较为复杂,设备成本较高,且这种进口设备是针对大农场生产所设计的,在我国小农户生产方式的农产品的检测中并不实用。目前国内主要的红枣分级机构有以下几种:一是差速带式红枣分级机。差速带式红枣分级机,由差速带式红枣分级机构组成,包括机架、电机、喂料斗及其传动装置,其特征在于机架上至少设有两级的差速带式红枣分级装置,机架下方的电动机输出轴上设有传动轴,传动轴的前后两端均设有锥形齿轮,与其相啮合的锥形齿轮轴上均设有皮带轮,且前端的皮带轮直径比尾端的皮带轮直径大,两个皮带轮通过皮带分别与机架上方的两个直径相同的皮带轮相接,轴上间隔均布有与方轴连为一体的、和不连为一体的两种轴套,前后两个轴上的两种轴套相错而设,前后两个轴套间设有分级皮带,每根分级皮带的下方设有击打装置。与现有技术相比,本实用新型具有结构简单、操作方便、无卡枣现象、红枣破损率低的优点。缺点是效率低,分级不均,造价较高。二是重叠式筛笼红枣分级机。该红枣分级机,解决现有红枣分级机分级效果差、破损率较高以及结构复杂等问题,包括箱体,箱体一侧设有进料口,箱体内贯穿设置转动轴,转动轴上至少固定有两个互相套接且一端面呈阶梯状分布的筛笼,筛笼另一端面与环形圆板固定,筛笼上各筛条之间的间隙尺寸由内向外逐渐减小,其中内层筛笼一端与进料口相通,另一端与设置在箱体另一侧的一级出料口相通,每个筛笼下方均设有出料口。本实用新型将多个筛笼呈重叠式且端面呈阶梯状安装,整体结构简单、造价低、效率高,可一次将红枣分成多个等级,分级均匀,在设备中的行程较短,在实际使用中效果显著,可广泛用于红枣产地的规模化加工。缺点是有卡枣现象,破损率较大。针对上述两种红枣分级机存在的问题,课题提出一种对辊式红枣分级机,该机械可连续做业,各将红枣按企业要求分成多个级别。2 系统总体方案的确定2.1 系统方案的确定辊式分级机主要有以下辊带式和对辊式。辊带式尺寸分级一般由分级滚轴和输送带组成。根据分级滚轴直径是否变化又可以分为等径辊带式尺寸分级机和变径辊带式尺寸分级,如下图: 图2-1 等径辊带式分级机原理图 1.输送带主带轮 2.待分级物料 3.分级隔板 对辊式尺寸分级机分级间隙的改变一般靠对辊之间的空间位置变化来来改变分级间隙分为以下几种:按对辊之间的相对角度变化分级: a) b)图2-2 按对辊角度变化分级原理图1.待分物料 2.分级辊按对辊之间的相对高度变化分级: 图2-3 按对辊相对高度变化分级原理图1.定辊 2.浮动辊 3.待分物料 由于对辊式分级的结构简单,分级范围较广,对枣子的破坏比较小,所以本次设计采用对辊式分级,按照对辊之间的角度相对变化来分级。2.2 结构特点及工作原理2.2.1 结构特点 本设计吸收了当前的设计优势,主要由原动机、传动系、工作系、机架系四部分构成。原动机采用电动机带动,传动系选择V带传动,齿轮传动,工作系由滚筒和刀片组成,其中工作系由圆形锥辊和卡位铁皮组成,机架系由底座、架身、进料斗、出料斗组成。此外采用全损耗系统用油进行润滑,橡胶密封。主运动轴、轴承、键、联轴器都采用标准件,易于更换。2.2.2 工作原理电动机运转,通过联轴器将动力传到V带轮,通过V带轮将发动机转速降低,经过减速的动力通过V带将动力传到主运动轴,带动锥辊开始工作。在确认机器启动运转平稳后开始喂料,喂料要及时均匀,要观察入料口,如有堵塞及时清除。工作原理简图(总体方案图) 图2-4 对辊式红枣分级机方案图1入料斗,2辊子1,3辊子2,4齿轮,5V带,6机架,7电动机,8联轴器,9出料斗2.3 系统总体方案设计组成:传动装置由电机、减速器、工作机组成。确定传动方案:考虑到电机转速高,传动功率大,在工作中要承受轻微冲击等实际要求,故采用一级斜齿轮减速器,初步确定传动系统总体方案如图2。选择带传动和一级圆柱斜齿轮减速器。传动装置的总效率: ; 为联轴器的效率,为高速轴齿轮的效率, 为高速轴承的效率,为第二对轴承的效率, 为第三对轴承的效率,为第四对轴承的效率,为V带的效率(齿轮为9级精度,油脂润滑。因是薄壁防护罩,采用半开式效率计算)。3 主要部件的设计计算及校核3.1 电动机的选择电动机所需工作功率为: -工作装置的功率;总效率; 执行机构的转速为100200r/min经查表按推荐的传动比合理范围,带传动的传动比,圆柱齿轮减速器传动比,则总传动比合理范围为,电动机转速的可选范围为。根据容量和转速,由设计手册查出的电动机型号,因此有以下三种传动比选择方案,如下表3-1 电动机型号方案电动机型号额定功率 同步转速满载转速电动机质量参考价格传动装置传动比1Y-112M-2430002890455.0022.402Y112M-4415001440433.4820.423Y132M1-641000960732.2213.61下面的表格就是电动机的技术参数、性能以及外形尺寸的数据:表3-2 电动机外形尺寸中心高外型尺寸L(AC/2+AD)HD底脚安装尺寸AB地脚螺栓孔直径K轴伸尺寸DE装键部位尺寸FGD112382651901901401228608图3-1 电动机主要外形安装尺寸3.2 确定传动装置的总传动比和分配传动比3.2.1 总传动比由选定的电动机转速和工作装置主动轴转速,可得传动装置总传动比为。3.2.2分配传动装置传动比式中分别为带传动和减速器的传动比。为使带传动外廓尺寸不致过大,初步取,则减速器传动比为3.3 传动装置的运动和动力参数计算3.3.1 各轴转速 3.3.2 各轴的输出功率 3.3.3 因电动机轴的输出转矩所以: 运动和动力参数结果如下表: 表3-3 运动和动力参数表轴 名功率P/ KW输出转矩T /Nm输出转速r/min电动机轴1轴2轴3.63.423.0222.9265.36304.315005001003.4 V带及V带轮的选择计算3.4.1 V 带的选择因为小带轮(主动轮)的转速为500转/分,输出功率为3.42千瓦,根据设计要求,经查机械设计基础得到小带轮初选的基准直径为140mm。初步确定选普通V带B型,基准长度为1800mm。实际工作时,应对V带的基本额定功率值加以修正。修正后既得实际工作条件下V带所能传递的功率,称为许用功率:=(+)式中:-功率增量。 -包角修正系数。 -带长修正系数。 经查表;。 符合要求。 所以小带轮的基准直径因选择140mm。根数的确定 设为传动的额定功率(Km),为工作情况,则计算功率为:;式中:-工作情况系数,查表得1.5。则:V带的根数由式:计算确定,带入数据计算得;确定为两根。3.4.2 带轮的设计计算 1)大小带轮直径的确定 由3.4.1可知小V带轮的直径为140mm,设大带轮为,由经验公式: 带入数据计算得: 由机械设计基础表13-9取 2)中心距的确定 初步选定中心距:取=650mm,符合,得带长: 经查机械设计基础表8-2得B型带基准长度=2240mm。再由计算实际中心距: 综上所述,可以确定V带选用普通V带A型,中心距为716mm;大带轮直径为400mm,小带轮直径为140mm。由于,所以采用轮辐式,小带轮可采用孔板式。3.5 传动轴的设计计算3.5.1 主运动轴(从动轴)的设计 1)求主运动轴上的功率,转速,转矩。 由上述可知, 2)求作用在从带轮上的力已知低速带轮的基准圆直径为而初步知道:圆周力: 径向力: 轴向力: 3)初步确定主运动轴的最小直径 先按课本初步估算轴的最小直径,选取轴的材料为45钢,调质处理,根据机械设计基础的公式14-2: 式中:C由轴的材料和承载情况确定的常数; P传递的功率; n轴的转速。 带入数据: 轴的最小直径取24mm,显然是安装在轴承上的直径,为了使所选的轴与轴承吻合,故需同时选取轴承的型号。 4)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 初步设计主运动轴(从动轴)如图:图3-2 轴简图1) 如上图,ab段为螺纹,用以安装橡胶辊,bc段安装轴承,cd段安装齿轮,ef段安装另一轴承,fg安装带轮,在左侧应钻螺纹孔,起轴向固定作。2)初步选择滚动轴承 因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,但轴向力相对较小,故选用单列深沟球轴承。参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组标准精度级的单列深沟球轴承6005型,如表: 表3-4 轴承参数表DB轴承代号17351019.432.660032042122537600425471230426005305513 36496006 3.5.2 主运动轴各轴段长度直径的确定 对于选取的单向深沟球轴承其尺寸为的,故直径长度,考虑到实际工作情况,将轴的总长380mm。3.5.3 求主动轴上载荷及校核 首先根据结构图作出轴的计算简图, 确定顶轴承的支点位置时,查机械设计手册得对于6005型的深沟球轴承,做为简支梁的轴的支承跨距.由上述可知,圆周力:,径向力:,轴向力: 1)求垂直面的支承反力(图3-3 b) 2)求水平面的支承反力(图3-3c) 3)F力在支点产生的反力(图3-3d) 外力F作用方向与带传动的布置有关,在尚未确定具体布置前,可按最不利情况考虑。 4)绘垂直面的弯矩图(3-3图b) 5)绘水平面的弯矩图(图3-3c) 6)F力产生的弯矩图(图3-3d) 截面F产生的弯矩图为: 7)求合成弯矩图(图3-3e)考虑到最不利的情况,把M与直接相加。 8)求轴传递的转矩(图3-3f) 9) 求危险截面的当量弯矩(图3-3g) 从图可见,a-a截面最危险,其当量弯矩为 取折合系数=0.6,代入上式得 10) 计算危险截面处轴的直径轴材料为45号钢,调质处理,由表141查得=650 MP,由表14-3查的许用应力=60 MP,则传动外廓尺寸不致过考虑到键槽对轴的削弱,将d值加大10,故粗取轴径为35,合适,安全。3.6 键的选择 键主要用来实现轴和轴上零件之间的周向固定以传递转矩。键是标准件,分为平键、半圆键、契键和切向键。本设计采用A型平键连接,它的两侧是工作面,上表面与轮毂槽底之间留有间隙。3.6.1 键的强度校核 1)选择键联接的类型和尺寸 一般9精度的尺寸的齿轮没有定心精度要求,用平键比较好。 查机械设计课程设计手册表4-2取: 键宽 键高 键长 其中键O安装在从动带轮上,键1齿轮轴上。 2)校核键联接的强度 查得 =110 工作长度 3)键与轮毂键槽的接触高度 由公式得 两者都合适取键标记为: 键0:822AGB/T1096-19793.7 联轴器的选择本设计的联轴器的选择主要包括了两个联轴器的选择,第一个是电动机轴与箱体的输入主轴的联结,根据文献12中的表12-23Y系列电动机的外型尺寸,本设计所选用的电动机的型号为Y112M-4,可知电动机的输出主轴的外伸部分的长度E和直径D分别是50和35。根据机械设计手册表8-2凸缘联轴器,最后确定电动机与箱体的输入轴间的联轴器选择为GYH3型。3.8 齿轮的设计 已知载荷变化不大,传动比为: 小齿轮转速为传动功率3.8.1 决定传动形式,齿轮上的转矩,选择小齿轮的齿数 1)决定传动形式,选择一级直齿圆柱齿轮传动。 2).齿轮上的转矩 3)选择齿轮的材料,精度等级的热处理方式。 该减速器的功率不大(结构尺寸要小),中速中载的材料的工艺,价格素决定小齿轮均用45钢制造。采用软齿面 HBS 350.标准齿形。 小齿轮调制处理。取240 大齿轮正火处理。取200 选9级精度。 图3-3 4)选择小齿轮的齿数 初选(半开式齿轮) ( 相互啮合的两个齿轮的齿数互为质数) 所以取 实际齿数比 传动比误差计算: ( 符合条件)3.8.2按齿面接触强度设计 由设计计算公式所示进行运算,即 3.8.3确定公式内的各计算数值 试选载荷系数 由表选取齿宽系数 由表10-6查得材料的弹性影响系数取 由图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限;大齿轮的接触疲劳强度极限。 由式10-13计算应力循环次数。 由图10-18 、图10-19取接触疲劳强度寿命系数 =0.9 计算解除疲劳许用应力。1.251.50 取1.4,=1由式1012得 Mpa3.8.4计算 1)计算小齿轮分度圆直径,代中较小的。 mm 2)计算圆周速度v。V=1.85m/s 3)计算齿宽bb=44.16 4)计算齿宽与齿高知比。 模数 齿高 h=4.35 =10.15 5)计算载荷系数 根据v=1.85m/s,9级精度由图108查得动载系数=1.1 由表103得 直齿轮 由表102得 使用系数 由表104用插值法查得小齿轮相对支撑对称布置, 由=10.15,查图1013得 故载荷系数 按实际载荷校正所得的分度圆直径,由式(1010a)得 =40.9 计算模数:m=2.15 取标准值:23.8.5按齿根弯曲强度设计 由式(105)得弯曲强度的计算公式为 m3.8.6确定公式内的各计算数值 1)由图10-20c查得小齿轮的弯曲强度疲劳极限=380Mpa;大齿轮的弯曲强度极限 =290Mpa; 2)由图10-18取弯曲疲劳寿命系数 3)计算弯曲疲劳许用应力。去弯曲疲劳安全系数S=1.4,由式10-12得 4)计算载荷系数K。 5)查取齿形系数。由表10-5查得, 6)取应力校正系数。由表10-5查得 =1.54, 7)计算大小齿轮的并加以比较。 大齿轮的数值大。3.8.7设计计算 取 按接触强度算得的分度圆直径=.40.9,算出小齿轮的齿数 大齿轮齿数 ,取 这样计算出的齿轮传动,既满足了齿面接触疲劳强的,又满足了齿根弯曲疲劳强度,并做到结构紧凑,避免浪费。3.8.8 几何尺寸计算 1) 计算分度圆直径 2)计算中心距 3)计算齿轮宽度 取,3.8.9 结构设计 1)计算小齿轮的齿顶圆直径 计算小齿轮的齿根圆直径 初取 2)计算大齿轮的齿顶圆直径 =取 计算大齿轮的齿根圆直径 初取=151mm因为所以齿轮用腹板式结构。4.其他部件的设计该设计除了上述主要零部件外,还有机架,对辊,进料斗、出料斗。其他部件如联轴器等是标准件,这里就不再详述。4.1入料斗 图4-1 入料斗4.2出料斗 出料斗的作用主要是让经过分级的物料从相应的出料槽划出,达到分级效果。出料斗分为三个出料槽,倾斜角度为30,这样有利于红枣划出,同时也避免本级红枣掉入其它槽中。图4-2出料斗4.3 机架底座 机架底座主要采用L形钢焊接而成,起固定工作机,安装电动机、减速器等零部件的作用。具体形状如下图。 图4-3 机架4.4分级辊 分级辊子为锥形辊,经查阅文献,倾角为15时对分级的大小和分级的均匀度都很有利。辊子有两个,两个辊子通过齿轮的带动来实现逆向转动。对辊之间的间隙可以通过齿轮的分度圆直径改变而改变,从而达到可以对多种红枣进行分级。图4-4 分级辊结 论通过此次设计使我掌握了科学研究的基本方法和思路,为今后的工作打下了基础,在以后的日子我将会继续保持这份做学问的态度和热情。经过对资料的查找和老师的指导,以及上网搜集的相关学术论文、核心期刊、书籍等,终于对对辊式红枣分级机有了一定了解,最终对该设计有了一个大体思路。最终确定了双锥辊形式的对辊式红枣分级机。以下对该设计进行一个总结:(1)根据红枣外形的各方面因素,制定出了分选机系统的整体设计方案,并根据方案制作完成了红枣分选机。通过理论计算表明,机械系统运行正常,满足预期设计要求。(2)设计制作了红枣分选过程中的输送装置,输送装置采用带传动带动双对辊进行转动。(3)设计了红枣分选过程中分选执行系统。分选执行机构采用对辊分选,能够实现红枣能够快速准确的被分选,并且要有良好的机械特性。(4)设计了红枣的分选过程中入料斗到分选机构的输送装置。(5)编写设计说明书,其中包含了电动机的选择,v带的设计,齿轮的计算,轴的校核等。(6)对本设计设计的装配图,以及必要的零件图进行绘制。 由于自身能力有限,所以本设计还存在一下问题:(1) 设计中的设计经验数值的选择时,不能准确选择,可能导致最终结果的本分偏差。(2) 由于对某些材料的特性了解甚浅,所以在某些力学的测算上不够准确。(3) 由于对实践经验的缺乏,有可能某些设计太过理想化从而导致该产品在实际运用时还需改进。但是,我相信以上这些问题会让我在今后的学习和工作中更加刻苦,努力钻研,弥补自身的不足。并将自己在学校所学和实际相结合,更好的完成每一项任务。 致 谢首先感谢马少辉老师对本设计的指导。本设计是在老师耐心指导下多次修改完成的。在此,我对他的耐心指导和帮助表达我最真诚的谢意,感谢他在这几个月来所付出的努力。在这段时间里,我不仅学到了许多的专业知识,更感受到了他工作中的兢兢业业,生活中的平易近人的精神。此外,他的严谨治学态度和忘我的工作精神值得我去学习。在此,请允许我对说一声:“老师,您辛苦了!”再次感谢他。近三个月时间的毕业课题设计是我大学生活中忙碌而又充实一段时光。这里有治学严谨而又亲切的老师,有互相帮助的同学,更有积极、向上、融洽的学习生活氛围。短短的时间里,我学到了很多的东西。不仅学到就更多的理论知识,扩展了知识面,提高了自己的实际操作能力;而且学会了如何去学习新的知识,学会了面对困难和挑战,学会了团结合作,互助互利。借此论文之际,向所有帮助、关心、支持我的老师、朋友同学,表达我最真诚的谢意。 衷心的感谢能在百忙之中参加本人论文答辩的各位老师,谢谢你们的批评和指正! 非常感谢我的同学。当我在毕业设计过程中遇到问题和困难时,是他们给我提出许多关键性的意见和建议,使我对整个毕业设计的思路有了总体的把握,并耐心的帮我解决了许多实际问题,使我获益良多。 感谢四年来传授我知识的老师们,更要感谢我的家人及朋友对我学业上的支持和鼓励,感谢所有关心、帮助过我的人。同时感谢我的大学-塔里木大学,感谢机械电气化工程学院培养了我。总之,在以后的学习、工作、生活中我将更加努力,用自己的行动回报社会、学校、老师及同学。参 考 文 献1 刘孟军透视中国枣产业果业论坛,2006.1:7.2 金农.我国枣产业的发展现状J.农产品加工,2007.(01).3 郭满玲.我国鲜食枣品种资源及分布研究D.西北农林科技大学,2004.3:42-45.4 李光梅. 水果分选机的研究现状与发展状况. 农机化研究,2007.09. 5 魏新华.杠杆式水果高速分级卸料装置的优化设计.农业机械学报.2007.38(10):57-59. 6 应义斌,饶秀勤等.水果高速实时分级机构控制系统J.农业机械学报,2004.35(5):117-1217 肖爱玲.几种典型的对辊式红枣分级J.农机化,2010.048 吴德光,蔡宗寿.双辊式水果分级装置参数研究9 刘小龙,张杰,刘向东,李胜.辊式分级机的基本原理和尺寸.农机化,2010-0410 卜炎主编.机械传动装置设计手册.上册.北京:机械工业出版社,1998.12:29-34. 11 吴宗泽.机械设计使用手册.北京:化学工业出版社, 1998.7.12 成大先.机械设计手册.单行本.轴及其联接.北京:化学工业出版社,2004.1:54-58.13 濮良贵,纪名刚.机械设计.高等教育出版社14 黄秀玲,郑加强等.水果分级支撑技术的研究进展J.南京林业大学学报(自然科学版),2007,(02).15 刘孟军河北省枣树业的发展现状、存在的问题及建议河北果树,1998.(2):6-7.16 梁鸿.中国红枣及红枣产业的发展、存在问题和对策的研究D.陕西师范大学,2006.25(9):8-10.17 12 届毕业设计 对辊式红枣分级机的设计说明书 学生姓名 张文智 学 号 8011208128 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机械12-1 指导教师 马少辉 日 期 2012年5月 塔里木大学教务处制前 言红枣,又名大枣。自古以来就被列为“五果”(桃、李、梅、杏、枣)之一,历史悠久。大枣最突出的特点是维生素含量高。在国外的一项临床研究显示:连续吃大枣的病人,健康恢复比单纯吃维生素药剂快3倍以上。因此,大枣就有了“天然维生素丸”的美誉。近些年红枣价格年年攀升,红枣产业在一些地区有了较快的发展,对带动地区经济增长,尤其在带动农牧民增收上起到了重要作用。南疆地区是世界上最适宜种植优质红枣的区域,是国家农业部确认的国家级绿色食品基地。“十一五”期间,随着产业结构的调整,红枣种植面积大不断扩大。截至2009年底,红枣种植面积达481.08万亩,约占全国的21.38%;产量26.32万吨,约占全国的8.63 %。红枣种植主要分布在南疆的阿克苏、喀什、和田、巴州等地。由于独特的区位优势,红枣品质受到追捧,国内外出现热销红枣的态势,红枣龙头加工企业纷纷向集中,红枣形成了产销两旺。目前,红枣主要以制干初加工销售,红枣加工企业将半干红枣经过筛选、分级、哄干、包装后销售。其中,红枣分级是红枣制干过程中的一个重要环节,红枣分级质量的好坏,尺寸的大小直接影响红枣的经济效益。 本设计为对辊式红枣分级机,可针对南疆主栽红枣品种干红枣的分级,可根据农户或企业的需求,分出不同级数,机械可连续作业,对干枣损伤小 。塔里木大学毕业论文(设计)开题报告课题名称 对辊式红枣分级机设计 学生姓名 学 号 8011208128 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化班 级 指导教师 起止时间 2011-12-1-2012-5-20 机械电气化工程学院教务办制对辊式红枣分级机的设计-开题报告一、本课题来源及研究的目的和意义红枣,又名大枣。自古以来就被列为“五果”(桃、李、梅、杏、枣)之一,历史悠久。大枣最突出的特点是维生素含量高。在国外的一项临床研究显示:连续吃大枣的病人,健康恢复比单纯吃维生素药剂快3倍以上。因此,大枣就有了“天然维生素丸”的美誉。红枣为温带作物,适应性强。红枣素有“铁杆庄稼”之称,具有耐旱、耐涝的特性,是发展节水型林果业的首选良种近些年红枣价格年年攀升,红枣产业在一些地区有了较快的发展,对带动地区经济增长,尤其在带动农牧民增收上起到了重要作用。南疆地区是世界上最适宜种植优质红枣的区域,是国家农业部确认的国家级绿色食品基地.南疆地区光照时间长,每年4-10月累计日照时数达2027.1小时,平均每天的日照时数达到10小时以上,且光照度强,十分有利于红枣果实生长;该地区8-10月平均日较差在17.518.2,最大日较差可达27.8,特别有利于枣果可溶固形物和糖分积累,这也是造就南疆地区红枣品质极优的根本原因。“十一五”期间,随着产业结构的调整,红枣种植面积大不断扩大。截至2009年底,红枣种植面积达481.08万亩,约占全国的21.38%;产量26.32万吨,约占全国的8.63 %。红枣种植主要分布在南疆的阿克苏、喀什、和田、巴州等地。红枣栽培历史悠久,建国后,特别是60-80年代引进品种42个,加之古、近代的引入,共计49个品种。目前从各地州规模发展的主栽品种构成来看:绝大多数为干、鲜两类的灰枣、骏枣及赞皇红枣等品种。红枣种植模式主要有枣农间作和成片建园两种方式,间作模式有枣树+小麦、枣树+豆类、枣树+棉花、枣树+蔬菜、枣树+西(甜)瓜。成片建园的枣树株行距多以2 x 3米或1.5 x 4米,每亩110株较为普遍。由于独特的区位优势,红枣品质受到追捧,国内外出现热销红枣的态势,红枣龙头加工企业纷纷向集中,红枣形成了产销两旺。目前,红枣主要以制干初加工销售,红枣加工企业将半干红枣经过筛选、分级、哄干、包装后销售。其中,红枣分级是红枣制干过程中的一个重要环节,红枣分级质量的好坏,尺寸的大小直接影响红枣的经济效益。二、本课题所涉及的问题在国内外研究现状及分析国外公司较早开始对水果自动分级技术进行研究并将研究成果产品化,意大利、日本和美国是果品分级分选设备研究的倡导者,目前来看,欧洲果品分级分选设备的研究集中在果品分级生产线的研制;美国和亚洲的日本、韩国则是着重研究尖端的分级分选技术,比如核磁共振成像分级、内部品质检测分级,如成熟度分级等。 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,国内目前能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研发阶段。我国水果质量检测中使用的水果品质自动检测生产线多为进口设备,由于引进设备操作较为复杂,设备成本较高,且这种进口设备是针对大农场生产所设计的,在我国小农户生产方式的农产品的检测中并不实用。目前国内主要的红枣分级机构有以下几种:一是差速带式红枣分级机。差速带式红枣分级机,由差速带式红枣分级机构组成,包括机架、电机、喂料斗及其传动装置,其特征在于机架上至少设有两级的差速带式红枣分级装置,机架下方的电动机输出轴上设有传动轴,传动轴的前后两端均设有锥形齿轮,与其相啮合的锥形齿轮轴上均设有皮带轮,且前端的皮带轮直径比尾端的皮带轮直径大,两个皮带轮通过皮带分别与机架上方的两个直径相同的皮带轮相接,轴上间隔均布有与方轴连为一体的、和不连为一体的两种轴套,前后两个轴上的两种轴套相错而设,前后两个轴套间设有分级皮带,每根分级皮带的下方设有击打装置。与现有技术相比,本实用新型具有结构简单、操作方便、无卡枣现象、红枣破损率低的优点。缺点是效率低,分级不均,造价较高。二是重叠式筛笼红枣分级机。该红枣分级机,解决现有红枣分级机分级效果差、破损率较高以及结构复杂等问题,包括箱体,箱体一侧设有进料口,箱体内贯穿设置转动轴,转动轴上至少固定有两个互相套接且一端面呈阶梯状分布的筛笼,筛笼另一端面与环形圆板固定,筛笼上各筛条之间的间隙尺寸由内向外逐渐减小,其中内层筛笼一端与进料口相通,另一端与设置在箱体另一侧的一级出料口相通,每个筛笼下方均设有出料口。本实用新型将多个筛笼呈重叠式且端面呈阶梯状安装,整体结构简单、造价低、效率高,可一次将红枣分成多个等级,分级均匀,在设备中的行程较短,在实际使用中效果显著,可广泛用于红枣产地的规模化加工。缺点是有卡枣现象,破损率较大。针对上述两种红枣分级机存在的问题,课题提出一种对辊式红枣分级机,该机械可连续做业,各将红枣按企业要求分成多个级别。三、对本课题所涉及的任务要求及实现预期目标设计一种对辊式干红枣分级机,该机可适应南疆主栽红枣品种干红枣的分级,可根据农户或企业的需求,分出不同级数,机械可连续作业,对干枣损伤小,完成设计图纸,并撰写设计书明书4、 本课题需要重点研究的关键问题及解决的思路1、 该系列对辊式红枣分级机主要由喂料装置、辊轮、辊轮支撑轴承、压紧和调节装置以及驱动装置等部分组成。2、 筛选红枣大小的调节:两辊轮之间装有楔形或垫片调节装置,楔形装置的顶端装有调整螺栓,当调整螺栓将楔块向上拉起时,楔块将活动辊轮顶离固定轮,即两辊轮间隙变大,筛选的红枣变大,当楔块向下时,活动辊轮在压紧弹簧的作用下两轮间隙变小,筛选的红枣变小。垫片装置是通过增减垫片的数量或厚薄来调节筛选红枣大小的,当增加垫片时两辊轮间隙变大,当减少垫片时两辊轮间隙变小。3、 驱动机构是由两个电动机,通过三角皮带传动到槽轮上拖动辊轮,按照相对方向运动旋转。在喂料时,红枣从进料口通过辊轮,经辊轮筛选的枣子从辊子下面排出。4、 为了减小红枣的破损,辊子表面用软质皮毛包裹设计的关键部分是辊子距离的调节,初步的解决办法是通过弹簧,垫片,和楔块的配合来解决,在今后的设计中将逐步探索和完善。(老师,这个设计是不是要弄几组辊子啊,这样效率高一些,或者这个辊子的长度要长一些呢)五、完成本课题所必须的工作条件及解决的办法(1)通过万方数据库、中国知网和图书馆等查阅相关文献资料,了解红枣分级机的发展现状,确定设计方案;(2)查阅设计手册,设计传动比,电动机功率,辊子距离等关键问题;(3)参考资料中的计算方法和公式等进行计算校核;(4)需要一台能够上网的电脑,安装Auto CAD和solidworks绘图软件;(5)希望学院能够提供设计实验室及上网条件,其他可自理。六、完成本课题的工作方案及进度计划第1周第2周 通过查找文献资料,了解红枣分级机的发展现状,完成开题报告。第2周第5周 设计总体方案。第6周第9周 对红枣分级机的结构进行具体设计,运用Auto CAD,solidworks绘制零件图与装配图。第10周第12周 撰写设计说明书,对设计存在问题修改、调整、补充。第13周第14周 整理资料准备答辩。七、主要参考文献1 第一机械工业部农业机械研究所.农业机械设计手册(上、下册)M.北京:机械工业出版社,1972. 2 中国农业机械化科学研究院.实用机械设计手册M.北京.中国农业机械出版社.19843 南疆地区红枣产业现状分析及发展战略思考 落叶果树 2008年第3期4 6ZF-0 5型红枣分级机的试验研究2000(14) 李湘萍5 陈彤.向东梅.晁群卉 农业产业化中主导产业的选择研究期刊论文 -农业大学学报2000(3)6 红枣自动分级机分级执行系统的研制 王松磊 何建国 贺晓光 张冬 詹志彪 宁夏工程技术 2009 第3期 - 维普资讯网7 中国农业机械化科学研究院.实用机械设计手册M.北京.中国农业机械出版社.19848 沈再春.农产品加工机械与设备M.北京.中国轻工业出版社.1993. 105-120
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