2813 红枣烂果剔除机设计
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红枣烂果剔除机设计说明书学生姓名 学 号 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 12-1 指导教师 XXXX 日 期 2012.6 XXXX 大学教务处制前 言红枣的分选是红枣的进入流通领域的一个重要环节,直接关系到红枣的生产的效益。在市场经济高度发达的今天,异地销售、大宗农产品交易和农产品国际贸易等均离不开标准化。而红枣的分选就是实现红枣的商品标准化的最基础的一步。我国是红枣的生产大国,但绝大部分红枣的来源于农村集体和个体种植户,其品质差别很大,加上采摘及运输过程中不同程度的损伤等影响,给红枣的的分选工作带来一定的困难。尤其是在出口的红枣的当中,由于大部分没有经过严格的分级处理,致使出口价格偏低,每年的经济损失上亿美元。目前我国的红枣的分选工作多由人工完成,缺点是劳动强度大,生产率低且分选精度不稳定。采用微机控制的机电一体化设备来代替人工作业,可以实现红枣的分选的自动化,有效地提高分选效率和分选精度。因此,研究开发红枣的采后的自动化处理设备,对红枣的进行分级筛选然后销售或加工,是我国目前农业机械化研究的重要课题。本论文的研究主要以机械设计基础、建立在电脑同步系统控制的基础之上,主要研究和设计了主要研究和设计了红枣智能分选机的机械系统。具体研究内容如下:1.设计制作了红枣分选过程中的输送装置,输送装置采用链传动带动红枣支撑滚子的传动。2.设计了红枣分选过程中分选执行系统。分选执行机构采用杠杆式撬动分选,能够实现红枣能够快速准确的被收集,并且要有良好的机械特性。3.设计了红枣的分选过程中从卸料到分选机构的输送装置。目 录前 言.11.绪论. 21.1 选题的意义和目的 .21.2 国内外研究现状 .21.2.1 国内现状 .21.2.2 国外研究现状 .21.3 存在问题 .31.4 主要研究内容 .32.红枣分选机的主要组成及工作原理. 33 红枣分选机机械系统的设计. 43.1 机体框架的设计及其上的组件布置 .43.2 传动系统的设计 .53.2.1 电动机和减速器的选择 .53.2.2 输送链的设计 .53.3 红枣输送翻转机构的结构及工作原理 .93.4 红枣分级卸料装置的结构及工作原理 .103.5 称重试验台的设计 .103.5.1 称重试验台结构及工作原理 .103.5.2 红枣支承滚子组件及分选杠杆组件的组成及工作原理 .103.5.3 称台的设计 .114 力学分析.114.1 红枣质量的理论计算 .115 其它零部件.135.1 分选机支架的设计 .135.2 输送带的设计 .135.3 辊子输送的设计 .145.4 槽型带输送的设计 .146 总结.15致 谢.16参考文献 . 17塔里木大学毕业设计11.绪论1.1 选题的意义和目的当前,枣产业正处于蓬勃发展。从全球角度来看,中国枣产业的超强地位进一步得到巩固。近年来,我国枣树面积和产量每年都以 10%以上的速度增长。据中国农业年鉴统计资料,2003 年我国枣产量为 171 万吨,估计 2008 年总产量可达 300 多万吨,面积约 150 万公顷,占全世界的99%左右。正凭借其得天独厚的自然条件优势打造中国和世界上最大的优质干枣生产基地,仅阿克苏地区就要在 35 年内发展 10 万公顷枣树;另外,北方的鲜食枣、贮藏加工和营销产业正在崛起!但是,近年来一些发达国家进军我国枣产业特别是枣加工业的势头正在显现。 的地理位置,特别是南疆的地理位置,气候干燥,降雨量少,昼夜温差大,光照时间长,热量资源非常丰富,这些特殊的气候环境都造就了红枣的胜产。红枣属于耐旱作物,种植简单,收益高又便于管理。近年来,随着农业科技的发展和人民生活水平的提高,国内外红枣的加工品种越来越多,人们对红枣的的品质也有了更高的要求。但红枣的加工工业却没跟上时代的步伐,红枣的很多加工环节还是传统的手工作业。其重要原因是我国红枣采后处理加工技术和加工设备落后,而红枣分级加工和分选是采后处理加工技术中的重要环节,这一方面制约了红枣产业的快速发展,同时也阻碍了红枣产品档次的提高。为了提高红枣的加工质量和出品等级,需要对红枣进行严格的质量分级和大小的分级。目前,我国具备先进红枣分选设备的企业很少,因此市场上销售的红枣大多数依靠机械配合人工的方式实现分选。人工分选的主要缺点是:劳动量大、生产率低而且分选精度不稳定;红枣分选难以实现快速、准确和无损坏制约了红枣产业的发展。因此实行红枣智能分选机机械化作业是红枣发展的一种必然趋势。利用智能机械化作业来分选红枣大大提高了红枣产品的质量、降低了人工分选作业的劳动强度和提高了生产率分选精度。1.2 国内外研究现状大小分选机是按照水果大小进行分选, 由于选出果实大小形状基本一致, 有利于包装贮存和加工处理, 故该种分选机在果实分选中应用最广泛。目前可用于红枣类圆形水果分选的方法有筛子分选法、回转带分选法、辊轴分选法、滚筒式分选法等。筛子分选法采用的是振动原理,果品易损坏,因此不宜采用。回转带分选法的工作方式是将水果置于两条分离带之间,若果径小于两带之间的距离,水果便从中落下。由于两条选果带之间的距离沿水果运行方向不断增大,使不同尺寸的水果落在下方相应的输送带上,该方法从结构上容易实现、简单、故障少,但分选精度不高。辊轴分选法分选较为准确,但从结构上实现较为复杂,机器成本较高。滚筒式分选法其分选装置主要由喂料机构、V 型槽导果板、分选滚筒、接果盘及传动系统组成。此分选装置机构简单,对水果损伤小、成本较低、分选精度和效率较高,适用于球形和近似球形物料的分选,在国外应用较广。为减少果实碰撞, 提高好果率, 有的分级机是利用浮力、振动和网格相配合的办法进行分级。这种方法的优点是避免了果实间的互相碰撞, 在分级的同时可对果实进行清洗和消毒作业。有以上可知,水果大小机械分选法中,滚筒式分选法是最优的一种。另外,随着电子技术和计算机图像技术的发展,采用光电传感器或 CCD 摄像机对水果的大小进行测量判别已成为此类分选机的研究热点。冯斌,汪懋华(2003)研究了一种基于计算机视觉的水果大小检测方法,试验表明,该方法检测速度快,正确率高,适用范围宽,能够满足水果自动检测要求。1.2.1 国内现状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。目前我国研制的 6GF - 110 型水果大小分级机, 采用先进的辊、带间隙分级原理 , 工作时分级辊作匀速转动, 输送带作直线运动。当果实直径小于分级辊与输送带之间的间隙时, 则会顺着间隙掉入水果槽中, 在机器工作过程中, 果实因直径不同而通过不同的间隙落到相应级别的水果槽。分级精度95 % , 生产效率115 t/ h。中国农业大学食品科学与营养工程学院籍保平教授等针对我国水果生产现状研发了一条机器视觉水果分级系统,可以对水果的外部缺陷、色泽、尺寸和形状进行全面的检测,在此基础上,对水果进行高速和精确的分级。1.2.2 国外研究现状国外早期的水果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水果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,水果的质量无损检测手段包括近红外线、红外线检验等光学检验方法和高光谱、多光谱技术等。塔里木大学毕业设计2国外公司较早开始对水果自动分级的研究进行产品化。1995 年美国研制成功的 Merling 高速高频计算机视觉水果分级系统,生产率约为 40t/h,美国每年有 50%以上的苹果经过该设备处理。美国俄勒冈州的 Alle Electronics 公司的研制成果能够分选果实、蔬菜、果仁及各种小食品的“Inspecttronic”装置。该分选装置能按产品的色泽或大小进行分选,并能将特定产品分选内容参数编成程序预先储存在存储器内。Italy - 001 - A 型分级机: 该机是意大利最新研制成的果实自动分级机, 可将果实按大小进行无级分级。工作原理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, 网眼孔径又由大变小。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。1.3 存在问题水果分选机从称重方面来讲,实际上主要是通过称重传感器对被分选对象进行重量数据采集,并根据分选标准及对数据的判断结果,移动被分选对象位置的装置。但是,与工业自动化检测设备相比,分选机要具有一定的柔软性,即不能损伤被分选对象。同时,水果的分选标准也很难用具体的数据和逻辑关系公式来表达,而且目前传感器技术和计算机技术也达不到像人一样具备的智能判断要求。在动态称重过程中,由冲击载荷造成的采集数据的变化较大,要选择合理的数据处理方法,以减少这种不稳定因素的影响。目前红枣分选机的研制主要是机械加人工分选,分选效率较低,不能实现全自动化分选。因此,研究红枣的全自动化分选是势在必行的。1.4 主要研究内容针对目前红枣的分选机械研究方面存在的问题,本设计主要研究设计了红枣的智能分选机机械部分的设计,在电脑同步控制系统的基础之上通过对红枣的重量的综合检测和分析,从而达到对红枣大小和烂果的分选。设计内容主要包括红枣输送机构、分选部分机械系统、称重模块的设计及研制。具体研究内容如下:1)红枣智能分选机机械系统的设计。主要包括红枣的输送翻转机构、分级卸料装置等的设计及研制。2)称重试验台的设计。包括称台的设计 3)红枣从卸料到分选过程中的输送器械的设计。本课题拟解决的关键问题是设计称重模块及红枣的分选机机械系统,在同步控制系统的基础之上完成输送线上红枣的动态位置的实时检测和连续跟踪,及红枣的大小重量、红枣的等级和红枣的位置信息的正确配准。从而最终将红枣按大小重量的不同进行等级划分。2.红枣分选机的主要组成及工作原理该分选机主要由红枣输送机构、分选机械系统、称重模块组成。分选红枣的重量范围 10g-50g,横径大约范围为 30mm-50mm,红枣输送速度为 0.38m/s。分选机的结构如图 2-1 所示:塔里木大学毕业设计3图 1-1 红枣烂果剔除机的工作原理图1 分选执行机构 2 摄像机 3 光照箱 4 红枣支撑滚子 5 红枣分选杠杆 6 循环输送链 7 摩擦带 8 称重传感器 9 称台 10 红枣收集箱 11 同步编码器 12 剩余红枣输送带 13 链轮红枣的支承滚子和红枣的分选杠杆都安装在循环输送链上,并随输送链一起向前运动。输送链的链节距为 31.75mm,相邻滚子之间的间距为两个链节距,即为 63.5 mm。滚子呈双锥凹形,红枣支承在两个相邻滚子之间,分选杠杆则正好处于红枣的的正下方。在图像采集区域设置有光照箱,滚子下面还设置有摩擦带。当滚子在摩擦带上滚动时,红枣就一面在滚子上翻转滚动,一面随滚子和输送链一起向前输送,从而将其不同表面都先后呈现在摄像机前。图像处理系统接收到摄像机所采集的每个红枣的图像之后,提取其品质参数,对其进行图像处理和等级判定。在称重区域滚子下面设有一称台,称台下面两端各安装一称重传感器。传感器检测红枣的重量,并通过称重模块控制器将红枣的重量信息上报给红枣分选机主控制器,以实现红枣的重量信息与外观大小评定结果的实时融合,确定最终的红枣的分选等级。分级执行机构安装在红枣的输送线上方,主要由分选凸轮和步进电机组成。在步进电机的驱动下,分选凸轮可在“分选”和“通过”两个工作位置之间来回切换。在“分选”位置,凸轮工作表面的最高点正好与分选杠杆的上表面齐平。当杠杆在输送链的带动下沿凸轮工作表面向前滑动时,凸轮升程将杠杆的一端压下,另一端则将红枣从滚子上撬起并滚入相应的红枣输送平带并输送到相应收集箱,从而完成红枣的分级卸料。在“通过”位置,凸轮工作表面的最低点高于分选杠杆的上表面,分选杠杆自由通过。当带有等级信息的红枣的到达对应的卸料出口时,同步控制系统控制分级执行机构动作,完成红枣的的自动分级卸料。剩余的所有等级外红枣则由平带输送回去,再次进行分选。3 红枣分选机机械系统的设计红枣分选机机械系统主要由机体框架、传动系统、水果输送翻转机构、分级卸料装置和称重台等组成。主要作用是为整个分选系统提供支承和安装基础,并完成水果的上料、输送、翻转、重量检测和分级卸料过程。3.1 机体框架的设计及其上的组件布置机体框架为分选机的所有其他部件提供安装和支承基础。分选系统的主要尺寸为2400mm300 mm1000 mm。沿着输送链输送方向,自从动链轮一侧开始,在输送链上依次布置:图像采集光照箱、水果称重工作台和 5 个分级出口(注:由于机构过长,分选执行机构及支撑滚子过小,所以不能完全显示 5 个分级出口) 。具体结构示意图如图 3-1 所示,图 3-1 红枣分选机布置示意图3.2 传动系统的设计传动系统主要由电动机、减速器、链轮和一条封闭的循环输送链组成。循环输送链布置在与地面垂直的平面内,在输送链紧边的下面设置有支承导板,以保持输送链紧边处于水平状态,从而为红枣的、输送、图像采集、重量大小检测以及分级卸料提供一个包括图像采集区、重量大小检测区和分级卸料区三部分的水平工作表面。传动系统主要采用三级传动:电动机驱动减速器输入轴为第一级,减速器输入、输出轴之间为第二级,减速器输出轴驱动输送链主动轮为第三级。第一级采用联轴器传动;第二级就采用标准的圆柱齿轮传动;第三级由于转速较低(减速器输出轴转速约为 60 r/min)采用链传动。3.2.1 电动机和减速器的选择进过查阅机械设计和相关资料,确定链轮的转速为 50-70r/min,选择 60r/min,确定链轮塔里木大学毕业设计4所需功率为 1.5KW,符合这一范围的同步转速为:查机械设计课程设计手册第 167 页表 12-1 可知有:表 3-1 电动机的类型方案 电动机 型号 额定功率 kw同步转速 minr满载转速 inr电动机质量 kg参考价 格传动装置传动比1 Y90S-2 1.5 3000 2840 22 5.00 472 Y90L-4 1.5 1500 1400 27 3.48 233 Y100L-6 1.5 1000 940 25 2.22 15综合考虑电动机和传动装置的尺寸,质量,价格以及传动比,可见第二种方案比较合适,因此选定电动机的型号是 Y90L-4。该电动机的安装尺寸如下表 32:表 3-2 电动机主要外形尺寸确定总的传动比:由选定的电动机满载转速 =1400r/min 和工作机的主轴的转速 n=60r/min,可得传动装置mn的总的传动比是:(3-1) 236014nima由于传动比为 23,大于 8,故初步选择减速器为展开式二级圆柱齿轮减速器,由于该类型减速器 , ,故确定减速器的 、 分别为 5、3.2。215.3ii161i2减速器选用 JZQ 型系列减速器,型号为 JZQ200,速比为 23。由于电动机输出轴的直径为24mm,故选择减速器高速轴的直径为 24mm,此时低速轴的直径为 30mm。3.2.2 输送链的设计试验台输送机构采用带附件的双节距大滚子输送链链条,在附件上安装水果支承滚子组件。水果放置在相邻的两个滚子上,水果分选杠杆的正上方,并随输送链条一起向前输送。(1)输送链链条型号的选择由于输送链主要是传递运动,而不是传递动力,所受阻力只有链条与导板间的摩擦力和链条在链轮上转弯时的惯性力,所以对链条的载荷要求较小,所以选择 A 系列双节距大滚子输送链,由于链条在输送过程中,链条滚子可在支承导板上滚动,从而减少摩擦和磨损。 通过查阅有关资料,最终选择了 C210H 型 A 系列双节距大滚子输送链链条,其结构和具体参数如图 3-2 和表 3-3 所示中心高 外形尺寸 地脚安装尺寸 地脚螺栓孔直径 轴伸尺寸 装键部位尺寸90 335180190 125140 10 5024 8塔里木大学毕业设计5图 3-2 A 系列双节距大滚子输送链结构示意图表 3-3 A 系列双节距大滚子输送链结构参数(2)输送链附件的选择红枣在输送过程中,随红枣支承滚子组件一起运动,而红枣支承滚子组件又随着输送链条一起运动。为了在输送红枣的同时检测红枣的重量,红枣支承滚子组件与输送链链条之间必须是铰接安装,且能够绕着平行于输送链链条运动方向的纵向水平轴在垂直于链条运动方向的竖直平面内自由转动,从而在组件的另一端通过称重传感器检测组件重量,进而可以判断出红枣的等级。同时,红枣分选执行机构采用杠杆式撬动分选,红枣分选杠杆也必须能够绕着平行于输送链条运动方向的转轴自由转动。所以,为了安装红枣支承滚子组件和红枣分选杠杆组件,必须在输送链的每个链节处提供一个平行于输送链条运动方向的纵向水平轴。为此选用 A2 型双节距直板输送链附件,其结构如图 3-3 所示,具体参数如表 3-4 所示。在 A2 型附件上再安装一个 U 型支架,在支架上安装所需的纵向水平轴.ANSI链号节距P(mm)滚子直径 d1(mm)内链板内节宽度 b1销轴直径d2(mm)销轴长度(mmb4内链板高度h2链板厚度(mm)抗拉强度KNC210H 31.75 19.05 9.4 5.09 21.8 15.09 4.00 21.8塔里木大学毕业设计6图 3-3 A2 型双节距直板输送链附件示意图表 3-4 A2 型双节距直板输送链参数ANSI链号节距P(mm)两安装孔中心距 g(mm)中心孔距链条中心线距离 f(mm)平台高度h4(mm)安装孔直径d4(mm)C210H 31.75 11.9 15.9 11.1 3.3所以,最终选择 C210H 型双节距大滚子输送链和 A2 型节距直板输送链附件作为该传动系统的输送链条。(3)输送链链传动的设计链传动结构简图如图 3-4 所示。1) 链轮齿数的选择图 3-4 链传动结构简图1 电动机 2 联轴器 3 链轮 1 4 链轮 2 5 减速器为了输送平稳,选择主动链轮和从动链轮具有相同的齿数,所以传动比 i1。因为链条的最高线速度为 1.5 m/s,参照机械传动装置设计手册 ,折中考虑链轮的尺寸重量和传送的平稳性,最终选择 Z3=Z4=25。2)链条节数由于试验台采用的链传动在其紧边设置了水平支承导板,所以允许选择较大的中心距,初定中心距 a075 p。塔里木大学毕业设计7(3-2)0243430)(2apzzpaLP150250175(节)为了避免使用过渡链节,取 PL176 节。3)计算设计功率水果输送机构的工作阻力主要是链条滚子和支承导板之间的摩擦力及水果支承滚子和摩擦带之间的摩擦力,以及系统启动加速时的惯性力。则经计算得,主动轮(即链轮 3)轮轴传递功率(3-3)pkzac0.5857 kW。工况系数 Ka:由于往输送链上放置水果,以及水果从输送链上分选离线,都会使链传动载荷略有变化,故按中等冲击选择 Ka。试验台采用电动机拖动,所以,Ka=1.3。主动轮系数 Kz:由于链轮转速较低,所以,(3-4)34.1)9(08.zk多排链排数系数 Kp:输送链采用单排链,所以,Kp1。链长系数 Kl:由链节数 Lp176,取 Kl1.16。则设计功率为:(3-5)cpzlcad pk134.60.8360.58570.5 kW4)链条节距根据设计功率 Pd 和主动轮转速 n,查阅机械传动装置设计手册可得,应选用型号为 A 系列滚子链,其节距为 31.75 mm。而前面根据结构需要选择的 C2082H 型 A 系列双节距大滚子输送链的节距恰为 31.75 mm,满足强度设计要求。5)实际中心距因为 Z3Z4Z25,所以理论中心距为:(3-6)(2zLpa125.3971765.3由于本试验台输送链的中心距可调,所以减少量 a 可取较大数值。取 a=0.003a,所以实际中心距为: a=a-a=3835.4(1-0.003)2380mm (3-7)6)验算链速输送链条的设计线速度为:v0.21.5 m/s,总传动比 i 48.24,电动机转速为 n =1400 r/min,则 ,由式min/291rin(3-8)106pnzvsm/38.2975.3符合设计线速度的要求。7)选择润滑方式按 P=31.75 mm,v0.38 m/s,查阅机械传动装置设计手册知,可选用油刷或油壶人工定期润滑。8)作用在轴上的压力 FQ由于试验台上的输送链布置为水平方式,所以作用于轴上的压力为:塔里木大学毕业设计8(3-9) FKQAF)20.15(式中:F有效圆周力。由 (3-10) VPCN154038.071所以, NQF240153.209)链轮主要尺寸由于两链轮齿数相等,所以分度圆直径和齿顶圆直径都相等。分别计算如下:链轮的分度圆直径(3-11) mzpd3.25180sin7.si0链轮的齿顶圆直径 :a链轮的端面齿形选择三圆弧一直线齿形,则:(3-12)180cot54.(zpdam5.268.7.3链轮的齿根圆直径 :f(3-13)df .35.121因为输送红枣的要求,链传动必须水平布置,两链轮轴线在同一水平面上,链条的松边应在下面,紧边在上面。因为两链轮的中心距较大,在输送链下面设置水平支承板,链条的滚子就在支承板上滚动前进,以增加输送的平稳性。3.3 红枣输送翻转机构的结构及工作原理为保证摄像机能采集到红枣所有表面的图像,分选机的输送机构必须保证在输送红枣的同时将红枣的所有表面都呈现在摄像机镜头前。该红枣分选机的输送机构就按照这个要求设计,能使不同大小红枣都以近似相同的角速度均匀翻转。滚子式红枣输送机构的结构如图 3-5 所示,整个机构由一条输送链带动,垂直于输送链横向延伸的若干根水平滚子轴按一定间距相互平行地安装在输送链上,滚子则套装在滚子轴上并可绕其自由转动。在图像采集区域,滚子下面设置有摩擦带,它与滚子之间有良好接触并有较大的摩擦因数。当输送链在驱动机构的驱动下运转时,滚子就随滚子轴和输送链一起向前运动,处于摩擦带上的滚子则由于摩擦作用而在摩擦带上绕滚子轴向前滚动。滚子呈双锥凹形,并在相邻的两个滚子之间形成一个容纳红枣的空间,红枣就支承在两个相邻的滚子上。当滚子在摩擦带上滚动时,红枣一边由滚子向前输送,一边在滚子的带动下翻转滚动,从而将所有表面都呈现在摄像机前。通过合理的参数优化,上述滚子式红枣输送机构能够可靠地输送大小相差近一倍的红枣,并保证红枣在滚子上以近似相同的角速度均匀翻转。塔里木大学毕业设计9图 3-4 滚子式红枣输送翻转机构结构示意图1 输送链 2 滚子 3 摩擦表面 4 滚子轴 5 红枣 6 摄像机3.4 红枣分级卸料装置的结构及工作原理分级卸料装置也是红枣自动分选的重要组成部分,它必须保证在分级卸料的过程中不对红枣造成明显的机械损伤,否则整个红枣分选过程将毫无意义。为此,与此相关的一种气动推勉式水果分级装置,依靠推勉力的大小将输送线上的水果抛入不同的分级通道,但该装置结构复杂,且分级数量受到一定限制(Yang et al,1996) 。另一种用于柑橘分选的拖斗式分级卸料装置,依靠分级执行机构使拖斗失稳来完成分级卸料,但该装置需要设置独立的分级卸料台,而且整体结构也比较复杂(应义斌等,2004) 。本设计所设计的红枣分级卸料装置如图 3-5 所示,它主要由分级执行机构和分选杠杆组件组成。杠杆式红枣分级卸料装置直接安装在滚子式红枣输送装置上,分选杠杆的分选臂正好处于支承在相邻滚子之间的红枣的正下方。纵向水平轴固定在输送链上,分选杠杆套装在纵向水平轴上并可绕其自由转动,分级执行机构则固定在输送链上方的机体框架上。当输送链在驱动机构的驱动下运转时,滚子、红枣、纵向水平轴和分选杠杆就随输送链一起向前输送。在图像采集段采集红枣整个表面的图像并判定其等级。在称重模块检测红枣重量,并与图像处理结果相融合,得出最终分选等级。当带有等级信息的红枣到达对应的卸料出口时,分选机主控系统就向对应的分级执行机构发出动作指令,使其分选凸轮进入分选杠杆承压臂的前进路线。承压臂沿分选凸轮的工作表面继续向前滑动,凸轮升程就迫使分选杠杆绕纵向水平轴转动,并由分选臂撬起红枣完成分级卸料。然后分选凸轮快速复位,以便其他等级的水果能自由通过。塔里木大学毕业设计10图 a)为主视图 图 b)为俯视图图 3-5 杠杆式红枣分级卸料装置的结构示意图1 滚子轴 2 纵向水平轴 3 输送链 4 分选杠杆 5 分选执行机构 6 滚子3.5 称重试验台的设计3.5.1 称重试验台结构及工作原理滚子的外沿支承在称台上,称台下面两端各安装一称重传感器。其中,红枣放置在两个滚子之间,分选杠杆的正上方。称台长度为 100 mm,而输送链单个链节的长度为 31.75 mm,两个滚子的中心距正好为两个链节的距离,即为 63.5 mm,因此,称台长度保证了称台上能同时支承两个滚子。红枣支承在相邻的两个滚子上,其重力通过滚子而传递到称台上。为了在红枣外部大小检测时能采集到红枣的整个表面图像,该分选机采用了双锥式滚子输送机构。对单纯的称重过程来讲,如果在该机构上连续地放置红枣并对其称重,随着称重次数的增加,红枣重量的误差会增大。所以,当支承有红枣的两个滚子同时在称台上时开始采集红枣的重量检测数据。3.5.2 红枣支承滚子组件及分选杠杆组件的组成及工作原理红枣支承滚子组件主要由 U 型支架、红枣支承滚子、滚子轴、红枣支承滚子联接板、纵向水平轴等组成。纵向水平轴通过滚动轴承安装在 U 型支架上;滚子轴以悬臂状安装在联接板上;而红枣支承滚子则安装在滚子轴上,并可绕滚子轴自由转动。在输送链每个链节的附件上都安装一个小 U 型支架,在支架上安装一根平行于输送链运动方向的纵向水平轴。此纵向水平轴就分别用来安装红枣支承滚子组件的联接板和分选杠杆。由于是每两个链节放置一个红枣,正好可在中间链节上安置一组分选杠杆组件。这样红枣支承滚子组件和分选杠杆组件正好间隔排列,每个都分别占用一个链节。在输送过程中,每个红枣都支承在两个滚子之间,并可随滚子一起滚动。分选杠杆安装在纵向水平轴上,一端伸到两个滚子之间红枣的正下方,另一端则可由分选执行机构压下,以将其上的红枣撬离滚子和输送链条,落入相应的分级出口装置。3.5.3 称台的设计为防止称台生锈而影响分级精度,并保证良好的可拆卸性,称台选用不锈钢材料。称台与称重传感器采用沉头螺钉连接,并采用密封胶涂平,以保证称台的平滑,使当滚子通过时不会造成较大的冲击而影响检测精度。称台规格设计为 100 mm30 mm5 mm,这种设计保证了红枣支承滚子通过时,能同时有两个滚子(其上容纳有一个红枣)的外沿通过称台中央,又有足够的刚度以承载各部分载荷,在传感器的额定称重范围内,又可以保证红枣的最大称重量。在称台下端设有一凸台,以保证在跟下面的传感器连接时,不接触到传感器受力端以外的部分而影响称重结果。称台结构如图 3-6 所示:塔里木大学毕业设计11图 a)为主视图 图 b)为俯视图图 3-6 称台的结构示意图1 沉头螺钉孔 2 称台 3 凸台4 力学分析4.1 红枣质量的理论计算由于所设计的称台长度能同时支承两个滚子,而两个滚子上面正好容纳一个红枣,滚子、红枣、滚子轴及滚子轴支架等会产生一个相对于 o 点的转矩(如图 3-7 所示) 。所以,称重传感器所称的总重量应为一个红枣和两个滚子及附件(滚子轴及滚子轴支架等)相对于链条的转矩在称重传感器上的等效重量与称台的重量之和。红枣作用在称台上的等效重力0G1红枣所受的重力滚子、滚子轴及滚子轴支架作用在称台上的等效重力 2滚子轴支架所受的重力3塔里木大学毕业设计12滚子轴所受的重力4G滚子所受的重力5图 4-1 称重模块受力分析示意图1 滚子 2 螺柱 3 联接板 4 称重传感器 5 称台受力分析如上图所示。称重模块各部分在自重的作用下产生一个相对于 o 点的力矩,用 M 表示。其力臂的大小分别设为 , , ,即各部分的重心到通过 o 点的垂直线的距离。由合力矩定ll理可得,(4-)()()(504020GMG1)又有力矩计算公式得,(4-2)25041320)()(lGl式中: 滚子、滚子轴及滚子轴支架作用在称台上的等效重力 2G滚子轴支架所受的重力3滚子轴所受的重力4滚子所受的重力5又由力矩平衡得,(4-)()(00GM3)其中, 3002)(lGM式中: 红枣所受的重力红枣作用在称台上的等效重力设两称重传感器所称的总重量为 w kg,则有:20mw式中: 红枣的等效质量承台质量1滚子、滚子轴及滚子轴支架在称台上的等效质量2其中,红枣支撑滚子所用的材料为尼龙 6,取密度为 1.14g/cm3。其他各部分选用材料为 45号钢,密度为 7.85g/cm3。经计算:称台的质量 =1.083 kg1m滚子轴支架的质量 =0.0783 kg3滚子轴的质量 =0.0517 kg4滚子的质量 =0.495 kg5而 =39 mm, =104.3 mm, =144.3mm1l2l3l求解以上各式可得, kgwm)92.1(8.塔里木大学毕业设计13式中:m红枣的质量由于称重是一个动态过程,由冲击等各方面影响使得所测数据变化较大,可采取多次试验取平均值的方法可找出所测数据与实际重量之间的关系,最后测得数据证号为红枣的重量值。5 其它零部件5.1 分选机支架的设计(1)支架结构的设计考虑到轴的安装,故机体壁的一边从和轴中心上下分成两半,轴装上以后,用一个端盖通过螺栓连接再连接到一起。为减少机体的重量,故只在与轴配合的地方,增加厚度,其他的地方用薄壁板进行加工。支架安装在分选机右侧,滚子处于悬起状态。支架尺寸为:2800 mm100mm1000mm。(2)支架材料的选择为防止生锈,故整个机体均采用通用的不锈钢型号 SUS304 进行制造,这样也能保证机体有足够的强度和硬度。5.2 输送带的设计由于用于红枣的输送,则输送带类型选用平带输送。为了后面分选机构的精确分选,前面的输送装置必须将红枣在输送带上的分布面积扩大,所以带宽应选择较大带宽,即平带设计尺寸为:4000mm1000mm。带轮直径为 640mm。支架设计尺寸为:2000mm1200mm1500mm。带结构选棉帆布普通输送带,输送带型号为 CC-56,规格及技术参数见表 5-1:表 5-1 织物输送带的规格及技术参数输送带型号扯断强度(N/mm)每层质量(kg/ )3m每层厚度mm伸长率(定负荷)(%)带宽范围mm层数范围棉帆布 CC-56 56 1.5 1.36 1.52 1000 3平带输送的结构示意图如图 5-1:图 5-1 平带输送的结构示意图1 支架 2 带轮 3 带塔里木大学毕业设计145.3 辊子输送的设计根据查找机械设计选用手册相关内容,辊子输送机选用 GZT9 转轴无动力式圆柱形长辊输送机,其相关设计参数如表 5-2:表 5-2 长辊输送机技术参数辊子输送机型式辊子直径D(mm)辊子长度l(mm)机架长度L(mm)辊子间距P输送机高度 H 输送速度m/sGZT9 50 1000 5000 100 800 0.125根据红枣输送的工作环境,辊子输送机的辊子选用碳钢制造。辊子输送的机构示意图如图 5-2 所示:图 5-2 辊子输送机构的结构示意图1 机架 2 辊子 3 电动机5.4 槽型带输送的设计槽型带结构的设计是由两个平带倾斜放置,形成一个 V 型槽,能够使红枣在运输过程中较好的逐个排列,为后面的分选奠定基础。根据查阅相关资料,确定平带 1 的设计尺寸为:3000mm200mm。带轮直径为 100mm。平带 2 的设计尺寸为:3200mm200mm。两平带带轮直径都为 100mm。其结构示意图如图 5-3:图 5-3 槽型带结构示意图1 平带 1 2 平带 2塔里木大学毕业设计156 总结了解国内外研究现状,参考大量文献及辅导老师帮助的基础上,设计出了红枣智能分选机机械部分的内容。主要结论如下:(1)根据红枣外形的各方面因素,制定出了分选机机械系统的整体设计方案,并根据方案制作完成了红枣智能分选机的机械系统。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,输送装置采用链传动带动红枣支撑滚子的传动。(3)设计了红枣分选过程中分选执行系统。分选执行机构采用杠杆式撬动分选,能够实现红枣能够快速准确的被收集,并且要有良好的机械特性。(4)设计了红枣的分选过程中从卸料到分选机构的输送装置。塔里木大学毕业设计16致 谢首先感谢的是我的指导老师,设计是在 XXXX 老师的悉心指导下完成的。他无论是在资料的整理,还是在设计的画图等各个方面都给予了我大量的指导和帮助,在他的精心指导下,才使得我的设计一步一步的有序的完成,同时也学到了许多书本上学不到的知识,受益匪浅,特致以深深的感谢。同时也要感谢学科组每一位老师们在百忙中抽出时间对我的问题进行了详细的解答和指导,也给我提供了充足完备的条件和宝贵的学习交流机会,而且在我没有想到的方面还给予我详细的指导,为我改进设计,提供了宝贵的建议,学生深表谢意。大学四年学习时光已经接近尾声,在此我想对我的母校,我的父母亲人们,我的老师和同学们、表达我由衷的谢意。感谢我的母校 XXXX 大学给了我在大学的本科四年深造机会,让我能继续学习和提高。XXXX 大学四季如歌的校园,美丽如诗的风景都深深的留在了我的记忆里。四年珍贵的学习期间,让我的知识体系更加完善,思想观念更加成熟,整体素质得到了极大的锻炼。 “自强不息,求真务实”的校训我将铭记于心,在未来的学习和工作中躬身践行。再次,感谢我的同学们,在毕业设计过程中得到了他们无私的帮助,以及许多启发性的指导和建议。在此向所有支持、关心、帮助我的人表示由衷的感谢!祝他们永远健康、幸福! 最后,感谢我的父母亲人们对我大学四年学习的默默支持,使我能顺利完成学业。塔里木大学毕业设计17参考文献1 刘孟军透视中国枣产业M. 北京:机械工业出版社,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 刘孟军北省枣树业的发展现状存在的问题及建议J河北果树,1998.(2):6-7.5 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):8-10.6 李光梅. 水果分选机的研究现状与发展状况J. 农机化研究,2007.09. 7 王明俊.称重式水果分选机传感信息采集方法研究J.农机化研究. 2009.31(05).8 高海生. 果实采后分级处理的自动化技术M. 粮油加工与食品机械,2002.2:34-35.9 白菲.水果自动分级技术的现状与发展J. 食品科学,2005.26:145-148.10 曹乐平.基于计算机视觉技术的水果分级研究进展J.农机化研究,2007.15(11):79-81.11 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