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差動分級式齒輥式破碎機 使用遺傳算法的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計 摘要：我們的差分級齒輥式破碎機結(jié)合了齒輥式破碎機，顎式破碎機的破碎比高，破碎效率高，多篩分的優(yōu)點，克服齒輥式破碎機的缺憾。動顎破碎機采用曲柄搖桿機制，從而優(yōu)化動態(tài)性能和改善破碎機的抗裂能力，我們建立了一個數(shù)學(xué)模型來優(yōu)化傳輸角ｒ，以盡量減少行程特性值m。使用遺傳算法優(yōu)化的破碎機曲柄搖桿機構(gòu)多對象的設(shè)計獲得最佳的結(jié)果。根據(jù)實驗，顯示出動顎式破碎機和裂解能力的性能得到改善。 關(guān)鍵詞：差分和分級齒輥式破碎機，曲柄搖桿機構(gòu)遺傳算法多目標(biāo)優(yōu)化。 1.引言 在許多行業(yè)中，物料粉碎過程是不可缺少的（如采礦，金屬 冶煉的，化工等行業(yè)）。傳統(tǒng)式破碎機（例如，顎式破碎機，沖擊式破碎機，回轉(zhuǎn)式破碎機，錘式粉碎機），實現(xiàn)物資的粉碎破碎能力，主要取決于工作沖擊壓力的部分。這些破碎機效率低，能耗高。我們已經(jīng)不能滿足傳統(tǒng)的破碎機。在最近幾年，一個英國MMD齒輥式破碎機大量被使用。但是，從平時的調(diào)查來看，我們發(fā)現(xiàn)在這些齒輥式破碎機的一些不足之處：1）通過齒嚙合來破碎物料。所有需要被粉碎的原料礦物被輸送到一個粉碎腔，通過標(biāo)準嚙合齒粉碎成微粒排出。破碎機未能完成實際的分級破碎，不僅使用了大量的能量，而且效率低下，破碎齒還會迅速出現(xiàn)損壞和金屬疲勞。 2）兩種情況下發(fā)生堵塞現(xiàn)象。一個是一種高流動大塊的煤混有較小條的情況，另一種是濕潤的煤會導(dǎo)致堵塞。齒輥式破碎機由于沒有有效的分級機制，結(jié)果是不令人滿意的，我們不能單靠齒嚙合。根據(jù)使用MMD齒輥式破碎機的一些煤礦區(qū)的調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)，他們大多數(shù)煤礦沒有要求的干燥度。 3）MMD破碎機的破碎能力通過提高傳動部分的力來增加破碎的能力，從而導(dǎo)致高功耗和高成本。基于這些考慮，并結(jié)合中國神華能源有限責(zé)任公司和神東煤炭分公司的需求，我們的研究團隊設(shè)計了一個新的，高效的差分和分級齒輥式破碎機，以彌補傳統(tǒng)破碎機的缺陷。 如圖1所示，破碎機破碎部分組成的牙齒和曲柄搖桿機構(gòu)。動顎曲柄搖桿機構(gòu)的草圖如圖2。在搜索的曲柄搖桿機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計中， 似乎有很多的文獻研究的目的只是在優(yōu)化的傳輸角度ｒ。例如，李等人只是選擇減少圖[2-3]中的行程特性值m。但是，在一個實際的和典型的破碎機設(shè)計中，動顎的破碎能力和傳動角，行程特性值m都有密切的聯(lián)系。我們已經(jīng)使用了GA（遺傳算法），以便優(yōu)化曲柄搖桿機構(gòu)的差動齒輥式破碎機的傳動角ｒ，和最小行程值m。 1．電機組裝篩分機制；2.齒輥屏軸; 3.傳動齒輪：4.粉碎齒; 5.動顎 6. 調(diào)整機制 7.機殼 8. 裝配曲軸 9. 齒輥軸電機 圖1齒輥式破碎機結(jié)構(gòu)圖 圖2 齒輥式破碎機斷裂機制示意圖 2．曲柄搖桿的動力學(xué)分析 一個鉸鏈四桿機構(gòu)的性能依賴其連桿相對長度。如果我們把搖臂?的長度等于1，那么相對長度的曲柄，連桿和身體幀分別為a，b和d。數(shù)學(xué)模型曲柄搖桿機構(gòu)的設(shè)計是獨立的的實際長度，這使得它更普遍。 2.1 最佳傳動角ｒ 曲柄搖桿機構(gòu)的傳輸力主要取決于傳動角ｒ。輸送傾角更大，就能更好的傳輸力。在傳輸過程中，傳輸角度時刻變化。每個組件的選擇具有合適的尺寸，可以優(yōu)化得到最小傳動角。因此，有必要增加傳輸角度，以提高傳輸力和破碎力。 兩個最小傳動角的可能位置如圖所示。 圖3.最小傳動角位置示意圖 2.3 行程特征值m 動顎的行程，被分成水平和垂直的兩個部分。水平部分的功能是粉碎材料，垂直行程不能幫助粉碎，但也可以加速粉碎。遞減m的值既可以降低能耗和耐磨耗，同時，可以提高生產(chǎn)效率和提高破碎比。應(yīng)采取一些措施，以減少m的值。為了簡化計算，C點被取出進行分析。幾何關(guān)系如圖所示。 圖4.曲軸和連桿路線圖 因此，行程特征值到C 點的距離是：m=h/s. 肘板的角度是:β=γ+α-90°，肘板的擺動角度： 傾角大小取決于連桿機制和動顎的力。它的取值范圍通常15°到20°之間。 s是水平行程，h是垂直行程。 3差分和分級齒輥式破碎機的動顎的數(shù)學(xué)模型 根據(jù)動力學(xué)分析，無論是傳動角γ和行程特性C點的值都可以表示為相對長度的曲柄，連桿和身體幀的曲柄搖桿機構(gòu)。設(shè)計變量是： 動顎的目標(biāo)函數(shù)最大化的最小傳動角γ： 動顎的目標(biāo)函數(shù)最小化的行程特征m值??是： 適用以下約束： 1） 設(shè)計變量的邊界約束條件： 其中aimax和bimax是設(shè)計變量的上限和下限設(shè)計變量。 2） 擁有一個曲柄的曲柄搖桿機構(gòu)的條件： 3） 約束的傳輸角度：增加傳輸角度可以提高傳輸效率和增強水平行程。但是，過多大傳動角具有相反的效果。 一種常見的情況是： 4）約束的行程特征值：根據(jù)經(jīng)驗，通常m的范圍是1.5和2.5之間。 5）動顎的水平行程S對生產(chǎn)力有明顯的影響。如果s是太小會降低生產(chǎn)率，但與此相反，它會加大破碎力，并導(dǎo)致過載損壞設(shè)備。水平行程的范圍： 其中dmin是排放口的最小尺寸。 6）肘板的角度約束。通常情況下，γ的范圍是18°至23°。綜上所述，優(yōu)化問題的可以歸結(jié)為曲柄搖桿機構(gòu)的問題： 其中 多目標(biāo)優(yōu)化問題的傳統(tǒng)解決方案，導(dǎo)致了低效率，并很容易導(dǎo)致一個明顯得局部問題。但遺傳算法的方法是迭代運行得到一個局部最優(yōu)解。通過可能的傳輸規(guī)則來指導(dǎo)搜索方向，GA搜索空間（如連通性，凸性等），并沒有特殊要求，不需要任何額外的信息。我們已應(yīng)用遺傳算法優(yōu)化了差分和分級齒輥式破碎機的 多對象設(shè)計的曲柄搖桿機構(gòu)。 4遺傳算法 遺傳算法是一種隨機搜索方法，它模仿自然演化規(guī)律。GA第一次是在1975年由荷蘭提出，它有以下主要特點：它直接運行在結(jié)構(gòu)化對象，沒有任何限制函數(shù)求導(dǎo)和連續(xù)性;它擁有隱式并行和改進的能力全局優(yōu)化;通過使用隨機優(yōu)化方法，它可以自動獲取和引導(dǎo)優(yōu)化的搜索空間，并且還可以調(diào)整沒有具體的自適應(yīng)搜索方向和規(guī)則。 GA具有的后期，一個重要技術(shù)OGY智能計算。主要方法是：1）編碼前的數(shù)據(jù)中搜索解空間，GA的數(shù)據(jù)表示，作為一個基因型表型的字符串結(jié)構(gòu)和各種組合獲得不同的點。 2）創(chuàng)建一個初始化的GE-菜單組：GA隨機生成N初始化字符串?dāng)?shù)據(jù)，其中每個數(shù)據(jù)被稱為一個單獨UAL和這些人形成一個屬組。 GA開始使用的字符串?dāng)?shù)據(jù)作為初始迭代點。 3）個體適應(yīng)值估計的適應(yīng)性函數(shù)表示的質(zhì)量個人或溶液。針對不同的問題，本一個適應(yīng)性函數(shù)的定義是不同的。 4）選擇：選擇的目的是選擇前CELLENT目前屬群和個人之間允許他們有機會繁殖后代的父母。選擇是這一思想的體現(xiàn)為GA。選擇的原則是，指示高適應(yīng)性viduals將有較大貢獻一個或多個后代的概率。 5）分頻點：這是最重要的操作GA。交叉操作可以生成新的屬具備的特點與前面的蒸發(fā)散一代。它體現(xiàn)了思想的信息交換。 6）基因突變：第一，GA隨機選擇個人從組屬。然后改變一個數(shù)據(jù)的值從字符串?dāng)?shù)據(jù)與給定的概率為選定的個人。類似生物宇宙，突變的概率GA是也很低，通常取值范圍為0.001至0.01，也就是說，突變提供了一個機會產(chǎn)生新的個體。 5基于遺傳算法的多目標(biāo)優(yōu)化 我們采取了不同的曲柄搖桿機構(gòu)與差分和分級齒輥式破碎機我們的優(yōu)化對象壓榨能力為4000噸/小時。為了決定在曲軸的長度，濃度曲柄搖桿桿與主體框架的連接獲得機制，當(dāng)目標(biāo)函數(shù)（9）的最大值，該值的條件下行程速比系數(shù)為1.25時，連桿行程300毫米，傾角18°。我們使用遺傳算法來解決這個問題，通過設(shè)置屬群規(guī)模等于50，交叉概率性為0.8，變異概率為0.005和數(shù)代的演變在1000。傳統(tǒng)的二進制編碼方法比較相對方便的使用時，在理論分析。但對于多維和高精度數(shù)值校準的問題，它往往效率低，不準確。我們用一個自然數(shù)編碼方法設(shè)置三個變量a，b和d的基因，有序的結(jié)合入染色體。例如 就包含在其中。 在初始化期間，GA將產(chǎn)生一個屬基團，其中50個個體上產(chǎn)生的根據(jù)一個變量的范圍。我們選擇了式（9）為總目標(biāo)函數(shù)的值表示個人適應(yīng)性。作為例子，我們把個人的p和q被取代的式（9），即，（P）=0.8145，F(xiàn)（Q）=0.7887，F(xiàn)（P）> F（Q）。這表明，指示的p適應(yīng)性比q的更好。 輪盤賭的方法用于在選擇操作中，在輪盤賭的游戲，我們模仿和計算的總的適應(yīng)性和在同一時間的相對并累計每一個人的適應(yīng)性。然后，輪盤變成為50倍，和一個隨機號0和1之間的每個時間。一個數(shù)比較，可以選擇由個人的累積，為每個單獨的適應(yīng)性。例如，如果我們讓r是一個隨機數(shù)，然后FC（I）累計適應(yīng)性個體iFC（i +1）的累計個體適應(yīng)性I +1。如果FC（I）<=γ<=（i +1）的話，那么個體i+1將選擇。依此類推，所有選定的個人我們可以組成一個新屬組，并開展交叉和變異操作。 單點雜交方法采用的是交叉操作，生成一個隨機數(shù)介于01時屬組。如果數(shù)少于交叉概率和個人選擇一個偶數(shù)，那么配對后，可以實現(xiàn)交叉操作隨機的。以個人的p和q為配對例如，我們的交叉點設(shè)置為2，這意味著我們選擇了第二個基因跨越。后交叉操作，個人成為 方法是通過一個統(tǒng)一的突變操作，生成一個隨機數(shù)介于0和1之間時屬組。如果的數(shù)量小于變異概率，當(dāng)前個人會發(fā)生變異。突變運算的方思是類似初始化我們重建設(shè)計的邊界中的一個單獨的基因變量。 經(jīng)過選擇，交叉和變異操作，評價函數(shù)被調(diào)用，以確保最好的個人可以被保存。優(yōu)化結(jié)果（轉(zhuǎn)換）示于表1。 最優(yōu)化的結(jié)果，這已被應(yīng)用于在生產(chǎn)實踐中，能滿足約束情況。鄭州長城冶金設(shè)備廠，與我們的合作廠家，產(chǎn)生了相應(yīng)的破碎機已經(jīng)在中國大量出售。根據(jù)實際工作情況，不同的差分和分級齒輥式破碎機具有破碎強度大的特點，高突破效率，穩(wěn)定的工作狀態(tài)，高能力清除堵塞和抗粘連和穩(wěn)定粒度破碎產(chǎn)品，所有這些都達到了他們預(yù)期的設(shè)計目標(biāo)。 6結(jié)論 我們已經(jīng)用遺傳算法進行了多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計。我們可以聲明如下： 1）我們的差分和分級齒輥式破碎機的優(yōu)點，具有很大的破碎比，破碎效率高。 2）由于它不同于傳統(tǒng)的優(yōu)化方法，GA可以開展啟發(fā)式全局優(yōu)化。這是一個并行，并發(fā)和逐漸進化搜索過程，在這過程中，避免局部最優(yōu)。 3）優(yōu)化的結(jié)果已在實踐中應(yīng)用的實際破碎機的工作狀態(tài)是穩(wěn)定的。工業(yè)上的應(yīng)用已被證明效果良好。也已表明，以優(yōu)化破碎機的曲柄搖桿機構(gòu) 多目標(biāo)設(shè)計與優(yōu)化傳動角γ和動顎m作為目標(biāo)函數(shù)最小化的行程特性，能獲得最佳效果。 致謝 作者向黃教授表達自己最真摯的感謝以及感謝嘉興集團提供的寶貴意見。編者還要感謝鄭州長城冶金設(shè)備廠免費提供的有用的材料。 參考文獻 [1] Zhao L L, Zang F, Wang Z B, et al.設(shè)計與運動模擬差分和分級齒輥破碎機。煤礦機械, 2007, 28(6): 19–21. 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(In Chinese) 紅棗爛果剔除機 設(shè)計說明書 學(xué)生姓名 學(xué) 號 所屬學(xué)院 機械電氣化工程學(xué)院 專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級 12-1 指導(dǎo)教師 XXXX 日 期 2012.6 XXXX 大學(xué)教務(wù)處制 前 言 紅棗的分選是紅棗的進入流通領(lǐng)域的一個重要環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到紅棗的生產(chǎn)的效益。在市場 經(jīng)濟高度發(fā)達的今天，異地銷售、大宗農(nóng)產(chǎn)品交易和農(nóng)產(chǎn)品國際貿(mào)易等均離不開標(biāo)準化。而紅棗 的分選就是實現(xiàn)紅棗的商品標(biāo)準化的最基礎(chǔ)的一步。我國是紅棗的生產(chǎn)大國，但絕大部分紅棗的 來源于農(nóng)村集體和個體種植戶，其品質(zhì)差別很大，加上采摘及運輸過程中不同程度的損傷等影響， 給紅棗的的分選工作帶來一定的困難。尤其是在出口的紅棗的當(dāng)中，由于大部分沒有經(jīng)過嚴格的 分級處理，致使出口價格偏低，每年的經(jīng)濟損失上億美元。目前我國的紅棗的分選工作多由人工 完成，缺點是勞動強度大，生產(chǎn)率低且分選精度不穩(wěn)定。采用微機控制的機電一體化設(shè)備來代替 人工作業(yè),可以實現(xiàn)紅棗的分選的自動化，有效地提高分選效率和分選精度。因此，研究開發(fā)紅棗 的采后的自動化處理設(shè)備，對紅棗的進行分級篩選然后銷售或加工,是我國目前農(nóng)業(yè)機械化研究的 重要課題。本論文的研究主要以機械設(shè)計基礎(chǔ)、建立在電腦同步系統(tǒng)控制的基礎(chǔ)之上，主要研究 和設(shè)計了主要研究和設(shè)計了紅棗智能分選機的機械系統(tǒng)。具體研究內(nèi)容如下： 1.設(shè)計制作了紅棗分選過程中的輸送裝置，輸送裝置采用鏈傳動帶動紅棗支撐滾子的傳動。 2.設(shè)計了紅棗分選過程中分選執(zhí)行系統(tǒng)。分選執(zhí)行機構(gòu)采用杠桿式撬動分選，能夠?qū)崿F(xiàn)紅棗 能夠快速準確的被收集，并且要有良好的機械特性。 3.設(shè)計了紅棗的分選過程中從卸料到分選機構(gòu)的輸送裝置。 目 錄 前 言...............................................................................1 1.緒論............................................................................ 2 1.1 選題的意義和目的 ............................................................2 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ..............................................................2 1.2.1 國內(nèi)現(xiàn)狀 ...................................................................2 1.2.2 國外研究現(xiàn)狀 ...............................................................2 1.3 存在問題 ....................................................................3 1.4 主要研究內(nèi)容 ................................................................3 2.紅棗分選機的主要組成及工作原理............................................. 3 3 紅棗分選機機械系統(tǒng)的設(shè)計............................................... 4 3.1 機體框架的設(shè)計及其上的組件布置 ..............................................4 3.2 傳動系統(tǒng)的設(shè)計 ..............................................................5 3.2.1 電動機和減速器的選擇 .......................................................5 3.2.2 輸送鏈的設(shè)計 ...............................................................5 3.3 紅棗輸送翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)及工作原理 ............................................9 3.4 紅棗分級卸料裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理 ...........................................10 3.5 稱重試驗臺的設(shè)計 ...........................................................10 3.5.1 稱重試驗臺結(jié)構(gòu)及工作原理 ..................................................10 3.5.2 紅棗支承滾子組件及分選杠桿組件的組成及工作原理 ............................10 3.5.3 稱臺的設(shè)計 ................................................................11 4 力學(xué)分析........................................................................11 4.1 紅棗質(zhì)量的理論計算 .........................................................11 5 其它零部件......................................................................13 5.1 分選機支架的設(shè)計 ...........................................................13 5.2 輸送帶的設(shè)計 ...............................................................13 5.3 輥子輸送的設(shè)計 .............................................................14 5.4 槽型帶輸送的設(shè)計 ...........................................................14 6 總結(jié).............................................................................15 致 謝.............................................................................16 參考文獻 ...................................................................... 17 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 1 1.緒論 1.1 選題的意義和目的 當(dāng)前，棗產(chǎn)業(yè)正處于蓬勃發(fā)展。從全球角度來看，中國棗產(chǎn)業(yè)的超強地位進一步得到鞏固。 近年來，我國棗樹面積和產(chǎn)量每年都以 10%以上的速度增長。據(jù)中國農(nóng)業(yè)年鑒統(tǒng)計資料，2003 年 我國棗產(chǎn)量為 171 萬噸，估計 2008 年總產(chǎn)量可達 300 多萬噸，面積約 150 萬公頃，占全世界的 99%左右。正憑借其得天獨厚的自然條件優(yōu)勢打造中國和世界上最大的優(yōu)質(zhì)干棗生產(chǎn)基地，僅 阿克蘇地區(qū)就要在 3~5 年內(nèi)發(fā)展 10 萬公頃棗樹；另外，北方的鮮食棗、貯藏加工和營銷產(chǎn)業(yè)正在 崛起!但是，近年來一些發(fā)達國家進軍我國棗產(chǎn)業(yè)特別是棗加工業(yè)的勢頭正在顯現(xiàn)。 的地理位置，特別是南疆的地理位置，氣候干燥，降雨量少，晝夜溫差大，光照時間長， 熱量資源非常豐富，這些特殊的氣候環(huán)境都造就了紅棗的勝產(chǎn)。紅棗屬于耐旱作物，種植簡單， 收益高又便于管理。近年來，隨著農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展和人民生活水平的提高，國內(nèi)外紅棗的加工品 種越來越多，人們對紅棗的的品質(zhì)也有了更高的要求。但紅棗的加工工業(yè)卻沒跟上時代的步伐， 紅棗的很多加工環(huán)節(jié)還是傳統(tǒng)的手工作業(yè)。其重要原因是我國紅棗采后處理加工技術(shù)和加工設(shè)備 落后，而紅棗分級加工和分選是采后處理加工技術(shù)中的重要環(huán)節(jié)，這一方面制約了紅棗產(chǎn)業(yè)的快 速發(fā)展，同時也阻礙了紅棗產(chǎn)品檔次的提高。為了提高紅棗的加工質(zhì)量和出品等級，需要對紅棗 進行嚴格的質(zhì)量分級和大小的分級。目前，我國具備先進紅棗分選設(shè)備的企業(yè)很少，因此市場上 銷售的紅棗大多數(shù)依靠機械配合人工的方式實現(xiàn)分選。人工分選的主要缺點是：勞動量大、生產(chǎn) 率低而且分選精度不穩(wěn)定；紅棗分選難以實現(xiàn)快速、準確和無損壞制約了紅棗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此 實行紅棗智能分選機機械化作業(yè)是紅棗發(fā)展的一種必然趨勢。利用智能機械化作業(yè)來分選紅棗大 大提高了紅棗產(chǎn)品的質(zhì)量、降低了人工分選作業(yè)的勞動強度和提高了生產(chǎn)率分選精度。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 大小分選機是按照水果大小進行分選, 由于選出果實大小形狀基本一致, 有利于包裝貯存和 加工處理, 故該種分選機在果實分選中應(yīng)用最廣泛。 目前可用于紅棗類圓形水果分選的方法有篩子分選法、回轉(zhuǎn)帶分選法、輥軸分選法、滾筒式 分選法等。篩子分選法采用的是振動原理，果品易損壞，因此不宜采用。回轉(zhuǎn)帶分選法的工作方 式是將水果置于兩條分離帶之間，若果徑小于兩帶之間的距離，水果便從中落下。由于兩條選果 帶之間的距離沿水果運行方向不斷增大，使不同尺寸的水果落在下方相應(yīng)的輸送帶上，該方法從 結(jié)構(gòu)上容易實現(xiàn)、簡單、故障少，但分選精度不高。輥軸分選法分選較為準確，但從結(jié)構(gòu)上實現(xiàn) 較為復(fù)雜，機器成本較高。滾筒式分選法其分選裝置主要由喂料機構(gòu)、V 型槽導(dǎo)果板、分選滾筒、 接果盤及傳動系統(tǒng)組成。此分選裝置機構(gòu)簡單，對水果損傷小、成本較低、分選精度和效率較高， 適用于球形和近似球形物料的分選，在國外應(yīng)用較廣。為減少果實碰撞, 提高好果率, 有的分級 機是利用浮力、振動和網(wǎng)格相配合的辦法進行分級。這種方法的優(yōu)點是避免了果實間的互相碰撞, 在分級的同時可對果實進行清洗和消毒作業(yè)。 有以上可知，水果大小機械分選法中，滾筒式分選法是最優(yōu)的一種。另外，隨著電子技術(shù)和 計算機圖像技術(shù)的發(fā)展，采用光電傳感器或 CCD 攝像機對水果的大小進行測量判別已成為此類分 選機的研究熱點。馮斌，汪懋華（2003）研究了一種基于計算機視覺的水果大小檢測方法，試驗 表明，該方法檢測速度快，正確率高，適用范圍寬，能夠滿足水果自動檢測要求。 1.2.1 國內(nèi)現(xiàn)狀 國內(nèi)目前能生產(chǎn)的水果分級設(shè)備基本還限于機械分級階段，主要進行大小、重量的分級。 目前我國研制的 6GF - 110 型水果大小分級機, 采用先進的輥、帶間隙分級原理 , 工作時分 級輥作勻速轉(zhuǎn)動, 輸送帶作直線運動。當(dāng)果實直徑小于分級輥與輸送帶之間的間隙時, 則會順著 間隙掉入水果槽中, 在機器工作過程中, 果實因直徑不同而通過不同的間隙落到相應(yīng)級別的水果 槽。分級精度≥95 % , 生產(chǎn)效率≥115 t/ h。 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院籍保平教授等針對我國水果生產(chǎn)現(xiàn)狀研發(fā)了一條機器 視覺水果分級系統(tǒng)，可以對水果的外部缺陷、色澤、尺寸和形狀進行全面的檢測，在此基礎(chǔ)上， 對水果進行高速和精確的分級。 1.2.2 國外研究現(xiàn)狀 國外早期的水果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 水果逐一進行分析判別后得出綜合結(jié)論。利用機器視覺技術(shù)實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)部品質(zhì)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(shù)，水果的質(zhì)量無損檢測手段包括近紅 外線、紅外線檢驗等光學(xué)檢驗方法和高光譜、多光譜技術(shù)等。 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 2 國外公司較早開始對水果自動分級的研究進行產(chǎn)品化。 1995 年美國研制成功的 Merling 高速高頻計算機視覺水果分級系統(tǒng)，生產(chǎn)率約為 40t/h，美 國每年有 50%以上的蘋果經(jīng)過該設(shè)備處理。 美國俄勒岡州的 Alle Electronics 公司的研制成果能夠分選果實、蔬菜、果仁及各種小食品 的“Inspecttronic”裝置。該分選裝置能按產(chǎn)品的色澤或大小進行分選，并能將特定產(chǎn)品分選內(nèi) 容參數(shù)編成程序預(yù)先儲存在存儲器內(nèi)。 Italy - 001 - A 型分級機: 該機是意大利最新研制成的果實自動分級機, 可將果實按大小 進行無級分級。工作原理是利用一條帶有網(wǎng)眼的分級傳送帶, 在這條傳送帶上, 從左到右, 其網(wǎng) 眼的孔徑是無級變化的, 網(wǎng)眼在最左邊時, 孔徑最小, 傳送帶向右運行時, 網(wǎng)眼孔徑也就隨之增 大, 到達最右邊時, 孔徑最大。當(dāng)傳送帶從下端向回運行時, 網(wǎng)眼孔徑又由大變小。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。 1.3 存在問題 水果分選機從稱重方面來講，實際上主要是通過稱重傳感器對被分選對象進行重量數(shù)據(jù)采集， 并根據(jù)分選標(biāo)準及對數(shù)據(jù)的判斷結(jié)果，移動被分選對象位置的裝置。但是，與工業(yè)自動化檢測設(shè) 備相比，分選機要具有一定的柔軟性，即不能損傷被分選對象。同時，水果的分選標(biāo)準也很難用 具體的數(shù)據(jù)和邏輯關(guān)系公式來表達，而且目前傳感器技術(shù)和計算機技術(shù)也達不到像人一樣具備的 智能判斷要求。在動態(tài)稱重過程中，由沖擊載荷造成的采集數(shù)據(jù)的變化較大，要選擇合理的數(shù)據(jù) 處理方法，以減少這種不穩(wěn)定因素的影響。目前紅棗分選機的研制主要是機械加人工分選，分選 效率較低，不能實現(xiàn)全自動化分選。因此，研究紅棗的全自動化分選是勢在必行的。 1.4 主要研究內(nèi)容 針對目前紅棗的分選機械研究方面存在的問題，本設(shè)計主要研究設(shè)計了紅棗的智能分選機機 械部分的設(shè)計，在電腦同步控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上通過對紅棗的重量的綜合檢測和分析，從而達到 對紅棗大小和爛果的分選。設(shè)計內(nèi)容主要包括紅棗輸送機構(gòu)、分選部分機械系統(tǒng)、稱重模塊的設(shè) 計及研制。具體研究內(nèi)容如下：1）紅棗智能分選機機械系統(tǒng)的設(shè)計。主要包括紅棗的輸送翻轉(zhuǎn)機 構(gòu)、分級卸料裝置等的設(shè)計及研制。2）稱重試驗臺的設(shè)計。包括稱臺的設(shè)計 3）紅棗從卸料到分 選過程中的輸送器械的設(shè)計。本課題擬解決的關(guān)鍵問題是設(shè)計稱重模塊及紅棗的分選機機械系統(tǒng)， 在同步控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上完成輸送線上紅棗的動態(tài)位置的實時檢測和連續(xù)跟蹤，及紅棗的大小 重量、紅棗的等級和紅棗的位置信息的正確配準。從而最終將紅棗按大小重量的不同進行等級劃 分。 2.紅棗分選機的主要組成及工作原理 該分選機主要由紅棗輸送機構(gòu)、分選機械系統(tǒng)、稱重模塊組成。分選紅棗的重量范圍 10g- 50g，橫徑大約范圍為 30mm-50mm，紅棗輸送速度為 0.38m/s。分選機的結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示： 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 3 圖 1-1 紅棗爛果剔除機的工作原理圖 1 分選執(zhí)行機構(gòu) 2 攝像機 3 光照箱 4 紅棗支撐滾子 5 紅棗分選杠桿 6 循環(huán)輸送鏈 7 摩擦帶 8 稱重傳感器 9 稱臺 10 紅棗收集箱 11 同步編碼器 12 剩余紅棗輸送帶 13 鏈 輪 紅棗的支承滾子和紅棗的分選杠桿都安裝在循環(huán)輸送鏈上，并隨輸送鏈一起向前運動。輸送 鏈的鏈節(jié)距為 31.75mm，相鄰滾子之間的間距為兩個鏈節(jié)距，即為 63.5 mm。滾子呈雙錐凹形，紅 棗支承在兩個相鄰滾子之間，分選杠桿則正好處于紅棗的的正下方。在圖像采集區(qū)域設(shè)置有光照 箱，滾子下面還設(shè)置有摩擦帶。當(dāng)滾子在摩擦帶上滾動時，紅棗就一面在滾子上翻轉(zhuǎn)滾動，一面 隨滾子和輸送鏈一起向前輸送，從而將其不同表面都先后呈現(xiàn)在攝像機前。圖像處理系統(tǒng)接收到 攝像機所采集的每個紅棗的圖像之后，提取其品質(zhì)參數(shù)，對其進行圖像處理和等級判定。在稱重 區(qū)域滾子下面設(shè)有一稱臺，稱臺下面兩端各安裝一稱重傳感器。傳感器檢測紅棗的重量，并通過 稱重模塊控制器將紅棗的重量信息上報給紅棗分選機主控制器，以實現(xiàn)紅棗的重量信息與外觀大 小評定結(jié)果的實時融合，確定最終的紅棗的分選等級。分級執(zhí)行機構(gòu)安裝在紅棗的輸送線上方， 主要由分選凸輪和步進電機組成。在步進電機的驅(qū)動下，分選凸輪可在“分選”和“通過”兩個 工作位置之間來回切換。在“分選”位置，凸輪工作表面的最高點正好與分選杠桿的上表面齊平。 當(dāng)杠桿在輸送鏈的帶動下沿凸輪工作表面向前滑動時，凸輪升程將杠桿的一端壓下，另一端則將 紅棗從滾子上撬起并滾入相應(yīng)的紅棗輸送平帶并輸送到相應(yīng)收集箱，從而完成紅棗的分級卸料。 在“通過”位置，凸輪工作表面的最低點高于分選杠桿的上表面，分選杠桿自由通過。當(dāng)帶有等 級信息的紅棗的到達對應(yīng)的卸料出口時，同步控制系統(tǒng)控制分級執(zhí)行機構(gòu)動作，完成紅棗的的自 動分級卸料。剩余的所有等級外紅棗則由平帶輸送回去，再次進行分選。 3 紅棗分選機機械系統(tǒng)的設(shè)計 紅棗分選機機械系統(tǒng)主要由機體框架、傳動系統(tǒng)、水果輸送翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、分級卸料裝置和稱重 臺等組成。主要作用是為整個分選系統(tǒng)提供支承和安裝基礎(chǔ)，并完成水果的上料、輸送、翻轉(zhuǎn)、 重量檢測和分級卸料過程。 3.1 機體框架的設(shè)計及其上的組件布置 機體框架為分選機的所有其他部件提供安裝和支承基礎(chǔ)。分選系統(tǒng)的主要尺寸為 2400mm×300 mm×1000 mm。沿著輸送鏈輸送方向，自從動鏈輪一側(cè)開始，在輸送鏈上依次布置： 圖像采集光照箱、水果稱重工作臺和 5 個分級出口（注：由于機構(gòu)過長，分選執(zhí)行機構(gòu)及支撐滾 子過小，所以不能完全顯示 5 個分級出口） 。具體結(jié)構(gòu)示意圖如圖 3-1 所示， 圖 3-1 紅棗分選機布置示意圖 3.2 傳動系統(tǒng)的設(shè)計 傳動系統(tǒng)主要由電動機、減速器、鏈輪和一條封閉的循環(huán)輸送鏈組成。循環(huán)輸送鏈布置在與 地面垂直的平面內(nèi)，在輸送鏈緊邊的下面設(shè)置有支承導(dǎo)板，以保持輸送鏈緊邊處于水平狀態(tài)，從 而為紅棗的、輸送、圖像采集、重量大小檢測以及分級卸料提供一個包括圖像采集區(qū)、重量大小 檢測區(qū)和分級卸料區(qū)三部分的水平工作表面。傳動系統(tǒng)主要采用三級傳動：電動機驅(qū)動減速器輸 入軸為第一級，減速器輸入、輸出軸之間為第二級，減速器輸出軸驅(qū)動輸送鏈主動輪為第三級。 第一級采用聯(lián)軸器傳動；第二級就采用標(biāo)準的圓柱齒輪傳動；第三級由于轉(zhuǎn)速較低（減速器輸出 軸轉(zhuǎn)速約為 60 r/min）采用鏈傳動。 3.2.1 電動機和減速器的選擇 進過查閱《機械設(shè)計》和相關(guān)資料，確定鏈輪的轉(zhuǎn)速為 50-70r/min，選擇 60r/min,確定鏈輪 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 4 所需功率為 1.5KW，符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速為：查機械設(shè)計課程設(shè)計手冊第 167 頁表 12-1 可知 有： 表 3-1 電動機的類型 方案 電動機 型號 額定功率 kw同步轉(zhuǎn)速 minr滿載轉(zhuǎn)速 inr電動機質(zhì)量 kg參考價 格 傳動裝 置 傳動比 1 Y90S-2 1.5 3000 2840 22 5.00 47 2 Y90L-4 1.5 1500 1400 27 3.48 23 3 Y100L-6 1.5 1000 940 25 2.22 15 綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸，質(zhì)量，價格以及傳動比，可見第二種方案比較合適，因 此選定電動機的型號是 Y90L-4。 該電動機的安裝尺寸如下表 3—2： 表 3-2 電動機主要外形尺寸 確定總的傳動比： 由選定的電動機滿載轉(zhuǎn)速 =1400r/min 和工作機的主軸的轉(zhuǎn)速 n=60r/min，可得傳動裝置mn 的總的傳動比是： （3-1） 236014?nima 由于傳動比為 23，大于 8，故初步選擇減速器為展開式二級圓柱齒輪減速器，由于該類型減 速器 ， ，故確定減速器的 、 分別為 5、3.2。??215.~3ii?16?1i2 減速器選用 JZQ 型系列減速器，型號為 JZQ200，速比為 23。由于電動機輸出軸的直徑為 24mm，故選擇減速器高速軸的直徑為 24mm，此時低速軸的直徑為 30mm。 3.2.2 輸送鏈的設(shè)計 試驗臺輸送機構(gòu)采用帶附件的雙節(jié)距大滾子輸送鏈鏈條，在附件上安裝水果支承滾子組件。 水果放置在相鄰的兩個滾子上，水果分選杠桿的正上方，并隨輸送鏈條一起向前輸送。 （1）輸送鏈鏈條型號的選擇 由于輸送鏈主要是傳遞運動，而不是傳遞動力，所受阻力只有鏈條與導(dǎo)板間的摩擦力和鏈條 在鏈輪上轉(zhuǎn)彎時的慣性力，所以對鏈條的載荷要求較小，所以選擇 A 系列雙節(jié)距大滾子輸送鏈， 由于鏈條在輸送過程中，鏈條滾子可在支承導(dǎo)板上滾動，從而減少摩擦和磨損。 通過查閱有關(guān)資料，最終選擇了 C210H 型 A 系列雙節(jié)距大滾子輸送鏈鏈條，其結(jié)構(gòu)和具體參 數(shù)如圖 3-2 和表 3-3 所示 中心高 外形尺寸 地腳安裝尺寸 地腳螺栓孔直徑 軸伸尺寸 裝鍵部位尺寸 90 335×180×190 125×140 10 50×24 8 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 5 圖 3-2 A 系列雙節(jié)距大滾子輸送鏈結(jié)構(gòu)示意圖 表 3-3 A 系列雙節(jié)距大滾子輸送鏈結(jié)構(gòu)參數(shù) （2）輸送鏈附件的選擇 紅棗在輸送過程中，隨紅棗支承滾子組件一起運動，而紅棗支承滾子組件又隨著輸送鏈條一 起 運動。為了在輸送紅棗的同時檢測紅棗的重量，紅棗支承滾子組件與輸送鏈鏈條之間必須是 鉸接安裝，且能夠繞著平行于輸送鏈鏈條運動方向的縱向水平軸在垂直于鏈條運動方向的豎直平 面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動，從而在組件的另一端通過稱重傳感器檢測組件重量，進而可以判斷出紅棗的等級。 同時，紅棗分選執(zhí)行機構(gòu)采用杠桿式撬動分選，紅棗分選杠桿也必須能夠繞著平行于輸送鏈條運 動方向的轉(zhuǎn)軸自由轉(zhuǎn)動。所以，為了安裝紅棗支承滾子組件和紅棗分選杠桿組件，必須在輸送鏈 的每個鏈節(jié)處提供一個平行于輸送鏈條運動方向的縱向水平軸。為此選用 A2 型雙節(jié)距直板輸送鏈 附件，其結(jié)構(gòu)如圖 3-3 所示，具體參數(shù)如表 3-4 所示。在 A2 型附件上再安裝一個 U 型支架，在支 架上安裝所需的縱向水平軸. ANSI 鏈號 節(jié)距 P(mm) 滾子直 徑 d1 (mm) 內(nèi)鏈板 內(nèi)節(jié)寬 度 b1 銷軸直 徑 d2(mm) 銷軸長 度(mm b4 內(nèi)鏈板 高度 h2 鏈板厚 度 （mm） 抗拉強度 KN C210H 31.75 19.05 9.4 5.09 21.8 15.09 4.00 21.8 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 6 圖 3-3 A2 型雙節(jié)距直板輸送鏈附件示意圖 表 3-4 A2 型雙節(jié)距直板輸送鏈參數(shù) ANSI 鏈號 節(jié)距 P(mm) 兩安裝孔 中心距 g (mm) 中心孔距鏈條中 心線距離 f(mm) 平臺高度 h4 (mm) 安裝孔直徑 d4 (mm) C210H 31.75 11.9 15.9 11.1 3.3 所以，最終選擇 C210H 型雙節(jié)距大滾子輸送鏈和 A2 型節(jié)距直板輸送鏈附件作為該傳動系統(tǒng)的 輸送鏈條。 （3）輸送鏈鏈傳動的設(shè)計鏈傳動結(jié)構(gòu)簡圖如圖 3-4 所示。 1) 鏈輪齒數(shù)的選擇 圖 3-4 鏈傳動結(jié)構(gòu)簡圖 1 電動機 2 聯(lián)軸器 3 鏈輪 1 4 鏈輪 2 5 減速器 為了輸送平穩(wěn)，選擇主動鏈輪和從動鏈輪具有相同的齒數(shù)，所以傳動比 i＝1。因為鏈條的最 高線速度為 1.5 m/s，參照《機械傳動裝置設(shè)計手冊》 ，折中考慮鏈輪的尺寸重量和傳送的平穩(wěn)性， 最終選擇 Z3=Z4=25。 2）鏈條節(jié)數(shù) 由于試驗臺采用的鏈傳動在其緊邊設(shè)置了水平支承導(dǎo)板，所以允許選擇較大的中心距，初定 中心距 a0＝75 p。 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 7 (3-2)0 243430)(2apzzpaLP???? ＝150＋25＋0＝175（節(jié)） 為了避免使用過渡鏈節(jié)，取 PL＝176 節(jié)。 3）計算設(shè)計功率 水果輸送機構(gòu)的工作阻力主要是鏈條滾子和支承導(dǎo)板之間的摩擦力及水果支承滾子和摩擦帶 之間的摩擦力，以及系統(tǒng)啟動加速時的慣性力。 則經(jīng)計算得，主動輪（即鏈輪 3）輪軸傳遞功率 (3-3) pkzac? ＝0.5857 kW。 工況系數(shù) Ka：由于往輸送鏈上放置水果，以及水果從輸送鏈上分選離線，都會使鏈傳動載荷 略有變化，故按中等沖擊選擇 Ka。試驗臺采用電動機拖動，所以，Ka=1.3。 主動輪系數(shù) Kz：由于鏈輪轉(zhuǎn)速較低，所以， (3-4) 34.1)9(08.?zk 多排鏈排數(shù)系數(shù) Kp：輸送鏈采用單排鏈，所以，Kp＝1。 鏈長系數(shù) Kl：由鏈節(jié)數(shù) Lp＝176，取 Kl＝1.16。則設(shè)計功率為： (3-5) cpzlcad pk134.6? ＝0.836×0.5857≈0.5 kW 4)鏈條節(jié)距 根據(jù)設(shè)計功率 Pd 和主動輪轉(zhuǎn)速 n，查閱《機械傳動裝置設(shè)計手冊》可得，應(yīng)選用型號為 A 系 列滾子鏈，其節(jié)距為 31.75 mm。而前面根據(jù)結(jié)構(gòu)需要選擇的 C2082H 型 A 系列雙節(jié)距大滾子輸送 鏈的節(jié)距恰為 31.75 mm，滿足強度設(shè)計要求。 5）實際中心距因為 Z3＝Z4＝Z＝25，所以理論中心距為： (3-6) )(2zLpa??125.3971765.3? 由于本試驗臺輸送鏈的中心距可調(diào)，所以減少量 Δa 可取較大數(shù)值。取 Δa=0.003a，所以實際中 心距為： a′=a-Δa=3835.4×(1-0.003)≈2380mm (3-7) 6）驗算鏈速 輸送鏈條的設(shè)計線速度為：v＝0.2~1.5 m/s，總傳動比 i ≈48.24,電動機轉(zhuǎn)速為 n =1400 r/min,則 ,由式 min/291rin?? (3-8)106? ?pnzvsm/38.2975.3? 符合設(shè)計線速度的要求。 7）選擇潤滑方式按 P=31.75 mm，v＝0.38 m/s，查閱《機械傳動裝置設(shè)計手冊》知，可選用油刷 或油壺人工定期潤滑。 8）作用在軸上的壓力 FQ 由于試驗臺上的輸送鏈布置為水平方式，所以作用于軸上的壓力為： 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 8 (3-9) FKQAF)20.1~5(? 式中：F—有效圓周力。 由 (3-10) V PC?N154038.071?? 所以， NQF240153.20??? 9)鏈輪主要尺寸由于兩鏈輪齒數(shù)相等，所以分度圓直徑和齒頂圓直徑都相等。分別計算如下： 鏈輪的分度圓直徑 (3-11) mzpd3.25180sin7.si0? 鏈輪的齒頂圓直徑 ：a 鏈輪的端面齒形選擇三圓弧一直線齒形，則： (3-12) )180cot54.(zpda??m5.268.7.3?? 鏈輪的齒根圓直徑 ：f (3-13)df .35.121?? 因為輸送紅棗的要求，鏈傳動必須水平布置，兩鏈輪軸線在同一水平面上，鏈條的松邊應(yīng)在 下面，緊邊在上面。因為兩鏈輪的中心距較大，在輸送鏈下面設(shè)置水平支承板，鏈條的滾子就在 支承板上滾動前進，以增加輸送的平穩(wěn)性。 3.3 紅棗輸送翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)及工作原理 為保證攝像機能采集到紅棗所有表面的圖像，分選機的輸送機構(gòu)必須保證在輸送紅棗的同時 將紅棗的所有表面都呈現(xiàn)在攝像機鏡頭前。該紅棗分選機的輸送機構(gòu)就按照這個要求設(shè)計，能使 不同大小紅棗都以近似相同的角速度均勻翻轉(zhuǎn)。 滾子式紅棗輸送機構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖 3-5 所示，整個機構(gòu)由一條輸送鏈帶動，垂直于輸送鏈橫向 延伸的若干根水平滾子軸按一定間距相互平行地安裝在輸送鏈上，滾子則套裝在滾子軸上并可繞 其自由轉(zhuǎn)動。在圖像采集區(qū)域，滾子下面設(shè)置有摩擦帶，它與滾子之間有良好接觸并有較大的摩 擦因數(shù)。當(dāng)輸送鏈在驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動下運轉(zhuǎn)時，滾子就隨滾子軸和輸送鏈一起向前運動，處于摩 擦帶上的滾子則由于摩擦作用而在摩擦帶上繞滾子軸向前滾動。滾子呈雙錐凹形，并在相鄰的兩 個滾子之間形成一個容納紅棗的空間，紅棗就支承在兩個相鄰的滾子上。當(dāng)滾子在摩擦帶上滾動 時，紅棗一邊由滾子向前輸送，一邊在滾子的帶動下翻轉(zhuǎn)滾動，從而將所有表面都呈現(xiàn)在攝像機 前。通過合理的參數(shù)優(yōu)化，上述滾子式紅棗輸送機構(gòu)能夠可靠地輸送大小相差近一倍的紅棗，并 保證紅棗在滾子上以近似相同的角速度均勻翻轉(zhuǎn)。 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 9 圖 3-4 滾子式紅棗輸送翻轉(zhuǎn)機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖 1 輸送鏈 2 滾子 3 摩擦表面 4 滾子軸 5 紅棗 6 攝像機 3.4 紅棗分級卸料裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理 分級卸料裝置也是紅棗自動分選的重要組成部分，它必須保證在分級卸料的過程中不對紅棗 造成明顯的機械損傷，否則整個紅棗分選過程將毫無意義。為此，與此相關(guān)的一種氣動推勉式水 果分級裝置，依靠推勉力的大小將輸送線上的水果拋入不同的分級通道，但該裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且 分級數(shù)量受到一定限制（Yang et al,1996） 。另一種用于柑橘分選的拖斗式分級卸料裝置，依靠 分級執(zhí)行機構(gòu)使拖斗失穩(wěn)來完成分級卸料，但該裝置需要設(shè)置獨立的分級卸料臺，而且整體結(jié)構(gòu) 也比較復(fù)雜（應(yīng)義斌等，2004） 。 本設(shè)計所設(shè)計的紅棗分級卸料裝置如圖 3-5 所示，它主要由分級執(zhí)行機構(gòu)和分選杠桿組件組 成。杠桿式紅棗分級卸料裝置直接安裝在滾子式紅棗輸送裝置上，分選杠桿的分選臂正好處于支 承在相鄰滾子之間的紅棗的正下方。縱向水平軸固定在輸送鏈上，分選杠桿套裝在縱向水平軸上 并可繞其自由轉(zhuǎn)動，分級執(zhí)行機構(gòu)則固定在輸送鏈上方的機體框架上。當(dāng)輸送鏈在驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū) 動下運轉(zhuǎn)時，滾子、紅棗、縱向水平軸和分選杠桿就隨輸送鏈一起向前輸送。在圖像采集段采集 紅棗整個表面的圖像并判定其等級。在稱重模塊檢測紅棗重量，并與圖像處理結(jié)果相融合，得出 最終分選等級。當(dāng)帶有等級信息的紅棗到達對應(yīng)的卸料出口時，分選機主控系統(tǒng)就向?qū)?yīng)的分級 執(zhí)行機構(gòu)發(fā)出動作指令，使其分選凸輪進入分選杠桿承壓臂的前進路線。承壓臂沿分選凸輪的工 作表面繼續(xù)向前滑動，凸輪升程就迫使分選杠桿繞縱向水平軸轉(zhuǎn)動，并由分選臂撬起紅棗完成分 級卸料。然后分選凸輪快速復(fù)位，以便其他等級的水果能自由通過。 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 10 圖 a）為主視圖 圖 b)為俯視圖 圖 3-5 杠桿式紅棗分級卸料裝置的結(jié)構(gòu)示意圖 1 滾子軸 2 縱向水平軸 3 輸送鏈 4 分選杠桿 5 分選執(zhí)行機構(gòu) 6 滾子 3.5 稱重試驗臺的設(shè)計 3.5.1 稱重試驗臺結(jié)構(gòu)及工作原理 滾子的外沿支承在稱臺上，稱臺下面兩端各安裝一稱重傳感器。其中，紅棗放置在兩個滾子 之間，分選杠桿的正上方。稱臺長度為 100 mm，而輸送鏈單個鏈節(jié)的長度為 31.75 mm,兩個滾子 的中心距正好為兩個鏈節(jié)的距離，即為 63.5 mm，因此，稱臺長度保證了稱臺上能同時支承兩個 滾子。紅棗支承在相鄰的兩個滾子上，其重力通過滾子而傳遞到稱臺上。為了在紅棗外部大小檢 測時能采集到紅棗的整個表面圖像，該分選機采用了雙錐式滾子輸送機構(gòu)。對單純的稱重過程來 講，如果在該機構(gòu)上連續(xù)地放置紅棗并對其稱重，隨著稱重次數(shù)的增加，紅棗重量的誤差會增大。 所以，當(dāng)支承有紅棗的兩個滾子同時在稱臺上時開始采集紅棗的重量檢測數(shù)據(jù)。 3.5.2 紅棗支承滾子組件及分選杠桿組件的組成及工作原理 紅棗支承滾子組件主要由 U 型支架、紅棗支承滾子、滾子軸、紅棗支承滾子聯(lián)接板、縱向水 平軸等組成?？v向水平軸通過滾動軸承安裝在 U 型支架上；滾子軸以懸臂狀安裝在聯(lián)接板上；而 紅棗支承滾子則安裝在滾子軸上，并可繞滾子軸自由轉(zhuǎn)動。在輸送鏈每個鏈節(jié)的附件上都安裝一 個小 U 型支架，在支架上安裝一根平行于輸送鏈運動方向的縱向水平軸。此縱向水平軸就分別用 來安裝紅棗支承滾子組件的聯(lián)接板和分選杠桿。由于是每兩個鏈節(jié)放置一個紅棗，正好可在中間 鏈節(jié)上安置一組分選杠桿組件。這樣紅棗支承滾子組件和分選杠桿組件正好間隔排列，每個都分 別占用一個鏈節(jié)。在輸送過程中，每個紅棗都支承在兩個滾子之間，并可隨滾子一起滾動。分選 杠桿安裝在縱向水平軸上，一端伸到兩個滾子之間紅棗的正下方，另一端則可由分選執(zhí)行機構(gòu)壓 下，以將其上的紅棗撬離滾子和輸送鏈條，落入相應(yīng)的分級出口裝置。 3.5.3 稱臺的設(shè)計 為防止稱臺生銹而影響分級精度，并保證良好的可拆卸性，稱臺選用不銹鋼材料。稱臺與稱 重傳感器采用沉頭螺釘連接，并采用密封膠涂平，以保證稱臺的平滑，使當(dāng)滾子通過時不會造成 較大的沖擊而影響檢測精度。稱臺規(guī)格設(shè)計為 100 mm×30 mm×5 mm，這種設(shè)計保證了紅棗支承 滾子通過時，能同時有兩個滾子（其上容納有一個紅棗）的外沿通過稱臺中央，又有足夠的剛度 以承載各部分載荷，在傳感器的額定稱重范圍內(nèi)，又可以保證紅棗的最大稱重量。在稱臺下端設(shè) 有一凸臺，以保證在跟下面的傳感器連接時，不接觸到傳感器受力端以外的部分而影響稱重結(jié)果。 稱臺結(jié)構(gòu)如圖 3-6 所示： 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 11 圖 a)為主視圖 圖 b)為俯視圖 圖 3-6 稱臺的結(jié)構(gòu)示意圖 1 沉頭螺釘孔 2 稱臺 3 凸臺 4 力學(xué)分析 4.1 紅棗質(zhì)量的理論計算 由于所設(shè)計的稱臺長度能同時支承兩個滾子，而兩個滾子上面正好容納一個紅棗，滾子、紅 棗、滾子軸及滾子軸支架等會產(chǎn)生一個相對于 o 點的轉(zhuǎn)矩（如圖 3-7 所示） 。所以，稱重傳感器所 稱的總重量應(yīng)為一個紅棗和兩個滾子及附件（滾子軸及滾子軸支架等）相對于鏈條的轉(zhuǎn)矩在稱重 傳感器上的等效重量與稱臺的重量之和。 ——紅棗作用在稱臺上的等效重力0G 1——紅棗所受的重力 ——滾子、滾子軸及滾子軸支架作用在稱臺上的等效重力 2 ——滾子軸支架所受的重力3 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 12 ——滾子軸所受的重力4G ——滾子所受的重力5 圖 4-1 稱重模塊受力分析示意圖 1 滾子 2 螺柱 3 聯(lián)接板 4 稱重傳感器 5 稱臺 受力分析如上圖所示。稱重模塊各部分在自重的作用下產(chǎn)生一個相對于 o 點的力矩，用 M 表 示。其力臂的大小分別設(shè)為 ， ， ,即各部分的重心到通過 o 點的垂直線的距離。由合力矩定ll 理可得， （4-)()()(504020GMG?? 1） 又有力矩計算公式得， （4-2）250 41320)()(lGl?? 式中： ——滾子、滾子軸及滾子軸支架作用在稱臺上的等效重力 2G ——滾子軸支架所受的重力3 ——滾子軸所受的重力4 ——滾子所受的重力5 又由力矩平衡得， （4-)()(00GM? 3） 其中， 3002)(lGM?? 式中： ——紅棗所受的重力 ——紅棗作用在稱臺上的等效重力 設(shè)兩稱重傳感器所稱的總重量為 w kg，則有:20mw? 式中： ——紅棗的等效質(zhì)量 ——承臺質(zhì)量1 ——滾子、滾子軸及滾子軸支架在稱臺上的等效質(zhì)量2 其中，紅棗支撐滾子所用的材料為尼龍 6，取密度為 1.14g/cm3。其他各部分選用材料為 45 號鋼，密度為 7.85g/cm3。經(jīng)計算： 稱臺的質(zhì)量 =1.083 kg1m 滾子軸支架的質(zhì)量 =0.0783 kg3 滾子軸的質(zhì)量 =0.0517 kg4 滾子的質(zhì)量 =0.495 kg5 而 =39 mm， =104.3 mm， =144.3mm1l2l3l 求解以上各式可得， kgwm)92.1(8.?? 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 13 式中：m——紅棗的質(zhì)量 由于稱重是一個動態(tài)過程，由沖擊等各方面影響使得所測數(shù)據(jù)變化較大，可采取多次試驗取 平均值的方法可找出所測數(shù)據(jù)與實際重量之間的關(guān)系，最后測得數(shù)據(jù)證號為紅棗的重量值。 5 其它零部件 5.1 分選機支架的設(shè)計 （1）支架結(jié)構(gòu)的設(shè)計 考慮到軸的安裝，故機體壁的一邊從和軸中心上下分成兩半，軸裝上以后，用一個端蓋通過 螺栓連接再連接到一起。為減少機體的重量，故只在與軸配合的地方，增加厚度，其他的地方用 薄壁板進行加工。支架安裝在分選機右側(cè)，滾子處于懸起狀態(tài)。支架尺寸為：2800 mm×100mm×1000mm。 （2）支架材料的選擇 為防止生銹，故整個機體均采用通用的不銹鋼型號 SUS304 進行制造，這樣也能保證機體有足 夠的強度和硬度。 5.2 輸送帶的設(shè)計 由于用于紅棗的輸送，則輸送帶類型選用平帶輸送。 為了后面分選機構(gòu)的精確分選，前面的輸送裝置必須將紅棗在輸送帶上的分布面積擴大，所 以帶寬應(yīng)選擇較大帶寬，即平帶設(shè)計尺寸為：4000mm×1000mm。帶輪直徑為 640mm。支架設(shè)計尺 寸為：2000mm×1200mm×1500mm。 帶結(jié)構(gòu)選棉帆布普通輸送帶，輸送帶型號為 CC-56，規(guī)格及技術(shù)參數(shù)見表 5-1： 表 5-1 織物輸送帶的規(guī)格及技術(shù)參數(shù) 輸送帶 型號 扯斷強度 （N/mm） 每層質(zhì)量 （kg/ ）3m 每層 厚度 mm 伸長率 （定負荷） （%） 帶寬 范圍 mm 層數(shù)范 圍 棉帆布 CC-56 56 1.5 1.36 1.5~2 1000 3 平帶輸送的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 5-1： 圖 5-1 平帶輸送的結(jié)構(gòu)示意圖 1 支架 2 帶輪 3 帶 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 14 5.3 輥子輸送的設(shè)計 根據(jù)查找《機械設(shè)計選用手冊》相關(guān)內(nèi)容，輥子輸送機選用 GZT9 轉(zhuǎn)軸無動力式圓柱形長輥輸 送機，其相關(guān)設(shè)計參數(shù)如表 5-2： 表 5-2 長輥輸送機技術(shù)參數(shù) 輥子輸送 機型式 輥子直徑 D（mm） 輥子長度 l(mm) 機架長度 L（mm） 輥子間距 P 輸送機高度 H 輸送速度 m/s GZT9 50 1000 5000 100 800 0.125 根據(jù)紅棗輸送的工作環(huán)境，輥子輸送機的輥子選用碳鋼制造。 輥子輸送的機構(gòu)示意圖如圖 5-2 所示： 圖 5-2 輥子輸送機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖 1 機架 2 輥子 3 電動機 5.4 槽型帶輸送的設(shè)計 槽型帶結(jié)構(gòu)的設(shè)計是由兩個平帶傾斜放置，形成一個 V 型槽，能夠使紅棗在運輸過程中較好 的逐個排列，為后面的分選奠定基礎(chǔ)。 根據(jù)查閱相關(guān)資料，確定平帶 1 的設(shè)計尺寸為：3000mm×200mm。帶輪直徑為 100mm。 平帶 2 的設(shè)計尺寸為：3200mm×200mm。兩平帶帶輪直徑都為 100mm。 其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 5-3： 圖 5-3 槽型帶結(jié)構(gòu)示意圖 1 平帶 1 2 平帶 2 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 15 6 總結(jié) 了解國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，參考大量文獻及輔導(dǎo)老師幫助的基礎(chǔ)上，設(shè)計出了紅棗智能分選機機 械部分的內(nèi)容。主要結(jié)論如下： （1）根據(jù)紅棗外形的各方面因素，制定出了分選機機械系統(tǒng)的整體設(shè)計方案，并根據(jù)方案制作完 成了紅棗智能分選機的機械系統(tǒng)。通過理論計算表明，機械系統(tǒng)運行正常，滿足預(yù)期設(shè)計要求。 （2）設(shè)計制作了紅棗分選過程中的輸送裝置，輸送裝置采用鏈傳動帶動紅棗支撐滾子的傳動。 （3）設(shè)計了紅棗分選過程中分選執(zhí)行系統(tǒng)。分選執(zhí)行機構(gòu)采用杠桿式撬動分選，能夠?qū)崿F(xiàn)紅棗能 夠快速準確的被收集，并且要有良好的機械特性。 （4）設(shè)計了紅棗的分選過程中從卸料到分選機構(gòu)的輸送裝置。 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 16 致 謝 首先感謝的是我的指導(dǎo)老師，設(shè)計是在 XXXX 老師的悉心指導(dǎo)下完成的。他無論是在資料的整 理，還是在設(shè)計的畫圖等各個方面都給予了我大量的指導(dǎo)和幫助，在他的精心指導(dǎo)下，才使得我 的設(shè)計一步一步的有序的完成，同時也學(xué)到了許多書本上學(xué)不到的知識，受益匪淺，特致以深深 的感謝。同時也要感謝學(xué)科組每一位老師們在百忙中抽出時間對我的問題進行了詳細的解答和指 導(dǎo)，也給我提供了充足完備的條件和寶貴的學(xué)習(xí)交流機會，而且在我沒有想到的方面還給予我詳 細的指導(dǎo)，為我改進設(shè)計，提供了寶貴的建議，學(xué)生深表謝意。 大學(xué)四年學(xué)習(xí)時光已經(jīng)接近尾聲，在此我想對我的母校，我的父母親人們，我的老師和同學(xué) 們、表達我由衷的謝意。感謝我的母校 XXXX 大學(xué)給了我在大學(xué)的本科四年深造機會，讓我能繼續(xù) 學(xué)習(xí)和提高。XXXX 大學(xué)四季如歌的校園，美麗如詩的風(fēng)景都深深的留在了我的記憶里。四年珍貴 的學(xué)習(xí)期間，讓我的知識體系更加完善，思想觀念更加成熟，整體素質(zhì)得到了極大的鍛煉。 “自強 不息，求真務(wù)實”的校訓(xùn)我將銘記于心，在未來的學(xué)習(xí)和工作中躬身踐行。 再次,感謝我的同學(xué)們,在畢業(yè)設(shè)計過程中得到了他們無私的幫助，以及許多啟發(fā)性的指導(dǎo)和 建議。在此向所有支持、關(guān)心、幫助我的人表示由衷的感謝!祝他們永遠健康、幸福! 最后，感謝我的父母親人們對我大學(xué)四年學(xué)習(xí)的默默支持，使我能順利完成學(xué)業(yè)。 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 17 參考文獻 [1] 劉孟軍．透視中國棗產(chǎn)業(yè)[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2006.1:7. 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