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差動(dòng)分級(jí)式齒輥式破碎機(jī) 使用遺傳算法的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì) 摘要：我們的差分級(jí)齒輥式破碎機(jī)結(jié)合了齒輥式破碎機(jī)，顎式破碎機(jī)的破碎比高，破碎效率高，多篩分的優(yōu)點(diǎn)，克服齒輥式破碎機(jī)的缺憾。動(dòng)顎破碎機(jī)采用曲柄搖桿機(jī)制，從而優(yōu)化動(dòng)態(tài)性能和改善破碎機(jī)的抗裂能力，我們建立了一個(gè)數(shù)學(xué)模型來(lái)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(jī)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)多對(duì)象的設(shè)計(jì)獲得最佳的結(jié)果。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，顯示出動(dòng)顎式破碎機(jī)和裂解能力的性能得到改善。 關(guān)鍵詞：差分和分級(jí)齒輥式破碎機(jī)，曲柄搖桿機(jī)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(guò)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(jī)（例如，顎式破碎機(jī)，沖擊式破碎機(jī)，回轉(zhuǎn)式破碎機(jī)，錘式粉碎機(jī)），實(shí)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(jī)效率低，能耗高。我們已經(jīng)不能滿足傳統(tǒng)的破碎機(jī)。在最近幾年，一個(gè)英國(guó)MMD齒輥式破碎機(jī)大量被使用。但是，從平時(shí)的調(diào)查來(lái)看，我們發(fā)現(xiàn)在這些齒輥式破碎機(jī)的一些不足之處：1）通過(guò)齒嚙合來(lái)破碎物料。所有需要被粉碎的原料礦物被輸送到一個(gè)粉碎腔，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)嚙合齒粉碎成微粒排出。破碎機(jī)未能完成實(shí)際的分級(jí)破碎，不僅使用了大量的能量，而且效率低下，破碎齒還會(huì)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(gè)是一種高流動(dòng)大塊的煤混有較小條的情況，另一種是濕潤(rùn)的煤會(huì)導(dǎo)致堵塞。齒輥式破碎機(jī)由于沒(méi)有有效的分級(jí)機(jī)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(jī)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(méi)有要求的干燥度。 3）MMD破碎機(jī)的破碎能力通過(guò)提高傳動(dòng)部分的力來(lái)增加破碎的能力，從而導(dǎo)致高功耗和高成本?；谶@些考慮，并結(jié)合中國(guó)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(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)新的，高效的差分和分級(jí)齒輥式破碎機(jī)，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)破碎機(jī)的缺陷。 如圖1所示，破碎機(jī)破碎部分組成的牙齒和曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。動(dòng)顎曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的草圖如圖2。在搜索的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中， 似乎有很多的文獻(xiàn)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(gè)實(shí)際的和典型的破碎機(jī)設(shè)計(jì)中，動(dòng)顎的破碎能力和傳動(dòng)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(jī)構(gòu)的差動(dòng)齒輥式破碎機(jī)的傳動(dòng)角ｒ，和最小行程值m。 1．電機(jī)組裝篩分機(jī)制；2.齒輥屏軸; 3.傳動(dòng)齒輪：4.粉碎齒; 5.動(dòng)顎 6. 調(diào)整機(jī)制 7.機(jī)殼 8. 裝配曲軸 9. 齒輥軸電機(jī) 圖1齒輥式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)圖 圖2 齒輥式破碎機(jī)斷裂機(jī)制示意圖 2．曲柄搖桿的動(dòng)力學(xué)分析 一個(gè)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的性能依賴其連桿相對(duì)長(zhǎng)度。如果我們把搖臂?的長(zhǎng)度等于1，那么相對(duì)長(zhǎng)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(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是獨(dú)立的的實(shí)際長(zhǎng)度，這使得它更普遍。 2.1 最佳傳動(dòng)角ｒ 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的傳輸力主要取決于傳動(dòng)角ｒ。輸送傾角更大，就能更好的傳輸力。在傳輸過(guò)程中，傳輸角度時(shí)刻變化。每個(gè)組件的選擇具有合適的尺寸，可以優(yōu)化得到最小傳動(dòng)角。因此，有必要增加傳輸角度，以提高傳輸力和破碎力。 兩個(gè)最小傳動(dòng)角的可能位置如圖所示。 圖3.最小傳動(dòng)角位置示意圖 2.3 行程特征值m 動(dòng)顎的行程，被分成水平和垂直的兩個(gè)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(shí)，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(jiǎn)化計(jì)算，C點(diǎn)被取出進(jìn)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(diǎn)的距離是：m=h/s. 肘板的角度是:β=γ+α-90°，肘板的擺動(dòng)角度： 傾角大小取決于連桿機(jī)制和動(dòng)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(jí)齒輥式破碎機(jī)的動(dòng)顎的數(shù)學(xué)模型 根據(jù)動(dòng)力學(xué)分析，無(wú)論是傳動(dòng)角γ和行程特性C點(diǎn)的值都可以表示為相對(duì)長(zhǎng)度的曲柄，連桿和身體幀的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)變量是： 動(dòng)顎的目標(biāo)函數(shù)最大化的最小傳動(dòng)角γ： 動(dòng)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(jì)變量的邊界約束條件： 其中aimax和bimax是設(shè)計(jì)變量的上限和下限設(shè)計(jì)變量。 2） 擁有一個(gè)曲柄的曲柄搖桿機(jī)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(qiáng)水平行程。但是，過(guò)多大傳動(dòng)角具有相反的效果。 一種常見(jiàn)的情況是： 4）約束的行程特征值：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，通常m的范圍是1.5和2.5之間。 5）動(dòng)顎的水平行程S對(duì)生產(chǎn)力有明顯的影響。如果s是太小會(huì)降低生產(chǎn)率，但與此相反，它會(huì)加大破碎力，并導(dǎo)致過(guò)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(wèn)題的可以歸結(jié)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的問(wèn)題： 其中 多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)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(gè)明顯得局部問(wèn)題。但遺傳算法的方法是迭代運(yùn)行得到一個(gè)局部最優(yōu)解。通過(guò)可能的傳輸規(guī)則來(lái)指導(dǎo)搜索方向，GA搜索空間（如連通性，凸性等），并沒(méi)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(jí)齒輥式破碎機(jī)的 多對(duì)象設(shè)計(jì)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。 4遺傳算法 遺傳算法是一種隨機(jī)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(diǎn)：它直接運(yùn)行在結(jié)構(gòu)化對(duì)象，沒(méi)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(jìn)的能力全局優(yōu)化;通過(guò)使用隨機(jī)優(yōu)化方法，它可以自動(dòng)獲取和引導(dǎo)優(yōu)化的搜索空間，并且還可以調(diào)整沒(méi)有具體的自適應(yīng)搜索方向和規(guī)則。 GA具有的后期，一個(gè)重要技術(shù)OGY智能計(jì)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(gè)基因型表型的字符串結(jié)構(gòu)和各種組合獲得不同的點(diǎn)。 2）創(chuàng)建一個(gè)初始化的GE-菜單組：GA隨機(jī)生成N初始化字符串?dāng)?shù)據(jù)，其中每個(gè)數(shù)據(jù)被稱為一個(gè)單獨(dú)UAL和這些人形成一個(gè)屬組。 GA開(kāi)始使用的字符串?dāng)?shù)據(jù)作為初始迭代點(diǎn)。 3）個(gè)體適應(yīng)值估計(jì)的適應(yīng)性函數(shù)表示的質(zhì)量個(gè)人或溶液。針對(duì)不同的問(wèn)題，本一個(gè)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(gè)人之間允許他們有機(jī)會(huì)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(xiàn)一個(gè)或多個(gè)后代的概率。 5）分頻點(diǎn)：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(diǎn)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(jī)選擇個(gè)人從組屬。然后改變一個(gè)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(gè)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(shuō)，突變提供了一個(gè)機(jī)會(huì)產(chǎn)生新的個(gè)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(jī)構(gòu)與差分和分級(jí)齒輥式破碎機(jī)我們的優(yōu)化對(duì)象壓榨能力為4000噸/小時(shí)。為了決定在曲軸的長(zhǎng)度，濃度曲柄搖桿桿與主體框架的連接獲得機(jī)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(shí)，連桿行程300毫米，傾角18°。我們使用遺傳算法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，通過(guò)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?cè)?000。傳統(tǒng)的二進(jìn)制編碼方法比較相對(duì)方便的使用時(shí)，在理論分析。但對(duì)于多維和高精度數(shù)值校準(zhǔn)的問(wèn)題，它往往效率低，不準(zhǔn)確。我們用一個(gè)自然數(shù)編碼方法設(shè)置三個(gè)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(gè)屬基團(tuán)，其中50個(gè)個(gè)體上產(chǎn)生的根據(jù)一個(gè)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(gè)人適應(yīng)性。作為例子，我們把個(gè)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(pán)賭的方法用于在選擇操作中，在輪盤(pán)賭的游戲，我們模仿和計(jì)算的總的適應(yīng)性和在同一時(shí)間的相對(duì)并累計(jì)每一個(gè)人的適應(yīng)性。然后，輪盤(pán)變成為50倍，和一個(gè)隨機(jī)號(hào)0和1之間的每個(gè)時(shí)間。一個(gè)數(shù)比較，可以選擇由個(gè)人的累積，為每個(gè)單獨(dú)的適應(yīng)性。例如，如果我們讓r是一個(gè)隨機(jī)數(shù)，然后FC（I）累計(jì)適應(yīng)性個(gè)體iFC（i +1）的累計(jì)個(gè)體適應(yīng)性I +1。如果FC（I）<=γ<=（i +1）的話，那么個(gè)體i+1將選擇。依此類推，所有選定的個(gè)人我們可以組成一個(gè)新屬組，并開(kāi)展交叉和變異操作。 單點(diǎn)雜交方法采用的是交叉操作，生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)介于01時(shí)屬組。如果數(shù)少于交叉概率和個(gè)人選擇一個(gè)偶數(shù)，那么配對(duì)后，可以實(shí)現(xiàn)交叉操作隨機(jī)的。以個(gè)人的p和q為配對(duì)例如，我們的交叉點(diǎn)設(shè)置為2，這意味著我們選擇了第二個(gè)基因跨越。后交叉操作，個(gè)人成為 方法是通過(guò)一個(gè)統(tǒng)一的突變操作，生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)介于0和1之間時(shí)屬組。如果的數(shù)量小于變異概率，當(dāng)前個(gè)人會(huì)發(fā)生變異。突變運(yùn)算的方思是類似初始化我們重建設(shè)計(jì)的邊界中的一個(gè)單獨(dú)的基因變量。 經(jīng)過(guò)選擇，交叉和變異操作，評(píng)價(jià)函數(shù)被調(diào)用，以確保最好的個(gè)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(shí)踐中，能滿足約束情況。鄭州長(zhǎng)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(jī)已經(jīng)在中國(guó)大量出售。根據(jù)實(shí)際工作情況，不同的差分和分級(jí)齒輥式破碎機(jī)具有破碎強(qiáng)度大的特點(diǎn)，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(dá)到了他們預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。 6結(jié)論 我們已經(jīng)用遺傳算法進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。我們可以聲明如下： 1）我們的差分和分級(jí)齒輥式破碎機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，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(kāi)展啟發(fā)式全局優(yōu)化。這是一個(gè)并行，并發(fā)和逐漸進(jìn)化搜索過(guò)程，在這過(guò)程中，避免局部最優(yōu)。 3）優(yōu)化的結(jié)果已在實(shí)踐中應(yīng)用的實(shí)際破碎機(jī)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(jī)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 多目標(biāo)設(shè)計(jì)與優(yōu)化傳動(dòng)角γ和動(dòng)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(dá)自己最真摯的感謝以及感謝嘉興集團(tuán)提供的寶貴意見(jiàn)。編者還要感謝鄭州長(zhǎng)城冶金設(shè)備廠免費(fèi)提供的有用的材料。 參考文獻(xiàn) [1] Zhao L L, Zang F, Wang Z B, et al.設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)模擬差分和分級(jí)齒輥破碎機(jī)。煤礦機(jī)械, 2007, 28(6): 19–21. 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(In Chinese) 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 對(duì)輥式紅棗分級(jí)機(jī)的設(shè)計(jì) 目 錄 1 緒論 1 1.1 課題來(lái)源及研究的目的和意義 1 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析 1 2 系統(tǒng)總體方案的確定 2 2.1 系統(tǒng)方案的確定 2 2.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理 2 2.3 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 3 3 主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 3 3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 3 3.2 確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和分配傳動(dòng)比 4 3.3 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 4 3.4 V帶及V帶輪的選擇計(jì)算 5 3.5 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 6 3.6 鍵的選擇 9 3.7 聯(lián)軸器的選擇 9 3.8 齒輪的設(shè)計(jì) 9 4.其他部件的設(shè)計(jì) 13 4.1入料斗 13 4.2出料斗 13 4.3 機(jī)架底座 14 4.4分級(jí)輥 14 結(jié) 論 15 致 謝 16 參 考 文 獻(xiàn) 17 1 緒論 1.1 課題來(lái)源及研究的目的和意義 紅棗，又名大棗。自古以來(lái)就被列為“五果”(桃、李、梅、杏、棗)之一，歷史悠久。大棗最突出的特點(diǎn)是維生素含量高。在國(guó)外的一項(xiàng)臨床研究顯示：連續(xù)吃大棗的病人，健康恢復(fù)比單純吃維生素藥劑快3倍以上。因此，大棗就有了“天然維生素丸”的美譽(yù)。紅棗為溫帶作物，適應(yīng)性強(qiáng)。紅棗素有“鐵桿莊稼”之稱，具有耐旱、耐澇的特性，是發(fā)展節(jié)水型林果業(yè)的首選良種．近些年紅棗價(jià)格年年攀升，紅棗產(chǎn)業(yè)在一些地區(qū)有了較快的發(fā)展，對(duì)帶動(dòng)地區(qū)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，尤其在帶動(dòng)農(nóng)牧民增收上起到了重要作用。 南疆地區(qū)是世界上最適宜種植優(yōu)質(zhì)紅棗的區(qū)域,是國(guó)家農(nóng)業(yè)部確認(rèn)的國(guó)家級(jí)綠色食品基地.南疆地區(qū)光照時(shí)間長(zhǎng),每年4-10月累計(jì)日照時(shí)數(shù)達(dá)2027.1小時(shí),平均每天的日照時(shí)數(shù)達(dá)到10小時(shí)以上,且光照度強(qiáng),十分有利于紅棗果實(shí)生長(zhǎng);該地區(qū)8-10月平均日較差在17.5—18.2℃,最大日較差可達(dá)27.8℃,特別有利于棗果可溶固形物和糖分積累,這也是造就南疆地區(qū)紅棗品質(zhì)極優(yōu)的根本原因。 “十一五”期間，隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，紅棗種植面積大不斷擴(kuò)大。截至2009年底，紅棗種植面積達(dá)481.08萬(wàn)畝，約占全國(guó)的21.38%；產(chǎn)量26.32萬(wàn)噸，約占全國(guó)的8.63 %。紅棗種植主要分布在南疆的阿克蘇、喀什、和田、巴州等地。紅棗栽培歷史悠久，建國(guó)后，特別是60-80年代引進(jìn)品種42個(gè)，加之古、近代的引入，共計(jì)49個(gè)品種。目前從各地州規(guī)模發(fā)展的主栽品種構(gòu)成來(lái)看：絕大多數(shù)為干、鮮兩類的灰棗、駿棗及贊皇紅棗等品種。紅棗種植模式主要有棗農(nóng)間作和成片建園兩種方式，間作模式有棗樹(shù)+小麥、棗樹(shù)+豆類、棗樹(shù)+棉花、棗樹(shù)+蔬菜、棗樹(shù)+西（甜）瓜。成片建園的棗樹(shù)株行距多以2 x 3米或1.5 x 4米，每畝110株較為普遍。 由于獨(dú)特的區(qū)位優(yōu)勢(shì)，紅棗品質(zhì)受到追捧，國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)熱銷紅棗的態(tài)勢(shì)，紅棗龍頭加工企業(yè)紛紛向集中，紅棗形成了產(chǎn)銷兩旺。目前，紅棗主要以制干初加工銷售，紅棗加工企業(yè)將半干紅棗經(jīng)過(guò)篩選、分級(jí)、哄干、包裝后銷售。 其中，紅棗分級(jí)是紅棗制干過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，紅棗分級(jí)質(zhì)量的好壞，尺寸的大小直接影響紅棗的經(jīng)濟(jì)效益。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析 國(guó)外公司較早開(kāi)始對(duì)水果自動(dòng)分級(jí)技術(shù)進(jìn)行研究并將研究成果產(chǎn)品化，意大利、日本和美國(guó)是果品分級(jí)分選設(shè)備研究的倡導(dǎo)者，目前來(lái)看，歐洲果品分級(jí)分選設(shè)備的研究集中在果品分級(jí)生產(chǎn)線的研制；美國(guó)和亞洲的日本、韓國(guó)則是著重研究尖端的分級(jí)分選技術(shù)，比如核磁共振成像分級(jí)、內(nèi)部品質(zhì)檢測(cè)分級(jí)，如成熟度分級(jí)等。 我國(guó)對(duì)智能化程度較高的果品分選機(jī)的研制尚處于起步階段，對(duì)水果品質(zhì)檢測(cè)及自動(dòng)分級(jí)研究時(shí)間不長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)目前能生產(chǎn)的水果分級(jí)設(shè)備基本還限于機(jī)械分級(jí)階段，主要進(jìn)行大小、重量的分級(jí)，自動(dòng)分級(jí)設(shè)備基本還處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段。我國(guó)水果質(zhì)量檢測(cè)中使用的水果品質(zhì)自動(dòng)檢測(cè)生產(chǎn)線多為進(jìn)口設(shè)備，由于引進(jìn)設(shè)備操作較為復(fù)雜，設(shè)備成本較高，且這種進(jìn)口設(shè)備是針對(duì)大農(nóng)場(chǎng)生產(chǎn)所設(shè)計(jì)的，在我國(guó)小農(nóng)戶生產(chǎn)方式的農(nóng)產(chǎn)品的檢測(cè)中并不實(shí)用。 目前國(guó)內(nèi)主要的紅棗分級(jí)機(jī)構(gòu)有以下幾種：一是差速帶式紅棗分級(jí)機(jī)。差速帶式紅棗分級(jí)機(jī)，由差速帶式紅棗分級(jí)機(jī)構(gòu)組成，包括機(jī)架、電機(jī)、喂料斗及其傳動(dòng)裝置，其特征在于機(jī)架上至少設(shè)有兩級(jí)的差速帶式紅棗分級(jí)裝置，機(jī)架下方的電動(dòng)機(jī)輸出軸上設(shè)有傳動(dòng)軸，傳動(dòng)軸的前后兩端均設(shè)有錐形齒輪，與其相嚙合的錐形齒輪軸上均設(shè)有皮帶輪，且前端的皮帶輪直徑比尾端的皮帶輪直徑大，兩個(gè)皮帶輪通過(guò)皮帶分別與機(jī)架上方的兩個(gè)直徑相同的皮帶輪相接，軸上間隔均布有與方軸連為一體的、和不連為一體的兩種軸套，前后兩個(gè)軸上的兩種軸套相錯(cuò)而設(shè)，前后兩個(gè)軸套間設(shè)有分級(jí)皮帶，每根分級(jí)皮帶的下方設(shè)有擊打裝置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、無(wú)卡棗現(xiàn)象、紅棗破損率低的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是效率低，分級(jí)不均，造價(jià)較高。二是重疊式篩籠紅棗分級(jí)機(jī)。該紅棗分級(jí)機(jī)，解決現(xiàn)有紅棗分級(jí)機(jī)分級(jí)效果差、破損率較高以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問(wèn)題，包括箱體，箱體一側(cè)設(shè)有進(jìn)料口，箱體內(nèi)貫穿設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)軸，轉(zhuǎn)動(dòng)軸上至少固定有兩個(gè)互相套接且一端面呈階梯狀分布的篩籠，篩籠另一端面與環(huán)形圓板固定，篩籠上各篩條之間的間隙尺寸由內(nèi)向外逐漸減小，其中內(nèi)層篩籠一端與進(jìn)料口相通，另一端與設(shè)置在箱體另一側(cè)的一級(jí)出料口相通，每個(gè)篩籠下方均設(shè)有出料口。本實(shí)用新型將多個(gè)篩籠呈重疊式且端面呈階梯狀安裝，整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、效率高，可一次將紅棗分成多個(gè)等級(jí)，分級(jí)均勻，在設(shè)備中的行程較短，在實(shí)際使用中效果顯著，可廣泛用于紅棗產(chǎn)地的規(guī)?；庸ぁＨ秉c(diǎn)是有卡棗現(xiàn)象，破損率較大。 針對(duì)上述兩種紅棗分級(jí)機(jī)存在的問(wèn)題，課題提出一種對(duì)輥式紅棗分級(jí)機(jī)，該機(jī)械可連續(xù)做業(yè)，各將紅棗按企業(yè)要求分成多個(gè)級(jí)別。 2 系統(tǒng)總體方案的確定 2.1 系統(tǒng)方案的確定 輥式分級(jí)機(jī)主要有以下輥帶式和對(duì)輥式。輥帶式尺寸分級(jí)一般由分級(jí)滾軸和輸送帶組成。根據(jù)分級(jí)滾軸直徑是否變化又可以分為等徑輥帶式尺寸分級(jí)機(jī)和變徑輥帶式尺寸分級(jí)，如下圖： 圖2-1 等徑輥帶式分級(jí)機(jī)原理圖 1.輸送帶主帶輪 2.待分級(jí)物料 3.分級(jí)隔板 對(duì)輥式尺寸分級(jí)機(jī)分級(jí)間隙的改變一般靠對(duì)輥之間的空間位置變化來(lái)來(lái)改變分級(jí)間隙分為以下幾種: 按對(duì)輥之間的相對(duì)角度變化分級(jí): a) b) 圖2-2 按對(duì)輥角度變化分級(jí)原理圖 1.待分物料 2.分級(jí)輥 按對(duì)輥之間的相對(duì)高度變化分級(jí): 圖2-3 按對(duì)輥相對(duì)高度變化分級(jí)原理圖 1.定輥 2.浮動(dòng)輥 3.待分物料 由于對(duì)輥式分級(jí)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，分級(jí)范圍較廣，對(duì)棗子的破壞比較小，所以本次設(shè)計(jì)采用對(duì)輥式分級(jí)，按照對(duì)輥之間的角度相對(duì)變化來(lái)分級(jí)。 2.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理 2.2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 本設(shè)計(jì)吸收了當(dāng)前的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)，主要由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系、工作系、機(jī)架系四部分構(gòu)成。原動(dòng)機(jī)采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，傳動(dòng)系選擇V帶傳動(dòng)，齒輪傳動(dòng)，工作系由滾筒和刀片組成，其中工作系由圓形錐輥和卡位鐵皮組成，機(jī)架系由底座、架身、進(jìn)料斗、出料斗組成。此外采用全損耗系統(tǒng)用油進(jìn)行潤(rùn)滑，橡膠密封。主運(yùn)動(dòng)軸、軸承、鍵、聯(lián)軸器都采用標(biāo)準(zhǔn)件，易于更換。 2.2.2 工作原理 電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，通過(guò)聯(lián)軸器將動(dòng)力傳到V帶輪，通過(guò)V帶輪將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，經(jīng)過(guò)減速的動(dòng)力通過(guò)V帶將動(dòng)力傳到主運(yùn)動(dòng)軸，帶動(dòng)錐輥開(kāi)始工作。在確認(rèn)機(jī)器啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)后開(kāi)始喂料，喂料要及時(shí)均勻，要觀察入料口，如有堵塞及時(shí)清除。 工作原理簡(jiǎn)圖（總體方案圖） 圖2-4 對(duì)輥式紅棗分級(jí)機(jī)方案圖 1—入料斗，2—輥?zhàn)?，3—輥?zhàn)?，4—齒輪，5—V帶，6—機(jī)架， 7—電動(dòng)機(jī)，8—聯(lián)軸器，9—出料斗 2.3 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 組成：傳動(dòng)裝置由電機(jī)、減速器、工作機(jī)組成。 確定傳動(dòng)方案：考慮到電機(jī)轉(zhuǎn)速高，傳動(dòng)功率大，在工作中要承受輕微沖擊等實(shí)際要求，故采用一級(jí)斜齒輪減速器，初步確定傳動(dòng)系統(tǒng)總體方案如圖2。選擇帶傳動(dòng)和一級(jí)圓柱斜齒輪減速器。 傳動(dòng)裝置的總效率： ； 為聯(lián)軸器的效率，為高速軸齒輪的效率， 為高速軸承的效率，為第二對(duì)軸承的效率， 為第三對(duì)軸承的效率，為第四對(duì)軸承的效率，為V帶的效率（齒輪為9級(jí)精度，油脂潤(rùn)滑。因是薄壁防護(hù)罩,采用半開(kāi)式效率計(jì)算)。 3 主要部件的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 電動(dòng)機(jī)所需工作功率為： --工作裝置的功率；—總效率； 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速為100~200r/min 經(jīng)查表按推薦的傳動(dòng)比合理范圍，帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比，圓柱齒輪減速器傳動(dòng)比，則總傳動(dòng)比合理范圍為，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為。 根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，由設(shè)計(jì)手冊(cè)查出的電動(dòng)機(jī)型號(hào)，因此有以下三種傳動(dòng)比選擇方案，如下 表3-1 電動(dòng)機(jī)型號(hào) 方案 電動(dòng)機(jī)型號(hào) 額定功率 同步轉(zhuǎn)速 滿載轉(zhuǎn)速 電動(dòng)機(jī)質(zhì)量 參考價(jià)格 傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比 1 Y-112M-2 4 3000 2890 45 5.00 22.40 2 Y112M-4 4 1500 1440 43 3.48 20.42 3 Y132M1-6 4 1000 960 73 2.22 13.61 下面的表格就是電動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)、性能以及外形尺寸的數(shù)據(jù)： 表3-2 電動(dòng)機(jī)外形尺寸 中心高 外型尺寸 L×（AC/2+AD）×HD 底腳安裝尺寸A×B 地腳螺栓孔直徑K 軸伸尺寸D×E 裝鍵部位尺寸F×GD 112 38×265×190 190×140 12 28×60 8 圖3-1 電動(dòng)機(jī)主要外形安裝尺寸 3.2 確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和分配傳動(dòng)比 3.2.1 總傳動(dòng)比 由選定的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和工作裝置主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速，可得傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比為。 3.2.2分配傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比 式中分別為帶傳動(dòng)和減速器的傳動(dòng)比。 為使帶傳動(dòng)外廓尺寸不致過(guò)大，初步取，則減速器傳動(dòng)比為 3.3 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 3.3.1 各軸轉(zhuǎn)速 ? ?? ?? 3.3.2 各軸的輸出功率 3.3.3 因電動(dòng)機(jī)軸的輸出轉(zhuǎn)矩所以: 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)結(jié)果如下表: 表3-3 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)表 軸 名 功率P/ KW輸出 轉(zhuǎn)矩T /Nm輸出 轉(zhuǎn)速r/min 電動(dòng)機(jī)軸 1軸 2軸 3.6 3.42 3.02 22.92 65.36 304.3 1500 500 100 3.4 V帶及V帶輪的選擇計(jì)算 3.4.1 V 帶的選擇 因?yàn)樾л啠ㄖ鲃?dòng)輪）的轉(zhuǎn)速為500轉(zhuǎn)/分,輸出功率為3.42千瓦，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，經(jīng)查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》得到小帶輪初選的基準(zhǔn)直徑為140mm。初步確定選普通V帶B型，基準(zhǔn)長(zhǎng)度為1800mm。 實(shí)際工作時(shí)，應(yīng)對(duì)V帶的基本額定功率值加以修正。修正后既得實(shí)際工作條件下V帶所能傳遞的功率，稱為許用功率[]：[]=(+) 式中：-功率增量。 -包角修正系數(shù)。 -帶長(zhǎng)修正系數(shù)。 經(jīng)查表；；。 符合要求。 所以小帶輪的基準(zhǔn)直徑因選擇140mm。 根數(shù)的確定 設(shè)為傳動(dòng)的額定功率（Km），為工作情況，則計(jì)算功率為：； 式中：--工作情況系數(shù),查表得1.5。則： V帶的根數(shù)由式：計(jì)算確定，帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得；確定為兩根。 3.4.2 帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 1）大小帶輪直徑的確定 由3.4.1可知小V帶輪的直徑為140mm，設(shè)大帶輪為，由經(jīng)驗(yàn)公式： 帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得： 由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表13-9取 2）中心距的確定 初步選定中心距：取=650mm，符合，得帶長(zhǎng)： 經(jīng)查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表8-2得B型帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度=2240mm。再由計(jì)算實(shí)際中心距： 綜上所述，可以確定V帶選用普通V帶A型，，中心距為716mm；大帶輪直徑為400mm，小帶輪直徑為140mm。由于，所以采用輪輻式，小帶輪可采用孔板式。 3.5 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.5.1 主運(yùn)動(dòng)軸（從動(dòng)軸）的設(shè)計(jì) 1）求主運(yùn)動(dòng)軸上的功率，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩。 由上述可知，， 2）求作用在從帶輪上的力 已知低速帶輪的基準(zhǔn)圓直徑為 而初步知道： 圓周力： 徑向力: 軸向力： 3）初步確定主運(yùn)動(dòng)軸的最小直徑 先按課本初步估算軸的最小直徑,選取軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理,根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》的公式14-2： 式中：C—由軸的材料和承載情況確定的常數(shù)； P—傳遞的功率； n—軸的轉(zhuǎn)速。 帶入數(shù)據(jù)： 軸的最小直徑取24mm，顯然是安裝在軸承上的直徑,為了使所選的軸與軸承吻合,故需同時(shí)選取軸承的型號(hào)。 4）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 初步設(shè)計(jì)主運(yùn)動(dòng)軸（從動(dòng)軸）如圖： 圖3-2 軸簡(jiǎn)圖 1） 如上圖，ab段為螺紋，用以安裝橡膠輥，bc段安裝軸承，cd段安裝齒輪，ef段安裝另一軸承，fg安裝帶輪,在左側(cè)應(yīng)鉆螺紋孔，起軸向固定作。 2）初步選擇滾動(dòng)軸承 因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用,但軸向力相對(duì)較小，故選用單列深溝球軸承。參照工作要求并根據(jù),由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列深溝球軸承6005型，如表： 表3-4 軸承參數(shù)表 D B 軸承代號(hào) 17 35 10 19.4 32.6 6003 20 42 12 25 37 6004 25 47 12 30 42 6005 30 55 13 36 49 6006 3.5.2 主運(yùn)動(dòng)軸各軸段長(zhǎng)度直徑的確定 對(duì)于選取的單向深溝球軸承其尺寸為的,故直徑 長(zhǎng)度，，，，考慮到實(shí)際工作情況，將軸的總長(zhǎng)380mm。 3.5.3 求主動(dòng)軸上載荷及校核 首先根據(jù)結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖, 確定頂軸承的支點(diǎn)位置時(shí),查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得對(duì)于6005型的深溝球軸承,做為簡(jiǎn)支梁的軸的支承跨距. 由上述可知，圓周力：，徑向力：，軸向力： 1）求垂直面的支承反力(圖3-3 b） 2）求水平面的支承反力（圖3-3c） 3)F力在支點(diǎn)產(chǎn)生的反力（圖3-3d） 外力F作用方向與帶傳動(dòng)的布置有關(guān)，在尚未確定具體布置前，可按最不利情況考慮。 4)繪垂直面的彎矩圖（3-3圖b） 5）繪水平面的彎矩圖（圖3-3c) 6）F力產(chǎn)生的彎矩圖(圖3-3d） 截面F產(chǎn)生的彎矩圖為： 7)求合成彎矩圖（圖3-3e） 考慮到最不利的情況，把M與直接相加。 8）求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩（圖3-3f） 9） 求危險(xiǎn)截面的當(dāng)量彎矩（圖3-3g） 從圖可見(jiàn)，a-a截面最危險(xiǎn)，其當(dāng)量彎矩為 取折合系數(shù)=0.6，代入上式得 10) 計(jì)算危險(xiǎn)截面處軸的直徑 軸材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表14—1查得σ=650 MP，由 表14-3查的許用應(yīng)力=60 MP，則 傳動(dòng)外廓尺寸不致過(guò)