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差動(dòng)分級式齒輥式破碎機(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MMD齒輥式破碎機(jī)大量被使用。但是，從平時(shí)的調(diào)查來看，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(gè)粉碎腔，通過標(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，另一種是濕潤的煤會(huì)導(dǎo)致堵塞。齒輥式破碎機(jī)由于沒有有效的分級機(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)煤礦沒有要求的干燥度。 3）MMD破碎機(jī)的破碎能力通過提高傳動(dòng)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(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)新的，高效的差分和分級齒輥式破碎機(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(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是獨(dú)立的的實(shí)際長度，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長度的曲柄，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，過多大傳動(dòng)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(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(jī)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(gè)明顯得局部問題。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(jī)的
多對象設(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(jìn)的能力全局優(yōu)化;通過使用隨機(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。針對不同的問題，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，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)與差分和分級齒輥式破碎機(jī)我們的優(yōu)化對象壓榨能力為4000噸/小時(shí)。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(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解決這個(gè)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(jìn)制編碼方法比較相對方便的使用時(shí)，在理論分析。但對于多維和高精度數(shù)值校準(zhǔn)的問題，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(jì)算的總的適應(yīng)性和在同一時(shí)間的相對并累計(jì)每一個(gè)人的適應(yīng)性。然后，輪盤變成為50倍，和一個(gè)隨機(jī)號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)過選擇，交叉和變異操作，評價(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)在中國大量出售。根據(jù)實(shí)際工作情況，不同的差分和分級齒輥式破碎機(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)化搜索過程，在這過程中，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。編者還要感謝鄭州長城冶金設(shè)備廠免費(fèi)提供的有用的材料。
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塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)
對輥式紅棗分級機(jī)的設(shè)計(jì)
目 錄
1 緒論 1
1.1 課題來源及研究的目的和意義 1
1.2 國內(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分級輥 14
結(jié) 論 15
致 謝 16
參 考 文 獻(xiàn) 17
1 緒論
1.1 課題來源及研究的目的和意義
紅棗，又名大棗。自古以來就被列為“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，對帶動(dòng)地區(qū)經(jīng)濟(jì)增長，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,是國家農(nóng)業(yè)部確認(rèn)的國家級綠色食品基地.南疆地區(qū)光照時(shí)間長,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;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)481.08萬畝，約占全國的21.38%；產(chǎn)量26.32萬噸，約占全國的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+小麥、棗樹+豆類、棗樹+棉花、棗樹+蔬菜、棗樹+西（甜）瓜。成片建園的棗樹株行距多以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，紅棗品質(zhì)受到追捧，國內(nèi)外出現(xiàn)熱銷紅棗的態(tài)勢，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)過篩選、分級、哄干、包裝后銷售。
其中，紅棗分級是紅棗制干過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，紅棗分級質(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 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析
國外公司較早開始對水果自動(dòng)分級技術(shù)進(jìn)行研究并將研究成果產(chǎn)品化，意大利、日本和美國是果品分級分選設(shè)備研究的倡導(dǎo)者，目前來看，歐洲果品分級分選設(shè)備的研究集中在果品分級生產(chǎn)線的研制；美國和亞洲的日本、韓國則是著重研究尖端的分級分選技術(shù)，比如核磁共振成像分級、內(nèi)部品質(zhì)檢測分級，如成熟度分級等。 我國對智能化程度較高的果品分選機(jī)的研制尚處于起步階段，對水果品質(zhì)檢測及自動(dòng)分級研究時(shí)間不長，國內(nèi)目前能生產(chǎn)的水果分級設(shè)備基本還限于機(jī)械分級階段，主要進(jìn)行大小、重量的分級，自動(dòng)分級設(shè)備基本還處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段。我國水果質(zhì)量檢測中使用的水果品質(zhì)自動(dòng)檢測生產(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)備是針對大農(nóng)場生產(chǎn)所設(shè)計(jì)的，在我國小農(nóng)戶生產(chǎn)方式的農(nóng)產(chǎn)品的檢測中并不實(shí)用。
目前國內(nèi)主要的紅棗分級機(jī)構(gòu)有以下幾種：一是差速帶式紅棗分級機(jī)。差速帶式紅棗分級機(jī)，由差速帶式紅棗分級機(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)有兩級的差速帶式紅棗分級裝置，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)有分級皮帶，每根分級皮帶的下方設(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)簡單、操作方便、無卡棗現(xiàn)象、紅棗破損率低的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是效率低，分級不均，造價(jià)較高。二是重疊式篩籠紅棗分級機(jī)。該紅棗分級機(jī)，解決現(xiàn)有紅棗分級機(jī)分級效果差、破損率較高以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題，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)簡單、造價(jià)低、效率高，可一次將紅棗分成多個(gè)等級，分級均勻，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。
針對上述兩種紅棗分級機(jī)存在的問題，課題提出一種對輥式紅棗分級機(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
輥式分級機(jī)主要有以下輥帶式和對輥式。輥帶式尺寸分級一般由分級滾軸和輸送帶組成。根據(jù)分級滾軸直徑是否變化又可以分為等徑輥帶式尺寸分級機(jī)和變徑輥帶式尺寸分級，如下圖：
圖2-1 等徑輥帶式分級機(jī)原理圖
1.輸送帶主帶輪 2.待分級物料 3.分級隔板
對輥式尺寸分級機(jī)分級間隙的改變一般靠對輥之間的空間位置變化來來改變分級間隙分為以下幾種:
按對輥之間的相對角度變化分級:
a) b)
圖2-2 按對輥角度變化分級原理圖
1.待分物料 2.分級輥
按對輥之間的相對高度變化分級:
圖2-3 按對輥相對高度變化分級原理圖
1.定輥 2.浮動(dòng)輥 3.待分物料
由于對輥式分級的結(jié)構(gòu)簡單，分級范圍較廣，對棗子的破壞比較小，所以本次設(shè)計(jì)采用對輥式分級，按照對輥之間的角度相對變化來分級。
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，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)，通過聯(lián)軸器將動(dòng)力傳到V帶輪，通過V帶輪將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，經(jīng)過減速的動(dòng)力通過V帶將動(dòng)力傳到主運(yùn)動(dòng)軸，帶動(dòng)錐輥開始工作。在確認(rèn)機(jī)器啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)后開始喂料，喂料要及時(shí)均勻，要觀察入料口，如有堵塞及時(shí)清除。
工作原理簡圖（總體方案圖）
圖2-4 對輥式紅棗分級機(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，為第二對軸承的效率，
為第三對軸承的效率，為第四對軸承的效率，為V帶的效率（齒輪為9級精度，油脂潤滑。因是薄壁防護(hù)罩,采用半開式效率計(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)手冊查出的電動(dòng)機(jī)型號，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
方案
電動(dòng)機(jī)型號
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)長度為1800mm。
實(shí)際工作時(shí)，應(yīng)對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：
經(jīng)查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表8-2得B型帶基準(zhǔn)長度=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。
4）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
初步設(shè)計(jì)主運(yùn)動(dòng)軸（從動(dòng)軸）如圖：
圖3-2 軸簡圖
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
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)軸各軸段長度直徑的確定
對于選取的單向深溝球軸承其尺寸為的,故直徑
長度，，，，考慮到實(shí)際工作情況，將軸的總長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)算簡圖, 確定頂軸承的支點(diǎn)位置時(shí),查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》得對于6005型的深溝球軸承,做為簡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，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