農(nóng)作物清洗機(jī)的設(shè)計(jì),農(nóng)作物,清洗,設(shè)計(jì) 沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì) 目 錄 1. 設(shè)計(jì)意義與目的 …………………………………………………………………………………1 1.1農(nóng)作物清洗機(jī)的現(xiàn)狀 ……………………………………………………………………………1 1.2農(nóng)作物清洗機(jī)優(yōu)點(diǎn) ………………………………………………………………………………1 2. 總體設(shè)計(jì)說明 ……………………………………………………………………………………1 2.1 清洗機(jī)工作過程 ………………………………………………………………………………1 3.機(jī)構(gòu)及工作原理 ………………………………………………………………………………2 3.1農(nóng)作物清洗機(jī)清洗部位工作原理 ………………………………………………………………2 3.2滾筒噴淋清洗器工作原理 ………………………………………………………………………2 3.3傳送機(jī)構(gòu)工作原理 ………………………………………………………………………………3 3.4傳送機(jī)構(gòu)PLC控制電路圖 ………………………………………………………………………3 4．部件與零件設(shè)計(jì)說明 ……………………………………………………………………………4 4.1清洗液速度與沖擊力的關(guān)系 ……………………………………………………………………4 4.2 受力分析 ………………………………………………………………………………………5 4.3 農(nóng)作物清洗試驗(yàn) ………………………………………………………………………………5 4.3.1農(nóng)作物試驗(yàn)數(shù)據(jù) ………………………………………………………………………………5 4.3.2滾筒式噴淋與固定式清洗器的對(duì)比 …………………………………………………………6 4.4快速進(jìn)、退機(jī)構(gòu)改進(jìn) ………………………………………………………………………………6 5. 設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)及其他……………………………………………………………………………………6 參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………………………………7 致謝……………………………………………………………………………………………………7 1.設(shè)計(jì)的意義與目的 1.1農(nóng)作物清洗機(jī)的現(xiàn)狀 隨著我國(guó)農(nóng)作物產(chǎn)量的大幅提高以及我國(guó)農(nóng)作物出口的數(shù)量不斷增大，高品質(zhì)的農(nóng)作物越來越重要，許多根莖類農(nóng)作物以及一些高品質(zhì)需要更好的外觀品質(zhì)和質(zhì)量要求，許多農(nóng)作物由于生長(zhǎng)過程中必然會(huì)帶有泥土和農(nóng)藥，所以清洗農(nóng)作物大量勞動(dòng)是一個(gè)影響我國(guó)高品質(zhì)農(nóng)作物走出國(guó)門的問題，如果采用大量人力的話必然導(dǎo)致勞動(dòng)資源的浪費(fèi)，所以生產(chǎn)一種農(nóng)作物水果都可以清洗的農(nóng)作物清洗機(jī)械對(duì)提高生產(chǎn)力有的和重要的影響，所以農(nóng)作物清洗機(jī)械孕育而生。 1.2設(shè)計(jì)的農(nóng)作物清洗機(jī)應(yīng)該具有以下優(yōu)點(diǎn) （1）適用于多種農(nóng)作物，不論農(nóng)作物大小、形狀都可以清洗； （2）清洗量大、速度快、能效高，最大限度的做到節(jié)省能源的目的； （3）便于操作于維護(hù)，是農(nóng)作物清洗變成人人能操作能維護(hù)的機(jī)械； （4）對(duì)外界環(huán)境污染小，對(duì)清洗農(nóng)作物污染小。 2.總體設(shè)計(jì)說明 2.1清洗機(jī)工作過程 將要清洗農(nóng)作物放入皮帶輪上，啟動(dòng)電源，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪組帶動(dòng)皮帶輪運(yùn)動(dòng)，同事也帶動(dòng)清洗裝置的齒輪組，使?jié)L筒清洗器開始運(yùn)動(dòng)，此時(shí)可以控制清洗液裝置的調(diào)流閥控制清洗液的用量，清洗液通過流液管到達(dá)滾筒清洗器的內(nèi)部腔體內(nèi)，加之滾筒清洗器的滾動(dòng)旋轉(zhuǎn)就將清洗液噴出，形成噴淋達(dá)到清洗農(nóng)作物的目的，同時(shí)皮帶采用快速進(jìn)退機(jī)構(gòu)達(dá)到往復(fù)運(yùn)動(dòng)，是農(nóng)作物清洗時(shí)間更長(zhǎng)，清洗效果更徹底的目的。 圖表 1 農(nóng)作物清洗機(jī)構(gòu)造圖 3.機(jī)構(gòu)及工作原理 3.1農(nóng)作物清洗機(jī)清洗部位工作原理 此圖為滾筒噴淋清洗器俯視圖，由圖可以看出其工作過程，當(dāng)電動(dòng)機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)內(nèi)部的單向閥做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，為滾筒清洗器提供動(dòng)力，使其轉(zhuǎn)動(dòng)起來，然后清洗液通過管道由空心軸進(jìn)入滾筒噴淋清洗機(jī)的內(nèi)部腔體，浸滿清洗液達(dá)到清洗的裝備，皮帶輪為運(yùn)輸所要清晰的農(nóng)作物的。 圖表 2 農(nóng)作物清洗機(jī)俯面圖 3.2滾筒噴淋清洗器工作原理 此圖為滾筒噴淋清洗器剖面圖，當(dāng)清洗液進(jìn)入內(nèi)部腔體后，滾筒在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下開始做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，清洗液由內(nèi)孔流到外層腔體后再由外孔被旋轉(zhuǎn)出形成噴淋效果，達(dá)到清洗農(nóng)作物的目的。 圖表 3 滾筒噴淋清洗器刨面圖 3.3傳送機(jī)構(gòu)工作原理 此圖為皮帶運(yùn)動(dòng)原理，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)皮帶輪運(yùn)動(dòng)，加入PLC控制電路時(shí)起運(yùn)動(dòng)方向逆轉(zhuǎn)達(dá)到進(jìn)給、回退得往復(fù)運(yùn)動(dòng)，加之用油泵，采用液壓原理，是往復(fù)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性更好，延長(zhǎng)機(jī)器的使用壽命。 圖表 4 傳送機(jī)構(gòu)原理圖 3.4 傳送機(jī)構(gòu)PLC控制電路圖 圖表 5 進(jìn)給回退PLC電路控制圖 LD X0 OR M0 ANI M1 ANI M2 OUT M0 LD X1 OR M1 ANI M0 ANI M2 OUT M1 LDI X2 SET M2 LD M2 OUT T0 K 20 LD T0 RST M2 LD M0 OUT Y0 LD M1 OUT Y1 END ?注： X0=PB1(a接點(diǎn)) X1=PB2(a接點(diǎn)) X2=PB3(b接點(diǎn)) 4.部件與零件設(shè)計(jì)說明 4.1 清洗液速度與沖擊力的關(guān)系 圖表 6 清洗蔬菜清洗區(qū)工作過程圖 影響蔬菜清洗運(yùn)動(dòng)的主要參數(shù)有：曲柄角速度ω、滑塊的振幅L。為使問題簡(jiǎn)化，我們把蔬菜裝在菜籃里看作一個(gè)整體，其 運(yùn)動(dòng)方程 s=L(1-cosωt) 速度方程 v=Lωsinωt 加速度方程 a=Lω2cosωt 可見，當(dāng)ωt=(2n+1)π/2 (n=0、1、2、3)時(shí)，Vmax=Lω;當(dāng)ωt=nπ(n=0、1、2、3)時(shí)，Amax=Lω2 4.2 受力分析 蔬菜上的粘著物所受的橫向力有粘著力S、慣性力G、水的阻力F.須使慣性力G與水的阻力F之矢量和最大值大于粘著物的粘著力S時(shí)，粘著物才能從蔬菜上被洗脫(試驗(yàn)表明)當(dāng)物體在液體中運(yùn)動(dòng)速度不大時(shí))液體的阻力與物體運(yùn)動(dòng)速度成正比)即f=Μv,μ為與液體性質(zhì)及物體形狀有關(guān)的系數(shù)(為求F與G之和的最大值 令r=F+G=μv+ma=μLωsinωt+mLω2cosωt Dr/dt=μLω2cosωt-mLω2ωsinωt=0 Tgωt=μ/mω Rmax=ωLωμ/m2ω2+μ2+mLω2mω/m2ω2+μ ω、L取得越大，rman就越大，粘著在蔬菜上的污物越容易洗脫。 振動(dòng)清洗過程中蔬菜的受力是十分復(fù)雜的，有相互間的摩擦、碰撞、水的阻力、切向力、慣性力等， 而運(yùn)動(dòng)的阻力和慣性力與流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、蔬菜的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、蔬菜的表面形狀、體積、密度等諸多因素有關(guān)，要進(jìn)行精確分析是十分困難的，為使問題簡(jiǎn)化，便于分析，我們可以抽象出計(jì)算蔬菜運(yùn)動(dòng)阻力的力學(xué)模型，分析出物體對(duì)流體的作用力R R=ρ∫aν12dA-ρ∫aν22dA-ρ∫ν1（ν1-ν2）dA =ρ∫aν2（ν1-ν2）dA 式中v1(取菜籃運(yùn)動(dòng)平衡位置的速度即vmanx在斷面上的分布可測(cè)定,通過數(shù)字積分可求出阻力值,流體作用在物體上的力與R等值反向.以上分析了蔬菜運(yùn)動(dòng)過程中的運(yùn)動(dòng)阻力和慣性力,而蔬菜在運(yùn)動(dòng)中的摩擦、撞、壓是肯定存在不能忽視的，動(dòng)著的菜籃中的蔬菜速度不可能完全一致，而蔬菜之間具有相對(duì)速度會(huì)產(chǎn)生摩擦，摩擦產(chǎn)生的切向力與水的切向阻力大于蔬菜表皮細(xì)胞分子間的拉力時(shí)，皮損傷、向力大于蔬菜表皮與里層細(xì)胞的牽連力時(shí)會(huì)造成表皮脫落，籃作的是往復(fù)運(yùn)動(dòng)，菜籃反向的瞬間蔬菜間的碰撞。擠壓最大，當(dāng)碰撞力大于菜葉纖維的張力時(shí)菜葉被折斷，當(dāng)擠壓力大于蔬菜表面張力時(shí)蔬菜表面被壓潰。無論蔬菜的表皮擦傷還是壓潰，或是菜葉折斷都會(huì)使蔬菜的營(yíng)養(yǎng)受到損失。 總之，清洗中影響蔬菜損傷率的主要因素是菜籃在水中往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度v加速度a大. 蔬菜在噴淋清洗池內(nèi)主要受到噴頭噴射水的沖擊力I大小為I=pQ(v2-v1) 4.3農(nóng)作物清洗試驗(yàn) 4.3.1農(nóng)作物試驗(yàn)數(shù)據(jù)： 蔬菜名稱 往復(fù)次數(shù) r/min 清洗時(shí)間 min 蔬菜行程 cm 蔬菜的損傷率% 清洗率 % 馬鈴薯 90 3 60 0 99.98 紅薯 90 2 60 0 99.93 白菜 6 4 60 3.21 98.90 菠菜 6 5 60 4.03 98.88 香菜 5 7 60 5.10 97.87 芹菜 7 4 60 3.32 98.16 白蘿卜 80 3 60 0 99.95 萵筍葉 6 3 60 5.20 99.10 表1 蔬菜清洗實(shí)驗(yàn)表 蔬菜名稱 往復(fù)次數(shù) r/min 行程 cm 清洗時(shí)間 Min 蔬菜的損傷率 % 洗凈率 % 馬 鈴 薯 80 60 6 0 99.98 5 60 6 0 69.88 80 60 6 0 87.60 5 60 6 0 51.83 白 菜 80 60 6 0 99.99 5 60 6 0 98.81 80 60 6 0 98.68 5 60 6 0 96.53 表2 馬鈴薯與白菜清洗對(duì)比表 4.3.2 滾筒式噴淋與固定式清洗器的對(duì)比 清洗方式 表面污物 （目測(cè)） 清洗功耗 （KW） 清洗液用（L/min） 噴嘴堵塞率 （半年） 固定式噴淋清洗器 不能全部清除 1.6 180 70% 旋轉(zhuǎn)式噴淋清洗器 全部清除 0.8 90 0 表3 兩種清洗方式工作性能對(duì)比 由圖標(biāo)可以計(jì)算出滾筒式的比固定式的在清洗功耗上清洗液用量上都是其對(duì)方的一半以上，而在清洗的程度上和易碎壞方面更是強(qiáng)于固定式的。滾筒式清洗的清洗液速度和沖擊力比固定噴管式清洗系統(tǒng)均有明顯的提高，同時(shí)，農(nóng)作物通過清洗區(qū)時(shí)，其表面可承受來自不同方向的噴射流液的沖擊和清洗，提高了清洗效率。用此種方法改進(jìn)設(shè)計(jì)的清洗機(jī)使用效果良好。 4.4快速進(jìn)、退機(jī)構(gòu)改進(jìn) 此圖為常用的快速、退機(jī)構(gòu)構(gòu)造，此機(jī)構(gòu)使機(jī)器進(jìn)退效率低，易損耗，穩(wěn)定性差。經(jīng)過改造后的進(jìn)退機(jī)構(gòu)整體運(yùn)行狀況良好，穩(wěn)定性、可靠性提高了，進(jìn)給速度、進(jìn)給行程的可調(diào)性也大大地提高了，使用方便、簡(jiǎn)捷，工作效率也有所提高，故障率降低了，所以工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大大地降低了。所選用的部件都是標(biāo)準(zhǔn)的、通用的，更方便維護(hù)。(見圖表4) 5.設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)及其他 隨著我國(guó)農(nóng)作物產(chǎn)量的大幅提高以及我國(guó)農(nóng)作物出口的數(shù)量不斷增大，高品質(zhì)的農(nóng)作物越來越重要，許多根莖類農(nóng)作物以及一些高品質(zhì)需要更好的外觀品質(zhì)和質(zhì)量要求，許多農(nóng)作物由于生長(zhǎng)過程中必然會(huì)帶有泥土和農(nóng)藥，所以清洗農(nóng)作物大量勞動(dòng)是一個(gè)影響我國(guó)高品質(zhì)農(nóng)作物走出國(guó)門的問題，如果采用大量人力的話必然導(dǎo)致勞動(dòng)資源的浪費(fèi)所以生產(chǎn)一種農(nóng)作物水果都可以清洗的農(nóng)作物清洗機(jī)械對(duì)提高生產(chǎn)力有的重要影響，為我國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，起到了重要作用。 6．參考文獻(xiàn) 1.安二中.蔬菜清洗機(jī).機(jī)械工程材料,1996,8期. 2.張春林.機(jī)械原理.3版.中國(guó):高等教育出版社.2006. 3.威爾遜.機(jī)械原理.1版.中國(guó):重慶大學(xué).2005. 4.王文山.機(jī)電一體化.2版.中國(guó):機(jī)械工作出版社.2005 致 謝 本論文的選題、研究?jī)?nèi)容、研究方法及論文的形成是在導(dǎo)師教授支持、鼓勵(lì)和悉心指導(dǎo)下完成的。在論文的設(shè)計(jì)過程中，導(dǎo)師在論文的選題及研究?jī)?nèi)容方面都給予我嚴(yán)格的要求和關(guān)鍵性的指導(dǎo)，論文完成后給予詳細(xì)的審閱和修改。導(dǎo)師高尚的人格、淵博的學(xué)士、嚴(yán)禁的治學(xué)態(tài)度、崇高的敬業(yè)精神、精辟的見解、風(fēng)雅的談吐、豐富的人生閱歷和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)都對(duì)我影響至深，將使我受益終身。 我還要感謝大學(xué)四年來所有的老師，為我們打下了堅(jiān)實(shí)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其制動(dòng)化專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)；同時(shí)還要感謝所有的同學(xué)們，正是因?yàn)橛辛四銈兊闹С趾凸膭?lì)，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會(huì)順利完成。 - 9 -