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臍橙分級機分級部分
摘要
近年來，隨著我國特別是贛南地區(qū)臍橙種植業(yè)的發(fā)展，對臍橙分級精度的要求越來越高。臍橙分級是臍橙采后加工的第一步，分級結(jié)果對分級后銷售價格及后續(xù)加工都有極大的影響。以實現(xiàn)臍橙機械化分級為出發(fā)點，以提高分級精度為目標，對影響臍橙分級機的因素進行試驗研究，找出影響分級精度的主要因素及影響趨勢，研究分級機對臍橙的分級機理，選擇較優(yōu)工作參數(shù)，為分級機結(jié)構(gòu)設(shè)計進一步完善提供一定的理論依據(jù)。臍橙分級是以其外形尺寸為標準，按大小進行分級。對不同品種核桃的縱徑、橫徑和側(cè)徑尺寸進行測量，并對測量結(jié)果統(tǒng)計分析。在對尺寸分級研究的基礎(chǔ)上，最終確定以臍橙側(cè)徑方向尺寸為標準進行分級。分級機采用輥軸式分級法，對臍橙進行連續(xù)無級分級。本文闡述了它的結(jié)構(gòu)特點和工作原理，分析了臍橙在輥軸上的運動以及運動速度對分級效果的影響，對分級機的主要工作部件進行設(shè)計研究，確定相關(guān)參數(shù)。
關(guān)鍵詞：臍橙；變間隙螺距；大小分級；分級精度
Navel Classifier section
Abstract
??? In recent years, particularly with the development of China's southern Jiangxi navel orange crop , the classification accuracy of orange increasingly high demand . Navel orange classification is the first step taken after processing , the impact of the results of the hierarchical classification and subsequent processing of the sales price has greatly . Navel mechanization to achieve classification as a starting point to improve the classification accuracy as the goal, the factors affecting the navel grader pilot study to identify the main factors affecting the accuracy of classification and influence trends , research classifier for classification mechanism navel choose the optimum operating parameters , in order to further improve the structural design of the classifier to provide a theoretical basis. Navel classification is its dimensions as a standard, graded by size . Different varieties of walnuts longitudinal and transverse diameters and side diameter size was measured , and the measurement results of the statistical analysis . Based on the size classification research, in order to finalize the orange side in the radial direction size as a standard classification. Classifier using roller shaft classification method, the navel continuous stepless classification. This paper describes the characteristics of its structure and working principle , analyzed the effects of the movement and its impact on the movement speed graded orange roller shaft, the main working parts of the grading machine design study to determine the relevant parameters.
Keywords : orange ; variable gap pitch ; size classification ; classification accuracy
目錄
摘要 1
目錄 3
第一章 緒論 4
1.1研究目的和意義 4
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 4
1.2.1國內(nèi)外果蔬分級法 4
1.2.1.1 按重量分級 4
1.2.1.2 按大小分級 5
1.2.1.3 光電式分級 7
1.2.2國內(nèi)外果蔬分級機械發(fā)展狀況 8
1.3存在的問題 10
1.4主要研究的內(nèi)容 10
第二章 臍橙分級機的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 10
2.1臍橙分級機的技術(shù)參數(shù)及結(jié)構(gòu)要求 10
2.1.1臍橙的物理特性 10
2.1.2技術(shù)要求 11
2.1.3臍橙分級機的結(jié)構(gòu)要求 11
2.1.4臍橙分級機的工作原理 11
2.2整體設(shè)計原則 12
2.3臍橙分級機的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 12
2.3.1機架結(jié)構(gòu)設(shè)計 12
2.3.1.1電動機的選用 13
2.3.1.2減速器的選用 14
2.3.1.3傳動系統(tǒng)的設(shè)計 14
第三章 主要工作部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 15
3.1分級輥的設(shè)計 15
3.2分級部分鏈條的設(shè)計 18
3.3主動鏈輪的設(shè)計 19
3.4螺旋軌道軸上的鏈輪設(shè)計 20
3.5 鏈輪軸的設(shè)計 21
3.6傳動中間軸的設(shè)計 23
3.6.1傳動中間軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 23
3.7螺旋軌道軸的設(shè)計 24
3.7.1螺旋軌道軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定 24
3.7.2螺旋軌道軸扭矩及軸向力分析 26
3.7.3螺旋軌道軸的轉(zhuǎn)速的確定 27
3.9圓錐齒輪的設(shè)計 29
3.9.1圓錐齒輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計 29
參考文獻 31
總結(jié) 32
致謝 33
第一章 緒論
1.1研究目的和意義
由于我省是贛南臍橙的主要產(chǎn)地，贛南臍橙在國內(nèi)外也享譽盛名，人們對贛南臍橙的需求也越來越大，促成了臍橙產(chǎn)業(yè)的形成。市場對高精度的贛南臍橙大小分級機的需求也越來越大，急需設(shè)計分級精度較高的輥軸式贛南臍橙大小分級機。高精度的臍橙分級機有利于提高我省贛南臍橙的賣相，從而有利于提高我省贛南臍橙的產(chǎn)品競爭力，開拓國外市場。增加果農(nóng)收益，提高我省經(jīng)濟發(fā)展。
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1國內(nèi)外果蔬分級法
果品采后分級，對于保證果品質(zhì)量，方便貯運，促進銷售，便于食用和提高產(chǎn)品的競爭力具有重要意義。因此，發(fā)達國家極為重視，特別注重果品分級機械的開發(fā)，但專門為核桃分級而設(shè)計的機械并不多見。下面從重量、大小、色度三個方面入手,對國內(nèi)外分級機的研制情況加以介紹。
1.2.1.1 按重量分級
圖1-1重量的水果，是通過改變組織圖傾翻力矩進行分級。延伸的具有一可轉(zhuǎn)動的托架上的鏈板安裝托架，果實杯容納在桿的另一端部的一端為內(nèi)杯平衡和可滑動的果實重量。作為鏈沿配重導向臂移動時是逐漸壓入軸，所述轉(zhuǎn)矩平衡降低，失去了杯子會翻倒的平衡，卸載到相應(yīng)的位置上果實的重量之后。分類的另一種方法，按重量計，通過改變彈簧調(diào)整的傾覆力矩，如圖1-2所示。鏈傳動皮帶驅(qū)動器托盤可翻轉(zhuǎn)一起移動，而果盤的支持，一個彈簧不向下傾斜。當鏈條移動到上方拉伸彈簧的小托盤，托盤失去平衡，取出果實。
可見，杠桿是利用這些機構(gòu)的重量單指標來確定物理，精度一般是可靠的。非標產(chǎn)品的各種形狀可分為，除了它通常安裝在計量料斗一種產(chǎn)品，該產(chǎn)品不滾的分類，而不是通過狹縫，它更適合用于排序的產(chǎn)品容易受到傷害。然而，由于分散式供應(yīng)平地機難以實現(xiàn)，所以效率稍差一些，而且結(jié)構(gòu)復雜，使用調(diào)整后的不便，價格較高。目前開始使用電子秤分類器由電感器，功率輸出控制所產(chǎn)生的壓力，從而提高分級精度，提高分級效率。
1.2.1.2 按大小分級
發(fā)展成熟的大小分類，采用不同的分類方法，分類的目的。一般來說，可以分為以下幾種類型，我們分別加以介紹：穿孔紙帶和攔污柵輥年級圓的水果和蔬菜，根據(jù)它們的大小分類。與網(wǎng)寬帶光纖產(chǎn)品一般打，帆布，橡膠，金屬或其他材料。輸送網(wǎng)大小可以只有一個，但不會賣產(chǎn)品落入一個小篩子擺脫，或傳送帶分成幾個階段，用小篩子，篩子的第一階段后，各分部將逐步增加大圖1-3。由三個步驟組成的軋輥滾筒篩分分級部鐵桿，每個輥子間隙型圍欄， 1級到級的間隙增大3網(wǎng)格線，柵指當間隙比水果的直徑，則與此相對應(yīng)的下落較小的接觸料斗，如圖1-4所示。但因為水果可能會造成更大的痛苦時引起分級，它通常只用于那些誰不給機械負載，因此需要做水果分級的進一步處理敏感的碰撞，沖擊損壞。
叉式平地機稱為皮帶或鏈條平地機，由兩個環(huán)形輸送帶（鏈）或輸送帶（鏈）和一對分級的網(wǎng)站構(gòu)成旋轉(zhuǎn)軸。上述每一對不平行而是斜叉構(gòu)成“八”字形。配對開始非?？拷牟课?，這兩個增長之間的規(guī)則距離后，使該起始端的產(chǎn)品分類的一小部分倒下，但產(chǎn)品可以是大于距離下降到圖1所示的輸送機 - 5排序時，這兩個可能不是同一速度，使得水果有帶式輸送器之間的一些轉(zhuǎn)動，因此更適合于分揀梨等非球形的水果。
可調(diào)節(jié)高度和擋板平地機平地機是在一定距離設(shè)置一個酒吧傳送帶的上部，從傳送帶在一個大型酒吧結(jié)束的開始，后面極高度的高度從傳送帶時下降在輸送帶承載著水果，水果的磨損，但大欄，旋轉(zhuǎn)圓盤的效果被安裝在所述桿從傳送帶下降，通過第一棒，但有些磨損較小的水果，但是從第二橫桿落在傳送帶上，使該產(chǎn)品下降到不同的水平。原則上擋板分類系統(tǒng)如圖1-6所示，輕微的撞擊圓桌中心，直徑2? 3m時，不斷旋轉(zhuǎn)平臺的過程中，使果實總是相同的旋轉(zhuǎn)軋輥固定的環(huán)形擋板，擋板安裝沿相反傾斜的表，并且可調(diào)節(jié)的，通過該間隙，形成一個不同的，起到分選的作用。幫助水果容易通過這間隙，在旋轉(zhuǎn)工作臺的間隙也安裝有一定數(shù)目的刷子。該設(shè)備適用于球形排序蔬菜，水果，多品種的蘋果，西紅柿等分類。
料斗光圈自動展開平地機，也稱為花瓣分類器，如圖1-7所示。分類器行變量料斗通過傳送帶連接的。料斗具有多個部件，輸送機向前傳輸時，自動料斗部件，緩緩擴大，一朵花的形狀慢慢地打開，使得分級料斗開口逐漸擴大的小料斗的大小開始脫落傳送帶的過程在十字架上，運大木箱。料斗傳送帶向前移動，自動漏斗不斷擴大，同時也對產(chǎn)品電源交叉輸送機的較低水平。由于料斗本身連續(xù)和自動地擴展孔徑在傳輸過程中，它可以分為幾個等級遞增的材料。圓錐滾子平地機是由一對圓錐滾子的，其間還有一定的差距，如圖1-8所示。果位于兩軸間隙，并與前行搬送裝置中，當果小于所述輥子的直徑，輥低于果盤。由于軋輥間隙在平行于錐形的增加，并因此根據(jù)間隙變化，果實成不同的等級。
1.2.1.3 光電式分級
光學分級機又叫做光線式分級機，不僅可對產(chǎn)品進行大小分級，還可對產(chǎn)品進行外觀品質(zhì)和內(nèi)部品質(zhì)分級。光線式大小分級機是根據(jù)光束遮斷法和圖像處理法制成，進行非接觸式測量。當被測果品不滿足分級要求時，檢測信號傳送到控制裝置，用推板或強氣流將果品排出到外側(cè)的輸送帶上，加以分級。原理如圖 1-9所示，在果品傳送帶上合適的位置安裝幾對不同級別的分機器，分機器由兩組相對的射光器 L 和感光器 R 組成，果品隨傳送帶移動的時候，經(jīng)過這些分機器時，如果兩道光束同時被遮擋，則果品直徑比該級要大，用氣流噴射的方式將其分到相應(yīng)的級別中。
外觀品質(zhì)分級機是利用光束照射果實，通過光束反射率來判斷果實的差色程度或傷痕等。按色澤分級的分級機工作原理是:果實從電子發(fā)光點前面通過，果實表面產(chǎn)生的反射光被測定波長的光電管接受。反射光的波長因果實表面顏色的不同而變化。系統(tǒng)根據(jù)采集的波長進行分析并確定取舍，達到分級目的。意大利的果品貯藏加工業(yè)最早使用顏色分級機，主要對蘋果進行顏色分級，其原理就是按照綠色比紅色的反射光強的道理進行的。工作時，蘋果隨松軟的傳送帶上跳躍前進，以便于光線能照射到水果的大多部位，這樣可以避免水果被單面照射。電腦接收到反射光，按照不同的反射率將果實分級，一般將其分為全綠果、半綠(半紅)果和全紅果等級別。
內(nèi)部品質(zhì)分級機是利用一定波長的光照射產(chǎn)品，在不破壞產(chǎn)品的情況下，通過測定透過光的強度來推斷產(chǎn)品中的糖和酸及其他成分的含量。果實內(nèi)部品質(zhì)包括很多方面，如成熟度、糖分含量、酸度、空心爛心等。如果僅靠人的視覺、觸覺是很難進行準確的選別的。目前應(yīng)用較為廣泛效果較好的是透光檢測法檢驗果品內(nèi)部是否腐爛的情況。如圖 1-10 所示，馬達帶動濾光器以一定的速度回轉(zhuǎn)，濾光器上的干涉濾光片僅讓某種波長的光通過，經(jīng)透鏡集光后照射到被測物上，被測物置于海綿質(zhì)的下緩沖墊上，操縱手柄使下托架上升至被測物上部與上緩沖墊相接觸，借助下緩沖墊上的檢驗眼測出透光量。這種利用透光率的方法精確度高，所以應(yīng)用廣泛。
圖1-10 光電式大小分級機示意圖
1-馬達 2-光源 3-濾光器 4-透鏡 5-緩沖墊 6-被測物 7-檢驗眼 8-增幅計算器
9-顯示儀 10-被檢測物上下移動裝置
1.2.2國內(nèi)外果蔬分級機械發(fā)展狀況
德國開發(fā)出了更先進的計算機控制體重分級機，采用先進的電子設(shè)備測定其重量，可能需要被精確分級，高分類精度; ;使用專用滑槽，一個小缺口，從影響水果，不損壞結(jié)構(gòu)分類，僅需要對常規(guī)集裝箱1/2的時間。
美國Penwalt公司研制Decco分級機是一種新型水果分級機，高速，良好的性能和多功能性特點。它按照“音量”的分類，對分類器的最突出的優(yōu)點相結(jié)合，不僅體積和重量的原理工作，但它也消除了兩者的缺點，以使軟實時分級執(zhí)行的操作順利進行。水果分級過程既不是丟棄或任何其他典型的行為造成損害的水果，分級溫和有效。
美國自動線水果分級設(shè)備在公司處于世界領(lǐng)先地位，其產(chǎn)品已系列化（五款） ，按照重量，顏色，形狀分類，傳輸多達九個頻道可以輸出高達60 ，每位的最大轉(zhuǎn)讓的12 / s的速率，傳輸系統(tǒng)可以容納不同尺寸的果實，它使用兩個單色相機視覺系統(tǒng)可以計算出三維的水果。
意大利，意大利- 001 -A型分類的最新發(fā)展，可以無級調(diào)速果實大小分類，這是對這個輸送帶使用輸送帶用網(wǎng)分級，由左到右，網(wǎng)格尺寸為網(wǎng)格的無級變化在左，最小直徑，輸送帶的向右移動，一個網(wǎng)孔也增加，到達最右邊，最大孔徑。執(zhí)行從傳送帶的背面的下端，并從大的到小網(wǎng)眼孔時。這就是說，在傳送帶網(wǎng)孔狀它照相機快門的，與帶的運行的不同方向可以由一個或大或小從大至小來改變。當果實落在第一輸送機的左側(cè)，一個小果血本無歸，隨著傳送帶運行到右邊，一個大果開始下跌，所以果實會從小到大的多級分類。水果和蔬菜分級機開發(fā)特別是干果分級機國內(nèi)發(fā)展起步較晚，但近年來發(fā)展迅速。如果云南農(nóng)業(yè)大學開發(fā)的雙輥平地機：通過對保持有一定的傾角β與水平面，并且它們之間有一定的角度α的結(jié)構(gòu)中，兩個滾柱分層組織的光滑圓柱體的反轉(zhuǎn)構(gòu)成簡單，易于生產(chǎn)設(shè)備分類。
華中農(nóng)業(yè)大學研制的多輥年級學生，主要來自進料機構(gòu)，三滾筒篩，出料斗和傳輸?shù)炔考?，缸體可調(diào)傾斜角β ，三個不同直徑的滾筒篩體的篩鼓集的一部分固在一起，根據(jù)水果分級標準分為四級。篩長孔，兩個水平和兩個垂直交錯孔寬度的大小是由內(nèi)層的厚度是通過以下步驟大小減小確定為材料分級的外層。安裝兩個圓柱形滾筒篩尾錐背板之間。小內(nèi)滾筒篩材料進入體內(nèi)，通過進給機構(gòu)中，當變速機構(gòu)通過鼓體，除各篩篩篩材料較小其落入下部篩后的旋轉(zhuǎn)來驅(qū)動。不能過篩的材料開始與流出層篩鼓的端部，進入階段排出料斗體。從篩材料，錐體向后穿過下篩板返回到中心體的每個尾部隔開，在下層中的材料，以增加屏幕的停留時間，增加篩的概率，篩分精度可以得到改善。當被帶到外層后兩個滾動滾筒篩，篩之間的材料落在內(nèi)篩，該材料在此部分的材料的內(nèi)層上以連鎖反應(yīng)的篩子，所以在插入內(nèi)從篩子篩材料迅速，在一定程度上，內(nèi)網(wǎng)，以防止堵塞。外屏幕可以通過刷蓋篩固定在及時處理。
農(nóng)業(yè)科學院研究院研制的圍墻倒下干果分級機，篩分部分年級輥由三節(jié)，每一種不同的攔污柵輥的間隙，第一階段逐步增加攔污柵的第三階段的差距組成。果的篩筒用的滾筒做徑向圓周運動中;在軸向方向上，絲網(wǎng)滾筒的水果和具有水平靈活并具有一定的角度，所以做曲線運動。當果實進入篩筒，小果實大小寬度與厚度降低離心力從第一階段出厚尺寸較大的水果在鼓驅(qū)動機芯分離到一個新的水平，以繼續(xù)審查。如此反復，直到四年級分離的水果從料斗的側(cè)面為止。
光電檢測，浙江大學，誰應(yīng)該宜賓蘋果，柑橘，梨等水果更深入的研究提出了一個連續(xù)的時間序列動態(tài)圖像采集場掃描法，設(shè)計了水果動態(tài)圖像采集硬件和軟件系統(tǒng)，以及一個重要特征;表面缺陷和損傷，大小和農(nóng)產(chǎn)品等農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的圖像處理方法，探索農(nóng)產(chǎn)品快速，準確的檢測提出了自己的解決方案的質(zhì)量利用機器視覺技術(shù)的表面的顏色中國農(nóng)業(yè)劉禾和王茂清華大學提前開始蘋果圖像分割的自動分級;陳曉光，王江峰，張?zhí)X還研究了水果分級條款，并于2005年研制成功的果實的第一個實時檢測和分級線的機器視覺品質(zhì)。
也有對核桃的分類專門的研究。水果河北綠嶺有限公司李寶國，宋俊杰核桃，誰設(shè)計了一個分級機，主體是分級篩筒的排序，篩筒內(nèi)壁分揀過濾器分為若干段，打開不同的過濾器的過濾器各段大小孔中，并在管的內(nèi)壁也涂有橡膠螺旋形螺線，環(huán)形擋板是過濾器部分的相鄰段之間提供，底部設(shè)有相應(yīng)的過濾器匹配的餾分收集槽，它的應(yīng)用程序來實現(xiàn)核桃分級，節(jié)省時間，大大提高了工作效率，減輕勞動強度。
1.3存在的問題
上述國內(nèi)外的分級設(shè)備能為果蔬的分級提供一定的幫助，并為后續(xù)分級機械的研制開發(fā)提供一定的工程基礎(chǔ)，但并不能完全滿足我國果蔬特別是核桃的分級要求，主要原因有：
1. 目前我省贛南臍橙主要采用混級銷售，對臍橙的加工要求并不高，對臍橙的分級設(shè)備并不多。
2. 我省的贛南臍橙的品種優(yōu)良，銷路廣，并已經(jīng)銷往國外，這就要求對臍橙的加工要求提高。
3. 我省對贛南臍橙的分機設(shè)備大多采用柵條滾筒式，這種設(shè)備的分級精度不高，這對我省贛南臍橙在國外的銷售有一定的影響。
根據(jù)我國果蔬分級設(shè)備的現(xiàn)狀，吸收國內(nèi)外分機設(shè)備的技術(shù)和經(jīng)驗，設(shè)計適應(yīng)農(nóng)戶和中小企業(yè)使用要求的輥軸式贛南臍橙大小分級機。
1.4主要研究的內(nèi)容
由于我省是贛南臍橙的主要產(chǎn)地，對高精度的贛南臍橙大小分級機的需求也越來越大，急需設(shè)計分級精度較高的輥軸式贛南臍橙大小分級機。具體設(shè)計內(nèi)容如下：
1.臍橙輥軸式大小分級機的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計
根據(jù)課題要求，確定臍橙分級機的整體結(jié)構(gòu)，包括整機結(jié)構(gòu)、工作原理、設(shè)計原則等；
2.主要工作部件的設(shè)計，包括不等螺距螺桿的設(shè)計、分級輥的設(shè)計、鏈條的設(shè)計、主動輪、張緊輪的設(shè)計。
第2章 臍橙分級機的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.1臍橙分級機的技術(shù)參數(shù)及結(jié)構(gòu)要求
2.1.1臍橙的物理特性
贛南臍橙果大形正，橙紅鮮艷，光潔美觀，可食率達74%，肉質(zhì)脆嫩、化渣，風味濃甜芳香，含果汁55%以上。贛南臍橙已被列為全國十一大優(yōu)勢農(nóng)產(chǎn)品之一，為國家地理標志保護產(chǎn)品，榮獲“中華名果”等榮譽稱號。贛南臍橙年產(chǎn)量達百萬噸，原產(chǎn)地江西省贛州市已經(jīng)成為臍橙種植面積世界第一，年產(chǎn)量世界第三、全國最大的臍橙主產(chǎn)區(qū)。紐荷爾臍橙。紐荷爾臍橙由美國加利福尼亞州Duarte的華盛頓臍橙芽變而獲。我國于1978年引入，生產(chǎn)臍橙的?。ㄖ陛犑小⒆灾螀^(qū)）已有較多的種植。樹體生長較旺，樹勢開張，樹冠扁圓形或圓頭形，枝梢短密，葉色深，結(jié)果較朋娜臍橙和羅伯遜臍橙晚。果實橢圓形至長橢圓形，較大，單果重200~250克，果面光滑，果色橙紅，多為閉臍。果肉細嫩而脆，化渣，汁多，可食率73%~75%，果汁率49%左右，可溶性固形物12%~13.5%；每100毫升糖含量8.5~10.5克，酸含量1.0~1.1克，維生素C含量50.3毫克，品質(zhì)上乘。
2.1.2技術(shù)要求
根據(jù)生產(chǎn)實際的需要，臍橙大小分級機的主要技術(shù)參數(shù)應(yīng)設(shè)置為：
外形尺寸（長×寬×高） 7400×1840×600
配套功率 1.5kw
分級尺寸范圍4695mm
加工效率（10-27）t/h
分級床面尺寸(長×寬)5952×1100
分級數(shù) 6
2.1.3臍橙分級機的結(jié)構(gòu)要求
該機采用輥軸橫向并列布置，縱向水平滾動推進變間隙設(shè)計，由機架、外罩、圓柱輥軸、変節(jié)距螺旋軌道軸、二級減速器傳動系統(tǒng)等部分組成。
圖2-1 螺旋軌道軸與分級輥安裝示意圖
其主要部件螺旋軌道軸及分級輥的運動形式如圖2-1所示，分級輥的兩軸端件與螺旋軌道軸配合。
2.1.4臍橙分級機的工作原理
為達到物料果實在分級輥軸間穩(wěn)定滾轉(zhuǎn)定向并按最短橫徑準確分級的要求，由機具兩側(cè)一對縱向軸上的変節(jié)距螺旋軌道旋轉(zhuǎn)推動不銹鋼輥軸在水平軌道上平穩(wěn)滾動縱向推進，并精確的控制輥軸分級間隙的連續(xù)平穩(wěn)變化，果實在兩側(cè)輥軸的滾動帶動下反向穩(wěn)定滾轉(zhuǎn)，實現(xiàn)定向，并在最短橫徑與輥軸間隙匹配時，下落至相應(yīng)分級隔板間的接料口中。
2.2整體設(shè)計原則
1.結(jié)合我省臍橙的品質(zhì)和物理特性，需設(shè)計出一種滿足農(nóng)戶和中小企業(yè)需求的臍橙大小分級機。
2.該機應(yīng)具有分級精度高、可靠性高、分機效率高等特點。
3.為了降低分級機的制造成本，滿足各項要求的前提下，從零件的互換性和可裝配性出發(fā)盡量簡化結(jié)構(gòu)，易于操作、拆裝，讓農(nóng)戶操作上手更為容易。
4.分級機結(jié)構(gòu)設(shè)計除了能滿足功能要求以外還要盡量使作業(yè)方便，應(yīng)減輕分級機的重量和減小其體積，結(jié)構(gòu)設(shè)計緊湊。
5.合理利用資源跟能源，提高工藝水平和制造質(zhì)量，提高分級機質(zhì)量和使用壽命，實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。
2.3臍橙分級機的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
一種可變間隙輥軸式臍橙分級機，如圖2-2所示包括在機架上通過軸承座安裝的主動鏈輪，主動鏈輪通過鏈條帶動從動鏈輪轉(zhuǎn)動，在鏈條上橫向均布設(shè)置著分級輥，使上層鏈條上均布的分級輥輥面構(gòu)成平面分級床，其特征是：在每根分級輥軸的兩端位于鏈條)外側(cè)的分級輥軸的兩軸端件與螺旋軌道軸的軌道配合，位于鏈條內(nèi)側(cè)的分級輥軸上固裝著與水平導軌相配合的導向滾輪，在機架上縱向兩邊分別通過軸承座安裝著相互平行的具有變螺距螺旋推進槽的螺旋輸送軸，電動機通過傳動裝置使兩根螺旋輸送軸轉(zhuǎn)速一致，轉(zhuǎn)向相反，螺旋輸送軸螺旋推進槽的螺距分為二段，其中Ⅰ段的螺距大于Ⅱ段的螺距，位于平面分級床的分級輥軸上的推進滾輪與螺旋輸送軸的螺旋推進槽相配合，螺旋輸送軸Ⅱ段的螺距大小，以運行到螺旋輸送軸Ⅱ段的分級輥之間的間隙大于應(yīng)選果品的直徑。
2.3.1機架結(jié)構(gòu)設(shè)計
機架部分由電動機、主動輪、從動輪、減速器、主動鏈輪、從動鏈輪、傳動軸、圓錐齒輪、水平導軌等。機架的設(shè)計決定了部件的安放位置及傳動方式，有著至關(guān)重要的地位。下面將介紹機架的參數(shù)設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計，如圖2-2.
圖2-2 臍橙分級機分級部分示意圖
2.3.1.1電動機的選用
根據(jù)設(shè)計原理的說明，分級機的電機同時為螺旋軌道軸和主動鏈輪提供動力，所以需要兩部分的的功率相加。
P=P＋P
P=
=
=
經(jīng)查表和設(shè)計計算得V=0.3m/s
在后面螺旋軌道軸的設(shè)計中我們求得：
F=1143.575N T=8.51NM ；
n=96r/min
=0.6 =0.99
P=P＋P=0.613kw+0.15kw=0.76kw
查表選取電動機的型號是Y100L-6 額定功率為1.5kw，轉(zhuǎn)速為940r/min，效率=0.775。
2.3.1.2減速器的選用
因為電機需要同時向螺旋軌道軸和主動鏈輪提供動力，所以需要兩個減速器。因為電機的安裝位置和傳動方向的需要，所以需要CW圓弧圓柱蝸桿減速器。根據(jù)使用效果和計算功率，所選的兩個減速器是CW-100-10，CW-100-5。
-計算功率
-載荷功率
-減速器公稱輸入功率
-工況系數(shù)
-可靠度系數(shù)
-啟動系數(shù)
經(jīng)查=1，=1，=1，依據(jù)該條件，為了使螺旋軌道軸的轉(zhuǎn)速時鏈輪的5倍，根據(jù)分級輥的移動速度是0.3m/s，我選取減速比分別為10,5的CW-63-10，CW-63-5。
2.3.1.3傳動系統(tǒng)的設(shè)計
圖2-2 傳動系統(tǒng)示意圖
1-從動鏈輪 2-螺旋軌道軸 3-鏈條 4-減速器1 5-減速器2 6-與螺旋軌道軸相關(guān)的主動鏈輪 7-鏈條 8-圓錐齒輪
如圖2-2所示，該分級機的傳動系統(tǒng)是通過電機向減速器1提供動力，減速器1有將動力分配到減速器2和6主動鏈輪，一方面減速器2通過聯(lián)軸器將速度傳到主動鏈輪，鏈條帶動分級輥運動，另一方面6主動鏈輪帶動從動鏈輪，從動鏈輪帶動與其相連接的螺旋軌道軸，又通過圓錐齒輪的傳動帶動另一根螺旋軌道軸。從而實現(xiàn)兩根螺旋軌道軸的轉(zhuǎn)向相反，同樣起到帶動分級輥的效果。使用一個電機的優(yōu)點是實現(xiàn)了螺旋軌道軸每旋轉(zhuǎn)一周鏈條上的分級輥都將進入螺旋軌道軸從而實現(xiàn)了傳動的精準，保證了機器運轉(zhuǎn)的準確性。
第3章 主要工作部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計
不等螺距螺桿的主要作用是使分級輥沿著螺旋軌道傳遞，從而使分級輥之間的間距隨著分級輥的移動而逐漸增大，而達到臍橙大小分級的效果。所以此處需要計算螺旋軌道軸的彎曲應(yīng)力及扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的綜合效果。
3.1分級輥的設(shè)計
分級輥在分級機的作用主要是承載和傳遞臍橙，分級輥直徑大小決定著分級裝置螺旋長度，分級輥直徑過小，分級輥產(chǎn)生的自轉(zhuǎn)速度過快，對物料起不到有效的摩擦滾動作用；分級輥直徑過大，分級輥間的有效分級間隙過小，使得螺旋螺距過大，導致整個螺旋的工作長度過長，所以分級輥直徑初定為D節(jié)=75mm，螺旋直徑定為D1=100mm，鏈節(jié)距尺寸P=44.45mm，為了鏈節(jié)在L段內(nèi)實現(xiàn)折彎，每根分級輥之間間距設(shè)計為4個鏈節(jié)。所以在這里主要需要校核分級輥的彎曲應(yīng)力。
3.1.1分級輥的結(jié)構(gòu)設(shè)計
圖3-1 分級輥結(jié)構(gòu)示意圖
如圖3-1所示，分級輥的結(jié)構(gòu)設(shè)計如圖所示。分級輥的中間部分是由壁厚為1.6mm的不銹鋼管。分級輥的兩端部分是由45號鋼做成的。分級輥的兩端是直徑為12mm的球體，之后是直徑為10mm的圓柱體，其間有安裝鏈條，之后是直徑為30mm的圓柱體它的作用是安裝導軌輪。
3.1.2分級輥的校核
首先我們要對分級輥進行受力分析。
圖3-2 分級輥受力分析圖
F1與F1’都是分級輥所受螺旋軌道軸所給的升力，F(xiàn)2與F2’是指水平導軌所給的支撐力，F(xiàn)a與Fa’是指螺旋軌道軸所給的水平力。
==10
查的m=220g G==22N
q=
在后面的螺旋軌道軸的設(shè)計中，我們會算的Fa與F,Fa=7.475N,F=6.73N。經(jīng)計算得F2=F2’=23.17N。
圖3-3 分級輥彎矩圖
圖3-4 分級輥彎矩圖
根據(jù)第三強度理論校核分級輥
= =1.507MPa<[]
校核結(jié)果說明分級輥的結(jié)構(gòu)符合要求。
3.2分級部分鏈條的設(shè)計
3.2.1分級部分鏈條的選擇
根據(jù)臍橙物理特性和分級輥的直徑，我們初步選擇美標28A。
根據(jù)后面螺旋軌道軸的設(shè)計我們初步確定一共有81根分級輥，
由于該結(jié)構(gòu)的作用完全是帶動分級輥從而帶動臍橙，所以兩個鏈輪的傳動比是1.
查得工況系數(shù)=1, 主動鏈輪齒數(shù)系數(shù)=1.2，多排鏈系數(shù)=1，P傳遞的功率。根據(jù)與鏈輪的轉(zhuǎn)速查得選用型號28A的鏈條。
初選中心距，根據(jù)后面螺旋軌道軸的設(shè)計與鏈條中心距的關(guān)系，確認=5951.8mm。由于開始已經(jīng)初步確定的鏈條的速度為0.3m/s，所以該鏈條的潤滑方式為定期人工潤滑。
為有效圓周力，為壓軸力系數(shù)，經(jīng)查表得=1.15
=2348.3N
3.2.2鏈條結(jié)構(gòu)的改進
外鏈板安裝及外鏈板的結(jié)構(gòu)及尺寸如圖3-5所示。
圖3-5 鏈條及外鏈板示意圖
3.3主動鏈輪的設(shè)計
3.3.1鏈輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定
?鏈輪分度圓的確定
mm
d為分度圓直徑，p為節(jié)距，z為齒數(shù)，在前面我們初步確定了鏈條的參數(shù)為28A，p=44.45，初步確定鏈輪的齒數(shù)z=20。
?齒頂圓直徑的確定
?齒根圓直徑的確定
④齒側(cè)凸緣直徑
<
為內(nèi)鏈板高度，=42.24mm
主動鏈輪的結(jié)構(gòu)如圖圖3—6所示采用輪輻的形式，鏈輪的軸向固定采用緊固螺釘固定。
圖3—6 大鏈輪結(jié)構(gòu)示意圖
為中間輪轂的后度，
為鏈輪孔徑的尺寸，=40mm，為輪彀的直徑。
3.4螺旋軌道軸上的鏈輪設(shè)計
3.4.1鏈輪機構(gòu)參數(shù)的確定
在螺旋軌道軸上的鏈輪主要是與減速器上的鏈輪用08A的鏈條連接傳動，其主要作用是帶動螺旋軌道軸轉(zhuǎn)動。從而使分級輥在螺旋軌道中運動，從而實現(xiàn)準確的變螺距，實現(xiàn)精確地臍橙分級。
?鏈輪分度圓的確定
85.2mm
d為分度圓直徑，p為節(jié)距，z為齒數(shù)，在前面我們初步確定了鏈條的參數(shù)為28A，p=12.7，初步確定鏈輪的齒數(shù)z=21。
?齒頂圓直徑的確定
?齒根圓直徑的確定
④齒側(cè)凸緣直徑
<
為內(nèi)鏈板高度，=12.07mm
初始設(shè)計為36mm
3.4.2鏈條潤滑方式的選擇及壓軸力的計算
經(jīng)查圖表應(yīng)選擇定期人工潤滑的潤滑方式。
經(jīng)查得，所以得。
3.5 鏈輪軸的設(shè)計
3.5.1鏈輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
鏈輪軸本機器中主要涉及主動鏈輪軸和從動鏈輪軸，兩者在結(jié)構(gòu)上的主要區(qū)別是主動鏈輪軸多了一處于聯(lián)軸器相連的的部分。在強度的校核方面，只要主動鏈輪軸在強度方面符合要求，從動鏈輪軸也應(yīng)該符合要求。主動鏈輪軸在結(jié)構(gòu)主要有兩個主動鏈輪安裝位置，兩個軸承安裝位置和一個聯(lián)軸器安裝位置。結(jié)構(gòu)如圖3-7所示
圖3-7 主動鏈輪軸（上）及從動鏈輪軸（下）結(jié)構(gòu)示意圖
由于該軸我們初步選取45號鋼作為軸的材料，查取A=115，根據(jù)分級輥的水平運動速度的設(shè)計要求0.3m/s，求得鏈輪軸的轉(zhuǎn)速為19.2r/min。所初步確定軸段直徑為40mm。
3.5.2鏈輪軸的強度校核
主動鏈輪軸主要受鏈條的壓軸力和軸承的作用反力，以及聯(lián)軸器的所給的扭矩。其受力分析圖，鏈輪軸的彎矩圖，鏈輪軸的扭矩圖如圖3-8所示。根據(jù)第三強度理論進行校核。由于前面我們已經(jīng)計算的到了壓軸力的大小為2348.2n.m。通過計算方程組，
得,
通過前面的設(shè)計我們的聯(lián)軸器所提供的轉(zhuǎn)矩T=170.4N.M.
<[]
所以該鏈輪軸的材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計及尺寸設(shè)計符合設(shè)計要求。
圖3-8 主動鏈輪軸受力分析、彎矩、扭矩圖
3.6傳動中間軸的設(shè)計
3.6.1傳動中間軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
傳動中間軸的作用主要是通過圓錐齒輪與螺旋軌道軸傳動，從而帶動另一個螺旋軌道軸使兩個螺旋軌道軸的轉(zhuǎn)速相同但轉(zhuǎn)向相反從而使分級輥的運動平穩(wěn)，減小機器本身的震動。所以我們設(shè)計的傳動中間軸的結(jié)構(gòu)如圖3-9所示
圖3-9 傳動中間軸結(jié)構(gòu)示意圖
選取軸的材料為Q235，許用應(yīng)力為40MPa。mm所以初步確定d=20mm。通過計算傳動中間軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計已經(jīng)通過設(shè)計要求。
3.7螺旋軌道軸的設(shè)計
在分級機中螺旋軌道軸起到至關(guān)重要的作用，其主要作用是使分級輥在螺旋軌道中精準傳動，從而實現(xiàn)變間隙的運動，從而實現(xiàn)臍橙的大小分級。
3.7.1螺旋軌道軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定
根據(jù)臍橙可加工尺寸分布和分級輥不同工作段工作狀態(tài)要求（如圖3-10）、分級輥直徑大小，確定螺旋螺距的尺寸分布，為了各工作段分級輥運動速度的平穩(wěn)性，各工作段的螺距變化呈線性分布。臍橙橫徑尺寸分布統(tǒng)計為66mm～96mm，將螺旋工作段L2劃分為30個螺距，工作段L2螺距計算式為：P=D+K +ΔSm (ΔS=1,m取整) ,(D為分級輥直徑，K為最小分級尺寸66mm) 螺旋螺距的初始螺距為177.8mm，逐漸變化至分級工作段初始螺距141mm，為了保證運動的平穩(wěn)性，螺距設(shè)計變化值△s=4.6mm，則分級輥分級準備段L1螺距計算式為：() 。
圖3-10 物料、分級輥位置分析示意圖
根據(jù)分級要求，我們將工作段分為6級，其螺距范圍如下表3-1所示
等級
1
2
3
4
5
6
螺距范圍
142-144
145-149
150-156
157-163
164-168
169-172
表3-1 螺距、分級精度分布圖
根據(jù)臍橙的物理特性及分級輥的直徑，以及我們查得的文獻資料的實驗數(shù)據(jù)，在等螺距的情況下，如果螺旋軌道軸的直徑過大，導程角就會越小，就會影響機器的大小，如果螺旋軌道軸的直徑過小，分級輥在螺旋軌道中就會容易卡死，所以我們初步確定螺旋軌道軸的直徑為100mm，軌道的截面為邊長為15mm的正方形。由于臍橙的直徑和分級精度決定了，螺旋軌道軸的長度。由于螺旋軌道軸的長度過長，所以在螺旋軌道軸的加工工藝上，我們才用分部加工，然后焊接的工藝。由于螺旋軌道軸的長度過長，如果采用實心的軸就會造成重量過大，影響機架的承載。所以我們用直徑102，壁厚18 的鋼管加工制成。最后將兩軸端件焊接起來，但在焊接時一定要保證其同軸度。所以該螺旋軌道軸的加工成本高，也是該機器的關(guān)鍵部件。兩軸端件分別如圖3-11,3-12所示，螺旋軌道軸如3-13圖所示。
圖3-11 螺旋軌道軸軸端件1
圖3-12 螺旋軌道軸軸端件2
圖3-13 螺旋軌道軸結(jié)構(gòu)示意圖
根據(jù)螺距的設(shè)計要求，L1段為準備階段，L2段為工作階段，有兩段的螺距的變化規(guī)律，求得，。在安裝螺旋軌道軸與鏈輪的時候一定要注意相位的變化，就是鏈輪的鏈齒必須對準螺旋軌道軸的開頭。目的就是使螺旋軌道軸每旋轉(zhuǎn)一周就有一個分級輥進入螺旋軌道中。
3.7.2螺旋軌道軸扭矩及軸向力分析
圖3-14 分級輥在螺旋軌道軸上的受力分析圖
由上已知 ，為摩擦系數(shù)為0.25，為螺旋升角為28°為摩擦角為14°，mm。求得，, 。
3.7.3螺旋軌道軸的轉(zhuǎn)速的確定
我們在前面已經(jīng)選用了選取電動機的型號是Y100L-6 額定功率為1.5kw，轉(zhuǎn)速為940r/min。以及確定了螺旋軌道軸與鏈輪的轉(zhuǎn)速比為5，及兩個減速器分別為CW-100-10，CW-100-5，所以求得螺旋軌道軸的轉(zhuǎn)速為96r/min。鏈輪轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速是根據(jù)設(shè)計要求，分級輥的運動速度0.3m/min求得的。
3.8.3螺旋軌道軸的校核
螺旋軌道軸受力分析圖，彎矩圖如圖3-15，圖3-16所示
圖3-12 螺旋軌道軸彎矩圖
圖3-13 螺旋軌道軸彎矩圖
, <[]
經(jīng)過計算所以說，螺旋軌道軸的結(jié)構(gòu)及其材料符合設(shè)計要求。
3.9圓錐齒輪的設(shè)計
3.9.1圓錐齒輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計
圓錐齒輪在本設(shè)計中主要是安裝在傳動中間軸和螺旋軌道軸上從而實現(xiàn)傳動方向的變化以及是兩個螺旋軌道軸的轉(zhuǎn)速相反。由于螺旋軌道軸與傳動中間軸是正交的，所以此處的圓錐齒輪的錐角是45度，其結(jié)構(gòu)如圖3-14所示
圖3-14 圓錐齒輪結(jié)構(gòu)示意圖
初步確定圓錐齒輪的Z=24，
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總結(jié)
本設(shè)計根據(jù)國內(nèi)外水果分級機的研究現(xiàn)狀和實際應(yīng)用，在了解我國現(xiàn)有市場上的分級機械和我國的國情的前提下，進行了分級的整機設(shè)計，主要結(jié)論如下；
（1） 對于小型水果的分級方法，多采用大小分級且一般都以機械式進行大小的鑒別，篩選。主要是由于小型水果質(zhì)量輕，體積小的原因。質(zhì)量小，用稱量的方式分級，分級的精度不易保證。用光電式分級方法的成本高，且對光電設(shè)備的要求高，目前光電式主要應(yīng)用于像荔枝這種容易損傷的水果分級。
（2） 使用固定間隙的分級機械，分級過程必須對水果進行多次轉(zhuǎn)移，才能實現(xiàn)分級過程。對于易損的水果必然會對水果造成損害。減小水果轉(zhuǎn)移的次數(shù)，是這種分級機械的關(guān)鍵。本設(shè)計在同一水平面實現(xiàn)間隙的動態(tài)變化，很好的解決了這一問題。
（3） 設(shè)計中注意到實際勞動者的需求，講人性化的理念考慮其中，減少勞動者的勞動強度。
（4） 面對小型農(nóng)戶這樣的市場主體，水果分級機的體積小，操作簡單，分級較為精準，能實現(xiàn)一機多用。這樣的設(shè)計將會有很好的市場競爭力。
本設(shè)計存在的問題：
（1） 變距螺桿的設(shè)計過于粗狂，加工后的螺距固定，功能有局限性。通過精巧的設(shè)計，實現(xiàn)螺距可根據(jù)需要調(diào)整。
（2） 變距螺桿的直徑大小的確定需要優(yōu)化，直徑過大，圓周線的速度過大會產(chǎn)熱，直徑過小導程角過大，不利于分級輥向前運動，需要經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計確定最優(yōu)值。
致謝
在論文結(jié)稿之際，向幫助過我的老師、領(lǐng)導、同事、同學、朋友、家人表示我最誠摯的感謝。首先，非常感謝我的指導老師曾一凡教授。本文是在他的悉心指導下完成的。在這四年的學習生涯中，曾老師在學術(shù)上給予我精心的指導，在生活上給予我細致的關(guān)懷。曾老師淵博的專業(yè)知識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、孜孜不倦的科研精神、謙虛的處事作風及高尚的品格無時無刻不督導著我，使我受益終生。
在他的幫助下，我順利的進行了課題研發(fā)，完成了論文撰寫，這篇論文也是他們的智慧結(jié)晶。感謝本課題組的同屆同學，感謝他們在學習和生活中給我的幫助。感謝同寢室的宋科輝，陳武武，余高鋒等同學，他們的歡聲笑語給我?guī)砹溯p松和諧的學習氛圍。感謝我的父母，在我成長的每一個步伐中，都包含著他們對我無私的愛，我所有的榮譽都獻給他們。
最后向每一位在百忙之中抽出時間來審閱論文和參加答辯的老師表示衷心的感謝。
作者簽名：徐慧強
日 期：2014.05.02
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