胡萝卜自动分级机的设计.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流胡萝卜自动分级机的设计.精品文档.青岛农业大学毕 业 论 文（设计）题 目： 胡萝卜自动分级机的设计 姓 名： 学 院： 机电工程学院 专 业： 农业机械化及其自动化 班 级： 2010.01 学 号： 20105624 指导教师： 杜宏伟 2014年06月16日目 录摘 要.Abstract.1 绪 论11.1本课题研究的目的和意义11.2胡萝卜基本物理特性及分级指标11.3果蔬分级机国内外研究现状21.4 存在的主要问题91.5研究的内容和具体要求101.6技术路线112 总体方案的确定122.1胡萝卜自动分级机总体方案的确定122.2总

2、体传动方案的确定122.3匀果上料装置的工作原理132.4分级装箱装置的工作原理143 相关参数的确定163.1匀果上料装置相关参数的确定163.2分级装箱装置相关参数的确定203.3电机的选择234 传动系统的设计254.1总体传动机构的设计计算254.2匀果输送装置输送带传动的设计计算284.3分级装箱装置输送链传动的设计计算285 匀果上料装置关键零部件的设计计算315.1滚筒主动轴的设计315.2轴承的校核335.3滚筒从动轴的设计345.4进料斗的设计345.5出料斗的设计355.6调节防护装置的设计376 分级装箱装置关键零部件的设计计算396.1输送装置的设计396.2分级基准矫

3、正装置的设计436.3分级装箱部分的设计457 机架的设计478 结论与展望498.1结论498.2存在的问题49参考文献50致谢52胡萝卜自动分级机的设计摘 要本文分析了国内外果蔬分级机的研究现状，对现有机构进行了分析对比，设计了一种新型的胡萝卜自动分级机。该分级机由匀果上料装置和分级装箱装置两部分组成。匀果上料装置采用隔板输送带倾斜上料，通过对胡萝卜在输送带上的受力分析、隔板尺寸参数范围的理论分析以及胡萝卜出口运动状态的分析，合理优化了匀果上料装置的结构尺寸和动力参数，保证了胡萝卜单果上料。分级装箱装置利用分级槽的长度由短到长依次布置的方式，通过筛选的原理将胡萝卜按照长度进行分级装箱。通过

4、对匀果上料装置输出胡萝卜的运动状态的分析，合理确定了分级装置的输送链速，实现了两级装置的相互配合。该机器原理可行，能高效的进行胡萝卜分级，解放了大量的劳动力，结构简单且操作方便，实现了胡萝卜收获后商品化的进程，填补了长杆状果蔬分级机的空白。关键词：胡萝卜；匀果上料；自动分级Design of Automatic Carrot Grading MachineAbstractThis paper analyses the recent research situation of vegetables and fruits grading machine around the world. By a

5、nalyzing and comparing of the existing mechanism, a carrot intelligent grading machine is been designed. This grading machine is composed of a feeding device and a grading device. By making the analysis of the carrots stress and the state of motion , reasonable partition parameters need to be estima

6、ted to ensure the carrot fruit feeding separated . Utilizing the principle of screening, this machine use the sorting slot of which length vary from small to large , realizing the grading of carrot in accordance with the length. In order to ensure good convergence of two parts, the speed of the conv

7、eyor device classification should be reasonably determined after analyzing the carrots state of motion when it output from the feeding device.The principle of this machine is feasible and can grading carrots efficiently .With simple structure and convenient operation,this machine will liberate of a

8、large labor force, promote the prosses of commercialization for carrot , fill the gaps in the long rod-shaped fruit grader.Key words: carrot; grader; feeding device1 绪 论1.1本课题研究的目的和意义我国胡萝卜的种植面积和产量均居世界领先地位，并始终保持增长的状态。同时，胡萝卜作为我国传统的出口产品，是国际贸易中主要创汇蔬菜品种之一，出口市场集中于亚洲，特别是日韩等周边国家，规格多以大中型胡萝卜为主。在国内市场，胡萝卜作为健康果蔬

9、品种之一，被人们直接食用或加工成菜肴，规格多以中小型胡萝卜为主。另外，以胡萝卜为原料，开发的保健品，药物以及食品添加剂等产品也具有巨大的市场潜力。国内外市场对胡萝卜的需求，为该产业的发展提供了机遇，也提高了对胡萝卜产业机械化、标准化生产的迫切要求。对胡萝卜进行分级包装，以统一的高品质规格进入市场，适应不同层次市场的需求，不仅方便储运，还能够大大提高市场竞争力，创造良好的效益1-3。目前，我国进行机械化果蔬分级的企业较少，装备也落后于发达国家，分级工作基本上依靠机械与人工相配合的方式实现。现在国内普遍采用的果蔬分级装置有活动果托式、筛选式、滚筒式、回转带式、辊轴式等等4-5，然而这些分级装置主要

10、针对类球形、易于滚动的果蔬，如苹果、橘子等。对于胡萝卜这种长杆状且粗细不均的果蔬并不适用。在查阅了国内外相关文献资料后，发现目前胡萝卜自动分级机尚未出现。我国胡萝卜分级普遍采用手工和半自动两种方式。手工分选，劳动强度高，效率低，劳动力消耗大，耗时多，主观性强，难以保证质量。半自动分级是采用自动输送、人工分级的方式。该方式效率有所提高、劳动力消耗有所下降，但分级主观性依然存在，分级质量不高。在高效率生产和劳动成本不断提高的今天，胡萝卜分级作业的机械化俨然已是必然趋势。为了提高胡萝卜采摘后处理的机械化水平，我们提出了运行可靠、成本低廉的胡萝卜自动分级包装机。该装置可以大大提高胡萝卜的分级效率，伤果

11、率低，分级精度高，标准统一，且释放了大量的劳动力，创造良好的经济效益。同时，该装置也适用黄瓜，茄子等长杆状果蔬，弥补了该类果蔬分级装置的空白。 1.2胡萝卜基本物理特性及分级指标胡萝卜是伞形科植物，其根部被人们直接食用，并被用于药品、保健以及美容等领域3。按照农业物料学的研究方法，胡萝卜根部为截头正圆锥体，呈一头粗，一头小的不规则细长杆状，其基本物料特性与机械装备尺寸的合理确定息息相关，为机械设计提供了可靠合理的设计依据以及检验指标，具体参数如表1-1所示6。另外，胡萝卜的分级标准按照国家标准7制定,将胡萝卜按照长度分为大(L)、中(M)、小(S)三种规格，规格要求如表1-2所示。表1-1 胡

12、萝卜基本物料特性参数表1-2 胡萝卜国家分级标准规格大（L）中（M）小（S）长度20152020、1520、15；（2）分级前应首先实现单果输送，分级过程中不得有卡果、堆积等现象，保证胡萝卜的准确分级；（3）胡萝卜整齐装箱，人工称重封箱；（4）胡萝卜分级机生产率为1.5t/h。 1.5.3研究方法（1）工厂参观，进行实地考察。对现有的胡萝卜生产设备进行考察研究，确定装置的工作原理；（2）查阅相关文献资料，总结经验，进行理论分析和总体方案设计。1.6技术路线资料的收集与分析确定总体方案匀果上料装置的设计分级装箱装置的设计各主要机构的设计计算和校核撰写论文，绘制图纸2 总体方案的确定 2.1胡萝卜

13、自 动分级机总体方案的确定如图2-1所示为胡萝卜自动分级包装机的整体结构示意图，主要由两个部分组成：1.匀果上料装置、2.胡萝卜分级装箱装置，胡萝卜首先经过匀果上料装置实现单果，然后通过分级装箱装置实现按长度分级的要求。其中：匀果上料装置由隔板输送带以及传动机构组成。隔板输送带由电动机带动，将胡萝卜均匀送入分级区。所设计输送带的每两个隔板间可容纳一根大中型的胡萝卜，从而减少堆积现象的产生。分级装箱装置由输送装置，基准矫正装置、分级装箱装置以及传动装置等组成。通过分级槽的长度尺寸不同，实现不同等级的胡萝卜的分级。各等级的胡萝卜进入相应的U形槽装箱集果装置，实现自动分级装箱功能。图2-1 胡萝卜自

14、动分级包装机整体结构示意图2.2总体传动方案的确定为减少电机数量，并保证匀果输送装置与分级装置能够有合理的速比关系，本装置采用链传动的方式将动力进行分配，整体传动方案如图2-2所示。图2-2 传动方案动力传递路线：分级装置动力输入轴电机 涡轮减速器 链传动 链传动 匀果装置动力输入轴2.3匀果上料装置的工作原理匀果上料是进行胡萝卜分级前的准备环节，是防止胡萝卜在分级过程中产生相互干扰的有效措施，并能减少胡萝卜从清洗机口出来后产生的堆积。为了满足要求，本设计选用了隔板式输送带将胡萝卜均匀的输送入分级装置，通过合理确定隔板的尺寸参数，达到均匀单果上料的目的。匀果上料装置主要包括机架、进料斗、链传动

15、、隔板输送带、输送滚筒以及调节防护装置等，其结构如图2-3所示。图2-3 匀果上料装置结构图1 隔板输送带 2 支撑板 3 防护栏 4出料斗 5 进料斗 6 轴承座 7调节锁紧装置 8 机架 9 从动滚筒 10 主动滚筒2.4分级装箱装置的工作原理按照国家标准规定的长度等级要求，采用机械分级的方式进行胡萝卜分级，提出了如图2-4所示的胡萝卜分级装箱装置的总体设计。该装置由输送装置、分级基准矫正装置、分级装箱部分、传动部分以及机架等组成。由原理图可知胡萝卜位于输送装置的两输送推板间，同时，位于胡萝卜上方的相接触的毛刷转动产生摩擦力，通过摩擦力的作用使得胡萝卜往矫正板一侧运动，胡萝卜一边往前输送一

16、边以一侧对齐；待胡萝卜都整齐的排好后进入分果区，分级板上开有长度由小到大的分级槽，当胡萝卜的长度小于该分级槽的长度时，胡萝卜从槽中落下进入U型集果槽，实现胡萝卜的分级。图2-4 分级装箱装置结构示意图1 输送链轮 2 输送链 3 小马达 4 毛刷 5 基准矫正挡板 6 支撑板 7 U型槽 8 涡轮减速器 9 电机 10 机架 11 从动链轮 12 主动链轮 13 S级果出料口 14 M级果出料口3 相关参数的确定3.1匀果上料装置相关参数的确定3.1.1输送带带速 根据任务书的要求，按照胡萝卜的产量、隔板间隔以及胡萝卜的平均质量，推算得输送带的带速v为：式中： 计算得： 3.1.2 输送带倾斜

17、角度在提升输送胡萝卜上料的过程中，其单果效率受到隔板尺寸以及输送倾斜角度的影响。倾斜角度过大会导致提升胡萝卜效果差，胡萝卜无法承载于隔板上，倾斜角度过小会导致胡萝卜产生堆积 。为了保证单果率，其输送带的倾斜角度应大于其物料的动堆积角度28。考虑安装以及胡萝卜能够稳定的盛放于隔板之间，并且有利于单果率，初定倾角为35。3.1.3隔板尺寸参数隔板的尺寸对匀果上料装置的设计尤为重要，影响胡萝卜匀果输送装置的单果效果。胡萝卜安放在隔板上，一方面受到隔板的支持力，另一方面受到自身重力的作用有往下滚落的趋势，如果隔板的尺寸不合理，可能会造成胡萝卜堆积或者胡萝卜难以提升的问题产生。因此，合理分析胡萝卜在隔板

18、上的受力状态，找出合适的尺寸参数范围，通过试验的方式确定最佳参数。（1）隔板高度将胡萝卜简化为圆柱体，其重心位于中心轴上，胡萝卜在不同高度的隔板的受力情况如图3-1与图3-2所示。当重力的作用线位于隔板外侧时，胡萝卜有从隔板上落下的趋势，由图示的几何关系计算可得，保证胡萝卜不下落的隔板高度最小值：公式请按要求编号式中： 为最大胡萝卜半径，取 为输送倾斜角度，取计算得： 当胡萝卜产生堆积时，临界情况为小型胡萝卜容纳在大胡萝卜与隔板产生的凹槽内，故避免胡萝卜产生堆积的隔板高度最大值：式中： 为最小胡萝卜半径，取 计算得： 故当时，保证既不堆果也不落果的隔板高度范围为6.72mm25.1mm。初定隔

19、板高度为25mm。图3-1 胡萝卜在最大隔板高度时的受力状况图3-2 胡萝卜在最小隔板高度时的受力状况（2）隔板长度 胡萝卜的最大长度为260.5mm，为了保证隔板能够将每根胡萝卜提升起来，按照胡萝卜最大长度，初定隔板的长度为270mm，输送带宽B=270mm。（3）隔板间隔胡萝卜的最大直径为74.4mm，为保证正常容果且不产生堆积，隔板的最大值为74.4mm。又应为胡萝卜可能有一定的弯曲或者不规则，将隔板间距进行适当放大，初定隔板间隔为80mm。 3.1.4输送滚筒类型的选择输送带转动的动力是主动滚筒和从动滚筒组成的输送滚筒组与输送带之间产生的摩擦力提供的，而输送滚筒按照其结构形式以及所承受

20、载荷的大小分为轻型、中型、重型以及工程级滚筒29。由于胡萝卜匀果输送装置所需功率小，滚筒所受载荷小，故选用轻型滚筒。轻型传动滚筒通过辐板与筒壳全焊接，轮毂与轴键连接，实现动力传递以及定位，滚筒结构如图3-3所示。图3-3 轻型滚筒结构图3.1.5滚筒长度与直径的确定根据胡萝卜的长度以及输送带宽B=270mm，输送辊筒长度L=280mm。滚筒直径的大小直接影响输送带的弯曲应力大小。由运输设计手册知：带式输送机的滚筒直径与输送带的构造、所受应力的大小、以及带的接头形式有关，计算得输送带许用比压的滚筒直径30：式中：为输送带所能承受的需用压力，由运输设计手册查得:织物带；取滚筒直径为。3.1.6胡萝

21、卜在输送带上的受力分析胡萝卜在输送过程中，输送带所克服的力主要为输送带的摩擦力，胡萝卜以及输送带本身的重力以及轴承等传动部件的摩擦力。在计算过程中，忽略轴承的摩擦力，取带以及胡萝卜为整体作为分析对象，受力如图3-4所示，图示中G为胡萝卜以及带的重力。图3-4 输送带上胡萝卜的受力分析每根胡萝卜的重量按照160g计算，输送带每平方米的重量按照3.3kg/mm2计算，则总重力：式中： 为胡萝卜的重量；为输送带的重量；为输送带每平米的质量，取；为输送距离，；为输送带总长，；为重力加速度，取。计算得： 输送带受到下方支撑板的摩擦，所受摩擦力为：式中：u为摩擦系数，查机械设计手册知：塑料聚氯乙烯与钢的动

22、摩擦系数，取u=0.3；由平衡条件知： 计算得牵引力： 所需的传动滚筒驱动力： 按照通用带式输送机设计手册29，为避免打滑以及输送带的剧烈磨损，并考虑轴承等传动损耗，将所计算得需要的传动滚筒的驱动能力进行适当的放大；则传动滚筒可能传递的最大驱动力：式中： F为传动滚筒需要传递的驱动力，N；Fmax为传动滚筒可能传递的最大驱动力，N；为传动滚筒传递动力的备用系数，取。另外，输送带为弹性体，根据欧拉公式计算得紧边拉力：式中：由运输机械设计手册查得：光面滚筒，环境潮湿，包角为180度时， 松边拉力： 初拉力： 压轴力： 3.2分级装箱装置相关参数的确定3.2.1输送链速的确定为了保证匀果上料装置出料

23、口落下的胡萝卜能够正好落到分级装置的对应的间隔中，必须合理设置分级装置的链速，若输送链速过快，会导致分级装置上空果率上升；链速过慢，可能会产生分级装置上一格间槽内容纳一个以上的胡萝卜，在分级时导致分级不准确的现象，合理的链速能够使得从匀果上料装置落下的胡萝卜依次落入相应的分级装置上的间槽内。如图3-5所示为胡萝卜从出料口落到分级装置后的示意图，分析可知，胡萝卜2从点A运动到D点时，胡萝卜1在分级装置上从点D运动到了点E，因此分级装置从点D运动到点E的时间t1应该为胡萝卜在匀果装置内从点A转到点B的时间t1、在出料口从点B运动到点C的时间t2、从点C落到分级装置上点D的时间t3的时间的总和。图3

24、-5 胡萝卜出料口运动示意图（1）点A点B 胡萝卜从点A转动到点B的时间t1与转速n有关，转角为两隔板的所夹的角度：又因： 则： （2）点B点C 运动到点B时胡萝卜的速度：速度方向垂直于隔板。又由于BC与隔板基本呈垂直状态，故认为胡萝卜在沿着BC方向的速度为零。 在BC段，忽略胡萝卜所受摩擦力的作用，取胡萝卜为分析对象，胡萝卜受力如图3-6所示。图3-6 胡萝卜的受力状况将重力分解为F1与F2，由平衡条件知：则胡萝卜在BC两点间做匀加速运动，其中加速度：按照匀加速运动规律计算胡萝卜从点B运动到点C的时间t2为：在C点处胡萝卜的速度：方向与水平面呈45。（3）点C点D胡萝卜从点C运动点D做自由落

25、体运动，其初速度大小为1.06m/s，方向与水平面呈45角，则胡萝卜从点C运动到点D所用的时间t3按照公式计算：式中： h为胡萝卜从点C运动到点D重心移动的垂直距离，取；计算得： （4）点D点E输送链条从点D运动到点E的总时间t0为：则输送链条的链速v为： 3.3电机的选择3.3.1电机功率的计算电机的功率主要由匀果上料装置以及分级装箱装置两部分组成，采用链传动的方式将电机的动力进行分配，以减少电机的数量，降低成本。（1）匀果上料装置的功率匀果上料装置电机的功率主要用于带动输送带转动，其输送装置的启动力：式中： K为启动系数，取则电机的最大启动功率为：式中： 故匀果上料装置所需功率为0.047

26、kw。（2）分级装箱装置电机的功率 分级装置通过链条上加装的夹板推送胡萝卜往前输送，其输送距离L取；链条上夹板的间距取；则输送的胡萝卜数目为：每个胡萝卜按照平均重量计，则输送的胡萝卜重量： 分级装置所需的牵引力为：式中： 则电机的启动力：式中： 分选装置运行速度为0.16m/s，则所需电机启动功率为：式中： 为减速器传动效率，取；为输送链传动效率，取；为轴承的传动效率，取； 故分选装箱装置所需功率为0.011kw。3.3.2电机型号的选择电机总功率为匀果上料装置与分级装箱装置两部分的功率之和：所选电机功率应大于两者功率之和，则初选标准电机功率P=0.18kw，转速1400r/min；电机型号Y

27、S6324的三相异步电机。4 传动系统的设计4.1总体传动系统的设计计算 本装置采用链传动的方式进行动力传递。链传动是通过链条与链轮的啮合作用进行动力的传递，相比于带传动，链传动具有平均传动比准确，传动的功率大，在传递相同载荷的情况下传动结构小，且能在环境较恶劣的工况下可靠工作等优点，但由于链传动的多边形效应，导致其瞬时传动比不相同，动载荷大的问题，故链传动常用于低速的场合31。本装置对载荷要求不高，且工作环境较差，也不需要急速反转的传动，故选用链传动。减速器选用涡轮减速器，涡轮蜗杆传动具有传动比大，改变动力传递方向，传动平稳，噪声低，且结构紧凑。但涡轮蜗杆传动由于其啮合处存在较大的相对滑动，

28、导致润滑不良，发热等现象，因此摩擦损耗大，效率低31。本装置采用涡轮减速器能够减小结构尺寸且具有较大的传动比。4.1.1传动比的分配以及减速器的选择匀果输送装置输入轴转速为：式中： v为输送带的速度，v=0.21m/s；D为滚筒的直径，D=100mm。电机转速为：n额定=1400r/min则总传动比： 减速器选用涡轮减速器，其型号为RV 63 15 0.18 F，其传动比； 链传动，传动比进行二级增扭减速； 链传动传动比为，以保证匀果输送装置与分级装置有相同的转速，胡萝卜能够很好的在两者之间衔接。4.1.2链传动的设计计算（1） 选择与涡轮减速器相连的小链轮齿数，则分级装置上大链轮的齿数； 其

29、中主动链轮转速。（2）链传动的计算功率式中： 由机械设计课本查得 ，（3）选择链条型号根据以及查机械设计可选用08A-1，链条节距为。（4）计算链速v，确定润滑方式润滑方式：定期人工润滑（5）计算压轴力Fp 有效圆周力为 式中： 链条水平布置，取压轴力系数计算压轴力为： 4.1.3链传动的设计计算（1）选择分级装置上小链轮齿数,则匀果输送装置上链轮的齿数； 其中主动链轮转速。（2）链传动的计算功率式中： 由机械设计课本查得 ，（3）选择链条型号 根据以及查机械设计可选用10A-1，链条节距为。（4）计算链速v，确定润滑方式润滑方式：定期人工润滑（5）计算压轴力Fp 有效圆周力为 式中： 链条倾斜布置，取压轴力系数K Fp=1.1。计算压轴力为： 4.1.4链轮的设计各链轮均采用整体式链轮，其中链轮与08-1A型号的链条配合使用，齿数。分度圆直径： 齿顶圆直径： 式