【文章內(nèi)容簡介】 變化，實(shí)現(xiàn)連續(xù)分級(jí)。該裝置分級(jí)柔和，效率高且分級(jí)精度好，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作安裝精度要求高，且速度配合要求嚴(yán)格。 圖 111 可變間隙輥軸式果蔬分級(jí)機(jī) 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 另外一種變間隙輥式分級(jí)機(jī) [19]采用導(dǎo)軌上的突起控制輥筒輸送帶上的活動(dòng)輥升降，使得兩輥相對間隙變化。其輸送鏈板上開有垂直長槽，活動(dòng)輥軸兩端卡在長槽內(nèi)，具有垂直方向的自由度，通過突起物的作用力，控制兩固定輥軸間的一根活動(dòng)輥軸升降，當(dāng)活動(dòng)輥上升至最高時(shí)，固定輥與活動(dòng)輥的間距最大，當(dāng)物料直徑小于該間隙時(shí)，從此處落下，否則停留在兩輥軸間繼續(xù)往前輸送。該裝置能夠準(zhǔn)確高效分級(jí)，但制造復(fù)雜，成本高。 圖 112 輥筒輸送帶及輥筒工作原理 同樣的，利用這種增加垂直距 離的方式，廣西農(nóng)業(yè)機(jī)械研究院設(shè)計(jì)了一種新型的鏈板式間距可調(diào)果類分級(jí)機(jī) [25]，間隙的大小由螺桿升降裝置調(diào)節(jié)，以改變分級(jí)鏈板的間距。該裝置操作調(diào)整方便，適用可靠，適用于球形或橢球形果蔬。輥軸式分級(jí)機(jī)具有分級(jí)精度高，分級(jí)柔和等優(yōu)點(diǎn)，但也有結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高等不可忽略的缺陷。輥軸式分級(jí)能適用于直徑分級(jí)的各類果蔬，具有很好的通用性。 圖 113 鏈板式間距可調(diào)果類分級(jí)機(jī) 存在的主要問題 目前，在果蔬分級(jí)的技術(shù)研究上投入成本越來越多，但是對長桿狀作物的分級(jí)設(shè)備的探索卻處于空白。國內(nèi)外現(xiàn)有的果蔬分級(jí)機(jī)主要 針對于球形果蔬，對于胡蘿卜分級(jí)并不完全適用。在人工成本越來越昂貴的今天，對機(jī)械化程度的要求也逐漸變高，本文就當(dāng)前果蔬分級(jí)加工機(jī)械的現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)發(fā)現(xiàn)存在問題如下： 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 （ 1） 現(xiàn)有分級(jí)機(jī)械基本上是針對球形以及類球形果蔬，對胡蘿卜這種長桿狀作物不適用。 （ 2） 成套的圖像處理分級(jí)裝置價(jià)格昂貴，常用于大型農(nóng)場以及大規(guī)模的果蔬加工廠，對于小型工廠的成本過高。 （ 3） 機(jī)械式分級(jí)設(shè)備的分級(jí)指標(biāo)均為直徑參數(shù)，然而胡蘿卜國家標(biāo)準(zhǔn)的分級(jí)指標(biāo)為長度，采用原有直徑類的分級(jí)機(jī)械可能造成分級(jí)的誤差變大。 研究的內(nèi)容和具體要求 研究內(nèi)容 設(shè)計(jì)一 種新型的 胡蘿卜自動(dòng)分級(jí)機(jī) ， 特別 是針對 長桿狀果蔬的分級(jí)裝置，采用機(jī)械分級(jí)的方式，按照胡蘿卜的長度進(jìn)行分級(jí)。 （ 1）進(jìn)行胡蘿卜自動(dòng)分級(jí)機(jī)總體方案的設(shè)計(jì)，比較方案實(shí)現(xiàn)的難易程度，進(jìn)行方案確定； （ 2）進(jìn)行相應(yīng)的勻果上料裝置和分級(jí)裝箱裝置的總體設(shè)計(jì)和相關(guān)主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、相關(guān)部件的選型計(jì)算以及最優(yōu)參數(shù)的確定； （ 3）繪制裝配圖和各非標(biāo)準(zhǔn)件零件圖； （ 4）對分級(jí)機(jī)總體進(jìn)行理論分析、檢驗(yàn)計(jì)算及校核優(yōu)化。 具體要求 （ 1）胡蘿卜分級(jí)機(jī)按照長度自動(dòng)將胡蘿卜分為大、中、小三種規(guī)格，規(guī)格要求分別為 15~ 15； （ 2）分級(jí)前應(yīng)首先實(shí)現(xiàn)單果輸送，分級(jí)過程中不得有卡果、堆積等現(xiàn)象，保證胡蘿卜的準(zhǔn)確分級(jí)； （ 3）胡蘿卜整齊裝箱，人工稱重封箱； （ 4）胡蘿卜分級(jí)機(jī)生產(chǎn)率為 。 研究方法 （ 1）工廠參觀，進(jìn)行實(shí)地考察。對現(xiàn)有的胡蘿卜生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行 考察研究，確定裝置的工作原理； （ 2）查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行理論分析和總體方案設(shè)計(jì)。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 技術(shù)路線 資料的收集與分析 確定 總體方案 勻果上料 裝置的設(shè)計(jì) 分級(jí)裝箱 裝置的設(shè)計(jì) 各主要機(jī)構(gòu)的 設(shè)計(jì) 計(jì)算和校核 撰寫論文 ， 繪制圖紙 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 2 總體方案的確定 胡蘿卜自 動(dòng)分級(jí)機(jī)總體方案的確定 如圖 21 所示為胡蘿卜自動(dòng)分級(jí)包裝機(jī)的整體結(jié)構(gòu)示意圖，主要由兩個(gè)部分組成： 1.勻果上料裝置、 ，胡蘿卜首先經(jīng)過勻果上料裝置實(shí)現(xiàn)單果，然后通過分級(jí)裝箱裝置實(shí)現(xiàn)按長度分級(jí)的要求。其中：勻果上料 裝置由隔板輸送帶以及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。隔板輸送帶由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，將胡蘿卜均勻送入分級(jí)區(qū)。所設(shè)計(jì)輸送帶的每兩個(gè)隔板間可容納一根大中型的胡蘿卜，從而減少堆積現(xiàn)象的產(chǎn)生。分級(jí)裝箱裝置由輸送裝置，基準(zhǔn)矯正裝置、分級(jí)裝箱裝置以及傳動(dòng)裝置等組成。通過分級(jí)槽的長度尺寸不同，實(shí)現(xiàn)不同等級(jí)的胡蘿卜的分級(jí)。各等級(jí)的胡蘿卜進(jìn)入相應(yīng)的 U形槽裝箱集果裝置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分級(jí)裝箱功能。 圖 21 胡蘿卜自動(dòng)分級(jí)包裝機(jī)整體結(jié)構(gòu)示意圖 總體傳動(dòng)方案的確定 為減少電機(jī)數(shù)量，并保證勻果輸送裝置與分級(jí)裝置能夠有合理的速比關(guān)系，本裝置采用鏈傳動(dòng)的方 式將動(dòng)力進(jìn)行分配，整體傳動(dòng)方案如圖 22 所示。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 22 傳動(dòng)方案 動(dòng)力傳遞路線： 分級(jí)裝置動(dòng)力輸入軸 電機(jī) 渦輪減速器Ⅰ 鏈傳動(dòng)Ⅱ 鏈傳動(dòng)Ⅲ 勻果裝置動(dòng)力輸入軸 勻果上料裝置的工作原理 勻果上料是進(jìn)行胡蘿卜分級(jí)前的準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，是防止胡蘿卜在分級(jí)過程中產(chǎn)生相互干擾的有效措施，并能減少胡蘿卜從清洗機(jī)口出來后產(chǎn)生的堆積。為了滿足要求，本設(shè)計(jì)選用了隔板式輸送帶將胡蘿卜均勻的輸送入分 級(jí)裝置，通過合理確定隔板的尺寸參數(shù)，達(dá)到均勻單果上料的目的。勻果上料裝置主要包括機(jī)架、進(jìn)料斗、鏈傳動(dòng)、隔板輸送帶、輸送滾筒以及調(diào)節(jié)防護(hù)裝置等，其結(jié)構(gòu)如圖 23 所示。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 圖 23 勻果上料裝置結(jié)構(gòu)圖 1 隔板輸送帶 2 支撐板 3 防護(hù)欄 4 出料斗 5 進(jìn)料斗 6 軸承座 7 調(diào)節(jié)鎖緊裝置 8 機(jī)架 9 從動(dòng)滾筒 10 主動(dòng)滾筒 分級(jí)裝箱裝置的工作原理 按照國家標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)定 的長度 等級(jí) 要求 ， 采用 機(jī)械分級(jí)的方式進(jìn)行胡蘿卜分級(jí) ， 提出了如圖 24 所示的胡蘿卜分級(jí)裝箱裝置的總體設(shè)計(jì)。該裝置由 輸送裝置、 分級(jí)基準(zhǔn)矯正 裝置、分級(jí)裝箱部分、傳動(dòng)部分以及機(jī)架等組成。由原理圖可知胡蘿卜位于輸送裝置的兩輸送推板間，同時(shí)，位于胡蘿卜上方的相接觸的毛刷轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生摩擦力，通過摩擦力的作用使得胡蘿卜往矯正板一側(cè)運(yùn)動(dòng)，胡蘿卜一邊往前輸送一邊以一側(cè)對齊；待胡蘿卜都整齊的排好后進(jìn)入分果區(qū)，分級(jí)板上開有長度由小到大的分級(jí)槽，當(dāng)胡蘿卜的長度小于該分級(jí)槽的長度時(shí)，胡蘿卜從槽中落下進(jìn)入 U型集果槽，實(shí)現(xiàn)胡蘿卜的分級(jí)。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 圖 24 分級(jí)裝箱裝置結(jié)構(gòu)示意圖 1 輸送鏈輪 2 輸送鏈 3 小馬達(dá) 4 毛刷 5 基準(zhǔn)矯正擋板 6 支撐板 7 U 型槽 8 渦 輪減速器 9 電機(jī) 10 機(jī)架 11 從動(dòng)鏈輪 12 主動(dòng)鏈輪 13 S 級(jí)果出料口 14 M 級(jí)果出料口 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 3 相關(guān)參數(shù)的確定 勻果上料裝置 相關(guān)參數(shù)的確定 輸送帶帶速 根據(jù)任務(wù)書的要求，按照胡蘿卜的產(chǎn)量、隔板間隔以及胡蘿卜的平均質(zhì)量，推算得輸送帶的帶速 v 為： 3600v Q l m? 式中： = 1 5 0 0 k g /Q Q h? 胡 蘿 卜 的 產(chǎn) 量 ， 取 = 8 0 m mll? 隔 板 間 隔 ， 取 =gm ? 胡 蘿 卜 平 均 質(zhì) 量 160 計(jì)算得： 1 5 0 0 x 8 0 1 6 0 x 3 6 0 0 =0 . 2 1 /v m s? 輸送帶傾斜角度 在提升輸送胡蘿卜上料的過程中，其單果效率受到隔板尺寸以及輸送傾斜角度的影響。傾斜角度過大會(huì)導(dǎo)致提 升胡蘿卜效果差，胡蘿卜無法承載于隔板上，傾斜角度過小會(huì)導(dǎo)致胡蘿卜產(chǎn)生堆積 。為了保證單果率，其輸送帶的傾斜角度應(yīng)大于其物料的動(dòng)堆積角度 [28]?？紤]安裝以及胡蘿卜能夠穩(wěn)定的盛放于隔板之間，并且有利于單果率，初定傾角為35176。 隔板尺寸參數(shù) 隔板的尺寸對勻果上料裝置的設(shè)計(jì)尤為重要，影響胡蘿卜勻果輸送裝置的單果效果。胡蘿卜安放在隔板上，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滾落的趨勢，如果隔板的尺寸不合理，可能會(huì)造成胡蘿卜堆積或者胡蘿卜難以提升的問題產(chǎn)生。因此，合理分析胡蘿卜在隔板上 的受力狀態(tài)，找出合適的尺寸參數(shù)范圍，通過試驗(yàn)的方式確定最佳參數(shù)。 （ 1）隔板高度 將胡蘿卜簡化為圓柱體，其重心位于中心軸上，胡蘿卜在不同高度的隔板的受力情況青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 如圖 31 與圖 32 所示。當(dāng)重力的作用線位于隔板外側(cè)時(shí)，胡蘿卜有從隔板上落下的趨勢，由圖示的幾何關(guān)系計(jì)算可得，保證胡蘿卜不下落的隔板高度最小值： m in m ax(1 cos )l R a??公式請按要求編號(hào) 式中： maxR 為最大胡蘿卜半徑，取 mm? a為輸送傾斜角度，取 oa 35? 計(jì)算得： mm? 當(dāng)胡蘿卜產(chǎn)生堆積時(shí)，臨界 情況為小型胡蘿卜容納在大胡蘿卜與隔板產(chǎn)生的凹槽內(nèi)，故避免胡蘿卜產(chǎn)生堆積的隔板高度最大值： 22m a x m i n m i n m i n m i n m i n m i n( ) ( s i n ) c o sl R R R R R a R a? ? ? ? ? ? 式中： minR 為最小胡蘿卜半徑，取 ? 計(jì)算得： mm? 故當(dāng) 35a??時(shí)，保證既不堆果也不落果的隔板高度范圍為 ~。初定隔板高度為 25mm。 圖 31 胡蘿卜在最大隔板高度時(shí)的受力狀況 圖 32 胡蘿卜在最小隔板高度時(shí)的受力狀況 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 （ 2）隔板長度 胡蘿卜的最大長度為 ，為了保證隔板能夠?qū)⒚扛}卜提升起來，按照胡蘿卜最大長度，初定隔板的長度為 270mm，輸送帶寬 B=270mm。 （ 3）隔板間隔 胡蘿卜的最大直 徑為 ，為保證正常容果且不產(chǎn)生堆積，隔板的最大值為。又應(yīng)為胡蘿卜可能有一定的彎曲或者不規(guī)則，將隔板間距進(jìn)行適當(dāng)放大，初定隔板間隔為 80mm。 輸送滾筒類型的選擇 輸送帶轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力是主動(dòng)滾筒和從動(dòng)滾筒組成的輸送滾筒組與輸送帶之間產(chǎn)生的摩擦力提供的，而輸送滾筒按照其結(jié)構(gòu)形式以及所承受載荷的大小分為輕型、中型、重型以及工程級(jí)滾筒 [29]。由于胡蘿卜勻果輸送裝置所需功率小，滾筒所受載荷小，故選用輕型滾筒。輕型傳動(dòng)滾筒通過輻板與筒殼全焊接，輪轂與軸鍵連接，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳遞以及定位，滾筒結(jié) 構(gòu)如圖 33 所示。 圖 33 輕型滾筒結(jié)構(gòu)圖 滾筒長度與直徑的確定 根據(jù)胡蘿卜的長度以及輸送帶寬 B=270mm，輸送輥筒長度 L=280mm。 滾筒直徑的大小直接影響輸送帶的彎曲應(yīng)力大小。由《運(yùn)輸設(shè)計(jì)手冊》知：帶式輸送機(jī)的滾筒直徑與輸送帶的構(gòu)造、所受應(yīng)力的大小、以及帶的接頭形式有關(guān)，計(jì)算得輸送帶許用比壓的滾筒直徑 [30]： 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 123 6 0 ( )[]3 6 0 (1 8 1 .1 9 6 .8 )0 .4 3 .1 4 2 7 09 4 .0FFDPBmm????????? ? ?? 式中： ??p 為 輸送帶所能承受的需用壓力，由運(yùn)輸設(shè)計(jì)手冊查得 :織物帶 ? ? MPa? ； 取滾筒直徑為 100D mm? 。 胡蘿卜在輸送帶上的受力分析 胡蘿卜在輸送過程中，輸送帶所克服的力主要為輸送帶的摩擦力，胡蘿卜以及輸送帶本身的重力以及軸承等傳動(dòng)部件的摩擦力。在計(jì)算過程中，忽略軸承的摩擦力，取帶以及胡蘿卜為整體作為分析對象，受力如圖 34 所示，圖示中 G 為胡蘿卜以及帶的重力。 圖 34 輸送帶上胡蘿卜的受力分析 每根胡蘿卜的重量按照 160g 計(jì)算，輸送帶每平方米的重量按照 ，則總重力： gmmG )21( ?? kglmLm 7 0 011 ????? kgBLmm ????? 式中： 1m為胡蘿卜的重量； 2m 為輸送帶的重量； 0m 為輸送帶每平米的質(zhì)量，取 20 / mmkgm ? ； 1L 為輸送距離， mmL 17001? ； 2L 為輸送帶總長， mmL 35002 ? ； g 為重力加速度，取 kgNg /10? 。 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 計(jì)算得： NgmmG10)(( )21?????? 輸送帶受到下方支撐板的摩擦，所受摩擦力為：