【文章內(nèi)容簡介】 螺距螺桿的螺旋軌道中，輥軸在隨鏈條往前輸送的過程中，受到變螺距螺桿的限制，控制相鄰兩輥軸的間距發(fā)生平穩(wěn)變化，實(shí)現(xiàn)連續(xù)分級。該裝置分級柔和，效率高且分級精度好，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（論文）9 另外一種變間隙輥式分級機(jī) [19]采用導(dǎo)軌上的突起控制輥筒輸送帶上的活動輥升降，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輥軸升降，當(dāng)活動輥上升至最高時，固定輥與活動輥的間距最大，當(dāng)物料直徑小于該間隙時，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，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)計了一種新型的鏈板式間距可調(diào)果類分級機(jī) [25]，間隙的大小由螺桿升降裝置調(diào)節(jié)，以改變分級鏈板的間距。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。輥軸式分級機(jī)具有分級精度高，分級柔和等優(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。輥軸式分級能適用于直徑分級的各類果蔬，具有很好的通用性。圖 113 鏈板式間距可調(diào)果類分級機(jī) 存在的主要問題目前，在果蔬分級的技術(shù)研究上投入成本越來越多，但是對長桿狀作物的分級設(shè)備的探索卻處于空白。國內(nèi)外現(xiàn)有的果蔬分級機(jī)主要針對于球形果蔬，對于胡蘿卜分級并不完全適用。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（論文）10當(dāng)前果蔬分級加工機(jī)械的現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)發(fā)現(xiàn)存在問題如下：（1）現(xiàn)有分級機(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裝置價格昂貴，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)械式分級設(shè)備的分級指標(biāo)均為直徑參數(shù)，然而胡蘿卜國家標(biāo)準(zhǔn)的分級指標(biāo)為長度，采用原有直徑類的分級機(jī)械可能造成分級的誤差變大。 研究的內(nèi)容和具體要求 研究內(nèi)容設(shè)計一種新型的胡蘿卜自動分級機(jī)，特別是針對長桿狀果蔬的分級裝置，采用機(jī)械分級的方式，按照胡蘿卜的長度進(jìn)行分級。（1）進(jìn)行胡蘿卜自動分級機(jī)總體方案的設(shè)計，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裝箱裝置的總體設(shè)計和相關(guān)主要零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計、相關(guān)部件的選型計算以及最優(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）對分級機(jī)總體進(jìn)行理論分析、檢驗(yàn)計算及校核優(yōu)化。 具體要求（1）胡蘿卜分級機(jī)按照長度自動將胡蘿卜分為大、中、小三種規(guī)格，規(guī)格要求分別為 15~15；（2）分級前應(yīng)首先實(shí)現(xiàn)單果輸送，分級過程中不得有卡果、堆積等現(xiàn)象，保證胡蘿卜的準(zhǔn)確分級；（3）胡蘿卜整齊裝箱，人工稱重封箱；（4）胡蘿卜分級機(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；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（論文）11（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。 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)計分級裝箱裝置的設(shè)計各主要機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算和校核撰寫論文，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（論文）122 總體方案的確定 胡蘿卜自 動分級機(jī)總體方案的確定如圖 21 所示為胡蘿卜自動分級包裝機(jī)的整體結(jié)構(gòu)示意圖，主要由兩個部分組成：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，然后通過分級裝箱裝置實(shí)現(xiàn)按長度分級的要求。其中：勻果上料裝置由隔板輸送帶以及傳動機(jī)構(gòu)組成。隔板輸送帶由電動機(jī)帶動，將胡蘿卜均勻送入分級區(qū)。所設(shè)計輸送帶的每兩個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。分級裝箱裝置由輸送裝置，基準(zhǔn)矯正裝置、分級裝箱裝置以及傳動裝置等組成。通過分級槽的長度尺寸不同，實(shí)現(xiàn)不同等級的胡蘿卜的分級。各等級的胡蘿卜進(jìn)入相應(yīng)的 U 形槽裝箱集果裝置，實(shí)現(xiàn)自動分級裝箱功能。圖 21 胡蘿卜自動分級包裝機(jī)整體結(jié)構(gòu)示意圖 總體傳動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裝置能夠有合理的速比關(guān)系，本裝置采用鏈傳動的方式將動力進(jìn)行分配，整體傳動方案如圖 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（論文）13圖 22 傳動方案動力傳遞路線：分級裝置動力輸入軸電機(jī) 渦輪減速器Ⅰ 鏈傳動Ⅱ 鏈傳動Ⅲ 勻果裝置動力輸入軸 勻果上料裝置的工作原理勻果上料是進(jìn)行胡蘿卜分級前的準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，是防止胡蘿卜在分級過程中產(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)計選用了隔板式輸送帶將胡蘿卜均勻的輸送入分級裝置，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、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（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 從動滾筒 10 主動滾筒 分級裝箱裝置的工作原理按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的長度等級要求，采用機(jī)械分級的方式進(jìn)行胡蘿卜分級，提出了如圖 24 所示的胡蘿卜分級裝箱裝置的總體設(shè)計。該裝置由輸送裝置、分級基準(zhǔn)矯正裝置、分級裝箱部分、傳動部分以及機(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，位于胡蘿卜上方的相接觸的毛刷轉(zhuǎn)動產(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，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)，分級板上開有長度由小到大的分級槽，當(dāng)胡蘿卜的長度小于該分級槽的長度時，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。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（論文）15圖 24 分級裝箱裝置結(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 從動鏈輪 12 主動鏈輪 13 S 級果出料口 14 M 級果出料口青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）163 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： 360vQlm?A式中： =15kg/h胡 蘿 卜 的 產(chǎn) 量 ， 取 8ll隔 板 間 隔 ， 取m?胡 蘿 卜 平 均 質(zhì) 量 60計算得： 150x863=.21/vms 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（論文）17心軸上，胡蘿卜在不同高度的隔板的受力情況如圖 31 與圖 32 所示。當(dāng)重力的作用線位于隔板外側(cè)時，胡蘿卜有從隔板上落下的趨勢，由圖示的幾何關(guān)系計算可得，保證胡蘿卜不下落的隔板高度最小值：公式請按要求編號minax(1cos)lR??式中： 為最大胡蘿卜半徑，取 ax ? 為輸送傾斜角度，取 o5計算得： 當(dāng)胡蘿卜產(chǎn)生堆積時，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： 22maxinminiminimin()(s)coslRRaRa????式中： 為最小胡蘿卜半徑，取 i ?計算得： ?故當(dāng) 時，保證既不堆果也不落果的隔板高度范圍為 ~。初定隔35a??板高度為 25mm。圖 31 胡蘿卜在最大隔板高度時的受力狀況圖 32 胡蘿卜在最小隔板高度時的受力狀況青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（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)動的動力是主動滾筒和從動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。輕型傳動滾筒通過輻板與筒殼全焊接，輪轂與軸鍵連接，實(shí)現(xiàn)動力傳遞以及定位，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（論文）1912360()[]?????式中： 為輸送帶所能承受的需用壓力，由運(yùn)輸設(shè)計手冊查得: 織物帶 ；??p ???取滾筒直徑為 。10Dm? 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部件的摩擦力。在計算過程中，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 計算，輸送帶每平方米的重量按照 ，則總重力： gmG)21(?? ?? 式中： 為胡蘿卜的重量；1為輸送帶的重量；2為輸送帶每平米的質(zhì)量，取 ；0m20/?為輸送距離， ；1LL17為輸送帶總長， ；2 52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（論文）20為重力加速度，取 。gkgN/10?計算得： )235(??輸送帶受到下方支撐板的摩擦，所受摩擦力為： ?式中：u 為摩擦系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計手冊知：塑料聚氯乙烯與鋼的動摩擦系數(shù)，取 u=；由平衡條件知： si3TfG?? co0n? 計算得牽引力： 所需的傳動滾筒驅(qū)動力： F按照通用帶式輸送機(jī)設(shè)計手冊 [29]，為避免打滑以及輸送帶的劇烈磨損，并考慮軸承等傳動損耗，將所計算得需要的傳動滾筒的驅(qū)動能力進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯螅粍t傳動滾筒可能傳遞的最大驅(qū)動力： ????式中： F 為傳動滾筒需要傳遞的驅(qū)動力，N ；Fmax 為傳動滾筒可能傳遞的最大驅(qū)動力，N；為傳動滾筒傳遞動力的備用系數(shù)，取 。? ~5?另外，輸送帶為彈性體，根據(jù)歐拉公式計算得緊邊拉力： ??????式中：由運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計手冊查得：光面滾筒，環(huán)境潮濕，包角為 180 度時， ?? 松邊拉力： ?????初拉力： ?壓軸力： FP78sin0? 分級裝箱裝置相關(guān)參數(shù)的確定 輸送鏈速的確定青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）21為了保證勻果上料裝置出料口落下的胡蘿卜能夠正好落到分級裝置的對應(yīng)的間隔中，必須合理設(shè)置分級裝置的鏈速，若輸送鏈速過快，會導(dǎo)致分級裝置上空果率上升；鏈速