红枣自动分级机构的设计.docx
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红枣自动分级机构的设计
前言
针对我国西部红枣分级劳动强度大、机械化程度低的现状，设计了带式红枣自动分级机。
该分级机的设计思路为：
小于分级皮带之间间隙的枣便落进出枣斗进入集枣箱,不会出现卡枣、破枣现象。
留在一级分级皮带上的红枣由后面的溜枣板迸入下一级差速带式红枣分级装置,后一级的皮带间的间隙大于上级的间隙,故落下的红枣大于上一级的红枣,依此将红枣分成大小不同的级别。
关键词：
红枣；分级；皮带；设计
目录
1.研究目的与意义1
1.1研究目的1
1.2研究的意义1
2.国内外研究现状2
2.1国外研究现状2
2.2国内研究现状2
3.主要结构3
4.工作原理3
4.1分级装置3
4.2分级装置设计依据4
5.主要技术参数5
6.主要部件的设计5
6.1电动机的选择5
6.2联轴器的选择6
6.3分配传动装置传动比和减速器的选择7
6.4传动装置的运动和动力参数计算8
7.其他部件的设计10
7.1入料斗10
7.2出料斗10
7.3机架底座11
总结12
致谢13
参考文献14
1研究目的与意义
1.1研究目的
红枣又名大枣,含有丰富的营养成分。
红枣在国内和国外都有着广阔的市场前景。
近年来国内外市场对红枣需求量的逐年增加,由于我国拥有全世界98%的枣树资源和近100%的枣产品国际贸易额,因而我国在红枣种植和贸易领域中占有主导地位。
在国际贸易中,我国出口的红枣大部分是未经任何处理的红枣或其初级产品,品质差并且销售价格较低。
随着生活水平的不断提高,国内消费者对红枣的消费理念己经由数量型向质量型转变,不仅要求口味纯正,而且要求形靓物美。
因此经过分级处理、打蜡和精美包装的红枣受到越来越多消费者的青睐。
而目前我国红枣的后期处理率仅为1%,采后产值和收获时自然产值比仅有0.5/1。
究其原因,是国内对于红枣的商品化处理能力较低。
商品化处理是红枣采后的加工增值过程,包括分级、清洗、催熟、打蜡和包装等环节,分级是红枣进入流通市场前首要的、关键的基础加工环节,其结果直接关系到后续的精深加工产品质量,并对红枣产业的经济效益影响较大。
分级处理是按照分级标准中对果实大小、颜色、品质和缺陷等多个指标的规定,将红枣分成相应级别的工艺过程。
在细致、合理和有效分级的基础上才能对其进行后处理或者深加工,从而提高产品的竞争力。
1.2研究的意义
消费者对红枣品质需求的提高和红枣市场的开拓,给红枣产业带来巨大的机遇的同时也带来了新的挑战。
红枣企业要在最短时间内生产出优质新鲜、包装精美和标准化的产品,就要首先实现红枣采后处理自动化和产品高档化,其中的关键技术问题就是红枣采后无损检测及标准化分级。
枣果有优劣之分,不同枣果的形状、大小和着色程度并不完全一致,部分枣果甚至有碰伤和病虫伤害等。
不同的枣果采后混在一起既不便于贮藏和运输,也不便于以质定价。
在市场经济高度发达的今天,异地销售、大宗农产品交易和农产品国际贸易均离不开标准化,红枣分级就是实现其商品标准化的第一步。
然而,由于我国红枣采后处理技术水平低下,部分红枣采后仍由人工分选,其分选过程依靠人工感官进行识别判断。
受分选者的情绪、色彩分辨力、疲劳程度和能力等条件影响,这种主观评判效率低且误差较大,红枣的标准化分级难以实现;且操作人员与枣果直接接触,不符合食品加工生产的要求。
部分地区使用机械式红枣分级设备,如滚筒式分选机、轴辊式分选机和重量分级机等,仍需要配合以繁重的体力劳动;此类设备仅能按尺寸大小等单一指标分级,无法满足现阶段对于红枣分级的需求。
同时机械式分选所带来的枣果损伤降低了红枣品质,使得其市场销售价格低于应有价值,极大地损害了枣农和相关企业的利益,阻碍了我国红枣产业的良性发展。
因此,红枣的快速无损分级己成为提高其市场竞争力的关键因素。
2国内外研究现状
2.1国外研究现状
自20世纪70年代起,国外公司和研究机构对红枣自动分级技术进行了大量研究（LeemansVandDestainMF2004;LeemansVetal.2002）,并己将部分成果产业化。
美国、法国和新西兰部分公司是果品分级设备研制的主力军（BENEDETTI,A2007）。
目前国外公司所生产的红枣分选线可对红枣进行大小、形状、缺陷和成熟度等多方面的检测（UnayDetal.2011）,并辅助以人工神经网络等方法（NakanoK1997）,其准确率大大提高。
法国MAFRODA公司的红枣分级分选线有自动化的田间大木箱处理机,大木箱清洗机、纸箱自动包装、码垛和木托盘的处理。
其用户遍布全球60多个主要国家。
美国AUTOLINE公司研发的红枣分级机最多可9条通道、60个等级出口同时作业,并可针对用户的需求进行改装。
韩国SEHAN-TECH株式会社是红枣分选机的专业生产厂家,其产品包括小型分选机和多通道分选机等,能够按照大小、重量、缺陷、颜色和含糖量等标准进行红枣分级。
计算机分析系统能够提供红枣分级的各种信息,包括各等级红枣的数量、单位时间处理量和红枣的优质度等。
[09]
国外的红枣分选技术己经取得很大发展。
以美国AUTOLINE、法国MAFRODA和新西兰COMPAC公司为代表的企业己开发出多手段同步检测的分级装置（Unay,Detal.2011）,其准确率较高且速度快（LimingXandYanchaoZ2010）,部分处理算法己经硬件化,处理过程迅速可靠,给红枣产业带来了巨大的经济效益。
2.2国内研究现状
我国学者从90年代开始对分选技术进行研究,但大部分停留在单一品质检测和静态分析阶段,远没有达到实时检测分级的水平。
中国农业大学学者李庆中开发了一种基于的新型苹果实时分级试验系统。
由于在输送机构两侧放置了反光镜,可将苹果4个表面快速呈现给视觉检测系统,采集图像更完整。
针对国内外苹果分选机在图像处理时对梗凹陷和苹果缺陷易于混淆,学者周钦红对此问题设计了一种苹果分选输送定位机构。
该机构可在图像采集段之前实现果梗垂直于水平面的定位并绕竖直轴旋转,定位成功率达94%,但其定位速度较慢不满足在线检测的需求。
浙江大学学者应义斌研究了一种用于柑橘自动分级系统的同步跟踪自动控制装置。
该装置利用涡流式接近开关产生的脉冲作为移位信号,使处理结果在移位寄存器的位置与水果实时位置保持一致饶秀勤。
徐惠荣、蒋焕煌等研制的能实现准球形水果自动单列输送并均匀翻转的装置,指出输送和翻转机构参数的选择原则和结构设计中需要注意的问题。
学者应义斌对水果实时分级机构和水果分级控制系统进行了设计和试验验证,并基于此设计了“基于的水果品质智能化实时检测与分级生产线”。
该系统分级误差约为5%,且主要针对柑橘等尺寸较大的水果,浙江大学所研制的水果分级生产线主要针对柑橘等水果,难以应用于红枣自动分选;且果蔬窜级率约为5%,准确率还不能满足实时分级的要求,并且其上料装置的振动对红枣有损伤,在一定程度上影响了红枣品质,并未实现无损分选。
3主要结构
本设计吸收了当前的设计优势，主要由原动机、传动系、工作系、机架系四部分构成。
原动机采用电动机带动，传动系选择V带传动，齿轮传动，工作系由传动皮带机构组成，机架系由底座、架身、进料斗、出料斗组成。
此外采用全损耗系统用油进行润滑，橡胶密封。
主运动轴、轴承、键、联轴器都采用标准件，易于更换。
7
6
5
4
3
2
1
1、喂料斗2、出料斗3、电机4、溜枣板5、传送皮带6、机架7、减速器
图3-1总装图
4工作原理
4.1分级装置
分级皮带为传送皮带。
皮带之间的间隙可以通过轴套的宽度改变而改变，从而达到可以对多种红枣进行分级。
图4-1传送皮带
初始条件
传动功率（KW）：
5
带轮转速（r/min）：
100
选定带型
带型：
胶帆布平带
轴间距的确定
初定轴间距（mm）：
650
所需带长（mm）：
1614.
实际轴间距（mm）：
650
带速、包角和V带根数
带速：
2.094
小带轮包角：
90
包角修正系数：
1.00
4.2分级装置设计依据
红枣（干枣）在外观特征上基本呈现圆台形，少数呈现较规则的圆柱形。
针对本分级机的结构特点和原理，红枣在分级的过程中实际依据的是红枣腰径方向的最大尺寸。
通过对大批量红枣最大腰径的观察和尺寸检测后，利用MATLAB软件的图像处理和曲线模拟技术对红枣最大腰径尺寸进行分析，可以知道红枣的最大腰径主要呈现3种特征。
曲线部分即为红枣最大腰径截面的轮廓线。
红枣最大腰径截面的形态特征大致可以分为以下3种：
:
红枣的最大腰径截面的长径和短径尺寸比较接近;红枣的最大腰径截面的长径和短径尺寸相差较大;红枣的最大腰径截面的长径和短径尺寸没有固定的差别关系。
红枣分级机主要是利用分级皮带之间的间隙与红枣腰径的最大尺寸差来实现分级的。
经过对大量红枣进行实际测量得知，各种形态特征的红枣其腰径最大尺寸最小为l0mm，最大为35mm，红枣最小长径为18mm，最大长径为50mm（极少的超过50mm），红枣的长径比腰径尺寸要大。
所以将分级皮带分为2组，第1组分级皮带之间间隙为20mm，第2组分级皮带之间间隙为30mm，即将红枣分为2个等级。
5主要技术参数
确定传动方案:
考虑到电机转速高，传动功率大，在工作中要承受轻微冲击等实际要求，选择带传动和一级圆柱斜齿轮减速器。
传动装置的总效率
:
=
=0.97×0.97×0.984×0.96=0.83314；
为联轴器的效率，
为高速轴齿轮的效率，
为高速轴承的效率，
为第二对轴承的效率，
为第三对轴承的效率，
为第四对轴承的效率，
为V带的效率（齿轮为9级精度，油脂因是薄壁防护罩，采用半开式效率计算）。
6主要部件的设计
6.1电动机的选择
电动机所需工作功率为:
（6-1）
：
工作装置的功率；
：
总效率；
执行机构的转速n为100-200r/min
经查表按推荐的传动比合理范围：
带传动的传动比
；
圆柱齿轮减速器传动比
；
则总传动比合理范围为
。
电动机转速的可选范围：
。
根据容量和转速，由设计手册查出的电动机型号，因此有以下三种传动比选择方案，如下：
表6-1电动机型号
方案
电动机型号
额定功率kw
同步转速r/min
满载转速r/min
电动机质量kg
参考价格
传动装置传动比
1
Y112M-2
4
3000
2890
45
5.00
22.40
2
Y112M-4
4
1500
1440
43
3.48
20.42
3
Y132M1-6
4
1000
960
73
2.22
13.61
本设计选用的电动机型号为Y112M-4。
由选定的电动机转速
和工作装置主动轴转速
，可得传动装置总传动比为：
下面的表格就是电动机的技术参数、性能以及外形尺寸的数据:
表6-2电动机外形尺寸
中心高
外型尺寸L*（AC/2+AD）*HD
底脚安装尺寸A*B
地脚螺栓孔直径K
轴伸尺寸D*E
安装部位尺寸F*GD
112
38*265*190
190*140
12
28*60
8
6.2联轴器的选择
本设计的联轴器的选择主要包括了两个联轴器的选择，第一个是电动机轴与箱体的输入主轴的联结，根据文献中的Y系列电动机的外型尺寸，本设计所选用的电动机的型号为Y112M-4，可知电动机的输出主轴的外伸部分的长度E和直径D分别是50和35。
根据《机械设计手册》凸缘联轴器最后确定电动机与箱体的输入轴间的联轴器选择为GYH3型。
图6-2联轴器
6.3分配传动装置传动比和减速器的选择
（6-2）
式中
，
分别为带传动和减速器的传动比。
为使带传动外廓尺寸不致过大，初步取
，则减速器传动比为：
故减速器选一级圆柱齿轮减速器（传动比范围3-6）。
图6-3减速器
6.4传动装置的运动和动力参数计算
首先计算各轴转速
=1500r/min（电机输出轴）
=1500/3=500r/min（减速器输出轴）
=500/5=100r/min（带传动输出轴）
轴的输出功率：
=3.6kw（6-3）
=3.6×0.97×0.98=3.42kw
=3.42×0.97×0.98×0.97×0.96=3.02kw
因为小带轮（主动轮）的转速为500r/m，输出功率为3.42kw，根据设计要求，经查《机械设计基础》得到小带轮初选的基准直径为140mm，初步确定选普通V带B型，基准长度
为1800mm。
实际工作时，应对V带的基本额定功率
值加以修正。
修正后既得实际工作条件下V带所能传递的功率，称为许用功率:
（6-4）
式中:
—功率增量。
—包角修正系数。
—带长修正系数。
经查表
。
符合要求。
所以小带轮的基准直径因选择140mm。
已知小V带轮的直径
为140mm,设大带轮为
，由经验公式:
带入数据计算得:
由《机械设计基础》表13-9取
=400mm
根数的确定：
设P为传动的额定功率（Km），
为工作情况，则计算功率为:
；
式中
—工作情况系数，查表得1.5。
则：
V带的根数由式:
G=
计算确定，带入数据计算得G=1.41，确定为两根。
7其他部件的设计
7.1入料斗
图4-1入料斗
7.2出料斗
出料斗的作用主要是让经过分级的物料从相应的出料槽划出，达到分级效果。
出料斗有一个出料槽，倾斜角度为30°，这样有利于红枣划出，同时也避免本级红枣掉入其它槽中。
图4-2出料斗
7.3机架底座
机架底座主要采用方钢焊接而成，起固定工作机，安装电动机、减速器等零部件的作用。
具体形状如下图。
图4-3机架
总结
随着毕业日子的到来，毕业设计也接近了尾声。
在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。
毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。
通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。
自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。
通过这次毕业设计，我们才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。
作为农业机械专业，其所有知识之间存在很大的连贯性。
只有从基础课程到专业课程踏踏实实地学习，才能系统地掌握专业知识。
也只有具有足够的专业知识，设计才有东西可做，做得出来，其次，机械设计中有大量的计算、绘图，这是相当繁重、繁琐的事情。
如果没有耐心，静不下心来思考、计算，设计就无从谈起，最后，要多和别人交流，听取学生的意见，听从指导老师的指导因为自己身在其中，思路往往向着一个方向发展，有时就容易进入死胡同。
多听听别人的意见，特别是别人的思路和方法，能够有效弥补自己在专业知识上的不足
不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。
最后终于做完了有种如释重负的感觉。
此外，还得出一个结论：
知识必须通过应用才能实现其价值！
有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我们认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。
通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。
致谢
首先感谢吴明清老师对本设计的指导。
本设计是在老师耐心指导下多次修改完成的。
在此，我对他的耐心指导和帮助表达我最真诚的谢意，感谢他在这几个月来所付出的努力。
在这段时间里，我不仅学到了许多的专业知识，更感受到了他工作中的兢兢业业，生活中的平易近人的精神。
此外，他的严谨治学态度和忘我的工作精神值得我去学习。
在此，请允许我对老师说一声:
“老师，您辛苦了!
”再次感谢他。
近三个月时间的毕业课题设计是我大学生活中忙碌而又充实一段时光。
这里有治学严谨而又亲切的老师，有互相帮助的同学，更有积极、向上、融洽的学习生活氛围。
短短的时间里，我学到了很多的东西。
不仅学到就更多的理论知识，扩展了知识面，提高了自己的实际操作能力;而且学会了如何去学习新的知识，学会了面对困难和挑战，学会了团结合作，互助互利。
借此论文之际，向所有帮助、关心、支持我的老师、朋友同学，表达我最真诚的谢意。
衷心的感谢能在百忙之中参加本人论文答辩的各位老师，谢谢你们的批评和指正!
非常感谢我的同学。
当我在毕业设计过程中遇到问题和困难时，是他们给我提出许多关键性的意见和建议，使我对整个毕业设计的思路有了总体的把握，并耐心的帮我解决了许多实际问题，使我获益良多。
感谢三年来传授我知识的老师们，更要感谢我的家人及朋友对我学业上的支持和鼓励，感谢所有关心、帮助过我的人。
同时感谢我的大学塔里木大学，感谢机械电气化工程学院培养了我。
总之，在以后的学习、工作、生活中我将更加努力，用自己的行动回报社会、学校、老师及同学。
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