球狀類水果橙子分選機(jī)的設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、摘要：橙子作為一種人們經(jīng)常食用的食品，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值豐富，但是橙子分選是一項(xiàng)令人頭痛的事情。目前市場(chǎng)上還沒(méi)有完全適合于家庭使用的橙子分選裝置，本論文本著節(jié)省材料、成本低廉、安全簡(jiǎn)易、效率高的原則，立足于橙子分選機(jī)的設(shè)計(jì)與研制，完成的基本工作如下：通過(guò)對(duì)橙子的物理特性調(diào)查取樣分析，為裝置關(guān)鍵部件和試驗(yàn)研究等層面提供了性能依據(jù)，在經(jīng)過(guò)理論的指導(dǎo)合理的設(shè)計(jì)出橙子機(jī)械裝置的結(jié)構(gòu)，主要設(shè)計(jì)包括有驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，傳動(dòng)設(shè)計(jì)，進(jìn)料口設(shè)計(jì)，廢料收集設(shè)計(jì)，電器控制設(shè)計(jì)等，進(jìn)而對(duì)橙子分選機(jī)的性能作出優(yōu)化設(shè)計(jì)。關(guān)鍵字：橙子 分選裝置 關(guān)鍵部件I1前言1.1研究背景橙子為人們對(duì)商品橙子子、植物寧夏橙子、中華橙子等橙子屬下物種的統(tǒng)

2、稱。人們 日常食用和藥用的橙子子多為寧夏橙子的果實(shí)"橙子子"，而且寧夏橙子是唯一載入2010 年版中國(guó)藥典的品種，與瓊珍靈芝、長(zhǎng)白山人參，東阿阿膠并稱為中藥四寶。我國(guó)橙子種植面積大，傳統(tǒng)的橙子分選方法為手工分選，其分選速度慢，效率低， 分選緩沖期短，勞動(dòng)力需求量巨大，這些條件嚴(yán)重制約著橙子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前雖有不少用于橙子分選的機(jī)械設(shè)備得到實(shí)用新型，但都由于操作不便，傷果、 傷樹(shù)，含雜多，難于區(qū)分青紅果，投入成本高等諸多因素而得不到推廣。1.2 研究意義、國(guó)內(nèi)外動(dòng)態(tài)2.1.1 北京農(nóng)業(yè)機(jī)械橙子分選機(jī)如圖2.1所示為一種 橙子分選器及橙子分選系統(tǒng)，具體在進(jìn)行果實(shí)分選之前，首先需

3、要將橙子分選器裝載于高地隙運(yùn)載車輛下方，前端 與車輛鉸鏈聯(lián)接，后端采用齒輪齒條連接，以使橙子分選器能夠做上下運(yùn)動(dòng)，便于卸除果粒。在將橙子分選器裝載好之后，利用車輛提供的電源，使橙子分選器隨車輛運(yùn)行到果樹(shù) 旁，控制器19向箱門驅(qū)動(dòng)電機(jī) 14發(fā)送開(kāi)門指令，使橙子分選器打開(kāi)箱門12，車輛沿柔性?shī)A 持導(dǎo)引器11 方向繼續(xù)前進(jìn)，使果樹(shù)進(jìn)入橙子分選器，控制器19再向箱門驅(qū)動(dòng)電機(jī)14 發(fā)送 關(guān)門指令，以使箱門12關(guān)閉。此時(shí)，便可以按下分選啟動(dòng)按鈕，啟動(dòng)控制器19的分選程序，使 控制器19向聲波產(chǎn)生裝置發(fā)送控制指令，實(shí)現(xiàn)前述的果實(shí)分選過(guò)程，并發(fā)出完成任務(wù)的提 示信息。然后再打開(kāi)箱門12，隨著車輛運(yùn)行離開(kāi)分選完

4、的果樹(shù)，移動(dòng)到下一棵待分選的果樹(shù)旁，再進(jìn)行上述分選過(guò)程，以此類推。該橙子分選器通過(guò)控制器19和聲波產(chǎn)生裝置，產(chǎn)生預(yù)設(shè)頻率的空氣振動(dòng)波，并傳 輸至橙子分選器箱體內(nèi)，以使置于箱體內(nèi)的果樹(shù)上的果實(shí)，通過(guò)與空氣振動(dòng)波的共振作用墜入述橙子分選器箱體中，實(shí)現(xiàn)果實(shí)的快速分選，可大幅提升分選器的適用面和針對(duì)性，減輕橙子分選的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高作業(yè)效率，解放勞動(dòng)力。1、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 2、凸版 3、石磙 4、入料斗 5、樣品圖2.1 橙子分選機(jī)整體示意圖2.1.2 江蘇理工大學(xué)橙子分選機(jī)裝置 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種具備分布式機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的智能辨識(shí)橙子分選裝置。該裝置包括機(jī)架以及設(shè)置在機(jī)架上的電源系統(tǒng)、控

5、制系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)、橙子分選機(jī)械手、枝條定位機(jī)械手、橙子分選頭以及果實(shí)收集裝置；所述控制系統(tǒng)通過(guò)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)、橙子分選機(jī)械手、枝條定位機(jī)械手、橙子分選頭以及果實(shí)收集裝置分別相連。本發(fā)明還提出了一種基于上述圖像辨識(shí)橙子分選機(jī)進(jìn)行橙子分選的方法。所述橙子分選裝置實(shí)現(xiàn)了對(duì)橙子果實(shí)自動(dòng)、高效的收集，解決了橙子果實(shí)采收過(guò)程中果實(shí)易破，樹(shù)葉易堵的問(wèn)題，極大地降低了生產(chǎn)成本，具有良好的實(shí)際應(yīng)用前景。圖示2.2為1：橙子分選機(jī)械手；2：枝條定位機(jī)械手；3：控制柜；3-1：觸摸屏；3-2：信息融合模塊；4：控制系統(tǒng)；5：電源系統(tǒng)7：高位視覺(jué)系統(tǒng)；7-1：相機(jī)I；7-2：滑輪雙軸光杠滑臺(tái)I；

6、8-1：相機(jī)II；8-2：滑輪雙軸光杠滑臺(tái)II；9：滑臺(tái)升降系統(tǒng)10：視覺(jué)升降系統(tǒng)；11：電動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)；21：防堵式電動(dòng)閥；23：風(fēng)機(jī)；23-2：進(jìn)風(fēng)口軟管；24：收集漏斗；25：收集軟管；26：三通接口28：集果箱；29：激光傳感器圖2.2 橙子分選整體示意圖2.4 研究目標(biāo)及研究?jī)?nèi)容2.4.1 研究目標(biāo)根據(jù)目前的市場(chǎng)上的橙子機(jī)械裝置，設(shè)計(jì)一款具有高效率和兩個(gè)重要物理參數(shù)（效率和損傷率）都兼顧的橙子分選機(jī)具有相當(dāng)大的挑戰(zhàn)，必須毫不動(dòng)搖的堅(jiān)持以實(shí)踐為主要理論思想，理論基礎(chǔ)為輔助，加上目前市場(chǎng)的機(jī)械裝置技術(shù)做支撐，課題主要以研究家庭型橙子分選機(jī)為前提，本著以最大化的節(jié)省材料、成本低、安全簡(jiǎn)便、效率高

7、的原則，著眼于橙子分選機(jī)械裝置的設(shè)計(jì)與研制，努力設(shè)計(jì)出適應(yīng)不同成熟度和尺寸的橙子去殼機(jī)，它滿足高分選效率和低損傷率的要求，降低了處理成本，同時(shí)降低了能耗，提高了效率。2.4.2研究?jī)?nèi)容依據(jù)目前的設(shè)計(jì)計(jì)劃和打算，著眼于橙子分選機(jī)的設(shè)計(jì)與研制，力求設(shè)計(jì)一款可滿足不同大小橙子和不同成熟度的機(jī)械分選裝置，研究的主要內(nèi)容主要分為以下幾個(gè)方面。(1) 橙子的預(yù)研樣品調(diào)查。以隨縣橙子為研究對(duì)象，通過(guò)調(diào)查取樣的方式收集一批橙子樣本，橙子的幾何形狀，橙子重量，橙子的含水量等參數(shù)作出詳細(xì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得出橙子的物理特性等規(guī)律，為關(guān)鍵組件和未來(lái)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)研究提供性能基準(zhǔn)。(2) 根據(jù)調(diào)查結(jié)果制定出技術(shù)攻關(guān)。在初步調(diào)查

8、和分析過(guò)程中，我們將在技術(shù)路徑上進(jìn)行技術(shù)突破，通過(guò)理論研究制定技術(shù)目標(biāo)，并通過(guò)理論分析該方案的可行性。參考以往的橙子分選機(jī)技術(shù)關(guān)鍵思想，做出思維導(dǎo)圖然后逐項(xiàng)解決。(3) 橙子分選機(jī)械裝置的三維研究與設(shè)計(jì)；對(duì)橙子分選工作關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)，通過(guò)各工作部件設(shè)計(jì),利用三維建模的方式將橙子樣機(jī)呈現(xiàn)出來(lái)，通過(guò)建模的方式則可以直觀的看出樣機(jī)的整體結(jié)構(gòu)裝配方式，根據(jù)機(jī)體結(jié)構(gòu)，為以下設(shè)計(jì)提供科學(xué)和理論可行性依據(jù)。（1） 橙子分選機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和樣機(jī)設(shè)計(jì)；根據(jù)前面機(jī)械裝置的進(jìn)料裝置，傳動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)裝置，廢料收集裝置，電器控制裝置的設(shè)計(jì)，通過(guò)技術(shù)攻關(guān)，接下來(lái)就是以設(shè)計(jì)技術(shù)思想為核心，理論思路是指導(dǎo)樣機(jī)設(shè)計(jì)的前提，并根據(jù)樣

9、機(jī)的實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)。本著節(jié)省材料、成本低廉、安全簡(jiǎn)易、高效率的五大原則繼續(xù)為產(chǎn)品做可行性方案。（2） 橙子分選機(jī)械裝置的測(cè)試及其優(yōu)化設(shè)計(jì)；對(duì)橙子分選機(jī)裝置的關(guān)鍵部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后通過(guò)三維建模將樣機(jī)制作出來(lái),最后再分析模擬進(jìn)行試驗(yàn),以去殼率和果肉損傷率為指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)比對(duì)分析,求得高剝凈率、損傷率低的最佳試驗(yàn)性能參數(shù)，然后優(yōu)化橙子分選機(jī)的性能。2.4.3研究方法通過(guò)查找文獻(xiàn)和其他參考資料，研究方法主要以借助互聯(lián)網(wǎng)和其他媒介為主，通過(guò)搜集方法為主要手段，著眼于解決橙子分選機(jī)的研究方法為主要目標(biāo)，主要方法主要分為以下幾個(gè)方面：(1) 調(diào)查取樣法：通過(guò)調(diào)查取樣的方法將一批橙子收集并加以整理和

10、分析，利用數(shù)學(xué)模型的方法將取樣所得的橙子逐一進(jìn)行分析，從初步的橙子模型中得出橙子物理特性等物理規(guī)律，為未來(lái)關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)研究提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支持，同時(shí)也為后期試驗(yàn)提供保障。(2) 文獻(xiàn)研究法：根據(jù)研究主題，通過(guò)搜索文檔獲取技術(shù)數(shù)據(jù)4，通過(guò)以往的研究成果分析出最佳技術(shù)方案。(3) 定量分析法：根據(jù)調(diào)查結(jié)果制定出技術(shù)攻關(guān)，依據(jù)工作原理制定出力學(xué)或者材料學(xué)分析論證。(4) 模擬法：通過(guò)使用3D建模平臺(tái)組裝零件5，創(chuàng)建類似的模型，然后用于研究機(jī)械模型的一些基本特征。3 橙子的物理學(xué)研究3.1橙子樣本的物理學(xué)研究為達(dá)到早日設(shè)計(jì)板出橙子分選機(jī)樣機(jī)，針對(duì)家庭為目標(biāo)，以隨縣橙子為研究對(duì)象。通過(guò)調(diào)查取樣5

11、的方法將一批橙子收集并加以分析，利用數(shù)學(xué)模型的方法將橙子逐一分析，從初步的數(shù)學(xué)模型中得出橙子物理特性等規(guī)律，為橙子機(jī)械裝置的關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)研究提供了技術(shù)支持，為研究方向提供了關(guān)鍵思路，取樣主要以正常成熟半個(gè)月以內(nèi)的橙子為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，通過(guò)隨機(jī)抽樣以避免數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)不正確，待取樣完畢后立即整理出樣品，利用數(shù)學(xué)模型的方法將橙子逐個(gè)進(jìn)行分析，從初步的橙子模型中得出橙子物理特性等規(guī)律。圖3.1 橙子樣本模型示意圖如圖3.1所示為枝條細(xì)弱，弓狀彎曲或俯垂，淡灰色，有縱條紋，棘刺長(zhǎng)0.5-2厘米，生葉和花的棘刺較長(zhǎng)，小枝頂端銳尖成棘刺狀。葉紙質(zhì)或栽培者質(zhì)稍厚，單葉互生或2-4枚簇生，卵形、卵狀菱形、長(zhǎng)橢圓形

12、、卵狀披針形，頂端急尖，基部楔形，長(zhǎng)1.5-5厘米，寬0.5-2.5厘米，栽培者較大，可長(zhǎng)達(dá)10厘米以上，寬達(dá)4厘米；葉柄長(zhǎng)0.4-1厘米。3.2 橙子的物理學(xué)特征 橙子的物理學(xué)特性為研究橙子分選機(jī)裝置提供了重要理論依據(jù)，本小節(jié)將采取隨機(jī)取樣的方法對(duì)橙子的長(zhǎng)度，寬度，高度，含水率進(jìn)行收集和統(tǒng)計(jì)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果通過(guò)分析說(shuō)明。我們從隨縣將一批成熟后半個(gè)月以內(nèi)的橙子進(jìn)行收集，然后我們從中隨機(jī)取樣100個(gè)完整橙子。將這100個(gè)橙子進(jìn)行下面的研究。將隨機(jī)取樣的橙子進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量工具為游標(biāo)卡尺，直尺，等工具。橙子的長(zhǎng)度和寬度，高度記載如下表3.1所示。 表3.1 樣本橙子的長(zhǎng)度，寬度，高度測(cè)量統(tǒng)計(jì)表長(zhǎng)度/c

13、m 樣品占比/%寬度/cm 樣品占比/%高度/cm 樣品占比/%<18.0 018.0，20.0） 6<17.0 517.0，18.0） 6<13.0 613.0，14.0） 820.0，22.0） 822.0，24.0） 2118.0，19.0） 919.0，20.0）1014.0，15.0） 815.0，16.0） 724.0，26.0） 1020.0，21.0） 916.0，17.0） 926.0，28.0） 928.0，30.0） 1930.0，32.0） 1432.0，34.0） 634.0，36.0） 5>36.0 2平均值 26.8821.0，22.0）

14、622.0，23.0） 423.0，24.0） 1124.0，25.0） 2125.0，26.0） 12>26 7平均值 22.1617.0，18.0） 1118.0，19.0） 1519.0，20.0） 820.0，21.0） 921.0，22.0） 11>22 8平均值 17.82標(biāo)準(zhǔn)差 3.23標(biāo)準(zhǔn)值 1.05標(biāo)準(zhǔn)值 0.85上表3.1所示所取樣本橙子的長(zhǎng)度分布在區(qū)間18.0，36.0）之間，其中平均值為26.88mm，其中分布在26.0，28.0）占總樣本的9%；所取樣本橙子的寬度分布在區(qū)間17.0，26.0）之間，其中平均值為22.16mm，其中寬度分布在區(qū)間22.0，2

15、6.0）的橙子占樣品總數(shù)48%；橙子的高度分布在區(qū)間13.0，22.0）之間，其中平均值為17.82mm，其中寬度分布在13.0，22.0）的樣本數(shù)占樣本總數(shù)的86%。圖3.2 樣品橙子長(zhǎng)度分布直方圖圖3.3 樣品橙子寬度分布直方圖圖3.4 樣品橙子高度分布直方圖如上圖所示3.2，3.3,3.4為樣品橙子長(zhǎng)度分布直方圖，從圖表中可以清晰的得出樣本橙子長(zhǎng)度分布區(qū)間范圍，其中分布在區(qū)間22.0,24.0)和區(qū)間28.0,30.0)的樣本居多，其中平均值為26.88mm；上表所示3.3為樣品橙子寬度分布直方圖，其中分布在區(qū)間24.0,25.0)的樣本明顯高于其他區(qū)間，其中樣本橙子的平均值為22.16

16、mm，總體樣本符合正態(tài)曲線分布規(guī)律；上表所示3.4為樣品橙子高度分布直方圖，其中分布在區(qū)間17.0,18.0)和18.0,19.0)和的樣本明顯高于其他區(qū)間，其中平均值17.82mm。3.3橙子的重量測(cè)定將取樣的橙子利用天平逐一測(cè)定重量，再將樣品外殼去除測(cè)定果肉質(zhì)量，記錄如下表3.2和圖3.5所示。表3.2 樣本橙子的質(zhì)量，去殼果肉質(zhì)量測(cè)量統(tǒng)計(jì)表質(zhì)量/*10g 樣品占比/%果肉/*10g 樣品占比/%<18.0 618.0，20.0） 4<13.0 613.0，14.0） 820.0，22.0） 822.0，24.0） 2114.0，15.0） 815.0，16.0） 724.0，

17、26.0） 816.0，17.0） 926.0，28.0） 928.0，30.0） 1030.0，32.0） 832.0，34.0） 634.0，36.0） 5>36.0 15平均值 26.5417.0，18.0） 1118.0，19.0） 1519.0，20.0） 820.0，21.0） 921.0，22.0） 11>22 8平均值 17.82標(biāo)準(zhǔn)差 4.05標(biāo)準(zhǔn)值 0.85圖3.5 樣本橙子的總質(zhì)量分布曲線圖此圖表是基于100個(gè)正常橙子分分三次測(cè)量所取值，如上表所示所取樣本橙子的質(zhì)量分布在區(qū)間18.0，36.0）之間，其中平均值為26.54g，其中分布在26.0，28.0）占總

18、樣本的9%。標(biāo)準(zhǔn)差為4.05。所取樣本橙子果肉分布在區(qū)間13.0，22.0）之間，其中平均值為17.82g，標(biāo)準(zhǔn)差為0.85。樣品橙子的質(zhì)量和果肉質(zhì)其中分布區(qū)間 13.0，22.0）的樣本數(shù)占樣本總數(shù)的86%。根據(jù)表3.2中的數(shù)據(jù)，將樣本數(shù)據(jù)予以分布曲線圖呈現(xiàn)，如下圖3.6所示。圖3.6 樣本橙子果肉的質(zhì)量分布曲線圖從曲線圖可以清晰的看出樣本橙子的總質(zhì)量和果肉質(zhì)量的分布范圍，為接下來(lái)橙子分選機(jī)裝置的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)，也為研究數(shù)據(jù)提供了清晰的保障。通過(guò)對(duì)橙子的幾何尺寸、橙子重量、等參數(shù)作出詳細(xì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得知：在基于100個(gè)正常成熟后的橙子采集樣本中，橙子長(zhǎng)度分布在區(qū)間18.0，36.0）之間

19、，其中平均值為26.88mm，方差為3.23。樣本橙子的寬度集中分布在26.0，28.0）。其中平均值為22.16mm，方差為1.05。所取樣本橙子的高度集中分布在區(qū)間13.0，22.0）之間，其中平均值為17.82mm，方差為0.85。樣本橙子的幾何尺寸符合正態(tài)分布規(guī)律。 橙子的質(zhì)量分布在區(qū)間18.0，36.0）之間，其中平均值為26.54g，其中分布在26.0，28.0）占總樣本的9%。標(biāo)準(zhǔn)差為4.05。樣本橙子的質(zhì)量分布在區(qū)間18.0，36.0）之間，其中平均值為26.54g，其中分布在26.0，28.0）占總樣本的9%。標(biāo)準(zhǔn)差為4.05。所取樣本橙子果肉分布在區(qū)間13.0，22.0）之

20、間，其中平均值為17.82g，標(biāo)準(zhǔn)差為0.85。樣品橙子的質(zhì)量和果肉質(zhì)其中分布區(qū)間 13.0，22.0）的樣本數(shù)占樣本總數(shù)的86%。針對(duì)橙子的幾何形狀，橙子重量，橙子的含水量等參數(shù)作出詳細(xì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得出橙子的物理特性等規(guī)律，為關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)和試驗(yàn)研究等層面提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。橙子分選機(jī)的設(shè)計(jì)橙子分選機(jī)的整體性設(shè)計(jì)根據(jù)前面我們對(duì)樣品橙子的物理學(xué)分析，針對(duì)橙子的大小，形狀和質(zhì)量，分選機(jī)的設(shè)計(jì)的必須滿足以下幾個(gè)條件。橙子機(jī)械裝置所使用的電機(jī)必須符合國(guó)家安全之規(guī)定，保證橙子分選機(jī)的動(dòng)力輸出性能相匹配，能夠正常滿足家庭的需求。(1) 機(jī)械裝置應(yīng)保證操作人員的安全，安全系數(shù)應(yīng)符合國(guó)際安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并應(yīng)進(jìn)

21、行電路保護(hù)工作以確保安全。(2) 在整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中，該裝置的主要機(jī)械機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)和驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)，進(jìn)料口設(shè)計(jì)，廢料收集設(shè)計(jì)，電器控制設(shè)計(jì)8等在設(shè)計(jì)滿足相關(guān)要求的橙子分選裝置以后，必須盡可能多的進(jìn)行試驗(yàn)，以測(cè)定相關(guān)數(shù)據(jù)是否達(dá)標(biāo)，并預(yù)先準(zhǔn)備好相關(guān)預(yù)案。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須清楚地定義設(shè)計(jì)工作并不時(shí)找到相關(guān)的參考資料。 我們將隨時(shí)比較設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)，以確定最佳設(shè)計(jì)。過(guò)程和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)隨時(shí)記錄以供檢查。針對(duì)以上的注意事項(xiàng)，我們將在機(jī)械設(shè)計(jì)中注意以上幾個(gè)問(wèn)題，運(yùn)用之前學(xué)習(xí)的有關(guān)工具將機(jī)械裝置的設(shè)計(jì)步驟路線設(shè)計(jì)如圖4.1所示，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中我們始終保持著以理論為指導(dǎo)思想，切實(shí)以家庭為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)出節(jié)

22、省材料、成本低廉、安全簡(jiǎn)易、通用性強(qiáng)，效率高的橙子分選機(jī)械裝置為最終目標(biāo)。圖4.1 橙子分選機(jī)的設(shè)計(jì)步驟電機(jī)的選擇在選擇電機(jī)時(shí)要考慮的第一件事就是功率選擇11?？偠灾?，請(qǐng)注意以下兩點(diǎn)：一是發(fā)動(dòng)機(jī)的功率太小了容易發(fā)生了一個(gè)所謂的“馬車”的現(xiàn)象，二是使用長(zhǎng)時(shí)間過(guò)載，電機(jī)可能會(huì)破壞發(fā)動(dòng)機(jī)的保溫材料，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率太大的時(shí)候，“大卡機(jī)”的現(xiàn)象不能完全使用，不僅因?yàn)樗缓?。還因?yàn)楣β氏禂?shù)和效率并不理想。這也導(dǎo)致了電力損失，為了正確選擇發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率，必須經(jīng)過(guò)以下公式計(jì)算或比較（4.3）。 （4.3）這里p是計(jì)算的力，測(cè)量單位是千瓦，f是所需的張力，單位是N，v是工作機(jī)的線速度m / s。另外。最常見(jiàn)

23、的是使用類比來(lái)選擇發(fā)動(dòng)機(jī)功率。所謂的類比方法是比較類似生產(chǎn)機(jī)器中使用的發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。一種特定的方法是找出這個(gè)或其他相鄰設(shè)備中類似生產(chǎn)機(jī)器消耗了多少能量，然后使用類似于面團(tuán)的動(dòng)力引擎，試運(yùn)行的目的是確認(rèn)所選引擎對(duì)應(yīng)于生產(chǎn)機(jī)器；測(cè)試方法是讓電機(jī)為相關(guān)設(shè)備供電，如果測(cè)定的實(shí)際工作電流比標(biāo)明的額定電流低約70左右，這說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)輸出太高。應(yīng)該用較少的動(dòng)力更換發(fā)動(dòng)機(jī)。如果測(cè)得的電機(jī)電流超過(guò)標(biāo)明的額定電流40以上。這說(shuō)明電機(jī)輸出太低，需要用更高的輸出更換發(fā)動(dòng)機(jī)，這個(gè)時(shí)候，需要考慮扭矩發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的公式（4.4）。 (4.4) 式中：P：代表功率，單位是kw；N：電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，單位是r/min；T：轉(zhuǎn)矩，單位

24、是N·m；下表4.1為不同型號(hào)的發(fā)電機(jī)的拉力力矩情況，從中能夠看出，隨著拉力的增大，力矩也在進(jìn)一步增大，根據(jù)電動(dòng)機(jī)在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩，以電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩為標(biāo)準(zhǔn)。表4.1 發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩力矩號(hào)數(shù)/號(hào)0.40.60.81.01.52.0直徑/mm0.100.120.140.160.200.23拉力/Kg4.85.66.88.39.912.7力矩0.000650.00250.00290.00330.0 0410.0047選擇電動(dòng)機(jī)類型我們根據(jù)電機(jī)在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)矩為依據(jù)，以電動(dòng)機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩為衡量標(biāo)準(zhǔn)，選取2.0系列三相異步電動(dòng)機(jī)系列直流微型電動(dòng)機(jī)，如圖4.6所示。圖4.6 2.0系列籠型三

25、相異步電動(dòng)機(jī) 確定電機(jī)工作時(shí)的功率電機(jī)正常工作時(shí)所需要的功率PW（4.5）。= （4.5）式中，取。電動(dòng)機(jī)的輸出功率P0（4.6）：= （4.6）其中，齒輪傳動(dòng)效率，聯(lián)軸器的效率，滾動(dòng)軸承效率，所以：得： （4.7）選取電動(dòng)機(jī)的額定功率，使,查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得電動(dòng)機(jī)的額定功率為：。確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速滾筒的轉(zhuǎn)速為（4.8）： （4.8）取V帶傳動(dòng)比，雙級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)比，總傳動(dòng)比為：電動(dòng)機(jī)可選擇的轉(zhuǎn)速為：所以電動(dòng)機(jī)選擇為：2.0系列籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)傳動(dòng)方案確定在機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)中可以了解到傳動(dòng)的形式一般為帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)。每一個(gè)傳動(dòng)方案都有著不同的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)。1）鏈傳動(dòng)是由鏈條和鏈輪

26、組成，它們之間基本不會(huì)產(chǎn)生彈性變化，得到的傳動(dòng)比也比較可靠，適合液壓叉車的要求；2）因?yàn)殒渹鲃?dòng)能夠在高低溫等惡劣環(huán)境下工作，所以它的使用范圍也比較廣泛。3）鏈傳動(dòng)與帶傳動(dòng)一樣，都能夠在中心距很長(zhǎng)的場(chǎng)合使用，而且安裝簡(jiǎn)單，維護(hù)也方便。結(jié)合以上三種傳動(dòng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)，只有鏈傳動(dòng)合適手動(dòng)液壓叉車。 鏈傳動(dòng)敘述設(shè)計(jì)采用的鏈傳動(dòng)由鏈條、鏈輪、鏈輪軸等組成。鏈傳動(dòng)布置方案如下圖所示： 圖 鏈傳動(dòng)布置方案 圖 鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)圖從上圖中可以看出，鏈輪通過(guò)與軸承的過(guò)盈配合安裝在階梯狀的鏈輪軸兩端，軸承的軸向定位，內(nèi)側(cè)均依靠軸肩定位，外側(cè)使用彈性擋圈實(shí)現(xiàn)定位。鏈條鏈輪設(shè)計(jì)鏈輪設(shè)計(jì)（1）鏈輪齒數(shù)確定根據(jù)設(shè)計(jì)的需求暫取鏈輪

27、齒數(shù)。（2）鏈型號(hào)的確定根據(jù)實(shí)際需求結(jié)合市面上常用鏈條型號(hào)，取鏈條型號(hào)為,鏈條極限拉伸載荷為q=31.1KN，為保證機(jī)械裝置的穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)中使用兩排鏈條。（3）鏈輪相關(guān)尺寸計(jì)算由上文分析可知，叉車傳動(dòng)鏈條采用牌號(hào)為的規(guī)格，查表得節(jié)距，滾子直徑。鏈輪分度圓直徑： (3.1) 鏈輪在進(jìn)行三維建模時(shí)，可以只畫(huà)一個(gè)齒的齒形，然后通過(guò)陣列得到鏈輪相關(guān)參數(shù)圖。圖 鏈輪單個(gè)齒的齒形草圖圖 鏈輪鏈齒的相關(guān)參數(shù)圖對(duì)鏈輪的計(jì)算過(guò)程如下：1）齒形部分分度圓節(jié)距 (3.2)齒頂圓直徑 (3.3)齒根圓直徑 (3.4) 齒形半角 (3.5)2）齒溝部分齒溝圓弧半徑 (3.6)齒溝半角 (3.7) 齒溝圓心到齒頂圓弧中

28、心距離 (3.8)e點(diǎn)至齒溝圓弧中心連線的距離 (3.9) 3）工作段工作段圓弧中心坐標(biāo) (3.10)工作段圓弧半徑 (3.11) 工作段圓弧中心角 (3.12)工作段圓弧弦長(zhǎng) (3.13) 工作段直線部分長(zhǎng)度 (3.14)4）齒頂部分齒頂圓弧中心的坐標(biāo) (3.15)齒頂圓弧半徑 (3.16)5）其余部分齒側(cè)凸緣，齒寬。（4）鏈輪結(jié)構(gòu)因?yàn)殒溳喌凝X頂圓直徑，外形尺寸小巧，因此采用實(shí)心結(jié)構(gòu)去制作鏈輪，結(jié)構(gòu)如圖4.5所示：圖 鏈輪結(jié)構(gòu)圖（5）鏈輪的熱處理鏈輪采用45鋼制作，其齒數(shù)小于等于25，熱處理工藝采用先淬火后回火，將其硬度提升到。鏈條設(shè)計(jì)（1）鏈節(jié)數(shù)確定由上文分析，鏈條的牌號(hào)為其基本尺寸如下：

29、節(jié)距，滾子直徑，設(shè)定鏈節(jié)數(shù)節(jié)。（2）鏈條靜力學(xué)分析與強(qiáng)度校核叉車正常工作時(shí)鏈條的運(yùn)動(dòng)速度，所傳遞的功率P為其所受載荷與速度的乘積，即，由于采用兩條鏈條，因此一根鏈條的負(fù)載，則。鏈條運(yùn)動(dòng)速度,在此場(chǎng)合屬于低速運(yùn)動(dòng)，鏈條只有被拉斷的才會(huì)失效14，所以需要對(duì)鏈條進(jìn)行靜力強(qiáng)度校核。鏈條的靜強(qiáng)度安全系數(shù)S (3.17)式中：-單排鏈的極限拉伸載荷；m - 鏈條使用數(shù)量；-鏈條工作情況系數(shù)；F - 鏈的工作拉力。所選鏈的極限拉伸載荷；采用兩個(gè)鏈傳動(dòng)，即；根據(jù)其工作情況，查表選取；鏈的工作拉力，則 (3.18) 滿足強(qiáng)度要求。（3）驗(yàn)證鏈條速度 (3.19)在預(yù)先設(shè)計(jì)的范圍內(nèi)。（4）確定鏈條的潤(rùn)滑方式使用人

30、工定期涂抹潤(rùn)滑脂的方式進(jìn)行潤(rùn)滑。軸的設(shè)計(jì)與校核軸的材料根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，選45號(hào)鋼作材料。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為： （4.1）式中 為軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為; 為軸傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為; 為軸傳遞的功率，單位為； 為軸的轉(zhuǎn)速，單位為; 為軸的抗扭截面系數(shù)，單位為； 為許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為。由此推得實(shí)心圓軸的最小直徑(單位為)為 (4.2)式中為計(jì)算常數(shù)，取決于軸的材料和受載情況查表取 所以 (4.3)綜合以上取，,軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖4.1所示：圖 主軸軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖按照實(shí)際需要，并安排軸的各段的尺寸為：=47.5mm；左=58mm；=98mm；=58mm；=47.5mm；軸的尺寸分配及受

31、力情況尺寸如圖4.2所示：圖 軸的受力分析軸上載荷的計(jì)算如上圖所示。并根據(jù)軸的上的各個(gè)零部件的尺寸計(jì)算軸所受力。通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算軸承扭矩：T0.755kNm 故可以得知兩鏈輪的扭矩：0.674/2=0.337kNm應(yīng)該相等。對(duì)于A點(diǎn)： A點(diǎn)為鏈輪，半徑=0.65m則： (4.4) 對(duì)于C點(diǎn)： C點(diǎn)為左軸承，半徑為=0.414m則： (4.5)對(duì)于D點(diǎn)：D點(diǎn)的力和C點(diǎn)的力是相等的即：0.814kN對(duì)于F點(diǎn)： F點(diǎn)為右鏈輪，直徑為=0.065m則： (4.6)對(duì)于B點(diǎn)：（+）-F（+）-F=0 (4.7)5.180.706-F0.658-5.180.0475=0解得：F=5.420kN同理可知：F5.

32、420kN對(duì)于B，E點(diǎn)在水平面內(nèi)：由于C，D點(diǎn)是對(duì)稱的，所以在水平面內(nèi)，F(xiàn)F則：FFF0.814kN在垂直面內(nèi)B點(diǎn)和E點(diǎn)的力矩為：MFL5.180.0475=0.24605kNm=246.05Nm (4.8)M=FL=5.180.0475=0.24605kNm=246.05NmB點(diǎn)和E點(diǎn)的力矩為：M0，M= 0而C點(diǎn)和D點(diǎn)，在垂直面內(nèi)的力矩為：MF=0.8140.141=0.11477kNm=114.78Nm (4.9)同理，由于C點(diǎn)和D點(diǎn)是對(duì)稱的所以D點(diǎn)的力矩為：M114.78Nm水平面內(nèi)的彎矩圖和垂直面內(nèi)的彎矩圖如圖4.4所示。 圖4.4 彎矩圖在D點(diǎn)軸的截面上，是最危險(xiǎn)截面。則D點(diǎn)的合彎

33、矩為： MMM 由此可以知道：M271.51Nm計(jì)算軸的強(qiáng)度并校核強(qiáng)度計(jì)算公式為： 其中，根據(jù)實(shí)際情況取=0.6=37.86Mpa (4.11)前面已經(jīng)選定的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，所以選取強(qiáng)度許允值為：=60Mpa由計(jì)算結(jié)果可知：所以最危險(xiǎn)的截面仍然在安全范圍之內(nèi)，所以該軸是安全的。參考文獻(xiàn)1崔建云.食品加工機(jī)械與設(shè)備M.北京:中國(guó)輕工業(yè)出版社，2004.2張文波.新型橙子脫殼技術(shù)與機(jī)械研究D.杭州：浙江大學(xué)出版社，2002.3楊雪銀.基于有限元方法的橙子破殼機(jī)理的研究:D.武漢:華中農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2005.4張夢(mèng)陽(yáng).文獻(xiàn)研究與理論觀照M.上海：中國(guó)現(xiàn)代文學(xué)研究叢刊，2005.4.3.&#

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