紅薯分級分選機的設計含6張CAD圖,紅薯,分級,分選,設計,cad
中期檢查表
學 部： 理工學部
學生姓名
學 號
年級專業(yè)及班級
20** 級
指導教師姓名
指導教師職稱
教授
畢業(yè)論文題目
紅薯分級分選機的設計
畢業(yè)論文工作進度
已完成的主要內(nèi)容
尚需解決的主要問題
1、認真閱讀參考資料后，初步確定了設計方案，包括送料機構的設計以及分級機構的設計
2、根據(jù)設計要求，完成了電機型號的選擇以及轉(zhuǎn)動比設計計算
3、根據(jù)設計方案的結(jié)構要求，完成了傳動機構的設計與布置，包括帶輪傳動機構、齒輪傳動機構、蝸輪蝸桿傳動機構以及鏈輪傳動機構的選擇與設計
4、按照進度要求，撰寫了設計說明書的一部分，并完成了對裝配圖、零件圖的小部分繪制
1、設計方案需作進一步改進、優(yōu)化，使結(jié)構更加合理
2、傳動方案布置需作進一步改進，以便進行裝配與維修保養(yǎng)
3、需對零件的尺寸及公差配合進行合理的設計計算與選用，以確保達到設計要求
4、需進一步完善對零件圖和裝配圖的繪制
指導教師意見
指導教師簽名： 年 月 日
檢查（考核）小組意見
檢查小組組長簽名： 年 月 日
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任務書
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學生姓名
學 號
年級專業(yè)及班級
指導教師及職稱
學 部
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20??? 年???? 月???? 日
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填 寫 說 明
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一、畢業(yè)論文（設計）任務書是學院根據(jù)已經(jīng)確定的畢業(yè)論文（設計）題目下達給學生的一種教學文件，是學生在指導教師指導下獨立從事畢業(yè)論文（設計）工作的依據(jù)。此表由指導教師填寫。
二、此任務書必須針對每一位學生，不能多人共用。
三、選題要恰當，任務要明確，難度要適中，份量要合理，使每個學生在規(guī)定的時限內(nèi)，經(jīng)過自己的努力，可以完成任務書規(guī)定的設計研究內(nèi)容。
四、任務書一經(jīng)下達，不得隨意更改。
五、各欄填寫基本要求。
（一）主要內(nèi)容和要求：
1．工程設計類選題
明確設計具體任務，設計原始條件及主要技術指標；設計方案的形成（比較與論證）；該生的側(cè)重點；應完成的工作量，如圖紙、譯文及計算機應用等要求。
2．實驗研究類選題
明確選題的來源，具體任務與目標，國內(nèi)外相關的研究現(xiàn)狀及其評述；該生的研究重點，研究的實驗內(nèi)容、實驗原理及實驗方案；計算機應用及工作量要求，如論文、文獻綜述報告、譯文等。
3．文法經(jīng)管類論文
明確選題的任務、方向、研究范圍和目標；對相關的研究歷史和研究現(xiàn)狀簡要介紹，明確該生的研究重點；要求完成的工作量，如論文、文獻綜述報告、譯文等。
（二）主要參考文獻與外文資料：
在確定了畢業(yè)論文（設計）題目和明確了要求后，指導教師應給學生提供一些相關資料和相關信息，或劃定參考資料的范圍，指導學生收集反映當前研究進展的近1－3年參考資料和文獻。外文資料是指導老師根據(jù)選題情況明確學生需要閱讀或翻譯成中文的外文文獻。
（三）畢業(yè)論文（設計）的進度安排：
1．設計類、實驗研究類課題
實習、調(diào)研、收集資料、方案制定約占總時間的20%；主體工作，包括設計、計算、繪制圖紙、實驗及結(jié)果分析等約占總時間的50%；撰寫初稿、修改、定稿約占總時間的30%。
2．文法經(jīng)管類論文
實習、調(diào)研、資料收集、歸檔整理、形成提綱約占總時間的60%；撰寫論文初稿，修改、定稿約占總時間的40%。
六、各欄填寫完整、字跡清楚。應用黑色簽字筆填寫，也可使用打印稿，但簽名欄必須相應責任人親筆簽名。
畢業(yè)論文（設計）題目
?紅薯分級分選機的設計
主要內(nèi)容和要求（宋體五號，行間距單倍行距）
1主要內(nèi)容包括:
1.1本項目研究的目的、意義、國內(nèi)外研究的動態(tài)；
1.2總體方案的擬定和主要參數(shù)的設計計算；
1.3傳動方案的確定及設計計算，主要工作部件的設計；
1.4主要受力零件的強度或壽命校核計算；
1.5裝配總圖、部件圖、零件工作圖的繪制。
2要求
2.1主要技術參數(shù)：生產(chǎn)率
2.2查閱資料15篇以上，翻譯一定數(shù)量的外文資料；
2.3機構設計可靠、布局合理、與各執(zhí)行機構協(xié)調(diào)工作；
2.4畫圖相當于3-4張A0圖紙的工作量（包括2張以上CAD圖紙）；
2.5設計計算說明書1萬字以上，條理清楚，計算有據(jù)。格式按湖南農(nóng)業(yè)大學全日制普通本科生畢業(yè)論文（設計）規(guī)范化要求；
2.6設計說明書的內(nèi)容包括：課題的目的、意義、國內(nèi)外動態(tài)；研究的主要內(nèi)容；總體方案的擬定和主要參數(shù)的設計計算；傳動方案的確定及設計計算，主要工作部件的設計；主要零件分析計算和校核；參考文獻；鳴謝。
注：此表如不夠填寫，可另加附頁。
主要參考資料（具體格式以規(guī)范化要求規(guī)定為準）
[1] 劉曉杰.食品通用機械與設備.北京：高等教育出版社，2010：30-40.
[2] 歷建國、趙濤.食品加工機械[M].成都：四川科學技術出版社，1984：130-152.
[3] 許學勤.食品機械與設備[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2008：138-142.
[4] 馬海樂.食品機械與設備[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2004：75-85.
[5] 肖旭霖.食品機械與設備[M].北京：科學出版社，2006：75-85.
[6] 中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究所.實用機械設計手冊[M].北京：中國農(nóng)業(yè)機械出版社，1984：130-152.
[7] 谷文英.配合飼料工藝學[M]. 北京：中國輕工業(yè)出版社，1999：88-92.
[8] 沈再春.農(nóng)產(chǎn)品加工機械與設備[M]. 北京：中國輕工業(yè)出版社，1993：105-120.
[9] 龐聲海、饒應昌.飼料加工機械使用與維修[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2000：88-98.
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工作進度安排（宋體五號，行間距固定值22磅）
起止日期
主要工作內(nèi)容
?20**.09.10～20**.09.20
選題
20**.09.21～20**.09.24
下達任務書
?20**.09.25～20**.09.30
查找資料，開題
?20**.10.01～20**.03.03
設計計算,畫圖
?20**.04.01～20**.04.05
中期考核
?20**.04.06～20**.05.04
完善，交設計初稿
?20**.05.05～20**.05.06
完善，交設計二稿
?20**.05.07～20**.05.20
修改，答辯，交終稿
要求完成日期：20 ** 年 ** 月 ** 日 指導教師簽名：
接受任務日期：20 ** 年 ** 月 ** 日； 學生本人簽名：
注：簽名欄必須由相應責任人親筆簽名。
開題論證審批表
學生姓名
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學號
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年級專業(yè)及班級
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指導教師及職稱
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開題時間
年 ???月 ????日
畢業(yè)論文（設計）題目
紅薯分級分選機的設計
文獻綜述（選題研究意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、主要參考文獻等）
一、?紅薯概述及紅薯分選機的研究意義
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紅薯（學名：Ipomoea batatas），又名番薯、甘薯、山芋、地瓜、紅苕、線苕、白薯、金薯、甜薯、朱薯、枕薯等。常見的多年生雙子葉植物，草本，其蔓細長，莖匍匐地面。塊根，無氧呼吸產(chǎn)生乳酸，皮色發(fā)白或發(fā)紅，肉大多為黃白色，但也有紫色，除供食用外，還可以制糖和釀酒、制酒精。
世界紅薯 97.9%的面積集中在發(fā)展中國家。日本、美國、韓國等發(fā)達國家和地區(qū)栽培面積一直呈下降趨勢。目前栽培面積僅相當于60年代的5%。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織統(tǒng)計世界上共有111個國家栽培紅薯.中國是世界最大的紅薯生產(chǎn)國.中國薯類生產(chǎn)相對比較集中，以2003年為例，9個省份的產(chǎn)量就占全國的74%。
??紅薯含有豐富的淀粉、膳食纖維、胡蘿卜素、維生素A、B、C、E以及鉀、鐵、銅、硒、鈣等10余種微量元素和亞油酸等，營養(yǎng)價值很高，被營養(yǎng)學家們稱為營養(yǎng)最均衡的保健食品。食物纖維，對于現(xiàn)代人來說顯得尤為寶貴。醫(yī)學研究證實，缺乏具有通便作用的食物纖維，可誘發(fā)各種生活習慣病和大腸癌。紅薯經(jīng)過蒸煮后，部分淀粉發(fā)生變化，與生食相比可增加40%左右的食物纖維。多種不溶于水纖維的增加，可有效刺激腸道，促進排便。
紅薯廣泛應用于食品、醫(yī)藥、化工、造紙等10多個行業(yè)，利用紅薯可以制成數(shù)百種工業(yè)產(chǎn)品和數(shù)百種食品。在鮮紅薯加工中，用于淀粉加工的比例最大，淀粉可以進一步加工成粉條、粉絲、粉皮等粉制品。另外用紅薯淀粉還可以制成變性淀粉、檸檬酸、酒精等，在醫(yī)藥上可以用來生產(chǎn)醫(yī)藥用的包裝塑料、藥片填劑和青霉素及核苷類物質(zhì)。
紅薯每加工一次就可以增值一次。加工成普通淀粉可以增值0.75倍，精制淀粉可以增值1倍，加工成粉條可以增值1.5－2倍，加工薯脯可增值3倍（但量有限）。另外加工后的薯渣可以造糖、酒精，綜合利用后可以增值5-6倍，如果加工成方便粉絲、或精制粉絲、保健淀粉出售，可以增值10-15倍不等。還有紅薯的莖尖、葉柄等制成蔬菜進行綜合加工效益更高。
總之，紅薯是不耐存放的作物，只有深加工才可以增值。
正因為紅薯巨大的使用價值和良好的市場前景，所以它對促進我國相關食品行業(yè)的發(fā)展有著十分重要的意義，隨著科學技術的進步，食品深加工已經(jīng)越來越被世界重視，特別是便餐和方便食品的誕生，促使保鮮脫水蔬菜工業(yè)迅速發(fā)展起來，這更要求原料的深加工伴隨著發(fā)展。其中紅薯原料的深加工就是受到人們高度重視且發(fā)展較快的產(chǎn)業(yè)之一。
我國是世界最大的紅薯生產(chǎn)國。但在我國絕大部分紅薯被直接用作飼料和食用，紅薯的附加價值并沒有得到很好的挖掘。由于每年僅有百分之幾用于深加工，致使鮮薯過剩，增加了越冬保鮮難度，也降低了它的營養(yǎng)價值。究其原因主要是缺少加工設備，特別是分選機械。而從國外引進設備價格昂貴，生產(chǎn)成本高，致使國內(nèi)該產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢。因此研究設計出一套成本低、結(jié)構簡單實用以及分選效率高的紅薯分選機是紅薯深加工承上啟下的關鍵設備，對紅薯深加工流程有著重要的影響。
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二、紅薯分選機國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
近年來，隨著農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展和人民水平的提高， 國內(nèi)外紅薯品種越來越多，人們對紅薯的品質(zhì)也有了更高的要求。為了提高紅薯的加工質(zhì)量和出品等級，需要對紅薯進行嚴格的質(zhì)量分級和大小分級。目前，我國具備先進紅薯分選設備的企業(yè)很少，有大型生線的企業(yè)也僅僅是對質(zhì)量和大小進行分選，裝備比較落后。因此，市場上銷售的紅薯大多數(shù)依靠機械配合人工的方式實現(xiàn)分級。人工分級的主要缺點是：勞動量大、生產(chǎn)率低而且分選精度不穩(wěn)定；紅薯分選難以實現(xiàn)快速、準確和無損化。截止到目前為止，國內(nèi)外已有不少學者及科研人員在此領域取得了重大進展。根據(jù)紅薯檢測指標的不同，紅薯分選機大致可分為大小分選機、重量分選機、外觀品質(zhì)分選機和內(nèi)部品質(zhì)分選機。
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2.1 大小分選機的研究現(xiàn)狀
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大小分選機是按照紅薯大小進行分選，在紅薯分選機中應用最為廣泛。目前可用于紅薯分選的方法有篩子分選法、回轉(zhuǎn)帶分選法、輥軸分選法、滾筒式分選法等 。其中，前3種方法由于各自存在不同的缺點而未能推廣使用。滾筒式分選法其分選裝置主要由喂料機構、V型槽導薯板、分選滾筒、接薯盤及傳動系統(tǒng)組成。工作時，紅薯由傾斜輸送器提升后，先經(jīng)手選裝置由人工剔除傷殘果，然后通過輸送帶送人薯箱，打開料門，輸送至導薯槽板。在此，紅薯自然分行滾動，不會出現(xiàn)紅薯堆積和阻礙現(xiàn)象。分選滾筒開有孔徑逐級增大的圓孔，紅薯從V型導薯槽板流至滾筒外邊進行自動校徑的分選。小于分選孔的紅薯先從第一滾筒分選孔落人接薯盤，大于分選孔的則經(jīng)V型導紅薯槽繼續(xù)向前滾動，直至遇到相應分選孔落下，于是在不同的接薯盤可得到不同等級的紅薯。此分選裝置結(jié)構簡單，對紅薯損傷小，成本較低，分選精度和效率較高，適用于球形和近似球形物料的分選，在國外應用較廣。為了減少紅薯碰撞，提高好薯率，有的大小分選機是利用浮力、振動和網(wǎng)格相配合的辦法進行分選，但有關此方面的報道較少。
由以上可知，紅薯大小機械式分選法中，滾筒式分選法是最優(yōu)的一種。另外，隨著電子技術和計算機圖像技術的發(fā)展，采用光電傳感器或CCD攝像機對紅薯的大小進行測量判別已成為此類分選機的機對紅薯的大小進行測量判別已成為此類分選機的研究熱點。因為它們是對紅薯的大小進行不損傷的非接觸性計量，適用于任何種類的紅薯。馮斌、汪懋華 研究了一種基于計算機視覺的紅薯大小檢測方法，試驗表明該方法檢測速度快、正確率高、適用范圍寬，能夠滿足紅薯自動檢測要求。
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2.2 重量分選機
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按重量進行分選的分選機械早期是利用杠桿原理進行分選的。目前，機械式重量分選機主要有固定衡量秤體、運動輸送盤式和固定限位裝置、運動衡量秤體式兩種機型 。機械式重量分選對紅薯的損傷較小，而且具有較廣的通用性，但是由于各種誤差及摩擦影響等分選精度不是很高。近年來，隨著計算機和稱重傳感技術的迅速發(fā)展和現(xiàn)代科學技術的相互滲透， 電子稱重技術及應用有了新的發(fā)展?；诖?， 國內(nèi)外已開始研制電子稱重式分選機。電子稱重式分選機 一般采用壓力傳感器稱量紅薯，微機系統(tǒng)對傳感器輸出信號進行采樣、放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換、運算和處理，并控制機械執(zhí)行機構進行分選。王新亭等 在現(xiàn)有電子稱重式紅薯分選臺的基礎上，對其測控系統(tǒng)進行了重新研制，將原有的Pc機控制替代為單片機控制。由于系統(tǒng)采用微機控制，可按需選擇準確的分選基準，具有更高精度和更高的控制靈活度，在實際中具有更廣的應用前景。以色列ESHET EILON公司、
美國AUTOLINE公司生產(chǎn)的電子稱重式分選機，在分選檢測技術上已經(jīng)很成熟，工作效率高，并具有較高的分選精度。但是由于該設備操作較為復雜，而且設備成本較高，難以在我國推廣使用。我國對該類型紅薯分選機的研制尚處于起步階段，需要科研人員充分利用國外已經(jīng)取得的研究成果，研制適合于我國實際情況的電子稱重式分選機。
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2.3 外觀品質(zhì)分選機
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外觀品質(zhì)分選機是按紅薯的大小、表面缺陷、色澤、形狀、成熟度等進行分選的分選機。其分選方法包括：光電式色澤分選法和計算機圖像處理分選法。色澤分選法是根據(jù)顏色不同反射光的波長就不同的原理對紅薯顏色進行區(qū)分。而計算機圖像處理分選法是利用計算機視覺技術一次性完成果梗完整性、果形、紅薯尺寸、果面損傷、成熟度等檢測，可以測得紅薯大小、果面損傷面積等具體數(shù)值， 并根據(jù)其數(shù)值大小進行分類 。國內(nèi)外學者在利用計算機視覺技術對紅薯外部品質(zhì)檢測方面進行了大量的研究，并取得了重大進展。在缺陷檢測方面，Tao Y等研制出的基于計算機視覺的蘋果缺陷檢測系統(tǒng)，達到了快速和全面檢測的效果。Leemans V 等研究了一個基于缺陷特征的紅薯實時分級方法。該方法的準確率可達73％，其中錯誤發(fā)生的一部分情況是良性的，而另一部分則由于缺陷是曬傷或撞傷，或者缺陷太靠近果梗和花萼很難被檢測到。在顏色檢測 ?方面， 目前普遍采用色度直方圖計算各色度的累計值作為分級特征，且識別的方法仍然是統(tǒng)計模式方法居多。Kazuhiro 采用二級神經(jīng)網(wǎng)絡對蘋果進行顏色分級，通過將蘋果果面沿花萼／梗方向分區(qū)并分別進行處理，解決了因蘋果果面曲率不同而引起的反射梯度不同的問題。在國內(nèi)，為實現(xiàn)蘋果顏色的在線檢測，李慶中等 設計了蘋果顏色自動分級系統(tǒng)，基本上實現(xiàn)了實時分級的要求。在果形檢測方面， 目前描述蘋果形狀的方法有多種，包括編碼法、統(tǒng)計法、幾何結(jié)構法和光譜法等。邊界編碼法雖然能夠準確地描述蘋果的形狀，但數(shù)據(jù)量大而且壓縮困難。
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2.4 內(nèi)部品質(zhì)分選機
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內(nèi)部品質(zhì)包括紅薯的糖度、硬度、酸度和內(nèi)部缺陷等指標，通常紅薯內(nèi)部品質(zhì)主要依靠破壞性檢驗方法。目前用于紅薯硬度的檢測方法主要有變形法和聲學法。但由于變形法只能測量紅薯的局部硬度，聲學法易受噪音和機械振動的影響等而限制了其應用。而近紅外法和核磁共振法可用于紅薯糖度、硬度的檢測。近紅外光譜技術在農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)部品質(zhì)檢測方面發(fā)展較快，具有檢測速度快、可同時檢測多種內(nèi)部成分等優(yōu)點。其基本原理是當用近紅外光照射紅薯時，不同的紅薯內(nèi)部成分對于不同波長的光學吸收和散射程度不同，而內(nèi)部光譜也會隨著紅薯內(nèi)部成分質(zhì)量分數(shù)的不同而發(fā)生變化。利用這一特性，即可根據(jù)近紅外光譜特征分析紅薯中的主要成分及其質(zhì)量分數(shù) 。何東健等 。 利用近紅外分光法檢測紅薯內(nèi)部品質(zhì)，結(jié)果表明：近紅外分光法不但能檢測紅薯糖度、酸度， 而且能檢測內(nèi)部缺陷，完全滿足在線檢測紅薯內(nèi)部品質(zhì)的要求。劉燕德等應用近紅外漫反射光譜分析技術設計了一種近紅外光譜紅薯內(nèi)部品質(zhì)自動檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠快速地用于紅薯內(nèi)部品質(zhì)的無損檢測和分級。核磁共振技術作為一項新的檢測技術在紅薯內(nèi)部品質(zhì)檢測方面也有著較大的發(fā)展?jié)摿?。Kim等 設計了1臺NMR在線分級設備并進行了測試， 發(fā)現(xiàn)鱷梨在帶50mm／S的狀態(tài)下，所得油水的共振峰值比值與成熟度的相關系數(shù)高達0．970。Chaughule等使用自由感應衰減(FID)譜的方法對人參果中的可溶性碳水化合物進行了測定。Zion等 提出一種基于MRI進行計算機檢測的快速方法，并對不同品種的蘋果進行損傷檢測，取得了較好的試驗結(jié)果。另外，用超聲波檢測西瓜的內(nèi)部空心已比較成熟。其它缺陷的檢測目前有：x射線分析法、計算機視覺檢測方法、介電特性檢測方法、電子鼻技術等。利用計算機視覺技術對農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)部品質(zhì)進行無損檢測也是近幾年研究的一個熱門課題，到目前該技術已比較成熟，應用也日趨廣泛。隨著嗅覺傳感技術的不斷發(fā)展，電子鼻技術也得到了廣泛的研究與應用。Lakshmi 等通過對變化的電子鼻傳感器數(shù)據(jù)進行了多元分析，把蘋果按成熟度分成未成熟、成熟和過成熟3種等級。通過判別式分析法， 電子鼻技術的正確分級率達83％。
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三、主要參考文獻
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研究方案（研究目的、內(nèi)容、方法、預期成果、條件保障等）
研究目的：根據(jù)紅薯分選機的結(jié)構特點，進行結(jié)構設計。
研究內(nèi)容：1.研究分選機的工作原理
??????????2.進行分選機的可行性分析
??????????3.書寫設計說明書、繪制圖紙。
研究方法：1.查找資料，并整理資料。
??????????2.對分選機進行尺寸及結(jié)構分析，設計出基本結(jié)構，并繪出總裝圖及零件圖。
預期成果：設計出結(jié)構合理、操作簡單、動作可靠，使用壽命長的分選機。
條件保障：1.有高教授對一些疑難的悉心指導
??????????2.有圖書館的設計手冊進行資料查找
??????????3.利用網(wǎng)絡軟件資源進行設計
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時間進程安排（各研究環(huán)節(jié)的時間安排、實施進度、完成程度等）
1、知識準備 ??????????????????1-2周
2、主題方案設計 ??????????????3-5周
3、設計計算、結(jié)構設計、制圖 ??6-10周
4、整理設計說明書 ????????????11-12周
5、準備答辯 ??????????????????13周
開題論證小組意見
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????????????????????????????????????????????????年 ??月 ??日
專業(yè)委員會意見
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專業(yè)教研室主任簽名：
????????????????????年 ??月 ??日
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開題論證記錄
學 部：
學生姓名
學 號
年級專業(yè)及班級
指導教師姓名
高英武
指導教師職稱
教授
畢業(yè)論文（設計）題目
紅薯分級分選機的設計
論證小組質(zhì)疑及指導意見
1. 怎樣實現(xiàn)紅薯的大小分選？
2. 怎樣防止紅薯分選時的堆積和阻礙現(xiàn)象？
3. 怎樣減少紅薯碰撞、提高好薯率？
學生回答簡要記錄
1. 采用幾組大小不同的分選孔來進行紅薯的大小分選。
2. 采用傾斜一定角度的導薯槽板，使紅薯在此自然分行、滾動，以防止紅薯堆積和阻礙現(xiàn)象。
3. 采用浮力、振動和網(wǎng)格相配合的辦法進行分選，可以減少紅薯的碰撞，提高好薯率。
論證小組
成員簽名
記錄人簽名： 論證時間： 2011 年12 月19 日
注：記錄、簽名欄必須用黑色筆手工填寫。
紅薯（學名：Ipomoea batatas），被稱為番薯、山芋、地瓜、線苕、白薯等。是生活中比較常見的多年生雙子葉植物，植物的藤蔓細而長，莖腹貼在地面上向前伸展。外面的皮呈現(xiàn)紅色還有白色，肉質(zhì)有黃色和紫色兩種，它不僅可以用來食用，還能制作成很多的東西。例如糖與釀酒、制酒精。
紅薯里面有非常多的淀粉以及多種微量元素，紅薯有很豐富的營養(yǎng)。膳食纖維，對現(xiàn)代社會的人來說特別的寶貴。
紅薯的運用十分的廣泛，可以用在很多的行業(yè)當中，用紅薯可以制作變性淀粉，在醫(yī)藥上的用途是可以用來制作醫(yī)藥用的外包裝用的塑料。
紅薯經(jīng)過一次加工就能把它的價格提高一次。加工制作成一般的淀粉它的價格能提高0.75倍，加工制作成精制淀粉它的價值能提高1倍，加工制作成紅薯粉條它的價值可以提高到1.5－2倍，加工制作成薯脯它的價值能增加3倍。除此之外，它加工之后的紅薯渣子還能制造成糖和酒精，整體利用起來以后它的價值能提高到5-6倍，假如加工制作成粉絲或者精致粉絲售賣，它的價值可以增加到10-15倍不定。
總而言之，紅薯是不能夠放置很長時間的物品，只能對它進行再生產(chǎn)加工才能使它的價值得以提升。
由于紅薯具有非常大的再開發(fā)價值，因此國內(nèi)也非常重視對這方面的發(fā)展。要的意義。科學技術發(fā)展的越來越快，我們國家對與食品再加工行業(yè)也越來越重視，這樣下來更加需要原材料的深加工生產(chǎn)相應的發(fā)展起來。所以，紅薯原材料的再生產(chǎn)加工就受到我們國家的關注。
我們國家是紅薯產(chǎn)量最多的國家，由于我們國家的很大部分的紅薯被用來做飼料或者直接食用，因此紅薯的其他價值沒有被開發(fā)出來。所以設計制作出一套費用低、構造簡潔且實用性強的紅薯分級分選機器是關鍵，這樣對紅薯的再生產(chǎn)加工有著非常重要的作用。
二、紅薯分選機的現(xiàn)狀
這些年以來，伴隨著人們生活水平的提高與科技的進步，國內(nèi)以及國外的紅薯種類很多，消費者對于紅薯的品相質(zhì)量都有了相應的提高。為了讓紅薯的生產(chǎn)加工的質(zhì)量和等級有所提高，應該針對紅薯采取進一步的質(zhì)量與大小的分級。目前情況下，我們國家擁有先進的紅薯分級機器的工廠不多，很多大型的工廠也知識對于質(zhì)量大小分級的設備相對落伍。所以，市面上售賣的紅薯大部分是根據(jù)機器跟人工相結(jié)合的方式來進行分選的。人工分級的主要缺點是：勞動量很大、生產(chǎn)效率低，并且分選出來的精度不一致；紅薯的分選很難達到速度快、大小一致且沒有損傷。到現(xiàn)在為止，中國國內(nèi)和國外已經(jīng)有很多的研究者這這個方面取得了比較大的發(fā)張。依照紅薯的檢測數(shù)據(jù)不一致，紅薯分級分選機器可以分成幾種類型。有根據(jù)大小、重量、外形和內(nèi)部等來進行分類的機器。
2.1 大小分選機的研究現(xiàn)狀
根據(jù)外觀大小來進行分級分選方法是大小分選機器的原理，各種類型的機器當中，大小分選機器被運用的最多?，F(xiàn)在為止可以用來做紅薯分選的方法有篩子分選法、回轉(zhuǎn)帶分選法和滾筒式分選法等。這個中間，前面幾種方法因為自身有各種各樣的缺點不能夠進行推廣運用。運轉(zhuǎn)的時候，紅薯根據(jù)傾斜輸送器提升以后，首先經(jīng)過收手選設備進行人工的篩選，把破損的挑選出來，之后經(jīng)過傳送帶送入薯箱，把料門打開，傳輸運送到導薯槽板。在這里，紅薯經(jīng)過自然的分形滾動，不會產(chǎn)生紅薯堆積到一起或者阻塞的狀況。機器當中的滾動的圓筒設置有大小不一樣的圓孔，紅薯經(jīng)過進料的入口滾動至滾筒的圓筒外部，這樣來自己進行篩選。如果紅薯的尺寸比孔小的話，紅薯就先滾動到相應的空間里面。假如紅薯的尺寸比孔大的話，紅薯就會一直往前進行滾動，等到紅薯遇到了大小差不多的孔的時候，它就會落入到相對應的空間里面。這樣一來，就可以通過大小來對紅薯進行分選了。這個分選設備構造不復雜，對紅薯的損壞比較小，生產(chǎn)成本比較低，分級分選的精確度和速度都相對比較高，適合用在圓形或者接近圓形的原材料的分選，在國外使用的比較廣泛。
根據(jù)上面的敘述所可以得到，對紅薯進行分級的這些機器設備里面，通過滾動的圓筒來進行分級的方式是最合適的。
2.2 重量分選機
現(xiàn)在為止，機械式的重量分級分選機器有幾種類型。機械式重量分選機器的優(yōu)點是，對于紅薯的外觀損壞相對來說比較小，而且在現(xiàn)實生活當中運用的比較多。很多因素對分選機器造成了影響，例如誤差與摩擦，這樣一來使得分選機器的精確度達不到很高的要求。這些年以來，電子稱重的技術得到了很大程度的發(fā)展，它的應用也相應的發(fā)展起來。中國國內(nèi)以及國外的研究者正在準備探索制定電子稱重式的分選機器。這類型的機器，正常情況下運用的是傳感器來對紅薯進行測量的，電腦把傳感器發(fā)出的信息經(jīng)過相應的處理，而且通過操控系統(tǒng)來分類選擇。一些研究者專家在對重量進行紅薯分選的這個前提下，正對這個測量系統(tǒng)進行了更深一步的研究研制，把以前的經(jīng)過PC機控制的，更換成為單片機控制。因為這個系統(tǒng)選用的是微機，是可以根據(jù)不同的需要選擇運用更合適的分選基準，它的精確度與控制靈敏度都是非常高的，目前來說，這個機器的使用性能還是比較廣泛的。
2.3 外觀品質(zhì)分選機
根據(jù)紅薯的外觀長短、外觀缺陷和形狀大小來進行分級分選的是外觀分選機器的原理。它的分選方法有：按照外觀顏色的不一樣來分選的方法和根據(jù)計算機器進行系統(tǒng)檢測的分選方法。依照顏色不一樣反射的光的波長就不一樣的基本規(guī)律來進行分選分級的方法就是外觀顏色的分選方法。計算機系統(tǒng)檢測方法是根據(jù)計算機檢測來判斷紅薯的果梗是不是有缺陷、紅薯的外形、紅薯長短、紅薯表皮是不是有損傷破壞的地方，是不是成熟了等因素進行檢測，能測出紅薯的大小、紅薯損傷的面積等非常具體的數(shù)值，然后依照這些得到的數(shù)據(jù)來進行大小的分級。對于通過顏色進行測量的這個方面，現(xiàn)在為止一般選用的是色度直方圖計算每個顏色的多個數(shù)據(jù)用來進行分級，并且認識分辨的方法依然是通過統(tǒng)計的方法占多數(shù)。在中國國內(nèi)，為了完成對物品顏色的檢驗測試，很多的專家思考制作出了通過物品顏色進行自動分選的機器，大體上完成了分級的需求。
2.4 內(nèi)部品質(zhì)分選機
紅薯里面的質(zhì)量包括紅薯的糖度、硬度、酸度和內(nèi)部缺陷等各種因素，正常情況下對紅薯里面部分的檢驗測試，是要把紅薯進行損壞的前提下進行的?，F(xiàn)在為止用來對紅薯的硬度進行檢驗測試的方式有兩種，是變形法與聲學法。但是因為變形法只可以測量出紅薯的部分硬度，聲學法容易受到很多因素的影響，例如噪音和機器的震動都會對其結(jié)果造成影響。近紅外法與核磁共振法可以用在紅薯含糖多少的檢驗上面。它的基本原理是當使用近紅外光照射紅薯的時候，不一樣的紅薯里面成分對于不一樣的波長的光學吸收與散射程度不一致，然而內(nèi)部的光譜也會隨著紅薯里面成分質(zhì)量分數(shù)不一樣而產(chǎn)生改變。運用這個特征，就可以依照近紅外光譜特性分析紅薯當中的重要組成成分和它質(zhì)量分數(shù) 。何東健等運用近紅外分光法檢測紅薯里面的質(zhì)量，結(jié)果表明：近紅外分光法不僅可以檢測紅薯糖度、酸度，還可以檢測里面部分的缺陷，完全符合在線檢測紅薯里面質(zhì)量的需求。核磁共振技術作為一項新的檢測技術在紅薯里面質(zhì)量檢測方面有相對大的發(fā)展空間。另外，用超聲波檢測西瓜的內(nèi)部是否空心已經(jīng)相對成熟。
紅薯分級分選機的設計
摘 要：本文分析了中國國內(nèi)外紅薯分級分選機的研究和發(fā)展現(xiàn)狀，對未來進行了展望，設計出了一種新型紅薯分級分選機構。該紅薯分級分選機是由分級滾筒、傳動機構和電動機組成。采用電動機提供動力，通過帶輪傳動機構，將運動和動力傳送到直齒圓柱齒輪減速器，然后再通過鏈輪傳動機構，將所需的運動和動力傳送至分級滾筒上，從而實現(xiàn)紅薯的分選。整個機構簡單且易于操作，便于維護，提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動強度，為實現(xiàn)紅薯加工機械化與規(guī)模化提供了前提。
關鍵詞：紅薯；形狀；分級機構；分級滾筒；
The design of sweet potato sorting machine
Abstract: This paper analyzes the present situation of the Chinese domestic and foreign sweet potato sorting machine research and development, on the future prospects, we design a new type of sweet potato sorting mechanism. The sweet potato sorting machine is composed of grading cylinder, transmission mechanism and a motor. The power provided by a motor, through a belt pulley transmission mechanism, the movement and power is transmitted to the straight tooth cylindrical gear reducer, and then through the chain wheel transmission mechanism, the required movement and power is transmitted to the classification on the drum, thereby we can realize the separation of sweet potato. The entire mechanism is simple and easy to operate, easy to maintain, improve production efficiency, reduce labor intensity, which help to achieve the sweet potato processing mechanization and scale and to provide the premise.
Key Words: sweet potato; shape; the grading mechanism; grading cylinder
目 錄
摘要…………………………………………………………………………………………1
關鍵詞………………………………………………………………………………………1
1 前言………………………………………………………………………………………2
2 總體方案的擬定…………………………………………………………………………3
2.1 原理分析…………………………………………………………………………3
2.2 總體結(jié)構設計……………………………………………………………………5
2.3 各執(zhí)行機構主要參數(shù)的計算…………………………………………………6
2.4 傳動裝置的運動和動力參數(shù)的計算…………………………………………13
3 主要零件的選擇和設計………………………………………………………………15
3.1 皮帶傳動的設計計算…………………………………………………………15
3.2 直齒圓柱齒輪的設計計算……………………………………………………17
3.3 滾子鏈傳動的設計計算………………………………………………………20
3.4 軸的設計計算…………………………………………………………………21
3.4.1 高速軸的設計計算……………………………………………………21
3.4.2 低速軸的設計計算……………………………………………………24
3.5 軸承的校核……………………………………………………………………27
3.6 鍵的設計計算與校核…………………………………………………………27
3.7 潤滑與密封……………………………………………………………………28
3.8 主要缺點和有待進一步改進的地方…………………………………………29
4 結(jié)束語…………………………………………………………………………………29
參考文獻………………………………………………………………………………30
致謝……………………………………………………………………………………31
附錄……………………………………………………………………………………32
1 前言
1.1 選題研究意義
紅薯具有很高的營養(yǎng)價值，含有豐富的淀粉、膳食纖維、胡蘿卜素、維生素A、B、C、E以及鉀、鐵、銅、硒、鈣等10余種微量元素和亞油酸等，被營養(yǎng)學家們稱為營養(yǎng)最均衡的保健食品。同時紅薯既是美味可口的食物，又具有藥用價值，尤其在抗癌蔬菜方面，它的抗癌能力排名第一，正因為紅薯具有如此多的價值，市場認可度高，所以對紅薯的深加工勢在必行，而實現(xiàn)這一目標的前提是紅薯的加工必須實現(xiàn)規(guī)模化與機械化，作為紅薯加工工序之一的分級工序起到了承上啟下的關鍵作用，其主要作用包括：一是保證產(chǎn)品的規(guī)格和質(zhì)量指標；二是降低加工過程中原料的損耗率，提高原料利用率，從而降低產(chǎn)品的成本；三是提高勞動生產(chǎn)率，改善工作環(huán)境；四是有利于生產(chǎn)的連續(xù)化和自動化[1]。
1.2 國內(nèi)外紅薯機械化發(fā)展概況
我國是世界紅薯生產(chǎn)消費大國，但還不是紅薯加工強國。紅薯的品質(zhì)還難以完全滿足國內(nèi)外消費者的要求，紅薯市場主要還在國內(nèi)。隨著我國加入WTO，紅薯生產(chǎn)銷售面臨著激烈的全球市場競爭，因此必須盡快提升我國紅薯種植和加工的水平，縮短與國外的差距。近幾十年來，我國的紅薯加工水平提高緩慢，主要是我國的紅薯機械加工技術水平落后造成的[2]。20世紀50年代以前，我國幾乎沒有食品機械工業(yè)，更不用說紅薯加工。紅薯的生產(chǎn)加工主要以手工操作為主，基本屬于傳統(tǒng)作坊生產(chǎn)方式。僅在沿海一些大城市有少量工業(yè)化生產(chǎn)方式的紅薯加工廠，所用設備幾乎是國外設備。進入20世紀50～70年代，紅薯加工業(yè)及紅薯機械行業(yè)得到一定的發(fā)展，全國各地新建了一大批紅薯加工工廠。但這樣依然沒有從根本上改變紅薯加工落后的面貌，這些加工廠尚處于半機械半手工的生產(chǎn)方式，機械加工僅用于一些主要的工序中，而其他生產(chǎn)工序仍沿用傳統(tǒng)的手工操作方式。到了20世紀80年代以后，紅薯工業(yè)發(fā)展迅速。這得益于80年代以后的改革開放政策。隨著外資的引入，出現(xiàn)很多獨資、合資等形式的外商紅薯加工企業(yè)。這些企業(yè)在將先進的紅薯生產(chǎn)技術引進國內(nèi)的同時，也將大量先進的紅薯機械帶入國內(nèi)。再加上社會對紅薯加工質(zhì)量、品種、數(shù)量要求的不斷提高，極大地推進了我國紅薯工業(yè)以及紅薯機械制造業(yè)的發(fā)展。通過消化吸收國外先進的紅薯機械技術，使我國的紅薯機械工業(yè)的發(fā)展水平得到很大提高。20世紀80年代中期，我國紅薯工業(yè)實現(xiàn)了機械化和自動化。進入20世紀90年代以后，又進行了新一輪的技術改造工程。在這一輪的技術改造工程中，許多紅薯加工廠對設備進行了更新?lián)Q代，或直接引進全套的國外先進設備，或采用國內(nèi)廠家消化吸收生產(chǎn)出的新型機械設備。經(jīng)過兩輪的技術改造工程，極大推進了我國紅薯機械工業(yè)的發(fā)展，紅薯機械工業(yè)現(xiàn)已形成門類齊全、品種配套的產(chǎn)業(yè)，已經(jīng)為機械工業(yè)中的重要產(chǎn)業(yè)之一[3]。
1.3 國內(nèi)紅薯機械化未來發(fā)展方向
紅薯在中國食品產(chǎn)業(yè)占有重要地位，隨著社會發(fā)展和進步，紅薯不但是人們生活的必需品，而且對經(jīng)濟起了很好的作用，而紅薯分選機是紅薯生產(chǎn)中的一種主要機械。
21世紀，中國將實現(xiàn)紅薯生產(chǎn)和加工全程機械化，以滿足紅薯生產(chǎn)規(guī)模化、經(jīng)營產(chǎn)業(yè)化、紅薯產(chǎn)品多元化、紅薯質(zhì)量無公害化的要求。紅薯機械將集機、電、液于一體，向智能化、自動化跨越[4]。
1.4 目前國內(nèi)常見的紅薯分選機主要有以下幾種類型
目前我國紅薯業(yè)生產(chǎn)上使用的分選機類型很多，大小不一。根據(jù)紅薯檢測指標的不同，紅薯分選機大致可以分為大小分選機、重量分選機、外觀品質(zhì)分選機和內(nèi)部品質(zhì)分選機。本課題主要研究的是大小分選機，而根據(jù)其結(jié)構和工作原理的不同，大小分選機可分為篩子分選機、回轉(zhuǎn)帶分選機、輥軸分選機、滾筒式分選機[5]。
2 總體方案的擬定
2.1 原理分析
分級機上的分級裝置的孔眼的大小和形狀必須根椐紅薯的大小、形狀和產(chǎn)品工藝要求確定。特別注意分級級數(shù)的設計計算，提高分選質(zhì)量，以保證后序工序的順利進行。紅薯分選機是由分級機構、傳動機構和電動機組成。紅薯分選時將紅薯運送至進料斗，然后流入到分級滾筒或擺動篩中，使紅薯在滾筒里滾轉(zhuǎn)和移動或在擺動篩中作相對運動，并在此過程中通過相應的孔流出，以達到分級目的。
2.1.1 方案選擇
為了實現(xiàn)預定的功用，有兩套方案可以實現(xiàn)：(參見圖1、圖2)
方案一 采用擺動篩式進行紅薯的分選
圖1方案一 示意圖
Fig1 The figure of program 1
方案二 采用滾筒式進行紅薯分選
圖2 方案二 示意圖
Fig2 The figure of program 2
2.1.2 方案的比較
方案一采用擺動篩式來進行紅薯的分選，其機械振動裝置由皮帶傳動使偏心輪回轉(zhuǎn)，偏心輪帶動曲柄連桿機構實現(xiàn)機體的直線往返式擺動。擺動篩分級機的優(yōu)點為：結(jié)構簡單，制造、安裝容易；篩面調(diào)整方便，利用率高；以直線往復擺動為主。振動為輔，對物料損傷少；適用多物料及同一物料多種不同規(guī)格的分級。缺點為：動力平衡困難，噪音大，清洗不方便等[5]。方案二采用滾筒式來進行紅薯的分選，其滾筒由摩擦輪帶動，物料通過料斗流入到滾筒時，在其間滾轉(zhuǎn)和移動，并在此過程中通過相應的孔流出，以達到分級目的。滾動式分級機的優(yōu)點為：結(jié)構簡單，分級效率高，工作平穩(wěn)，不存在動力不平衡現(xiàn)象。缺點為：機器占地面積大，篩面利用率低；由于篩孔調(diào)整困難，對原料的適應性差[5]。本課題研究的主要目的是實現(xiàn)紅薯生產(chǎn)的規(guī)模化和機械化，而且主要針對單一物料進行分級，對紅薯的損傷情況不做過多要求，故采用方案二比較合理。
2.2 總體結(jié)構設計
2.2.1 總體結(jié)構
總體結(jié)構分為以下主要部分（如圖3所示）：
進料斗、滾筒、收集料斗、機架、傳動裝置、摩擦輪等。
圖3 紅薯分選機結(jié)構圖
Fig3 The principle figure of the structure of the sweet potato sorter
2.2.2 傳動路線
紅薯分選機的傳動路線如圖4所示，該機構是通過電動機驅(qū)動皮帶傳動，將運動和動力直齒圓柱齒輪減速器，通過減速器減速后，再由鏈輪傳動機構將運動和動力傳遞給摩擦輪，在摩擦輪的帶動下，以實現(xiàn)對紅薯的分級。
1.電機 2.皮帶輪 3.摩擦輪 4.摩擦輪軸 5.單級直齒圓柱齒輪減速器 6.鏈傳動
圖4 紅薯分選機的傳動路線
Fig4 The transmission route of the sweet potato sorter
2.3 各執(zhí)行機構主要參數(shù)的計算
2.3.1 滾筒設計
考慮到紅薯大小形狀的差異，將滾筒的分級情況定為6級。在實際分級中，可以將相鄰的兩級料斗合為一級，以滿足不同分級的需要?，F(xiàn)在設計采用5節(jié)篩筒，6級分級[5]。
2.3.2 滾筒孔眼總數(shù)的確定
生產(chǎn)能力G可由下式計算[5]：
G＝ 3600zλm／1000×1000 （2-1）
式中：z為滾筒上的孔眼總數(shù)；G為生產(chǎn)能力；λ為在同一秒內(nèi)從篩孔掉下物料的系數(shù)，因分級機型和物料性質(zhì)不同而異，滾筒式可取1．0％～2．5％；m為物料的平均質(zhì)量。
根據(jù)設計要求給定的參數(shù)G=12 t/h，m=400g，λ= 2.0％
可求出z =1000×1000G／3600λm =1000×1000×12／3600×0.02×400 =417（個）
2.3.3 滾筒直徑D、長度L以及各級排數(shù)P和各排孔數(shù)Z的確定
在生產(chǎn)能力已知的情況下，通過式（2-1）求取的Z為滾筒上所需的孔數(shù)。但由于各級篩孔孔徑不同而滾筒直徑相同，所以這個總孔數(shù)不能平均分配在各級中，而應根據(jù)工藝的要求分成不同直徑的若干級別，再依級數(shù)設每級排數(shù)以確定同一級每排篩孔數(shù)。若把滾筒展開成平面，則其關系為
每級孔數(shù)=排數(shù)×每排孔數(shù)
每級長度=（每級篩孔直徑×每排孔數(shù)）＋（篩孔間隙×各排孔數(shù)）
則 滾筒的圓周長度=（排數(shù)×各級孔徑）＋（排數(shù)×孔徑）
理論上，每級的孔數(shù)之和等于總孔數(shù)Z，每級長度之和是所設計的滾筒長度，但這樣設計計算各級滾筒的直徑各不相同，無法連接在一起。因此一般取滾筒中直徑較大的一級作為整個滾筒的直徑。
初步確定滾筒直徑和長度后，用D:L=1:4～6進行校核，若不在此范圍內(nèi)，就應重新調(diào)整每級排數(shù)或孔數(shù)，直至達到此比例范圍內(nèi)為止。一般若L﹥6D，則可適當增加排數(shù)，減少每排孔數(shù)；若L﹤6D，則應增加每排孔數(shù)，減少排數(shù)[5]。
現(xiàn)在由分選所需紅薯的需求，對篩筒孔徑作如下估計：
表1 篩孔孔徑的參數(shù)
Table 2 the parameter of screen size
篩孔
孔徑長×寬（mm）
孔隙（mm）
粒徑分布比例系數(shù)ai
軸向分布比例系數(shù)bi
第一級
80×40
15
1/8
1/2
第二級
85×45
20
1/2
1/4
第三級
90×50
25
1/4
1/8
第四級
95×55
30
1/8
1/8
第五級
100×60
35
1/8
1/8
2.3.4 各級篩孔數(shù)的計算
（1）各級篩孔的孔數(shù)[5]
Z1=ai bi Z。 （2-2）
式中：Z1—每個篩孔的個數(shù)，個；
ai—原料粒徑分布比例系數(shù)；
bi—原料沿滾筒軸向分布比例系數(shù)；
Z。—基準孔數(shù)，個。
（2）基準孔數(shù)為[5]
Z。=Z/∑ai bi （2-3）
則 Z。=417 /（ 1/8×1/2＋1/2×1/4＋1/4×1/8＋1/8×1/8＋1/8×1/8）=1668（個）
則，可求
Z1=ai bi Z。=1/8×1/2×1668=104
Z2=ai bi Z。=1/2×1/4×1668=209
Z3=ai bi Z。=1/4×1/8×1668=52
Z4=ai bi Z。=1/8×1/8×1668=26
Z5=ai bi Z。=1/8×1/8×1668=26
（3）篩孔排數(shù)與每排孔數(shù)的計算
已知[5]u = L/D （2-4）
式中：u—長度與直徑之比；
L—滾筒的長度，m；
D—滾筒的直徑，m。
又知滾筒的長度可表示為[5]
L=∑Li =1/P0∑Zi/Ci(di＋ei) （2-5）
式中：P0—基準排數(shù)，通常以第一級為基準；
di—各級篩孔的直徑，m；
ei—個級篩孔的孔徑，m；
Ci—篩孔的直徑及間隙對排數(shù)的影響比例系數(shù)。
又知[5]CI= P1／P0 （2-6）
式中：P1—各級篩孔的排數(shù)
因 Si= di＋ei
故 Pi=2πD / Si
則將這些轉(zhuǎn)換式對L=∑Li =1/P0∑Zi/Ci(di＋ei)進行化簡，得
L=2πD / Si〔Z1(d1＋e1)2＋Z2(d2＋e2)2＋Z3(d3＋e3)2＋Z4(d4＋e4)2＋Z5(d5＋e5)2〕
又估計u = L/D=4 則D= 1/4L
則L2=2 / π〔104×(0.080＋0.015)2＋209×(0.085＋0.020)2＋52×(0.090＋0.025)2＋26×(0.095＋0.030)2＋26×(0.100＋0.035)2〕
解得L=2.3 m
則D= 1/4L=0.575 m
則由Pi=2πD / Si ，得
P1=2π×0.575 / (0.080＋0.015)=23
P2=2π×0.575 / (0.085＋0.020)=20
P3=2π×0.575 / (0.090＋0.025)=18
P4=2π×0.575 / (0.095＋0.030)=17
P5=2π×0.575 / (0.100＋0.035)=15
由此可得各級滾筒每排孔數(shù)：
由ZPi=Zi/Pi 可得
ZP1= Z1/P1 = 104／23 =5
ZP2= Z2/P2 = 209／20 =10
ZP3= Z3/P3 = 52／18 =3
ZP4= Z4/P4 = 26／17 =2
ZP5= Z5/P5 = 26／15 =2
經(jīng)圓整后，各級滾筒每排的孔數(shù)為：
ZP1=4 ZP2=7 ZP3=3 ZP4=3 ZP5=2
（4）滾筒直徑的確定
各級滾筒的周長為[5]
li = /2 (di＋ei)Pi （2-7）
l1 = √3/2 (d1＋e1)P1=/2 (0.080＋0.015)×23=1.892 m
l2 = √3/2 (d2＋e2)P2=/2 (0.085＋0.020)×20=1.819 m
l3 = √3/2 (d3＋e3)P3=/2 (0.090＋0.025)×18=1.793 m
l4 = √3/2 (d4＋e4)P4=/2 (0.095＋0.030)×17=1.840 m
l5 = √3/2 (d5＋e5)P5=/2 (0.100＋0.035)×15=1.754 m
各級計算周長中，最長的作為整個滾筒的周長，則l=1.892 m。
（5）篩孔間隙修正
因為各級計算周長與確定的滾筒軸長l存在差值，則按下式修正[5]：
ei=2l/ Pi－di （2-8）
則 e1 =2×1.892/×23－0.080 =0.015
e2 =2×1.892/×20－0.085 =0.024
e3 =2×1.892/×18－0.090 =0.031
e4 =2×1.892/×17－0.095 =0.034
e5 =2×1.892/×15－0.100 =0.046
（6）滾筒直徑[5]
D=l/π （2-9）
則 D=1.892/π=0.60 m
（7）長徑比驗算
總長度的確定，應將各級的一側(cè)邊緣尺寸fi計入[5]，因此
L=∑Li＋∑fi （2-10）
又知[5] fi= Si ／2=1/2(di＋ei) （2-11）
則滾筒的長度為
L=∑ZPi(di＋ei)＋1/2∑(di＋ei) （2-12）
則 L=∑ZPi(di＋ei)＋1/2∑(di＋ei) （2-13）
L=〔4×(0.080＋0.015)＋7×(0.085＋0.020)＋3×(0.090＋0.025)＋3×(0.095＋0.030)＋2×(0.100＋0.035) 〕＋1/2〔(0.080＋0.015)＋(0.085＋0.020)＋(0.090＋0.025)＋(0.095＋0.030)＋(0.100＋0.035)〕=2.393 m
將計算出的滾筒長度和直徑代入長徑比公式中進行驗算，若不超過規(guī)定長度比的5％，則可確定長度和直徑；否則要重新進行校正[5]。
由計算知 D=0.60 m L=2.393 m
則u = L/D=2.393/0.60=3.99
規(guī)定的u = L/D=4 則相差值為4-3.99=0.01＜5％，符合要求。
故可確定滾筒 D=0.60 m L=2.393 m
2.3.5 轉(zhuǎn)速n及水平傾角a的確定
滾筒的轉(zhuǎn)速影響分級效率及生產(chǎn)能力，而滾筒的轉(zhuǎn)速取決于直徑。滾筒一般呈傾斜放置，則通常轉(zhuǎn)速可由以下公式確定[5]：
n = 12～14 /√R （2-14）
則由前面滾筒尺寸參數(shù)計算中，知D=0.60 m，根據(jù)公式可得本設計中的轉(zhuǎn)速范圍
n = 12～14 /√R=12～14 /√0.60=15～18 r/min
又考慮滾筒的轉(zhuǎn)速一般為10～15 r/min，一般不超過30 r/min。在結(jié)合實際生產(chǎn)需求，最終確定滾筒的轉(zhuǎn)速n=18 r/min。
由上式可知，n與√R成反比，即滾筒直徑越大，其轉(zhuǎn)速越小。
而滾筒的傾角a與滾筒的長度有關，一般約為3 o～5 o，長的滾筒取小值，短的取大值。本設計中滾筒的長度為L=2.393 m，結(jié)合實際生產(chǎn)的需要，取a=4 o。
2.3.6 滾輪和摩擦輪
滾輪和摩擦輪工作時，滾圈的動力是由摩擦輪與之摩擦所產(chǎn)生的，她們是一對相對運動的部件。通常為了維修及更換零件的方便，在設計上，摩擦輪所選擇的材料要比滾圈耐磨性差，以便把磨損落在摩擦輪上。摩擦輪和滾圈的結(jié)構如圖5所示。
滾圈的常用材料為Q235、Q255、40號碳素鋼。摩擦輪的材料常為HT250、HT200等。這里取滾圈的材料為Q235，摩擦輪的材料為HT200[5]。
摩擦輪的寬度b一般比滾圈寬度B大30～40 mm，以補償筒體熱脹冷縮和軸向竄動的需要，經(jīng)計算摩擦輪外徑為d=375 mm，寬度為90 mm（由與滾圈寬60 mm關系式計算得出）。
1.滾筒 2.摩擦輪 3.滾圈
圖5 摩擦輪與滾圈
Fig5 The friction wheel and the rolling ring
2.3.7 功率計算
對于摩擦輪傳動式，其功率可用下式計算[5]：
P=Rn(m1＋13m2)g/60η （2-15）
式中：P—滾筒轉(zhuǎn)動所需要的電動機功率，W；
R—滾筒內(nèi)半徑，m；
n—滾筒轉(zhuǎn)速，r/min；
m1—滾筒本身質(zhì)量，kg；
m2—滾筒內(nèi)原料質(zhì)量，kg；
η—傳動效率，一般取0.6～0.7。本設計中取η=0.6。
m2=πR2Lr1Φ （2-16）
式中：L—滾筒的長度，m；
r1—物料的密度，kg/m3；
Φ—物料在滾筒中的填充系數(shù)，一般為0.05～0.10。
在本設計中，所涉及的滾筒用來篩選紅薯，按其平均質(zhì)量和半徑，估算出物料密度1.2×103 kg/m3，填充系數(shù)選取Φ=0.07，則
m2=πR2Lr1Φ=3.14×﹙（0.60-0.002×2）/2﹚2×2.393×1.2×103×0.07=56 kg
將以上結(jié)果代入滾筒轉(zhuǎn)動時所需的電動機功率P的計算公式中[5]：
P=Rn(m1＋13m2)g/60η
=﹙（0.60-0.002×2）/2﹚×18×(62＋13×56) ×9.81/60×0.6=1155 W
2.3.8 篩孔的設計
篩孔是分級機械的主要工作部分，其優(yōu)劣程度直接影響分級效果。篩孔有正方形、矩形、正三角形等排列。經(jīng)計算，正三角形排列篩面的有效系數(shù)比正方形排列增加16％，如圖6所示，其有效篩面面積更大，故在設計中采取正三角形排列[5]。
圖6 正三角形排列
Fig6 The equilateral triangle arrangement
2.3.9 選擇電動機
（1）選擇電動機類型和結(jié)構形式
生產(chǎn)單位一般用三相交流電源，如無特殊要求(如在較大范圍內(nèi)平穩(wěn)地調(diào)速，經(jīng)常起動和反轉(zhuǎn)等)，通常都采用三相交流異步電動機。我國已制訂統(tǒng)一標準的Y系列是一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電動機，適用于不易燃、不易爆、無腐蝕性氣體和無特殊要求的機械，如金屬切削機床、風機、輸送機、攪拌機、農(nóng)業(yè)機械和食品機械等。由于Y系列電動機還具有較好的起動性能，因此也適用于某些對起動轉(zhuǎn)矩有較高要求的機械(如壓縮機等)。在經(jīng)常起動，制動和反轉(zhuǎn)的場合，要求電動機轉(zhuǎn)動慣量小和過載能力大，此時宜選用起重及冶金用的YZ型或YZR型三相異步電動機[6]。
三相交流異步電動機根據(jù)其額定功率(指連續(xù)運轉(zhuǎn)下電機發(fā)熱不超過許可溫升的最大功率，其數(shù)值標在電動機銘牌上)和滿載轉(zhuǎn)速(指負荷相當于額定功率時的電動機轉(zhuǎn)速，當負荷減小時，電機實際轉(zhuǎn)速略有升高，但不會超過同步轉(zhuǎn)速——磁場轉(zhuǎn)速)的不同，具有系列型號。為適應不同的安裝需要，同一類型的電動機結(jié)構又制成若干種安裝形式。各型號電動機的技術數(shù)據(jù)(如額定功率、滿載轉(zhuǎn)速、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比、最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比等)、外形及安裝尺寸可查閱產(chǎn)品目錄或有關機械設計手冊[13]。
按已知的工作要求和條件，選用Y型全封閉籠型三相異步電動機[6]。
（2）選擇電動機類型的功率
由前面設計計算已知，工作機所需的電動機輸出功率為
P工作輸出=1.155 KW
電動機至運輸帶之間的總效率為
η總=η皮帶η齒輪η3滾動軸承η鏈輪η2摩擦輪
=0.96×0.97×0.993×0.96×0.902
=0.703
所以電動機的輸入功率為
P電動機輸入= P工作輸出/η總
=1.155/0.703
=1.64 kW
（3）初選同步轉(zhuǎn)速為750 r/min的電動機
由P電動機輸入≤P電動機額定，故根據(jù)《機械設計課程設計手冊》表12-1，選擇電動機型號為Y132S-8，其額定功率為2.2 KW，滿載轉(zhuǎn)速為710 r/min，即
P電動機額定=2.2 kW
n電動機額定=710 r/min
2.4 傳動裝置的運動和動力參數(shù)的計算
2.4.1 各傳動裝置的總傳動比及各軸轉(zhuǎn)速的計算的計算
分配各級傳動比時應考慮的問題：
（1）各級傳動比機構的傳動比應在推薦值的范圍內(nèi)，不應超過最大值，已利于發(fā)揮其性能，并使其結(jié)構緊湊[7]。
（2）應使各級傳動的結(jié)構尺寸協(xié)調(diào)、勻稱。例如：由V帶傳動和齒輪傳動組成的傳動裝置，V帶傳動的傳動比不能過大，否則會使大帶輪半徑超過變速器的中心高，造成尺寸不協(xié)調(diào)，并給機座設計和安裝帶來困難[7]。
（3）應使傳動裝置外廓尺寸緊湊，重量輕。在相同的總中心距和總傳動比情況下，
具有較小的外廓尺寸。
（4）在變速器實際中常使各級大齒輪直徑相近，使大齒輪有相近的侵油深度。高、
低速兩極大齒輪直徑相近，且低速級大齒輪直徑稍大，其侵油深度也稍深些有利于侵油潤滑。
（5）應避免傳動零件之間發(fā)生干涉碰撞。高速級大齒輪與低速軸發(fā)生干涉，當高速級傳動比過大時就可能產(chǎn)生這種情況。除考慮上訴幾點還要理論聯(lián)系實際，思考機器的工作環(huán)境、安裝等特殊因素。這樣我們就可以通過實測與理論計算來分配各級的傳動比了[8]。
電動機的滿載轉(zhuǎn)速為710 r/min, 要求的輸出為18r/min，則總的傳動比為[8]：
nm / n=710/18≈39.44
V帶傳動比常用范圍i≤7；
圓柱齒輪傳動單級減速器傳動比的范圍i≤4～6；
鏈傳動傳動比的范圍i≤6；
摩擦輪傳動傳動比的范圍i≤5。
故設計分配傳動比如下：
第一級V帶傳動比 i1=3；
第二級齒輪傳動傳動比 i2=4；
第三級鏈傳動傳動比 i3=2；
第二級摩擦輪傳動傳動比 i4=1.6。
電動機軸為0軸，減速器高速軸為1軸，低速軸為2軸，摩擦輪軸為3軸，各軸轉(zhuǎn)速為[8]：
n0= nw=710 r/min
n1= n0/ i1=710/3=237 r/min
n2= n1/ i2=237/4=59 r/min
n3= n2/ i3=59/2=30 r/min
n4= n3/ i4=30/1.6=18 r/min
2.4.2 各軸輸入功率的計算
機械效率分布如下：V帶傳動η1=0.96；滾動軸承η2=0.99；圓柱齒輪傳動η3=0.97；鏈傳動η4=0.96；摩擦輪傳動η5=0.90。各軸輸入功率按電動機額定功率計算，各軸輸入功率即[9]：
P0 = PW = 2.2 kW
P1 = P0η1=2.2×0.96=2.11 kW
P2 = P1η2η3=2.11×0.99×0.97=2.03 kW
P3 = P2η4 =2.03×0.96=1.95 kW
P4 = P3η2η5=1.95×0.99×0.90=1.74 kW
2.4.3 各軸轉(zhuǎn)矩的計算
T0 = 9550 P0/ n0=9550×2.2/710 =29.59 N·m
T1 = 9550 P1/ n1=9550×2.11/237 =85.02 N·m
T2 = 9550 P2/ n2=9550×2.03/59 =325.58 N·m
T3 = 9550 P3/ n3=9550×1.95/30 =620.75 N·m
3 主要零件的選擇和設計
3.1 皮帶傳動的設計計算
根據(jù)設計可知皮帶輪傳動比為3，因傳動速度較快，處于高速端，故采用帶傳動來提高傳動的平穩(wěn)性。并旋轉(zhuǎn)方向一致 ，帶輪的傳動是通過帶與帶輪之間的摩擦來實現(xiàn)的。帶傳動具有傳動平穩(wěn)，造價低廉以及緩沖吸振等特點。根據(jù)槽面摩擦原理，在同樣的張緊力下，V帶傳動較平帶傳動能產(chǎn)生更大的摩擦力。再加上V帶傳動允許傳動比較大，結(jié)構較緊湊，以及V帶以標準化并且大量生產(chǎn)的優(yōu)點，所以這里高速軸傳動選用V帶傳動[10]。
3.1.1 確定計算功率 Pca
由《機械設計》表8-7 查得工作情況系數(shù)K A =1.1 故 Pca = K A P = 1.1×2.2=2.42 kW
3.1.2 選擇V帶的帶型
根據(jù)Pca=2.42 KW,小帶輪轉(zhuǎn)速n1=710r/min,由《機械設計》圖8-11選用A型。
3.1.3 確定帶輪的基準直徑dd并驗算帶速v
（1）初選小帶輪的基準直徑dd
由《機械設計》表8-6和表8-8，取基準直徑dd1=140 mm。
（2）驗算帶速v
按式v=πdd1 n1/60×1000驗算帶的速度
v =πdd1 n1/60×1000
=π×140 ×710/60×1000
= 5.20 m/s
因為5 m/s
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