毕业设计（论文）-大红枣去核机设计

第一章绪论1.1红枣去核机研究的目的与意义随着人力资源成本的提高及现代化作业印象对于人们的观念有着较大的冲击，现在基本上大多数农业产品种植农户，都是采用机械式播种、清理、去核等相关方面都有设计开发出相应机械设备代替人们工作，其目的是能够快速的完成人力无法完成的任务，节约大量的工作时间及提高农业产业的生产效率，红枣采用人工去核的方法，去核速度慢，虽不易造成红枣破损等情况，但是捡出红枣后需要去除土壤在去核进框体内，去核过程较为麻烦，而且存在漏红枣去核的现象，大面积种植产业光靠人共去核方法不能满足现代化农业发展的需求的。随着农业科技技术的不断发展，现实生活中开发出多样化各式农用机械，帮助农业用户高效率去核农业产品。本课题设计的正是一款红枣去核机的设计，其目的是为了满足现代化发展的需求；现代大多数红枣等农业食品的去核方式还是以人工为主要，这样的工作方式效率极低且人力也容易产生疲劳。费时费力，且去核的效果不好，影响红枣外观。都是采用机械式去核等相关方面都有设计开发出相应机械设备代替人们工作，其目的是能够快速的完成人力无法完成的任务，节约大量的工作时间及提高农业产业的生产效率，红枣采用人工去核的方法，去核速度慢，且容易造成红枣破损等情况发生。我国红枣的主要种植培育基本分布在：中国中东地区、东南地区及西南地区，常见的红枣产地来凤、阳新、铜陵等地区最为熟知，红枣的种植地区可谓是极为广泛；但是随之而来的就是红枣种植后去核产品问题。设计一款针对红枣去核的机械设备，能够提高去核效率，降低人们工作的强度与难度，可见我们课题设计的方向和目标都是具有重大意义的。1.2国内外发展现状与趋势自从1962年发明的水果红枣机以来，随着机械技术的不断发展，配合控制系统的技术发展，目前应用在各种场合的去核机使用范围较为广泛，目前正在向着智能化、自动化发展方向进行，结合各种传感器以及传送结构、打包结构的综合应用。目前德国一家名为BERTUZZI企业开发出一款滚子红枣机，他是运动滚动果体实现内核和果肉之间的分离，这种机器的使用范围较广，能够适应不同的有核产品，实现自我调节，通过稳定性高，得到工厂等多种地方的喜爱。美国的FMC推出的动转矩式去核机，其加工效率高，能够实现每小时加工900kg果实的速度。相对于国外，我国的去核机在21世纪出也得到快速地发展，不过我国生产的去核机主要适用于小型场合，也较为符合我国发展的国情，基本上主要的类型有：对辊式、刮板式等多种类型，相对于国外来说，其稳定性还是有所欠缺的。其中，机构的稳定性、自适应性还有待提升，随着我国对机械行业的重视，我国的机械行业未来将会面临以下的发展趋势：目前的机械制造业分布在全国各地，其中珠江三角洲以及长江三角洲作为我国的机械发达地段，其产值约占总销售额的一半以上。随着我国的机械不断发展，其主要的发展趋势大致分为以下几种：第一：信息化、数字化，随着智能制造2025的到来，对于企业的管理来说，制造业的信息化与数字化是未来发展的趋势；第二：加工标准化与自动化，为了缩短机械制造周期，提高产品的稳定，应当在机械设计的过程之中，尽量采用标准化的产品加工，可以降低制造成本，同时自动化的加工是未来的制造业加工发展的趋势；第三：机械产品精密度高、大型化，对于零件的尺寸要求越来越高，势必要求精度高的机械生产使用，目前的机械已经具备公差在0.5μm以下的生产制造水平，目前的机械较小，后期随着工业行业的不断发展，许多大型产品也可实现机械生产，大型化机械也是未来发展的模式之一。1.3本课题主要研究方法本课题研究的主要目的是针对红枣去核机械结构的总体设计，设计红枣去核所需求的工作原理与步骤。我们通过查阅相关农业收获机机械设备的参考文献、网络上收获机的相关结构设计知识及知网上学术论文的参考为主要方法，通过相关知识的收集整理并结合本课题的需求，设计开发出一种可以实现红枣去核作业的产品收集设备。设计中因为红枣去核需要考虑到核的位置，以及红枣的尺寸等。所以要求在设计红枣去核机过程中要满足拥有较高适用性价值、工作效率高、使用性价比高对于红枣破坏程度较小等。上述的研究方法仅仅只是通过网上的设计知识是无法满足设计要求的，我们可以通过向指导导师请教关于设计农业机械方面的技术经验，还可以通过同学间的互动交流补足自身的设计缺陷，这样可以加快我们的设计步伐，保证实用性能。1.4本课题主要研究内容本文设计的红枣去核机通过在总结对红枣去核机设计的前提之下，结合红枣本身的特点进行设计的，其设计原理主要是通过传动传动实现对红枣核的处理，在本课题之中，对本机器的传动结构、动力系统设计、计算以及校核，使其能够满足本课题，同时通过三维设计软件对其进行三维建模，能够直观表达红枣去核机的三维外观，同时使用二维软件完成对红枣去核机的装配图。通过上述的设计理念将本文分为以下几个步骤进行：首先：绪论，首先通过对红枣去核机国内外之间的差别以及红枣去核机在未来的发展趋势，了解设计红枣去核机的目的与意义，使得本课题的研究具备重大意义；第二：对红枣去核机的设计结构进行确定，根据已有的知识，结合本文之中红枣的特性，对设计结构进行确定；第三：实现对传动结构的设计，主要是电机、带轮等方面的设计，通过分析，确定本文之中设计的红枣去核机具备分选能力；第四：对红枣去核机之中的容易出现问题的地方进行校核，并且对关键零部件进行设计；第五：为了能够方便直观的看出设计结果，使用三维软件完成对红枣去核机的三维建模、装配，能够较为直观的看出整体结构。

红枣去核机总体设计方案确定2.1设计需要达到的要求红枣去核机的主要作用实现对对红枣去核的功能，所以本文对其设计需要保证的以下几点：本文之中是针对红枣的分选，所以一般能够实现对红枣的内部核进行去核作业的产品，速度较快，节约人力；需要考虑到红枣的形状，红枣核的位置等相关问题；需要保证整体结构的较高效率，提高使用过程的稳定性；整体结构简单、便捷，性价比高。2.2总体方案确定本文设计的红枣去核机的主要是去掉红枣的内核，且为了保证其实用性，减少它的破损，首先需要保证能够有转盘实现对红枣的定位，然后通过刀具的作用，将红枣的内核剔除。2.3去核参数确定本文设计的红枣去核机主要目的是实现能够稳定的去除红枣产品的内核，需要确定能够有效的将内核去除，且能够保证红枣最大程度的完整性，从效率来看，需要确包红枣去核机的去核速度不能低于3秒一个。2.4工作原理分析本文设计的小型红枣去核机，其主要的结构包含以下结构方面：执行结构由带弹簧的去核刀具组成，这样能够保证在去核的过程之中，不会造成红枣的破损，传动结构主要是电机的动力通过间歇轮，实现在传动的过程之中，能够让定位盘主轴旋转30度，且能够保证主轴旋转的稳定顶。其传动结构，通过曲柄摇杆结构实现去核刀具的上下运动动作，使得主盘呈现圆周运动。2.5红枣去核机工作流程电机启动之后，其动力通过减速器传递至转盘，使得转盘能够实现往复的运动，一边动力通过连杆实现将动力带动至去核刀具做上下运动，另外一边动力则是带动传动盘，实现转盘旋转一周，带动挡板的作用是去核去核后的红枣。红枣去核机工作原理是：发动机发动后，通过皮带轮间歇轮实现30度的旋转工作。通过通过机构实现将电机的旋转运动转化成直线运动，本文之中拟采用曲柄连杆机构实现去核工作。当转盘向下运动时，传动装置离开间歇轮做圆周运动，刀具在连杆作用下，向下运动完成红枣的去核工作，如此反复。红枣随刀具向上时，遇到挡板脱落到定位盘上随定位盘转动，当遇到第二个挡板的时候被剥落下去，掉落到去核带中。)

第三章传动结构设计3.1动力系统设计3.1.1选择马达系列马达选择应保证：式中：P0——马达额定功率，kW；Pr——工作机所需马达功率，kW。所需马达功率由下式计算：Pr=Pw/η式中：Pr——工作机所需有效功率，由工作机的工艺阻力及运行参数确定；η——马达到工作机的总效率，%。皮带运输机的PW计算方法：PW=F×v/1000(kW)式中：F——工作机的圆周力，例如运输机上运输带的有效拉力，N；v——工作机的线速度，例如运输带的带速，m/s；D——带运输机主动滚筒的直径，mm；n——工作机卷筒轴的转速，r/min。按工作要求及工作条件选用三相异步马达，封闭式结构，电压380V，Y系列。3.1.2选择马达功率PW1=0.27kW，η1=0.99×0.95×0.96×0.95×0.994×0.96=0.7698∴Pr1=PW/η1=0.36kWPW2=0.15kW，η2=0.95×0.825×0.982×0.99×0.90=0.6885∴Pr2=PW/η2=0.22kW查表4.12-1，可选Y系列三相异步马达Y802-4型，额定功率P0=0.75kW，或选Y系列三相异步马达Y90S-4型，额定功率P0=0.75kW。以同步转速为1500r/min及1000r/min两种方案进行比较，由表4.12.1查得马达数据，计算出传动比如下表。表1马达数据表方案马达型号额定功率/kW同步转速/(r/min)满载转速/(r/min)总传动比质量/kg价格/元12Y802-4Y90S-40.750.7515001000139091057.9237.921823475570比较两方案可见，方案1选用的马达虽然质量和价格较低，但总传动比大。为使传动装置结构紧凑，决定选用方案2。马达型号为Y90S-4，额定功率为0.75kW，同步转速为1000r/min，满载转速为910r/min。由机械设计课程设计表4.12-2查得马达中心高H=90mm，外伸轴段D×E=24mm×50mm。3.2传动装置的选择一般来说，在本文之中，传动装置主要有三种，(1)带传动；(2)链传动以及(3)齿轮传动，这三种类型的传动方式使用范围不同，其中带传动经常使用在传动距离长，在本文之中能够满足使用要求，且成本较低，较为合适。3.3V带传动的设计(1)选择V带型号V带传动的功率计算公式为：Pca=KAP式中：Pca——计算功率，kW；P——传递的额定功率(如：电机的额定功率)，kW；KA——工作情况系数(表6-9)。由表6-9查得工作情况系数KA=1.2，所以计算功率：Pca=KAP=1.2×0.75=9kW根据Pca和n1由图6-9确定选用Z型带。(2)确定带轮基准直径由表6-7和表6-10，取主动轮基准直径dd1=67mm。验算带速：v=EQ\F(πdn,60×1000)=6.38＜25(m/s)带速合适。计算从动轮基准直径dd2：dd2=i×dd1=2.37×67=158.79mm根据表6-10，取dd2=160mm。(3)确定V带的基准长度和传动的中心距根据0.7(dd1+dd2)＜a0＜2(dd1+dd2)，得到158.9＜a＜454。初定中心距a0=350mm。由基准长度公式：L‘d=2a0+π(dd1+dd2)/2+(dd2-dd1)2/4a0∴L‘d=2×350+π(67+160)/2+(160-67)2/4×350=1062.7(mm)根据表6-5选取带的基准长度Ld=1120mm。实际中心距a≈a0+(Ld-L‘d)/2=350+(1120–1062.7/2=378.7(mm)(4)验算主动带轮上的包角11=180-(dd2-dd1)×57.3°/a=165.9°＞120°主动带轮上的包角合适。(5)确定带的根数z根据ａ1=165.9°，查表6-11，得Ka=0.966；根据Ld=1120mm，查表6-5，得KL=1.08；由n1=910r/min、i=2.37、dd1=67mm；查表6-8a和表6-8b，得P0=0.15kW，△P0=0.02kW。z=Pca/(P0+△P0)KａKL=0.9/[(0.15+0.02)×0.966×1.08]=5.07=6取z=6根。(6)确定带的张紧力F0查表6-6，Z型普通V带单位长度质量q=0.06kg/m。F0=500Pca(2.5/Kа-1)/(z×v)+qv2F0=500×0.9(2.5/0.966-1)/6×6.38+0.06×6.382=90.0(N)(6)计算带传动作用在轴上的载荷FQFQ=2zF0cos(r/2)=2zF0sin(а1/2)式中：z——带的根数；F0——单根带的张紧力，N；а1——主动带轮上的包角，rad。FQ=2×6×90.0×sinEQ\F(165.9°,2)=1071.8(N)

第四章关键部件的设计与校核4.1刀具的设计由于红枣去核机刀具用于直接接触红枣果实，材料的选择应考虑材料容易加工切削、干净卫生、成本低且容易清洗等特点，所以本设计选用45号钢作为红枣定位盘的材料。查阅资料得到我国北方红枣直径在10mm-14mm之间，根据红枣直径本设计选取刀具的外径为8mm，详细尺寸如图7。弹簧选择不锈钢丝（1Cr18Ni91Cr18Ni9Ti），耐腐蚀性好，工艺性好，弹簧中径为5mm。图7去核的刀具图7去核的刀具4.2定位盘的结构设计本设计选用45号钢作为红枣定位盘的材料。红枣定位盘如图8所示。考虑到人工放置红枣的舒适度问题以及作业的工作效率，本设计采用直径300mm的圆盘作为定位盘，圆盘上均匀分布12个直径10mm的红枣定位孔，为了使定位盘工作稳定可靠不产生倾斜本设计采用双键连接轴，基孔制配合为H7。同时考虑到定位盘需要的空间位置。图8红枣定位盘图8红枣定位盘4.3红枣机定位盘主轴的设计选用45钢调质处理230-280，查表得σB=640MPa。初步估算轴径取轴d=20mm。根据估算轴径和轴上零件的布置，进行轴的结构设计，确定轴上与定位盘联接键截面尺寸为b×h=8mm×7mm配合为H7/r6。滚动轴承内圈与轴的配合采用基孔制，轴的尺寸公差m6。在轴的两端均制成2×45°倒角。轴的详细尺寸如图9所示。图9定位盘主轴图9定位盘主轴4.4主轴强度验算(1)主轴间歇轮上的作用力的大小转矩：T=95.5×105×EQ\F(P,n)=95.5×105×EQ\F(0.34,20)=81170(Nmm)圆作用直径：d1=39.9(mm)圆周力：Ft=2T/d1=2×81170/39.9=4069(N)径向力：Fr=Ft/2.653=1534(N)轴向力：Fа=Ft/3.734=1090(N)(2)求垂直面上轴承的支反力及主要截面的弯矩FBV=(Fr×29.5+Fа×d1/2)/210.5+29.5=279(N)FDV=Fr-FBV=1534-279=1255(N)截面C处弯矩为:MCV左=FBV×210.5=58730(Nmm)MCV右=FDV×29.5=37023(Nmm)(3)求水平面上轴承的支反力及主要截面的弯矩FBH=Ft×29.5/(210.5+29.5)=4069×29.5/240=500(N)FDH=Ft-FBH=4069-500=3569(N)截面C处弯矩为：MCH=FBH×210.5=500×210.5=105250(Nmm)(4)截面C处垂直和水平的合成弯矩(5)按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度，由公式：式中：а——应力折算系数；Mv——轴上危险截面处的当量弯矩，Nmm；W——轴上危险截面处的抗弯矩截面系数，mm3；[σ-1]——轴在对称循环状态下的许用弯曲应力,MPa，见表11-1；d——轴上危险截面处直径，mm。当此段轴上有一个键槽时，直径应加大3%；有两个键槽时，应加大7%。取а=0.6，计算截面上的应力：前面已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表11-1查得[σ-1]=60MPa，由于σv＜[σ-1]，故安全。4.5红枣机主轴间歇轮红枣去核机主轴间歇轮如图10所示，材料选用容易加工的45号钢，该轮总直径100mm，确定轴上与定位盘联接键截面尺寸为b×h=8mm×7mm配合为H7/r6，间歇轮与轴的配合采用基孔制，轴的尺寸公差为r6，粗糙度要求为1.6。图10红枣机主轴间歇轮4.6红枣机传动圆盘红枣去核机传动圆盘如图11所示，材料选择45号钢，传动圆盘外圆直径为70mm，确定轴上与传动盘联接键截面尺寸为b×h=6mm×6mm配合为H7/r6。传动圆盘与轴的配合采用基孔制，轴的尺寸公差r6，传动圆盘孔的粗糙度1.6，其余6.3。图11红枣机传动圆盘4.7红枣机传动盘的轴图12定位盘主轴该轴的无特殊要求，选用45钢调质处理230-280，查表得σB=640MPa。取轴d=20mm。根据估算轴径和轴上零件的布置，进行轴的结构设计，确定轴上与传动盘联接键截面尺寸为b×h=6mm×6mm配合为H7/r6。滚动轴承内圈与轴的配合采用基孔制，轴的尺寸公差m6。在轴的两端均制成2×45°倒角。轴的详细尺寸如图12所示。(1)主轴间歇轮上的作用力的大小转矩：T=95.5×105×EQ\F(P,n)=95.5×105×EQ\F(0.36,24)=83140(Nmm)圆作用直径：d1=26(mm)圆周力：Ft=2T/d1=2×83140/26=6395(N)径向力：Fr=Ft/2.653=2311(N)轴向力：Fа=Ft/3.734=1613(N)(2)求垂直面上轴承的支反力及主要截面的弯矩FBV=(Fr×51.5+Fа×d1/2)/182+51.5=820(N)FDV=Fr-FBV=2311-820=1491(N)截面C处弯矩为:MCV左=FBV×182=74620(Nmm)MCV右=FDV×51.5=38368(Nmm)(3)求水平面上轴承的支反力及主要截面的弯矩FBH=Ft×51.5/(182+51.5)=6395×51.5/233.5=1410(N)FDH=Ft-FBH=6395-1410=4985(N)截面C处弯矩为：MCH=FBH×210.5=1410×182=128310(Nmm)(4)截面C处垂直和水平的合成弯矩(5)按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度，由公式：式中：а——应力折算系数；Mv——轴上危险截面处的当量弯矩，Nmm；W——轴上危险截面处的抗弯矩截面系数，mm3；[σ-1]——轴在对称循环状态下的许用弯曲应力,MPa，见表11-1；d——轴上危险截面处直径，mm。当此段轴上有一个键槽时，直径应加大3%；有两个键槽时，应加大7%。取а=0.6，计算截面上的应力：前面已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表11-1查得[σ-1]=60MPa，由于σv＜[σ-1]，故安全。（6）校核轴的疲劳强度抗弯截面系数可以按照以下公式进行计算：==抗扭截面系数可以按照以下公式进行计算：==截面上弯矩应力可以按照以下公式进行计算截面上扭转切应力可以按照以下公式进行计算由于轴的材料为40，调质处理，查《机械设计》表15-1查得。截面上由于轴肩而形成理论应力集中系数及按《机械设计》[附表3-2查取，因:经插值后可查得材料的敏性系数为：故有效应力集中系数为：由机械设计附图3-2得尺寸系数=0.85，由附图3-3得扭转尺寸系数为=0.9轴按磨削加工由《机械设计》附图3-4得表面质量系数==0.92轴未经表面强化处理，即=1，则按式（3-12）及式（3-14b）得综合系数为：又由碳钢的特性系数：取取计算安全系数按式（15-6）-（15-8）则得：故该轴在此截面的右侧的强度也是足够的。本机无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。至此，轴的校验结束,轴的校验合格。

基于三维软件的红枣去核机的建模与装配5.1三维建模软件的介绍本文为了便于大学所学的知识能够充分利用，提高大学对三维软件0UG软件(如图5-1)的认知能力，且能加快自身认识机械行业的重要性，加大了解本文设计的红枣去核机的工作原理，使得本文设计的红枣去核机能够通过本三维设计软件完成其全部结构的作用。Ug软件的使用范围十分广泛，本文之中选用该零件实现对打捆机的结构设计，使其能够满足我们的要求，其中的建模、制图等众多的功能，简单易学，很多相关的标准件在软件之中选取就可以采用了，在机械行业占据一定的市场份额，本人在大学实习期间的实习单位学习到一点建模知识，为设计者提供一定的思路。同时在大学期间所需的基础知识能够让我在很长的时候对于工作有所帮助。图5-1UG软件5.2零部件建模SolidWorks的三维建模功能十分强大，为了能够方便建模，我们先将该零件测绘的尺寸进行汇总，在建模的过程之中，通过拉伸、旋转、倒角、拔模、抽壳等命令完成对零件的绘制与建模。而针对一些标准零部件，我们一般都是通过软件所带的标准件库提取出来的，根据实际需要，选取所需要的标准件尺寸、型号、规格等。拉入系统中就会自动变成标准件，十分简单容易。图5-2轴承建模5.3红枣去核机的装配在UG三维装配模块作为重要的部分，通过使用同心、接触、距离、平行、垂直等命令。将榨汁机的各个零件进行装配上，在装配的过程之中。通过这些装配命令完成榨汁机机构的三维模型装配过程。同时考虑到在设计的过程之中不合理性，对其进行更改，使得整体的结构能够满足我们设计原理所需达到的要求。如图所示，图5-3红枣去核机的装配5.4二维装配图的绘制UG软件功能十分强大，能够通过绘制好的三维模型进行二维装配图的绘制，在制图模块过程中，选用a0图幅，使用投影、辅助视图、剖视图完成对视图的确定，然后完成明细表，以及尺寸的标注、技术要求等，如图5-4所示为其二维装配图，通过二维装配图，我们可以看出其结构整体，能够通过本设计的二维装配图，方便生产加工。图14红枣去核机装配图

第六章总结本文设计的红枣去核机通过在总结对红枣去核机设计的前提之下，结合红枣本身的特点进行设计的，其设计原理主要是通过传动传动实现对红枣核的处理，在本课题之中，对本机器的传动结构、动力系统设计、计算以及校核，使其能够满足本课题，同时通过三维设计软件对其进行三维建模，能够直观表达红枣去核机的三维外观，同时使用二维软件完成对红枣去核机的装配图。主要完成的任务包含以下几个方面：完成绪论，首先通过对红枣去核机国内外之间的差别以及红枣去核机在未来的发展趋势，了解设计红枣去核机的目的与意义，使得本课题的研究具备重大意义；对红枣去核机的设计结构进行确定，根据已有的知识，结合本文之中红枣的特性，对设计结构进行确定；实现对传动结构的设计，主要是电机、带轮等方面的设计，通过分析，确定本文之中设计的红枣去核机具备分选能力；对红枣去核机之中的容易出现问题的地方进行校核，并且对关键零部件进行设计；完成三维软件完成对红枣去核机的三维建模、装配，能够较为直观的看出整体结构。这次的毕业设计对我个人的自主能力得到了一次提升，一次次的查找文献和相关内容方面尽管过程很是枯燥，但通过这次学习磨砺了我的心性，增加了知识，我对这些学习软件的掌握也更上一层楼，我将这些东西融会贯通，这些软件的掌握必定会为我以后的工作起到帮助，这次的学习无疑使我的学业进步心性沉稳，学会这些不仅完成论文更使我心性成熟为未来的人生起到了很大的帮助作用。学习或许有的时候会显得很枯燥很乏味，但在这个过程中能使自己获得以前不知道的知识可以使自己变得更加充实那么学习也就不那么无聊，反之会让自己觉得有趣，在一次次的错误中不断地改正，在一次次的失败中找寻正确的方法，这会让自己寻找到正确答案时更加的充实，获得更大的自豪感。毕业设计结束了看着这阵的忙碌的成果，也仿佛有了些慰藉，自己辛勤种植的果实吃起来很是香甜可口。这次的学习对我的帮助更是巨大磨练了心性，补充了知识，希望以后能够继续不忘初心砥砺前行。本文的设计也存在一定的缺陷，最好的办法还是通过试样的方式进行生产，通过试生产能够发现本文设计的所遇到的实际问题，同时应当结合目前流行的八角袋式包装机进行优化相关的结构，提高工作的速度与效率。在以后的工作通过提升自身能力达到效果。参考文献[1]全自动红枣去核机传动系统设计[J].王小爱,陈海峰.

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