海带打结机构设计

题目：海带打结装置设计子题：专业：指导教师：学生姓名：班级-学号：年月本科毕业设计（论文）海带打结装置设计设计（论文）完成日期20年月日学院：专业：学生姓名：班级学号：指导教师：评阅教师：年月届本科生毕业设计（论文）-PAGEIII-注：页眉，居中，楷体，五号。阅后删除此文本框。摘要注：页眉，居中，楷体，五号。阅后删除此文本框。海带结作为人见人爱的食品，非常美观且易于食用，但是价格相对于其他海带产品较高。但是，目前该产品的生产几乎完全依赖手工完成，其生产效率低下，生产环境也较差，同时人力成本也相当高。因此，我们希望通过改进打结过程，提高海带结的生产效率，从而带来更好的经济和社会效益。为了实现这一目的，我们对海带的力学特性进行了试验研究，并设计了一种基于D型打结器的打结机构，旨在将海带进行自动化打结。针对当前海带加工业中存在的劳动力成本高和效率低下问题，研发设计了一套自动化海带打结设备。首先，详细介绍了该设备的工作原理，通过机械传动系统连续化地操作上料系统、打结系统和放置系统；其次，具体阐述了上料系统的托架组件和输送系统的同步带组件同步轮等结构的设计；最后，详细论证了设备的主要机构，如传动系统的设计计算。本研究的成果对于促进和推动海带加工业的机械化和自动化具有重要意义。本课题第一方面主要研究的是如何将自动化的设备进一步小型化的同时兼顾提高生产效率，这样一来可以使得小型机械智能制造成为更多得选择。关键词：海带；打结机；打结装置；传动装置AbstractKelpknotasapopularfood,verybeautifulandeasytoeat,butthepriceishigherthanotherkelpproducts.However,atpresent,theproductionofthisproductalmostentirelyrelyonmanualcompletion,itsproductionefficiencyislow,theproductionenvironmentisalsopoor,whilethehumancostisquitehigh.Therefore,wehopetoimprovetheknottyingprocess,improvethekelpknotproductionefficiency,thusbringingbettereconomicandsocialbenefits.Inordertoachievethisgoal,wecarriedoutexperimentalresearchonthemechanicalcharacteristicsofkelp,anddesignedaknotmechanismbasedonD-typeknot,aimingatautomaticknotkelp.Abstract。Aimingattheproblemsofhighlaborcostandlowefficiencyinkelpprocessingindustry,asetofautomatickelpknottyingequipmentisdesigned.Firstly,theworkingprincipleoftheequipmentisintroducedindetail,andthefeedingsystem,knottingsystemandplacingsystemareoperatedcontinuouslythroughthemechanicaltransmissionsystem,thedesignofthestructureofthebracketcomponentofthefeedingsystemandthesynchronousbeltcomponentoftheconveyingsystemisdescribedindetail,andthemainmechanismoftheequipment,suchasthedesignandcalculationofthetransmissionsystem,isdiscussedindetail.Theresultsofthisstudyareofgreatsignificanceinpromotingthemechanizationandautomationofkelpprocessingindustry.ThefirstaspectofthispaperishowtofurtherminiaturizetheautomaticequipmentandimprovetheproductionefficiencyatthesametimeKeyWords：

Kelp;knottingmachine;knottingdevice;transmission目录TOC\o"1-3"\h\z摘要 IAbstract II第一章绪论 71.1研究背景与意义 错误！未定义书签。1.2海带打结及其相关理论的发展概矿 错误！未定义书签。1.3研究分析现状 1第二章总体方案 错误！未定义书签。2.1设计要求 错误！未定义书签。2.2工作原理 错误！未定义书签。第三章结构设计 错误！未定义书签。3.1上料装置设计 错误！未定义书签。3.1.1上料方案选型 错误！未定义书签。3.1.2基础结构确定 错误！未定义书签。3.1.3参数计算 错误！未定义书签。3.1.4多工位验算 错误！未定义书签。3.2打结装置设计 错误！未定义书签。3.2.1打结机构打结原理 错误！未定义书签。3.2.2气缸装置选型 错误！未定义书签。3.2.3打结部分的设计 错误！未定义书签。3.2.4辅助机构的设计 错误！未定义书签。3.3回收装置设计 错误！未定义书签。3.3.1回收方案选型 错误！未定义书签。第四章传动设计 错误！未定义书签。4.1电机的选型 错误！未定义书签。4.1.1电动机功率 错误！未定义书签。4.1.2打结电动机选型 错误！未定义书签。4.2皮带的设计 错误！未定义书签。4.2.1皮带及带轮材料的选择 错误！未定义书签。4.2.2皮带及带轮的基本尺寸及计算 错误！未定义书签。4.2.3电带轮轴的设计与校核 错误！未定义书签。4.4轴的设计与计算 错误！未定义书签。4.4.1轴的设计 错误！未定义书签。结论 错误！未定义书签。参考文献 错误！未定义书签。附录A附录内容名称 错误！未定义书签。致谢 33全套设计加QQ11970985或197216396-PAGE17-第一章绪论1.1研究背景与意义海带，是大家常吃的一种海藻类食物，尤其是凉拌海带结，特别开胃爽口。海带不仅吃起来爽口美味，而且营养价值高，富含碘元素、矿物质等，热量低。海带是我国主要生产的藻类产品之一。2018年我国藻类总产量为471万吨，其中海带152万吨，占藻类总产量的32.30%。全国藻类养殖面积为14万公顷，其中海带养殖面积达4.51万公顷，占比31.29%，主要分布于辽宁、江苏、浙江、福建、山东和广东5省。首先，从海带养殖面积的时间趋势来看，2008年~2018年，全国海带养殖面积整体呈现上升趋势（图1）。2013年前，我国海带养殖面积经历了一个大幅上涨到保持平衡水平（4万公顷）的过程，而2013年的养殖面积则突然减产至3.73万公顷。养殖面积减少7.21%。从2014年开始，海带养殖面积一直缓慢增加，2018年海带养殖面积相比于10年前增加了约34.63%，全国总养殖面积达到4.51万公顷，占全国藻类养殖面积的31.29%，由此可见海带在藻类产品中的重要地位。海带含有丰富的营养成分，如藻胶、碘、钙、铁、锌等矿物质元素，以及人体必需的多种维生素，例如维生素A、维生素B、维生素C、维生素E等。因此，海带常常被誉为海洋之宝，被人们奉为美食和药食兼用的珍贵食材。此外，海带可加工制成海带丝、海带结、海带卷产品以及淡干海带和盐渍海带等，如图1-1所示。图1-1海带加工产品通常情况下，海带，褐色，扁平带状，最长可达20M；分叶片、柄部和固着器，固着器呈假根状。叶片为表皮、皮层和髓部组织所组成，叶片下部有孢子囊。具有黏液腔，可分泌滑性物质。固着器树状分支，用以附着海底岩石。正如图1-2所展示的那样。图1-2海带条外形目前，我国在海带加工业方面，主要依靠手工作业，面临工作效率低和产能扩展困难的挑战。机械化与自动化水平有待提高。现有的海带加工设备功能单一，通常仅包括打结功能，缺乏整合了上料、打结和回收功能的多功能设备。此外，国内对设备的研制主要针对工业化大规模生产，未能满足小型工坊或家庭式使用需求，因此，急切需要开发一种集上料、打结和回收于一体的综合性海带打结加工设备，以根本解决上述难题。鉴于现有设备的功能不足和行业需求，本研究旨在针对海带加工过程中的低效率和高成本问题，设计并研发一种全自动化海带大结机械。该机械采用机械传动方式，通过模组、手指缸和多工位上料机构等部件，实现海带的自动化、连续化处理，包括上料、打结机和回收。这一设备能够有效解决海带打结加工行业劳动密集和效率不高的问题，实现自动化和连续化生产，从而显著提升生产效率和产量。它不仅有助于降低企业的人力成本，还能确保最终产品的质量一致性。1.2海带打结及其相关理论的发展概况1.2.1人工海带打结手工进行海带打结分解动作演示图。第一步：夹持第二步：旋转第三步：缠绕第四步：打结右手两指夹住海带条从左手两手指缝抽出，实现上料，右手两指夹住海带条绕左手食指缠绕一圈，海带条呈缠绕状态，将海带条从已形成的圆环中拉出，则海带条成结。二代海带打结机（图1-3）以悬链理论为基础，研究了海带在打结过程中的形状变化，采用与一代打结机不同的打结原理，利用同步带夹爪，缠绕的同时进行打结，节省打结时间。其打结机构主要为动夹爪、静夹爪和档杆组成。动夹爪为同步带夹爪，定夹爪为平夹爪，静夹爪位于动夹爪形成的同步带空间结构中。打结过程中，动、静夹爪分别夹持海带两端，并分别与机架相连，形成封闭结构，然后通过拓扑等效转换为三叶形纽结，从而形成海带结。但是二代机由于采用气缸驱动，运动冲击较大，稳定性差，打结成功率较低。图1-3改进的同步带夹爪海带打结机改进后打海带打结机原理基本与二代打结机相同。区别在于使用交流伺服电机，替代气动驱动，来驱动同步带夹爪的平动和旋转，并实现打结的过程控制，运动过程精确平稳。白茂东等[57]研制了一台可以生产双条平结式海带结的海带自动打结机，自动打结机结构见图1-5，其生产的海带结也是平结，打结原理也是平结打结原理，不同点在于是两条海带进行平结打结，海带结形式见图1-12（a），避免了海带条环绕成环时不稳定的问题，同时也可以将单条海带打结转化为简单的伸缩运动，可以提高打结的效率和成功率。图1-5双条平结式海带打结机1.3研究分析现状从打结原理的研究、生物材料力学特性以及海带打结机的研究现状来看，可以得出以下几点结论：（1）打结机构在诸多行业中均有广泛的应用，特别是在牧草打结、医疗外科手术打结中，技术较为成熟。牧草打结中应用较为广泛的是D型打结器，机械结构紧凑，采用精确的时序性配合，完成捆绳的快速打结过程。国外的相关研究已经非常成熟，但国内的研究还主要集中在利用逆向工程完成反向建模；外科手术中目前应用较多的打结方式，是采用主从控制的机械手完成打结过程。打结过程精密可控，但整个系统实现的成本高，运行环境要求高。（2）生物材料的拉伸力学特性研究，国内外主要对蔬菜、水果和农作物的茎秆、表皮等部位的拉伸力学特性进行了大量的研究，包括生物材料的粘弹性特性，如应力松弛东南大学硕士学位论文和蠕变；生物材料的摩擦性质方面，主要是关于动物皮肤表面的摩擦特性研究，常见于人体皮肤表面的摩擦研究。关于海带的生物力学研究国内外鲜有报道，力学性质的影响因素也未可知。在研发海带的相关自动化设备过程中，缺少海带相关基本力学参数的参考依据。（3）海带打结的实现主要依靠两种方式：模拟人手打结过程的打结方法，如多个气缸控制的多个打结手指之间的配合完成打结过程；基于同步带夹爪、利用拓扑学变化实现打结过程的打结方法，如哈工大（威海）校区研制的基于同步带夹爪的海带自动打结机。两种原理均有多种实现方式，采用PLC控制、多个气缸或伺服电机完成海带的打结过程。打结过程复杂，需要多个机构的协调配合，成结率较低，目前市场上还未有较为成熟的打结机械推出。1.4课题的主要研究内容针对目前海带力学性质研究少、海带自动打结困难的现状，本文设计并实施了海带的拉伸打结试验，并基于试验结果设计了一种新型的海带打结机构。本文将主要进行以下几个方面研究：（1）课题的背景意义和研究现状。首先介绍了海带结的生产效率低下与供应不足之间的矛盾；演示了手工打结的原理。并提出合理的打结方案设计。（2）海带打结过程中的延展性设想。（3）海带打结机构的结构设计。研究了D型打结器的成结原理，为海带打结机构的设计提供参考；对海带打结机构的总体方案和时序性进行了设计；对主要零部件，如轴、齿轮、气缸和电机，进行了详细的设计，并给出打结机构的整体装配模型第二章总体方案2.1设计要求本设计主要进行海带打结装置的设计，该机器主要用于满足小型工厂的海带自动化加工，需要满足的条件：（1）经济要求：设备的经济性是一项综合性的指标，它反映在海带打结装置的设计，生产，使用，销售，维护，管理等各个方面。总之，经济性要求是指在满足功能要求的情况下，使成本最小化。（2）安全需求：在设计海带打结装置时，应充分考虑设备的使用安全性。简单地说，安全是指海带打结装置自身的工作安全和使用人员，尤其是操作者的手。因此，必须采取各种保护措施，保证操作机构在使用过程中不直接接触人体。（3）可靠性要求：可靠性是指在使用过程中，海带打结装置的稳定性能。可靠性等级愈高，则表示机器在使用过程中出现故障的机率愈低，且可维持较长的时间。（4）使用方便的需求：海带打结装置是一种为人们提供便利的机械产品。海带打结装置的设计要注意轻便、省力；操作机构要符合人体生理状况，噪音要小，防污染等。另外，对一些机械的要求也很高，例如施工机械要容易拆装，运输机械要轻便。通过对以上要求的分析，本课题设计的海带打结装置采用立式结构。立式海带打结装置的装料和卸料都很方便，结构简单，操作和维修方便，并且立式产生的振动很小，有利于机器的正常运转，非常适用于小作坊的加工机械。该海带打结装置由电动机、机架、上料装置、打结装置、回收装置等组成。本次设计的参数要求如下所示：表2-1基本参数表基本参数参数值海带条外形尺寸150*30*2mm重量10g工作效率打结5/s鉴于本设计的海带结外形尺寸为150*30*2mm，重量为10g，要求工作效率为每小时可产出海带结1800个，本设计需满足的主要参数和性能指标包括：传动机构需稳定可靠，确保产出效率；外形尺寸需控制在设计大小内，重量也需控制使整机重心合理；上料打结系统效率需达到每小时1800个海带结的要求。此外，设备运行稳定、低噪音也是本设计需满足的重要性能指标。2.2工作原理本海带打结装置由三个主要部分组成：上料机构、打结机构和传动机构。上料机构采用两个组旋转的四工位上料台。海带从上料结构进入，被传送系统的旋转运动带入，经过工位顺序排列。传动机构采用带轮的传动方式，电机带动同步轮，再分别带动其他辅助运动的同步带和小带轮，完成对各机构的传动。本机器由上料装置、打结装置、回收装置等多个系统组成。它们之间通过机械传动机构实现跟动联动，相互间形成自动化的连续设备。机器的运行原理为：上料后的海带通过出料口进入传送带，在传送带上经过到打结装置工位点上，打结机构开始对输入过来的工位海带条进行打结工作，完成后其中一个手指气缸夹持海带结放入工位随动的回收箱内。各个机构之间通过机械传动实现自动化、连续化生产，不同机构间则通过传送带等进行衔接，第三章结构设计3.1上料装置设计3.1.1上料方案选型根据国内外现状调研，当前海藻类上料设备种类较多，但其中多种上料设备易造成海带的外部损伤，只有人工上料和传送系统式上料伤害较小，因此主要比较这两种方案。方案一：人工上料。该方案是利用人工对海带分拣进行上料。优点是结构简单，上料效果好。但无法对海带进行进行自动化生产，对一些效率节拍效果不佳。且对人工成本也较高。方案二：传送系统式上料。该方案利用旋转的传送系统机械同步带同步轮表面以达到上料效果。优点是同时利用机械摩擦力，上料效果好。对海带也不会造成损伤。缺点是结构较复杂。综合两种方案的特点，本设计选择了传送系统式上料方式。因为海带表面常有污泥等顽固污渍粘附，需要机械摩擦力才能彻底清除。同时海带絮较软，不适合高压水流直接冲刷。传送系统能够提供稳定的机械摩擦力，既能去除顽固污渍，又不会损伤海带絮。虽然该方案结构较复杂，但通过选用简单的标准件，仍能使整体结构紧凑。因此传送系统式上料前还是需要专用的设备清洗，是本设计的最佳选择。3.1.2基础结构确定本机器的上料装置主要由下正向旋转的同步带传送系统组成。，而传送系统通过从动带轮负向转动。传送系统均为同步结构，通过机械啮合将海带进行纵向传送至打结机构上，实现全面上料。具体运动原理是：电机带动上部传送系统正转，通过工位托板的同步带斜度打角，实现海带的轴向传送；同时，上下传送系统通过反向转动，对海带实施全方位机械挤压和擦拭，对其表面污垢进行彻底清除。该上料装置的出口端通过接力装置与打结装置实行机械联动，即上料好的海带直接送入打结装置的物料槽内，准备进行下一道工序的切块处理，这样实现了自动化的连续生产流程。在装置工作平稳后，把海带放在工位托板托板的上料区，在同步带传送系统的轴向推力作用下，海带沿传送系统向前运动。同步带结构间距关键影响同步带升角，同时决定着海带的清洁效果及海带与铁质托板的接触情况。若大部分海带与托板发生接触，这会降低海带上料时的稳定性，进而干扰输送过程，减少加工效率，并对海带表皮造成一定伤害。在电动机转速和倾斜角度固定的情况下，同步带结构间距的变化将导致海带运动速度变化，进而影响加工效率。确定同步带结构间距的原则是确保在适应大多数海带的前提下，保持海带支撑稳定。将海带视为长方形体，其短轴两侧距离中心轴线占长轴半径的40%至80%，通常为海带最佳支撑区间。依据测量海带物料特性所获数据，纵径最大值为300mm，最小值为200mm，基于此数据推算同步带结构间距，计算方法如下：（1）适合最大海带的工位间距LL（2）适合最小海带的工位间距LL式中：L大、L小为适合最大、最小海带工位间距；a长、a依据分析数据，适宜大型海带的工位间隔范围为180至200毫米，而海带条则150毫米。本研究为了实验操作的便利性，对工位间隔进行了取整，采用300毫米作为的工位间隔。上料装置结构图如下：图3-1上料工位结构图3.1.3参数计算电机是促进海带装置沿输送方向移动，进行上料的关键构件。若工位托板的刷丝长度不足，海带与托板之间的摩擦会增大，导致海带在输送过程中位置不稳固；反之，过长则会导致材料使用过度，增加加工成本。在最佳状态下，海带应当在图3-3所示的四个点上均匀承受力量。图3-2理想状态下海带与传送系统接触图将海带看成一个标准的长方形，设海带的长方形方程为x式中：x、y为长方形上点的坐标；a、b为长方形长半轴、短半轴。从图3-2中可以看出，2a为海带的纵径，2b为海带横径，L为工位间距，c为轴心到工位托板顶端之间距离，e为工位托板最低长度。当时，将a、b代入上式求出对应的y（也就是图中c），b-c得出同步带带最小长度e。以下为适合最大海带时工位托板长度计算过程：a=将工位间距L1=120mm、Lxb=代入海带的长方形方程得出c最后得出在不同工位间距适合最大海带的工位托板长度为e同样的方法得出适合最小海带时工位托板长度为e120=16.71mm、式中：a长、a短为海带纵径最长与最短值；b长、b本研究选取了适宜于海带条的工位托板，当工位间距达到最大值时，刷丝长度应超过24.16mm。因此，将工位托板长度定为25mm是较为妥当的选择。所谓的轴心距离，是指两个同步带托板轴线之间的间隔。在工位间距固定的情况下，轴心距离越远，海带与工位托板的接触面积就越大，从而上料效果也更加理想。然而，若轴心距离过大，本装置结合预实验时的实际情况及计算结果，选择280mm作为两托板的轴心距。3.1.4多工位验算海带上料效率受同步带行程的显著影响。在保持海带间距不变的情况下，提高同步轮的转速可增加海带的上料效果，反之，降低转速会导致上料效率减少。然而，过快的转速并不适宜，因当转速超越某临界值，海带可能会因离心力作用被抛出，无法完成输送。因此，必须结合生产需求，对转速n进行精确调整，以确定符合生产要求的最优转速。mω2πnπnnmax式中：K—物料综合系数；g—重力加速度；nmax—轴心的最大转速，即临界转速(r令A=30K2gnmax式中：nmax=AD—物料的综合特性系数，根据查表得出海带属于大块状a⩾60n因此，同步带工位托板上料机的同步带轴转速应根据上料量、同步带直径和物料的特性而定，在满足上料量要求情况下，同步带轴转速不宜过高，更不能超过临界转速，即：n式中，n—同步带的实际转速（(r与设计要求相符，故符合要求。3.2打结装置设计3.2.1打结机构打结原理D型打结器可以完全依靠机械传动，通过模仿人手打结动作，在0.7s内完成打结作业。D型打结器结构复杂，制造成本较高，但结构紧凑，可靠性高。本设计的打结装置可采用两种方案：高速旋转刀轮式切块和往复运动切刀式切块。高速旋转刀轮式是通过安装在高速旋转刀轮上的刀具对海带进行打结机的。往复运动切刀式是利用刀具的往复运动对海带进行切块。经比较，高速旋转刀轮式切块虽然效率更高，适合自动化生产，却不适合小型机器应用，而往复运动切刀式切块效率虽然略低，却结构简单，能够在小型机器中运用。另外，往复运动切刀式还具有造假便宜、刀片更换方便的优势。综合两种方案的优劣，本设计最后选择了往复运动切刀式打结装置。这种切块方式可实现小型自动化连续化操作，并且性价比高，使用方便，满足工艺要求。其运动原理是通过曲柄连杆机构带动切刀实现往复运动，与静止海带的相对切削，实现切块加工。具体来说，上料后的海带被输送带定位并送至切块区域。此时，切刀在曲柄机构带动下，对海带实施垂直的往复运动。当切刀向下运动时，与静止海带发生相对滑动，压迫海带进行切块。然后切刀向上运动，完成一次打结机循环。通过重复该往复运动，可连续将海带切成块状。该打结装置的出口同样采用输送带，将打结机后的海带块运送到下一工序。切刀的往复运动轨迹、速度等参数可根据工艺需求调整，与整机控制相连接，实施自动化协调控制。3.2.2气缸装置选型为防止生锈和保证机体有足够的强度和硬度，采用通用手指气缸进行采买，手指前端斜角处理的形状。图3-4图3-5笔形气缸的结构3.2.3打结部分的设计如图4-1中所示，D型打结器的主要机构包括机架、驱动电机模组、打结刀。打结过程可以分为三个步骤：（1）手指缸转动，实现海带左右两端夹紧；（2）打结嘴颚转动形成绳环，打结嘴上颚在端面凸轮的作用下完成咬绳动作；（3）脱绳杆摆动，带动割绳刀割绳，并推动绳环脱离打结嘴，行程绳结，完成绳结打结过程。整个过程全部由两组气缸配合模组完成。整个传动和打结过程，需要各部件之间的协调配合，要求打结器具有良好的时序性，各个零部件的动作严格按照设计要求有序配合。图3-6曲柄连杆3.2.4辅助机构的设计通过曲柄连杆驱动，，实现打结机功能，如图3-6所示。3.3回收装置设计3.3.1回收方案选型本设计的回收装置可采用两种方案：固定式和移动式。经比较，移动式回收装置的回收效率更高，这对实现自动化生产很重要；另外，通过调节刀盘转速还可以获得不同软硬程度的海带浆。而固定刀片式打结的打结效率较低，且无法调节以适应不同要求。考虑到打结效率、调节灵活性等因素，本设计选择了高速旋转刀盘式打结方案。这种打结方式可以实现自动连续化操作，效率更高，并可以通过刀盘转速调节获得理想的海带浆质量。3.4其它部件结构设计3.4.1机架设计（1）机架设计要求机架起着机械的支撑作用，设计时要注意：1）在满足强度要求的情况下，使框架重量尽可能轻，成本低。2）减振效果好。3）对噪声有很好的抑制作用。4）合理的温度场分布，减小了热变形对测量精度的影响。5）易于铸造、焊接及机加工。6）具有便于安装、调节和维修的结构。7）导轨表面设计合理，耐磨性能好。8）外形漂亮。框架的刚度是决定其承载能力的重要因素。对于海带打结装置来说，刚度直接关系到生产效率、打结机精度和机器使用寿命。框架的动态刚度是衡量框架抗震性能的一个重要指标，其抗震性能的提高主要表现为提高框架的静态刚度，控制其固有频率，增加阻尼。此外，对于一些构件，如薄壁腹式构件，也应考虑局部失稳。稳定是保证机架正常运行的基础。（2）机架材料的选用及壁厚选择选材以机架的使用要求为主，一般选用铸铁。铸铁以其优异的性能、便宜的价格和容易得到复杂形状的铸件而闻名。铸铁具有较大的内摩擦力和较强的阻尼能力。另外，它还具有切削性能好，价格低廉，容易批量生产的特点。焊接框架的特点是制造周期短，质量轻，成本低。该海带打结装置机架结构较简单，材质为HT200，采用整体焊接方式。在壁厚的选取上，在框架零件整体轮廓尺寸不变的情况下，应在满足使用要求的前提下，尽可能选用最小壁厚。（3）机架结构设计在设计机架结构时，应尽可能简化，重量轻，成本低，便于加工。另外，由于海带打结装置工作过程中需要尽可能平稳地工作，支架起到支撑、固定的作用，所以对它的稳定性要求很高。另外，为了方便调整皮带轮的松紧，以及检查三角皮带是否安装到位，把电动机安装在机座下面，皮带轮设在机体外。机架结构如图3-11所示。图3-11机架结构综上，整机结构如下：图3-12整机结构第四章传动设计4.1电机的选型传动装置是实现机构运动和工作的关键部件，其性能好坏直接影响整台设备的工作效果。为确保海带打结装置能连续稳定工作，需要设计选用合适的传动方式。其主要作用是将电机的旋转运动传递给各部位的工作机构，如上料系统的传送系统、切块系统的圆盘刀以及打结系统的打结刀盘等。海带打结装置的驱动源应该根据具体的工作场景选择，不同的工作要求可采用不同的驱动方式，主要有电气驱动、液压驱动和气压驱动。特殊工作条件下，一种驱动方式并不能满足要求，也可以把这三种方式结合起来，应对复杂的工况。驱动方式的特点见表4-1。在连接方式上，驱动装置既可以与机械结构系统直接相连，也可以用同步带、齿轮等做过渡连接。表4-1驱动方式比较种类特点气动驱动总体结构相对简单，技术要求低，造价低，动作迅捷，获取空气方便，维护方便。但体积较大，气体的压力也较小，稳定性差，抓举力小。液压驱动输出力较大，可抓举几百公斤，结构复杂，低速平稳，但需要注意防火，对密封要求高，造价高。电气驱动步进电机驱动输出角度精度高，功率较小，惯性小，体积较大，控制简单，开环控制，对力矩不能动态调整，基本不具有过载能力。直流电机驱动控制原理简单，可以快速响应，体积相对比较大、结构繁杂，缺点是电刷换向以及产生磨损微粒。交流电机驱动转动惯量小，几乎不发热，动态响应好，几乎无震荡，可精确定位，运行可靠。相比于直流伺服电动机，交流伺服电动机有更多独特的优势。比如，工作可靠，没有电刷和换向器，避免产生换向火花，维护保养更为方便。转子的转动惯量不大，动态响应速度快，可做到平滑控制，无振荡，精度高，运行稳定，适合高速大转矩工作。由于控制的要求和结构的限制，本海带打结装置的电机拟采用交流伺服电动机。4.1.1电动机功率①工作机所需功率P=F②传动装置总效率ηa式中，ηa传动η1=0.97，轴承η2=0.98，梅花形弹性联轴器η3=0.98，蜗轮蜗杆减速器（油润滑）η③所需电动机输出功率P④电动机额定功率按Ped≥4.1.2电动机选型在选择交流伺服电动机时，需要从实际应用的角度考虑多种因素。例如，需要考虑电机脉冲和速度响应的快慢、运行过程中的安全可靠性以及维护保养的便利性等。对于转子系统偏磨与疲劳故障模拟试验台的定位分拣装置来说，电动机需要频繁启停和正反转，因此需要具有大的力矩转动惯量和一定的抗电磁干扰能力。为了满足这些需求，可以参考松下交流伺服电动机选型手册，初步选择松下MINASA6家族MSMF系列的MSMF082L1A1型号，并搭配相应的伺服驱动器MCDLT35NF。电机的详细规格参数详见表4-2。表4-2MSMF082L1A1电机参数电压规格额定输出额定电流额定转矩额定转速转子惯量200V750W4.1A2.39N⋅m3000r/min0.96×10-4kg⋅m²4.2皮带的设计4.2.1皮带及带轮材料的选择首先皮带的材料选取为胶帆布皮带，这是由于带轮的工作环境比较干燥，工作量比较小。至于带轮，选取为普通的滚筒，由于其所要承受的载荷不是很大，因此滚筒的结构形式为轮辐式。4.2.2皮带及带轮的基本尺寸及计算（1）带速v=5m/s（2）小带轮的直径d1由初选速度5m/s，查表选得皮带小带轮的直径取315mm，大带轮的直径取400mm，所以小带轮轴的转速为n1（3）大带轮的直径d2=n1n2所以大带轮轴的转速为n（4）带长Ld将数字代入Ld=3983.8mm，考虑到胶帆布皮带用硫化接头联接，由表得，选取带的基准长度（5）如果带传动的中心距过小，则带长较小，在速度一定时，带的循环次数多，对带的寿命不利，同时包角也减小，因此带传动的中心距不宜过小，也不宜过大，否则引起带的跳动。初定中心距：1.51072.5<a0计算实际中心距：a≈（6）在带的最大有效拉力的分析中可知，小带轮包角取得过小，将影响带传动能力，一般小皮带轮的包角应不小于150°a（7）带层：初选速度为5m/s，小带轮直径为315mm，查表得Z=6（8）带厚δ=1.25×Z （9）带宽b=355mm（10）轮缘宽度取400mm（11）计算带的张紧力和压轴力带的截面积A=pdkakβp0得A=2.37pdkAkakβp0带的正常张紧应力σ0，短距离普通传动取σFr由小带轮轴的转速和电动机的转速可以将v带的传动比算出来，i=960/303.3=3.17，同时计算出从电动机的输出轴到皮带轮输出轴的功率、扭矩，计算过程中将效率算进去。可得下表，其中0.94为皮带传动的传动效率：表4-3轴的转速、扭矩、功率、效率电动机轴小v带轴大v带轴小皮带轴大皮带轴单位转速功率效率转矩96030.9729.89602.910.9428.9303.32.740.9786.3303.32.650.9483.4234.12.49101.6（r/min）（KW）（%）（N·M）4.2.3带轮轴的设计与校核（1）小带轮轴的设计与校核选择轴的材料并确定许用应力：选用45号钢正火处理，查表《轴的常用材料及其主要力学性能和应用》得强度极限σE=600MPa确定轴的直径：按扭转强度估算，取C=110，则：d考虑到轴上有键槽，将轴的直径增大5%，则：d此段轴的直径和长度应与联轴器相符，联轴器TL5型弹性圈柱销联轴器，起轴孔直径为25mm，与轴配合部分长度为62mm，故此段轴的直径为25mm。轴的简图和受力分析图如下：图4-1轴的分析图轴的基本数据如下d1=25此段轴上装有键槽，其尺寸为b×hd此段轴主要是用于安装轴承，主要按轴承内径尺寸系列确定，初选轴承类型为深沟球轴承，型号为6306，内径为30mm，外径为72mm，宽度为19mm。d此段轴主要考虑轴上的键槽，取其数值为b×ℎ=14×9d此段只要也是安装轴承，选取轴承类型为深沟球轴承，型号为6306。画水平受力图，计算支点反力，画水平弯矩图，见图3-3，考虑到C、D处为可能的危险截面，计算出C、D处的弯矩。由于轴主要是承受转矩，T支点反力FC点弯矩：MD点弯矩：M由垂直面受力，计算支点反力和C、D两处的弯矩：支点反力FC点弯矩：MD点弯矩：M求合成弯矩，画出合成弯矩图如图3-3所示。C点合成弯矩：MD点合成弯矩：M画出转矩T图，如图所示。计算C、D点的当量弯矩，画出当量弯矩图，如图所示。C点当量弯矩：MD点当量弯矩：M校核轴的强度根据弯矩的大小及轴的直径选定C、D两截面进行强度校核。C截面当量弯曲应力σ（因C截面有键槽，考虑对轴强度的削弱影响，故d3σC、D两截面均安全。（2）大带轮轴的设计与校核选择轴的材料并确定许用应力：选用45号钢正火处理，查得强度极限σE=600MPa确定轴的直径：按扭转强度估算，取C=110，则d考虑到轴上有键槽，将轴的直径增大5%，则d=24.9×(1+5%)=25.4这里d取30mm。轴的示意图如下：图4-2轴的示意图轴的基本数据如下：d此两段轴主要是用于安装轴承，主要按轴承内径尺寸系列确定，初选轴承类型为深沟球轴承，型号为6306，内径为30mm，外径为72mm，宽度为19mm。d此段轴主要考虑轴上的键槽，查表取其数值为b×ℎ=14×9L=180mm由于轴主要是承受转矩，受力情况与小轮轴相同，可参照图4.3所示。T水平支点反力和C、D两处弯矩的计算：支点反力：FC点弯矩：MD点弯矩：M垂直支点反力和C、D两处弯矩的计算：支点反力FC点弯矩： D点弯矩：M求合成弯矩：C点合成弯矩：MD点合成弯矩：M计算C、D点的当量弯矩：C点当量弯矩：MD点当量弯矩：M校核轴的强度根据弯矩的大小及轴的直径选定C、D两截面进行强度校核。C截面当量弯曲应力：σ（因C截面有键槽，考虑对轴强度的削弱影响，故d3σC、D两截面均安全。选择联轴器取载荷系数KAT以计算转矩、最小轴径、轴的转速为依据，根据计算转矩Tca不能小于联轴器公称转矩的情况，选择了弹性柱销联轴器，其型号为：HL1联轴器16*42GB5014-85。半联转子孔径dI为16mm，孔径d2=16结论当前我国海带加工业生产中存在工效低下、产能瓶颈等问题，迫切需要实现自动化、机械化以提高效率。基于此，本设计针对海带加工业的现状需求，研发设计了一整套从海带上料到打结回收的自动装备。在设计过程中，详细阐述了该打结机的工作原理，即通过机械传动带动上料系统、打结系统和回收系统实现自动化、连续化操作。并对各系统的结构设计进行了具体设计，如上料系统的顶出组件、打结系统的手指缸组件、回收系统的接料盘组件等。同时对主要部件和传动机构的选择计算进行了详尽的设计工作。通过是次设计，实现了从海带条到海带结成品的生产。大大简化了操作，降低了生产成本，提高了生产效率和产能。该成套设备的设计不仅可规范化、标准化海带加工业生产，还可推广应用到其他农产品加工领域，对实现农产品加工机械化具有重要意义。参考文献1]张静.海带线粒体及部分核基因组结构特征研究[D].中国海洋大学,2011:3-6.[2]王文亮.中国海带资源的功能及其开发利用研究[J].农业工程技术·农产品加工,2008,0(4):40-41.[3]宋武林.海带的主要功能及加工利用研究现状[J].渔业研究,2016,38(1):81-86.[4]王金营,顾瑶.中国劳动力供求关系形势及未来变化趋势研究——兼对中国劳动市场刘易斯拐点的认识和判断[J].人口学刊,2011(03):3-13.[5]魏瑞涛,岑海堂,李沛文,郭志平,刘志刚,董忠义.D型打结器失效分析及研究进展[J].中国农机化学报,2017,38(03):14-18.[6]SchoonheereMJ,NaeyaertK,RyseJAEV.Doubleknottingsystemforanagriculturalbaler:U.S.Patent7,296,828[P].2007-11-20.[7]苏刚,史建新,葛炬.基于逆向工程的方捆机打结器空间角度测量[J].农业机械学报,2008,06:81-83[8]李双.D型打结器的捆绳成结原理与优化设计[D].江苏大学,2011.[9]李慧,王庆杰,何进,等.打结器驱动齿盘打结性能对比试验研究[J].农业工程学报,2012,07:27-33.[10]任德志.D型打结器驱动齿盘机构分析研究[D].内蒙古