蔬菜清洗机的设计-滚筒型[含答辩PPT]

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Vegetable is the indispensable nutrition in our bodies , and play a role in daily life. Vegetables cleaning is to remove the surface of the sediment, impurities and parasite eggs, vegetables for subsequent processing to provide a clean source of food, it is the important link in the process of vegetable processing. Clean vegetables processing is a fresh vegetable after picking, cleaning, sorting, drain well, packing and so on process after processing, the sale in the form of small package of clean vegetables type goods, clean vegetables has many characteristics, such as clean, hygiene, convenience, safety, and the future development of it market prospect is very broad. Dominated by hand at present, China's vegetable cleaning method, manual cleaning, with large labor intensity, low efficiency, high water consumption, and clean dispersion, etc, and vegetable processing will develop in the direction of the preservation, nutrition, convenience, manual cleaning cannot meet the needs of vegetable processing. Therefore, using vegetable cleaner or cleaning equipment, can improve labor productivity. According to the resent position, the vegetable cleaning device was designed, the existing washen of vegetable is prone to damage the leaf-vegetable and is unfit for leaf-vegetable cleaning. Therefore, A new-style washer of vegetable was developed. The machine’s washing force is ultrasonic and air bubble. When the washer is used to clean vegetable, the contamination of vegetable surface is clear away effectively and the bacterium is killed to a certain extent and the vegetable organizational structure (including leaf-vegetable) is not damaged. Key Word: vegetable; washer; ultrasonic; air bubble; killing bacteria 第一章 绪论 1.1蔬菜清洗的目的及意义 采摘后的蔬菜表面往往带有泥土、沙尘、残余农药、腐殖质污染物等，清洗是去除这些污染物，降低细菌总数的有效手段。蔬菜表面上的细菌总数越少，蔬菜的保存时间就越长，故清洗干净也是延长蔬菜保存时间的重要手段。目前，我国蔬菜的清洗一般用水浸泡和手工清洗来完成。蔬菜清洗的机械化程度很低，所以对蔬菜清洗机的研究势在必行。 1.2 清洗工艺及设备设计的要求 在选择清洗工艺及设备，必须考虑清洗要求达到的洗净程度。对不同洗净程度要求的清洗应选择不同的清洗工艺和设备。洗净程度要求越高，清洗成本也越高，而且生产成本是以几何级数递增的。 在设计清洗工艺及清洗设备时，主要从以下几个方面进行考虑： 1. 可靠性 要求选用的清洗工艺及设备有稳定的清洗质量，能达到所要求的洗净程度； 2. 对待清洗对象的影响 要求在清洗过程中对待清洗对象造成的损伤尽可能小，并且不能对待清洗对象产生新的二次污染； 3. 利于自然环境的保护 要求清洗工艺及设备能够防止或尽可能减少清洗废液、噪声、废气等对自然环境造成的破坏； 4. 效率 要求清洗工艺及设备具有效率高、节约劳动力的特点； 5. 良好的作业环境 要求所用的清洗工艺及设备能保持良好的作业环境，使工人的健康和安全得到保证； 6. 经济性 要求采用既能达到洗净程度要求，成本又低的清洗工艺及要求。 食品加工原料在其成熟阶段以及运输、贮藏过程中常常受尘埃、沙粒及微生物等污染，因此，在加工前必须认真清洗，并清除杂物及不合格部分，以便后道工序加工。 1.3蔬菜清洗机的工作原理 滚筒式清洗机是借圆形滚筒的转动，使原料在其中不断地翻转，同时用水管喷射高压水来冲洗翻动的原料，以达到清洗目的。污水和泥沙由滚筒的网孔经底部集水斗排出。该机适合清洗柑橘，橙，马铃薯等质地较硬的物料。本滚筒式清洗机，是一种比较实用的食品初加工机械，它是由机架、电机、皮带传动系统、减速器、联轴器、链轮传动系统、轴承、螺旋式滚筒、冲洗水管、挡料板、出料机构组成。电机、减速器固定在机架上，电机通过皮带传动系统与减速机相连，减速机通过联轴器与小链轮相连，大链轮带动滚筒上的摩擦轮而使得滚筒转动，滚筒内部有螺旋导板，在旋转的同时，带动食品排出，本新型滚筒式清洗机具有结构简单、能耗低、工作可靠、制造成本低和节约用水的优点。 1.4 蔬菜清洗机的研究现状 随着生物技术、蔬菜加工技术的迅速发展，使人们获得干净卫生、无公害、无污染的新鲜蔬菜将成为当前的主流。在蔬菜消耗量较大的学校、酒店、工厂食堂以及各种蔬菜加工厂等，手工清洗显然不能满足其需要。我国对蔬菜清洗技术的研究于20世纪90年代中后期开始兴起的，科学家们经过多年的努力研究终于取得了一定的成就[3]。 1.4.1国内蔬菜清洗机的发展情况 1996年袁巧霞等研制的GL-I型根茎类蔬菜清洗机,其回转滚筒的截面为六边形，由横向板条焊接而成，利用滚筒回转时与物料的撞击作用达到清洗的目的,同时在沿滚筒长度方向设有喷水管，使进料口至出料口以同样大小的水量喷洗。但此种方法不断换水，耗水量大[4]。 2000年高英武等研制的震动喷淋式清洗机，分析了蔬菜在清洗过程中的运动与受力情况并建立了运动、速度与加速度方程，同时分析了叶类蔬菜的损伤机理。但运动参数有待进一步优化[5]。 2001年李云飞等论述了蔬菜清洗中气流的强化对洗净率的作用机理，研究了气流对蔬菜与水的扰动状况对蔬菜清洗效果的影响。实验的结果表明，大量的气泡聚集在水的上部并且使清洗槽的液面膨胀30mm。但仅靠气泡带动水流的运动对蔬菜进行清洗，于是水流对蔬菜的作用力影响有限，从而导致清洗时间过长，效率不高[6]。 2003年高翔等利用超声波气泡清洗鲜切的西洋芹进行保险处理，通过实验得出超声波气泡清洗鲜切蔬菜10min，有利于除菌灭酶与保险，延长货架期。该清洗方式只对清洗或半清洗以后的蔬菜实行第二次清洗有较大效果，不适合对蔬菜的初次清洗[7]。 陈玉凡从理论上分析了高压水射流清洗机的两个主要参数(压力与流量)对清洗效果的影响，该射流束以喷嘴中心轴呈对称分布并且为锥形发散分布。其工作原理为:将普通水经过高压水泵加压到数百甚至数千个大气压以后，通过喷嘴的细孔喷射出来的一股或多股能量高度集中的高压水流(亦称水弹)，其速度通常在亚音速与超音速之间，它与子弹具有相似的能量，对污物进行打击冲洗，它对结垢物与堵塞物具有极大的打击力和破坏力。此种方法能对杂质、污垢等清除更彻底，而且方便快洁、清洗效率高。但较大的射流能量容易破坏蔬菜组织，不适合于蔬菜清洗，但高压水射流技术对蔬菜清洗的研究具有一定的参考价值[8]。 2004年吴玉发等研究了水气浴叶猜清洗机，该清洗机利用气泵在水下产生的气体，使气体在向上冒的过程中冲击叶菜，并将其振荡翻滚，气体拥动的水浪以及气泡爆裂以后溅开的水花进入菜叶表面凹凸缝隙和茎杆夹缝处，冲击泥沙杂物达到清洗目的。但水流的运动主要来源于喷淋水管的作用，从而使得远离喷淋水管的蔬菜清洗作用下降，并且耗水量较大[9]。 2008年赵长兵等研制了爆气扰水式蔬菜清洗机。该清洗机为了防止清洗时水流的运动趋于稳态或者出现运动死区，采用了两组气孔间歇工作的方式，利用气泡与水面或者蔬菜相碰撞，使得气泡溃灭产生高速微射流和冲击力，从而清除蔬菜表面的污质。但在底部气泡对蔬菜向上的冲击力的双重作用下，使得蔬菜表面的受力减少，削弱了蔬菜的翻转，延长了清洗时间，于是降低了蔬菜表面的清洗作用[10]。 1.4.2 对国内蔬菜清洗技术的展望 我国自2001年加入WTO以后，已有8年的时间，特别自2008年世界经济出现危机以来，世界工业的步伐开始放缓，甚至出现倒退现象[11]。在这种新形势、新情况下，我国的蔬菜清洗技术[12]需努力向以下方向发展： （1）建立产、学、研相结合的运行模式，提高产品的研发水平与科技创新能力。目前的蔬菜清洗机对根茎类蔬菜（如土豆、马铃薯、番茄等）的清洗效果较好，而对叶类蔬菜（如菠菜、小白菜等）的清洗效果不够理想，由于叶类蔬菜在清洗时受力过大或者运动无规律，则茎、叶容易损伤，使得营养价值下降。故对于叶类蔬菜来说，需综合考虑运动方式与速度、蔬菜的受力大小、清洗装置的安装位置与高度等因素，不仅满足清洗率的要求，还要满足蔬菜不受损伤以保持营养价值的要求。 （2） 加大对蔬菜清洗技术的研究投入力度，同时注重对节水、节电的研究。由于蔬菜清洗装置消耗了整个清洗机的大部分能量以及清洗时消耗大量的生活用水，故在保证蔬菜清洗效果的同时，如何降低能源消耗、充分利用水资源等方面还需科研工作者不断研究与改进。 （3）注重高新技术的转化与应用，不断地将电气化、自动化、智能化、计算机技术等融入对蔬菜清洗技术的研究，提高产品的科技含量水平，从而获得科学利用价值，又可产生产生较大的社会效益和经济效益。 1.5 我国蔬菜清洗技术存在的问题与发展趋势 我国对蔬菜清洗技术的研究经过多年的发展，虽然取得了一定的成绩[13]但纵观各类蔬菜清洗机可知，还存在许多有待解决的问题[： （1） 蔬菜清洗机的种类少，品种单一[14]。目前的蔬菜清洗机主要有回转滚筒式蔬菜清洗机、震动喷淋式蔬菜清洗机、水气浴叶菜清洗机、以超声波和气泡为动力的蔬菜清洗机。 （2） 机电一体化程度不高。目前研制的蔬菜清洗机大多是以机械的方式实现对蔬菜的清洗，而机电一体化与自动化程度水平应用较少，几乎没有应用智能化。 （3） 技术与计算机技术。因此科技含量不高。 （4） 清洗结构单一，通用性较差。由于设计的差异性，使得各类蔬菜清洗机的结构与零部件各不相同，故不利于零部件上的通用性，从而维修起来不方便。 （5） 基本处于研究阶段，进入产业化生产规模还有一定距离。目前，我国的蔬菜清洗机由于大多数处于在各类大学或研究机构的研制阶段，则生产的机型就更少，距离产业化还有较长的路要走，远远不能满足蔬菜加工的产业化。集约化生产规模的需求，供求矛盾较为突出[15]。 第二章方案设计 2.1总体方案的论证 清洗机的效率主要取决于清洗机的清洗机器，清洗机还有一些其他的主要机构如传动系统和集成装置。下面论证一些常用的传动系统。 方案一 清洗机器的传动：电动机高速运转经过皮带轮传动主轴使摩擦轮高速旋 转。 滚筒的传动： 由电动机经链轮传动带动托轮，再经过摩擦传动滚筒。 方案二 清洗机器的传动：电动机高速运转经齿轮传动主轴使摩擦轮高速旋转。 滚筒的传动 ：由电动机经由皮带轮传动带动托轮，再由齿轮传动滚筒 方案三 清洗机器的传动：电动机高速旋转经过链轮主轴使得摩擦轮高速旋转。 滚筒的传动 ：由电动机经过齿轮传动带动托轮，再经过齿轮传动滚筒。 三种方案的比较： 方案一结构紧凑，布局合理，传动简单，可靠性高，相对使用寿命较长，成本低加工简单，综合比较选用方案一。 2.2传动方案的论证 2.2.1方案一：齿轮传动 图2-1齿轮传动 齿轮传动的主要优点是： 1） 效率高 在常用的机械传动中，以齿轮传动的传动效率最高。 2） 结构紧凑 在相同的使用条件下，齿轮传动所需的空间尺寸一般较小。 3） 工作可靠、寿命长 设计制造正确合理、使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，寿命可达一、二十年，这也是其他机械传动所不能比拟的。 4）传动比稳定 传动比稳定往往是对传动性能的基本要求。齿轮传动获得广泛运用，也就是由于具有这一特点。 不过，齿轮 传动同样存在着一些缺点。齿轮传动的制造及安装精度要求高，价格较贵，且不宜用于传动距离过大的场合。 综合考虑齿轮传动的优缺点，齿轮传动应满足的基本要求是： 1） 瞬时传动比不变，冲击、振动和噪声小， 能保证较好的传动平稳性和较高的运动精度； 2） 在尺寸小、质量轻的前提下，轮 齿的强度高，耐磨性好，承载能力大，能达到预期的工作寿命。 2.2.2 方案二： 带传动 图2-2带传动 带传动的主要优点是： 1） 缓冲和吸振，传动平稳、噪声小； 2） 带传动靠摩擦力 传动，过载时带与带轮接触面间发生打滑，可防止损坏其他零件； 3） 适用于两轴 中心矩较大的场合；④结构简单，制造、安装和维护等均较为方便，成本低廉。 带传动的缺点: 1) 传动比不能保证准确； 2) 需要较大的张紧力，增大了轴 和轴承的受力； 3) 整个传动装置的外廓尺寸较大，不够紧凑； 4） 带的寿命较短， 传动效率较低。 综合考虑带传动的优缺点，带传动主要用于： 1） 度较高的场合，多用于原动机输出 的第一级传动。 2） 中小功率传动，通常不超过 50 kw。 3） 传动比一般不超过 7，最大用到 10。 4） 传动比不要求十分准确。 2.2.3 方案三： 链传动 图2-3链传动 链传动综合拥有带传动和啮合传动的一些特点，其优点是： 1） 链传动无弹性滑动和整体打滑现象，因而能保持准确的平均传动比，传动效率较高。 2） 链传动的整体尺寸较小，结构较为紧凑。 3） 链传动能在高温和潮湿的环境中工作。 4） 链传动的制造与安装精度要求较低，成本也抵。 链传动的缺点是： 1） 只能实现平行轴间链轮的同向传动，运转时不能保持恒定的瞬时传动比。 2） 磨损后易发生跳齿，工作时有噪声。 3） 不宜用在载荷变化很大、高速和急速反向的传动中。 链传动的适用场合：广泛应用于中心距较大、多轴、平均传动比要求准确的传动。环境恶劣的开式传动、低速重载传动及润滑良好的高速传动，均可采用链传动。滚子链传递的功率通常在 100kw 以下，链速在 15m/s 以下，传动比i<=7。 目前其最大传递功率可达 500kw，最高中心距可达 8m。 综合分析上述三种方案，从传动效率、传动比范围、传动速度、制造成本和 安装精度、传动装置外廓尺寸等方面综合考虑，本设计课题的传动方案采用方案 三，即采用链传动。 第三章结构设计 3.1 电动机的选用 电动机的功率选的是否合适，对电动机的工作和经济性都有影响。如果功率选得小于工作要求时，电动机不能保证工作装置的正常工作，也有可能电动机因长期过载而过早损坏；而如果功率选的大于工作要求时，一方面电动机的价格过高，能量得不到充分利用，另一方面，电动机因经常不能在满载下运动，其效率和功率因数都较低，造成浪费。 选用电动机应遵循以下几个要点: 1) 根据机械负载特性、生产工艺、电网要求、建设费用、运行费用等综合指标，合理选择电动机的类型 2) 根据机械负载所要求的过载能力、起动转矩、工作制及工况条件，合理选择电动机的功率，力求运行安全、可靠而经济 3) 根据使用场所的环境，选择电动机的防护等级和结构型式 4) 根据生产机械的最高机械转速和传动调速系统的要求，选择电动机的转速 5) 根据使用环境温度，维护检修方便、安全可靠等要求，选择电动机的绝缘等级和安装方式 6) 根据电网电压、频率，选择电动机的额定电压、频率 综上所述，在选用电动机的时候，要努力执行国家技术经济政策，积极采用节能产品和新产品，提高综合经济效益。 根据设计取 滚筒外壳体积： 摩擦圆体积： 护板体积： 查表得 滚筒外壳质量： 摩擦圆质量： 护板质量： 滚筒总质量： 滚筒重力： 清洗机机的最大装载量: 工件所受重力： 满载时每个托轮所受切向力： 滚筒线速度： 滚筒所需功率： 查表得： 电动机至滚筒的总效率 电动机所需功率 所以选用电动机额定功率 由于滚筒转速不高，可选用Y系列三相异步电动机，根据额定功率选用Y132M-8型。 3.2减速器的选择 因为该清洗机中传送带的转速较慢，根据蔬菜自身的特点与性质，选择传动比较大的摆线针轮减速机。 摆线针轮减速机的适用范围：分为单极摆线针轮和两级摆线针轮。其中又分为立式和卧式；双轴型和直联型摆线针轮减速机。适用于冶金、矿山、化工、纺织、轻工等行业，其适用条件如下： 输入功率PI： 单级0.6-75kw； 两级0.052-13.41kw； 传动比： 单级11-87，共九种； 两级 121-7569，共18种 根据前面的设计要求，最终选用单级卧式摆线针轮减高速轴的转速不大于1500r/min，减速机可用于正反两向运转。 速机，型号是：BDY2215-3517-0.34 此减速器的输出转速是2.5r/min， P=0.24kw 3.3机械传动装置的总体设计与计算 图3-1机械传动装置 因为电动机已经选择了Y132M-8型电动机，所以电动机的满载转速，工作轴的转速，因此就可以分配传动比 但是，在分配传动比的时候要注意以下几个要点： 1） 各级传动的传动比最好在推荐范围内选取，对减速传动尽可能不超过其允许的最大值。 2） 应注意使传动级数少﹑传动机构数少﹑传动系统简单，以提高和减少精度的降低。 3） 应使各级传动的结构尺寸协调﹑匀称利于安装，绝不能造成互相干涉。 4） 应使传动装置的外轮廓尺寸尽可能紧凑。 由此分配各级传动比 因，取 则 计算传动装置的运动参数和动力参数 a） 计算各轴的转速 1轴 2轴 3轴 滚筒转速 b）计算各轴功率 1轴 2轴 3轴 c）计算各轴转矩 轴 轴 3.4机械传动件的设计与计算 3.4.1链传动的设计与计算 图3-2链传动 3.4.2链条的设计与计算 初取小链轮齿数 则大链轮齿数，取 初定中心距，一般取，取 以节距计的初定中心距 链条节数 取 （取偶） 计算额定功率 查表得 为工况系数， 为齿数系数， 为链长系数， 为排数系数， 根据查得：应选用单排12A型滚子链，p=19.05mm 链条长度 计算中心距 ，查表 实际中心距 ,一般 链条速度 有效圆周力 作用在轴上的力F 3.4.3链传动的主要失效形式 a. 链的疲劳破坏 链在运动过程中，其上的各个原件都在变应力作用下工作，经过一定循环次数后，链板将会因疲劳而断裂；套筒、滚子表面将会因冲击而出现疲劳点蚀。因此，链条的疲劳强度就成为决定链传动承载能力的主要因素。 b.链条铰链的磨损 链条在工作过程中，铰链中的销轴和套筒不仅承受较大的压力，而且还有相对转动，导致铰链磨损，其结果使链节距增大，链条总长度增加，从而使链的松边垂度发生变化，同时增大了运动的不均匀性和动载荷，引起跳齿。 c.链条铰链的胶合 当链速较高时，链节受到的冲击增大，铰链中的销轴和套筒在高压下直接接触，同时两者相对转动产生摩擦热，从而导致胶合。因此，胶合在一定程度上限制了链传动的极限转速。 d.链条的静力破坏 当链条的速度较低时如果链条负载不增加而变形持续增加，即认为链条正在被破坏。导致链条变形持续增加的最小负载将限制链条能够承受的最 大载荷。 3.4.4滚子链的静强度计算 在低速（）重载链传动中，链条的静强度占主要地位。如果仍用额定功率曲线选择计算，结果常不经济，因为额定功率曲线上各点相应的条件性安全系数S为8~20，远比静强度安全系数大。当进行耐疲劳和耐磨损工作能力计算时，若要求的使命寿命过短，传动功率过大，也需进行行链条的静强度验算。 链条静强度计算公式为 式中 为静强度安全系数； 为工况系数； 为排数系数； 为有效圆周力； ,并查表得，， 所以 为许用安全系数，一般为4~8；如果按最大尖峰载荷来代替进行计算，则可为3~6；若速度较低，从动系统惯性较小，不太重要的传动或作用力的确定比较准确时,可取小值； 为单排链极限拉伸载荷。 因为此传动速度较低可取最小值，取 所以满足要求 3.5 链轮的基本参数和尺寸 链轮齿数 配用链条的节距 配用链条的滚子外径 小链轮分度圆直径 小链轮齿顶圆直径 取 小链轮齿根圆直径 大链轮分度圆直径 大链轮齿顶圆直径 取 大链轮齿根圆直径 链轮齿宽 查表得 , 为链条内节内宽 所以 图3-3齿形 3.6 滚子链传动的故障与维修 表3-1 滚子链传动的故障与维修 故障 原因 维修措施 链板或链轮齿严重侧磨 1.各链轮不共面 2.链轮端面跳动严重 3.链轮支承刚度差 4.链条扭曲严重 1.提高加工与安装精度 2.提高支承件刚度 3.更换合格链条 链板早期疲劳开裂 润滑条件良好的中低速链传动，链板的疲劳是主要矛盾，但若过早失效则有问题： 1.链条规格选择不当 2.链条品质差 3.动力源或负载动载荷大 1.重新选用合适规格的链条 2.更换只连合格的链条 3控制或减弱负载和动力源的冲击振动 滚子提前碎裂 1.链轮转速较高而链条规格选择不当 2.链轮齿沟有杂物或链条磨损严重发生爬齿和滚子被挤顶现象 3.链条质量差 销轴磨损或销轴与套筒胶合 链条铰链元件的磨损是最常见的现象之一。正常磨损是一个缓慢发展的过程。如果发展过快则 1.润滑不良 2.链条质量差或选用不当 1.清除齿沟杂物或换新链条 2.清除齿沟杂物或换新链条 3.更换质量合格的链条。 外链节外侧擦伤 1.链条未张紧，发生跳动，从而与邻近物体碰撞 2.链箱变形或内有杂物 1.使链条适当张紧 2.消除箱体变形、清楚杂物 链条跳齿或抖动 1.链条磨损伸长，使节距和垂度过大 2.冲击或脉动载荷较重 3.链轮齿磨损严重 1.更换链条或链轮 2.适当张紧 3.采取措施稳定载荷 链轮齿磨损严重 1.润滑不良 2.链轮材质较差，齿面硬度不足 1.改善润滑条件 2.提高链轮材质和齿面硬度 3.把链轮拆下，翻转180再装上，则可利用齿廓的另一侧而延长使用寿命 卡簧、开口销等链条锁止元件松脱 1.链条抖动过烈 2.有障碍物磕碰 3.锁止元件安装不当 1.适当张紧或考虑增设导板托板 2.消除障碍物 3.改善锁止件安装质量 振动剧烈、噪声过大 1.链轮不共面 2.松边垂度不合适 3.润滑不良 4.链箱或支承松动 5.链条或链轮磨损严重 1.改善链轮安装质量 2.适当张紧 3改善润滑条件 4.消除链箱或支承松动 5.更换链条或链轮 6.加装张紧装置或防振导板 3.7 摩擦轮的设计与计算 最简单的摩擦轮传动是由两个直接接触并相互压紧的摩擦轮组成，靠两轮接触面所产生的摩擦力来传递运动和动力。 摩擦轮传动结构简单，传动平稳，噪声小，有过载打滑保护作用，可无级调速；但由于在传动中存在弹性滑动与打滑，传动效率低，磨损快，不能保持准确的传动比，同时，作用在轴与轴承上的力较大，只宜于中小功率的传动。 3.7.1 摩擦轮方案选择 1. 方案一 圆柱平摩擦轮传动 圆柱平摩擦轮传动的特点与应用： a）结构简单，制造容易 b）压紧力大，宜用于小功率传动 c）为了减小压紧力，可将轮面之一用非金属材料作覆面 d）大功率传动，摩擦轮常采用淬火钢（如GCr15，淬硬至60HRC），并采用自动压紧卸载环 e）为降低两轴的平行度要求，可将轮面之一制成鼓形，轴系刚性差时亦应如此 f）用于回转简驱动装置、仪表调节装置等 图3-4 圆柱平摩擦轮传动 2. 方案二 圆柱槽摩擦轮传动 圆柱槽摩擦轮传动的特点与应用： a）压紧力较圆柱平摩擦轮传动小，当时，约为其30% b）有几何滑动，易发热与磨损，故应限制沟槽高度为 c）加工和安装要求较高 d）传动比随载荷和压紧力的变化有少量变动 e）用于绞车驱动装置等 图3-5圆柱槽摩擦轮传动 3. 方案三 端面摩擦轮传动 端面摩擦轮传动的特点与应用： a）结构简单，容易制造； b）压紧力大，有几何滑动，易发热和磨损； c）将小轮制成鼓形，可减少几何滑动，降低安装精度； d）轴向移动小轮，可实现正反向无机变速，但应避免在附近运转； e）要注意大轮的刚度，并控制二轴线的垂直度； f）用于摩擦压力机等。 图3-6 端面摩擦轮传动 综合以上叙述和此次设计的结构要求，选择第一种方案 3.7.2 摩擦轮传动的主要失效形式 摩擦轮传动的主要失效形式： a）疲劳点蚀和表面压溃 多发生在闭式传动中，主要是由于高的接触应力而造成。 b）轮面胶合 压紧力大，且转速很高时，摩擦表面时温度升高，导致润滑油膜破裂而造成。 c）表面磨损 多发生在开式传动中。 3.7.3 摩擦轮的材料 摩擦轮材料应满足弹性模量大、耐磨性好、接触疲劳强度高、价格低且热处理及加工性能好等要求。 选用原则： a）要求结构紧凑、传动效率高时采用淬火钢对淬火钢或钢对钢。 b）对于尺寸较大、转速较低、且为干摩擦的开式传动，一般选用铸铁对铸铁或铸铁对钢。 c）要求传动平稳、不添加润滑剂，噪声小和摩擦系数高的场合，可选用铸铁（或钢）对酚醛层压布材、皮革、橡胶或压制石棉纤维等。 根据此装置的结构和设计需要，选用铸铁为材料。 3.7.4 摩擦轮传动的设计和计算 传动比 摩擦系数查表取 载荷系数 ，取 齿宽系数 取 综合弹性模量 ,为主、从动轮材料的弹性模量 查表得 所以 许用接触应力查表得 取 图3-7 摩擦传动示意图 初算中心距 取 式中 为摩擦因数，查表取； 为传递功率； 为小摩擦轮转速； 摩擦轮宽度 所以每个托轮的宽度 小摩擦轮直径 取 大摩擦轮直径 实际中心距 主动转距 3.8 轴的设计和计算 3.8.1 轴的材料 应用于轴的材料种类很多，主要根据轴的使用条件，对轴的强度、刚度和其他机械性能等的要求，采用的热处理方式，同时考虑制造加工工艺，并力求经济合理来选择轴的材料。 轴的常用材料是优质碳素钢，如35、45和50，其中以45号钢最为常用。 根据本设计的要求，选45号钢作材料 3.8.2 轴的结构设计 轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸，为轴设计的重要步骤。 一般轴的结构设计原则： a）节约材料，减轻重量，尽量采用等强度外形尺寸或大的截面系数的截面形状； b）易于轴上零件的精确定位、稳固、装配、拆卸、和调整； c）采用各种减少应力集中和提高强度的结构措施； d）便于加工制造和保证精度。 由材料力学可知，轴的扭转强度条件为 （4-2） 式中 为轴的扭转切应力，单位为; 为轴传递的转矩，单位为; 为轴传递的功率，单位为； 为轴的转速，单位为; 为轴的抗扭截面系数，单位为； 为许用扭转切应力，单位为。 由此推得实心圆轴的最小直径(单位为)为 (4-3) 式中为计算常数，，取决于轴的材料和受载情况 查表取 所以 当轴段上开有键槽时，应适当增大直径以考虑键槽对轴的强度的削弱：时，单键槽增大3%，双键槽增大7%；时，单键槽增大5%~7%，双键槽增大10%~15%。最后应对进行圆整。 综合以上取， 轴的结构设计如下图： 图3-8 主轴 3.9轴承盖的设计计算 螺钉联接式轴承盖调整轴承间隙方便，密封性好，应用广泛。 轴承外径 根据轴承外径取螺钉直径 螺钉孔直径 取 取 由结构确定， 查表得 , , , 代号入下图所示： 图3-9 轴承盖 3.10 轴承的选择和润滑及其寿命计算： 3.10.1 轴承的选择： 选择滚动轴承的类型与多种因素有关，通常根据下列几个主要因素： A.负荷情况 负荷是选择轴承最主要的依据，通常应根据负荷的大小，方向和性质来选择轴承。 a)负荷大小：一般情况下，滚子轴承由于是线接触，承载能力大，适用于承受较大负荷，球轴承由于是点接触，承载能力小，适用于轻，中等负荷。 b)负荷方向：纯径向力作用，宜选用深沟球轴承，圆柱滚子轴承或滚针轴承。纯轴向负荷作用，选用推力球轴承或推力滚子轴承。径向负荷和轴向负荷联合作用时，一般选用角接触球轴承或圆锥滚子轴承。若径向负荷较大而轴向负荷较小时，也可选用深沟球轴承和内外圈都有挡边的圆柱滚子轴承。若轴向负荷较大而径向负荷小时，可选用推力角接触轴承，推力圆锥滚子轴承。 c)负荷性质：有冲击负荷时，宜选用滚子轴承。 B.高速性能 球轴承不滚子轴承有较高的极限转速，故高速时应优先考虑选用球轴承。在相同内径时，外径越小，滚动体越轻小，运转时滚动体作用在外圈上的离心力也越小，因此更适合于较高转速下工作。在一定条件下，工作转速较高时宜选用超轻，特轻系列的轴承。 C.调心性能 当轴两端轴承孔同心性差或轴的刚度小，变形较大，以及多支点轴，均要求轴承调心性好，这时应选用调心球轴承或调心滚子轴承。 D.允许的空间 径向尺寸受限制的机械装置，可选用滚针轴承或特轻，超轻型轴承；轴向尺寸受限制时，宜选用窄或宽系列的轴承。 E.安装与拆卸方便 整体式轴承座或频繁装拆时，应优先选用内外圈可分离的轴承。轴承装在长轴上时，为装拆方便可选用带锥孔和紧定套的轴承。 根据以上所述及本设计的具体要求，选用调心球轴承。 3.10.2 轴承的润滑 轴承润滑主要目的是减少摩擦和磨损，同时起到冷却，吸振，防锈及降噪的作用。 常用的润滑剂有润滑油，润滑脂及固体润滑剂(二硫化钼)。选择润滑剂应当考虑工作温度，轴承负荷，转速及其工作环境影响。一般来说，温度高，负荷大，转速低时选用粘度高的润滑剂。 润滑油选择：常用的润滑油有--机械油，高速机械油，汽轮机油，压缩机油，变压器油，汽缸油等等。一般而言，轴承转速越高，则选用较低粘度的润滑油。负荷越重，则选用粘度较高的润滑油。润滑方法有：油浴润滑，循环油润滑，喷油润滑及油雾润滑。 选择润滑油或脂润滑的一般原则如表4-4： 表4-4 选择润滑油或脂润滑的一般原则 影响选择的因素 用润滑脂 用润滑油 温度 当温度超过120时，要用特殊润滑脂。当温度升高到200-220时，再润滑的时间间隔要缩短 油池温度超过90或轴承温度超过200时，可采用特殊的润滑油 温度系数 <400000 〈400000－500000 载荷 低到中等 各种载荷直到最大 轴承形式 不用于不对称的球面滚子推力轴承 用于各种轴承 壳体设计 较简单 需要较复杂的密封和供油装置 长时间不需维护的地方 可用。根据操作条件，特别要考虑工作温度 不可以用 集中供油 选用泵送性能好的润滑脂。不能有效地传热，也不能作为液压介质 可用 最低转矩损失 如填装适当，比采用油的损失还要低 为了获得最低功率损失，应采用有清洗泵或油雾装置的循环系统 污染条件 可用。正确的设计可防止污染物的侵入 可用。但要采用有防护、过滤装置的循环系统 第四章 超声波清洗装置的运用 4.1超声波清洗的原理 超声波清洗的原理是由超声波发生器发出的高频振荡信号，通过换能器转化成高频机械振荡从而传播到介质-清洗溶剂中，超声波在清洗溶剂中向前辐射，使清洗溶剂流动并且产生很多的微小气泡。这些微小气泡在超声波纵向传播的负压区形成、生长，最后在正压去迅速闭合。在这种“空化”效应的过程中，气泡闭合可形成超过1000个气压的瞬间高压，连续不断地产生瞬间高压就像小爆炸物不断地冲击物件表面，从而使物件的表面及空隙中的污垢迅速剥落，从而达到物件表面净化的目的。目前所用的超声波清洗机中，空话作用和直进流作用应用的相对较多一些。 （1） 空化作用：空话作用就是超声波以每秒超过两万次的压缩力和减压力交互性的高频变换方式向液体透射。在减压力作用的时候，液体中产生真空核群泡的现象，在压缩力作用时，真空核群泡受压力压碎时产生强大的冲击力，因此剥离被清洗物表面的污垢，从而打到精密洗净目的。 （2） 直进流作用：超声波在液体中沿声的传播方向产生流动的现象叫做直进流肉眼能看到直进流的条件是声波强度在0.5w/cm2，垂直于振动面产生流动，流速为10cm/s。 超声波清洗的作用机理主要有以下几个方面： 因空化泡破灭时产生强大 冲击波，污垢层的一部分在冲击波作用下被剥离下来，分散，乳化，脱落。 因 为空化现象产生的气泡，由冲击形成的污垢层与表层间的间隙和空隙渗透，由于 这种小气泡和声压同步膨胀，收缩，像剥皮一样的物理力反复作用于污垢层，污 垢层一层层被剥开，气泡继续向里渗透，直到污垢层被完全剥离。这是空化二次 效应。 超声波清洗中清洗液超声震动对污垢的冲击。 超声波加速化学清洗剂对 污垢的溶解过程，化学力与物理力相结合，加速清洗过程。 利用超声波能量来迅速有效的清洗工件是清洗工艺中一种行之有效的方法。清洗 时放入清洗槽或清洗网带，超声换能器将超声波发生源产生的电信号转换成超声 振动，此时清洗液中会产生许多微小的气泡，这种气泡在不断的产生和闭合运动 中形成“超声空化”作用，微气泡在完全闭合时会产生自中心向外的微核波，其 瞬间可达数千个大气压的强大冲击力，使物体表面的污物剥落， 以达到清洗目 的。超声波由于存在空化作用，还会产生一系列的生物学作用，直接影响清洗效 果，加速清洗的过程。 4.2 超声波清洗的方式 一般我们都是采用气泡发生器+合适的超声波功率的形式，这种架构直接影响清洗效果，加速清洗的过程。 4.3 超声波清洗的特点 1. 清洗效果好，清洁度高而且全部工件清洁度一致。 2. 清洗的速度较快，清洗效果好，提高生产率，不需人手接触洗衣液，安全可靠。 3. 对表面结构复杂的果蔬也可以清洗干净。 4. 对果蔬没有影响。 4.4 超声波清洗的主要技术参数 超声频率 当工作频率很低的时候就会产生噪音。当频率低于 20kHz的时候工作噪音不仅变得很大，而且有可能会超出职业安全与保健法或者其他条例所规定的安全噪音的限度。 高频通常被用于清洗较小、较精密的零件，或者是清除微小颗粒。高频还被用于被工件表面不允许损伤的应用。使用高频可以从几个方面改善清洗性能。随着频率的增加，空化泡的数量是呈线性增加的，从而产生更多的更密集的冲击波使其能进入到更小的缝隙中。又如果功率保持不变，空化泡变小，其释放的能量相应减小，这样有效减少了对工件表面的损伤。 功率密度 功率密度=发射功率（W）/发射面积（cm2），通常功率密度是大于0.5的。超声波的功率密度越高，空化效果就会越强，清洗速度也就越快，理所当然清洗效果就越好。但长时间高密度的清洗，容易造成清洗物件表面产生“空化”腐蚀。 清洗温度： 一般说来，超声波在30℃-40℃的时候，空化的效果是最好的，清洗温度越高作用越明显，通常实际使用的时候使用超声波时，采用40℃-60℃的工作温度。 4.5超声波清洗装置的设备组成及特点 超声波蔬菜清洗实验装置由以下主要部件配置组成 项目名称 规格/型号 备注 1. 超声波发生器 SD-1200 1200W,28KHz 2. 换能器 SD-600 2 只 600W/只， 28 KHz 3. 清洗槽 SUS304 自制 4. 风泵 XQB14-100 100m3/h 5. 玻璃转子流量计 LZB-50 1 6-160M3/h 4.6 超声波清洗装置的操作规程 1、准备 将清洗槽排污阀关闭，加入清洗液至淹没换能器位置。 将待洗物件放置在清洗篮筐内，盖好篮筐。 2、开机 接通电源，开启风泵（冬天水温达不到要求时先开启加热），调节合适气泡 强度，按下操控面板上超声波开钮，设定好清洗时间。开始清洗作业。 3、设备自动停止 清洗时间到达，设备会自动关闭超声波输出。将清洗液排放，清洗物体拿出 即可。 如果需要重新清洗，重新开关超声波开钮，使时间继电器复位，设备按照时 间继电器设定的时间重新开始清洗作业。 4、关机 清洗作业完成后，关闭电源开关。排放清洗液。 清洗废水的处理 为了节约水资源，清洗后的废水要回收处理并且重复回收使用。清洗后，废水中的主要成份有机械性杂质（主要是烂菜叶）和泥沙等等。机械性杂质可通过过滤网过滤掉，而泥沙则是成胶体状混在水里，去除它需要采用专门的设备，经过查阅资料我们选用了水力旋流器来去除它。 水力旋流器是一种离心沉降设备，它靠泵（或静水头压力）将悬浮液从圆柱壳体上部的入口有切线方向进入旋流器，在筒内产生旋转运动，并由四边向中心移动而形成一股强烈的旋涡运动，由上而下旋流。在锥体内液流中较粗颗粒受离心力作用向筒壁沉降并和残留的液体由锥体锥顶处的底流口流出。含细颗粒的那部分液体，则通过一个固定在顶部中心并伸至旋流器中的圆管排出，排出的水再经过活性炭过滤芯，利用活性炭的吸附作用可以吸附滤液中的较细颗粒，从而使水净化可以重复使用。 图6-1废水处理原理图 结论 蔬菜清洗机是将蔬菜进行清洗的机械，虽然蔬菜清洗机的产生和发展都基本开始于本世纪，但是由于科学技术的迅猛发展，蔬菜清洗技术同样有着很大程度的发展，产品的不断跟新，新技术的不断运用，蔬菜清洗机越来越向完美前进。 此次设计从最起初的资料收集到最后的设计完成，经历了三个多月的时间，其中有过遇到困难的时候，有时候不知所措，有过对技术方面的瓶颈，最后通过老师的帮助和自己查阅各种资料也都一一解决了，在此要感谢帮助过我的同学和老师，没有你们的帮助，就不可能顺利按实地完成此次毕业设计。 本来此次设计的蔬菜清洗机在技术方面以及实用方面还存在着较多需要改进的地方，希望在以后的过程中能逐渐改进。此次设计的蔬菜清洗机多适用于一些杆类、根茎类蔬果的清洗，对于叶类蔬菜的表面以及营养价值有着较大程度的损伤，后续肯定会要设计出更加实用的清洗机。还有此次设计在超声波清洗方面涉及也是非常牵线，主要还是侧重类似于滚筒清洗，希望以后能有机会做出更深入地研究。 蔬菜清洗技术还在不断发展，所以蔬菜清洗机也在不断地跟新换代。随着科学技术水平的不断提高，相信蔬菜清洗机的前景将会更加乐观，将会变得更加完美，满足各方面清洗的需求。 设计感言 通过努力和查阅机械方面的相关资料最终设计出了能实现对蔬菜自动清洗的蔬菜清洗机，设计的同时也对一些机械方面的知识有了进一步的提高和掌握，对成型机械