豆类作物脱荚教学实验装置(设计说明书)讲解

2014全国大学生机械创新设计大赛参赛作品—豆类作物脱荚教学实验装置—华中农业大学

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2014年第六届全国大学生机械创新设计大赛

豆类作物脱荚教学实验装置

设计说明书

参赛学生：吴长征 李迪 李琳琳 周雄峰

潘安达

指导教师： 李小昱 教授 王为 研究员

华中农业大学

二一四年三月

2014全国大学生机械创新设计大赛参赛作品—豆类作物脱荚教学实验装置—华中农业大学

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目 录

摘要 ............................................................... 1

1.前言 ............................................................. 2

1.1设计背景 ...................................................... 2

1.2现状分析 ...................................................... 2

1.3设计目标 ...................................................... 3

1.4主要设计内容 .................................................. 3

1.5应用前景 ...................................................... 3

2.总体方案设计 ..................................................... 4

2.1基本结构 ...................................................... 4

2.2工作原理 ...................................................... 5

2.3传动方案 ...................................................... 5

2.4基本参数 ...................................................... 6

2.5特色与创新 .................................................... 6

3.脱荚装置电动机的选择计算与三轴双向减速器的选用 ................... 7

3.1电机的选择计算 ................................................ 7

3.2三轴双向减速器的选用 .......................................... 9

4.机架的设计计算 ................................................... 9

5.差速柔性仿形脱荚装置 ............................................ 10

5.1脱荚装置的总体设计 ........................................... 11

5.2喂入及脱荚辊筒的表面设计 ..................................... 11

5.3脱荚作业工程分析 ............................................. 11

5.4链轮及链条的选择与计算 ....................................... 12

5.4.1传动方案设计 ........................................... 12

5.4.2链轮的设计与校核 ....................................... 13

5.4.3链轮的润滑 ............................................. 15

5.5喂入辊筒的设计与校核 ......................................... 15

5.5.1豆荚剥离辊筒组合的受力分析 ............................. 15

5.5.2轴材料的选用 ........................................... 16

5.5.3下脱荚辊轴的设计与校核 ................................. 16

5.5.4其他轴的直径 ........................................... 20

5.5.5轴承的选用 ............................................. 21

6.风选装置的设计 .................................................. 22

6.1角度调节机构的分析与设计 ..................................... 22

6.2带传动的设计 ................................................. 23 2014全国大学生机械创新设计大赛参赛作品—豆类作物脱荚教学实验装置—华中农业大学

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7.振动筛清选装置的设计 ............................................ 25

7.1振动筛作业工程分析 ........................................... 25

7.1.1吊筛的运动特性分析 ..................................... 25

7.1.2豆荚的运动特性分析 ..................................... 26

7.1.3振动筛的参数设定与选择 ................................. 28

7.2摆动导杆机构的设计与分析 ..................................... 29

7.3螺旋微调机构的设计 ........................................... 30

7.3.1螺旋微调形式的确定 ..................................... 30

7.3.2微调螺栓的设计与校核 ................................... 30

8.电路控制系统 .................................................... 31

8.1传感器的选用 ................................................. 31

8.2传感器的型号与参数 ........................................... 32

8.3控制电路的设计 ............................................... 32

9.总结 ............................................................ 33

参考文献 .......................................................... 34

附图 .............................................................. 35

2014全国大学生机械创新设计大赛参赛作品—豆类作物脱荚教学实验装置—华中农业大学

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摘 要

随着我国工科类高等教育事业的发展，机械类课程的覆盖面也越来越广。根据对农林类大学农业机械类课程以及农产品加工学的教学与实践观察来看，农业院校现有实验教学演示装置中针对豆类作物（如青大豆、蚕豆等）的脱荚实验教学装置尚属于空白区。现设计如下的“豆类作物脱荚教学实验装置”。

豆类作物脱荚教学实验装置用于农业机械学和农产品加工学课程的教学，采用多种机构运动来模拟豆类作物脱荚作业的全过程，可演示工作原理与机构运动，实现机理演示、动态模拟、效果分析等教学效果。该装置主要由差速柔性仿形脱荚装置、风力清选装置、振动筛清选装置以及电路控制系统等组成。

差速柔性仿形脱荚装置配备三轴双向减速器及多组链传动，实现喂入辊筒与脱荚辊筒的差速，保障豆荚的有效分离。通过仿形设计，装置可适应不同种类的豆类作物脱荚教学实验的需要。柔性辊筒还可降低作业过程中豆荚的损伤率。

风力清选装置采用叶片角度调节机构，实现风力的调节；通过调频电机，可以实现流量与流速的调节；通过对风机进风口的调节，可以控制风机的进风量；通过流量与流速的变换，适应不同物料与杂余的分离。

振动筛清选装置采用往复振动筛机构，实现茎秆、果实与杂余的分离；通过调频电机来驱动曲柄摆杆机构，可以实现振动筛摆动频率的调节；通过螺旋微调机构的调节，可以实现振动筛摆动幅度的调节；通过前吊杆和后吊杆长度的调整，可以进行颠簸度的调节。

电路控制系统可独立控制各装置的运动，还可以通过数码显示器观察各部分的工作参数的变化。学生可切实通过显示器的变化感受参数调节的过程。

通过上述四大部分的协调配合，豆类作物脱荚教学实验装置模拟了豆类作物脱荚作业的全过程。能有效地配合农业机械学和农产品加工学的教学，填补了关于豆类作物脱荚、清选等作业过程的教学实验空白。通过教学演示不仅能观察工作机理和机构运动的工作过程，而且能够进行各工作部件参数的调整与分析，增加了课堂的互动性与实践性。通过该装置的教学，学生能学习和实践豆类作物脱荚机理以及机构运动参数对物料清选的影响规律，从而提高农业机械学和农产品加工学的教学效果，具有良好的运用前景。

专利申请情况：

1. 豆类作物脱荚教学实验装置（ZL201420109741.9）

2. 青大豆脱荚分离机构（ZL201120309357.X）