基于米厂6SXM378色选机设计毕业设计.docx

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基于米厂6SXM378色选机设计毕业设计

人才培养模式改革和开放教育理工类毕业设计（论文）

安徽广播电视大学

毕业设计（论文）

分校名称合肥

教学点名称合肥

年级名称2013年秋季

专业名称机械设计制造及其自动化（本科）

课题名称基于米厂6SXM-378色选机设计

摘要

中国是世界上最大的大米生产国与消费国，全国65%以上的人口以大米为为主食。

随着人们的生活水平的提高，人们对大米食用的品质也越来越高，不仅对大米的口感要求提高，且对外观质量要求也随之提高。

为了得到精白的大米，满足食用的安全性和外观质量，必须去除石头、黑粒、黄粒、病斑粒，生芽粒、霉变粒和完整谷粒。

色选机就是在这种情况下应运而生的，它主要用于大米的筛选加工操作，即筛除不良品，并对不良品进行分类，在本文中，我们主要讨论色选机结构的设计。

其开发过程主要包括人机界面和机械结构开发两个方面。

本文介绍以大米加工为代表的大米色选机的产生背景与研究意义，讲述主要功能模块的设计、色选机的工作原理和色选机主要部件及其作用。

色选机主要部件包括震动喂料器、滑道、电控箱、分选箱、光路、高频喷阀、出料斗等。

色选机主体支架采用Z字型，结构精密器件和控制系统安装在封闭式箱体内，防尘，安全性好。

关键词：

大米，色选机，机械结构

Abstract

Atpresent,chinaistheworld'slargestrice-producingcountriesandconsumingcountries,morethan65percentofthepopulationofstaplefoodisrice.aspeople'slivingstandardsimprove,thequalityofriceconsumptionisrising,notonlyforthetasteofthericerequirementstoimprovetheappearancequalityrequirementsalsowillincrease.Refinedwhitericetomeetfoodsafetyandappearancequality,youmustremovethestone,blackgrain,yellowgrain,thelesiongrainrawbudgrain,moldygrain,wholegrains.

colorsortercameintobeinginthecase.Itismainyusedforthescreeningofriceprocessingoperationgs,screeenoutdefectiveproductsanddefectiveproductsclassification.Inthispaper,wemainydiscusshowtostructureofthecolorsorter.Itsdevelopmentprocess,includingthetwoaspectsofthehuman-computerandthedevelopmentofmechanicalstructures.

Thisarticledescribesthebackgroundandresearchsignificanceofthecolorsorterofriceprocessing,themainfunctionmoduledesign,colorsortertheworkingprincipleofthecolorsortermaincomponentsandtheirrole.Themaincomponentsofthecolorsortervibrationfeederchuteandphotoelcetricbox,hign-frequencyjetvalve,sub-hopper.ThecolorsoryermainstentusingtheZ-shapedstructureprecisiondevicesandcontrolsystemsinstalledinclosedcabinsts,dust,andsecurity.

Keywords:

rice,colorsorters，Themechanicalstructure

第一章引言

机油泵是汽车发动机的关键部件，是使得机油压力升高并保持一定的油压，向各个摩擦表面强制供油，使发动机得到可靠的润滑的关键部件，其质量好坏直接影响发动机的性能。

要求在对其流量、扭矩等重要参数进行全面测试。

正由于泵类产品在结构上和在运行过程中特有的复杂性，使得长期以来，油泵过流部件的设计和计算只能建立在某些假设理论的基础上，油泵专业设计人员常常利用现代优化设计技术，如直觉优化、试验优化、价值优化、数值计算优化等，通过简化其边界条件，并结合油泵的各种试验进行修改、鉴别、选择来完成。

因此，研制新型油泵，尤其是研制大型油泵，做模型试验仍是油泵开发人员获取油泵技术数据的基本手段。

油泵的汽蚀，离心泵叶轮中流场的流速分布、压力分布等许多复杂问题也只能依靠可靠而详细的液体流动测量来解决。

对于油泵基础理论研究和发展、油泵性能的不断改进、油泵中疑难问题的解决油泵设计方法的完善和设计水平的提高等，油泵测试技术都有着极其重要的甚至是不可替代的作用。

油泵技术是一门半理论半经验的试验学科，试验性研究在油泵发展中具有举足轻重的地位和作用。

所以，油泵测试的研究水平在一定程度上可以用来表征油泵研制生产和科研单位在基础理论研究、泵业开发及其制造的潜在能力。

美国国家仪器公司NI（National　Instruments）提出的虚拟测量仪器（VI）概念，引发了传统仪器领域的一场重大变革，使得计算机和网络技术得以长驱直入仪器领域，和仪器技术结合起来，从而开创了“软件即是仪器”的先河。

传统的油泵测试系统依赖于单片机系统，以及传统的电子技术，使用不够灵活，测试不同油泵时需要重新设计。

而将虚拟仪器技术与油泵测试相结合，能使测试成本下降，测试更为灵活，数据及状态显示更为直观。

随着信息技术的发展以及PC机得广泛应用，汽车油泵测试系统朝着迅速，灵活，多功能的方向发展。

而虚拟仪器技术迎合了这一趋势，所以汽车油泵测试平台将与虚拟仪器技术结合，构建出更加完善效率的测试平台。

第二章总体技术方案

2.1系统总体原理

此次设计的题目是基于虚拟仪器的汽车油泵测试系统，通过分布在系统中的传感器来测试机油的温度，压力，流量反映出机油泵的状态。

系统主要依赖虚拟仪器技术，系统的结构原理如下图。

图2-1虚拟仪器原理框图

检测对象的一些参数、状态通过传感器或者其他一些检测器件，经过信号调理电路，传送至数据采集卡，数据采集卡可将采集来的电压、电流或者其他一些信号经过放大，滤波等一系列工序传送至总线，数据通过总线传送至软件端。

设在机油泵出入口的各个传感器测试机油的各项参数，传感器的模拟量通过放大电路，滤波电路传输到数据采集卡转换为数字量，然后数字量传输至PC机，通过LabVIEW软件将参数直观的反映到屏幕上，再自动分析出油泵是否处于异常状态。

图2-2系统原理图

机油泵工作后，各项数据由传感器采集，由于传感器输出信号的幅频等参数可能不符合采集卡的输入端要求，或者信号噪声较大，所以需要调理电路，来将信号过滤、加工。

经过调理电路的模拟量通过采集卡转变为数字量传送至PC机，最后数据经过LabVIEW的处理显示出来。

2.2主要研究内容

1）油泵总体结构、原理、所需测量参数：

主要通过对油泵的基本结构、工作原理进行分析，得到对油泵质量有影响的因素，针对各因素，来确定所需测量的参数有哪些。

2）测量系统的总体方案和硬件设计：

为机油泵测试平台设计总体测量方案。

硬件设计包括各传感器的选型和配置，采集卡的选型和配置等。

4）测量系统的设计：

①用户登录通过用户登录界面，只有验证成功的用户才可使用此测量平台。

②信号采集对各信号进行采集。

③信号分析将DAQ上采集的信号经过处理。

④报警模块对处理过的信号进行辨别，若超出设定范围则开始报警。

2.3系统总体技术框架

本次设计的基于虚拟仪器的汽车油泵测试系统总体上由硬件部分和软件部分组成。

其中硬件部分分为传感器和采集卡。

图2-3系统总体技术框图

机油泵运转后，油路中的机油开始循环，此时位于进出口处的各类传感器开始工作，测试系统各项数据，传感器将采集到得数据经过信号处理电路传送至采集卡，采集卡内部的处理模块将传感器传送的模拟量通过模数转换等处理再传送至PCI总线，通过PCI总线传送至PC机，PC机得LabVIEW主程序将信号处理后以机油泵各项的状态的形式将数据显示出来。

以上系统中，硬件部分可分为信号采集子模块和处理子模块，采集子模块包含温度、流量、压力传感器。

处理子模块包括信号处理电路，采集卡。

2.4试验方法

本试验台的性能试验共完成3个单项试验。

机油泵泵出厂前需要完成转向泵转速试验、压力试验、流量测试试验。

该国家标准适用于汽车常流式液压转向加力装置中的转向油泵（简称转向泵），如转向齿轮泵、转向叶片泵、转向转子泵和转向柱塞泵。

下面对上述三项试验方法作以下简要介绍：

1.流量测试实验：

测量额定转速n=1000r/min时1min、5min、10min以及20min的流量变化。

2.压力测试试验：

在空载压力下启动泵，缓慢升速至1000r/min，测量此时进口以及出口压力，5min以后迅速关闭端输出油路，此时测量安全阀开启的压力值，然后再迅速打开输出油路，恢复空载状态。

3.油温测试实验：

测量停止状态下标准转速n=1000r/min时1min、5min、10min、20min以及20min后机油泵停止工作的温度变化。

第三章汽车油泵的分析

3.1汽车油泵的原理分析

机油泵是用来使机油压力升高和保证一定的油量，向各摩擦表面强制供油的部件。

机油泵在内燃机上的应用越来越多。

同时，在半导体，太阳能，LCD等工程领域方面，也起着一定的作用。

近年来，随着加工技术的发展，汽车用油泵——摆线转子泵被应用到缝纫机中，特别是对一些全封闭自动润滑系统的机种，如包缝机、绷缝机。

机油泵属于汽车润滑系统，润滑系统的功用就是在发动机工作时连续不断地把数量足够、温度适当的洁净机油输送到全部传动件的摩擦表面，并在摩擦表面之间形成油膜，实现液体摩擦。

从而减小摩擦阻力、降低功率消耗、减轻机件磨损，以达到提高发动机工作可靠性和耐久性的目的。

活塞销

缸

壁

曲轴箱前后壁及隔板油道

主油道

凸轮轴承承

推杆球头

摇臂轴

气阀端

连杆轴承

凸轮轴

旁通阀

粗滤器

机油泵

集滤器

限压阀

图3-1汽车润滑系统油路图

机油泵可分为齿轮式和转子式。

齿轮式机油泵的特点是工作可靠，结构简单，制造方便和泵油压力较高，所以得到广泛采用。

由于齿轮式机油泵结构简单，分析起来也较为方便，所以设计中的机油泵选为齿轮式机油泵。

图3-2齿轮式机油泵的构造

齿轮油泵主要部件的介绍：

主动齿轮：

带动从动齿轮。

从动齿轮：

通过被主动齿轮带动，与主动齿轮一起形成负压，使机油运动。

主动轴：

连结传动齿轮和主动齿轮。

传动齿轮：

通过一系列传动被发动机带动，再带动主动齿轮转动，为机油泵提供动力。

从动轴：

支承从动齿轮。

泵壳、泵盖：

保护主、从动齿轮，并形成油路。

1-进油腔2-机油泵主动齿轮3-出油腔4-泄压槽5-机油泵从动齿轮6-机油泵体

图3-3齿轮油泵工作原理简图

当发动机工作时，凸轮轴上的驱动齿轮带动机油泵的传动齿轮，使固定在主动齿轮轴上的主动齿轮旋转，从而带动从动齿轮作反方向的旋转，将机油从进油腔沿齿隙与泵壁送至出油腔。

这样，进油腔处便形成低压而产生吸力，把油底壳内的机油吸入进油腔。

由于主、从动齿轮不断地旋转，机油便不断地被压送到需要的部位。

如图，假设下方齿轮2为主动轮，主动轮逆时针转动，带动上方齿轮5顺时针转动，1处的上下两方回形成负压，从而机油在负压下进入油腔，机油在齿缝与油腔间隙中运动。

运动至出口的机油被油泵泵出。

在两齿轮的啮合端，由于高压油的存在，加上齿轮端面与壳体间隙很小，机油不易泄漏，增大了对齿轮轴的压力，因而会加剧轴与孔的磨损，为了消除这种影响，通常在泵盖上装有限压阀，使机油沿卸压流向出油口，达到卸压作用。

3.2汽车油泵测量项目

测试选用常见的10W-30汽车机油

油温：

油温：

·入口处油温Ti[℃]

·出口处油温To[℃]

油压（0-10bar）：

·油泵进口压力（机油收集器）Ps[bar]

·油泵出口压力（高压管）PD[bar]

流量（机油泵输送）Q[l/min]

正常油温范围：

-18℃-130℃

正常油压范围：

0-6bar

正常流量范围0-20L/min

所有温度测量精度高于±1℃

所有压力测量精度高于0.05bar

所有流量测量范围精度高于±1%R

第四章系统硬件的设计

4.1系统总体硬件方案

机油泵测试平台是在以计算机为核心的硬件平台上，其原理如图4-1所示。

在机油泵测试时，机油泵开始转动，转速传感器、进口压力传感器、出口压力传感器、机油温度传感器等的电信号经各自的信号调理装置导入NIPCI-6251数据采集卡，采集信号进入PC机，通过LabVIEW软件编写出的人机界面可显示出机油泵的体积流量、机油温度、进口压力和出口压力等机油泵特性参数。

图4-1系统总体硬件框图

4.2温度传感器的选择及其电路设计

4.2.1温度传感器的选择

温度传感器的在此次设计的作用是测量油温，综合考虑到测量环境，测量温度范围（-18～130℃），以及价格因素，选择较为常用的AD590温度传感器。

AD590相关介绍：

AD590属于集成温度传感器，而集成温度传感器实质上是一种半导体集成电路，它是利用晶体管的b-e结压降的不饱和值VBE与热力学温度T和通过发射极电流I的下述关系实现对温度的测试：

式中，K—波尔兹常数；q—电子电荷绝对值。

表4-1AD590规格参数

项目

参数

输出电流范围：

223μA（-50℃）~423μA（+150℃）

电源正向电压：

（V+toV-）+44V

电源反向电压：

（V+toV-）-20

击穿电压：

外壳toV+toV-

最大结温：

175℃

电源正向电压：

（V+toV-）+44V

测量范围：

55℃至150℃

供应电压范围：

+4V至30V。

输出电流范围：

223μA（-50℃）~423μA（+150℃）

图4-2AD590符号

4.2.2温度传感器调理电路的设计以及各元器件参数的计算

AD590的输出电流值说明如下：

其输出电流是以绝对温度零度（-273℃）为基准，每增加1℃，它会增加1μA输出电流，因此在室温25℃时，其输出电流IO：

基本应用电路:

图4-3AD590基本应用电路

注意事项：

Vo的值为Io乘上10K，以室温25℃而言，输出值为2.98V（10K×298μA）。

量测Vo时，不可分出任何电流，否则量测值会不准。

通过AD590基本应用电路：

可设计出以下调理电路：

图4-4AD590使用电路图

设计思路：

将基本应用电路出AD590的输出Vo端接入电压跟随器，从而使输出的电路I不会分流出来。

而由于电源接了较多原件，带有噪声，所以使用稳压二极管作为稳压原件，为了使输出电压V0与温度T的关系呈：

再利用可变电阻分压，讲电压手动设置为一固定值。

再通过差动放大器放大，以实现：

。

元器件计算：

R0保护电阻，限制电路电流大小，设为1.2kΩ

为了使最后输出电压Vo为T/10V，需要将差动放大器负向电压设为2.73V

所以可在R0后设置一个6V的稳压二极管，通过可变电阻分压来调节电压，使

V

AD590的输出电流：

（T为摄氏温度）

因此量测的电压V2：

V

V

为了使V0=T/10V，设置差动放大器放大倍数为10倍，可设R3=10kΩ，R5=100kΩ。

接下来差动放大器其输出Vo为（100K/10K）×（V2-V1）=T/10V。

如果现在为摄氏28度，输出电压为2.8V。

4.3压力传感器的选择及其电路设计

4.3.1压力传感器的选择：

压力传感器是接受物理或化学变量（输入变量）形式的信息，并按一定规律将其转换成同种或别种性质的输出信号的装置。

压力传感器种类很多，按工作原理可分为弹性式、电阻应变式、电感式、电容式、压电式、磁电式等。

而电阻应变式和压电式力传感器应用较广泛。

经过对比，本次设计选用国产PTG703系列平膜压力传感器，PTG703系列平膜片压力传感器采用无腔结构，保证测量过程中无粘稠介质堵塞的情况，一体结构，内部无硅油填充，膜片采用专用的硬质不锈钢，其厚度在1mm以上，即使测量介质中含有坚硬颗粒，也不会损伤膜片。

表4-2PTG703系列平膜压力传感器的规格参数

项目

参数

被测介质：

粘稠性液体、流体

量程：

0-1MPa

输出：

0～5VDC

综合精度：

±0.25%FS、±0.5%FS

供电：

24VDc（12～36VDC）

绝缘电阻：

≥1000MΩ/100VDC

负载电阻：

大于50KΩ

介质温度：

-20℃～+150℃

环境温度：

－20～＋85℃

过载能力：

150%FS

响应时间：

≤10mS

稳定性：

≤±0.15%FS/年

相对湿度：

0～95%RH

密封等级：

IP65/IP68

4.3.2压力传感器调理电路的设计以及各元器件参数的计算

图4-5压力传感器使用电路图

由于信号较小，需采用放大电路对信号处理，由于输出信号为0～5V，采集卡模拟输入电压为0～10V，所以放大倍数设Af设为2，根据放大电路放大倍数Af的计算公式：

以及电路中允许的最大电流，可的R3=100kΩ，R2=50kΩ，R1=R3/R2=33kΩ。

4.4流量传感器的选择及其电路设计

4.4.1流量传感器的选择

流量是测试汽车机油泵时一项重要指标，流量的大小与机油泵的密封、油压有着密切的关系。

主流的流量传感器分为电磁式、玻璃转子式、靶式、涡街式、转子式、热式、超声波检测式、以及涡轮式，由于本次设计中涉及的流量相对较小100L/min，而涡轮式流量传感器具有起步流量低，压力损失小，准确度高，抗震与抗脉动流动性好，范围度宽容易维修等特点。

所以综合考虑后选择涡轮式流量传感器。

经过对比，选用LWGY型涡轮流量传感器。

涡轮式流量传感器原理介绍：

在一定的流量范围内，脉冲频率f与流经传感器的流体的瞬时流量Q成正比，流量方程为：

式中：

f—脉冲频率[Hz]

K—传感器的仪表系数[1/L]，此处厂家提供的K值为723.34/L

传感器输出的频率信号以电流为载体。

基本参数：

公称通径为10mm，普通涡轮流量范围：

0.2~1.2m3/h=3.3L/min~20L/min

供电电源：

+5-24DCV

介质温度：

-20～＋120℃

环境温度：

-20～＋55℃

传感器输出的频率信号以电流为载体，电流输出：

0～10mA时，负载电阻0～1.5kΩ。

1.过滤器2.前直管段3.叶轮4.前置放大器5.壳体6.后直管段

图4-6整表结构图

图4-7流量传感器实用电路图

4.4.2流量传感器调理电路的设计以及各元器件参数的计算

根据上式计算最大流量下的输出频率为66.98Hz

由于流量传感器输出的为频率信号，电源中可能含有噪声，所以设置一滤波装器，设截止频率为100Hz，截止频率f

可以得到R4=30kΩ，C1=4uF.

由于输出频率过小，设置一信号放大器，放大倍数Af为2.

可以得到R1=33kΩ，Rf=100kΩ

4.5数据采集卡（DAQ）

4.5.1采集卡的选择

本次设计的数据采集卡选用NI公司的PCI-6251采集卡。

图4-8NIPIC-6251数据采集卡

表4-3NIPCI-6251主要参数

项目

参数

总线类型

PCI

操作系统/对象

MacOS,Windows,实时系统,Linux

测量类型

正交编码器,数字,频率,电压

模拟输入单端通道

16

模拟输入差分通道

8

分辨率

16bits

采样率

最大模拟输入电压

最大电压范围

-10V,10V

数字双向通道

24

逻辑电平

TTL

最大输出范围

0V,5V

4.5.2采集卡的分析

图4-9NIPCI-6251接口图

NIPCI-6251型采集卡主要接口介绍：

AI0-AI15为模拟输入通道，AIGND为模拟输入接地端。

P0.0-P0.7为数字双向端口，DGND为数字输入接地端。

4.6系统电源的设计

图4-10系统电源电路图

由于各传感器的输入电压为直流，且不一致，所以需要分别处理。

他们的输入电压分别为12DCV、15DCV和24DCV。

所以采用LM7812、LM7815和LM7824来分别变压。

4.7报警电路的设计

图4-11报警电路图

报警电路由发光二极管与驱动电路组成，DAQ的数字输出口接到与非门输入端，通过与非门对比，由于DAQ的数字输出采用TTL电平，所以输出为高电平时LED发光，低电平时不发光。

上拉电阻R1阻值计算如下：

由于一般LED工作时，加10mA足以使之正常工作，故电阻值为Vo/10mA。

电源采用15DCV。

所以：

第五章软件的设计

5.1软件的组成

系统运行时首先运行的是用户登录系统，使用本测试系统时，需要进行用户的验证，验证成功之后才能进行操作之后的模块。

当验证成功后，运行采集模块，采集模块采集的数据由数据分析模块分析，当数据经过分析之后，数据被送到数据显示模块，此时的数据可以选择保存，如选择保存，此时数据存储模块开始工作，将数据写入测量文件。

若数据超过正常值，报警模块会警醒判定并报警。

图5-1软件系统流程图

5.2各子功能的实现

5.2.1用户登录系统

图5-2用户登录模块流程图

用户在使用测试平台前需要进行验证，当用户名与密码都与正确用户名和密码符合时才能通过验证，登录测试平台。

用户登陆界面由欢迎语，用户名输入部分，密码输入部分和登录按钮4部分组成。

图5-3用户登录模块前面板

用户登录模块的后面板的设计思路如下：

用户输入用户名和密码之后，点击确认，此时图5-2中左边的WHILE循环开始，由于确认按键只是在单击是触发，所以循环只会循环一次，极大地减少了对系统资源的占用，循环开始后，用户输入的用户名和密码与正确的用户名和密码开始对照，当两项都正确时，会输出一个TRUE值，