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本科生畢業(yè)論文(設計)開題報告
（學生本人填寫）
系別
機電
專業(yè)
機械設計制造及其自動化
學生
指導教師
指導教師 職稱
教授
論文(設計)題目
帶式紅棗分級設備的設計
開題時間
內容包括：課題的來源及意義，國內外發(fā)展狀況，本課題的研究目標、內容、方法、手段及進度安排、實驗方案的可行性分析和已具備的實驗條件、具體參考文獻等。2、撰寫要求：字體為宋體、小四號，字數(shù)不少于1000字。）
開題報告（闡述課題的目的、意義、研究現(xiàn)狀、研究內容、研究方案、進度安排、預期結果、參考文獻等）
一、論文研究的來源、意義
1、研究來源：當前，棗產業(yè)正處于蓬勃發(fā)展。從全球角度來看，中國棗產業(yè)的超強地位進一步得到鞏固。近年來，我國棗樹面積和產量每年都以10%以上的速度增長。據中國農業(yè)年鑒統(tǒng)計資料，2003年我國棗產量為171萬噸，估計2008年總產量可達300多萬噸，面積約150萬公頃，占全世界的99%左右。正憑借其得天獨厚的自然條件優(yōu)勢打造中國和世界上最大的優(yōu)質干棗生產基地，僅阿克蘇地區(qū)就要在3~5年內發(fā)展10萬公頃棗樹；另外，北方的鮮食棗、貯藏加工和營銷產業(yè)正在崛起!但是，近年來一些發(fā)達國家進軍我國棗產業(yè)特別是棗加工業(yè)的勢頭正在顯現(xiàn)。
的地理位置，特別是南疆的地理位置，氣候干燥，降雨量少，晝夜溫差大，光照時間長，熱量資源非常豐富，這些特殊的氣候環(huán)境都造就了紅棗的勝產。紅棗屬于耐旱作物，種植簡單，收益高又便于管理。近年來，隨著農業(yè)科技的發(fā)展和人民生活水平的提高，國內外紅棗的加工品種越來越多，人們對紅棗的的品質也有了更高的要求。但紅棗的加工工業(yè)卻沒跟上時代的步伐，紅棗的很多加工環(huán)節(jié)還是傳統(tǒng)的手工作業(yè)。其重要原因是我國紅棗采后處理加工技術和加工設備落后，而紅棗分級加工和分選是采后處理加工技術中的重要環(huán)節(jié)，這一方面制約了紅棗產業(yè)的快速發(fā)展，同時也阻礙了紅棗產品檔次的提高。為了提高紅棗的加工質量和出品等級，需要對紅棗進行嚴格的質量分級和大小的分級。目前，我國具備先進紅棗分選設備的企業(yè)很少，因此市場上銷售的紅棗大多數(shù)依靠機械配合人工的方式實現(xiàn)分選。人工分選的主要缺點是：勞動量大、生產率低而且分選精度不穩(wěn)定；紅棗分選難以實現(xiàn)快速、準確和無損壞制約了紅棗產業(yè)的發(fā)展。因此實行紅棗智能分選機機械化作業(yè)是紅棗發(fā)展的一種必然趨勢。利用智能機械化作業(yè)來分選紅棗大大提高了紅棗產品的質量、降低了人工分選作業(yè)的勞動強度和提高了生產率分選精度。
2、研究意義：
（1）理論意義：近年來國內外的學者對紅棗分級設備進行了大量的研究，并在充分利用國外研究成果的基礎上，探索新的理論和方法，研制出適合于我國國情的智能化紅棗自動分級設備，并推廣到實際生產中。這一系列包括本文的研究，在一定意義上為學術界又多了一份借鑒和參考的價值資料，所以無論對紅棗分級設備還是機械領域都具有一定的理論意義。
（2）現(xiàn)實意義：為提高我國農產品的產后處理水平，提高農產品質量并增強其國際競爭力，農產品加工技術與設備研究開發(fā)被列為我國“十五”重大科技攻關項目第 1 項；農產品深加工與現(xiàn)代儲運在“國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要”(2006 年～2020 年)中被列為優(yōu)先級主題；農產品與食品加工被“十二五”農村領域科技計劃首批預備項目立項支持。我國政府對此問題的重視程度可見一斑。
消費者對紅棗品質需求的提高和世界紅棗市場的開拓，給紅棗產業(yè)帶來巨大的機遇的同時也帶來了新的挑戰(zhàn)。紅棗企業(yè)要在最短時間內把優(yōu)質新鮮、包裝精美和標準化的產品送到世界各地，就要首先實現(xiàn)紅棗采后處理自動化和產品高檔化，所以對紅棗分級設備的研究具有一定的實際意義。
二、研究現(xiàn)狀
目前可用于紅棗類圓形水果分選的方法有篩子分選法、回轉帶分選法、輥軸分選法、滾筒式分選法等。篩子分選法采用的是振動原理，果品易損壞，因此不宜采用。回轉帶分選法的工作方式是將水果置于兩條分離帶之間，若果徑小于兩帶之間的距離，水果便從中落下。由于兩條選果帶之間的距離沿水果運行方向不斷增大，使不同尺寸的水果落在下方相應的輸送帶上，該方法從結構上容易實現(xiàn)、簡單、故障少，但分選精度不高。輥軸分選法分選較為準確，但從結構上實現(xiàn)較為復雜，機器成本較高。滾筒式分選法其分選裝置主要由喂料機構、V型槽導果板、分選滾筒、接果盤及傳動系統(tǒng)組成。此分選裝置機構簡單，對水果損傷小、成本較低、分選精度和效率較高，適用于球形和近似球形物料的分選，在國外應用較廣。為減少果實碰撞, 提高好果率, 有的分級機是利用浮力、振動和網格相配合的辦法進行分級。這種方法的優(yōu)點是避免了果實間的互相碰撞, 在分級的同時可對果實進行清洗和消毒作業(yè)。
1、國內研究現(xiàn)狀：對于我國紅棗產業(yè)的現(xiàn)狀，從全球的角度來看，中國紅棗產業(yè)的超強地位進一步鞏固。近年來，我國的紅棗面積和產量都在以10%以上的速度增長。隨著我國紅棗種植面積的擴增和產量的提高，在國內紅棗主要產區(qū)涌現(xiàn)一大批紅棗加工企業(yè)。層疊式紅棗分級機在紅棗的加工系統(tǒng)也有應用，主要是為了更好的更細致的分選紅棗，分選效果還還以。紅棗分選的目的就是為了實現(xiàn)更好、均勻的分級。層疊式紅棗分級機能夠實現(xiàn)多層的排列，分選流暢，分選大小均勻。從分選的效果來看，分選的大小沒有太大的問題，主要問題是在喂料時紅棗的質量，比如霉爛，漿口等因素影響紅棗分選品質。
2、國外研究現(xiàn)狀：相比較中國的大面積的種植和加工，外國的種植和生產規(guī)模雖然不大，但是加工技術成熟。國外紅棗加工技術已經能夠進行多項深加工，并且自動化水平較高。國外的紅棗加工技術可以加工棗酒，棗飲料，棗醋，棗粉等等。紅棗分級機是紅棗加工的第一步，為了保證紅棗后期的加工比如脫核，烘干，榨汁順利進行，紅棗的分級起著重要的作用。所以國外在紅棗的分級機上的技術是很先進的。
三、研究內容
第一章.緒論
1.1課題選題背景
1.2課題的研究意義
1.3國內外研究現(xiàn)狀
1.3.1國外的研究現(xiàn)狀
1.3.2國內的研究綜述
第二章 紅棗分級設備的基本分析
2.1 紅棗分級設備的分類
2.2 帶式紅棗分級設備總體方案的設計分析
2.2.1 結構特點及工作原理分析
2.2.2 系統(tǒng)方案的確定
第三章 主要部件的設計計算
3.1 傳動機構的設計計算
3.1.1 電機的選型
3.1.2 帶傳動設計
3.2 進出料結構的設計
3.2.1進料機構的設計
3.2.2 出料機構的設計
3.3 機架底座的設計
第四章 紅棗分級設備的維護及保養(yǎng)
4.1紅棗分級設備的日常維護
4.2 紅棗分級設備的常見故障及解決方法
第五章 總結
致謝
參考文獻
四、研究方案
1、利用中國知網、維普、萬方等數(shù)據庫完成與畢業(yè)論文相關內容的論文的檢索；利用圖書館的圖書資源查閱相關的理論內容；充分的利用互聯(lián)網進行資料的檢索收集。
2、通過在企業(yè)的實習機會，了解相關廠家的設備的實際情況，從實際中了解紅棗分級設備。
五、進度安排
1、確定畢業(yè)論文的選題，收集資料，整理資料，完成論文的任務書。
2、編寫論文提綱，撰寫開題報告，進行開題。
3、實習期間進行一步查找資料，作社會調查。
4、計算相關參數(shù)，確定機構的基本方案。
5、建立紅棗分級設備的三維模型。
6、撰寫紅棗分級設備的設計說明書。
7、結合三維模型，對其二維圖進行繪制。
8、老師評閱。
9、畢業(yè)論文答辯。
具體的時間請學生結合自己學校的實際情況進行錄制
六、預期結果
通過本文的設計分析，預期建立帶式紅棗分級設備的三維模型，并針對模型設計3張左右的A0圖紙，并撰寫帶式紅棗分級設備的設計說明書，最終使本文達到本科畢業(yè)論文水平。
七、參考文獻
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[4] 梁鴻.中國紅棗及紅棗產業(yè)的發(fā)展、存在問題和對策的研究[D].陜西師范大學,2006.25(9):8-10.
[5] 李光梅. 水果分選機的研究現(xiàn)狀與發(fā)展狀況. 農機化研究，2007.09.
[6] 王明俊.稱重式水果分選機傳感信息采集方法研究.農機化研究. 2009.31(05).
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[10] 魏新華,胡學同等.水果機器視覺自動分選機同步控制系統(tǒng)設計[J].農業(yè)機械學報,2008,(11).
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[16] 應義斌,饒秀勤等.水果高速實時分級機構控制系統(tǒng)[J].農業(yè)機械學報,2004.35(5):117-121.
學生簽名：
年 月 日
畢業(yè)設計
課題： 帶式紅棗分級設備的設計
專 業(yè) 機械設計制造及其自動化
學 生 姓 名
班 級
學 號
指 導 教 師
專 業(yè) 系 主 任
發(fā) 放 日 期 2017年 月 日
摘要
隨著紅棗市場的進一步拓展，紅棗已經成為提升農村經濟、增加農民收入的支柱性產業(yè)的一部分。紅棗的生產近年來逐漸向著基地化、規(guī)?；?、產業(yè)化方向發(fā)展。紅棗產業(yè)化及產業(yè)化過程中的關鍵技術列為優(yōu)先發(fā)展主題及重大技術專項，而紅棗分級分選技術是其產業(yè)化過程中進行流通、貯藏保鮮、深加工、提高產品檔次和附加值的關鍵技術之一。
針對我國西部紅棗分級勞動強度大、機械化程度低的現(xiàn)狀，設計了帶式紅棗自動分級機。該分級機的設計思路為：小于分級皮帶之間間隙的棗便落進出棗斗進入集棗箱,不會出現(xiàn)卡棗、破棗現(xiàn)象。留在一級分級皮帶上的紅棗由后面的溜棗板迸入下一級差速帶式紅棗分級裝置,后一級的皮帶間的間隙大于上級的間隙,故落下的紅棗大于上一級的紅棗,依此將紅棗分成大小不同的級別。
關鍵字：紅棗、分級機、減速機
- 40 -
Abstract
As the red jujube market to further expand, red jujube has become the rural economy and increase farmers' income increased part of backbone industry. Red jujube production in recent years gradually toward base, scale, industrialization direction. Red jujube industrialization and key technologies in the process of industrialization as a subject priority to the development and major technology projects, and red jujube grade separation technology is the industrialization process of circulation, fresh-keeping, processing and improve the product grade and added value of one of the key technologies.
In view of the western China jujube grading the present situation of the labor intensity, low degree of mechanization, belt type automatic jujube grading machine is designed. The classifier design idea is: less than grade belt clearance between the date they fall in and out of date into the set date box, there will be no card jujube, jujube phenomenon. On level 1 grade belt of the red date by the slip behind the plate into the next level differential belt type red jujube grading device, after the clearance between the level of the gap between belt is greater than the superior, so the falling red date is greater than the higher level of red jujube, in accordance with the level of red jujube can be divided into different sizes.
Keywords: Red jujube, classifier, reducer
目 錄
摘要 - 2 -
Abstract - 3 -
第一章 緒論 - 6 -
1.1 課題研究背景 - 6 -
1.2 紅棗分級設備國內外研究現(xiàn)狀 - 7 -
1.2.1 國外研究現(xiàn)狀 - 7 -
1.2.2 國內研究現(xiàn)狀 - 7 -
1.3紅棗分級設備的分類 - 8 -
1.3.1滾筒式分級機 - 8 -
1.3.2 滾杠式分級機 - 9 -
1.3.3 離心式紅棗分級機 - 10 -
1.4 本課題研究的意義 - 11 -
第二章 分級機的整體設計分析 - 13 -
2.1分級裝置設計依據 - 13 -
2.2 紅棗分級機方案的設計 - 13 -
第三章 整體動力參數(shù)的確定設計 - 15 -
3.1 篩選機構電機的設計選擇 - 15 -
3.1.1 篩選機構傳動效率分析 - 15 -
3.1.2 篩選機構的電機選擇 - 15 -
3.2 減速機傳動比及運動參數(shù)的確定 - 16 -
3.2.1確定各級傳動比 - 16 -
3.2.2 確定各軸的功率 - 16 -
3.2.3確定各軸的輸入功率 - 17 -
3.2.4各軸的輸入轉矩 - 17 -
第四章 篩選機構傳動部件的設計 - 19 -
4.1 減速機的設計 - 19 -
4.1.1高速級及中間軸齒輪的設計及校核 - 19 -
4.1.2 低速級齒輪的設計及校核 - 23 -
4.2 帶傳動的設計 - 28 -
第五章 紅棗分級機其他機構的設計以及模型的建立 - 30 -
5.1 SolidWorks軟件介紹 - 30 -
5.1.1 SolidWorks背景 - 30 -
5.1.2 SolidWorks軟件建模途徑 - 31 -
5.2 進料斗的設計 - 32 -
5.3 進料網帶機構的設計 - 33 -
5.4 篩選機構機架的設計 - 33 -
5.5 篩選機構主軸的設計 - 34 -
5.6 篩選機構出料斗的設計 - 34 -
5.7 出料網帶機構設計 - 35 -
5.8 整機模式的設計 - 36 -
結 論 - 37 -
致 謝 - 38 -
參考文獻 - 39 -
第一章 緒論
1.1 課題研究背景
紅棗，又名大棗。自古以來就被列為“五果”(桃、李、梅、杏、棗)之一，歷史悠久。大棗最突出的特點是維生素含量高。在國外的一項臨床研究顯示：連續(xù)吃大棗的病人，健康恢復比單純吃維生素藥劑快3倍以上。因此，大棗就有了“天然維生素丸”的美譽。紅棗為溫帶作物，適應性強。紅棗素有“鐵桿莊稼”之稱，具有耐旱、耐澇的特性，是發(fā)展節(jié)水型林果業(yè)的首選良種．近些年紅棗價格年年攀升，紅棗產業(yè)在一些地區(qū)有了較快的發(fā)展，對帶動地區(qū)經濟增長，尤其在帶動農牧民增收上起到了重要作用。
當前，棗產業(yè)正處于蓬勃發(fā)展階段。從全球角度來看，中國棗產業(yè)的超強地位進一步得到鞏固。近年來，我國棗樹面積和產量每年都以10%以上的速度增長。據中國農業(yè)年鑒統(tǒng)計資料，2003年我國棗產量為171萬噸，估計2008年總產量可達300多萬噸，面積約150萬公頃，占全世界的99%左右。正憑借其得天獨厚的自然條件優(yōu)勢打造中國和世界上最大的優(yōu)質干棗生產基地，僅阿克蘇地區(qū)就要在3~5年內發(fā)展10萬公頃棗樹；另外，北方的鮮食棗、貯藏加工和營銷產業(yè)正在崛起!但是，近年來一些發(fā)達國家進軍我國棗產業(yè)特別是棗加工業(yè)的勢頭正在顯現(xiàn)。
的地理位置，特別是南疆的地理位置，氣候干燥，降雨量少，晝夜溫差大，光照時間長，熱量資源非常豐富，這些特殊的氣候環(huán)境都造就了紅棗的勝產。紅棗屬于耐旱作物，種植簡單，收益高又便于管理。近年來，隨著農業(yè)科技的發(fā)展和人民生活水平的提高，國內外紅棗的加工品種越來越多，人們對紅棗的的品質也有了更高的要求。但紅棗的加工工業(yè)卻沒跟上時代的步伐，紅棗的很多加工環(huán)節(jié)還是傳統(tǒng)的手工作業(yè)。其重要原因是我國紅棗采后處理加工技術和加工設備落后，而紅棗分級加工和分選是采后處理加工技術中的重要環(huán)節(jié)，這一方面制約了紅棗產業(yè)的快速發(fā)展，同時也阻礙了紅棗產品檔次的提高。為了提高紅棗的加工質量和出品等級，需要對紅棗進行嚴格的質量分級和大小的分級。目前，我國具備先進紅棗分選設備的企業(yè)很少，因此市場上銷售的紅棗大多數(shù)依靠機械配合人工的方式實現(xiàn)分選。人工分選的主要缺點是：勞動量大、生產率低而且分選精度不穩(wěn)定；紅棗分選難以實現(xiàn)快速、準確和無損壞制約了紅棗產業(yè)的發(fā)展。因此實行紅棗智能分選機機械化作業(yè)是紅棗發(fā)展的一種必然趨勢。利用智能機械化作業(yè)來分選紅棗大大提高了紅棗產品的質量、降低了人工分選作業(yè)的勞動強度和提高了生產率分選精度。
1.2 紅棗分級設備國內外研究現(xiàn)狀
1.2.1 國外研究現(xiàn)狀
國外公司較早開始對水果自動分級技術進行研究并將研究成果產品化，意大利、日本和美國是果品分級分選設備研究的倡導者，目前來看，歐洲果品分級分選設備的研究集中在果品分級生產線的研制；美國和亞洲的日本、韓國則是著重研究尖端的分級分選技術，比如核磁共振成像分級、內部品質檢測分級，如成熟度分級等。 我國對智能化程度較高的果品分選機的研制尚處于起步階段，對水果品質檢測及自動分級研究時間不長，國內目前能生產的水果分級設備基本還限于機械分級階段，主要進行大小、重量的分級，自動分級設備基本還處于實驗室研發(fā)階段。我國水果質量檢測中使用的水果品質自動檢測生產線多為進口設備，由于引進設備操作較為復雜，設備成本較高，且這種進口設備是針對大農場生產所設計的，在我國小農戶生產方式的農產品的檢測中并不實用。
1.2.2 國內研究現(xiàn)狀
我國水果檢測與分選的手段相對落后， 水果分級目前仍主要由人工完成。 人工分級是憑人的視覺判斷， 按果實的大小將產品分為若干級。 用人工分級的方法， 不但勞動量大、 生產率低， 而分級標準難以實現(xiàn)、 分級精度不穩(wěn)定， 主要是因為分級級別標準容易受人心理因素的影響， 長時間用眼， 會造成疲勞及情緒的不穩(wěn)定， 從而造成分級誤差的波動， 使分級精度下降。 國內目前能生產的水果分級設備基本還限于機械式分級階段，主要進行大小、重量的分級。
我國的水果品質檢測研究始于 20 世紀 90 年代，僅停留在外部的品質檢測上， 且遠沒達到實時檢測分級的水平。國內學者對基于機器視覺的水果自動分級技術的研究， 主要集中于軟件算法上，即研究水果圖像的獲取、 圖像處理、 分析等， 而水果位置的確定、缺陷的查找、 分類等工作均需要計算機完成。 由于計算機需要完成所有工作且受硬件條件的限制，分級精度、 速度等均存在很大問題， 不能滿足實時處理的需要。進口國外成套分選設備，價格昂貴，不適合我國國情和經濟發(fā)展需求。因此， 借鑒國外果品檢測分選先進技術， 結合我國國情和果品生產特點，自主研發(fā)水果自動檢測分級設備，對提高我國水果自動分級技術水平和果品國際競爭力具有重要意義。
1.3紅棗分級設備的分類
市面上比較常見紅棗分級機大概有如下幾種：
1.3.1滾筒式分級機
目前滾筒式分級設備的滾筒形式主要有兩種：一種是板式沖孔滾筒。即薄鋼板沖孔后卷成圓柱形或圓臺形，孔為圓孔或長圓孔，排列方式多為正三角形排列或整齊的交錯孔排列。由于這種篩面光滑平整，棗在篩面上容易滾動，易產生嚴重級，影響分級質量。另一種是柵條式滾筒。柵條式滾筒按照實現(xiàn)紅棗在滾筒內軸向移動方式的不同，又可以分為 2 種：一種是柵條滾筒軸線與地面呈一定夾角，紅棗根據自身重力由高向低移動；另一種是沿滾筒內壁焊接有螺旋形式的窄葉片（圖1.1所示在滾筒轉動過程中，窄葉片能夠起到攪龍的作用，輔助紅棗軸向移動。
圖1.1滾筒式分級機
1.3.2 滾杠式分級機
滾杠式分級設備在現(xiàn)行紅棗分級設備中是種類比較多的一類機型。按照滾杠排列形式的不同，可以將此類設備分為以下幾種：多層嵌套式、雙滾杠式和單層滾杠式。2007 年，江蘇揚州福爾喜果蔬機械有限公司發(fā)明了水果滾杠分選機，該機包括傳輸鏈條、鏈條導條、轉動摩擦條和托管組件，其特征是托管組件的兩托管之間設有隔套，隔套穿套在托管上，如圖1.2 所示。通過在兩托管之間設隔套，使得相鄰兩托管之間間距保持基本衡定的尺寸。工作時，兩組平行同步鏈條沿著鏈條導條帶動托管組件移動，在移動的同時，托管組件在轉動摩擦條的作用下繞鏈條伸出的銷軸轉動，在限距隔套與托管組件上水果的共同作用下使托管一邊移動，一邊進行間距不變的轉動，從而帶動水果轉動，使尺寸小于托管最小間距的水果從相鄰托管間隙之間漏下，提高分級質量。
圖1.2滾杠式分級機
1.3.3 離心式紅棗分級機
離心式紅棗分級機是利用離心原理，根據紅棗質量的不同，在高速離心力的作用下，紅棗能按質量不同，從各出口排出，從而達到分級的目標。該機構主要由螺旋槽、機架、出料收集槽、傳動機構等組成。初步設定將紅棗分為三級，螺旋槽壁有一傾斜角，紅棗在高速離心力作用下沿螺旋槽內壁旋轉，相對螺旋槽壁靜止，并且靠離心力對螺旋槽內壁產生的摩擦力克服自身重力，隨螺旋槽旋轉做螺旋線運動。在相同轉速下，質量大的紅棗受到的離心力大，先于質量小的紅棗移動到上層，質量小的紅棗因為受到的離心力小無法擠到上層，因而?分布在質量大的紅棗的下層，這樣，在傾斜的螺旋槽壁上，質量大的紅棗在上層，質量小的紅棗在下層。當紅棗運動到螺旋槽下面的出口時，不同質量的紅棗從不同的螺旋槽壁出口排出，同時，此時紅棗以一定的速度進入出料收集槽。出料收集槽與水平面有2度的夾角，并且出料收集槽上下面是傾角為5度的圓錐面，保證紅棗從出料斗的出口排出而不是從出料收?集槽掉下去。最終紅棗從不同出料口口排出，達到分級目的。該機的結構如圖：
圖1.3離心式分級機
1.4 本課題研究的意義
消費者對紅棗品質需求的提高和紅棗市場的開拓,給紅棗產業(yè)帶來巨大的機遇的同時也帶來了新的挑戰(zhàn)。紅棗企業(yè)要在最短時間內生產出優(yōu)質新鮮、包裝精美和標準化的產品,就要首先實現(xiàn)紅棗采后處理自動化和產品高檔化,其中的關鍵技術問題就是紅棗采后無損檢測及標準化分級。
棗果有優(yōu)劣之分,不同棗果的形狀、大小和著色程度并不完全一致,部分棗果甚至有碰傷和病蟲傷害等。不同的棗果采后混在一起既不便于貯藏和運輸,也不便于以質定價。在市場經濟高度發(fā)達的今天,異地銷售、大宗農產品交易和農產品國際貿易均離不開標準化,紅棗分級就是實現(xiàn)其商品標準化的第一步。
然而,由于我國紅棗采后處理技術水平低下,部分紅棗采后仍由人工分選,其分選過程依靠人工感官進行識別判斷。受分選者的情緒、色彩分辨力、疲勞程度和能力等條件影響,這種主觀評判效率低且誤差較大,紅棗的標準化分級難以實現(xiàn);且操作人員與棗果直接接觸,不符合食品加工生產的要求。
部分地區(qū)使用機械式紅棗分級設備,如滾筒式分選機、軸輥式分選機和重量分級機等,仍需要配合以繁重的體力勞動;此類設備僅能按尺寸大小等單一指標分級,無法滿足現(xiàn)階段對于紅棗分級的需求。同時機械式分選所帶來的棗果損傷降低了紅棗品質,使得其市場銷售價格低于應有價值,極大地損害了棗農和相關企業(yè)的利益,阻礙了我國紅棗產業(yè)的良性發(fā)展。因此,紅棗的快速無損分級己成為提高其市場競爭力的關鍵因素。
第二章 分級機的整體設計分析
2.1分級裝置設計依據
紅棗(干棗)在外觀特征上基本呈現(xiàn)圓臺形，少數(shù)呈現(xiàn)較規(guī)則的圓柱形。針對本分級機的結構特點和原理，紅棗在分級的過程中實際依據的是紅棗腰徑方向的最大尺寸。通過對大批量紅棗最大腰徑的觀察和尺寸檢測后，利用MATLAB軟件的圖像處理和曲線模擬技術對紅棗最大腰徑尺寸進行分析，可以知道紅棗的最大腰徑主要呈現(xiàn)3種特征。曲線部分即為紅棗最大腰徑截面的輪廓線。紅棗最大腰徑截面的形態(tài)特征大致可以分為以下3種：:紅棗的最大腰徑截面的長徑和短徑尺寸比較接近;紅棗的最大腰徑截面的長徑和短徑尺寸相差較大;紅棗的最大腰徑截面的長徑和短徑尺寸沒有固定的差別關系。
紅棗分級機主要是利用分級皮帶之間的間隙與紅棗腰徑的最大尺寸差來實現(xiàn)分級的。經過對大量紅棗進行實際測量得知，各種形態(tài)特征的紅棗的長短徑的范圍在10到50之間。所以將分級皮帶分為4組，第1組分級皮帶之間間隙為16mm，第2組分級皮帶之間間隙為26 mm，第3組分級皮帶之間間隙為36mm，第4組分級皮帶之間間隙為46mm，即將紅棗分為4個等級。
2.2 紅棗分級機方案的設計
結合本文的設計任務，本文打算將紅棗的分級機分為四級進行篩選，每一級篩選的出口設置有出棗漏斗和輸棗網帶，在第一級的篩選網帶前有進料漏斗和進料網帶。每一級的篩選網帶都是通過獨立的電機驅動，帶動減速機進行減速后有鏈傳動驅動后帶動篩選主軸轉動，隨之篩選皮帶會伴隨一起移動，第一級到第四級的網帶間隙會越來越大，也就是先篩選小紅棗后篩選大紅棗。本文的紅棗分級機的方案圖如示：
圖2.1 帶式紅棗分級機平面方案圖
第三章 整體動力參數(shù)的確定設計
3.1 篩選機構電機的設計選擇
3.1.1 篩選機構傳動效率分析
確定傳動方案:考慮到電機轉速高，傳動功率大，在工作中要承受輕微沖擊等實際要求，選擇帶傳動和二級圓柱斜齒輪減速器。
傳動裝置的總效率:
==0.97×0.97×0.984×0.96=0.83314；
為聯(lián)軸器的效率，為高速軸齒輪的效率，
為高速軸承的效率，為第二對軸承的效率，
為第三對軸承的效率，為第四對軸承的效率，為V帶的效率(齒輪為9級精度，油脂因是薄壁防護罩，采用半開式效率計算)。
3.1.2 篩選機構的電機選擇
電動機所需工作功率為:
（6-1）
：工作裝置的功率；：總效率；
執(zhí)行機構的轉速n為80-200r/min
根據容量和轉速，由設計手冊查出的電動機型號，因此有以下三種傳動比選擇方案，如下：
表2.1電動機型號
方案
電動機型號
額定功率kw
同步轉速r/min
滿載轉速r/min
電動機質量kg
參考價格
傳動裝置傳動比
1
Y112M-2
4
3000
2890
45
5.00
22.40
2
Y112M-4
4
1500
1430
43
3.48
20.42
3
Y132M1-6
4
1000
960
73
2.22
13.61
本設計選用的電動機型號為Y112M-4。
3.2 減速機傳動比及運動參數(shù)的確定
3.2.1確定各級傳動比
1. 滾筒轉速的確定
===99.36r/min
2. 計算總傳動比
＝＝＝14.39
3.分配傳動比
取1.4
則=4.5
所以中間軸的轉速
==4.5×1430r/min=457.6r/min
3.2.2 確定各軸的功率
電動機軸的轉速nd=1430r/min
1. 輸入軸Ⅰ的轉速
n1=1430r/min
2 .中間軸Ⅱ的轉速
n2=5.54×1430r/min=457.6r/min
3.輸出軸的轉速
99.36r/min
3.2.3確定各軸的輸入功率
1.電動機軸的輸出功率為
Pd=3 kW
2.輸入軸Ⅰ的功率
P1=Pdη1ηⅠⅡ=3×0.98×0.995×0.97=2.84 kW
3.中間軸Ⅱ的功率
P2= P1ηⅡηⅡⅢ=2.84×0.995×0.97=2.74 kW
4.輸出軸的功率
P3= PⅡηⅢ=2.84×0.995=2.72kW
5.皮帶軸的功率
P卷= P3η2ηⅣηw=2.72×0.98×0.995×0.94=2.20kW
3.2.4各軸的輸入轉矩
1.電動機軸的實際輸出轉矩為
＝9550×N·m＝9550× N·m＝20034.69 N·mm
2.高速軸的轉矩
＝9550×＝9550× N·m＝19325.42 N·mm
3.中間軸的轉矩
＝9550×＝9550×N·m＝57162.26N·mm
4.輸出軸的轉矩
＝9550×＝9550× N·m＝398477.14 N·m
5.卷筒的轉矩
T卷=9550× =9550× N·m=365.57225 N·m
第四章 篩選機構傳動部件的設計
4.1 減速機的設計
4.1.1高速級及中間軸齒輪的設計及校核
一.選擇齒輪的精度等級材料和齒數(shù)
1. 材料及熱處理
查參考資料［2］表10-1選小齒輪的材料均為40Gr,并經調制處理及表面淬火后齒面硬度為48-55HRC。
2.查參考資料［1］表10-4選用7級精度
3.選小齒輪的齒數(shù)為Z1=22，則大齒輪齒數(shù)=22×4.5=99
4.為提高齒輪傳動的平穩(wěn)性和承載能力選用斜齒輪傳動，初選螺旋角β=
一.按齒面接觸強度設計
按查參考資料［2］式（10-21）計算，即
1.確定公式內的各計算數(shù)值
1）試選載荷系數(shù)=1.6。
2）查參考資料［2］圖10-30選取區(qū)域系數(shù)=2.425
3）查參考資料［2］圖10-6選取材料的彈性系數(shù)=189.8
4）查參考資料［2］圖10-26查得=0.75，=0.895，則1.645。
5）由于兩齒輪均采用硬齒面，故選稍小的齒寬系數(shù)查參考資料［2］表10-7選取齒寬系數(shù)=1.0
6）查參考資料［2］圖10-21d按齒面硬度查得大小齒輪的接觸疲勞強度極限=1100 MPa，大齒輪的接觸疲勞強度極限=550 MPa。
7）查參考資料［2］式10-13計算應力循環(huán)次數(shù)。
=6014301（836510）=2.50×109
=4.52×108
查參考資料［2］圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)=0.91，=0.955。
8）計算接觸疲勞許用應力。
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，查參考資料［2］式（10-12）得
=0.881100=968
=0.9661100=525.25
==535.6
9)第三章已求得=57162.26N·m
2.計算
1)試算高速級齒輪分度圓直徑，由計算公式得
=21.19mm
2）計算圓周速度
==1.59 m/s
3)計算齒寬b及模數(shù)。
b==0.821.19=16.95 mm
===0.93mm
h=2.25mnt=2.250.93=1.49mm
==8.06
4)計算縱向重合度。
=0.318=0.318×0.822tan15=1.49
5)計算載荷系數(shù)K。
根據v=1.59m/s，7級精度，由參考資料［2］圖 10-8查得動載系數(shù)=1.05；參考資料
［2］表10-3查得=1.2使用系數(shù)=1；由參考資料［2］表10-4中的硬齒面齒輪欄查得小齒輪相對支撐（非對稱布置，7級精度）用插值法求得=1.270； 故載荷系數(shù)
K==11.051.21.27=1.6014
另由圖10-3查得=1.18
6）按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由查參考資料［2］式（10—10a）得
==25.4=25.8 mm
7）計算模數(shù)mn。
mn==1.005 mm
三.按齒根彎曲強度設計
由參考資料［2］式（10—17）計算
mn
1.確定計算參數(shù)
1）計算載荷系數(shù)
K==11.051.21.18=1.4868
2）根據縱向重合度=1.4996，由參考資料［2］圖10-28查得螺旋角影響系數(shù)=0.85
3)計算當量齒數(shù)
===24.9
===105.3
4）查取齒型系數(shù)
由參考資料［2］表10-5查得齒形系數(shù)YFa1=2.75； YFa2=2.165。
5）查取應力校正系數(shù)
由參考資料［2］表10-5查得Ysa1=1.5725； Ysa2=1.815
6）由參考資料［2］圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限等于大齒輪的彎曲強度極限= =620MPa
7） 由參考資料［2］圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.82； KFN2=0.88。
8）計算彎曲疲勞許用應力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.2，由參考資料［2］式（10-12）得
==423.67 MPa
==454.67 MPa
9）計算大、小齒輪的并加以比較
=
=
比較可以看出小齒輪的數(shù)值大。
2.計算
mm
對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù)mn大于由齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數(shù)，取mn=1.0 mm，已可滿足彎曲強度。但為了同時滿足接觸疲勞強度，需按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑 d1=22.72mm來計算應有的齒數(shù)。于是有
取Z1=29，則大齒輪齒數(shù)，為使大小齒輪齒數(shù)互質，取Z2=131
這樣設計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結構緊湊，避免浪費。
四.幾何尺寸計算
1.計算中心距
mm
將中心距圓整為94 mm。
2.將圓整后的中心距修正螺旋角
因值改變不多，故參數(shù)、、ZH等不必修正。
3.計算大、小齒輪的分度圓直徑
===29.99 mm
===158.39 mm
4.計算齒輪寬度
mm
圓整后取B1=34mm；B2= 29 mm
4.1.2 低速級齒輪的設計及校核
一選擇齒輪的精度等級材料和齒數(shù)
1. 材料及熱處理
查參考資料［2］表10-1選大小齒輪的材料均為40Gr,并經調制處理及表面淬火后齒面硬度為48-55HRC
2.查參考資料［1］表10-4選用7級精度
3.第一節(jié)求得高速級和中間軸大齒輪的傳動比為==4.52,
為?？倐鲃颖葹椋?1.92，則中間軸和輸出軸之間的傳動比應為 ==3.17
選小齒輪的齒數(shù)為Z3=30，則大齒輪齒數(shù)=30×4.01=120.30
4.為提高齒輪傳動的平穩(wěn)性和承載能力選用斜齒輪傳動，初選螺旋角β=
二.按齒面接觸強度設計
按查參考資料［2］式（10-21）試算，即
1.確定公式內的各計算數(shù)值
1）試選載荷系數(shù)KT=1.3。
2）查參考資料［2］圖10-30選取區(qū)域系數(shù)ZH=2.433。
3）查參考資料［2］圖10-6選取材料的彈性系數(shù)ZE=189.8
4）查參考資料［2］圖10-26查得=0.8，=0.90，則1.7
5）由于兩齒輪均采用硬齒面，故選稍小的齒寬系數(shù)查參考資料［2］表10-7選取齒寬系數(shù)=0.8
6）查參考資料［2］圖10-21d按齒面硬度查大小齒輪的接觸疲勞強度極限等于齒輪的接觸疲勞強度極限即==1100 MPa
7）查參考資料［2］式10-13計算應力循環(huán)次數(shù)。
=60457.61（836510）=4.52×109
=1.14×109
查參考資料［2］圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)KHN3=0.93，KHN4=0.915。
8）計算接觸疲勞許用應力。
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由查參考資料［2］式（10-12）得
=0.931100=1023
=0.951100=1045
==1034
9)第三章已求得T2=57162.26 N·mm
2.計算
1)試算高速級齒輪分度圓直徑d3t，由計算公式得
=36.51mm
2）計算圓周速度。
=m/s=0.50 m/s
3) 計算齒寬b及模數(shù)。
b==0.836.51=29.21 mm
===1.21mm
h=2.25mnt=2.251.21=2.64mm
==11.04
4)計算縱向重合度。
=0.318=0.318×0.830tan15=2.04
5)計算載荷系數(shù)K。
根據v=0.50m/s，7級精度，由參考資料［2］圖 10-8查得動載系數(shù)KV=1.008；參考資料［2］表10-3查得KHa=KFα=1.2使用系數(shù)KA=1；由參考資料［2］表10-4中的硬齒面齒輪欄查得小齒輪相對支撐（非對稱布置，7級精度）用差值法求得=1.279；
故載荷系數(shù) K==11.0081.21.279=1.547
另由圖10-3查得KFβ=1.19
6）按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由參考資料［2］式（10—10a）得
==36.51=38.69 mm
7)計算模數(shù)mn
mn==1.28 mm
三.按齒根彎曲強度設計
由參考資料［2］式（10—17）計算
≥
1.確定計算參數(shù)
1）計算載荷系數(shù)
K==11.081.21.19=1.439
2）根據縱向重合度=1.499，由參考資料［2］圖10-28查得螺旋角影響系數(shù)=2.045
3)計算當量齒數(shù)
===33.29
===106.5
4）查取齒型系數(shù)
由參考資料［2］表10-5查得齒形系數(shù)YFa3=2.52； YFa4=2.175
5）查取應力校正系數(shù)
由參考資料［2］表10-5查得Ysa3=1.625； Ysa4=1.81
6）由參考資料［2］圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限等于大即=620MPa
7）由參考資料［2］圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN3=0.89； KFN4=0.91；
8）計算彎曲疲勞許用應力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.2，由參考資料［2］式（10-12）得
==459.83MPa
==470.17 MPa
9）計算大、小齒輪的并加以比較
=
=
中間軸小齒輪的數(shù)值大。
2.設計計算
對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù)mn小于由齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數(shù)，取mn=1.5 mm，已可滿足彎曲強度,但為了 同時滿足接觸疲勞強度，需按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑 d3=38.69mm來計算應有的齒數(shù)。于是有
取Z3=29，則大齒輪齒數(shù)
=3.18×29=92.8
為使大小齒輪齒數(shù)互質，取Z4=93
這樣設計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結構緊湊，避免浪費。
四.幾何尺寸計算
1.計算中心距
mm
將中心矩圓整到94mm
2）將圓整后的中心距修正螺旋角
因值改變不多，故參數(shù)、、ZH等不必修正。
3）計算大、小齒輪的分度圓直徑
===45.13 mm
===181.79 mm
4）計算齒輪寬度
36.12 mm
圓整后取B3=42mm；B4= 37 mm。
4.2 帶傳動的設計
在本文的研究設計中，皮帶僅僅是將減速機的運動形式傳遞給篩選的主軸機構，其傳動比為1，即兩個帶輪的大小直徑是相同的。具體的結構見模型三維圖。
1、確定設計功率
設計功率是根據需要傳遞的名義功率、載荷性質、原動機類型和每天連續(xù)工作的時間長短等因素共同確定的，表達式如下：
式中 ——需要傳遞的名義功率
——工作情況系數(shù)，按參考文獻[1]表5.7工作情況系數(shù)選取=1.2；
考慮到本裝置的工作環(huán)境，值不變
所以
2、選擇帶的型號
查看參考文獻[1]圖5.17可選取A型帶。
3、確定帶輪的基準直徑
查參考文獻[1]表5.8. V帶帶輪最小基準直徑知A型帶=75mm,又由參考文獻[1]表5.4選取
帶輪1基準直徑：；
帶輪2基準直徑：由于僅僅傳遞運動形式，故其直徑也是125mm
4、驗算帶的速度
式中 n主帶輪轉速；
——小帶輪基準直徑；
即v=6.15m/s< =25m/s,符合要求。
5、確定中心距a和V帶基準長度
根據：初步確定中心距
0.7（100+224）=262.5 2（100+224）=750;
考慮到應使結構緊湊，選取中心距=350mm
初算帶的基準長度：
式中 ——帶的標準基準長度；
——帶的初算基準長度；
——初選中心距；
查參考文獻[1]表5.2普通帶基準長度及長度系數(shù)確定
帶的基準長度=1400mm；
6、計算小輪包角
由于僅僅傳遞運動形式，故包角大小為180度。
第五章 紅棗分級機其他機構的設計以及模型的建立
5.1 SolidWorks軟件介紹
5.1.1 SolidWorks背景
SolidWorks軟件是世界上第一個基于Windows開發(fā)的三維CAD系統(tǒng)，由于技術創(chuàng)新符合CAD技術的發(fā)展潮流和趨勢，SolidWorks公司于兩年間成為CAD/CAM產業(yè)中獲利最高的公司。良好的財務狀況和用戶支持使得SolidWorks每年都有數(shù)十乃至數(shù)百項的技術創(chuàng)新，公司也獲得了很多榮譽。該系統(tǒng)在1995-1999年獲得全球微機平臺CAD系統(tǒng)評比第一名；從1995年至今，已經累計獲得十七項國際大獎，其中僅從1999年起，美國權威的CAD專業(yè)雜志CADENCE連續(xù)4年授予SolidWorks最佳編輯獎，以表彰SolidWorks的創(chuàng)新、活力和簡明。至此，SolidWorks所遵循的易用、穩(wěn)定和創(chuàng)新三大原則得到了全面的落實和證明，使用它，設計師大大縮短了設計時間，產品快速、高效地投向了市場。
Solidworks軟件功能強大，組件繁多。 Solidworks有功能強大、易學易用和技術創(chuàng)新三大特點，這使得SolidWorks 成為領先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設計方案、減少設計過程中的錯誤以及提高產品質量。SolidWorks 不僅提供如此強大的功能，而且對每個工程師和設計者來說，操作簡單方便、易學易用。
對于熟悉微軟的Windows系統(tǒng)的用戶，基本上就可以用SolidWorks 來搞設計了。SolidWorks獨有的拖拽功能使用戶在比較短的時間內完成大型裝配設計。SolidWorks資源管理器是同Windows資源管理器一樣的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD文件。使用SolidWorks ，用戶能在比較短的時間內完成更多的工作，能夠更快地將高質量的產品投放市場。
5.1.2 SolidWorks軟件建模途徑
針對組件模型，SolidWorks有兩者建模方法，分別是自頂向下設計和自底向上設計。
1.自頂向下設計
該設計方式有力而穩(wěn)定地擴展了參數(shù)設計，使產品設計更為有效。自頂向下設計使您可以在產品組件的環(huán)境中創(chuàng)建零件，并在創(chuàng)建新零件特征時參照現(xiàn)有幾何。示意圖如下所示：
圖5.1 自頂向下設計
2. 自底向上設計
該設計方法不同于傳統(tǒng)的自底向上設計方法，在自底向上設計方法中，各個元件是獨立于組件進行設計的，然后再將這些元件組合到一起來開發(fā)頂級組件。
圖5.2自底向上設計
5.2 進料斗的設計
進料斗是整機物料進入口，通過進料斗將紅棗送入進料網帶上，進料斗的整體結構如下所示：
圖5.3 進料斗三維結構圖
5.3 進料網帶機構的設計
進料網帶主要起到進料斗和篩選機構的中間橋梁作用，將紅棗均勻的送入第一級的篩選機構當中，進料網帶機構是通過私服電機將帶動皮帶運動予以傳送，機構整體結構如下所示：
圖5.4 進料網帶機構三維結構圖
5.4 篩選機構機架的設計
篩選機構的機架的主要作用是用來支撐整個篩選機構，包括電機、減速機、帶傳動以及傳動軸等等，機架的總體結構圖如下所示：
圖5.5 篩選機構機架三維結構圖
5.5 篩選機構主軸的設計
篩選機構主軸主要用于將運動形式傳遞給篩選網帶，其總體結構圖如下所示：
圖5.6 篩選機構主軸三維結構圖
5.6 篩選機構出料斗的設計
篩選機構出料斗主要將沒級篩選出來的紅棗送到每一級的出料網帶中，其總體結構圖如下所示：
圖5.7 篩選機構出料斗三維結構圖
5.7 出料網帶機構設計
出料網帶機構是用來將每級篩選出來的紅棗送到指定的位置，其整體結構和進料網帶類似，其總體結構圖如下所示：
圖5.8 出料網帶機構的三維結構圖
5.8 整機模式的設計
圖5.9 整機三維圖
結 論
在當今的社會發(fā)展中，工農業(yè)的生產自動化程度越來越高，制造業(yè)飛速發(fā)展。特別是發(fā)達國家在這方面有為明顯，我國雖然和他們比有一定的差距，但最近幾年通過引進外資和繼續(xù)加大科研投入力度。因此，也取得了較大的發(fā)展，這種差距也在慢慢地減小。我設計的紅棗分級設備在一定程度上促進了自動化生產，降低了工人的勞動力度，提高了生產效率，可以說具有十分重要的意義。
通過資料收集、整理和設計，我設計的紅棗分級設備終于完成了。在我所設計的這段時間里，我通過對資料的搜集、查找，找到了很多對設計有用的參考資料，從而保證了設計的順利進行?？梢哉f這次設計是對我大學四年所學知識的一次綜合檢驗和全面總結，在這個過程中我學會了獨立思考、在實踐中找答案、在前人的基礎上求創(chuàng)新。通過畢業(yè)設計，使我的綜合能力大大的提高，為將來參加工作打下了堅實的基礎。
致 謝
從論文的選題到今天，論文的說明書的編寫和圖紙的繪制基本算完成了，本人心里感覺到十分的開心和釋然。在此我從心底向在論文的寫作中給我?guī)椭睦蠋熞约巴嗟耐瑢W表示由衷的感謝，在老師不厭其煩的教誨下，我才學習到了很多的知識以及書本上學不到的做事做人的道理，所以我在此特別感謝我的畢業(yè)設計導師，您不僅在學習上、論文上給與了我無私的幫助，對我的論文給與了很多的靈感，還在生活中給了我很多的照顧。所以導師是我人生的啟明燈。
同時也感謝和我同窗的大學同學，我們互相幫助互相學習，不管在學習上生活上都互相關心毫無保留，這些幫助我都十分地感謝，同時我們一起度過了人生中最難忘的階段，這也將留給我最深刻的印象，在這次畢業(yè)設計過程中，我搜索了很多文獻和資料，這讓我接觸到了許多新的理論和知識，同時我也對文獻和資料作了很多學習思考，讓我從中領悟和懂得了很多科學知識，讓我受益匪淺，最后我也通過自己的努力終于順利完成了此次畢業(yè)設計。
最后，我要感謝養(yǎng)育我這么多年的父母以及對我關心幫助的親人，正是有你們的關心與支持，讓我能夠有克服一切困難的勇氣，順利完成自己的學業(yè)。未來我將更加努力，不辜負你們的期望！
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