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屆畢業(yè)設(shè)計(jì)
青皮核桃去皮清洗機(jī)的設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
學(xué) 號(hào)
所屬學(xué)院
專 業(yè)
班 級(jí)
指導(dǎo)老師
日 期
前 言
核桃，是世界上有名的干果，它有很高的價(jià)值。青皮核桃在采摘后需要盡快脫去青皮，并清洗烘干，如不及時(shí)去青皮，青皮核桃堆積漚爛會(huì)產(chǎn)生汁液使果仁發(fā)霉腐爛，且外觀也會(huì)非常不美觀。以前采用人工去皮方式，該方式雖然效果較好，但在核桃成熟時(shí)需要大量人力，具有成本較高、效率較低、勞動(dòng)強(qiáng)度較大、生產(chǎn)不靈活等缺點(diǎn)，所以，必須由機(jī)器去皮代替人力才能滿足市場(chǎng)需求。
現(xiàn)有機(jī)械用不同原理進(jìn)行去皮及清洗，各有優(yōu)缺點(diǎn)，本課題所研究問(wèn)題即為去皮、清洗的良好結(jié)合。本課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是青皮核桃去皮清洗機(jī)的設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)的青皮核桃去皮清洗機(jī)是加工核桃的必用機(jī)械，能很大程度的提高核桃去皮的速度，且降低成本。主要通過(guò)對(duì)方案的論證比較與選擇，選擇以最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，來(lái)較優(yōu)秀的完成各項(xiàng)功能的結(jié)構(gòu)，完成對(duì)核桃去皮清洗機(jī)的總體設(shè)計(jì)，脫皮原理的設(shè)計(jì)，清洗原理的設(shè)計(jì)以及傳動(dòng)方案的選擇和各部件完美的結(jié)合等內(nèi)容。并對(duì)青皮核桃去皮清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)件、動(dòng)力原件、軸及其他零件進(jìn)行計(jì)算說(shuō)明。
關(guān)鍵詞：青皮核桃；去皮；清洗；帶傳動(dòng)
目 錄
1引言 1
1.1課題研究的意義 1
1.2國(guó)內(nèi)外青皮核桃去皮清洗機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r 1
1.3國(guó)內(nèi)外青皮核桃去皮清洗機(jī)存在的問(wèn)題 1
1.4研究的內(nèi)容和方法 2
1.5重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問(wèn)題及解決思路 2
1.6工作條件及解決方法 2
2青皮核桃去皮清洗機(jī)總體設(shè)計(jì) 3
2.1去皮、清洗的典型方法及去皮、清洗方案的選擇 3
2.2青皮核桃去皮清洗機(jī)的結(jié)構(gòu) 4
2.3青皮核桃去皮清洗機(jī)去皮原理 5
2.4青皮核桃去皮清洗機(jī)清洗原理 6
2.5青皮核桃去皮清洗機(jī)傳動(dòng)原理 8
3青皮核桃去皮清洗機(jī)去皮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8
3.1進(jìn)料機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 8
3.2撥料板斜置角度的計(jì)算 12
3.3機(jī)架的設(shè)計(jì)說(shuō)明 13
4動(dòng)力裝置的設(shè)計(jì)與選用 14
4.1電機(jī)的選擇 14
4.2傳動(dòng)比的確定 15
4.3帶輪的確定 15
5軸的校核 18
總 結(jié) 20
致 謝 21
參考文獻(xiàn) 22
大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)
1引言
1.1課題研究的意義
青皮核桃在采摘后需要盡快脫去青皮，如不及時(shí)去青皮，青皮核桃堆積漚爛會(huì)產(chǎn)生汁液使果仁發(fā)霉腐爛，且外觀也會(huì)非常不美觀。傳統(tǒng)的去皮方式既人工去皮，該方式雖然效果較好，但在核桃成熟時(shí)需要大量人力，具有成本較高、效率較低、勞動(dòng)強(qiáng)度較大、生產(chǎn)不靈活等缺點(diǎn)。且青皮汁液污染性極強(qiáng)，人工去皮即使帶膠皮手套，任然能滲透到手上腐蝕皮膚，很難洗凈[1]。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)核桃深加工產(chǎn)品的市場(chǎng)需求不斷增加，對(duì)加工產(chǎn)品的需求也越來(lái)越大。但過(guò)高的成本和低效率是核桃加工速度很慢，所以必須由機(jī)器去皮代替人力才能滿足市場(chǎng)需求。
現(xiàn)有的核桃加工機(jī)在市場(chǎng)上有單純的的剝皮機(jī)、清潔機(jī)、脫皮和清膠機(jī)。純?nèi)テぁ⑶逑礄C(jī)械效率高，效果好。但全部采購(gòu)成本較高不適合家庭小作坊購(gòu)買使用，所以復(fù)合式去皮清洗機(jī)械是大眾最實(shí)用的機(jī)械。市場(chǎng)現(xiàn)有機(jī)械有不同原理的去皮及清洗，各有優(yōu)缺點(diǎn)，本課題所研究問(wèn)題即為去皮、清洗的良好結(jié)合的一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低的機(jī)械。
1.2國(guó)內(nèi)外青皮核桃去皮清洗機(jī)發(fā)展?fàn)顩r
1.2.1國(guó)外青皮核桃去皮清洗機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀
國(guó)外類似機(jī)械，用鋼絲刷皮，用水洗核桃，對(duì)核桃去皮很有效。因各國(guó)間核桃差異較大，硬度不同，不能很好地通用。并且國(guó)外設(shè)備造價(jià)高，工藝難，難推廣[2]。
1.2.2國(guó)內(nèi)青皮核桃去皮清洗機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀
核桃去皮機(jī)械在我國(guó)的發(fā)展種類也很多，工作原理不一。第一種將核桃作用于刀刃與傳送帶之間，通過(guò)調(diào)節(jié)之間間距，讓刀刃切削核桃去皮的。這種機(jī)器效率較高[14]。第二種脫皮機(jī)將核桃置于膠輥與柵格筒之間，旋轉(zhuǎn)膠輥來(lái)擠壓，搓擦核桃使其去皮[15]。第三種脫皮機(jī)在主軸上安裝有斜置的撥桿，工作時(shí)，撥桿撥動(dòng)核桃在滾筒上摩擦或者切削來(lái)去皮。這種機(jī)器結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，制造工藝要求不高，成本較低，效率較高，非常適合農(nóng)戶及小作坊使用。而第四種刮削式核桃青皮剝離機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)在于將核桃并列成排固定，帶動(dòng)核桃旋轉(zhuǎn)，與鋼絲進(jìn)行剮蹭來(lái)去除核桃青皮。因鋼絲作用，對(duì)核桃的破殼率較低，鋼絲特有的可仿形功能使得去皮也較為充分。但各種機(jī)械都存在一定的缺陷，如供料快時(shí)，無(wú)法達(dá)到去皮效果。破殼率太高，清洗不夠干凈等[5]。
1.3國(guó)內(nèi)外青皮核桃去皮清洗機(jī)存在的問(wèn)題
我國(guó)各地種植的核桃差別也很大，皮厚及大小隨不同核桃品種而不同，使得無(wú)法研究通用性較好的去皮機(jī)械；另一方面，我國(guó)核桃種植分布在西南、西北廣大的山區(qū)，較為分散，無(wú)法集中加工。所以各地都需要一種較小型的且便宜的去皮機(jī)械，使得研究起來(lái)較為困難。
(1) 去皮率低。有些去皮機(jī)去皮不完全，剝凈率很低，加工過(guò)的核桃仍有部分小塊皮附著在上面，烘干后影響外觀，降低核桃整體品質(zhì)。
(2) 清洗不充分。因?yàn)閺?fù)合的去皮清洗機(jī)要在有限的工作長(zhǎng)度完成去皮、清洗兩步功能。在不充分計(jì)算后，布置不合理的機(jī)械會(huì)造成完全去皮的核桃清洗不夠徹底，外觀難看，影響品質(zhì)。
(3) 破殼率較高。因部分機(jī)器在數(shù)據(jù)計(jì)算時(shí)不夠精確，造成去皮是破殼較多，損失較大，導(dǎo)致不易被農(nóng)民所接受。
(4) 通用性差。我國(guó)的核桃多種植與山區(qū)，而我國(guó)山區(qū)廣泛，核桃種植的種類也較多。導(dǎo)致專門去薄皮的機(jī)器對(duì)厚皮核桃去皮不干凈，去厚皮的機(jī)器無(wú)法使用在薄皮核桃上。
(5) 成本偏高。因使用率較低，使得該類機(jī)器的制造量較少，且現(xiàn)有機(jī)器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，增加了制造成本，且復(fù)雜的結(jié)構(gòu)不易維修[9]。
1.4研究的內(nèi)容和方法
根據(jù)我國(guó)青皮核桃去皮清洗機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和存在問(wèn)題以及市場(chǎng)對(duì)青皮核桃去皮清洗機(jī)的需求及理想發(fā)展方向，設(shè)計(jì)一種較為簡(jiǎn)易有效的青皮核桃去皮清洗機(jī)。主要由去皮裝置、清洗裝置等功能性裝置，及喂入裝置、和出料裝置、淋洗裝置等輔助裝置和動(dòng)力及傳動(dòng)裝置組成。
先確定現(xiàn)有機(jī)器的類型，分析各種不同機(jī)器的不同去皮原理及結(jié)構(gòu)布局來(lái)設(shè)計(jì)新的青皮核桃去皮清洗機(jī)。使其能滿足小型作坊、及家庭的需求。既要達(dá)到合適的去皮率及清洗徹底，同時(shí)降低破殼率，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單制造成本較低等特點(diǎn)。
（1）操作簡(jiǎn)化，結(jié)構(gòu)不復(fù)雜、便于維修。
（2）去青皮率高、清洗徹底、破殼率低。
（3）可在室外、室內(nèi)、地頭等各種環(huán)境下工作，使用人工較少。
（4）價(jià)格便宜，容易普及，能滿足家庭使用的要求。
1.5重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問(wèn)題及解決思路
該機(jī)由電機(jī)輸出動(dòng)力，帶傳動(dòng)降速，青皮核桃由去皮和清洗裝置來(lái)完成去皮、清洗的工作。
（1） 選擇較合理的傳遞動(dòng)力方式，設(shè)計(jì)功能性裝置和傳動(dòng)裝置及輔助裝置。
（2）運(yùn)用Auto CAD軟件，繪制二維零件圖和裝配圖。
（3）利用Solidworks進(jìn)行虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)，完成整體和各零件的三維模型。
1.6工作條件及解決方法
坐落于塔里木河源頭阿拉爾的塔里木大學(xué)，擁有實(shí)習(xí)工廠、較大規(guī)模的土槽實(shí)驗(yàn)室、農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等，設(shè)計(jì)條件較好，為項(xiàng)目開展提供了場(chǎng)地和基本條件。我校優(yōu)良的硬件環(huán)境和先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備及雄厚的師資力量，完全可以滿足對(duì)青皮核桃去皮清洗機(jī)的設(shè)計(jì)需求。
2青皮核桃去皮清洗機(jī)的總體設(shè)計(jì)
2.1去皮、清洗的典型方法及去皮、清洗方案的選擇
2.1.1去皮的幾種典型方法
市場(chǎng)上現(xiàn)有的去皮機(jī)械多數(shù)為機(jī)械式去皮，使用比較多的方法有：
（1）切削式脫青皮機(jī)：將核桃擠壓作用于刀刃上，由刀刃對(duì)核桃進(jìn)行切削去皮，在經(jīng)過(guò)第一段粗去皮后的核桃經(jīng)過(guò)第二段時(shí)，鋼刷搓擦殘留在核桃上的青皮，最后第三段的毛刷在進(jìn)水口的壓力水配合下將核桃表面進(jìn)行深層次的清潔，將其從出料口位置推出。通過(guò)調(diào)節(jié)外筒可改變其與刀具的相對(duì)位置，從而來(lái)應(yīng)對(duì)不同大小的核桃，外筒表面設(shè)計(jì)有孔（或柵格外筒），分離的青皮從孔部掉出來(lái)[5]。
（2）滾筒式脫青皮機(jī)：其一般采用鼠籠滾桶結(jié)構(gòu)，滾筒旋轉(zhuǎn)作用下青皮核桃相互擠壓從而去皮，考慮到獲得較高的脫凈率，該機(jī)械中增加鋼刷部件。設(shè)計(jì)在滾筒上的孔槽作用是便于將去除的青皮分離。缺點(diǎn)是該機(jī)械不能完成持續(xù)進(jìn)料，經(jīng)過(guò)去皮分離的核桃青皮被滾壓成黑色粘稠狀，嚴(yán)重污染環(huán)境，并且經(jīng)過(guò)此次加工處理后的核桃殼表面還需要進(jìn)行再處理[3]。
（3）擠壓揉搓剝離式去青皮：主要對(duì)核桃進(jìn)行擠壓，使其青皮與核桃分離的去皮方法。該無(wú)法作用于核桃兩端，故兩端會(huì)去皮不凈[8]。
（4）鋼絲刷刷皮法：在工作區(qū)內(nèi)的核桃被高速旋轉(zhuǎn)緊繃的鋼絲剮蹭，以此來(lái)進(jìn)行去皮。目前鋼絲刷青皮方式主要結(jié)構(gòu)形式大致有三種：立式圓盤青皮脫離、滾筒式青皮脫離、臥式青皮脫離。該機(jī)械缺點(diǎn)是生產(chǎn)率低， 脫凈率低[12]。
2.1.2清洗的典型方法
鋼絲刷刷皮清洗法：該裝置由鋼絲刷，開有孔洞的滾筒組成。去皮后的核桃，用高壓水管噴射核桃硬殼表面，由鋼絲刷刷洗污物及青皮汁液。該方法簡(jiǎn)單有效，多種農(nóng)產(chǎn)品清洗機(jī)器都在應(yīng)用[6]。
2.1.3去皮清洗機(jī)機(jī)方案的選擇
為了實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能提出兩個(gè)方案可供選用：
方案一：用兩對(duì)四桿的撥料桿撥動(dòng)核桃在螺旋刀組成的柵筒上進(jìn)行切削、刮蹭去青皮，由鋼絲刷進(jìn)行粗清洗，洗刷進(jìn)行進(jìn)一步的清洗。其簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)容易設(shè)計(jì)和制造，性價(jià)比也較高，對(duì)機(jī)器的轉(zhuǎn)速要求不高。
方案二：采用內(nèi)置擠壓棍與柵筒作用，擠壓核桃去皮。再用內(nèi)置短刷的旋轉(zhuǎn)滾筒滾動(dòng)刷凈核桃表面。其結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，設(shè)計(jì)制造比較困難，加工工藝要求較高。
對(duì)兩方案進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)比及優(yōu)缺點(diǎn)的分析，因方案一具有較高的性價(jià)比現(xiàn)預(yù)定功能的，所以選擇方案一的撥桿環(huán)刀筒切削鋼絲刷刷凈式方案，該方案更容易滿足設(shè)計(jì)的需求。
2.2青皮核桃去皮清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)
青皮核桃去皮清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)主要由去皮、粗洗、精洗等三大功能機(jī)構(gòu)，進(jìn)料口、出料口、出雜口、淋水管等四大輔助機(jī)構(gòu)，再配置必不可少的動(dòng)力和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)組成整體。人工將青皮核桃喂入進(jìn)料口，其在撥桿撥動(dòng)下沿環(huán)切滾筒做圓周運(yùn)動(dòng)，既有自轉(zhuǎn)由于公轉(zhuǎn)，如此與環(huán)切滾筒上的刀刃作用來(lái)切除大塊青皮。退下的大塊青皮有滾筒間隙落入廢料排出口滑下排出。當(dāng)螺旋刀片之間間隙被堵塞后，滾筒上端蓋卸去四顆螺絲即可對(duì)滾筒內(nèi)部進(jìn)行清理。兩對(duì)并列的去皮撥料桿之間具有一定間隙當(dāng)喂入核桃過(guò)多時(shí)，部分核桃從間隙落下，減小撥料板所受阻力，有效防止電機(jī)過(guò)載。
1. 電機(jī) 2.張緊輪 3.主軸 4.軸承進(jìn)料口 5.進(jìn)料口6.去皮滾筒上蓋 7.粗洗滾筒 8.噴淋水管
9.精洗滾筒 10.出料口 11.機(jī)架 12.排污口13.去皮滾筒下蓋
圖1-1 外部結(jié)構(gòu)圖
14.去皮撥料組 15.鋼絲刷組件 16.精洗板組件
圖1-2 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
去完大塊青皮的核桃在具有一定角度的撥料板及具有一定螺旋線性的滾筒同時(shí)作用下，繞軸旋轉(zhuǎn)的同時(shí)向前進(jìn)給，進(jìn)入粗洗滾筒。粗洗滾筒布滿小洞，在保證核桃不落下的同時(shí)對(duì)核桃具有部分固定作用。粗洗滾筒頂部水管不斷噴灑水的同時(shí)，由四把鋼絲刷對(duì)核桃進(jìn)行刷洗，鋼絲刷的擊打作用克去除與核桃接觸表面的小塊附著青皮，起到拋光的作用。被擊打的核桃會(huì)沿滾筒面滾動(dòng)，在另一處空洞處停下由鋼絲刷涮洗另一表面，重復(fù)的刷洗打擊使得核桃各個(gè)表面青皮都去除。去除下的小塊青皮等雜物由小孔洞排入排出口，由上部清洗用水的下流沖出。四把鋼絲刷的排列與軸具有一定角度，核桃經(jīng)過(guò)一定清洗后會(huì)向前進(jìn)給，進(jìn)入精洗滾筒。在精洗滾筒中，去過(guò)青皮的核桃因鋼絲毛刷的擊打拋光，表面會(huì)粘有擊打下的粉末物。精洗滾筒內(nèi)部付有細(xì)短刷，精洗撥板上也具有細(xì)刷。核桃在進(jìn)入精洗滾筒后由精洗板波動(dòng)在滾筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)，與兩側(cè)毛刷摩擦，同時(shí)頂部水管碰水，使得核桃表面徹底洗凈細(xì)小的粉末狀雜物在水的沖刷下有滾筒底部的小孔洞流入廢料排出口。旋轉(zhuǎn)的核桃具有較高的離心力，始終會(huì)貼在滾筒內(nèi)壁進(jìn)行刷洗。同樣具有一定角度的精洗板會(huì)將洗凈的核桃繼續(xù)向前進(jìn)給，有出料口排出，完成去皮、清洗的工作，得到產(chǎn)品。這樣不斷的以一定速度喂入青皮核桃，對(duì)核桃進(jìn)行連續(xù)的去皮清洗。所有的廢料由排料口排出，可用不同方法進(jìn)行收集，方便簡(jiǎn)單。本機(jī)器適用于家庭及小型作坊，操作方便，維修簡(jiǎn)單，成本較低，省時(shí)省力。
圖1-3 青皮核桃去皮清洗機(jī)整機(jī)的設(shè)計(jì)
2.3青皮核桃去皮清洗機(jī)去皮原理
青皮核桃落入去皮滾筒中，程單層由撥料桿波動(dòng)，由相對(duì)靜態(tài)在撥料板的作用下加速至撥料板的線速度，此過(guò)程為加速階段。青皮核桃離心力不斷加大，核桃相對(duì)刀桶既有滑動(dòng)又有滾動(dòng)[16]。當(dāng)核桃速度達(dá)到撥料板線速度時(shí)，由撥料板與螺旋刀的相對(duì)位置作用，撥料板對(duì)核桃的作用力F1擠壓核桃，使刀面嵌入青皮中，核桃繼續(xù)隨撥料板運(yùn)動(dòng)。此時(shí)既有滾動(dòng)由有滑動(dòng)。且嵌入青皮的刀刃會(huì)給核桃較大阻力F2，核桃受切向力F3及此阻力F2作用，會(huì)使核桃達(dá)到一定速度的滾動(dòng)，將青皮切割剜下。期間均勻排列的滾刀會(huì)不斷嵌入青皮，將青皮不斷剜下。受進(jìn)給力作用向前運(yùn)動(dòng)到第一級(jí)撥料板末端時(shí)，核桃會(huì)從中間間隙落下，落入第二級(jí)撥料板的出時(shí)端，更換一方向繼續(xù)去青皮。
圖2-1 去皮初始階段 圖2-2 去皮第一階段
圖2-3 去皮第二階段 圖2-4 去皮第三階段
2.4青皮核桃去皮清洗機(jī)清洗原理
核桃在去完大塊青皮進(jìn)入粗洗滾筒時(shí)，會(huì)有部分小塊青皮附著于核桃表面，在粗洗滾筒壁上開大小可將核桃固定接受鋼絲刷擊打刷洗的空洞，且該洞的大小不能將核桃落下，也不能阻礙核桃被鋼絲刷擊打時(shí)核桃的運(yùn)動(dòng)，同時(shí)要將被刷下雜物排出。斜置的鋼絲刷起到刷洗及給予核桃軸向進(jìn)給力的作用，核桃不停被刷洗擊打，達(dá)到一定高度滾下，不斷換面，以達(dá)到每個(gè)表面都被刷洗干凈。如圖2-5所示。
(a) (b)
(c) (d)
圖2-5 粗洗工作原理圖
當(dāng)粗洗完成后，核桃進(jìn)入精洗滾筒，噴淋水管不斷噴灑干凈水，由斜置的精洗板撥動(dòng)核桃在精洗滾筒內(nèi)沿內(nèi)壁滾動(dòng)，且自身滾動(dòng)受精洗板及滾筒內(nèi)壁毛刷刷洗掉顆粒狀附著物，達(dá)到所需干凈程度從出料口排出，如圖2-6所示。
圖2-6 精洗原理示意圖
2.5青皮核桃去皮清洗機(jī)傳動(dòng)原理
傳動(dòng)部分由電機(jī)、帶輪、張緊輪組成，選用經(jīng)濟(jì)實(shí)用的電機(jī)。帶傳動(dòng)具有在結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)、造價(jià)方面的多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)結(jié)，比較適合用于農(nóng)業(yè)機(jī)械，故優(yōu)先選用帶傳動(dòng)。青皮核桃去皮清洗機(jī)的傳動(dòng)由電機(jī)帶動(dòng)皮帶輪進(jìn)行相應(yīng)的減速，將較慢的轉(zhuǎn)速傳遞到主軸，再由主軸帶動(dòng)軸上組件來(lái)進(jìn)行去皮清洗的一系列工作。
1.軸上皮帶輪 2.張緊輪裝置 3.電機(jī)上皮帶輪
圖2-7 青皮核桃去皮清洗機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)圖
3青皮核桃去皮清洗機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1撥料板斜置角度的計(jì)算
核桃脫皮的質(zhì)量受很多方面的影響，首先是核桃的青皮厚度、水分、形狀、核桃大小等因素。核桃較圓而青皮較薄，青皮含水量較少成熟度較高的核桃去皮容易。而青皮較厚，青皮含水量較多尚未成熟的核桃，青皮對(duì)核桃硬殼的附著較強(qiáng)，不易脫下大塊的青皮，且留在核桃表面的小塊青皮雜物較多，加大粗洗的工作量?，F(xiàn)有數(shù)據(jù)表明，不同采收期對(duì)核桃去青皮效果的影響較為顯著。現(xiàn)有數(shù)據(jù)表明，當(dāng)核桃青皮含水率控制時(shí)更容易去皮[11]。影響核桃去皮率的因素還有核桃在去皮滾筒內(nèi)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，既撥料板的斜置角度。
圖3-1 不同采收期對(duì)核桃去青皮效果的影響[11]
我國(guó)各地種植的核桃由于品種不同而差異較大，各種核桃間具有尺寸和皮厚的差異，相同的核桃也會(huì)有不同大小。我們可以把去皮前后的核桃都近似看成球體來(lái)方便研究，對(duì)我們學(xué)校周邊常見的幾種核桃進(jìn)行樣品采集，通過(guò)測(cè)量以下三個(gè)品種的核桃外形尺寸，得出青皮核桃和硬殼核桃的直徑見表3-2。
表3-1 核桃近似球體直徑尺寸 （d/mm）
樣品號(hào)
溫185
新新2
扎343
青皮核桃
硬皮核桃
青皮核桃
硬皮核桃
青皮核桃
硬皮核桃
1
55.1
39.8
49.1
36
57.1
38.8
2
51.7
38.3
48.7
35.5
56.8
38.3
3
54.6
39.2
49.7
36.6
57.6
39.2
由表3-2得青皮的平均尺寸如下：
青皮核桃的平均直徑d1為：
硬殼核桃的平均直徑d2為：
青皮平均厚度b1=7.7mm：
則：青皮核桃平均體積V1為：
（3-1）
式中：
V1—青皮核桃平均體積（mm）；
r—青皮核桃平均半徑（mm）；
硬殼核桃平均體積V2為：
青皮平均體積V3為：
（3-2）
青皮在每把滾刀上去除體積為：
將被切下青皮每個(gè)面都近似看為平面，則切下青皮可看成兩個(gè)四棱錐體的組合體。如圖3-1所示。
圖 3-2 青皮切塊近似圖
則所切青皮塊體積為此兩四棱錐體體積之和。
切刀為斜置15°，青皮厚度d1=7.7mm。
每圈去除青皮量V4為：每刀去皮量刀數(shù)
（3-3)
式中：
n1—核桃在滾筒內(nèi)最小切割圈數(shù)；
V3—青皮平均體積；
V4—每圈去除青皮量；
去皮滾筒對(duì)核桃的有效去皮長(zhǎng)度為l2=1000mm，則每圈需軸向進(jìn)給距離l2為167mm。
主軸所需工作轉(zhuǎn)速為N=180r/min，軸向進(jìn)給速度vy=N×l2=501mm/s。
對(duì)置撥料板及連桿有效直徑已知為；有效周長(zhǎng)為：
（3-4)
式中：
l3—滾筒有效周長(zhǎng)（mm）；
π—圓周率（取3.14）；
d3—撥料桿有效直徑（mm）；
（3-5)
式中：
vx—核桃在滾筒內(nèi)線速度（mm/s）；
l3—滾筒有效周長(zhǎng)（mm）；
N—主軸所需工作轉(zhuǎn)速（r/min）
核桃在滾筒內(nèi)的運(yùn)動(dòng)如圖 3-2所示
圖3-3 核桃運(yùn)動(dòng)分析
（3-14）
為保證核桃能在去皮滾筒內(nèi)有效的去除青皮，去皮撥料板的斜置角度最大為，該機(jī)設(shè)計(jì)為，在有效工作范圍內(nèi)。
3.2進(jìn)料機(jī)構(gòu)
為方便物料的輸入，通常將料斗設(shè)計(jì)成上大下小的四棱柱型，以充分利用物料的自有重力使物料連續(xù)下落。喂料斗底部連接一小段垂直引導(dǎo)板，有效阻隔核桃從進(jìn)料口與螺旋刀桶之間的間隙滾出，或避免核桃旋轉(zhuǎn)到連接處時(shí)卡主。進(jìn)料口固定在機(jī)架上，方便拆卸切穩(wěn)固。因喂料自由下流，且原料形狀為球體，故淌板角度不用過(guò)大，淌板與垂直線程30°角即可。這樣使得青皮核桃垂直落入滾筒內(nèi)，重力G作用下使得核桃撞擊到底部刀刃，刀刃自然嵌入青皮中，撥料板接觸到核桃時(shí)，瞬間的擊打會(huì)使核桃皮對(duì)核桃的附著不在那么緊固，易于削下大塊青皮。使核桃皮對(duì)核桃的附著不在那么緊固，易于削下大塊青皮。正常工作下對(duì)生產(chǎn)率的需求為Q=600kg/h，設(shè)計(jì)進(jìn)料斗出口尺寸，設(shè)核桃連續(xù)喂入，且將核桃近似為球體[12]。
已知青皮核桃平均直徑為d1=53.38mm，則核桃從進(jìn)入進(jìn)料口到排出進(jìn)料斗的時(shí)間為：
（3-15）
推出：
（3-16）
因此，核桃生產(chǎn)率：
（3-17）
其中上式中：
Q—核桃生產(chǎn)率（kg/h）；
a—料斗出口寬度（m）；
b—料斗出口長(zhǎng)度（m）；
Ψ—物料填充系數(shù)，一般為0.3-0.4；
r—青皮核桃半徑（m）；
t—核桃從進(jìn)入料斗到排出料斗時(shí)間（s）；
k—核桃平均質(zhì)量（kg）；
帶入數(shù)據(jù)得：
計(jì)算得：
，取，。
圖 3-4 料斗示意圖
3.3機(jī)架的設(shè)計(jì)說(shuō)明
機(jī)架的作用是支撐轉(zhuǎn)軸、滾筒、動(dòng)力及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的載體，與各零部件的尺寸息息相關(guān)，為均勻的承受壓力，各桿件的位置必須設(shè)計(jì)合理，為青皮核桃漆皮清洗機(jī)的工作提供基礎(chǔ)。機(jī)架由20×20mm、20×60mm方鋼焊接而成。如圖3-4。
通過(guò)對(duì)整機(jī)結(jié)構(gòu)的合理化安排，確定機(jī)架尺寸為：
總長(zhǎng)：2600mm 總寬：900mm 總高：1440mm
圖3- 5 機(jī)架圖
4動(dòng)力裝置的設(shè)計(jì)與選用
4.1電機(jī)的選擇
由機(jī)器工作中對(duì)動(dòng)力和功率的需求來(lái)對(duì)電機(jī)進(jìn)行選取。 對(duì)現(xiàn)有研究數(shù)據(jù)及相關(guān)資料進(jìn)行查閱及以上計(jì)算得，青皮核桃平均質(zhì)量k=0.06kg，去皮撥桿組件沒兩個(gè)撥料板的有效距離為0.4m。單個(gè)核桃去皮所需力為30N。取理想情況，進(jìn)行近似計(jì)算，根據(jù)動(dòng)能定理，則有：
（4-1）
（4-2）
其中上式中：
k—個(gè)青皮核桃的質(zhì)量（kg）；
v—撥料板線速度（m/s）；
n—撥料板轉(zhuǎn)速（m/s）；
D—撥料組件直徑（m）；
F—刀片對(duì)青皮的切割力（N）；
△S一青皮核桃受到切割的相對(duì)位移（m）；
根據(jù)去皮條件：去皮力＜F＜破殼力
得去皮所需轉(zhuǎn)速為160r/min~230r/min，取主軸轉(zhuǎn)速為180r/min
由此單個(gè)核桃去青皮所需功率為：
（4-3）
由公式4-2可得撥料板的線速度為：
（4-4）
所以由公式4-3得單個(gè)核桃去青皮所需功率為：
核桃青皮剝離機(jī)清洗參考，生產(chǎn)效率為：600kg/h,可以得出該脫青皮機(jī)每秒可脫凈0.17kg核桃，所需去皮總功率為：
（4-5）
因該機(jī)有去皮、粗洗、精洗三部，且去皮所用功率遠(yuǎn)大于清洗所用功率，為保證機(jī)器正常運(yùn)行，總功率視為三倍去皮功率：
（4-6）
查閱相關(guān)資料可得出V帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比范圍為4～6，所以電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的合理范圍為：
（4-7）
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第4版得型號(hào)為Y100L-6的電機(jī)符合此條件，其主要性能如下表4-1所示：
表4-1 電機(jī)參數(shù)
電機(jī)型號(hào)
額定功率（kw）
滿載轉(zhuǎn)速（r/min）
同步轉(zhuǎn)速（r/min）
質(zhì)量（kg）
Y100L-6
1.5
940
1000
33
4.2傳動(dòng)比的確定
總傳動(dòng)比為：
（4-8）
所以由此可以取出V帶的傳動(dòng)比，初步取i=5.2。
4.3 帶輪的確定
為保證該機(jī)器動(dòng)力傳遞的穩(wěn)定，選取承受能力較強(qiáng)的皮帶。
由于傳到第一級(jí)皮帶上的動(dòng)力直接由電機(jī)傳來(lái)，因此功率可忽略不計(jì)，從而：P1=1.5kw
傳遞到皮帶上的功率為：
（4-9）
式中：
P—傳遞到皮帶上的功率（kw）；
P1—電機(jī)功率（kw）；
η1—帶的傳遞效率 ；
經(jīng)過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)和已知可得數(shù)據(jù)：
將數(shù)據(jù)代入公式（4-10）得：
（4-10）
經(jīng)過(guò)計(jì)算得軸上的輸入功率為1.38kw，由此可以選取合適的皮帶來(lái)完成動(dòng)力的傳遞。
假如以每天工作時(shí)間8h來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)：
（1）確定計(jì)算功率P：
通過(guò)查找《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》第五版表13-8可得:
（4-11）
式中：
p—輸出功率（kw）；
KA—工況系數(shù)1.1；
P—電機(jī)傳遞功率（kw）；
求得：
（4-12）
（2）選擇V帶型號(hào)：
根據(jù)p、n、電機(jī)屬性 ，從《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》第五版里圖13-3中可以查出最適合的帶型為A型。
（3）確定大帶輪d2，小帶輪d1的基準(zhǔn)直徑：
查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》第五版中表13-9可知，d1應(yīng)不小于75mm，故選取主動(dòng)輪直徑d1=75mm，從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑d2為:
（4-13）
（4）驗(yàn)算帶的速度 :
（4-14）
（4-15）
因此所選帶的速度合適
（5）中心距a與v帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld的確定：
初步選取中心距為：
（4-16）
符合：
（4-18）
根據(jù)公式 :
(4-19)
式中：Ld —帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度（m）；
a0 —帶輪中心距（m）；
d1 —小輪直徑（m）；
d2 —大輪直徑（m）；
求得：
（4-20）
通過(guò)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》第五版里的表13-2，可以選用Ld =2240mm
因此可以計(jì)算出實(shí)際中心距a：
（4-21）
（6） 驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角α；
包角公式為:
(4-22)
則，主動(dòng)輪包角：
因此主動(dòng)輪包角合適。
（7）計(jì)算V帶的數(shù)量z：
（4-23）
已知數(shù)據(jù),,,通過(guò)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》第五版查表可得：
，
將數(shù)值代入上式中，經(jīng)計(jì)算可得：
因此取z=2
5. 軸的校核
在工作過(guò)程中，滾軸要承擔(dān)軸上所有零件的重力，及軸上零件作用于核桃時(shí)的轉(zhuǎn)矩。所以可以先計(jì)算出軸的最小直徑。經(jīng)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》第五版查得軸的最小直徑公式。
軸的最小直徑為：
（5-1）
式中：
d—主軸最小直徑（mm）；
τ—軸的許應(yīng)扭切應(yīng)力（MPa）；
p—軸上所得功率（kw）；
n—軸的轉(zhuǎn)速（r/min）；
C—軸用材料和承載情況確定的常數(shù)；
由上述計(jì)算已知以下數(shù)據(jù)：
軸的轉(zhuǎn)速:n=180r/min
軸的輸入功率:p=1.38kw
求軸的轉(zhuǎn)矩：
（5-2）
求得：
該軸為主要工作部件動(dòng)力源，設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度高，故選用45鋼，調(diào)制處理，抗拉強(qiáng)度>600MPa，
屈服強(qiáng)度355MPa。
根據(jù)以上已知條件帶入公式5-1求得軸的最小直徑為：
設(shè)計(jì)主軸最小直徑
因此該軸可以保障正常工作。
總 結(jié)
該青皮核桃去皮清洗機(jī)，與市場(chǎng)現(xiàn)有類似產(chǎn)品相比，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，省去了很多精細(xì)零件。經(jīng)本次設(shè)計(jì)，所確定該機(jī)主要參數(shù)為：
外形尺寸（mm） 2600×900×1440
配套動(dòng)力（kw） 1.5
生產(chǎn)率（kg/h） 600
主軸轉(zhuǎn)速（r/min） 180
去皮率（%） ≥95
清洗率（%） ≥95
優(yōu)點(diǎn)：
（1） 本機(jī)所用零件都為大塊鑄造、焊接件。對(duì)生產(chǎn)水平要求不高，適合各種規(guī)模工廠生產(chǎn)。
（2） 該機(jī)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)使得成本大大降低，對(duì)該機(jī)器的推廣有一定的促進(jìn)作用。
（3） 該機(jī)在保證去皮效率的同時(shí)，用粗洗、精洗兩步來(lái)加強(qiáng)的清洗功能。能有效保證核桃去皮清洗的質(zhì)量。簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)使得維修較為簡(jiǎn)單，使用者可自行拆裝。
（4） 鋼絲刷等易損件都為螺栓緊固，方便更換。該機(jī)斜置去皮及清洗撥桿，很好的保證了核桃從機(jī)頭運(yùn)動(dòng)到機(jī)尾，該方法是一種簡(jiǎn)單有效的方法。
缺點(diǎn)：
（1） 出料口設(shè)計(jì)為封閉式不便于清理，且會(huì)相對(duì)增加成本，但有效的防止核桃從出料口甩出。
（2） 頂部噴淋水管在工作時(shí)無(wú)間斷的噴水使該機(jī)的水資源浪費(fèi)量較大，因核桃青皮內(nèi)汁液污染極強(qiáng)，若循環(huán)用水將不能保證核桃清洗的質(zhì)量。該問(wèn)題是本機(jī)器存在較為顯著的缺點(diǎn)，也是后期改進(jìn)升級(jí)要重點(diǎn)研究的問(wèn)題。
總體上，以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、降低成本為初衷設(shè)計(jì)的該青皮核桃去皮清洗機(jī)將具有很大的推廣潛力，該點(diǎn)將很有效的促進(jìn)后續(xù)的改進(jìn)升級(jí)工作。
致 謝
光陰似箭，日月如梭。四年的大學(xué)生活即將接近尾聲，通過(guò)我三個(gè)多月的刻苦努力，設(shè)計(jì)任務(wù)按預(yù)期計(jì)劃順利完成了。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠順利完成，首先感謝給我一個(gè)學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)和環(huán)境的母校。在這幾個(gè)月的設(shè)計(jì)中，我由衷的感謝指導(dǎo)教，在她的悉心指導(dǎo)下，我才能順利的完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)。在學(xué)習(xí)中，每當(dāng)我有所疑問(wèn)時(shí)，老師總會(huì)很有耐心的一遍一遍重復(fù)為我解答，不斷對(duì)我思維進(jìn)行激發(fā)，不斷增強(qiáng)我自己的理解能力。她以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)態(tài)度指出我所犯的錯(cuò)誤，并不斷引導(dǎo)我對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。肖老師的嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度、高深精湛的學(xué)術(shù)造詣將永遠(yuǎn)激勵(lì)著我。在我遇到一些沒有頭緒的難題時(shí)，她給我提出了很好的意見，雖然很簡(jiǎn)短的一句，但卻倍有用處，不得不佩服導(dǎo)師的思維能力和對(duì)培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考能力的精神。在肖老師的指導(dǎo)下，我掌握了研究的基本方法。同時(shí)，我要感謝大學(xué)期間所有授予我知識(shí)的老師這四年里對(duì)我的指導(dǎo)和幫助，他們不僅教會(huì)了我專業(yè)知識(shí)，還讓我領(lǐng)悟?qū)τ趯W(xué)習(xí)知識(shí)的孜孜不倦的精神和做人的品質(zhì)，這一切都將在我以后融入社會(huì)中有很大的幫助，他們是我學(xué)習(xí)的榜樣。最后再次感謝母校和各位老師對(duì)我的耐心指導(dǎo)培育和幫助！
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