蓮子剝殼機(jī)設(shè)計(jì)
蓮子剝殼機(jī)設(shè)計(jì),蓮子,剝殼,設(shè)計(jì)
摘 要
針對(duì)我國(guó)現(xiàn)有蓮子剝殼機(jī)存在效率低、破碎率高、通用性和運(yùn)行穩(wěn)定性差等現(xiàn)狀，根據(jù)蓮子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和蓮殼特性，設(shè)計(jì)了一種輕便、靈活的蓮子剝殼機(jī)。
如今我國(guó)各地方生產(chǎn)蓮子以小戶蓮農(nóng)居多，一個(gè)熟練的蓮農(nóng)，采用傳統(tǒng)的蓮子割殼方法，從早到晚可割殼蓮5Kg。這種既費(fèi)體力，又費(fèi)時(shí)間的方法使得許多蓮農(nóng)很是犯愁，考慮到蓮農(nóng)的經(jīng)濟(jì)情況和生活情況，我設(shè)計(jì)了這款利于廣大蓮農(nóng)的剝殼機(jī)。
該機(jī)采用了具有彈性的導(dǎo)向凹槽和帶專用刀片的活動(dòng)刀板，對(duì)蓮子的割殼可達(dá)到無(wú)碎子、不傷果肉的效果，效率高，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，造價(jià)低，易于推廣，可滿足相關(guān)的生產(chǎn)需要。
關(guān)鍵詞：蓮子；剝殼機(jī)；設(shè)計(jì)
Abstract
Aiming at the low efficiency, high crushing rate, versatility and low stability in our existing lotus seed sheller, according to the structural characteristics and properties of lotus lotus shell, a lightweight, flexible lotus seed sheller design.
如今我國(guó)各地方生產(chǎn)蓮子以小戶蓮農(nóng)居多，一個(gè)熟練的蓮農(nóng)，采用傳統(tǒng)的蓮子割殼方法，從早到晚可割殼蓮5Kg。這種既費(fèi)體力，又費(fèi)時(shí)間的方法使得許多蓮農(nóng)很是犯愁，考慮到蓮農(nóng)的經(jīng)濟(jì)情況和生活情況，我設(shè)計(jì)了這款利于廣大蓮農(nóng)的剝殼機(jī)。
Now the production of our country each district to small lotus lian nong majority, a skilled lian nong, using the traditional lotus seed cut shell method, from morning to night can cut shell lotus 5Kg. This is exhausting, method and time consuming so many lian nong is very anxious, taking into account the economic situation and living conditions lian nong, I designed this to the vast lian nong sheller.
該機(jī)采用了具有彈性的導(dǎo)向凹槽和帶專用刀片的活動(dòng)刀板，對(duì)蓮子的割殼可達(dá)到無(wú)碎子、不傷果肉的效果，效率高，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，造價(jià)低，易于推廣，可滿足相關(guān)的生產(chǎn)需要。
This machine adopts the guide groove with elastic and movable cutting board with special blade, to cut lotus seed can be achieved without breaking, not to hurt the flesh effect, high efficiency, and has the advantages of simple structure, convenient use, low cost, easy popularization, and can meet the need of production related.
Keywords:lotus seed shelling machine;design
目 錄
第一章 緒論………………………………………………………………1
1.1 蓮子剝殼傳統(tǒng)工藝方法…………………………………………….…1
1.2 蓮子剝殼機(jī)械加工方法及現(xiàn)狀…………………………………………….1
1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求……………………………………………………….........3
第二章 蓮子剝殼機(jī)總體設(shè)計(jì)………………………………………………3
2.1 蓮子幾何特征及其力學(xué)特性……………………………………………....3
2.2 剝殼機(jī)的機(jī)架材質(zhì)選取……………………….……………………….…4
2.3 剝殼機(jī)的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………….…………5
2.4 剝殼機(jī)的工作原理………………………………………….………………6
第3章 蓮子剝殼機(jī)工作部件設(shè)計(jì)…………………………………………6 3.1 進(jìn)給料斗的設(shè)計(jì)……………………………………………………………6
3.2 輪盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………………….7
3.3 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)……………………………………………………………….8
3.3.1 軸的材料選取………………………………………………………9
3.3.2 軸的最小徑計(jì)算……………………………………………………9
3.3.3 軸徑與軸長(zhǎng)…………………………………………………………9
3.3.4 軸的強(qiáng)度校核………………………………………………………9
3.4 導(dǎo)向凹槽的設(shè)計(jì) ………………………………………………………..10
3.5 切割組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………………11
3.5.1 刀架板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ………………………………………………11
3.5.2 彈簧的選取…………………………………………………………12
3.5.3 切割刀片的選取設(shè)計(jì)………………………………………………13
第四章 設(shè)計(jì)總結(jié)…………………………………………………………14
4.1 結(jié)論綜述………………………………………………………………....14
4.2 存在的不足…………………………………………………………….…14
4.3 蓮子剝殼機(jī)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)…………………………………………….15
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………..17
致謝…………………………………………………………………………………18
3
摘 要
針對(duì)我國(guó)現(xiàn)有蓮子剝殼機(jī)存在效率低、破碎率高、通用性和運(yùn)行穩(wěn)定性差等現(xiàn)狀，根據(jù)蓮子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和蓮殼特性，設(shè)計(jì)了一種輕便、靈活的蓮子剝殼機(jī)。
如今我國(guó)各地方生產(chǎn)蓮子以小戶蓮農(nóng)居多，一個(gè)熟練的蓮農(nóng)，采用傳統(tǒng)的蓮子割殼方法，從早到晚可割殼蓮5Kg。這種既費(fèi)體力，又費(fèi)時(shí)間的方法使得許多蓮農(nóng)很是犯愁，考慮到蓮農(nóng)的經(jīng)濟(jì)情況和生活情況，我設(shè)計(jì)了這款利于廣大蓮農(nóng)的剝殼機(jī)。
該機(jī)采用了具有彈性的導(dǎo)向凹槽和帶專用刀片的活動(dòng)刀板，對(duì)蓮子的割殼可達(dá)到無(wú)碎子、不傷果肉的效果，效率高，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，造價(jià)低，易于推廣，可滿足相關(guān)的生產(chǎn)需要。
關(guān)鍵詞：蓮子；剝殼機(jī)；設(shè)計(jì)
Abstract
Aiming at the low efficiency, high crushing rate, versatility and low stability in our existing lotus seed sheller, according to the structural characteristics and properties of lotus lotus shell, a lightweight, flexible lotus seed sheller design.
如今我國(guó)各地方生產(chǎn)蓮子以小戶蓮農(nóng)居多，一個(gè)熟練的蓮農(nóng)，采用傳統(tǒng)的蓮子割殼方法，從早到晚可割殼蓮5Kg。這種既費(fèi)體力，又費(fèi)時(shí)間的方法使得許多蓮農(nóng)很是犯愁，考慮到蓮農(nóng)的經(jīng)濟(jì)情況和生活情況，我設(shè)計(jì)了這款利于廣大蓮農(nóng)的剝殼機(jī)。
Now the production of our country each district to small lotus lian nong majority, a skilled lian nong, using the traditional lotus seed cut shell method, from morning to night can cut shell lotus 5Kg. This is exhausting, method and time consuming so many lian nong is very anxious, taking into account the economic situation and living conditions lian nong, I designed this to the vast lian nong sheller.
該機(jī)采用了具有彈性的導(dǎo)向凹槽和帶專用刀片的活動(dòng)刀板，對(duì)蓮子的割殼可達(dá)到無(wú)碎子、不傷果肉的效果，效率高，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，造價(jià)低，易于推廣，可滿足相關(guān)的生產(chǎn)需要。
This machine adopts the guide groove with elastic and movable cutting board with special blade, to cut lotus seed can be achieved without breaking, not to hurt the flesh effect, high efficiency, and has the advantages of simple structure, convenient use, low cost, easy popularization, and can meet the need of production related.
Keywords:lotus seed shelling machine;design
目 錄
第一章 緒論………………………………………………………………1
1.1 蓮子剝殼傳統(tǒng)工藝方法…………………………………………….…1
1.2 蓮子剝殼機(jī)械加工方法及現(xiàn)狀…………………………………………….1
1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求……………………………………………………….........3
第二章 蓮子剝殼機(jī)總體設(shè)計(jì)………………………………………………3
2.1 蓮子幾何特征及其力學(xué)特性……………………………………………....3
2.2 剝殼機(jī)的機(jī)架材質(zhì)選取……………………….……………………….…4
2.3 剝殼機(jī)的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………….…………5
2.4 剝殼機(jī)的工作原理………………………………………….………………6
第3章 蓮子剝殼機(jī)工作部件設(shè)計(jì)…………………………………………6 3.1 進(jìn)給料斗的設(shè)計(jì)……………………………………………………………6
3.2 輪盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………………….7
3.3 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)……………………………………………………………….8
3.3.1 軸的材料選取………………………………………………………9
3.3.2 軸的最小徑計(jì)算……………………………………………………9
3.3.3 軸徑與軸長(zhǎng)…………………………………………………………9
3.3.4 軸的強(qiáng)度校核………………………………………………………9
3.4 導(dǎo)向凹槽的設(shè)計(jì) ………………………………………………………..10
3.5 切割組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………………11
3.5.1 刀架板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ………………………………………………11
3.5.2 彈簧的選取…………………………………………………………12
3.5.3 切割刀片的選取設(shè)計(jì)………………………………………………13
第四章 設(shè)計(jì)總結(jié)…………………………………………………………14
4.1 結(jié)論綜述………………………………………………………………....14
4.2 存在的不足…………………………………………………………….…14
4.3 蓮子剝殼機(jī)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)…………………………………………….15
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………..17
致謝…………………………………………………………………………………18
第一章 緒論
1.1蓮子剝殼傳統(tǒng)工藝方法
蓮子按加工方法可分為硬殼蓮加工成肉蓮和鮮蓮加工成通心白蓮兩種。
(1) 硬殼蓮手工加工方法：①用一把鐮刀和一個(gè)直徑20-25cm高30-40cm的木墩，手捏殼蓮的一端，用鐮刀在2/5處割2-3刀一撇，掉頭仍在2/5出用同樣的方法割一刀，最后將剩下殼環(huán)帶，割一刀一撇，即完成一顆殼蓮的加工。一個(gè)熟練的勞動(dòng)者，從早到晚可砍殼蓮5Kg。這種加工方法原在湖北、湖南省普遍應(yīng)用。②用三把小尖刀裝在一個(gè)圓鋼管內(nèi)，刃口形成錐體空間，在殼蓮兩端，用小刀片先擠切，后扭剝脫殼，這種加工方法在湖南和湖北省荊州地區(qū)多用。③廣東省中山縣為港商加工泰國(guó)硬殼蓮是將殼蓮的一端放在一個(gè)特制的螺母上，用一個(gè)皮帶沖子一敲，擠切剝殼。④上海市外貿(mào)在江蘇一個(gè)加工站是用一把特制剪刀，剪切剝殼。
(2) 通心白蓮手工加工方法：將鮮蓮?fù)鈿び眯〉肚虚_(kāi)剝殼，用手搓去表內(nèi)皮，再用φ1.5mm鋼針通心，當(dāng)天曬干，遇陰天用木炭烘干,即成通心白蓮。
1.2蓮子剝殼機(jī)械加工方法及現(xiàn)狀
我國(guó)研究蓮子剝殼機(jī)從20世紀(jì)60年代就已經(jīng)開(kāi)始，湖南省農(nóng)機(jī)所率先于1981年開(kāi)始對(duì)蓮子剝殼機(jī)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并于1983年6月鑒定且小批生產(chǎn)了6BR-1型蓮子剝殼機(jī)。與些同時(shí)，一些院校和科研單位也開(kāi)始理論研究、實(shí)施試驗(yàn)、編寫教程。直到20世紀(jì)80年代，蓮子剝殼機(jī)在我國(guó)還處于孕育期。從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，許多單位研制了多種蓮子剝殼機(jī)，型號(hào)達(dá)10多種，申報(bào)的有關(guān)專利有51項(xiàng)。按照剝殼機(jī)的剝殼原理，歸納起來(lái)主要有以下幾種形式。
1.2.1擠壓式蓮子剝殼機(jī)
擠壓式蓮子剝殼機(jī)最早的模型為雙輥式蓮子剝殼設(shè)備。設(shè)備中一輥為帶有橡膠層的旋轉(zhuǎn)圓柱體，另一與之相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的輥上帶有三角形刀刃的多個(gè)盤形圓片組成。使蓮子通過(guò)兩輥的中縫時(shí)，切開(kāi)蓮殼。然而幾經(jīng)實(shí)驗(yàn)，蓮子僅被刀刃劃破了
部分外殼。由于在兩輥之間的加工區(qū)較短，蓮子不可能在其中滾上一兩圈，因而使蓮殼的切破率大大降低。
浙江大學(xué)的鄭傳祥教授，對(duì)于前人提出的擠壓式蓮子剝殼機(jī)原理進(jìn)行了進(jìn)一步的改進(jìn)，從而在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一種更能適應(yīng)生產(chǎn)實(shí)際的高效蓮子剝殼機(jī)。完善了擠壓式的雙輥技術(shù)。利用高速刀具對(duì)蓮子外殼進(jìn)行切割、擠壓使其脫殼，同
時(shí)增加了脫殼切割的刀具數(shù)量，使其更適合機(jī)械化生產(chǎn)。該機(jī)型可以將蓮子按照其顆粒大小分類后進(jìn)行脫殼，使蓮子生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)在機(jī)械化的道路上向前邁進(jìn)了一大步。
1.2.2摩擦式蓮子剝殼機(jī)
旋轉(zhuǎn)圓桶式脫殼機(jī)是比較早期的摩擦式剝殼機(jī)，其在中部旋轉(zhuǎn)軸上裝有盤形刀片，外桶固定在機(jī)架上，其內(nèi)壁上襯有適當(dāng)厚度的橡膠層。蓮子進(jìn)入后，隨旋轉(zhuǎn)軸的帶動(dòng)，在內(nèi)壁與轉(zhuǎn)軸的刀片中滾動(dòng)，蓮殼在橡膠層的襯墊下被轉(zhuǎn)動(dòng)的盤形刀片切破，然后從其夾縫中掉出。但是由于被切破的蓮殼均牢牢的粘附在蓮肉上，為使蓮殼與蓮肉分離，還得專門設(shè)計(jì)一個(gè)搓殼機(jī)。
為了克服旋轉(zhuǎn)圓桶式蓮子脫殼機(jī)固有缺陷，在其基礎(chǔ)上，6JD-400型蓮子剝殼機(jī)設(shè)計(jì)成三個(gè)加工段：破殼段、搓殼段及軟搓殼段。每小時(shí)每臺(tái)可加工70Kg，脫殼率平均為75％以上，出蓮肉完好率平均95％以上，且篩分率大于90％，蓮子損害率小于4％以下，但每副刀片使用5～6班需重磨一次。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐表明，6JD-400型蓮子剝殼機(jī)性能穩(wěn)定可靠，自動(dòng)化程度高，便于操作，清潔安全且經(jīng)濟(jì)效益比較顯著。
1.2.3撕搓式蓮子剝殼機(jī)
代表機(jī)型以湖南省農(nóng)機(jī)所研究的6BR-1型蓮子剝殼機(jī)為例。為了保證剝殼質(zhì)量，提高功效和對(duì)不同形狀蓮子的適應(yīng)性，該機(jī)采用了自動(dòng)送料、自動(dòng)定位和組合刀頭等裝置，其結(jié)構(gòu)獨(dú)特，且機(jī)子小巧輕便、使用方便、安全可靠，適于白蓮、紅蓮、東瓜蓮等多種蓮子的剝殼作業(yè)。該機(jī)采用一對(duì)刀頭從一長(zhǎng)徑方向兩端同時(shí)切入蓮殼后再適當(dāng)旋轉(zhuǎn)一定角度，撕搓蓮殼使其扭碎從而完成剝殼的方法，不僅脫殼率大為提高，而且破碎率僅在5％左右。
1.2.4沖擊式蓮子剝殼機(jī)
臺(tái)灣嘉義大學(xué)與中興大學(xué)的黃文祿、盛中德教授研發(fā)的蓮子剝殼脫膜機(jī)子主要由供料機(jī)構(gòu)、同向差速滾筒磨擦、撥桿及四只水刀噴嘴組成。該機(jī)剝殼脫膜工作原理：蓮子在同向且具差速的滾筒間滾動(dòng)，并在噴嘴高壓噴頭產(chǎn)生的水刀作用
下破膜。
1.2.5切割式蓮子剝殼機(jī)
在切割式蓮子剝殼機(jī)的研制中，武漢工業(yè)學(xué)院機(jī)械工程系的張永林、易啟偉等設(shè)計(jì)了一種基于輥刀切割原理的蓮子剝殼機(jī)。輥刀式蓮子剝殼機(jī)采用供送螺桿對(duì)殼蓮進(jìn)行分粒供送并使蓮子按照一致的位形排序上料，采用由雙托輥和剝殼輥
構(gòu)成的剝殼通道實(shí)現(xiàn)蓮子剝殼。同時(shí)，為了適應(yīng)不同品種，不同顆粒大小、形狀蓮子的剝殼，設(shè)計(jì)上采用了集總式的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)主要的切割參數(shù)如切割深度、切割壓力、偏置角度和螺旋輥刀空間斜置的調(diào)節(jié)。通過(guò)基于物理樣機(jī)的剝殼試驗(yàn)，多聯(lián)輥刀式蓮子剝殼機(jī)的處理量大于100kg／h，剝殼率大于90％，仁殼分離率達(dá)92％，籽仁破損率小于3％。
相對(duì)于其他剝殼機(jī)，多聯(lián)輥刀式蓮子剝殼機(jī)通用性較強(qiáng)，性能相對(duì)穩(wěn)定，在設(shè)計(jì)上有所突破，同時(shí)調(diào)節(jié)維護(hù)相對(duì)于其他蓮子剝殼機(jī)來(lái)說(shuō)更方便快捷，基本能夠滿足蓮子機(jī)械化剝殼的實(shí)用性需求。
1.3設(shè)計(jì)任務(wù)及要求
1.設(shè)計(jì)一臺(tái)蓮子剝殼機(jī)，能對(duì)鮮蓮子外殼進(jìn)行連續(xù)的、無(wú)損的有效切割。
2.熟悉蓮殼的切割原理，以及對(duì)剝殼機(jī)的傳動(dòng)部件和切割部件詳細(xì)說(shuō)明。
3.提交CAD零件圖、裝配圖，PROE零件圖、裝配圖，及設(shè)計(jì)說(shuō)明書。
第2章 蓮子剝殼機(jī)總體設(shè)計(jì)
2.1蓮子幾何特征及其力學(xué)特性
蓮子為小堅(jiān)果。呈橢圓形、卵形或卵圓形，千粒重1100-1400克，幼果期果皮綠色，革質(zhì)，后由綠轉(zhuǎn)褐色，成熟時(shí)呈棕褐色、灰褐色和黑褐色。有細(xì)縱紋和較寬的脈紋。一端中心呈乳頭狀突起，深棕色，多有裂口，其周邊略下陷。質(zhì)硬，種皮薄，不易剝離。子葉2，黃白色，肥厚，中有空隙，具綠色蓮子心。無(wú)臭，味甘、微澀。
蓮子形狀較規(guī)則，顆粒較為均勻，外形呈橢圓形。通過(guò)對(duì)江西廣昌縣太空蓮的測(cè)定，蓮子長(zhǎng)軸直徑在19～25mm，短軸直徑在15～19mm，殼厚在0.7～1.0mm，其中以短徑為18mm、長(zhǎng)徑22mm、殼厚在0.9mm左右的蓮子數(shù)量最多，占90%以上。蓮子的蓮殼和蓮衣、蓮仁有一定的間隙，蓮子殼的皮層外表1/3較堅(jiān)韌、其余2/3較脆，脫殼時(shí)只需將堅(jiān)韌部分切開(kāi)，其余部分經(jīng)適當(dāng)擠壓就會(huì)自然裂開(kāi)，因此實(shí)現(xiàn)蓮子機(jī)械化剝殼時(shí)，可在蓮子短徑最大處進(jìn)行環(huán)切，切割深度為蓮殼厚度的1/3，被切割的蓮子經(jīng)適當(dāng)?shù)臄D壓和搓滾以實(shí)現(xiàn)蓮殼與蓮仁的完全分離。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 蓮子長(zhǎng)、短徑示意
Figure 1 lotus long, short diameter
2.2 剝殼機(jī)的機(jī)架材質(zhì)選取
在剝殼機(jī)的機(jī)架設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮到機(jī)體本身重量和材料價(jià)格等方面的問(wèn)題。在設(shè)計(jì)之初，曾考慮到用鋼材制作機(jī)架，但是這會(huì)使得機(jī)體顯得笨重，我設(shè)計(jì)的剝殼機(jī)追求的是輕便靈活，能讓蓮農(nóng)們攜帶方便，隨時(shí)隨地都能使用，經(jīng)過(guò)網(wǎng)上的查閱和老師的指導(dǎo)，我決定使用木材來(lái)制作機(jī)架。
木材的種類比較繁多，通過(guò)相關(guān)查閱，選取了十種木材來(lái)作對(duì)比，如表1所示：
表1 木材種類及特性
Table 1wood specie sand characteristics
木材種類
木材特性
紅松
材質(zhì)輕軟，強(qiáng)度適中，干燥性好，耐水、耐腐，加工、涂飾、著色、膠結(jié)性好。
白松
材質(zhì)輕軟，富有彈性，結(jié)構(gòu)細(xì)致均勻，干燥性好，耐水、耐腐，加工、涂飾、著色膠結(jié)性好。
樺木
材質(zhì)略重硬，結(jié)構(gòu)細(xì)，強(qiáng)度大，加工性、涂飾、膠合性好。
泡桐
材質(zhì)甚輕軟，結(jié)構(gòu)粗，干燥性好，不變形，不翹裂。
椴木
材質(zhì)略輕軟，結(jié)構(gòu)略細(xì)，有絲絹光澤，不易開(kāi)裂，加工、涂飾、著色、膠結(jié)性好。不耐腐、干燥時(shí)稍有翹曲。
榆木
花紋美麗，結(jié)構(gòu)粗，加工性、涂飾、膠合性好，干燥性差，易開(kāi)裂翹曲。
柞木
材質(zhì)堅(jiān)硬，結(jié)構(gòu)粗，強(qiáng)度高，加工困難，著色、涂飾性好，膠合性差，易干燥，易開(kāi)裂。
櫸木
材質(zhì)堅(jiān)硬，紋理直，結(jié)構(gòu)細(xì)、耐磨有光澤干燥時(shí)不易變形，加工、涂飾、膠合性較好。
楓木
重量適中，結(jié)構(gòu)細(xì)，加工容易，切削面光滑，涂飾、膠合性較好，干燥時(shí)有翹曲現(xiàn)象。
樟木
重量適中，結(jié)構(gòu)細(xì)，有香氣，干燥時(shí)不易變形，加工、涂飾、膠合性較好。
經(jīng)過(guò)對(duì)木材結(jié)構(gòu)特性和材料價(jià)格的對(duì)比，這十種木材中比較符合制造要求的是泡桐木。泡桐木材質(zhì)輕軟，便于加工；干燥性好，不易變形，符合制造要求；而且價(jià)格適中，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。
2.3 剝殼機(jī)的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)蓮子的結(jié)構(gòu)特性以及力學(xué)性能，本次設(shè)計(jì)的剝殼機(jī)大體思路是由料斗（1），輪盤（2），導(dǎo)向凹槽（3），刀架（4），出料口（5），機(jī)架（6）等所組成。其特征是：在輪盤的輪柱面上開(kāi)有橢圓弧凹槽與導(dǎo)向凹槽相對(duì)應(yīng)，導(dǎo)向凹槽為橢圓弧彈性凹槽，在導(dǎo)向凹槽的出口處設(shè)置一個(gè)刀架和輪盤的凹槽相對(duì)應(yīng)，導(dǎo)向凹槽的凹槽面為彈性橡膠，刀架通過(guò)定位栓在定位孔中連接切割刀片，刀架由選好的彈簧連接在機(jī)架上，切割刀片的刀刃部分相對(duì)輪盤的圓心形成一段圓漸開(kāi)線連接一段圓弧。刀架的右面連接出料口，方便切割好的蓮子滾出。大致基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。
1.料斗；2.輪盤；3.導(dǎo)向凹槽；4.刀架；5.出料口；6.機(jī)架
圖2基本結(jié)構(gòu)圖
Figure 2 the basic structure diagram
2.4 剝殼機(jī)的工作原理
剝殼機(jī)的主要結(jié)構(gòu)如圖2所示，其主要工作原理為:將需剝殼的鮮蓮子均勻放入料斗，在輪盤的帶動(dòng)下進(jìn)入由導(dǎo)向凹槽和輪盤形成的一個(gè)通道，在此通道中，蓮子受到凹槽橡膠和輪盤的壓力以及輪盤的切向摩擦力而處于滾動(dòng)狀態(tài)，在滾動(dòng)過(guò)程中，蓮子逐步調(diào)整滾動(dòng)姿勢(shì)至長(zhǎng)軸方向與滾動(dòng)方向基本垂直，達(dá)到理想的切割姿勢(shì)，隨后進(jìn)入由刀架與輪盤構(gòu)成的切割通道，蓮子在此通道內(nèi)繼續(xù)受到刀架板與輪盤的壓力以及輪盤的切向摩擦力而處于理想的純滾動(dòng)狀態(tài)，刀架板的中間鑲有切割刀片，當(dāng)蓮子滾過(guò)切割通道時(shí)被切割刀片連續(xù)環(huán)切從而完成割殼。
第三章 蓮子剝殼機(jī)工作部件設(shè)計(jì)
剝殼機(jī)的工作部件主要包括進(jìn)給料斗、輪盤、傳動(dòng)軸、導(dǎo)向凹槽及切割組件。
3.1進(jìn)給料斗的設(shè)計(jì)
良好的進(jìn)給料斗是保證蓮子剝殼質(zhì)量特別是剝殼效率的重要環(huán)節(jié)，其應(yīng)當(dāng)保證蓮子進(jìn)料順暢均勻不堵塞，避免結(jié)拱現(xiàn)象的產(chǎn)生。所謂結(jié)拱就是指在料斗排料口附近物料顆粒相互支撐，形成物料不能正常排出的現(xiàn)象。所以在設(shè)定料斗料口的尺寸時(shí)應(yīng)考慮到放入蓮子時(shí)不能造成堵塞現(xiàn)象，為了能讓蓮子能夠均勻順暢的進(jìn)入輪盤凹槽，進(jìn)料口的短邊設(shè)置為22mm，剛好稍大于蓮子的直徑，長(zhǎng)邊直徑設(shè)置為80mm，下料時(shí)最多一次掉落3個(gè)左右的蓮子，這樣蓮子能均勻的進(jìn)入機(jī)體，不會(huì)出現(xiàn)多個(gè)蓮子進(jìn)入導(dǎo)致輪盤凹槽堵塞并轉(zhuǎn)不動(dòng)的現(xiàn)象。料斗尺寸結(jié)構(gòu)和模型結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示。
圖3 料斗尺寸結(jié)構(gòu)示意
Figure 3 Schematic hopper size structure
圖4料斗模型示意
Figure 4 Schematic hopper model
3.2輪盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
輪盤是帶動(dòng)蓮子滾動(dòng)的唯一主動(dòng)部件，其帶動(dòng)蓮子由進(jìn)料斗依次進(jìn)入調(diào)整通道和切割通道，其截面的形狀結(jié)構(gòu)對(duì)蓮子滾動(dòng)調(diào)姿及切割均會(huì)產(chǎn)生影響，對(duì)輪盤的輪槽寬度深度形狀都有相應(yīng)的要求。其結(jié)構(gòu)模型如圖5、圖6所示。
1.蓮子示意；2.輪盤示意
圖5輪盤結(jié)構(gòu)示意
Figure 5 Disc structure
圖6輪盤模型示意
Figure 6 The roulette wheel model
為了防止蓮子在滾動(dòng)過(guò)程中左右移動(dòng)，造成切割位置和角度的較大偏差，影響切割質(zhì)量，槽寬應(yīng)稍大于蓮子寬度，槽深接近于蓮子的半徑，同時(shí)輪槽底面貼上一層橡膠，這樣可以更好地將蓮子包裹住使其更好地滾動(dòng)，調(diào)整姿勢(shì)，利于切割。
3.3傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)
傳動(dòng)軸是蓮子剝殼機(jī)的主要設(shè)計(jì)部件之一，他在蓮子剝殼機(jī)正常工作過(guò)程中，承擔(dān)主要轉(zhuǎn)矩、扭矩、彎矩和支撐傳動(dòng)軸上的回轉(zhuǎn)零件，傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)是很關(guān)鍵的一個(gè)步驟。它的主要功用是：一是支持軸上所安裝的回轉(zhuǎn)零件，使其有確定的工作位置；二是傳遞軸上的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。軸按照軸線形狀的不同，可以分為曲軸、直軸、軟軸和撓形軸等，根據(jù)蓮子剝殼機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和組成形狀及工作強(qiáng)度和環(huán)境的要求，主軸選用直軸形式傳遞，而且選用直軸中的階梯軸。此軸的設(shè)計(jì)如下：
3.3.1 軸的材料選取
選用軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表11-1可知σ=650mpa，用插值表11-3可知[σ]=60mpa。
3.3.2 軸的最小徑計(jì)算
根據(jù)機(jī)械基礎(chǔ)：
從圖中右端的直徑最小為11mm，由機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)11-2可知
由機(jī)械基礎(chǔ)P209得c=118，因此取
3.3.3 軸徑與軸長(zhǎng)
將左端軸徑作為d1=15mm，與輪盤配合處軸徑d2=18mm，往右d3=15mm，右端d4=11mm。各段軸長(zhǎng)L1=12.5mm，L2=40mm，L3=12.5mm，L4=25mm。
3.3.4 軸的強(qiáng)度校核
對(duì)軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大當(dāng)量彎矩的強(qiáng)度。由經(jīng)驗(yàn)公式及上面計(jì)算出的數(shù)值可得出。
公式：
式中：—軸的抗彎截面系數(shù)，
—軸的許用應(yīng)力，。按軸實(shí)際所受彎曲應(yīng)力的循環(huán)特性，在、、中選取其相應(yīng)的數(shù)值，從《機(jī)械設(shè)計(jì)》可以查出。
按《機(jī)械設(shè)計(jì)》書中查得，對(duì)于的45號(hào)鋼，許用彎曲應(yīng)力
3.4導(dǎo)向凹槽的設(shè)計(jì)
導(dǎo)向凹槽的作用就是使蓮子進(jìn)行切割之前調(diào)整好切割姿勢(shì)，使切割刀片垂直于蓮子的長(zhǎng)軸方向以確保切割質(zhì)量。為了實(shí)現(xiàn)這一功能，以廣昌縣蓮子為例，導(dǎo)向凹槽與輪盤的進(jìn)口處高度為22mm，這樣既可以保證蓮子能夠順利地進(jìn)入整理通道，又能夠防止多個(gè)蓮子層疊著進(jìn)入整理通道從而影響整理效果。蓮子在進(jìn)入整理通道后就開(kāi)始受到輪盤和導(dǎo)向凹槽的擠壓，在這種擠壓力和輪盤切向分力的共同作用下，蓮子基本處于純滾動(dòng)狀態(tài)，根據(jù)趨穩(wěn)性原則，蓮子自然就調(diào)整到長(zhǎng)軸方向垂直于滾動(dòng)方向，平躺著進(jìn)入切割通道。
由于在此通道內(nèi)的大部分時(shí)間蓮子都要受到擠壓，為了防止將蓮子擠破，與蓮子接觸的面應(yīng)該是柔性的并且有一定的彈性。為此，將導(dǎo)向凹槽的內(nèi)曲面上中心處挖空，并在整個(gè)面上貼上富有彈性的橡膠。這樣，當(dāng)蓮子進(jìn)入調(diào)整滑道后，就不會(huì)因?yàn)槭軌憾茡p，同時(shí)，橡膠還可以增大摩擦力而使蓮子更好地滾動(dòng)，調(diào)整姿勢(shì)。橡膠材質(zhì)的選擇也是比較重要的，橡膠大體可分為分為天然橡膠和合成橡膠，合成橡膠中通用的橡膠有丁基橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠、乙丙橡膠、氯丁橡膠等等，在此選用生活中常見(jiàn)的汽車內(nèi)胎所用的丁基橡膠即可。
導(dǎo)向凹槽結(jié)構(gòu)與模型如圖7、圖8所示。
圖7導(dǎo)向凹槽結(jié)構(gòu)示意
Figure 7 Schematic guide groove structure
圖8導(dǎo)向凹槽模型示意
Figure 8 Schematic guide groove model
3.5切割組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
切割組件主要由刀架板、彈簧以及切割刀片等組成，共同完成對(duì)蓮子的切割。
3.5.1刀架板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
滑道導(dǎo)軌的內(nèi)圓弧面前段設(shè)計(jì)成與調(diào)整滑道內(nèi)曲面相切，這樣可使蓮子平滑地由調(diào)整滑道過(guò)渡到切割滑道，減小蓮子因跳動(dòng)而產(chǎn)生切割位置的改變影響剝殼質(zhì)量，同時(shí)，由于切割通道的空間高度小于蓮子直徑，蓮子進(jìn)入切割通道后就向下擠壓切割滑道以獲得繼續(xù)滾動(dòng)前行所必需的壓力和摩擦力壓力的大小可以通過(guò)刀架板下面安置的彈簧的預(yù)壓縮量來(lái)調(diào)整，確保蓮子獲得合適的壓力以保證既能夠切割蓮子又不會(huì)壓碎蓮子。同時(shí)，由于均布的4個(gè)調(diào)節(jié)的彈簧，不僅可以保證蓮子在整個(gè)切割通道都可以獲得合適的切割力和切割空間，還可以保證切割通道內(nèi)可以同時(shí)容納多個(gè)蓮子共同切割以提高效率。
蓮子進(jìn)入切割通道后就在面1上滾動(dòng)，最初的設(shè)計(jì)是將該面設(shè)計(jì)成平面，但考慮到蓮子在切割過(guò)程中可能沒(méi)有以垂直于蓮子長(zhǎng)軸方向被切割，而是被斜著切開(kāi)，說(shuō)明蓮子在滾動(dòng)和切割時(shí)的姿勢(shì)不夠穩(wěn)定，影響了蓮子剝殼的質(zhì)量為了穩(wěn)定蓮子的切割姿勢(shì)，防止蓮子在切割時(shí)的晃動(dòng)，保證切割質(zhì)量，該面加工成略帶弧面，這樣就可以解決這一問(wèn)題。其結(jié)構(gòu)示意如圖9所示。
1.切割刀片；2.調(diào)節(jié)彈簧
圖9 切割組件示意
Figure 9 sketch of the cutting assembly
3.5.2彈簧的選取
由于彈簧是調(diào)整刀片切割力度的重要部件，所以在選取時(shí)應(yīng)視切割的情況而定。
1、 彈簧材料的選取
彈簧材料的選擇，應(yīng)根據(jù)彈簧承受載荷的性質(zhì)、應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)力大小、工作溫度、環(huán)境介質(zhì)、使用壽命、工藝性能、材料來(lái)源和價(jià)格等因素確定。在確定材料截面形狀和尺寸時(shí)，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的彈簧。常用普通彈簧一般選擇70#鋼或65Mn,這里我選擇65Mn。
2、 確定最小線徑
曲度系數(shù)：K=4C-1/(4C-4)+0.615/C
K=23/20+(0.615/6)=1.2525
確定最小線徑；
3、 確定彈簧有效圈數(shù)
彈簧剛度：k=F/y=280*9.8/1000*5=0.5488N/mm
線徑d=0.8mm，中徑D2=13mm
查表：材料切變模量(材料彈性系數(shù))：G=80000N/mm2
有效圈數(shù)：n=G*d4/8*D23*k=80000*0.84/8*133*0.5488=3.4
總?cè)?shù)N=5
3.5.3切割刀片的選取設(shè)計(jì)
切割刀片是蓮子切割時(shí)最為重要的部件，要求刀片薄而鋒利，并且耐磨，刀片材料采用9CrWMn，厚度為1mm，表面真空淬火處理。刀片鑲嵌在兩塊刀架板之間，由鎖緊螺母固定。刀刃高出0.8-1.0mm，刀刃相對(duì)輪盤的輪心形成一段圓漸開(kāi)線連接一段圓弧，這樣蓮子通過(guò)切割通道時(shí)就能夠進(jìn)行連續(xù)切割并能夠有效控制切入深度而不傷及蓮仁。
在蓮子割殼中，果肉上不留下刀痕，必須具備兩個(gè)必要條件：一、切割的深度不超過(guò)蓮殼的厚度；二、大小不同的蓮殼被切割的長(zhǎng)度不能超過(guò)一周。切割刀片形狀設(shè)定可以同時(shí)滿足兩個(gè)條件。如圖9中：A點(diǎn)為大顆粒蓮子N1的起始切割點(diǎn)，大顆粒蓮子從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到刀刃末端時(shí)，正好被切割一周。N2為小顆粒的蓮子，當(dāng)從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)，由于輪盤與刀刃之間的間隔大，刀架板不提供或提供的壓力達(dá)不到有效切割力度，只有當(dāng)N2運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)才開(kāi)始被有效切割，N2從B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到刀刃末端時(shí)也正好被切割一周，因此保證了不同規(guī)格的蓮殼被切割的長(zhǎng)度均不超過(guò)一周。
圖10 刀片切割過(guò)程示意
Figure 10 blade cutting process
第4章 設(shè)計(jì)總結(jié)
4.1 結(jié)論綜述
針對(duì)蓮子的物理特性和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種蓮子剝殼機(jī)，采用滾切原理，利用輪盤和刀架板的擠壓與摩擦，利用彈簧調(diào)節(jié)擠壓力，使得切割刀片能夠?qū)ι徸拥耐鈿みM(jìn)行順利、穩(wěn)定、高效地切割，從而脫離傳統(tǒng)的手工蓮子割殼效率低、工作量大的窘境。
在設(shè)計(jì)過(guò)程中雖然遇到了一些問(wèn)題，但經(jīng)過(guò)一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識(shí)欠缺和經(jīng)驗(yàn)不足。實(shí)踐出真知，通過(guò)親自動(dòng)手制作，使我們掌握的知識(shí)不再是紙上談兵。過(guò)而能改，善莫大焉。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，不斷發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲取。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多問(wèn)題，最后在老師的幫助下，終于游逆而解。
今后社會(huì)的發(fā)展和學(xué)習(xí)實(shí)踐過(guò)程中，一定要不懈努力，不能遇到問(wèn)題就想到要退縮，一定要不厭其煩的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在，然后一一進(jìn)行解決，只有這樣，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠(yuǎn)不可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠(yuǎn)不可能得到社會(huì)及他人對(duì)你的認(rèn)可！回顧起此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，從理論到實(shí)踐，在這段日子里，可以說(shuō)得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，但可喜的是最終都得到了解決。
此次設(shè)計(jì)也讓我明白了思路即出路，有什么不懂不明白的地方要及時(shí)請(qǐng)教或上網(wǎng)查詢，只要認(rèn)真鉆研，動(dòng)腦思考，動(dòng)手實(shí)踐，就沒(méi)有弄不懂的知識(shí)，收獲頗豐。
4.2 存在的不足
1、不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工。雖然相對(duì)純手工加工，很大程度上降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率，但是如果要實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的加工生產(chǎn)，其生產(chǎn)效益和自動(dòng)化水平還有待進(jìn)一步的提高。
2、通用性不強(qiáng)。我國(guó)幅員遼闊，各地區(qū)蓮子的顆粒質(zhì)量水平和大小存在較大差別。且不同地區(qū)蓮子的加工工藝也不盡相同，鮮蓮子和干蓮子的差異性較大，干蓮子外殼非常堅(jiān)硬，殼仁之間間隙小，蓮子抗壓強(qiáng)度較高，所以本機(jī)不適宜切割干蓮子。而且在蓮子選取時(shí)需要分級(jí)處理，不然個(gè)體差異過(guò)大的蓮子在切割時(shí)可能會(huì)造成切傷蓮仁或沒(méi)造成有效切割而影響切割效率與脫殼率。
3、達(dá)不到自動(dòng)脫殼、去衣的效果。本機(jī)只能切割蓮殼而達(dá)不到自動(dòng)脫殼、去衣的效果。
4.3 蓮子剝殼機(jī)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
蓮子剝殼機(jī)的技術(shù)發(fā)展方向大致為：進(jìn)一步提高可靠性和對(duì)不同蓮子的適應(yīng)性；根據(jù)用戶要求設(shè)計(jì)相應(yīng)機(jī)械的生產(chǎn)能力；更好的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，針對(duì)新技術(shù)研制新機(jī)型，提高機(jī)器的制造質(zhì)量和可靠性；進(jìn)一步完善標(biāo)準(zhǔn)。
發(fā)展蓮子剝殼機(jī)具有生產(chǎn)實(shí)際意義。應(yīng)結(jié)合我國(guó)國(guó)情，在分析蓮子加工原理的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)自動(dòng)化蓮子剝殼設(shè)備，提高產(chǎn)量和剝殼質(zhì)量，同時(shí)降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的效益，最終提升農(nóng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。
CAD裝配圖
Pro E炸開(kāi)圖
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致謝
首先，我要感謝我的導(dǎo)師曾一凡老師，他嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣，給我起到了指明燈的作用；他循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪，讓我很快就感受到了設(shè)計(jì)的快樂(lè)并融入其中。其次我要感謝同學(xué)們對(duì)我的幫助和指點(diǎn)，沒(méi)有他們的幫助，沒(méi)有他們的鼓勵(lì)和加油，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)就不會(huì)如此的順利進(jìn)行。
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)歷時(shí)一個(gè)半月，是我大學(xué)學(xué)習(xí)中遇到過(guò)的時(shí)段最長(zhǎng)、涉及內(nèi)容最廣、工作量最大的一次設(shè)計(jì)。用曾老師的一句話概括就是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)相當(dāng)如是把以前的小課程設(shè)計(jì)綜合在一起的過(guò)程，只要把握住每個(gè)小課設(shè)的精華、環(huán)環(huán)緊扣、增強(qiáng)邏輯，那么這次的任務(wù)也就不難了。我此次的任務(wù)是設(shè)計(jì)一臺(tái)蓮子剝殼機(jī)。雖說(shuō)曾老師說(shuō)的話讓此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)看起來(lái)不是那么的可怕，但是當(dāng)我真的開(kāi)始著手時(shí)，還的確是困難重重。 俗話說(shuō)的好，“磨刀不誤砍柴工”，當(dāng)每次遇到不懂得問(wèn)題時(shí)，我都會(huì)第一時(shí)間記在本子上面，然后等答疑的時(shí)候問(wèn)曾老師，老師對(duì)于我提出來(lái)的問(wèn)題都一一解答，從來(lái)都不會(huì)因?yàn)槲业膯?wèn)題稍過(guò)簡(jiǎn)單加以責(zé)備，而是一再的告誡我做設(shè)計(jì)該注意的地方，從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，曾老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持，他真正起到了“傳道授業(yè)解惑疑”的作用，讓人油然而生的敬佩。多少個(gè)日日夜夜，曾老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想、生活上給我以無(wú)微不至的關(guān)懷，除了敬佩曾老師的專業(yè)水平外，他治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。在此謹(jǐn)向曾一凡老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。
在論文即將完成之際，我的心情無(wú)法平靜，從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無(wú)言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意! 最后我還要感謝工學(xué)院和我的母校江西農(nóng)業(yè)大學(xué)四年來(lái)對(duì)我的栽培！
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