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南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
Study and Improvement for Slice Smoothness in Slicing Machine of Lotus Root
De-yong YANG ,Jian-ping HU , En-zhu WEI , Heng-qun LEI ,and Xiang-ci KONG
Key Laboratory of Modern Agricultural Equipment and Technology
Ministry of Education Jiangsu Province Jiangsu University . Zhenjiang .
Jiangsu Province .P.R.China212013
Tel.: +86-511-8;Fax:+86-511-8
yangdy@163.com
Jinhu Agricultural Mechanization Technology Extension Station . Jinhu county
Jiangsu Province .P.R.China 211600
Abstract: Concerning the problem of the low cutting quality and the bevel edge in the piece of lotus root, the reason was analyzed and the method of improvement was to reduce the force in the vertical direction of link to knife. 3D parts and assemblies of cutting mechanism in slicing machine of lotus were created under PRO/E circumstance. Based on virtual prototype technology, the kinematics and dynamics analysis of cutting mechanism was simulated with ADAMS software, the best slice of time that is 0.2s~0.3s was obtained，and the curve of the force in the vertical direction of link to knife was obtained. The vertical force of knife was changed according with the change of the offset distance of crank. Optimization results of the offest distance of crank showed the vertical force in slice time almost is zero when the offset distance of crank is -80mm. Tests show that relative error of thickness of slicing is less than 10% after improved design, which is able to fully meet the technical requirements.
Keywords: lotus root; cutting mechanism; smoothness; optimization
1 Introduction
China is a country of producing lotus toot, lotus root system of semi-finished products of domestic consumption and external demand for exports is relatively large. In order to improve efficiency, reduce labor intensity, the group work, drawing on the principle of the artificial slice based on the design and development of a new type of lotus root slice (Bi Wei and Hu Jianping, 2006). This new type of slice solved easily broken cutting, stick knives, hard to clean up and other issues, but the process appears less smooth cutting, and some have a problem of hypotenuse piece of root. In this paper, analyzing cutting through the course of slice knife, the reasons causing hypotenuse was found, and the corresponding improvement of methods was proposed and was verified by the experiments.
2 Structure of Cutting Mechanism of Slicing Machine
Cutting mechanism of the quality of slice lotus root is the core of the machine, the performance of its direct impact on the quality of slice. Virtual prototyping of cutting mechanism of slice lotus root (Fig.1) was built by using PRO/E, and mechanism diagram of the body is shown in Fig.2. Cutting principle of lotus slicer adopted in the cardiac type of slider-crank mechanism was to add materials inside, which can be stacked several lotus root, lotus root to rely on the upper part of the self and the lower part of the lotus press down, so that it arrives in the material under the surface of the baffle. While slider-crank mechanism was driven by motor, the knife installed on the slider cut lotus root. In the slice-cutting process it was found that parallelism of the surface at both ends of part of piece lotus was not enough, which can not meet the technical requirements for processing.
Fig.1 Virtual prototyping of cutting mechanism
Fig.2 Diagram of cutting mechanism
Study and improvement for slice smoothness in slicing machine of lotus root.
3 The Cause of the Bevel Edge
Uneven thickness and bevel edge of cutting were related with forces on the slice knife in the process of cutting. In accordance with cutting mechanism (Fig.2), without taking into account the friction and weight, the direction of force F of point C was along the link. Force F may be decomposed with a horizontal direction force component and a vertical direction force component. The horizontal force component pushed the knife moving for cutting, but the vertical force component caused the knife moving along the vertical direction. Because of the gap between the slider and the rail, the vertical force component made the blade deforming during the movement, and knife could not move along the horizontal direction to cut lotus root, which caused the emergence of bevel edge. Thus, to reduce or eliminate the vertical force component in the cutting-chip was key to solve the problem of bevel edge and improve the quality of cutting.
When crank speed was 69~90r/min, the horizontal and vertical direction of the force curve of point C connecting link and the blade hinge are shown in Fig.3 and Fig.4 respectively. As can be seen from the chart, with the crank speed improvement the horizontal and vertical direction of the force in point C also increased. The horizontal force changed relatively stable during 0s~0.2s, which was conducive to cutting lotus, but the vertical force increased gradually. The more the vertical force was, the more detrimental to the quality cutting.
Fig.3 Horizontal force of C
Fig.4 Vertical force of C
4 Simulation and Optimization
If improving flatness of the slicer, the structure was optimized to reduce the vertical force component, so as far as possible the level of cutting blade.
When crank speed was 60~90r/min the velocity curve and acceleration curve of the knife center of mass are shown in Fig.5 and Fig.6 respectively. According to the speed curve, the speed of the knife center of mass was relatively large in a period of 0.2s~0.3s. In accordance with the requirements that the knife should have a higher speed during cutting lotus, so this period time was more advantageous to cutting than other terms. According to acceleration curve. When calculates by one cycle, the acceleration value was relatively quite small in the period of time, 0.15s~0.3s compared with other time section. Which indicated that the change of velocity was relatively small, simultaneously the force of inertia was small, and the influence of vibration caused by the force was small to the slicer. Therefore,this period of time, 0.2s~0.3s, to cut root piece was advantageous in enhances the cutting quality of lotus root piece.
Fig.5 Velocity curve of center of mass of knife
Fig.6 Acceleration curve of center of mass of knife
Based on the above analysis, the vertical force component between link and the knife was the main reason for bevel edge. According to the characteristics of slider-crank mechanism, reducing the vertical force on the knife in the period of cutting time by altering crank offest was tried to enhance the quality of the cutting. When crank speed was 60r/min, the crank eccentricity was optimized. When the offest of the crank was 40mm, 20mm, 0mm, -20mm, -40mm, -80mm, -120mm respectively, the mechanism was simulated and the vertical force curves under different crank eccentricity were obtained, as shown in Fig.7.
Fig.7 vertical force curves in different offest
Fig.7 indicates that: When the eccentricity was positive, the vertical force on point C increased gradually in 0.2s~0.3s with the increase of crank oddest: When the eccentricity was negative, the force decreased gradually first and then begun to increase along with -80mm. So when the offest was -80mm, the numerical of the force in 0.2s~0.3s achieved the minimum and the quality of cutting was the best.
When the crank rotated in the other speed, there were the same optimization results. Fig.8 show the curve of vertical force in the offest of 0mm and -80mm when the speed of crank was 80r/min. From the Fig.8 it is obvious that vertical direction of the force of point C in 0.2s~0.3s reduced a lot when the eccentricity is -80mm. Therefore, the vertical force could be reduced by optimizing the slider-crank mechanism of eccentricity.
Fig.8 Vertical force of C
5 Experimental Analysis
The relative error of thickness of lotus root piece reflects the quality of cutting. Which is generally controlled of 10%. There always existed bevel edge phenomenon and the relative error of thickness was about 15% before structural optimization and improvement, which was difficult to meet the technical requirements. The offset in the slider-crank mechanism was optimized, and its structure was improved according to the results of optimization. After improvement cutting test were done in the conditions of crank speed for 80~110r/min and statistical data about the relative error of thickness was shown in Table.1. Four levels were separated in the experiment, three times for each level.
Table 1 Relative error of thickness of slicing
NO
Crank speed (r/min)
80
90
100
110
1
6.6%
6.4%
8.2%
9.5%
2
5.3%
6.1%
8.5%
9.2%
2
6.4%
7.9%
7.9%
9.4%
Average
6.1%
6.8%
8.2%
9.4%
It is derived from Table.1 that the relative error of the thickness of slices could meet the technical indicators when the crank speed was 80~110r/min, especially in the crank rotation speed 80r/min, 90r/min the relative error of thickness was less than 7%,and high quality was achieved.
6 Conclusion
The vertical force component acted on the knife in the process of cutting was the main reason for surface formation and bevel edge, so the key of improving the quality was to reduce the vertical force. Through slice knife and velocity acceleration simulation analysis the best time for slicing, 0.2s~0.3s, was obtained. By optimizing the offset of the crank the vertical force during cutting time was greatly reduced when the offset was -80mm. Experiments were made after improving the design of lotus root slicer, which results showed that by changing the offset of the crank, the relative error of the thickness could fully meet the requirements of less than 10%. So the problem was basically solved that the flatness was not ideal and was the issue of bevel edge.1
References
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南華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
蓮藕切片機(jī)切片平滑度的研究和改進(jìn)
楊德勇 胡建平 韋恩鑄 雷恒群 孔祥次
農(nóng)業(yè)設(shè)備和現(xiàn)代技術(shù)的國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
江蘇省教育部 江蘇大學(xué).江蘇.鎮(zhèn)江
中國(guó) 江蘇省 212013
電話 +86-511-8:傳真+86-511-8
yangdy@163.com
金湖農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)推廣站
中國(guó) 江蘇省 211600
摘要：針對(duì)蓮藕切削質(zhì)量不高和蓮藕片的斜邊問(wèn)題，通過(guò)分析原因，改進(jìn)的方法就是減少刀在垂直方向的力。在Pro/E的環(huán)境下創(chuàng)建了蓮藕切片機(jī)的3D零件和裝配體?；谔摂M樣機(jī)技術(shù)，切片機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析是在ADAMS軟件模擬實(shí)驗(yàn)下實(shí)現(xiàn)的，獲得最佳的切削時(shí)間為0.2s~0.3s，并且得到了刀在垂直方向上的力的曲線。刀在垂直方向上的力隨著曲柄偏移量的變化而改變。曲柄的偏移量?jī)?yōu)化結(jié)果表明，當(dāng)曲柄的偏移量為-80mm時(shí)，在切削時(shí)間里的垂直方向上的力幾乎為零。測(cè)試結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)改進(jìn)設(shè)計(jì)后，切片厚度的相對(duì)誤差小于10％，這是能夠完全滿足技術(shù)要求的。
關(guān)鍵詞：蓮藕；切削機(jī)制；平滑度；優(yōu)化
1前言
中國(guó)是一個(gè)生產(chǎn)蓮藕的大國(guó)，蓮藕半成品系列食品的國(guó)內(nèi)消費(fèi)和外部的出口需求量比較大，為了提高工作效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，設(shè)計(jì)工作組，在借鑒人工切蓮藕片原理的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)一個(gè)新型的切片機(jī)（畢偉，胡建平，2006年）。這種新型的切片機(jī)容易解決切片易斷，粘刀，難清理等問(wèn)題，但過(guò)程中還是出現(xiàn)不平滑切削和一些斜邊的現(xiàn)象。本文通過(guò)對(duì)切削時(shí)刀片的分析，發(fā)現(xiàn)了一些造成斜邊現(xiàn)象的原因，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)方法，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到了驗(yàn)證。
2 切片機(jī)切削結(jié)構(gòu)原理
蓮藕切片的切削原理是機(jī)器的核心，性能直接影響切片的質(zhì)量。在使用PRO / E平臺(tái)下建立了蓮藕切削原理的虛擬樣機(jī)（圖1），結(jié)構(gòu)本身的原理圖如圖2所示。蓮藕切片機(jī)的切削原理是通過(guò)核心的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)往里面添加材料，它可以堆疊許多蓮藕，蓮藕依靠自己本身上部和下部的蓮藕，以便它能夠到達(dá)擋板的表面。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在滑塊上安裝刀片切蓮藕。但在切削過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)在一塊蓮藕兩端面的平行度是不足夠的，這不能滿足加工的技術(shù)要求。
圖1 蓮藕切削原理的虛擬樣機(jī)
圖2 切片原理結(jié)構(gòu)圖
切片機(jī)的蓮藕片平滑度的研究和提高。
3 斜邊的原因
厚薄不均勻和斜邊問(wèn)題與刀片在切削過(guò)程中的力量有關(guān)。按照結(jié)構(gòu)原理（圖2），不考慮相互間摩擦和重量的因素，C點(diǎn)的力F的方向是沿鏈接方向。力F可以分解為一個(gè)水平方向的分力和一個(gè)垂直方向的分力。水平分力造成的刀沿垂直方向移動(dòng)切削，但垂直方向上的力造成的刀沿垂直方向移動(dòng)。由于滑塊和導(dǎo)軌之間的差距，垂直分力會(huì)使葉片在運(yùn)動(dòng)時(shí)變形，刀不能沿水平方向切蓮藕，導(dǎo)致出現(xiàn)斜邊。因此，解決斜邊的問(wèn)題和提高切削質(zhì)量的關(guān)鍵是減少或消除切片時(shí)的垂直分力。
當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)速為60~90轉(zhuǎn)/分鐘，C點(diǎn)和刀片連接部位的水平和垂直方向的力曲線如圖3和圖4所示。從圖上可以看出，當(dāng)曲柄的速度提高后，C點(diǎn)水平和垂直方向的力也增加了，相對(duì)穩(wěn)定的水平力有利于切削蓮藕期間，但垂直方向上的力也逐漸增加。越多的垂直方向上的力，越不利于切削的質(zhì)量。
圖3 C點(diǎn)的水平力
圖4 C點(diǎn)的垂直方向上的力
4 仿真和優(yōu)化
如果提高切片的平整度，結(jié)構(gòu)優(yōu)化可以減少垂直分力，所以盡可能的要刀片保持水平。
當(dāng)曲柄速度60~90轉(zhuǎn)/分鐘時(shí)，刀質(zhì)量中心的速度曲線和加速度曲線分別如圖5和圖6所示。根據(jù)速度曲線，在0.2s~0.3s時(shí)間里，刀質(zhì)量中心的速度是比較大的。按照刀應(yīng)該有更高的速度來(lái)切削蓮藕的要求，這期間的時(shí)間切削比其他時(shí)間更有利。根據(jù)加速度曲線，一個(gè)周期計(jì)算，在0.15s~0.3s的時(shí)間里，相比其他的時(shí)間段加速度值是相對(duì)比較小。這表明速度的變化相對(duì)較小，同時(shí)慣性產(chǎn)生的力小，切片機(jī)受力引起的振動(dòng)影響小。因此，在0.2s~0.3s里來(lái)切蓮藕有利于提高蓮藕片的切削質(zhì)量。
圖5 刀片的質(zhì)量中心速度曲線
圖6 刀片的質(zhì)量中心加速度曲線
基于上述分析，刀片和鏈接之間的垂直分力是造成斜邊的主要原因。根據(jù)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，在切削時(shí)間段通過(guò)改變曲柄偏移來(lái)減少對(duì)刀垂直方向上的力，從而提高切削質(zhì)量。當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)速為60轉(zhuǎn)/分鐘，曲軸偏心率得到了優(yōu)化。當(dāng)曲柄偏移量分別為40mm，20mm，0mm，-20mm, -40mm, -80mm, -120mm時(shí)，在不同的偏移量下模擬其原理，獲得了垂直方向上的力曲線，如圖7所示。
圖7 不同偏移下的垂直方向上的力曲線
圖7表明：偏心率為正值時(shí)，在0.2s~0.3s隨著曲柄偏移量增加，C點(diǎn)的垂直方向上的力逐漸增加；當(dāng)偏心率為負(fù)值時(shí)，隨著曲柄偏移量的增加，力開(kāi)始下降，然后在-80mm處開(kāi)始逐步增加。所以，當(dāng)偏移量為-80mm，力在0.2s~0.3s的數(shù)值降到最低，這時(shí)切削質(zhì)量是最佳的。
當(dāng)曲柄在其他的速度旋轉(zhuǎn)，有相同的優(yōu)化結(jié)果。圖8顯示的是曲軸轉(zhuǎn)速為80轉(zhuǎn)/分鐘、曲軸偏移量為0mm到-80mm時(shí)，垂直方向上的力。從圖8可以看出，當(dāng)偏移量為-80mm時(shí)，C點(diǎn)垂直方向的里在0.2s~0.3s大大減少。因此通過(guò)優(yōu)化曲柄偏移量可以減少垂直方向上的力。
圖8 C點(diǎn)的垂直方向上的力
5 實(shí)驗(yàn)分析
蓮藕片的厚度相對(duì)誤差反映了切削質(zhì)量，一般控制在10％。在結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和改進(jìn)前，總是存在斜邊現(xiàn)象，厚度相對(duì)誤差約為15%左右，這是難以滿足的技術(shù)要求。對(duì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的偏移量進(jìn)行優(yōu)化，并根據(jù)優(yōu)化的結(jié)果，它的結(jié)構(gòu)有了一些改進(jìn)。改進(jìn)后的曲柄，在速度的條件為80?110轉(zhuǎn)/分鐘時(shí)，切削試驗(yàn)出來(lái)的厚度相對(duì)誤差的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表?1所示。從四個(gè)速度層次進(jìn)行分析實(shí)驗(yàn)，每個(gè)速度層次進(jìn)行三次實(shí)驗(yàn)。
表 1 切片厚度相對(duì)誤差
序號(hào)
曲柄速度(轉(zhuǎn)/分鐘)
80
90
100
110
1
6.6%
6.4%
8.2%
9.5%
2
5.3%
6.1%
8.5%
9.2%
2
6.4%
7.9%
7.9%
9.4%
平均
6.1%
6.8%
8.2%
9.4%
來(lái)自表1的數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)曲柄速度為80?110轉(zhuǎn)/分鐘時(shí)，切片厚度相對(duì)誤差能滿足各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，尤其是當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)速度為80轉(zhuǎn)/分鐘和90轉(zhuǎn)/分鐘時(shí)，厚度相對(duì)誤差低于7％，達(dá)到了較高的切削質(zhì)量。
6 總結(jié)
切削的過(guò)程中，表面不平整和斜邊的主要原因是作用在刀組件上的垂直分力，因此提高質(zhì)量的關(guān)鍵是減小垂直方向上的力。通過(guò)刀片質(zhì)量中心速度和加速度模擬分析曲線得到，0.2s?0.3s是切片的最佳時(shí)間。通過(guò)優(yōu)化曲柄的偏移量，當(dāng)偏移量為-80mm時(shí)，垂直方向上的力在切削時(shí)間大大減小。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)蓮藕切片機(jī)后，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)改變曲柄偏移量，厚度相對(duì)誤差不到10％，完全能夠滿足要求。因此，平整度不理想和斜邊問(wèn)題基本解決。
參考文獻(xiàn)
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社,2005
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蓮子脫殼機(jī)設(shè)計(jì)
目 錄
1 引言 1
1．1 課題提出的背景 1
1．2 蓮子脫殼機(jī)械的發(fā)展 2
1．3 蓮子脫殼機(jī)械的研究應(yīng)用現(xiàn)狀 9
1．3．1 目前蓮子脫殼機(jī)采用的脫皮原理 9
1．3．2 新型脫皮技術(shù) 11
1．3．3 蓮子脫殼機(jī)械的工藝研究 11
1．3．4 蓮子脫殼機(jī)械存在的問(wèn)題 11
1．4 蓮子脫殼機(jī)械研究重點(diǎn) 12
1．4．1 提高蓮子脫殼機(jī)械的通用性和適應(yīng)性 12
1．4．2 提高機(jī)械脫皮率。降低破損率 12
1．5 蓮子脫殼機(jī)械應(yīng)用前景展望 13
2．1 蓮子去皮機(jī)的結(jié)構(gòu) 14
2．2 工作原理 15
3．1設(shè)計(jì)前各項(xiàng)參數(shù)的確定 17
3．2 V帶傳動(dòng) 19
3.3 軸 22
3.4 刮板結(jié)構(gòu) 23
3.5 半柵籠 24
3.6 箱體 25
3.7 殼仁分離裝置 25
3.8機(jī)架 25
3.9附件 26
參考文獻(xiàn) 29
致謝 30
1 引言
1．1 課題提出的背景
生產(chǎn)蓮子儀器以及在蓮子貿(mào)易出口時(shí)，都需要對(duì)蓮子進(jìn)行預(yù)處理加工。蓮子的預(yù)處理主要包括蓮子的脫殼和分級(jí)、破碎、軋胚和蒸炒等。
蓮子在加工或作為出口商品時(shí)，需要進(jìn)行脫殼加工。蓮子在制取油脂時(shí)，脫殼的目的是為了提高出油率， 提高毛油和餅粕的質(zhì)量，利于軋胚等后續(xù)工序的進(jìn)行和皮殼的綜合利用。傳統(tǒng)的脫殼為人力手工脫殼，手工脫殼不僅手指易疲勞、受傷，而且工效很低，所以蓮子產(chǎn)區(qū)廣大農(nóng)民迫切要求用機(jī)器來(lái)代替手工脫殼。蓮子脫殼機(jī)的誕生在很大程度上改變了這種局面，使蓮子產(chǎn)區(qū)的農(nóng)民不必再采用最原始的脫殼方法進(jìn)行脫殼，從而大大地減輕了農(nóng)民的體力勞動(dòng)，同時(shí)還提高了蓮子脫殼的效率。
蓮子脫殼機(jī)是將蓮子莢果去掉外殼而得到蓮子仁的場(chǎng)上作業(yè)機(jī)械。由于蓮子本身的生理特點(diǎn)決定了蓮子脫殼不能與蓮子的田間收獲一起進(jìn)行聯(lián)合作業(yè)，而只能在蓮子莢果的含水率降到一定程度后才能進(jìn)行脫殼。隨著蓮子種植業(yè)的不斷發(fā)展，蓮子手工脫殼已無(wú)法滿足高效生產(chǎn)的要求，實(shí)行脫殼機(jī)械化迫在眉睫。
1．2 蓮子脫殼機(jī)械的發(fā)展
我國(guó)蓮子脫殼機(jī)的研制自1965年原八機(jī)部下達(dá)蓮子脫殼機(jī)的研制課題以來(lái)，已有幾十種蓮子脫殼機(jī)問(wèn)世。只進(jìn)行單一脫殼功能的蓮子脫殼機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，以小型家用為主的蓮子脫殼機(jī)在我國(guó)一些地區(qū)廣泛應(yīng)用，能夠完成脫殼、分離、清選和分級(jí)功能的較大型蓮子脫殼機(jī)在一些大批量蓮子加工的企業(yè)中應(yīng)用較為普遍。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的蓮子脫殼機(jī)種類(lèi)很多，如6BH一60型蓮子脫殼機(jī)、6BH一20B型蓮子脫殼機(jī)、6BH一20型蓮子脫殼機(jī)等(技術(shù)參數(shù)見(jiàn)附表)，其作業(yè)效率為人工作業(yè)效率的2O～60倍以上。錦州俏牌集團(tuán)生產(chǎn)的TFHS1500型蓮子除雜脫殼分選機(jī)組一次能實(shí)現(xiàn)蓮子原料的脫殼、除皮、分選，是一種比較先進(jìn)的蓮子后期生產(chǎn)機(jī)械。偉民牌6BH一720型蓮子脫殼機(jī)帶有復(fù)脫、分級(jí)裝置，采用搓板式脫殼、風(fēng)力初選、比重分離清選等裝置，具有結(jié)構(gòu)緊湊、操作靈活方便、脫凈率高、消耗動(dòng)力小等特點(diǎn)。6BK一22型蓮子脫殼機(jī)是一種一次喂料就可完成蓮子脫殼工作的機(jī)械，經(jīng)風(fēng)力初選、風(fēng)扇振動(dòng)、分層分離、復(fù)脫清選分級(jí)后的蓮子仁可直接裝袋入庫(kù)。6BH一1800型蓮子脫殼機(jī)械采用了三軋輥混合脫殼結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)行二次脫殼。而隨著我國(guó)蓮子產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步調(diào)整，蓮子產(chǎn)量逐年增加，蓮子的機(jī)械化脫殼程度將大幅提高，蓮子脫殼機(jī)械將擁有廣闊的發(fā)展前景。
蓮子脫殼的原理很多，因此產(chǎn)生了很多種不同的蓮子脫殼機(jī)械。蓮子脫殼部件是蓮子脫殼機(jī)的關(guān)鍵工作部件，脫殼部件的技術(shù)水平?jīng)Q定了機(jī)具作業(yè)剛蓮子仁破碎率、蓮子果一次剝凈率及生產(chǎn)效率等重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。在目前的生產(chǎn)銷(xiāo)售中，蓮子仁破碎率是社會(huì)最為關(guān)心的主要指標(biāo)。
八十年代以前的蓮子脫殼機(jī)械，破碎率一般都大于8%，有時(shí)高達(dá)l5%以上。加工出的蓮子仁，只能用來(lái)榨油，不能作種用，也達(dá)到出口標(biāo)準(zhǔn)。為了降低破碎率而探討新的脫殼原理，研制新式脫殼部件，便成為蓮子脫殼機(jī)械的重要研究課題。從六十年代初，開(kāi)始在我國(guó)出現(xiàn)了封閉式紋桿滾筒，柵條凹板式蓮子脫殼機(jī)。自1983年以來(lái)，在已有的蓮子脫殼部件的研制基礎(chǔ)上，我國(guó)又相繼研制了多種不同結(jié)構(gòu)型式的新式脫殼部件，其主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，特別是破殼率指標(biāo)大有改善。
以下介紹一下我國(guó)上個(gè)世紀(jì)幾種主要的蓮子脫殼部件
1．封閉式紋桿滾筒，柵條凹板式蓮子脫殼部件
圖 1
六十年代初， 我國(guó)在吸收國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制了TH-340型蓮子脫殼機(jī)，其脫殼部件是在一個(gè)圓筒上鑲上若干根紋桿組成的封閉式紋桿滾筒，下面裝有若干根圓鋼條組成的柵條式凹板，如圖1所示。
在該機(jī)構(gòu)中蓮子進(jìn)口大(3O-50毫米)，出口小(1O-25毫米)，工作時(shí)，蓮子果在滾筒的推動(dòng)下由進(jìn)口向出口端運(yùn)動(dòng)，在滾筒和凹板的沖擊、擠壓、揉搓作用下直接脫殼，蓮子受列脫殼機(jī)的直接搓擦作用，系強(qiáng)制脫殼，故破碎率高。脫殼時(shí)， 直徑同凹板柵縫一樣大小的單粒果及雙粒果便從柵縫中分離出來(lái)，所以一次剝凈率低，最高80％。為了將混在一起的蓮子仁和未脫果分離開(kāi)來(lái)，采用柵條式凹板的脫殼機(jī)一般要配置分離機(jī)構(gòu)。后來(lái)研制并生產(chǎn)的TH-47O型，6 BH-570型等型式的脫殼機(jī)，結(jié)構(gòu)與其大同小異，脫殼質(zhì)量均不理想。
2． 封閉橡膠板滾筒，直立橡膠板式脫殼部件
該機(jī)的脫殼部件是由封閉膠輥和直立膠板組成，脫殼原理系擠壓式，如圖2所示
圖2
作業(yè)時(shí)，蓮子果在膠輥的推動(dòng)下，通過(guò)脫殼間隙(5—20毫米)，由膠輥和膠板的擠壓作用脫殼，避開(kāi)了脫殼部件的揉搓作用,破碎率有所降低，但仍在5％以上。另外，因直徑小于脫殼間隙的小果未經(jīng)脫殼便被分離出來(lái)，故一次剝凈率很低，只有30%左右。所以不得不增設(shè)循環(huán)機(jī)構(gòu)，以使蓮子經(jīng)多次擠壓脫殼，致使機(jī)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、龐大，造價(jià)較高。
3． 開(kāi)式紋桿滾筒，編織凹板式蓮子脫殼部件
脫殼部件采用了由兩根金屬紋桿組成的開(kāi)式紋桿滾筒和用編織絲網(wǎng)制成的編織凹板，其結(jié)構(gòu)如圖3所示
圖3
作業(yè)時(shí)，蓮子果在滾筒的推動(dòng)下，受擠壓揉搓脫殼，該結(jié)構(gòu)與封閉滾筒式不同，蓮子果受到開(kāi)式滾筒的攪拌作用，脫殼力帶有柔性，故其破碎率較低，可控制在3%-5% 。另外，與柵條式凹板不同，因系編織網(wǎng)孔凹板，脫殼時(shí)，只有直徑小于網(wǎng)孔尺寸的單粒癟果末脫殼而被網(wǎng)孔分離，雙粒長(zhǎng)果則漏不出來(lái)，仍被脫殼，故剝凈率較高。
4． 立式脫殼機(jī)構(gòu)
脫殼部件采用了由兩根扁鋼條焊接而成的立式轉(zhuǎn)子，下面裝著用編織絲網(wǎng)制成的編織平底篩，該脫殼部件如圖4所示。
圖4
在脫殼室內(nèi)，蓮子果受立式轉(zhuǎn)子的推動(dòng)而相互磨擦，從而達(dá)到脫殼的目的，此方法系柔性揉搓脫殼。實(shí)踐證明，該機(jī)破碎率較低，可控制在3％以下。其缺點(diǎn)是由于采用立式傳動(dòng)， 故傳動(dòng)機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜。
5． 開(kāi)式扁條滾筒，編織凹板式蓮子脫殼部件
采用了由三根扁鋼條制成的開(kāi)式扁條滾筒，和用編織絲網(wǎng)制成的凹板結(jié)構(gòu)，如圖5所示。作業(yè)時(shí)，蓮子果在扁條的推動(dòng)下隨滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，在滾筒和凹板之間形
圖5
成一個(gè)活動(dòng)層，蓮子果在該活動(dòng)層內(nèi)互相揉搓而脫殼。由于在該機(jī)構(gòu)中，避開(kāi)了脫殼部件的直接擠壓， 沖擊的作用，而是蓮子搓蓮子，系柔性脫殼，故破碎率較低， 該機(jī)鑒定時(shí)實(shí)測(cè)破傷率(破碎率+損傷率)為0．91。另外脫凈率及生產(chǎn)效率等指標(biāo)亦較理想。
1．3 蓮子脫殼機(jī)械的研究應(yīng)用現(xiàn)狀
目前國(guó)內(nèi)蓮子脫殼機(jī)從其脫殼原理、結(jié)構(gòu)和材料上基本可分為以打擊、揉搓為主的鋼紋桿——鋼柵條凹板 以擠壓、揉搓為主的橡膠滾筒一一橡膠浮動(dòng)凹板兩大類(lèi)，但脫殼質(zhì)量均不高，破損率都大于8 %，剝出的蓮子米只能用于榨油和食用，滿足不了外貿(mào)出口和作種子的要求。探索先進(jìn)的脫殼原理是解決脫殼機(jī)現(xiàn)存問(wèn)題的重要途徑。
1．3．1 目前蓮子脫殼機(jī)采用的脫殼原理
目前應(yīng)用比較廣泛的蓮子機(jī)械脫殼原理有以下幾種。
撞擊法脫殼 撞擊法脫殼是物料高速運(yùn)動(dòng)時(shí)突然受阻而受到?jīng)_擊力，使外殼破碎而實(shí)現(xiàn)脫殼的目的。其典型設(shè)備為由高速回轉(zhuǎn)甩料盤(pán)及固定在甩料盤(pán)周?chē)拇植诒诎褰M成的離心脫殼機(jī)。甩料盤(pán)使蓮子莢果產(chǎn)生一個(gè)較大的離心力撞擊壁面，只要撞擊力足夠大，莢果外殼就會(huì)產(chǎn)生較大的變形，進(jìn)而形成裂縫。當(dāng)莢果離開(kāi)壁面時(shí)，由于外殼具有不同的彈性變形而產(chǎn)生不同的運(yùn)動(dòng)速度，莢果所受到的彈性力較小，運(yùn)動(dòng)速度也不如外殼，阻止了外殼迅速向外移動(dòng)而使其在裂縫處裂開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)籽粒的脫殼。撞擊脫殼法適合于仁殼間結(jié)合力小，仁殼間隙較大且外殼較脆的莢果。影響離心式脫殼機(jī)脫殼質(zhì)量的因素有，籽粒的水分含量、甩料盤(pán)的轉(zhuǎn)速、甩料盤(pán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等。
碾搓法脫殼 蓮子莢果在固定磨片和運(yùn)動(dòng)著的磨片間受到強(qiáng)烈的碾搓作用，使莢果的外殼被撕裂而實(shí)現(xiàn)脫殼。其典型的設(shè)備為由一個(gè)固定圓盤(pán)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)組成的圓盤(pán)脫殼機(jī)。莢果經(jīng)進(jìn)料口進(jìn)入定磨片和動(dòng)磨片的間隙中，動(dòng)磨片轉(zhuǎn)動(dòng)的離心力使籽粒沿徑向向外運(yùn)動(dòng)，也使莢果與定磨片問(wèn)產(chǎn)生方向相反的摩擦力；同時(shí)，磨片上的牙齒不斷對(duì)外殼進(jìn)行切裂，在摩擦力與剪切力的共同作用下使外殼產(chǎn)生裂紋直至破裂，并與殼仁脫離，達(dá)到脫殼的目的。該種方法影響因素有，莢果的水分含量、圓盤(pán)的直經(jīng)、轉(zhuǎn)速高低、磨片之間工作間隙的大小、磨片上槽紋的形狀和莢果的均勻度等。
剪切法脫殼 蓮子莢果在固定刀架和轉(zhuǎn)鼓間受到相對(duì)運(yùn)動(dòng)著的刀板的剪切力的作用，外殼被切裂并打開(kāi)，實(shí)現(xiàn)外殼與果仁的分離。其典型設(shè)備為由刀板轉(zhuǎn)鼓和刀板座為主要工作部件的刀板脫殼機(jī)。在刀板轉(zhuǎn)鼓和刀板座上均裝有刀板，刀板座呈凹形，帶有調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可根據(jù)蓮子莢果的大小調(diào)節(jié)刀板座與刀板轉(zhuǎn)鼓之間的間隙。當(dāng)?shù)栋遛D(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)時(shí)，與刀板之間產(chǎn)生剪切作用，使物料外殼破裂和脫落。主要適用于棉籽，特別是帶絨棉籽的脫殼，脫殼效果較好。由于其工作面較小，故易發(fā)生漏籽現(xiàn)象，重剝率較高。該種方法影響因素有，原料水分含量、轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的高低、刀板之間的間隙大小等。
擠壓法脫殼 擠壓法脫殼是靠一對(duì)直徑相同轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，轉(zhuǎn)速相等的圓柱輥，調(diào)整到適當(dāng)間隙，使蓮子莢果通過(guò)間隙時(shí)受到輥的擠壓而破殼。莢果能否順利地進(jìn)入兩擠壓輥的間隙，取決于擠壓輥及與莢果接觸的情況。要使莢果在兩擠壓輥間被擠壓破殼，莢果首先必須被夾住，然后被卷入兩輥間隙。兩擠壓輥間的間隙大小是影響籽粒破損率和脫殼率高低的重要因素。
搓撕法脫殼 搓撕法脫殼是利用相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的橡膠輥筒對(duì)籽粒進(jìn)行搓撕作用而進(jìn)行脫殼的。兩只膠輥水平放置，分別以不同轉(zhuǎn)速相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，輥面之間存在一定的線速差，橡膠輥具有一定的彈性．其摩擦系數(shù)較大。蓮子莢果進(jìn)入膠輥工作區(qū)時(shí)，與兩輥面相接觸，如果此時(shí)莢果符合被輥?zhàn)訃说臈l件，即嚙人角小于摩擦角，就能順利進(jìn)入兩輥問(wèn)．此時(shí)莢果在被拉人輥間的同時(shí)，受到兩個(gè)不同方向的摩擦力的撕搓作用；另外，莢果又受到兩輥面的法向擠壓力的作用，當(dāng)莢果到達(dá)輥?zhàn)又行倪B線附近時(shí)法向擠壓力最大，莢果受壓產(chǎn)生彈性—— 塑性變形，此時(shí)莢果的外殼也將在擠壓作用下破裂，在上述相反方向撕搓力的作用下完成脫殼過(guò)程。影響脫殼性能的因素有，線速差、膠壓輥的硬度、軋入角、軋輥半徑、軋輥間間隙等。
1．3．2 新型脫殼技術(shù)
壓力膨脹法 原理是先使一定壓力的氣體進(jìn)入蓮子殼內(nèi)，維持一段時(shí)間，以使蓮子莢果內(nèi)外達(dá)到氣壓平衡，然后瞬間卸壓，內(nèi)外壓力平衡打破，殼體內(nèi)氣體在高壓作用下產(chǎn)生巨大的爆破力而沖破殼體，從而達(dá)到脫殼的目的。主要影響因素有，充氣壓力、穩(wěn)定壓力維持時(shí)間、籽粒的含水率等。
真空法 將蓮子莢果放在真空爆殼機(jī)中，在真空條件下，將具有相當(dāng)水分的莢果加熱到一定溫度，在真空泵的抽吸下，莢果吸熱使其外殼的水分不斷蒸發(fā)而被移除，其韌性與強(qiáng)度降低，脆性大大增加；真空作用又使殼外壓力降低，殼內(nèi)部相對(duì)處于較高壓力狀態(tài)。殼內(nèi)的壓力達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，就會(huì)使外殼爆裂。
激光法 用激光逐個(gè)切割堅(jiān)果外殼。試驗(yàn)顯示，用這種方法幾乎能夠達(dá)到100 9／6的整仁率，但因其費(fèi)用昂貴、效率低下等原因，很難得到推廣。
1．3．3 蓮子脫殼機(jī)械的工藝研究
在脫殼技術(shù)方面，除了在原理和設(shè)備上進(jìn)行研究外，人們還在工藝上進(jìn)行了研究以提高籽粒的脫殼率及脫殼質(zhì)量。
分級(jí)處理 物料的粒度范圍大，必須先按大小分級(jí)，再進(jìn)行脫殼，才能提高脫殼率，減少破損率。
水分含量 蓮子莢果的含水率對(duì)脫殼效果有很大的影響，含水率大，則外殼的韌性增加；含水率小，則果仁的粉末度大。因此應(yīng)使蓮子莢果盡量保持最適當(dāng)?shù)暮剩员ＷC外殼和果仁具有最大彈性變形和塑性變形的差異，即外殼含水率低到使其具有最大的脆性，脫殼時(shí)能被充分破裂，同時(shí)又要保持仁的可塑性，不能因水分太少而使果仁在外力作用下粉末度太大，可減少果仁破損率。
1．3．4 蓮子脫殼機(jī)械存在的問(wèn)題
目前我國(guó)在蓮子脫殼技術(shù)研究方面一直沒(méi)有大的突破，資金投入也不足，脫殼部件的研制仍在2O世紀(jì)90年代初的技術(shù)水平上徘徊，所以在脫殼性能上并沒(méi)有很大的提高。由于機(jī)械脫殼時(shí)對(duì)蓮子仁的損傷率偏高，用于種子和較長(zhǎng)期貯存的蓮子仁至今仍是手工脫殼。脫殼機(jī)械在技術(shù)性能和作業(yè)環(huán)節(jié)上存在以下問(wèn)題：① 脫殼率低，脫殼后的果仁破損率高，損失大。② 機(jī)具性能不穩(wěn)定，適應(yīng)性差。③ 通用性差，利用率低。④ 作業(yè)成本偏高，多數(shù)是單機(jī)制造，制造的工藝水平較低，同時(shí)能耗較高。⑤ 有些產(chǎn)品僅進(jìn)行了樣機(jī)試制或少量試生產(chǎn)，未進(jìn)行大量生產(chǎn)性考核和示范應(yīng)用，作業(yè)性能及商品性等方面還存在不少問(wèn)題。
1．4 蓮子脫殼機(jī)械研究重點(diǎn)
我國(guó)加入WTO以來(lái)，國(guó)內(nèi)外關(guān)于蓮子脫殼機(jī)械的開(kāi)發(fā)與推廣應(yīng)用日益增多，針對(duì)現(xiàn)有蓮子脫殼機(jī)械存在的優(yōu)點(diǎn)與不足，在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，對(duì)蓮子脫殼機(jī)械在生產(chǎn)應(yīng)用中的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，不斷完善其功能，使其呈現(xiàn)良好的發(fā)展勢(shì)頭。
1．4．1 提高蓮子脫殼機(jī)械的通用性和適應(yīng)性
提高蓮子脫殼機(jī)械的通用性和適應(yīng)性仍是當(dāng)前的主要研究方向之一目前，許多蓮子脫殼機(jī)械只是針對(duì)某一蓮子品種和所在地區(qū)的生長(zhǎng)環(huán)境來(lái)設(shè)計(jì)，其通用性、兼容性和適應(yīng)性較差。提高蓮子脫殼機(jī)械的通用性和兼容性，使研制的蓮子脫殼機(jī)械通過(guò)更換主要部件能夠同時(shí)對(duì)其他帶殼物料進(jìn)行脫殼加工。研制通過(guò)變換主要工作部件即能滿足不同堅(jiān)果脫殼作業(yè)需要的脫殼機(jī)具，并提高制造工藝水平，降低制造成本，以適應(yīng)不同加工企業(yè)的需要。蓮子脫殼機(jī)械能否適應(yīng)這種發(fā)展趨勢(shì)，將直接影響到蓮子脫殼機(jī)械能否更好的推廣應(yīng)用與健康發(fā)展。
1．4．2 提高機(jī)械脫殼率。降低破損率
對(duì)蓮子脫殼機(jī)械的關(guān)鍵技術(shù)與工作部件進(jìn)行重點(diǎn)攻關(guān)，改革傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，研究新的脫殼機(jī)理，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；同時(shí)在整體配置上進(jìn)一步改進(jìn)和完善，提高脫殼率，降低籽仁破損率。目前國(guó)內(nèi)外的蓮子脫殼機(jī)械均存在脫殼率和破損率之間的矛盾，處理好這一關(guān)鍵技術(shù)將關(guān)系到蓮子脫殼機(jī)械的發(fā)展前景。
1．4．3 向自動(dòng)控制和自動(dòng)化方向發(fā)展大多數(shù)機(jī)具目前仍依賴(lài)人工喂料或定位，影響了作業(yè)速度和作業(yè)質(zhì)量。因此應(yīng)通過(guò)機(jī)電一體化手段，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)自動(dòng)喂料、自動(dòng)定位脫殼裝置，保證均勻喂料與有效定位，實(shí)現(xiàn)機(jī)組自動(dòng)化操作，進(jìn)一步提高作業(yè)精確性和作業(yè)速度，提高產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)率，滿足部分大、中型加工企業(yè)的需要，以開(kāi)拓國(guó)內(nèi)和國(guó)外市場(chǎng)。
新技術(shù)原理、新結(jié)構(gòu)材料、新工藝將不斷應(yīng)用于蓮子機(jī)械的研制開(kāi)發(fā)中，隨著液壓技術(shù)、電子技術(shù)、控制技術(shù)以及化工、冶金工業(yè)的發(fā)展，許多復(fù)雜的機(jī)械機(jī)構(gòu)、動(dòng)力傳遞、笨重的材料和落后的工藝將逐漸被取代。減輕重量，減少阻力，簡(jiǎn)化操作，減少輔助工作時(shí)間，延長(zhǎng)使用壽命，降低勞動(dòng)使用費(fèi)用等將作為主要設(shè)計(jì)目標(biāo)應(yīng)用于脫殼機(jī)械的設(shè)計(jì)制造。隨著國(guó)內(nèi)外高新技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，如何將這些高新技術(shù)更好的應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，也是目前蓮子脫殼機(jī)械需要盡快解決的問(wèn)題。
1．5 蓮子脫殼機(jī)械應(yīng)用前景展望
蓮子生產(chǎn)機(jī)械化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要組成部分，是農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展的重要保證，近年來(lái)，蓮子機(jī)械裝備總量不斷穩(wěn)步增長(zhǎng)，作業(yè)水平進(jìn)一步提高，社會(huì)化服務(wù)規(guī)模不斷擴(kuò)大，雖然目前蓮子脫殼機(jī)械化水平較高，但是多應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)與示范推廣區(qū)，并且小型機(jī)械多、大型機(jī)械少，低檔機(jī)械多、高性能機(jī)械少。在一些地區(qū)，用作種子和特殊用途的蓮子仁仍采用傳統(tǒng)的手工脫殼，勞動(dòng)生產(chǎn)率低，區(qū)域性發(fā)展不平衡。進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)蓮子生產(chǎn)機(jī)械化開(kāi)始了新的發(fā)展階段，農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整發(fā)生了新的變化，也對(duì)蓮子機(jī)械的發(fā)展產(chǎn)生了積極而深遠(yuǎn)的影響，不僅拉動(dòng)了新的有效需求，而且構(gòu)筑了適合蓮子生產(chǎn)機(jī)械化發(fā)展的新舞臺(tái)，為蓮子生產(chǎn)機(jī)械化真正成為農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動(dòng)器提供了廣闊的市場(chǎng)發(fā)展條件。在一些地區(qū)推進(jìn)蓮子生產(chǎn)機(jī)械化的過(guò)程中，相繼出臺(tái)了鼓勵(lì)和扶持農(nóng)民購(gòu)買(mǎi)蓮子機(jī)械、開(kāi)展蓮子機(jī)械作業(yè)服務(wù)的優(yōu)惠政策和措施，調(diào)動(dòng)了農(nóng)民購(gòu)買(mǎi)蓮子機(jī)械的積極性，形成了新的市場(chǎng)需求。隨著蓮子種植業(yè)的不斷發(fā)展，國(guó)內(nèi)外對(duì)蓮子深加工產(chǎn)品的需求不斷增大，提高蓮子脫殼機(jī)械化作業(yè)水平成為必然。蓮子脫殼機(jī)在提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度方面起到了積極的作用，促進(jìn)了蓮子加工業(yè)的科技進(jìn)步，為蓮子脫殼機(jī)械的發(fā)展提供了空間。
2 刮板式蓮子脫殼機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理
2．1 刮板式蓮子脫殼機(jī)的結(jié)構(gòu)
根據(jù)刮板式蓮子脫殼機(jī)的脫殼原理可知道，蓮子是從上至下依次經(jīng)過(guò)集料斗、脫殼箱、柵格、下箱出口、分選口，蓮子仁收集斗這些部件的，因此設(shè)計(jì)脫殼機(jī)的整體結(jié)構(gòu)的依據(jù)就出來(lái)了。
設(shè)計(jì)過(guò)程是從上往下，從蓮子的裝集開(kāi)始，最上面是集料斗，集料斗下方是脫殼箱，集料斗可與脫殼箱設(shè)計(jì)為一個(gè)整體。在脫殼箱內(nèi)，蓮子必須經(jīng)過(guò)刮板的撞擊和擠壓作用才能進(jìn)行脫殼，因此，將刮板設(shè)計(jì)置在脫殼箱內(nèi)。蓮子經(jīng)過(guò)刮板的撞擊和擠壓進(jìn)行脫殼后，要經(jīng)過(guò)位于脫殼箱底部的柵格，于是可以把柵格設(shè)計(jì)成一個(gè)半圓柵籠，將其固定在脫殼箱的下半箱內(nèi)。蓮子穿過(guò)柵格后經(jīng)過(guò)脫殼箱底部的出口往下落，在下落過(guò)程中，設(shè)計(jì)一個(gè)風(fēng)機(jī)的吹入口，其作用是將經(jīng)過(guò)脫殼的蓮子殼與蓮子仁進(jìn)行分離，重量稍重的不被風(fēng)吹走，而重量較輕的蓮子殼將被風(fēng)機(jī)吹來(lái)的氣流帶入到蓮子殼收集通道，通道的底部設(shè)計(jì)成一定角度。經(jīng)過(guò)分離的蓮子仁往下落，落入蓮子仁收集通道，將此通道與蓮子殼收集通道的底面設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，這樣的設(shè)計(jì)可以讓被風(fēng)吹走的蓮子仁通過(guò)自身的重量往下回滾到花仁收集通道。
為保證整機(jī)的各部分的安裝，需設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)架，機(jī)架起到其它幾個(gè)部分的支承、定位、連接作用，并將電機(jī)安裝在機(jī)架里面，脫殼機(jī)安裝在機(jī)架的上方。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2-1所示。
圖2-1
2．2 工作原理
刮板式蓮子脫殼機(jī)以前也稱(chēng)為刀籠脫殼機(jī)，是借助轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的刮板與籠柵的擠壓和打擊作用，將蓮子果外殼破碎的一種機(jī)械設(shè)備，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便。其結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。它主要由進(jìn)料機(jī)構(gòu)、脫殼機(jī)構(gòu)和支承機(jī)構(gòu)等部分組成。
圖1-1
蓮子果進(jìn)入存料斗后，經(jīng)下部的入料窄口形成薄層流落下來(lái)進(jìn)入脫殼箱內(nèi)，與高速旋轉(zhuǎn)的刮板相互碰撞，在刮板的錘擊下，蓮子殼發(fā)生破裂，從而進(jìn)行第一次脫殼。部分蓮子果在下落過(guò)程中沒(méi)有與刮板發(fā)生碰撞，有些發(fā)生碰撞了而蓮子殼卻未撞裂，這部分蓮子落入到由圓鋼棒排列成的柵格上，由于柵格頂部與刮板的旋轉(zhuǎn)外徑間的間距不足以容納一個(gè)蓮子果，因此蓮子果將在落入柵格的同時(shí)被刮板再次錘擊和擠壓，從而使這些蓮子果的果殼也被壓碎。脫殼后的仁與殼通過(guò)柵格間的間隙落下，在下落的同時(shí)，受到風(fēng)機(jī)吹來(lái)的經(jīng)調(diào)節(jié)好的氣流作用，果殼因重量輕而被氣流送入集殼通道，而蓮子仁因重量大，繼續(xù)往下落，從而達(dá)到了殼仁分離的目的。
3刮板式蓮子脫殼機(jī)主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
刮板式蓮子脫殼機(jī)能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，看的是其主要部件的設(shè)計(jì)，如果設(shè)計(jì)不合理，機(jī)器就不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)或者說(shuō)不能運(yùn)轉(zhuǎn)，那么生產(chǎn)出來(lái)的這臺(tái)機(jī)器就是一堆費(fèi)品。設(shè)計(jì)合理，機(jī)器就能正常的運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)并對(duì)蓮子果進(jìn)行脫殼。因此，刮板式蓮子脫殼機(jī)的主要部件的設(shè)計(jì)在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中顯得尤為重要，合理的設(shè)計(jì)將提供給使用者更多的方便和實(shí)惠。
3．1設(shè)計(jì)前各項(xiàng)參數(shù)的確定
3．1．1 刮板的半徑及轉(zhuǎn)速初定
刮板的旋轉(zhuǎn)必須確保能將部分蓮子殼撞碎，當(dāng)蓮子果與鋼質(zhì)物體相對(duì)速度達(dá)到5時(shí)，可使蓮子殼破碎而不會(huì)破壞到蓮子仁，可根據(jù)此依據(jù)設(shè)計(jì)刮板的轉(zhuǎn)速與半徑。
如圖3-1所示，蓮子下落位置在之間，設(shè)計(jì)時(shí)采用最小碰撞半徑為計(jì)算半徑
取半徑R=250mm，則n=382.2r/min
結(jié)論：R=250mm，
n=382.2r/min
圖3-1
3．1．2 刮板所需功率計(jì)算
根據(jù)公式可計(jì)算出刮板所需的功率
刮板對(duì)蓮子做功
：刮板改變蓮子的動(dòng)能
：刮板改變蓮子的勢(shì)能
根據(jù)所給產(chǎn)量要求 1500kg/h,即0.417kg/s,此為蓮子仁的產(chǎn)量，折合蓮子果產(chǎn)量為0.417/純?nèi)事?根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，湖南所處地理位置可取蓮子的純?nèi)事蕿?9%,折合蓮子果產(chǎn)量為0.604kg/s,此即每秒進(jìn)入脫殼箱內(nèi)被破碎的蓮子果的重量。蓮子接觸刮板時(shí)初速度設(shè)為1m/s，方向向下，脫離刮板時(shí)速度為15m/s,方向向左，脫離刮板時(shí)相對(duì)初位置高度為500mm
t=1s
m=0.604kg/s
=1m/s
=15m/s
R=0.5m
=(0.302+67.95+2.96)W=71.212w
加上刮板與蓮子在柵格中擠壓所需要的能量，P也不會(huì)超過(guò)500w。為計(jì)算電動(dòng)機(jī)的所需工率Pd，先要確定從電動(dòng)機(jī)到工作機(jī)之間的總效率。設(shè)、分別為滾動(dòng)軸承和V帶傳動(dòng)的效率，于是有
=-0.8668
電動(dòng)機(jī)所需功率不會(huì)超過(guò)700W，由于給定電動(dòng)機(jī)的功率為1.5kW，遠(yuǎn)大于此計(jì)算值，故所給電動(dòng)機(jī)的功率完全符合要求。
3．1．3 傳動(dòng)方案擬定
由于刮板式蓮子脫殼機(jī)的工作軸旋轉(zhuǎn)速度較高，達(dá)到=382.2r/min可有兩種選擇，第一種是采用一級(jí)V帶傳動(dòng)，第二種是采用兩級(jí)混合傳動(dòng)，而很明顯的，若采用兩級(jí)傳動(dòng)方案，將會(huì)致使機(jī)器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且成本升高，所以選用一級(jí)V帶傳動(dòng)。
3．1．4 電動(dòng)機(jī)的選擇
根據(jù)所給的功率及同步轉(zhuǎn)速，可選用的電機(jī)型號(hào)有兩種
Y90L-4型 和 Y100L-6型
根據(jù)電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速和刮板轉(zhuǎn)速可算出總傳動(dòng)比，現(xiàn)將此兩種電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)和傳動(dòng)比列于下表
方案號(hào)
電機(jī)型號(hào)
額定功率kw
同步轉(zhuǎn)速r/min
滿載轉(zhuǎn)速r/min
總傳動(dòng)比 i
1
Y100L-6
1．5
1000
940
2．459
2
Y90L-4
1．5
1500
1400
3．663
由上表可知：方案1總傳動(dòng)比雖小，轉(zhuǎn)速低，但價(jià)格高，作為家用機(jī)械的電機(jī)不是太合算，故選擇方案2，即電機(jī)型號(hào)為Y90L-4。
查表得此種電動(dòng)機(jī)的中心高H=90mm，外伸軸徑為24mm，軸的外伸長(zhǎng)度為50mm。
3．1．5 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和參數(shù)計(jì)算
軸的轉(zhuǎn)速
軸的輸入功率
=1.35kw
軸的轉(zhuǎn)矩
3．2 V帶傳動(dòng)
首先列出設(shè)計(jì)的基本條件
電機(jī)型號(hào)：Y90L-4
額定功率：1.5kw
轉(zhuǎn)速：=1400r/min
傳動(dòng)比：=3.663
假設(shè)每天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間t<10h
1.確定計(jì)算功率
查表得工作情況系數(shù) =1.1
==1.1×1.5=1.65(kw)
2．選擇V帶帶型
根據(jù)、查得最適合的帶型為A型
3．確定帶輪基準(zhǔn)直徑
由主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑系中選取，從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑為
驗(yàn)算帶的速度
v=<=
因此所選帶的速度合適
4．確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度
根據(jù)初步確定中心距，計(jì)算帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度
=1972.36mm
由V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度系中選取基準(zhǔn)長(zhǎng)度
計(jì)算實(shí)際中心距a
5．驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角
主動(dòng)輪包角合適
6．計(jì)算V帶的根數(shù)z
由,,=3.663查表得
，，，
代入數(shù)值，經(jīng)計(jì)算
Z=1.984
取z=2
7.計(jì)算預(yù)緊力
8．計(jì)算作用在軸上的壓軸力
代入數(shù)值計(jì)算得
=482.7N
9.V帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算及選用
帶輪材料選用HT200
根據(jù)基準(zhǔn)直徑的大小選用不同的帶輪類(lèi)型，小徑帶輪采用實(shí)心式，大徑帶輪采用輪輻式，主要結(jié)構(gòu)尺寸如下
單位：mm
尺寸類(lèi)型
小帶輪
大帶輪
75
280
基準(zhǔn)寬度
11.0
11.0
基準(zhǔn)線上槽深
2.75
2.75
基準(zhǔn)線下槽深
8.7
8.7
槽間距e
15±0.3
15±0.3
第一槽對(duì)稱(chēng)面至端面距離f
輪緣厚d
12
12
帶輪寬B
35
35
外徑
80.5
285.5
輪槽角
極限偏差
孔徑
26
16
輪轂長(zhǎng)
50
35
48
32
輪輻厚
8
20
16
230.5
具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見(jiàn)零件圖
3.3 軸
軸的轉(zhuǎn)速
軸的輸入功率
=1.35kw
軸的轉(zhuǎn)矩
1 初步確定軸的最小直徑
先按經(jīng)驗(yàn)公式算郵軸的最小直徑，選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。查表選取，于是得
2擬定軸上零件的裝配方案
通過(guò)對(duì)各種方案的比較，現(xiàn)選用圖3-2所示裝配方案
圖3-2
3 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
（1）為滿足V帶輪的軸向定位，1-2軸右端制一軸肩，故取2-3段直徑=22mm，左端用軸端擋圈定位，取直徑D=22mm。V帶輪與軸配合的轂孔長(zhǎng)試為35mm，為保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸端面上，故1-2段長(zhǎng)度取為
（2）初步選擇滾動(dòng)軸承 因軸承只承受徑向力，故先用深溝球軸承。參照工作要求并根據(jù)，初步選取深溝球軸承6205,其基本參數(shù)如下表
6204
基本尺寸
安裝尺寸
極限轉(zhuǎn)速
D
B
脂潤(rùn)滑
油潤(rùn)滑
25
52
15
1
31
46
1
12000
16000
（3）安裝刮板架段軸直徑。刮板架段安裝寬度取，
（4） 軸承端蓋總厚度20mm，取端蓋外端與V帶輪右端面間的距離，故取
（5）取刮板距箱體內(nèi)壁，取，。
至此，已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度。
（6）軸上零件的周向固定
V帶輪與軸的周向定位采用平鍵聯(lián)接，按其直徑查手冊(cè)得平鍵截面如下
長(zhǎng)度取22mm
V帶輪與軸的配合為，滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是借過(guò)渡配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為。
（7）確定軸上圓角和倒角尺寸
取軸端倒角，各軸肩處圓角半徑見(jiàn)零件圖
3.4 刮板結(jié)構(gòu)
刮板結(jié)構(gòu)是整個(gè)機(jī)器的關(guān)鍵部分，它的作用就是對(duì)蓮子果進(jìn)行脫殼。此結(jié)構(gòu)采用四鋼板十字交叉固定在旋轉(zhuǎn)筒架上，其結(jié)構(gòu)如圖3-3所示
圖3-3
因?yàn)椴捎玫氖谴驌艉蛿D壓兩種方式配合進(jìn)行脫殼，所以對(duì)刮板的強(qiáng)度有一定要求，采用材料是45號(hào)鋼，而且刮板的表面必須進(jìn)行處理，表面滲碳1-1.5mm，熱處理硬度HRC56-62。刮板選用四塊8mm厚鋼板，長(zhǎng)′寬=500mm′129mm，刮板外緣距旋轉(zhuǎn)中心距離250mm。固定刮板的筒架結(jié)構(gòu)，其內(nèi)徑為26mm，外徑120mm，刮板固定支架長(zhǎng)度為140mm，截面尺寸40mm′20mm，每塊刮板由兩根固定支架固定，兩者間采用M10螺栓聯(lián)接。
3.5 半柵籠
半柵籠在機(jī)器中的作用是讓已經(jīng)被脫殼的蓮子與未被脫殼的蓮子進(jìn)行分離，其分離的原理就是“小個(gè)通過(guò)，大個(gè)不過(guò)”。半柵籠的每一個(gè)柵格都只能容許一個(gè)蓮子仁大小的物體通過(guò)，被脫殼的蓮子由于蓮子殼的破裂，被變成破碎的蓮子殼和整粒的蓮子仁，蓮子仁的大小剛好可以穿過(guò)柵格，而蓮子果因?yàn)樘?，無(wú)法通過(guò)柵格，將被阻擋在脫殼箱內(nèi)，繼續(xù)進(jìn)行脫殼直到其外殼破碎為止。其結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。
圖3-4
柵條是利用兩塊墻板對(duì)兩端進(jìn)行固定的，墻板材料為HT200，柵條材料為20號(hào)鋼。柵條采用圓截面長(zhǎng)條，長(zhǎng)度為538mm，因其特殊的作用，還需對(duì)其進(jìn)行表面處理，要求滲碳1-1.5mm，熱處理硬度HRC56-62。柵條的兩頭裝砌在墻板的圓形槽內(nèi)，組成半圓柵籠，柵條間距為10mm，這樣可使剝出的蓮子仁能通過(guò)柵格，而未脫殼的剛不能通過(guò)。
裝砌完成后要太上鎖緊條，防止柵條松動(dòng)。半柵籠內(nèi)徑為。
3.6 箱體
箱體的作用是提供給刮板一個(gè)封閉的脫殼環(huán)境，并對(duì)相關(guān)結(jié)構(gòu)起到支承和定位作用。
為了便于軸系部件的安裝和拆卸，將箱體做成剖分式，箱由箱座和箱蓋組成，，取軸的中心線所在平面為剖分面。箱座和箱蓋采用普通螺栓聯(lián)接，用圓錐銷(xiāo)定位。箱體的材料選用HT200，鑄造成型。具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見(jiàn)零件圖。
3.7 殼仁分離裝置
殼仁分離裝置分為兩個(gè)部分，一個(gè)是氣流通道，它的一端接風(fēng)機(jī)，另一端安裝在箱體的下方，還有就是殼與仁的收集板，它同樣也安裝在箱體下方。蓮子經(jīng)過(guò)箱體內(nèi)的脫殼過(guò)程后，將由此裝置對(duì)其進(jìn)行殼仁分離，分離的基本原理是利用蓮子殼與蓮子仁的重量及受力面積的不同，用氣流對(duì)其進(jìn)行分離。重量稍重的不被氣流吹走，直接下落到蓮子仁收集通道，而重量較輕的蓮子殼將被風(fēng)機(jī)吹來(lái)的氣流帶入到蓮子殼收集通道。具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)裝配圖。
3.8機(jī)架
整個(gè)機(jī)架采用L63*63*6角鋼焊接而成，起到其它幾個(gè)部分的支承、定位、連接作用，并將電機(jī)安裝在機(jī)架里面。脫殼機(jī)安裝在機(jī)架上面，聯(lián)接采用普通螺栓聯(lián)接。具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)裝配圖。
3.9附件
刮板式蓮子去殼的附件包括裝料斗，軸承蓋，風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置。 4 總結(jié)
本文是圍繞農(nóng)用機(jī)械產(chǎn)品——蓮子脫殼機(jī)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了蓮子脫殼的機(jī)械化，應(yīng)用本機(jī)器后，可使廣大農(nóng)民群眾大大節(jié)省勞動(dòng)量，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。該機(jī)的關(guān)鍵部分是刮板結(jié)構(gòu)與半柵籠結(jié)構(gòu)，因?yàn)樯徸用摎さ恼麄€(gè)過(guò)程都是由這兩部分完成的，剝出來(lái)的蓮子能不能符合要求，完全是看刮板與半柵籠的性能能不能達(dá)到要求。本文也介紹了目前各種蓮子脫殼原理及裝備，并對(duì)蓮子脫殼機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展前景作出了簡(jiǎn)明的概括和分析。
本次設(shè)計(jì)是對(duì)我的四年的大學(xué)生活做出的總結(jié),同時(shí)為將來(lái)工作進(jìn)行了一次適應(yīng)性訓(xùn)練，從中鍛煉自己解分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，為今后自己的研究生生活打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。
從這次設(shè)計(jì)也可以看出一些問(wèn)題:
1.心態(tài):應(yīng)該保持認(rèn)真的態(tài)度,堅(jiān)持冷靜獨(dú)立的解決問(wèn)題
2.基本:認(rèn)真學(xué)好基本知識(shí),扎實(shí)自己的基本知識(shí),使面對(duì)問(wèn)題時(shí)不會(huì)遇到很多挫折,從而打擊自己的信心,結(jié)果使自己很浮躁,越來(lái)越不想搞這設(shè)計(jì),故應(yīng)該好好學(xué)習(xí)基本知識(shí),一步一步的來(lái),不要急功近利!
3.樹(shù)立自己的良好形象,樂(lè)觀的面對(duì)生活,堅(jiān)持自己的想法和意識(shí)
總的說(shuō)來(lái),雖然在這次設(shè)計(jì)中自己學(xué)到了很多的東西,取得一定的成績(jī),但同時(shí)也存在一定的不足和缺陷,我想這都是這次設(shè)計(jì)的價(jià)值所在,以后的日子以后自己應(yīng)該更加努力認(rèn)真,以冷靜沉著的心態(tài)去辦好每一件事情!
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致謝
本文是在老師的精心指導(dǎo)和關(guān)懷下完成的，老師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、精益求精的工作作風(fēng)、高度的責(zé)任心對(duì)我產(chǎn)生了深深的震撼。在老師的培養(yǎng)和教育不僅使我順利完成了論文，而且將繼續(xù)激勵(lì)我在今后的人生旅途上不斷進(jìn)取。
最后，謹(jǐn)向所有給我關(guān)心、理解、支持和幫助的人們表示最誠(chéng)摯的謝意！
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