果蔬去皮机的总体设计

盐城工学院本科生毕业设计说明书 20081目 录1 前言 .11.1 课题的来源 .21.2 课题内容 .21.3 课题要求 .21.4 去皮技术的国内概况 .21.5 本课题要解决的主要问题和设计的总体思路 .32 去皮机总体设计 .52.1 总体方案论证 .52.1.1 工艺流程及结构特点 .52.1.2 零部件的选择 .52.2 总体结构确定 .63 去皮机设计计算 .63.1 生产能力的计算 .63.2 去皮机主轴转速的理论分析 .63.3 去皮机的功率计算 .93.4 去皮机传动装置设计 .113.4.1 电机功率和型号的确定 .113.4.2 带传动的设计 .113.4.3 轴的设计与校核 .133.4.4 轴承的选择和校核 .194 结论 .21参考文献 .22致 谢 .23附 录 .24果蔬去皮机总体设计21.前言1.1 课题的来源课题来源于：山东诸城市开泰公司。本课题：果蔬去皮机的总体设计及传动装置设计，该课题来源于食品生产行业对胡萝卜、马铃薯等块根类原料的去皮需要，在分析现有设备特点的基础上设计一台能实现对胡萝卜、马铃薯等块根类原料去皮的高效专用设备，选题结合工程生产实际，难度和工作量适中。1.2 课题内容本课题的设计内容为：要求设计出的果蔬原料去皮机功能达到规定的要求，能实现对块根类原料的去皮。物料从加料斗装入机内，落到旋转圆盘波纹状表面时，因离心力作用而被抛向两侧，并在那里与筒壁粗糙表面摩擦，达到去皮的目的。1、完成果蔬原料去皮机的总体设计2、完成果蔬原料去皮机主要部件的设计3、完成果蔬原料去皮机主要零件的设计1.3 课题要求1、生产效率高，能满足较长工作时间的要求2、去皮均匀，能够良好的控制去皮厚度3、外皮等杂质能够良好排出，不堵塞4、耗能小，体积小，重量轻，外形美观和操作安全方便1.4 去皮技术的国内概况随着食品工业的发展，食品深加工已经越来越被世界重视，特别是便餐和方便食品的诞生，促使保鲜脱水蔬菜工业迅速发展起来，这便要求原料的深加工伴随发展。其中，马铃薯的深加工就是受到人们高度重视且发展较快的产业之一。我国是马铃薯主要生产国，年种植面积和总产量均居世界第二位。但是我国绝大部分马铃薯被直接用作饲料或使用。由于每年仅有百分之几用于深加工，致使鲜薯过剩，增加了越冬保鲜难度，也降低了它的营养价值。究其原因主要是缺少加工设备，特别是去皮机械。而从国外引进设备，价格昂贵，生产成本高致使国内该产业发展较慢。在世界上工业发达国家，马铃薯深加工量一般都是总产量的 50%80%。1980年，美国马铃薯加工量占鲜薯总产量的 76%;1984 年，荷兰马铃薯加工量占总产量的 55%。目前，美国是世界上最大的马铃薯生产国和出口国，马铃薯食品加工企业有 300 多家，其中子公司遍及世界十几个国家。美国的马铃薯产品不仅畅销国内，盐城工学院本科生毕业设计说明书 20083而且大量出口，干制食品及方便食品占据了世界大部分市场。近 20 年来，继美国之后，德国、法国、英国、荷兰、瑞士及日本等国家，也在致力于发展马铃薯食品深加工业，从而使世界马铃薯食品加工业进入蓬勃发展阶段。针对研制目的，我们采用清洗后去去皮工艺，研制出搅龙式机械清洗机和离心式机械切削去皮机，并利用可调节式刀片，达到切削量可控制的目的。其工艺流程为：原料准备清洗去皮产品清洗皮屑收集产品收集。在我们国内蛟龙式清洗机为大量使用的清洗机械。梯形洗槽内，固定着输送搅龙，搅龙通过减速器由电机驱动，洗槽内充水，在搅龙上部有喷水装置。块茎进入洗槽浸泡在水里，由于在搅龙提升过程中，块茎相互间以及搅龙叶片间摩擦而逐渐去皮；同时清水不断地从搅龙顶部喷淋下来，冲洗块茎，故块茎越接近顶部越干净。离心式机械切削去皮机构，在外罩内部装有由电机带动的转到工作盘，盘上均匀分布着 6 个长孔，长孔上布置着切削刀片，其中切削刀片相对长孔间隙可适当调节，工作盘上部的外罩上均匀分布着 3 块弹板，工作盘下部装有同主轴一同旋转的橡胶刮板。工作时块茎通过贮藏室投入到工作室内，工作盘按照一定的速度旋转，在离心力，重力和摩擦力的共同作用下，利用块茎相对于工作盘上刀片间的相对速度差将马铃薯的皮屑切去；同时，在离心力的作用下块茎被甩向四周，并不断滚动；而周围外罩上分布着几块弹板，将块茎撞离外周，且不断旋转滚动。因此，在刀片和弹板的共同作用下马铃薯块茎被均匀地切去外皮，实现马铃薯去皮的目的。1.5 本课题要解决的主要问题和设计的总体思路1.5.1 需要解决的主要问题通过现代 CAD 技术对传动零件的选定，设计非标准件和设备总体结构。运用AutoCAD 绘制设备的总装配图、各个零件的零件图和传动路线图，以指导各零件的加工和设备的设计。通过专业知识核实所设计的设备总体结构和各零部件是否合格，设计出果蔬去皮机，使之符合生产需要。1.5.2 设计的总体思路总体思路：各级传动比的分配-传动装置的参数计算轴的校核-轴承的寿命计算。将通过制定总体方案，完成动力设计、运动设计、结构的设计以及热工计算，根据基本参数进行传动系统设计，绘制传动系统装配图，零件图以及滚盘组件，利果蔬去皮机总体设计4用所学知识进行有关的计算和校核等。为了完成设备的设计，首先要对零件进行工艺分析,主要是结构、尺寸精度、材料的分析；其次要根据基本参数进行设计；最后确定各个零部件的结构和设备总体结构，画出各零部件。所设计的设备能够准确的运动,保证传动平稳可靠，使用安全,易于维修，设计的设备应能满足去皮要求，保证产量，能源利用率应尽可能高。本设计将为企业提供生产指导价值。盐城工学院本科生毕业设计说明书 200852.去皮机总体设计2.1 总体方案论证2.1.1 工艺流程及结构特点针对研制目的，我们采用清洗后去皮工艺，研制出离心式机械切削去皮机，并利用可调节式刀片，达到切削量可控制的目的。其工艺流程为：原料准备清洗去皮产品清洗皮屑收集产品收集。2.1.2 零部件的选择圆形底盘是去皮机的核心部件，圆形底盘设计的内容包括圆形底盘型式的选择、圆形底盘的强度和刚度计算，选择合适的材质后，确定相应构件的壁厚和结构尺寸，并提出制造、加工和组装的技术要求。目前的圆形底盘按的材料和加工方法，分为铸造圆形底盘与焊接圆形底盘两类。果蔬去皮机总体设计62.2 总体结构确定在考虑具体方案时，应遵守的基本原则是在满足使用要求的前提下，尽量降低成本。设备在满足去皮要求的情况下，设备应结构简单、紧凑、运转平稳，工作可靠，利用率高，设备便于调试，设备应便于维修。选用上部进料的方式。顶紧力和滚盘的重力可以中和一部分，以减轻滚盘所受的外力，提高轴承的寿命。3.去皮机的设计计算3.1 生产能力的计算（kg/h）2123604DHGtt=式中，t1 为装料时间（s） ，t2 为擦皮时间（s ） ，t3 为卸料时间(s)，H 为圆筒的有效高度（m） ，D 为圆筒的内径（m） ， 为物料的密度（ kg/h）, 为圆筒内物料充填系数。kg/h2360.1409.413.267129G3.2 去皮机主轴转速的理论分析假设马铃薯为球形颗粒，且以单个马铃薯为研究对象，其质量为 m，工作时它必须相对工作盘移动。当工作盘以角速度 w 旋转时，其受力状态如图 2 所示。盐城工学院本科生毕业设计说明书 20087若马铃薯相对工作盘移动，必须满足 2mwRfg=2f25103.4w36w式中， 为马铃薯受到的离心力， 为工作盘作用于马铃薯摩擦力，f 为2mR马铃薯与工作盘摩擦系数。又因为 ， 所以主轴轴速 应为：130n1n1fgR=r/min（1130521360.4.n）工作盘绕圆心以角速度 w 旋转。马铃薯与切刀相遇时，它在水平面的受力状态如图 3 所示。果蔬去皮机总体设计8其中: 为马铃薯受到的离心力， , ; 为刀刃作用于马铃薯的1F21FmwR2136F冲力， ， ； 为工作盘作用于马铃薯的冲力，2/mvt3 3fmg=由于 21()v式中， 、 分别为马铃薯与切刀相遇前后速度，通常1v2 12vmwRmvR令 为马铃薯与切刀碰撞的时间，则t 2/Fwt图 3 是图 2 中垂直刀刃的剖视图，其中 1/xmRtfg=为保证马铃薯去皮，应使 ，即 ，也就是0x21工作盘主轴转速 应为：2n230fgnRt=即为 .（2）51046/min.4.32r图 4 中，速度 u 的方向，即切刀推动马铃薯的运动方向，C 点为刀刃与马铃薯接触点，u 的方向即过马铃薯 C 点的圆形颗粒的法线方向。 为 u 的水平分速度pv和垂直分速度。为保证圆筒内上、下层马铃薯均被切刀去皮，必须使切皮后的马铃薯抛起一定高度 h，显然 h 必须大于或等于圆筒内马铃薯层的厚度。由于 21vmug=sincop式中，h 为马铃薯层厚度， 为碰撞角。盐城工学院本科生毕业设计说明书 20089puwR21sin()2comgh=此时工作盘主轴转速为：30sincoghnR.（331.350/minsi4.40.5cr）在选择工作盘主轴转速 n 时，应考虑上述公式（1） 、 （2） 、 （3） ，取三者中最大的一个。但在实际工作中，圆筒工作盘上面马铃薯并非个体球形颗粒，而是群体非球体的马铃薯，我们在上述定性的理论分析的指导下，经试验认为工作盘主轴转速应为 n=350400r/min3.3 去皮机的功率计算去皮机的功率消耗包括：克服物料对工作圆盘的摩擦所消耗的功率 ，克服1N物料对切削时所消耗的功率 ，克服物料对圆筒壁摩擦力所消耗的功率 ，传动2N3机构因摩擦而消耗的功率 ，以上功率分别用下面的公式计算：4.（41MPCNmw=）式中， 为处于圆筒内物料的摩擦力矩（N M）, P2mRGf=0.40.151.p N=式中，G 为物料重力（N） ，f 为物料与工作盘摩擦系数， 为摩擦臂矩（m） ，2R取半径一半， 为物料于与圆盘的平均相对角速度，取最大角速度的 1/2CPw1()2306n.48cp果蔬去皮机总体设计10所以 12601RnGfNf=. . .487.（5）.（6212()Fu）式中