刮板式核桃剥壳机的主体结构设计-去壳机设计【三维PROE】【含CAD高清图纸和说明书】
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共45页)
编号：22808126
类型：共享资源
大小：26.14MB
格式：ZIP
上传时间：2019-11-01
上传人：好资料QQ****51605
认证信息
个人认证
孙**（实名认证）
江苏
IP属地：江苏
45
积分
- 关 键 词：
-
三维PROE
含CAD高清图纸和说明书
板式
核桃
剥壳
主体
结构设计
去壳
设计
三维
PROE
CAD
图纸
说明书
- 资源描述：
-
【温馨提示】 dwg后缀的文件为CAD图，可编辑，无水印，高清图，压缩包内文档可直接点开预览，需要原稿请自助充值下载，请见压缩包内的文件及预览，所见才能所得，请细心查看有疑问可以咨询QQ：414951605或1304139763
- 内容简介：
-
毕业设计说明书 毕业设计（论文） 题 目： 刮板式核桃剥壳机的主体结构设计 系 别： 电气工程及其自动化系 专 业： xxxxxx 姓 名： xxxxxx 学 号： xxxxxx 指导教师： xxxxxx 完成时间： xxxxxx 摘 要如今核桃产业的发展越来越迅猛，然而由于核桃品种繁杂，外形不规则，外皮厚薄不均，夹层多寡不一，因此给破壳取仁带来一定的困难。所以核桃剥壳机在生活中应用起着越来越重要的作用了，剥壳机在核桃后期加工中为人们带来了方便，大大减少了劳动力，提高劳动成本。文章主要叙述了核桃剥壳机的主体结构的设计计算过程 。本文首先介绍了剥壳机的国内发展现状及研究意义。核桃剥壳机是由料斗、导向机构、破壳机构、传动机构等组成，是通过依靠物料自身的重力自上而下形成了一个系统作业流水线。其次，本文确定了核桃剥壳机的整体方案设计，以及介绍了剥壳机的分类和主要组成，以及现状存在的问题。最后确定了主体结构的设计和布置。然后，本文介绍了核桃剥壳机主体结构详细设计，其中包括带轮，主轴，刮板，电动机，等具体设计和计算。本章还介绍了核桃剥壳机的装配过程。全面详尽的讨论了传动机构以及执行机构的结构设计。最后对整体设计过程做出总结，分析了设计过程中遇到的问题，从设计过程中总结经验和教训。 关键词: 核桃剥壳机 ；传动机构 ；执行机构 ；三维建模AbstractToday, more and more rapid development of the walnut industry, however, due to the complex walnut varieties, irregular in shape, the skin of uneven thickness, sandwich amount of different, so bring some difficulties to break the shell to take Ren. Walnut sheller in life plays an increasingly important role, Sheller Walnut post-processing for people to bring convenient, greatly reducing labor, raising labor costs. The article primarily describes the design and calculation process of the main structure of the walnut sheller. The paper first introduces the the sheller domestic development status and significance. Walnut sheller machine consists of hopper, guides, broken shell bodies, transmission, and rely on the gravity of the material itself from top to bottom the formation of a system operating line. Second, determine the overall design of the walnut sheller, and the classification and major composition of the sheller, as well as the status quo existing problems. Finalized the design and layout of the main structure. This article describes the detailed design of the main structure of the walnut sheller, including pulleys, spindle, scraper, motors, and other specific design and calculation. This chapter also describes the assembly process of the walnut sheller. Comprehensive discussion of the structural design of the transmission mechanism, as well as implementing agencies. Finally, the overall design process to make a summary and analysis of the problems encountered in the design process, summarize experiences and lessons learned from the design process. Key words: Walnut sheller ；Transmission structure ；Implementation of structural ； Three-dimensional modeling目 录摘要2ABSTRACT3第一章 绪论6 1.1 课题提出的背景6 1.2 研究课题的意义6 1.3 国内研究现状7第二章 核桃的基本能10 2.1 核桃的功效和作用10 2.2 核桃的分类11 2.2.1 按地方差异分类11 2.2.2 按壳的薄厚分类11 2.2.3 按取仁的难易程度分类11 2.3 绵核桃的测定和分析12 2.3.1 三维尺寸12 2.3.2 绵核桃的厚度13 2.2.3 压碎绵核桃仁所需的挤压变形量13 2.2.4 绵核桃的含水率14第三章 核桃剥壳机主体方案计15 3.1 核桃剥壳机研究应用现状15 3.1.1 目前核桃剥壳机采用的剥壳原理15 3.1.2 新型剥壳技术16 3.1.3 核桃剥壳机械的工艺研究16 3.2 刮板式核桃剥壳机的结构17 3.3 工作原理18 3.4 核桃剥壳机主体结构的设计原则19 3.4.1 传动部件的设计及确定19 3.4.2 执行部件的设计及确定20第四章 关键零部件设计与算21 4.1 设计前各项参数的确定21 4.1.1 刮板的半径及转速初定21 4.1.2 刮板所需功率及厚度计算21 4.1.3 传动方案拟定22 4.2 电动机的选择22 4.3 V带轮设计及参数计算24 4.3.1 V带轮的参数计算24 4.3.2 V带轮的设计26 4.4 主轴的设计及参数计算27 4.5 轴承和键的选择30 4.5.1 轴承的选择30 4.5.2 键的选择31 4.6 半栅笼31第五章 核桃剥壳刮板的生物力学设计33 5.1 仿生学的介绍33 5.2 核桃剥壳机刮板的仿生设计33 5.2.1 非仿生刮板的设计及参数计算34 5.2.2 仿生刮板的设计及参数计算35 5.2.3 对两种刮板冲击力的分析及比较37第六章 部分零部件的装备方案40 6.1 机架的装备方案40 6.2 机架与箱体间的装备方案40 6.3 箱盖、底座间的装备方案41 6.4 箱体与半栅笼间的装备方案42 6.5 传动和执行机构的装备方案43 6.6 核桃剥壳机的整体图44第七章 总结与展望45 7.1 本文总结45 7.2 设计遇到问题45参考文献47致谢48第一章 绪论1.1课题提出的背景我国的核桃栽培面积约130万hm2以上,主要种植区域在西南和西北。在国际市场上,核桃与杏仁、腰果、榛子一起并列为世界4大干果,核桃作为保健食品早已被国内外所认识。我国核桃总产量约31万吨,全国人均占有0. 24kg。核桃中富含脂肪和蛋白质，既是主要的食用植物油来源，而且又可提供丰富的植物蛋白质。利用核桃或脱脂后的核桃饼粕的蛋白粉，可直接用于焙烤食用，也可作为肉制品、乳制口、糖果和煎炸食品的原料或添加剂。以核桃蛋白粉为原料或添加剂制成的食品，既提高了蛋白质含量，又改善了其功能特性。核桃蛋白粉还可以通过高压膨化制成蛋白肉。核桃是食用植物油工业的重要原料，利用核桃油可制造人造奶油、起酥油、色拉油、调和油等，也可用作工业原料。核桃除经简单加工就可食用外，经深加工还可以制成营养丰富，色、香、味俱佳的各种食品和保健品。核桃加工副产品核桃壳和核桃饼粕等可以综合利用，加工增值，提高经济效益。 核桃在制取油脂、制取核桃蛋白、生产核桃仪器以及在核桃贸易出口时，都需要对核桃进行预处理加工。核桃的预处理主要包括核桃的剥壳和分级、破碎、轧胚和蒸炒等。核桃在加工或作为出口商品时，需要进行剥壳加工。核桃在制取油脂时，剥壳的目的是为了提高出油率， 提高毛油和饼粕的质量，利于轧胚等后续工序的进行和皮壳的综合利用。传统的剥壳为人力手工剥壳，手工剥壳不仅手指易疲劳、受伤，而且工效很低，所以核桃产区广大农民迫切要求用机器来代替手工剥壳。核桃剥壳机的诞生在很大程度上改变了这种局面，使核桃产区的农民不必再采用最原始的剥壳方法进行剥壳，从而大大地减轻了农民的体力劳动，同时还提高了核桃剥壳的效率。核桃脱壳机是将核桃荚果去掉外壳而得到核桃仁的场上作业机械。由于核桃本身的生理特点决定了核桃脱壳不能与核桃的田间收获一起进行联合作业，而只能在核桃荚果的含水率降到一定程度后才能进行脱壳。随着核桃种植业的不断发展，核桃手工脱壳已无法满足高效生产的要求，实行脱壳机械化迫在眉睫。1.2 研究课题的意义 为了使坚果食品增值，近年来各国都在加工制造成品方面想办法。目前整体核桃仁在国际市场上的价格是带壳核桃的几十倍，且核桃带壳保存容易霉烂。因此，寻求效率高.质量好的剥壳方法，是发展的必然。我国核桃资源丰富，1993年全国产量达到21.3万吨，如何有效去壳，对满足人们生活需要和换取外汇都有着重要的意义。坚果类破壳问题的研究，如苏联专利破裂松果的仿佛，日本专利破除栗壳的方法，我国对棉核桃壳剥取仁机理的研究，在理论和实践方面都做了有益的探讨，但均未解决好核桃去壳取仁的问题。在我国，如陕西、山西的核桃剥壳机，性能不甚好，我国出口的核桃仁全都是手工砸取，劳动生产率低，且菌感染指数高于国际食品卫生法规定的标准，影响了桃仁的品质，降低了换汇率。在国内的市场销售，对人民不利。1.3 国内研究现状我国核桃脱壳机的研制自1965年原八机部下达核桃剥壳机的研制课题以来，已有几十种核桃剥壳机问世。只进行单一剥壳功能的核桃剥壳机结构简单，价格便宜，以小型家用为主的核桃剥壳机在我国一些地区广泛应用，能够完成剥壳、分离、清选和分级功能的较大型核桃剥壳机在一些大批量核桃加工的企业中应用较为普遍。国内现有的核桃剥壳机种类很多，如6BH一60型核桃剥壳机、6BH一20B型核桃剥壳机、6BH一20型核桃剥壳机等，其作业效率为人工作业效率的2O60倍以上。锦州俏牌集团生产的TFHS1500型核桃除杂剥壳分选机组一次能实现核桃原料的剥壳、除皮、分选，是一种比较先进的核桃后期生产机械。伟民牌6BH一720型核桃剥壳机带有复脱、分级装置，采用搓板式剥壳、风力初选、比重分离清选等装置，具有结构紧凑、操作灵活方便、脱净率高、消耗动力小等特点。6BK一22型核桃剥壳机是一种一次喂料就可完成核桃剥壳工作的机械，经风力初选、风扇振动、分层分离、复脱清选分级后的核桃仁可直接装袋入库。6BH一1800型核桃剥壳机械采用了三轧辊混合脱壳结构，能够进行二次剥壳。而随着我国核桃产业的进一步调整，核桃产量逐年增加，核桃的机械化剥壳程度将大幅提高，核桃剥壳机械将拥有广阔的发展前景。核桃剥壳的原理很多，因此产生了很多种不同的核桃剥壳机械。核桃剥壳部件是核桃剥壳机的关键工作部件，剥壳部件的技术水平决定了机具作业刚核桃仁破碎率、核桃果一次剥净率及生产效率等重要的经济指标。在目前的生产销售中，核桃仁破碎率是社会最为关心的主要指标。八十年代以前的核桃剥壳机械，破碎率一般都大于8%，有时高达l5%以上。加工出的核桃仁，只能用来榨油，不能作种用，也达到出口标准。为了降低破碎率而探讨新的剥壳原理，研制新式剥壳部件，便成为核桃剥壳机械的重要研究课题。从六十年代初，开始在我国出现了封闭式纹杆滚筒，栅条凹板式核桃剥壳机。自1983年以来，在已有的核桃剥壳部件的研制基础上，我国又相继研制了多种不同结构型式的新式剥壳部件，其主要经济技术指标，特别是破壳率指标大有改善。 以下介绍一下我国上个世纪几种主要的核桃剥壳部件1、封闭式纹杆滚筒，栅条凹板式核桃剥壳部件八十年代初， 我国在吸收国外技术的基础上，研制了TH-340型核桃剥壳机，其剥壳部件是在一个圆筒上镶上若干根纹杆组成的封闭式纹杆滚筒，下面装有若干根圆钢条组成的栅条式凹板。在该机构中核桃进口大(3O-50毫米)，出口小(1O-25毫米)，工作时，核桃果在滚筒的推动下由进口向出口端运动，在滚筒和凹板的冲击、挤压、揉搓作用下直接剥壳，核桃受列剥壳机的直接搓擦作用，系强制剥壳，故破碎率高。剥壳时， 直径同凹板栅缝一样大小的单粒果及双粒果便从栅缝中分离出来。为了将混在一起的核桃仁和未脱果分离开来，采用栅条式凹板的剥壳机一般要配置分离机构。后来研制并生产的TH-47O型，6 BH-570型等型式的剥壳机。2、封闭橡胶板滚筒，直立橡胶板式剥壳部件该机的剥壳部件是由封闭胶辊和直立胶板组成，剥壳原理系挤压式，作业时，核桃果在胶辊的推动下，通过剥壳间隙(520毫米)，由胶辊和胶板的挤压作用脱壳，避开了剥壳部件的揉搓作用,破碎率有所降低，但仍在5以上。另外，因直径小于剥壳间隙的小果未经剥壳便被分离出来，故一次剥净率很低，只有30%左右。所以不得不增设循环机构，以使核桃经多次挤压脱壳，致使机器结构复杂、庞大，造价较高。3、开式纹杆滚筒，编织凹板式核桃剥壳部件剥壳部件采用了由两根金属纹杆组成的开式纹杆滚筒和用编织丝网制成的编织凹板，作业时，核桃果在滚筒的推动下，受挤压揉搓剥壳，该结构与封闭滚筒式不同，核桃果受到开式滚筒的搅拌作用，剥壳力带有柔性，故其破碎率较低，可控制在3%-5% 。另外，与栅条式凹板不同，因系编织网孔凹板，剥壳时，只有直径小于网孔尺寸的单粒瘪果末剥壳而被网孔分离，双粒长果则漏不出来，仍被剥壳，故剥净率较高。4、立式剥壳机构剥壳部件采用了由两根扁钢条焊接而成的立式转子，下面装着用编织丝网制成的编织平底筛，在剥壳室内，核桃果受立式转子的推动而相互磨擦，从而达到剥壳的目的，此方法系柔性揉搓剥壳。实践证明，该机破碎率较低，可控制在3以下。其缺点是由于采用立式传动， 故传动机构较为复杂。5、开式扁条滚筒，编织凹板式核桃剥壳部件采用了由三根扁钢条制成的开式扁条滚筒，和用编织丝网制成的凹板结构，作业时，核桃果在扁条的推动下随滚筒转动，在滚筒和凹板之间形成一个活动层，核桃果在该活动层内互相揉搓而剥壳。由于在该机构中，避开了剥壳部件的直接挤压， 冲击的作用，而是核桃搓核桃，系柔性剥壳，故破碎率较低， 该机鉴定时实测破伤率(破碎率+损伤率)为091。第二章 核桃的基本性能 核桃有着千年的历史，在很早以前人们就知道核桃还有它的许多功效。核桃原产于近东地区，核桃与扁桃、腰果、榛子并称为世界著名的“四大干果”。既可以生食、炒食，又可以榨油、配制糕点、糖果等多种做法，不仅味美，而且营养价值很高，被誉为“万岁子”、“长寿果”。如图2-1所示核桃。图2-1 核桃 核桃起源人们原以为是张骞从西域传入的，然而在之后的研究表明核桃不是一个地方生产的，而是许多地方都有产核桃，而我国也是源产地之一。核桃具有很大的营养价值据测定，每100克核桃中，含脂肪5064克，核桃中的脂肪71%为亚油酸，12%为亚麻酸，蛋白质为1520克，蛋白质亦为优质蛋白，核桃中脂肪和蛋白是大脑最好的营养物质。糖类为10克，以及含有钙、磷、铁、胡萝卜素、核黄素（维生素B2）、维生素B6、维生素E、胡桃叶醌、磷脂等营养物质。因此研究核桃壳机对核桃取仁起到很大了帮助，具有很大的意义。 2.1核桃的功效与作用 核桃又称之为胡桃，为胡桃科植物。核桃仁细腻质感，常被老百姓称之“肉”，核桃仁含有丰富的营养素，且药用价值主要集中在仁，食后不但不会使胆固醇升高，还能减少肠道对胆固醇的吸收，因此，可作为高血压、动脉硬化患者的滋补品。此外，这些油脂还可供给大脑基质的需要。核桃中所含的微量元素锌和锰是脑垂体的重要成分，常食有益于脑的营养补充，有健脑益智作用。其实很早以前我国古人就发现核桃的多种功效了，古代名医李时珍曾说过核桃可以补肾通脑，有益智慧。核桃不仅是最好的健脑食物，而且还是神经衰弱的治疗剂。核桃对很多病症都有帮助，说明了核桃的确有很大的医疗作用，对人体健康有着很大的帮助。因此如何更好的把厚的核桃壳压碎并更好、更方便的取出核仁就成了研究的方向。 2.2核桃的分类2.2.1按地方差异分类 根据地方的差异，我国核桃总体可分为核桃类群和铁核桃类群两种类群，而前者类群通常称为北方核桃，产于北方，而后者则称之为南方核桃，产地在南方。 核桃类群的各品种群的核桃外表近似球形。壳表面沿纵径方向分布着长条沟纹，结合线下半部平，上半部微隆起，约1-2mm。核桃类群基本就是使用的品种，皮薄，仁大，表面较平整，纹路很浅很浅。然而铁核桃类群则个品种群的核桃外表近似球形，壳表面近似花生皮样的纹路，就是一个个小坑组成的纹路，结合线宽而隆起约2-3mm。除了这两类还有两种用于文玩的核桃，分别为秋子核桃还有麻核桃。秋子核桃是一种野生核桃，主要产在东北。特征是有明显的六条楞。而麻核桃属于半野生核桃，主要在华北的山西河北一带。具体品种很多，是主要的文玩核桃品种。2.2.2按壳的薄厚分类核桃壳厚薄，含仁率高低相近似的一些品种称为品种群。我国核桃根据薄厚品种基本上可划为四个种群，分别为纸皮核桃、薄壳核桃、中壳核桃还有厚壳核桃四大种。划分标准如表2-1所示。品种的分类主要是依据坚果大小形状、核桃壳表面特性等。表2-1 核桃品种群的划分标准品种群核桃壳厚度含仁率横隔壁内褶壁取出仁纸皮核桃65退化退化全仁薄壳核桃1-1.550-60呈膜质退化半仁中壳核桃1.6-2.041-49呈膜质不发达1/4仁厚壳核桃2.141呈膜质发达碎仁 从表中显示可见，纸皮核桃、薄壳核桃和中壳核桃品种群易于用机械剥壳取仁，且剥壳比较完整。而厚壳核桃品种群则难以剥壳取仁，、原因从表中可以看清由于横膈膜呈膜质，内褶壁发达，把仁夹嵌在壳里了。因此人工取仁只能用锥子挑出桃仁，而机械剥壳取仁只能取的是碎仁了。2.2.3按取仁的难易程度分类 我们知道厚壳核桃一般只能取碎仁，从中可以看出核桃越薄则剥壳相对越比较容易些，因此根据核桃剥壳难易程度，又可将各品种核桃分为两类，分别为绵核桃和夹核桃。绵核桃一般是指核桃壳厚小于2mm，横膈膜退化或成膜质、革质，内褶壁退化或不发达，可取得1/4或半仁。它包括纸皮、薄壳和中壳核桃品种群。夹核桃一般是指核桃壳厚超过2mm，横膈膜呈骨质，内褶壁发达的厚壳核桃品种群。目前，绵核桃的总量占全部核桃的80%90%,随着无性繁殖的推广和品种的进一步改良，夹核桃的机械剥壳取仁。由于棉核桃品种很多，因此不可能对全部的核桃品种都进行试验研究，只能选取一些绵核桃品种作为代表。2.3绵核桃的测定和分析2.3.1三维尺寸通过实验，拿100个绵核桃，用游标卡尺对100个绵核桃进行三维尺寸的测量，通过测量它们的纵径、横径和棱径。统计结果如表2-2。表2-2绵核桃三维尺寸 尺寸mm方位纵径（个数）横径（个数）棱径（个数）25-2704627-2986829-3115233031-3333333233-3530221835-371211437-3922239-41010我们知道平均值公式为：X=x1+x2+x3xi（ xi为第i个元素）； 均方差S = (x1-X)2 + (x2-X)2+(x3-X)2+.+(xi-X2)/i)的平方根（X为平均值）。因此带入数值我们就可以知道纵径、横径和棱径得平均值以及均方差了。经统计处理后得出它们均值、方差等如表2-3所示：表2-3 绵核桃的三维尺寸统计表位置平均差均方差变异系数近似球体直径球度纵径32.582.658.1%30.640.986横径32.782.668.1%棱径31.362.357.5%对测量结果进行分析，可得出如下结论： （1）绝大多数绵核桃的三维尺寸都在25-39mm之间，其数量占总绵核桃量的99%左右。 （2） 绵核桃的三维尺寸存在纵径、横径、棱径三个尺寸，但如果绵核桃在=0.001水平下三维尺寸有高度显著变化，可近似简化为球。本课题取核桃近视为30mm的球型。2.3.2绵核桃壳的厚度 对于整个绵核桃，除了两瓣核桃的结合线上的壳厚度较大以外，而其它各个位置上的壳的厚度基本上是一样的。我们对每个核桃壳进行测量，对于每个绵核桃，我们测量了几个不同位置的壳的厚度，我们对顶端、底部、结合线部分及中间部分做测量，随机测量了100个绵核桃，故样本N=100，对测量值进行统计处理，如见表2-4所示。对表面2-4进行方差分析，当显著性水平=0.10时，不同位置间的壳厚差异不是显著的，因此，可以认为绵核桃的厚度是均匀的。表2-4测量值的处理内容平均值均方差变异系数最小间隙0780378485%最大间隙1830540295%2.3.3压碎绵核桃仁所需的挤压变形量我们做实验，从绵核桃中随机的取出100个，将绵核桃砸成两个完整的半仁，然后取这200个半仁做实验，半仁竖直地放置在单轴压力测定仪的上下平台之间，测定仁上出现裂纹所需的挤压变形量，挤压时由于仁中间部位弯距大，因而仁都在中间位置出现裂纹。取转速为1转/秒。对挤压变形量进行统计处理，结果如表2-5所示。因此，当仁上承受的挤压变形量大于0.7-1时，仁就将破碎。表2-5仁破裂时的挤压变形量平均值均方差变异系数0860120140%2.3.4绵核桃的含水率做实验把绵核桃的核壳和核仁碾压成碎片，然后各取50克，在100度的高温下烘干至衡重W，则含水率为：50-W/50*100%，以相同的方法对核桃壳，仁各检测10次，统计处理数据值见表2-6所示：表2-6 绵核桃的含水率内容平均值（%）均方差（%）变异系数（%）壳9.80.909.2仁3.60.3710.2第三章 核桃剥壳机主体方案设计3.1核桃剥壳机研究应用现状目前国内核桃剥壳机从其脱壳原理、结构和材料上基本可分为以打击、揉搓为主的钢纹杆钢栅条凹板；以挤压、揉搓为主的橡胶滚筒一一橡胶浮动凹板两大类，但脱壳质量均不高，破损率都大于8 %，剥出的核桃仁只能用于榨油和食用，满足不了外贸出口和作种子的要求。探索先进的脱壳原理是解决脱壳机现存问题的重要途径。3.1.1目前核桃剥壳机采用的脱壳原理目前应用比较广泛的核桃机械脱壳原理有以下几种：撞击法脱壳 撞击法脱壳是物料高速运动时突然受阻而受到冲击力，使外壳破碎而实现脱壳的目的。其典型设备为由高速回转甩料盘及固定在甩料盘周围的粗糙壁板组成的离心脱壳机。甩料盘使核桃荚果产生一个较大的离心力撞击壁面，只要撞击力足够大，荚果外壳就会产生较大的变形，进而形成裂缝。当荚果离开壁面时，由于外壳具有不同的弹性变形而产生不同的运动速度，荚果所受到的弹性力较小，运动速度也不如外壳，阻止了外壳迅速向外移动而使其在裂缝处裂开，从而实现籽粒的脱壳。撞击脱壳法适合于仁壳间结合力小，仁壳间隙较大且外壳较脆的荚果。影响离心式脱壳机脱壳质量的因素有，籽粒的水分含量、甩料盘的转速、甩料盘的结构特点等。碾搓法脱壳 核桃荚果在固定磨片和运动着的磨片间受到强烈的碾搓作用，使荚果的外壳被撕裂而实现脱壳。其典型的设备为由一个固定圆盘和一个转动圆盘组成的圆盘剥壳机。荚果经进料口进入定磨片和动磨片的间隙中，动磨片转动的离心力使籽粒沿径向向外运动，也使荚果与定磨片问产生方向相反的摩擦力；同时，磨片上的牙齿不断对外壳进行切裂，在摩擦力与剪切力的共同作用下使外壳产生裂纹直至破裂，并与壳仁脱离，达到脱壳的目的。该种方法影响因素有，荚果的水分含量、圆盘的直经、转速高低、磨片之间工作间隙的大小、磨片上槽纹的形状和荚果的均匀度等。剪切法脱壳 核桃荚果在固定刀架和转鼓间受到相对运动着的刀板的剪切力的作用，外壳被切裂并打开，实现外壳与果仁的分离。其典型设备为由刀板转鼓和刀板座为主要工作部件的刀板剥壳机。在刀板转鼓和刀板座上均装有刀板，刀板座呈凹形，带有调节机构，可根据核桃荚果的大小调节刀板座与刀板转鼓之间的间隙。当刀板转鼓旋转时，与刀板之间产生剪切作用，使物料外壳破裂和脱落。主要适用于棉籽，特别是带绒棉籽的剥壳，剥壳效果较好。由于其工作面较小，故易发生漏籽现象，重剥率较高。该种方法影响因素有，原料水分含量、转鼓转速的高低、刀板之间的间隙大小等。挤压法脱壳 挤压法脱壳是靠一对直径相同转动方向相反，转速相等的圆柱辊，调整到适当间隙，使核桃荚果通过间隙时受到辊的挤压而破壳。荚果能否顺利地进入两挤压辊的间隙，取决于挤压辊及与荚果接触的情况。要使荚果在两挤压辊间被挤压破壳，荚果首先必须被夹住，然后被卷入两辊间隙。两挤压辊间的间隙大小是影响籽粒破损率和脱壳率高低的重要因素。搓撕法脱壳 搓撕法脱壳是利用相对转动的橡胶辊筒对籽粒进行搓撕作用而进行脱壳的。两只胶辊水平放置，分别以不同转速相对转动，辊面之间存在一定的线速差，橡胶辊具有一定的弹性其摩擦系数较大。核桃荚果进入胶辊工作区时，与两辊面相接触，如果此时荚果符合被辊子啮人的条件，即啮人角小于摩擦角，就能顺利进入两辊问此时荚果在被拉人辊间的同时，受到两个不同方向的摩擦力的撕搓作用；另外，荚果又受到两辊面的法向挤压力的作用，当荚果到达辊子中心连线附近时法向挤压力最大，荚果受压产生弹性 塑性变形，此时荚果的外壳也将在挤压作用下破裂，在上述相反方向撕搓力的作用下完成脱壳过程。影响脱壳性能的因素有，线速差、胶压辊的硬度、轧入角、轧辊半径、轧辊间间隙等。3.1.2 新型剥壳技术压力膨胀法 原理是先使一定压力的气体进入核桃壳内，维持一段时间，以使核桃荚果内外达到气压平衡，然后瞬间卸压，内外压力平衡打破，壳体内气体在高压作用下产生巨大的爆破力而冲破壳体，从而达到脱壳的目的。主要影响因素有，充气压力、稳定压力维持时间、籽粒的含水率等。真空法 将核桃荚果放在真空爆壳机中，在真空条件下，将具有相当水分的荚果加热到一定温度，在真空泵的抽吸下，荚果吸热使其外壳的水分不断蒸发而被移除，其韧性与强度降低，脆性大大增加；真空作用又使壳外压力降低，壳内部相对处于较高压力状态。壳内的压力达到一定数值时，就会使外壳爆裂。激光法 用激光逐个切割坚果外壳。试验显示，用这种方法几乎能够达到100 96的整仁率，但因其费用昂贵、效率低下等原因，很难得到推广。3.1.3 核桃剥壳机械的工艺研究在脱壳技术方面，除了在原理和设备上进行研究外，人们还在工艺上进行了研究以提高籽粒的脱壳率及脱壳质量。分级处理 物料的粒度范围大，必须先按大小分级，再进行脱壳，才能提高脱壳率，减少破损率。水分含量 核桃荚果的含水率对脱壳效果有很大的影响，含水率大，则外壳的韧性增加；含水率小，则果仁的粉末度大。因此应使核桃荚果尽量保持最适当的含水率，以保证外壳和果仁具有最大弹性变形和塑性变形的差异，即外壳含水率低到使其具有最大的脆性，脱壳时能被充分破裂，同时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，可减少果仁破损率。3.2刮板式核桃剥壳机的结构根据刮板式核桃剥壳机的剥壳原理，我们可以知道，核桃是依次经过料斗剥壳箱中的执行机构刮板使核桃破壳后经过半笼栅筛选破壳的从下箱出口出来进入分选口最终将核桃壳和核仁分开，得到核仁的整个过程，因此核桃剥壳机的主体结构的设计就由这每一部分合成的。主体结构的设计是从上往下，从人们开始把核桃放进料斗开始，整个剥壳机的最上面就应该是料斗了，而从上到下核桃从料斗进入后就应该对其进行剥壳的工作，因此核桃就到了执行机构中的刮板，也就是在剥壳箱中完成的，在剥壳箱内，核桃经过刮板的撞击和挤压作用使核桃进行剥壳。剥完壳后，核桃就分离开了，就把核桃壳和仁分开了，而为了辨别是否已经剥壳了，就在下方设计一个栅格，设计成半圆的栅笼，如果已经分离开了，那么核桃壳、仁就可以通过栅格，而未分离开的则继续破壳。核桃从栅格下来后就进入了一个分选口，在分选口旁边设计一个风机的吹入口，其作用是将下来的核桃壳与核桃仁进行分离，由于核桃壳重量比较重，稍重的壳则不会被风机的分吹走，由于重量则继续向下落，然而重量轻的核桃仁将被风机吹风带入到了另一个出口，用来专门收集核桃的。这就是设计的整个思路。如图3-1所示：图3-1 剥壳机安装结构简图33工作原理刮板式核桃剥壳机是借助转动轴上的刮板与半笼栅的挤压和打击作用，使核桃壳破碎的一种思路设计的，其主要特点是结构简单、操作方便。其结构如图3-2刮板式核桃剥壳机所示。它主要由进料机构、传动机构、执行机构和支承机构等部分组成。图3-2刮板式核桃剥壳机核桃进入剥壳箱内，核桃落入到由圆钢棒排列成的栅格上，由于栅格与刮板的旋转外径间没有距离容纳一个核桃，因此高速旋转的刮板与核桃发生相互碰撞和挤压，在刮板和半笼栅的作用下，核桃发生了破裂，从而实现了剥壳。3.4核桃剥壳机主体结构设计原则总体设计任务主要包括剥壳机的执行机构和传动机构的设计及参数计算。总体设计后还要进行各部件的选择、计算和验算。3.4.1传动部件的设计及确定核桃剥壳机在传送过程中可以通过直齿轮、斜齿轮、带轮及涡轮蜗杆传动等传送方式。比较如表3-4-1：表3-4-1中是可供选择的常用传动机构带传动具有传动平稳、噪声低、清洁（无需润滑）的特点，具有缓冲减振和过载保护作用，并且维修方便。与链传动和齿轮传动相比，带传动的强度较低以及疲劳寿命较短齿轮传动效率高、传动比稳定、工作可靠、寿命长、结构紧凑、比带、链传动所需的空间尺寸小涡轮蜗杆传动传动比大，体积小，单头的有的能自锁，不用另加制动装置就能停在任意位置，但是它的效率太低1、 齿轮传动电动机传出的扭距通过一个有保护作用的联轴器，传人一个有分配传动比的减速器，然后通过联轴器传人开式齿轮副，进入带动两轴的传动。如图3.4.1（1）所示。 图3.4.1（1）齿轮式传动系统图这种传动方式的特点是：工作可靠，使用寿命长，传动准确，效率高，结构紧凑，功率和速度适用范围广等，但是其成本较高，对于制造这种小型的核桃剥壳机不划算。2、 V带传动由电动机的转距通过如图3.4.1（2）所皮带传人冲压机直接传人主动轴。示： 图3.4.1（2） 皮带式传动系统图这种传动方式具有传动平稳，噪音下的特点，同时以起过载保护的作用。带传动的成本较低，对于核桃剥壳机这种对传动比要求不是很高的机器可以选择带传动来减速，制造方便且比较经济。3.4.2 执行部件的设计及确定 根据剥壳的方法不同，执行部件的选择也是相应的改变，由于本课题研究的刮板式核桃剥壳机，因此采用四钢板十字交叉固定在旋转筒架上如下图，通过挤压和打击作用，从而使核桃破壳取仁。刮板结构第四章 关键零部件设计与计算刮板式核桃剥壳机设计出来后，能否能够正常的使用和剥壳，这是十分关键的，而与这个有最直接的关系，就是各零部件是否能够正常使用，各零部件组合起来就成了一个完整的剥壳机。因此，刮板式核桃剥壳机的主要零部件的设计在整个设计过程中起着十分重要的作用，好的核桃剥壳机才会给顾客带来方便及放心的使用。41设计前各项参数的确定411 刮板的半径及转速初定刮板的旋转速度必须保证刮板与核桃挤压、碰撞后能使核桃破裂，当刮板的相对速度达到5m/s时，可使核桃壳破裂而且不会破坏到核桃仁，因此根据此数据我们设计出刮板的转速与半径。如图4-1所示，当刮板旋转时，核桃与刮板的接触碰撞是在刮板的边缘部分。因此根据转速公式： v=2nr我们取半径r=260mm，则n=v*60*1000/3.14/2/r=5*60*1000/3.14/2/260=183.73r/min因此我们取r=260mm；n=183.73r/min 图4-1刮板图412 刮板所需功率及厚度计算根据功率的基本公式P=Q/t；就可以计算出刮板所需要的功率了，而Q就是表示刮板对核桃所做的功，我们知道刮板对核桃所做的功又分为刮板对核桃的动能Ek以及刮板核桃所做的势能Ep，因而刮板对核桃所做的功Q=Ek+Ep。而刮板对核桃的动能Ek=E1+E2=1/2mv12+1/2mv12刮板对核桃的势能Ep=mgh=mg2r 整理后得Q=1m/2（v12+v12+4gr）因此刮板所需功率：P=Q/t=1m/2t（v12+v12+4gr） 根据核桃剥壳的要求，我们设计出刮板的重量为4.0kg，刮板的初速度为1m/s，方向向左，刮板与核桃接触时的速度为5m/s，后达到匀速，方向向右，刮板的相对位置高度为520mm，整理则得到：时间t=1s；重量m=4.0kg；初速度=1m/s；末速度=5m/s；高度r=0.26m。 因此P=Q/t=1m/2t（v12+v12+4gr）=1*4.0/2(1+25+10.4)w=72.8w而刮板与核桃在半笼栅中挤压与碰撞以保证剥壳也需要一定的能量，加起来功率也不会超过600w。而我们要计算电动机的所需工率Pd，就先要确定从电动机到执行机构之间的总效率。我们设1、2分别为滚动轴承和V带传动的效率，于是有=1+2=-0.810则有电动机所需功率Pd=Pw/；计算得不会超过741W，由于给定电动机的功率为1.5kW，远大于此计算值，故所给电动机的功率符合要求。 刮板厚度：通过材料查得45号钢=40Mpa，已知P=200w，183.73r/min，取长为l=500mm，宽b=125，于是有= Mpa 即 9.83mm，故取厚度h=10mm。413 传动方案拟定设计刮板式核桃剥壳机的主轴的转速度一般高，达到n=183.73r/min；因此有两种选择传动方案，分别为用一级V带传动和用两级混合传动，然而我们知道采用两级混合传动的方案，将会使传动的结构变得复杂化，自然而然的成本就随之升高，所以选择采用第一种传动方案，即一级V带传动。4. 2 电动机的选择在核桃剥壳机中电动机的选择是十分关键的，电动机的容量选择是否合适，对电动机的正常工作和经济都有影响。因此不能忽视，要是容量选的过小不能保证正常工作，获因电动机因超载而过早损坏；而容量选得过大，则电动机的价格高，因为电动机经常不满载运行，其效率和功率因数都较低，增加电能消耗而造成能源的浪费。电动机选择包括选择类型，结构模式，功率和转速，并确定型号。工业上一般用三相交流电源，无特殊要求一般应选三相交流异步电动机。最长用的电动机是Y系列类型三相异步交流电动机。其效率高，工作可靠，结构简单，维护方便，价格低，适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的场合。由于启动性能好，也适用于某些要求较高启动转矩的机械。 电动机的容量主要根据其所带来的机械系统的功率来决定。对于载荷比较稳定、长期连续运行的机械，只要所选电动机的额定功率等于或大于所需电动机的工作功率即可。而在实验中，我们用人力就很轻易地破碎核桃，破碎核桃需力在三十千克左右，因此，主要考虑的是空载功率，根据所给的功率及同步转速，按照核桃剥壳机的工作要求和工作条件，选用一般用途的Y90S-6三相异步电动机如图4-2所示。它为卧式封闭结构。这种电动机质量轻，转速适中，且造价不是很高，因此比较适用于核桃剥壳机这种小型的剥壳机械。 根据电动机的满载转速和刮板转速可算出总传动比，电动机的数据整理如表4-1所示：表4-1电动机的数据和传动比方案号电机型号额定功率kw同步转速r/min满载转速r/min总传动比 i1Y90S-61.511009104.95查表得电动机型号为Y90S-6的中心高为90mm，向外伸出的轴径为22mm，轴的长度为50mm。电动机的运动和参数计算如下：轴的转速：n1=910r/min；n2=n1/i=910/4.95=183.73r/min轴的输入功率：P2=Pd*22=1.5*0.962=1.38kw轴的转矩： T2=9550P2/n2=9550*1.38/183.73=71.73N.m 图4-2 Y90S-6电机43 V带轮的设计及参数计算4.3.1 V带轮的参数计算 通过前面的计算确定了电动机采用型号为Y90S-6的电动机，已知它的额定功率为1.5kw同步转速为1100r/min，满载转速为910r/min，传动比=4.95。由已知可以得到1、确定计算功率Pc 查表得知工作情况系数 KA=1.1 则 Pc=KAP=1.11.5=1.65kw2、选择V带的型号 我们知道V带有普通V带和窄V带，而且都已经标准化。普通V带有7种型号，分别为Y、Z、A、B、C、D、E七种；而窄V带则有4种型号，分别为SPZ、SPA、SPB、SPC四种，根据 Pc、n1查书的最适合的带型号为A型。3、确定带轮基准直径d1和d2 为了减小带的弯曲应力应采用较大的带轮直径，但这使传动的轮廓尺寸增大。一般取d1dmin，由主动轮基准直径系中选取d1=75mm，则从动轮基准直径为d2=d1i=754.95=371.25mm4、 验算带的速度由P=Fv/1000可以知道，当传递的功率P一定时，带的速度v越高，则所需要的圆周力F则越小，因而V带的根数可减少。由公式 v=d1n1/(601000)=3.14751100/(601000)=4.32m/sv=4.32m/svmax=25m/s；因此符合要求5、确定带的基准长度Ld和中心距a 初步选取中心距，根据公式a0=1.5（d1+d2）=1.5(75+371.25)=669.38mm，取a0=700mm，符合0.7（d1+d2）a0120因此验算合适。7、 求V带的根数z由公式得带的根数z由n1=910r/min，d1=75mm,查书得P0=0.51kw由式传动比 i=d2/(1-)d1=371.25/75/(1-0.02)=5.05查得 P=0.11kw由包角1=157.5查书得K=0.94，Kl=1。由此可得 Z=1.65/(0.51+0.11)/1/2/0.94=1.41所以取2跟，如图4-3图4-3带轮8、求作用在带轮轴上的压力FQ查表得q=0.10kg/m，故由式得单根V带的初拉力F0=500PC/zv（2.5/K-1）qv2=5001.65/2/5(2.5/0.94-1)+0.1052=139.4N作用在轴上了压力FQ=2zF0sin（1/2）=22139.4sin（157.5/2）=546N4.3.2 V带轮的设计1、 V带轮的材料常用带轮的材料为HT150或HT200.转速较高时可采用铸钢或用钢板冲压后焊接而成。小功率时可以采用铸铝或塑料。就本次设计为刮板式核桃剥壳机，其功率一般，传递的载荷不是很大，故可以选HT150带轮的材料。2、 带轮的结构形式根据轮辐结构的不同，V带轮可以分为实心式、腹板式、孔板式、椭圆轮辐式。对于小带轮由于d12.5d，d为实际安装带轮的轴的直径，可采用实心式。对于大带轮由于d2400mm。可采用腹板式。3、V带轮的轮槽V带轮的轮槽与所选用的V带的型号相对应，轮槽相应的尺寸如表4-2所示。表 4-2 轮槽尺寸尺寸类型小带轮大带轮轮槽类型AAd（mm)75372基准宽度bd（mm)11.011.0基准线上槽深hamin（mm)2.752.75基准线下槽深hfmin（mm)8.78.7槽间距e（mm)150.3150.3第一槽对称面至端面距离fmin（mm)99轮缘厚d（mm)12124、V带轮的技术要求铸造的带轮在轮、腹板、轮辐及轮毂上不允许有砂眼、裂缝、缩孔及气泡；铸造带轮在不提高内部应力的前提下，允许对轮缘、凸台、腹板及轮毂的表面缺陷进行修补。5、V带传动的张紧、安装及维护胶带经过一段时间的工作后，其塑性变形和磨损会导致带松弛，张紧力减小，带的传动能力因之下降。因此伟动机构必须具有将带再度张紧的装置，使带保持传动所需的张紧力，定期检查胶带，发现其中一根松弛或有损坏，就应该全部换上新带，不能新旧带并用。旧胶带如尚可使用，可测量其长度，先长度相同的旧带组合使用。严防胶带与矿物油、酸、碱等介质接触，以免变质；胶带不宜在阳光下暴晒。4.4 主轴的设计及参数计算 轴是剥壳机中重要的零件之一，它是用来支持旋转的机械零件和传递转矩。轴的设计主要是根据工作要求并考虑制造工艺等因素，选用合适的材料，进行轴的结构设计就是使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。由前面计算可知主轴的转速n2=183.73r/min，主轴的输入功率为P2=1.35kw，主轴的转矩为71.73N.m。1、 选择主轴的材料 轴的常用材料有碳素钢和合金钢。由于轴没有特殊要求，因此选用调质处理的45号钢，其性能参数如表4-3所示。表4-3材料的性能参数毛坯直径mm硬度HBS强度极限B屈服极限S弯曲疲劳极限-10b-1b 200217255650360300102.5602、初步估算最小轴径由公式查书得知取A0=105，于是得3、 主轴的结构设计轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。第一要拟定轴上零件的装配方案；第二要完成轴上零件的定位；第三要定出各轴段的直径和长度。轴的设计首先从V带轮的安装开始的，V带轮安装在轴的第一段上面为满足轴向定位，在第一段的右端做一个轴肩，取d2=28mm，V带轮与轴配合的毂孔长为35mm，为保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴端面上，故取第一段长度l1=32mm；第二段上装着是轴承端盖，轴承端盖的总长度为25mm，端盖外端与V带轮右端面间的距离为40mm，故l2=65mm；第三段安装轴承，根据尺寸要求选择深沟球轴承6207，故取d3=35mm，而刮板据内壁长取15mm，则l3=45mm，第四段主轴上安装执行机构刮板，去刮板的直径d4=60mm，刮板架安装长度l4=500mm，因为轴的两端轴承必须一样轴承，所以第五段取d5=35mm，l5=30mm。主轴简图如图4-4所示。图4-4 主轴简图4、 轴强度的校核由结构图和弯矩的计算得出第四段轴是危险截面，载荷分析如图4-5所示，则受力计算：转矩：T71.73 N.mm 直径：已知d=60mm 圆周力Ft：Ft=2T/d=71.032/0.06=2367.7N径向力Fr：Fa=Fttan/cos=1415.2N轴向力Fa：Fr=Fttan=634.4N已知AB=271.50mm，BC=286.50mm，CD=115.00mm。水平面上支撑反力：RH1=FtLBC/LAC=2367.7286.5/558=1215.7N RH2=FtLAB/LAC=2367.7271.5/558=1152.0N垂直面上支撑反力：RV1=(FrLBC+Fad/2)/LAC=(1415.2286.5+634.460/2)/558=760.7NRV2=(FrLAB-Fad/2)/LAC=(1415.2271.5-634.460/2)/558=654.4N水平面上的弯矩： MH=660.0N.m 垂直面上的弯矩： MV=394.0N.m总弯矩： = =768.7N.m扭矩： T=0.671.03=42.618 N.mm 计算当量弯矩： =768.7N.m按弯扭合成应力校核轴的强度，由公式 e=Me/W=768.7103/（0.1603）=35.59MpaFr2，所以只要对左侧的轴承校核即可。查书得，fp=1.01.2，取中间值fp=1.1。则有当量载荷：p=fpFr2=1.11434.08N轴承预期寿命：Lh=103608=28800h轴承寿命计算：Lh=106/60n(Cr/p)3=106/（60183.73）(25.5/1.43408)3=509998h28800h故可达到轴承预期寿命，符合要求。4.5.2键的选择 键主要用来实现轴和轴上零件之间的轴向固定以传递转矩。有些类型的键还可以实现轴上零件的轴向固定或轴向移动。键为标准件，可分为平键、半圆键、楔键和切向键等。由于没有特殊要求，一般就取平键。平键的两侧面是工作面，上表面与轮毂槽底之间留有间隙。由于轴的直径d1=22mm，根据查GB/T 1096-2003，故取bh=87，L=1890mm，取L=25mm。4.6 半栅笼的设计半栅笼在核桃剥壳机中的作用是让已经被执行机构挤压剥壳的核桃与未被剥壳的核桃进行分离，其分离的原理就是核桃未剥壳时核桃的体积大，不能通过栅格；而壳、仁分开后体积小就可以通过栅格了。半栅笼的每一个栅格都只能容许一个核桃仁大小的物体通过，因此正好使核桃仁能够通过，而未剥壳核桃则继续留在剥壳箱内，继续进行剥壳直到其剥壳为止。其结构如图4-6所示。图4-6 半栅笼 栅条是利用两块墙板对两端进行固定的，墙板材料为HT150，栅条材料为45号钢。栅条采用15的圆截面长条，并在一半的圆截面长条上制作成锋利的像尖刀，这样就能使核桃掉落在上面，通过旋转的刮板作用力更容易的剥壳了，栅条的长度为572mm，而墙板的长度为10mm，故总长度为592mm。栅条的两头装砌在墙板的半圆形槽内，这样就能很好的固定住了。栅条间距为25mm，这样可使剥出的核桃仁能通过栅格，而未剥壳的刚不能通过。第五章 核桃剥壳刮板的生物力学设计随着世界经济和科学技术的飞速发展,市场全球化和竞争的日益激烈，为了提高市场竞争力，所以就必须要求产品具有更高的效率和生产能力。而在本课题的核桃剥壳机中，执行机构刮板对于核桃的破壳率起着十分重要的作用。因此刮板的设计是十分关键的，因为我们对该版进行深入研究，利用仿生学对其进行仿生建模及有限元分析，通过此方法以求提高刮板的效率。5.1仿生学的介绍 仿生学是一门模仿生物的特殊本领，利用生物的结构和功能原理来研制机械或各种新技术的科学技术。 确切地说，仿生学是研究生物系统的结构、特质、功能、能量转换、信息控制等各种优异的特征，并把它们应用到技术系统，改善已有的技术工程设备，并创造出新的工艺过程、建筑构型、自动化装置等技术系统的综合性科学。从生物学的角度来说，仿生学属于“应用生物学”的一个分支；从工程技术方面来看，仿生学根据对生物系统的研究，为设计和建造新的技术设备提供了新原理、新方法和新途径。仿生学的光荣使命就是为人类提供最可靠、最灵活、最高效、最经济的接近于生物系统的技术系统，为人类造福。自古以来，自然界就是人类各种科学技术原理及重大发明的源泉。生物界有着种类繁多的动植物及物质存在，它们在漫长的进化过程中，为了求得生存与发展，逐渐具备了适应自然界变化的本领。人类生活在自然界中，与周围的生物作“邻居”，这些生物各种各样的奇异本领，吸引着人们去想象和模仿。人类运用其观察、思维和设计能力，开始了对生物的模仿，并通过创造性的劳动，制造出简单的工具，增强了自己与自然界斗争的本领和能力。因而自然而然的仿生这门技术就形成了。而到了近代，生物学、电子学、动力学等学科的发展亦促进了仿生学的发展。虽然之前种种都表明了人类对仿生学的认识在很早就形成了，然而直到了1960年9月美国空军航空局在俄亥俄州召开第一次仿生学会议才宣布仿生学才作为一门独立的学科诞生了，至今才52年，但已成为具有强大生命力的学科，人们已经越来越深刻认识到恢复生态平衡对人类自身的极其重要性，可持续发展成为各国面临的重要而必要的艰巨任务，也是科学技术各领域中重要的研究课题，因为进行仿生学研究是十分有意义的。5.2 核桃剥壳机刮板的仿生设计 现代仿生学研究表明许多生物经过长期的进化,亦即经过长期与自然界进行物质、能量及信息交换，造就了适应生态环境的优良系统。许多科学技术难题在生物界已经获得圆满解决。某些动物例如老鼠（家鼠和田鼠）蝼蛄、公鸡、穿山甲等，日常需要完成的一项重要工作是要对土壤等物质实现挖掘功能，以及老鹰捕食时爪趾的力量，使它们都形成的最大特点是挖掘足发达。它们长期在土壤环境生活中寻找和抓取食物，其爪趾经过亿万年的进化，逐步形成了优化的几何形状和优良的生物力学功能，使其在挖掘过程中能够有足够的力去挖掘土壤或捕食，这为刮板剥壳力学性能的优化提供了仿生研究的基础。并寻求合适的仿生设计方案，以实现增加有用功，提高工作效率。5.2.1非仿生刮板的设计及参数计算 刮板结构是整个机器的关键部分，它的作用就是对核桃果进行剥壳。此结构采用四钢板十字交叉固定在旋转筒架上，其结构如图5-1所示：图5-1 刮板结构刮板参数计算刮板的旋转速度必须保证刮板与核桃挤压、碰撞后能使核桃破裂，当刮板的相对速度达到5m/s时，可使核桃壳破裂而且不会破坏到核桃仁，因此根据此数据我们设计出刮板的转速与半径。由v=2nr取r=260mm，则刮板的转： n=v*60*1000/3.14/2/r=8*60*1000/3.14/2/260=183.73r/min刮板输入功率：P=Pd*2=1.5*0.962=1.38kw刮板的转矩：T=9550P/n=9550*1.38/183.73=71.73N.m由于刮板边缘与核桃挤压压碎是核桃剥壳，调查可知核桃球径约为30mm。故力作用点距刮板中心l=d/2-15=520/2-15=245mm。则刮板作用在核桃上的力： M=Fl 即 F=M/l=71.73/0.245=292.78N示意图如图5-2所示。图5-2 受力图5.2.2 仿生刮板的设计及参数计算 随着现代计算技术的发展和应用，在机械设计领域，已经可以用现代化的设计方法和手段，从众多的设计方案中寻找出最佳的设计方案，从而大大提高设计效率和工作效率。在进行机械设计时，人们都希望得到一个最优方案，这个方案既能满足强度、刚度、稳定性及工艺性能等方面的要求，又使机械质量最轻成本最低和传动性能最好。我们知道老鹰是一种视觉敏锐，能在高空飞翔时看到地面上的猎物。并且上喙尖锐弯曲，下喙较短。4趾具有锐利的钩爪，适于抓捕猎物。它的趾具有很强的力量以保证足以抓取猎物。如图5-3所示，因此试着把刮板与核桃挤压的地方设计成鹰趾的形状，以便希望会大大提高剥壳质量和工作效率，利用仿生的方法对刮板进行优化设计。图5-3 老鹰的爪趾将刮板和核桃接触处设计成老鹰爪趾的形状然后固定在旋转筒架上，如图5-4所示，图5-4 刮板结构刮板参数计算：刮板的旋转速度必须保证刮板与核桃挤压、碰撞后能使核桃破裂，当刮板的相对速度达到5m/s时，可使核桃壳破裂而且不会破坏到核桃仁，因此根据此数据我们设计出刮板的转速与半径。由v=2nr取r=260mm，则刮板的转： n=v*60*1000/3.14/2/r=8*60*1000/3.14/2/260=183.73r/min刮板输入功率：P=Pd*2=1.5*0.962=.1.38kw刮板的转矩：T=9550P/n=9550*1.38/183.73=71.73N.m由于刮板边缘与核桃挤压压碎是核桃剥壳，调查可知核桃球径约为30mm。故力作用点距刮板中心l=d/2-15=520/2-10=250mm。则刮板作用在核桃上的力： M=Fcos30l 即 F=M/lcos30=71.73/0.250/0.866=331.32N示意图如图5-5所示。图5-5 受力图5.2.3 对两种刮板冲击力的分析与比较 对两种设计的刮板做冲击力的实验，分别对短轴、垂直以及长轴方向进行冲击力的实验并进行比较与分析，冲击力实验数据如图5-6,5-7所示。图5-6非仿生刮板实验数据图5-7仿生刮板实验数据由上图的数据图可以知道在短轴方向上的冲击力，当刮板进行工作时，当与核桃接触时，核桃受到了来自刮板的力，在前20ms，非仿生刮板与仿生刮板在短轴上的冲击力差不多，而随着时间的推移，当过了200ms后非仿生刮板的冲击力逐渐减弱，并到最后变没，而仿生刮板的冲击力则继续保持一定的数值，说明了仿生刮板在短轴方向的冲击力更大，即对核桃具有更强的冲击力，更容易使核桃破壳。 而在垂直方向仿生刮板的冲击力也相对比非仿生刮板的冲击力更大，且保持的时间更长，这对核桃剥壳节省了时间并提高的剥壳的效率。在长轴方向上的冲击力，更加表明了仿生刮板的优势之处，当作用力刚过20ms，非仿生刮板就没有了冲击力，而过了200ms仿生刮板依然保持的一定值的冲击力。从以上的数据分析可以知道仿生刮板相对于非仿生刮板能够对核桃的力相对更大，且具有更大的冲击力，因此仿生学的刮板设计对核桃剥壳机的设计有着重要的意义。 第六章 部分零部件的装备方案 刮板式核桃剥壳机由料斗、剥壳箱、栅格、下箱出口、分选口，核桃仁收集斗等一些部件组成，如何把这些零部件组成一个完整的剥壳机呢？我们知道固定部件的元件有多种如：螺栓，螺钉，键等。以下为部分零部件的装备方案。6.1机架的装备方案 图6-1 机架装备图机架是支撑核桃剥壳机，使之可以从上而下顺利的工作，起到支撑箱体和保护的作用，支架中的底板与支架之间通过L型铸铁固定板使之连接起来，并通过10螺钉栓住，让底板和支架牢牢的固定在一起。如图6-1所示。6.2 机架与箱体间的装备方案图6-2机架与箱体装备图图6-2为机架与箱体的装备图，由于箱体里面装着核桃剥壳机的执行机构还有半栅笼，箱体具有相对重要的作用，由于执行机构和半栅笼具有一定的重量，因此要求支架具有一定支撑重量的能力，使支架能够支撑起箱体。由于支架具体一定的长度，为了使拆装方便采用20的螺栓栓住，既能方便拆装又能安装固定可靠。6.3 箱盖、底座间的装备方案 如图6-3是整个箱体的装备图，由于箱体的箱盖和箱底座有时需要拆装，便于查看箱体内的执行机构和半栅笼，因而为了方便装卸且安装牢靠，箱盖和箱底座之间也采用20的螺栓栓住。图6-3 箱盖、底座间的装备图6.4 箱体与半栅笼间的装备方案 如图6-4为箱体和半栅笼的装备图，半栅笼是分离已被剥壳和未剥壳核桃的重要工具，也是刮板式核桃剥壳机的核心部分之一，通过对箱底座挖两个半圆形槽，从而使半栅笼的半圆形正好卡在槽内，很好的固定住了半栅笼，为剥核桃和分离核桃的工作起了很大的作用。图6-4 箱体与半栅笼间的装备图6.5 传动和执行机构的装备方案图6-5 传动和执行机构的装备图 图6-5为传动机构和执行机构的装备图，设计的执行机构采用了皮带轮传动，用两条皮带带动，对于小型的核桃剥壳机那就足够了，通过皮带轮使电动机转动传向执行机构，带动执行机构运动，通过主轴，键还有轴承等使执行机构很好的固定在轴上且完成核桃的剥壳工作。6.6 核桃剥壳机的整体图 图6-6 核桃剥壳机的整体图 第七章 总结与展望 转眼之间，近四个月的毕业设计马上就要结束了，这是我们大学之中最后一个也是最重要的一个设计、一个阶段。毕业设计是考验我们大学这几年来的所学，它要求我们将大学这四年来所学到的知识能够融会贯通、熟练应用，并要求我们能够理论联系实际，培养我们的综合运用能力以及解决实际问题的能力。 在这四个月里，我不断学习新的知识、不断积累经验并且不断的提高。在余老师的悉心指导下，我从最初的选题开始做起，进行设计方案的确定；对以前所学的基础知识的全面综合应用。这次的毕业设计，是对我这四年来所学的专业知识是否踏实的检验，让我对这四年中所学知识进行了综合，也让我温习了一些已经快要淡忘的专业知识，并且还学到了一些实际的设计经验。与此同时，我也充分认识到自身的许多不足：基础知识学得不够扎实，缺乏综合运用及理论联系实际的能力等。7.1 本文总结通过此次毕业设计，使我了解很多关于核桃剥壳机知识。使我了解了如今国内外在这方面的许多技术，了解了核桃设计的一般过程，通过对核桃剥壳机的主体结构设计作
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号