毕业设计（论文）-块肉去皮机分离及动力系统设计.doc

本科学生毕业设计 块肉去皮机分离及动力系统设计 院系名称： 机电工程学院 专业班级： 机械 09-2 班 学生姓名： 指导教师： 职 称： 副教授 黑黑 龙龙 江江 工工 程程 学学 院院 二一三年六月 The Graduation Design for Bachelors Degree The design of separation and power system on meat peelers Candidate：Wang Hui Specialty：Mechanical Design Manufacture and Automation Class：Mechanical 09-2 class Supervisor：Associate Professor Xin Zongsheng Heilongjiang Institute of Technology 2013-06Harbin 黑龙江工程学院本科生毕业设计 I 摘 要 长期以来，国内肉类加工企业中。只有整猪去皮设备，无条块肉去皮设备。因 此，在用带皮猪肉拌加工肉制品或生产分割肉时，都是采用手工去皮。该方法不仅 去净率及工作效率低，而且劳动强度大。为改变这种状况，设计一款适合我国国情 的 QP-500 型块肉去皮机，该机安装方便、操作简单、原理先进、安全可靠、维护 简单、清洗方便、生产效率高及经济实惠。使用 QP-500 型块肉去皮机可实现自动 连续作业，在分割肉生产车间中可放在流水线上，比手工去皮提高工效 4 倍，而设 备的价格是进口机器的三分之一。 主要根据总体结构设计的要求对块肉去皮及分离及动力系统进行了设计。动力 系统是块肉去皮机的重要部件之一，主要起到提供动力，传递扭矩的作用。在设计 过程中，首先计算去皮机的外部载荷，然后根据结果计算出块肉去皮及所要提供的 动力，进而一步步确定其他零部件的参数。 通过设计，块肉去皮机降低了工人劳动强度，有效地解决了块肉去皮机器主要 依赖进口等问题，提高了猪肉的去皮效率，降低了加工成本和劳动强度，满足了设 计要求。 关键词：块肉;去皮机;动力;传递;分离 黑龙江工程学院本科生毕业设计 II ABSTRACT For a long time,in the domestic meat processing enterprises,only whole pig peeled equipment, no compartmentalization meat peeled devices. Therefore, in the pork skin mixed with processed meat or meat production division are peeled by hand. This method not only to the net rate and low efficiency, and labor-intensive. To change this situation, design a suitable for China QP-500-type meat peeling machine, the machine easy to install, easy to operate, the principle advanced, safe, reliable, easy to maintain, easy to clean, high production efficiency and economic benefits. Use QP-500-type meat peeling machine can realize automatic continuous operation, the division of meat production workshops can be placed on the assembly line, hand-peeled improve efficiency four times, while the price of imported machinery and equipment for third. Based primarily on the overall structure of the design requirements for meat, peeled and separation and power system design. Peeling machine power system is an important component of meat, mainly serve to provide power transfer torque effect. In the design process, first calculate peelers external loads, and then based on the results calculated piece of meat, peeled and power to be provided, and then a step to determine the parameters of the other components. By design, the piece of meat peelers reduce labor intensity, effectively solve the peeling machine is mainly dependent on imports of meat and other issues to improve the pork peeled efficiency and reduce processing costs and labor intensity, to meet the design requirements. Key words: Meat; Peelers,;Power;Transfer;Separate 黑龙江工程学院本科生毕业设计 目 录 摘要 .I ABSTRACT .II 第 1 章 绪论 .1 1.1 设计的目的意义 .1 1.2 国内外肉类机械发展现状 .1 1.2.1 国内肉类机械现状 .1 1.2.2 国外肉类机械现状 .2 1.2.3 我国肉类机械制约发展的原因和差距 .2 1.3 肉类机械的发展与未来 .2 1.4 设计基本内容 .3 1.5 拟解决问题 .4 第 2 章 电动机与减速器的选择 .5 2.1 电动机的选择 .5 2.1.1 选取电动机类型结构 .5 2.1.2 电动机功率选择 .5 2.1.3 技术要求 .5 2.2 减速器的选择 .6 2.2.1 传统减速器 .6 2.2.2 摆线针轮减速器 .7 2.3 本章小结 .8 第 3 章 分离系统设计.9 3.1 合理选择分离方式 .9 3.2 确定分离系统设计方案 .11 3.3 牵引滚强度校核 .14 黑龙江工程学院本科生毕业设计 3.4 本章小结 .17 第 4 章 动力系统设计 .18 4.1 动力系统组成 .18 4.2 链传动 .18 4.2.1 链传动的优点 .18 4.2.2 链传动的失效形式 .19 4.2.3 链传动的计算 .19 4.2.4 链传动的张紧 .20 4.3 齿轮轴的传递 .21 4.4 部分轴的设计与强度计算 .21 4.5 轴承的选择与寿命计算 .23 4.5.1 轴承的简介 .23 4.5.2 轴承的选择 .24 4.5.3 轴承的寿命计算 .24 4.6 本章小结 .26 第 5 章 设计与改进 .27 5.1 动力系统的改进 .27 5.1.1 压滚轴的改进 .27 5.1.2 传动系统的改进 .28 5.2 去皮机可靠性分析 .28 5.3 去皮机人机工程学分析 .29 5.4 去皮机可经济性分析 .30 5.5 本章小结 .31 结论 .32 参考文献 .33 致谢 .34 黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 第 1 章 绪 论 1.1 设计的目的意义 期以来，国内肉类加工企业中。只有整猪去皮设备，无条块肉去皮设备。因此， 在用带皮猪肉拌加工肉制品或生产分割肉时，都是采用手工去皮。该方法不仅去净 率及工作效率低，而且劳动强度大。为改变这种状况，设计一款适合我国国情的 QP-500型块肉去皮机，该机安装方便、操作简单、原理先进、安全可靠、维护简单、 清洗方便、生产效率高及经济实惠。使用QP-500型块肉去皮机可实现自动连续作业， 在分割肉生产车间中可放在流水线上，比手工去皮提高工效4倍，而设备的价格是 进口机器的三分之一。 随着经济收入的增加，人们的消费结构已经向营养型、方便型、保健型发展， 但目前本地白条肉、热鲜肉仍占全部生肉上市量的 60%以上，肉制品产量只占肉类 总产量的 15%，与发达国家肉类冷链流通率 100%、肉制品占肉类总产量比重 50%的 水平相比差距很大，不能适应本地居民肉食消费结构升级的要求。 “夏天到来的时候鲜猪肉不好卖，但如果做成美味的猪肉丁、猪肉松、猪肉干 等休闲食品以及午餐肉、梅菜扣肉、香菇肉酱等肉食罐头，可能销路就不成问题了。 ”在食品界资深人士张秋艺看来，完全可以通过猪肉深加工，开发低温肉制品、调 理肉制品和速冻方便肉制品，扩大腌腊制品、酱卤制品等中式肉制品生产，以此来 扭转猪肉供应的结构性过剩。 近年来，我国的肉制品加工行业加快了从餐桌食品向休闲食品跨跃的力度，休 闲即食肉制品成为这个行业的新的利润增长点。业内专家指出，我国肉类工业正在 向规模化、现代化、标准化、品牌化、产供销一体化方向迈进。在国内肉类加工企 业中用带皮肉加工肉制品或生产分割肉时，大多采用手工去皮，不仅去净率及工作 效率低，而且劳动强度大。在肉制品深加工中，特别是大中肉类加工加工冷藏企业 的肉制品和分割肉的生产中对机械加工代替传统手工和半机械化的生产需求迫切。 1.2 国内外肉类机械发展现状 1.2.1 国内肉类机械现状 回顾肉类加工机械的发展历程，所取得的成绩是显著的。我国近二百家制造厂 能生产 90%以上的肉类加工设备，几乎覆盖了屠宰、分割、肉制品、调理食品、综 黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 合利用等所有加工领域，而且所制造的设备已开始接近国外同类产品。例如：斩拌 机、盐水注射机、连续式真空包装机、油炸机等。除了在国内销售外，已有多家企 业开始拓展海外市场，逐步与国际接轨。从中国肉类协会所汇总统计的肉类机械制 造企业情况来看，我国大多数企业还在低水平上徘徊，高起点的较少。这些企业的 技术水平还相对落后，除个别企业的个别设备(与欧美设备制造商合作生产)和简单 加工生产线(例如分割线已成套出口至澳洲和香港等地)外，我们生产的大部分还是 简单机械和给国外机械设备配套的附属设施，技术含量相对较低。从整体技术水平 来看，我国大部分肉类加工设备还处在欧美 80 年代的水平，只有很少量的已达到 90 年代的水平。也就是说，技术水平相当于落后先进国家 1020 年。从海关的统计 也很能看出肉类机械的现状，我国在 2003 年进口食品加工机械 7.24 亿美元，而出 口仅 1.63 亿美元。肉类加工机械约占整个食品机械的 10%，也就是说我国的肉类加 工机械年进口量在 7000 万美元左右。而我国肉类加工机械制造企业的年销售总额 也就只 6 亿元人民币左右，即我国的肉类机械需求量中有一半以上是进口的。 1.2.2 国外肉类机械的现状 欧美制造商以下主要优点是我国肉类加工机械制造企业所不及的，其主要优点 有比较注重行业协调，分工明确，既有竞争，又有合作；各企业都有较强的研发队 伍，产品不断更新换代，新技术应用广泛；设计上注重工效、节能、环保、自动化 程度较高；制造上质量可靠，返修率低。 1.2.3 我国肉类机械制约发展的原因和差距 (1)产品开发创新力度不够。 (2)我国的肉类加工机械制造企业大部分规模不大，而开发产品所需的投入却较 大。 (3)我国的知识产权市场不规范，导致开发出来的产品得不到知识产权的保护。 (4)加工设备落后，使得很多大型和高技术含量的设备无能力加工或加工出来技 术精度不够。 (5)很多肉类加工企业对我国肉类加工机械的整体技术水平认识不足，只注重设 备的价格，导致了低档次产品的发展，变相的阻碍了肉类机械的升级换代和创新。 1.3 肉类机械的发展与未来 1.市场分析 国内市场分析：随着肉类食品产业的发展，肉类深加工的比例在不断增加，新 的肉类加工厂也在不断涌现，这些企业就需要投入大量的加工设备。国内市场对肉 类加工机械的需求量将会不断增大。目前国内肉类加工五十强企业所使用的主要设 黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 备均为进口，如果我们肉类加工机械业所提供的产品能达到国外差不多的水准，相 信他们肯定会优先考虑从国内购买。 国际市场分析：欧洲的肉类加工机械是世界上最先进的，但是随着欧元的升值 及“中国制造”国际地位的提高，越来越多的外商开始对我国的设备感兴趣。近两 年来我国采购肉类加工设备的国外客商越来越多，我国出口肉类机械的制造厂家也 逐渐增多。 2.技术水平和基础条件 中国肉类协会在近年已对中国的肉类加工企业进行了行业引导和规范，并打算 对一些具有一定规模和开发能力的肉类加工机械制造企业进行扶植和支持，这肯定 会大大促进肉类加工机械的发展。 通过近 20 年的发展，我国的肉类加工技术已有很大提高，特别是产品的加工 工艺上已接近世界先进水平，积累了一定的经验。肉类加工机械制造厂家，理解了 肉类加工机械必须满足肉类加工工艺要求的原理，了解了国外先进设备的技术原理。 从整体设备制造企业情况来看，有几家企业已具有了一定的产品开发能力和设备加 工水平，而且这些企业也已着手与科研院所合作，特别是还和欧美同类设备制造厂 家进行技术交流。 3.发展 我国的肉类加工业正在迅速发展，对于与其配套的肉类加工设备来说就带来了 一个非常好的商机。如何发展，各企业应制定目标，量体裁衣，根据自身特点，发 挥自身特长。我们认为以下几点是行业发展所必须遵循的： (1)根据自身企业的特点，研发符合市场需求的产品，加大研发投入。 (2)注重产品质量，提高企业的信誉，将产品打出品牌。 (3)引进先进技术，合作开发或生产技术含量高的产品。 (4)同行业互相协作和支持，以求共同发展。 (5)注重人性化设计及环保、节能等新技术的应用。 (6)产品符合食品卫生（HACCP）及安全要求。 1.4 设计基本内容 QP-500 块肉去皮机设计包括皮厚切割自动控制系统、带皮肉自动喂入及强 迫剥离系统、肉与皮的自动分离系统及动力系统的设计。 本课题主要研究块肉去皮机分离及动力系统的设计，主要包括肉与皮的自动分 离系统设计及动力系统的设计。动力系统由电动机、摆线针轮减速机、链轮、链条、 齿轮组成，供给各系统必要的动力。为块肉的自动喂入，肉与皮的剥离，肉皮与去 黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 皮肉的输出。通过对该课题的资料查阅和分析，在指导老师的帮助下，拟定以下研 究方向： 1.系统的整体设计； 2.系统工作的可靠性； 3.动力系统的设计； 4.传动系统的设计； 5.充分考虑人机工程学在设计中的应用； 6.降低使用和制造成本。 1.5 拟解决问题 1.动力系统内的传递的平稳可靠； 2.如何将去皮机动力系统与分离系统联系起来共同进行设计； 3.选择一个符合人机工程学的调节厚度方式，同时保证连续稳定的去皮厚度； 4.充分考虑使用条件和成本，应该选择什么型号的电动机； 5.考虑到电动机和使用要求，应该通过那些装置传递动力； 6.在满足设计要求的前提下，降低该机械生产制造成本。 本课题主要完成的是块肉去皮及分离及动力系统设计。首先进行方案论证。动 力系统是块肉去皮机的重要部件之一，主要起到传递动力和扭矩的作用。动力系统 由电动机、摆线针轮减速机、链轮、链条、齿轮组成,供给各系统必要的动力。肉 与皮的自动分离系统由梳状蓖片,牵引滚及输出传送带组成。皮与肉剥离后,分别进 人不同的容器中,或直接由机外传送带送到不同的工位,大大节省了人力。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 第 2 章 电动机与减速器的选择 2.1 电动机选择 2.1.1 选取电动机类型结构 本次设计所选用的电动机的类型和机构形式应根据电源种类、工作条件、载荷 大小和性质变化、启动性能、制动、正反转的频率程度等条件来选择10。 电动机分交流电动机和直流电动机两种。由于生产单位一般多采用三相交流电 源,因此,无特殊要求时,均应采用三相交流电动机。其中异步电动机是交流电动机 的一种,它是把电能转化为机械能的一种动力机械,一般以三相异步交流电动机应用 最广泛。 Y 系列三相异步电动机为封闭式三相异步电动机,能防止灰尘、铁屑或其它杂 物侵入电机内部，效率高，耗能少，性能好，噪音低，振动小，体积小，重量轻， 运行可靠，维修方便。不仅使用于水泵、鼓风机、金属切削机床及运输机械,更使 用于灰尘较多、水土飞溅的地方,如碾米机,磨粉机,脱壳机及其它农业机械,矿山机 械等。 根据工作环境和要求,选用 Y 系列三相异步电动机。 2.1.2 电动机功率选择 电动机的容量选择的是否合适,对电动机的正常工作和经济性都有影响。容量 选的过小,不能保证工作机的正常的工作或使电动机因过载而过早的损坏;而容量选 的过大,则电动机的价格较高,能力又不能充分利用,而且由于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。 根据实际使用要求选择 1.1KW 的电动机，选用 Y 系列小型三相异步电动机 Y90L-6 型。 表 2.1 电动机技术参数表 型号 额定功率满载转数 Y90L-61.1KW 1000r/min 2.1.3 技术要求 生产率：300kg/h(净皮)或34t/h(肉)； 去皮宽度：50450mm； 黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 去皮厚度：28mm； 去皮后带膘厚度，背皮lmm，胸腹2mm； 工作电源：380V，1.1kw。 2.2 减速器的选择 2.2.1 传统减速器 减速器是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将电机的回转数减速到 所要的回转数，并得到较大转矩的机构。在用于传递动力与运动的机构中，减速机 的应用范围相当广泛。几乎在各式机械的传动系统中都可以见到它的踪迹，从交通 工具的船舶、汽车、机车，建筑用的重型机具，机械工业所用的加工机具及自动化 生产设备，到日常生活中常见的家电，钟表等等。其应用从大动力的传输工作，到 小负荷，精确的角度传输都可以见到减速机的应用，且在工业应用上，减速机具有 减速及增加转矩功能。因此广泛应用在速度与扭矩的转换设备。 2.2.2 摆线针轮减速器 本机选择摆线针式减速器，其型号为 XWD10-68-1.1。 摆线针轮器减速机是一种应用行星式本机选择摆线针式减速器传动原理，采用 摆线针齿啮合的新颖传动装置。摆线针轮减速机全部传动装置可分为三部分：输入 部分、减速部分、输出部分。在输入轴上装有一个错位 180的双偏心套，在偏心 套上装有两个称为转臂的滚柱轴承，形成 H 机构、两个摆线轮的中心孔即为偏心套 上转臂轴承的滚道，并由摆线轮与针齿轮上一组环形排列的针齿相啮合，以组成齿 差为一齿的内啮合减速机构，为了减小摩擦，在速比小的减速机中，针齿上带有针 齿套。 图图 2-1 摆线针轮减速机摆线针轮减速机 1.摆线针轮减速机特点 （1）高速比和高效率单级传动，就能达到 1：87 的减速比，效率在 90%以上， 黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 如果采用多级传动，减速比更大。一级传动减速比为 987，双级传动减速比为 1215133，多级组合可达数万，且针齿啮合系套式滚动摩擦， 啮合表面无相对滑 动，故一级减速效率达 94%。 （2）结构紧凑体积小由于采用了行星传动原理，输入轴输出轴在同一轴心线 上，使其机型获得尽可能小的尺寸。 （3）运转平稳噪声低摆线针齿啮合齿数较多，重叠系数大以及具有机件平衡 的机理，使振动和嗓声限制在最小程度。在运转中同时接触的齿对数多，重合度大， 运转平稳，过载能力强，振动和噪音低，各种规格的机型噪音小。 （4）使用可靠、寿命长因主要零件采用轴承钢材料，经淬火处理 （HRC5862）获得高强度，并且，部分传动接触采用了滚动摩擦，所以经久耐用 寿命长。因主要零件是采用轴承钢淬火处理 （HRC58-62），再精磨而成，且摆线 齿与针齿套啮合传递至针齿形成滚动磨擦付，磨擦系数小，使啮合区无相对滑动， 磨损 极小，所以经久耐用。 （5）设计合理，维修方便，容易分解安装，最少零件个数以及简单的润滑， 使摆线针轮减速机深采用户的信赖。与同功率的其它减速机相比，重量体积 小 1/3 以上，由于是行星传动，输入轴和输出轴在同一轴线上， 以获得尽可能小的尺寸。 图图 2-2 摆线针轮减速机摆线针轮减速机 2.摆线针轮减速机用途 摆线针轮减速机采用摆线针齿啮合、行星式传动原理，所以通常也叫行星摆线 减速机，行星摆线针轮减速机可以广泛的应用于石油、环保、化工、水泥、输送、 纺织、制药、食品、印刷、起重、矿山、冶金、建筑、发电等行业，做为驱动或减 速装置，该机分为卧式、立式、双轴型和直联型等装配方式。其独特的平稳结构在 黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 许多情况下可替代普通圆柱齿轮减速机及蜗轮蜗杆减速机，因此，行星摆线针轮减 速机在各个行业和领域被广泛的使用，受到广大用户的普遍欢迎。 3.摆线针轮减速机使用条件 （1）摆线针轮减速机允许使用在连续工作制的场合，同时允许正、反两个方向 运转。 （2）输入轴的转速额定转数为 1500 转/分，在输入功率大于 18.5 千瓦时建议 采用 960 转/分的 6 极电机配套使用。 （2）卧式安装摆线针轮减速机的工作位置均为水平位置。在安装时最大的水平 倾斜角一般小于 15。在超过 15时应采用其他措施保证润滑充足和防止漏油。 （4）摆线针轮减速机的输出轴不能受较大的轴向力和径向力，在有较大轴向力 和径向力时须采取其他措施。 4.摆线针轮减速机润滑与安装 润滑： （1）卧式摆线减速机在正常情况下采用油池润滑，油面高度保持在视油窗的中 部即可，在工作条件恶劣，环境温度处于高温时可采用循环润滑。 （2）摆线针轮减速机在常温下一般选用 40#或 50#机械油润滑，为了提高减速 机的性能、延长摆线针轮减速机的使用寿命，建议采用 70#或 90#极压齿轮油，在 高低温情况下工作时也可应重新考虑润滑油。 （3）立式安装行星摆线针轮减速机要严防油泵断油，以避免减速机的部件损坏。 （4）加油时可旋开机座上部的通气帽即可加油。放油时旋开机座下部的放油塞， 即可放出污油。该减速机出厂时内部无润滑油。 （5）第一次加油运转 100 小时应更换新油，（并将内部污油冲干净）以后再连 续工作，每半年更换一次（8 小时工作制），如果工作条件恶劣可适当缩短换油时 间，实践证明减速机的经常清洗和换油（如 3-6 个月）对于延长减速机的使用寿命 有着重要作用。在使用过程中应经常补充润滑油。 （6）出厂的减速机已加润滑油脂，每六个月更换一次。油脂采用二硫化铝-2# 或 2L-2#锂基润滑油脂。 2.3 本章小结本章小结 本章主要是讲述块肉去皮机所用电动机的选择和减速机的选择，介绍了传统减 速机的特点以及摆线针轮减速机的优点及使用方法，最终选择摆线式轮减速机。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 第 3 章 分离系统设计 3.1 合理选择分离方式 一般选择旋风分离、离心分离、吸附分离和隔板分离等。 旋风分离器工作原理：外筒为上细下粗，在圆锥体的下部设有表面光滑的圆锥 形挡灰盘（反射屏），在外筒内壁与圆锥形挡灰盘底缘之间留有一定缝隙，粉尘沿 内壁滑落，经此缝隙落入灰箱。气体则由挡灰盘上部旋转向上。这样就避免了集尘 箱内的粉尘被气流重新卷起而带走，从而提高了分离效率，旋风分离如图 3-1。 3-13-1 旋风式分离器旋风式分离器 离心机是借离心力场来实现分离过程的，用于分离悬浮液或乳浊液，将悬浮液 中的固相和液相分离开来或将乳浊液中的轻重相液体组分分离开来。为了加速液固 相的分离过程，化工生产中亦大量使用过滤离心机；过滤离心机是借重力场或压差 来实现分的离过程的，用于分离含有大量固相悬浮液。在分离过程中，一般称未过 滤的液液物料或液-固物料为母液，被分离出来的固体物料为滤料或滤渣，被分离 出来的液体物料为滤液。按照分离的过程，通常将分离机械分为两大类间歇式分 离机械和连续式分离机械，离心机如图 3-2。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 1-底盘；2-支足；3-缓冲弹簧；4-摆杆；5-转鼓；6-转鼓底； 7-拦液板；8-机盖；9-主轴；10-轴承座；11-制动手柄；12-外壳； 13-电机；14-皮带轮；15-制动轮；16-滤液出口；17-机座 图图 3-23-2 离心机离心机 本机采用的是的是隔板分离带皮猪肉经过刀具切割后以刀作为隔板然后由牵引 滚带动使肉皮分离进入不同容器内。其原理是: 肉与皮的自动分离系统由梳状蓖片,牵 引滚及输出传送带组成。皮肉剥离后,分别进人不同的容器中,或直接由机外传送带 送到不同的工位,大大节省了人力。 3.2 确定分离系统设计方案 采用的是带皮猪肉经过前传送带的带动进入到牵引滚与压滚之间有牵引滚带动 使猪肉在压力和牵引力的作用下，经过刀具，使肉和皮进行分离。然后在压滚和牵 引滚的带动下经过梳状蓖片（如图3-3）梳理使肉皮掉进下面的容器内，不与牵引 滚粘结。去皮后的猪肉在压滚和牵引滚带动下进入后传送带（如图3-5）传送进入 到目标容器内，从而实现肉与皮的自动分离。 图图 3-3 梳状篦板梳状篦板 黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 图图 3-4 防止猪肉与牵引滚粘结防止猪肉与牵引滚粘结 图图 3-3-5 5 后传送架后传送架 黑龙江工程学院本科生毕业设计 12 图图 3-43-4 分离系统示意图分离系统示意图 3.3 牵引滚强度校核 QP-500型去皮机的加工对象以猪肉为主，现在以猪肉加工为例进行强度校核。 市场整猪平均一头出肉重100kg，猪肉的屠宰工艺一般将整猪劈割成2半，每块大约 重50kg，其宽度小于450mm，为了保证设计强度，假设其宽度为450mm。 根据第二章对猪肉的物理性质的分析可知，不锈钢刀具在常态条件加工猪肉肌 肉的单位剪切力，切割角0，加工温度10：P=30N/cm； 根据文献资料查阅得知猪肉的皮、脂水分、油脂含量较高，肌肉纤维较少，所 以对于剪切力均以猪肉肌肉加工的剪切力来进行计算，油脂在加工中受温度影响较 大，但是从0到零下10均不能大于相应温度下的猪肉肌肉的加工所需的剪切力， 当温度在0上时，油脂的剪切力逐步增大与猪肉肌肉剪切力之间的差距。猪肉中 肉皮中也含有较多的油脂，实际刀片在加工过程中加工方向是顺纤维方向。所以实 际工作中，刀片所需要的剪切力远小于刀片的切割力。 对于QP-500型块肉去皮机，去皮宽度为450mm，通过上述的条件可知需要的猪 肉剪切力： N；4503 4501350FP 黑龙江工程学院本科生毕业设计 13 由牵引滚需要提供力，主要是提供给摩擦力和剪切力。剪切力为1350N，对于 摩擦力计算过程如下： 对于计算过程出现的猪肉与不锈钢的物理参数经过文献查阅整理如下表4-1。 表 4-1 猪肉与不锈钢接触接触的物理参数 物料名称相对位移速度动粘性静粘性静摩擦动摩擦 猪肉横向纤维 18m/min7000Pa3000Pa0.140.19 由第二章介绍，食品物料与不锈钢现对运动，摩擦力大小不但与正压力和摩擦 系数有关，还和表面的粘性有关。摩擦力计算公式为： (4-1) 00 () TPK Pf PP F 式中： ：摩擦系数；f ：位移表面上的压力（N） ； K P ：接触面上的粘性（Pa） ； 0 P ：接触面的面积（m ） ； 0 F ：位移表面的摩擦力（N） ； TP P 虽然对于，物料在刀架体上的上升和下降部分摩擦力小于水平处的摩擦力，作 为校核计算仍按照水平方向来进行计算，整个刀架体沿切割方向长约等于100mm， 承受猪肉的最大重量为3.3kg，则： N3.3 1033 K P 猪肉滑过刀架体上的盖刀板，接触面上的粘性属于动粘性，位移速度约为 3.3cm/s，则由表4-1可知： =3000Pa 0 P 在加工过程中流过刀架体上的物料与刀架体接触面积约为： 2 0 0.1 0.450.045Fm 黑龙江工程学院本科生毕业设计 14 在加工过程中，物料受到的横向力由两部分组成，剪切力和摩擦力： (4-2)+ TP FFP 剪 物料与不锈钢之间的动摩擦系数为0.19，由上述条件可知，物料受到的摩擦力 PTP为： =0.19+ TP P（33 3000 0. 045）34N =1350FN 剪 则带入物料横向力公式可知，物料受到的横向力为： F=1384N； 横向力全部是牵引滚提供的牵引力，则牵引滚的需要电机提供的扭矩为： 3 =1384 34=47 10mmTN 上箱的橡胶压力轮利用，上箱的重量和，支撑杆中的弹簧共同调节压紧力，使 压力轮对物料的向下的压力不大于100N； 牵引轮依靠牙型提供牵引力，物料依靠橡胶压力轮的压紧力和块肉的自重产生 形变，使变形的物料充填如牙型内，依靠牙型提供牵引力。 一般去皮机要求物料的厚度至少为20mm，牙型深度约为2.5mm，所以物料的形 变系数最大为0.2即可满足物料的形变要求，根据猪肉的物理性质的介绍图2-1所 示，当形变系数=0.2时，压强； 3 =22 10aP 物料发生变形，达到物料填满牙型的形变力大小为： (4-3)FS 其中S指变形的面积，指变形所需压强； 每一个完整的牙型长约5mm，整个牵引滚的块肉受压面积： 2 477 5 1490mm 8 5 S 由上文所述的数据和压强公式得： 3 1490 22 1030FN 物料重力和橡胶压力轮的合力足够提供使物料产生满足使用要求的变形，为了 保证猪肉的品质和外观，利用上箱的支撑弹簧调节合理的压力保证工作要求和食品 的外观、品质等要求。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 15 牵引滚受到物料自上而下的压力，牵引滚上方物料的总重量计算步骤如下： 一块上文介绍的1.5米的猪肉重50kg，此处压力F，由设计的牵引滚零件图和装 配图可以看出，牵引滚只受到其正上方物料的自重压力，所占比例为68/150，则受 到的压力： 50 68 227 150 10 FN 由系统设计限制，橡胶压力轮提供的压力不大于100N，以100N进行校核计算， 物料受力合计327N。 对轴的强度校核，需要根据该轴的零件图、装配图做出轴的力学模型，需要将 轴的载荷集中模型化，将轴承看作支座，根据以上数据和模型，绘制模型的弯矩图， 根据弯矩图完成校核计算。 受力图 剪力图 弯矩图 扭矩图 从设计的牵引滚可以看出，牵引滚两端为双轴承结构，这种结构加装时需要外 加预紧力，预紧力大小由轴套决定，以起到减小轴向游动的作用，故径向力主要为 内侧轴承。 通过对牵引滚的分析和受力图绘制，选择较薄弱环节进行校核，校核计算步骤 黑龙江工程学院本科生毕业设计 16 如下： 在轴右端24处，仅受扭矩作用，扭矩大小： 3 =47 10mmTN 通过牵引滚的零件图可以看出在这个位置是单键结构，它的校核公式是: （4-4） 3 d() = 162 bt dt W d 通过查阅设计资料可知该型号的键的相关参数如下： d=24mm，b=4mm，t=4mm；经过带入计算得知该处截面抗弯系数： 3 24=2580mm W 该轴的工作条件是，循环应力，则的值为0.6，根据已知图纸结构和有关参 数对位置校核公式为： = T/W 带入上文计算的公式，结果是： =10.1MPa 通过查阅资料，得知2Cr13的许用应力大于计算值，满足使用条件； 在轴右端30，最左侧受弯矩和扭矩共同作用，无键，所以该处的截面抗弯系 数是： 3 3 30 0.1=2700mmWd 扭矩仍然为循环应力，则值为0.6，根据图纸结构和有关参数的，对这个位 置的轴的校核公式为： (4-5) 22222 =（M+T）/ W 由弯矩图和工程力学知识计算得知，此处的弯矩值为： 2 9 10MN mm 将计算的相关参数代入30轴的校核公式，可得： =10.5MPa 通过查阅资料，得知2Cr13的许用应力大于计算值，满足使用条件； 在牵引滚的与物料接触的那一段的正中间，此处的直径为40mm，此处受到的弯 黑龙江工程学院本科生毕业设计 17 矩为： M=14623Nmm 此处的轴为无键结构，它的截面抗弯系数为： 33 40 0.1d6400Wmm 从牵引滚的扭矩图可以看出，该轴受到的扭矩从牵引滚的与物料接触的那一段 的靠近主动的一端依次递减,此处的扭矩值为： 33 1/ 2 47 1023.5 10TN mm 扭矩仍然为循环应力，则值为0.6，根据图纸结构和有关参数的，对这个位 置的轴的校核公式为： 22222 =（M+T）/ W 将计算的相关参数代入此处轴的校核公式，可得： =3.2MPa 通过查阅资料，得知2Cr13的许用应力大于计算值，满足使用条件。 3.4 本章小结 本章重点对块肉去皮及分离系统的设计，主要是对分离系统的分离方式的选择， 以及对分离系统的牵引滚强度进行校核使其满足使用条件。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 18 第 4 章 动力系统的设计 4.1 动力系统的组成 动力系统由电动机、摆线针轮减速器、链轮、链条、齿轮组成,供给各系统必要 的动力。接通电源后电动机经过摆线针轮减速器减速后经过链条、链轮和齿轮传递 给各个动力轴为整个机器的工作提供动力。 4.2 链传动 4.2.1 链传动的优点 链传动是通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具有特殊齿 形的从动链轮的一种传动方式。 链传动有许多优点，与带传动相比，无弹性滑动 和打滑现象，平均传动比准确，工作可靠，效率高；传递功率大，过载能力强，相 同工况下的传动尺寸小；所需张紧力小，作用于轴上的压力小；能在高温、潮湿、 多尘、有污染等恶劣环境中工作。 链传动的缺点主要有：仅能用于两平行轴间的 传动；成本高，易磨损，易伸长，传动平稳性差，运转时会产生附加动载荷、振动、 冲击和噪声，不宜用在急速反向的传动中。 与带传动相比，链传动没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比；需要 的张紧力小，作用于轴的压力也小，可减少轴承的摩擦损失；结构紧凑；能在温度 较高、有油污等恶劣环境条件下工作。 与齿轮传动相比，链传动的制造和安装精度要求较低；中心距较大时其传动结 构简单。瞬时链速和瞬时传动比不是常数，因此传动平稳性较差，工作中有一定的 冲击和噪声。 链传动平均传动比准确,传动效率高，轴间距离适应范围较大，能在温度较高、 湿度较大的环境中使用；但链传动一般只能用作平行轴间传动，且其瞬时传动比波 动，传动噪声较大。由于链节是刚性的，因而存在多边形效应，这种运动特性使链 传动的瞬时传动比变化并引起附加动载荷和振动，在选用链传动参数时须加以考虑。 链传动广泛用于交通运输、农业、轻工、矿山、石油化工和机床工业等。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 19 图图 4-1 链传动链传动 4.2.2 链传动的失效形式 链传动的失效形式主要有以下几种： (1) 链板疲劳破坏 链在松边拉力和紧边拉力的反复作用下，经过一定的循环 次数，链板会发生疲劳破坏。正常润滑条件下，链板疲劳强度是限定链传动承载能 力的主要因素。 (2) 滚子、套筒的冲击疲劳破坏 链传动的啮入冲击首先由滚子和套筒承受。 在反复多次的冲击下，经过一定循环次数，滚子、套筒可能会发生冲击疲劳破坏。 这种失效形式多发生于中、高速闭式链传动中。 (3) 销轴与套筒的胶合 润滑不当或速度过高时，销轴和套筒的工作表面会发 生胶合。胶合限定了链传动的极限转速。 (4) 链条铰链磨损 铰链磨损后链节变长，容易引起跳齿或脱链。开式传动、 环境条件恶劣或润滑密封不良时，极易引起铰链磨损，从而急剧降低链条的使用寿 命。 (5) 过载拉断 这种拉断常发生于低速重载的传动中。 4.2.3 链传动计算 查阅相关资料得知块肉去皮机的前传送带速度为18m/min,则可以算出前传送带 驱轮转转速为： r/min 1 18000 400 45.08 n r/min 2 18000 148.1 121.5 n r/min 3 148.1 65.10 148.1 65.10 n m/s 1 148.1 109.6 0.27 1000 60 v 式中： ：前传送带驱动轮转速（r/min） ； 1 n 黑龙江工程学院本科生毕业设计 20 ：为前后传送带提供动力链轮转速（r/min） ； 2 n ：摆