毕业设计（论文）-土豆马铃薯去皮机设计（含全套CAD图纸）.doc

由于部分原因，说明书已删除大部分，完整版说明书，CAD图纸等，联系153893706土豆去皮机设计 学 生： 指导老师： 摘 要:马铃薯去皮是所有马铃薯制品加工工艺过程的重要环节，现有的各种去皮方法都各自有一定的局限性。随着马铃薯产业的发展和我国社会经济的进步，如何寻找一种优质、高效、节能、环保的马铃薯去皮方法己成为马铃薯加工工艺过程中迫切需要解决的问题。去皮多用于水果和蔬菜的加工中以除去不需要或不可食的物质，并改善成品的外观。主要考虑的因素包括：减少去掉的部分以及可能降低的能源、劳力和物质成本来降低总成本。这里介绍摩擦去皮的方法：马铃薯放置在工作圆筒中，磨盘以一定的速度旋转，工作室内的土豆在离心力、重力和摩擦力共同作用下，利用土豆相对于工作磨盘间的相对速度差，将土豆的皮去掉，又被大量的水冲洗干净。该方法的优点是由于整过过程是在室温下进行，因而具有能源消耗及成本低、无热损伤，食品外观良好的优点。关键词：马铃薯；去皮机；摩擦；设计The Design on Potato Peeling MachineStudent:Tutor:(College of engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China) Abstract:Peel potatoes is the important part of the process of all potato products processing technology, and all kinds of available methods of peeling potato skin each have some limitations. Along with the development of the potato industry and Chinas social and economic progress, how to search for a high quality, highly effective, energy-conservationly, environmentally method of peeling potatoes has become the machining process of the urgent need to address the problem. Peeling skins is more applicated in fruits and vegetables processing, to remove dont need or not food material, and to improve the appearance of the finished product. The main consideration factors include: reduce removed part of the energy, and may reduce the labor and material costs to lower overall costs. Here introduces the method of peeling skin by friction: potatoes are placed in the working cylinder, with certain rotation speed applications, the potatoes in working interior is under the joint action of the centrifugal force, gravity, and the friction, using the relative speed between the chute and potatoes, take out the potatoes leather , and rinsed clean by the amount of water . The advantage of the method is due to the whole process is over at room temperature, thus has the energy consumption and low cost, no heat damage, and good food appearance. Key words: Potato; Peeled and machines;Friction;Design1 前言1.1 研究的目的与意义马铃薯是高产稳产作物，它有很高的营养价值，我国的马铃薯种植面积居世界第二，我国丰富的马铃薯资源至今没有很好开发利用，绝大部分只用作杂粮和饲料，每年的霉烂损失甚大，用于加工的尚不到5%，主要是制作淀粉、粉丝和酒精1。自1985年起我们从国外引进了30余套油炸土豆片生产线，从目前生产销售情况看收到令人满意的效果，已引起社会各方面的关注，特别是引起了盛产土豆的农业区域企业家的兴趣。然而从国外引进一条生产线需35 -50万美元，显然只适用于少数大型食品厂，针对我国当前的经济条件和生产水平，研制小型的生产线，能以最少的投资得到较高的经济效益，一定能大面积推广。世界 79%的国家种植马铃薯,总面积 2000 万 hm,左右,总产量 3 亿多 吨,仅在小麦、玉米、水稻之后,居第四位。马铃薯在我国布极为广泛,主要产区 集中在四川、黑龙江、甘肃、内蒙、河北、山西、陕西、云南、贵州、等省。据 1998 年统计,我国马铃薯种植面积近 467 万 hMz,产量 4700 多万吨,居世界第一位2。马铃薯属于茄科,块茎类作物,是珍贵的食物,它既是粮又是菜,营养丰富。其淀粉含量达 11 %-25,且蛋白质营养价值很高,容易消化吸收。其中含有 18 种氨基酸,多种维生素及丰富的矿物质元素。属于低热量,高蛋白,多种维生素和矿物质食品。马铃薯的蛋白质主要是球蛋白,其生物价为67,高于除大米以外的各种粮食。如果用 35%的鸡蛋清与 65%的土豆蛋白混合食用,则可以合成目前己知的最佳蛋白质。马铃薯中主要含的是半纤维素,它能增加肠道蠕动的次数。另外,马铃薯还是一种较好的化工原料。日本通产省北海道工业技术实验厂开发出一种用马铃薯作原料生产塑料的技术3。这种塑料能通过土壤和水中的微生物进行自然分解,最 终化成为水和二氧化碳。 国外马铃薯主要用于加工,鲜食比例较小。由于马铃薯作为蔬菜其口感较差,并不太受人们的欢迎,因 而价格低廉,每年有15%的马铃薯烂掉,浪费较多,严重影响了广大薯农的经济利 益和种薯积极性,这种现象不利于我国马铃薯产业的发展。 国外的马铃薯制品,如马铃薯条,马铃薯片是一种很受欢迎的快餐食品,现已风靡我国的麦当劳,肯德鸡等快餐店,其拳头产品就是马铃薯制品4。我国的马铃薯产品加工起步较晚,工艺技术落后,还不能形成规模。马铃薯制品的质量赶不上国 外水平,产量也远远满足不了市场要求,因而加快我国马铃薯产业的发展,提高马铃薯的附加值,不但能满足消费者需求,而且是加快我国贫困地区,尤其是西部马铃薯产区经济发展的一条重要途径5。据了解,贵州省己经把马铃薯产业为本省经济的一大增长点。中央关于西部大开发的决议,又为马铃薯产业的发展带来了很好的机会，马铃薯产业将大有可。 马铃薯制品的主要品种有马铃薯条,马铃薯片,脱水马铃薯泥等。不论何种制品, 其加工工艺都要求必须对原料马铃薯进行去皮处理,才能保证产品的质量,保证其外观,色泽和口感。1.2 国内外研究情况 随着食品工业的发展，食品深加工已越来越被世界重视，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，这更要求原料的深加工伴随着发展，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。但在我国绝大部分马铃薯被直接用作饲料或食用6。由于每年仅有百分之几用于深加工，致使鲜薯过剩，增加了道冬保鲜难度，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占总产量的50%一80%。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%7。 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，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、法、一英、荷兰、瑞士及月本等国家，美国有 75%的鲜薯用于加工,法国 为 60%,荷兰为 40%,英国为 40%,而我国马铃薯主要以蔬菜的形式进行鲜食,用于加工的比例不足 10%。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人蓬勃发展阶段。1.3 工作原理 土豆去皮方法大致有三种，即机械去皮、蒸汽去皮和化学方法去皮。机械去皮，按其原理不同又可分为机械切削去皮、机械磨削去皮和机械摩擦去皮。机械切削去皮，是采用锋利的刀片表面皮层。去皮速度较快，但不完全，且果肉损失较多，一般需用手工加以修整，难以实现完全机械作业，适用于果大、皮薄、肉质较硬的果蔬。目前，苹果、梨、柿等常使用机械切削去皮，常用的形式为旋皮机。旋皮机是将待去皮的水果插在能旋转的插轴上，靠近水果一侧安装一把刀口弯曲的刀，使刀口贴在果面上8。插轴旋转时，刀就从旋转的水果表面将皮车去。旋皮机插轴的转动有手摇、脚踏和电动几种动力形式。在切削去皮之前应有选果工序，以保证水果大小基本一致；机械磨削去皮，是利用覆有磨料的工作面除去表面皮层。可高速作业，易于实现完全机械操作，所得碎皮细小，便于用水或气流清除，但去皮后表面较粗糙，适用于质地坚硬、皮薄、外形整齐的果蔬9。胡萝卜、番茄等块根类蔬菜原料去皮大多采用机械磨削去皮机；机械摩擦去皮，是利用摩擦因数大、接触面积大的工作构件而产生的摩擦作用使表皮发生撕裂破坏而被去除。所得产品表面质量好，碎皮尺寸大，去皮死角少，但作用强度差，适用于果大、皮薄、皮下组织松散的果蔬，一般需要首先对果蔬进行必要的预处理来弱化皮下组织。常见到的机械摩擦去皮机如采用橡胶板作为工作构件的干法去皮机10。 蒸汽去皮，在高压容器内，通人高压蒸汽使块茎表面受热，然后打开容器盖，突然释放压力，块茎的表皮和果肉即自行分离。化学去皮，在耐碱容器内，加人强碱溶液并加温，后加人块茎，经一段时间后块茎的表皮被碱溶液腐蚀，经高压水反复冲洗干净后，再将块茎放人机械去皮机中剥去表皮11。机械去皮，以电机为动力，通过带轮带动圆筒底部的磨盘旋转。磨盘上表面中间低、边缘高，呈波浪形。块茎加入圆筒内，因离心力和相互碰撞作用，在圆筒内上、下、左、右翻动，并不断地滚动；而圆筒内壁的橡胶，将块茎弹回，在磨盘和圆筒内壁橡胶共同作用下土豆块茎被均匀地磨去外皮，实现土豆去皮的目的。去皮结束时加入清水，再打开侧门，块茎从侧门排出，皮屑随水流从磨盘的周围间隙排出。该机为间歇生产。去皮机工作时，磨盘以一定的速度旋转，工作室内的土豆在离心力、重力和摩擦力共同作用下，利用土豆相对于工作磨盘间的相对速度差，将土豆的皮去掉12。2 马铃薯去皮机的结构设计在土豆摩擦去皮中主要考虑去皮后的马铃薯达到表面光滑、无破坏层、去皮过程无污染。同时考虑经济实用。达到能以较少的投资获得较好的经济效益。2.1 摩擦式马铃薯去皮机基本结构 该机采用立式机型，主要包括工作转盘、工作圆筒、毛刷、机架和传动部分，其简图如图1所示。 图1 马铃薯去皮机简图Fig 1 Potato skin-peeling-off machine diagram2.1.1 工作转盘 工作转盘是物料去皮过程中产生机械作用的主要部件。根据马铃薯的生物学特性、物理特性和手工去皮的基本原理，确定转盘的基本形状为圆盘形，转盘表面为凸起的波纹状。为增大物料和转盘的摩擦，采用金刚砂黏结表面，用棕刚玉掺环氧树脂通过模型浇注在盘的顶面上，经烘干制成。圆盘这种结构特点除兼有去皮功能外，主要用来抛起物料，当物料从加料口落到旋转圆盘凹凸表面时，因离心力作用被抛至圆筒壁，与筒壁粗糙表面摩擦达到去皮的目的。去皮工作时，水通过喷嘴送入圆筒内部，卸料口的闸门由把手锁紧，擦下的皮用水从排污口排去，已去皮的物料靠离心力的作用从此处已删去图3 小带轮结构图Fig 3 Small pulleys structure 图4 大带轮结构图Fig4 The great and the round structure6.5 带轮的技术要求 （1）带轮各部位不允许有裂缝、砂眼、缩孔和气泡； （2）带轮轮槽工作面表面要光滑，轮槽棱边要倒圆或倒钝，以减少V带轮的磨损； （3）轮槽对称平面与带轮轴线垂直度不大于； （4）带轮轮毂孔公差为H7或H8，轮毂长度上偏差为IT14，下偏差为0； （5）设计带轮时，结构要便于制造，质量分布均匀。当时要进行静平衡试验，当时则应进行动平衡试验。7 直齿圆锥齿轮的设计计算7.1 圆锥齿轮材料的选 根据减速器的速度不高，并综合考虑选用8级精度（GB10095-88）。小齿轮选用40调质，硬度为，取。大齿轮选用45号钢调质，硬度为，取。7.2 计算直齿圆锥齿轮的大端分度圆直径7.2.1 根据齿面接触强度设计公式 (10)式中 载荷系数，由机械设计基础表12-3，查得载荷系数； 直齿圆锥小齿轮传递的转矩 齿数比，； 齿宽系数，一般取齿宽系数，最常用的值为； 许用应力 弹性影响系数，查表可知； 对于接触疲劳强度，疲劳强度安全系数,由表查得接触疲劳寿命系数,。 由机械设计基础图12-10，按齿面强度查得，小齿轮的接触疲劳强度极限 ，大齿轮的接触疲劳强度极限。 应力循环 计算接触疲劳许用应力得 取中较小的值，即圆锥小齿轮大端分度圆直径 平均分度圆处的圆周速度为 故选8级精度合适。由机械设计图10-8，查得动载系数。齿间载荷分配系数。齿向载荷分布系数 式中 轴承系数，查表10-1得，则 故载荷系数 按实际的载荷系数校正算得小齿轮大端分度圆的直径 大齿轮齿数 大齿轮大端分度圆直径 由于两个齿轮的齿面硬度都小于,所以，故 取，故 大端模数 取标准模数大端分度圆直径 节锥顶距 节圆锥角 大端齿顶圆直径小齿轮 大齿轮 齿宽 故 7.3 直齿圆锥齿轮的尺寸 表3 直齿圆锥齿轮的尺寸Table 3 Spur bevel gear size名称 符号 小带轮尺寸 大带轮尺寸 模数 3 3分度圆直径 84 168齿顶高 3 3齿根高 3.75 3.75齿顶圆直径 89.38 170.66齿根圆直径 77.28 164.68 节锥顶距 93.9 93.9节圆锥角 齿顶角 齿根角 齿宽 31 31传动比 2 28 轴的设计与强度计算8.1 轴的材料选用调质钢的钢种很多，常用的有35、45、40Cr、45Mn2、40MnB、35CrMo、30CrMnSi和40CrNiMo等。碳素结构钢如45钢，硬度和强度在调质后均有提高，但其淬透性较差，不易获得均匀的组织，强度水平也较低，一般用在尺寸较小，应力相对较低的轴上。根据轴的结构形式，综合考虑在这里使用45钢。8.2 轴的设计计算8.2.1 工作主轴 工作主轴与直齿圆锥齿轮低速轴的连接用LT5型弹性联轴器，选用型轴孔，半联轴器的孔径，联轴器与轴配合的孔长度，故取，。为满足联轴器的轴向定位要求，轴右端需制出一轴肩，故-取段的直径。考虑到轴承压盖用螺栓连接，以及对轴承添加润滑脂的要求，取。初步选择圆锥滚子轴承，因为圆锥滚子轴承可同时承受径向载荷及轴向载荷。参照工作要求并根据，从机械设计课程设计手册表6-6，轴产品目录中初选圆锥滚子轴承30208型，采用脂润滑。其尺寸为，故，。圆锥滚子轴承左端采用轴肩定位，查圆锥滚子轴承30208型轴肩高度h=3.5mm。故 根据电动机的安装及下机筒的高度，取，考虑到轴承压盖用螺栓连接，转盘工作不受干涉，取，；根据转盘和刮板的尺寸，取，为保证轴端盖只压在转盘而不压在轴的端面上，故长度比短一些，取。8.3工作主轴的疲劳强度校核轴的结构尺寸设计完成，是否能用，还需再校核危险截面。马铃薯去皮机在工作的时候，轴同时受到轴向力和径向力，因此进行轴的疲劳强度校核时，需要校核轴所承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。8.3.1强度校核根据扭转强度条件 (11)式中 扭转切应力； 轴所受的扭矩； 轴的抗扭截面系数； 轴的转速； 轴传递的功率； 许用扭转切应力，轴材料为45钢，由机械设计基础表14-3，查得值为，代入数据计算得 ，故轴的扭转条件符合要求。根据弯扭合成强度条件 (12)式中 轴的计算应力； 轴所承受的弯矩； 轴所承受的扭矩； 轴的抗弯截面系数； 对称循环变应力时轴的许用弯曲应力，轴材料为45钢，调质处理，由机械设计基础表14-5，查得； 应力校正系数，根据以上所得数据及轴的单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取，代入数据计算得 所以原设计强度足够。8.4 确定轴上圆角和倒角尺寸 取轴端倒角为，各轴肩处的倒圆与倒角参考机械设计课程设计手册表1-31。9 轴承的选择与校核9.1 轴承的类型选择根据马铃薯去皮机旋转轴承受较大的径向载荷和轴向载荷，同时转速较低的特性，综合各种滚动轴承的性能和特点，选择圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据工作主轴、高速轴和低速轴从机械设计课程设计手册圆锥滚子轴承尺寸与性能参数表中，选用GB/T297-1994圆锥滚子轴承30208型，采用脂润滑。30208型尺寸为,成对使用。同时在驱动端安装一个膜片式弹簧圈对轴施加预载荷，可以保证主轴系统无游隙运动和高刚度，这样可以避免无载荷轴承在高速下可能出现的球打滑现象，同时避免球打滑可能会引起表面变粗糙，及高运转噪声。9.2 轴承寿命计算根据滚动轴承的寿命计算公式 (13)式中 基本额定寿命； 基本额定动载荷； 当量动载荷； 寿命指数（对于球轴承，对于滚子轴承），圆锥滚子轴承取；计算内部轴向力：查机械设计课程设计手册表6-7可得，30208轴承的，。又因为,，可得两轴承的内部轴向力 计算两轴承所受的轴向载荷：因,故轴承1被“压紧”，轴承2被“放松”，因此，两轴承所受轴向力分别为 计算当量动载荷由，查机械设计基础表16-5可得,；由，查表16-5可得,。根据马铃薯去皮机在工作中有中等冲击，并且工作温度小于，分别查表16-6和16-3可得，。故可算得两轴承的当量动载荷分别为由于，故按进行计算，轴承的寿命为 所以轴承满足寿命要求。9.3 轴承润滑选择 润滑对滚动轴承的正常运转起着非常重要的作用，滚动轴承的额定动负荷和极限转速是在假设润滑适当的条件下确定的，所谓润滑适当是指润滑剂选择合适、润滑剂的量恰当，润滑不良是造成轴承早期破坏的主要原因之一。滚动轴承工作中元件间既有相对滚动又有相对滑动，因此，为了减少摩擦和磨损，防止烧伤和锈蚀，必须进行润滑。常用的润滑剂有润滑油和润滑脂和固体润滑剂，润滑油的性能优于润滑脂，适应于高速高温的条件下，在润滑脂不能满足要求的常选用润滑油。润滑脂比润滑油稠得多，有膜强度高，能承受较高的载荷，且不易流失，密封装置简单，一次加油可使用较长时间，不必添加或更换，所以润滑脂的应用是比较广泛的。而马铃薯去皮机的转速较低且要承受一定的载荷，而且一般是连续工作，所以选择润滑脂比较适合。9.4 轴承的密封轴承的密封装置是为了阻止灰尘、水、酸气和其它杂务进入轴承，并阻止润滑剂流失而设置的。选取毡圈油封，这种密封主要用与脂润滑的场合，它的机构简单，在轴承盖上开出梯形槽，将毛毡按标准制成环行或带状，放置在梯形槽中以与轴密和接触；或者在轴承盖上开缺口放置毡圈油封，然后用另外一个零件压在毡圈油封上，以调整毛毡与轴的密和程度，从而提高密封效果。10 键的选择10.1 键的类型选择根据轴的直径和键槽的加工方法，在这里选择圆头普通平键联接。因为圆头普通平键（A型）宜放在轴在用端铣刀铣出的键槽内，从而使键在键槽内轴向固定良好。这种键用途广泛。缺点是键的端部侧面与轮毂并不接触，不能参与传递转矩，因而键的圆头部分不能得到充分的利用，且轴上键槽端部的应力集中较大。平头平键（B型）是放在用盘铣刀铣出的键槽内，因而避免的上述的缺点，但对尺寸较大的键，宜采用紧定螺钉固定在轴上的键槽中，以防松动。单圆头