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塔里木大学毕业论文（设计）任务书学院机械电气化工程学院班级农机16-3学生姓名杨新荷学号8031212306课题名称花生剥壳机的设计起止时间2014年10月25日 2015年5月25日（共 14周）指导教师李传峰职称副教授课题内容花生脱壳机设计目的是为了提高花生加工的加工效率，该设计的机构结构简单，使用可靠，调整方便，功率消耗少，有一定的通用性，本设计的成功实现了花生加果园机械化水平的提高，也提高了劳动效率，减轻人们的体力劳动。本课题的研究内容：1）查找相关文献，了解花生脱壳机的工作原理。2）查找专利及相关文献，熟悉了解花生脱壳机的结构。3）依据查找到的专利及文献，设计花生脱壳机的三维实体模型，并生成关键部件及装配图工程图。拟定工作进度（以周为单位）第 一 周：查找相关资料，熟悉课题内容。第 二 周：撰写开题报告，并制定总体方案。第三到十周：设计花生脱壳机的三维实体模型，并生成关键部件及装配图工程图。第 十一 周：对花生脱壳机进行传动设计和机构设计。第 十二 周：撰写毕业论文，修改图纸中存在的问题。第十三周：编写答辩提纲，准备答辩。第十四周：答辩 主要参考文献1 中国农业机械化科学研究院，实用机械设计手册下册，北京：中国农业机械出版社，19852 成大先 机械设计手册单行本机构 北京：化学工业出版社，2004.3 邱宣怀，机械设计，北京：高等教育出版社，19974 濮良贵，机械零件 北京：高等教育出版社，1982 5杨黎明，杨智勤，机械手机简明手册，北京：中国水利水电出版社，20086 廖念和，AutoCAD2008中文版全接触，北京:中国水利水电出版社，20087 吴宗泽，机械零件设计手册，北京：机械工业出版社.20078. 李建东，花生脱壳装置的实验研究，青岛：青岛农业大学，20079 刘红力，花生脱壳特性与损伤机理研究，沈阳：沈阳农业大学，2007.10尚书期，刘曙光，王芳艳，花生生产机械的应用现状与进展分析J 花生学报，2003任务下达人（签字） 年 月 日任务接受人意见任务接受人签名 年 月 日注：1、此任务书由指导教师填写，任务下达人为指导教师。2、此任务书须在学生毕业实践环节开始前一周下达给学生本人。3、此任务书一式三份，一份留学院存档，一份学生本人留存，一份指导教师留存。花生剥壳机的设计杨新荷（塔里木大学机械电气化工程学院，新疆 阿拉尔 843300）摘 要：花生脱壳机是将花生荚果去掉外壳得到花生仁的场上作业机械。由于花生本身的生理特点决定了花生脱壳不能与花生田间收获一起进行联合作业，而只能在花生果的含水率降低到一定程度后才能进行脱壳。花生脱壳机在减轻人们的劳动强度、提高生产率方面起到了积极作用，促进了花生工业的发展。随着花生种植业的不断发展，花生手工脱壳已经无法满足高效生产要求，实行脱壳机械花迫在眉睫。但是，目前国内外花生脱壳机对花生破碎率和损伤率的指标要求都比较高，超出种用籽和商品化的标准，限制了使用范围。因此，降低花生脱壳机的破碎率和损伤率仍是研制花生脱壳机的关键问题。针对花生果的物理特性本论文设计了一种刮板式花生脱壳装置，该脱壳装置功能单一，结构简单，价格便宜，满足小型规模的生产需求，实现了花生剥壳的机械化，应用本机器后，可使广大农民群众大大节省劳动量，提高生产效率和生产质量，为花生联合生产设备的研究设计提供理论依据。 0 引言花生在制取油脂、制取花生蛋白、生产花生仪器以及在花生贸易出口时，都需要对花生进行初级处理加工。花生的初级处理主要包括花生的剥壳和分级、破碎、轧胚和蒸炒等。花生在加工或作为出口商品时，需要进行脱壳加工。花生在制取油脂时，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，所以花生产区广大农民迫切要求用机器来代替手工脱壳。花生剥壳机的诞生在很大程度上改变了这种局面，使花生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，同时还提高了花生剥壳的效率。花生脱壳机是将花生荚果去掉外壳而得到花生仁的场上作业机械。由于花生本身的生理特点决定了花生脱壳不能与花生的田间收获同时进行工作，而只能在花生荚果的含水率降到一定程度后才能进行脱壳。随着花生种植业的不断发展，花生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。关键词：花生；刮板；脱壳装置本设计的花生脱壳机的脱壳工作原理为：花生果从上料斗进入到剥壳箱，受到刮板和编制网孔凹板的碾压搓脱后，被剥出的花生穿过编制网孔凹板的网孔往下落，那些未被剥除的花生仍留在剥壳箱内，继续剥壳。花生在下落过程中，设计一个风机的吹入口，其作用是将花生壳与花生仁进行分离，重量稍轻的花生壳将被风机吹来的气流带入到花生壳收集通道，而重量稍重的花生仁不被吹走继续下落，进入到花生仁收集通道。1 刮板式花生脱壳机的结构刮板式花生脱壳机是借助轴上刮板与编织网凹板的碾压搓脱作用，将花生果外壳破碎的一种机械设备，其特点是结构简单、操作方便。其结构如图2-1所示。它主要由动力装置、刮板装置、编织网孔凹板、去杂装置和机架几部分组成。花生荚果进入存料斗后，经下部的入料窄口形成薄层流落下来进入剥壳箱内，花生荚果落入到编织网凹板上，由于编织网凹板顶部与刮板的旋转外径间的间距不足以容纳一个花生荚果，因此花生荚果落入编织网凹板被刮板碾压搓脱，从而使这些花生荚果的果壳被压碎。剥壳后的仁与壳通过编织网凹板间的间隙落下，同时，受到风机吹来的气流作用，果壳因重量轻而被气流送入集壳通道，而花生仁因重量大，继续往下落，从而达到了壳仁分离的目的。2 电动机选择本设计采用电动机作为机器动力来源，通过V带传动带动滚筒轴实现预期工作-单机传动，简单可行。电动机类型的选择：根据电源及工作机工作条件，选用Y系列三相异步电动机电动机功率的选择：由于刮板式花生脱壳机的工作轴转速较高，达到本设计选用Y90L-4型电动机则传动装置的运动和参数计算如下：轴的转速 轴的输入功率 kW 轴的转矩 Nm 3 滚筒轴的设计与校核 轴的转速轴的输入功率=1.35kW轴的转矩Nmm 初步确定轴的最小直径：先按经验公式算轴的最小直径，选取轴的材料为45钢，调质处理。查表选取 8于是得 (3-13)拟定轴上零件的装配方案：通过对各种方案的比较，现选用图3-2所示装配方案图3-2 轴的示意图4 刮板结构的设计刮板结构是整个机器的关键部分，它的作用就是对花生果进行剥壳。此结构采用四根支撑架十字交叉固定在旋转筒架上，其结构如图3-1所示。 图3-1 刮板结构示意图因为刮板的长度较长，受力面积较大，所以对刮板的强度有一定要求，采用的材料是45号钢，而且刮板的表面进行处理，表面渗碳1-1.5mm，热处理硬度HRC56-62。刮板选用四条圆形钢柱，刮板外缘距旋转中心距离238mm。刮板固定支架长度为500mm，截面尺寸60mm10mm。刮板中间有一个圆形滚筒，避免花生在工作过程中聚集到中间不与刮板进行搓擦。5 编织网凹板的设计编织网凹板在机器中的作用是让已经被剥壳的花生与未被剥壳的花生进行分离，其分离的原理就是“小个通过，大个不过”。编织网凹板的每一个网格都只能容许一个花生仁大小的物体通过，花生仁刚好可以穿过网格，而花生果因为太大，无法通过网格，将被阻挡在剥壳箱内，继续进行剥壳直到其外壳破碎为止。大花生果如海花一号参数数据平均为：长34.30mm，宽14.98mm，厚16.34mm。花生仁的平均尺寸为：长18.20mm，宽9.82mm，厚8.81mm。小花生果1016为：长29.65mm，宽13.36mm厚14.44mm，花生仁平均尺寸为：长15.30mm，宽9.61mm，厚8.76mm11。因此，编织网的间隙可取1015mm，其结构如图3-4所示：图3-4 编织网凹板结构示意图 编织网是利用两块凹板对两端进行固定的，凹板材料为HT200，编织网材料为20号钢。编织网采用圆截面网状，因其特殊的作用，还需对其进行表面处理，要求渗碳1-1.5mm，热处理硬度HRC56-62。编织网的两头装砌在凹板的圆形槽内，组成半圆网笼，网格间距为10mm，这样可使剥出的花生仁能通过网格，而未剥壳的刚不能通过。由于编织网和内、外两凹板分离。6 除杂装置的设计壳仁分离装置分为两个部分，一个是气流通道，它的一端接风机，另一端安装在箱体的下方，还有就是壳与仁的收集板，它同样也安装在箱体下方。花生经过箱体内的剥壳过程后，将由此装置对其进行壳仁分离，分离的基本原理是利用花生壳与花生仁的重量及受力面积的不同，用气流对其进行分离。重量稍重的不被气流吹走，直接下落到花生仁收集通道，而重量较轻的花生壳将被风机吹来的气流带入到花生壳收集通道。7 结论（1）该机械能在地面平整的情况下，先将花生从进料斗喂入，通过刮板和参考文献1 周瑞宝 花生加工技术M.北京：化学工业出版社，2003：15.2 中国标准出版社第一编辑室.中国食品工业标准汇编M北京：中国标准出版社，2004.3 孟宪珍花生脱壳机的设计和试验J国外农机.1980(3-4).4 尚书旗，刘曙光，王方燕花生生产机械的应用现状与进展分析J花生学报，2003，(3).5 石一兵 食品机械与设备M. 北京：中国商业出版社 1992.6.(5).6 肖旭霖 食品机械与设备M 北京：科学出版社，2006.(5).7 王智才我国农机市场需求及发展前景J农机质量与监督，2002，(5).8 成大先 机械设计手册.单行本.机械传动M 北京：化学工业出版社，2004.1.(7)9 濮良贵，纪名刚 机械设计（第八版）M 北京：高等教育出版社，2001.(8).10 吴宗泽，何永然，罗圣国机械设计课程设计手册（第3版）M北京：高等教育出版社， 2006.5.(12).11 张效鹏，张嘉玉花生脱壳机的不同部件对花生脱壳性能的影响J莱阳农学院学报，1990，7(1).(15).塔里木大学 毕业论文（设计）开题报告课题名称 花生剥壳机的设计 学生姓名 杨新荷 学 号 8031212306 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 农业机械化及其自动化 班 级 农 机 16-3 指导教师 李传峰/贺晓伟 起止时间 2014.10.25-2015.5.25 机械电气化工程学院教务办制填 表 说 明一、学生撰写开题报告应包含的内容：1、本课题来源及研究的目的和意义；2、本课题所涉及的问题在国内（外）研究现状及分析；3、对课题所涉及的任务要求及实现预期目标的可行性分析；4、本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路；5、完成本课题所必须的工作条件及解决的办法；6、完成本课题的工作方案及进度计划；7、主要参考文献（不少于7篇）。二、本报告必须由承担毕业论文（设计）课题任务的学生在接到“毕业论文（设计）任务书”的两周内独立撰写完成，并交指导教师审阅。三、开题报告要求手写体，字数在3000字以上，由学生在本报告册内填写，页面不够可自行添加A4纸张。四、每个毕业论文（设计）课题须提交开题报告一式三份，一份学生本人留存，一份指导教师存阅，一份学生所在学院存档，备检备查。一 本题来源及研究的目的和意义1.1 课题的来源：自选题1.2 研究的目的 花生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。利用花生或脱脂后的花生饼粕的蛋白粉，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。花生加工副产品花生壳和花生饼粕等可以综合利用，加工增值，提高经济效益。 我国是花生产量大国，而花生又是我国的主要食用油料之一，也是传统的出口产品，在国际上也享有很高的声誉。花生加工时要先把壳剥去，花生剥壳机是重要的加工机械之一。花生剥壳机的性能直接影响到加工出的花生仁的质量。因此研制出性能良好的花生剥壳机具有重要的价值和现实意义。花生剥壳一般可分手剥和机剥两种方法。前者剥壳质量较好，出仁率也较高，我国过去出口多采用此方法。单因这种方法工作效率太低，占用劳力过多，因而近年来多由手剥改用机剥。机剥的机械化程度虽高，但由于花生果的品种，性状，成熟程度，壳的厚度等特性不同，加之目前采用的几种剥壳机和剥壳工艺还有不足之处，因而花生机械剥壳普遍存在着生仁破碎率高；出仁率低等问题，有待进一步研究改进。花生剥壳部件是花生剥壳机械的关键工作部件。剥壳部件的技术水平决定了机具作业时的花生仁破碎率，花生果一次剥净率及生产效率等重要的技术经济指标。在目前的生产销售中，花生仁破碎率是社会最为关心的主要指标。花生在制取油脂、制取花生蛋白、生产花生仪器以及在花生贸易出口时，都需要对花生进行预处理加工。花生的预处理主要包括花生的剥壳和分级、破碎、轧胚和蒸炒等。1.3 研究的意义 90年代以前的花生剥壳机械，破碎率一般都大于5%，有时高达13%以上。加工出的花生仁，只能用来榨油，不能作种用，也达不到出口标准。为了降低破碎率而探讨新的剥壳原理，研制新式剥壳部件，成为花生剥壳机械的重要研究课题。自1983年以来，在现有的花生剥壳部件的研制基础上，我国又相继研制可几种不同机构形式的新式剥壳部件，其主要经济技术指标，特别是破碎率指标大有改善。从2006年代初，开始在我国出现了封闭式纹杆滚筒，筛条凹版式花生剥壳机。随着花生种植业的不断发展，花生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。 二 本课题国内外同类设计概况我国花生脱壳机的研制自1965年原八机部下达花生脱壳机的研制课题以来，已有几十种花生脱壳机问世。只进行单一脱壳功能的花生脱壳机结构简单，价格便宜，以小型家用为主的花生脱壳机在我国一些地区广泛应用，能够完成脱壳、分离、清选和分级功能的较大型花生脱壳机在一些大批量花生加工的企业中应用较为普遍。查阅05年代以来的多种专业期刊以及其他有关资料后发现：花生剥壳机械的研究和发展不尽如人意。资料中有关花生剥壳机的研究和介绍太少。花生剥壳的原理很多，因此产生了很多种不同的花生剥壳机械。花生剥壳机的结构主要由机架、输送风机、输送管道、剥壳部件、清选风扇、分离筛箱、出壳口、机罩、喂入斗等部分组成。花生剥壳部件是花生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花生仁破碎率、花生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，花生仁破碎率是社会最为关心的主要指标。目前我国普遍采用的花生剥壳机基本上有两种类型：一种是刀笼式的花生剥壳机；还有一种是用砂盘辗谷机改进而成的花生剥壳机，我国广东，广西两省区使用颇多。 面对我国是花生的产量大国以及我国花生剥壳机械的种类和数量都少的情况，目前国内研制和推广性能良好的新型花生剥壳机械极具潜力。国内已经通过鉴定和推广使用的机型主要有：HT-340型、6BH-300型、6BH-400型、6BH-570型、6BH-600型、6BH-700型、6BHS-550型等。尽管这些机具选择的参数不同，但基本上都属于滚筒凹板筛搓擦式工作原理。其次也有挤压打击作用。花生果在剥壳机室内在滚筒转动作用下，受到反复搓擦挤压，使外壳破裂，花生仁从凹版筛条的间隙中挤出来，得到剥壳的目的。由于剥出的花生仁不能及时离开剥壳室，而与壳，未剥果混在一起多次搓擦，所以花生仁的破碎和损伤比较严重。具有关资料介绍，一般破碎率大于8%，有的高达15%以上。另外由于搓擦和挤压造成的挤伤，使花生肉质遭到破坏，其红衣色泽也受到影响。这样的花生仁仅适用于榨油和食用，不宜作种子，也满足不了出口的要求。我国目前做种和出口花生仁只要是手工剥壳，占用了大量的劳动力而且劳动强度也较大。而随着我国花生产业的进一步调整，花生产量逐年增加，花生的机械化脱壳程度将大幅提高，。 国外一些技术先进的国家(如美国)，花生剥壳已经实现了机械化。花生剥壳作业是由加工公司来完成，剥壳设备配套比较齐全，包括输送机，清选机，去石机，剥壳机，光电精选机等。剥壳效率较高，如美国卡特公司生产的 5728型五滚筒剥壳机，每小时可剥壳70009000kg,单滚筒剥壳机每小时可剥15002000kg。花生仁的清洁度和分级均匀性也比较好。可以满足榨油和食用的要求。但是剥壳部件也是滚筒凹板式，采用搓擦原理，因此花生仁的破碎率也较高，一般在8%15%，不能做种子和长期存放。三 本课题需要重点研究的关键的问题及解决的思路3.1 研究的主要问题：目前我国在花生脱壳技术研究方面一直没有很大的突破，资金投入也不足，在脱壳性能上并没有很大的提高。由于机械脱壳时对花生仁的损伤率偏高，用于种子和较长期贮存的花生仁至今仍是手工剥壳。脱壳机械在技术性能和作业环节上存在以下问题：脱壳率低。脱壳后的果仁破损率高，损失大，损失大；机具性能不稳定，适应性差，通用性差，利用率低，作业成本偏高，制造工艺水平较低，能耗较高。 四 完成本课题需要的工作条件及解决的办法 （1）查阅有关资料选择相关参数及材料,设计带轮筛网料斗大小。（2）设计完各零部件后，进行装配组合，试验设计的可靠性。（3）运用Solidworks软件，绘制三维零件图和装配图。（4）运用三维设计软件完成整机各零部件的三维建模并进行运动仿真。 五 工作方案及进度计划 工作方案： 1、设计并绘制出花生脱壳机总体机架。 2、传动机构的选择方案及大小设计。 3、花生脱壳机主要零部件的设计。 4、绘制所有零部件并查阅相关说明，各零部件尺寸要啮合达到合适效果。 5、组装装配图并生成三维立体模型，观察效果并加以改进。 进度计划： 第 一 周：查找相关资料、熟悉课题内容。 第 二 周：撰写开题报告，并制定总体方案。 第三周至十周：设计花生脱壳机试验装置的三维实体模型图，并生成关键部件及装配图工程图。 第 十一 周：对花生脱壳机进行传动设计和机构设计。 第 十二 周：撰写毕业论文，修改图纸中存在的问题。 第十三周：编写答辩提纲，准备答辩。 第十四周：答辩 六 参考文献1 中国农业机械化科学研究院，实用机械设计手册下册，北京：中国农业机械出版社，19852 成大先 机械设计手册单行本机构 北京：化学工业出版社，2004.3 邱宣怀，机械设计，北京：高等教育出版社，19974 濮良贵，机械零件 北京：高等教育出版社，1982 5杨黎明，杨智勤，机械手机简明手册，北京：中国水利水电出版社，20086 廖念和，AutoCAD2008中文版全接触，北京:中国水利水电出版社，20087 吴宗泽，机械零件设计手册，北京：机械工业出版社.20078. 李建东，花生脱壳装置的实验研究，青岛：青岛农业大学，20079 刘红力，花生脱壳特性与损伤机理研究，沈阳：沈阳农业大学，2007.10尚书期，刘曙光，王芳艳，花生生产机械的应用现状与进展分析J 花生学报，200311 李建东，梁宝忠，郝新明，李洋，钢尺双辊筒式花生脱壳装置的实验研究，200812刘红丽，张永利，高连兴，花生脱壳力学特性实验J沈阳农业大学学报，200613 林怀蔚，罗来贵，蒋天迪，王新章，人力花生脱壳机的设计J，农机化研究院，2008，113-11514 周瑞宝，花生加工技术，北京：化学工业出版社，200315 崔建云，食品机械，北京：化学工业出版社16 杨玉芬，佟玲，花生脱壳力学特性实验研究报告，沈阳大学学报2005学生签名 年 月 日指导教师审阅意见指导教师签名 年 月 日开题报告答辩 塔里木大学机械电气化工程学院 姓名 杨新荷学号 8031212306专业班级 农机16 3指导老师 李传峰 花生剥壳机的设计 花生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 利用花生或脱脂后的花生饼粕的蛋白粉 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 花生加工副产品花生壳和花生饼粕等可以综合利用 加工增值 提高经济效益 我国是花生产量大国 而花生又是我国的主要食用油料之一 也是传统的出口产品 在国际上也享有很高的声誉 花生加工时要先把壳剥去 花生剥壳机是重要的加工机械之一 花生剥壳机的性能直接影响到加工出的花生仁的质量 因此研制出性能良好的花生剥壳机具有重要的价值和现实意义 本题来源及研究的目的和意义 国内基本现状 目前我国普遍采用的花生剥壳机基本上有两种类型 一种是刀笼式的花生剥壳机 还有一种是用砂盘辗谷机改进而成的花生剥壳机 我国广东 广西两省区使用颇多 面对我国是花生的产量大国以及我国花生剥壳机械的种类和数量都少的情况 目前国内研制和推广性能良好的新型花生剥壳机械极具潜力 基本上都属于滚筒 凹板筛搓擦式工作原理 其次也有挤压打击作用 花生果在剥壳机室内在滚筒转动作用下 受到反复搓擦挤压 使外壳破裂 花生仁从凹版筛条的间隙中挤出来 得到剥壳的目的 由于剥出的花生仁不能及时离开剥壳室 而与壳 未剥果混在一起多次搓擦 所以花生仁的破碎和损伤比较严重 国内外机器设计的概况 国外一些技术先进的国家 如美国 花生剥壳已经实现了机械化 花生剥壳作业是由加工公司来完成 剥壳设备配套比较齐全 包括输送机 清选机 去石机 剥壳机 光电精选机等 剥壳效率较高 如美国卡特公司生产的 5728型 五滚筒剥壳机 每小时可剥壳7000 9000kg 单滚筒剥壳机每小时可剥1500 2000kg 花生仁的清洁度和分级均匀性也比较好 可以满足榨油和食用的要求 但是剥壳部件也是滚筒凹板式 采用搓擦原理 因此花生仁的破碎率也较高 一般在8 15 不能做种子和长期存放 几种花生剥壳机的大致外形 研究的主要问题 目前我国在花生脱壳技术研究方面一直没有很大的突破 资金投入也不足 在脱壳性能上并没有很大的提高 由于机械脱壳时对花生仁的损伤率偏高 用于种子和较长期贮存的花生仁至今仍是手工剥壳 脱壳机械在技术性能和作业环节上存在以下问题 脱壳率低 脱壳后的果仁破损率高 损失大 损失大 机具性能不稳定 适应性差 通用性差 利用率低 作业成本偏高 制造工艺水平较低 能耗较高 完成本课题需要的工作条件及解决的办法 1 查阅有关资料选择相关参数及材料 设计带轮筛网料斗大小 2 设计完各零部件后 进行装配组合 试验设计的可靠性 3 运用Solidworks软件 绘制三维零件图和装配图 4 运用三维设计软件完成整机各零部件的三维建模并进行运动仿真 要认真按照计划进行跟上进度 第一周 查找相关资料 熟悉课题内容 第二周 撰写开题报告 并制定总体方案 第三周至十周 设计花生脱壳机试验装置的三维实体模型图 并生成关键部件及装配图工程图 第十一周 对花生脱壳机进行传动设计和机构设计 第十二周 撰写毕业论文 修改图纸中存在的问题 第十三周 编写答辩提纲 准备答辩 第十四周 答辩 进度计划 谢谢 请各位老师批评指教 毕业设计答辩花生剥壳机的设计班级 农机16 3学生 杨新荷学号 8031212306指导老师 李传峰 塔里木大学机械电气化工程学院 研究的目的及其意义我国是花生产量大国 而花生又是我国的主要食用油料之一 也是传统的出口产品 花生加工时要先把壳剥去 花生剥壳机是重要的加工机械之一 花生剥壳机的性能影响到加工出的花生仁的质量 因此研制出性能良好的花生剥壳机具有重要的价值随着花生种植业的不断发展 花生手工脱壳已无法满足高效生产的要求 实行脱壳机械化很重要 花生机械的研究现状 花生剥壳机的设计三维图 结构示意图 花生果从上料斗进入到剥壳箱 受到刮板和编制网孔凹板的碾压搓脱后 花生仁穿过编网孔往下落 花生和碎壳在下落过程中 设计一个风机的吹入口 将花生壳与花生仁进行分离 重量稍轻的花生壳将被风机吹入到花生壳收集通道 而重量稍重的花生仁走继续下落 进入到花生仁收集通道 内部剥壳装置 刮板结构示意图 刮板结构是整个机器的关键部分 它的作用就是对花生果进行碾压搓脱从而剥壳 结构为四根支撑架十字交叉固定在旋转筒架上 刮板和箱体配合结构 编织网凹板的构造 编织网凹板的每一个网格都只能容许一个花生仁大小的物体通过 花生仁刚好可以穿过网格 而花生果因为太大 无法通过网格 将被阻挡在剥壳箱内 继续进行剥壳直到其外壳破碎为止 编织网凹板的每一个网格都只能容许一个花生仁大小的物体通过 花生仁刚好可以穿过网格 而花生果因为太大 无法通过网格 将被阻挡在剥壳箱内 继续进行剥壳直到其外壳破碎为止 轴的基本参数 1 安装刮板的轴直径60mm 刮板安装宽度取542mm 2 取轴和刮板距箱体内壁20mm 3 深沟球轴承6205 4 Y系列三相异步电动机Y90L 4 总结 机械化脱壳提高了工作效率 不再过多占用劳动力 也提高了经济效益该机械采用电动机作为机器动力来源 通过V带传动带动滚筒轴实现预期工作 单机传动 简单可行 存在问题 机器工作量略少由于花生品种性状含水率的不同 存在破碎率高 出仁率低的问题 感谢老师予以批评指正 16 届毕业设计花生剥壳机的设计学生姓名 杨新荷 学 号 8031212306 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 农业机械化及其自动化班 级 16-3 指导老师 李传峰 日 期 2016.05 塔里木大学机械电气化工程学院制前 言花生脱壳机是将花生荚果去掉外壳得到花生仁的场上作业机械。由于花生本身的生理特点决定了花生脱壳不能与花生田间收获一起进行联合作业，而只能在花生果的含水率降低到一定程度后才能进行脱壳。花生脱壳机在减轻人们的劳动强度、提高生产率方面起到了积极作用，促进了花生工业的发展。随着花生种植业的不断发展，花生手工脱壳已经无法满足高效生产要求，实行脱壳机械花迫在眉睫。但是，目前国内外花生脱壳机对花生破碎率和损伤率的指标要求都比较高，超出种用籽和商品化的标准，限制了使用范围。因此，降低花生脱壳机的破碎率和损伤率仍是研制花生脱壳机的关键问题。针对花生果的物理特性本论文设计了一种刮板式花生脱壳装置，该脱壳装置功能单一，结构简单，价格便宜，满足小型规模的生产需求，实现了花生剥壳的机械化，应用本机器后，可使广大农民群众大大节省劳动量，提高生产效率和生产质量，为花生联合生产设备的研究设计提供理论依据。关键词：花生；刮板；脱壳装置目 录1引言11.1课题提出的背景11.2目前花生脱壳机采用的脱壳原理11.3花生脱壳机械存在的问题21.4花生脱壳机研究重点21.5花生脱壳机应用前景展望32刮板式花生脱壳机的工作原理及结构42.1刮板式花生脱壳机的工作原理42.2刮板式花生脱壳机的结构43刮板式花生脱壳机主要部件的结构设计53.1传动装置的设计53.2 V带和带轮的设计53.3刮板结构的设计73.4滚筒轴的结构设计及校核83.5编织网凹板设计103.6除杂装置的设计113.7 机架12致 谢14参考文献15塔里木大学毕业设计1引言1.1课题提出的背景花生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。利用花生或脱脂后的花生饼粕的蛋白粉，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。以花生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。花生蛋白粉还可以通过高压膨化做成蛋白肉。花生是食用植物油工业的重要原料，利用花生油可制造出人造奶油、起酥油、色拉油、调和油等等各种食用油，也可用作工业原料。花生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。花生加工副产品花生壳和花生饼粕等可以综合利用，加工增值，提高经济效益1。 花生在制取油脂、制取花生蛋白、生产花生仪器以及在花生贸易出口时，都需要对花生进行初级处理加工。花生的初级处理主要包括花生的剥壳和分级、破碎、轧胚和蒸炒等。花生在加工或作为出口商品时，需要进行脱壳加工。花生在制取油脂时，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，所以花生产区广大农民迫切要求用机器来代替手工脱壳。花生剥壳机的诞生在很大程度上改变了这种局面，使花生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，同时还提高了花生剥壳的效率。花生脱壳机是将花生荚果去掉外壳而得到花生仁的场上作业机械。由于花生本身的生理特点决定了花生脱壳不能与花生的田间收获同时进行工作，而只能在花生荚果的含水率降到一定程度后才能进行脱壳。随着花生种植业的不断发展，花生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目前花生脱壳机采用的脱壳原理目前应用比较广泛的花生机械脱壳原理有以下几种：撞击法脱壳撞击法脱壳是原料高速运动时突然受阻而受到冲击力，使外壳破裂而实现脱壳的目的。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。甩料盘使花生荚果产生一个较大的离心力撞击壁面，只要撞击力足够大，花生外壳就会产生较大的变形，进而形成裂缝。当花生果离开壁面时，由于外壳具有不同的弹性变形而产生不同的运动速度，花生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。碾搓法脱壳花生荚果在固定磨片和运动着的磨片间受到强烈的碾搓作用，使花生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，并使壳仁脱离，达到脱壳的目的。该种方法影响因素主要是，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：花生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，外壳被转鼓切裂并打开，实现外壳与果仁的分离。其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都装有刀板，刀板座呈凹形，带有调节机构，可根据花生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。该种方法影响因素主要是，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，将两辊的间隙调整到适当的大小，使花生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花生荚果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。花生荚果进入胶辊工作区时，与两辊面相接触，如果此时花生荚果符合被辊子啮人的条件，即啮入角小于摩擦角，就能顺利进入两辊间此时花生荚果在被拉入辊间的同时，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，花生荚果受压产生弹性塑性变形，此时花生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主要是，线速差、胶压辊的硬度、轧入角、轧辊半径、轧辊间间隙等3。1.3花生脱壳机械存在的问题目前我国在花生脱壳技术研究方面一直没有大的突破，资金投入也不足，脱壳部件的研制仍在2O世纪90年代初的技术水平上徘徊，所以在脱壳性能上并没有太大的突破提高。3由于机械脱壳时对花生仁的损伤率偏高，用于种子和较长期贮存的花生仁至今仍是手工剥壳。脱壳机械在技术性能和作业环节上存在以下问题： 脱壳率低，脱壳后的果仁破损率高，损失大。 机具性能不稳定，适应性差。 通用性差，利用率低。 作业成本偏高，多数是单机制造，制造的工艺水平较低，同时能量消耗较高。 有些产品仅进行了样机试制或少量试生产，未进行大量生产性考核和示范应用，作业性能及商品性等方面还存在不少问题。1.4花生脱壳机研究重点我国加入WTO以来，国内外关于花生脱壳机械的研究与推广应用日益增多，针对现有花生脱壳机械存在的优点与不足，在未来的发展过程中，对花生脱壳机械在生产应用中的经验进行总结，不断完善其功能，使其呈现良好的发展势头。（1）提高花生脱壳机械的通用性和适应性提高花生脱壳机械的通用性和适应性仍是当前的主要研究方向之一。目前，许多花生脱壳机械只是针对某一花生品种和所在地区的生长环境来设计的，其通用性、兼容性和适应性较差。提高花生脱壳机械的通用性和兼容性，使研制的花生脱壳机械通过更换主要的零部件能够同时对其他带壳物料进行脱壳加工。研制通过变换主要工作部件即能满足不同坚果脱壳作业需要的脱壳机具，并提高制造工艺水平，降低制造成本，以适应不同加工企业的生产需要。花生脱壳机械能否适应这种发展趋势，将直接影响到花生脱壳机械能否更好的推广应用与健康发展。（2）提高机械脱壳率降低破损率对花生脱壳机械的关键技术与工作部件进行重点研究开发，改革传统结构，研究新的脱壳机理，优化结构设计；同时在整体配置上进一步改进和完善，提高脱壳率，降低籽仁破损率。目前国内外的花生脱壳机械均存在脱壳率和破损率之间的矛盾，处理好这一关键技术将关系到花生脱壳机械的发展前景。（3）提高机械自动化程度向自动控制和自动化方向发展大多数机具目前仍依赖人工喂料或定位，影响了作业速度和作业质量。因此应通过机电一体化手段，开发设计自动喂料、自动定位脱壳装置，保证均匀喂料与有效定位，实现机组自动化操作，进一步提高作业精确性和作业速度，提高产品质量与生产率，满足部分大、中型加工企业的需要，以开拓国内和国外市场。（4）提高机械优化程度新技术原理、新结构材料、新工艺将不断应用于花生机械的研制开发中，随着液压技术、电子技术、控制技术以及化工、冶金工业的发展，许多复杂的机械机构、动力传递、笨重的材料和落后的工艺将逐渐被取代。减轻重量，减少阻力，简化操作，减少辅助工作时间，延长使用寿命，降低劳动使用费用等将作为主要设计目标应用于脱壳机械的设计制造。随着国内外高新技术的进一步发展，如何将这些高新技术更好的应用到实际生产中，也是目前花生脱壳机械需要尽快解决的问题 56。1.5花生脱壳机应用前景展望花生生产机械化是农业现代化的重要组成部分，是农业和农村经济持续快速发展的重要保证，近年来，花生机械装备总量不断稳步增长，作业水平进一步提高，社会化服务规模不断扩大，虽然目前花生脱壳机械化水平较高，但是多应用于经济发达地区与示范推广区，并且小型机械多、大型机械少，低档机械多、高性能机械少。在一些比较落后的偏远地区，用作种子和特殊用途的花生仁仍采用传统的手工剥壳，劳动生产率低，区域性发展不平衡。进入21世纪以来，我国花生生产机械化开始了新的发展阶段，农业结构调整发生了新的变化，也对花生机械的发展产生了积极而深远的影响，不仅拉动了新的有效需求，而且构筑了适合花生生产机械化发展的新舞台，为花生生产机械化真正成为农村经济发展的推动器提供了广阔的市场发展条件。在一些地区推进花生生产机械化的过程中，相继出台了鼓励和扶持农民购买花生机械、开展花生机械作业服务的政策和措施，调动了农民购买花生机械的积极性，使花生脱壳机的需求不断提高。随着花生种植业的不断发展，国内外对花生深加工产品的需求不断增大，提高花生脱壳机械化作业水平成为必然。花生脱壳机在提高劳动生产率，减轻劳动强度方面起到了积极的作用，促进了花生加工业化的科技进步，为花生脱壳机械的发展提供了很大的空间 。2刮板式花生脱壳机的工作原理及结构2.1刮板式花生脱壳机的工作原理本设计的花生脱壳机的脱壳工作原理为：花生果从上料斗进入到剥壳箱，受到刮板和编制网孔凹板的碾压搓脱后，被剥出的花生穿过编制网孔凹板的网孔往下落，那些未被剥除的花生仍留在剥壳箱内，继续剥壳。花生在下落过程中，设计一个风机的吹入口，其作用是将花生壳与花生仁进行分离，重量稍轻的花生壳将被风机吹来的气流带入到花生壳收集通道，而重量稍重的花生仁不被吹走继续下落，进入到花生仁收集通道。2.2刮板式花生脱壳机的结构刮板式花生脱壳机是借助轴上刮板与编织网凹板的碾压搓脱作用，将花生果外壳破碎的一种机械设备，其特点是结构简单、操作方便。其结构如图2-1所示。它主要由动力装置、刮板装置、编织网孔凹板、去杂装置和机架几部分组成。1.刮板 2.轴 3.风机 4.风机架 5.机架 6.出料斗 7.电动机 8.栅条 9.锁紧板 10.进料斗图2-1 刮板式花生脱壳机结构简图花生荚果进入存料斗后，经下部的入料窄口形成薄层流落下来进入剥壳箱内，花生荚果落入到编织网凹板上，由于编织网凹板顶部与刮板的旋转外径间的间距不足以容纳一个花生荚果，因此花生荚果落入编织网凹板被刮板碾压搓脱，从而使这些花生荚果的果壳被压碎。剥壳后的仁与壳通过编织网凹板间的间隙落下，同时，受到风机吹来的气流作用，果壳因重量轻而被气流送入集壳通道，而花生仁因重量大，继续往下落，从而达到了壳仁分离的目的。3刮板式花生脱壳机主要部件的结构设计3.1传动装置的设计3.1.1电机的选择本设计采用电动机作为机器动力来源，通过V带传动带动滚筒轴实现预期工作-单机传动，简单可行。电动机类型的选择：根据电源及工作机工作条件，选用Y系列三相异步电动机电动机功率的选择：由于刮板式花生脱壳机的工作轴转速较高，达到本设计选用Y90L-4型电动机则传动装置的运动和参数计算如下：轴的转速 (3-1)轴的输入功率 kW (3-2)轴的转矩 Nm (3-3)3.2 V带和带轮的设计3.2.1V带的设计 以每天工作时间10h进行设计 确定计算功率： 查表得工作情况系数12 =1.1=1.11.5=1.65(kW) (3-4) 选择V带带型： 根据、查8得最适合的带型为A型 确定带轮基准直径： 由主动轮基准直径系中选取 从动轮基准直径为 (3-5) 验算带的速度 (3-6)v= 因此所选带的速度合适 确定中心距a和带的基准长度： 根据： 初步确定中心距 计算带的基准长度 (3-7) 由V带的基准长度系中选取基准长度 计算实际中心距a (3-8) 验算主动轮上的包角： (3-9) 主动轮包角合适 计算V带的根数z： (3-10) 由 =3.663 查表得kWkW 代入数值，经计算 Z=1.984 取z=2 计算预紧力： (3-11) 计算作用在轴上的压轴力： (3-12) 代入数值计算得=482.7N3.2.2V带轮的设计带轮材料选用HT200根据基准直径的大小选用不同的带轮类型，小径带轮采用实心式，大径带轮采用轮辐式。 3.3刮板结构的设计刮板结构是整个机器的关键部分，它的作用就是对花生果进行剥壳。此结构采用四根支撑架十字交叉固定在旋转筒架上，其结构如图3-1所示。图3-1 刮板结构示意图因为刮板的长度较长，受力面积较大，所以对刮板的强度有一定要求，采用的材料是45号钢，而且刮板的表面进行处理，表面渗碳1-1.5mm，热处理硬度HRC56-62。刮板选用四条圆形钢柱，刮板外缘距旋转中心距离238mm。刮板固定支架长度为500mm，截面尺寸60mm10mm。刮板中间有一个圆形滚筒，避免花生在工作过程中聚集到中间不与刮板进行搓擦。3.4滚筒轴的结构设计及校核 轴的转速轴的输入功率=1.35kW轴的转矩Nmm 初步确定轴的最小直径：先按经验公式算轴的最小直径，选取轴的材料为45钢，调质处理。查表选取 于是得 (3-13)拟定轴上零件的装配方案：通过对各种方案的比较，现选用图3-2所示装配方案图3-2 轴的示意图根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度9： （1）为满足V带轮的轴向定位，1-2轴右端制一轴肩 故取3-4段直径=22mm，取直径D=22m，V带轮与轴配合的毂孔长初取为32mm，最后一段长度取为（2）初步选择滚动轴承 因轴承只承受径向力，故先用深沟球轴承。参照工作要求并根据，初步选取深沟球轴承6205，其基本参数如表3-2所示：表 3-2 滚动轴承参数表型号基本尺寸安装尺寸极限转速6205DB脂润滑油润滑2552151314611200016000（3）安装刮板的轴直径。刮板安装宽度取，（4） 轴承端盖总厚度20mm，取端盖外端与V带轮右端面间的距离，故取（5）取刮板距箱体内壁，取，。至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。 （6）确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角，各轴肩处圆角半径见零件图滚筒轴的校核：滚筒轴的校核采用机械设计课程设计手册（第3版）10作为依据。轴的校核设计如下：（1）轴的总体设计信息如下 轴的转向方式：单项恒定 轴的工作情况：无腐蚀条件 轴的转速：382.2 轴的功率：1.35kW 轴的转矩：33732Nmm 所设计的轴式实心轴 所选材料牌号：45调质 硬度（HB）：230 抗拉强度：650MPa 屈服点：360MPa 弯曲疲劳极限：270MPa 扭转疲劳极限：155MPa 许用静应力：260MPa 许用疲劳应力：180MPa（2）确定轴的最小直径 所设计的轴为实心轴 A值定为：115 许用剪力的范围：2545MPa 满足设计的最小轴径：22mm 轴的总长度：730mm 轴的段数：5（3）弯曲应力校核 危险截面的x坐标：684mm 直径25mm 危险截面的弯矩M106000Nm 扭矩T：33.732Nm 截面的计算过左应力：16.56MPa 许用疲劳应力：180MPa 684mm处弯曲应力校核通过 结论：弯曲应力校核通过3.5编织网凹板设计编织网凹板在机器中的作用是让已经被剥壳的花生与未被剥壳的花生进行分离，其分离的原理就是“小个通过，大个不过”。编织网凹板的每一个网格都只能容许一个花生仁大小的物体通过，花生仁刚好可以穿过网格，而花生果因为太大，无法通过网格，将被阻挡在剥壳箱内，继续进行剥壳直到其外壳破碎为止。大花生果如海花一号参数数据平均为：长34.30mm，宽14.98mm，厚16.34mm。花生仁的平均尺寸为：长18.20mm，宽9.82mm，厚8.81mm。小花生果1016为：长29.65mm，宽13.36mm厚14.44mm，花生仁平均尺寸为：长15.30mm，宽9.61mm，厚8.76mm11。因此，编织网的间隙可取1015mm，其结构如图3-4所示：编织网图3-4 编织网凹板结构示意图 编织网是利用两块凹板对两端进行固定的，凹板材料为HT200，编织网材料为20号钢。编织网采用圆截面网状，因其特殊的作用，还需对其进行表面处理，要求渗碳1-1.5mm，热处理硬度HRC56-62。编织网的两头装砌在凹板的圆形槽内，组成半圆网笼，网格间距为10mm，这样可使剥出的花生仁能通过网格，而未剥壳的刚不能通过。由于编织网和内、外两凹板分离，这样就可以对编织。3.6除杂装置的设计壳仁分离装置分为两个部分，一个是气流通道，它的一端接风机，另一端安装在箱体的下方，还有就是壳与仁的收集板，它同样也安装在箱体下方。花生经过箱体内的剥壳过程后，将由此装置对其进行壳仁分离，分离的基本原理是利用花生壳与花生仁的重量及受力面积的不同，用气流对其进行分离。重量稍重的不被气流吹走，直接下落到花生仁收集通道，而重量较轻的花生壳将被风机吹来的气流带入到花生壳收集通道。3.4.1风机的选择所需风量计算：风选气流的风量，理论上可根据喂入的物料、应清楚的杂质量确定。式中：a机器的喂入量：0.24kg/sb风选出的杂质占喂入量的百分比：20%r空气密度：1.237g/m携带杂质气流混合浓度比：0.1计算得：Q=1357风压计算：风压是以下压力之和： (3-14)