核桃剥壳机毕业论文.doc

第一章 绪论1.1引言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。这与国际上一些国家相比相差甚远,如美国人均占有核桃1. 5kg,是我国的6倍。针对核桃加工存在的问题和市场的需求,确定核桃加工工艺,除脱青皮、分级、清洗、脱水、烘干、去壳、仁壳分离与包装外,还可进一步深加工。在加工中,存在的问题是核桃脱壳比较困难,主要由人工完成。人工剥壳难以满足生产发展的要求,故研制高效剥壳机已成当务之急。核桃也是我国干果类传统出口商品之一, 加工和出口的季节性比较强。核桃取仁我国历来靠手工, 一人一天平均仅能砸30斤核桃, 取仁约12斤, 以天津口岸年出口核桃仁5000吨计,仅取仁一项需占用劳力80多万个劳动日, 而且, 加工和出口的时间正值三秋和农田基本建设大忙季节, 任务重, 时间紧, 形成与农业争劳力的局面, 所以, 实现核桃取仁机械化, 对解放劳动力, 支援农业生产有重要意义。核桃出口国家较多, 进口国家比较集中, 国际市场斗争十分激烈, 实现核桃加工机械化, 有利于我们抢时间, 争速度, 支援外贸。从经济上说, 国际市场核桃仁各质量等级的差价甚大。机械取仁有希望提高取仁质量,增加外汇, 同时, 大规模集中加工, 便于综合利用。核桃仁中约占5%的碎末可以集中榨油,大量的核桃壳是做活性炭的好原料。手工分散加工, 这些碎末和壳都浪费了。研制核桃取仁机的具体任务是寻找适当的、特别是保证取仁质量的破壳工艺方法,研究实现这一工艺方法所要求的机器。1.2研究目的及意义为了了使坚果食品增值，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.质量好的脱壳方法，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。第二章 核桃的基本性能 2.1核桃的分类2.1.1类群 形态特征和生态类型具有统一性的品种群称为类群。我国核桃品种分为核桃类群和铁核桃累群。通常称前者为北方核桃，后者为南方核桃。2.1.1.1核桃类群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12mm2.1.1.2铁核桃类群个品种群的核桃外表近似球形，壳表面分布较深的坑点，结合线宽而隆起约23mm2.1.2品种群 核桃壳厚薄，含仁率高低相近似的一些品种称为品种群。我国核桃品种基本上可划为四个种群，划分标准件表2-1及图2-42.1.2.1品种品种的命各主要是依据坚果大小形状、核桃壳表面特性、产品地等。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11.55060呈膜质退化半仁中壳核桃1.62.04149呈膜质不发达1/4仁厚壳核桃2.1， ，所以，则第一种破裂方式比第二种破裂方式有利于剥壳取仁。4.2.4绵核桃的压缩变形曲线 设上下移动的速度、距离相等，先求出上下移动的时间.再决定平移量，最后决定压缩变形算原理如图4-7所示。图4-7 变形计算原理图 两种破裂方式的绵核桃的压缩变形量与平板移动距离L的关系式如下： （4-9） （4-10）又 第一种方式利于剥壳。4.2.5理想的移动距离L和倾斜角、 理想的挤压破裂过程要求绵核桃从挤压开始到破裂结束转过半周，即，保证绵核桃在整个圆周上都产生裂纹，使得壳的破裂全面而均匀.提高剥壳质量.从式（4-7）可得出为时的上移板的行程L，即 （4-11）推导式(4-7)时，假定绵核桃在挤压破裂过程中是匀速转动和匀速平动.实际上，壳要发生挤压变形和破裂，因而转动速度和平动速度要发生变化，因此，根据(4-11)式算出的L作为移动量是偏小的，应加以修正。即 （4-12）保证较大的绵核桃都能转过半转，使壳得以全面破裂.另一方面，在绵核桃转过以后，其压缩变形量应为1.372.27左右.不能大也不能小，根据式（4-9）得 （4-13） 式中 根据式（4-13）、（4-11）用计算机算出当，时，约束条件为，时，理想的移动距离L=110和倾斜角，最有利于剥壳。4.2.6移动速度对性能的影响对上下移动速度进行单因素试验，采用不同的速度，分别测量其剥壳率和高露仁率，其结果如附表1。表1 速度对性能影响的统计表速度（m/s）剥壳率（%）高路仁率（%）0.4776.470.50.6382.576.20.7391.381.60.7894.484.70.8492.182.30.9487.777.1从中可知，当移动速度0.78m/s 0.84m/s时，剥壳取仁性能最好。4.2.6剥壳机构传动原理图在前面分析的基础上，提出了绵核桃剥壳取仁传动原理如图5所示.当绵核桃喂入到克剥装置中，左V型板向上移动带动绵核桃边向上旋转，边向里挤入，一定间距的齿尖不断地沿着壳表面克压，使得裂纹不断扩展，部分壳和仁分离出来，最后壳基本上完全破裂，右V型板向右运动，壳、仁向下掉出。电机通过带传动带动减速器，再通过V带传动带动控制上下移动的凸轮以妹分钟80.08转的速度旋转，同时通过一对锥齿轮带动控制左右移动的凸轮同步转动，最后再通过一对锥齿轮带动送料轮同步转动。当绵核桃喂入到克剥装置中，左V板向上移动带动绵核桃向上旋转，边向里挤入，一定间距的齿间不断地沿着壳表面挤压，使得裂纹不断扩展，部分壳和仁分离出来，最后壳基本上完全破裂，右板向右运动，壳和仁向下掉出。在作了大量实验入理论推导后，确定了剥壳机的一些结构及运动参数，作为设计核桃剥壳取仁机的已知条件：，生产率：100KG/H 电动机功率：1KW左右1、 料斗 2、送料轮 3、右V块 4、凸轮 5、带轮 6、锥齿轮 7、减速器 8电动机 9 左V块 10凸轮图5剥壳机构传动原理图 第五章 核桃剥壳取仁机的设计与计算基本性能及要求： 外形尺寸（长宽高） 7805801010上下移动板移动的速度 1.1m/s喂入槽轮轴转速 80.08r/min功率 1.1KW生产率 100KG/H未破壳率 5%5.1主要部件选择5.1.1电动机的选择选择电动机的类型和结构形式、功率、转速和型号，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40KG左右，因此，主要考虑空载功率，我们选用Y90L-6型号的电动机，额定功率为1.1KW,满载转速为910R/MIN5.1.2减速器的选择由前面实验得核桃平均92个/KG,为达到设计要求的生产率,在并排两个V型块的条件下，每个V型块每小时应完成4600个。每个工作循环周期为0.75s两个凸轮转速也就是喂入槽轮轴转速80.08r/min减速器的传动比为i=910/80.08=11.363由以上数据按强度并校核散热功率，确定选择减速器ZLA112-11.25.2主要部件的设计5.2.1凸轮的设计为了保证左、右V型块和送料轮三者之间是严格的相对运动关系，达到预期设计效果，凸轮设计为传动系统的关键部分。1）推杆运动过程分析推杆运动过程由核桃剥壳的过程来确定，核桃剥壳分四个阶段：待料、破壳、落料和复位，由此确定推杆运动的四个阶段如下：推杆1不动（） 推杆1不动（） （待料）推杆1上移（） 推杆1不动（） （破壳）推杆1下移（） 推杆1右移（） （落料）推杆1前进（） 推杆1不动（） （复位）2） 左凸轮的设计（1） 推杆运动规律的分析计算对于对心平底盘形凸轮机构，凸轮的理论廓线即为实际廓线，其人坐标方程为：式中推杆的位移分段计算、推程阶段（） 在推程阶段，已经确定为等速运动，因而在运动开始和终止的瞬时，因速度的空变产生很在的冲击力，有利于剥壳。已知条件：H=0.019m V= 1.1m/s 所以T=H/V=0.019/ 1.1=0.175(s)、回程阶段（） 为减少回程阶段对凸轮机构产生冲击 = 0.20 s、静止阶段（、）（2） 解释法设计凸轮的轮廓曲线确定凸轮机构对心平底推杆盘形凸轮机构 A粗步确定凸轮的基圆半径 =25mm B理论轮廓线a. 静止阶段： 此时，由0 ，r=25不变 由0 ，r=44不变b. 推程阶段：=等速上升 由0c. 回程阶段: = 等速下降 由0 C画理论轮廓线如下图左凸轮的理论轮廓线3)右凸轮的设计设计与左凸轮的类似，按上面的方法计算右凸轮理论轮廓线如下图右凸轮的理论轮廓线5.2.2V带传动的设计与参数选择（1）、确定计算功率=1.1KW（2）、选择V带型号根据计算功率和小带轮转速当在两种型号的交线附近时，可以对两种型号同时计算，最后选择较好的一种。（3）、确定带轮基准直径和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，并取标准值（4）、验算带的速度由可知，当传递的功率一定时，带速愈高，则所需有效圆周力F愈小，因而V带的根数可减少。此处=0.37（m/s）（5）、确定中心距和V带基准长度根据结构要求初定中心距。中心距小则结构紧凑，但使小带轮上包角减小，降低传动的工作能力，同时由于中心距小，V带的长度短，在一定速度下，单位时间内的应力循环次数增多而导致使用寿命的降低，所以中心距不宜取得太小。一般初定中心距为可取初选后，V带初算的基准长度可根据几何关系由下式计算：由于V带传动的中心距一般是可以调整的，所以可用下式近似计算值考虑到为安装V带而必须的调整余量，因此，最小中心距为考虑到为安装V带而必须的调整余量，因此，最小中心距为如V带的初拉力靠加大中心距获得，则实际中心距应能调大。又考虑到使用中的多次调整，最大中心距应为（6）、计算小带轮上的包角小带轮上的包角可按式 （7）、确定V带根数根据计算功率由下式确定（8）、确定初拉力适当的初拉力是保证带传动正常工作的重要因素之一。初拉力小，则摩擦力小，易出现打滑。反之，初拉力过大，会使V带的拉应力增加而降低寿命，并使轴和轴承的压力增大。对于非自动张紧的带传动，由于带的松驰作用，过高的初拉力也不易保持。为了保证所需的传递功率，又不出现打滑，并考虑离心力的不利影响时，单根V带适当的初拉力为（9）、确定作用在轴上的压力传动带的紧边拉力和松边拉力对轴产生压力，它等于紧边和松边拉力的向量和。但一般多用初拉力用下式求得（10）、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。5.2.3锥齿轮的设计设计条件：轴交角=90，传动比，载荷中等冲击，按中等冲击，无限寿命计算。 齿轮设计：材料选择45号钢调质，按齿面接触疲劳强度设计，齿轮基本参数： ， ， 经进行齿根弯曲疲劳强度校核，齿轮强度足够。齿轮的基本尺寸： 本传动用了两对锥齿轮，另一对的传动比为1：2，大锥齿轮的基本尺寸： 5.2.4主传动轴的设计1、选择轴的材料由于该轴没有特殊要求，因而选用调质处理的45钢2、求轴的功率P和扭矩TKW3、初步估算最小轴径 4、主传动轴的结构设计下图给出了轴上主要零件的相互位置关系，轴两端用轴承固定，轴承装在轴承座上，还装有弹性挡圈，圆螺母，皮带轮，锥齿轮等，设计时选择合适的尺寸确定轴上主要零件的相互位置，根据要求确定了各轴段的直径和长度，如下图所示。i. 装凸轮段1-2，；ii. 装轴承段2-3 ； iii. 装带轮段3-4，； iv. 轴环段4-5，；v. 自由段5-6，；vi. 装轴承段6-7，；vii. 装锥齿轮段7-8，；5、轴的强度验算 1）齿轮上作用力的大小齿轮的分度圆直径为 则 2）计算轴承的支反力(1)水平面上支反力 (2)垂直面上支反力 3)画弯矩图（1）水平面上的弯矩 （2）垂平面上的弯矩 （3）合成弯矩M 4）扭矩 5）计算弯矩因单向回转，可将扭矩视为脉动循环，则截面D处的当量弯矩为 6)按弯扭合成应力校核轴的强度截面D的当量弯矩最大，故校核该截面的强度 。因，故安全5.3其它一些零部件的选择5.3.1轴承与轴承座的选择轴承是用来支承轴及轴上零件，保持轴的旋转精度和减少转轴与支承之间的摩擦和磨损，滚动轴承的摩擦系数低，起动阻力小等，在一般的机器中获得了广泛应用。在这里选用滚动轴承7207AC GB/T292，该轴承的基本尺寸为： 将轴承放在轴承座里，利用两边支承固定一根轴，这里选用CKS1507型向心球面滚动轴承座5.3.2键、圆螺母、止动垫圈、弹性挡圈的选择5.3.2.1键的型号轴上的零件与轴应有可靠的定位和固定，这样才能传递运动和动力。轴上的零件与轴的定位和固定分为轴向和周向两个方面：轴向的定位和固定常使用轴肩和套筒等；周向的定位和固定则常用键和花键以及其他的连接方式，这里周向定位和固定选用键，选用了键825GB/T 1096-2003，键1236 GB/T 1096-2003，键1228GB/T 1096-2003。如下图：5.3.2.2圆螺母和止动垫圈的型号左凸轮的右边用轴肩定位，左边用圆螺母定位，圆螺母用止动垫圈，如下图： 这里选用了螺母 GB/T 812 M421.5和垫圈GB/T 858-1988 40，螺母GB/T 812 M271.5和垫圈GB/T 858-1988 24，螺母 GB/T 812 M331.5和垫圈GB/T 858-1988 245.3.2.3弹性挡圈的型号利用弹性挡圈也是轴向固定的一种方法，一般用于结构紧凑、简单、装拆方便，但受力较小，且轴上切槽将引起应力集中。选用了挡圈GB/T 894.1 24, 挡圈GB/T 894.1 30, 挡圈GB/T 894.1 40,如下图：第六章 控制部分6.1电动机的控制 电动机的控制应用起保停电路，起保停电路最主要的特点是具有记忆功能。图6-1图6-1是可编程序控制器控制系统的外部接线图，其中SB2为起动按钮，SB1为停止按钮，FR是热继电器，在电动机过载时，其常闭触电断开，使KM1的线圈断电，电动机停转。下图（6-2）为梯形图： 图6-2是可编程序控制器控制系统的梯形图，当按下起动按钮SB2时，起动信号X1变为ON时，X1的常开触点接通，Y1的线圈“通电”，它的常开触点同时接通。放开起动按钮，X1变为OFF，其常开触点断开，“能流”经Y1的常开触点和X2的常闭触点流过Y1的线圈，YI仍为ON。当按下停止按钮SB1时，停止信号X2变为ON时，它的常闭触点断开，停止条件满足，使YI的线圈“断电”，其常开触点断开，以后即使放开停止按钮，X2的常闭触点恢复接通状态，Y1的线圈仍然“断电”。6.2V块运动的控制 左V块上下移动，右V块左右移动，第一步是左V块向上移动，此时右V块不动，进行的是破壳的工序，第二步是左V块不动，右V块右移，第三步是左V块下移，右V块不动，第四步是左V块不动，右V块左移。 当按下起动按钮X1后，左V块上行，碰到限位开关X3后，停在该处，此时右V块右行，0.2秒后左V块开始下行，此时右V块停在该处，0.175秒后左V块不动，右V块左移。 编程如下图：第七章 总结 本次毕业设计历时两个多月，虽然时间比较短，但我确实感觉到学了好多知识，学会了怎样查取资料，应用资料到设计中去。提高了分析问题和解决问题的能力，知道了设计的总体过程，培养了我自学和独立思考的能力。 两个月以来，在指导老师的悉心帮助下，在自己的不断努力和进取中，自己独立地完成了设计，尽管有很多不足和错误，也遇到了很多困难，但是在自己的努力，特别是在高老师和同学的帮助下大部分都解决了。 还记得刚开始设计时，一点头绪都没有，幸好那时有老师的指导，但在设计过程中遇到了很多问题，例如怎样摆放架子，应该在什么地方摆架板，轴承座的选择与画法，到后来的这次设计，为我以后的工作奠定了坚实的基础，使我知道作为一个设计员应该具备哪些条件。这次设计也是学校考查我们知识，作为一个大学生获得学士学位评估的标准。顺利完成毕业设计以后，我的信心大增。在这段时间，我感觉到我活的特别充实，因为我巩固和加深了大学四年所学的知识，也会让我以全新的面貌迎接以后的工作。设计让我收获很多，和同学讨论时就增加了我们之间的友谊，自己动手时提高了实际操作能力，个人的思维有了大幅度的提升。 周绍荣2009年6月致谢本论文的研究是在湖北工业大学机械工程学院教研室的吴斌方老师的精心指导下完成的。老师治学严谨、学识渊博，在本课题的研究过程中及时指点、耐心启发，使得自己在研究工作中能够及时纠正错误，找到最好的解决办法，得以顺利完成本文。通过这次论文设计提高本人在理论和实践方面的能力。另外，老师严谨的治学态度和平易近人的待人方式给我留下了深刻的印象，这些将是我学生生涯中一笔不小的收获。在此，衷心感谢高老师的指导和无微不至的关心.本论文中还引用了许多专著和论文的内容，在论文的参考文献中列出了部分专著和论文的作者和出处，在此深表谢意.同时也向所有给过我关心和帮助的同学们表示感谢!感谢学校特别是机械学院的领导和带领我们的老师们，是你们给了我们这么好的一个机会。衷心感谢培育我多年的湖北工业大学，衷心感谢各级领导和老师的辛勤培养和教育。我将更加努力去争取更好的成绩，在实际工作中做出更大的贡献! 我衷心希望我们湖北工业大学的明天会更好。参考文献1孔令中现代物流设备设计与选用M北京：化学工业出版社，2005.10 2唐增宝等机械设计课程设计M第二版武汉：华中科技大学出版社，1998.63戴曙金属切削机床M北京：机械工业出版社，2000.54王为机械设计M武汉：华中科技大学出版社，20075唐金松简明机械设计手册M第二版上海：上海科学技术出版社，2000.106谭建成电机控制专用集成电路M北京：机械工业出版社，19997何雪明等数控技术M武汉：华中科技大学出版社，2006.98李广第，朱月秀，王秀山单片机基础M北京：北京航空航天大学出版社，2001.7 9张迎新，杜小平，樊桂花单片机初级教程M北京航空航天大学出版社，2000.610邓星钟机电传动控制M第三版版武汉：华中科技大学出版社，200511王让定，陈金儿，叶富乐，汇编语言于接口技术M北京：清华大学出版社，200112Barry 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