大蒜剥皮机的设计说明书 精品.doc

题 目： 大蒜剥皮机的设计 1绪论1.1大蒜脱皮方式大蒜脱皮的方法有很多种：传统式大蒜去皮法均采用人力将泡水后的大蒜用搓揉去除。优点 ：方法简单，容易操作。缺点：大蒜营养成分流失，影响大蒜的口味。湿式大蒜脱皮机将大蒜经过水泡后再用橡胶棒搅碰。优点：脱皮效率高，产量大。缺点：蒜的受损率很大，且用水量大，不环保。通过摩擦把大蒜的外皮脱掉。优点：剥皮效果比较好。机器结构简单，制造容易，节省材料，成本低，使用方便。1.2同类课题研究水平概述剥蒜机目前市场上主要有两种类型：全自动气脱剥蒜机和旋转式气脱剥蒜机。全自动气脱剥蒜机是利用大功率空压机气流的力度强力脱皮，脱皮率和剥蒜质量跟购买的空压机有直接关系，使用380V电压，需要5.5或7.5KW的空压机配合使用，每小时耗电10度左右，脱皮率90-98%左右，碰伤率控制在5-8%之间。旋转式气动剥蒜机是近2年发明的一种大蒜脱皮机械，分为半自动与全自动两种。它是利用电机旋转力学干扒原理结合聚离子复合脱皮材料，配2.2KW的空压机配合脱皮，使用220V电压，每小时耗电3度左右，脱皮率在90-98%之间，碰伤率控制在5-8%左右。两种类型的剥蒜机产能都在30-50千克/小时左右。 以上两种设备都利用了空气压缩机，带来的问题是耗电量大、成本高，而且使用时需要配备空气压缩机，噪音大、占地空间大。而且这两种设备都只进行了对大蒜的剥皮处理，对分瓣的过程还是得需要人工来完成，又加大了人的劳动强度。1.3大蒜剥皮机研究内容和意义大蒜剥皮机分瓣装置：通过查阅相关文献和市场调研，发现目前的一些剥蒜机都是人工事先将蒜头分瓣好后再放入剥皮机去皮，没有自动分瓣的装置。剥皮装置: 利用干扒原理，脱皮过程中，蒜瓣完全不经过刀片及硬度磨擦作用，使蒜瓣在外圆筒内壁和叶片的相对旋转作用下通过摩擦转动实现剥皮。外圆筒内壁（具有波纹）和叶片轮都采用硅胶材料制成，并且硅胶上都有雕刻均匀的凹槽，具有很好的摩擦性，蒜仁在圆筒内高频率地碰撞，从而实现蒜仁和蒜皮的分离，且损伤程度小，能确保蒜仁的完整性、新鲜度及无污染等。 本作品每小时可完成15-20千克大蒜的分瓣、剥皮作业。产品分瓣率和剥皮率均达到90%以上，蒜皮的收集率达到85%以上，蒜仁损伤率小于2%。本作品的设计利用机电一体化技术很好的满足了大蒜分瓣、脱皮等工艺要求，且操作简单、耗能低、效率高、安全可靠、体积大小适中，是大蒜加工方面很好的机械产品，它解决了以往人工剥蒜劳动强度大、湿式大蒜脱皮机污染重不环保、手工剥蒜效率低等问题。未来必将是食堂、饭店、餐馆以及食品配送中心等场所的好帮手，同时本产品在结构设计和体积上的优势，存在很好的一个市场前景和需求量，具有很好的推广价值和实用价值。这也反映了研究大蒜剥皮机的重要性。2.大蒜脱皮机总体的设计2.1整体结构方案的设计针对目前已有的各种剥蒜技术的优缺点，本次设计的大蒜脱皮机就按照摩擦脱皮原理设计。本产品结构设计采用的是按功能分层布置各装置，把分瓣装置、脱皮装置顺序安放，这样既保证了结构简单、安装方便，又能使成本降低、美观好看。2.1.1 方案的选择方案一：旋转式摩擦去皮机利用电机旋转力学干扒原理，结合硅胶材料增大摩擦力，这样既能保证脱皮率又能减少蒜仁的损伤程度。方案二：刀片切割方式利用刀片或者栅条等片状金属板作为刮削部件，切去大蒜的根部，然后再进行剥皮过程。比较而言，虽然也能保证脱净率，但是对蒜仁的破坏比较严重，不利于大蒜的完整性及长期保存、运输。综上所述：本设计大蒜脱皮机就按照摩擦脱皮法的原理进行设计。2.2机械系统的总体布局 本产品结构设计采用的是按功能分层布置各装置，从上至下依次为分瓣机、管道、剥皮机以及盖板。图1剥皮机整体布局3.分瓣机的设计3.1分瓣机的工作原理分瓣机的原理类似于反击式破碎机，反击式破碎机广泛应用于建材、矿石破碎，水泥、矿山等行业中用来中细碎物料。反击式破碎机是一种利用冲击能来破碎物料的破碎机械。机器工作时，在电动机的带动下，转子高速旋转，物料进入板锤作用区时，与转子上的板锤撞击破碎，后又被抛向反击装置上再次破碎，然后又从反击衬板上弹回到板锤作用区重新破碎，石料由机器上部直接落入高速旋转的转盘；在高速离心力的作用下，与另一部分以伞型方式分流在转盘四周的飞石产生高速碰撞与高密度的粉碎，石料在互相打击后，又会在转盘和机壳之间形成涡流运动而造成多次的互相打击、粉碎。分瓣机圆环里面主要由硅胶组成，且每块硅胶上都被切出了高低不平的齿。在偏心轮的带动下，一侧的硅胶齿不断地挤压、击打大蒜，这样大蒜就被分成瓣了。分瓣功能的实现是通过柔性齿轮于外圆筒的偏心安装，使大蒜在分瓣机中的运动空间由大变小，通过柔性齿轮的转动，在内、外齿的相互挤压作用下实现大蒜的分瓣。图2 分瓣机 以电机为动力，加工过程中,带动偏心轮主轴旋转,大蒜在偏心轮齿与其上部硅胶块间隔内柔性挤搓，模拟手工分瓣效果。通过调整偏心轮与硅胶块的间隔,获得最佳分瓣效果,分瓣率可以达到95%以上。产品特点: 采用优质食品级硅胶材料制作硅胶块，具有高弹性、耐拉、耐磨、抗疲劳等性能，且无毒，不会对身体健康产生不良影响；性能稳定，蒜头分瓣率高，受损率低；结构紧凑，省时省电、生产效率高、可靠性高。生产能力：15-20千克/小时。 3.2分瓣装置中偏心距的设计偏心轮，是指装在轴上的轮形零件,这个轮的中心不在旋转点上，轴孔偏向一边。轴旋转时,轮的外缘推动另一机件,产生往复运动。为了保证在偏心轮的转动过程中，能使轮齿和外筒上的硅胶块不断挤压、碾碎大蒜，实现分瓣功能，设计中把偏心距定在了=5mm。3.3分瓣机外筒尺寸的确定外筒是整个分瓣机的基础，它承载了各部分机构，包括硅胶块、偏心轮以及电机等。它的尺寸确定需要偏心轮、轮齿、硅胶块的尺寸以及为大蒜预留的通道缝隙，所以应尽量选大一些。其中，硅胶块L=45mm，轮齿L=25mm，偏心轮D=115mm，考虑到大蒜的体积，最终外筒的尺寸定于D=290mm。3.4电动机的选择 选择电机应考虑以下因素：（1）、为电机提供电源的种类，如单相、三相、直流电等。（2）、电机的工作环境，电机工作场所是否有特殊性，如潮湿、高温、化学腐蚀、粉尘等。（3）、电机的工作方式，是连续工作还是短时工作或是其它工作方式。（4）、电机的安装方式，如立式安装、卧式安装等。 （5）、电机的功率及转速等，功率及转速应满足负载的要求。（6）、其它困素，如是否需要变速、有无特殊控制要求、负载的种类等。综上考虑，我们的电机是两相步进电机，正常无特殊要求工作环境，连续工作方式，不需要变速。故采用感应子式步进电机，感应子式步进电机与传统的反应式步进电机相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小，发热低。因永磁体的存在，该电机具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中比较平稳、噪音低、低频振动小。感应子式步进电机某种程度上可以看作是低速同步电机。一个四相电机可以作四相运行，也可以作二相运行。（必须采用双极电压驱动），而反应式电机则不能如此。例如：四相，八相运行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍运行方式。一个二相电机的内部绕组与四相电机完全一致，小功率电机一般直接接为二相，而功率大一点的电机，为了方便使用，灵活改变电机的动态特点，往往将其外部接线为八根引线（四相），这样使用时，既可以作四相电机使用，可以作二相电机绕组串联或并联使用。图3 电机步进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩、及电流三大要素组成。一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。（1）、步距角的选择电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速）。电机的步距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有0.36/0.72（五相电机）、0.9/1.8（二、四相电机）、1.5/3（三相电机）等。（2）、静力矩的选择 步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时（一般由低速）时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行进只要考虑摩擦负载。一般情况下，静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好，静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来（几何尺寸）（3）、电流的选择 静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流（参考驱动电源、及驱动电压）。（4）、力矩与功率换算 步进电机一般在较大范围内调速使用、其功率是变化的，一般只用力矩来衡量，力矩与功率换算如下：P= M =2n/60 P=2n M/60 其P为功率，单位为瓦，为每秒角速度，单位为弧度，n为每分钟转速，M为力矩，单位为牛顿米P=2f M/400 其中f为每秒脉冲数（简称PPS)表1 电机的规格型号 相数 步距角 电压 电流 静转矩 电阻 电感 机身长度 重量 配套驱动器57HS250A两厢50V3A1.0Nm0.82.4mH56mm0.68Kg ST2HB03X57HS250B1.2Nm0.82.3mH64mm0.85Kg57HS250C1.5Nm1.03.5mH76mm1.1Kg57HS250D2.4Nm1.66.8mH100mm1.25Kg转速（r/s）=脉冲频率/（电机每转整步数*细分数） V：电机转速（r/s)；P：脉冲频率（HZ）；：电机固有步距角；m:细分数（整步为1，半步为2）。由于剥皮机要求的功率不大，故选用57HS250A即可，电机分别固定在机架与管道上。4.剥皮机的设计为了实现蒜瓣的自动剥皮功能，设计中利用了摩擦原理，使蒜瓣在外圆筒内壁和叶片的相对旋转作用下通过摩擦转动实现剥皮。外圆筒内壁（具有波纹）和叶片都采用硅胶材料制成，具有很好的摩擦性，且食用级硅胶对身体无害，不会对健康造成不良影响。气流进入脱皮桶，形成漩涡式的气流，对碰撞后的大蒜进行自然脱皮。在脱皮的过程中，蒜皮从排料口排走，达到蒜皮和蒜仁分离的目的。大蒜脱皮机是在高速空气作用下由四个叶片进行加工大蒜。通过圆筒和扇叶摩擦分离并去除大蒜表皮。在一系列的测试情况下，确定脱皮的效果如何受大蒜的大小、形状、高压的空气、大蒜进给率的影响。脱皮机的性能是以脱皮的效率、脱离损失、进出量率为衡量标准的。结果表明扇叶的速度和空气压力对机器的性能起着很大的作用。大蒜的大小和空气压力之间的关系，大蒜的形状和扇叶的速度之间的关系都极大地影响到所有的工作参数。图4 剥皮机图5 脱皮原理图4.1大蒜在圆筒内的受力分析设波纹角为，蒜瓣的速度为V。当圆筒旋转时推动蒜瓣运动，其运动方向垂直于波纹切线。V可以分解为和，底板可以看做圆筒的圆周速度R。式中为角速度（1/s），R为圆筒半径（m）， 图6 大蒜的受力分析 =V cos=R sincos sin2=2sincos，sincos=则 =R （m/s）蒜瓣从垂直方向抛起的动能 E=（N.m）由能量守恒可得，动能等于势能，即 =m.g.h为了不使蒜瓣被甩出圆筒，所以h不能大于圆筒的高度。之所以剥皮机能利用摩擦实现蒜仁与蒜皮的分离，说到底是基于蒜仁与蒜皮的弹性模量不同。它是弹性材料的一种最重要、最具特征的力学性质，是物体弹性变形难易程度的表征，用E表示。定义为理想材料有小形变时应力与相应的应变之比。E以单位面积上承受的表示，单位为。4.2圆筒直径的确定为了确定圆筒直径，需要知道每次加工大蒜的任务量以及扇叶的长度。扇叶的长度为100mm，由于扇叶采用的硅胶材料，有很好的柔性。每次进入圆筒中大蒜的数量也不是太多，综合考虑圆筒的直径D=250mm。4.3蒜皮的收集本产品还实现蒜皮的自动收集功能，利用叶片在剥皮料筒内的高速转动所形成的气旋，使蒜皮在离心力的作用下从料筒顶部收料口飞出，通过网袋收集。所以圆筒上开了两个20mm*30mm的小口。5.机架的设计由于本产品结构设计采用的是按功能分层布置各装置，如果沿用机架传统设计方法及采用角钢通过螺纹连接、焊接或铆接方式构成机架，这样不便于各个机构的位置调整和装配且存在一定的危险性。所以，本次设计我采用了如图所示的工业铝型材来搭建整个机架，利用型材的安装导槽和角接件方便快速的完成整个机架的组装。图8 角件图7铝型材图9 角槽连接件铝型材在我们的日常生活运用十分广泛,除了最最常见的门窗,在航空、建筑、汽车零件等行业有着广泛的用途，其优良的性能和众多的优点，在广大行业中深受青睐。(1)、铝密度非常小，为2.7g/cm,仅是钢的35%，这使得机架易于实现轻量化。(2)、良好的塑性及加工性能，对于生产制作有很好的优势。(3)、良好的铸造性能，表面处理性能良好。(4)、良好的，有很好的延展性能，可以与很多金属元素制作轻型合金。化学性能稳定，可以重复回收利用，是一种良性可循环的金属材料。既能节约能耗又能防止废弃物造成的公害，满足环保要求。(5)、小，铝合金型材强度够大，在厚度方面铝型材厚度可容易做到为1.7mm，以至于做很长也不会变型，1.6m，1.8m或是更长的规格，非常灵活。(6)、铝型材其为金属成份中较不易氧化的成份之一，铝的表面自然生成一层致密的三氧化二铝薄膜，这层无色薄膜能阻止氧化的进一步进行，使用寿命长。6