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果蔬原料去皮机的设计【机械毕业设计含4张CAD图+说明书论文1万字22页，任务书】

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原料 去皮 设计 机械 毕业设计 cad 说明书 仿单 论文 22 任务书
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出料门成型图1.dwg

机架零件图.dwg

立式轴承座零件图.dwg

轴零件图.dwg


目录

摘要

第一章 引言

1.1马铃薯、胡萝卜果蔬的概述…………………………………………… 2

1.2 果蔬原料加工预处理工艺流程简介…………………………………… 3

1.3国内外马铃薯、胡萝卜块茎原料加工设备简介………………………… 4

第二章  果蔬原料去皮机的结构设计

2.1基本结构………………………………………………………………6

2.1.1工作圆筒

2.1.2工作转盘

2.1.3传动系统

2.1.4其他

2.2工作原理………………………………………………………………7

第三章  果蔬原料去皮机的参数确定

3.1 物料在工作圆筒内的受力分析   ………………………………………8  

3.2工作转盘转速的确定 ………………………………………………… 9

3.3果蔬原料去皮机功率的确定  ………………………………………… 10

3.4整机主要参数指标 ……………………………………………………12

第四章   主要零件的结构设计与计算

4.1  V带轮结构设计计算………………………………………………  13

4.2传动主轴的结构设计计算……………………………………………  14

4.3滚动轴承的初步选择………………………………………………… 17

第五章  主要零件的校核

5.1滚动轴承的寿命计算………………………………………………… 18

5.2轴的计算和校核………………………………………………………19

第六章  总结…………………………………………………………… 20

谢辞……………………………………………………………………… 21

参考文献………………………………………………………………… 22

中文翻译………………………………………………………………… 23

附录：英文原文


内容简介：
湘 潭 大 学 毕业论文（设计）任务书 论文（设计）题目： 果蔬原料去皮机的设计 学号： 2003070303 姓名： 杨玲 专业： 机械设计及其自动化 指导教师： 周善炳 系主任： 周善炳 一、主要内容及基本要求 主要参数： 原料：马铃薯、胡萝卜 产量： 2500kg/h 配图纸一张，主要零件工作图折合为 ； 说明书一份，要求 8000 字以 上； 翻译外文资料一份， 3000 字符以上。 二、重点研究的问题 重点研究果蔬原料去皮机工作原理及主要零件的结构设计 三、进度安排 序号 各阶段完成的内容 完成时间 1 知识准备 12 周 2 主体方案设计 35 周 3 设计计算、结构设计、制图 610 周 4 整理设计说明书，翻译外文资料 1112 周 5 准备答辩 1213 周 6 7 8 四、应收集的资料及主要参考文献 收集国内外有关果蔬原料去皮方面的科研资料 1 马铃薯研磨去皮机 摘要 不管任何形式的马铃薯加工，去皮都是一项重要的操作环节。因此，根据不同需求，开发了一系列的马铃薯去皮机。它们的性能也被不断的评估。马铃薯研磨去皮机的主要部件由去皮鼓和喷水管组成。去皮鼓安装在工作圆筒内表面的突起处，它主要靠旋转产生与马铃薯的摩擦力从而达到去皮的目地。而喷水管喷洒出水来冲洗去皮后的马铃薯，同时皮屑经过排渣管随水流一并流出工作圆筒。去皮机的生产能力是 100kg/h，损耗率是 78% 6%之间。一台附带电动机的马铃薯研磨去皮机的售价大致为250 美元。它适合薯片和其它产品的小型去 皮加工。去皮加工一吨马铃薯的加工费用只需 元。 符号标志 L,B,T 长度，宽度，物料厚度（ 去皮效率（） P 功率（） Q 物料负载容量（） r 半径（ t 去皮时间 ( 损耗率（） 填充系数 简介 在意大利马铃薯一年的总产 量大约为 。但由于缺乏合适的储藏设备，马铃薯的实际产量有着不同程度的减少。因此用适当的加工技术和设备将马铃薯制造成食品不仅能帮助减少每年马铃薯的产量损失，同时还能提高收益，增加农村或落后地区的就业机会。 对马铃薯任何形式的进一步加工，去皮都是一个重要的操作环节。在意大利薯片是一种非常流行的快餐食品。为了将马铃薯加工成片状，对它的重要预处理操作就是去皮和清洗。手工去皮是一种传统的加工方式，但这种去皮方式很枯燥和耗费时间，而且马铃薯的营养价值也损耗比较大。可是，马铃薯加工产业所使用的蒸汽去皮 法也不可取。因为在蒸汽去皮过程中，环状蒸汽在马铃薯的下表面作用，但由于缺乏薄纱的保护以及各种酶作用的化学反应，不推荐使用这种加工方法加工薯片。基于以上的各种原因，利用研磨原理的马铃薯去皮机被大力的推广。 基于以上的情况，一系列功率类型的马铃薯研磨去皮机被开发和评估。这种去皮机的重要性在这篇文章中也将得到阐述。 机器材料和工作原理 研磨去皮机的结构示意图见附图、。研磨去皮机的主要组成部件是一个长 径 不锈钢轧制而成。去皮鼓的内表面有突起（ 3为了承载突起部位，不锈 钢 2 板被弯曲成了圆柱形，而且在它的联接部位钻有小孔。为了将马铃薯光滑去皮，钢板上所钻小孔的突起部位都被重新轧平。 一排孔之间的中心距和突起的圆柱尺寸分别为 皮鼓安装在一根由一对滚动轴承支撑的水平轴上（水平轴的直径为 ，滚动轴承安装在一个长宽高分别为 机架上。同时为了马铃薯加料和出料的需要还专门设计了加料口和出料口。去皮鼓由电动机带动带轮而使水平传动轴旋转从而工作。而由铸铁制成的直径 个喷水头制成的喷水系统主要起冲洗去皮鼓上残留的马铃薯皮屑和清洗 已加工的马铃薯的作用。工作圆筒下部的排渣口用来排除污水和皮屑。 图一 （）电动机 （）传动轴 （）带 （）排渣管 3 （）螺钉，垫片 （）喷水系统 （）工作鼓 （）带轮 （）滚动轴承 实验程序 本次实验所用的原料是生长四个月的马铃薯，实验操作时间是年月。 图二 （）机架 （）电动机机座 （）入口和出口门 （）开关 （） 喷水系统 马铃薯原料的长度、宽度和物料厚度均由脚规测量出。以下的公式则用于计算所测马铃薯原料的当量直径和填充系数 4 ） 31 式中 是长度，是宽度，是物料厚度。 同时 图三 去皮鼓示意图 为了使去皮测试的结果更可靠，五个质量均为 g 的马铃薯样品将被分别测验和记录结果。 为了去皮，马铃薯样品事先在水中煮沸 出后在室温下冷却 铃薯的表皮则从果肉上分离。去皮后的马铃薯和皮屑均在 80 C 的 空气中干燥 6h，去皮程度则由以下的公式计算。 物料去皮容量 100干燥后的马铃薯样品 干燥后的皮屑这台机器专门因这次实验而制造，五个马铃薯样品分别被称量，而且每个都做了标志。分别向每个马铃薯样品扎孔，然后注入不同的颜色将其染色。它们均放入去皮鼓中加工。为了达到实验目的，一已知重量（，千克）的马铃薯同时被放入去皮鼓中。喷水管入口被接在一个水开关上，去皮鼓以 r/转速旋转。 5 通过调节去皮鼓水平轴带轮的转速从而达到控制去皮鼓转速的目的。这些被标志的马铃薯样品在经过 4， 6， 8 和 10 分钟后拿出来分析。取出后用吸水纸轻轻擦干马铃薯样品表面的水份，然后立即称重。这些马铃薯的去皮容积将由以下的公式计算，每个实验结果均一式三份，然后分别记录下来 去皮效率（ ） 100% 马铃薯原材料的一部分 分去皮后的马铃薯的一部马铃薯原材料的一部分去皮损耗率则由以下的公式计算： 去皮损耗率（ ） % 1 0 0原马铃薯的重量 去皮后的马铃薯重量原马铃薯的重量实验结果和讨论 用于本次实验的马铃薯的当量直径为 6 。用于去皮的马铃薯体积和去皮容积分别为 0 65 和 1 88%。图表四和五分别显示了在不同载重下（ 5 20皮鼓转速为 30 40r/情况下去皮时间和去皮效率之间的关系 图四 在不同物料承载容量下去皮时间和去皮效率之间的关系 （ *， 5)15,;10, 6 图五 在不同物料承载容量下去皮时间和去皮效率之间的关系 （ *， 5)15,;10, 在不同负载下 (5,10,15,20速为 30r/40r/ 情况下导出以下的等式： 转速为 30r/ )4)(9,)()()(转速为 40r/ )8)()()()(由图四和图五可以很清楚的观察出，去皮效率随着去皮时间的增长而增长，去皮时间越长，马铃薯与研磨盘的接触机会越多，马铃薯表皮被剥落的越多，因此去皮效率增长。 同时也可以看出，最初去皮效率随着原料负载容量的增大而增长，但六分钟之后，这种趋势就不再继续。出现这种情况可能是因为刚开始去皮阶段只是马铃薯的外表皮被擦去，但是如果在六分钟以后继续擦皮，即 使增大原料负载容量，一些马铃薯已经去皮完毕，所以产生此种结果。 7 去皮效率的增长也与鼓的转速有关 (30r/40r/转速越高，马铃薯与去皮鼓的研磨表面的接触越频繁，因此越多的表皮被去除，去皮效率越高。 图六和图七显示了在不同原料负载容量下（ 5 20去皮鼓转速为 30r/40r/情况下，去皮时间和去皮损耗率之间的关系。 由对于不同原料负载容量（ 5 20去皮鼓转速为 30r/40r/况的分析，得出以下的等式： 转速为 30r/ )12(1(0()(1(转速为 40r/ )16)(5)(4)(3)(由图六和七可以很清楚的显示出去皮损耗率随着去皮时间呈直线增长。这与讨论去皮效率有同样的原因，去皮时间增长，马铃薯与去皮鼓的研磨表面接触时间长，这样导致更多的表皮被去除，因此去皮损耗率增加。 同时也能观察出，去皮损耗率随着原料负载容量密度的增大而增加。可能的原因是：太小的负载容量密度会使马铃薯在与去皮鼓的研磨表面接触时发生反弹，导致去皮不完全。此外，高的原料负载容量密度，所去除的皮屑和果肉在质量上也越大，这样使 得去皮损耗率增加。 通过观察，转速为 40r/去皮损耗率高于转速为 30r/，产生的原因与上述讨论相似。 图八显示了功率与原料负载容量之间的关系，它们分别由等式（ 17）（ 18）表示。这种关系是呈线形的。原料负载容量越大，与功率之间的线形关系越明显。这是因为物料负载容量越大，物料与研磨盘表面的摩擦越大，导致功率的增大。 转速为 30r/ P=650+13Q （ r ） （ 17） 转速为 40r/ P=775+13Q （ r ） （ 18） 8 9 图六 在不同物料承载容量下去皮时间和去皮损耗率之间的关系 （ *， 5)15,;10, 图七 在不同物料承载容量下去皮时间和去皮损耗率之间的关系 （ *， 5)15,;10, 10 图八 不同物料承载容量与去皮功率之间的关系 (O， 30r/ ,40r/转速为 30r/料负载容量为 20皮时间为 8最佳去皮状态。因为它有高的去皮效率和低的去皮损耗率。在这种参数下，去皮效率和去皮损耗率分别为 78%和 6%。如果手工加料和卸料 11 的时间为 4实际的去皮时间为 8此机器的产率为 100kg/h。经过计算，加工 1铃薯所需消耗的水为 制造一台机械去皮机所需费用大约为 250 美元，机械去皮机需与传统手工去皮之间进行经济分析比较。工作操作一小时的资本 投资花费，每一千克的马铃薯原料成本，休息时间，回报收益时间，收益，购买一台机器设备所需的手续费。手续费包括购买去皮机的花费，折价费，税收，每年的使用时间，劳动力费用，使用寿命，利息，修理费和生活费用等等。这些费用都是依据 1991的物价所定。 1 果蔬原料去皮机的设计 摘要 主要介绍了以摩擦原理为基础的、适合食品加工工厂等场所使用的大型果蔬原料（马铃薯、胡萝卜等块茎）去皮机的设计要点、工作原理和设备组成。 关键词 ： 果蔬原料去皮机；摩擦；去皮；传动 f or is by of to of it of of 2 第一章 引言 铃薯、胡萝卜果蔬的概述 随着食品工业的发展，食品深加工已经越来越被世界重视，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。其中马铃薯和胡萝卜等果蔬原料的深加工就是受到人们高度重视且发展较快的产业之一。 胡萝卜是一种质脆味美、营养丰富的家常蔬菜。中医认为它可以补中气、健胃消食、壮元阳、安五脏，治疗消化不良、久痢、咳嗽、夜盲症等有较好疗效，故被誉为 “ 东方小人参 ” 。用油炒熟后吃，在人体内可转化为维生素 A， 提高机体免疫力，间接消灭癌细胞。美国科学家的最新研究又证实：每天吃两根胡萝卜，可使血中胆固醇降低 10 20；每天吃三根胡萝卜，有助于预防心脏疾病和肿瘤 。 胡萝卜中的主要营养素是 存在于胡萝卜的细胞壁中，而细胞壁是由纤维素构成，人体无法直接消化，唯有通过切碎、煮熟及咀嚼等方式，使其细胞壁破碎， 人体真正消化吸收利用。完好保持 我们的食用与烹调方法有着极大的关系。 土 豆，学名马铃薯，别名洋山芋、洋番薯、山药蛋。它和玉米、小麦、水稻、燕麦被称为世界五大粮食作物。土豆因其营养丰富而有“地下人参”的美誉。其块茎中约含淀粉 15 25，蛋白质 2 3，脂肪 0 7，粗纤维 0 15，还含有丰富的钙、磷、铁、钾等矿物质及维生素 C、维生素 A 及 B 族类维生素。祖国医学认为，土豆性平，有和胃、调中、健脾、益气之功效；能改善肠胃功能，对 胃溃疡、十二脂肠溃疡、慢性胆囊炎、痔疮引起的便秘均有一定的疗效。美国农业部农业研究所认为。 每餐只吃全脂牛奶和马铃薯，可以得到人体所需要的一切物质元素 。 而我国是马铃薯的主要出产国，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和食用。由于每年仅有百分之几用于深加工，致使鲜薯过剩，增加了越冬保鲜难度，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缓慢。 特别在世界上工业发达国家，马铃薯深加工一般都占总产量的 50% 80%。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，其子公司遍布世界十几个国家。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，德、法、英、荷兰、瑞士 及日本等国家，也在致力发展马铃薯食品深加工工业，从而使世界马铃薯食品加工业进入蓬勃发展阶段。 3 蔬原料加工预处理工艺流程简介 料的分级： 果蔬的分级可按照不同的加工品的要求，采用不同的分级方式分级，包括大小分级、成熟度分级和色泽分级等几种。在我国成熟度分级常用目视估测的方法进行，而大小分级是分级的主要内容，几乎所有的加工果蔬均需大小分级，分级的方法有手工分级和机械分级。 料的清洗 ： 果蔬原料清洗的目的在于洗去果蔬表面附着的尘土、泥沙和大量的微生物以及部分的化学农药，保证 产品的清洁卫生，从而保证产品品质。对于农药残留的果蔬，洗涤时常在水中加化学洗涤剂，常用的有盐碱地酸、醋酸，有时也用氢氧化钠等强碱及漂白粉、高锰酸钾等强氧化剂。果蔬清洗的方法须根据果蔬形状、质地、表面状态、污染程度、夹带泥土量以及加工方法而定。主要有手工清洗和机械清洗。后者需配置滚筒式、喷淋式、压气式、浆叶式等设备。 蔬的去皮： 凡是果蔬原料果皮粗糙、坚硬，具有不良风味的均应去皮，以利于提高品质，只有在加工某些果脯、蜜饯、果汁和果酒时，因要打浆和压榨，才不用去皮，果蔬去皮方法如下： （ 1）手工去皮： 用特别的刀、刨等工具人工削皮，去皮干净、损失少，但劳动效率低。 （ 2）机械去皮：主要用于比较常规的果蔬原料。 （ 3）碱液去皮：利用碱液的强腐蚀性来使蔬菜表面中胶层溶解，从而使果皮分离。碱液去皮常使用氢氧化钠，腐蚀性强且廉价。碱液去皮时碱液的浓度、处理时间和碱液温度，应视不同果蔬原料种类、成熟度、大小而定。碱液浓度提高、处理时间长和温度高都会增加皮层的松离及腐蚀程度。经碱液处理后的果蔬必须立即在冷水中浸泡、清洗、反复换水直至表面无腻感，口感无碱味为止。 （ 4）热力去皮：果蔬用短时间高温处理后，使表皮迅速升温，果皮膨胀破裂，与内部果肉组织分离，然后迅速冷却去皮，适合于成熟度高的桃、李、杏等。热去皮的热源主要有蒸汽和热水。此法原料损失少，色泽好，风味好。 （ 5）酶法去皮：在果胶酶的作用下，达到去皮目的。需要控制酶的最佳作用条件如温度、时间、 等。 （ 6）冷冻去皮：将果蔬在冷冻装置中冷至达到轻度表面冷冻，然后解冻，使皮松弛后去皮，此法质量好但费用高。 （ 7）真空去皮：将成熟的果蔬先行加热，使其升温后果皮和果肉分离，接着进入有一定真空度的真空室内，适当处理，使果皮下的液体迅速“沸腾”，皮与肉分离，然后破除真空，冲洗或搅动去皮。 蔬的护色： 果品在加工过程中，将原料去皮、切分、破碎和空气接触及高温处理，都可能促进化学变化，生成有色粉质。其中包括酶褐变和非酶褐变。都要经过相应的方式来对果品进行护色保护。 4 内外马铃薯、胡萝卜块茎原料去皮设备简介 国内外马铃薯、胡萝卜块茎原料去皮方法大致有三种，即机械去皮、蒸汽去皮和化学去皮，三种去皮方法的工作 原理为： 机械去皮： 在圆筒形容器中，依靠带有磨料的圆盘、滚轮或依靠特制的橡胶辊在中速或高速旋转中摩擦块茎的表面而达到去皮目的。 蒸汽去皮： 在高压容器内，通入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，加入强碱溶液并加温，后加入块茎，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，在将块茎放入机械去皮机中剥去表皮。 （ 1）目前，国内主要使用机械摩 擦去皮机。 如图 1所示，该机由机盖、机筒、 机座、电机、砂盘等部分组成。以电机为动力， 通过减速齿轮带 动机筒底部的砂盘旋转。块茎加入机筒内，因其离心力和相互 碰撞作用，在机筒内上、下、左、右翻动，表面被砂盘均匀的 摩蚀，去皮结束时加入清水，再打开侧门，块茎从侧门自动排 出，皮屑随水流从砂盘的周围间隙排出，该机为间歇生产。 （ 2）蒸煮装置 国内食品加工业使用的连续式链带蒸煮机和高压蒸煮锅，机体庞大，结构复杂，造价昂贵，小型果蔬原料食品加工厂引进使用有一定困难。在实际生产中，对马铃薯片的蒸煮要求并不高，使用自制的蒸煮装置完全可以满足要求。 图为一般食堂、饭店常用的蒸煮装置结构示意图。 在一个大 型蒸煮容器内铺设轨道，道轨通到容器大门外切片机附近。道轨上置放平板小车，小车上装有方形笼屉若干层。块茎切片后，依次放入笼屉。待所有的笼屉子都装满薯片后， 5 将小车连同笼屉推入容器中，密封大门，再通入蒸汽蒸煮。待薯片蒸熟后，打开大门，拉出小车和笼屉，取出薯片。 蒸煮容器为长方形，下部设有进气管道和阀们，上部有排气管。容器框架由角钢制作，外壁由钢板制造，并用隔热材料涂抹保温。 （ 3）化学去皮装置 在由防碱材料制成的容器中注入氢氧化钠溶液，溶液浓度为 15% 25%。加热溶液，温度达到 87 95 C，加入块茎搅拌使温度保持在 70 过 2 6 分钟，块茎的表皮开始变松变软；捞出块茎，用高压水反复冲洗，知道表面无残留物为止。捞出的块茎也可放入机械式去皮机中剥去表皮。 本法的优点是对不同大小、不同形状的块茎适合性好，去皮快，不需要结构复杂的专门设备。缺点是冲洗块茎需要大量清水，皮屑不能利用，排出的废液污染环境。 由于去皮方法不同，国内外马铃薯、胡萝卜去皮机械的结构形式也各不相同，去皮差异较大，去皮率大致为 7%其中机械去皮率为 最大，蒸汽去皮率为最小。 国内外几种去皮设备的去皮性能比较表 机型 L 离心式切屑去皮机 机械去皮机 蒸汽式去皮机 化学法去皮机 结构 简单 复杂 复杂 简单 对块茎原料的要求 卵 卵圆形，芽眼浅，无伤痕 卵 卵圆形，芽眼浅，无伤痕 无要求 无要求 产品质量 表面光滑，无污染，无蒸煮层 表面光滑，无污 染，淀粉损失大 表 表面光滑，有蒸煮层，无污染 表 表面光滑，无蒸煮层，有污染 皮屑 可利用 部分利用 部分利用 不能利用 有无加热设备 无 无 需要（ 150） 需要（ 85） 通过上表的比较分析以及联系本次设计的任务要求，同时结合我国在去皮机上的实际水平考虑经济性，达到能以最少的投资获得较好的经济效益，决定以机械去皮机为设计研究方案。在果蔬原料的加工预处理工艺中主要进行去皮的处理加工。 6 第二章 果蔬原料去皮机的结构设计 本结构 该机采用立式机型，主要包括工作圆筒，工作转盘，机架和传动部分，见装配图 作圆筒 工作圆筒部分包括圆柱形工作筒和倒梯形集皮槽。它由不锈钢薄钢板卷焊而成 （采用不锈钢是因为它具有良好的耐腐蚀性能承受一定的冲击载荷，具有较高的硬度和耐摩性，特别是对于此类食品加工设备，食品安全卫生状况最佳）。筒内壁为粗糙表面，以棕刚玉掺环氧树脂浇注、烘干而成。圆筒的侧壁开有带活门的出料口，物料块茎在离心力的作用下甩出来，碰在出料门的内壁上并改变方向，以便于物料的收集。出料口和排渣口的方位可根据接收容器的放置位置和方便操作来确定。 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。根据胡萝卜、马铃薯的生物学特性及物理特性，吸收手工去皮的基本原理，确定转盘的基本形 状为圆盘形，转盘表面为中心向四周辐射的凸起波纹状。为增大物料和转盘的摩擦，用棕刚玉掺环氧树脂通过模型浇注在盘的顶面上，大概 20，经烘干制成。亦具有一定的去皮作用。转盘下方设有随盘一起转动的挡水环，以防止清洗水进入轴承。 动系统 该传动系统采用 机安装在机架上水，整机结构简单、紧凑。 他 工作圆筒下部设有排渣口，清洗水连同物料皮渣一起从这里排出。 7 作原理 当去皮机工作时，工作转盘旋转，物料由斗形进料口加入，物料落到旋转圆盘表面上的 波纹凸起上时，受离心力的作用由工作圆盘的中心向外运动，同时被抛起向筒壁的粗糙表面并产生摩擦。物料不断的沿工作圆筒壁运动，上升到顶盖，又被顶盖挡回落入工作盘表面。物料在这样的往复运动过程中，被猛烈翻滚搅动，从而形成了与盘、筒壁及颗粒之间的以翻转、揉搓摩擦为主，撞击为辅的综合机械作用效果，从而达到去皮的目的。在摩擦去皮的同时，从进水孔注入清水，及时将擦下的皮通过转盘与筒壁的缝隙冲至排渣口排出机体。在不停机的情况下，打开出料口的活门，物料利用离心力从出料口卸出。卸料前应停止注水，以防止活门打开后从出料口溅出。 8 第三章 果蔬原料去皮机的参数确定 3 1 物料在工作圆筒内的受力分析 物料在转盘旋转时的受力情况如下图所示： 设波纹角为 ,物料的速度为 V。当转盘旋转时推动物料 A 运动。其运动方向垂直于波纹切线。 V 可以分解为 V 垂直 和 V 水平 ， 转盘平面平行，可以看作是转盘圆周速度 R， 式中 为 角速度（ 1/s） ,R 为转盘半径（ m） V 垂直 = =2 =22则 V 垂直 = （ m/s） 物料从垂直方向抛起的动能 E 垂直 =2121m(2 2R)2=81m 2(N m) 此动能应等于势能 ： 81m 2= 81 2=了正常运转，抛高 h 一定要超过物料在工作圆筒内的厚度，才能使最 低层的物料抛起与桶壁进行摩擦，所以用 代替 h，即 81 2=g 又因为 =30n，代入上式得 81（30n） 2 = g 化简得 n=602r/ (1) 角一般取 20。 30。 为了正常运转，仅把物料抛起还不行，还要保证物料能抛向侧壁进行摩擦，抛向侧壁的力 9 靠离心力为 C C= =)30( =9002 N） 此离心力应大于波纹对物料的摩擦力 T，才能使物料离开波纹抛向侧壁，摩擦力 T=) f 为摩擦系数 使 C T，即 9002 30转 /分 ) (2) 在设计计算时，应取（）、（）两式中的大值作为转速值，设计所选择的 3 2 工作转盘转速的确定 收购马铃薯、胡萝卜等物料时，其包装以编织袋居多，每袋，工作时每次倒入两袋（以袋的整数倍为一次计量），下面以此确定整机的尺寸和转速。 马铃薯、胡 萝卜的容量根据资料查找，选取一般值 kg/马铃薯、胡萝卜的长度一般取在 间考虑，转盘半径应与物料长度有一定的可比性，再考虑整机结构以及外形尺寸。 根据设计选定工作转盘半径 物料的堆高，根据公式 2R m 可以估算出，物料的堆高值 （）式可知，在 小于 。 时，转速随 的增大而降低，考虑转速不宜太高且能有较大的抛高，取 。 ，则由（）式计算转速最小值为 n r/ 马铃薯、胡萝卜与磨料的摩擦系数为 f （）式计算转速 n= r/以上两者中的大值。 但由于以上确定的转速仅适用于理想物料情况，实际工作中，由于物料之间的相互碰撞、摩擦和物料的弹性影响，物料在此转速下达不到计算高度，故 结合考虑 ，故最终选定工作转盘转速 n r/10 蔬原料去皮机功率的确定 去皮机的功率消耗包括： 克服物料对转盘摩擦力所需要的功率1； 克服物料对工作圆筒壁摩擦力所需要的功率2； 转盘抛起物料所作的功率3； 传动机构因摩擦而消耗的功率4以上功率分别以下公式计算 1（ W） 式中 处于圆筒内物料的摩擦力矩（ N m） N m） 式中 G 物料重力（ N） f 摩擦系数（ 2R 摩擦臂矩（ m） 物料与圆盘的平 均相对角速度（ 1/s） ,采用最大角速度的 1/2 60)30(21 故 12060 （ W） 2式中 在离心力的作用下物料与侧壁的瞬时摩擦力矩 （ N m） y 2 （ N m） 式中 物料圆周速度（ m/s） R 摩擦臂矩（ R =8R）（ m） y 2 = （ N m） 故 （ W） 603 （ W） 11 式中 s 工作转盘表面波纹高度（ m） k 波纹的数量 4用传动效率 表 示（ = 则消耗的总功率为： 604 8 01 2 02321G s n f 化简得480)814( 2 sn （ W） 结合上式根据经验公式，总功率可用以下式子进行估算 M（） 式中为转盘转矩（ N M） , 为传动效率 R 为摩擦 臂矩（ m） ， 为工作转盘直径） 根据上式则可算出工作转盘转矩 用近似值进行估算，达到生产要求所需的功率 虑到电动机效率及意外情况，取电动机功率为 12 机主要参数指标 型号 工作转盘直径 速 r/动机 （同步转速 r/ 生产能力 kg/h(对马铃薯、胡萝卜 ) 每次投料量 次去皮时间 约为秒 去皮得率 去皮损耗率 清洗水耗量 t/h 重量 13 第四章 主要零件的结构设计与计算 4 1 V 带轮结构设计计算 由上述 可知，电动机转速为 r/定功率，工作转盘转速为r/动比 =，电动机满载转速 n= r/天运转时间小于 h。 a 计算功率 由机械设计书表 8得工作情况系数A 取普通带带型 根据 c确定带轮基准直径 由表 8表 800据式 (8从动轮基准直径 00据表 8 500式（ 8验算带的速度 100060 11 100060 100720 根据 0.7(算主动轮上的包角 1 由式 (8 14 1 180 - 55712a dd 180 5574 8 9 1 0 05 0 0=133 120 (至少需要达到 90 ) 故可知主动轮的包角合适。 f计算普通带的根数 由式（ 8知 )( 由 20r/100 5，查表 8 =表 8 =表 8 L 根（合适） （ g） 计算预紧力 由式（ 8知 5002)查表 8 q=m,故 2) 0N=算作用在轴上的压轴力须确定传动作用在轴上的力8得p 2 =1997(N) 带轮结构设计 设计带轮时应满足的要求有：质量小，结构工艺性好，无过大的铸造内应力；质量分布均匀，轮槽工作面要精细加工（表面粗糙度一般应为 ,以减少带的磨损；各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀 等。带轮的材料选取的灰铸铁，结构为腹板式。见 15 4 2 传动主轴的结构设计计算 由于轴承的型号是根据轴端直径确定的，而且轴的结构设计是在初步计算轴径的基础上进行的，故 初步计算轴的直径 轴的直径可按照扭转强度法进行估算，即 d= P= n=150r/中为轴传递的功率， kw;n 为轴的转速， r/ 为由轴的材料和受载情况 确定的系数。轴用号钢材料，取。 则经过计算 2出轴的最小直径显然是安装带轮的直径，由于此传动主轴开有两个键槽，考虑到键槽对轴的强度的削弱，则 32+32 5 考虑到车螺纹，故取最小轴径 d=55定轴上零件的装配方案 本轴的零件的装配方案见装配图 轴的结构图见零件附图 c根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 （） L 21 段的轴段 为了满足工作转盘的轴向定位要求，考虑反转螺帽的旋入深度，工作转盘的厚度，此轴段所车的螺纹长度为 长 L 21 径 d=55） 的轴段 此段安装有轴承，考虑工作圆筒内的集皮空间和机架的厚度，此轴段的总长（由于此处选用凸缘式轴承盖进行密封，则轴承盖连接螺钉直径选 目 6个） 100径 d 65） 的轴段 此段主要是处于立式轴承座中，进行轴承的轴向固定起承载作用，故长度根据估算取 60 d=74） 54 段的轴段 此段的轴长主要是与大带轮发生联系，在其上安装有轴承，根据大带轮的带轮宽（ 16 1） =52合考虑取此处54 90mm,d=65） 65段的轴段 此段用来安装大带轮，由以上的大带轮宽度可取此处轴段长度65 52mm,d=55 2 1 轴上零件的周向定位 工作圆筒和大带轮的周向定位均采用平键联接 按 d=55b 1016 h (1095键槽用键槽铣刀加工，与工作转盘相连的键槽长取 大带轮相连的键槽长取 准 键长见 1096,同时为了保证大带轮与轴配合有良好的对中性，故选择大带轮轮毂与轴的配合为 H7/动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差是 4 2 2 确定轴上圆角和倒角尺寸 参考机械设计书，表 15轴端倒角为 452 4 3 滚动轴承的初步选择 因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用角接触球轴承，按照工作要求并根据d=65轴承产品目录中初步选取 0 基本游隙组，标准精度级的角接触球轴承 7213尺寸 为 2312065 成对使用，安装在立式轴承座上。 同时在驱动端安装一个膜片式弹簧圈对轴施加预载荷，所以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，球打滑可能会引起表面变粗糙，提高运转噪声。 轴承的润滑：该滚动轴承采用脂润滑。润滑脂是增稠剂和基础油的混合物，可分为以下润滑脂类型：（）由金属皂作为增稠剂与润滑油所构成的金属皂基润滑脂。（）由无机胶凝剂式有机增稠剂与润滑油构成的非皂基润滑脂。（）由有机式无机增稠剂与合成油构成的合成润 滑脂。该轴承选用号钙基脂为润滑脂。该轴承为长寿命润滑脂润滑，润滑间隔为一年。 17 第五章 主要零件的校核 5 1 滚动轴承的寿命计算 在确定滚动轴承的支点位置时，应从手册中查取 a 值，对于 7213角接触球轴承，由手册查得 a=25此作为外伸梁的轴的支撑跨距 25+60+25=110出轴承的径向载荷 0911101 F 0)11091(1102 F 根据计算得出 6521 6492则两者的方向相反 又因为 现以2因为 P= 3649N 则所选用的滚动轴承的寿命为 )(6010 6 h 对于球轴承而言 3 查表知 7213角接触球轴承的基本额定动载荷 C 51200N 根据上式计算其寿命得出 0 0 0 03 0 6 9 3 4 ，满足工作要求 又对所选角接触球轴承的静载荷进行讨论 3200 显然 综合可知，所选的 7213角接触球轴承符合工作要求。 18 5 2 轴的计算和校核 作出轴的计算简图 结合 7213角接触球轴承的计算数据，作出如下的轴的弯矩扭矩图 b轴的强度校核计算 根据轴的弯矩扭矩图可知其危险截面为轴承一所在支点处截面，根据轴的具体受载及应力情况，可知该轴为传动轴，主要承受扭矩。则按扭矩强度条件计算。考虑还受有不大的弯矩，则用降低许用扭矩切应力的方法予以考虑 轴的扭矩强度条件为： d 中： T 扭转切应力，单位为 轴所受的 扭矩，单位为 ； 轴的抗扭截面系数，单位为 n 轴的转速，单位为 r/ 轴传递的功率，单位为； d 计算截面处轴的直径，单位为 T 许用扭转切应力，单位为用号钢， T 值为 19 而通过对轴的计算， T,故轴的扭转 条件符合要求。 c按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面）的强度，由此轴的弯扭图可知，其危险截面为轴承一所在支点处截面，根据机械设计书中式（ 15 及上表中的数值，并取 ，轴的计算应力 ( 81700 70 以选定的轴的材料是号钢，调制处理。由表 15得 1 60安全。 d轴的扭转刚度校核计算 轴的扭转变形用每米长的扭转角 来表示 式中： 轴所受的扭矩，单位为 轴的材料的剪切弹性模量，单位为于钢材， 轴截面的极惯性矩，单位为 对于圆轴， 324d 阶 梯轴受扭转作用的长度，单位为 m. , 分别代表阶梯轴第 段上所受的扭矩、长度和极惯性矩，单位同前 阶梯轴受扭转作用的轴段数 综合上式计算出 m/)( 为轴每米长的允许扭转角，与轴的使用均合有关，对于一般的传动轴，可取 m/)( ；对于精密传动轴可取 m/ 。对于精度要求不高的轴， 可大于 m/)(1 显然对于本设计中所涉及的轴为一般的传动轴， ，符合扭转刚度要求。 综上所述，设计的轴满足工作要求。 20 第六章 总结 随着食品工业的发展，食品深加工已越来越被世界重视，特别是快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。美国是世界上最大的马铃薯生产国和出口国。该产业给美国带来了巨大的经济效益。近二十年来，继美国之后，德、法、荷兰、英、瑞士、丹麦、加拿大、日本等国家，也在致力于发展马铃薯食品加工业，从而使世界马铃薯食品加工业进入到当今兴旺发达的阶段。综观我国的马铃薯加工产业，虽然我国的马铃薯种植面积居世界第一，但却产生了我国有巨大马铃薯产量却需要巨额进口的强烈反差。一方面我国有着巨大的市场 需求，另一方面又是严重不足的生产加工能力。随着经济的发展，我国事物消费结构也在发生巨大的变化，快餐和休闲食品的消费将快速增长，同时马铃薯的消费趋势也将呈现多样化，其衍生产品的工业需求正在迅速增加。从宏观上看，一方面加入 供了巨大的发展机遇，另一方面还有着 13 亿人口的国内消费市场，可见马铃薯等果蔬原料的加工将焕发无穷的魅力也势在必行。 本课题的提出就是基于上述的实际需要出发，尤其是考虑到任何一种形式的果蔬原料加工，去皮都是其中一项必不可少且重要的操作环节。去皮效率的高低和安全卫生性将直接影响果蔬原料加工 的效益。针对这些特点所采取的设计方案不仅从实际产量要求出发，而且还结合经济最优化，以达到最低成本产生最大收益。本设计利用电动机为动力源，物料在圆筒形容器中，通过传动轴的作用，依靠带有磨料的工作转盘在中速或高速旋转中形成与工作转盘、筒壁及物料颗粒之间的翻转、揉搓摩擦为主，撞击为辅的综合机械作用效果从而达到去皮的目的。因此可知本课题的设计方案所依据的理论，证明是完全可行的。 本课题的设计涉及到机械制造、机械设计、理论力学、材料力学、工程材料基础等多种学科的知识。主要内容包括果蔬原料去皮机的结构设计、物料的受力分 析、主要参数的选择确定、主要零件的校核及分析说明，有完整的理论阐述和设计计算，并附有大量的装配和零件图，更加直观的对整个设计加以论证。其中对果蔬原料去皮机的关键部件 传动轴作了详细的力学分析和计算，并绘制出
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