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莲子剥壳机
莲子脱壳机设计【莲子剥壳机】
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南华大学机械工程学院毕业设计（论文）Study and Improvement for Slice Smoothness in Slicing Machine of Lotus Root De-yong YANG ,Jian-ping HU , En-zhu WEI , Heng-qun LEI ,and Xiang-ci KONG Key Laboratory of Modern Agricultural Equipment and Technology Ministry of Education Jiangsu Province Jiangsu University . Zhenjiang .Jiangsu Province .P.R.China212013Tel.: +86-511-8;Fax:+86-511-8Jinhu Agricultural Mechanization Technology Extension Station . Jinhu countyJiangsu Province .P.R.China 211600Abstract: Concerning the problem of the low cutting quality and the bevel edge in the piece of lotus root, the reason was analyzed and the method of improvement was to reduce the force in the vertical direction of link to knife. 3D parts and assemblies of cutting mechanism in slicing machine of lotus were created under PRO/E circumstance. Based on virtual prototype technology, the kinematics and dynamics analysis of cutting mechanism was simulated with ADAMS software, the best slice of time that is 0.2s0.3s was obtained，and the curve of the force in the vertical direction of link to knife was obtained. The vertical force of knife was changed according with the change of the offset distance of crank. Optimization results of the offest distance of crank showed the vertical force in slice time almost is zero when the offset distance of crank is -80mm. Tests show that relative error of thickness of slicing is less than 10% after improved design, which is able to fully meet the technical requirements. Keywords: lotus root; cutting mechanism; smoothness; optimization 1 Introduction China is a country of producing lotus toot, lotus root system of semi-finished products of domestic consumption and external demand for exports is relatively large. In order to improve efficiency, reduce labor intensity, the group work, drawing on the principle of the artificial slice based on the design and development of a new type of lotus root slice (Bi Wei and Hu Jianping, 2006). This new type of slice solved easily broken cutting, stick knives, hard to clean up and other issues, but the process appears less smooth cutting, and some have a problem of hypotenuse piece of root. In this paper, analyzing cutting through the course of slice knife, the reasons causing hypotenuse was found, and the corresponding improvement of methods was proposed and was verified by the experiments.2 Structure of Cutting Mechanism of Slicing Machine Cutting mechanism of the quality of slice lotus root is the core of the machine, the performance of its direct impact on the quality of slice. Virtual prototyping of cutting mechanism of slice lotus root (Fig.1) was built by using PRO/E, and mechanism diagram of the body is shown in Fig.2. Cutting principle of lotus slicer adopted in the cardiac type of slider-crank mechanism was to add materials inside, which can be stacked several lotus root, lotus root to rely on the upper part of the self and the lower part of the lotus press down, so that it arrives in the material under the surface of the baffle. While slider-crank mechanism was driven by motor, the knife installed on the slider cut lotus root. In the slice-cutting process it was found that parallelism of the surface at both ends of part of piece lotus was not enough, which can not meet the technical requirements for processing.Fig.1 Virtual prototyping of cutting mechanismFig.2 Diagram of cutting mechanism Study and improvement for slice smoothness in slicing machine of lotus root.3 The Cause of the Bevel Edge Uneven thickness and bevel edge of cutting were related with forces on the slice knife in the process of cutting. In accordance with cutting mechanism (Fig.2), without taking into account the friction and weight, the direction of force F of point C was along the link. Force F may be decomposed with a horizontal direction force component and a vertical direction force component. The horizontal force component pushed the knife moving for cutting, but the vertical force component caused the knife moving along the vertical direction. Because of the gap between the slider and the rail, the vertical force component made the blade deforming during the movement, and knife could not move along the horizontal direction to cut lotus root, which caused the emergence of bevel edge. Thus, to reduce or eliminate the vertical force component in the cutting-chip was key to solve the problem of bevel edge and improve the quality of cutting.When crank speed was 6990r/min, the horizontal and vertical direction of the force curve of point C connecting link and the blade hinge are shown in Fig.3 and Fig.4 respectively. As can be seen from the chart, with the crank speed improvement the horizontal and vertical direction of the force in point C also increased. The horizontal force changed relatively stable during 0s0.2s, which was conducive to cutting lotus, but the vertical force increased gradually. The more the vertical force was, the more detrimental to the quality cutting. Fig.3 Horizontal force of CFig.4 Vertical force of C4 Simulation and Optimization If improving flatness of the slicer, the structure was optimized to reduce the vertical force component, so as far as possible the level of cutting blade.When crank speed was 6090r/min the velocity curve and acceleration curve of the knife center of mass are shown in Fig.5 and Fig.6 respectively. According to the speed curve, the speed of the knife center of mass was relatively large in a period of 0.2s0.3s. In accordance with the requirements that the knife should have a higher speed during cutting lotus, so this period time was more advantageous to cutting than other terms. According to acceleration curve. When calculates by one cycle, the acceleration value was relatively quite small in the period of time, 0.15s0.3s compared with other time section. Which indicated that the change of velocity was relatively small, simultaneously the force of inertia was small, and the influence of vibration caused by the force was small to the slicer. Therefore,this period of time, 0.2s0.3s, to cut root piece was advantageous in enhances the cutting quality of lotus root piece.Fig.5 Velocity curve of center of mass of knife Fig.6 Acceleration curve of center of mass of knife Based on the above analysis, the vertical force component between link and the knife was the main reason for bevel edge. According to the characteristics of slider-crank mechanism, reducing the vertical force on the knife in the period of cutting time by altering crank offest was tried to enhance the quality of the cutting. When crank speed was 60r/min, the crank eccentricity was optimized. When the offest of the crank was 40mm, 20mm, 0mm, -20mm, -40mm, -80mm, -120mm respectively, the mechanism was simulated and the vertical force curves under different crank eccentricity were obtained, as shown in Fig.7.Fig.7 vertical force curves in different offest Fig.7 indicates that: When the eccentricity was positive, the vertical force on point C increased gradually in 0.2s0.3s with the increase of crank oddest: When the eccentricity was negative, the force decreased gradually first and then begun to increase along with -80mm. So when the offest was -80mm, the numerical of the force in 0.2s0.3s achieved the minimum and the quality of cutting was the best.When the crank rotated in the other speed, there were the same optimization results. Fig.8 show the curve of vertical force in the offest of 0mm and -80mm when the speed of crank was 80r/min. From the Fig.8 it is obvious that vertical direction of the force of point C in 0.2s0.3s reduced a lot when the eccentricity is -80mm. Therefore, the vertical force could be reduced by optimizing the slider-crank mechanism of eccentricity.Fig.8 Vertical force of C5 Experimental AnalysisThe relative error of thickness of lotus root piece reflects the quality of cutting. Which is generally controlled of 10%. There always existed bevel edge phenomenon and the relative error of thickness was about 15% before structural optimization and improvement, which was difficult to meet the technical requirements. The offset in the slider-crank mechanism was optimized, and its structure was improved according to the results of optimization. After improvement cutting test were done in the conditions of crank speed for 80110r/min and statistical data about the relative error of thickness was shown in Table.1. Four levels were separated in the experiment, three times for each level.Table 1 Relative error of thickness of slicingNOCrank speed (r/min)809010011016.6%6.4% 8.2%9.5%25.3%6.1%8.5%9.2%26.4%7.9%7.9%9.4%Average6.1%6.8%8.2%9.4% It is derived from Table.1 that the relative error of the thickness of slices could meet the technical indicators when the crank speed was 80110r/min, especially in the crank rotation speed 80r/min, 90r/min the relative error of thickness was less than 7%,and high quality was achieved.6 ConclusionThe vertical force component acted on the knife in the process of cutting was the main reason for surface formation and bevel edge, so the key of improving the quality was to reduce the vertical force. Through slice knife and velocity acceleration simulation analysis the best time for slicing, 0.2s0.3s, was obtained. By optimizing the offset of the crank the vertical force during cutting time was greatly reduced when the offset was -80mm. Experiments were made after improving the design of lotus root slicer, which results showed that by changing the offset of the crank, the relative error of the thickness could fully meet the requirements of less than 10%. So the problem was basically solved that the flatness was not ideal and was the issue of bevel edge.1References 1 Wei,B . jianping,H.: Study of lotus root slicing techniques and design of new model,Journal of agricultural mechanization research (12),112-114(2006)(in Chinese)2 Enzhu, w.:the simulation and optimization on the new slicing machine of lotus root based on virtual prototype technology .jiangsu university 2008)in Chinese)3 Ce ,Z .:mechanical dynamics .higher education press1999)4Xiuning ,C.:optimal design of machinery .zhejiang university press1999)5Liping,C.,yunqing,Z.,weiqun,R.: dynamic analysis of mechanical systems and application Guide ADAMS . Tsinghua university press ,Beijing(2005)Page 8 of 8南华大学机械工程学院毕业设计（论文）莲藕切片机切片平滑度的研究和改进杨德勇 胡建平 韦恩铸 雷恒群 孔祥次农业设备和现代技术的国家重点实验室江苏省教育部 江苏大学.江苏.镇江中国 江苏省 212013电话 +86-511-8:传真+86-511-8金湖农业机械化技术推广站中国 江苏省 211600摘要：针对莲藕切削质量不高和莲藕片的斜边问题，通过分析原因，改进的方法就是减少刀在垂直方向的力。在Pro/E的环境下创建了莲藕切片机的3D零件和装配体。基于虚拟样机技术，切片机的运动学和动力学分析是在ADAMS软件模拟实验下实现的，获得最佳的切削时间为0.2s0.3s，并且得到了刀在垂直方向上的力的曲线。刀在垂直方向上的力随着曲柄偏移量的变化而改变。曲柄的偏移量优化结果表明，当曲柄的偏移量为-80mm时，在切削时间里的垂直方向上的力几乎为零。测试结果表明，经过改进设计后，切片厚度的相对误差小于10，这是能够完全满足技术要求的。关键词：莲藕；切削机制；平滑度；优化1前言 中国是一个生产莲藕的大国，莲藕半成品系列食品的国内消费和外部的出口需求量比较大，为了提高工作效率，减轻劳动强度，设计工作组，在借鉴人工切莲藕片原理的基础上设计和开发一个新型的切片机（毕伟，胡建平，2006年）。这种新型的切片机容易解决切片易断，粘刀，难清理等问题，但过程中还是出现不平滑切削和一些斜边的现象。本文通过对切削时刀片的分析，发现了一些造成斜边现象的原因，并提出了相应的改进方法，并通过实验得到了验证。2 切片机切削结构原理莲藕切片的切削原理是机器的核心，性能直接影响切片的质量。在使用PRO / E平台下建立了莲藕切削原理的虚拟样机（图1），结构本身的原理图如图2所示。莲藕切片机的切削原理是通过核心的曲柄滑块机构往里面添加材料，它可以堆叠许多莲藕，莲藕依靠自己本身上部和下部的莲藕，以便它能够到达挡板的表面。曲柄滑块机构是由电机驱动，在滑块上安装刀片切莲藕。但在切削过程中，发现在一块莲藕两端面的平行度是不足够的，这不能满足加工的技术要求。图1 莲藕切削原理的虚拟样机图2 切片原理结构图切片机的莲藕片平滑度的研究和提高。3 斜边的原因厚薄不均匀和斜边问题与刀片在切削过程中的力量有关。按照结构原理（图2），不考虑相互间摩擦和重量的因素，C点的力F的方向是沿链接方向。力F可以分解为一个水平方向的分力和一个垂直方向的分力。水平分力造成的刀沿垂直方向移动切削，但垂直方向上的力造成的刀沿垂直方向移动。由于滑块和导轨之间的差距，垂直分力会使叶片在运动时变形，刀不能沿水平方向切莲藕，导致出现斜边。因此，解决斜边的问题和提高切削质量的关键是减少或消除切片时的垂直分力。 当曲轴转速为6090转/分钟，C点和刀片连接部位的水平和垂直方向的力曲线如图3和图4所示。从图上可以看出，当曲柄的速度提高后，C点水平和垂直方向的力也增加了，相对稳定的水平力有利于切削莲藕期间，但垂直方向上的力也逐渐增加。越多的垂直方向上的力，越不利于切削的质量。图3 C点的水平力图4 C点的垂直方向上的力4 仿真和优化如果提高切片的平整度，结构优化可以减少垂直分力，所以尽可能的要刀片保持水平。当曲柄速度6090转/分钟时，刀质量中心的速度曲线和加速度曲线分别如图5和图6所示。根据速度曲线，在0.2s0.3s时间里，刀质量中心的速度是比较大的。按照刀应该有更高的速度来切削莲藕的要求，这期间的时间切削比其他时间更有利。根据加速度曲线，一个周期计算，在0.15s0.3s的时间里，相比其他的时间段加速度值是相对比较小。这表明速度的变化相对较小，同时惯性产生的力小，切片机受力引起的振动影响小。因此，在0.2s0.3s里来切莲藕有利于提高莲藕片的切削质量。图5 刀片的质量中心速度曲线图6 刀片的质量中心加速度曲线 基于上述分析，刀片和链接之间的垂直分力是造成斜边的主要原因。根据曲柄滑块机构的特点，在切削时间段通过改变曲柄偏移来减少对刀垂直方向上的力，从而提高切削质量。当曲轴转速为60转/分钟，曲轴偏心率得到了优化。当曲柄偏移量分别为40mm，20mm，0mm，-20mm, -40mm, -80mm, -120mm时，在不同的偏移量下模拟其原理，获得了垂直方向上的力曲线，如图7所示。图7 不同偏移下的垂直方向上的力曲线图7表明：偏心率为正值时，在0.2s0.3s随着曲柄偏移量增加，C点的垂直方向上的力逐渐增加；当偏心率为负值时，随着曲柄偏移量的增加，力开始下降，然后在-80mm处开始逐步增加。所以，当偏移量为-80mm，力在0.2s0.3s的数值降到最低，这时切削质量是最佳的。 当曲柄在其他的速度旋转，有相同的优化结果。图8显示的是曲轴转速为80转/分钟、曲轴偏移量为0mm到-80mm时，垂直方向上的力。从图8可以看出，当偏移量为-80mm时，C点垂直方向的里在0.2s0.3s大大减少。因此通过优化曲柄偏移量可以减少垂直方向上的力。图8 C点的垂直方向上的力5 实验分析莲藕片的厚度相对误差反映了切削质量，一般控制在10。在结构的优化和改进前，总是存在斜边现象，厚度相对误差约为15%左右，这是难以满足的技术要求。对曲柄滑块机构的偏移量进行优化，并根据优化的结果，它的结构有了一些改进。改进后的曲柄，在速度的条件为80110转/分钟时，切削试验出来的厚度相对误差的统计数据如表1所示。从四个速度层次进行分析实验，每个速度层次进行三次实验。表 1 切片厚度相对误差 序号曲柄速度(转/分钟)809010011016.6%6.4% 8.2%9.5%25.3%6.1%8.5%9.2%26.4%7.9%7.9%9.4%平均6.1%6.8%8.2%9.4%来自表1的数据显示，当曲柄速度为80110转/分钟时，切片厚度相对误差能满足各项技术指标，尤其是当曲轴旋转速度为80转/分钟和90转/分钟时，厚度相对误差低于7，达到了较高的切削质量。6 总结 切削的过程中，表面不平整和斜边的主要原因是作用在刀组件上的垂直分力，因此提高质量的关键是减小垂直方向上的力。通过刀片质量中心速度和加速度模拟分析曲线得到，0.2s0.3s是切片的最佳时间。通过优化曲柄的偏移量，当偏移量为-80mm时，垂直方向上的力在切削时间大大减小。经过实验改进莲藕切片机后，实验结果表明，通过改变曲柄偏移量，厚度相对误差不到10，完全能够满足要求。因此，平整度不理想和斜边问题基本解决。参考文献1 胡建平.莲藕切片技术的学习和新的模型设计. 中国农业机械化研究（12）,112114.20062 韦恩铸.基于虚拟样机技术的新型莲藕切片机仿真优化.江苏大学,20083 张 策.机械动力学.高等教育出版社,19994 陈秀林.机械优化设计.浙江大学出版社,1999.5 陈丽萍,郑云群,容微群.机械系统的动态分析和应用指南ADAMS.北京:清华大学出版 社,2005第 7 页 共 7 页 莲子脱壳机设计 目 录 1 引言1 11 课题提出的背景112 莲子脱壳机械的发展213 莲子脱壳机械的研究应用现状9131 目前莲子脱壳机采用的脱皮原理9132 新型脱皮技术11133 莲子脱壳机械的工艺研究11134 莲子脱壳机械存在的问题1114 莲子脱壳机械研究重点12141 提高莲子脱壳机械的通用性和适应性12142 提高机械脱皮率。降低破损率1215 莲子脱壳机械应用前景展望1321 莲子去皮机的结构1422 工作原理1531设计前各项参数的确定1732 V带传动193.3 轴223.4 刮板结构233.5 半栅笼243.6 箱体253.7 壳仁分离装置253.8机架253.9附件26 参考文献29致谢301 引言11 课题提出的背景 生产莲子仪器以及在莲子贸易出口时，都需要对莲子进行预处理加工。莲子的预处理主要包括莲子的脱壳和分级、破碎、轧胚和蒸炒等。莲子在加工或作为出口商品时，需要进行脱壳加工。莲子在制取油脂时，脱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。传统的脱壳为人力手工脱壳，手工脱壳不仅手指易疲劳、受伤，而且工效很低，所以莲子产区广大农民迫切要求用机器来代替手工脱壳。莲子脱壳机的诞生在很大程度上改变了这种局面，使莲子产区的农民不必再采用最原始的脱壳方法进行脱壳，从而大大地减轻了农民的体力劳动，同时还提高了莲子脱壳的效率。莲子脱壳机是将莲子荚果去掉外壳而得到莲子仁的场上作业机械。由于莲子本身的生理特点决定了莲子脱壳不能与莲子的田间收获一起进行联合作业，而只能在莲子荚果的含水率降到一定程度后才能进行脱壳。随着莲子种植业的不断发展，莲子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。12 莲子脱壳机械的发展我国莲子脱壳机的研制自1965年原八机部下达莲子脱壳机的研制课题以来，已有几十种莲子脱壳机问世。只进行单一脱壳功能的莲子脱壳机结构简单，价格便宜，以小型家用为主的莲子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莲子脱壳机在一些大批量莲子加工的企业中应用较为普遍。国内现有的莲子脱壳机种类很多，如6BH一60型莲子脱壳机、6BH一20B型莲子脱壳机、6BH一20型莲子脱壳机等(技术参数见附表)，其作业效率为人工作业效率的2O60倍以上。锦州俏牌集团生产的TFHS1500型莲子除杂脱壳分选机组一次能实现莲子原料的脱壳、除皮、分选，是一种比较先进的莲子后期生产机械。伟民牌6BH一720型莲子脱壳机带有复脱、分级装置，采用搓板式脱壳、风力初选、比重分离清选等装置，具有结构紧凑、操作灵活方便、脱净率高、消耗动力小等特点。6BK一22型莲子脱壳机是一种一次喂料就可完成莲子脱壳工作的机械，经风力初选、风扇振动、分层分离、复脱清选分级后的莲子仁可直接装袋入库。6BH一1800型莲子脱壳机械采用了三轧辊混合脱壳结构，能够进行二次脱壳。而随着我国莲子产业的进一步调整，莲子产量逐年增加，莲子的机械化脱壳程度将大幅提高，莲子脱壳机械将拥有广阔的发展前景。莲子脱壳的原理很多，因此产生了很多种不同的莲子脱壳机械。莲子脱壳部件是莲子脱壳机的关键工作部件，脱壳部件的技术水平决定了机具作业刚莲子仁破碎率、莲子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，莲子仁破碎率是社会最为关心的主要指标。八十年代以前的莲子脱壳机械，破碎率一般都大于8%，有时高达l5%以上。加工出的莲子仁，只能用来榨油，不能作种用，也达到出口标准。为了降低破碎率而探讨新的脱壳原理，研制新式脱壳部件，便成为莲子脱壳机械的重要研究课题。从六十年代初，开始在我国出现了封闭式纹杆滚筒，栅条凹板式莲子脱壳机。自1983年以来，在已有的莲子脱壳部件的研制基础上，我国又相继研制了多种不同结构型式的新式脱壳部件，其主要经济技术指标，特别是破壳率指标大有改善。以下介绍一下我国上个世纪几种主要的莲子脱壳部件1封闭式纹杆滚筒，栅条凹板式莲子脱壳部件图 1六十年代初， 我国在吸收国外技术的基础上，研制了TH-340型莲子脱壳机，其脱壳部件是在一个圆筒上镶上若干根纹杆组成的封闭式纹杆滚筒，下面装有若干根圆钢条组成的栅条式凹板，如图1所示。在该机构中莲子进口大(3O-50毫米)，出口小(1O-25毫米)，工作时，莲子果在滚筒的推动下由进口向出口端运动，在滚筒和凹板的冲击、挤压、揉搓作用下直接脱壳，莲子受列脱壳机的直接搓擦作用，系强制脱壳，故破碎率高。脱壳时， 直径同凹板栅缝一样大小的单粒果及双粒果便从栅缝中分离出来，所以一次剥净率低，最高80。为了将混在一起的莲子仁和未脱果分离开来，采用栅条式凹板的脱壳机一般要配置分离机构。后来研制并生产的TH-47O型，6 BH-570型等型式的脱壳机，结构与其大同小异，脱壳质量均不理想。2 封闭橡胶板滚筒，直立橡胶板式脱壳部件该机的脱壳部件是由封闭胶辊和直立胶板组成，脱壳原理系挤压式，如图2所示图2作业时，莲子果在胶辊的推动下，通过脱壳间隙(520毫米)，由胶辊和胶板的挤压作用脱壳，避开了脱壳部件的揉搓作用,破碎率有所降低，但仍在5以上。另外，因直径小于脱壳间隙的小果未经脱壳便被分离出来，故一次剥净率很低，只有30%左右。所以不得不增设循环机构，以使莲子经多次挤压脱壳，致使机器结构复杂、庞大，造价较高。3 开式纹杆滚筒，编织凹板式莲子脱壳部件脱壳部件采用了由两根金属纹杆组成的开式纹杆滚筒和用编织丝网制成的编织凹板，其结构如图3所示图3作业时，莲子果在滚筒的推动下，受挤压揉搓脱壳，该结构与封闭滚筒式不同，莲子果受到开式滚筒的搅拌作用，脱壳力带有柔性，故其破碎率较低，可控制在3%-5% 。另外，与栅条式凹板不同，因系编织网孔凹板，脱壳时，只有直径小于网孔尺寸的单粒瘪果末脱壳而被网孔分离，双粒长果则漏不出来，仍被脱壳，故剥净率较高。4 立式脱壳机构脱壳部件采用了由两根扁钢条焊接而成的立式转子，下面装着用编织丝网制成的编织平底筛，该脱壳部件如图4所示。图4在脱壳室内，莲子果受立式转子的推动而相互磨擦，从而达到脱壳的目的，此方法系柔性揉搓脱壳。实践证明，该机破碎率较低，可控制在3以下。其缺点是由于采用立式传动， 故传动机构较为复杂。5 开式扁条滚筒，编织凹板式莲子脱壳部件采用了由三根扁钢条制成的开式扁条滚筒，和用编织丝网制成的凹板结构，如图5所示。作业时，莲子果在扁条的推动下随滚筒转动，在滚筒和凹板之间形图5 成一个活动层，莲子果在该活动层内互相揉搓而脱壳。由于在该机构中，避开了脱壳部件的直接挤压， 冲击的作用，而是莲子搓莲子，系柔性脱壳，故破碎率较低， 该机鉴定时实测破伤率(破碎率+损伤率)为091。另外脱净率及生产效率等指标亦较理想。13 莲子脱壳机械的研究应用现状目前国内莲子脱壳机从其脱壳原理、结构和材料上基本可分为以打击、揉搓为主的钢纹杆钢栅条凹板 以挤压、揉搓为主的橡胶滚筒一一橡胶浮动凹板两大类，但脱壳质量均不高，破损率都大于8 %，剥出的莲子米只能用于榨油和食用，满足不了外贸出口和作种子的要求。探索先进的脱壳原理是解决脱壳机现存问题的重要途径。131 目前莲子脱壳机采用的脱壳原理目前应用比较广泛的莲子机械脱壳原理有以下几种。撞击法脱壳 撞击法脱壳是物料高速运动时突然受阻而受到冲击力，使外壳破碎而实现脱壳的目的。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。甩料盘使莲子荚果产生一个较大的离心力撞击壁面，只要撞击力足够大，荚果外壳就会产生较大的变形，进而形成裂缝。当荚果离开壁面时，由于外壳具有不同的弹性变形而产生不同的运动速度，荚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 莲子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脱壳机。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，并与壳仁脱离，达到脱壳的目的。该种方法影响因素有，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 莲子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，外壳被切裂并打开，实现外壳与果仁的分离。其典型设备为由刀板转鼓和刀板座为主要工作部件的刀板脱壳机。在刀板转鼓和刀板座上均装有刀板，刀板座呈凹形，带有调节机构，可根据莲子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，特别是带绒棉籽的脱壳，脱壳效果较好。由于其工作面较小，故易发生漏籽现象，重剥率较高。该种方法影响因素有，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，调整到适当间隙，使莲子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籽粒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。莲子荚果进入胶辊工作区时，与两辊面相接触，如果此时荚果符合被辊子啮人的条件，即啮人角小于摩擦角，就能顺利进入两辊问此时荚果在被拉人辊间的同时，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，荚果受压产生弹性 塑性变形，此时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有，线速差、胶压辊的硬度、轧入角、轧辊半径、轧辊间间隙等。132 新型脱壳技术压力膨胀法 原理是先使一定压力的气体进入莲子壳内，维持一段时间，以使莲子荚果内外达到气压平衡，然后瞬间卸压，内外压力平衡打破，壳体内气体在高压作用下产生巨大的爆破力而冲破壳体，从而达到脱壳的目的。主要影响因素有，充气压力、稳定压力维持时间、籽粒的含水率等。真空法 将莲子荚果放在真空爆壳机中，在真空条件下，将具有相当水分的荚果加热到一定温度，在真空泵的抽吸下，荚果吸热使其外壳的水分不断蒸发而被移除，其韧性与强度降低，脆性大大增加；真空作用又使壳外压力降低，壳内部相对处于较高压力状态。壳内的压力达到一定数值时，就会使外壳爆裂。激光法 用激光逐个切割坚果外壳。试验显示，用这种方法几乎能够达到100 96的整仁率，但因其费用昂贵、效率低下等原因，很难得到推广。133 莲子脱壳机械的工艺研究在脱壳技术方面，除了在原理和设备上进行研究外，人们还在工艺上进行了研究以提高籽粒的脱壳率及脱壳质量。分级处理 物料的粒度范围大，必须先按大小分级，再进行脱壳，才能提高脱壳率，减少破损率。水分含量 莲子荚果的含水率对脱壳效果有很大的影响，含水率大，则外壳的韧性增加；含水率小，则果仁的粉末度大。因此应使莲子荚果尽量保持最适当的含水率，以保证外壳和果仁具有最大弹性变形和塑性变形的差异，即外壳含水率低到使其具有最大的脆性，脱壳时能被充分破裂，同时又要保持仁的可塑性，不能因水分太少而使果仁在外力作用下粉末度太大，可减少果仁破损率。134 莲子脱壳机械存在的问题目前我国在莲子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很大的提高。由于机械脱壳时对莲子仁的损伤率偏高，用于种子和较长期贮存的莲子仁至今仍是手工脱壳。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。14 莲子脱壳机械研究重点我国加入WTO以来，国内外关于莲子脱壳机械的开发与推广应用日益增多，针对现有莲子脱壳机械存在的优点与不足，在未来的发展过程中，对莲子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。141 提高莲子脱壳机械的通用性和适应性提高莲子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，许多莲子脱壳机械只是针对某一莲子品种和所在地区的生长环境来设计，其通用性、兼容性和适应性较差。提高莲子脱壳机械的通用性和兼容性，使研制的莲子脱壳机械通过更换主要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需要。莲子脱壳机械能否适应这种发展趋势，将直接影响到莲子脱壳机械能否更好的推广应用与健康发展。142 提高机械脱壳率。降低破损率对莲子脱壳机械的关键技术与工作部件进行重点攻关，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。目前国内外的莲子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莲子脱壳机械的发展前景。143 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。新技术原理、新结构材料、新工艺将不断应用于莲子机械的研制开发中，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，也是目前莲子脱壳机械需要尽快解决的问题。15 莲子脱壳机械应用前景展望莲子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，莲子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，虽然目前莲子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。在一些地区，用作种子和特殊用途的莲子仁仍采用传统的手工脱壳，劳动生产率低，区域性发展不平衡。进入21世纪，我国莲子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，也对莲子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，而且构筑了适合莲子生产机械化发展的新舞台，为莲子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。在一些地区推进莲子生产机械化的过程中，相继出台了鼓励和扶持农民购买莲子机械、开展莲子机械作业服务的优惠政策和措施，调动了农民购买莲子机械的积极性，形成了新的市场需求。随着莲子种植业的不断发展，国内外对莲子深加工产品的需求不断增大，提高莲子脱壳机械化作业水平成为必然。莲子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，促进了莲子加工业的科技进步，为莲子脱壳机械的发展提供了空间。2 刮板式莲子脱壳机的结构及工作原理21 刮板式莲子脱壳机的结构根据刮板式莲子脱壳机的脱壳原理可知道，莲子是从上至下依次经过集料斗、脱壳箱、栅格、下箱出口、分选口，莲子仁收集斗这些部件的，因此设计脱壳机的整体结构的依据就出来了。设计过程是从上往下，从莲子的装集开始，最上面是集料斗，集料斗下方是脱壳箱，集料斗可与脱壳箱设计为一个整体。在脱壳箱内，莲子必须经过刮板的撞击和挤压作用才能进行脱壳，因此，将刮板设计置在脱壳箱内。莲子经过刮板的撞击和挤压进行脱壳后，要经过位于脱壳箱底部的栅格，于是可以把栅格设计成一个半圆栅笼，将其固定在脱壳箱的下半箱内。莲子穿过栅格后经过脱壳箱底部的出口往下落，在下落过程中，设计一个风机的吹入口，其作用是将经过脱壳的莲子壳与莲子仁进行分离，重量稍重的不被风吹走，而重量较轻的莲子壳将被风机吹来的气流带入到莲子壳收集通道，通道的底部设计成一定角度。经过分离的莲子仁往下落，落入莲子仁收集通道，将此通道与莲子壳收集通道的底面设计成一个整体，这样的设计可以让被风吹走的莲子仁通过自身的重量往下回滚到花仁收集通道。为保证整机的各部分的安装，需设计一个机架，机架起到其它几个部分的支承、定位、连接作用，并将电机安装在机架里面，脱壳机安装在机架的上方。其结构简图如图2-1所示。图2-122 工作原理刮板式莲子脱壳机以前也称为刀笼脱壳机，是借助转动轴上的刮板与笼栅的挤压和打击作用，将莲子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1-1所示。它主要由进料机构、脱壳机构和支承机构等部分组成。图1-1莲子果进入存料斗后，经下部的入料窄口形成薄层流落下来进入脱壳箱内，与高速旋转的刮板相互碰撞，在刮板的锤击下，莲子壳发生破裂，从而进行第一次脱壳。部分莲子果在下落过程中没有与刮板发生碰撞，有些发生碰撞了而莲子壳却未撞裂，这部分莲子落入到由圆钢棒排列成的栅格上，由于栅格顶部与刮板的旋转外径间的间距不足以容纳一个莲子果，因此莲子果将在落入栅格的同时被刮板再次锤击和挤压，从而使这些莲子果的果壳也被压碎。脱壳后的仁与壳通过栅格间的间隙落下，在下落的同时，受到风机吹来的经调节好的气流作用，果壳因重量轻而被气流送入集壳通道，而莲子仁因重量大，继续往下落，从而达到了壳仁分离的目的。3刮板式莲子脱壳机主要部件的结构设计刮板式莲子脱壳机能否正常运转，看的是其主要部件的设计，如果设计不合理，机器就不能正常运转或者说不能运转，那么生产出来的这台机器就是一堆费品。设计合理，机器就能正常的运转对并对莲子果进行脱壳。因此，刮板式莲子脱壳机的主要部件的设计在整个设计过程中显得尤为重要，合理的设计将提供给使用者更多的方便和实惠。31设计前各项参数的确定311 刮板的半径及转速初定刮板的旋转必须确保能将部分莲子壳撞碎，当莲子果与钢质物体相对速度达到5时，可使莲子壳破碎而不会破坏到莲子仁，可根据此依据设计刮板的转速与半径。如图3-1所示，莲子下落位置在之间，设计时采用最小碰撞半径为计算半径取半径R=250mm，则n=382.2r/min结论：R=250mm，n=382.2r/min 图3-1312 刮板所需功率计算根据公式可计算出刮板所需的功率刮板对莲子做功：刮板改变莲子的动能：刮板改变莲子的势能 根据所给产量要求 1500kg/h,即0.417kg/s,此为莲子仁的产量，折合莲子果产量为0.417/纯仁率,根据国家标准，湖南所处地理位置可取莲子的纯仁率为69%,折合莲子果产量为0.604kg/s,此即每秒进入脱壳箱内被破碎的莲子果的重量。莲子接触刮板时初速度设为1m/s，方向向下，脱离刮板时速度为15m/s,方向向左，脱离刮板时相对初位置高度为500mmt=1sm=0.604kg/s=1m/s=15m/sR=0.5m=(0.302+67.95+2.96)W=71.212w加上刮板与莲子在栅格中挤压所需要的能量，P也不会超过500w。为计算电动机的所需工率Pd，先要确定从电动机到工作机之间的总效率。设、分别为滚动轴承和V带传动的效率，于是有=-0.8668电动机所需功率不会超过700W，由于给定电动机的功率为1.5kW，远大于此计算值，故所给电动机的功率完全符合要求。313 传动方案拟定由于刮板式莲子脱壳机的工作轴旋转速度较高，达到=382.2r/min可有两种选择，第一种是采用一级V带传动，第二种是采用两级混合传动，而很明显的，若采用两级传动方案，将会致使机器的结构复杂，而且成本升高，所以选用一级V带传动。314 电动机的选择根据所给的功率及同步转速，可选用的电机型号有两种 Y90L-4型 和 Y100L-6型根据电动机的满载转速和刮板转速可算出总传动比，现将此两种电动机的数据和传动比列于下表方案号电机型号额定功率kw同步转速r/min满载转速r/min总传动比 i1Y100L-615100094024592Y90L-415150014003663由上表可知：方案1总传动比虽小，转速低，但价格高，作为家用机械的电机不是太合算，故选择方案2，即电机型号为Y90L-4。查表得此种电动机的中心高H=90mm，外伸轴径为24mm，轴的外伸长度为50mm。315 传动装置的运动和参数计算轴的转速轴的输入功率=1.35kw轴的转矩32 V带传动首先列出设计的基本条件电机型号：Y90L-4额定功率：1.5kw转速：=1400r/min传动比：=3.663假设每天运转时间t10h1.确定计算功率查表得工作情况系数 =1.1=1.11.5=1.65(kw)2选择V带带型根据、查得最适合的带型为A型3确定带轮基准直径由主动轮基准直径系中选取，从动轮基准直径为验算带的速度v=因此所选带的速度合适4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=1972.36mm由V带的基准长度系中选取基准长度计算实际中心距a5验算主动轮上的包角主动轮包角合适6计算V带的根数z由,=3.663查表得，代入数值，经计算Z=1.984取z=27.计算预紧力8计算作用在轴上的压轴力代入数值计算得=482.7N9.V带轮的结构尺寸计算及选用带轮材料选用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，主要结构尺寸如下单位：mm尺寸类型小带轮大带轮75280基准宽度11.011.0基准线上槽深2.752.75基准线下槽深8.78.7槽间距e150.3150.3第一槽对称面至端面距离f轮缘厚d1212带轮宽B3535外径80.5285.5轮槽角极限偏差孔径2616轮毂长50354832轮辐厚82016230.5具体结构设计见零件图3.3 轴轴的转速轴的输入功率=1.35kw轴的转矩1 初步确定轴的最小直径先按经验公式算邮轴的最小直径，选取轴的材料为45钢，调质处理。查表选取，于是得2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3-23 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度（1）为满足V带轮的轴向定位，1-2轴右端制一轴肩，故取2-3段直径=22mm，左端用轴端挡圈定位，取直径D=22mm。V带轮与轴配合的毂孔长试为35mm，为保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴端面上，故1-2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,其基本参数如下表6204基本尺寸安装尺寸极限转速DB脂润滑油润滑25521513146
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