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板栗脱蓬机设计The machine design of chestnut off目录目 录设计总说明IINTRODUCTIONII1概述11.1背景11.1.1板栗脱蓬机的现状与发展11.2产品设计依据22主要设计内容32.1总体结构设计32.2电机的选择42.3传动系统的设计与计算42.4V带轮的设计52.4.1电机与辊轮的带轮设计52.4.2振动筛带轮与风机带轮设计72.5轴的设计与计算72.5.1辊轮轴的设计72.5.2振动筛轴的设计82.5.3辊轮结构设计102.6振动筛的设计112.7连杆机构的设计122.8箱体的设计133强度校核143.1轴的强度校核143.2楔键的强度校核154使用注意事项165设备的维护与保养16鸣谢18参考文献19设计总说明设计总说明板栗是人们都很喜欢吃的零食，需求量很大，然而板栗被包藏在长满刺毛的总苞内，苞内有1-7个板栗坚果。到了收获的季节因为表面的毛刺难以去除，导致农民手工脱蓬劳动强度大，生产效率低。本课题设计的板栗脱蓬机，通过全机械解放了农民的双手，大大地提高了生产效率。该机器由Y100L1-4电动机驱动，通过皮带的传动，实现主要工作部件棍子、振动筛、风机的运作，板栗苞经过棍子的敲打、与桶壁的摩擦、自身的摩擦实现板栗拖蓬，脱蓬后的板栗和外苞经过栅笼掉落到振动筛中，振动筛把板栗坚果和板栗蓬分离，板栗坚果和板栗蓬小碎末掉落到下一层振动筛中，上层的板栗蓬和下层的小碎末走到振动筛末端的时候因为重量太轻而被风机吹走，实现了板栗坚果和板栗蓬间的分离。关键词：板栗；棍子；振动筛；风机IIABSTRACTINTRODUCTIONChestnut is that people liked to eat snacks, great demand, however, is a riddle wrapped in chestnut covered with bristles within the involucre with 1-7 bud chestnut nut inside. The harvest season because the surface is difficult to remove burrs, resulting in farmers hand-off Punta labor-intensive, low productivity.This topic designed chestnut Punta machine off by the whole machinery of the liberation of the hands of farmers, greatly improving production efficiency. The machine is driven by a motor Y100L1-4, through the belt drive, to achieve the main working parts of the stick shaker, fan operation, chestnut bud after beating stick, friction with the barrel wall, its friction drag Punta achieve chestnut, off Punta after the chestnut and the outer shell through the gate to the cage fall shaker, and the shaker bottle isolated chestnut nuts and chestnut, chestnut and chestnut Punta nuts fall to the next layer of very fine small shaker, the upper and lower chestnut Punta Unqualified small shaker come the end of time because the weight is too light and was blown away by the fan, to achieve the separation of chestnut nuts and chestnut between Punta.KEYWORDS: Chestnut；Stick；Shaker；Fan毕业设计题目毕业设计说明书1 概述1.1 背景板栗是壳斗科栗属植物，又名栗子、风栗，现已多为人工种植。板栗一直是人们青睐的营养食物，加上近些年来人们对健康的要求越来越高，板栗自然成为被热捧的营养食物，板栗中含有大量的植物蛋白、维生素、胡萝卜素、钾、锌、铁矿物质和多种微量元素，能够起到养颜、养胃、健脾、补肾等功效。板栗适合多种多样的加工方法，所以关于板栗的加工品也越来越多，例如板栗蛋糕、板栗酱、板栗饼、板栗糕等。加上这几年一些地方政府发展旅游业，对于板栗糕。板栗饼等手信类食品需求较大，如湖北省和河南省就是生产板栗的大省，他们的种植出来的板栗和有关板栗的副食品出口到国外，农民以前都是依靠手工来脱蓬，生产节奏已经跟不上时代的步伐了，所以提高板栗的生产效率显得尤为的重要。1.1.1 板栗脱蓬机的现状与发展板栗脱蓬机是通过机械加工去除外苞从而获得板栗坚果的机器，板栗脱蓬不能在采摘的时候一同完成的原因是板栗本身的生理特性，只能在板栗坚果水分在一定标准范围内才能进行高效地脱蓬。近些年来由于人们对板栗的需求量大，我国板栗产量逐年攀升，带动了以板栗为中心的很多产业，板栗，作为我国历史悠久的农作物，已成为国家生态经济林树种，而且国家林业局已经把板栗定位为全国六大战略性干果和五大优势经济林之一，板栗产业的发展已受到越来越多人的关注。为了解放生产力，解决农民板栗脱蓬的难题，板栗脱蓬机的研究成为了关键。现在农业已经开始全面推进自动化生产，普通的小型生产户也开始使用机械来代替人工，减少体力劳动，生产效益也大大地提升。近些年来围绕着板栗脱蓬的研究也越来越被重视，推广的力度也逐年增大，但是前些年脱蓬机存在的一些问题使得推广有些难度，第一：价格普遍偏高，一台脱蓬机价格大概在2000元左右，作为一名普通农民来说，这个价格难以接受，第二：推广的地区多为经济较为发达的地区，一些偏远的地方，农民依然是使用原始的人工脱蓬的方法进行脱蓬，难以实现脱贫。但是经过这几年的推广，广大农民都可以自己在家通过网络来购买自己需要的板栗脱蓬机了，普及率大大上升，实现了农民真正的解放双手，而机械造福了人类。同时，板栗脱蓬机的发展不但符合了现在人们对板栗需求量大的刚需，还为板栗生产自动化的进步推了一把，在一些地方，已经有围绕着板栗而研究的一系列自动化生产机械，如板栗采摘升降台，采摘器等等。1.2 产品设计依据通过查阅大量关于板栗脱蓬机的产品，发现六十年代的产品普遍存在脱蓬的破坏率高，有些机器破坏率高达15%，生产出来的板栗无法出售，只能用作压榨食用油，或者农户自己加工成板栗的加工品，如板栗糕，板栗饼等。进入到二十一世纪，推广面最广的，农民使用数量最多的脱蓬机大概分为下面两种形式：立式和横式板栗脱蓬机。立式脱蓬机利用板栗的自身重力和锥度螺旋揉搓式原理原理，在螺旋片和桶壁的作用下进行板栗果和板栗蓬的分离，优点是单相电源、耗电低、体积小、重量轻，便于安装和移动，但其缺点也比较明显，就是脱蓬率不高，没有板栗蓬和板栗的分离装置，导致使用后的后续工作量大，使用体验差。横式板栗脱蓬机可分为单辊轮和双辊轮。双辊轮利用两个辊轮见的转动差来实践对板栗的摩擦挤压，达到脱蓬的目的，因采用软硬辊轮，所以破壳率较低，但是结构复杂，制造成本和维修成本高，不适合家庭式农户使用。单棍子式采用打击、挤压、摩擦原理达到脱蓬目的，成本低，维修方便，但是市面上这种脱蓬机制造较粗糙，棍子的钉末端没有封口，而且采用铁等硬材料，使得板栗果的破碎率较高。2 主要设计内容22.1 总体结构设计该脱蓬机主要由机架、辊轮、打钉、筛网、风机、电机、连杆机构、栅栏等几部分组成，其结构示意图如下：该板栗脱蓬机的工作原理是板栗苞通过进料斗，首先经过在辊轮、打钉和栅栏的摩擦挤压、打击，已经破碎后的板栗果和外苞经过下面的栅栏下落到筛网，筛网的运动由连杆机构控制，筛网有一定的斜度，震动下会让质量较轻，表面积较大的外苞留在筛网上，当走到筛网末端时由于风机的作用，质量较轻的板栗外苞会被吹到外面，而板栗果和比较小的外苞碎屑通过筛网上的孔下落到下面的送料机构上，由于质量大不会被风机吹走，下落到下面的收集盘上，而外苞碎屑就会随风机而被吹走，这样就完成了一次板栗的脱蓬。2.2 电机的选择辊轮、振动筛、风机的动力源依靠电机输出，因此电机的选择需要保证各个部分能共正常工作，经过查阅其他设计文献、和商家进行交流，确定辊轮的转速范围在450-650r/min时，板栗脱蓬的效率最高，脱蓬率高，板栗果破碎率低，最终选定了辊轮的转速为597r/min，需要分配的功率为1.5KW。振动筛的震动频率为15HZ，所以振动筛带轮的转速为900r/min，需要分配的功率为0.29kW。风机功率的确定：设定风机转速为1800r/min、流量Q=2006m3/h、全压P=501Pa，此时产生的风力能最大限度地满足分离需求：风机的功率：P=QP3600100001=2006501360010000.80.92=0.38kW其中 风机的内效率 0=0.8； 机械效率 1=0.92脱蓬机总功率P=1.5+0.28+0.38=2.17kW通过查阅机械设计基础课程设计指导书确定选用的电机为：电动机型号额定功率/KW满载转速/(r/min)额定转矩Nm最大转矩NmY100L1-42.214202.22.22.3 传动系统的设计与计算电机的转速n1=1420r/min；辊轮的转速n2=597r/min；振动筛的转速n3=900r/min；风机的转速n4=1800r/min电机与辊轮间的传动比i1=n1n2=1420597=2.4；辊轮与振动筛间的传动比i2=n2n3=597900=0.67；电机与风机间的传动比i3=n1n4=14201800=0.792.4 V带轮的设计设计：采用普通V带传动，每天工作8h。2.12.22.32.42.4.1 电机与辊轮的带轮设计1.确定计算功率Pca通过机械设计查表得工作情况系数KA=1，故Pca=KAP=11.88=1.88KW2.选择V带的带型根据Pca、n1查图8-11选用A型皮带。其轮槽截面尺寸：bd=11.0mm; hamin=2.75mm; hfmin=8.7mm; e=150.3mm; fmin=9mm3.带轮基准直径dd的计算与验算带速v1）初选小带轮的基准直径dd1。由表8-7和8-9取小带轮的基准直径dd1=106mm2）验算带速vv=dd1n1601000=1061420601000=7.88m/s因为5m/sv1206确定V带根数z单根V带的额定功率Pr由dd1=106mm和n1=1420r/min，查表8-4得P0=1.465kW；根据n1=1420r/min，i1=2.4，和A型带，查表8-5得P0=0.17kW;查表8-6得K=0.98，查表8-2得KL=1.02所以：Pr=P0+P0KKL=1.465+0.170.981.02=1.6kW确定V带根数zz=PcaPr=1.881.6=1.175取2根。7.计算确定单根V带的初拉力F0查表得A型带的单位长度质量q=0.105kg/mF0=500(2.5-K)PcaKzv+qv2=5002.5-0.981.880.9827.88+0.1057.882=99N2.4.2 振动筛带轮与风机带轮设计振动筛带轮和风机带轮的设计步骤与辊轮带轮设计相仿，具体关键参数如下:带轮A型普通V带根数z带基准长度/mm带轮基准直径/mm中心距范围/mm单根带初拉力/N振动筛带轮11600160452-52432风机带轮1112085393-434442.5 轴的设计与计算2.52.5.1 辊轮轴的设计2.5.1.1 辊轮轴最小直径的确定已知辊轮的转速n2=597r/min；取皮带轮的传动效率2=0.96输出轴上的功率P2=P2=1.880.96=1.8kW电动机轴的输出转矩Td=95501.881420=12.6Nm辊轮转矩T3=Tdi13=12.62.40.96=29Nm轴的材料选取45钢，进行调制处理，根据机械设计中表15-3，取A0=112所以初步轴的最小直径：dmin=A03P2n2=11231.8597=23mm为了使轴的直径与带轮的配合孔径相适应，取轴的最小直径为30mm。2.5.1.2 辊轮轴的结构设计（1） 拟定轴上零件装配及各轴段长度与直径辊轮轴的结构如下图所示：1） 轴段1-2与皮带轮配合，长度依据皮带轮设计，所以左轴端L1-2=50mm，d1-2=30mm。2） 初步选择采用GBT7810-1995带立式座轴承UCP208 ，此轴承带顶丝，轴向固定方便，而且配有油杯，润滑较为方便，轴承与轴心线允许有偏斜5。孔径为40mm，所以d3-4=d7-8=40mm，为了和轴承配合，L3-4=L7-8=50mm。3） 3）辊轮长度为580mm，故轴L5-6=580mm，d5-6=45mm。4） 4）其余轴段2-3和6-7为过渡轴段，其长度分别取L2-3=40mm，d2-3=35mm，L6-7=30mm，d6-7=43mm。（2）键的选择左轴端与皮带轮配合，采用楔键连接，键的上表面和轮毂键槽的底面有1:100的斜度，用楔键连接，轴和轮毂槽接触部分产生很大的预紧力，工作时靠摩擦力传递扭矩，并能够承受单向的轴向力，辊轮与皮带轮的连接采用GBT1564-2003普通C型楔键828。2.5.2 振动筛轴的设计2.5.1.3 振动筛轴最小直径的确定已知振动筛轴的转速n2=900r/min；取皮带轮的传动效率2=0.96辊轮与振动筛间的传动比i2=0.67；辊轮消耗的功率P3=1.5kW辊轮轴上输出的功率P4=P2-P32=(1.8-1.5)0.96=0.29kW辊轮转矩T4=T3i22=290.670.96=19 Nm轴的材料选取45钢，进行调制处理，根据机械设计中表15-3，取A0=112所以初步轴的最小直径：dmin=A03P4n3=11230.29900=15mm为了使轴的直径与带轮的配合孔径相适应，取轴的最小直径为25mm。2.5.1.4 振动筛轴结构设计（1） 拟定轴上零件装配及各轴段长度与直径振动筛轴结构如下图所示：1） 轴段1-2与皮带轮配合，长度依据皮带轮设计，所以左轴端L1-2=25mm，d1-2=25mm。2） 初步选择采用GBT7810-1995带立式座轴承UCP206 ，此轴承带顶丝，轴向固定方便，而且配有油杯，润滑较为方便，轴承与轴心线允许有偏斜5。孔径为30mm，所以d2-3=d5-6=30mm，考虑到装配尺寸以及合理性，定L2-3=44mm，L3-4=38mm，L4-5=257mm。3） 轴端5-6是与连杆配合，具体如右视图所示，其轴向长度L5-6=5mm，方形轴的边长为20mm，在右轴末端钻有一直径为8mm的螺纹孔，与GBT703-2000内六角沉头螺钉配合，确定连杆的轴向定位。2.5.3 辊轮结构设计辊轮机构通过摩擦挤压和打击的方法板栗脱蓬，其构造形式如下图：辊轮设计成空心，可以减少材料的同时，还可以减轻辊轮的质量，降低电动机的负荷，辊轮的直径为300mm，长度为584mm。辊轮上的钉直径为20mm，长度为67.5mm，均采用电焊焊接在辊轮上，末端做成球面，在其外面套一个厚度为2.5mm的软橡胶套。末端球型是为了防止板栗在脱蓬的时候被打坏，软橡胶套能够保护板栗果不被蓬刺刺伤，降低了板栗脱蓬时的破碎率。打钉平均分为4排，在一排内的打钉距离为70mm，排与排之间打钉逐渐错开10mm，这样有利于板栗苞在滚筒里面运动充分，增加板栗脱蓬的时间，一定程度上保证了脱蓬率。市面上大多数的板栗脱蓬机内部都是做成空心的，但是辊轮里面没有支撑的结构，结构强度欠缺，此次设计的辊轮内部焊有6个支架，支架两端与主轴焊接，三边与辊轮的内壁焊接上，这样子辊轮的整体强度就会增强，保证了脱蓬机构使用的可靠性和提高了脱蓬机的耐用性。1232.6 振动筛的设计振动筛机构如下图所示：振动筛主要由筛网、筛盘、连杆机构、振动筛支撑条、振动筛支撑侧板组成。经过调研板栗的尺寸，确定筛网的孔径大小为30mm，这尺寸会使板栗顺利落下到筛盘，而比较大的外苞则留在筛网。筛网和筛盘的倾斜角度约为5度，有利于外苞和板栗落下和传送到振动筛出口处，振动筛的工作频率定为15Hz。工作原理：皮带轮带动振动筛轴转动，带动连杆机构的运动，在连杆机构的带动下，筛网和筛盘一起做往复运动，板栗苞通过上面的辊轮机构和栅栏被分离成板栗和外苞下落到振动筛，较轻的板栗苞会浮在上面，质量较重的板栗和一些比较小的小碎屑就会通过筛网下落到筛盘，由于带有斜切角度和振动的作用下，板栗和外苞会顺利被输送到振动筛口，达到传送和分离的效果。2.7 连杆机构的设计连赶机构如图所示：上图所显示的连杆机构只是其中较为重要的一部分，其机构由连杆1、挡块、内六角沉头螺钉、连杆2、连杆座等组成。由振动筛轴的动力带动连杆1运动，从而带动连杆2和连杆座做往复运动，连杆座固定在振动筛盘上，但振动盘可在一定范围内进行摆动，达到了振动的效果。连杆1与轴的轴向定位初始是设计成用楔键作为其定位的，但是考虑到连杆运动频率较大，且不是很稳定，用楔键连接会让机器用就后出现松动的情况，并且楔键连接会影响连杆2的运动的正常性，所以设计成用挡块和沉头螺钉作为轴向定位，能够很可靠地确定连杆1的轴向定位。2.8 箱体的设计箱体结构如下图所示：箱体安装在板栗脱蓬机的支架上，由箱座、箱盖、进料斗、栅栏组成。箱体两边和支架各用5颗C级M8六角头螺栓连接。进料斗设计在箱盖上，开口有一定的斜度，方便把板栗苞放进脱蓬机箱体内。上下箱体长均为600mm，直径为500mm，箱座两侧面均有直径为50mm的通孔，而箱盖除了有50mm的通孔外，由于箱盖的高度与带立式座轴承的中心高度有关，所以箱盖下端有50mm的过渡区域。栅栏焊接在箱座内壁，栅栏的材料为直径是16mm，长度为578mm的螺纹钢，其表面有螺纹，能够增加板栗苞与栅栏间的摩擦力，提高脱蓬率，栅栏间距为30mm，栅栏能让已经脱蓬的板栗和外苞下落到振动筛上，而还没有被脱蓬的板栗苞则被打钉继续进行脱蓬运动，直到脱蓬完成。3 强度校核33.1 轴的强度校核板栗脱蓬机共有三根轴，分别为辊轮轴，震动筛轴和风机轴，这里只对受力较大的辊轮轴进行强度校核。其余两个轴受力较小，不作详细进行强度校核。辊轮自重m1=8kg，进料斗喂料量m2=1kg/s所以辊轮轴中间所受径向力F1=m1+m2g=8+19.8=88.2NV型带作用于辊轮轴的压力：F2=2zT0sin2=22sin1692=71N其中：z为皮带轮需要v带的根数；T0为单根v带的初拉力；为带轮包角根据计算绘制出轴的弯矩图和扭矩图如下：从轴的弯矩图和扭矩图可以看出截面C为危险截面，所以校核时只校核危险截面C的强度：取=0.6轴的抗弯截面系数W0.1d3=0.1453=9112.5ca=M12+（T3）2W=145002+（0.629000）29112.5=25.4MPa轴的材料为45钢，调制处理，查机械设计表15-1得-1=60MPa，因此ca-1，故辊轮轴安全。3.2 楔键的强度校核辊轮轴与带轮的连接采用GBT1564-2003普通C型楔键828楔键连接，故：楔键连接的挤压强度条件为：p=2Fbl=12T103bl(b+6fd)p其中:传递转矩 - T3=19Nm； 轴的直径 - d1-2=30mm； 键的宽度 - b=8mm； 键的工作长度 - l=28mm； 摩擦系数 f=0.15；p查表6-2得p=60MPa故：p=2Fbl=12T3103bl(b+6fd1-2)=1229103828（8+60.1530）=44MPap故楔键强度合格。风机、振动筛与带轮连接的楔键强度校核同理。4 使用注意事项1. 板栗脱蓬需要板栗中还水量达到一定范围，经过实践结果表明，含水量在90%为最佳，水分过高时，脱蓬的破碎率会提高；2. 使用板栗脱蓬机脱蓬前，需要把脱蓬机先打开，先让辊轮空转一会，确定运转正常后方把板栗苞放进进料斗；3. 当脱蓬机开始工作后，严禁把身体任何部分放进进料斗，以免被高速旋转的辊轮和打钉打到；4. 脱蓬机工作时，严禁把硬物放进进料斗，如石头，粗树枝等，以免硬物反弹弄伤操作者和使机器损坏；5. 在脱蓬的过程中，如发现振动筛上的物料有积累，排料不顺时，需停机后在处理堆积的物料，并检查振动筛工作是否正常；6. 往进料斗放板栗苞要注意均与，不能一次放进太多的板栗苞，建议20-30kg/min；7. 如发现板栗不能通过筛网顺利下落到筛盘时，停机观察，若是筛网孔径过小的，及时更换孔径较大的筛网；8. 机器工作时，发现有异响时，需停机，通知相关维修人员维修，严禁私自拆装，以免发生事故；9. 确定机器连接在有漏电保护开关的电源上，且机器工作时，以免发生漏电事故；10. 机器的清洗需要避开电动机，等机器完全风干后方可使用，以免发生漏电事故。11. 按下机器开关停机后，需等辊轮完全停止、隔离电源后方可进行清除物料等操作；12. 脱蓬机工作不能连续工作超过6个小时，在连续工作4个小时候需要停机，让发动机和皮带休息，不然会缩短发动的寿命和加快皮带的老化。5 设备的维护与保养1. 机器的运动件大部分是高速旋转的部件，工作时间长了后，零件间的配合会出现松动、配合不佳等情况，需要定时检查各零件配合是否正常；2. 机器采用的轴承为带立式座轴承，带立式座轴承配有油杯，需要定期注入新的润滑油，保证脱蓬机工作的可靠性；3. 打钉上的软塑料套磨损后或者使用时间过长发生老化后需要及时更换，以免脱蓬时把板栗打碎；4. 机器的传递动力靠带轮实现，若发现带轮与皮带配合不紧，或出现打滑现象时，
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