土豆清洗装置

绪论1.1土豆文化土豆有时候还被人们称为“洋芋”或“马铃薯”，是生长在土里并从土里挖出来的，是一种极其特殊的作物。实际上，它对整个人类社会的发展有着深刻的意义和影响，但却鲜为人知。生活中，以土豆作为原料的菜肴种类颇多，它被用于早餐、午餐和晚餐，成人和儿童都可以食用，而且土豆富含多种营养成分，被大多数人所喜爱。土豆富含能提供能量的碳水化合物，却不含任何脂肪，人们可放心食用。食用150g土豆，可以为人体提供：45%的人体每日所需的维生素C；21%的每日所需的钾；3g纤维；却仅仅有100卡热量。作为蔬菜的一种，土豆有助于人们实现每日最低食用5次蔬菜和水果的目标。并且增加蔬菜和水果的摄入，能够有效减少例如癌症等慢性病的感染。根据有关实验报告显示，土豆的营养价值是胡萝卜的2倍，大白菜的3倍，西红柿的4倍。尤其是维生素C的含量居蔬菜之首。土豆是地下块茎植物，在收获时会沾有泥土，而且形状不规则，一般呈椭圆形，表面有很多小凹坑。土豆皮薄，很容易受力破损，另外土豆对温度很敏感，温度过高过低都会影响其质量。因此，对土豆的清洗要求很高，清洗效果直接影响土豆淀粉的质量，如淀粉的白度和杂质的含量。1.2选题目的清洗是一项劳动，在远古的时候人类就已经开始从事这种劳动，它伴随着人们度过了漫长的岁月，它和人们的生活息息相关，涉及到人们生活的各个方面。传统的清洗在人们看来不过就是一项简单的劳动，人们并没有过多的花费心思来关注它，它对于人们来说只是依附于生产过程中的一道工序。现如今，人们的生活已经不再是只求温饱的阶段了，已经进入到了一个全新的舒适时代。在这样的生活时代里，人们对产品的清洗有了越来越多的要求，社会中也出现了许许多多以前从来没有见过的新事物，例如清洗设备、清洗剂的出现。清洗行业在民用、工业两大清洗领域快速的成长了起来。在我国农业技术越来越发达，农产品的种类和产量也越来越多。因此，农作物的清洗工作开始变得重要，促使农产品清洗设备在我国不断的发展起来。以往是动用大量人力作业的，这样造成了大量劳动力资源的浪费。因此，生产农作物清洗设备对提高生产力具有重要的作用和意义。土豆清洗装置就是一种常用的土豆清洗设备，广泛用于土豆的清洗工作。食品机械行业与食品加工业，二者相辅相成。食品机械行业给食品加工业提供了有利的设备条件，食品加工业又促进了食品机械行业的发展。现代化的机械设备有很高的生产效率，不仅可以生产出附加值很高的产品，还大大提高了资源的利用率，减少了资源的浪费。1.3土豆清洗装置的发展现状国内外成套土豆清洗设备中，清洗工艺采用2台或3台板式清洗机串联，板式清洗机的主要优点是能满足设计要求，清洗效果较好，清洗后能够进行连续生产。国内已经有很多厂家生产清洗机或者是清洗去皮机，技术发展比较成熟。土豆清洗装置的问题是设备尺寸较大，结构较复杂，功率较大，耗水量大，土豆破损率大。对我们清洗机的设计就是保证优点的情况下，能够使设备尺寸缩小，结构简单，耗水量少，使土豆的破损率降低。现在的土豆清洗机要求容积大，清洗效率高，可连续清洗，且操作简便，洗完后土豆呈现为本色，无残留杂质，能有效的去除残留的农药，可以大大的提高客户的销售价格。具有清洗有效容积大、效率高、节水、可连续清洗，操作简便、使用寿命长等特点，这将是未来土豆清洗机的发展方向。2总体方案和传动方案的设计2.1总体方案的设计此次设计的滚筒式土豆清洗装置中清洗滚筒是装置的主要工作机构，要是它的性能不好的话会严重影响清洗装置的工作效率，传动系统和排污装置也是清洗装置的重要组成部分。方案一：电动机经过皮带轮传动与减速器连在一起，然后再经皮带轮传动连接摩擦轮，通过摩擦轮带动托轮，以摩擦传动带动滚筒转动。方案二：电动机经过皮带轮传动与减速器连在一起，然后经链轮传动连接摩擦轮，通过摩擦轮带动托轮，以摩擦传动带动滚筒转动。方案三：电动机经过皮带轮传动与减速器连在一起，然后经齿轮传动连接摩擦轮，通过摩擦轮带动托轮，以摩擦传动带动滚筒转动。此次设计所需的是设备布局合理，传动简单、可靠，操作简单，工作效率高，制造成本低，寿命长。经过比较，此次设计选用方案一。图2.1土豆清洗装置2.2传动方案的设计2.2.1齿轮传动方案图2.2齿轮传动方案齿轮传动有恒定的瞬时传动比，传动平稳、准确可靠，还可以在空间任意两轴之间传递运动和动力。齿轮传动不仅传动功率范围广，速度范围也很广，功率小的时侯可以是接近于零的微小值，大的时侯可达到数万千瓦，圆周速度甚至可以达到300m/s。齿轮传动的效率高，能够达到0.92～0.98这么高，比其他的机械传动效率高。齿轮传动的结构紧凑，使用寿命长。不过齿轮的生产制造需要用专门的设备，成本高；齿轮的安装精度要求很高，而且齿轮传动不适合用于较远距离两轴之间的传动。2.2.2带传动方案图2.3带传动方案带传动的传动平稳，传动中产生的噪声小，可以吸收传动中出现的震动，能够缓和传动时产生的冲击。带传动是靠摩擦力来传动的，有过载现象的时侯，带与带轮接触面间会发生打滑，这也是带传动的一种自我保护方式。带传动的结构简单，制造方便、安装精度要求低，制造成本低。带传动可以用在两轴中心矩较大的场合。带传动不能保证准确的传动比，传动带需要很大的张紧力，因此带轮的受力很大。带传动结构不紧凑，带的使用寿命短，传动效率低。以此可见，高转速工作场合比较适合用带传动，例如带传动经常会出现在原动机输出的第一级传动。带传动的传动功率比较小，一般情况下不会高于50kw。带传动的传动比最大也只能到10，一般情况下是不会超过7的。2.2.3链传动方案图2.4链传动方案链传动可以像齿轮传动那样保持着准确的平均传动比，而且还不存在类似于带传动中出现的那种弹性滑动和打滑。链传动的结构比较紧凑，不需要像带传动那么大的张紧力，作用在轴上的载荷小。链传动的承载能力大，传动效率高，有的时候η甚至可达到0.95～0.98那么高。而且，链传动还能吸收部分传动中产生的振动，结构较为简单，制造成本低，安装精度要求低。链传动可以用在中心距比较大的传动系统中，像温度高、湿度大、油污重等这样恶劣的环境下也经常会用到链传动。不过在转速要求高的工作场合中链传动的运行不够平稳，运行中有时会产生一些冲击和噪声，不建议在高转速工作场合中使用链传动。链传动也不适合用在载荷变化很大或存在急促反向的传动中，比较适合用在平行轴间传递运动和动力。制造成本比带传动要高。在中心距较大、多轴、平均传动比要求准确的传动中经常会用到链传动。在工作环境恶劣的开式传动中、低速重载传动中或者是润滑良好的高速传动中经常会用到链传动。我们所见到的滚子链传动的功率一般都会小于100kw，转速一般都会小于15m/s，传动比一般也会小于等于7。有时候链传动的功率也能达到500kw，中心距可以达到8m，这是目前为止链传动能够达到的最大功率和最高中心距。经过对以上三种方案的比较，结合此次设计的具体要求，传动方案选用方案二，即采用带传动。3结构设计3.1电机的选择要根据实际工作需求选择电动机的容量，这样能更好的发挥电动机的性能，也不会造成经济浪费。当选取的电动机容量低于工作所需时，则很难保证工作装置能正常的运行起来，或者电动机因为在过载状态下的运行时间太长而过早损坏，大大的缩短了使用寿命；如果选的电动机容量过大则不能有效的发挥其性能，能量不能被充分利用，造成资源的浪费。电动机的选取参考如下表所示：表3.1电动机的选取参考参考一依据机械负载情况、工艺要求、电网需求、成本等因素参考二依据机械的负载要求、起动转矩、工况条件，选取合适的功率，力求电动机的运行安全、可靠且经济参考三依据使用场所的具体情况，选取电动机的防护等级和结构样式参考四依据机械的最高机械转速和传动调速系统的实际要求，选取电动机的转速参考五依据使用环境温度，维护检修是否方便、安全可靠，选取电动机的绝缘等级与安装方法参考六依据电网的电压和频率，选取电动机的额定电压和额定频率总结在选用电动机时，根据实际需求，选择相应的型号，在满足要求的前提下，力求经济、环保根据设计要求取滚筒外壳体积为：摩擦圆体积为：护板体积为：查表取得滚筒外壳质量为：摩擦圆质量为：护板质量为：滚筒总质量为：滚筒重力为：清洗滚筒的最大装载量为:工件所受重力为：在满载状态下运行的时候，每个托轮所需受的切向力为：滚筒线速度为：滚筒所需功率为：查表可得：电动机至滚筒的总效率为：电动机实际所需功率电动机的额定功率取此次设计的土豆清洗装置中清洗滚筒不需要太高的转速，根据计算所得的额定功率及其他相关要求选用Y132M-8型三相异步电动机。3.2传动装置的设计与计算选好电动机以后，我们就可以根据电动机的满载转速和输出轴的转速来确定整个传动装置的总传动比。传动比的分配需注意以下几点：a.在推荐范围内选取各级传动的传动比；b.传动系统尽可能简单，减少传动机构数，降低传动级数；c.各级传动间要协调，结构紧凑，布局合理，互相之间不能引起干涉。传动装置的计算：A.电动机的转速滚筒的转速传动装置的总传动比B.各级传动比的分配由于，所以C.传动装置的运动参数及动力参数的计算a）各个轴的转速轴1轴2轴3滚筒的转速b）各轴的功率轴1轴2轴3滚筒的转动功率c）各轴的转矩轴轴运动和动力参数的计算结果如表3.2所示：表3.2运动和动力参数表参数轴轴1轴2转速710322功率32.79转矩40.582.7传动比2.2效率0.933.3带的设计计算由参考文献[7]表8-7查得，故按照及查相关资料确定选用Z型。确定带轮基准直径：查相关资料取小带轮的基准直径为93mm.验算带速V,按式因为，故带速合适。计算大带轮的基准直径，由式根据参考文献[7]表8-8，圆整为。实际传动比为传动比误差为，故满足要求。根据参考文献[7],由式(2.1)可得，初定中心距为由计算公式参考文献[7]式（8-22）得：由表8-2选带的基准长度计算实际中心距，查相关资料得：由计算公式参考文献[7](8-25)式得：计算单根V带的额定功率Pr，由，，由文献[7]查表8-4a得。根据，及Z型带，查文献[7]表8-4b得查文献[7]表8-5得，表8-2得计算V带的根数Z，取4根。由表8-3得Z型带的单位长度质量,所以应使带的实际初拉力压轴力的最小值为3.4摩擦轮的设计计算摩擦轮传动是由两个相互接触并压紧的摩擦轮组成，传动是靠两轮接触面间产生的摩擦力来实现的。摩擦轮传动的结构简单，传动平稳，传动中产生的噪声小，出现过载现象时可以通过打滑进行自我保护，可以无级调速。不过在摩擦轮传动中存在着打滑现象，因此传动效率低，轮子磨损快，保证不了准确的传动比。3.4.1摩擦轮方案的选择1、圆柱平摩擦轮传动的特点：a）结构简单，容易制造b）压紧力大，适合在小功率传动场合中使用c）为了减小压紧力，轮面之一可以用非金属材料作为覆面d）在大功率传动中，摩擦轮经常采用淬火钢（如GCr15，硬度淬至60HRC），还要使用自动压紧卸载环e）为了使两轴的平行度要求低一些，可以把轮面之一设计为鼓形，当轴系刚性差的时候也可以这样做应用：回转筒的驱动、仪表调节等图3.1圆柱平摩擦轮传动2、圆柱槽摩擦轮传动的特点：a）压紧力比圆柱平摩擦轮传动小，当时，大概是其30%b）存在几何滑动，比较容易发热与磨损，所以应限制沟槽高度为c）制造和安装的精度要求较高d）随着载荷和压紧力的变化，传动比会有微量的变动应用：绞车的驱动装置等图3.2圆柱槽摩擦轮传动3、端面摩擦轮传动的特点：a）结构简单，制造难度小；b）压紧力大，容易发热、磨损，有滑动现象；c）为了减少几何滑动，可以将小轮制造成鼓形；d）当轴向移动小轮时，可实现正反向无机变速；e）要保证大轮的刚度及二轴线的垂直度。应用：摩擦压力机等图3.3端面摩擦轮传动对比以上方案并结合此次设计的具体结构要求，选择第一种方案。3.4.2摩擦轮传动失效的主要形式摩擦轮传动失效的主要形式：a）疲劳点蚀和表面压溃由于接触应力高而造成，大多数发生在闭式传动中。b）轮面胶合由于压紧力大、转速高，使得接触面温度升高，导致润滑油膜破裂而形成胶合。c）表面磨损开式传动中最为多见。3.4.3摩擦轮的材料摩擦轮的材料不仅要弹性模量大、耐磨、抗接触疲劳强度高，而且热处理等加工性能也要好，成本低。材料选取原则：a）对于要求传动效率高、结构紧凑的场合，可用钢对钢或者淬火钢对淬火钢；b）开式传动的设备尺寸较大、转速较低，可用铸铁对铸铁或铸铁对钢；c）对于要求传动平稳、噪声小及摩擦系数高，而且不添加润滑剂的场合，可选用铸铁或对酚醛层压布材、橡胶、皮革以及压制石棉纤维等非金属材料。根据此次所设计装置的结构及设计需要，材料选为铸铁。3.4.4摩擦轮传动的设计传动比查表得摩擦系数为载荷系数，取齿宽系数取综合弹性模量,分别是主、从动轮材料的弹性模量查表可知因此查表得许用接触应力为择图3.4摩擦传动示意图计算中心距式中：是摩擦因数，查表得；是传递功率；是小摩擦轮转速；摩擦轮的宽度每个托轮的宽度小摩擦轮的直径取大摩擦轮的直径实际中心距主动转矩4轴的设计和计算4.1轴的设计4.1.1轴的材料在选取轴的材料时，主要从轴的使用条件，对轴的强度、刚度及其他机械性能的要求，以及制造加工工艺，热处理方式等方面考虑，并力求经济合理。优质碳素钢是轴的常用材料，如35钢、45钢和50钢，最常用的是45钢。结合此次设计的要求，材料选用45钢。4.1.2轴的结构设计通过对轴进行结构设计可以确定轴的外形尺寸和结构尺寸，这是设计轴最重要的步骤。轴的结构设计原则：a）节约材料，减轻轴的重量；b）有利于轴上零件的定位、装配、调整和拆卸；c）尽量减少应力集中的产生，并要适当提高轴的强度；d）制造容易，成本低。轴的扭转强度条件为:(3.1)为轴的扭转切应力，单位为；为轴传递的转矩，单位为；为轴传递的功率，单位为；为轴的转速，单位为；为轴的抗扭截面系数，单位为；为许用扭转切应力，单位为。由此可得实心圆轴的最小直径为：(3.2)式中为计量常数，，大小取决于轴的材料以及受载情况所以因此如果轴上需要开键槽，可适当增大轴的直径来增加轴的强度：=1\*GB3①当时，需要开单键槽的轴段可增大3%的直径，需要开双键槽的轴段可增大7%的直径；=2\*GB3②当时，需要开单键槽的轴段可增大5%~7%的直径，需要开双键槽的轴段可增大10%~15%的直径。最后还需要对进行圆整。综合以上选取，轴的结构如下图所示：图4.1主轴4.2轴承盖的设计螺钉联接式轴承盖不仅有利于轴承间隙的调整，而且密封性能还很好，被广泛应用于各种场合。轴承的外径：根据轴承外径确定螺钉直径：螺钉孔直径：取取是由结构确定的，,,,代号如图4.2所示：图4.2轴承盖4.3轴承的选择以及润滑4.3.1轴承的选择选择轴承时主要考虑下列几个因素：A.负载情况需根据负载的大小，方向和性质来选择合适的轴承，这是在选择轴承时最重要的依据。a)负载大小：在负载大的情况下多选用线接触、承载能力大的滚子轴承；对于轻、中等负载的情况多选用点接触、承载能力小的球轴承。b)负载方向：如果力全部作用在径向，推荐使用深沟球轴承、圆柱滚子轴承或滚针轴承；如果力全部作用在轴向，建议用推力球轴承或推力滚子轴承；如果力不仅在径向有作用同时也在轴向有作用，适合用角接触球轴承或圆锥滚子轴承；当力在径向的作用比在轴向的作用大时，用深沟球轴承或者是内外圈都有挡边的圆柱滚子轴承比较好些；当力在轴向的作用比在径向力的作用大时，用推力角接触轴承或推力圆锥滚子轴承比较好些。c)负载性质：运行中有冲击时，尽量用滚子轴承。B.转速性能在转速高的场合，极限转速高的球轴承更加合适。球轴承的内径相同时，外径越小、滚动体越轻小，运转的时候滚动体作用在外圈上的离心力将会越小，比较适合在转速要求较高的情况下工作。要是条件允许的话，用超轻、特轻系列的轴承更加合适。C.调心性能有时候轴两端轴承孔同心性差，有时候轴的刚度小、变形大，还有多支点轴，都需要调心性好的轴承。在这种情况下，建议使用调心球轴承，或者用调心滚子轴承也可以。D.允许的空间有的机械装置径向尺寸会受到限制，这时候大多用滚针轴承，当然也可以用特轻、超轻系列的轴承；但是有的机械装置轴向尺寸会受到限制，这时候可以用窄或宽系列的轴承。E.安装与拆卸方便有的设备中轴承座是整体式的，有的设备中轴承装拆频繁，这种情况下内外圈可分离的轴承就是首选目标。有的时候会遇到长轴上装有轴承，这种情况下为了装拆方便，一般用带锥孔和紧定套的轴承。由本次设计的具体要求确定选用调心球轴承。4.3.2轴承的润滑轴承在使用过程中，为了减少摩擦及磨损，需要对轴承进行润滑，轴承的润滑还有冷却，吸振，防锈及降噪的作用。润滑剂根据状态不同被分成润滑油、润滑脂、固体润滑剂。需要根据轴承负荷大小，转速，工作温度及其他工作环境条件选择合适的润滑剂。如果轴承负荷大，运行速度低，工作温度高，这时候最好用粘度高的润滑剂。润滑油：最常见常用的润滑油有机械油、压缩机油、汽轮机油、变压器油、高速机械油、汽缸油。轴承转速越高，我们用粘度越低的润滑油；轴承负荷越大，我们用粘度越高的润滑油。喷油润滑、油浴润滑、循环油润滑是最为常见的润滑方式，有时还会用到油雾润滑。润滑油和润滑脂的选用对照如表4.1：表4.1润滑油和润滑脂的选用对照影响因素选择润滑脂选择润滑油温度温度高于120时，选用特殊的润滑脂。当温度升高到200-220时，应该缩短再润滑的时间间隔如果油池温度高于90或者轴承温度超过200时，可采用特殊的润滑油温度系数小于400000400000至500000载荷中低等各种载荷以及最大轴承形式不对称的球面滚子推力轴承除过各种轴承壳体设计比较简单的密封和供油较复杂的装置长时间不需维护的地方可用；根据实际操作条件，尤其是工作温度不能用集中供油用泵送性能好的润滑脂。要注意不能有效地传热，更不能作为液压介质可以用污染条件可以用；合理的设计可以有效的防止污染物的入侵可以用；采用的循环系统要有防护、过滤装置5设计总结本次设计的是土豆清洗装置，在传统清洗中都是人工操作，浪费了大量的劳动力。此次针对清洗土豆导致大量劳动力的浪费，设计出滚筒式土豆清洗装置，该设备的优点是尺寸较小，结构简单紧凑，容积大，耗水少，清洗效率高，土豆破损率低，且操作简单，可以连续清洗，清洗完后土豆呈现本色，没有残留杂质，大大提高了销售价格和销售量。本次设计的土豆清洗装置实现了较高的生产效率。从选题到开题，然后到计算和绘图，直至完善设计，是一次理论联系实际的过程，也巩固了我这几年来所学到的基础和专业知识，是对我大学四年的总结。通过这次设计，让我清楚的认识到树立正确设计思想的重要性，同时提高了分析和解决问题的能力，增强了创新意识，锻炼了动手能力。在设计计算、绘图的过程中，对机械设计基本技能有了进一步的提升。与其同时，本次设计也让我知道了自己的不足，我的专业知识还很薄弱，要学的东西还很多，自己的学习之路还很长，提升空间还很大。致谢毕业设计就要接近尾声了，回想整个书写过程，感觉收获还不少。在设计刚开始的时候，我通过各种方法查阅与我选题有关的各种资料，尽可能的了解土豆清洗装置，了解它的构造和原理，又把与此次设计有关的基础和专业知识熟悉了好几遍。这次设计是用我四年所学的基础和专业知识结合实际情况所完成的大作业，是我大学四年的学习总结，也是理论知识与实践运用的结合，是对我的一次试炼。在整个毕业设计过程中，我没少麻烦罗杰老师，每一次老师都是耐心地给我指导，细心地给我分析解答我在设计过程中遇到的难题，指导我完成毕业设计。同时，老师也教会了我无论是在以后的工作中还是学习中，都需要持有严谨的态度。我的论文能顺利的完成，多亏有罗杰老师细心地指导。谢谢老师！参考文献[1]战晓林,陶学恒,李玉光.食品机械中自动切割装置的研发[J].包装与食品机械,2011,02:47-50.[2]吴雅梅,马卫民,贾文斌,王瑞先,张宁.刷式土豆清洗技术与设备的研制和推广应用[J].农村牧区机械化,2011,05:19-22.[3]何幸保.叶轮旋转式蔬菜清洗装置的试验研究[D].湖南农业大学,2010.[4]宗望远.马铃薯去皮技术研究[D].华中农业大学,2001.[5]杨红兵.新型蔬菜清洗机的研制与试验研究[D].南京农业大学,2004.[6]刘冰冰,刘文东,杨成俊.破解马铃薯收获中清选难题的设计构想[J].农机科技推广,2013,05:55-57.[7]蔡维,张燕,梁栋.基于水射流马铃薯清洗机械的设计与试验[J].农机化研究,2013,09:169-172.[8]苏文浩.马铃薯外部缺陷的高光谱技术无损检测研究[D].宁夏大学,2014.[9]白菲.基于机器视觉的柑橘水果外形识别方法研究[D].中国农业大学,2005.[10]杨红兵,丁为民,陈坤杰,李毅念,王平会.新型蔬菜清洗机的研制[J].农业工程学报,2005,01:92-96.[11]刘兴,张华,周祖茗,彭向东.智能护理装置控制系统的设计与实现[J].制造业自动化,2012,16:117-119+133.[12]KelleyManufactureCo.,Peanutharvestingequipment[N].1992.[13]BusonoS.Studiesonthemechanicalharvestingofpeanuts.4:[N].1990.[14]NormanG.Marriott,RobertB.Gravani.PrinciplesofFoodSanitation[B].FoodScienceTextsSeries2006Springer.附录附录1土豆清洗装置二维装配图附录2主要零件的零件图滚筒部装图传动轴目录TOC\o"1-3"\u第一章总论 1一、项目提要 1二、可行性研究报告编制依据 2三、综合评价和论证结论 3四、存在问题与建议 4第二章项目背景及必要性 5一、项目建设背景 5二、项目区农业产业化经营发展现状 11三、项目建设的必要性及目的意义 12第三章建设条件 15一、项目区概况 15二、项目实施的有利条件 17第四章建设单位基本情况 19一、建设单位概况 19二、研发能力 20三、财务状况 20第五章市场分析与销售方案 21一、市场分析 21二、产品生产及销售方案 22三、销售策略及营销模式 22四、销售队伍和销售网络建设 23第六章项目建设方案 24一、建设任务和规模 24二、项目规划和布局 PAGE