【《某花生去壳机的结构设计计算案例》3300字】

某花生去壳机的结构设计计算案例本文设计的封闭式滚筒式去壳机整体结构如图3-1所示，主要由去壳结构、分筛机构、驱动与传动机构三部分所组成。图3-1封闭式滚筒去壳机Fig.3-1Closeddrumpeanutsheller1.1去壳机构的设计1.1.1滚筒半径及转速初定本次设计的花生去壳机的关键机构是去壳机构，去壳机构包括木质齿型滚筒与半笼型凹板筛组成，齿型滚筒通过转轴固定于机架上，凹板筛安装在齿型滚筒下方保持一定间隙，其结构如图3-2所示。图3-2滚齿凹板筛剪切去壳机构Fig.3-2Cuttingwithhobbingandscreenshellingmechanism根据一般花生荚果的尺寸设置齿型滚筒与凹板筛之间的间距为入口处30～50mm，远离入口处的对侧为10～15mm。以保证花生荚果在去壳机构内充分受到滚筒与凹板筛的作用实现破碎去壳。花生荚果在去壳机内随滚筒转动而受到滚筒与凹板筛的挤压，其位置离入料口越远收到的挤压剪切力越大，根据不同种类的花生荚果可以设置不同的间距尺寸以改善去壳效率。为确保滚筒与凹板筛之间的作用力能将花生荚果外壳碾碎同时保证较低花生仁的损坏率，滚筒转速应在200~300r/min之间，花生荚果与滚筒接触时的相对初速度应为1.5m/s就可以保证花生仁的破损率低于4%。根据滚筒转速及花生初速度计算滚筒的直径，如图3-3所示，经入料口落入去壳箱的花生位置约在之间与滚筒接触，故取最小碰撞半径为计算半径由：（3-1）得：（3-2）取转速n=295r/min，由（3-3）得R=230mm。故本次设计的滚筒的直径与转速初选为：R=230mm，n=295r/min。图3-3滚筒剖视图Fig.3-3Sectionalviewofroller根据花生荚果的颗粒尺寸确定滚筒的齿形参数，数据统计显示普通花生荚果的长度为39mm，宽度为13mm，厚度为14mm，如图3-4所示。为确保高速转动的滚筒与凹板筛之间的作用力能成果将花生荚果的外壳碾搓破碎且不至于损伤花生仁选取滚筒齿形参数为齿槽宽35mm，夹角为60度，如图3-5所示。图3-4花生荚果外形参数Fig.3-4Shapeparametersofpeanutpod图3-5齿形槽几何参数Fig.3-5Geometricparametersoftoothgroove1.1.2滚筒材料的选择根据去壳机构的转速要求与去壳时的作用力大小，为保证花生荚果不至于在高速转动下因碰撞碎裂又要保证一定的碾搓力使荚果外壳破碎故选取木质材料的齿型滚筒。木质材料不仅可以减少花生荚果堆积过多时挤压力变大将花生仁挤破致其损伤的情况，还因其比橡胶材质硬度更大故不需要非常高的转速就可以使花生荚果外壳碎裂。图3-6滚筒的三维模型Fig.3-6Threedimensionalmodelofroller1.13凹板筛的结构设计为实现配合滚筒对进入去壳箱内的花生荚果进行挤压、碾搓实现去壳功能，凹板筛应设计为半笼型更加贴合滚筒外形其结构如图3-7所示。凹板筛栅格之间的间隙应实现对破碎的花生壳与花生仁的分离工作，即“个小通过，个大不过”。为保证未去壳的花生荚果不穿过凹板筛栅格的间隙，而以去壳的花生仁可以穿过凹板筛栅格的间隙，凹板筛的栅条间隙控制在13mm，即每个栅格间隙只能通过一粒花生仁。图3-7凹筛板的三维模型Fig.3-7Threedimensionalmodelofconcavesieveplate凹板筛的两侧由两块半圆形的挡板与底部的栅格组成半圆柱形栅笼，配合上部的入料斗形成闭合式的去壳箱体，控制花生荚果始终在箱体内不至于飞溅。栅条材料选取用20钢截面为的圆棒料，挡板材料选取Q235碳素钢板。1.2分筛机构的设计1.2.1风机的结构设计本次设计的风机结构较为简单，因与花生去壳机去壳箱出料口尺寸相匹配其三维模型如图3-8所示。本次设计的风机依靠带轮将主轴上的动力传递到风机转轴上，风机扇叶采用矩形扇叶，风机的外罩不仅可以提供保护防止风机扇叶伤人还可以对扇叶产生的气流进行导流，使风机吹出的气流呈扁平状吹向去壳箱出料口处以实现对花生壳与花生仁的初步分离。风机外罩在两侧镂空作为进气口。图3-8风机的三维模型Fig.3-8Threedimensionalmodelofdraughtfan1.2.2比重分选筛机构的设计本设计的分选筛为平面型振动筛，分选筛由筛网、振动筛箱体组成，通过固定在振动筛箱体下方的偏心轮驱动。偏心轮固定在机架上通过与振动筛箱体下方的横梁接触将动力传递至振动分选筛。本次选取的平面型振动筛比圆筒筛有更大的筛选面积，且配合偏心轮传动方便。偏心轮将带传动传递过来的回转运动转变成振动筛的上下往复振动，实现比重分选筛在垂直方向上作往复运动的振动。图3-9比重分选筛的三维模型Fig.3-9Threedimensionalmodelofgravityscreen本次设计的花生去壳机的比重分选筛原理如图3-10所示，其中偏心轮是机构的执行装置，分选筛箱的水平全振幅是偏心距的2倍。图3-10比重分选筛原理图Fig.3-10Schematicdiagramofgravityscreen为确保偏心轮在匀速转动下使比重分选筛上的各点都按照简谐运动，需要保证偏心轮的偏心距与两支点之间的距离之比小于。比重分选筛的筛网采用钢制板材打孔网材料制作，因花生仁的大小小于15mm，选择中等硬度的筛面筛分效果较好，且因为花生仁的自重较小在使用时对筛网的冲击力较小，筛网不易损坏。筛网部件如图3-11所示。图3-11筛网的三维模型Fig.3-11Threedimensionalmodelofscreenmesh比重分选筛的箱体是其框架部件，它与筛网配合，对筛选出的花生仁进行收集。比重分选筛的振动箱体通过销钉与机架连接，箱体选用Q235板材焊接成型。箱体的结构如图3-12所示。图3-12比重分选筛箱体的三维模型Fig.3-12Threedimensionalmodelofgravityscreenbox1.3驱动与传动机构设计1.1.1电动机的选型滚筒在去壳过程中主要通过改变花生荚果的动能与势能对花生荚果做功，故滚筒对花生做的功为： （3-4）式中：——花生荚果的动能，；——花生荚果的势能，。（3-5）（3-6）式中：——花生荚果的初动能，；——花生荚果的末动能，；——花生荚果的初速度，；——花生荚果的末速度，。由式（3-5）、（3-6）可得：（3-7）功率计算式：（3-8）由公式（3-7）、（3-8）可得（3-9）本次设计的花生去壳机初设的额定单位去壳产量为，折合每秒产量为。花生接触齿型滚筒时的初速度设为，方向垂直向下，当转动一定角度后，花生荚果的末速度拟定达到，方向水平向右，花生荚果落入去壳箱底部时距离接触齿型滚筒的相对位置高度变化了。将数据代入式（3-9）可得功率：。电动机通过带传动将动力传递到滚筒主轴，计算带传动与去壳装置之间的传动总效率。初设滚动轴承效率为、V带传动的效率为。查文献[16]得传递效率计算公式为： （3-10）由公式（3-10）计算可得总传递效率为。当花生荚果在去壳箱内受滚筒与凹板筛的碾搓作用去壳时，所需消耗的功率远小于。再加之风机与振动分选筛的功率消耗本次设计初设电机的功率为。根据电机功率及滚筒转速，初选电动机型号为：Y90L-4型和Y100L-6型，其详细参数如表3-1所示。表3-1电动机的参数表Tab.3-1Parametersofdrivingmotor方案号电机型号同步转速r/min满载转速r/min额定功率kw总传动比i1Y100L-610009401.52.382Y90L-4150014001.51.65比较方案1与方案2两款电动机，方案2的电动机传动比稍微大点，但是电机价格低，更适合于小型家用机械设备。故本次设计选择Y90L-4型电动机作为驱动源。1.1.2传动装置的设计本次设计的花生去壳机采用V带传动。由电机参数得电机输出轴的转速为：（3-11）已知滚筒轴的转速为：（3-12）根据传动比公式：（3-13）得传动比滚筒转轴的输入功率为：（3-14）滚筒转轴的转矩为：（3-15）（3-16）1.1.3电机与去壳转子轴之间的V带传动设计初设本次设计的花生去壳机的工作时间t<10h/天。（1）确定计算功率。（3-17）式中：——计算功率，；——电机的额定功率，；——工作系数，由文献[13]表8-8查得；则：（2）选择V带带型。查文献[16]根据、，确定带型为A型。（3）确定带轮的基准直径。查文献[16]，确定带传动的主动轮基准直径，取。由公式：（3-18）计算得从动轮的基准直径为，查文献[16]将从动基准直径圆整：。计算V带的速度：（3-19）V带速度在参数要求范围内，故带速合适。（4）计算带传动的中心距a和传动带的基准长度。查文献[16]可知带传动的取值范围：（3-20）带入上文的数据得：初取带传动的中心距：。（3-21）（3-22）查文献[16]由表8-2选择带的基准长度。计算实际中心距a（3-23）（5）计算主动轮上的包角（3-24）计算带的根数：（3-25）式中：——包角系数，取；——长度系数，取；——单根V带的基本额定功率，k，取；——单根V带的额定功率的增量，kW，。代入式（3-25）得： 取。（6）确定初拉力查文献[16]表8-3得：（3-26）代入数据计算得：（7）计算带传动的压轴力（3-27）式中：——带的根数；——单根带的预紧力，N；——主动轮的包角；代入数值计算得：（8）V带轮的结构尺寸计算及选用V带带轮材料选用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，其主要结构尺寸如表3-2。表3-2电机与比重分选筛间传动带轮参数表Tab.3-2Parameterofdrivepulleybetweenmotorandgravityseparator尺寸类型小带轮mm大带