【《甘蔗榨汁机设计（附图）》6000字（论文）】

引言榨汁机是从甘蔗中提取汁液的必要机器。甘蔗有足够的营养价值。其内部含有甘蔗、维生素、氨基酸、微量元素等。世界甘蔗的种植面积很大。我国甘蔗种植面积居世界前列。每年在约200万公顷的土地上栽培，生产150万吨甘蔗。然而怎么提取甘蔗汁是个很难的问题。不能产业化，不能大规模开采。需要开发操作简单的甘蔗榨汁机[1]。在国外对甘蔗榨汁机的研究主要集中在四卷和六辊榨取甘蔗的榨取机上。甘蔗的成长需要一定的光。世界上栽培甘蔗的国家有很多热带和亚热带地区[2]。印度尼西亚等，他们国家的中心农作物是甘蔗。在澳大利亚和德国生产的甘蔗榨汁机是几乎卓越机器的代表国。在加拿大主要进口澳大利亚和德国的榨汁机。在国内购买了发达国家的榨汁机，北美地区的甘蔗比较大那个直径达到了4~5.5cm，比我国平均值3~4.4cm。由于甘蔗的不同，机器的整合性很弱。使用中有很多问题[3]。在我国现有的甘蔗榨机中常见的是类似于冷饮店里的立式可乐填充机的立式甘蔗榨机。这个设备操作简单，每次只需一个人使用，空间小，操作简单。但是，因为针不适合我国甘蔗的栽培，所以只能在规模小的地方使用，也很难打扫。也有一些由螺旋推进机构设计的压式甘蔗压榨机。这是比较初期的甘蔗榨取机，有很好的挤压效果。现在一般使用的是压榨机的榨汁机[4]。相比之下，榨汁效果最好的是三卷和五卷甘蔗榨汁机，市场比较普遍。也有手动挤出式甘蔗压榨机。结构简单，操作也很方便[3]。本论文设计的甘蔗汁机，在榨取甘蔗汁时，可以将榨出的甘蔗汁清洁健康，并提高甘蔗汁的整体性。可以通过机器一次完成榨汁。节约时间，充分利用甘蔗汁的原料。1甘蔗榨汁机结构设计工作原理本论文根据国内外现有的甘蔗榨汁机、果汁榨汁机的技术现状为基础，在各个工序上开展设计及优化组合。该设计在在榨汁时，将由电机驱动三辊分两级按顺序对甘蔗进行压榨，让甘蔗彻底的完成榨汁任务，有效地提高了榨汁机的效率，减少了原材料的浪费，降低成本。初始状态为完全停机状态，当工作需要时，将榨汁机通过行走轮推至适宜工作的位置，然后启动电源，待到甘蔗榨汁机装置运行平稳之后，把收割的甘蔗棒通过入料结构将甘蔗放入到机器中。此时，甘蔗通过榨汁结构中的顶辊与前辊的一次压榨后，通过手动调节底梳，使得通过把顶辊与前辊压榨过的甘蔗再次送入到顶辊与后辊的开口位置处，再一次的进行对甘蔗的压榨，并清除前辊齿轮纹中的甘蔗屑末；然后在从出料口将其送出，压下的汁液经过滤网过滤后，放进汁液盛装器皿内，榨汁的残渣将会被扔掉的，最终的果汁就呈现在了大众的视野。以此来完成对甘蔗的压榨，再利用顶梳和后梳清除顶辊齿轮纹中的甘蔗屑末和后辊齿轮纹中的甘蔗屑末。（1）由齿轮驱动的三个压辊实现两级压榨：详情请看图1。由齿轮进行带动，压辊A先正传，齿轮组带动压辊B进行反压，然后顺序对进料装置对蔗糖采取二级压榨，使得甘蔗能够中最大程度被利用。当设计时，将进料口、进料斜槽和1,2辊轮中心保持在一个统一的斜槽内，使甘蔗在投放如进料斜槽可以滑到1、2辊槽内进行甘蔗的压榨，1、2辊槽内完成榨汁后，将甘蔗送入到1、3辊槽内进行二次压榨，二次压榨后保证甘蔗能够充分压榨，甚至可以减少成本投入，降低产品的浪费情况。[5]图STYLEREF1\s1两级压榨工作示意图Fig.1.1Schematicdiagramoftwo-stagepressingwork1.顶辊,2.前辊,3.后辊总体结构甘蔗榨汁机该装置采取半自动化的方式，该装置不仅可以减少劳动力，节约劳动力，降低农民的成本投入。甘蔗榨汁机装置主要包含动力源（电动机）、传动结构、入料结构、榨汁结构、机架结构和出料结构。其中动力源采用的是单相电机；传动结构包含V带、皮带轮、传动轴、减速器以及皮带轮护罩和减速器护罩；入料结构包含进料斗、进料挡板和进料斗支撑板；榨汁结构包含顶辊、前辊、后辊以及底梳、顶梳和后梳，所描述的底梳采用的是拉杆式调节的方式，其特点在于不受零件装配间隙的影响，结构简单，牢固可靠，底梳位于顶辊之下，前后辊之间，底梳的齿与前辊相互啮合，梳尾与后辊之间相距一定的距离，主要是由梳板、底盖底梳轴、较调装置等组成，其作用是把顶辊与前辊压榨过的甘蔗再次送入到顶辊与后辊的开口位置处，再一次的进行对甘蔗的压榨，并清除前辊齿轮纹中的甘蔗屑末；顶梳位于顶辊和后辊之间，顶梳的齿与顶辊相互啮合，其作用是清除顶辊齿轮纹中的甘蔗屑末；后梳位于后辊的左下侧，后梳的齿与后梳相互啮合，其作用是清除后辊齿轮纹中的甘蔗屑末；机架包含所有设计零部件的定位结构；出料结构包含出料斗、出料挡板和出料斗支撑板。图2甘蔗压榨机结构示意图Fig.2Schematicdiagramofsugarcanepressstructure注：1.支架2.前辊3.底梳4.进料斗5.顶辊6.直通式压注油杯7.调节螺母8.调节螺杆9.后梳10.出料斗11.后辊12.后梳13.机架14.三角皮带15.电机2关键零件计算2.1入料环节与出料环节进料口与甘蔗榨汁机设计的上盖部连接，采用5mm的不锈钢管件，进料口与一对轧辊（顶辊与前辊）相切，把剥皮的甘蔗下压辊，开展榨汁工作。图3进料口结构示意图Fig.3Diagramofinletstructure同理，出料口与甘蔗压榨机设计的上盖部链接，采用5mm的不锈钢管件，出料口与一对轧辊（顶辊与后辊）相切，把榨过汁的甘蔗残渣从出料口放出，便于收集废料，完成榨汁工作。2.2榨汁环节榨汁部分主要是由进料口、顶辊、底梳、前辊、后滚、顶梳和后梳组成。甘蔗原材料通过进料口A进入到甘蔗压榨机设备中，通过前辊和顶辊的第一次压榨从B口出来，在通过底梳的作用使其从C口进入到顶辊与后辊之间实现第二次压榨，再从D口出去。蔗汁是在三个辊子之间挤出的，挤出的蔗渣从辊子的缝隙中漏出来，落到一个下滑板上，再通过出渣口排出体外，经过滤网，开关阀，进入蔗汁容器。以上描述的榨汁过程就是甘蔗在该装置中整个榨汁环节。图4榨汁过程示意图Fig.4Schematicdiagramofjuicingprocess（1）辊筒轴的设计辊筒轴包含顶辊轴和侧辊轴，其中侧辊轴包括前辊轴和后辊轴。顶辊和侧辊的设计分别包含顶辊筒和顶辊轴、侧辊筒和侧辊轴。其结构如图所示。图5顶辊设计图Fig.5Toprolldesigndrawing图6侧辊设计图Fig.6Siderolldesigndrawing前辊和侧辊采用的是同一根轴，故按照扭转强度条件计算完成对辊筒轴的校核。在甘蔗榨汁机设计中，轴系基本不受弯矩载荷作用，一般通过这种方法对轴径开展预估数值，同时当成最终的设计结果。轴线扭转强度的要求是：（1）——扭转切应力，MPa；——轴所受的扭矩，Nmm；；；；按照《机械设计》表15-3轴常用的几种材料的值的表中数据得出，45号钢区间是25~45；传递功率由电机输出功率可知为4KW；转速为1440r/min。[6]，得：（2）倘若皮带在转动时未曾打滑，那么电机输出的转速为1440r/min，其减速比为1:10，安装在减速机输出轴端的带轮直径为40mm，安装在轴端的带轮直径为30mm，那么轴的转速为：（3）按照《机械设计》中式15-2初步估算轴的最小直径，取轴的材料为45钢，调制处理。根据《机械设计手册》中表15-3，取A0=112[7]，于是得：（4）输出轴的最小直径显然是要安装在减速器输出齿轮端，由于选择的减速器输出齿轮段的齿轮内径为35mm，为了使所选轴的直径与减速器输出齿轮的孔径相适应，故选取轴的直径为35mm。按照《机械设计手册》中对在轴截面上开键槽的要求，对于直径小于100mm的轴来说，有一个键槽，轴径增大5%~7%；有两个键槽时，轴径应增大10%~15%。故按照上述所述，计算可得出辊筒轴的直径应为：35mm、40mm、45mm。按照轴的扭转应力为：（5）因此按照轴的扭转强度完成全部的计算，再校核过程中知晓轴是安全的。辊筒的直径与长度计算辊筒的直径D一般是根据给定料块的几何尺寸来决定的，通过查阅资料及其文献得知：辊筒直径与给定料块的尺寸之比为2~4，由于普通甘蔗的直径D1一般在3cm~5cm之间。所以按照上述所述，得：（6）辊筒轴直径D与长度L之比值一般约为0.4~1.5之间，则：（7）综上所述，结合图5顶辊设计图与图6侧辊设计图，确定滚筒轴的最下直径为35mm，辊筒的几何参数：直径分别为124mm、102mm，长为130mm。三辊轮两两间间距的计算甘蔗规格的几何参数为顶辊、前辊和后辊之间的轴间距的设计与分析提供了基础的参数和设计依据，同时蔗汁的质量受各种各样的条件制约，第一点是甘蔗的品种、类型、物理结构、水分、大小、均匀度、饱满度。通过对甘蔗的实地考察、调研以及查阅文献等相关资料了解到甘蔗的直径一般大约为3~5㎝[8]，本文选取了10株甘蔗下面是现选了10株进行测量，结果如下：表1任选十株甘蔗中部进行的测量Table1Measurementsinthemiddleoftenrandomlyselectedsugarcaneplants甘蔗12345678910甘蔗直径（mm)35403846373329524339表2任选十株甘蔗小端进行的测量Table2Measurementsofsmalltipsoftensugarcaneplantsselectedatrandom甘蔗12345678910甘蔗直径（mm)31282637322929304139表3任选十株甘蔗大端进行的测量Table3Measurementsofsmalltipsoftensugarcaneplantsselectedatrandom甘蔗12345678910甘蔗直径（mm)39454037493355524348由上述三表得甘蔗棒的平均直径如下：甘蔗中部的平均直径：甘蔗小端的平均直径：甘蔗大端的平均直径：所以在上一级压榨过的甘蔗进入下一级压榨时，两辊轮之间的间距应设在20㎜左右，下级辊轮之间的间距应设在15㎜左右。其中顶辊筒、前辊筒和后辊筒设计直径均为51mm，则前辊轴与顶辊轴之间的距离为：L1=1/2(51+51)+1/2(44+44)+20=115mmL1=1/2(51+51)+1/2(44+44)+15=110mm2.3机架部分该框架通过左架、右架、排渣口、甘蔗汁出水口和稳定牢固的主梁支撑结构，作为设计甘蔗汁出水口的主要支撑物，它能够将甘蔗汁出水口的核心重量与动力、负荷以及力矩负担起来，所以其在一部分设计是中规中矩的。为了使机器在运行过程中不发生晃动，不变形，不危及人身安全，所以家用甘蔗榨汁机设计采用3毫米厚的钢板作底座，使机架坚固，使机架的两部分都能承受一定的重量[9]。图7机架结构设计示意图（1）Figure7SchematicDiagramofFrameStructureDesign图8机架结构设计示意图（2）Figure8SchematicDiagramofFrameStructureDesign(2)图9主梁结构设计示意图Fig.9Maingirderstructuredesigndiagram3传动系统设计3.1电动机的选择按照收集的数据[10]，甘蔗榨汁机的相关设计参考数据如下：甘蔗榨汁机的轧辊轴最小截面处直径为，辊筒直径为102mm，其轧辊工作长度为130mm，机箱内设置三对轧辊，三对轧辊由齿轮啮合传动，动力环节由电机、减速器、链轮和链条传动提供，通过调整弹簧可改变各轧辊组之间距离。根据实践设计两个辊筒，辊筒的齿轮条数共6条，测得每条齿轮的均匀受力为40N，当甘蔗榨汁机设计好的时候，齿条在齿轮滚筒上快速转动，其中都有两条齿条受到甘蔗施加的切向力作用，但其他两条齿条是空行程，所以，也就是说，设计好的甘蔗榨汁机工作时，受到的向心力为480N。其中：——；——；——（8）（9）、、滚动轴承（每对）：0.98~0.995，取；链条传动：0.94~0.97，取；滚筒传动（因为齿轮条固定于滚筒之上），故取。经参考文献查得，V=9.42。[11]则：。电动机功率：（10）按照书《甘蔗榨汁机》的信息可查主轴转速300~400r/min，根据《机械设计指导书》表一所建议的传动比合理取值区间，取链节传动比i=2～4，可以满足电动机转速和主轴转速的匹配，所以可以选择电动机转速的范围为：（11）在此范围内，有一个同步电动机速度1440r/min，在《机械设计通用手册》中，根据功率和相关转速，找出适合的电机型号[12].如表4：表4电动机的型号以及技术参数和传动比Table4Motormodel,technicalparametersandtransmissionratio电动机型号额定功率电动机转速基本参数P/kW同步转速满载转速效率（%）电动机重量（KG）功率因数Y112M-441440144085.5680.84通过对于各方面信息的了解，选用电机的型号是Y112M-4。选择的电动机额定功率Pd=4.5KW，满负荷转速nm=1440r/min，总传动比适中，传动装置结构紧凑。详细情况见表5：表5其核心参数Table5Itscoreparameters型号额定功率KW满载时额定电流额定转矩最大转矩转速r／min电流（380V）效率%功率因数Y112M-4414401185.50.8472.02.2表6电动机尺寸列表单位：mmTable6ListofmotordimensionsUnit:mm中心高H外形尺寸底脚安装尺寸地脚螺栓孔直径轴伸尺寸装键部位尺寸电动机的输出轴尺寸132216×1438×8010×41V带的选择与设计按照方案索要达到的效果，核心受众是普通的家庭，或者在部分室内的区域，所以利用的传动装置为带传动，带传动能够降低噪音。确定计算功率假设甘蔗榨汁机每日工作时间超过16h，查阅《机械设计》中表8-8工作情况系数，得：（12）选择V带的带型根据、由《机械设计》中图8-11选用A型，即：。确定带轮的基准直径并验算带速初选小带轮直径。通过查阅《机械设计》中表8-7V带轮的最小基准直径和表8-9普通V带轮的基准直径系列，选取小带轮直径=80mm。进行带速的验算。按照带轮速度计算公式（13）由于,即：该带速合适。计算大带轮基准直径。在一般的带传动中，依据传动比计算公式：（14）则：根据表8-9普通V带轮的基准直径系列，选取标准值：确定V带中心距根据一般初选带传动的中心距公式：（15）初定中心距为。由带的基准长度（16）计算，得：查阅《机械设计手册》中表8-2普通V带的基准长度及带长修正系数，得出，带的基准长度。根据《机械设计》中带传动的实际中心距计算公式：（17）依照在实际生产制造的过程中，由于制造过程中的误差、V带长的误差、V带的弹性误差以及因为V带的松弛而产生的补充张紧的需要，确定出中心距的变动范围：即：。验算小带轮中的包角。（18）计算得出：计算带的根数z。计算单根V带的额定功率由，查阅《机械设计》中表8-4单根普通V带的基本额定功率P0，得出：P0=1.064KW。根据电动机的转速，和以及A型带，查阅《机械设计》中表8-5单根普通V带额定功率的增量=0.15KW。查阅《机械设计》中表8-6包角修正系数，得出：。于是，可以计算出单根V带的额定功率：（19）计算V带的根数z。（20）取z=4根。这样一来利用带速能够挑选适配的平带传动，由于其具有很高的工作效率，所以深受大家的喜爱。4结语本论文设计的新型家用甘蔗榨汁机通过采用马达驱动、传动带驱动、齿