毕业设计（论文）-鹌鹑蛋剥壳机设计

-6-本科毕业设计题目：学生姓名：学号：学院：专业班级：指导教师姓名及职称：起止时间: 年月——年月摘要鹌鹑蛋是人们日常生活重要的营养食品，而食用鹌鹑蛋则是人们经常的生活习惯，故鹌鹑蛋去壳机是非常具有很好的前景的。该机器是针对鹌鹑蛋经冷水处理后的去壳机器的设计。该机器的设计首先是通过分析鹌鹑蛋结构的组成和各部分的特点得出鹌鹑蛋去壳的关键在于冷水处理后，通过某种方式克服鹌鹑蛋内膜与卵白的耦合力从而达到使熟鹌鹑蛋去壳的原理。然后分析对比市面上已存在的同类型的机械，得出气流式冲击去壳和振动去壳以及胶管对转摩擦去壳三种方法可以克服此种耦合力。对比两种方法和设计目的，采用了胶管对转的方式。通过电机转动带动齿轮运作，由机械带动胶管对转，产生摩擦从而将鹌鹑蛋的壳从表面撕开，达到去壳的效果。关键词：鹌鹑蛋；熟鹌鹑蛋；摩擦；胶管AbstractQuaileggsareanimportantnutritionalfoodinpeople'sdailylife,andeatingquaileggsisacommonhabitofpeople,sothequaileggshellerhasaverygoodprospect.Themachineisdesignedforshellingquaileggsaftercoldwatertreatment.Thedesignofthemachineisfirstlybasedontheanalysisofthecompositionofquaileggstructureandthecharacteristicsofeachpart.Itisconcludedthatthekeyofquaileggshellingistoovercomethecouplingforcebetweenquailegginnermembraneandeggwhiteinsomewayaftercoldwatertreatment,soastoachievetheprincipleofshellingcookedquaileggs.Then,byanalyzingandcomparingtheexistingmachineryofthesametypeonthemarket,threemethodsofairflowimpactshelling,vibrationshellingandrubbertubecounterrotatingfrictionshellingcanovercomethiscouplingforce.Bycomparingthetwomethodsanddesignpurposes,therubberhoseoppositerotationmodeisadopted.Thegearisdrivenbytherotationofthemotor,andtherubberhoseisdrivenbythemachinetorotateagainsteachother,soastogeneratefrictionandteartheshellofthequaileggfromthesurfacetoachievetheeffectofshelling.keyword：Quailegg;Cookedquaileggs;Friction;Rubberhose目录中英文摘要…………………Ⅰ目录…………………………ⅡTOC\o"1-3"\h\u1前言 -1-1.1设计背景 -1-1.2国内外研究动态 -1-2设计方案分析与确定 -2-2.1设计目的 -2-2.2设计方案 -3-2.2.1鹌鹑蛋结构分析 -3-2.2.2设计方案的选择 -5-3主要结构设计设计及计算 -3-3.1传动系统设计 -6-3.2电动机型号选择 -16-3.2.1减速器选型 -16-3.2.2输送带设计 -16-3.2.3联轴器的选择 -17-3.2.4轴承的选择计算和校核 -17-4其他关键零件设计 -18-4.1胶管的设计 -19-4.2传送管的设计 -19-5方案的校验 -20-结论 -21-参考文献 -22-致谢 -24-1前言1.1设计背景资料显示，鹌鹑营养价值很高，含有丰富的蛋白质、脂肪、维生素、矿物质。此外，蛋黄中含有丰富的卵磷脂，可以在人体内转化为乙酰胆碱，是保持人脑记忆旺盛所不可缺少的物质。在鹌鹑蛋深加工过程中，剥壳是其必经之路。鹌鹑蛋剥壳有两种方法：一种是手工去壳；另一种是机械化剥壳。上世纪八九十年代，在我国机械化水平比较落后的情况下，鹌鹑蛋的主要去壳方式是手工去壳。鹌鹑蛋手工去壳的优点是破损率高、整仁率高；而缺点也比较突出，手工去壳需要耗费大量的人力，属于劳动密集型产业，生产效率低下；还有就是在手工去壳的过程当中，人的手上若带有大肠杆菌，将会严重影响鹌鹑蛋的品质，而大肠杆菌是出口鹌鹑蛋产品必须要检验的一个指标。随着我国经济的不断发展，机械化水平的进一步加大，员工工资的逐步增长，鹌鹑蛋加工不能再单独依靠手工进行去壳，而应该发展机械化剥壳。鹌鹑蛋剥壳机是一种高效的全自动、全自动化生产线,它可以代替传统手工式分选和手动计数,大大提高了生产效率。目前国内市场上有很多厂家都在研究该机器。但是其结构复杂笨重且功能单一;本课题将设计一款自动型鹌鹑蛋剥壳机并对其进行运动学分析及关键部件设计计算校核等工作内容以达到降低劳动强度、减少操作时间的目的;同时此机型还可以为生产线流水线提供更便捷的数据信息实现自动化生产,提高生产线的工作效率,降低人工成本。鹌鹑蛋剥壳机是一种全自动型单机设备。其结构简单、操作稳定方便;使用寿命长、具有良好机械强度和稳定性等特点使它在国内市场得到广泛推广及应用。1.2国内外研究动态在全世界范围内，只有中国和美国的鹌鹑蛋年产量在20万吨以上，这两国家的鹌鹑蛋产量已经占到了世界鹌鹑蛋总产量的50％，但是美国却遥遥领先中国。在欧美等发达国家，鹌鹑蛋产业已形成机械化操作。首先是收集和预处理。采用机械振荡器将鹌鹑蛋振落，收集后运送到加工厂进行处理包括漂洗、烘干等；其次，采用破壳机将鹌鹑蛋进行壳分离；再次，采用分选机分将核仁分为全仁和碎仁等不同等级；最后包装成商品销售。国外对剥壳机具的研制始于在20世纪60年代初。到上世纪80年代，发达国家已相继推出了剥壳机等各种类型的剥壳机。随着科技的发展，剥壳机具发展得日趋成熟。美国的鹌鹑蛋破壳机发展的较早同时也领先于其他国家。我国的机械式剥壳机是由国外进口而来,其设计和制造相对较为简单,国内自主开发能力弱,但在一些关键领域已经有了一定研究。但是相比于发达国家研制的全自动鹌鹑蛋剥壳系统来说仍有着很大差距。目前市场上鹌鹑蛋主要采用人工操作方式进行工作时效率低且容易出现差错、漂离等现象;而且由于传统式人工喂食导致生产周期长、劳动强度大;同时也因为我国经济发展水平和人们生活节奏加快鹌鹑蛋剥壳机的研制工作也要随之提高。本课题研究的是一款全自动鹌鹑蛋剥壳机,该系统主要由传送结构和挤压旋转结构组成,其中都使用了电机进行传动。2设计方案分析与确定2.1设计目的此次设计的鹌鹑蛋自动剥壳机，包括一底座，底座的上端面安装两大机构，一个是传送机构，其实就是传送带，利用传送带将鹌鹑蛋放入胶管对转。另一个机构就是旋转胶管机构，利用胶管对转完成对鹌鹑蛋的去壳。本实用新型主要用于去除蛋壳使用，可适用于不同的蛋壳去除，通过电动的方式，快速去除蛋壳，代替人工剥壳方式，工作效率大大提升，减轻劳动强度。2.2设计方案2.2．1鹌鹑蛋结构分析为确定熟鹌鹑蛋的剥壳的设计方案，首先很有必要对鹌鹑蛋的结构有所了解和分析，才能保证所确定的设计方案能够实现设计要求。如图3-1是一副鹌鹑蛋结构的示意图，从中我们可以注意到，鹌鹑蛋有两层薄膜，而两层膜联系较紧，内膜与卵白相连，并且在内膜也蛋白之间有一气室。根据我们平时生活常识当一个熟鹌鹑蛋能在煮熟后放置冷水后，很容易连带内膜在内讲鹌鹑蛋的蛋壳剥去。这是应为当熟鹌鹑蛋置于冷水后，由于热胀冷缩，空气从蛋壳微小气孔中进入气室导致内膜与卵白之间的耦合力变小。因此，我们只要突破内膜与卵白直接这层较小的耦合力，就能使得内膜与蛋白能够顺利的分离，从而让蛋白与蛋壳顺利分开。图3-12.2.2设计方案的选择通过对鹌鹑蛋结构的分析可知，要是实现熟鹌鹑蛋去壳过程顺利进行，设计的机器要能克服鹌鹑蛋内膜与卵白之间的耦合力，在通过某种方式实现蛋壳也卵白的分离，就能达到本次设计最主要的要求。通过调查市面上的相关机器可知，有两种方式克服此耦合力，一种是气流冲击去壳，另一种则是通过振动碎壳和振动、碾压去壳。前者优点是鹌鹑蛋去壳率高，破损率低，缺点在于剥蛋前需人工剥去蛋的顶、底部壳，操作复杂，工作效率低，不适用于工厂批量大量生产，不符合本次设计要求。图1为一气流式剥蛋器。后者虽然去壳率相对略低，破损率也略高，但是能适应工厂的大量生产，对于去壳不完全的鹌鹑蛋，可以集中进行二次加工，相对第一种方式，其方案更加合理，而且对于整个鹌鹑蛋的生产流程而言其成本也更低。方案一：图3-1一种鹌鹑蛋剥壳机，其特征在于，包括：支撑台（1），其上部设有剥壳箱（2）；水盆（7），其放置在剥壳箱（2）侧下方；剥壳机构（3），其设置在剥壳箱（2）内部，用于对多个鹌鹑蛋同时剥壳；微压机构（4），其安装在剥壳箱（2）上部和剥壳机构（3）之间，其能够间歇性按压剥壳箱内的鹌鹑蛋图3-2方案二：图3-3如图3-3所示，鹌鹑蛋通过传送带传送向胶管挤压方向，鹌鹑蛋通过螺旋管移动，蛋壳则通过黄色胶管相对转动挤压进行蛋壳分离，蛋壳下落进入蛋壳箱，鹌鹑蛋则一直向前方移动落入最前方蛋箱中。此结构较为简单因此选择该装置进行设计。3.主要结构设计及计算针对设计方案及其工作原理可知，设计的主要内容包含如下几点：胶管的设计：长度直径等。传动系统的设计：包括电动机的选择，轴的结构设计及校核，轴承的选择等。3.1传动系统设计传送装置结构如图3-3所示：图3-3此次设计的输送方式为带式输送机，保证鹌鹑蛋能够进行移动。带式运输机是一种靠摩擦驱动以连续方式输送物料的机械装置。应用它可以将物料在一定的输送线上，从最初的供料点到最终的卸料点间形成一种物料的输送流程。它既可以进行碎散物料的输送，也可以进行成件物品的输送。除进行纯粹的物料输送外，还可以与各工业企业生产流程中工艺过程的要求相配合，形成有节奏的流水作业运输线。传动装置总体设计的目的是分析或确定传动方案、选定电动机型号、计算总传动比并合理分配传动比、计算传动装置的运动和动力参数，为设计计算各级传动零件和装配图设计准备条件。带式运输机作为连续运输机械已经广泛应用与码头、煤矿、冶金、粮食、造纸等行业。传动滚筒是带式输送机的关键部件,其作用是将驱动装置提供的扭矩传到输送带上，并利用带的静摩擦力来传送物料。由于它运行可靠。在许多需要连续运行的重要的生产单位，如发电厂煤的输送，钢铁厂和水泥厂散状物料的输送，以及港口内船舶装卸等均采用带式运输机。如在这些场合停机，其损失是巨大的。必要时，带式输送机可以一班接一班地连续工作。带式运输机广泛地应用在冶金、煤炭、交通、水电、化工等部门，是因为它具有输送量大、结构简单、维修方便、成本低、通用性强等优点。带式运输机还应用于建材、、电力、轻工、粮食、港口、船舶等部门。带式运输机主要存在跑偏、洒料、皮带打滑，减速器断轴等问题，需要减震、减少张紧力波动，超速打滑保护。普通皮带运输机的提升角度一般不大20度,原因是当皮带运输机的倾角大于20度时对大多数的物料来讲都会发生物料下滑的情况，即物料在皮带上的摩擦力过小发生下滑。对输送煤炭的皮带运输机一般提升角度不大于15度，对输送烧结球团的皮带运输机提升角度不大于12度。如果物料相对粒度较小，其提升角度可选较大值。特殊的皮带运输机其提升角度可大于35度，其皮带的构造是特殊制造的。带式运输机主要是由清扫器、皮带、传动滚筒、驱动装置等零件组成，任何一个零件出现故障，则会导致带式运输机安全性受到影响，因此设计人员需要对其进行全面性分析。带式运输机危险主要表现在机械危险、电力危险、设备危险等方面，其中机械危险包括挤压、卷人、断裂等，电力危险包括电机故障和燃烧等，设备危险包括人机不匹配，即当操作人员采用不规操作行为时，会出现安全隐患。图5-1运动特征示意图3.2电动机型号选择图5-1运动特征示意图电动机的功率主要根据电动机运行时的发热条件来决定。鹌鹑蛋剥壳机由于是比较稳定、长期连续运行的机械，因此只要所选电机的额定效率大于或等于所需电机功率即可。另外，在动力传输过程中，由于存在摩擦力，导致动力在各部件之间传递的时候难免会有能量损失，所以电机的实际功率必须大于电机的理论功率。根据实际情况可知，传送带的有效拉力为1300N，输送带线速度为，工作机的有效功率为由公式得，电机所需功率为式中：——工作机的有效功率，即工作机的输出功率，单位为（kW），由工作机的工作阻力和运动参数确定；——从电动机到工作机输送带键的总效率。是组成传动装置到各个部分运动副的效率乘积，设弹性联轴器、开式齿轮、滚动轴承、V形带传动、滚筒的传动效率分别表示为则有：查《机械设计毕业设计指导书》表9-1得，，，，因此总功率3则有电动机所需要的效率为查《机械设计毕业设计指导书》表13-1得，获取电动机型号如表5-1所示：表5-1电机型号选取电动机型号Y90S-6Y152S-8Y802-3Y801-2转速（r/min）91071015902825电动机功率0.752.20.750.75在筛选电机时，除了要考虑动力需求，还需要考虑经济成本，对于电机而言，转速越高的电机成本越低，尺寸越小，但是由于该分拣机所需转速不高，因此若选择较大的转速，则需要较大的传动比的减速装置，反而增加了使用成本和占地面积，因此综合考虑选择Y152S-8系列的速度电机作为本机构的电源输入。可得电机转速为，功率为。3.2.1减速器选型此次传送带设计用电机直接连接减速器大大减少了空间利用率，并且是刚性连接，对比带传动更为方便，节省空间。减速器是独立的闭式传动装置，用于原动机和工作机之间。具有降低转速，使转矩增大，来满足工作的需求的作用。在机械设备中减速器应用广泛，是因为它具有维护方便、结构紧凑、传动效率高、而且准确可靠等特点。减速器的种类多种多样，按照传动方式可以分为齿轮减速器、行星齿轮减速器、蜗杆减速器；根据传动的级数，又可分为单级和多级的减速器；按照传动的布置形式，还可以分为展开式，分流式和同轴式减速器。机械强度和热平衡许用功两个方面制约着减速器的承载能力，所以应该考虑这两方面来选择减速器。工作情况系数在选择减速器时通常计算在内，按照工作机的工作制为十小时，系统承受轻微冲击载荷，本设计选择使用一级圆柱齿轮减速器。要求：QUOTE式中QUOTE——机械强度计算功率，KW；QUOTE负载功率，KW；QUOTE——工况系数（即使用系数），参考文献[7]表16-2-8；取QUOTE——安全系数，参考文献[7]表16-2-9；取QUOTE1.3QUOTE——减速器公称输入功率，参考文献[7]表16-2-3~表16-2-6。输入转速980r/min，接近公称转速取QUOTE=1000r/min取i=50，参考文献[7]表16-2-3~表16-2-6，QUOTE取33KW可以选用ZDH15-2减速器的瞬时尖锋载荷，一定要求的情况下需要校核，使其满足，减速器的热功率QUOTE，也需要校核，看是否满足要求，系数、、需要计算在内。QUOTE其中：QUOTE——计算热功率；——负载功率；——环境温度系数；，参考文献[7]表16-2-10——载荷率系数；，参考文献[7]表16-2-11——减速器公称功率利用系数；由于QUOTE，所以取QUOTE，参考文献[7]表16-2-12QUOTE—减速器的热功率，由参考文献[7]表16-2-7，QUOTEQUOTE满足热功率要求。所以，选择ZDH15-2型减速器符合要求。3.2.2输送带设计此次设计选取选取以下计算方式，按照横向截面算取的有效输送量，排除装载材料堆积角P关于装载材料质量的作用，而需要依据材料在传送带放置的实际状况来考虑。输送量Q物料水平输送距离输送角度环境温度150kg/h鹌鹑蛋300mm180°-19℃～40℃本次设计初设定带宽为100mm，长320mm。3.2.3联轴器的选择1、联轴器的选择根据轴的结构设计知输入轴的最小直径是安装联轴器处轴端直径和联轴器与电动机为标准件，为了满足标准设计要求而同时选择联轴器<1>联轴器转矩的计算根据Tca＝KATI有Tca＝KATI＝1.5×36.297N·m＝54.445

N·m`根据电动机选择的是Y132S-4有电动机轴的直径为38mm<2>根据输入轴的最小直径、联轴器的转矩和电动机轴的直径查《机械设计毕业设计》表15-7选择LM4联轴器YA38×82YA22×52且根据装配要求联轴器段的长度为50mm，又根据联轴器装配时由轴肩定位，则下一段直径选择30mm

2）联轴器的选择根据轴的结构设计知输出轴的最小直径是安装联轴器处轴端直径和，为了满足设计要求而同时选择联轴器<1>联轴器转矩的计算根据Tca＝KATI有Tca＝KATIII＝1.5×380.717N·m＝571

N·m<2>根据输出轴的最小直径、联轴器的转矩查《机械设计毕业设计》表15-7选择LX3联轴器YA45×112YA40×112(GB/T5014-2003)且根据装配要求联轴器段的长度为110mm,

又根据联轴器装配时由轴肩定位，则下一段直径选择50mm3.2.4轴承的选择、计算和校核当今社会中，机器使用最多的零件是滚动轴承，轴承外圈与内圈之间有滚动体，依靠滚动体的运动来支撑回转零件（例如：轴）。大多数滚动铀轴承都是标准化的，轴承的各种通用规格是由专业工厂批量生产和提供的。滚动轴承的优点具有启动转矩低，旋转精度高，选择方便。滚动轴承的结构，其由四个零件构成：内圈、外圈、滚动体、保持架。通常内圈用于与轴段安装，轴承外圈与放置轴承的孔座配合安装。内圈通常与轴段一起做回转运动，而外圈是固定在轴承孔座上保持不动，但是当内圈与轴端固定不运动，而外圈做回转运动，或者在内圈和外圈一起旋转时，也可以使用内圈。当内圈和外圈相对于彼此旋转时，滚动元件在内圈和外圈的轨道之间滚动。考虑到轴的直径为50mm，并且中间铁桶由支架支撑，对轴承没有力的作用，选用单列向心球轴承，型号为0000，轻（2）窄系列210型。其参数为d=50mm、D=90mm、b=20mm，额定动负荷C=26.97kN，额定静负荷（1）计算轴承的当量载荷P：由式：P=XFr=由前面计算已知：FZ1=2279NFY1=79NFr1=Fr2=（2）校核计算：轴承的计算额定功率载荷C'，它与所选用的轴承型号的基本额定载荷CC≥Cε为寿命指数，球轴承ε=3。Lℎ'为轴承的预期使用寿命，查表计算解得：C1'C2'综上：轴承满足使用要求，选用合理。轴的校核电机轴Ⅰ轴Ⅱ轴滚筒轴各轴输入功率计算电机轴Ⅰ轴Ⅱ轴滚筒轴各轴输入转矩计算根据转矩公式：设T1、T2、T5、T3分别为为电动机、V带传动、开式齿轮、滚筒的输入转矩，则有：各轴的校核完成轴的初步结构设计后，进行强度校核。需要满足轴的强度或者刚度。根据轴的具体受载及应力情况，对传送带减速器的轴进行强度校核。图3-4轴的受力分析和弯扭矩图轴上的转矩T，轴上的传递的功率：（3-13)求作用在传送带上的力：=3305N=1953N画轴的受力简图，见图10。计算轴的支撑反力，在水平面上：（3-15)（3-16)在垂直面上在垂直面上MV合成弯矩，剖面左侧剖面右侧判断危险截面截面左右的合成弯矩左侧比右侧大，扭矩为T，则左侧为危险截面，若左侧强度满足，则符合。轴的弯扭合成强度校核许用弯曲应力，,截面左侧轴的疲劳强度安全系数校核抗拉强度，弯曲疲劳强度，剪切疲劳极限，等效系数，截面左侧（3-25)得，；绝对尺寸系数，；轴经磨削加工，表面质量系数。则弯曲应力，（3-26)应力幅（3-27)平均应力切应力（3-28)（3-29)安全系数（3-30)（3-31)（3-32)查许用安全系数，显然，则剖面安全。其它轴用相同方法计算，结果都满足要求。4其他关键零件设计4.1胶管的设计鹌鹑蛋一般只有5g左右，2厘米左右，表面有棕褐色斑点。鹌鹑蛋的营养价值不亚于鸡蛋，有较好护肤、美肤作用。因此此次设计的胶管要符合鹌鹑蛋的大小，能做到充分使蛋壳分离。图4-1此次设计的黄色胶管直径为20mm，长度为320mm，上下高度为31mm，而鹌鹑蛋的大小为20mm，因此鹌鹑蛋可以充分进行蛋壳分离。4.2传送管的设计图4-2此次设计的传送管直径为50mm，长度为350mm，而鹌鹑蛋的大小为20mm，因此鹌鹑蛋可以通过螺旋传送管向前移动。到达底部后掉落进入蛋箱内。5方案的校验（1）机器一定要提前1到2分钟前启动，并且确定运转无误后才开始进料。（2）本机器是半自动的人工进料，进料频率为每1s中并排进料10个鹌鹑蛋，切勿超出该限制。（3）本机器要进行定期的润滑，机器个部位均采用脂润滑。（4）在使用本机器是切勿将手等肢体部位伸入振动筛中，以免发生事故。经评估，该方案可以进行生产使用。结论本次熟鹌鹑蛋剥壳机的设计中，主要是利用摩擦碎壳。在使用此机器前，必须对熟鹌鹑蛋进行必要的工艺处理，才能充分利用本机器完成去壳过程。在本次设计过程中解决了鹌鹑蛋去壳原理的分析，机器各个系统结构设计，另外对鹌鹑蛋的振动过程的运动进行了简单的分析。但是在本次设计中由于设计者能力有限及时间限制仍然有几个问题未解决，具体有：在分析摩擦过程中忽略了阻尼的影响，简化了分析过程造成了某种程度的误差，可能与最初的设计要求有所偏差。在机器去壳过程中的由于考虑到并不需要高压力的水流，没有设计喷水系统，但是若设计一套简单的喷水系统，通过喷水-过滤-喷水的过程，循环利用自来水，在水资源比较紧张的地区或许更加实用。上两条的未解决的问题是整个设计中应该改进的地方，由于我能力所限而为解决对于机器的后续设计是十分重要