【《马铃薯去皮处理和清洗切片装置设计》8800字（论文）】

马铃薯去皮处理和清洗切片装置设计目录TOC\o"1-3"\h\u195671绪论 2277751.1设计需求分析 290921.2去皮机的发展现状 396111.3设计优化方向 692532总体方案设计 6277702.1结构设计原理 642232.2工作原理 743682.3传动方案的确定 8241732.4电机选择 926503马铃薯去皮切片机的三维建模 917823.2筛网的建模 1068263.3毛刷辊建模 11253213.4机架建模 11246523.4.1成型室机架建模 1213283.4.2废水收集装置的三维建模 1384603.4.3动力安装机架及内部连接零部件建模 14186353.5出料收集装置的建模 16201683.6清洗装置的建模 17142273.6.1喷水口的建模 18301073.6.2加压泵的建模 19225873.7传动装置建模 1921533.7.1工作电机的建模 1995063.7.2带轮的建模 20263303.7.3轴承座的建模 22150973.7.4皮带的建模 2440924总体三维装配建模 2413485运动仿真 25202616结论 27摘要本设计针对马铃薯去皮处理这一工序进行了研究分析，针对马铃薯表面凹凸不平的特点进行了特殊设计，以求对马铃薯表明进行充分去皮处理。本设计采用的是机械摩擦原理，通过毛刷辊摩擦作用将马铃薯的表皮进行剥离，并设计了水管清洗装置对马铃薯成品进行清洗，并进行切片，自动化完成清洗去皮处理这一系列工序，极大地提高了设备自动化程度，并降低了人工成本浪费。本设计还对设备进行了三维建模，以更加直观地检验设计的结构合理性。本设计对马铃薯去皮机这一设备的所用零件进行设计选型，以求提高设备设计合理性，并降低成本。关键词：去皮处理，马铃薯去皮，自动化设备，SolidWorks软件三维建模1绪论1.1设计需求分析随着社会发展，生产力大幅提高，居民对生活品质的追求也在逐渐提高，马铃薯是一种较为常见的农作物，因其产量大营养丰富广受人民喜爱。同时作为一种口感较好的时频原料，马铃薯也被餐厅以及食品加工行业广泛需求。经过市场调研，现今食品加工处理技术的发展日新月异，主要有以下几个发展方向：1）提高食品原料利用率；2）提高产品线生产效率；3）降低生产成本。作为食品加工处理的重要原料，马铃薯具有重要的引领地位。马铃薯具有很广泛的用途，其不仅可以直接在家庭中作为蔬菜食用，还经常被用来加工成各种膨化食品、休闲零食等产品，具有较为广泛的用途。并且土豆淀粉营养丰富，也具有广泛的用途，可以说马铃薯去皮加工具有非常广泛的用途以及发展前景。同时马铃薯又称土豆，土豆提取淀粉后的残渣可制成土豆发酵饲料、提取蛋白等。因此,対土豆进行深加工具有重要价值[1]。在日常生活中，人们对薯类制品的需求量是越来越大。现在市场需求量也越来越大，市场供不应求。很多超市里的货架薯类制品供不应求，如图1所示。图1超市薯类制品图对马铃薯的材料特性进行分析可以发现，由于马铃薯生长环境以及收获环境的影响，马铃薯在收获之后往往粘有很多土壤以及污染物，这就导致马铃薯表皮比较难以处理。因此必须在去皮的同时对其进行清洗自动化处理。本设计针对实际加工需求，对马铃薯的加工生产进行了创新设计，加入了自动化清洗装置，从而可以自主完成从马铃薯上料到清洗泥土再到去皮的一系列自动化处理流程。本设计具有很强的实用性，从实际出发对马铃薯去皮机各部分进行了计算选型设计。1.2去皮机的发展现状目前在我国，对马铃薯去皮处理的方法经过长时间发展逐渐形成了机械摩擦去皮以及化学药品去皮两大种类，各有其自身的特点优势。机械去皮主要工作原理为通过机械式刀具对物料进行切削摩擦，将表皮摩擦去除，其应用范围较广，但也存在着去皮不彻底，容易造成原料浪费的缺陷。根据工作原理的不同，马铃薯去皮可分为以下几种处理方式：(1)机械切削去皮。这种切削处理装置主要是通过设置刀具，在马铃薯旋转时接近原料，通对对其表皮进行切削来去皮处理。设备运转分为两部分，一部分是原料的旋转运动，另一部分是刀具的进给运动。该工作原理可以采取电机驱动或人工转动两种工作方式。但该种工作方式也存在着切削废料过多的缺点，不宜对马铃薯进行批量化处理，需要针对不同尺寸的马铃薯来调整刀具间隙，效率较慢。在去皮之前应有选果工序以保证马铃薯大小基本一致[2]。(2)磨削原理去皮。该原理是通过物理摩擦对马铃薯的表皮进行去除，需要针对加工原料的粗糙度进行选取，确保刀具足够对马铃薯表皮进行摩擦处理，而又不会伤到马铃薯的果肉。该方法处理所得的马铃薯表皮校凹凸不平，不利用下一步食品处理工序。但该种工作原理具有加工效率高，加工稳定性高的优点。因此针对设计进行选型时应该根据具体工作条件来进行选取。比如在处理外形规则且表皮具有较厚保护层的原料采用该种工作原理可以有效提高工作效率，并且磨削表面相对来说更加平整，符合加工要求。市面上常见的机械磨削清洗机外观图如图2所示。图2机械磨削清洗机外观图（3）机械摩擦去皮。该设计工作原理是利用摩擦能力强且具有较大工作接触表面的结构对马铃薯进行处理。该种工作方式可以通过对马铃薯全面接触来提高受力面积，提高处理效率并且全方位清理死角位置。本设计即采用了该种工作原理进行设计改进，以求最大限度优化马铃薯处理效率与质量。（4）化学去皮。该种去皮方式主要是通过化学原料浸泡的方式对马铃薯进行处理。由于马铃薯表皮与果肉存在着组成物质的差距，通过化学物质浸泡的方式可以将马铃薯表皮进行软化消除。该种处理方式得到的马铃薯表皮较完整，原料损失较少，因为加工质量较高。但由于化学原料清洗不干净容易产生化学残留危害到食品安全，该种处理方式安全隐患较大。因此该处理方式并不常用。同时,化学去皮用水量较大,去皮过程产生的废水多,尤其是产生大量含有碱液的废水[3]。这些都会造成较大的浪费。因而该处理方式只会在特定的加工处理场景中使用。市面上现有设计大多如图2所示，该种设计方案存在着处理质量不高以及原料浪费严重等缺点。因此，为提高处理质量与工作效率，本设计结合以上几种机械去皮方式对设计工作原理进行改进。通过布置毛刷以及螺旋推料装置对马铃薯进行相对作用切削。该工作方式结合了摩擦去皮的优点，通过毛刷辊可以有效地接触到马铃薯表面，对马铃薯进行清扫处理，在去皮完成之后立即跟随进行清洗，可以有效保持马铃薯表皮的清洁性。并且在清洗过程后随即将废料进行处理，对废料进行回收利用，有效避免了浪费。1.3设计优化方向1)对设计进行设计优化，提高清洗以及去皮工序的一体自动化程度，对设备进行控制优化改进以使得操作更加简洁。2)对废料进行合理回收利用，减少污染的同时降低浪费3）创新结构设计，方便设备对不同尺寸的马铃薯原料都可以加工。2总体方案设计2.1结构设计原理为了满足马铃薯自动化根据实际生产需要，本研究对马铃薯自动去皮机进行了结构优化设计，以使得本设计能够实现马铃薯的自动去皮，安全可靠，可在较大程度上降低劳动强度，提高生产效率。本研究针对马铃薯去皮机进行整体设计给出设计方案，主要设计内容如下：经过市场调研，根据市场需求对去皮机进行结构设计优化，创新整体设备结构设计方案；对传动系统进行设计，设计传动方式，并对传动系统各组成部分的零部件进行计算选型。对去皮装置进行设计，完成原料从去皮到清洗的自动化工序流程，并对去皮装置各组成部分进行设计计算，并给出安装布置方案。本设计结构布置方案毛刷滚筒清洗去皮图如图3所示。1-电机2-带轮3-皮带4-大带轮5-机架6-毛刷辊轴承7-清洗装置8-上料装置9-电机支撑10-废料收集箱图3毛刷滚筒清洗去皮方案图2.2工作原理本设计工作流程是通过毛刷辊与推料装置共同作用，对马铃薯原料进行摩擦清理。该工作过程可以将马铃薯去皮以及清洁工序一步处理完成，无需设计多余工序。同时清理完成的马铃薯原料在经过出料口时会被刀具切削成片，完成切片操作。该设计的主要工作部件是毛刷辊以及推料装置，它们共同作用下对马铃薯完成去皮以及清理工作。该工作原理具有马铃薯原理清理全面，并且原料浪费较少的优点。设计工作流程为1）进料；2）摩擦去皮；3）清洗原料；4）切片；5）出料。对马铃薯的处理需经过以上几个步骤，在清洗过程中马铃薯在去皮机中与毛辊辊的接触图如图4所示。图4马铃薯与毛辊摩擦接触图2.3传动方案的确定本设计主要分成三个工作组成部分：传动系统、机架以及去皮清洗系统。传动系统在设备工作过程中主要起到驱动设备工作的作用，一个设计优秀的传动系统必将使得设备工作稳定性较高，并且根据传动方式的组合来设计出最适合设备工作的传动方案。在保证工作质量的同时传动系统的设计必须具有高效高稳定性的工作性能，同时需尽量降低制造成本以及重量。马铃薯去皮机的结构装置，主要是针对马铃薯去皮以及清洗处理。在本传动装置中，本设计由两台固定在机架上的电机分别为上料装置以及毛刷辊提供动力来源。电机带动小带轮的转动，通过带传动以及链传动带动毛刷辊的运转，对马铃薯原料进行处理。带传动方案设计简图如图5所示。1-电动机2-小带轮3-V带4-大带轮5-毛刷辊轴图5传动系统布置方案图2.4电机选择根据市场调研以及工作功率的计算，对本次设计中的电动机选型进行计算。根据设计工作要求以及传动方案设计。本次选择Y系列三相异步电动机，型号为Y100L-6，功率7.5kw，转速940r/min。电机安装视图如图6所示。图6电机安装视图3马铃薯去皮切片机的三维建模3.1推料螺旋杆及刀片的建模马铃薯从进料口送入成型室后首先接触的是螺旋状的上料装置，该装置作用是将土豆往前推动，在毛刷辊的作用下不断被去皮处理。该装置与毛刷辊一起组成了土豆去皮的主要工作部件，推料转置表面设计为摩擦表面，在与马铃薯进行接触推进的同时对其进行摩擦去皮处理。本次设计使用SolidWorks软件进行三维建模。通过拉伸功能对推料螺旋杆进行建模，选定直径为60mm，高度为1800mm，对其进行薄壁拉伸，螺旋杆三维模型图如图7所示。图7螺旋推杆三维模型图接着通过直线扫描功能对上料装置的叶片进行建模。设置叶面草图为轮廓，进料装置主轴中心线为扫描路径。对其进行建模。最后对刀片进行绘制，首先建模单个刀片，接着通过圆周阵列对刀片进行添加，建模出四个刀片圆周排列，刀片之间角度为90度。刀片三维模型图如图8所示。图8刀片三维模型图3.2筛网的建模土豆废皮具有蛋白质等营养价值，可以被回收利用为饲料等产品。因此这里设计筛网对土豆皮进行分离处理。接着对成型室下部的筛网进行建模，该部件主要作用是对马铃薯去皮处理后产生的马铃薯废皮以及废水进行分离清理，将土豆废皮进行回收处理。设计网格为网孔间隙，直径为3mm，通过直线阵列使其分布于整张分离板上，其结构三维图模型图如图9所示。图9分离装置三维模型图3.3毛刷辊建模毛刷辊直接对土豆处理，是对土豆表皮进行摩擦去皮处理的部件，实物设计为硬质尼龙材质，毛辊间隙设计为20mm，并且可以通过设计安装位置来调节毛辊间隙。设计辊体直径为105mm，主轴为30mm。通过圆锥滚子轴承安装在机架上。通过三次拉伸命令创建出三维模型如图10。图10毛刷辊三维模型图3.4机架建模通过对市面上现有去皮机的调研以及需求分析，去皮机机架设计长宽高尺寸在900mm*2550mm*1000m内效率最高。这里经过设计计算，对去皮机选型进行确定。设计机架尺寸在830mm*2520mm*1004mm。接下来对机架进行绘制三维图。整体机架分为两个部分进行设计，分别是成型室机架以及动力安装机架，全机身采用304不锈钢设计，符合食品加工设备要求。成型室机架包括支腿，料筒壁以及进料斗、出料口、废料槽。动力安装机架则包括支撑部分以及安装部分。3.4.1成型室机架建模对成型室机架其进行三维图建模：首先建模出机架支腿，通过拉伸命令对四条支腿进行建模，接着通过拉伸薄壁对机架四周遮挡进行建模，并根据毛刷辊设计安装位置在机架两侧进行打孔定位将毛刷辊进行装配固定。最后绘制出电机安装支架。建模出成型室机架三维模型截面图如图11所示。图11成型室机架模型截面图进料斗是马铃薯原料进入去皮料筒的部件，本设计将其设计在去皮部件上方，方便去皮毛刷辊对其进行定位处理。马铃薯从进料孔进入后受重力影响，落入去皮料筒中，接着在毛刷辊的旋转作用下与毛刷辊进行摩擦接触，对马铃薯进行去皮处理。出料口绘制流程与进料口类似，也是首先绘制出二维图，接着对其进行拉伸处理建模出三维模型图。对进料口以及出料口进行模型建模，草图绘制出二维形状后对其进行薄壁拉伸，选取顶端加盖命令，最后将进料口建模完成如图12。图12进料口三维模型图3.4.2废水收集装置的三维建模本设计在去皮过程清洗喷嘴会对马铃薯进行喷水清洗，因此需设计机构对废水进行收集，本设计采取绘制废水收集装置的方法来对废水进行收集处理。该装置位于机架底部，承接清洗料筒中对马铃薯进行清洗后流出的废水，并设计有转接装置可以直接与水管相连接对废水进行排出处理，对其绘制时首先采取二维尺寸图绘制，接着对其进行薄壁拉伸，顶端加盖绘制出壁厚2mm的废水回收装置，其二维尺寸图如图13所示。图13废水回收装置二维尺寸图接着根据二维图进行拉伸处理建模出三维模型图如图14所示。图14废水回收装置三维模型图3.4.3动力安装机架及内部连接零部件建模接着对动力安装机架部分进行建模，该部分主要作用是用来支撑电机以及带轮传动的主轴，并且安装架上设计有槽孔，可以用来调节轴承安装位置，以起到张紧链轮传动的作用。建模该部件时首先对支架底部支撑进行建模，使用拉伸命令对支腿进行建模，接着通过拉伸平面绘制出支架安装平板，用以固定电机。其结构建模模型图如图15所示。图15动力安装机架支撑截面建模模型图最后对动力安装部分的主轴支架进行建模，同样使用拉伸命令建模出三角支架，这样设计的优点是结构稳定并且占地面积小，质量轻成本低。并且可以充分适应轴承安装的条件，有利用设备正常稳定的运行。通过草图建模出支架形状，接着对草图进行拉伸操作，建模出安装支架，机架厚度设计为40mm。(a)支架三维建模图(a)槽孔三维建模图图16动力安装机架三维图接着在动力安装机架上进行槽孔建模，该设计可以用来安装轴承座，并可根据轴承不同安装位置来实现链传动的张紧，调节较简便。这里对其进行建模，首先以三角架的表面为基准面进行建模，通过草图绘制出槽孔形状，接着对草图进行拉伸切除，绘制出槽孔。初步设计槽孔深度为贯穿支架，这样可以通过螺栓连接对轴承座进行固定，使得整体设备工作更稳定，传动更加平稳，内部螺栓三维模型图和脚架三维模型图如图17所示。（a）螺栓三维模型图（b）脚架三维模型图图17内部螺栓和脚架连接零部件三维模型图3.5出料收集装置的建模马铃薯在去皮切片处理后从出料口掉落，这时需要有收集装置对成品进行收集储存。根据设计尺寸对马铃薯尺寸进行调研，从而确定出料收集装置尺寸，设计收集装置高度为250mm，底部料槽为500mm*500mm，料槽高度设计为125mm。对收集装置基本草图进行绘制，收集装置二维图如图18所示。图18收集装置草图随后使用拉伸命令对收集装置进行拉伸处理，设计拉伸厚度为500mm，绘制出出料收集装置三维图如图19。图19收集装置三维图3.6清洗装置的建模马铃薯由于表皮凹凸不平，表面尘土不容易清理，因此在去皮处理的同时需要对其进行清洗，本设计采用喷水嘴冲洗的方式对马铃薯表面进行清理，清洗装置分为三部分组成：清洗喷和加压泵。这里对其进行设计建模。3.6.1喷水口的建模首先对喷水口进行建模，喷水口的设计需要满足清洗要求，且需要具有足够高的水压冲击。这里根据喷水口的二维尺寸图在基准平面上拉伸正方体作为喷水口主体，接着通过拉伸切除绘制出，喷水口二维尺寸图如图20。图20喷水口主二维尺寸图随后对出水喷口以及安装支架进行建模。通过拉伸对喷口底部出水口进行主体建模，接着通过圆形切除对喷口加工出三维模型图，喷水口三维模型图如图21所示。图21喷水口三维模型图3.6.2加压泵的建模加压泵在设计中起到增强水压提供水源的作用，加压泵通过水管与清洗装置相连，这里参照市面上现有设计对加压泵进行建模，长宽高分别为452、185、254mm。通过旋转、拉伸、切除命令对其进行三维建模，加压泵三维模型图如图22所示。图22加压泵三维模型图3.7传动装置建模传动装置设计用来对整体设备提供动力来源，这里设计采用带传动加链传动混合传动的方式，可以最大程度地发挥电机的动力同时减轻传动过程中发生的振动以及噪声，使得传动更加平稳。3.7.1工作电机的建模本设计以电机作为动力源来驱动设备工作，设置有前后两个电机，前方电机驱动螺旋推料装置，后侧电机通过链传动驱动毛刷辊旋转工作对马铃薯进行去皮处理。电机尺寸为4225mm*156mm*220mm，后侧电机通过带轮传动驱动传动主轴，进而驱动主轴上安装的链轮旋转，带动链轮传动系进行运转，进而带动毛刷辊运转，对马铃薯进行去皮处理。设计电机额定工作效率为3KW，单次投放马铃薯最大重量为50KG。该电机安装在电机安装板上。对后侧电机三维模型进行建模，其建模流程与前侧电机类似，这里通过拉伸、切除、以及旋转命令对其进行三维建模，后侧电机三维模型图如图23所示。图23后侧电机三维模型图3.7.2带轮的建模设计电机通过带轮传动带动连杆运转为毛刷辊运动提供动力来源，这里设计电机转速不需要过高，能够将马铃薯表皮去除干净即可。根据设计最大马铃薯投放量为50KG，对带轮直径进行计算，设计带轮直径为124mm，为减轻带轮质量，这里对带轮进行开孔开槽设计。带轮各部分直径尺寸二维图如图24所示。图24带轮二维尺寸图随后对其进行旋转命令，建模带轮主体部分。最后对带轮进行切除拉伸，建模带轮上各圆孔特征，并对带轮上各部特征进行倒圆角处理，小带轮三维模型图如图25所示。图25小带轮三维模型图大带轮绘制流程与小带轮相似，这里根据带传动传动比以及电机工作效率对大带轮尺寸进行计算，设计大带轮直径为256mm。根据其大带轮二维尺寸图，并通过旋转命令得到大带轮三维模型图如图26所示。(a)大带轮二维尺寸图(b)大带轮三维模型图图26大带轮三维模型图3.7.3轴承座的建模轴承主要作用是对轴进行固定支撑，本次设计使用了两种类型轴承，分别用来支撑带轮轴以及毛刷辊轴。首先对带轮轴承进行设计，采用拉伸命令绘制其基体部分，根据其二维尺寸图进行三维建模，采用拉伸切除命令对轴承进行细节加工，建模出其各部分特征，带轮轴承三维模型图如图27所示。图27带轮轴承模型图设计轴承内孔直径为44mm，与带轮轴进行配合安装。本次设计轴承座基座上设计有安装槽孔，用以将轴承座安装在机架上，并且可通过调节轴承座安装位置来对链传动起到张紧控制，方便安装装配。接着对毛刷辊轴承座进行设计绘制，通过该轴承座将毛刷辊固定在机架上，对其进行绘制的流程与带轮轴承座类似，设计内孔直径为20mm，并可通过轴肩设计来对毛刷辊轴进行轴向定位。其二维图如图28(a)所示，并对其进行拉伸以及切除倒角等特征绘制，毛刷辊轴承座三维模型图如图28(b)所示：(a)毛刷辊轴承座二维尺寸图绘制(b)毛刷辊轴承座三维模型图28毛刷辊轴承座模型图3.7.4皮带的建模本设计中后侧电机传动采用的带传动方式，带传动具有传动平稳，结构紧凑质量轻，且成本较低等优点。根据上述带轮设计，本设计采用两条皮带进行传动，保证最大传动功率。通过二维尺寸图进行三维建模，通过装配体配合对两个带轮进行配合，选取使用带轮零件，对带轮零件进行扫描实体建模。本设计的传动系统皮带形状设计为V型带，皮带传动主要工作表面是皮带两侧的表面，其与带轮之间构成摩擦啮合，在一侧带轮的带动下皮带将动力传递至另一侧带轮。根据二维尺寸图对其扫描建模，皮带三维建模图如图29所示。图29皮带三维模型图4总体三维装配建模SolidWorks中具有强大的装配模块，在对设计所有零部件绘制完成后最后对其进行装配组合。一个好的设计不仅要有优秀的结构设计还要考虑各部件之间的加工以及装配问题，确保设备能够符合设计标准。首先将箱体作为主要零部件插入装配体中，接着插入电机、压水泵以及毛刷辊等零部件。在进行装配时同样可以通过线性阵列来对轴承以及毛刷辊来进行装配，可以极大地节省装配步骤进而节省装配时间。建模的整体三维装配模型图如图30所示。图30整体三维装配模型图通过装配过程可以很好的检验设计合理性，对设备安装进行检验，若是设计不够合理则在安装过程会发生干涉以及难以安装等情况，设计时应考虑螺栓连接以及各部件加工的可行性，这些都是安装过程中应该考