机械毕业设计（论文）-多功能果蔬去皮机的设计【全套图纸PROE】 .pdf

黑龙江工程学院本科生毕业设计 目目 录录 摘要 abstract 第 1 章 绪论1 1.1 研究的目的和意义1 1.2 果蔬原料加工预处理工艺流程简介1 1.2.1 原料的分级1 1.2.2 原料的清洗1 1.2.3 原料的去皮2 1.2.4 原料的护色2 1.3 国内外果蔬原料去皮常见方法及设备简介3 1.4 国内外几种去皮设备的去皮性能分析10 1.5 本文的主要内容11 第 2 章 果蔬原料去皮机的结构设计12 2.1 基本结构12 2.1.1 工作圆筒12 2.1.2 工作转盘12 2.1.3 传动系统12 2.1.4 其他12 2.2 工作原理12 2.3 本章小结13 第 3 章 果蔬原料去皮机的参数确定14 3.1 物料在工作圆筒内的受力分析14 3.2 工作转盘转速的确定15 3.3 果蔬原料去皮机功率的确定16 3.4 整机主要参数指标18 3.5 本章小结18 第 4 章 主要零件的结构设计与计算19 4.1 v 带轮结构设计计算19 4.2 传动主轴的结构设计计算及校核25 黑龙江工程学院本科生毕业设计 4.3 滚动轴承的选择及校核29 4.4 键的选择及校核30 4.5 本章小结30 第 5 章 总体结构设计31 5.1 工作圆筒31 5.2 工作转盘31 5.3 机架32 5.4 本章小结33 第 6 章 pro/e 三维仿真设计34 6.1 pro/e 产品设计与仿真34 6.2 三维模型的创建34 6.2.1 特征化造型的概念34 6.2.2 pro/e 建模的一般过程35 6.2.3 利用族表实现零件系列化设计37 6.3 产品组装37 6.4 运动仿真与分析38 6.5 本章小节39 结论40 参考文献 41 致谢43 黑龙江工程学院本科生毕业设计 i 摘 要 我国是马铃薯的主要出产国，年种植面积的总产量均居世界第一位。但在我国马 铃薯被直接用作饲料和食用。由于每年仅有百分之几用于深加工，致使鲜薯过剩，增 加了越冬保鲜的难度，也降低了它的营养价值。究其原因主要是缺少加工设备，特别 是去皮机。本设计主要进行了以摩擦原理为基础的、适合食堂、酒店等场所使用的果 蔬原料（马铃薯、胡萝卜等块茎）去皮机的设计。该果蔬原料去皮机的构造为立式去 皮机，果蔬原料去皮机主要结构由机架、工作圆筒、工作转盘、出料口、进水口、上 盖、电动机等部分组成。工作转盘是去皮机的主要工作部分，此果蔬去皮机的工作转 盘表面有纹路和凸起，有利于对物料的搅动和抛起。工作圆筒的表面有磨擦板，以提 高去皮的效率。果蔬去皮机可达到每小时 500 千克的生产能力，去皮率可达到 95%， 耗水量每小时 1 吨。 关键词：去皮机；摩擦；马铃薯；生产能力；去皮率 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 黑龙江工程学院本科生毕业设计 ii abstract our country is the main produce potato planting area, the annual output is ranking second in the world. but in our country is used to feed and potatoes. because only a few percent annually for processing, potato, increases the fresh preservation, and the difficulty of overwintering lowered its nutritional value. the main reason is lack of processing equipment, especially skin- peeling- off machine. this design is mainly based on the friction principle, suitable for canteens, hotels and other places of fruit and vegetable raw materials (potatoes, carrots and other tubers) peeled and machine design. this fruits and vegetables raw, peeled machine constructed for the vertical peelers, the main structure of fruit and vegetable peelers of raw materials from the rack, part of the working cylinder, working turntable, the discharge port, inlet, roof, and motors. working turntable is the main part of the peelers, fruit and vegetable peelers turntable surface lines and raised, is conducive to the stir of materials and toss. working cylinder surface friction plate, in order to improve the efficiency of the peeled. fruit and vegetable peelers can reach a production capacity of 500 kg per hour, the peeled rate can reach 95%, water consumption of 1 ton per hour. keywords: peeling machine; friction; potatoes; production capacity；peeling rate 黑龙江工程学院本科生毕业设计 1 第 1 章 绪 论 1.1 研究的目的和意义 随着食品工业的发展，食品深加工已经越来越被世界重视，特别是快餐和方便食 品的诞生， 促使保鲜脱水蔬菜工业迅速发展起来， 这更要求原料的深加工伴随着发展。 其中马铃薯和胡萝卜等果蔬原料的深加工越来越受到人们的高度重视，并且是发展较 快的产业之一。本设计正是针对保鲜脱水果蔬原料的加工需要，进行了果蔬原料去皮 的设计。 我国是马铃薯的主要出产国，年种植面积和总产量均居世界第一位。但在我国绝 大部分马铃薯被直接用作饲料和食用。由于每年仅有百分之几用于深加工，致使鲜薯 过剩，增加了越冬保鲜难度，也降低了它的营养价值。究其原因主要是缺少加工设备， 特别是去皮机械。而从国外引进设备价格昂贵，生产成本高，致使国内果蔬去皮行业 发展缓慢。 然而在世界上工业发达的国家，马铃薯深加工一般都占总产量的 50%80%。目 前，美国是世界上最大的马铃薯生产国和出口国，马铃薯食品加工企业有 300 多家， 其子公司遍布世界十几个国家。美国的马铃薯产品不仅畅销国内，且大量出口干制食 品及方便食品占据了世界大部分市场。近 20 年来，德、法、英、荷兰、瑞士及日本等 国家，也在致力发展马铃薯食品深加工工业，从而使世界马铃薯食品加工业进入蓬勃 发展阶段。 该课题所进行的果蔬原料去皮机的设计主要适用于马铃薯、胡萝卜的去皮加工， 有着极为广阔的应用前景和市场潜力。它可以有效地提高果蔬原料的去皮效率和安全 卫生性，并大大减轻操作人员的劳动强度。 1.2 果蔬原料加工预处理工艺流程简介 1.2.1 原料的分级 果蔬的分级可按照不同的加工品的要求，采用不同的分级方式分级，包括大小分 级、成熟度分级和色泽分级等几种。在我国成熟度分级常用目视估测的方法进行，而 大小分级是分级的主要内容，几乎所有的加工果蔬均需大小分级，分级的方法有手工 分级和机械分级。 1.2.2 原料的清洗 果蔬原料清洗的目的在于洗去果蔬表面附着的尘土、泥沙和大量的微生物以及部 黑龙江工程学院本科生毕业设计 2 分的化学农药，保证产品的清洁卫生，从而保证产品品质。对于农药残留的果蔬，洗 涤时常在水中加化学洗涤剂，常用的有盐碱地酸、醋酸，有时也用氢氧化钠等强碱及 漂白粉、高锰酸钾等强氧化剂。果蔬清洗的方法须根据果蔬形状、质地、表面状态、 污染程度、夹带泥土量以及加工方法而定。主要有手工清洗和机械清洗。后者需配置 滚筒式、喷淋式、压气式、浆叶式等设备。 1.2.3 果蔬的去皮 凡是果蔬原料果皮粗糙、坚硬，具有不良风味的均应去皮，以利于提高品质，只 有在加工某些果脯、蜜饯、果汁和果酒时，因要打浆和压榨，才不用去皮，果蔬去皮 方法如下： （1）手工去皮：用特别的刀、刨等工具人工削皮，去皮干净、损失少，但劳动效 率低。 （2）机械去皮：主要用于比较常规的果蔬原料。 （3）碱液去皮：利用碱液的强腐蚀性来使蔬菜表面中胶层溶解， 从而使果皮分 离。碱液去皮常使用氢氧化钠，腐蚀性强且廉价。碱液去皮时碱液的浓度、处理时间 和碱液温度，应视不同果蔬原料种类、成熟度、大小而定。碱液浓度提高、处理时间 长和温度高都会增加皮层的松离及腐蚀程度。经碱液处理后的果蔬必须立即在冷水中 浸泡、清洗、反复换水直至表面无腻感，口感无碱味为止。 （4）热力去皮：果蔬用短时间高温处理后，使表皮迅速升温，果皮膨胀破裂，与 内部果肉组织分离，然后迅速冷却去皮，适合于成熟度高的桃、李、杏等。热去皮的 热源主要有蒸汽和热水。此法原料损失少，色泽好，风味好。 （5）酶法去皮：在果胶酶的作用下，达到去皮目的。需要控制酶的最佳作用条件 如温度、时间、ph 值等。 （6）冷冻去皮：将果蔬在冷冻装置中冷至达到轻度表面冷冻，然后解冻，使皮松 弛后去皮，此法质量好但费用高。 （7）真空去皮：将成熟的果蔬先行加热，使其升温后果皮和果肉分离，接着进入 有一定真空度的真空室内，适当处理，使果皮下的液体迅速“沸腾”，皮与肉分离，然 后破除真空，冲洗或搅动去皮。 1.2.4 果蔬的护色 果品在加工过程中，将原料去皮、切分、破碎和空气接触及高温处理，都可能促 进化学变化，生成有色粉质。其中包括酶褐变和非酶褐变。都要经过相应的方式来对 果品进行护色保护。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 3 1.3 国内外果蔬原料去皮常见方法及设备简介 水果及块根、块茎类蔬菜在加工成食品之前，大多数需要除去表皮。由于原料的 种类不同，皮层与果肉结合的牢固程度不同，生产的产品不同，对原料的去皮要求也 各异。果蔬去皮的基本要求是去皮完全、彻底，原料损耗少；制造果蔬罐头时常常对 果蔬表面及形状也有一定的要求。 1.3.1 常用去皮方法 目前果蔬加工中常用的去皮方法有机械去皮和化学去皮、蒸汽去皮。 （1）机械去皮 机械去皮应用较广，既有简易的手工去皮机又有特种去皮机。按去皮原理不同可 分为机械切削去皮、机械磨削去皮和机械摩擦去皮。 机械切削去皮：采用锋利的刀片削除果蔬表面皮层。去皮速度较快，但往往不完 全，且果肉损失较多，一般需用手工加以修整，难以实现完全机械化作业，适用于果 大、皮薄、肉质较硬的果蔬。目前苹果、梨、柿等常常使用机械切削去皮，常用的形 式为旋皮机。旋皮机是将待去皮的水果插在能旋转的插轴上，靠近水果一侧安装（或 手持）一把弯刀口，并使刀口贴在果面上。插轴旋转时，刀就从旋转的水果表面将皮 车削除去。旋皮机插轴的转动有手摇、脚踏和电动几种动力形式。在旋车去皮之前应 有选果工序，以保证水果大小基本一致。 机械磨削去皮：利用覆有磨料的工作面除去果蔬表面皮层。可高速作业，易于实 现完全机械操作，所得碎皮细小，便于用水或气流清除，但去皮后表面较粗糙，适用 于质地坚硬、皮薄、外形整齐的果蔬。例如，胡萝卜、马铃薯等块根类蔬菜原料的去 皮。 机械摩擦去皮：利用摩擦因数大、接触面积大的工作构件产生的摩擦作用使表皮 发生断裂破坏而被除去。所得产品表面质量好，碎皮尺寸大，去皮死角少，但作用强 度差，适用于果大、皮薄、皮下组织松散的果蔬，一般需要首先对果蔬进行必要的预 处理来弱化皮下组织。 常见的机械摩擦去皮机是以橡胶板作为工作构件的干法去皮机。 （2）蒸汽去皮 传统的方法是利用只有一个开口的旋转容器。容器围绕一条中空的水平以 8rpm- 14rpm 的速度旋转，蒸汽的注入和排泄通过容器中间的轴来完成。这种去皮机 的特点是构造比较简单且廉价。但是也有一些内在的缺点：冷凝水和马铃薯、蒸汽处 在同一空间，有三个温度水平：200 摄氏度的蒸汽，5- 10 摄氏度的马铃薯，90 摄氏度 的冷凝水。在蒸汽冷凝的同时，冷凝水会降低一部分蒸汽的温度。因为基本上只是在 冷的马铃薯表面产生一层薄膜，所以平均温度仅降至沸点以下。在法式薯条行业，在 黑龙江工程学院本科生毕业设计 4 蒸汽去皮过程中，容器内冷凝水的量大约占 6%，或 30 升冷凝水对应 500 公斤批重马 铃薯。这种煮的模式产生了较厚的表面柔软熟化外圈，结果是在生产线下游的干法脱 皮、后洗、运送，切割和漂烫工序中带来额外淀粉（或好产品）损失。较厚的熟化圈 也会吸收更多的油。当然，鉴于容器“翻跟头式”的旋转，冷凝水分散到整批料中。真 正的表面温度介于“蒸”和“煮”之间，结果是一样的。在较大的容器内（800 升或以上） ， 由于马铃薯的翻滚，所得到的热处理是不均一的。在实际操作中，为了满足生产线上 的去皮质量要求，过度热处理的马铃薯被更多去皮（产品损失） 。蒸汽排泄通过口径有 限的复杂管路系统，经过密封盒，轴承和几个弯头，无疑导致相对的“长排泄时间”， 限制了马铃薯的“脱皮”爆破行为。由于容器需旋转至排泄蒸汽的位置，蒸汽注入后仍 有相当强的热穿透力和较长滞留时间。容器的蒸汽排放口位于马铃薯之间，所以会将 废皮带入蒸汽排放罐并使废水中的 bod 值升高。长周期是此系统的内在缺陷。在特 定产量下，要求每次的批量更大，出料旋转推进器也更大，这就意味着更大的热穿透 力和蒸后更大的熟化圈。在高压容器内，通入高压蒸汽使块茎表面受热，然后打开容 器盖，突然释放压力，块茎的表皮和果肉即自行分离。 （3）化学去皮 化学去皮又称碱液去皮，即将果蔬在一定温度的碱液中处理适当的时间，果皮即 被腐蚀，取出后，立即用清水冲洗或搓擦，外皮即脱落，并洗去碱液。此法适用于桃、 李、杏、梨、苹果等的去皮及橘瓣脱囊衣。桃、李、苹果等的果皮由角质、半纤维素 等组成，果肉由薄壁细胞组成，果皮与果肉之间为中胶层，富含原果胶及果胶，将果 皮与果肉连接。当果蔬与碱液接触时，果皮与果肉连接。当果蔬与碱液接触时，果皮 的角质、半纤维素被碱腐蚀而变薄乃至溶解，果胶被碱水解而失去胶凝性，但果肉薄 壁细胞膜具有抗碱性。因此，用碱液处理后的果实，不仅果皮容易除去，而且果肉的 损伤较少，可以提高原料的利用率。但是，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。在由防碱材料制成的容器中注入氢氧化钠溶 液，溶液浓度为 15%- 25%。加热溶液，温度达到 87- 95 摄氏度，加入块茎搅拌使温度 保持在 70 摄氏度左右，经过 2- 6 分钟，块茎的表皮开始变松变软；捞出块茎，用高压 水反复冲洗， 知道表面无残留物为止。 捞出的块茎也可放入机械式去皮机中剥去表皮。 1.3.2 国内外主要去皮设备 （1）机械式摩擦去皮机 目前，国内主要使用机械摩擦去皮机。如图 1.1 所示，胡萝卜、马铃薯等块根类 原料常使用擦皮机去皮。这种方法去皮后的原料表面不光滑，只能用于去皮后进行切 片或制酱，例如油炸马铃薯片、胡萝卜干燥片、胡萝卜泥等，不适用于整只蔬菜罐头 黑龙江工程学院本科生毕业设计 5 的制作。 1机座；2、9.齿轮；3.轴；4.圆盘；5.圆筒；6.加料斗； 7.喷嘴；8.加油孔；10.电机；11.卸料口；12.把手；13.排污口 图 1.1 间歇式去皮机结构图 擦皮机的构造：擦皮机有立式、卧式两种。以小型立式擦皮机为例，该机主要由 机座、加料斗、工作圆筒、旋转圆盘、喷水装置、传动装置和舱口等部分组成。旋转 圆盘是擦皮机的主要工作部件，盘面有平的，也有倾斜的和带波纹面的，后者更有； 利于对物料的搅动和抛起。圆盘的表面常粘有磨料，以提高擦皮的工作效率。 擦皮机的工作原理与过程：擦皮机工作时，启动电动机后，打开喷水阀门，使水 通过喷嘴进入工作圆筒内部;然后从加料斗按允许投料量装入物料，当物料落到旋转圆 盘的波状表面时，受离心力作用不断地被抛向工作圆筒的内壁，靠近内壁的物料互相 拥挤并沿内壁上升，然后又滚落回圆盘，重新向圆筒内壁移动。在此循环的运动过程 中，物料与筒壁、圆盘的粗糙表面之间，以及物料与物料表面之间产生摩擦作用，逐 渐把皮脱落下来。擦下的皮被水从排污口冲走。经一段时间停止供水，打开舱口（在 擦皮过程中此舱关闭） ，物料利用自身的离心力作用从舱口排出。在装料和卸料时，电 动机可不用停止运转。但卸料前必须停止供水，否则在打开舱口时水将从舱口溅出。 这种擦皮机在工作时不仅要求物料能够被完全抛起，在擦皮室内呈翻滚状态，不 断改变与工作构件间的位置关系和方向关系，便于各块物料的不同部位的表面被均匀 擦皮，并且要保证物料能被抛至筒壁。因此，必须保持足够高的圆盘转速，同时，擦 黑龙江工程学院本科生毕业设计 6 皮室内物料不得填充过多， 物料充满系数一般选用 0.50- 0.65， 依此进行生产率的计算。 1.蒸房;2.门;3.笼屉;4.平车;5.道轨 图 1.2 间歇式蒸煮装置 （2）蒸煮装置 国内食品加工业使用的连续式链带蒸煮机和高压蒸煮锅，机体庞大，结构复杂， 造价昂贵，小型果蔬原料食品加工厂引进使用有一定困难。在实际生产中，对马铃薯 片的蒸煮要求并不高，使用自制的蒸煮装置完全可以满足要求。图 1.2 为一般食堂、 饭店常用的蒸煮装置结构示意图。 在一个大型蒸煮容器内铺设轨道，道轨通到容器大门外切片机附近。道轨上置放 平板小车，小车上装有方形笼屉若干层。块茎切片后，依次放入笼屉。待所有的笼屉 子都装满薯片后，将小车连同笼屉推入容器中，密封大门，再通入蒸汽蒸煮。待薯片 蒸熟后，打开大门，拉出小车和笼屉，取出薯片。 蒸煮容器为长方形，下部设有进气管道和阀们，上部有排气管。容器框架由角钢 制作，外壁由钢板制造，并用隔热材料涂抹保温。 （3）化学去皮装置 去皮机广泛应用于桃、李、杏、苹果、梨和马铃薯、番茄等果蔬的去皮。一般与 蒸汽去皮联合使用，根据物料的不同可采用不同的工艺。例如，对于桃、杏、马铃薯 等，先用碱液腐蚀而后用蒸汽处理；对于梨、苹果等，则先用蒸汽处理而后用碱液腐 蚀；对于番茄，则只用蒸汽处理不用碱液腐蚀。这种去皮方法有如下突出优点：a.去 皮完整，废料少，去掉的只是外皮和皮下几层细胞；b.对大小不一、表面凹凸的物料 黑龙江工程学院本科生毕业设计 7 也能均匀一致地去皮；c.即适于大规模生产，也便于小量加工。 1.输送链带；2.淋碱段；3.腐蚀段；4.冲洗段；5.传动系；6.机架 图 1.3 碱液去皮机结构示意图 桃子碱液去皮机的构造：桃子碱液去皮机的构造如图 1.3。它主要由机架、输送链 带、淋碱段、腐蚀段、冲洗段、碱液循环装置和传动系统组成。 输送链带用不锈钢材料制作，能耐酸碱腐蚀，类型有网带式和腹板式两种。碱液 和蒸汽可以从它们的空隙中通过，在传动系统的带动下连续地在去皮机内回转。淋碱 段、腐蚀段和冲洗段都用外壳罩着，上方有排气孔排除湿蒸汽。碱液去皮方法需要大 量碱液，一般碱液都进行加热循环使用，碱液循环装置由循环泵、加热器、喷头、碱 贮池和管道组成。为了适应不同淋碱时间的工艺要求，在传动中采用调速装置，传动 系统由电动机经减速器和链轮吧动力传动到输送链带。 桃子碱液去皮机的工作原理与过程：桃子碱液去皮时，要事先切半去核，然后人 工将核窝面向下、果皮向上排放在进料部分的链带上，回转运动的输送链带把物料送 进淋碱段；通过淋碱段时，由上面安装的碱液喷头，将浓度为 1.5%2.5%的热碱液喷 射在果皮表面，时间 510s；在通过腐蚀段，时间 1520s,腐蚀段设有热空气的保温通 道，以加强碱液的作用使果皮松离；最后进入冲洗段，以高压冷水喷射冷却和去皮， 使松脱的果皮完全脱离并和废水一起排放。从淋碱段和腐蚀段流下的碱液汇集在碱液 池后，由循环泵抽送到热交换器用蒸汽加热，而且又回送到喷头继续循环使用。采用 自控系统可以自动根据碱液变化情况，补充一定量的浓碱液。而用人工调整时，则根 据去皮的效应或作滴定实验来确定加入浓碱液的时间数量。 本法的优点是对不同大小、不同形状的块茎适合性好，去皮快，不需要结构复杂 的专门设备。缺点是冲洗块茎需要大量清水，皮屑不能利用，排出的废液污染环境。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 8 (4) 水洗磨蚀去皮机 图 1.4 水洗磨蚀去皮机 水洗磨蚀去皮机是油炸马铃薯片生产线中的一种独立设备。它是以螺旋杆状结构 导致马铃薯有规律性地翻滚而去皮。在去皮过程中，马铃薯有规律性的翻滚而去皮。 在去皮过程中，马铃薯的输送和排出速度是相同的，这样提高了马铃薯的去皮工效， 并减少了能量消耗。这种去皮机可使马铃薯的去皮损失最少，去皮辊的使用寿命长， 不采用润滑油的轴承排除了油污物的产生，水系的用水量少。 水洗磨蚀去皮机的结构特点：采用流动式磨蚀去皮，可使马铃薯损耗少，工效高； 全部用不锈钢制造，结构坚固，维修简单，换辊时停机时间少，更换容易；全部液压 操纵，能用油压方便地控制和调整磨辊速度以及产品的流动速度；采用连续排除破碎 杂物，冲洗时清洁门及时打开，使污物容易排除。 （5）干磨蚀去皮机 该机可用于马铃薯、木薯、甜菜、胡萝卜、葱头、甘蓝等的去皮，可获得高效且 洁净的去皮效果。 干磨蚀去皮机是经过多年的试验而研制成功的。他的磨蚀去皮辊已获专利权。螺 旋推进器不断地推送马铃薯或蔬菜， 并使其翻滚， 磨蚀去皮辊与产品不断接触而去皮。 螺旋推进器的旋转方向与磨蚀去皮辊相反。螺旋推进器输送产品的速度是可变的，以 满足不同产品去皮的要求。调节速度时是由一个简单的手轮进行独立操作。一个四速 齿轮箱用以调整磨蚀去皮辊的速度。这种去皮机可高效地处理产品和去皮，并大大减 黑龙江工程学院本科生毕业设计 9 少了去皮损失，去皮质量也大大提高。去皮所需水量是极少的。 图 1.5 干磨蚀去皮机 磨蚀去皮辊的表面粘结有粗砂或细砂， 根据加工产品种类可选用粗砂辊或细砂辊， 换辊容易。采用铬镍钼耐热钢的重型锥形轴承并带有橡皮密封装置，轴承强度可靠， 并有润滑保证。该机的润滑系统是标准化的，用最少的润滑时间即可使常用润滑部件 得到润滑。磨蚀去皮辊的工作是在折页式不锈钢罩壳下进行的。该机操作安全、卫生。 螺旋推进器有一用水冲洗的空间, 可保持工作部件的清洁。 机器结构坚固, 螺旋推进器 和漏斗都采用不锈钢。全部连续操作。整个程序操作没有中断现象。 （6）高压蒸汽快速去皮机 蒸汽去皮机对各种蔬菜和水果都有较高的去皮能力、去皮损失也较小。最适合去 皮的有马铃薯、胡萝卜、甘兰、婆罗门参、甘薯、西红柿、南瓜、甜菜、苹果、梨等。 蒸汽去皮过程：当去皮容器处于垂直位置时, 由叶片式刮板皮带升运器将去皮的 产品输送到容器的漏斗中, 当达到一次去皮量时, 升运器即自动停止输送。 去皮的产品 经容器漏斗进入容器内, 此时气动活塞将容器门关闭。 与此同时, 按预期的联锁装置使 蒸汽进口阀门打开。 使压力蒸汽与去皮产品接触, 容器开始转动, 并保证蒸汽安全地分 配, 使蒸汽和产品混合。每当预先选择的进入蒸汽结束时, 蒸汽排出阀门打开, 放出的 蒸汽排入大的膨胀室。蒸汽去皮的实质是, 当蒸汽由按大小排列的进口阀门进人容器 时, 快速形成滴状物。 产品表皮在高温高压蒸汽作用下, 表皮破裂。 当蒸汽压力减小时, 蒸汽速度使产品表皮潮湿, 表皮的体积成倍增加。 使皮与肉分离, 绝大多数的皮将剥落, 黑龙江工程学院本科生毕业设计 10 剩余的皮也可以在离心力作用下将被除去。当所有的蒸汽从容器内排除时, 容器门打 开, 卸出去皮产品, 去皮容器又旋转到垂直位置, 并准备接受下一批去皮产品。整个加 工过程就是重复上述的循环。 图 1.6 高压蒸汽快速去皮机 1.4 国内外几种去皮设备的去皮性能分析 由于去皮方法不同，国内外马铃薯、胡萝卜去皮机械的结构形式也各不相同，去 皮差异较大，去皮率大致为 67%- 95%，其中机械去皮率为最大，蒸汽去皮率为最小。 表 1.1 国内外几种去皮设备的去皮性能比较表 机型 磨蚀去皮机 机械去皮机 蒸汽式去皮机 化学法去皮机 结构 简单 复杂 复杂 简单 对块茎原 料的要求 卵 卵圆形，芽眼 浅，无伤痕 卵 卵圆形，芽眼 浅，无伤痕 无要求 无要求 产品质量 表面光滑，无污 染，无蒸煮层 表面光滑，无污 染，淀粉损失大 表面光滑，有蒸煮 层，无污染 表面光滑，无蒸煮 层，有污染 皮屑 可利用 部分利用 部分利用 不能利用 有无加热 设备 无 无 需要（150- 200 度） 需要（85- 95 度） 黑龙江工程学院本科生毕业设计 11 通过上表 1.1 的比较分析以及联系本次设计的任务要求，同时结合我国在去皮机 上的实际水平考虑经济性，达到能以最少的投资获得较好的经济效益，确定以机械去 皮机为设计研究方案。在果蔬原料的加工预处理工艺中主要进行去皮的处理加工。 1.5 本文的主要内容 此设计将利用电动机为动力源，物料在圆筒形容器中，通过传动轴的作用，依靠 带有磨料的工作转盘在中速或高速旋转中形成与工作转盘、筒壁及物料颗粒之间的翻 转、揉搓摩擦为主，撞击为辅的综合机械作用效果从而实现去皮的功能。本文将介绍 机械式摩擦式去皮机的设计过程，包括结构设计、参数确定、主要零件结构设计与计 算、总体设计、三维仿真等。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 12 第 2 章 果蔬原料去皮机的结构设计 2.1 基本结构 该机采用立式机型，主要包括工作圆筒，工作转盘，机架和传动部分。 2.1.1 工作圆筒 工作圆筒部分是一个圆柱形工作筒。它由不锈钢薄钢板卷焊而成（采用不锈钢是 因为它具有良好的耐腐蚀性能承受一定的冲击载荷，具有较高的硬度和耐摩性，特别 是对于此类食品加工设备，食品安全卫生状况最佳） 。筒内壁为粗糙表面，以棕刚玉掺 环氧树脂浇注、烘干而成。圆筒的侧壁开有带活门的出料口，物料块茎在离心力的作 用下甩出来，碰在出料门的内壁上并改变方向，以便于物料的收集。出料口和排渣口 的方位可根据接收容器的放置位置和方便操作来确定。 2.1.2 工作转盘 工作转盘是物料去皮过程中产生机械作用的主要部件。根据胡萝卜、马铃薯的生 物学特性及物理特性，吸收手工去皮的基本原理，确定转盘的基本形状为圆盘形，转 盘表面为中心向四周辐射的凸起波纹状。为增大物料和转盘的摩擦，用棕刚玉掺环氧 树脂通过模型浇注在盘的顶面上， 大概 3mm 厚， 经烘干制成。 亦具有一定的去皮作用。 转盘下方设有随盘一起转动的挡水环，以防止清洗水进入轴承。 2.1.3 传动系统 该传动系统采用 v 带一级传动。选用 spz 型 v 带，传动需要 2 根带。小带轮为 实心式连接到电动机处，大带轮为孔板式连接到传动主轴。电机安装在机架上面，整 机结构简单、紧凑。 2.1.4 其他 工作圆筒下部设有排渣口，清洗水连同物料皮渣一起从这里排出。 2.2 工作原理 如图 2.1,当果蔬原料去皮机工作时，工作转盘旋转，物料由进料口加入，物料落 到旋转圆盘表面上的波纹凸起上时，受离心力的作用由工作圆盘的中心向外运动，同 时被抛起向筒壁的粗糙表面并产生摩擦。物料不断的沿工作圆筒壁运动，抛起到一定 高度然后落入工作转盘表面。物料在这样的往复运动过程中，被猛烈翻滚搅动，从而 形成了与盘、筒壁及颗粒之间的以翻转、揉搓摩擦为主，撞击为辅的综合机械作用效 果，从而达到去皮的目的。在摩擦去皮的同时，从进水孔注入清水，及时将擦下的皮 黑龙江工程学院本科生毕业设计 13 通过转盘与筒壁的缝隙冲至排渣口排出机体。 在不停机的情况下， 打开出料口的活门， 物料利用离心力从出料口卸出。 卸料前应停止注水， 以防止活门打开后从出料口溅出。 1.电动机；2.v 型带；3.工作圆盘；4.工作圆筒 图 2.1 工作原理示意图 2.3 本章小结 本章介绍了果蔬原料去皮机的总体方案和该机的工作原理,果蔬原料去皮机由电 动机提供动力源，采用 v 带传动，主轴带动工作转盘，依靠机械摩擦去皮原理进行去 皮。总体结构相对简单紧凑。 黑龙江工程学院本科生毕业设计 14 第 3 章 果蔬原料去皮机的参数确定 3.1 物料在工作圆筒内的受力分析 物料在转盘旋转时的受力情况如图 3.1 所示： 1.波纹；2.转盘 图 3.1 转盘受力分析图 设波纹角为a，物料的速度为v。当转盘旋转时推动物料 a 运动。其运动方向垂 直于波纹切线。v可以分解为 垂直 v和 水平 v，转盘圆周速度rw， 垂直 v=vacos=rwasinacos 6 （3.1） a2sin=2asinacos （3.2） asinacos= 2 2sin a 式中：w为角速度,r 为转盘半径 则 ： 垂直 v=wr 2 2sin am/s （3.3） 物料从垂直方向抛起的动能： e = 2 1 2 mv = 2 1 m ( 2 2sin aw r )2= 8 1 m w2 2 r sin22a （3.4） 此动能应等于势能mgh 即： 黑龙江工程学院本科生毕业设计 15 m 8 1 w2a2sin 22 r=mgh 8 1 w2a2sin 22 r= gh 为了正常运转，抛高 h 一定要超过物料在工作圆筒内的厚度，才能使最低层的物 料抛起与桶壁进行摩擦，所以用d代替h，即： 8 1 w2a2sin 22 r= dg （3.5） 又因为w= 30 np ，代入上式得 8 1 a p 2sin) 30 ( 222 r n = dg 化简得 n=60 ap d 2sin 2 r g （3.6） 式中：a角一般取- 3020 为了正常运转，仅把物料抛起还不行，还要保证物料能抛向侧壁进行摩擦，抛向 侧壁的力靠离心力为c： c= r mv2 = r rm 2 )(w = gr rn g 2 ) 30 (p = 900 2 grn （3.7） 此离心力应大于波纹对物料的摩擦力t ，才能使物料离开波纹抛向侧壁，摩擦力 t =gf ， f 为摩擦系数c t ，即： 900 2 grn gf gf 2 n gr gf900 = r f900 n 30 r f （3.8） 在设计计算时，应取（3.6） 、 （3.8）两式中的大值作为转速值，设计所选择的n值。 3.2 工作转盘转速的确定 收购马铃薯、胡萝卜等物料时，其包装以编织袋居多，每袋 25kg- 30kg，工作时每 次倒入一袋（以袋的整数倍为一次计量） ，下面以此确定去皮机的尺寸和转速。 马铃薯、胡萝卜的容量根据资料查找，选取一般值 900kg/m 3，马铃薯、胡萝卜的 黑龙江工程学院本科生毕业设计 16 长度一般取在 50mm- 200mm 之间考虑，转盘半径应与物料长度有一定的可比性，再考 虑去皮机结构以及外形尺寸。 根据设计选定工作转盘半径r 280mm，则物料的堆高，根据公式 2 rpdr m 可 以估算出，物料的堆高值d140mm 由（3.6）式可知，在a小于45时，转速随a的增大而降低，考虑转速不宜太高 且能有较大的抛高，取a25，则由（3.6）式计算转速最小值为 n 252sin28 . 0 14 . 3 1014 . 0 2 60=81r/min 马铃薯、胡萝卜与磨料的摩擦系数为 1.1- 1.3，取 f 1.2 由（3.8）式计算转速 n= r f 30= 28 . 0 2 . 1 30=63r/min 取以上两式中的大值。 但由于以上确定的转速仅适用于理想物料情况，实际工作中，由于物料之间的相 互碰撞、摩擦和物料的弹性影响，物料在此转速下达不到计算高度，故n应适当放大。 结合考虑，参考查阅资料，故最终选定工作转盘转速n286r/min 3.3 果蔬原料去皮机功率的确定 去皮机的功率消耗包括： 克服物料对转盘摩擦力所需要的功率 1 p ； 克服物料对工作圆筒壁摩擦力所需要的功率 2 p ； 转盘抛起物料所作的功率 3 p ； 传动机构因摩擦而消耗的功率 4 p 以上功率分别以下公式计算： 211 wmp = （3.9） 式中： 1 m - 处于圆筒内物料的摩擦力矩 1 m = 2 r gf （3.10） 式中：g- 物料重力 黑龙江工程学院本科生毕业设计 17 f - 摩擦系数（1.11.3） 2 r - 摩擦臂矩 2 w 物料与圆盘的平均相对角速度（rad/s）,采用最大角速度的 1/2 60 ) 30 ( 2 1 2 nnpp w= 故: = 1 p 2 r gf 12060 ngfrnpp = 222 wmp = （3.11） 式中： 2 m 在离心力的作用下物料与侧壁的瞬时摩擦力矩 rf r m m= 2 2 n （3.12） 式中：n物料圆周速度 r 摩擦臂r = 8 r rf r m m= 2 2 n = g fgfmr f r m 888 222 nnn = 故： g nfgn g fg p 480608 22 2 pnpn = （3.13） 60 3 gsnk p = （3.14） 式中：s- 工作转盘表面波纹高度 k- 波纹的数量 4 p 即传动损失，可用传动效率h表示（h=0.9） 则消耗的总功率为： h pnp h 60480120 2 321 gsnk g nfgngfr ppp p + = + = （3.15） 化简得 480 )8 1 4( 2 snk g ffrgn p + = pnp 黑龙江工程学院本科生毕业设计 18 结合上式根据经验公式，总功率可用以下式子进行估算 p h wm （3.16） 式中：m 为转盘转矩，h为传动效率 fgrm = （3.17） r 为摩擦臂矩，r 0.4d（d为工作转盘直径） 根据上式则可算出工作转盘转矩m =1556. 04 . 0102 . 1=40.32 nm 生产要求所需的功率6 .12093032.40=wmpw，考虑到电动机效率及意外情 况。 取电动机功率为 2.2kw。 3.4 整机主要参数指标 工作转盘直径 560 mm 电机功率 2.2 kw 转速 286 r/min 生产能力 500 kg/h(对马铃薯、胡萝卜) 每次投料量 2530 kg 每次去皮时间 约为 25 min 去皮得率 95 去皮损耗率 min d， 并取为标准值，从动轮基准直径 2 d，可由式（8- 9） 10 得出： 大带轮的基准直径： 2 d= 2 1 n n 1 d(1- ) （4.3） 式中 取（0.01- 0.02）可忽略，查表（8- 9） 10 ,spz 型 v 带最小基准直径 黑龙江工程学院本科生毕业设计 20 dmin=63mm，推荐值71mm。 小带轮（主动轮）基准直径 1 d=71mm 大带轮 (从动轮) 基准直径 2 d=5710.99=352.7mm 查表（8- 8） 10 故 2 d=355mm （4）验算带速v v= 100060 11 ndp = 100060 143071 p m/s5.31m/s (v在255m/s) （4.4） （5）确定中心距a和 v 带的基准长度 d l 1）根据传动的结构初定中心距 0 a 0.7（d1+d2） 0 a 2（d1+d2） （4.5） 0.7（71+355） 0 a 2（71+355） 298.2 0 a 852 初步确定中心距 0 a =300mm 2）确定带的基准长度 d l 0d l=2 0 a + 2 p（d1+d2）+ 0 2 12 4 )( a dd - （4.6） 0d l=2300+ 2 p(71+355)+ 3004 )71355( 2 - =1336.03mm 由表（8- 3） 10 选取接近 0d l的基准长度 d l ,取 d l =1400mm 3）确定中心距a，计算实际中心距a a = 0 a + 2 0 lld- （4.7） a =300+ 2 03.13361400- =331.985mm a取a=332mm （6）验算小带轮上的包角 黑龙江工程学院本科生毕业设计 21 = 180- pa -180 12 dd （4.8） = 180- - 3 .57 332 71355 = 98.130， 98.130 120 (至少应大于 90) （7）确定单根带所能传递的额定功率 0 p 及其功率增加量 0 pd 根据带型、 1 n和 1 d查（图 8- 4） 10 得 0 p ；再按传动比查得 0 pd 。 0 p =1.55kw 0 pd =0.8kw （8）确定 v 带的根数在z z= 0 p pc = l kkapp pc d+)( 00 （4.9） 式中： a k - 包角修正系数（表 8- 8） 10 ，取 a k =0.86 l k- 带长修正系数（表 8- 3） 10 ，取 l k=0.96 z= 96 . 0 86 . 0 )8 . 055. 1 ( 42 . 2 + =1.25 故取z=2 （9）确定初拉力 0 f 保持适当的初拉力是带传动正常工作的首要条件。初拉力不够，带在传动过程中 会出现打滑现象；初拉力过大，会增大轴和轴承承受的压力，还会降低带的使用寿命， 考虑离心力的影响，单根 v 带所需初拉力 0 f 为： 0 f =500 vz pc （1 5 . 2 - a k ）+ 2 qv （4.10） 式中：q- 普通 v 带每米长的质量（kg/m） ，查表(8- 2) 10 z 型带单位长度的质量 q=0.07 kg/m 0 f =500 231. 5 42. 2 2 )31. 5(07. 0) 1 86. 0 5 . 2 (+-=219.25n （10）计算有效圆周力 t f t f = v pc1000 （4.11） 黑龙江工程学院本科生毕业设计 22 t f = v pc1000 = 31. 5 42. 21000 =455.74n （11） 计算带传动作用在轴上的压力 q f 为了设计安装带轮的轴和轴承，必须确定传动作用在轴上的压力 q f： q f= 2 sin2 1 0 a zf （4.12） q f=2 2 98.130 sin225.219 =797.97n （12）带轮结构设计 1）带轮轮槽尺寸及精度要求 带轮轮槽尺寸查（表 8- 13） 10 ，尺寸如表 4.1 所示： 表 4.1 轮槽尺寸 槽型 基准宽 度 a h f h 槽间距e f mind d b min min 基本值 极限偏 差 累积极 限偏差 min spz 8.5 2 9 12 0.3 0.6 7 5.5 带轮宽 b=fez2) 1(+- (z 轮槽数)； a d =d+2 a h ； 1 r=0.20.5 ， 2 r=0.51.0； =5 . 034j（mmd80） ，=5 . 038j（mmd80） ； 精度要求：槽间距累积误差6 . 0； 两槽的基准直径差4 . 0； 圆跳动 0.2（基准直径 20100） ，0.5（基准直径 250400） 。 2）带轮结构 a.小带轮结构 小带轮直接安装在电动机轴上，首先确定电动机轴的尺寸。查（表 19- 4） 10 ，电 动机功率为 2.2kw，转速为 1430r/