花生脱壳机毕业论文设计说明书.doc

(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)学 号： 201125090107 中州大学毕业设计设计题目： 花生脱壳机 学 院： 工程技术学院 专 业： 机电一体化技术 班 级 一班 姓 名： # # # 指导教师： # # # 日 期： 2014 年 3 月 10 日诚信声明本论文是我个人在老师指导下，按任务书要求，自己撰写的论文。该论文凡引用他人的文章或成果之处都在论文中注明，并表示了谢意。除此之外都是自己的工作成果。若本论文及资料与以上声明不符，本人承担一切责任。本人签名： 日 期： 年 月 日中州大学 机电一体化技术 专业毕业设计任务书班级： 11机电对口1班 学生： # 学号 * 设计题目： 花生脱壳机设计 摘要：设计花生脱壳机，用来脱花生外壳的设备，适用于生产油炸花生米、花生糕点、花生糖、花生奶、花生蛋白粉、作为大型花生榨油厂榨油生产的榨前预处理。要求脱壳率高（94%-98%），脱壳后的花生仁破碎率为2%-6%，表面不褐变，蛋白质不变性。脱壳的同时，壳、仁自动分离，生产效率产量1200kg of Peanut ShellerAuthor:Gao QingchaoTutor: Wu Yaoyu(ZhongZhou University,ZhengZhou,450044) Abstract:Peanuts are not only protein resources, processing and bewildering variety of industrial chain length, the development of agricultural structure adjustment and support the cultivation of varieties. In the consumption structure and continuously adjust and optimize the export structure of the double pull, the peanut production of the main producing areas, dominant industrial belt shape. But Chinas peanut production , especially in labor accounts for the whole production process 1 3 of the above, operating costs account for more than 50% of total production cost of manual completion of the current, labor-intensive, operating costs are development and industry the growth of the domestic peanut mechanized rate1 前言 花生中富含脂肪和蛋白质，既是主要的食用植物油来源，而且又可提供丰富的植物蛋白质。利用花生在制取油脂、制取花生蛋白、生产花生仪器以及在花生贸易出口时，都需要对花生进行预处理加工。花生的预处理主要包括花生的剥壳和分级、破碎、轧胚和蒸炒等。 花生脱壳机是将花生荚果去掉外壳而得到花生仁的场上作业机械。由于花生本身的生理特点决定了花生脱壳不能与花生的田间收获一起进行联合作业，而只能在花生荚果的含水率降到一定程度后才能进行脱壳。随着花生种植业的不断发展，花生手工脱壳已无法满足高效生产的要求，实行机械化脱壳迫在眉睫。 花生剥壳的原理很多，因此产生了很多种不同的花生剥壳机械。花生剥壳部件是花生剥壳机的关键工作部件，剥壳部件的技术水平决定了机具作业中花生仁破碎率、花生果一次剥净率及生产效率等重要的经济指标。在目前的生产销售中，花生仁破碎率是社会最为关心的主要指标。八十年代以前的花生剥壳机械，破碎率一般都大于8%，有时高达l5%以上。加工出的花生仁，只能用来榨油，不能作种用，更达不到出口标准。为了降低破碎率而探讨新的剥壳原理，研制新式剥壳部件，便成为花生剥壳机械的重要研究课题。目前我国在花生脱壳技术研究方面一直没有大的突破，资金投入也不足，脱壳部件的研制仍在2O世纪90年代初的技术水平上徘徊，所以在脱壳性能上并没有很大的提高。由于机械脱壳时对花生仁的损伤率偏高，用于种子和较长期贮存的花生仁至今仍是手工剥壳。脱壳机械在技术性能和作业环节上存在以下问题： (1) 脱壳率低，脱壳后的花生仁破碎率高，损失较大。 (2) 机器性能不稳定，适应性差。 (3) 通用性差，利用率低。 (4) 作业成本偏高，多数是单机制造，制造的工艺水平较低，同时能耗较高。 有些产品仅进行了样机试制或少量试生产，未进行大量生产性考核和示范应用，作业性能及商品性等方面还存在不少问题。2 花生脱壳机概述2.1 研究重点 自从进入21世纪以来，国内外关于花生脱壳机械的开发与推广应用日益增多，针对现有花生脱壳机械存在的优点与不足，在未来的发展过程中，对花生脱壳机械在生产应用中的经验进行总结，不断完善其功能，使其呈现良好的发展势头。提高花生脱壳机械的通用性和适应性仍是当前的主要研究方向之一。目前，许多花生脱壳机械只是针对某一花生品种和所在地区的生长环境来设计，其通用性、兼容性和适应性较差。提高花生脱壳机械的通用性和兼容性，使研制的花生脱壳机械通过更换主要部件能够同时对其他带壳物料进行脱壳加工。研制通过变换主要工作部件即能满足不同品种花生果脱壳作业需要的脱壳机具，并提高制造工艺水平，降低制造成本，以适应不同加工企业的需要。花生脱壳机械能否适应这种发展趋势，将直接影响到花生脱壳机械能否更好的推广应用与健康发展。 对花生脱壳机械的关键技术与工作部件进行重点攻关，改革传统结构，研究新的脱壳机理，优化结构设计；同时在整体配置上进一步改进和完善，提高脱壳率，降低花生仁破损率。目前国内外的花生脱壳机械均存在脱壳率和破损率之间的矛盾，处理好这一关键技术将关系到花生脱壳机械的发展前景。 向自动控制和自动化方向发展大多数机具目前仍依赖人工喂料或定位，影响了作业速度和作业质量。因此应通过机电一体化手段，开发设计自动喂料、自动定位脱壳装置，保证均匀喂料与有效定位，实现机组自动化操作，进一步提高作业精确性和作业速度，提高产品质量与生产率，满足部分大、中型加工企业的需要，以开拓国内和国外市场。 新技术原理、新结构材料、新工艺将不断应用于花生机械的研制开发中，随着液压技术、电子技术、控制技术以及化工、冶金工业的发展，许多复杂的机械机构、动力传递、笨重的材料和落后的工艺将逐渐被取代。减轻重量，减少阻力，简化操作，减少辅助工作时间，延长使用寿命，降低劳动使用费用等将作为主要设计目标应用于脱壳机械的设计制造。随着国内外高新技术的进一步发展，如何将这些高新技术更好的应用到实际生产中，也是目前花生脱壳机械需要尽快解决的问题。花生生产机械化是农业现代化的重要组成部分，是农业和农村经济持续快速发展的重要保证，近年来，花生机械装备总量不断稳步增长，作业水平进一步提高，社会化服务规模不断扩大，虽然目前花生脱壳机械化水平较高，但是多应用于经济发达地区与示范推广区，并且小型机械多、大型机械少，低档机械多、高性能机械少。在一些地区，用作种子和特殊用途的花生仁仍采用传统的手工剥壳，劳动生产率低，区域性发展不平衡。进入21世纪，我国花生生产机械化开始了新的发展阶段，农业结构调整发生了新的变化，也对花生机械的发展产生了积极而深远的影响，不仅拉动了新的有效需求，而且构筑了适合花生生产机械化发展的新舞台，为花生生产机械化真正成为农村经济发展的推动器提供了广阔的市场发展条件。在一些地区推进花生生产机械化的过程中，相继出台了鼓励和扶持农民购买花生机械、开展花生机械作业服务的优惠政策和措施，调动了农民购买花生机械的积极性，形成了新的市场需求。随着花生种植业的不断发展，国内外对花生深加工产品的需求不断增大，提高花生脱壳机械化作业水平成为必然。花生脱壳机在提高劳动生产率，减轻劳动强度方面起到了积极的作用，促进了花生加工业的科技进步，为花生脱壳机械的发展提供了空间。2.2 花生脱壳机的分类2.2.1 按结构分类 (1)封闭式纹杆滚筒式。六十年代初， 我国在吸收国外技术的基础上，研制了TH-340型花生剥壳机，其剥壳部件是在一个圆筒上镶上若干根纹杆组成的封闭式纹杆滚筒，下面装有若干根圆钢条组成的栅条式凹板。在该机构中花生进口大(3O-50毫米)，出口小(1O-25毫米)，工作时，花生果在滚筒的推动下由进口向出口端运动，在滚筒和凹板的冲击、挤压、揉搓作用下直接脱壳，花生受列剥壳机的直接搓擦作用，系强制脱壳，故破碎率高。剥壳时， 直径同凹板栅缝一样大小的单粒果及双粒果便从栅缝中分离出来，所以一次剥净率低，最高80。为了将混在一起的花生仁和未脱果分离开来，采用栅条式凹板的剥壳机一般要配置分离机构。后来研制并生产的TH-47O型，6 BH-570型等型式的剥壳机，结构与其大同小异，剥壳质量均不理想。 （2）封闭橡胶板滚筒式。该机的剥壳部件是由封闭胶辊和直立胶板组成，剥壳原理系挤压式，作业时，花生果在胶辊的推动下，通过剥壳间隙(520毫米)，由胶辊和胶板的挤压作用脱壳，避开了剥壳部件的揉搓作用,破碎率有所降低，但仍在5以上。另外，因直径小于剥壳间隙的小果未经剥壳便被分离出来，故一次剥净率很低，只有30%左右。所以不得不增设循环机构，以使花生经多次挤压脱壳，致使机器结构复杂、庞大，造价较高。 （3）开式纹杆滚筒式。剥壳部件采用了由两根金属纹杆组成的开式纹杆滚筒和用编织丝网制成的编织凹板，作业时，花生果在滚筒的推动下，受挤压揉搓脱壳，该结构与封闭滚筒式不同，花生果受到开式滚筒的搅拌作用，剥壳力带有柔性，故其破碎率较低，可控制在3%-5% 。另外，与栅条式凹板不同，因系编织网孔凹板，剥壳时，只有直径小于网孔尺寸的单粒瘪果末脱壳而被网孔分离，双粒长果则漏不出来，仍被剥壳，故剥净率较高。 （4）立式剥壳式。剥壳部件采用了由两根扁钢条焊接而成的立式转子，下面装着用编织丝网制成的编织平底筛。在剥壳室内，花生果受立式转子的推动而相互磨擦，从而达到剥壳的目的，此方法系柔性揉搓剥壳。实践证明，该机破碎率较低，可控制在3以下。其缺点是由于采用立式传动， 故传动机构较为复杂。 （5）开式扁条滚筒式。采用了由三根扁钢条制成的开式扁条滚筒，和用编织丝网制成的凹板结构。作业时，花生果在扁条的推动下随滚筒转动，在滚筒和凹板之间形成一个活动层，花生果在该活动层内互相揉搓而脱壳。由于在该机构中，避开了剥壳部件的直接挤压， 冲击的作用，而是花生搓花生，系柔性剥壳，故破碎率较低， 该机鉴定时实测破伤率(破碎率+损伤率)为91%。另外脱净率及生产效率等指标亦较理想。2.2.2 按工作原理分类 目前国内花生脱壳机从其脱壳原理、结构和材料上基本可分为以打击、揉搓为主的钢纹杆钢栅条凹板 以挤压、揉搓为主的橡胶滚筒一一橡胶浮动凹板两大类，但脱壳质量均不高，破损率都大于8 %，剥出的花生米只能用于榨油和食用，满足不了外贸出口和作种子的要求。探索先进的脱壳原理是解决脱壳机现存问题的重要途径。 （1）撞击法脱壳。撞击法脱壳是物料高速运动时突然受阻而受到冲击力，使外壳破碎而实现脱壳的目的。其典型设备为由高速回转甩料盘及固定在甩料盘周围的粗糙壁板组成的离心脱壳机。甩料盘使花生荚果产生一个较大的离心力撞击壁面，只要撞击力足够大，荚果外壳就会产生较大的变形，进而形成裂缝。当荚果离开壁面时，由于外壳具有不同的弹性变形而产生不同的运动速度，荚果所受到的弹性力较小，运动速度也不如外壳，阻止了外壳迅速向外移动而使其在裂缝处裂开，从而实现籽粒的脱壳。撞击脱壳法适合于仁壳间结合力小，仁壳间隙较大且外壳较脆的荚果。影响离心式脱壳机脱壳质量的因素有，籽粒的水分含量、甩料盘的转速、甩料盘的结构特点等。 （2）碾搓法脱壳。花生荚果在固定磨片和运动着的磨片间受到强烈的碾搓作用，使荚果的外壳被撕裂而实现脱壳。其典型的设备为由一个固定圆盘和一个转动圆盘组成的圆盘剥壳机。荚果经进料口进入定磨片和动磨片的间隙中，动磨片转动的离心力使籽粒沿径向向外运动，也使荚果与定磨片问产生方向相反的摩擦力；同时，磨片上的牙齿不断对外壳进行切裂，在摩擦力与剪切力的共同作用下使外壳产生裂纹直至破裂，并与壳仁脱离，达到脱壳的目的。该种方法影响因素有，荚果的水分含量、圆盘的直经、转速高低、磨片之间工作间隙的大小、磨片上槽纹的形状和荚果的均匀度等。 （3）剪切法脱壳。花生荚果在固定刀架和转鼓间受到相对运动着的刀板的剪切力的作用，外壳被切裂并打开，实现外壳与果仁的分离。其典型设备为由刀板转鼓和刀板座为主要工作部件的刀板剥壳机。在刀板转鼓和刀板座上均装有刀板，刀板座呈凹形，带有调节机构，可根据花生荚果的大小调节刀板座与刀板转鼓之间的间隙。当刀板转鼓旋转时，与刀板之间产生剪切作用，使物料外壳破裂和脱落。主要适用于棉籽，特别是带绒棉籽的剥壳，剥壳效果较好。由于其工作面较小，故易发生漏籽现象，重剥率较高。该种方法影响因素有，原料水分含量、转鼓转速的高低、刀板之间的间隙大小等。 （4）挤压法脱壳。挤压法脱壳是靠一对直径相同转动方向相反，转速相等的圆柱辊，调整到适当间隙，使花生荚果通过间隙时受到辊的挤压而破壳。荚果能否顺利地进入两挤压辊的间隙，取决于挤压辊及与荚果接触的情况。要使荚果在两挤压辊间被挤压破壳，荚果首先必须被夹住，然后被卷入两辊间隙。两挤压辊间的间隙大小是影响籽粒破损率和脱壳率高低的重要因素。 （5）搓撕法脱壳。搓撕法脱壳是利用相对转动的橡胶辊筒对籽粒进行搓撕作用而进行脱壳的。两只胶辊水平放置，分别以不同转速相对转动，辊面之间存在一定的线速差，橡胶辊具有一定的弹性其摩擦系数较大。花生荚果进入胶辊工作区时，与两辊面相接触，如果此时荚果符合被辊子啮人的条件，即啮人角小于摩擦角，就能顺利进入两辊问此时荚果在被拉人辊间的同时，受到两个不同方向的摩擦力的撕搓作用；另外，荚果又受到两辊面的法向挤压力的作用，当荚果到达辊子中心连线附近时法向挤压力最大，荚果受压产生弹性 塑性变形，此时荚果的外壳也将在挤压作用下破裂，在上述相反方向撕搓力的作用下完成脱壳过程。影响脱壳性能的因素有，线速差、胶压辊的硬度、轧入角、轧辊半径、轧辊间间隙等。 （6）压力膨胀法。原理是先使一定压力的气体进入花生壳内，维持一段时间，以使花生荚果内外达到气压平衡，然后瞬间卸压，内外压力平衡打破，壳体内气体在高压作用下产生巨大的爆破力而冲破壳体，从而达到脱壳的目的。主要影响因素有，充气压力、稳定压力维持时间、籽粒的含水率等。 （7）真空法。将花生荚果放在真空爆壳机中，在真空条件下，将具有相当水分的荚果加热到一定温度，在真空泵的抽吸下，荚果吸热使其外壳的水分不断蒸发而被移除，其韧性与强度降低，脆性大大增加；真空作用又使壳外压力降低，壳内部相对处于较高压力状态。壳内的压力达到一定数值时，就会使外壳爆裂。 （8）激光法。用激光逐个切割坚果外壳。试验显示，用这种方法几乎能够达到96%的整仁率，但因其费用昂贵、效率低下等原因，很难得到推广。 （9）其他技术方法。在脱壳技术方面，除了在原理和设备上进行研究外，人们还在工艺上进行了研究以提高籽粒的脱壳率及脱壳质量。物料的粒度范围大，必须先按大小分级，再进行脱壳，才能提高脱壳率，减少破损率。花生荚果的含水率对脱壳效果有很大的影响，含水率大，则外壳的韧性增加。含水率小，则果仁的粉末度大。因此应使花生荚果尽量保持最适当的含水率，以保证外壳和果仁具有最大弹性变形和塑性变形的差异，即外壳含水率低到使其具有最大的脆性，脱壳时能被充分破裂，同时又要保持仁的可塑性，不能因水分太少而使果仁在外力作用下粉末度太大，可减少果仁破损率。2.3 结构特点根据刮板式花生脱壳机的剥壳原理可知道，花生是从上至下依次经过集料斗、剥壳箱、栅格、下箱出口、分选口，花生仁收集斗这些部件的，因此设计剥壳机的整体结构的依据就出来了。设计过程是从上往下，从花生的装集开始，最上面是集料斗，集料斗下方是剥壳箱，集料斗可与剥壳箱设计为一个整体。在剥壳箱内，花生必须经过刮板的撞击和挤压作用才能进行剥壳，因此，将刮板设计置在剥壳箱内。花生经过刮板的撞击和挤压进行剥壳后，要经过位于剥壳箱底部的栅格，于是可以把栅格设计成一个半圆栅笼，将其固定在剥壳箱的下半箱内。花生穿过栅格后经过剥壳箱底部的出口往下落，在下落过程中，设计一个风机的吹入口，其作用是将经过剥壳的花生壳与花生仁进行分离，重量稍重的不被风吹走，而重量较轻的花生壳将被风机吹来的气流带入到花生壳收集通道，通道的底部设计成一定角度。经过分离的花生仁往下落，落入花生仁收集通道，将此通道与花生壳收集通道的底面设计成一个整体，这样的设计可以让被风吹走的花生仁通过自身的重量往下回滚到花仁收集通道。其结构简图如图1所示 图1结构简图Fig.1 structural diagram为保证整机的各部分的安装，需设计一个机架，机架起到其它几个部分的支承、定位、连接作用，并将电机安装在机架里面，剥壳机安装在机架的上方。2.4 基本原理花生脱壳机是借助转动轴上的刮板与笼栅的挤压和打击作用，将花生果外壳破碎的一种机械设备，其特点是结构简单、操作方便。它主要由进料机构、剥壳机构和支承机构等部分组成。花生果进入存料斗后，经下部的入料窄口形成薄层流落下来进入剥壳箱内，与高速旋转的刮板相互碰撞，在刮板的锤击下，花生壳发生破裂，从而进行第一次剥壳。部分花生果在下落过程中没有与刮板发生碰撞，有些发生碰撞了而花生壳却未撞裂，这部分花生落入到由圆钢棒排列成的栅格上，由于栅格顶部与刮板的旋转外径间的间距不足以容纳一个花生果，因此花生果将在落入栅格的同时被刮板再次锤击和挤压，从而使这些花生果的果壳也被压碎。剥壳后的仁与壳通过栅格间的间隙落下，在下落的同时，受到风机吹来的经调节好的气流作用，果壳因重量轻而被气流送入集壳通道，而花生仁因重量大，继续往下落，从而达到了壳仁分离的目的。其工作流程如图2所示 图2 工作流程图 Fig.2 Work flow chart2.5 设计依据刮板的旋转必须确保能将部分花生壳撞碎，当花生果与钢质物体相对速度达到5 ms时，可使花生壳破碎而不会破坏到花生仁，可根据此依据设计刮板的转速与半径。3 传动方案拟定 由于刮板式花生去壳机的工作轴旋转速度较高，达到=382.2rmin可有两种选择第一种是采用一级V带传动第二种是采用两级混合传动若采用两级传动方案，将会致使机器的结构复杂，而且成本升高，所以选用一级V带传动。4 电动机选择 根据所给的功率及同步转速，可选用的电机型号有两种 Y90L-4型 Y100L-6型根据电动机的满载转速和刮板转速可算出总传动比，现将此两种电动机的数据和传动比列于下表1 表1 两种电动机的数据和传动比 Table 1 Two kinds of motor and transmission of the data方案号 电机型号 额定功率 同步转速 满载转速 总传动比 i kw rmin rmin（%） 1 Y100L-6 15 1000 940 2459 2 Y90L-4 15 1500 940 3663由上表可知：方案1总传动比虽小，转速低，但价格高，作为家用机械的电机不是太合算故选择方案2，即电机型号为Y90L-4。查表得此种电动机的中心高H=90mm外伸轴径为24mm轴的外伸长度为50mm传动装置的运动和参数计算轴的转速轴的输入功率=1.35kw轴的转矩5 刮板设计5.1 刮板计算5.1.1 刮板半径及转速初定 刮板的旋转必须确保能将部分花生壳撞碎，当花生果与钢质物体相对速度达到5时，可使花生壳破碎而不会破坏到花生仁，可根据此依据设计刮板的转速与半径。当花生下落位置在之间，设计时采用最小碰撞半径为计算半径 取半径R=250mm，则n=382.2rmin结论：R=250mm， n=382.2rmin 5.1.2 刮板所需功率计算根据公式可计算出刮板所需的功率刮板对花生做功 ：刮板改变花生的动能：刮板改变花生的势能 所以 根据所给产量要求 1500kg传动比：=3.663假设每天运转时间t10h 1）确定计算功率查表得工作情况系数 =1.1=1.11.5=1.65(kw) 2）选择V带带型根据、查得最适合的带型为A型 3）确定带轮基准直径由主动轮基准直径系中选取，从动轮基准直径为 验算带的速度 v=1可知e =0.5d =9，则Fr的作用点与支点的距离为L=43Fr= Fttan=90.46N 则弯矩MH=FrL=90.4643=3889.78 Nmm MV=FtL=248.5543=10687.65 Nmm 则11373.48 Nmm 扭矩Nmm 按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。根据上面的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6，轴的计算应力20.16MPa 前已选定轴的材料为45钢，调质处理查表得=60MPa。因此,故安全 8 半栅笼半栅笼在机器中的作用是让已经被剥壳的花生与未被剥壳的花生进行分离，其分离的原理就是“小个通过，大个不过”。其结构如图4所示图4 半栅笼结构图Fig.4 A cage structural diagram 半栅笼的每一个栅格都只能容许一个花生仁大小的物体通过，被剥壳的花生由于花生壳的破裂，被变成破碎的花生壳和整粒的花生仁，花生仁的大小刚好可以穿过栅格，而花生果因为太大，无法通过栅格，将被阻挡在剥壳箱内，继续进行剥壳直到其外壳破碎为止。栅条是利用两块墙板对两端进行固定的，墙板材料为HT200，栅条材料为20号钢。栅条采用圆截面长条，长度为538mm，因其特殊的作用，还需对其进行表面处理，要求渗碳1-1.5mm，热处理硬度HRC56-62。栅条的两头装砌在墙板的圆形槽内，组成半圆栅笼，栅条间距为10mm，这样可使剥出的花生仁能通过栅格，而未剥壳的刚不能通过。装砌完成后要太上锁紧条，防止栅条松动。半栅笼内径为。9 箱体 箱体的作用是提供给刮板一个封闭的剥壳环境，并对相关结构起到支承和定位作用。为了便于轴系部件的安装和拆卸，将箱体做成剖分式，箱由箱座和箱盖组成，取轴的中心线所在平面为剖分面。箱座和箱盖采