山楂去核机的设计

1、刖言我国目前的山楂山楂机械的发展情况比较落后，由于缺少良好的设备，加工手段落后，生产效率低，致使一些地区出现水果积压腐烂现象，给果农造成很大的经济损失。山楂去核手工作业现在在中国仍然是主要的加工手段，不仅占用大量的劳动力、 劳动强度大、生产率低，而且卫生安全也得不到有效保障。去核作业是山楂加工工序中十分重要的前处理工序。以往的手工操作远不能满足现代山楂加工的需求，不仅占用大量的劳力，劳动强度大，生产效率低，且产品质量难以控制。 本设计主要是为了解决山楂去核作业的劳动强 度大，安全卫生，提高生产效率，降低山楂果实破损率，保证山楂产品的质量。因此，小型 山楂山楂机有非常好的应用前景。关键词：山楂；

2、山楂机；刀具设计1 前言. 11.1 本论文研究的目的和意义 . 11.2 国内外果核类山楂机械的发展情况 . 11.3 山楂的特性和山楂山楂机的应用前景 . 22 山楂山楂机设计 . 32.1 马达的选择. 42.2 传动装置的选择. 53 山楂山楂机关键部件设计 . 83.1 去核的刀具. 83.2山楂定位盘 . 93.3山楂机定位盘主轴 . 93.4 山楂机主轴间歇轮. 113.5 山楂机传动圆盘. 123.6 山楂机传动盘的轴 . 123.7 轴承选择. 15总结. 16致谢. 17参考文献. 18A、尸.一1刖言1.1 本论文研究的目的和意义我国的地域辽阔、 资源丰富。具有得天独厚的

3、发展水果加工业的良好条件。水果深加工已成了农民致富的一条主要途径，不论社会效益还是经济效益都是十分可观的。果核类水果主要是指桃、杏、李、山楂、红枣及橄榄等。它们在水果总产量中占有较大比例，以它们为 原料，加工成饮料、罐头、果脯及果干制品时，去核作业是水果加工业中十分重要的前处理 工序。以前的手工操作远不能满足现代水果加工的需求，不仅占用大量的劳力，劳动强度大，生产效率低，且产品质量难以控制。但是我们也看到，在果树种植业蓬勃发展的今天，由于 缺少性能良好的设备， 加工的手段落后，生产效率低，有些地区还出现鲜果品积压腐烂现象， 给果农造成不应有的经济损失。许多地区的果品加工厂， 其前处理生产环节，

4、如去核、去皮、清洗等，至今基本上仍靠手工或十分简陋的工具完成。因此，在我国发展山楂机械等前处理设备，取代手工作业是必然趋势。针对中国水果资源丰富、分布广泛的特点，特别要加大对 中小型山楂去核机具的研制，以适应广大果农及小型果品加工厂的需求。只有这样，才会有丰富多样的食品来满足人们的需求，才能保护果农种植的积极性1。1.2 国内外果核类山楂机械的发展情况国外 20 世纪 60 年代着手研制水果山楂机，至 20 世纪 80 年代初美国、意大利、荷兰等国已相继推出了粘核桃山楂机、橄榄山楂机等。去核工序基本上实现了自动化。数十年的发展，已日趋完善、成熟。目前，正向着节能型和机电一体化方向发展，以电脑自

5、控作业为主。但中国的水果山楂机具发展缓慢，远远落后于种植业的发展。日本生产的一种刮板式山楂机，去核后的果肉可达 5 毫米左右，由筛孔排出，桃核从尾端排出，该机适用于粘核型桃的去核加工，它具有成本较低，生产率高，去核效果好等特点。国外也研制出了橄榄山楂机，它可以依靠果模组装在链条或滚筒上，形成输送和定位，并采用一排刀具（包括上刀和下刀），对橄榄进行多刀去核作业，其生产效率比使用单刀的设备 高得多。美国 FMC 公司 80 年代初向市场推出一种自动转矩式粘核桃山楂机。每分钟可加工80个桃子，其生产率约 800 kg/h 左右。该机采用 14 个小杯对桃子进行定位和输送。每个杯子 底部有一带凸起的小

6、转轴。 小轴在链条带动下始终旋转着，只要杯内桃子的凹部不在小凸起的上方，桃子外圈就会与凸起接触并被其带动旋转着，直到图示正确位置为止。这时，桃子 保持直立状态，劈刀将果内劈成两半后，夹持挑子的两个橡胶夹板相向转动150 使果肉与桃核分离。该机可以整个加工季节连续工作而不必停机润滑，调节与清洗也十分方便。由于它保持了去核后果肉的完整性，因此比较适合于罐头、果脯和果干加工厂使用。由于该机结构较复杂，成本较高，而国内罐头、果脯等食品均属微利产品，因此，在我国推广起来存在 一些难度中国研制出的核果水果山楂机具，按其结构特点和工作部件的不同，大体可分为剖分式、 对辊式和捅杆式等几大类。目前中国的山楂机械

7、有剖分式山楂机、对辊式山楂机、捅杆式山楂机、打浆式山楂机、刮板式山楂机、凸齿滚筒分离凹板式山楂机几种形式。中国山楂机械 存在突出的问题有果肉损失率较高、去核后果实破损率高、机械性能不稳定、通用性差、作 业成本高、科技含量低、生产效率低等。1.3 山楂的特性和山楂山楂机的应用前景山楂，是可食用植物，果核类水果，质硬，果肉薄，味微酸涩。落叶灌木，枝密生，有 细刺，幼枝有柔毛。小枝紫褐色，老枝灰褐色。能防治心血管疾病。山楂是我国特有的药果 兼用树种。山楂的主要成分：可食用部分76%每 100g 中含能量 397kJ、水分 73g、蛋白质0.5g、 脂肪 0.6g、 膳食纤维 3.1g、 碳水化合物

8、22g、 胡萝卜素 100 g、 维生素 A 17 卩 g; 硫胺素 0.02mg、核黄素 0.02mg、尼克酸 0.4mg；维生素 C53mg 维生素 E 7.32mg;钾 299mg、 钠 5.4mg、钙 52mg镁 19mg 铁 0.9mg、锰 0.24mg、锌 0.28mg、铜 0.11mg、磷 24mg 硒 1.22 卩 g。含解脂酶、鞣质等以及对大肠杆菌、绿脓杆菌、痢疾杆菌有抑制作用的成分。山楂能防治心血管疾病，具有扩张血管、强心、增加冠脉血流量、改善心脏活力、兴奋 中枢神经系统、降低血压和胆固醇、软化血管及利尿和镇静作用；防治动脉硬化，防衰老、 抗癌的作用。山楂酸还有强心作用，对

9、老年性心脏病也有益处。它能开胃消食，对消肉食积 滞作用更好，很多助消化的药中都采用了山楂；山楂对子宫有收缩作用，在孕妇临产时有催生之效，并能促进产后子宫复原；能增强机体的免疫力，有防衰老、抗癌的作用。山楂中有 平喘化痰、抑制细菌、治疗腹痛腹泻的成分。近年来，随着人民生活水平的不断提高，人民对食品质量的要求也越来越严格。生产厂家也意识到前处理工序对产品质量有着不可忽视的影响，各厂家纷纷寻找合适的前处理设 备。由于许多前处理设备在国内尚属空白，因此，开发性能优良的山楂机及其它前处理设备是形势所需。果核类水果主要指桃、李、杏、山楂、红枣及橄榄等，它们在水果总产量中占 有较大的比例。在以它们为原料加工

10、饮料、罐头、果脯及果干制品时，去核作业是一项十分 重要的前处理工序。以往所采用人工作业，不仅占用大量劳动力、劳动强度大、生产率低， 并且产品质量难以控制。因此，实行水果去核的机械化作业是水果加工业中必然的发展趋势， 所以山楂山楂机的应用有非常良好的前景。2 山楂山楂机设计如图 2-1 所示为小型山楂山楂机，主要包括 1 去核刀具、2 山楂定位盘、3 定位盘主轴、4 传动间歇轮、5 传动圆轮、6 传动轴、7 连杆、8 转盘、9 挡板。其中，去核刀具能够去掉 山楂的内核，且保证山楂不破碎；山楂定位盘能够给山楂定位，确保去核刀具能够准确的去掉山楂的内核；传动间歇轮，能够在传动圆轮的运转过程中，每30

11、转动一下，进而使山楂定位盘间歇转动；传动圆轮，每转动一圈，带动间歇轮转过30 次；转动轴保证传动圆轮平稳传动；连杆在转盘圆周运动过程中， 分别带动传动圆轮转动和去核刀具的上下运动； 转盘做圆周运动带动连杆运动；挡板的作用是收集去核后的山楂。山楂山楂机工作原理是： 发动机发动后，通过皮带轮把动力传给减速器，减速器减速后带动转盘转动，转盘转动带动连杆做往复运动，一边连杆带动刀具上下运动完成山楂的去核工作，另一边连杆带动传动盘，传动盘每转动一周，带动间歇轮转动一次(30 )，在主轴的转动下使山楂定位盘转动。(当转盘带动连杆运动到最上方的时候，传动的转动装置带动间歇轮转动，进而使定位盘带动山楂转动到刀

12、具下方，当转盘向下运动时， 传动装置离开间歇轮做圆周运动，刀具在连杆作用下，向下运动完成山楂的去核工作，如此反复。山楂随刀具向上时，遇到挡板脱落到定位盘 上随定位盘转动，当遇到第二个挡板的时候被剥落下去，掉落到收集带中。)图 2-1山楂去核机零件 2-2 图1:电机 2:减速齿轮 3:曲柄连杆 4:道具模块 5:转盘6:山楂挡板 7:间隙机构 8 轴心 9:皮带 10:转盘轴承组 11:大皮 带轮2.1 马达的选择2.1.1选择马达系列马达选择应保证：P0_ Pr2-1式中：P0马达额定功率，kWPr 工作机所需马达功率，kW所需马达功率由下式计算:Pr=Pw/n式中：Pr 工作机所需有效功率

13、，由工作机的工艺阻力及运行参数确定；n马达到工作机的总效率，%皮带运输机的 PW 计算方法：PW=F120主动带轮上的包角合适。确定带的根数 z根据a1=165.9 ，得 Ka=0.966 ;根据 Ld=1120mm 得 KL=1.08 ;由 n1=910r/min、i=2.37、dd 仁 67mm查表 2-3 得，P0=0.15kW,AP0=0.02kW。z=Pca/(PO+PO)KaKL=0.9/(0.15+0.02) X 0.966 X 1.08=5.07=6取 z=6 根。(6)确定带的张紧力 F0查表 6-6 , Z 型普通 V 带单位长度质量 q=0.06kg/m。F0=500Pc

14、a(2.5/Ka-1)/(zXv)+ qv2(6)计算带传动作用在轴上的载荷FQFQ=2zF0cos(r/2)=2zF0si n(a1/2)2-5式中：z-带的根数；F0单根带的张紧力，Na1-主动带轮上的包角，rad。165.9FQ=2X 6X90.0Xsin=1071.8(N)2-63 山楂山楂机关键部件设计3.1 去核的刀具查阅资料得到我国北方山楂直径在10mm-14mn 之间，根据山楂直径本设计选取刀具的外径为 8mm 详细尺寸如 3-1。弹簧选择不锈钢丝(1Cr18Ni91Cr18Ni9Ti )，耐腐蚀性好，工艺性好，弹簧中径为 5mm图 3-1 去核的刀具F0=500X0.9(2.

15、5/0.966-1)/6X6.38+0.06X6.382 = 90.0(N)由于山楂山楂机刀具用于直接接触山楂果实,材料的选择应考虑材料容易加工切削、净卫生、成本低且容易清洗等特点，所以本设计选用45 号钢作为山楂定位盘的材料。53.2 山楂定位盘3.2.1山楂定位盘材料由于山楂山楂机属于常用食品加工类机械，材料的选择应考虑到材料易得、材料容易加工切削、干净卫生、成本低且容易清洗等特点，所以本设计选用45 号钢作为山楂定位盘的材料。3.2.2山楂定位盘尺寸山楂定位盘如图 8 所示。考虑到人工放置山楂的舒适度问题以及作业的工作效率， 本设 计采用直径 300mm 的圆盘作为定位盘， 圆盘上均匀分

16、布 12 个直径 10mm 的山楂定位孔，为了 使定位盘工作稳定可靠不产生倾斜本设计采用双键连接轴，基孔制配合为 H7。3.3 山楂机定位盘主轴3.3.1 轴的材料选择45 钢调质处理 230-280 ,查表得dB=640MPa3.3.2初步估算轴径d -C-1该轴的无特殊要求，选用图 3-2 山楂定位盘53-1取轴d=20 mm。3.3.3轴的结构设计根据估算轴径和轴上零件的布置，进行轴的结构设计，确定轴上与定位盘联接键截面尺寸为 bxh=8mmc 7mmi 配合为 H7/r6。滚动轴承内圈与轴的配合采用基孔制，轴的尺寸公差 m6在轴的两端均制成 2X45 倒角。轴的详细尺寸如图9 所示。-

17、 旳關品噬 iWdVi)jfES.加1lM3.3.4轴的强度验算(1)主轴间歇轮上的作用力的大小转矩：P0.34T=95.5x105xn =95.5x105=81170(N * mm)dmin10.20.34mm=19mm3-2图 3-3 定位盘主轴3-33-4圆作用直径：d 仁 39.9(mm)圆周力：Ft=2T/d 1=2x81170/39.9=4069(N)-1，故安全。径向力：Fr=Ft/2.653=1534(N)轴向力：Fa=Ft/3.734=1090(N)(2)求垂直面上轴承的支反力及主要截面的弯矩FBV=(FrX29.5+Fa Xd1/2)/210.5+29.5=279(N)3-

18、5FDV=Fr-FBV=1534-279=1255(N)截面 C 处弯矩为：MCV 左=FBVX 210.5=58730(Nmm)3-6MCV 右=FDV 29.5=37023(Nmm)3-7(4)按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度，由公式：M2(订)23-8式中：a应力折算系数；Mv 轴上危险截面处的当量弯矩，NmmW 轴上危险截面处的抗弯矩截面系数，mm3d-1轴在对称循环状态下的许用弯曲应力，MPa，见表 11-1 ;d-轴上危险截面处直径，mm 当此段轴上有一个键槽时，直径应加大3%;有两个键槽时，应加大 7%取a=0.6，计算截面上的应力：

19、前面已选定轴的材料为45 钢，调质处理，由表 11-1 查得d-1=60MPa ,由于dvvd.12052720.6 8117020.V263= 37.56(MPa)3-9-1，故安全。3.4 山楂机主轴间歇轮图 12 定位盘主轴山楂山楂机主轴间歇轮如图10 所示，材料选用容易加工的 45 号钢，该轮总直径 100mm确定轴上与定位盘联接键截面尺寸为bxh=8mnX7mm 配合为 H7/r6基孔制，轴的尺寸公差为r6，粗糙度要求为 1.6。3.5 山楂机传动圆盘山楂山楂机传动圆盘如图11 所示，材料选择 45 号钢，传动圆盘外圆直径为70mm 确定轴上与传动盘联接键截面尺寸为bxh=6mm 6

20、mm 配合为 H7/r6。传动圆盘与轴的配合采用基孔制，轴的尺寸公差r6，传动圆盘孔的粗糙度1.6，其余 6.3。3.6 山楂机传动盘的轴图 11 山楂机传动圆盘，间歇轮与轴的配合采用I-C-(L3图 12 定位盘主轴51.5勰79-1一51.5-oS?iFBV=(Frx51.5+Fa xd1/2)/182+51.5=820(N)361 轴的材料选择该轴的无特殊要求，选用45 钢调质处理 230-280,查表得r B=640MPad _C50.36dmin=110- mm = 18mmV 24取轴 d = 20 mm。3.6.3 轴的结构设计根据估算轴径和轴上零件的布置，进行轴的结构设计，确定

21、轴上与传动盘联接键截面尺寸为 bxh=6mr 6mm 配合为 H7/r6。滚动轴承内圈与轴的配合采用基孔制，轴的尺寸公差 m6在轴的两端均制成 2X45 倒角。轴的详细尺寸如图12 所示。3.6.4轴的强度验算(1)主轴间歇轮上的作用力的大小转矩:T=95.5x105xP =95.5x105x=83140(N * mm)3-12圆作用直径:d1=26(mm)圆周力：Ft=2T/d 仁 2x83140/26=6395(N)径向力：Fr=Ft/2.653=2311(N)轴向力：Fa=Ft/3.734=1613(N)3-13(2)求垂直面上轴承的支反力及主要截面的弯矩FDV=Fr-FBV=2311-

22、820=1491(N)362初步估算轴径3-123-11.14843020.6 8314020.V203= 46.58(MPa)3-17截面 C 处弯矩为：MCV 左=FBVX 182=74620(Nmm)MCV 右=FDVX 51.5=38368(Nmm)(3)求水平面上轴承的支反力及主要截面的弯矩FBH=FtX51.5/(182+51.5)=6395X51.5/233.5=1410(N)FDH=Ft-FBH=6395-1410=4985(N)截面 C 处弯矩为：MCH=FBX210.5=1410X182=128310 (Nmm)(4)截面 C 处垂直和水平的合成弯矩Mc左hjM；左：746

23、2021283102-148430(N *mm)MC右-，-:MCV 右M；= 3836821283102=133924(Nmm)(5)按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度，由公式:3-16式中：a应力折算系数；Mv 轴上危险截面处的当量弯矩，NmmW 轴上危险截面处的抗弯矩截面系数，mm3d-1轴在对称循环状态下的许用弯曲应力，MPa,见表 11-1 ;d 轴上危险截面处直径，mm 当此段轴上有一个键槽时，直径应加大3%;有两个键槽时，应加大7%取a=0.6，计算截面上的应力:3-143-15M2(T)2宀前面已选定轴的材料为 45 钢，调质处理，由

24、表 11-1 查得d-1=60MPa ,由于r vv r -1，故安全。3.7 轴承选择设计机械时，应根据载荷情况、转速高低、空间位置、调心性能以及其他要求，选定合 适的滚动轴承类型。具体选择时可参考下列原则。3.7.1 载荷条件轴承所受载荷的大小、 方向和性质，是选择轴承类型的主要依据。当轴承承受纯径向载荷时，应选用向心轴承。当承受纯轴向载荷且转速不很高时，宜采用推力轴承；如转速很高，则因离心力使滚动体与保持架之间的压力增大，摩擦加剧而使寿命显著缩短，此时应选用角接触球轴承。当同时承受径向载荷和轴向载荷时，如果以径向载荷为主， 可选用深沟球轴承或接触角较小的角接触轴承；以轴向载荷为主，可选择

25、接触角较大的角接触轴承，也可采用向心轴承和推力轴承组合在一起的方式，分别承受径向载荷和轴向载荷。3.7.2轴承转速一般来讲，轴承转速较高时，应优先选用球轴承。在内径相同的情况下，外径愈小，则 滚动体愈小，运转时，滚动体的惯性离心力也就愈小，因而适于在更高的转速下工作。因此,在高速条件下，宜选用外径和滚动体较小的轴承。此外，轴承的接触角越小，其座圈承受滚动体惯性离心力的条件越好，所以，在高速性 能方面，接触角 a 为零的向心轴承优于角接触轴承和推力轴承。3.7.3调心性能当轴在工作时弯曲变形较大，或轴的跨距较大，或轴承座制造安装精度较低时，则要求轴承内、外圈能有一定的相对角位移，此时应采用调心轴

26、承。3.7.4轴承刚度一般情况下，滚子轴承的刚度比球轴承高，在要求轴承刚度高的场合，应选用滚子轴承。我国目前的山楂山楂机械的发展情况比较落后，由于缺少良好的设备， 加工手段落后，生产效率低，致使一些地区出现水果积压腐烂现象，给果农造成很大的经济损失。山楂去核手工作业现在在中国仍然是主要的加工手段，不仅占用大量的劳动力、 劳动强度大、生产率低，而且卫生安全也得不到有效保障，大力推进山楂去核的机械化进程是社会发展的需要。山楂山楂机不但提高了生产效率，而且安全卫生也能够得到有效的加强。山楂去核在整个山楂加工工序中，不仅劳动强度大，而且人工作业生产效率低， 安全卫生达不到要求。所以考虑中国目前的情况，设计了这种小型山楂山楂机，我设计的山楂山楂机生产效率得到了显著的提高，山楂破损率低，同时安全卫生的问题也得到了有效的解决。本山楂山楂机是根据山楂的物理特性， 结合目前山楂山楂机的现状，运用所学机械原理、 机械设计等相关知识，进行的相关设计。由于