花生去壳机的研究与设计毕业设计说明书

IV1绪论1.1背景花生富含大量的脂肪和蛋白质，它是生活当中重要的植物油来源之一[1]。日用人造黄油，色拉油，调和油等与花生油息息相关。而且花生加工副产品之后的花生壳和花生饼可用作饲料，从而提高花生壳的经济效率。在国内为了增加花生油产量，人们通常会对花生去皮，而在技术落后的90年代，花生的去皮工作都是人们用自己的双手完成的，因为花生壳较硬，长时间剥皮过程中会使手上形成水泡，不仅双手受了伤，而且去皮效率极低，所以，人们迫切需要研制一种可以代替双手的去壳机器，不仅避免了受伤，还增加了花生的生产效率。现如今，中国的科技飞速发展，自动化产品也在迅速被更替，一时间各种机械产品在国内掀起浪潮，很多农业装备也为农村地区创造了很好的经济效益，这也大大提高了农民对农业生产的信心，在工厂加工车间内，新机器的引进解放了大量工人，工厂效益相比之前也大大提升。1.2花生去壳机的国内发展情况我国相对欧洲发达国家工业制造起步较晚，就如花生去皮机来说，直到1960年我国才开始第一次研究[2]，就在这个时候开始，我国才出现各种用途的花生去壳机，但也极其落后，运用最广的脱壳设备是小型和中小型的去壳机。眼下国内工厂花生去壳机的结构，技术，材质基本分为俩种主要类型：钢杆型钢栅条凹板和橡胶浮动凹版。凹板的作用主要用于撞击和揉搓，这种传统的脱壳机技术相对落后，基本去壳质量不是很高，对花生自身有很大的危害，因此这类去壳机的出油率达不到出口贸易标准[3]。1.2.1国内花生去壳技术（1）冲击法：花生在箱体内以很快的速度运动，与箱壁发生碰撞之后，导致花生壳破裂，达到破壳的效果；（2）碾搓去壳法：碾搓法是通过将夹杂俩个膜片之间的花生夹克压碎而打破壳的目的，花生对花生壳产生一定的切开的作用，在俩种力的共同作用下，花生的去皮速度明显加快，需要约束的条件有圆盘的直子午线，花生夹得含水率，磨盘间的距离大小以及上面的凹槽是否可影响花生壳的平稳缓慢的输出；（3）挤压去壳法：将花生放入俩个轮毂之间，准确调整俩轮毂之间缝隙的宽度，花生在缝隙之间受到挤压，从而对花生去壳。1.2.2新型花生去壳技术（1）压力膨胀法：其原理是在一段时间内装满一定时间气体的花生壳，其目的是使花生壳内外的压力平衡，然后瞬间卸压，打破壳内外的压力平衡，此时，壳体在外压力下破碎。该方法的关键是掌握充气压力和颗粒，水含量和稳定压力维持时间等；（2）真空法：把空气抽空的条件下，将花生进行提高温度处理，随着箱体里的空气越来越稀薄，导致花生壳中的水分持续不断的进入了空气，从而水含量减少，大大降低了花生壳的韧性和强度的改善，但脆性较大；（3）激光法：使用激光切割技术切割花生壳，这种方式虽然比较其他俩种方法应用简便，而且去壳程度很高，但在生活中运用极少，因为这种技术造价昂贵，工厂的成本大大提高，所以不能被国内很大程度的应用。1.2.3去壳机的工艺上文讲述了花生去壳机技术原理，除此之外，为了提升机器去壳产量，我还对花生的去壳过程做了分析，这里介绍花生去壳机技术的两种类型：（1）分级处理：所谓分级处理，就是把花生壳按照大小一一分类，再根据花生壳的大小去壳，这样可以提高去壳效果，降低花生壳的破损程度；（2）干湿程度：花生的干湿程度也对花生的去壳效果影响很大。通常，花生壳的水分含量越高，表明它越坚韧，受损的可能性就越小，相反如果花生水分含量越低，它的脆性反而越高，可能会更容易被损坏，因此水分含量低的花生加湿来提高去壳效率[5]。

2去壳机的原理介绍和结构分析2.1花生去壳机结构依据本文设计的刮板式花生去壳机从上到下的工作原理[6]，最顶部是花生进口，然后通过箱体，在经过壳仁分离器，最后通过花生仁回收管。该机器采用立体式结构，所以由上而下设计，花生收集开口朝上，整体采用漏斗形式，然后通过钢管连接到箱体，在箱体内经过栅栏格将花生区分大小，再通过刮板的碰撞和压力之后，将花生进行去壳处理，当去壳完成之后，花生壳和花生由于重力的影响，向下跌落，在跌落过程中，设计了风机横向向左吹风，在受到风力作用之后，较轻的花生碎壳通过钢管槽送出，而较重的花生仁从重力方向落下，在底部设计一个收集装置，由于整体构造的核心部位都在上方，为了增加机器稳定性和安全性，设计了多条支架，并且都是钢结构，整体结构如图2.1所示。图2.1去壳机结构简图2.2工作原理该机器主要是使用刮刀去除花生壳。当电源接通后，旋转轴高速旋转，刮板和网格之间产生作用力，此时花生受到压力而达到最大承受力时，花生壳破碎。该机器有很大的优势，它占地面积小，适应能力强，没有很强的局限性，结构也相对简单，方便使用，这就可以节省大量的学习时间。它大概由三部分构成：添加原料机构，去壳机构和底座[7]，如图2.3所示。图2.2去壳机工作示意图2.3风机设计出料口降下来的花生壳和花生仁通过风机送出的风力影响进行壳仁分离，这时应通过花生质量的大小进行选择合适的吹风机，如果吹的风力太大，则花生仁和花生壳都被吹到一边，如果风力太小，则花生壳和花生仁都随重力的影响跌落在收集装置之中，没有起到壳仁分离的作用，如图2.3所示。图2.3风机示意图3去壳机的结构设计花生去壳机的结构经过计算之后一点要正确设计，一些关键部位更是要经过反复验算，这样设计出来的去壳机才可以被推广使用。3.1确定各项参数3.1.1刮板半径和转速计算想要设计好这款花生去壳机，第一步就是要设计记好刮刀，应该具有瞬间击碎花生壳的能力。查阅大量资料和反复验证过后，当花生和网之间的相对加速度保持在4m/s时[8]，才具有最好的去壳效果，根据这一情况来计算刮板速度与半径。设转速为n，半径为r。（3.1） （3.2）根据资料取r=230mm，由公式得：这个情况下得出转速是。3.1.2计算刮板功率使用公式计算出花生需要做得功。刮板作用在花生身上的正功：（3.3）（3.4） （3.5）由公式中：阶段所需要的动能；--结尾阶段所需要的动能；--刚进入箱体的速度；箱体的速度； （3.6）（3.7）通过任务书可知，此次设计去壳机的功率要求是15-25kg/min，根据换算也就是0.25-0.417kg/s，而且，花生刚进入箱体时，刮刀就会把花生击碎，此时花生就应该具有1.1m/s的向下速度，当离开刮板作用时就会产生14m/s的离心速度；得：3.1.3设定传动系统该机器按照刮板式方法去壳，所以要选用适合的传动方式，经过查阅资料，选出了俩种较为合适的传动方式，第一种是二级减速驱动，第二种a型三角皮带驱动，第一种优点就是使用起来机器更加顺畅[9]，但它的结构更加的复杂，不适合这种小型机器，第二种结构相对第一种结构更加简单，用的材料较少，成本低，所选择A型三角皮带驱动器最合适。3.1.4电动机的选用通过上述算出功率和转动轴的转速，选用了俩个电机Y90L-4电机和Y100L-6电机，比较结果如表3.1所示：经过分析表中数据和查阅资料，这俩种电动机都有自己的优势，Y100L-6型电动机传动比较低，传动效率也随之增加，但是它的造价昂贵，本文所设计的是一种小型机器，如果用这种电动机设计整个机器成本就会增加，不能被推广使用，所以只能选用Y90L-4型电动机更为合适。通过查阅资料计算出Y90L-4电机的马达高88毫米，马达中轴的延伸轴直径为22毫米，所用动力轴的延伸量达到了48毫米[10]。3.1.5分析传动结构参数（1）转速:（3.8）（2）功率:（3.9）转矩: 公式中：--旋转力矩(N.m)；（3.10）--电机输入给定轴的功率(kW)；（3.11）3.2V带传动3.2.1分析与计算功率（3.12） 其中：--v带传递的功率(kW)；（3.13）--v带传递的极限功率；（3.14）--系数；（3.15）查得3.2.2V型带的选择经过计算和查阅资料选用的V带带型为A型。3.2.3带轮直径的选择查阅资料选用直径从动轮基准直径是：（3.16）（3.17）根据上述从动轮基准直径为247.8mm； 速度：此次设计皮带选则规格合适。3.2.4计算带长度与中心距a查阅资料显示由公式，得出俩带轮之间中心矩 （3.18）（3.19）运用表中查的带轮皮带长度为中心距a的计算：（3.20）3.2.5分析与计算包角（3.21）所以该机器主动轮包角适合。3.2.6分析与计算V带根数z（3.22）式中：--包角系数；--长度系数；--带额定功率；--v带的额定功率的增长量；由,,查阅资料得:l上述代入式中，计算出:z=2.02取整值z=2。3.2.7分析与计算预紧力查阅资料由公式得：（3.23）3.2.8分析与计算压轴力（3.24）式中：--V型皮带的根数；--皮带的本身预紧力；--主动轮包角(°)；计算得：3.2.9分析与计算带轮的结构尺寸结构参数大小如表3.2：3.3分析与计算轴计算主轴：（3.25）主轴功率：电机主轴转矩：（3.26）3.3.1分析与计算轴的最小直径经过查询数据和公式，应该使用45钢的材料，并且对材料进行了加工，让材料更加有稳定性，按照公式计算：（3.27）3.3.2分析与计算轴的直径与长度（1）由于惯性的作用，快速运动的皮带会出现些许离心运动，所以在传动轴方向加一个螺杆与螺母，这样固定会更加牢固和紧凑[11]。螺杆的设计长度也有要求，依照设计的箱体大小螺杆长度应在15-25mm之间，螺母的直径控制在5-10mm之间。（2）这类结构设计出的去壳机，主轴会有很大的承受力，所以轴得设计要求很关键，依据查询资料选择轴承得长度是20mm，编号为6204，设计完成之后可方便检查。以上参数在表3.2查询。表3.2尺寸设计参数（3）刮板得组装和数据计算是这一部分得关键，必须经过分析之后准确计算，依照轴得长度上节分析出皮带会产生较大的离心力，因此主轴与刮板之间得接触面过大，经过查阅资料选用轴长522mm；（4）在设计轴承上端得时候，应该再加一个盖子，并且加以螺母进行固定，一方面可以阻止粉尘的进入，另一方面使零件之间更加契合，按照设计要求，轴承端盖宽度要达到20mm[12]。第一段轴承长度L不小于35mm，而且第二到第三段的轴段上的长度L不小于50mm；（5）固定零件经过分析和计算刮板因为快速的转动，如果间隙不够大，就会与箱体表面发生碰撞，一旦发生危险就会伤到人，所以零件的固定和长度选用必须严格要求，选用零件参数如表3.3所示：表3.3键的参数表长度取22mm皮带和轮子至之间一定过盈接触，而且深沟球轴承和连接的轴之间不能由空隙，只有这要高度配合，才能保证该机器的正常运行[13]。（6）分析与计算轴的圆角和倒角大小为了机器能长稳运行，轴的端面要进行倒角处理，尺寸为固定值45度，剩下的尺寸可参考图纸。3.3.3分析与计算轴的强度校核(1)主轴受力如下图3.4所示。图3.4主轴受力图据图所示：圆周力为Ft；径向力为Fr；受轴支撑力为R1，R2；(2)分析水平面上的受力情况，如图3.5:图3.5水平受力图上图中:水平反支力为RH1,RH2；弯矩为Q1H,Q2H；分析与计算轴的参数大小和受力状况：（3.28）则（3.39）（3.30）根据上面数据得到力和弯矩应力如图3.6所示：图3.6主轴弯矩图运动中主轴受力和弯矩应力图如图3.7所示：图3.7受力分析，（3.31），竖向抗弯矩应力如下图3.8所示：图3.8抗弯矩应力图(4)合成弯矩如下图3.9所示：图3.9合成弯矩图(5)分析与计算校核轴的强度：（3.32），（3.33）（3.34）（3.35）,与本文设计要求一致。3.3.4分析与计算轴承校核深沟球轴承的分析与计算，经过对轴的计算可以得出：（3.38）（3.39）（3.40）根据分析数据，知道冲击载荷:得：（3.41）（3.42），得出来的结果用轴承2进行计算：（3.43）此次设计的轴承符合设计要求。3.4刮板构造设计此次脱壳机的刮板设计整个机器得重要部分，他设计的好坏直接性得关系到花生脱壳效果[14]，而且此次设计得钢带比较单一，所以在设计过程中又增加了一组钢带，在俩组刚带得配合使用下，花生的去壳效果又得到了提高，其具体结构简图如图3.10所示。图3.10刮板结构简图刮板的材料同样选用了钢结构，这是因为刮板主要的工作就是击碎花生壳，这里面难免掺杂一些杂质，增大了刮板工作强度，以防损坏刮板，同时也对刮板进行了热处理，提高硬度，提升之后的硬度可达到55-60洛氏硬度[15]。工作中的刮板使用7mm的钢板，长度为120mm，宽度为30mm，被螺栓连接固定在转轴之上，却保工作中刮板不会脱落，砸伤工作人员。3.5半栅笼的结构设计本文设计的半栅笼的作用主要是将刮刀去壳后的壳仁筛选装置，刮刀去壳完成后，剥好的花生仁就会随网格的孔跌落，而没有去壳的花生被网格隔离，继续被刮刀去壳，这里主要按照花生的大小进行区分，网格被设计成了固定大小的孔，比孔小的花生就会通过，进入下一个工作步骤，而比孔大的花生会继续工作，直到通过孔[16]。结构图如3.11所示。图3.11半栅笼结构图半栅笼被固定在箱体内部，选用20级钢的材料制作栅栏，根据设计要求，分析计算后，确定了栅栏的直径为12mm，格栅的长度不能超过600mm，半栅笼的直径设计不能超过800mm。因为网格直接接触剥离好的花生仁，为了食品安全考虑，所以必须进行淬火处理，不仅增加了网格的硬度，还对网格表面进行了杀菌处理，经过加工处理后网格强度增加到了55-60洛氏硬度[17]，把设计好的的网格放在了凹槽中，一方面固定了网格，另一方面方便筛选花生，增强花生仁的通过性。3.6箱体的设计设计箱体的目的就是让花生在一个封闭的工作环境进行去壳，因为高速运转的刮刀一旦出现状况，那将非常的危险，箱体的设计就防止了刮刀溅出伤到工作人员，就算刮刀出现了意外状况，那也停留在了箱体内，支架的设计就是让箱体固定在风机的上部，当去壳后的花生跌落，为风机的工作做好铺垫[18]。箱体的设计形状也很简单，上端了连接着进料口，下端与风机口相近，整体的设计材料全部选用钢结构，保护到刮刀的同时，也保护了工作人员的安全。3.7壳仁分离装置本次设计的花生去壳机是由花生壳和花生仁分离装置俩部分构成，当刮板把花生壳和花生仁分开从箱体离开之后，由于壳仁质量的不同，风机将较轻的壳吹到管槽，管槽连接到机器外部，而较重的花生仁跌落在收集槽中，在经过人为操作，每当收集满在接着收集下一次花生仁[19]。3.8去壳机机架机架对于中心轴，上部箱体，下不箱体，刮板，螺栓以及电动机都会起到安装定位的作用。去壳机放在机架的上面，靠螺栓进行固定[20]。3.9去壳机其他部件花生去壳机的其他部件包括吹风机的扇叶以及风量的大小，顶部的花生装漏斗以及中心轴承的轴承端盖。

4注意事项4.1花生去壳机操作方法与注意事项1、因为花生去壳机的环境复杂，所以在使用之前要对作业人员进行安全作业的培训，使其规范操作机器，佩戴安全护具等[21]；2、使用机器之前，首先必须检查机器部件是否能正常运转，如机器内部有无杂物，如有杂物即时清理干净，检查各部件是否需要加注润滑油等，确保机器正常运作；3、去壳机要放在宽敞、平坦的场地使用，禁止小孩和老人接触，以防发生事故；4、接通电源后，转向应与机器所指方向保持一致，先让他空转一会，如果机器没什么问题，运行正常时，在喂入花生[22]。5、在作业过程中，也要时刻通过机器运作的声音辨别机器是否出现故障，一旦出现问题，应立即停止作业，专业人员及时维修和调整；6、选用花生时要干湿合适，太干会提高花生仁破损率，太湿也会对生产率有影响。4.2去壳机的存放该机器使用一段时间之后要存放机器，清洗机器的灰尘，污垢，机器内部残留的花生壳等杂志；2、使用后拆下皮带，挂在库房墙上，防止日晒；3、使用后柴油清洗轴承，再用黄油密封。

结论及展望本文是围绕农用机械产品-花生去壳机的设计，实现了花生去壳机械化，应用本机气后，可使广大农民群众大大节省劳动量，提高生产效率和生产质量，同时该机器质量小，应用起来方便，生产成本较低，另一方面，该机器体积小，结构简单，更容易操作，在以后使用后过程中一旦发生故障，更容易维修。该机器关键部分使刮板结构与半栅笼结构，因为花生剥壳的整个过程都是由这俩部分完成的，剥出来的花生能不能符合要求，完全是看刮板与半栅笼的性能达部达到要求；而且花生去壳机还存在清洗困难、噪音大、适用性弱、附加装置少等问题，对于这些问题，我也相应做出了改进，其一是将机器模块化，方便拆卸后清洗和组装；其二使用更加精密的零件，减少使用过程中机器产生的噪音；其三增加机器零部件，组装一个花生仁和花生壳的收纳装置，设定计时器，机器自动收纳花生仁和花生壳，今后的花生去壳机还可以像更好的方向发展，而这一切还都有待于机械产品设计开发爱好者们的共同努力！

参考文献[1]吴宗泽.机械零件设计手册.北京：机械工业出版社，2017.[2]谢焕雄,彭宝良.我国花生剥壳技术与设备概况及发展[J].江苏农业科学，2018(6):581～582.[3]刘红力.花生脱壳特性与损伤机理研究[D].沈阳：沈阳农业大学,2017.[4]姜修坤,谢进,刘笑.搓力式花生去壳机的设计研究[J].科技视界.2019，(09)：42～43.[5]林怀蔚,罗来贵,蒋天弟,王新章.人力花生脱壳机的设计[J].农机化研究.2018.[6]张春宜.郝广平，刘敏.减速器设计[M].北京：机械工业出版社,2019.[