水果去皮切片机结构设计

本科论文1设计目标1.1水果原料加工的预处理流程介绍1.1.1水果的分级为了选择优质水果，有必要对水果进行检测分类，把水果的经济价值发挥到最大是老板们的心愿。手工排序的方式是当前市面上进行后处理的大部分手段，这样手工方式定会存在难缠的问题,如工作很长一段时间导致疲劳检测精度降低，和分类标准不同于人使分类精度不确定。水果的分类有各式各样的方式。大多数水果是根据水果的形状样貌来分类的，比如水果的形状、尺寸、色泽和瑕疵。然而，对于那些复杂的水果，有必要对其内部特性进行测试，然后根据水果的内部质量特性对其进行分类。1.1.2水果的清洗洗洁精和洗碗液是很多人来清洗水果的首选产品，自来水要是洗不干净水果的话，那就容易导致在胃子里还会有一些残留的洗洁精，对人的身体健康会造成一定的危害。家用食用盐也是可以帮助清晰水果表皮的，有杀菌作用。在水中浸泡一段时间后，弄点家用盐放进去，用手反复搓摩水果表面，表面上的污渍一会就搓下来了，再用自来水冲洗冲洗，就可以入口了。食用盐的小颗粒状态是这种方法的主要原理，摩擦阻力得倒增强，且食盐干净又便宜。此处再提出一种方法，家用牙膏涂抹在水果表面上也是可行的，但价格太高，不宜采用。1.1.3水果的去皮果皮不平整、坚硬，且具有不良风味的水果都应该进行去皮操作，这样做品质会得到提高，如果要是整某些果脯、果汁和果酒，可以不用去皮是因为可以压榨出汁，以下是各种去皮的方法：（1）手工方式的去皮：不一样的刀具削皮，削皮完全，劳动力高，（2）机械方式的去皮：一些常见的去皮切片机使用。（3）碱液方式的去皮：碱液去皮是使用苛性钠对水果性质的侵蚀和降解作用将果皮脱掉的重要方法。原理是将果蔬浸饱于80一90℃的苛性钠碱液中。碱液浓度因水果种类的不同不同配置、去皮时间不确定，方法也不一样，定会存在差异[4]。（4）热力方式的去皮：坚硬又难搞的外壳在水果中也是存在的，有的还有异味。因此，去皮处理是提升品质的捷径，热力去皮方法就是一种不错的方式方法，水果原料在较短时间高温下，受热导致表皮蓬起，表皮与果肉间的原果胶发生水解失去胶凝性，就是容易去皮了。（5）酶法方式的去皮：去皮原理是因为果胶酶发挥了充分的作用。必须通过控制温度，PH值，外界条件等让果胶酶极可能多的发挥作用（6）冷冻方式的去皮：把瓜果蔬菜放入冰箱中达到轻微冷冻之后，再拿出来解冻，它的皮就会变得松弛，这种方法费用太高了，但是效果是好的。（7）真空方式的去皮：首先把水果进行加热处理，果皮和果肉会因为温度高了就分开了，再者把处理过的东西放进真空系统中，处理几下，果皮下的液体迅速“沸腾”，皮与肉就会迅速分离，再破除真空系统，冲洗去皮[5]。1.2国内外水果去皮设备介绍根据机械方式的去皮，根据蒸汽方法的去皮和根据化学的去皮方式是如今市面上比较流行的三种去皮方式，工作原理后文逐一介绍：(1)根据机械方式的去皮方法。(2)根据蒸汽方式的去皮方法。(3)根据化学方式的去皮方法。1.2.1机械装置图示机械摩擦去皮设备是现今最多也是最流行的方法论。如图1.1所示，机盖啊、机筒啊、电机啊、机座啊、砂盘啊等部分是组成该机器的重要零件部分。提供动力的电机在作用，不停的运转。底部的砂盘是由减速齿轮带动起的。首先将水果放入机筒里面，离心力作用开始，在容器内翻江倒海，砂盘把水果表面雨露均沾，结束刮皮之后清水一拥而入，侧门打开排出，让留下来的水果块从侧门自动排出去，没用的碎皮屑就跟着流水从砂盘的周围流出。图1.1机械式摩擦去皮切片机1.2.2蒸煮装置图示目前水果加工工厂使用的都是连续式的蒸煮机器，体积太大，不仅结构是复杂的，而且价格也是很贵的，中小型果蔬原材料食品加工厂想要引进去使用就有一定的困难。现实生产过程中，水果熟不熟都无所谓。图1.2是食堂啊，饭店啊之类的公共场合使用的去皮切片设备[6]。图1.2间歇式蒸煮装置1.2.3化学去皮装置将氢氧化钠溶液注入在由防碱材料制成的容器里，大概浓度为15%—25%的溶液。达到87—97度的加热效果，保持在70度左右的温度进行搅拌；二到六分钟之后，水果块的表皮开始变得松软很多；水果块被捞出后用流水反复冲洗，表面无残留物就可以结束了。表1.1多种去皮设备在国内外的去皮性能比较机型L离心式切屑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块茎原料的要求卵圆形，芽眼浅，无伤痕卵圆形，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）在获得较好的经济效益后，也是最少资金投入的，再通过对比上述各种方法后，得出机械去皮切片机是作为最后的设计方案[7]。1.3水果产业机械装备需求1.3.1果园新建或改建果园规模化和标准化生产的方式现已成为水果产业的发展趋势，为顺应这一趋势需要新建果园或对已有果园进行改造，若新建或改建果园时采用人工作业方式，则存在劳动强度大和用工量多等问题。为了解绝决果园新建或改建中存在的上述问题，适合丽水市自然环境特点的质量轻、体积小且操作方便的小型整地、挖穴和果树栽植机械将会有较大的市场需求。1.3.2果园管理（1）割草机械果园长草是增加土壤有机质含量的有效途径，目前省内一些当地果园已开始利用禾本科植物开展生草栽培来增加土壤有机质量，同时又为了减少果园内野生杂草，通常主要采用机械割草的方式来达到上述目的。根据丽水市内水果种植的环境，以及果农们的经济水平，具有作业效率高和劳动强度轻等特点的推车式和人力挂式的割草机械将会有较大需求。（2）植保机械为了避免蔬果农残问题和农药使用所带来的果园环境导致污染等问题，适合水资源少，地势复杂，具有防移动、低喷量和农药利用率高等特点的小中型机械设备将会有大大的发展前景以及热点发现。（3）疏果机疏花和疏果的行为方式是保持果树茁壮成长和提高优质果实比例的一种常用措施。但疏花疏果因为季节性质较强，传统的人工劳动力方式非常不好，费时费力，还要看天吃饭。根据目前树木所采用的疏花疏果的方式，并且结合水果种植的方式和规模面积等因素。质量轻便、形体轻巧、便于携带使它具有了一争之力的地位，电动式简易疏花疏果机械将在国内全面展开工作，经济效果显著提升。（4）喷水滴水灌水设备果园土壤里的水分对果树生长和植被的生长全部都起至关重要的作用。同时不少城市的果园均建在坡地或是山地上不好处理，水资源离果园很远，显得十分稀缺。因此，它适合丘陵山地、节水明显和水资源利用效率高的喷滴灌机械装备将会在未来有更大的发挥作用。（5）开沟且施肥的机械直接影响水果果实产量的高低和品质的好坏那绝对离不开开沟施肥作业。根据现今果园施肥的态势，种植环境靠谱，工作的效率高，花钱还少，同时一次性进入工作地就能完成旋耕、开沟、除草、施肥和回填等多项作业的超高能复试大型农耕机器发展前途绝对大大提升。2整机总体结构2.1水果去皮切片机总装图以下为水果切皮机的总装图，如图2.1所示，主要有点急，转盘，滚筒，刀盘，机座等多个零件组成。电机转动的情况下，经过V带和齿轮的减速，投入滚筒的果料在转动以及离心力的作用下上下多方位的滚动，刀盘运转进行切皮，最后从下方滚出果物，果屑通过下方缝隙借助水流排出。图2.1整机三维图该图为去皮机装置的主视图，该图主要可以看到电机，转盘，以及减速装置，如图2.2所示，左侧为电机，转盘，减速装置的投影，可以通过该图了解机构的构造，结构形状，大致的看出结构的部件，右边则可以看出电机与其他零部件的配置排放，位置详情。立体感的形式，和左边的细节参考，相互比对细看，能对水果去皮机结构有一定的认识，尤其是对结构的位置细节排布更为清晰。图2.2去皮机主视图2.2V带设计紧凑的结构是制胜之本，而且V带传动是不带接头的，该机构设置选用的是普通V带，如图2.3所示，V带一般是标准件，对V带的选取，需要进行计算和选型，通过计算扭矩，转速，功率，最终确定。这样传动起来相比于其他带那就紧凑太多了，是带传动中被广泛应用的好带[8]。图2.0v带2.3机座设计机座指的是机械设备的底架或者某个部件，便于支撑整个机器的正常工作。如图2.4所示，机座材料应根据机械设备的结构性质、工艺性质、成本造价、生产批量数量和生产周期性等要求综合考虑加以选择。图2.4机座2.4刀盘设计综上所述，该机构将果物放置滚筒内，通过电机作业，经过V带和2级减速齿轮的运转下，转盘将果皮与果物分离，在分片机构的作用下，进行切片，那么刀盘的设计就需要考虑，不仅需要进行切片，对于较小的果物，如图2.5所示，如果达不到切片的大小，则不用切片。图2.5刀盘3水果去皮机的参数确定3.1物料在工作筒内受力分析图3.1圆桶工作时的水果去皮切片机，在重力，摩擦，离心力的作用下，带动工作转盘旋转起来。工作转盘跟水果之间存在速度差，这样就把水果的皮割掉。磨盘旋转时的水果受力情况是这样的：如果设波纹角为sin2α220¡，速度是V的物料[9]。物料A在磨盘转动时动起来。垂直于波纹切线是他的运动方向。V垂直方向和V水平方向是V的分解形式，圆周速度ωR是磨盘的，ωV垂直=Vcosα=ωRsinαcosα（3-Sin2α=2sinαcosαsinαcosα=sin2α2（3-则，V垂直=ωRsin物料从垂直的方向抛起动能为：E垂直=12mv2垂直=12m(ωRsin2α2)2=18mω2R2sin2此动能应等于重力势能mgh即：18mω2R2sin22α18ω2R2sin22想要让机器正常运转，超过水果在工作圆筒内厚度定位抛弃高度h，最底层的物料翻起与桶壁有效的进行摩擦，所以用δ代替h，即18ω2R2sin22α=gδ又因为ω=πn3018（πn30）2R2sin22α化简是n=602δgπRsin2α(r/min)α角一般取20°－30°。希望能够运转正常，水果块的抛弃落下还是不够的，必须还要让水果块和容器侧壁进行有效摩擦，假设C是抛向侧壁的力为离心力[11-12]C=mv2R=m(ωR)2R=摩擦力：T=Gf(N)，静摩擦系数定为f使C≥T，即GRnn2≥900GfGRn≥30fR(转/分)在计算时，应取（3-4）、（3-5）两式中的最大值作为转速值，设计所选择的n值。图3.2圆桶底部3.2确定工作转盘转速工作磨盘的半径R＝400mm是根据设计要求选定的，根据公式πR2δρ＝m就可以估算出物料的高堆，δ＝由（3-4）式可知，小于45°的a角时，转速随a的增大而降低，取α＝25°是因为考虑转速不应该太高且有较大的高抛度，计算转速最小值为n＝93r/min。各种瓜果与磨料的摩擦系数为1.1-1.3，咱们取f＝1.2。由（3-5）式计算出来的转速n=152r/min。取较大值进行计算。上述的情况是理想情况下得出的一系列参数，实际的生产工作当中，由于水果相互碰撞不可避免、摩擦力和水果的弹性性质的影响，水果在这个转速下未必能达到计算所需的精度，所以我们将n放大计算。把所有考虑到的情况加以分析后，最终确定工作转盘的转速n＝150r/min[13]。3.3整机主要参数指标型号JL-Ⅱ工作转盘直径800mm转速150r/min电动机Y160M1-84kW（满载转速720r/min）生产能力2500kg/h每次投料量50kg每次去皮时间约为70s去皮得率95%去皮损耗率＜5%清洗水耗量3t/h重量500kg3.4带传动的设计与计算图3.3小带轮由机械设计书中查得这个带轮传动比i=1.25，小带轮直径，小带轮转速n1=720r/min确定带传动的计算功率在机在机械手册中查表查到了其工作系数：，Pcd可以的出来的功率为：Pca=由所得数据选取供瓶机构V带的带型号根据和的值在机械设计手册中查的带型为：A型普通V带最后验算V带的速度V=计算供瓶机构从动轮的基准直径：取整为115mm计算传动机构V带的基准长度和传动中心距由机械设计这本书中的公式初步把传动机构中V带中心距定为=200mm计算传动机构中带的基准长度：[2×200+π根据机械设计书选取的普通V带的基准长度从而选带长=800mm计算传动机构V带实际中心距：计算V带的根数由机械设计手册中查得公式：Z≥PZ=取Z=2计算预紧力[16]查表得q=0.06kg验算包角ααα（8）计算作用在轴上的正压轴力N=66.07N所以选择A型V带，带轮的基准直径：；中心距a=200mmV带根数：2根图3.4普通V带轮3.5水果去皮切片机功率的确定图3.5电机座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N1；克服物料对工作圆筒壁摩擦力所需要的功率N2转盘抛起物料所作的功率N3传动机构因摩擦而消耗的功率N以上功率分别以下公式计算[17]N1=M式中：MmpMmp=GfR2式中：G——物料重力（N）；f——摩擦系数（1.1—1.3）R2——摩擦臂矩（mωCP——物料与圆盘的平均相对角速度（1/s）,采用最大角速度的1/2ω故N1N式中：My——在离心力的作用下物料与侧壁的瞬时摩擦力矩（N·mMy式中：ν——物料圆周速度（m/s）；R'——摩擦臂矩（R'=RMy=m故N2=GN3=Gsnk式中：s—工作转盘表面波纹高度（m）；k—波纹的数量。N4即传动损失，可用传动效率η表示（η=0.9则消耗的总功率为：N=化简得N=Gn(4fRπ+ν2结合上式根据经验公式，总功率可用以下式子进行估算N＝Mωη（W式中：M为转盘转矩（N·M）；η为传动效率。M=fGRR是摩擦臂矩的符号（m），R＝0.4D（D是工作转盘的直径表示）根据上式推算工作转盘转矩为M=192N·M。用近似值对它评估，生产要求达到的所需的功率是3.5kW，考虑到电动机效率和突发意外的情况，本设计安排电动机功率是4kW。3.6选择齿轮材料，确定精度及许用应力图3.6从动大齿轮图3.7主要动力小齿轮小齿轮材料45号钢，调质后处理，齿轮硬度为217~255HB大齿轮材料45号钢，正火后处理，齿轮硬度为190~217HB齿轮为8级的精度[18]（1）计算系统应力循环的次数大N(由机械设计书中查询)N1=60n1jN2=N1/i2=5.472×10查图得：zN1=1.050,取：zw=1.0,S查图得：σHmin1[σH][σ（2）按接触疲劳强度确定中心距a≥(u+1)3K初选KtZεt由表得ZE=189.8计算Z估取αt=α则ZH=2cosαa≥(u+1)3KT2=3+13圆整取：a=160mm一般取：mn取标准值：mn两齿轮齿数和：zHH=2am取：zH=zHH/(3+1)=160方便两齿轮更好的啮合，不能同为偶数。故取：=41=zHH实际传动比：i实=z2z传动比误差:∆i与初选相同，d1=mnz1d2=m圆周速度：V=πd1n取齿轮是8级精度的进行讨论（3）检验它的齿面接触疲劳强度进行计算σH=ZHZ有表查得：KAVZ按8级精度查图得动载系数Kv齿宽b=φa取：b2=40mmb/d查图齿轮相对于轴承非对称布置，两轮均为软齿面，得：Kβ查表得：Kα载荷系数K=KAKv计算重合度εa，以计算zda1=dda2=d2db1=d1cosαtdb2=d2cosαt=240×cos20（4）校核齿根弯曲疲劳强度=2KT1bdαa1=arccosαa2=arccosdεα=12π［z1(tanαa1-tanαt)+z=12π由式计算ZZε=ZH=2cosa计算齿面接触应力σσH=Z=2.495×189.8×0.75×2×180000=586MPa<[σHz1z2查图得：YFa1=2.56,Y查图得：Ysa1=1.65,Y计算YYε=0.25+0.75εa=0.25+计算弯曲疲劳许用应力查图得：σFlim1查图得：YN1取：YX1取：YσF1=σσF2=σσF1=2K=2×1.37×138000=166.96MPa<σFσF2=σF1YFa2Y安全[19]（5）．齿轮主要几何参数Z1=41，Z2=120mn=2d1=80mmd2=240mmda1=dda2=ddf1=d1-2.5df2=d2-2.5a=160mm取b1=48mm,=40mm所以有行星轮中心轮参数如下：Z2=120mn=2d2=240mm4水果去皮切片机的结构设计表面很光滑，没有破坏层是本设计要考虑的关键环节。去皮过程没有污染以及切削的皮屑可以再利用为目的：同时也要考虑经济实用性。最后达到能以最少的资源去获得更好的经济收益，进而为推广该产品奠定了基础。4.1瓜果去皮机的设计及其特点4.1.1工艺流程及结构特点研制的目的作为依据后，就可以清洗去皮工具的一系列操作，研制出来的搅龙方式的机械清洗设备，去皮量可控的模式便达到了。它的工艺流程过程流向是：原料准备→表皮清洗→去掉皮屑→水果清洗→废弃回收→产品出产[20]。图4.2所示的是离心式机械切削去皮切片机。工作盘是又外载电动机带动工作的。6个长孔均匀的分布在轮盘上，长孔的上面均匀布置了刀片。可适当地调解相对长孔的间隙与刀片的位置关系，三块弹力板在工作转盘上面的外罩上分布，工作转盘下面安装了能同主轴一起快速旋转的橡腔刮板。如图4.3所示的是一种摩擦式的机械去皮结构方案。电机负责带动机器，大小主动从动齿轮带动圆筒底部的转盘高速旋转。样式是中间略低、边缘略高，这样整体设备呈现波浪形，这一特点十分创新。加入容器桶内部的水果块，相互碰撞是因为离心力的作用，在容器中上下旋转，来回滚动；块茎被弹回是因为圆筒上有一块弹板，达到瓜果去皮的目的。摩擦式机械去皮机是本次的方案。喷水的管；2.搅龙器；3.进料倒斗；4.承槽；5.溢流管；6.机架；7.变速箱体图4.1搅龙式清洗机1.产品筒；2.机架；3.电机；4.减速箱；5.皮屑筒；6.皮屑刮板；7.圆筒；8.工作盘图4.2瓜果切屑去皮机储料口；2.简盖；3.；4.圆筒；5.出料口；6.底座；7.机槊；

8.联轴器；9.电机；10.变速机构；11.橡胶挡板；12.磨盘图4.3摩擦式水果去皮机的整体结构4.2摩擦式瓜果去皮机基本结构4.2.1工作的圆筒工作筒首先是圆柱形的是倒放的梯形废旧回收槽是工作圆筒的重要组成。它的耐磨之处就在于它是不锈钢薄钢板卷焊而成的（采用不锈钢的原因是，耐腐蚀性是其中之一很大特点，冲击载荷的大小它也没问题，从而具有较高的硬度和耐摩性能，尤其是对于这类食品加工的设备，食品安全卫生才是重中之重）。粗糙的表面构成了圆桶的内壁，用合成后在进行烘干的棕刚玉掺环氧树脂做主要成分。出货口在圆筒的侧壁还有一个可开关的阀门，水果因离心力作用被分离出去，刚好会因为改变方向后碰在出货门的内壁上，便于取出水果快进行处理。出货口和排渣口的方向可以根据接收容器的摆放位置和方便操作去确定[21]。4.2.2工作的转盘工作的转盘是能够达到机械目的的主要零部件。依据水果化学生物特性和物理动态的特性，基本原理就是手工去皮的方法了，转盘表面为中心向四周辐射的凸起波纹状。想要增加水果块于转盘之间的摩擦，用棕刚玉掺环氧树脂通过磨具浇注在盘的顶面上方，可能18mm厚度，烘干制成的也具有少许去皮功能。随转盘一起转动的挡水环在转盘下面放置，是为了防止进入轴承的清洗溶液，图4.4轴上零件的装配分析。磨盘；2.橡胶挡板；3.轴；4.齿轮图4.4零件装配4.2.3传动的系统V带行动与传递的主要动力来源是根据V带的2个侧面通过配合轮槽侧面之后压紧得到的摩擦力。他能传递非常之大的功率，是因为他与普通的平带相比，V带摩擦力大太多太多了。外加上紧凑的结构是制胜之本，而且V带传动是不带接头的，这样传动起来相比于其他带那就紧凑太多了，是带传动中被广泛应用的好带。本设计就采用了V带传动设计。4.2.4其它 废渣与废水一同排出从排渣口。4.3工作原理电动机是整体的动力系统，转盘旋转是通过齿轮去带动圆筒底部旋转的。加入圆筒内的水果块，相互碰撞是因为离心力的作用，在圆筒里面来回翻着，而且来回滚动；有一块弹板在圆筒上，可以把水果块弹回来，水果块能被均匀地磨去其外皮保证在磨盘和弹板一起的作用下，实现去皮机的功能。加入清水在去皮结束的时候，把侧面阀门打开，大的水果块就会滚动出去，残余皮屑和小碎粒会随水流动从磨盘的周围间隙排出去。该机器为间歇生产型号。工作转盘旋转起来的去皮切片机，斗形进料口把水果块加入进来，这时候水果块开始在表面上旋转，