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毕业设计(论文)挤压式板栗脱壳机设计专业:机械设计制造及其自动化班级:学号:姓名:指导教师:答辩日期:年月日本科生毕业论文(设计)独创性声明本人声明所呈交的毕业论文(设计)是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,本论文中没有抄袭他人研究成果和伪造数据等行为。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。论文(设计)作者签名:日期:本科生毕业论文(设计)使用授权声明有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业论文(设计)的复印件和磁盘,允许毕业论文(设计)被查阅和借阅。本人授权沈阳城市学院可以将本科毕业论文(设计)的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或其他复印手段保存、汇编毕业论文(设计)。论文(设计)作者签名:日期:指导教师签名:日期:目录TOC\o"1-3"\h\u18388摘要 -3-引言板栗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。利用板栗或脱脂后的板栗饼粕的蛋白粉,可直接.用于焙烤食用,也可作为肉制品、乳制口、糖果和煎炸食品的原料或添加剂。以板栗蛋白粉为原料或添加剂制成的食品,既提高了蛋白质含量,又改善了其功能特性。板栗蛋白粉还可以通过高压膨化制成蛋白肉。板栗是食用植物油工业的重要原料,利用板栗油可制造人造奶油、起酥油、色拉油、调和油等,也可用作工业原料。板栗除经简单加工就可食用外,经深加工还可以制成营养丰富,色、香、味俱佳的各种食品和保健品。板栗加工副产品板栗壳和板栗饼粕等可以综合利用,加王增值,提高经济效益。板栗含有丰富的淀粉、脂肪、矿物质、纤维素、维生素等多种营养物质。过去常常用板栗壳作燃料或当作废物抛弃。近年来,许多科研工作者对板栗进行综合利用研究,充分提高了板栗的利用价值,经济效益十分显著(1)培植蘑菇由于板栗壳含纤维素和丰富的营养物质,因此可用作栽培食用菌的营养基原料。试验证明,用板栗壳培养蘑菇成本低、菇质好,菇体大于用稻草等培育出来的蘑菇,产量还可以增加20%左右。.(2)制作淀粉具体做法是将板栗洗净晾干粉碎后放入缸内搅拌,然后搓洗、挤压,将所得浆液过滤后用布袋挤去水分,然后将挤出的糊状物放入清水中淀粉,捞去上层清夜与杂质,用吊包吊干后即可作淀粉用。(3)配制饲料将板栗壳晾干粉碎后即可代替稻糠、麦麸,按100kg与玉米30kg、豆饼8kg、鱼骨粉2kg微量元素及饲料添加剂两袋(每袋500kg)配成饲料供畜禽食用,经济效益显著。(4)制作纤维板经化学防腐等工艺处理后可作人造纤维板原料,既经济又耐用。(5)制造酱油先将板栗壳粉碎后按100kg原料加温开水60^~70kg浸泡,然后将浸泡过的板栗壳蒸1一1.5h,蒸后摊开使温度将至30°C再拌取药。(6)临床治疗据医学资料证明,板栗具有将血压、血脂等药理功能。板栗在制取油脂、制取板栗蛋白、生产板栗仪器以及在板栗贸易出口时,都需要对板栗进行预处理加工。板栗的预处理主要包括板栗的剥壳和分级、破碎、轧胚和蒸炒等。板栗在加工或作为出口商品时,需要进行剥壳加工。板栗在制取油脂时,剥壳的目的是为了提高出油率,提高毛油和饼粕的质量,利于轧胚等后续工序的进行和皮壳的综合利用。传统的剥壳为人力手工剥壳,手工剥壳不仅手指易疲劳、受伤,而且工效很低,所以板栗产区广大农民迫切要求用机器来代替手工剥壳。板栗剥壳机的诞生在很大程度_上改变了这种局面,使板栗产区的农民不必再采用最原始的剥壳方法进行剥壳,从而大大地减轻了农民的体力劳动,同时还提高了板栗剥壳的效率。板栗脱壳机是将板栗苞去掉外壳而得到板栗仁的场上作业机械。由于板栗本身的生理特点决定了板栗脱壳不能与板栗的田间收获一-起进行联合作业,而只能在板栗苞的含水率降到一定程度后才能进行脱壳。随着板栗种植业的不断发展,板栗手工脱壳已无法满足高效生产的要求,实行脱壳机械化迫在眉睫。

1.板栗脱壳概况1.1板栗脱壳加工现状我国板栗脱壳机的研究是从1965年原八机部下达的板栗脱壳机研制课题开始的。然而,80年代前我国农业生产的主要目标是粮食生产,板栗种植面积小而分散、产量有限,即便是国家统购统销的板栗也主要是通过分发给农民、有偿剥壳后再将板栗米返给粮库。所以,板栗剥壳的作业量不大、完全由手工进行没有困难,板栗脱壳机的研究、开发、推广和使用没有显出重要。80年代初到90年代中期,随着农村经济体制改革、板栗种植面积的增长和产量的提高,低效的人工操作难以解决板栗剥壳作业需要,一些人力脱壳机和结构简单、价格便宜、以家用为主的小型、简易动力脱壳机械开始得到开发应用,虽然脱壳的破碎率高达5%~10%左右、但效率是人工的10~15倍,在板栗种植规模较大、经济条件较好的地区逐渐开始应用。90年代后期开始,我国板栗的消费量、板栗加工利用量均大幅增加,板栗产业迅速发展成为一种产业,特别是板栗出口贸易量快速增长,促进了我国板栗生产的发展。随之而来的板栗剥壳作业量巨大,人工剥壳和小型、简易的板栗脱壳机已经难以满足实际生产需要,-一时成为板栗生产的限制环节(周瑞宝,2003)。在这种发展环境下,板栗脱壳机、分级精选机械和深加工机械的研究、开发和推广得到了充分的重视,目前已有几十种脱壳机闯世,许多地区比较广泛地使用脱壳机进行板栗脱壳作业。近年来,板栗脱壳机由小型到大型、由简易到完善、由功能单一到功能齐全迅速发展,同时出现了多种型号大功率(15~20kW)、高效率(效率为3000~5000kg/h)板栗脱壳机,有些脱壳机可一次完成脱壳、复式分选、复脱、甚至分级等多种作业,适合于一定规模的板栗脱壳加工厂、集散地使用。然而,我国深入研究板栗脱壳机的工作主要在最近十年进行的,并已经取得了可喜的进展。张效鹏等1990年研究板栗脱壳机不同部件对板栗脱壳性能的影响,发现以封闭纹杆滚筒和圆钢条栅条凹板构成脱壳机构的板栗脱壳机,主要以强制性挤压和揉搓脱壳原理进行脱壳,脱壳破碎率较高,一般为8%~12%,脱净率仅为80%左右(张效鹏等,1990)。原重献等也进行过脱壳机不同部件对板栗脱壳影响的研究,认为采用柔性橡胶滚简和直立弹性橡胶板剥壳机构的脱壳机,虽然脱壳破碎率可降低到约5%,但一次脱净率不足50%,需要增设循环、复脱装置,而循环复脱又会增加部分板栗脱壳次数,并使机器结构复杂、造价高;开式扁条滚筒和编织凹版构成的脱壳机构脱壳破碎率低、性能最好(原重献等,1993)。张嘉玉等于1996年进行了橡胶滚简橡胶直板剥壳装置研究,该脱壳装置的脱壳破碎率小于5%(张嘉玉等,1996),王延耀等曾试验了一种非机械作用的板栗脱壳方法一压力膨胀法脱壳,但脱壳率过低(王延耀等,1998)。1.2板栗脱壳机械的发展我国板栗脱壳机的研制自1965年原八机部下达板栗脱壳机的研制课题以来,已有几十种板栗脱壳机问世。只进行单--脱壳功能的板栗脱壳机结构简单,价格便宜,以小型家用为主的板栗脱壳机在我国一些地区广泛应用,能够完成脱壳、分离、清选和分级功能的较大型板栗脱壳机在一-些大批量板栗加工的企业中应用较为普遍。国内现有的板栗脱壳机种类很多,如6BH--60型板果剥元机、6BH-20B型板栗剥壳机6RE1-20型板栗脱克机等(技术参数见附表),其作业效率为人工作业效率的20~60倍以上。锦州俏牌集团生产的TFHSI500型板栗除杂脱壳分选机组一次能实现板栗原料的脱壳,除皮、分选,是一种比较先进的板栗后期生产机械。伟民牌68H--720型板栗脱壳机带有复脱、分级装置,采用搓板式税壳、风力初选、比重分离清选等装置,具有结构紧凑。操作灵活方便、脱净率高、消耗动力小等特点。6BK-22型板栗脱壳机是--种-次喂料就可完成板栗脱壳工作的机械,经风力初选、风扇振动、分层分离、复脱清选分级后的板栗仁可直接装袋入库。6BH-1800型板栗脱壳机械采用了三轧辊混合脱光结构,能够进行二次脱壳。而随着我国板栗产业的进一步调整,板栗产量逐年增加,板栗的机械化脱壳程度将大幅提高,板栗脱壳机械将拥有广阔的发展前最。板栗利壳的原理很多,因此产生了很多种不同的板栗剥壳机械。板栗判壳部件是板栗利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刚板栗仁:破碎率、板栗苞一次利净率及生产效率等重要的经济指标。在目前的生产销售中。板栗仁破碎率是社会最为关心的主要指标。几十年代以前的板栗剥壳机械,破碎率一股都大于8,有时高达15以上。加工出的板栗仁,只能用来榨油。不能作种用,也达到出口标准。为了降低破碎率而探讨新的剥壳原理,研制新式利壳部件,便成为板果制壳机械的重要研究课题。从六十年代初,开始在我国出现了村闭式纹杆镶筒,栅条凹板式板栗剥壳机。白1983年以来,在已有的板栗剥壳部件的研制基础上,我国又相继研制了多种不同结构型式的新式剥壳部件,其主要经济技术指标,特别是破壳率指标大有改善。以下介绍一下我国上个世纪几种主要的板栗剥壳部件:(1)封闭式纹杆滚筒,栅条凹板式板栗剥壳部件图1-1封闭式纹杆滚筒六十年代初,我国在吸收国外技术的基础上,研制了TH-340型板栗剥壳机,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,如图1-1所示。在该机构中板栗进口大(30-50毫米),出口小(10-25毫米),工作时,板栗苞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,板栗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%。为了将混在一起的板栗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-470型,6BH-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,直立橡胶板式剥壳部件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,如图1-2所示图1-2封闭橡胶板滚筒,直立橡胶板作业时,板栗苞在胶辊的推动下,通过剥壳间隙(5一-20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,以使板栗经多次挤压脱壳,致使机器结构复杂、庞大,造价较高。(3)开式纹杆滚筒,编织凹板式板栗剥壳部件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,板栗苞在滚筒的推动下,受挤压揉搓脱壳,该结构与封闭滚简式不同,板栗苞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瘪壳而被网孔分离,大壳则漏不出来,仍被剥壳,故剥净率较高。(4)立式剥壳机构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,该剥壳部件如图1-4所示。图1-4立式剥壳机构在剥壳室内,板栗苞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,编织凹板式板栗剥壳部件图1-5开式扁条滚筒采用了由三根扁钢条制成的开式扁条滚筒,和用编织丝网制成板结构,如图5所示。作业时,板栗苞在扁条的推动下随滚形成一个活动层,板栗苞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,而是板栗搓板栗,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0.91。另外脱净率及生产效率等指标亦较理想。1.3板栗脱壳机的研究应用现状目前国内板栗脱壳机从其脱壳原理、结构和材料.上基本可分为打击、揉搓为主的钢纹杆一钢栅条凹板以挤压、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%,剥出的板栗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。1.3.1目前板栗脱壳机采用的脱壳原理目前应用比较广泛的板栗机械脱壳原理有以下几种。(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。甩料盘使板栗苞产生一个较大的离心力撞击壁面,只要撞击力足够大,板栗苞外壳就会产生较大的变形,进而形成裂缝。当板栗苞离开壁面时,由于外壳具有不同的弹性变形而产生不同的运动速度,板栗苞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板栗苞。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)碾搓法脱壳板栗苞在固定磨片和运动着的磨片间受到强烈的碾搓作用,使板栗苞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。板栗苞经进料口进.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,也使板栗苞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,板栗苞的水分含量、圆盘的直经、转速高低、磨片之间工作间隙的大小、磨片_上槽纹的形状和板栗苞的均匀度等。(3)剪切法脱壳板栗苞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,可根据板栗苞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-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,使板栗苞通过间隙时受到辊的挤压而破壳。板栗苞能否顺利地进入两挤压辊的间隙,取决于挤压辊及与板栗苞接触的情况。要使板栗苞在两挤压辊间被挤压破壳,板栗苞首先必须被夹住,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。板栗苞进入胶辊工作区时,与两辊面相接触,如果此时板栗苞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.此时板栗苞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,板栗苞又受到两辊面的法向挤压力的作用,当板栗苞到达辊子中心连线附近时法向挤压力最大,板栗苞受压产生弹性一塑性变形,此时板栗苞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。1.3.2新型脱壳技术气吸式脱壳:在板栗脱壳机上装有吸附滚筒,在吸附滚筒的简体表面有一.层弹性体,弹性体上有若干条圆周方向的弧形槽,弧形槽内有若千个吸附孔,在吸附滚筒内装有可挡住部分吸附孔的内挡板,内挡板的一端为空心轴,该空心轴与风机的进风端相接,风机的出风端接有风管,风管_上装有上料斗和布料斗,所述的吸附滚筒的一端与减速机相连接,减速机与电动机相连接,在机架.上还装有与吸附滚简相配的挤压滚筒,挤压滚筒的表面上.也有一层弹性体,弹性体上有若干条圆周方向的弧形槽,挤压滚简通过传动装置与吸附滚筒相连接(图1-6)。气吸式板栗脱壳机的机型如下:图1-6气吸式板栗脱壳机优点:采用吸附式上料,改变了板栗脱壳加工时的混乱挤压状态,每个吸附孔只能吸住一一个板栗,并使之顺着弧形槽的方向,避免了板栗间的相互挤压,另外,挤压滚筒和吸附滚筒的表面都有一层弹性体,而且挤压滚简的转速高于吸附滚筒,两滚筒的弹性体在相互挤压的同时,还有一个前后方向的碾压作用,因此,不但提高了板栗的破壳率,同时也避免了板栗米的破碎,大大降低了板栗米的破碎率。吸附滚筒转动时,板栗不断的被吸附孔吸住,并在挤压滚筒的挤压下依次脱壳。不足之处:对板栗的质量要求高,机器成本高,制造难度大,中小农户不愿购买。(2)压力膨胀法:原理是先使一定压力的气体进入板栗壳内,维持一段时间,以使板栗板栗苞内外达到气压平衡,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(图1-7)。主要影响因素有:充气、压力、稳定压力维持时间、籽粒的含水率等图1-7气压式脱壳机(3)真空法:将板栗苞放在真空爆壳机中,在真空条件下,将具有相当水分的板栗苞加热到一定温度,在真空泵的抽吸下,板栗苞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。壳内的压力达到一一定数值时,就会使外壳爆裂。(4)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100%的完整板栗米,但因其费用昂贵、效率低下等原因,很难得到推广。1.3.3板栗脱壳机械的工艺研究在脱壳技术方面,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。分级处理物料的粒度范围大,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。水分含量板栗苞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。因此应使板栗苞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。1.3.4板栗脱壳机械存在的问题目前我国在板栗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20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。由于机械脱壳时对板栗仁的损伤率偏高,用于种子和较长期贮存的板栗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,脱壳后的果仁破损率高,损失大。.②机具性能不稳定,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。⑤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。1.4板栗脱壳机械研究重点我国加入WT0以来,国内外关于板栗脱壳机械的开发与推广应用日益增多,针对现有板栗脱壳机械存在的优点与不足,在未来的发展过程中,对板栗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。1.4.1提高板栗脱壳机械的通用性和适应性提高板栗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,许多板栗脱壳机械只是针对某--板栗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。提高板栗脱壳机械的通用性和兼容性,使研制的板栗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坚果脱壳作业需要的脱壳机具、并提高制诰工艺水平、隆低制造成本,以适应不同加工企业的需要。板栗脱壳机械能否适应这种发展趋势,将直接影响到板栗脱壳机械能否更好的推广应用与健康发展。1.4.2提高机械脱壳率。降低破损率对板栗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,降低籽仁破损率。目前国内外的板栗脱壳机械均存在脱壳率和破损率之间的矛盾,处理好这一-关键技术将关系到板栗脱壳机械的发展前景。1.4.3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--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板栗机械的研制开发中,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-步发展,如何将这些高新技术更好的应用到实际生产中,也是目前板栗脱壳机械需要尽快解决的问题。.1.5板栗脱壳机械应用前景展望板栗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,板栗机械装备总量不断稳步增长,作业水平进--步提高,社会化服务规模不断扩大,虽然目前板栗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板栗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,我国板栗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,也对板栗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,而且构筑了适合板栗生产机械化发展的新舞台,为板栗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。在一些地区推进板栗生产机械化的过程中,相继出台了鼓励和扶持农民购买板栗机械、开展板栗机械作业服务的优惠政策和措施,调动了农民购买板栗机械的积极性,形成了新的市场需求。随着板栗种植业的不断发展,国内外对板栗深加工产品的需求不断增大,提高板栗脱壳机械化作业水平成为必然。板栗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,促进了板栗加工业的科技进步,为板栗脱壳机械的发展提供了空间。

2总体结构的设计2.1结构概述按照板栗去皮机的方法可以知道,板栗脱壳顺序从上到下。持续经由收集料斗后,去皮盒、栅格和下箱出口,分选口,板栗仁收集桶这些组件,因此,脱壳机的总体结构策划就脱颖而出。策划过程中从上到下,从把板栗装进袋子开始,顶部是一一个装料斗,料斗下面是脱壳盒子,收集料斗和剥皮框策划为一一个整体。脱壳盒内,必须借刮板和栅笼的挤压作用方可完成脱壳工作。因此,刮板安装在脱壳盒内。板栗经由刮刀碰撞与挤压脱壳后,必须通过剥皮盒子底部的网格,网格也能策划在一个半圆笼子里,把它稳当在箱盒下半部分。板栗经由剥皮以后的网格框底部的口掉落,掉落下来过程中,策划一一个风力涡轮机的入口,其功能是板栗壳和板仁脱壳后分离开来,风力不能把略微有些重的分量吹走,而风机吹来的气流把分量很轻的板栗壳带入到板栗壳收集通道,通道的底层部分策划成--定角度。板仁被经由分开后继续向下掉,掉进板栗仁收集通道,把通道道和板栗壳收集通道道的底面策划成一个整体,此种策划能把风吹走的板栗仁经由自己的分量向下落到到果仁收集通道。要确定整体的每一块的安装合理,需要设计-一个能够起到支承、定位、连接功能的机架结构,其电动机就是安在机架上,并在其上方放上脱壳机。结构图2.1所示。图2.1脱壳机整体结构2.2工作原理板栗脱壳机更早的时候叫做刀笼脱壳机,通过轴上刮板的旋转与栅笼的挤压以及打击,把板栗壳破裂自动机器,它具有构造不复杂、控制方便。这台机器关键包括进给机构、脱壳机构和支撑机构。板栗果进入储料斗后,由下面的入料窄口形成薄层落下来到脱壳箱,和高速旋转的刮板相互碰撞,刮板的冲击动作下,板栗壳打破,完成首次脱壳。板栗果的一部分在下降过程中与刮板无碰撞,一些碰撞了板栗壳没有裂纹,这部分板栗落入由圆杆安排的栅格上,由于刮板的旋转外径与栅格项部之间不够大,容不下板栗果,所以,板栗果这时候再由刮板锤与挤压,所以从而使这些板栗果的果壳也被压碎。后壳核心和壳经由网格之间的差距掉下,与此同时,由风扇吹气体流量的影响,调整合适,外壳由于分量不重而被气流送入收集壳通道,板栗粒重,再次下跌,因此完成壳和内核分离的要求。2.3主要技术参数表2.1主要技术参数

3板栗脱壳机整体设计计算部分3.1带传动的设计输出功率P=7.5kW,转速n:=1440r/min,n2=500r/min表3-1工作情况系数K。根据y带的载荷平稳,两班工作制(16小时),查《机械设计》P296表4,取K-1.1。即P=K,P=1.1x7.5kW=8.25kW3.2选择带型普通v带的带型根据传动的设计功率Pd和小带轮的转速nl按《机械设计》P29/图13-11选取。根据算出的Pa=8.25kW及小带轮转速n1=1440r/min,查图得:d=80~100可知应选取A型V带。3.3确定带轮的基准直径并验证带速由(机被设计)表13-7查得,小博的内》力水则取da1=90mm>damin.=75mm(da1根据P295表13-4查得)由《机械设计》P29s表13-4查“V带轮的基准直径”,得da=250mm满足5m/s<v<25*30m/s的要求,故验算带速合适。3.4确定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角由式0.7(dai+ds2)≤ao≤2(ds+ds2.可得0.7(90+250)≤an≤2(90+250)即238≤ap≤680,选取ao=340mm所以有:由《机械设计》P2g3表13-2查得Lg=1250mm实际中心距符合要求。表3-3.包角修正系数Ko表3-4.弯曲影响系数K。3.5确定带的根数z根据三角带根数式中:Ni为--根三角带传动的功率,No为单根三角带在叫μ=180、特定长度、平稳工作情况下传递的功率,查表得No=2.70C1-包角系数,查表得C1=0.98三角带传递的功率N=7.5KW将所查数据代入可得所以,所需带轮的根数为4根3.6确定带轮的结构和尺寸根据V带轮结构的选择条件,电机的主轴直径为d=28mm;由《机械设计》P293,“V带轮的结构”判断:当3d<da1(90mm)<300mm,可采用H型孔板式或者P型辐板式带轮,这次选择H型孔板式作为小带轮。由于d2>300mm,所以宜选用E型轮辐式带轮。总之,小带轮选H型孔板式结构,大带轮选择E型轮辐式结构。.带轮的材料:选用灰铸铁,HT200。3.7确定带的张紧装置选用结构简单,调整方便的定期调整中心距的张紧装置。3.8计算压轴力由《机械设计》P303表13-12查得,A型带的初拉力F0=133.46N,.上面已得.对带轮的主要要求是质量小且分布均匀、工艺性好、与带接触的工作表面加工精度要高,以减少带的磨损。转速高时要进行动平衡,对于铸造和焊接带轮的内应力要小,带轮由轮缘、腹板(轮辐)和轮毂三部分组成。带轮的外圈环形部分称为轮缘,轮缘是带轮的工作部分,用以安装传动带,制有梯形轮槽。由于普通V带两侧面间的夹角是40,为了适应V带在带轮上弯曲时截面变形而使楔角减小,故规定普通V带轮槽角为32°、34°.36".38°(按带的型号及带轮直径确定),轮槽尺寸见表7-3.装在轴上的简形部分称为轮教,是带轮与轴的联接部分。中间部分称为轮幅(腹板),用来联接轮缘与轮毂成整体。V带轮按腹板(轮辐)结构的不同分为以下几种型式:(1)实心带轮:用于尺寸较小的带轮(dd≤(2.5~3)d时),如图3-2a。(2)腹板带轮:用于中小尺寸的带轮(dd≤300mm时),如图3-2b。(3)孔板带轮:用于尺寸较大的带轮((dd-d)>100mm时),如图3-2c。(4)椭圆轮辐带轮:用于尺寸大的带轮(dd>500mm时),如图3-2d。图3-2带轮结构类型根据设计结果,可以得出结论:小带轮选择实心带轮,如图(a),大带轮选择孔板带轮如图(c)3.8主轴结构图根据以上的分析计算,可初步得出主轴的结构如图4-7所示:图4-7主轴结构图3.9主轴组件的验算主轴在工作中的受力情况严重,而允许的变形则很微小,决定主轴尺寸的基本因素是所允许的变形的大小,因此主轴的计算主要是刚度的验算,与--般轴着重于强度的情况不一样。通常能满足刚度要求的主轴也能满足强度的要求。刚度乃是载荷与弹性变形的比值。当载荷--定时,刚度与弹性变形成反比。因此,算出弹性变形量后,很容易得到静刚度。主轴组件的弹性变形计算包括:主轴端部挠度和主轴倾角的计算。3.9.1支承的简化对于两支承主轴,若每个支承中仅有一个单列或双列滚动轴承,或者有两个单列球轴承,则可将主轴组件简化为简支梁,如下图2-8所示;若前支承有两个以上滚动轴承,可认为主轴在前支承处无弯曲变形,可简化为固定端梁,如图2-9所示:图4-8主轴组件简化为简支梁图4-9主轴组件简化为固定端梁此次设计的主轴,前支承选用了一个双列向心短圆柱滚子轴承和两个推力球轴承作为支承,即可认为主轴在前支承处无弯曲变形,可简化为上图2-9所示。3.9.2主轴的挠度查《材料力学I》第188页的表6.1,对图2-9作更进一步的分析,如下图2-10所示:根据图2-10,可得此时的最大挠度其中,F一主轴前端受力。此处,F=Fz=1213.1N1一A、B之间的距离。此处,1=a=12cm图4-10固定端梁在载荷作用下的变形E一-主轴材料的弹性模量。45钢的E=2.1X10'N/cmI一主轴截面的平均惯性矩。当主轴平均直径为D,内孔直径为d时,此处,D=35故可计算出,主轴端部的最大挠度:3.9.3主轴倾角主轴上安装主轴和安装传动齿轮处的倾角,称为主轴的倾角。此次设计的主轴主要考虑主轴前支承处的倾角。若安装轴承处的倾角太大,会破坏轴承的正常工作,缩短轴承的使用寿命。根据图2-10,可得此时的最大倾角其中,p-主轴前端受力。此处,FPFP.=1213.1N1-A、B之间的距离。此处,1-a=12cmE一主轴材料的弹性模量。45钢的E=2.1X10N/cmI一主轴截面的平均惯性矩。当主轴平均直径为D,内孔直径为d时,故可计算出,主轴倾角为:查《特殊磨头设计》第--册中机械部分的第670页,可知:当时,刚性主轴的刚度满足要求。此处的x最大,最大即为最大挠度和最大倾角,L为主轴支承跨距。将已知数据0gmax和时代入,即可得:初步设计的主轴满足刚度要求。1求作用在带轮上的力因已知低速级带轮的直径为d,=500mm圆周力F,,径向力F,及轴向力F。的方向如图5.1所示。图4-11轴的载荷分布图2初步确定轴的最小直径(1)先按课本p3式(15-2)初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢,调质处理。根据课本p:o表15-3,取A。=112,于是得(2)轴上的零件的周向定位带轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按dw.v=90mm由课本P1o6表6-1查得平键截面bXh=25mmX14mm,键槽用键槽铣刀加工,长为70mm,同时为了保证带轮与轴配合有良好的对中性,故选择带轮毂与轴的配合为”;同样,半联轴器与轴n6的连接,选用平键为20mmX12mmX90mm,半联轴器与轴的配合为。滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的,此处选轴的直径尺寸公差为m6。(3)确定轴上圆周和倒角尺寸参考课本p:6表15-2,取轴左端倒角为2X45*,右端倒角为2.5X45*。各轴肩处的圆角半径为:II处为R2,其余为R2.5。3求轴上的载荷首先根据结构图(图7.2)作出轴的计算简图(图7.1)。在确定轴承的支点位置时,应从手册中查得a值。对于30217型圆锥滚子轴承,由手册中查得a=29.9mm。因此,作为简支梁的轴的支承跨距L2+Lg=57.1+71.6=128.7mm。根据轴的算简图做出轴的弯矩图和扭矩图(图7.1)。从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。计算步骤如下:表4-2低速轴设计受力参数4按弯曲扭转合成应力校核轴的强度进行校核时,通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面(即危险截面C)的强度。根据课本Pss(0-57反万7.中的数据,以及辅单向旋转,扭转切应力为脉动循环变应力,取a=0.6,轴的计算应力前已选轴材料为45钢,调质处理,查课本P3a2表15-1得[σ_]=60MP。。因此σ。<[σ_],故此轴安全。5精确校核轴的疲劳强度(1)判断危险截面截面A,I,II,B只受扭矩作用,虽然键槽、轴肩及过渡配合所引起的应力集中均将消弱轴的疲劳强度,但由于轴的最小直径是按扭转强度较为宽裕确定的,所以截面A,II,II,B均无需校核。从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看,截面[V和V处过盈配合引起的应力集中最严重,从受载来看,截面C.上的应力最大。截面V的应力集中的影响和截面IV的相近,但是截面V不受扭矩作用,同时轴径也较大,故不必做强度校核。截面C.上虽然.应力最大,但是应力集中不大(过盈配合及键槽引起的应力集中均在两端),而这里轴的直径最大,故截面C也不必校核,截面VI和VI显然更不必要校核。由课本第3章的附录可知,键槽的应力集中较系数比过盈配合的小,因而,该轴只需校核截面IV左右两侧即可。(2)截面IV左侧抗弯截面系数抗扭截面系数截面VI的右侧的弯矩M为.截面IV_上的扭矩T,为T,=1410990Nomm.截面上的弯曲应力截面上的扭转切应力轴的材料为45钢,调质处理。由课本pa2表15-1查得经插值后查得又由课本pa1附图3-1可得轴的材料的敏性系数为故有效应力集中系数按式(课本P2附表3-4)为由课本P2附图3-2的尺寸系数ε。=0.64;由课本Ps附图3-3的扭转尺寸系数8,=0.77。轴按磨削加工,由课本Pu附图3-4得表面质量系数为又由课本g3-1

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