【小型立式马铃薯摩擦去皮机的设计（论文）6700字】

第第小型立式马铃薯摩擦去皮机的设计目录TOC\o"1-2"\h\u87小型立式马铃薯摩擦去皮机的设计 193171绪论 28452马铃薯去皮机结构做成及原理 2104462.1机器的部件与组成 2182532.2工作原理 3321853马铃薯去皮机结构设计 3102243.1去皮机整体机构的设计 3305393.1.1机器部件用料的选择 3153393.1.2筒身的设计 4163573.1.3机架的设计 4165343.2转盘的设计 4210113.2.1转盘尺寸的计算 4303613.2.2马铃薯运动状态的分析 57693.2.3转盘转速的确定 684583.3去皮机功率的计算 8106540.5R—摩擦力臂（m） 988393.4电动机的选择 10204923.5齿轮的结构设计 1116563.5.1选择齿轮的材料及齿数 1139953.5.2依据齿根弯曲疲劳强度计算 11312153.6去皮效率计算 13186654总结 145257参考文献 15摘要：马铃薯是一种种植面积比较广泛的蔬菜品种，对其进行加工制作，可以变成各种口味各异的美食，在其整个演变步骤中，去皮是第一个也是最关键的一个环节。随着科技发展水平的不断提高，马铃薯去皮方式也发生了巨大的改变，在众多去皮方法中，机械法是最常见且最常用的。为了获得一款更实用，更高效率的新型马铃薯去皮机，本文通过对市场上常见的马铃薯去皮机构进行研究，通过对一些部件进行重新设计和校核，最后使其更加满足市场发展需求，确保马铃薯保持较高的去皮率，而即便是在去皮之后也能始终保持良好的不被污染的状态。关键词：去皮机，摩擦，设计1绪论马铃薯在全球都具有较高的食用率，人们习惯将其称之为“土豆”，将其作为原料可以制作出各种美食，常见的形状为丝状、片状，块状，至于做法更是多种多样，天南地北各地做法都不尽相同，各地的美食家可谓是将马铃薯的特性挖掘到了极致，总之，这是非常受欢迎的一种蔬菜。不管马铃薯被加工制作成怎样的样式，都能保持非常不错的口感，且深受人们喜爱，在全世界范围内也都是家喻户晓的食材。不管是从商业角度还是工业角度分析，马铃薯都具有非常巨大的价值和作用，以麦当劳、肯德基中的薯条为例，全部都是由马铃薯加工而成的，甚至是超市货架上的薯片，马铃薯都是最主要的原材料。除此之外，马铃薯还能加工成为厨房炒菜的时候最常用到的淀粉。总之，马铃薯在人们日常生产生活中，处处可见其身影。随着我国现代化农业的迅速发展，我们国家马铃薯的产量也在屡创新高，而人们对于马铃薯的需求量更是让市场供不应求。马铃薯的处理量增加了，对于处理马铃薯的工艺和水平的要求自然也会随之提高。在被制作成产品之前，需要对农业生产基本情况展开多方面调研，了解到这一食材在加工成食品的过程中，必须要经历人工的清洗和除皮等繁杂的步骤，大大降低了生产的效率。同时马铃薯皮是否除得干净，这将直接影响到后期加工产品的质量和口感。当前市场上主流的去皮手段都存在着或多或少的不足，在加工的过程中去皮过剩，对马铃薯肉造成的浪费现象也比较严重，目前的市场上人们对于马铃薯的需求量与日俱增，我们需要设计出一款更加实用高效，在将马铃薯去皮后还能够保持无污染无破坏，同时具有较高去皮效率的新型马铃薯去皮机。以此来满足马铃薯相关行业的发展和社会的需求。2马铃薯去皮机结构做成及原理马铃薯去皮早已采取机械法，但因为种类还比较少，所以很难满足市场经济的实际发展需求。所以，本次设计过程中，为保证马铃薯在经过机械去皮后，始终保持在无污染，无破坏的状态，必须要事先调查市场具体发展需求性到底如何。至于机器设备应在哪些范围加以应用，应从经济性角度，加以进一步明确和多方面综合考虑。2.1机器的部件与组成机器分别由转盘、进水口、去皮机筒壁、出水口等多个部件共同组成，具体可以参考图1所示：图1去皮机三维结构图2.2工作原理此次设计中的马铃薯去皮机，主要是以电机作为重要的动力来源，为了保证去皮机能够有效去皮就需要实现磨盘和马铃薯的有效摩擦，在圆盘上设置有三条波纹带，波纹带上面设置有半球形突起波纹。在工作时，电机以齿轮传动的方式使磨盘按照预定的速度进行旋转，马铃薯将在离心力的作用下进入磨盘，并通过波纹带上的半球形凸起产生向上的动能，从而被弹起滚动，在半球形突起波纹的作用影响下可能还会出现二次被弹回的问题，确保马铃薯在这个过程中与转盘和去皮机筒身的内壁之间保持较大的摩擦力，从而让去皮的目的得以实现。之后需要完成的一个工作即是通入清水，并在马铃薯完成去皮后将去皮机出料口打开，由此将马铃薯成功排除，至于去皮后的皮屑则会随着注入的清水，一同从出水管被排掉。这一机器在使用过程中，所表现出的优点还是相当明显和突出，即在不停机的情况，也能实现对皮屑的成功排除，马铃薯在筒壁的作用下通过离心力逐渐从去皮机的侧门中被排出。为避免水在出料的时候被溅出，比较科学的方法就是在卸料之前，就要停止对清水的注入。3马铃薯去皮机结构设计3.1去皮机整体机构的设计关于去皮机的设计，应事先对其结构进行思考，一方面，结构要足够安全和稳定，另一方面，还能最大化程度上控制原料的使用量，以此达到节约成本的目的。马铃薯去皮机是由多个独立的零部件所共同组成在一起的，对其进行分析，总结概括为以下几个方面：3.1.1机器部件用料的选择根据具体的工作环境，我们选择使用不锈钢材质的钢板为机器筒身，机体的主要原材料，常规铸铁则被主要应用到机架的设计上，圆盘所使用的是#钢。通常还会将一层金刚砂涂抹到转盘的表面，以及机筒内壁，以此来增加表面粗糙度，使之与马铃薯摩擦去皮更加充分。3.1.2筒身的设计马铃薯在机筒内壁会不断旋转，跳动，为避免马铃薯跳到外面，圆筒的设计必须要达到一定的高度，但又必须要保证放置在最下层的马铃薯，在旋转过程中，有机会接触到圆筒筒壁的最上层。最后确定将机筒的内径、高度取值分别确定为，。另外还在入料口设置了一个开口，从而让入料更加方便。去皮之后，为让皮屑可以从圆筒内成功被排出，还需要专门设置一个出口门。为让皮屑可以随着水流及时且成功被排出圆筒，还在机筒的下部专门设计了一根排水管，经过科学计算，将水管直径设置为最为合适，这样其实也特别利于脏水的成功排出。3.1.3机架的设计为了节约设计成本，最终选择使用铸铁来代替机架，同时对电动机、转盘等重量进行有力支撑。3.2转盘的设计3.2.1转盘尺寸的计算转盘是马铃薯去皮机中的重要组成部分之一，其设计方式会对最后所产生的去皮效果具有非常直接且重要的影响，马铃薯普遍的外观特征大多为球形，而且在相同周长条件下圆形的面积是最大的，所以将去皮机的工作区域和转盘设计成圆形是为了将马铃薯的处理量最大化，如果将工作区域和转盘设计成任意多边形有可能造成马铃薯卡在死角，而且削下的土豆外皮很容易堆积在各个死角，为设备的清洁处理带来很多麻烦。所以将工作区域和转盘设计为圆形。以常规马铃薯为例，取值为马铃薯密度可以通过这一数学公式进行计算，最后得出结果，即马铃薯的包装通常比较随意，每次装袋的重量在左右，小型马铃薯去皮机应用于学校的食堂，或者小规模经营的饭店，每一次去皮的土豆重量保持在10公斤左右。如式1所示：（1）马铃薯大约高度为，如式2所示：（2）又因为，所以已知物料的填充度取值为0.6，那么，通过这一公式进行计算，我们计算出马铃薯的填充的高度是，根据实际情况，本文研究取值为，结合以上分析，将转盘的半径取值为。3.2.2马铃薯运动状态的分析磨盘之上的马铃薯，受重力等多种力量的作用，从而满足去皮这一需求，马铃薯经过不停的翻腾和弹跳，受到不同作用力的影响，此时马铃薯的运动状态，具体可以参考图2所示：图2马铃薯运动状态分析图（1）假设表示的是“凸起角”，转盘在电动机的带动下旋转，而位于转盘上马铃薯也随之进行运动，主要用字母V进行表示，马铃薯的运动方向垂直于半球形凸起的切线方向。结合上图分析，所表示的是圆盘的圆周速度，因为，所以（m/s）—角速度（1/s）—圆盘半径（cm）因为，所以又因为所以（m/s）（3）所以：1.2.3.3.2.3转盘转速的确定在转盘上半球形凸起的作用下，马铃薯产生了竖直向上的分速度，同样也产生了竖直方向的动能，通过公式4表示，即为：（4）结合所学的专业知识，可知动能和重力势能是完全相等的，最终得出了公式5:（5）即：为了让机器的工作开展保持在正常的状态，对其弹起高度和在筒内的厚度，都要加以进一步明确，且分别用字母，表示，让位于最下层位置的物料产生较大的摩擦力作用，就必须要保证h数值大于，进而达到良好的去皮效果[2]。所以如式6所示:（6）转速、角速度公式具体可以表示为得：离心力可根据公式7来计算：（N）（7）想让马铃薯产生相对运动，其离心力必须大于摩擦力：（N）本文认为摩擦系数取值为最合适（经查阅相关资料可知，马铃薯和金刚砂之间的动摩擦因数一般可控制在1.1-1.3之间，为了尽可能提高去皮率，故取上限1.3。），所以要使即：（8）得：由式8可得：由计算可得：最终选择取值为257.8r/min以上最大的那一个，只有这样，才能确保马铃薯去皮机工作保持比较正常且有效的状态。通过上述计算可以得出，圆形转盘的半径为18cm，额定转速为257.8r/min。为将马铃薯有效弹起，其表面设置有半球形凸起波纹，设置半球形凸起波纹的原因主要有以下两点：第一如果设置成其它类型的凸起波纹很容易将马铃薯碰坏，影响商品外观；第二将马铃薯的碰撞体积最大化，因为马铃薯的总体外观为球形，采用半球形的凸起波纹可以一次性弹起更多的马铃薯。最后为了优化马铃薯去皮的加工效果，在光滑的机筒内壁涂上一层金刚砂[3]。在马铃薯滚动接触到机筒内壁时也可以达到一定的去皮效果，马铃薯和金刚砂之间的动摩擦因数在1.1-1.3之间，为了提高去皮率并尽可能将其他影响摩擦力的因素归纳到计算中，在后续计算中以最大摩擦系数1.3作为计算参数。在转盘上设置有三条波纹带，波纹带的辐射角为30°，波纹带与波纹带之间的间隔角为60°，每条波纹带上均匀分布3个波纹状凸起，均涂上金刚砂处理，以增大摩擦，增加去皮效率。设置波纹带的作用，除了增加去皮率以外，主要用于将马铃薯抛起，经查阅相关资料，波纹角α一般取20°~30°[4]。下面具体分析这样布置的理由。设置波纹带的目的在于调动马铃薯的位置，去皮的主要工作依旧需要马铃薯与转盘之间的相互摩擦来完成，所以只在转盘的左半面设置了波纹带，如果整个转盘都设置波纹带那么去皮效率会大大降低。其次在波纹带上设置连续分布的波纹状凸起是为了增加整个工作区域中上下层马铃薯位置调换的概率，通过实验发现设置3个以下的凸起马铃薯位置调换的概率会大大降低，而设置3个以上的凸起又会减少可加工的马铃薯数量。设置三个波纹凸起基本符合实际工作需求。图3为转盘的具体结构图。图3转盘结构图3.3去皮机功率的计算（1）总功率主要包含了N1,N2,N3,N4几个方面的内容[5]，功率不同，所起到的作用各不同，比如，功率N1即是让马铃薯、圆盘之间所产生的摩擦可以得到有效克服；N2则满足了马铃薯与筒壁摩擦的需求。（2）计算消耗的功率：Mcp表示的是马铃薯的摩擦力矩（N*m），G即表示为马铃薯重力，其单位用“N”进行表示。—摩擦系数（经查阅相关资料可知，一般取1.1～1.3，为提高去皮率，这里的摩擦系数选取1.3）0.5R—摩擦力臂（m）ωcp—物料圆盘的平均相对速度，所采用的最大角速度达到了0.5倍，具体公式如9所示：（9）即得出：(W)（W）My—在离心力的作用下物料与侧壁的瞬时摩擦力矩（N*m）（N·m）V—物料圆周速度（m/s）—摩擦力臂（0.125R）（m）可得式10：（10）将数据代入上式得：(W)（11）—半球形凸起高度（m）—波纹数量将数据代入公式进行计算，得出：(W)即传动效率，取值为0.8。则损失的总功率为：(W)（12）综合上述去皮机功率的计算过程可以得出各个部件所需功率，详细见表1。表1各部分所需功率3.4电动机的选择选择电动机的时候，需要对电动机功率，转速等诸多因素进行综合考虑，通过以上科学计算可知，我们已经算出一台马铃薯去皮机保持在比较正常的工作状态时，所应达到的总功率转速等参数要求。对于电机的选择，除了对设计结构进行科学分析，手册中的相关内容也是非常重要的参考依据，经过各方面的综合考虑之后，我们选用型电机[6]。其相关参数，可以参考表2。这一型号的电动机，表现出了非常明显的“自冷”功能，防水效果也非常不错，加上综合性能非常不错，性价比较高。如图4所示。表2电动机配置表图4电动机3.5齿轮的结构设计在专业知识学习过程中也对传动方式的应用，有了更多深入的认识和了解，其中，齿轮传动不仅具有较高效率，精密度要相对保持在较高水平，同时，优缺点也非常明显。优点在于动力的传递主要两个齿轮相互啮合才能完成，其不仅传动比十分精确，整体效率也比较高，除此之外，使用寿命长，且保养方便也是非常突出的优点。至于缺点也同样很明显，齿轮在传动的过程中难免会出现一些噪音，而且，齿轮在生产的过程必须要把误差控制在很小范围内，而工人在装配的过程中所能允许的误差同样很小[7]。3.5.1选择齿轮的材料及齿数结合电机转速相关要求可知，机器在实际工作中所表现出的转速、整体受力等都相对比较差，所以，满足实际需求使用普通的#钢即可。至于齿轮齿数大小，则分别体现为74、25。3.5.2依据齿根弯曲疲劳强度计算通过对《机械设计》进行查阅，得出以下公式：（13）1）大小齿轮，2）根据《机械零件设计手册》可知，，；3）屈挠疲劳所能承受的最大应力安全系数S，其取值为，得：4）计算，如式14（14）5）根据《机械零件设计手册》，可以分别得到；，；6）计算根据计算结果可知大齿轮数值较大。计算：（15）根据公式15得到的数值结果可知，大小齿轮都符合，同时关于模数的取值，应为，，得，应将“齿面接触疲劳强度”作为重要参考依据，将已知的数据代入到公式中，得：1）分度圆直径2）中心距3）齿宽综合上述齿轮的计算过程将大齿轮和小齿轮的详细参数进行归纳，见表3表3大小齿轮参数表具体项目大齿轮参数小齿轮参数模数（m）2mm2mm齿数（Z）7425分度圆直径（d）148mm50mm中心距（a）99mm齿宽（b）88.8mm30mm齿形系数（Yfa）2.62.8应力校正系数（Ysa）1.5951.553.6去皮效率计算为了验证所设计的马铃薯去皮机有效可靠，每隔半小时进行一次马铃薯去皮测试，一次测试的马铃薯质量为10kg，重复进行10次测试。为了确保测试效果真实可信，将去皮一半的马铃薯都归类到未去皮马铃薯类别中，将完全去皮的马铃薯进行称量，10次测试结果如表4所示。表410次马铃薯去皮测试结果测试次数去皮结果（kg）第一次8.62第二次8.37第三次9.45第四次8.77第五次8.69第六次9.47第七次9.29第八次9.26第九次8.74第十次8.58取十次去皮测量结果的平均值，再除以10kg就可以初步计算出机器的去皮率了，经过计算得出去皮率为89.24%，接近90%的去皮率基本符合实际工作需求，可以大幅度减轻食堂工人的工作强度。4总结将马铃薯加工制作成为了美味佳肴，需要经历很多个步骤，其中，去皮是最主要的一个环节，经过多年发展，马铃薯去皮的方法也变得愈加多样，这些方法都有各自的特点以及局限性。所以，设计马铃薯去皮机的时候，除了满足其基本结构要求，加工效率，经济性等问题，都必须要引起高度关注。本次所涉及的马铃薯去皮机，电机是其重要动力来源，磨盘在齿轮的带动下，使电机不断进行旋转运动，马铃薯进入磨盘后将出现会因为半球形凸起而被弹起，与转盘和内壁不断摩擦去皮，在离心力作用下，由此将马铃薯成功排出，至于去皮后的皮屑则会随着注入的清水，一同从出水管被排除。这一机器在使用过程中，所表现出的优点还是相当明显和突出，即在不停机的情况，也能实现对皮屑的成功排除，为避免水在出料的时候被溅出，比较科学的方法就是在卸料之前，就要停止对清水的注入。本次设计的马铃薯去皮机，还充分应用到了机械，材料等相关原理和学科知识，明确现有马铃薯去皮机的不足，根据当前生产的需求，通过一些部件进行重新设计与校核，最终设计出一款更加实用高效，同时具有较高去皮效率的新型马铃薯去皮机，促进了马铃薯的生产与加工，满足市场的需求。

参考文献[1]AsadNawaz,ShinawarWaseemAli,SanaIrshad,FatimaIrshad,Af