马铃薯去皮机的设计
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山西农业大学学士学位论文(设计)文献综述 马铃薯播种机具的现状与发展摘要:综述了国内外播种机的发展现状,并通过对国内外几种典型播种机的各种参数进行系统的对比并加以分析,从中发现国产播种机与国外播种机的差距,并在此基础上去阐述我国播种机在研发和应用上所存在问题并展望未来播种机的发展趋势,同时明确马铃薯播种机的设计方向。关键词:播种机具 马铃薯 精量播种机 排种器 1. 马铃薯在我国的生产现状 马铃薯是一种高蛋白农作物,在我国得到大面积的栽种,尽管我国年产量早已跃居世界第一,然而和世界除非洲以外的其他国家和地区比起来,单产量却很低,因此在提高单产的措施上除了提高机械化生产水平外,还应该改进马铃薯的种子质量以及种植方式。 1.1我国马铃薯的生产现状300多年前,原产自美洲的马铃薯被引进中国并且逐渐成为仅次于小麦、水稻和玉米的第四大粮食作物。目前,我国的马铃薯无论是种植面积还是总产量都处于全球领先地位。从中国马铃薯网上获得的资讯:2007年我国马铃薯种植面积约8000万亩,预计总产量将超过6800万吨,占世界总产量的22%左右。单从总产量来说我国已经是世界第一,但是单产量却远远低于欧美、澳洲的水平。例如,2003年,我国马铃薯的单产量是每公顷14842公斤,低于世界平均水平的每公顷16448 公斤,还不到单产量最大的国家新西兰的每公顷44248 公斤的三分之一。1.2国外马铃薯的生产水平单产量排名前六位的国家:新西兰、比利时、丹麦、美国、英国、荷兰等欧美发达国家,他们的单产量都超过了每公顷40000 公斤(中国马铃薯网,2007)。除了地域、气候方面外,更重要的是栽培技术以及机械化生产水平的影响。显然,这些国家的农业生产机械化水平都远远高过我国。反观我国,大部分地区的马铃薯生产都还停留在人工或者半机械化生产的水平上,因此单产量低也就不足为奇。1.3目前急需解决的措施以及会遇到的困难要想提高单产量,首要的就是提高机械化生产水平。我国地域广阔,拥有多种地型,因此不可能同时提高生产机械化,所以应该根据不同的地形,不同的气候和种植方式,从而设计符合当地的农业生产机械,尽量推广播种机在农业生产中的应用。其次应该改进种植方式,我国的马铃薯种植方式一直停留在传统种植的水平上,这是急需改变的。先进的种植方式应该从改进种子质量,改进播种方式等方面进行,同时在此基础上设计相应的机械也就显得至关重要。2. 国内外播种机发展及应用的现状2.1我国播种机发展现状现目前,我国大约有500家播种机生产企业,但是这些企业中能够生产与大中型拖拉机配套的播种机的企业只有西安农业机械厂、石家庄市农业机械厂等区区10多家,其余的企业生产的都是与小型拖拉机和畜力配套的拖拉机。这种与小型拖拉机和畜力配套的播种机机的产量占全国播种机总产量的90%以上(国委文,2007)。由此可以看出当前我国已实现机械化播种的大部分地区的播种机仍以小型播种机进行传统的谷物条播为主,大中型播种机的发展远远跟不上农业生产的需要,而且大中型生产机械(包括播种机)的研制和生产水平也远远落后于发达国家的水平。2.2国外播种机发展现状相对我国而言,国外许多发达国家在第二次世界大战前后,先后完成了由传统农业向现代农业的过度和转化,经过几十年的发展,其农业机械化水平已经相当完善,现在正朝着大型化、智能化、精量化以及多功能联合型方向发展(陶卫民,2001)。美国,德国,英国等西方发达国家的发展水平已经走在世界的前列。在国外许多发达国家,精密播种机经过几十年的发展和应用,其技术水平应经达到了相当完善的程度,无论是工作速度、生产效率、工作性能、播种质量以及播种机具的通用性和适应性上都做得比较好。这对减少播种过程中的漏种率、种子损伤率和提高单产量都有很大的促进作用。现在一些发达国家正把不断更新播种机的工作原理、尽量完善其结构、延长机具使用寿命、降低制造价格和维护费用的同时提高其工作效率以及提高播种机的通用性和适应性作为未来更先进的播种机研制的发展方向。2.3与国外播种机相比,我国播种机存在的不足 和国外如美国、德国、英国等发达国家的播种机比起来,我国的播种机工作效率低,工作幅宽小,通用性和适应性低,使用可靠性不高,生产率也远较国外的低。另外,由于我国工业起步晚,因此在新技术的研制和在播种机上的应用上依旧落后于国外发达国家。下面以我国几种典型的播种机和国外的播种机作一个对比,以便从中发现我国播种机和国外先进播种机的不足。 首先,从工作效率方面来看,我国播种机的工作速度低。国外播种机的工作速度大都要求达到15h,有的甚至达到20h,受到土地,气候和一些其它因素的影响,工作速度大多采用812h,而我国工作速度大约为47h,一般工作速度为56h。比如德国早期生产的GL34T和GL36T两种机型的工作速度为7.5h(韩文锋等,2006),而我国普遍采用的2BM-2以及2BMF-2型都达不到德国这两种机型的水平。 其次,我国播种机的工作幅宽小。和国外发达国家比起来这个环节显得非常薄弱。例如西欧一些国家的生产的播种机的工作幅宽一般为56m,美国,加拿大等国家的现用机型大多可以达到1015m(陈兴田,1999)。而我国所使用的播种机的工作幅宽绝大多数低于3.5m,例如较先进的2BF-24A谷物条播机的工作幅宽为3.6m,其余的大都低于这个水平,工作幅宽低这个瓶颈在很大程度上限制了播种机的工作效率。 再次,排种器的排种效率低。我国很多使用播种机的地区在农业生产中依旧使用传统的排种方式即“一器一行”,一个排种器只能播一行种子,显然这样的效率是非常低的,即使有较先进的“一器多行”的排种器,但是技术上也表现得不够成熟,也没能进行大规模的推广及应用。国外发达国家在这方面的技术和经验就比我国先进得多,而且许多新技术已经得到广泛的应用,许多核心部件尤其是排种器无论是结构还是工作原理都还有很多值得我国学习和借鉴的地方。 最后,我国的播种机的通用性和适应性和国外发达国家比起来也还有很大的差距。在通用性方面,国外发展得比较早,技术也比较成熟,一套设备只需经过简单的更换即可实现不同种子的播种,而我国大部分播种机还都是“一机一种”,一种播种机只能够播撒一种种子,这样既浪费制造材料,又没能使播种机得到充分利用。另外,我国地域辽阔,不同的土壤条件和气候条件严重限制了播种机的适应性,在保证适应性方面的技术还很落后,而且我国研制生产的播种机很少考虑到适应性这一方面的影响。3. 我国播种机的发展趋势 虽然可以通过引进国外先进的播种机可以暂时弥补我国播种机的不足之处,但是从长远出发,我国必须走自主研发的道路,通过不断吸收国外先进技术的同时再结合我国的国情走出一条自主创新的路子,研制出具有我国特色的先进播种机。3.1加大大中型播种机的研制和开发 要想尽快缩小我国马铃薯等农作物的单产与国外水平的差距,大中型播种机将起到至关重要的作用。我国的几大平原地势平坦,比较适合大中型播种机的推广和应用。大中型播种机械除了可以节约人力,提高工作效率外还能减少种子的损伤率和漏种率,而且大中型播种机都是朝着联合作业和直接播种技术的方向发展,这种机械的优点在于:一次可以完成多项作业,作业效率高;保证及时播种,提高产量;节约能源,降低成本。3.2采用新的排种原理和排种装置 排种装置是播种机最关键的部件,先进的排种器和排种原理对播种机的效率的提高有着很重要的作用,迄今为止,我国学者几乎涉猎了世界上所有的排种器:如外槽轮式排种器、离心式排种器、各种圆盘式排种器等,而具有我国独创特色的窝眼轮式排种器、纹盘式排种器、锥盘式精量排种器也获得了广泛的应用,但是在马铃薯播种机上,先进的排种器和排种方式依然制约播种机效率的一个瓶颈。因此在已经解决种子和播种方式的情况下研制相应的播种机显得是关重要。显然,在排种器方面,我国应该朝着气流输送式条播排种器、孔带式精密排种器、气力式精密排种器以及倾斜圆盘指夹式排种器的方向发展。新的排种原理包括气力式排种原理和机械式排种原理也应得到广泛的采用(陈兴田,1999)。4. 小结一个比较先进的播种机主要取决于其几个关键的部件,如:开沟器、仿形机构、覆土器以及排种器。尤其是排种器在整个播种机结构中显得尤为重要,排种器的好坏直接关系到播种机的播种效率,因此,现在国内外播种机研制的重点依旧是放在排种器的研制上。我国在这方面也有不少的研究,尤其在气吸式排种器,窝眼式排种器还有气力式排种器的研究上有了一定的突破,但是和国外先进水平还有一定的差距,因此,我国还必须加大研制的力度。新型马铃薯已经研制成功并将实现大力推广,在将来的几年内,相应的马铃薯播种机将对这种新型马铃薯的推广起到极大的推动作用。新型的马铃薯将彻底改变传统的马铃薯块茎式播种方式,其播种方式将和玉米,油菜籽等颗粒的播种方式更为相似,但还是存在很多不同的地方,因此不能直接选用像玉米播种机或者油菜籽播种机这些现成的播种机型。由于现目前新型马铃薯还没有开始实现大面积推广,相应的马铃薯播种机具还是一片空白。基于此,对现有的马铃薯播种机和其余各类颗粒式播种机进行改进优化并在此基础上设计一种适合新型马铃薯的机械式或者气吸式播种机就成了当前以及未来相当一段时间内播种机的研制方向,同时研制的重点也将放在马铃薯播种机的排种器的研制上。参考文献:1 李宝筏农业机械学北京:中国农业出版社, 20032 朱秉兰简明农机手册郑州:河南科学技术出版社,20013 张波屏编译播种机械设计原理北京:机械工业出版社,19824 冯小静精少量播种机械使用与维修郑州:河南科学技术出版社,19985 马大敏王俊民,王秀新型农机具使用与维修北京:高等教育出版社,19966 程兴田播种机械的现状及发展前景农机与食品机械,1999,6:127 陶卫民国外农业装备发展趋势新农村,2001,7:258 刘林生英国农业机械化与农业现代化湖南农机,1999,2:259 姜宗昌2BMF2型马铃薯研制成功农业机械化与电气化,2000,5:3410 鲁滨,薛理,闰洪山等2BS5型马铃薯播种机的研制,2004,6:3311 几种马铃薯播种、种植机械www.potatoweb.cn ,200712 聂延辉 江涛夹持式马铃薯播种机的探讨,2007,2:4113 周桂霞,张国庆 ,张义峰等2CM一2型马铃薯播种机的设计黑龙江八一农垦大学报,2004,16(3):535614 赵满全,赵有杰,窦卫国等2BM9型免耕播种机关键部件的设计与研究中国农机化,2006,6:15 韩文锋,王淑红徐长征GL3 4T3 6 T型马铃薯播种机简介,2007, 1:4116 冯小静,刘俊峰,杨欣等排种器排种均匀性分析与研究河北农业大学学报,2003, 1:1416 17 赵满全,窦卫国,赵士杰,等2BSL一2型马铃薯起垄播种机的研制内蒙古农业学学报,2001, (3):l02l0418 闰建英,樊文宪,冯占怀马铃薯施肥播种机的实验研究农机科技推广,2004,4:3419 王广胜,王玉忠,樊文宪2BXSMIB型马铃薯施肥播种机的研究农机与食品机械 ,1999,(3):l51720 国委文播种机的现状及发展趋势。农业机械化与电气化,2007,5:3421 KACHMAN S DActernative Measures of Accuracy in Plant Spacing for Planters Using Single Seed MeteringTranslation of the ASAE,1995,38(2),pp.37137522 EUOdigbohandCOAkubuo A tworow automatic cassava cuttings planter:Development、Design and Prototype constructionJournal of Agricultural Engineering Research,Volume 50,SeptemberDecember50(1991),pp.1318 23 Tao et al., 1995 Y. Tao, C.T. Morrow, P.H. Heinemann and H.J.S. Ill, Fourier based separation technique for shape grading of potatoes using machine vision, Transactions of the ASAE 38 (1995), pp. 949957. 24 H Buitenwerf,WBHoogmoed,PLerink and JMller Assessment of the Behavior of Potato in a Cupbelt PlanterBiosystems Eigineering,95 (2006),354125Siecska et al., 1986 J.B. Sieczka, E.E. Ewing and E.D. Markwardt, Potato planter performance and effects on non-uniform spacing, American Potato Journal 63 (1986), pp. 25374山西农业大学学士学位论文(设计)外文翻译 马铃薯播种机的性能评估 原文来源:H. Buitenwerf,W.B. Hoogmoed,P. Lerink and J. Mller.Assement of the Behavior of Potato in a Cup-belt Planter. Biosytems. Engineering, Volume 95, Issue, September 2006: 3541 大多数马铃薯播种机都是通过勺型输送链对马铃薯种子进行输送和投放。当种植精度只停留在一个可接受水平的时候这个过程的容量就相当低。主要的限制因素是:输送带的速度以及取薯勺的数量和位置。假设出现种植距离的偏差是因为偏离了统一的种植距离,这主要原因是升运链式马铃薯播种机的构造造成的.一个理论的模型被建立来确定均匀安置的马铃薯的原始偏差,这个模型计算出两个连续的马铃薯触地的时间间隔。当谈到模型的结论时,提出了两种假设,一种假设和链条速度有关,另一种假设和马铃薯的形状有关。为了验证这两种假设,特地在实验室安装了一个种植机,同时安装一个高速摄像机来测量两个连续的马铃薯在到达土壤表层时的时间间隔以及马铃薯的运动方式。结果显示:(a)输送带的速度越大,播撒的马铃薯越均匀;(b)筛选后的马铃薯形状并不能提高播种精度。主要的改进措施是减少导种管底部的开放时间,改进取薯杯的设计以及其相对于导种管的位置。这将允许杯带在保持较高的播种精度的同时有较大的速度变化空间。介绍说明升运链式马铃薯种植机(图一)是当前运用最广泛的马铃薯种植机。每一个取薯勺装一块种薯从种子箱输送到传送链。这条链向上运动使得种薯离开种子箱到达上链轮,在这一点上,马铃薯种块落在下一个取薯勺的背面,并局限于金属导种管内.在底部,输送链通过下链轮获得足够的释放空间使得种薯落入地沟里。 图一,杯带式播种机的主要工作部件:(1)种子箱;(2)输送链;(3)取薯勺;(4)上链轮;(5)导种管;(6)护种壁;(7)开沟器;(8)下链轮轮;(9)释放孔;(10)地沟。 株距和播种精确度是评价机械性能的两个主要参数。高精确度将直接导致高产以及马铃薯收获时的统一分级(McPhee et al, 1996;Pavek & Thornton, 2003)。在荷兰的实地测量株距(未发表的数据)变异系数大约为20%。美国和加拿大早期的研究显示,相对于玉米和甜菜的精密播种,当变异系数高达69%(Misener, 1982;Entz & LaCroix, 1983;Sieczka et al, 1986)时,其播种就精度特别低。输送速度和播种精度显示出一种逆相关关系,因此,目前使用的升运链式种植机的每条输送带上都装备了两排取薯勺而不是一排。双排的取薯勺可以使输送速度加倍而且不必增加输送带的速度。因此在相同的精度上具有更高的性能是可行的。该研究的目的是调查造成勺型带式种植机精度低的原因,并利用这方面的知识提出建议,并作设计上的修改。例如在输送带的速度、取薯杯的形状和数量上。为了便于理解,建立一个模型去描述马铃薯从进入导种管到触及地面这个时间段内的运动过程,因此马铃薯在地沟的运动情况就不在考虑之列。由于物理因素对农业设备的强烈影响(Kutzbach, 1989),通常要将马铃薯的形状考虑进模型中。两种零假设被提出来了:(1)播种精度和输送带速度无关;(2)播种精度和筛选后的种薯形状(尤其是尺寸)无关。这两种假设都通过了理论模型以及实验室论证的测试。材料及方法2.1 播种材料几种马铃薯种子如圣特、阿玲达以及麻佛来都已被用于升运链式播种机测试,因为它们有不同的形状特征。对于种薯的处理和输送来说,种薯块茎的形状无疑是一个很重要的因素。许多形状特征在结合尺寸测量的过程中都能被区分出来(Du & Sun, 2004; Tao et al, 1995; Zdler, 1969)。在荷兰,马铃薯的等级主要是由马铃薯的宽度和高度(最大宽度和最小宽度)来决定的。种薯在播种机内部的整个输送过程中,其长度也是一个不可忽视的因素。形状因子S的计算基于已经提到的三种尺寸: 此处l是长度,w是宽度,h是高度(单位:mm),且hw001 m时,这种关系是线性的。 ,测量数据;,数学模型的数据; ,延长到R 0 01米; -,线性关系;R2,决定系数。3.2 马铃薯的尺寸和形状 实验数据由表三给出。显示固定进料率为每分钟400个种薯的时间间隔的标准偏差。这些结果与期望值刚好相反,即高的标准偏差将使得形状因子增加。球状马铃薯的结果尤其令人吃惊:球的标准偏差高过阿玲达马铃薯50%以上。时间间隔的正态分布如图七所示,球和马铃薯之间的差异明显。两个不同品种的马铃薯之间的差异不明显。 表三 马铃薯品种对种植间距的精确度的影响 品种 标准偏差,ms CV, % 阿玲达 8.60 30 麻佛来 9.92 35 高尔夫球 13.24 46 图七,固定进料率下不同形状的沉积的马铃薯时间间隔的正态分布。球状马铃薯的这种结果是因为球可以以不同的方式在取薯勺背部定位。临近杯中球的不同定位导致沉积精度降低。杯带的三维视图显示了取薯勺与导种管之间的间隔的形状,显然获得不同大小的开放空间是可行的。图八,取薯勺呈45度时的效果图;马铃薯在护种壁的位置对其释放具有决定性影响。阿玲达块茎种薯在沉积时比麻佛来的精度高。通过对记录的帧和马铃薯的分析,结果表明:阿玲达这种马铃薯总是被定位平行于最长的轴线的护种壁。因此,除了形状因子外,宽度与高度的高比例值也将造成更大的偏差。阿玲达的这个比例是1.09,麻佛来的为1.15。3.3 实验室对抗模型测试平台该数学模型预测了不同情况下的流程性能。相对于马铃薯,该模型对球模拟了更好的性能,然而实验测试的结果却恰然相反。另外实验室试验是为了检查模型的可靠性。在该模型里,两个马铃薯之间的时间间隔被计算出来。起始点出现在马铃薯开始经过A点的时刻,终点出现在马铃薯到达C点的时刻。通过实验平台,从A到C点的马铃薯的时间间隔被测出。每个马铃薯的长度、宽度和高度也通过测量获得,同时记录了马铃薯的数量。测量过程中马铃薯在取薯杯上的位置是已经确定好的。这个位置和马铃薯的尺寸将作为模型的输入量,测量过程将阿玲达与麻佛来以400个马铃薯每分的速率下进行。测量时间间隔的标准偏差如表四所示。测量的标准误差与模型的标准误差只是稍稍不同。对这种不同现象的解释是:(1)模型并没有把图八中出现的情况考虑进去;(2)从A点到C点的时间不一致。块状马铃薯如阿玲达可能从顶部或者最远距离下落,这将导致种薯到达C点底部的时间增加6ms表四 通过实验室测量和模型计算出来的开放时间的标准误差的差异 品种 形状因子 标准偏差, ms 测量值 计算值 阿玲达 326 8.02 5.22 麻佛来 175 6.96 4.404. 总结这个模拟马铃薯从输送带开始释放的运动的数学模型是一个非常有用的证实假设和设计实验平台的工具。模型和实验室的测试都表明:链速越高,马铃薯在零速度水平沉积得更均匀。这是由于开口足够大使得马铃薯下降得越快,这对马铃薯的形状和种薯在取薯杯上的定位有一定的影响,与链条速度的关系也就随之明确,因此,在保持高的播种精度时,应该提供更多的空间以减小链条的速度。建议降低链轮的半径,直至低到技术上的可行度。该研究显示,播种机的取薯勺升运链链对播种精度(播种的幅宽)有很大的影响。更规格的形状(形状因子低)并不能自动提高播种精度。小球(高尔夫球)在很多情况下沉积的精度低于马铃薯,这是由导向的导种管和取薯勺的形状决定的。因此建议重新设计取薯勺和导种管的形状,要做到这一点还应该将小链轮加以考虑。参考文献1 Du and Sun, 2004 Cheng-Jin Du and Da-Wen Sun, Recent developments in the applications of image processing techniques for food quality evaluation, Trends in Food Science & Technology 15 (2004), pp. 230249.2 Entz and LaCroix, 1983 M.H. Entz and L.J. LaCroix, A survey of planting accuracy of commercial potato planters, American Potato Journal 60 (1983),pp. 617623.3 Koning de et al., 1994 C.T.J. Koning de, L. Speelman and H.C.P. Vries de, Size grading of potatoes: development of a new characteristic parameter, Journal of Agricultural Engineering Research 57 (1994), pp. 1191284 Kutzbach H D (1989). Influence of crop properties on the efficiency of agricultural machines and equipment. 4th International Conference on Physical Properties of Agricultural Materials, Rostock, Germany, September 48, pp 447455.5 McPhee et al., 1996 J.E. McPhee, B.M. Beattie, R. Corkrey and J.F.M. Fennell, Spacing uniformityyield effects and in-field measurement, American Potato Journal 73 (1996) (1), pp. 1671716 Misener, (1982) Misener GC (1982). Potato plantersuniformity of spacing. Transactions of the ASAE, 25, 15041505, 15117 Pavek M; Thornton R (2003). Poor planter performance: whats it costing the average Washington potato grower? Proceedings of the Washington State Potato Conference, Moses Lake, WA, USA, pp 13218 Siecska et al., 1986 J.B. Sieczka, E.E. Ewing and E.D. Markwardt, Potato planter performance and effects on non-uniform spacing, American Potato Journal 63 (1986), pp. 25379 Tao et al., 1995 Y. Tao, C.T. Morrow, P.H. Heinemann and H.J.S. Ill, Fourier based separation technique for shape grading of potatoes using machine vision, Transactions of the ASAE 38 (1995), pp. 949957.10 Zdler, 1969 H. Zdler, Ermittlung des Formindex von Kartoffelknollen bei Legemachinenuntersuchungen, Determination of the shape index of potato tubers in potato planter research. Grundlagen der Landtechnie 15 (1969) (5), p. 170. 9马铃薯去皮机的设计目录摘要IAbstractII第一章 引言11.1目的意义和国内外现状概况11.2马铃薯原料加工预处理工艺流程简介21.2.1马铃薯的分级21.2.2马铃薯的清洗21.2.3马铃薯的去皮21.2.4马铃薯的护色31.3 国内外马铃薯去皮设备简介31.3.1机械装置31.3.2 蒸煮装置41.3.3 化学去皮装置5第二章 马铃薯去皮机的结构设计72.1 马铃薯去皮机的设计及特点72.2摩擦式马铃薯去皮机基本结构102.2.1工作圆筒102.2.2工作转盘102.2.3传动系统112.2.4其他112.3工作原理11第三章 马铃薯去皮机的参数确定133.1 物料在工作圆筒内的受力分析133.2工作转盘转速的确定143.3马铃薯去皮机功率的确定153.4整机主要参数指标17第四章 主要零件的结构设计与计算184.1 V带轮结构设计计算1842传动主轴的结构设计计算204.2.1轴上零件的周向定位214.2.2确定轴上圆角和倒角尺寸214.3滚动轴承的初步选择21第五章 主要零件的校核235.1滚动轴承的寿命计算235.2轴的计算和校核245.2.1作出轴的计算简图245.1.2轴的强度校核计算245.1.3按弯扭合成应力校核轴的强度255.1.4轴的扭转刚度校核计算25总结27致谢28参考文献29摘要:马铃薯去皮是所有马铃薯制品加工工艺过程的重要环节,目前存在的各种去皮方法都各自有其一定的局限性。随着马铃薯产业的发展和我国社会经济的进步,如何寻找一种优质、高效、节能几环保的马铃薯剥皮方法己成为马铃薯加工工艺过程中迫切需要解决的问题。本文主要介绍了以摩擦原理为基础的、适合食品加工工厂等场所使用的大型马铃薯去皮机的设计要点、工作原理和设备组成。关键词:去皮机;摩擦;设计;马铃薯Abstract: Peeling is an important annulet in potato processing, Methods of peeling which have been used at present all has their limitation. Along with the development of potato processing industry and the progress of our society and economy, it has become an urgent task for finding an efficient, economical and no pollution method of potato peeling. This paper introduced the large-scale machine for peeling potatoes which is designed by the principle of friction and suited to the factory of food processing, and it presented the key of design,working principle and the composition of the large-scale machine.Keywords:Peeling machine; friction; design; potato第一章 引言1.1目的意义和国内外现状概况 目前,世界79%的国家种植马铃薯,总面积2000万hm,左右,总产量3亿多吨,仅在小麦、玉米、水稻之后,居第四位。马铃薯在我国布极为广泛,主要产区集中在四川、黑龙江、甘肃、内蒙、河北、山西、陕西、云南、贵州、等省。据1998年统计,我国马铃薯种植面积近467万hMz,产量4700多万吨,居世界第一位。马铃薯属于茄科、块茎类作物,是珍贵的食物,它既是粮又是菜,营养丰富。其淀粉含量达11 %-25,且蛋白质营养价值很高,容易消化吸收。其中含有18种氨基酸、多种维生素及丰富的矿物质元素。属于低热量、高蛋白、多种维生素和矿物质食品2。马铃薯的蛋白质主要是球蛋白,其生物价为67,高于除大米以外的各种粮食。如果用35%的鸡蛋清与65%的土豆蛋白混合食用,则可以合成目前己知的最佳蛋白质。马铃薯中主要含的是半纤维素,它能增加肠道蠕动的次数。另外,马铃薯还是一种较好的化工原料。日本通产省北海道工业技术实验厂开发出一种用马铃薯作原料生产塑料的技术。这种塑料能通过土壤和水中的微生物进行自然分解,最终化成为水和二氧化碳。国外马铃薯主要用于加工,鲜食比例较小。美国有75%的鲜薯用于加工,法国为60%,荷兰为40%,英国为40%,而我国马铃薯主要以蔬菜的形式进行鲜食,用于加工的比例不足10%。由于马铃薯作为蔬菜其口感较差,并不太受人们的欢迎,因而价格低廉,每年有15%的马铃薯烂掉,浪费较多,严重影响了广大薯农的经济利益和种薯积极性。这种现象不利于我国马铃薯产业的发展。国外的马铃薯制品,如马铃薯条、马铃薯片是一种很受欢迎的快餐食品,现已风靡我国的麦当劳、肯德鸡等快餐店,其拳头产品就是马铃薯制品。我国的马铃薯产品加工起步较晚,工艺技术落后,还不能形成规模。马铃薯制品的质量赶不上国外水平,产量也远远满足不了市场要求,因而加快我国马铃薯产业的发展,提高马铃薯的附加值,不但能满足消费者需求,而且是加快我国贫困地区,尤其是西部马铃薯产区经济发展的一条重要途径。据了解,贵州省己经把马铃薯产业为本省经济的一大增长点。中央关于西部大开发的决议,又为马铃薯产业的发展带来了很好的机会。马铃薯产业将大有可为。马铃薯制品的主要品种有马铃薯条、马铃薯片、脱水马铃薯泥等。不论何种制品,其加工工艺都要求必须对原料马铃薯进行去皮处理,才能保证产品的质量,保证其外观、色泽和口感。马铃薯去皮的方法主要有人工去皮、机械去皮、化学去皮、辐射去皮和蒸汽去皮等。人工去皮的去皮效果较好,但效率低、损失率高,显然不能适应马铃薯产业化发展的需要。机械去皮有离心去皮和磨擦去皮两种形式,主依赖马铃薯与马铃薯之间及马铃薯与金刚砂或橡胶之间的磨擦作用而达到去皮的目的。这种方法去皮效果差,且易造成马铃薯表面层的损伤。化学去皮有热碱法和低温去皮液法两种形式,主要依赖强碱溶液及特配化学去皮液的作用,软化和松驰马铃薯的表皮和芽眼,然后用高压冷水喷射,达到去皮目的。这种方法对去皮前后的冲洗工艺要求较高,且碱液或去皮液消耗量过大,成本较高。辐射去皮是利用辐射波被马铃薯表皮的水分吸收、蒸发,使入射的辐射波刚进入受热体浅表层即引起强烈的共振,被吸收而转化为热量,从而达到剥皮效果同这种方法去皮效果较好,但果皮只能废弃,不能被利用。蒸汽去皮是将马铃薯在蒸汽中进行短时间处理,使其皮层熟化,然后利用铁刷和流水冲去外皮,达到去皮目的。1.2马铃薯原料加工预处理工艺流程简介1.2.1马铃薯的分级马铃薯的分级可按照不同的加工品的要求,采用不同的分级方式分级,包括大小分级、成熟度分级和色泽分级等几种。在我国成熟度分级常用目视估测的方法进行,而大小分级是分级的主要内容,几乎所有的加工果蔬均需大小分级,分级的方法有手工分级和机械分级。1.2.2马铃薯的清洗原料清洗的目的在于洗去果蔬表面附着的尘土、泥沙和大量的微生物以及部分的化学农药,保证产品的清洁卫生,从而保证产品品质。对于农药残留的果蔬,洗涤时常在水中加化学洗涤剂,常用的有盐碱地酸、醋酸,有时也用氢氧化钠等强碱及漂白粉、高锰酸钾等强氧化剂。果蔬清洗的方法须根据果蔬形状、质地、表面状态、污染程度、夹带泥土量以及加工方法而定。主要有手工清洗和机械清洗。后者需配置滚筒式、喷淋式、压气式、浆叶式等设备。1.2.3马铃薯的去皮 凡是马铃薯果皮粗糙、坚硬,具有不良风味的均应去皮,以利于提高品质,只有在加工某些果脯、蜜饯、果汁和果酒时,因要打浆和压榨,才不用去皮,马铃薯去皮方法如下:(1)手工去皮:用特别的刀、刨等工具人工削皮,去皮干净、损失少,但劳动效率低。 (2)机械去皮:主要用于比较常规的果蔬原料。(3)碱液去皮:利用碱液的强腐蚀性来使蔬菜表面中胶层溶解,从而使果皮分离。碱液去皮常使用氢氧化钠,腐蚀性强且廉价。碱液去皮时碱液的浓度、处理时间和碱液温度,应视不同果蔬原料种类、成熟度、大小而定。碱液浓度提高、处理时间长和温度高都会增加皮层的松离及腐蚀程度。经碱液处理后的果蔬必须立即在冷水中浸泡、清洗、反复换水直至表面无腻感,口感无碱味为止。(4)热力去皮:果蔬用短时间高温处理后,使表皮迅速升温,果皮膨胀破裂,与内部果肉组织分离,然后迅速冷却去皮,适合于成熟度高的桃、李、杏等。热去皮的热源主要有蒸汽和热水。此法原料损失少,色泽好,风味好。(5)酶法去皮:在果胶酶的作用下,达到去皮目的。需要控制酶的最佳作用条件如温度、时间、PH值等。(6)冷冻去皮:将果蔬在冷冻装置中冷至达到轻度表面冷冻,然后解冻,使皮松弛后去皮,此法质量好但费用高。(7)真空去皮:将成熟的果蔬先行加热,使其升温后果皮和果肉分离,接着进入有一定真空度的真空室内,适当处理,使果皮下的液体迅速“沸腾”,皮与肉分离,然后破除真空,冲洗或搅动去皮。1.2.4马铃薯的护色马铃薯在加工过程中,将原料去皮、切分、破碎和空气接触及高温处理,都可能促进化学变化,生成有色粉质。其中包括酶褐变和非酶褐变。都要经过相应的方式来对马铃薯进行护色保护。1.3 国内外马铃薯去皮设备简介 国外马铃薯去皮方法大致有三种,即机械去皮、蒸汽去皮和化学方法去皮。三种去皮方法的工作原理为: 一 、机械去皮。在圆筒形容器中。依靠带有磨料的圆盘、滚轮或依靠特制的橡胶辊在中速或高速旋转中摩擦块茎的表面而达到去皮目的。 二、 蒸汽去皮。在高压容器内,通高压蒸汽使块茎表面受热,然后打开容器盏,突然释放压力块茎的表皮和果肉即自行分离。 三、化学去皮。在耐碱容器内,加强碱溶液并加温,后加人块茎,经一段时间后块茎的表皮被碱溶液腐蚀,经高压水反复冲洗干净后,。再将块茎放人机械去皮机中剥去表皮。1.3.1机械装置目前,国内主要使用机械摩擦去皮机。如图1.1所示,该机由机盖、机筒、机座、电机、砂盘等部分组成。以电机为动力,通过减速齿轮带动机筒底部的砂盘旋转。块茎加入机筒内,因其离心力和相互碰撞作用,在机筒内上、下、左、右翻动,表面被砂盘均匀的摩蚀,去皮结束时加入清水,再打开侧门,块茎从侧门自动排出,皮屑随水流从砂盘的周围间隙排出,该机为间歇生产。图1.1 机械式摩擦去皮机1.3.2 蒸煮装置国内食品加工业使用的连续式链带蒸煮机和高压蒸煮锅,机体庞大,结构复杂,造价昂贵,小型果蔬原料食品加工厂引进使用有一定困难。在实际生产中,对马铃薯片的蒸煮要求并不高,使用自制的蒸煮装置完全可以满足要求。图1.2为一般食堂、饭店常用的蒸煮装置结构示意图。在一个大型蒸煮容器内铺设轨道,道轨通到容器大门外切片机附近。道轨上置放平板小车,小车上装有方形笼屉若干层。块茎切片后,依次放入笼屉。待所有的笼屉子都装满薯片后,将小车连同笼屉推入容器中,密封大门,再通入蒸汽蒸煮。待薯片蒸熟后,打开大门,拉出小车和笼屉,取出薯片。蒸煮容器为长方形,下部设有进气管道和阀们,上部有排气管。容器框架由角钢制作,外壁由钢板制造,并用隔热材料涂抹保温。1.蒸房 2.门 3.笼屉 4.平车 5.道轨图1.2 间歇式蒸煮装置1.3.3 化学去皮装置在由防碱材料制成的容器中注入氢氧化钠溶液,溶液浓度为15%25%。加热溶液,温度达到8795C,加入块茎搅拌使温度保持在70C左右;经过26分钟,块茎的表皮开始变松变软;捞出块茎,用高压水反复冲洗,知道表面无残留物为止。捞出的块茎也可放入机械式去皮机中剥去表皮。本法的优点是对不同大小、不同形状的块茎适合性好,去皮快,不需要结构复杂的专门设备。缺点是冲洗块茎需要大量清水,皮屑不能利用,排出的废液污染环境。由于去皮方法不同,国内外马铃薯、胡萝卜去皮机械的结构形式也各不相同,去皮差异较大,去皮率大致为7%-25%,其中机械去皮率为最大,蒸汽去皮率为最小。1.1国内外几种去皮设备的去皮性能比较表机型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对块茎原料的要求卵 卵圆形,芽眼浅,无伤痕卵 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 表面光滑,有蒸煮层,无污染表 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)由于去皮方法不同。囱内外马错薯去皮机艘的结构形式也各不相同,去皮效果差异较大,去皮率大致为 725,其中机械去皮率为最大,蒸汽去皮率为最小。通过上表的比较分析以及联系本次设计的任务要求,同时结合我国在去皮机上的实际水平考虑经济性,达到能以最少的投资获得较好的经济效益,决定以机械去皮机为设计方案。26第二章 马铃薯去皮机的结构设计本设计主要考虑去皮后的马错薯达到表面光滑 无破坏层、去皮过程无污染及切屑可利用为目的:同时考虑经济实用。达到能以晟少的投资获得较好的经济效益。从而为推广该产品奠定基础。2.1 马铃薯去皮机的设计及特点2.1.1工艺流程及结构特点 针对研制目的,采用清洗后去皮工艺,研制出搅龙式机械清洗机和离心式机械切屑去皮机。并利用可调节式刀片,达到切屑量可控制的目的。其工艺流程为:原料准备 清洗去皮产品清洗皮屑收集产品收集。搅戈式清洗机为国内大量使用的清洗机械。其结构如图2.1所示,梯型洗槽内。固定着输送搅戈。搅龙通过减速器由电机驱动,洗槽内充水。在搅龙上部有喷水装置块茎进入洗槽浸泡在水里,由于在被搅龙提升过程中 块茎相互问以及与搅龙叶间摩擦而逐渐去皮;同时清水不断从搅龙面部喷淋下来,冲洗块茎,故块茎越接近顶部越干净。 离心式机械切屑去皮机结构如图2.2所示。在外罩内部装有由电机带动的转动工作盘。盘上均匀分布着6个长孔。长孔上布置着切屑刀片。其中切屑刀片相对长孔间隙可适当调解;工作盘上部的外罩上均匀分布着3块弹板。工作盘下部装有同主轴一同旋转的橡腔刮板。工作时块茎通过贮料室投入到工作室内。工作盘按一定速度旋转。在离心力、重力和摩擦力共同作用下,利用块茎相对于工作盘上刀片问的相对速度差将马铃薯的皮屑切去;同时,在离心力的作用下块茎被甩向四周。并不断滚动:而周围外罩上分布着几块弹板。将块茎撞离外周,且不断旋转滚动。因此。在刀片和弹板共同作用下马铃薯块茎被均匀地切去外皮,实现马铃薯去皮目的。 摩擦式机械去皮机结构如图2.3所示。以电机为动力,通过齿轮带动圆筒底部的磨盘旋转。磨盘上表面中间低、边缘高,呈波浪形。块茎加入圆筒内,因离心力和相互碰撞作用,在圆筒内上、下、左、右翻动,并不断地滚动;而圆筒上的弹板,将块茎弹回,在磨盘和弹板共同作用下马铃薯块茎被均匀地磨去外皮,实现马铃薯去皮的目的。去皮结束时加入清水,再打开侧门,块茎从侧门排出,皮屑随水流从磨盘的周围间隙排出。该机为间歇生产。本文以摩擦式机械去皮机为设计方案。1喷水管 2搅龙 3进料斗 4承槽 5溢流管 6机架 7变速箱图2.1 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2.2马铃薯切屑去皮机1 储料 口 2简盖 3插板 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2.3摩擦式马铃薯去皮机的整体结构2.2摩擦式马铃薯去皮机基本结构该机采用立式机型,主要包括工作圆筒,工作转盘,机架和传动部分,见上图2.3。2.2.1工作圆筒工作圆筒部分包括圆柱形工作筒和倒梯形集皮槽。它由不锈钢薄钢板卷焊而成(采用不锈钢是因为它具有良好的耐腐蚀性能承受一定的冲击载荷,具有较高的硬度和耐摩性,特别是对于此类食品加工设备,食品安全卫生状况最佳)。筒内壁为粗糙表面,以棕刚玉掺环氧树脂浇注、烘干而成。圆筒的侧壁开有带活门的出料口,物料块茎在离心力的作用下甩出来,碰在出料门的内壁上并改变方向,以便于物料的收集。出料口和排渣口的方位可根据接收容器的放置位置和方便操作来确定。2.2.2工作转盘工作转盘是物料去皮过程中产生机械作用的主要部件。根据马铃薯的生物学特性及物理特性,吸收手工去皮的基本原理,确定转盘的基本形状为圆盘形,转盘表面为中心向四周辐射的凸起波纹状。为增大物料和转盘的摩擦,用棕刚玉掺环氧树脂通过模型浇注在盘的顶面上,大概20mm厚,经烘干制成。亦具有一定的去皮作用。转盘下方设有随盘一起转动的挡水环,以防止清洗水进入轴承。图2.4轴上零件的装配分析。 1磨盘 2橡胶挡板 3轴 4齿轮图4.1轴上零件的装配分析2.2.3传动系统该传动系统采用V带一级传动。电机安装在机架上水,整机结构简单、紧凑。2.2.4其他工作圆筒下部设有排渣口,清洗水连同物料皮渣一起从这里排出。2.3工作原理以电机为动力,通过齿轮带动圆筒底部的磨盘旋转。磨盘上表面中间低、边缘高,呈波浪形。块茎加入圆筒内,因离心力和相互碰撞作用,在圆筒内上、下、左、右翻动,并不断地滚动;而圆筒上的弹板,将块茎弹回,在磨盘和弹板共同作用下马铃薯块茎被均匀地磨去外皮,实现马铃薯去皮的目的。去皮结束时加入清水,再打开侧门,块茎从侧门排出,皮屑随水流从磨盘的周围间隙排出。该机为间歇生产。当去皮机工作时,工作转盘旋转,物料由斗形进料口加入,物料落到旋转圆盘表面上的波纹凸起上时,受离心力的作用由工作圆盘的中心向外运动,同时被抛起向筒壁的粗糙表面并产生摩擦。物料不断的沿工作圆筒壁运动,上升到顶盖,又被顶盖挡回落入工作盘表面。物料在这样的往复运动过程中,被猛烈翻滚搅动,从而形成了与盘、筒壁及颗粒之间的以翻转、揉搓摩擦为主,撞击为辅的综合机械作用效果,从而达到去皮的目的。在摩擦去皮的同时,从进水孔注入清水,及时将擦下的皮通过转盘与筒壁的缝隙冲至排渣口排出机体。在不停机的情况下,打开出料口的活门,物料利用离心力从出料口卸出。卸料前应停止注水,以防止活门打开后从出料口溅出。第三章 马铃薯去皮机的参数确定3.1 物料在工作圆筒内的受力分析去皮机工作时,磨盘以一定的速度旋转,工作室内的土豆在离心力、重力和摩擦力共同作用下。利用土豆相对于工作磨盘间的相对速度差,将土豆的皮去掉。物料在转盘旋转时的受力情况如图3.1所示:图3.1 物料在擦皮机中的受力分析图设波纹角为,物料的速度为V。当转盘旋转时推动物料A运动。其运动方向垂直于波纹切线。V可以分解为V垂直和V水平,CB与转盘平面平行,可以看作是转盘圆周速度R,式中为角速度(1/s),R为转盘半径(m) =Vcos=RsincosSin2=2sincossincos=则=R(m/s)物料从垂直方向抛起的动能E垂直=mv2垂直=m()2=m2R2sin22(Nm)此动能应等于势能mgh即:m2R2sin22=mgh 2R2sin22=gh为了正常运转,抛高h一定要超过物料在工作圆筒内的厚度,才能使最低层的物料抛起与桶壁进行摩擦,所以用代替h,即2R2sin22=g又因为=,代入上式得()2 R2sin22= g化简得n=60(r/min) (1)角一般取20。30。为了正常运转,仅把物料抛起还不行,还要保证物料能抛向侧壁进行摩擦,抛向侧壁的力靠离心力为CC=(N)此离心力应大于波纹对物料的摩擦力T,才能使物料离开波纹抛向侧壁,摩擦力T=Gf(N) f为摩擦系数使CT,即 Gf n=n30(转/分) (2)在设计计算时,应取()、()两式中的大值作为转速值,设计所选择的n值。3.2工作转盘转速的确定收购马铃薯、胡萝卜等物料时,其包装以编织袋居多,每袋,工作时每次倒入两袋(以袋的整数倍为一次计量),下面以此确定整机的尺寸和转速。马铃薯、胡萝卜的容量根据资料查找,选取一般值kg/m,马铃薯、胡萝卜的长度一般取在mm-mm之间考虑,转盘半径应与物料长度有一定的可比性,再考虑整机结构以及外形尺寸。根据设计选定工作转盘半径mm,则物料的堆高,根据公式m可以估算出,物料的堆高值mm由()式可知,在小于。时,转速随的增大而降低,考虑转速不宜太高且能有较大的抛高,取。,则由()式计算转速最小值为nr/min。马铃薯、胡萝卜与磨料的摩擦系数为1.1-1.3,取f1.2由()式计算转速n=r/min取以上两者中的大值。但由于以上确定的转速仅适用于理想物料情况,实际工作中,由于物料之间的相互碰撞、摩擦和物料的弹性影响,物料在此转速下达不到计算高度,故n应适当放大结合考虑,故最终选定工作转盘转速nr/min3.3马铃薯去皮机功率的确定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;克服物料对工作圆筒壁摩擦力所需要的功率;转盘抛起物料所作的功率;传动机构因摩擦而消耗的功率以上功率分别以下公式计算 (W)式中处于圆筒内物料的摩擦力矩(Nm)=(Nm)式中 G物料重力(N)f摩擦系数(1.11.3)摩擦臂矩(m)CP物料与圆盘的平均相对角速度(1/s),采用最大角速度的1/2故 (W) 式中在离心力的作用下物料与侧壁的瞬时摩擦力矩 (Nm) (Nm)式中 物料圆周速度(m/s) 摩擦臂矩(=)(m) = (Nm)故(W) (W)式中s工作转盘表面波纹高度(m) k波纹的数量即传动损失,可用传动效率表示(=0.9)则消耗的总功率为:化简得 (W)结合上式根据经验公式,总功率可用以下式子进行估算()式中为转盘转矩(NM),为传动效率R为摩擦臂矩(m),0.4(为工作转盘直径)根据上式则可算出工作转盘转矩用近似值进行估算,达到生产要求所需的功率.,考虑到电动机效率及意外情况,取电动机功率为3.4整机主要参数指标型号JL-工作转盘直径mm转速r/min电动机(同步转速r/min)生产能力kg/h每次投料量kg每次去皮时间约为秒去皮得率去皮损耗率 清洗水耗量 t/h重量 kg第四章 主要零件的结构设计与计算4.1 V带轮结构设计计算由上述可知,电动机转速为r/min,额定功率,工作转盘转速为r/min,传动比=,电动机满载转速n=r/min,一天运转时间小于h。计算功率由机械设计书表8-6查得工作情况系数.故4.kw选取普通带带型根据,由图8-9确定为型窄带确定带轮基准直径由表8-3和表8-7取主动轮基准直径d=100mm根据式(8-15),从动轮基准直径d=d=500mm根据表8-7,取d500mm按式(8-13)验算带的速度3.8m/s35m/s故带的速度合适。确定普通带的基准长度和传动中心距根据0.7(d+ d)a2(d+ d)初步确定中心距amm根据式(8-20)计算所需的基准长度L2a+(d+ d)+=2262.5mm由表8-2选带的基准长度Ld=2240mm按式(8-21)计算实际中心距aa= a+=(500+)=489mm验算主动轮上的包角由式(8-6)得180-=180=133120(至少需要达到90)故可知主动轮的包角合适。计算普通带的根数由式(8-22)知由n=720r/min,d100mm,5,查表8-5c和表8-5d得1.2kw =0.12kw查表8-8得=0.87,查表8-2,得1.05则3.65取根(合适)计算预紧力由式(8-3)知500查表8-4得q=0.07kg/m,故N=272.18N计算作用在轴上的压轴力为了设计安装带轮的轴和轴承,必须确定传动作用在轴上的力由式(8-24)得2sin=2=1997(N)带轮结构设计设计带轮时应满足的要求有:质量小,结构工艺性好,无过大的铸造内应力;质量分布均匀,轮槽工作面要精细加工(表面粗糙度一般应为3.2),以减少带的磨损;各槽的尺寸和角度应保持一定的精度,以使载荷分布较为均匀等。带轮的材料选取的灰铸铁,结构为腹板式。见V带轮附图。42传动主轴的结构设计计算由于轴承的型号是根据轴端直径确定的,而且轴的结构设计是在初步计算轴径的基础上进行的,故初步计算轴的直径轴的直径可按照扭转强度法进行估算,即d=C P=3.5KW n=150r/min式中为轴传递的功率,kw;n为轴的转速,r/min;C为由轴的材料和受载情况确定的系数。轴用号钢材料,取。则经过计算=32mm输出轴的最小直径显然是安装带轮的直径,由于此传动主轴开有两个键槽,考虑到键槽对轴的强度的削弱,则32+32考虑到车螺纹,故取最小轴径d=55mm拟定轴上零件的装配方案本轴的零件的装配方案见装配图;轴的结构图见零件附图。根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度L段的轴段为了满足工作转盘的轴向定位要求,考虑反转螺帽的旋入深度,工作转盘的厚度,此轴段所车的螺纹长度为mm,总长Lmm,直径d=55mmL段的轴段此段安装有轴承,考虑工作圆筒内的集皮空间和机架的厚度,此轴段的总长(由于此处选用凸缘式轴承盖进行密封,则轴承盖连接螺钉直径选M10,数目6个)L100mm,直径d65mm L段的轴段此段主要是处于立式轴承座中,进行轴承的轴向固定起承载作用,故长度根据估算取L60mm d=74mm段的轴段此段的轴长主要是与大带轮发生联系,在其上安装有轴承,根据大带轮的带轮宽(1)=52mm,综合考虑取此处90mm,d=65mm段的轴段此段用来安装大带轮,由以上的大带轮宽度可取此处轴段长度52mm,d=55mm4.2.1轴上零件的周向定位工作圆筒和大带轮的周向定位均采用平键联接,按d=55mm由机械设计手册查得所选用的平键截面b (mm)(GB/T1095-1979),键槽用键槽铣刀加工,与工作转盘相连的键槽长取mm,也大带轮相连的键槽长取mm(标准键长见GB/T1096-1979),同时为了保证大带轮与轴配合有良好的对中性,故选择大带轮轮毂与轴的配合为H7/n6,滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的,此处选轴的直径尺寸公差是n6。4.2.2确定轴上圆角和倒角尺寸参考机械设计书,表15-2,取轴端倒角为。4.3滚动轴承的初步选择因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,故选用角接触球轴承,按照工作要求并根据d=65mm,由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组,标准精度级的角接触球轴承7213AC,其尺寸为,成对使用,安装在立式轴承座上。同时在驱动端安装一个膜片式弹簧圈对轴施加预载荷,所以可以保证主轴系统无游隙运动和高刚度,这样可以避免无载荷轴承在高速下可能出现的球打滑现象,球打滑可能会引起表面变粗糙,提高运转噪声。轴承的润滑:该滚动轴承采用脂润滑。润滑脂是增稠剂和基础油的混合物,可分为以下润滑脂类型:(1)由金属皂作为增稠剂与润滑油所构成的金属皂基润滑脂。(2)由无机胶凝剂式有机增稠剂与润滑油构成的非皂基润滑脂。(3)由有机式无机增稠剂与合成油构成的合成润滑脂。该轴承选用号钙基脂为润滑脂。该轴承为长寿命润滑脂润滑,润滑间隔为一年。第五章 主要零件的校核5.1滚动轴承的寿命计算在确定滚动轴承的支点位置时,应从手册中查取a值,对于7213AC型角接触球轴承,由手册查得a=25mm,因此作为外伸梁的轴的支撑跨距25+60+25=110mm求出轴承的径向载荷根据计算得出 则两者的方向相反又因为现以为计算滚动轴承来校核轴承寿命因为0.210.68 P=3649N则所选用的滚动轴承的寿命为对于球轴承而言3查表知7213AC型角接触球轴承的基本额定动载荷C51200N根据上式计算其寿命得出,满足工作要求又对所选角接触球轴承的静载荷进行讨论显然综合可知,所选的7213AC型角接触球轴承符合工作要求。5.2轴的计算和校核5.2.1作出轴的计算简图结合7213AC型角接触球轴承的计算数据,作出如下的轴的弯矩扭矩图5.1.2轴的强度校核计算根据轴的弯矩扭矩图可知其危险截面为轴承一所在支点处截面,根据轴的具体受载及应力情况,可知该轴为传动轴,主要承受扭矩。则按扭矩强度条件计算。考虑还受有不大的弯矩,则用降低许用扭矩切应力的方法予以考虑轴的扭矩强度条件为:式中:扭转切应力,单位为;轴所受的扭矩,单位为;轴的抗扭截面系数,单位为mm; n 轴的转速,单位为r/min; 轴传递的功率,单位为;d计算截面处轴的直径,单位为mm 许用扭转切应力,单位为此轴选用号钢,值为 之间。而通过对轴的计算,5.1 =8.5,故轴的扭转条件符合要求。5.1.3按弯扭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)的强度,由此轴的弯扭图可知,其危险截面为轴承一所在支点处截面,根据机械设计书中式(15-5)及上表中的数值,并取,轴的计算应力以选定的轴的材料是号钢,调制处理。由表15-1查得60 。故安全。5.1.4轴的扭转刚度校核计算轴的扭转变形用每米长的扭转角来表示式中:轴所受的扭矩,单位为轴的材料的剪切弹性模量,单位为,对于钢材,轴截面的极惯性矩,单位为mm,对于圆轴,阶梯轴受扭转作用的长度,单位为m.分别代表阶梯轴第段上所受的扭矩、长度和极惯性矩,单位同前阶梯轴受扭转作用的轴段数综合上式计算出;为轴每米长的允许扭转角,与轴的使用均合有关,对于一般的传动轴,可取;对于精密传动轴可取。对于精度要求不高的轴,可大于。显然对于本设计中所涉及的轴为一般的传动轴,符合扭转刚度要求。综上所述,设计的轴满足工作要求。总结随着食品工业的发展,食品深加工已越来越被世界重视,特别是快餐和方便食品的诞生,促使保鲜脱水蔬菜工业迅速发展起来。而综观国内食品加工产业相对落后。本设计就是针对马铃薯原料的加工需要,进行了马铃薯去皮的设计。美国是世界上最大的马铃薯生产国和出口国。该产业给美国带来了巨大的经济效益。近二十年来,继美国之后,德、法、荷兰、英、瑞士、丹麦、加拿大、日本等国家,也在致力于发展马铃薯食品加工业,从而使世界马铃薯食品加工业进入到当今兴旺发达的阶段。综观我国的马铃薯加工产业,虽然我国的马铃薯种植面积居世界第一,但却产生了我国有巨大马铃薯产量却需要巨额进口的强烈反差。一方面我国有着巨大的市场需求,另一方面又是严重不足的生产加工能力。随着经济的发展,我国事物消费结构也在发生巨大的变化,快餐和休闲食品的消费将快速增长,同时马铃薯的消费趋势也将呈现多样化,其衍生产品的工业需求正在迅速增加。从宏观上看,一方面加入WTO提供了巨大的发展机遇,另一方面还有着13亿人口的国内消费市场,可见马铃薯等果蔬原料的加工将焕发无穷的魅力也势在必行。本课题的提出就是基于上述的实际需要出发,尤其是考虑到任何一种形式的马铃薯原料加工,去皮都是其中一项必不可少且重要的操作环节。去皮效率的高低和安全卫生性将直接影响马铃薯原料加工的效益。针对这些特点所采取的设计方案不仅从实际产量要求出发,而且还结合经济最优化,以达到最低成本产生最大收益。本设计利用电动机为动力源,物料在圆筒形容器中,通过传动轴的作用,依靠带有磨料的工作转盘在中速或高速旋转中形成与工作转盘、筒壁及物料颗粒之间的翻转、揉搓摩擦为主,撞击为辅的综合机械作用效果从而达到去皮的目的。因此可知本课题的设计方案所依据的理论,证明是完全可行的。本课题的设计涉及到机械制造、机械设计、理论力学、材料力学、工程材料基础等多种学科的知识。主要内容包括马铃薯原料去皮机的结构设计、物料的受力分析、主要参数的选择确定、主要零件的校核及分析说明,有完整的理论阐述和设计计算,并附有大量的装配和零件图,更加直观的对整个设计加以论证。其中对果蔬原料去皮机的关键部件传动轴作了详细的力学分析和计算,并绘制出弯矩扭矩图,通过理论以及大量的计算阐述了传动轴结构的可行性和性能特点。同时工作圆筒的结构设计也是基于相应的理论依据、计算,大量文献资料的阅读,对出售相应机械产品公司的网上查阅了解所确定的。由上可知,本设计基本实现了马铃薯原料去皮机的去皮要求,是一种切实可行的设计方案。致谢这段时间以来,在导师周善炳的悉心指导下,这次毕业设计终于较为顺利地完成了。几个月的时间里,从课题的选定、资料的收集、课题的具体设计到论文的审定改进,周善炳老师都给与了极大的帮助,倾注了大量的心血;在周善炳老师的指导下,学生不仅开拓了思路、扩大了视野、丰富了知识面,还初步掌握了缝隙和处理具体实践问题的科学方法,为学生今后发展打下了坚实的基础。周善炳老师有着深厚的理论功底、宽广的知识面和丰富的实践经验,尤其值得学生学习的是周善炳老师那种在工作中严谨求实、精益求精的治学态度,对待学生严格要求、一丝不苟的负责精神,都将激励学生在以后工作学习中不断努力,这是学生在这段时间内的最大收获,在此谨向周善炳老师致以衷心的感谢和真诚的敬意。同时,由于本人才疏学浅,加之此次设计时间紧任务重,李少云、李建波等同学都给予了重要帮助。由于篇幅限制在此不再将他们一一列举,但是我对他们无私慷慨的帮助表示深深的谢意!此外,感谢我的父母,感谢他们这么多年来的养育之恩,是他们的辛勤工作才使我能顺利地完成学业。感谢父母在我受到挫折、打击时候的鼓励和支持!参考文献1杨炳南.马铃薯薯条加工及对策。农机与食品机械,1999, 2: 1-22王健.马铃薯加工利用前景广阔。农村经济与技术,1998 9: 42-443王秀芳.荷兰的马铃薯加工业。世界农业,1998 4: 22-244王景彬.试论国内外果树脱皮方法及设备。农牧与食品机械,1991, 2:22-235孔凡真.马铃薯产品开发大有可为。农业科技通讯,1998, 12: 28-306陈绍光.马铃薯化学去皮技术研究。湖南农业科学,1998, 4: 40-417陈芳,邓春岩.基于SolidWorks的土豆去皮机的三维设计.农机化研究.2006,11:126-1308罗迎社主编材料力学武汉理工大学出版社9唐增宝,何永然,刘安俊主编机械设计课程设计(第二版)华中科技大学出版社10蔡春源主编新编机械设计实用手册北京:学苑出版社,2002.311徐灏主编机械设计手册北京:机械工业出版社,1999.112周良德,朱泗芳等编著现代工程图学湖南科学技术出版社,2000.813施平主编机械工程专业英语教程电子工业出版社14成大先主编机械设计手册(第四卷第五版)化学工业出版社15 刘守江,张艳来.JL型马铃薯切屑去皮机的研制.农机化研究.1995,2:17-20
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