板栗去皮机设计-栗子去皮机【卧式绞龙输送机+刀辊】【三维SW】【8张cad图纸+说明书完整资料】

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(2)板栗去皮机工作性能分析。 (2) analysis of chestnut peeling machine performance. (3)电动机的选择。 (3) the choice of motor. (4)对板栗去皮机的传动系统、执行部件及机架设计。 (4) transmission system, execution unit and frame design of chestnut peeling machine. (5)对设计零件进行设计计算分析和校核。 (5) the design of parts of the design calculation and check. (6)绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。 (6) the assembly drawing and parts drawing assembly drawings and parts drawings design. 关键词：板栗去皮机，结构设计 Keywords: chestnut peeling machine, structure design 目录 摘要 II Abstract III 第1章 绪论 6 1.1课题研究的目的和意义 6 1.2板栗主要产品工艺 6 1.3传统板栗脱壳去衣技术 8 1.4板栗的加工现状 8 1.2研究内容 13 第2章 板栗去皮机总体参数的设计 14 2.1 板栗去皮机的工作原理 14 2.2 螺旋输送机设计参数的确定 14 2.3 螺旋输送机外形及尺寸 19 2.4 螺旋输送机外形长度组合及各节重量 19 2.5电动机选型计算 20 第3章 带传动的计算 23 3.1带传动设计 23 3.2选择带型 24 3.3确定带轮的基准直径并验证带速 25 3.4确定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角 26 3.5确定带的根数z 27 3.6确定带轮的结构和尺寸 27 3.7确定带的张紧装置 28 3.8主轴结构图 31 3.9主轴组件的验算 31 3.9.1支承的简化 31 3.9.2主轴的挠度 32 3.9.3主轴倾角 33 第4章 键的选择与校核 40 4.1带轮1上键的选择与校核 40 4.1.1键的选择 40 4.1.2键的校核 40 4.2带轮2上键的选择与校核 42 4.2.1键的选择 42 4.2.2键的校核 42 第5章 Solidwork虚拟样机设计 44 结论 46 参考文献 47 致谢 48 第1章 绪论 1.1课题研究的目的和意义 板栗富含维生素、胡萝卜素、氨基酸及铁、钙等微量元素，长期食用可达到养胃、健脾、补肾、养颜等保健功效。栗仁的蛋白质含量是香蕉的3倍，荔枝的4倍，为苹果的近40倍;含磷量是香蕉、荔枝的3倍，苹果的8倍、铁、核黄素和维生素的含量也高过一般硬果和水果类，足见栗子的营养十分丰富。板栗可以益气血、养胃、补肾、健肝脾；生食还有治疗腰腿酸疼、舒筋活络的功效。它所含高淀粉质可提供高热量，而钾有助维持正常心跳规律，纤维素则能强化肠道，保持排泄系统正常运作。由于板栗富含柔软的膳食纤维，糖尿病患者也可适量品尝。但板栗生吃难消化，熟食又易滞气，所以，一次不宜多食。最好在两餐之间把板栗当成零食，或做在饭菜里吃，而不是饭后大量吃，以免摄入过多的热量，不利于保持体重。中医学认为，栗性甘温，无毒，有健脾补肝，身壮骨的医疗作用。经常生食可治腰腿无力，果壳和树皮有收敛作用；鲜叶外用可治皮肤炎症；花能治疗瘰疡和腹泻，根治疝气。民间验方多用板栗，每日早晚各生食一至二枚，可治老年肾亏，小便弱频；生栗捣烂如泥，敷于患处，可治跌打损伤，筋骨肿痛，而且有止痛止血，吸收脓毒的作用。板栗含有大量淀粉、蛋白质、脂肪、B族维生素等多种营养素，素有“干果之王”的美称。能防治高血压病、冠心病、动脉硬化、骨质疏松等疾病。同时常吃对日久难愈的小儿口舌生疮和成人口腔溃疡有益。中医认为板栗能补脾健胃、补肾强筋、活血止血。对肾虚有良好的疗效，故又称为“肾之果”，特别是老年肾虚、大便溏泄更为适宜，经常食用有强身愈病。 1.2板栗主要产品工艺 1.2.1风味板栗研究了各种辅助配料对炒制板栗风味的影响,确定了炒制工艺参数。关键技术是炒制过程的温度程序控制。板栗预处理:选料→分级→去杂→清洗砂子预处理:砂子→洗净→过80目筛→炒热变黑备用风味配料:桂花、丁香、八角、甘草、食盐,按比例混合,待细沙预热后,放入炒锅或滚筒,炒2～3分钟,加上色配料:饴糖、菜油或棕榈油,投入板栗(温度设置高—中—低)、过筛、检验、包装。 1.2.2酥脆营养板栗脆片技术关键是护色和油炸温度、时间设置。护色液:0.25%Na2HS2O5、0.1%柠檬 酸、1%VC。配料:栗粉(大于50%)、玉米淀粉、Ca2Cl2、食用油、麦芽糊精、香料。 加工流程如下：选料→去壳漂烫→脱皮→切碎→护色液浸煮→加调料→拌匀→压片→成型→油炸→成品检验→包装(与适量苹果、香蕉脆片搭配)→成品 1.2.3速溶营养栗粉关键技术是膨化工艺参数(压力、温度)的确定。工艺流程如下：大豆粉、玉米淀粉、麦芽糊精、食盐、味精、蔗糖酯、香料↓荞麦粉→栗粉→微波干燥→粉碎→加工调匀(含水量<30%)→挤压膨化→干燥→磨粉→检验→包装→成品对此成品进行冷水、温水、沸水溶解试验,均取得满意效果。 1.2.4板栗果酱工艺流程原料→清洗，去皮精选→预蒸软化→磨浆→配料浓缩→装罐密封→杀菌→成品操作要求①栗子原料的清洗、去皮精选均同栗子全粉的操作。②精选后的栗果仁放入笼屉内用蒸汽加热5分钟左右，使其达到软化且果心呈粉质状为准。③软化后的栗仁转入不锈钢磨或石磨内，加约2倍的水进行磨浆。④浆体转入夹层锅内熬煮，不时加以搅拌，以确保受热均匀，浓缩接近折光计66%时，加入0.2%-0.3%的羧甲基纤维素钠、0.03环的山梨酸等充分搅匀。⑤酱体转入装填机内趁热装罐(80℃以上)，并立即密封。⑥采用常压灭菌对密封后的栗果酱进行灭菌，条件为100℃下30分钟，凉至38℃保温检验，无败坏变质者即可装箱入库。 1.2.5糖水板栗罐头工艺流程原料挑选→剥壳除内衣→护色修整→真空预煮→装罐→密封→杀菌→成品操作要求①选用新鲜良好，无病虫害、干枯、霉烂及风味异常的栗果。②装罐用的栗果，最好采用手工去皮，以避免机械去皮造成对栗果仁的损伤。剥壳的方法，一是爆裂法，将原料送入温度为150℃的链条式烘箱内，栗果因受热，皮壳自行爆裂;二是漂烫法，将原料在沸水中烫3分钟，趁热剥皮;三是手工生剥法，用不锈钢小刀细心将栗壳削除，避免伤及栗内。脱去外壳的栗果采用化学去内衣法，即将500~1000氢氧化钠溶液加热到近沸，倒入栗果，略做搅拌，几分钟后试剂腐蚀内衣，内衣与栗仁分离。③除净内衣的栗仁要立即转入一定浓度的酸溶液中，避免栗肉与空气接触发生氧化而变色，随即人工用不锈钢刀对残皮、栗肉斑点等进行修整，然后倒入流水中冲洗彻底。④漂洗干净的栗仁于680-720mmHg柱下预煮30-40分钟，以煮熟为宜，其目的在于保证颜色和栗仁完整不破碎。⑤预煮后的栗仁按颗粒大小均匀、色泽较一致的进行装罐，装量应为内容物的55%，注入事先配制好的含有柠檬酸和护色剂的糖液。⑥采用真空封 口或排气封口，前者是将真空封罐机抽到350-500mm汞柱时封口，后者则是加热排气，待罐中心温度达90℃时封口。⑦密封合格后立即杀菌，分段冷却后即得成品。 1.3传统板栗脱壳去衣技术 板栗外有坚硬致密的果壳,内有薄薄的红衣紧贴果肉,因此,剥壳去衣就成了板栗加工的首道工序。目前还没有成熟的板栗专用的剥壳机或去衣机。传统剥壳方式较多，在此介绍手工法、火烧法以及生剥和热剥。手工法是最早被使用的板栗脱壳方法，它借助于双手将坚硬的外壳剥离，再经过烫煮和手工搓揉将其内皮去掉。作为对手工法的改进，也有人先将板栗蒸煮、锅炒或烘烤，再手工脱壳，此法可称为热力手工法。这两种方法不但工序复杂，生产效率非常低，不卫生，无法进行规模化的工业生产，而且在烫、蒸煮过程中将造成栗仁营养成分损失，易氧化褐变，产品质最低劣。另外，手工脱壳成本较高，一个人l天最多只能处理10kg板栗。火烧法是先用液化气火焰在高温下将板栗外壳烧掉，然后对未烧尽的板栗进行挤压刮皮，使板栗的仁、衣分开，再将挤压刮皮后的壳、衣、仁混合物一起通过分离器，把栗仁分离出来；最后，将分离出的栗仁进行碾磨、清洗，得到清洁的栗仁。这种方法脱壳率很高，仇燃烧温度难以控制，很容易使板栗熟化，甚至焦化，故必须将处理后的栗仁的表面磨去，以获得干净整沽的外表，因此有一定程度的栗仁损耗。生剥法是在栗子的端部用特制的钢刀切除一小块果壳,切口不伤及果肉,然后用钢钳将其余的果壳剥除。热剥法是当板栗果壳在高温下自然开裂后, 借助于钢钳进行人工去壳。热剥法的具体方法有：①太阳下暴晒6-10h；②60-70℃下烘烤1-2h；③70-90℃下烘烤1-2h；④沸水（100℃）热烫3-5h；⑤60℃温水下料,在4-5h内升温至90℃；⑥150-180℃下烘烤20-25s。热处理的具体时间以果壳开裂为准。试验表明,用上述第三种方法剥壳的板栗果肉色泽好,生产效率高。第四种剥壳方法可降低果肉的破碎率,剥壳、去衣一次完成,效果较好。传统的去衣方法是用热碱法,先将去壳的板栗投入浓度6%-10%、温度90-95℃的烧碱溶液中（栗果与碱液比为1∶2）,浸泡2-3min后捞出,用清水冲洗后转入旋转式磨光机内磨去内衣,之后再用自来水充分冲洗后,再用2%-4%盐酸中和4-6min。这种方法的明显弊端是果肉明显褐变,也污染环境,所以目前已很少使用。将已去壳的栗果在95-100℃热水中烫漂数分钟,捞出趁热除衣是比较理想的去衣方法。烫漂液中可加人0.02%EDTA（乙二胺四乙酸二钠）、0.01%异抗坏血酸钠、1%食盐和0.1%柠檬酸,以达到护色的效果。 1.4板栗的加工现状 世界板栗加工历史悠久，其加工业尤以欧洲最为发达。意大利、法国、西班牙等国 每年生产大量品种繁多的栗加工品，供应国内外市场。在国外，板栗的消费方式呈多样化，如欧洲的栗子多加工成栗泥、栗乳、罐头、蜜饯、果汁等，亚洲许多国家也多将其加工成栗汁、栗粉、栗冰淇淋、盐水栗肉等。我国板栗利用的历史十分悠久。早在6000年前，我们的祖先就以采集野生板栗作为食物的补给。约2300年前，板栗已被列为名果。但是，我国板栗的加工业如今尚属起步阶段，加工品种少，产品质量不高，不能满足人们日益增长的消费需求。我国市场出售的板栗主要是以鲜食为主。最常见的消费方式是糖炒板栗、肉烧板栗，传统名菜为子鸡烧板栗。我国消费方式与板栗加工同世界发达国家相比尚有一定的差距。板栗在开花结果和采收去苞过程中，不可避免的会感染微生物，从而导致板栗极易腐烂变质，不耐贮藏。我国板栗每年因霉烂、虫害、失水和发芽而造成的损失达总产量的20%-30%，原料资源浪费极大。另外，我国每年板栗加工制品还不到总产量的30%，加工方式单一，并且有些加工产品多是低水平的重复，不能适应现代市场的需要，因此影响了板栗市场的发展，进而影响了板栗产业的发展。所以，板栗行业急需进一步研究开发新产品，向着多样化、方便快捷、美味优质方向发展，并努力开拓国内、国际市场，以谋求规模化发展。在板栗加工行业中，深加工产品均要对板栗进行脱壳去衣。板栗的脱壳去衣是其加工过程中的技术瓶颈，已成为发展板栗深加工的制约因素。因此，研究与发展板栗脱壳去衣方法，对提高板栗加工的生产效率， 推动板栗加工业的技术进步具有重要意义。 2机械式脱壳去衣法 2.1欧洲技术欧洲板栗脱壳去衣技术 主要以法国为代表，图2.1所示是法国具有代表性的机械式板栗脱壳去衣技术的工艺流程图，其采用的是先火烧后机械挤压脱去板栗外壳和红衣的方法，板栗由提升机9加入特制燃烧室8，在其中高温液化气火焰对板栗外壳进行短时间烧灼，然后板栗进入板栗挤压机对未烧尽外壳的板栗进行挤压刮壳，使板栗的仁、衣分开，接着板栗壳、仁、衣的混合物一起进入到分离器2，栗仁在此被分离出，最后分离出的栗仁由栗仁研磨机4进行碾磨、清洗，从而得到光洁的栗仁。这种板栗脱壳技术是机械式脱壳去衣技术中比较独特的技术，具有脱壳效率高，自动化程度高的优点。但是，整套设备的板栗损耗率较高，而且由于采用高温燃烧将板栗外壳、红衣先行去除的预加工法，而燃烧的温度较难控制，栗仁很容易熟化，甚至焦化，因此整套设备配备了栗仁研磨机4，将栗仁表面磨去以获得干净整洁的外表，有一定损耗。另外，挤压机在去除残余壳、衣时也很容易将部分熟化的栗仁挤碎，造成很大损耗。由于这套设备的技术相当复杂，价格十分昂贵，只适合大型的板栗精加工厂使用，因此不是机械式板栗脱壳去衣技术的发展方向。 2.2日本技术 日本技术主要是JP59-156275公开的技术，采用不加热干燥的常温机械剥壳原理，其结构如图2.2所示，先将鲜板栗用提升机7输送到脱壳机上方进入刮料机9，板栗在刮料机中被从一端推到另一端，这样在其下方的脱壳机的高速旋转辊刀6把板栗外壳切破，而高速击打钢片8则高速击打己被切破外壳的板栗，将板栗外壳打掉或打松。然后板栗进入旋转壳仁分离机10(结构见图2.3，在这里板栗被分配到一定大小的许多管子1内，压缩空气气流由管底高速冲入，让板栗在管子内高速旋转，壳随气流从管子的上端流出，进入垃圾回收器，板栗则在回转机构的推动下进入下部的板栗收集装置3，此时板栗只剩下红衣未脱去。最后带有红衣的板栗将进入到专门的板栗红衣脱皮装置(见图2.4)，这是一种采用高压蒸汽快速旋转脱去板栗红衣的旋转脱皮机，其工艺流程是板栗进入专门的种衣脱皮筒3，脱皮筒的内衬塑制层(上有脱皮用小突起)在高温高压蒸汽的推动下旋转，将板栗表面的红衣磨去。此装置为非连续工作机构，每批板栗在脱皮筒中停留60-90s，筒上盖和下盖在2的作用下打开，压缩空气冲入，脱去红衣的板栗靠自重落到传送带1上，而红衣则被压缩空气吹走。这套日本脱壳设备的设计将脱板栗的外壳与去红衣分开，由两组设备组成联合作业机组，提高了板栗的剥壳率，其栗仁破碎率较低。但是，此设备的板栗红衣去净率仍较低，一般需要增设专门的红衣二次去除设备。另外，这种机组结构复杂，对部件的制造精度要求高。因此，整套设备的价格昂贵，其出口型价格高达十几万美元，不适合在我国推广使用。 2.3国内技术 我国板栗机械式脱壳去衣技术研究起步较晚，但发展较快，而且吸收了欧洲日本先进技术的优点，发展出了适合我国国情的脱壳机，其中已获得发明专利就有十几项，以下举出几种最有代表性的机械。 2.3.1广东板栗剥壳设备 广东省农机研究所研制开发的这种设备主要面向栗子粉、栗子酱和栗子露等对栗仁完整性要求较低，而且不需要将板栗红衣完全脱掉的加工场合。其结构原理(见图2.5)是采用直接机械钩削(切削)撕脱板栗外壳的剥壳原理，将带齿钩的组合刀具4镶入剥壳刀盘6中，工作时通过剥壳刀盘的高速转动，使板栗在剥壳刀盘内自由翻滚钩削撕扯，将板栗壳钩碎撕脱达到剥壳的目的。撕脱式板栗剥壳机的工作部件是由剥壳刀盘6和组合刀具4组成的，并且采用双刀盘、双工位剥壳形式，剥壳刀盘用铸铝合金材料制成，其上均布8组组合刀具和2块抛料板。抛料板是为使盘内的板栗剥壳均匀而设置的，为使不同品种、大小的板栗均能剥壳，并降低破碎率，还可通过调整刀具到盘面的高度、剥壳刀盘的转速(变频调速)及剥壳时间来实现。这种设备的缺点是适用范围窄，加工能力低，因此仅仅应用于小工厂的板栗加工生产上，没有广泛推广价值。 2.3.2云南林业科学院新型板栗脱皮机 这是云南省林业科学院开发的一种独具一格的新型板栗脱皮机(见图2.6)该机有一可转动的水平刀盘11，其上是一带有螺旋导向槽19的导向盘7和进料斗8，刀盘上有放射布置的刀片10和排渣槽，其外缘还设有带柔性摩擦物的内、外摩擦筒。该机的工作原理十分简单，与工业用刨床的原理基本相同，工作时由电机巧带动刀盘11高速旋转，同时板栗自进料斗8落到刀盘中部，因离心力的作用，板栗在水平导向盘7上螺旋导向槽的引导下由刀盘中部向外缘滚动推进，板栗在不断滚动向前的过程中，高速旋转的刀片10与滚动的板栗存在同向速度差，从刀片刨削板栗(刨削量在0.2-O.Smm之间)，因板栗沿螺旋导向槽19不断翻滚滚动，板栗周身都受到刨削，经刨削后的板栗自刀盘边缘抛出后落入内摩擦筒5和外摩擦筒之间，在重力和高速转动的柔性摩擦物4的作用下，自上而下作螺旋运动，摩擦物将栗仁上的残余红衣进一步清除。此脱壳机与传统的脱壳机原理有所不同，采用刨切原理，使得加工效率提高，可连续作业，板栗外壳红衣脱尽率)80，栗仁破损率<20。但是，由于机械结构决定该机不能大型化，而且加工后的碎屑不易排出，影响加工能力。因此，仍存在加工能力差，仅适用于中小板栗加工企业使用的缺点。 2.3.3辽宁板栗脱皮机 如图2.7所示，这是一种比较有特点的脱除板栗外壳及红衣的脱皮装置，其结构组成包括进料斗1、滚筒机构2、出料流道3、壳仁分离机构4、支撑架体5、滚筒6和风机7,其中脱皮工作部分为表面制有统一引向出料流道的斜向滚牙的滚筒(结构见图2.7)。由于采用滚动挤压原理进行脱壳去种衣，因此板栗须先进行干燥处理，使板栗的含水量降到5%-10%，然后再进入脱壳机进行处理，这样处理的原因是板栗干燥后，外皮脆硬，栗仁缩水变坚硬与红衣相脱离，为脱皮机进行脱皮处理创造了条件。脱皮时滚筒上的滚牙，对脱水干燥后的板栗进行滚动挤压，使其外壳和红衣破碎，然后在风机的吹动下将壳仁分离开来。该机的特点是脱皮效率高，而且可一次性脱除板栗外壳和红衣，但是由于脱壳采用滚动挤压式，且工作空间较小，很容易引起阻塞，影响机器的正常运转，不适合连续加工。 3.优化设计 脱壳去衣机是板栗脱壳设备的核心部分，在机械式板栗脱壳设备中，有些采用的是同时脱去板栗外壳与红衣的技术，如欧洲的挤压刮壳去衣技术以及中国农机院的板栗加工成套设备中的剥壳去衣技术;有些则是将脱外壳与去红衣分开进行，如日本的技术中由高速辊刀和高速击打钢片脱去板栗外壳，而由专门的红衣脱皮装置脱去红衣;还有一些只是将板栗外壳脱去，并没有脱去栗仁上的红衣，如广东的板栗剥壳设备。无论是从设备的实用性，还是从设备的成本考虑，采用同时脱壳去衣技术的设备都优于另外两种技术形式，因为其具有可以单机操作，无须其他中间环节，一次性脱去板栗外壳与红衣的优点。因此，在考虑板栗脱壳去衣设备的技术时首选这种加工形式。 3.1机械形式的优化设计 机械式板栗脱壳去衣设备的机械形式可分为三种形式，第一种就是采用刀具将板栗外壳、红衣切掉，也是目前国内外普遍采用的技术形式。比较有代表性的是日本设备采用了高速辊刀和击打钢片，国内的如广东和云南的设备则是采用了旋转刀盘，以及福建设备采用的是纵向切刀。这种形式的主要特点是技术要求较低，脱壳去衣率高，但缺点是栗仁上容易产生刀伤，影响栗仁成品品质。第二种机械形式是采用板栗的高速滚擦碰撞将板栗外壳、红衣去除，主要以国内北京林业大学研制的设备为代表。由于这种形式技术要求较高，脱壳去衣率较低，因此国内外较少采用。另外一种形式是采用揉搓或挤压将板栗外壳、红衣去掉，法国设备采用的就是挤压刮壳的形式，而国内具有代表性的中国农机院研制的设备也是采用揉搓形式。但是相对前两种形式，这种脱壳去衣形式的栗仁破碎率、损耗率较高，脱壳去衣率也较低，只是其完整脱出的栗仁损伤较少，外观较好。从以上三种脱壳去衣形式的比较可以看出，第一种由于实用性好，较为适合我国国情，只要采用相应措施减少栗仁上的刀伤，其应用前景较为广阔。因此，本次脱壳去衣机的脱壳去衣机械形式选用刀具切削、机械滚打形式。具体结构形式参考日本技术的结构形式，工作部分采用下位式高速旋转切削刀辊以及高速旋转滚打器，板栗的推料装置则采用的是螺旋推料装置，其结构示意见图3.1。 3.2工作部分结构优化设计 机械式板栗脱壳去衣机的工作部分，即下位式高速旋转切削刀辊、高速旋转滚打器的结构形式以及与螺旋推料器的配合形式的设计将直接影响板栗的脱壳去衣效果。因此，工作部分的结构优化设计在整个设计开发中就十分重要。方案Ⅰ:参考日本板栗脱壳技术以及中国农机院板栗划口机的结构形式，采用刮料输送器配合单轴下位式高速旋转切削刀辊、高速旋转滚打器的结构形式，具体结构见图3.2。方案分析:方案Ⅰ的刮料输送器结构笨重，能耗较大，而且其矩形刮板结构直接导致了与单轴下位式高速旋转切削刀辊和高速旋转滚打器的配合不合理，使刀辊和滚打器得不到充分的利用(图3.2所示)，因此生产效率较低。方案Ⅱ:将方案Ⅰ中的刮料器换为螺旋推料器，而刀辊与滚打器采用双平行反向旋转长轴结构，结构形式如图3.3所示。方案分析:方案Ⅱ是方案工的改进形式，使其结构上更合理，效率更高。首先，将方案工中的刮料输送器改为螺旋推料器，后者的结构简单合理，能耗较少;其次，原来的单轴下位式高速旋转切削刀辊、高速旋转滚打器结构改为双平行长轴式结构，此双轴结构更好的与螺旋推料器的螺旋页的圆形外轮廓配合(图3.3所示)，充分利用推料器内的空间，提高生产效率;另外，双平行轴反向旋转的设计也解决了方案工中的板栗切削不均匀，破壳不完全的缺点。从方案Ⅰ与方案Ⅱ的分析对比中可以看出，方案Ⅱ的结构合理，空间及能源利用率高，板栗脱壳去衣的效果也较方案Ⅰ好，因此本设计的机械式板栗脱壳去衣机的工作部分采用方案Ⅱ。本文是以新型板栗脱壳技术与机械为研究对象，就现有的板栗脱壳去衣技术设备进行了较为全面的调查研究，对各种板栗脱壳去衣术工艺流程和设备结构进行分析比较，并以此为基础提出了一些新型板栗脱壳去衣工艺流程和设备的优化设计。在板栗脱壳去衣设备方面，本文完成了新型板栗脱壳去衣机的结构优化设计，其中主要是对核心工作部分的结构以及刀具、滚打器的优化设计，为进一步完成新的脱壳机械设备提供了基础。 1.2研究内容 （1）板栗去皮机的需求分析。 （2）板栗去皮机的总体结构设计。 （3）确定板栗去皮机的结构参数，设计主要零部件并进行强度计算。 （4）绘制主要零件图和装配图。 （5）整理并组织相关材料，完成设计图及设计说明书的撰写。 第 48 页 共 48 页 第2章 板栗去皮机总体参数的设计 2.1 板栗去皮机的工作原理 螺旋输送机利用带有螺旋叶片的螺旋轴的旋转，使物料产生沿螺旋面的相对运动，物料受到料槽或输送管壁的摩擦力作用不与螺旋一起旋转，从而将物料轴向推进，实现物料的输送。在水平螺旋输送机中，料槽的摩擦力是由物料自身重力引起的；而在垂直螺旋输送机中，输送管壁的摩擦力主要是由物料旋转离心力所引起的。本次脱壳去衣机的脱壳去衣机械形式选用刀具切削、机械滚打形式。具体结构形式参考日本技术的结构形式，工作部分采用下位式高速旋转切削刀辊以及高速旋转滚打器，板栗的推料装置则采用的是螺旋推料装置，工作部分结构优化设计机械式板栗脱壳去衣机的工作部分，即下位式高速旋转切削刀辊、高速旋转滚打器的结构形式以及与螺旋推料器的配合形式的设计将直接影响板栗的脱壳去衣效果。因此，工作部分的结构优化设计在整个设计开发中就十分重要。 2.2 螺旋输送机设计参数的确定 1. 螺旋输送机设计参数的确定 Ⅰ原始资料 输送物料板栗，粉状磨琢性较大，其生产量为Q=15t/h。物料松散密度为=0.85t/m 表3—1 螺旋输送机内物料 物料名称 粉煤 松散密度 0.6 填充系数 0.4 物料阻力系数 12 Ⅱ螺旋叶片直径 螺旋直径可初步按下式计算： 〔3-1〕 式中 ——输送能力，t/h； ——物料特性系数， ——填充系数， ——倾斜系数， 查表得 K=0.0415 =0.35 =1.0。将以上数据代入公式计算得 =0.2m。 〔3-2〕 螺旋直径应圆整到标准系列，标准系列为：0.100，0.125，0.160，0.200，0.250，0.315，0.400，0.500，0.630，0.800，1.00，1.25 。 Ⅲ 螺旋轴螺距 螺距不仅决定着螺旋的升角，还决定着在一定填充系数下物料运行的滑移面，所以螺距的大小直接影响着物料输送过程。 要考虑螺旋面与物料的摩擦关系以及速度各分量间的适当分布关系两个条件，来确定最合理的螺距尺寸。 通常可按下式计算螺距: 〔3-3〕 对于标准的螺旋输送机，k值一般取为0.8～1。当倾斜布置或输送物料流动性较差时，:当水平布置，可取k值等于0.8～1. 故取 k=0.8 那么螺距为s=0.160。 Ⅳ 螺旋轴直径 螺旋轴径的大小与螺距有关，因为两者共同决定了螺旋叶片的升角，也就决定了物料的滑移方向及速度分布，所以应从考虑螺旋面与物料的摩擦关系以及速度各分量的适当分布来确定最合理的轴径与螺距之间的关系。 经综合分析可得螺旋轴直径d=200mm。 Ⅴ 螺旋轴转速 由于螺旋输送机属于小型的连续输送设备，结构简单。在输送物料的时候，对于螺旋轴径所占据的截面，对输送能力有一定的影响。所以在输送能力计算时不能忽略轴径所占的截面: 转/分 〔3-4〕 式中，D一螺旋直径(m)，A-物料综合特性系数。 计算可得：极限转速=170（）。圆整为下列转速：20、30、35、45、60、75、90、120、150、190。 校核填充系数 〔3-5〕 由于校核得到的值低于推荐数值0.35~0.45，所以螺旋轴转数可降低一级以提高其使用寿命，n=150转/分，所以 此值正好在推荐的范围之内，所以计算结果取D=200mm，n=150转/分 Ⅵ 传动功率 螺旋输送机的驱动功率，是用于克服在物料输送过程中的各种阻力所消耗的能量，主要包括以下几个部分： ①使被运物料提升高度H(水平或倾斜)所需的能量: ②被运物料对料槽壁和螺旋面的摩擦所引起的能量消耗; ③物料内部颗粒间的相互摩擦引起的能量消耗; ④物料沿料槽运动造成在止推轴承处的摩擦引起的能量消耗; ⑤中间轴承和末端轴承处的摩擦引起的能量消耗。 从另外的角度，可以这样分:物料与料槽间摩擦消耗的功率;物料与螺旋叶片间摩擦消耗的功率;轴承处摩擦消耗的功率;提升物料及物料颗粒间相互运动消耗的功率。 这样 ，螺旋输送机的电动机驱动功率，就由机构运动过程中所产生的阻力来决定的。阻力主要由以下几个部分组成： (1) 物料与料槽之间的磨擦力阻力: (2) 物料对螺旋的摩擦阻力; (3) 物料倾斜向上输送时的阻力; (4 )物料悬挂轴承下的堆积阻力; (5) 物料被搅拌所产生的阻力; (6) 轴承的摩擦阻力; 在计算功率的时候，为简便起见，可以总结螺旋输送机功率为：总的轴功率应包括物料运行需要功率 ，空载运转所需功率 ，以及由于倾斜引起的附加功率 ,三个部分，且： ； 〔3-6〕 〔3-7〕 〔3-8〕 式中 ， ——生产能力(t/h), ——输送距离(m)， ——倾斜高度(m)， ——螺旋外径(m)， ——物料运行阻力系数。 已知：=15t/h =12m =0m =0.20 =1.2，将数据带入公式计算得：=0.5886；=0.120；=0。 所以，P0=P1+P2+P3=0.7086KW 电动机的驱动功率按下式计算： = 〔3-9〕 式中：——功率备用系数，根据满足起动的要求及电动机的启动能力值在1.2～1.4范围内选取。 ——驱动装置总传动效率，对于圆柱齿轮减速器可取0.85～0.9。取=1.2，=0.85，带入公式计算得：=1.00。 由于采用浮动联轴器将驱动装置与螺旋轴直接相连，在其轴上下部存在有悬臂负荷，故只需校验千瓦转速比。 〔3-10〕 查得螺旋轴直径为200的千瓦转速比为0.30，上式得出的值远小于0.30，故是安全的。 Ⅶ 实体式螺旋叶片的展开尺寸 将一个螺距的标准型实体式螺旋面展开，其下料尺寸为： 〔3-11〕 〔3-12〕 〔3-13〕 式中：——螺旋轴直径，； ——螺旋面展开图圆环内径，； ——螺旋面展开图圆环外径，； ——展开圆环切除部分的周心角，。 图3—1 实体式螺旋叶片的展开图 螺旋叶片的厚度可根据物料性质和螺旋直径按下表选取： 表3-2 螺旋叶片厚度 输送 物料 mm 粉煤 D=200-300mm 4-5 故取螺旋叶片厚度=4.5mm。 Ⅷ 螺旋轴的连接 螺旋轴一般由2m～4m的各个节段连接而成，以利于制造与装配。螺旋轴的连接要求要求结构简单紧凑，便于安装和更换。图示为管形螺旋轴常用的一种连接方式，各个节段利用内衬套和圆轴节段通过穿透螺栓加以连接，其中圆轴节段刚好可以作为中间悬置轴承和端部轴承的轴颈。 图3—2 管形螺旋轴各节段的连接 1——管形螺旋轴；2——螺旋叶片；3——螺栓；4——内衬套；5——圆轴节段 2.3 螺旋输送机外形及尺寸 LS型螺旋输送机外形尺寸如下表： 表3-3 螺旋叶片厚度 规格型号 F E W G Q Y N K LS200 2500 2500 2500 2480 2500 2640 2000 2000 225 180 112 180 R S Z O H V J e P T d h 225 180 60 320 160 200 14 280 60 212 40 82 12 经过计算我们选择LS200型螺旋输送机，其外形尺寸：F=2500，E=2500，W=2500，=2480，l1=2500mm，l3=2640，，，Q=225mm，N=112mm，K=180mm，R=225mm，S=180mm，Z=60mm，O=320mm，H=160mm，V=200m，J=14mm，e=280mm，，T=212mm，d=40mm，，b=12mm。 2.4 螺旋输送机外形长度组合及各节重量 ⅠLS200螺旋输送机长度组合如下表： 表3-4 螺旋输送机长度组合 螺旋输送机长度（m） 头节（m） L=2.5m 中 间 节（m） 尾节（m） L=2.5 L=2.5 L=2 L=1.5 12 1 2 1 0 1 Ⅱ LS200螺旋输送机各节重量组合如下表： 表3-5 螺旋输送机重量组合 螺旋直径 螺旋节规格 重量（kg） S制法 D制法 200 头节 L=2500 L=2000 L=1500 142.7 122.9 103.2 142.1 131.8 102.6 中间节 L=2500 L=2000 L=1500 111.4 91.6 73.7 110.8 90.4 71.3 尾节 L=2500 L=2000 L=1500 140.9 120.1 100.4 139.8 110.6 100.4 2.5电动机选型计算 由于带在传动过程中，存在着功率的损失，查《机械设计课程设计手册》可得， 为V带的效率,为第一、二对轴承的效率，为联轴器的效率。 则电机所需功率为P=6.5160.876=7.436KW 查《机械设计课程设计手册》得： 选择，其铭牌如下表2-1： 表2-1Y系列三相异步电动机 电动机型号 额定功率KW 满载转速r/min 堵转转矩/额定转矩 最大转矩/额定转矩 质量Kg 　Y132M-4 　7.5 同步转速1500r/min,4级 1440 2.2 2.2 　81 （a） （b） 图2-14电动机的安装及外形尺寸示意图 表2-2电动机的安装技术参数 中心高/mm 外型尺寸/mm L×（AC/2+AD）×HD 底脚安装 尺寸A×B 地脚螺栓孔直径K 轴伸尺 寸D×E 装键部位 尺寸F×GD 132 515×345×315 216×178 12 38×80 10×43 第3章 带传动的计算 3.1带传动设计 输出功率P=7.5kW,转速n1=1440r/min,n2=500r/min 表3-1工作情况系数 工作机 原动机 ⅰ类 ⅱ类 一天工作时间/h 10~16 10~16 载荷 平稳 液体搅拌机；离心式水泵；通风机和鼓风机（）；离心式压缩机；轻型运输机 1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3 载荷 变动小 带式运输机（运送砂石、谷物），通风机（）；发电机；旋转式水泵；金属切削机床；剪床；压力机；印刷机；振动筛 1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4 载荷 变动较大 螺旋式运输机；斗式上料机；往复式水泵和压缩机；锻锤；磨粉机；锯木机和木工机械；纺织机械 1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.6 载荷 变动很大 破碎机（旋转式、颚式等）；球磨机；棒磨机；起重机；挖掘机；橡胶辊压机 1.3 1.4 1.5 1.5 1.6 1.8 根据V带的载荷平稳，两班工作制（16小时），查《机械设计》P296表4， 取KA＝1.1。即 3.2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n1按《机械设计》P297图13－11选取。 图3-1带型图 根据算出的Pd＝8.25kW及小带轮转速n1＝1440r/min，查图得：dd=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《机械设计》P298表13－7查得，小带轮基准直径为80～100mm 则取dd1=90mm>ddmin.=75mm（dd1根据P295表13-4查得） 表3-2V带带轮最小基准直径 槽型 Y Z A B C D E 20 50 75 125 200 355 500 由《机械设计》P295表13-4查“V带轮的基准直径”，得=250mm ① 误差验算传动比：（为弹性滑动率） 误差符合要求 ②带速 满足5m/s300mm，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，上面已得到=153.36o，z=4，则 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。装在轴上的筒形部分称为轮毂，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一整体。 表3-5普通V带轮的轮槽尺寸（摘自GB/T13575.1-92） 项目 符号 槽型 Y Z A B C D E 基准宽度 bp 5.3 8.5 11.0 14.0 19.0 27.0 32.0 基准线上槽深 hamin 1.6 2.0 2.75 3.5 4.8 8.1 9.6 基准线下槽深 hfmin 4.7 7.0 8.7 10.8 14.3 19.9 23.4 槽间距 e 8±0.3 12±0.3 15±0.3 19±0.4 25.5±0.5 37±0.6 44.5±0.7 第一槽对称面至端面的距离 fmin 6 7 9 11.5 16 23 28 最小轮缘厚 5 5.5 6 7.5 10 12 15 带轮宽 B B=(z-1)e+2fz—轮槽数 外径 da 轮槽角 32° 对应的基准直径dd ≤60 - - - - - - 34° - ≤80 ≤118 ≤190 ≤315 - - 36° 60 - - - - ≤475 ≤600 38° - ＞80 ＞118 ＞190 ＞315 ＞475 ＞600 极限偏差 ±1 ±0.5 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。 （a）（b）（c）（d） 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，与一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。当载荷一定时，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—主轴前端受力。此处，F=F=1213.1N l—A、B之间的距离。此处，l=a=12cm 图4-10固定端梁在载荷作用下的变形 E—主轴材料的弹性模量。45钢的E=2.1×10N/cm I—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， I=。此处，D=35 故可计算出，主轴端部的最大挠度： =-1.87×10mm 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， F—主轴前端受力。此处，F=F·z=1213.1N l—A、B之间的距离。此处，l=a=12cm E—主轴材料的弹性模量。45钢的E=2.1×10N/cm I—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， I=。此处，D==133 故可计算出，主轴倾角为： =-2.3×10rad 查《特殊磨头设计》第一册中机械部分的第670页，可知： 当 x≤0.0002Lmm ≤0.001rad 时，刚性主轴的刚度满足要求。 此处的x，即为最大挠度和最大倾角，L为主轴支承跨距。 将已知数据和代入，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 ＝500 而F＝＝＝8926.93N F＝F＝＝3356.64N F＝Ftan＝4348.16×＝2315.31N 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，取，于是得 ＝112×＝60.36 （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＝90mm由课本表6-1查得平键截面b×h＝25mm×14mm，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，半联轴器与轴的连接，选用平键为20mm×12mm×90mm，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 参考课本表15-2，取轴左端倒角为2×，右端倒角为2.5×。各轴肩处的圆角半径为:Ⅱ处为R2，其余为R2.5。 4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＝57.1+71.6＝128.7mm。根据轴的计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： ＝57.1+71.6＝128.7mm ＝＝＝4966.34N ＝＝＝3960.59N ＝＝＝2676.96N ＝＝3356.64-2676.96＝679.68N ＝＝4966.34×57.1＝283578.014 ＝＝2676.96×57.1＝152854.416 ＝＝679.68×71.6＝48665.09 ＝＝＝322150.53 ＝＝＝287723.45 表4-2低速轴设计受力参数 载荷 水平面H 垂直面V 支反力 ＝4966.34N，＝3960.59N ＝2676.96N，＝679.68N 弯矩M ＝283578.014 ＝152854.416 ＝48665.09 总弯矩 ＝322150.53,＝287723.45 扭矩T 1410990 5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。根据课本式(15-5)及表7.2中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取＝0.6，轴的计算应力 ＝＝MPa＝12.4MPa 前已选轴材料为45钢，调质处理，查课本表15-1得[]＝6