手摇莲子剥壳机设计说明书.wps
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1、0 JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY本 科 毕 业 论 文(设 计)本 科 毕 业 论 文(设 计)题目:莲子剥壳机设计 莲子剥壳机设计 学 院:工学院 学 院:工学院 姓 名:朱晓翔姓 名:朱晓翔 学 号:20101168学 号:20101168 专 业:机械设计制造及其自动化专 业:机械设计制造及其自动化 年 级:2010 级年 级:2010 级 指导教师:曾一凡 职 称:副教授 指导教师:曾一凡 职 称:副教授 二 0 一四二 0 一四 年年 五五 月月1摘 要摘 要 针对我国现有莲子剥壳机存在效率低、破碎率高、通用性和运行稳定性差等现状,根据莲子结构特点和
2、莲壳特性,设计了一种轻便、灵活的莲子剥壳机。如今我国各地方生产莲子以小户莲农居多,一个熟练的莲农,采用传统的莲子割壳方法,从早到晚可割壳莲 5Kg。这种既费体力,又费时间的方法使得许多莲农很是犯愁,考虑到莲农的经济情况和生活情况,我设计了这款利于广大莲农的剥壳机。该机采用了具有弹性的导向凹槽和带专用刀片的活动刀板,对莲子的割壳可达到无碎子、不伤果肉的效果,效率高,而且结构简单,使用方便,造价低,易于推广,可满足相关的生产需要。关键词关键词:莲子;剥壳机;设计2Abstract Aiming at the low efficiency,high crushing rate,versatility
3、 and low stability in our existing lotus seed sheller,according to the structural characteristics and properties of lotus lotus shell,a lightweight,flexible lotus seed sheller design.Now the production of our country each district to small lotus lian nong majority,a skilled lian nong,using the tradi
4、tional lotus seed cut shell method,from morning to night can cut shell lotus 5Kg.This is exhausting,method and time consuming so many lian nong is very anxious,taking into account the economic situation and living conditions lian nong,I designed this to the vast lian nong sheller.This machine adopts
5、 the guide groove with elastic and movable cutting board with special blade,to cut lotus seed can be achieved without breaking,not to hurt the flesh effect,high efficiency,and has the advantages of simple structure,convenient use,low cost,easy popularization,and can meet the need of production relat
6、ed.Keywords:lotus seed shelling machine;design3目 录目 录第一章 绪论1 1.1 莲子剥壳传统工艺方法.11.2 莲子剥壳机械加工方法及现状.11.3 设计任务及要求.3第二章 莲子剥壳机总体设计3 2.1 莲子几何特征及其力学特性.3 2.2 剥壳机的机架材质选取.42.3 剥壳机的基本结构设计.52.4 剥壳机的工作原理.6第三章 莲子剥壳机工作部件设计6 3.1 进给料斗的设计6 3.2 轮盘的结构设计.73.3 传动轴的设计.83.3.1 轴的材料选取93.3.2 轴的最小径计算93.3.3 轴径与轴长93.3.4 轴的强度校核93.4
7、导向凹槽的设计.103.5 切割组件的结构设计11 3.5.1 刀架板的结构设计 11 3.5.2 弹簧的选取12 3.5.3 切割刀片的选取设计13第四章 设计总结14 4.1 结论综述.14 4.2 存在的不足.14 4.3 莲子剥壳机的技术发展趋势.15参考文献.17致谢184第一章 绪论第一章 绪论1.1 莲子剥壳传统工艺方法1.1 莲子剥壳传统工艺方法莲子按加工方法可分为硬壳莲加工成肉莲和鲜莲加工成通心白莲两种。(1)硬壳莲手工加工方法:用一把镰刀和一个直径 20-25cm 高 30-40cm 的木墩,手捏壳莲的一端,用镰刀在 2/5 处割 2-3 刀一撇,掉头仍在 2/5 出用同样
8、的方法割一刀,最后将剩下壳环带,割一刀一撇,即完成一颗壳莲的加工。一个熟练的劳动者,从早到晚可砍壳莲 5Kg。这种加工方法原在湖北、湖南省普遍应用。用三把小尖刀装在一个圆钢管内,刃口形成锥体空间,在壳莲两端,用小刀片先挤切,后扭剥脱壳,这种加工方法在湖南和湖北省荆州地区多用。广东省中山县为港商加工泰国硬壳莲是将壳莲的一端放在一个特制的螺母上,用一个皮带冲子一敲,挤切剥壳。上海市外贸在江苏一个加工站是用一把特制剪刀,剪切剥壳。(2)通心白莲手工加工方法:将鲜莲外壳用小刀切开剥壳,用手搓去表内皮,再用1.5mm 钢针通心,当天晒干,遇阴天用木炭烘干,即成通心白莲。1.2 莲子剥壳机械加工方法及现状
9、1.2 莲子剥壳机械加工方法及现状我国研究莲子剥壳机从 20 世纪 60 年代就已经开始,湖南省农机所率先于1981 年开始对莲子剥壳机进行了试验研究,并于 1983 年 6 月鉴定且小批生产了6BR-1 型莲子剥壳机。与些同时,一些院校和科研单位也开始理论研究、实施试验、编写教程。直到 20 世纪 80 年代,莲子剥壳机在我国还处于孕育期。从 20世纪 90 年代开始,许多单位研制了多种莲子剥壳机,型号达 10 多种,申报的有关专利有 51 项。按照剥壳机的剥壳原理,归纳起来主要有以下几种形式。1.2.1 挤压式莲子剥壳机挤压式莲子剥壳机最早的模型为双辊式莲子剥壳设备。设备中一辊为带有橡胶层
10、的旋转圆柱体,另一与之相对转动的辊上带有三角形刀刃的多个盘形圆片组成。使莲子通过两辊的中缝时,切开莲壳。然而几经实验,莲子仅被刀刃划破了部分外壳。由于在两辊之间的加工区较短,莲子不可能在其中滚上一两圈,因而使莲壳的切破率大大降低。浙江大学的郑传祥教授,对于前人提出的挤压式莲子剥壳机原理进行了进一步的改进,从而在此基础上设计了一种更能适应生产实际的高效莲子剥壳机。完善了挤压式的双辊技术。利用高速刀具对莲子外壳进行切割、挤压使其脱壳,同时增加了脱壳切割的刀具数量,使其更适合机械化生产。该机型可以将莲子按照其颗粒大小分类后进行脱壳,使莲子生产实现在机械化的道路上向前迈进了一大5步。1.2.2 摩擦式
11、莲子剥壳机旋转圆桶式脱壳机是比较早期的摩擦式剥壳机,其在中部旋转轴上装有盘形刀片,外桶固定在机架上,其内壁上衬有适当厚度的橡胶层。莲子进入后,随旋转轴的带动,在内壁与转轴的刀片中滚动,莲壳在橡胶层的衬垫下被转动的盘形刀片切破,然后从其夹缝中掉出。但是由于被切破的莲壳均牢牢的粘附在莲肉上,为使莲壳与莲肉分离,还得专门设计一个搓壳机。为了克服旋转圆桶式莲子脱壳机固有缺陷,在其基础上,6JD-400 型莲子剥壳机设计成三个加工段:破壳段、搓壳段及软搓壳段。每小时每台可加工 70Kg,脱壳率平均为 75以上,出莲肉完好率平均 95以上,且筛分率大于 90,莲子损害率小于 4以下,但每副刀片使用 56
12、班需重磨一次。经生产实践表明,6JD-400 型莲子剥壳机性能稳定可靠,自动化程度高,便于操作,清洁安全且经济效益比较显著。1.2.3 撕搓式莲子剥壳机代表机型以湖南省农机所研究的 6BR-1 型莲子剥壳机为例。为了保证剥壳质量,提高功效和对不同形状莲子的适应性,该机采用了自动送料、自动定位和组合刀头等装置,其结构独特,且机子小巧轻便、使用方便、安全可靠,适于白莲、红莲、东瓜莲等多种莲子的剥壳作业。该机采用一对刀头从一长径方向两端同时切入莲壳后再适当旋转一定角度,撕搓莲壳使其扭碎从而完成剥壳的方法,不仅脱壳率大为提高,而且破碎率仅在 5左右。1.2.4 冲击式莲子剥壳机台湾嘉义大学与中兴大学的
13、黄文禄、盛中德教授研发的莲子剥壳脱膜机子主要由供料机构、同向差速滚筒磨擦、拨杆及四只水刀喷嘴组成。该机剥壳脱膜工作原理:莲子在同向且具差速的滚筒间滚动,并在喷嘴高压喷头产生的水刀作用下破膜。1.2.5 切割式莲子剥壳机 在切割式莲子剥壳机的研制中,武汉工业学院机械工程系的张永林、易启伟等设计了一种基于辊刀切割原理的莲子剥壳机。辊刀式莲子剥壳机采用供送螺杆对壳莲进行分粒供送并使莲子按照一致的位形排序上料,采用由双托辊和剥壳辊构成的剥壳通道实现莲子剥壳。同时,为了适应不同品种,不同颗粒大小、形状6莲子的剥壳,设计上采用了集总式的调节机构,以实现对主要的切割参数如切割深度、切割压力、偏置角度和螺旋辊
14、刀空间斜置的调节。通过基于物理样机的剥壳试验,多联辊刀式莲子剥壳机的处理量大于 100kgh,剥壳率大于 90,仁壳分离率达 92,籽仁破损率小于 3。相对于其他剥壳机,多联辊刀式莲子剥壳机通用性较强,性能相对稳定,在设计上有所突破,同时调节维护相对于其他莲子剥壳机来说更方便快捷,基本能够满足莲子机械化剥壳的实用性需求。1.3 设计任务及要求1.3 设计任务及要求1.设计一台莲子剥壳机,能对鲜莲子外壳进行连续的、无损的有效切割。2.熟悉莲壳的切割原理,以及对剥壳机的传动部件和切割部件详细说明。3.提交 CAD 零件图、装配图,PROE 零件图、装配图,及设计说明书。第二章 莲子剥壳机总体设计第
15、二章 莲子剥壳机总体设计2.12.1莲子几何特征及其力学特性莲子几何特征及其力学特性莲子为小坚果。呈椭圆形、卵形或卵圆形,千粒重 1100-1400 克,幼果期果皮绿色,革质,后由绿转褐色,成熟时呈棕褐色、灰褐色和黑褐色。有细纵纹和较宽的脉纹。一端中心呈乳头状突起,深棕色,多有裂口,其周边略下陷。质硬,种皮薄,不易剥离。子叶 2,黄白色,肥厚,中有空隙,具绿色莲子心。无臭,味甘、微涩。莲子形状较规则,颗粒较为均匀,外形呈椭圆形。通过对江西广昌县太空莲的测定,莲子长轴直径在 1925mm,短轴直径在 1519mm,壳厚在 0.71.0mm,其中以短径为 18mm、长径 22mm、壳厚在 0.9m
16、m 左右的莲子数量最多,占 90%以上。莲子的莲壳和莲衣、莲仁有一定的间隙,莲子壳的皮层外表 1/3 较坚韧、其余 2/3 较脆,脱壳时只需将坚韧部分切开,其余部分经适当挤压就会自然裂开,因此实现莲子机械化剥壳时,可在莲子短径最大处进行环切,切割深度为莲壳厚度的 1/3,被切割的莲子经适当的挤压和搓滚以实现莲壳与莲仁的完全分离。其结构如图 1 所示。7 图 1 莲子长、短径示意Figure 1 lotus long,short diameter2.2 剥壳机的机架材质选取2.2 剥壳机的机架材质选取在剥壳机的机架设计中,应考虑到机体本身重量和材料价格等方面的问题。在设计之初,曾考虑到用钢材制作
17、机架,但是这会使得机体显得笨重,我设计的剥壳机追求的是轻便灵活,能让莲农们携带方便,随时随地都能使用,经过网上的查阅和老师的指导,我决定使用木材来制作机架。木材的种类比较繁多,通过相关查阅,选取了十种木材来作对比,如表 1 所示:表 1 木材种类及特性Table 1wood specie sand characteristics 木材种类 木材特性 红松材质轻软,强度适中,干燥性好,耐水、耐腐,加工、涂饰、着色、胶结性好。白松材质轻软,富有弹性,结构细致均匀,干燥性好,耐水、耐腐,加工、涂饰、着色胶结性好。桦木材质略重硬,结构细,强度大,加工性、涂饰、胶合性好。泡桐材质甚轻软,结构粗,干燥性好
18、,不变形,不翘裂。椴木材质略轻软,结构略细,有丝绢光泽,不易开裂,加工、涂饰、着色、胶结性好。不耐腐、干燥时稍有翘曲。榆木花纹美丽,结构粗,加工性、涂饰、胶合性好,干燥性差,易开裂翘曲。8 柞木材质坚硬,结构粗,强度高,加工困难,着色、涂饰性好,胶合性差,易干燥,易开裂。榉木材质坚硬,纹理直,结构细、耐磨有光泽干燥时不易变形,加工、涂饰、胶合性较好。枫木重量适中,结构细,加工容易,切削面光滑,涂饰、胶合性较好,干燥时有翘曲现象。樟木重量适中,结构细,有香气,干燥时不易变形,加工、涂饰、胶合性较好。经过对木材结构特性和材料价格的对比,这十种木材中比较符合制造要求的是泡桐木。泡桐木材质轻软,便于加
19、工;干燥性好,不易变形,符合制造要求;而且价格适中,经济实用。2.3 剥壳机的基本结构设计2.3 剥壳机的基本结构设计 根据莲子的结构特性以及力学性能,本次设计的剥壳机大体思路是由料斗(1),轮盘(2),导向凹槽(3),刀架(4),出料口(5),机架(6)等所组成。其特征是:在轮盘的轮柱面上开有椭圆弧凹槽与导向凹槽相对应,导向凹槽为椭圆弧弹性凹槽,在导向凹槽的出口处设置一个刀架和轮盘的凹槽相对应,导向凹槽的凹槽面为弹性橡胶,刀架通过定位栓在定位孔中连接切割刀片,刀架由选好的弹簧连接在机架上,切割刀片的刀刃部分相对轮盘的圆心形成一段圆渐开线连接一段圆弧。刀架的右面连接出料口,方便切割好的莲子滚出
20、。大致基本结构如图 2 所示。1.料斗;2.轮盘;3.导向凹槽;4.刀架;5.出料口;6.机架 图 2 基本结构图Figure 2 the basic structure diagram92.4 剥壳机的工作原理2.4 剥壳机的工作原理剥壳机的主要结构如图 2 所示,其主要工作原理为:将需剥壳的鲜莲子均匀放入料斗,在轮盘的带动下进入由导向凹槽和轮盘形成的一个通道,在此通道中,莲子受到凹槽橡胶和轮盘的压力以及轮盘的切向摩擦力而处于滚动状态,在滚动过程中,莲子逐步调整滚动姿势至长轴方向与滚动方向基本垂直,达到理想的切割姿势,随后进入由刀架与轮盘构成的切割通道,莲子在此通道内继续受到刀架板与轮盘的压
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