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1 目 錄 摘要 ....................................................................................................................................................2 1 引言 .................................................................................................................................................2 1.1 中國果蔬加工產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展態(tài)勢..........................................................................................2 1.2 果蔬原料加工預(yù)處理工藝流程簡介..........................................................................................4 1.2.1 原料的分級 ...............................................................................................................................4 1.2.2 原料的清洗 ...............................................................................................................................4 1.2.3 果蔬的去皮 ...............................................................................................................................4 1.2.4 果蔬的護(hù)色 ...............................................................................................................................5 1.3 國內(nèi)外去皮設(shè)備簡介 ..................................................................................................................5 2 桃子去皮機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .................................................................................................................6 2.1 基本結(jié)構(gòu) ......................................................................................................................................7 2.1.1 工作圓筒 ...................................................................................................................................7 2.1.2 工作轉(zhuǎn)盤 ...................................................................................................................................7 2.1.3 傳動(dòng)系統(tǒng) ...................................................................................................................................7 2.1.4 其他 ...........................................................................................................................................9 2.2 工作原理 ......................................................................................................................................9 3 桃子去皮機(jī)的參數(shù)確定.................................................................................................................9 3.1 物料在工作圓筒內(nèi)的受力分析..................................................................................................9 3.2 工作轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速的確定 ................................................................................................................10 3.3 去皮機(jī)功率的確定 ....................................................................................................................11 3.4 選擇電動(dòng)機(jī)................................................................................................................................12 3.5 整機(jī)主要參數(shù)指標(biāo) ....................................................................................................................14 4 主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 .......................................................................................................14 4.1V 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 .................................................................................................................15 4.2 傳動(dòng)主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 ........................................................................................................18 4.3 軸上零件的周向定位 ................................................................................................................19 4.4 確定軸上圓角和倒角尺寸 ........................................................................................................19 4.5 滾動(dòng)軸承的初步選擇 ................................................................................................................19 4.6 軸承盒蓋的設(shè)計(jì) ........................................................................................................................20 5 主要零件的校核...........................................................................................................................20 5.1 滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算 ................................................................................................................20 5.2 軸的計(jì)算和校核 ........................................................................................................................21 5.2.1 作出軸的計(jì)算簡圖 .................................................................................................................21 5.2.2 軸的強(qiáng)度校核計(jì)算 .................................................................................................................21 5.2.3 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 .............................................................................................22 5.3 鍵的選擇及其校核 ....................................................................................................................23 5.3.2 大帶輪軸鍵的選擇 .................................................................................................................24 5.4 電控原理圖 ................................................................................................................................24 6 總結(jié)...............................................................................................................................................26 致謝 ..................................................................................................................................................27 2 桃子去皮機(jī)的設(shè)計(jì) 06 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化：段開元 指導(dǎo)老師： 李慧 摘要 :主要介紹了以摩擦原理為基礎(chǔ)的、適合食品加工工廠等場所使用的桃子去皮機(jī)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)、工 作原理和設(shè)備組成。桃子去皮機(jī)主要有 動(dòng)力部分、 傳動(dòng)部分、料倉和機(jī)架部分組成。通過對原始數(shù)據(jù) 的分析、方案的論證比較和有關(guān)數(shù)據(jù)的分析 計(jì)算，完成了桃子去皮機(jī)的總體設(shè)計(jì)計(jì)算。 關(guān)鍵詞：桃子去皮機(jī)；摩擦；去皮；傳動(dòng) 1 引言 1.1 中國果蔬加工產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展態(tài)勢 近年來，我國的果蔬加工業(yè)取得了巨大的成就，果蔬速凍食品機(jī)械在我國農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易 中占據(jù)了重要地位。目前，我國的果蔬加工業(yè)已具備了一定的技術(shù)水平和較大的生產(chǎn)規(guī)模， 外向型果蔬加工產(chǎn)業(yè)布局已基本形成。 我國的脫水果蔬加工主要分布在東南沿海省份及寧夏、甘肅等西北地區(qū)，而果蔬罐頭、 速凍果蔬加工主要分布在東南沿海地區(qū)。在濃縮汁、濃縮漿和果漿加工方面，我國的濃縮 蘋果汁、番茄醬、濃縮菠蘿汁和桃漿的加工占有非常明顯的優(yōu)勢，形成非常明顯的濃縮果 蔬加工帶，建立了以環(huán)渤海地區(qū)（山東、遼寧、河北）和西北黃土高原（陜西、山西、河 南）兩大濃縮蘋果汁加工基地；以西北地區(qū)（、寧夏和內(nèi)蒙）為主的番茄醬加工基地 和以華北地區(qū)為主的桃漿加工基地；以熱帶地區(qū)（海南、云南等）為主的熱帶水果（菠蘿、 芒果和香蕉）濃縮汁與濃縮漿加工基地。而直飲型果蔬及其飲料加工則形成了以北京、上 海、浙江、天津和廣州等省市為主的加工基地。 果蔬汁加工領(lǐng)域：高效榨汁技術(shù)、高溫短時(shí)殺菌技術(shù)、無菌包裝技術(shù)、酶液化與澄清 技術(shù)、膜技術(shù)等在生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用。果蔬加工裝備，如蘋果濃縮汁和番茄醬的加工 設(shè)備基本是從國外引進(jìn)的最先進(jìn)的設(shè)備。在直飲型果蔬汁的加工方面，中國的大企業(yè)集成 了國際上最先進(jìn)的技術(shù)裝備，如從瑞士、德國、意大利等著名的專業(yè)設(shè)備生產(chǎn)商，引進(jìn)利 樂、康美包、PET 瓶無菌灌裝等生產(chǎn)線，具備了國際先進(jìn)水平。 果蔬罐頭領(lǐng)域：低溫連續(xù)殺菌技術(shù)和連續(xù)化去囊衣技術(shù)在酸性罐頭（如橘子罐頭）中 得到了廣泛應(yīng)用；引進(jìn)了電腦控制的新型殺菌技術(shù)，如板栗小包裝罐頭產(chǎn)品；包裝方面 EVOH 材料已經(jīng)應(yīng)用于罐頭生產(chǎn)；純?nèi)樗峋慕臃N使泡菜的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝發(fā)生了變革，推動(dòng) 了泡菜工業(yè)的發(fā)展。 脫水果蔬領(lǐng)域：盡管常壓熱風(fēng)干燥是蔬菜脫水最常用的方法，但我國能打入國際市場 的高檔脫水蔬菜大都采用真空凍干技術(shù)生產(chǎn)。另外，微波干燥和遠(yuǎn)紅外干燥技術(shù)也在少數(shù) 企業(yè)中得到應(yīng)用。我國研制的真空凍干技術(shù)設(shè)備取得了可喜的進(jìn)步，一些國內(nèi)知名凍干設(shè) 備生產(chǎn)廠家的技術(shù)水平已達(dá)到國際 20 世紀(jì) 90 年代同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。 3 速凍果蔬領(lǐng)域：近些年，我國的果蔬速凍工藝技術(shù)有了許多重大發(fā)展。首先是速凍果 蔬的形式由整體的大包裝轉(zhuǎn)向經(jīng)過加工鮮切處理后的小包裝；其次是凍結(jié)方式開始廣泛應(yīng) 用以空氣為介質(zhì)的吹風(fēng)式凍結(jié)裝置、管架凍結(jié)裝置、可連續(xù)生產(chǎn)的凍結(jié)裝置、流態(tài)化凍結(jié) 裝置等，使凍結(jié)的溫度更加均勻，生產(chǎn)效益更高；第三是作為冷源的制冷裝置也有新的突 破，如利用液態(tài)氮、液態(tài)二氧化碳等直接噴灑凍結(jié)，使凍結(jié)的溫度顯著降低，凍結(jié)速度大 幅度提高，速凍蔬菜的質(zhì)量全面提升。在速凍設(shè)備方面，我國已開發(fā)出螺旋式速凍機(jī)、流 態(tài)化速凍機(jī)等設(shè)備，滿足了國內(nèi)速凍行業(yè)的部分需求。 盡管我國的果蔬加工產(chǎn)業(yè)無論是加工能力、技術(shù)水平、裝備硬件以及國內(nèi)外市場都取 得了較大的進(jìn)步和快速的發(fā)展，但是與國外發(fā)達(dá)國家相比仍然存在一定的差距。 我國在果蔬加工原料的選育方面取得了一定的進(jìn)步，但是適合加工的果蔬品種仍然很 少，制約了果蔬加工業(yè)的良性發(fā)展。例如，濃縮蘋果汁加工長期以來以鮮食品種為原料進(jìn) 行加工，制約了產(chǎn)品質(zhì)量的進(jìn)一步提高，產(chǎn)品的出口價(jià)格低，經(jīng)濟(jì)效益不高。又如，在脫 水果蔬及速凍果蔬方面，加工企業(yè)多數(shù)沒有自己的優(yōu)質(zhì)蔬菜加工原料基地，如國際貿(mào)易中 占主導(dǎo)地位的脫水馬鈴薯、洋蔥、胡蘿卜及速凍豌豆、馬鈴薯等大品種，我國加工量較少。 盡管高新技術(shù)在我國果蔬加工業(yè)得到了逐步應(yīng)用，加工裝備水平也得到了明顯提高， 但由于缺乏具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心關(guān)鍵技術(shù)與關(guān)鍵制造技術(shù)，造成了我國果蔬加工業(yè)總 體加工技術(shù)與加工裝備制造技術(shù)水平偏低。 果蔬汁加工領(lǐng)域：無菌大罐技術(shù)、PET 瓶和紙盒無菌灌裝技術(shù)、反滲透濃縮技術(shù)等沒 有突破；關(guān)鍵加工設(shè)備的國產(chǎn)化能力差、水平低，特別是在榨汁機(jī)、膜過濾設(shè)備、蒸發(fā)器、 PET 瓶和紙盒無菌灌裝系統(tǒng)等關(guān)鍵設(shè)備的國產(chǎn)化方面難度大，國內(nèi)難以生產(chǎn)能夠在設(shè)備性 能方面相似的加工設(shè)備。 罐頭加工領(lǐng)域：加工過程中的機(jī)械化、連續(xù)化程度低，對先進(jìn)技術(shù)的掌握、使用、引 進(jìn)、消化能力差。在泡菜產(chǎn)品方面，沿用老的泡漬鹽水的傳統(tǒng)工藝，發(fā)酵質(zhì)量不穩(wěn)定，發(fā) 酵周期相對較長，生產(chǎn)力低下，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模及標(biāo)準(zhǔn)化工業(yè)生產(chǎn)。 脫水果蔬加工領(lǐng)域：目前我國生產(chǎn)脫水蔬菜大多仍采用熱風(fēng)干燥技術(shù)，設(shè)備則為各種 隧道式干燥機(jī)，而國際上發(fā)達(dá)國家基本上不再采用隧道式干燥機(jī)，而常用效率較高、溫度 控制較好的托盤式干燥機(jī)、多級輸送帶式干燥機(jī)和滾筒干燥機(jī)。在噴霧干燥設(shè)備方面，我 國研發(fā)的干燥塔的體積蒸發(fā)強(qiáng)度和國外同類產(chǎn)品的體積蒸發(fā)強(qiáng)度相比差距很大。 果蔬速凍加工領(lǐng)域：我國果蔬速凍工業(yè)，在加工機(jī)理和工藝方面的研究不足。尤其值 得注意的是，國外在深溫速凍對物料的影響方面，已有較深入的研究，對一些典型物料 “玻璃態(tài)”溫度的研究通過建立數(shù)據(jù)庫，已轉(zhuǎn)入實(shí)用階段。解凍技術(shù)對速凍蔬菜食用質(zhì)量 有重要影響，在發(fā)達(dá)國家，隨著一些新技術(shù)逐漸應(yīng)用于冷凍食品的解凍，對微波解凍、歐 姆解凍、遠(yuǎn)紅外解凍等機(jī)理研究和技術(shù)開發(fā)較為熱門。在速凍設(shè)備方面，目前國產(chǎn)速凍設(shè) 備仍以傳統(tǒng)的壓縮制冷機(jī)為冷源，其制冷效率有很大限制，要達(dá)到深冷就比較困難。國外 發(fā)達(dá)國家為了提高制冷效率和速凍品質(zhì)，大量采用新的制冷方式和新的制冷裝置。以液態(tài) 4 氮、液態(tài)二氧化碳等直接噴灑的制冷裝置自 20 世紀(jì) 80 年代以后就逐漸運(yùn)用到速凍機(jī)中， 這些制冷裝置可以使溫度下降到比氨壓縮機(jī)低得多的深冷程度。 果蔬物流加工領(lǐng)域：我國在鮮切果蔬技術(shù)研究方面的工作才剛剛起步，如在鮮切后蔬 菜的生理與營養(yǎng)變化及防褐保鮮技術(shù)方面開展了一些初步研究，但尚未形成成熟技術(shù)。在 無損檢測技術(shù)方面，我國尚處于初始研究階段，與世界先進(jìn)水平存在巨大差距。在整個(gè)冷 鏈建設(shè)方面，預(yù)冷技術(shù)的落后已經(jīng)成為制約性問題?，F(xiàn)代果蔬流通技術(shù)與體系尚處于空白 階段。目前，我國進(jìn)入流通環(huán)節(jié)的蔬菜商品未實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，基本上是不分等非常高，與 發(fā)達(dá)國家相比平均高 20 個(gè)百分點(diǎn)。 中國已發(fā)展成為世界果蔬和加工品的最大出口國，但很多是以半成品的形式出口，到 國外后仍要進(jìn)行深加工或灌裝，產(chǎn)品附加值較低。高附加值產(chǎn)品少，特別是對原料的綜合 利用程度低，皮渣中果膠、果蔬天然香精、膳食纖維、色素、籽油等精深加工產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè) 化核心技術(shù)沒有突破。 更重要的是，我國果蔬加工企業(yè)的研發(fā)與創(chuàng)新能力十分薄弱，核心競爭力實(shí)質(zhì)只是所 謂的“低價(jià)格優(yōu)勢” 。在國外，絕大部分企業(yè)都設(shè)有企業(yè)的研發(fā)部門或研發(fā)中心，進(jìn)行新產(chǎn) 品的開發(fā)，一般企業(yè)的研發(fā)費(fèi)用占銷售收入 23以上。但是，國內(nèi)的大部分加工企業(yè) 不重視產(chǎn)品的研發(fā)和科技投入，不注重企業(yè)人才培養(yǎng)與引進(jìn)，造成企業(yè)研發(fā)人才和研發(fā)設(shè) 施缺乏，從而導(dǎo)致企業(yè)研發(fā)與創(chuàng)新能力差、技術(shù)水平落后、產(chǎn)品難以滿足市場需求。 1.2 果蔬原料加工預(yù)處理工藝流程簡介 1.2.1 原料的分級 果蔬的分級可按照不同的加工品的要求，采用不同的分級方式分級，包括大小分級、 成熟度分級和色澤分級等幾種。在我國成熟度分級常用目視估測的方法進(jìn)行，而大小分級 是分級的主要內(nèi)容，幾乎所有的加工果蔬均需大小分級，分級的方法有手工分級和機(jī)械分 級。 1.2.2 原料的清洗 果蔬原料清洗的目的在于洗去果蔬表面附著的塵土、泥沙和大量的微生物以及部分的 化學(xué)農(nóng)藥，保證產(chǎn)品的清潔衛(wèi)生，從而保證產(chǎn)品品質(zhì)。對于農(nóng)藥殘留的果蔬，洗滌時(shí)常在 水中加化學(xué)洗滌劑，常用的有鹽堿地酸、醋酸，有時(shí)也用氫氧化鈉等強(qiáng)堿及漂白粉、高錳 酸鉀等強(qiáng)氧化劑。果蔬清洗的方法須根據(jù)果蔬形狀、質(zhì)地、表面狀態(tài)、污染程度、夾帶泥 土量以及加工方法而定。主要有手工清洗和機(jī)械清洗。后者需配置滾筒式、噴淋式、壓氣 式、漿葉式等設(shè)備。 1.2.3 果蔬的去皮 凡是果蔬原料果皮粗糙、堅(jiān)硬，具有不良風(fēng)味的均應(yīng)去皮，以利于提高品質(zhì)，只有在 加工某些果脯、蜜餞、果汁和果酒時(shí)，因要打漿和壓榨，才不用去皮，果蔬去皮方法如下： （1）手工去皮:用特別的刀、刨等工具人工削皮，去皮干凈、損失少，但勞動(dòng)效率低。 5 （2）機(jī)械去皮:主要用于比較常規(guī)的果蔬原料。 （3）堿液去皮:利用堿液的強(qiáng)腐蝕性來使蔬菜表面中膠層溶解，從而使果皮分離。堿 液去皮常使用氫氧化鈉，腐蝕性強(qiáng)且廉價(jià)。堿液去皮時(shí)堿液的濃度、處理時(shí)間和堿液溫度， 應(yīng)視不同果蔬原料種類、成熟度、大小而定。堿液濃度提高、處理時(shí)間長和溫度高都會增 加皮層的松離及腐蝕程度。經(jīng)堿液處理后的果蔬必須立即在冷水中浸泡、清洗、反復(fù)換水 直至表面無膩感，口感無堿味為止。 （4）熱力去皮:果蔬用短時(shí)間高溫處理后，使表皮迅速升溫，果皮膨脹破裂，與內(nèi)部 果肉組織分離，然后迅速冷卻去皮，適合于成熟度高的桃、李、杏等。熱去皮的熱源主要 有蒸汽和熱水。此法原料損失少，色澤好，風(fēng)味好。 （5）酶法去皮:在果膠酶的作用下，達(dá)到去皮目的。需要控制酶的最佳作用條件如溫 度、時(shí)間、PH 值等。 （6）冷凍去皮:將果蔬在冷凍裝置中冷至達(dá)到輕度表面冷凍，然后解凍，使皮松弛后 去皮，此法質(zhì)量好但費(fèi)用高。 （7）真空去皮:將成熟的果蔬先行加熱，使其升溫后果皮和果肉分離，接著進(jìn)入有一 定真空度的真空室內(nèi)，適當(dāng)處理，使果皮下的液體迅速“沸騰” ，皮與肉分離，然后破除真 空，沖洗或攪動(dòng)去皮。 1.2.4 果蔬的護(hù)色 果品在加工過程中，將原料去皮、切分、破碎和空氣接觸及高溫處理，都可能促進(jìn)化 學(xué)變化，生成有色粉質(zhì)。其中包括酶褐變和非酶褐變。都要經(jīng)過相應(yīng)的方式來對果品進(jìn)行 護(hù)色保護(hù)。 1.3 國內(nèi)外去皮設(shè)備簡介 國內(nèi)外桃子去皮方法大致有三種，即機(jī)械去皮、蒸汽去皮和化學(xué)去皮，三種去皮方法 的工作原理為： 機(jī)械去皮:在圓筒形容器中，依靠帶有磨料的圓盤、滾輪或依靠特制的橡膠輥在中速或 高速旋轉(zhuǎn)中摩擦塊莖的表面而達(dá)到去皮目的。 蒸汽去皮:在高壓容器內(nèi)，通入高壓蒸汽使塊莖表面受熱，然后打開容器蓋，突然釋放 壓力，塊莖的表皮和果肉即自行分離。 化學(xué)去皮:在耐堿容器內(nèi)，加入強(qiáng)堿溶液并加溫，后加入塊莖，經(jīng)一段時(shí)間后塊莖的表 皮被堿溶液腐蝕，經(jīng)高壓水反復(fù)沖洗干凈后，在將塊莖放入機(jī)械去皮機(jī)中剝?nèi)ケ砥ぁ?1.3.1 摩擦去皮 目前，國內(nèi)主要使用機(jī)械摩擦去皮機(jī)。 如圖 1 所示，該機(jī)由機(jī)蓋、機(jī)筒、機(jī)座、電機(jī)、砂盤等部分組成。以電機(jī)為動(dòng)力，通 過減速齒輪帶動(dòng)機(jī)筒底部的砂盤旋轉(zhuǎn)。塊莖加入機(jī)筒內(nèi)，因其離心力和相互碰撞作用，在 機(jī)筒內(nèi)上、下、左、右翻動(dòng)，表面被砂盤均勻的摩蝕，去皮結(jié)束時(shí)加入清水，再打開側(cè)門， 塊莖從側(cè)門自動(dòng)排出，皮屑隨水流從砂盤的周圍間隙排出，該機(jī)為間歇生產(chǎn)。 1.3.2 蒸煮裝置 6 國內(nèi)食品加工業(yè)使用的連續(xù)式鏈帶蒸煮機(jī)和高壓蒸煮鍋，機(jī)體龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià) 昂貴，小型果蔬原料食品加工廠引進(jìn)使用有一定困難。在實(shí)際生產(chǎn)中，對馬鈴薯片的蒸煮 要求并不高，使用自制的蒸煮裝置完全可以滿足要求。 圖為一般食堂、飯店常用的蒸煮裝置結(jié)構(gòu)示意圖。 在一個(gè)大型蒸煮容器內(nèi)鋪設(shè)軌道，道軌通到容器大門外切片機(jī)附近。道軌上置放平板 小車，小車上裝有方形籠屜若干層。塊莖切片后，依次放入籠屜。待所有的籠屜子都裝滿 薯片后，將小車連同籠屜推入容器中，密封大門，再通入蒸汽蒸煮。待薯片蒸熟后，打開 大門，拉出小車和籠屜，取出薯片。 蒸煮容器為長方形，下部設(shè)有進(jìn)氣管道和閥們，上部有排氣管。容器框架由角鋼制作， 外壁由鋼板制造，并用隔熱材料涂抹保溫。 1.3.3 化學(xué)去皮裝置 在由防堿材料制成的容器中注入氫氧化鈉溶液，溶液濃度為 15%25%。加熱溶液，溫 度達(dá)到 8795 C，加入塊莖攪拌使溫度保持在 70 C 左右；經(jīng)過 26 分鐘，塊莖的表皮開 始變松變軟；撈出塊莖，用高壓水反復(fù)沖洗，知道表面無殘留物為止。撈出的塊莖也可放 入機(jī)械式去皮機(jī)中剝?nèi)ケ砥ぁ?本法的優(yōu)點(diǎn)是對不同大小、不同形狀的塊莖適合性好，去皮快，不需要結(jié)構(gòu)復(fù)雜的專 門設(shè)備。缺點(diǎn)是沖洗塊莖需要大量清水，皮屑不能利用，排出的廢液污染環(huán)境。 由于去皮方法不同，國內(nèi)外馬鈴薯、胡蘿卜去皮機(jī)械的結(jié)構(gòu)形式也各不相同，去皮差 異較大，去皮率大致為 7%-25%，其中機(jī)械去皮率為最大，蒸汽去皮率為最小。 國內(nèi)外幾種去皮設(shè)備的去皮性能比較表 機(jī)型 L 離心式切屑去皮機(jī) 機(jī)械去皮機(jī) 蒸汽式去皮機(jī) 化學(xué)法去皮機(jī) 結(jié)構(gòu) 簡單 復(fù)雜 復(fù)雜 簡單 對塊莖原料 的要求 卵 卵圓形，芽眼 淺，無傷痕 卵 卵圓形，芽眼淺， 無傷痕 無要求 無要求 產(chǎn)品質(zhì)量 表面光滑，無污染， 無蒸煮層 表面光滑，無污 染，淀粉損失大 表 表面光滑，有蒸 煮層，無污染 表 表面光滑，無蒸煮層， 有污染 皮屑 可利用 部分利用 部分利用 不能利用 有無加熱設(shè) 備 無 無 需要（150-200 度） 需要（ 85-95 度） 通過上表的比較分析以及聯(lián)系本次設(shè)計(jì)的任務(wù)要求，同時(shí)結(jié)合我國在去皮機(jī)上的實(shí)際 水平考慮經(jīng)濟(jì)性，達(dá)到能以最少的投資獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益，決定以機(jī)械去皮機(jī)為設(shè)計(jì)研 究方案。在果蔬原料的加工預(yù)處理工藝中主要進(jìn)行去皮的處理加工。 7 2 桃子去皮機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1 基本結(jié)構(gòu) 該機(jī)采用立式機(jī)型，主要包括工作圓筒，工作轉(zhuǎn)盤，機(jī)架和傳動(dòng)部分，見裝配圖 2.1.1 工作圓筒 工作圓筒部分包括圓柱形工作筒和倒梯形集皮槽。它由不銹鋼薄鋼板卷焊而成（采用 不銹鋼是因?yàn)樗哂辛己玫哪透g性能承受一定的沖擊載荷，具有較高的硬度和耐摩性， 特別是對于此類食品加工設(shè)備，食品安全衛(wèi)生狀況最佳） 。筒內(nèi)壁為粗糙表面，以棕剛玉摻 環(huán)氧樹脂澆注、烘干而成。圓筒的側(cè)壁開有帶活門的出料口，物料塊莖在離心力的作用下 甩出來，碰在出料門的內(nèi)壁上并改變方向，以便于物料的收集。出料口和排渣口的方位可 根據(jù)接收容器的放置位置和方便操作來確定。 2.1.2 工作轉(zhuǎn)盤 工作轉(zhuǎn)盤是物料去皮過程中產(chǎn)生機(jī)械作用的主要部件。根據(jù)胡蘿卜、馬鈴薯的生物學(xué) 特性及物理特性，吸收手工去皮的基本原理，確定轉(zhuǎn)盤的基本形狀為圓盤形，轉(zhuǎn)盤表面為 中心向四周輻射的凸起波紋狀。為增大物料和轉(zhuǎn)盤的摩擦，用棕剛玉摻環(huán)氧樹脂通過模型 澆注在盤的頂面上，大概 20mm 厚，經(jīng)烘干制成。亦具有一定的去皮作用。轉(zhuǎn)盤下方設(shè)有隨 盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)的擋水環(huán)，以防止清洗水進(jìn)入軸承。 2.1.3 傳動(dòng)系統(tǒng) 常用的機(jī)械傳動(dòng)方法又可供選擇： （1）帶傳動(dòng) 通過一級皮帶輪實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，他有過載保護(hù)作用、有緩沖吸振作用、運(yùn)行平穩(wěn)無噪音、 適于遠(yuǎn)距離傳動(dòng)、制造安裝精度要求不高、成本低；但有彈性滑動(dòng)使傳動(dòng)比 i 不恒定、張 緊力較大（與嚙合傳動(dòng)相比）軸上壓力較大、結(jié)構(gòu)尺寸較大不緊湊、打滑使帶壽命較短等 缺點(diǎn)應(yīng)用范圍傳動(dòng)比要求不高，要求過載保護(hù)，一般的傳動(dòng)范圍 25。 （2）齒輪傳動(dòng) 采用齒輪傳動(dòng)，它的優(yōu)點(diǎn)效率高，傳動(dòng)比恒定；結(jié)構(gòu)緊湊，壽命長，但制造、安裝精 度要求高；中心距不宜較大。但它能夠?qū)崿F(xiàn)很大的傳動(dòng)比；圓柱齒輪二級減速器 i60。 （3）鏈傳動(dòng) 采用鏈傳動(dòng)，但他只能實(shí)現(xiàn)平行軸間鏈輪的同向傳動(dòng)，對惡劣環(huán)境能適應(yīng)；運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不 能保持恒定的瞬時(shí)傳動(dòng)比，磨損后易發(fā)生跳齒，傳動(dòng)不平穩(wěn)，多用于低速傳動(dòng)等。i8 （4）蝸桿傳動(dòng) 結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比大，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲??；效率低，制造要求精度高，成本較高； i120。 由于鏈傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻，有沖擊，不適合高速傳動(dòng)，而帶傳動(dòng)平穩(wěn)，能緩沖減振，由 8 于本設(shè)計(jì)總傳動(dòng)比比較高，還要通過減速器二級減速。 故本設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)從總體和經(jīng)濟(jì)性考慮選擇帶傳動(dòng)、齒輪傳傳動(dòng)方案一：電動(dòng)機(jī)用帶傳動(dòng) 減速，直接降到工作機(jī)軸轉(zhuǎn)速的要求值。由于帶傳動(dòng)有一定的減震作用而鏈輪傳動(dòng)制造麻 煩而且有噪音，且鏈輪上的潤滑油可能污染物料所以這部分傳動(dòng)選用帶動(dòng)傳動(dòng)。其傳動(dòng)方 案如圖 1 所示。 傳動(dòng)方案二：電動(dòng)機(jī)直接與減速器通過聯(lián)軸器連接，減速器再通過聯(lián)軸器與帶輪連接， 然后帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)去皮機(jī)的工作軸轉(zhuǎn)動(dòng)。由于帶傳動(dòng)有一定的減震作用而鏈輪傳動(dòng)制造麻 煩而且有噪音，且鏈輪上的潤滑油可能污染物料所以這部分傳動(dòng)選用帶動(dòng)傳動(dòng)。其傳動(dòng)方 案如圖 2 所示。其傳動(dòng)方案如圖 3。 由于帶傳動(dòng)應(yīng)布置在低速級，直接減速滿足設(shè)計(jì)要求，故選擇方案一。 圖 1 傳動(dòng)方案一 1 電動(dòng)機(jī) 2 小帶輪 3 V 帶 4 大帶輪 5 料斗 9 圖 2 傳動(dòng)方案二 1 電動(dòng)機(jī) 2 減速器 3 料斗 2.1.4 其他 工作圓筒下部設(shè)有排渣口，清洗水連同物料皮渣一起從這里排出 2.2 工作原理 當(dāng)去皮機(jī)工作時(shí)，工作轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，物料由斗形進(jìn)料口加入，物料落到旋轉(zhuǎn)圓盤表面上 的波紋凸起上時(shí)，受離心力的作用由工作圓盤的中心向外運(yùn)動(dòng)，同時(shí)被拋起向筒壁的粗糙 表面并產(chǎn)生摩擦。物料不斷的沿工作圓筒壁運(yùn)動(dòng)，上升到頂蓋，又被頂蓋擋回落入工作盤 表面。物料在這樣的往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中，被猛烈翻滾攪動(dòng)，從而形成了與盤、筒壁及顆粒之 間的以翻轉(zhuǎn)、揉搓摩擦為主，撞擊為輔的綜合機(jī)械作用效果，從而達(dá)到去皮的目的。在摩 擦去皮的同時(shí)，從進(jìn)水孔注入清水，及時(shí)將擦下的皮通過轉(zhuǎn)盤與筒壁的縫隙沖至排渣口排 出機(jī)體。在不停機(jī)的情況下，打開出料口的活門，物料利用離心力從出料口卸出。卸料前 應(yīng)停止注水，以防止活門打開后從出料口濺出。 3 果蔬原料去皮機(jī)的參數(shù)確定 3.1 物料在工作圓筒內(nèi)的受力分析 物料在轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時(shí)的受力情況如下圖所示：設(shè)波紋角為 a，物料的速度為 V。當(dāng)轉(zhuǎn)盤 旋轉(zhuǎn)時(shí)推動(dòng)物料 A 運(yùn)動(dòng)。其運(yùn)動(dòng)方向垂直于波紋切線。V 可以分解為 V 垂直和 V 水平，CB 與轉(zhuǎn)盤平面平行，可以看作是轉(zhuǎn)盤圓周速度 R， 10 式中 為角速度(1/s),R 為轉(zhuǎn)盤半徑(m) V 垂直 =Vcos = Rsin cos ; ;2 sincossina 則 V 垂直 = R （m/s）2 sin 物料從垂直方向拋起的動(dòng)能 E 垂直 = mv2 垂直 = m( )2= m 2R2sin22 (N m)11sinR81 此動(dòng)能應(yīng)等于勢能 mgh 即： m 2R2sin22 =mgh 2R2sin22 =gh8 181 為了正常運(yùn)轉(zhuǎn)，拋高 h 一定要超過物料在工作圓筒內(nèi)的厚度，才能使最低層的物料拋 起與桶壁進(jìn)行摩擦，所以用 代替 h，即 2R2sin22 =g ;8 1 又因?yàn)?= ，代入上式得:30 n ( )2R2sin22 = g ;8 130n 化簡得 (r/min) (1) 2sin60Rn 角一般取 20。 -30。 為了正常運(yùn)轉(zhuǎn),僅把物料拋起還不行,還要保證物料能拋向側(cè)壁進(jìn)行摩擦，拋向側(cè)壁的 力靠離心力為 C C= = = = （N）R mv22)(gRnG2)30(902Gn 此離心力應(yīng)大于波紋對物料的摩擦力 T,才能使物料離開波紋拋向側(cè)壁,摩擦力 T=Gf(N), f 為摩擦系數(shù) 使 C T，即 ; ;Gf Rn902 RfGfn90902 n 30 (轉(zhuǎn)/ 分)(2)Rf 11 在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，應(yīng)取（1） 、 （2）兩式中的大值作為轉(zhuǎn)速值，設(shè)計(jì)所選擇的 n 值 32 工作轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速的確定 收購物料時(shí)，其包裝以編織袋居多，每袋 25KG30KG，工作時(shí)每次倒入兩袋（以袋的 整數(shù)倍為一次計(jì)量） ，下面以此確定整機(jī)的尺寸和轉(zhuǎn)速。 桃子的容量根據(jù)資料查找，選取一般值 900kg/m ,桃子的長度一般取在 50mm-200mm 之3 間考慮，轉(zhuǎn)盤半徑應(yīng)與物料長度有一定的可比性，再考慮整機(jī)結(jié)構(gòu)以及外形尺寸。 根據(jù)設(shè)計(jì)選定工作轉(zhuǎn)盤半徑 R400mm，則物料的堆高，根據(jù)公式 m 可以估算2R 出，物料的堆高值 110mm 由(1)式可知，在 小于 45。時(shí)，轉(zhuǎn)速隨 的增大而降低，考慮轉(zhuǎn)速不宜太高且能有 較大的拋高，取 25。 ，則由(1)式計(jì)算轉(zhuǎn)速最小值為 n93r/min。 馬鈴薯、胡蘿卜與磨料的摩擦系數(shù)為 1.1-1.3,取 f1.2 由(2)式計(jì)算轉(zhuǎn)速 n=52r/min 取以上兩者中的大值。 但由于以上確定的轉(zhuǎn)速僅適用于理想物料情況，實(shí)際工作中，由于物料之間的相互碰 撞、摩擦和物料的彈性影響，物料在此轉(zhuǎn)速下達(dá)不到計(jì)算高度，故 n 應(yīng)適當(dāng)放大 結(jié)合考慮，故最終選定工作轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速 n150r/min 3.3 去皮機(jī)功率的確定 去皮機(jī)的功率消耗包括： 克服物料對轉(zhuǎn)盤摩擦力所需要的功率 N1； 克服物料對工作圓筒壁摩擦力所需要的功率 N2； 轉(zhuǎn)盤拋起物料所作的功率 N3； 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)因摩擦而消耗的功率 N4. 以上功率分別以下公式計(jì)算 （W）cpmMN1 式中 處于圓筒內(nèi)物料的摩擦力矩（N m） （N m）2RGfMmp 式中 G物料重力（N） f 摩擦系數(shù)（f=1.1-1.3） 摩擦臂矩（ m）2R cp物料與圓盤的平均相對角速度（1/s）,采用最大角速度的 1/260)3(1ncp 12 故 （W）12062N1 nGfRnRGf cpyM 式中 在離心力的作用下物料與側(cè)壁的瞬時(shí)摩擦力矩 （N m） Rfmy2 式中 物料圓周速度（m/s） 摩擦臂矩（ ） （m）R 8R （N m）g fGfRfmfRMy 882222 故 （W）g nfgfGN406822 （W）03 snk 式中 s工作轉(zhuǎn)盤表面波紋高度（m） k 波紋的數(shù)量 即傳動(dòng)損失，可用傳動(dòng)效率 表示（ =0.9）4N 則消耗的總功率為： 60481202321 GsnkgfnGfR 化簡得 （W）480 )(2snkffnN 結(jié)合上式根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，總功率可用以下式子進(jìn)行估算 （） MN 式中為轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)矩（N M）, 為傳動(dòng)效率fGR R 為摩擦臂矩(m)，R0.4D（D 為工作轉(zhuǎn)盤直徑） 13 根據(jù)上式則可算出工作轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)矩 M192N M 用近似值進(jìn)行估算，達(dá)到生產(chǎn)要求所需的功率 N3.5KW，考慮到電動(dòng)機(jī)效率及意外情 況，取電動(dòng)機(jī)功率為 4KW 3.4 選擇電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)是專門工廠批量生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)部件，設(shè)計(jì)時(shí)要選出具體型號以便購置。選擇電動(dòng) 機(jī)包括類型，結(jié)構(gòu)，容量（功率）和轉(zhuǎn)速，并在產(chǎn)品目錄中查出其型號和尺寸。 （1）選擇電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式 電動(dòng)機(jī)分交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)兩種。由于直流電動(dòng)機(jī)需要直流電源，結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 價(jià)格較高，維護(hù)比較不便，因此無特殊要求時(shí)不宜采用。 生產(chǎn)單位一般用三相交流電源，因此，如無特殊要求都應(yīng)用交流電動(dòng)機(jī)。交流電動(dòng)機(jī) 有異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)量類。異步電動(dòng)機(jī)有籠型和繞線型兩種，其中以普通籠型異步 電動(dòng)機(jī)應(yīng)用最多。我國新設(shè)計(jì)的 Y 系列三相籠型異步電動(dòng)機(jī)屬于一般用途的全封閉自扇冷 電動(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價(jià)格低廉、維護(hù)方便，適于不易燃、不宜爆、無腐蝕性 氣體和無特殊要求的機(jī)械上。 電動(dòng)機(jī)類型要根據(jù)電源種類（交流或直流） ，工作環(huán)境（溫度、環(huán)境、空間位置尺寸等） ，載荷特點(diǎn)（變化性質(zhì)、大小和過載情況） ，起動(dòng)性能和起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)的頻繁程度，轉(zhuǎn) 速高低和調(diào)速性能要求等條件要求；故按工作要求和條件，選用三相籠型異步電動(dòng)機(jī)，封 閉式結(jié)構(gòu)，電壓 380V，Y 型。 （2）選擇電動(dòng)機(jī)的容量 電動(dòng)機(jī)的容量（功率）選得合適與否，對電動(dòng)機(jī)的工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。 容量小于工作要求，就不能保證工作機(jī)的正常工作，或使電動(dòng)機(jī)長期過載和功率因數(shù) 都較低，增加電能消耗，造成很大浪費(fèi)。 電動(dòng)機(jī)的容量主要根據(jù)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的發(fā)熱條件來決定。電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱與其運(yùn)行狀態(tài) 有關(guān)。運(yùn)行狀態(tài)有三類，即長期連續(xù)運(yùn)行、短時(shí)運(yùn)行和重復(fù)短時(shí)運(yùn)行。變載下長期運(yùn)行的 電動(dòng)機(jī)、短時(shí)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)（工作時(shí)間短、停歇時(shí)間長）和重復(fù)短時(shí)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)（工作 時(shí)間和停歇時(shí)間都都不長）的容量要按等效功率法計(jì)算并校驗(yàn)過載能力和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，其計(jì) 算方法可參看有關(guān)電力拖動(dòng)的書籍。 電動(dòng)機(jī)的功率為 kwpad 式中：Pw-------工作機(jī)所需工作功率，是指工作機(jī)主動(dòng)端運(yùn)輸帶所需功率，KW； a-------由電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)主動(dòng)端運(yùn)輸帶的總效率。 經(jīng)過計(jì)算 為 3.5KW；dP （3）確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 容量相同的同類型電動(dòng)機(jī)，有幾種不同的轉(zhuǎn)速系列供使用者選擇，如三相異步電動(dòng)機(jī) 14 常用的有四種同步轉(zhuǎn)速，即 3000、1500、1000、750r/min（相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)定子繞組的極對 數(shù)為 2、4、6、8） 。同步轉(zhuǎn)速為由電源頻率與極對數(shù)而定的磁場轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)空載時(shí)才可 能達(dá)到同步轉(zhuǎn)速，負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速都低于同步轉(zhuǎn)速。 低轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)的極對數(shù)多，轉(zhuǎn)矩也大，因此外廓尺寸及重量都較大，價(jià)格較高，但可 以使傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比減小，使傳動(dòng)裝置的體積、重量較小；高轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)時(shí)要綜合考慮， 分析比較電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)裝置的性能，尺寸、重量和價(jià)格等因素。 所以綜合以上我們查表選擇電動(dòng)機(jī)型號為 Y160M1-8，其主要性能如表 1 和電動(dòng)機(jī)外形 和安裝尺寸表 2； 表 1 電動(dòng)機(jī)主要性能參數(shù) 滿載 型號 額定功率/kw 轉(zhuǎn)速 r/min 電流 A 效率 % 功率因 數(shù) 起動(dòng)電流 額定電流 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 額定轉(zhuǎn)矩 Y160M1-8 4 720 9.1 86.5 0.77 6.0 2.0 2.0 表 2 電動(dòng)機(jī)外形和安裝尺寸 中心高 H(mm) 外形尺寸 L(AC/2+AD) HD 懸掛安裝尺寸 AB 安裝螺栓孔直徑 K 軸伸尺寸 DE 裝鍵部位尺寸 FDG 160 600(325/2+255)385 254210 15 42110 124237 電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)外形如圖 3 所示 圖 3 電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu) 3.5 整機(jī)主要參數(shù)指標(biāo) 型號QP100 工作轉(zhuǎn)盤直徑800mm 轉(zhuǎn)速150r/min 15 電動(dòng)機(jī)Y160M1-84KW（同步轉(zhuǎn)速 750r/min） 生產(chǎn)能力2500kg/h 每次投料量50kg 每次去皮時(shí)間約為 70 秒 去皮得率95% 去皮損耗率 <5% 清洗水耗量 3t/h 重量 500kg 4 主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 41V 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 由上述可知，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為 750r/min，額定功率 P4KW，工作轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為 150r/min，傳動(dòng)比 =5，電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速 n=720r/min，一天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間小于 10h。 計(jì)算功率 Pca 由機(jī)械設(shè)計(jì)書表 8-7 查得工作情況系數(shù) Ka1.1;故 PcaK aP4.4kw 式中：P ca計(jì)算功率，KW； Ka 工作情況系數(shù)，見表 8-7； P 所需傳遞的額定功率，如電動(dòng)機(jī)的額定功率或名義的 負(fù)載功率，KW。 選取普通帶帶型 根據(jù) Pca,n1由圖 8-11 確定為 SPZ 型窄 V 帶 確定帶輪基準(zhǔn)直徑 由表 8-6 和表 8-8 取主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑 dd1=100mm 根據(jù)式(8-13)，從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑 dd1= dd1 =500mm 根據(jù)表 8-8,取 dd2500mm 按式（8-13）驗(yàn)算帶的速度 35m/s/s8.10672106 dn 故帶的速度合適。 d確定普通帶的基準(zhǔn)長度和傳動(dòng)中心距 根據(jù) 0.7(dd1+dd2)

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