刮板式花生去殼機設(shè)計,板式,花生,去殼,設(shè)計 第56 頁 1 引言 1．1 課題提出的背景 花生中富含脂肪和蛋白質(zhì)，既是主要的食用植物油來源，而且又可提供豐富的植物蛋白質(zhì)。利用花生或脫脂后的花生餅粕的蛋白粉，可直接用于焙烤食用，也可作為肉制品、乳制口、糖果和煎炸食品的原料或添加劑。以花生蛋白粉為原料或添加劑制成的食品，既提高了蛋白質(zhì)含量，又改善了其功能特性?；ㄉ鞍追圻€可以通過高壓膨化制成蛋白肉?；ㄉ鞘秤弥参镉凸I(yè)的重要原料，利用花生油可制造人造奶油、起酥油、色拉油、調(diào)和油等，也可用作工業(yè)原料?；ㄉ?jīng)簡單加工就可食用外，經(jīng)深加工還可以制成營養(yǎng)豐富，色、香、味俱佳的各種食品和保健品。花生加工副產(chǎn)品花生殼和花生餅粕等可以綜合利用，加工增值，提高經(jīng)濟效益。 既然花生對人類的日常生活有很大的影響，那么我們先研究一下花生生產(chǎn)的意義。 1.1.1花生生產(chǎn)的意義 1.花生是人類重要的植物油脂和優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)來源。 花生莢果出仁率60％—80％。花生仁含油率45％—55％，一般50％左右，蛋白質(zhì)27—30％，碳水化合物6％—23％，纖維素2％，含有豐富的維生素E、B1、B2、B6和維生素C?；ㄉ侨嗣裆畹闹饕秤糜秃椭饕参锏鞍踪|(zhì)來源。 花生是重要的油料作物?；ㄉ驮谑覝叵聻榈宛ざ鹊S色液體，其中油酸(Oleic acid)含量34％—68％、亞油酸(Linoleic acid)19％—43％，二者共占80％。油酸和亞油酸比率，簡稱O／L比率，變幅0．78—3．5。一般認為O／L比率是油質(zhì)穩(wěn)定性的指示值，國際貿(mào)易中把O／L比率作為花生及其制品耐貯藏性的指標。亞油酸是食品營養(yǎng)品質(zhì)的重要指標，兼顧營養(yǎng)價值和耐貯藏性，O／L比率一般在1．4—2．5為宜。 2．花生是營養(yǎng)豐富的食品 花生仁中蛋白質(zhì)含量高，可消化率92％—95％，易被人體吸收利用。就人體必需的8種氨基酸而言，花生蛋白質(zhì)含亮氨酸、苯丙氨酸較多，而蛋氨酸、賴氨酸、蘇氨酸不足。花生仁中碳水化合物以蔗糖和淀粉為主。在花生烘烤過程中，產(chǎn)生出花生特有的香味。常見的花生食品有花生醬、烤及炸花生、花生糖果、麻芝、人造奶油，花生果茶(果奶)飲料、花生奶粉、酸奶酪等多種糕點甜食和多種膨化食品。 3．花生是發(fā)展畜牧業(yè)的良好飼料。 花生油粕中蛋白質(zhì)含量達50％以上，是優(yōu)質(zhì)的飼料?；ㄉ~片內(nèi)含粗蛋白約20％，莖內(nèi)約含10％，飼料價值高，并含豐富的鈣和磷?；ㄉ麣ぶ泻?0％—80％纖維素、16％戊糖、10％的半纖維素、4％—7％的蛋白質(zhì)，也是良好的飼用原料。 4．花生是我國主要出口的產(chǎn)品。 我國年出口花生約50萬t，居世界第一，約占世界貿(mào)易的l／3。大花生出口品種主要有花17、魯花10號等(以果為主，O／L比率1．4左右)；小花生出口代表品種為白沙l 016(以花生米為主，O／L比率1．0左右)。在出口品種中尚需進一步提高O／L比率。 5．花生是適應性強、增產(chǎn)潛力大的作物。 花生抗旱、耐瘠、適應性強；花生又有根瘤菌共生固氮作用，可以補充氮肥的不足，在作物輪作制中占有重要位置。同時，花生又耐肥，增產(chǎn)潛力很大，春、夏花生均培創(chuàng)出大面積7500kg／hm2的高產(chǎn)田，最高產(chǎn)量達11194．5kg／hm2(山東蓬萊)；花生最高單株產(chǎn)量達0．89kg、結(jié)果661個(美國哈蒙斯發(fā)現(xiàn))。因此，花生屬高產(chǎn)作物，但只有種在肥沃的土壤上，才能發(fā)揮其高產(chǎn)潛力。 6．具有重要的藥用價值。 花生仁特別是紅皮花生的種皮(紅衣)含有大量的凝血脂類，能促進骨髓制造血小板，縮短出血、凝血時間，有良好的止血作用，已用于生產(chǎn)止血寧針劑、寧血糖漿、血寧片等。 1.1.2花生的起源、分布、產(chǎn)區(qū)和生產(chǎn)概況 1.起源和分布 南美洲中部是花生屬植物和栽培花生的起源地。一般認為，世界上其他地區(qū)的花生皆為1492年哥倫布發(fā)現(xiàn)新大陸之后由南美傳出；但在此之前花生已傳至亞洲或非洲的可能性也不能排除。 花生主要分布在南緯40°至北緯40°之間的廣大地區(qū)。主要集中：一是南亞和非洲的半干旱熱帶，包括印度、塞內(nèi)加爾、蘇丹等，面積約占世界總面積的80％，總產(chǎn)約占65％；另一類是東亞和美洲的溫帶半濕潤季風帶，包括中國、美國、阿根廷，面積約占20％，總產(chǎn)約占35％。全世界花生面積約2400萬hm2，單產(chǎn)1200kg／hm2左右，總產(chǎn)約30000kt。世界約有90個國家種植花生。印度、中國和美國是世界三大花生主產(chǎn)國，塞內(nèi)加爾、尼日利亞、蘇丹等國也盛產(chǎn)花生。印度花生面積700萬hm2以上，但產(chǎn)量較低，單產(chǎn)只有1000kg／hm2左右，總產(chǎn)約7000kt；美國花生面積65萬hm2左右，單產(chǎn)2500kg／hm2左右，總產(chǎn)約l 700kt。 2.中國花生種植區(qū)劃 Ⅰ．黃河流域花生區(qū) 是我國七個花生區(qū)中花生種植面積最大、 總產(chǎn)最多、提供花生商品量最多和出口花生最多的主產(chǎn)區(qū)。 Ⅰ1．山東丘陵花生亞區(qū) 耕作制度多為二年三熟， 部分一年一熟。重茬花生有一定面積。近年來，夏播花生發(fā)展較快。 宜種植普通型叢生中熟、珍珠豆型花生。可適當恢復花生種植面積，特別要注意恢復、 增加出口手撿大粒花生。 Ⅰ2．華北平原花生亞區(qū) 栽培制度大部分了一年一熟， 少部分二年三熟，重茬連作花生面積較多，近年來夏播花生在發(fā)展。 宜種植普通型叢生中熟、珍珠豆型花生品種， 而在貧瘠的大片砂土地上宜種植普通型短蔓花生品種。冀東、魯西、豫北可適當恢復花生種植面積。 Ⅰ3．黃淮平原花生亞區(qū) 栽培制度以二年三熟為主， 麥套花生較為普遍，也有部分一年一熟的春花生。近年來麥茬、油菜后作花生開始發(fā)展，一年二熟面積逐年擴大。宜種植普通型叢生中熟、珍珠豆型品種， 在黃泛區(qū)等砂土地區(qū)，可種植普通型短蔓生品種，在黃河故道及黃泛區(qū)的砂土區(qū)，徐淮丘陵、平原地區(qū)， 淮北地區(qū)的中部地帶的大面積低產(chǎn)的砂姜土等地區(qū)可適當恢復和發(fā)展花生。 Ⅰ4．陜豫晉盆地亞區(qū) 主要是麥行套種花生，亦有部分春花生。宜種植普通型叢生中熟和珍珠豆型品種。渭河灘地可發(fā)展花生， 河南南陽地區(qū)亦可發(fā)展。 Ⅱ．長江流域花生區(qū) 為我國春、夏花生交作， 以麥套花生為主的產(chǎn)區(qū)。 Ⅱ1．長江中下游平原丘陵花生亞區(qū) 栽培制度主要是二年三熟的麥行套種花生，冬閑地春花生很少。宜種植普通型叢生中熟和珍珠豆型品種。江蘇的沿江高砂土地區(qū)，江淮丘陵的大片較為瘦薄的稻田和旱地，可恢復、發(fā)展花生。 Ⅱ2．長江中下游丘陵花生亞區(qū) 栽培制度普遍推行一年二熟制， 部分種植在冬閑地上，湘、贛兩省南部有部分秋花生。宜種植珍珠豆型品種。 Ⅱ3．四川盆地花生亞區(qū) 栽培制度以二年三四熟， 麥茬或豌豆茬（或豌豆行間套種）為主，亦有一年一熟的春花生。為提高產(chǎn)量， 近年來麥行套種花生有發(fā)展。宜種植普通型叢生中熟和珍珠豆型品種。 Ⅱ4．秦巴山地花生亞區(qū) 栽培制度為一年二熟和二年三熟， 花生以在玉米行中套種為主，亦有部分春花生。 宜種植普通型叢生中熟和珍珠豆型品種。 Ⅲ．東南沿?；ㄉ鷧^(qū) 是我國種花生歷史最早，又能春、 秋兩作的主產(chǎn)區(qū)。栽培制度以一年二熟、一年三熟和二年五熟的春、秋花生為主， 海南島等地還可種冬花生。有水旱輪作、旱地輪作、間種、套種等多種形式。宜種植珍珠豆型品種。在勞力緊張的丘陵旱坡地可種普通型蔓生品種。 由于廣東省低產(chǎn)水田面積較大，若有計劃地與花生輪作，發(fā)展花生大有潛力。 Ⅳ．云貴高原花生區(qū) 為我國“立體花生”種植區(qū)。 栽培制度以一年一熟為主，部分地區(qū)為二年三熟或一年二熟。宜種植珍珠豆型品種。 Ⅴ．黃土高原花生區(qū) 主要是解放后發(fā)展的花生區(qū)。 栽培制度為一年一熟。一般而言，橫山、志丹、 黃陵一線以南宜種植珍珠豆型品種，以北宜種植多粒型品種。Ⅵ．東北花生區(qū) 為早熟花生區(qū)。 Ⅵ1．遼吉丘陵平原花生亞區(qū) 栽培制度一年一熟。宜種植珍珠豆型和多粒型品種，南部地區(qū)可種植普通型品種。 Ⅵ2．吉黑平原花生亞區(qū) 栽培制度為一年一熟的春花生，宜種植多粒型品種。嫩江、牡丹江、松花江、綏化和合江等地區(qū)， 有近千萬畝砂土地，若能開發(fā)利用5－10％種花生是完全可行的。 Ⅶ．西北花生區(qū) 是各區(qū)中花生種植面積最少的灌溉花生區(qū)。 栽培制度為一年一熟。根據(jù)積溫情況、花生不同生態(tài)類型品種適宜氣候區(qū)和需要，安排適宜類型品種。無灌溉不能種花生。 3.全國生產(chǎn)概況 我國花生面積常年350—450萬hm2，單產(chǎn)2500—3000kg／hm2，總產(chǎn)10000kt左右，居世界第一位。2001年我國花生面積和總產(chǎn)分別達到463l khm2和14583kt，創(chuàng)歷史最高記錄。全國劃分為7個花生區(qū)：①北方大花生區(qū)；②南方春秋兩熟花生區(qū)；③長江流域春夏花生區(qū)；④云貴高原花生區(qū)；⑤東北早熟花生區(qū)；⑥黃土高原花生區(qū)；⑦西北內(nèi)陸花生區(qū)。其中①②③3個區(qū)合計花生面積占全國的97％，是我國花生主產(chǎn)區(qū)。北方大花生區(qū)包括山東、河北和北京市全部，河南、安徽、江蘇的淮河以北地區(qū)，山西省南部，陜西省秦嶺以北的關(guān)中渭河流域，遼寧的遼東半島和遼西地區(qū)。全區(qū)花生面積約占全國花生的50％—60％。本區(qū)盛產(chǎn)大花生，與緯度相近的美國弗吉尼亞—北卡羅來納花生產(chǎn)區(qū)，同為世界僅有的兩個大花生產(chǎn)區(qū)。本區(qū)山區(qū)丘陵多為春花生地膜覆蓋，黃河沖積平原多為麥套花生，一年二熟。 南方春秋兩熟花生區(qū)包括廣東、廣西、海南、福建、臺灣5省(自治區(qū))，以及湘、贛南部，面積約占全國的30％，為全國第二花生主產(chǎn)區(qū)。本區(qū)花生品種幾乎全為珍珠豆型早熟中粒品種。一年兩季；春花生3月播種7月收獲，秋花生8月播種11月收獲，海南島南部還可再種一季冬花生。 長江流域春夏花生區(qū)地處南、北兩大花生區(qū)之間，包括川、鄂、湘、贛、皖、蘇、浙等7省的全部或大部，以及陜、豫的南部?；ㄉ潜镜貐^(qū)僅次于油菜的油料作物。 就省(自治區(qū))而言，山東省常年花生播種面積80萬hm2左右，單產(chǎn)3500kg／hm2左右，總產(chǎn)超過2500kt，年出口量300kt左右；河南省近幾年花生生產(chǎn)發(fā)展迅速，面積也超過70萬hm2，總產(chǎn)2000kt左右。兩省面積和總產(chǎn)占全國的40％以上。河北、廣東花生面積均超過30萬hm2，花生種植面積在10萬hm2以上的省(自治區(qū))依次是廣西、四川、安徽、江蘇、江西、湖南。 4.山西花生生產(chǎn)概況 山西省屬北方大花生區(qū)，有成片適于種植花生的沙土地，氣候條件也基本適合花生生育的要求。山西省各地、市較早就有花生的種植，其中尤以南部及中部地區(qū)較多。 近幾年來，山西省花生生產(chǎn)隨著生產(chǎn)條件的改善、新品種的更新及育苗移栽、地膜覆蓋和配方施肥等技術(shù)的提高，出現(xiàn)了大面積的高產(chǎn)田和小面積的超高產(chǎn)田?；ㄉ目偛シN面積及總產(chǎn)量都呈逐步上升趨勢。常年播種面積28千hm2，總產(chǎn)5萬t，單產(chǎn)2000kg/ hm2左右。 花生在制取油脂、制取花生蛋白、生產(chǎn)花生儀器以及在花生貿(mào)易出口時，都需要對花生進行預處理加工。花生的預處理主要包括花生的剝殼和分級、破碎、軋胚和蒸炒等。 花生在加工或作為出口商品時，需要進行剝殼加工?；ㄉ谥迫∮椭瑫r，剝殼的目的是為了提高出油率， 提高毛油和餅粕的質(zhì)量，利于軋胚等后續(xù)工序的進行和皮殼的綜合利用。傳統(tǒng)的剝殼為人力手工剝殼，手工剝殼不僅手指易疲勞、受傷，而且工效很低，所以花生產(chǎn)區(qū)廣大農(nóng)民迫切要求用機器來代替手工剝殼?；ㄉ鷦儦C的誕生在很大程度上改變了這種局面，使花生產(chǎn)區(qū)的農(nóng)民不必再采用最原始的剝殼方法進行剝殼，從而大大地減輕了農(nóng)民的體力勞動，同時還提高了花生剝殼的效率。 花生脫殼機是將花生莢果去掉外殼而得到花生仁的場上作業(yè)機械。由于花生本身的生理特點決定了花生脫殼不能與花生的田間收獲一起進行聯(lián)合作業(yè)，而只能在花生莢果的含水率降到一定程度后才能進行脫殼。隨著花生種植業(yè)的不斷發(fā)展，花生手工脫殼已無法滿足高效生產(chǎn)的要求，實行脫殼機械化迫在眉睫。 1．2 花生脫殼機械的發(fā)展 我國花生脫殼機的研制自1965年原八機部下達花生脫殼機的研制課題以來，已有幾十種花生脫殼機問世。只進行單一脫殼功能的花生脫殼機結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜，以小型家用為主的花生脫殼機在我國一些地區(qū)廣泛應用，能夠完成脫殼、分離、清選和分級功能的較大型花生脫殼機在一些大批量花生加工的企業(yè)中應用較為普遍。國內(nèi)現(xiàn)有的花生脫殼機種類很多，如6BH一60型花生剝殼機、6BH一20B型花生剝殼機、6BH一20型花生脫殼機等，其作業(yè)效率為人工作業(yè)效率的2O～60倍以上。錦州俏牌集團生產(chǎn)的TFHS1500型花生除雜脫殼分選機組一次能實現(xiàn)花生原料的脫殼、除皮、分選，是一種比較先進的花生后期生產(chǎn)機械。偉民牌6BH一720型花生脫殼機帶有復脫、分級裝置，采用搓板式脫殼、風力初選、比重分離清選等裝置，具有結(jié)構(gòu)緊湊、操作靈活方便、脫凈率高、消耗動力小等特點。6BK一22型花生脫殼機是一種一次喂料就可完成花生脫殼工作的機械，經(jīng)風力初選、風扇振動、分層分離、復脫清選分級后的花生仁可直接裝袋入庫。6BH一1800型花生脫殼機械采用了三軋輥混合脫殼結(jié)構(gòu)，能夠進行二次脫殼。而隨著我國花生產(chǎn)業(yè)的進一步調(diào)整，花生產(chǎn)量逐年增加，花生的機械化脫殼程度將大幅提高，花生脫殼機械將擁有廣闊的發(fā)展前景。 花生剝殼的原理很多，因此產(chǎn)生了很多種不同的花生剝殼機械?；ㄉ鷦儦げ考腔ㄉ鷦儦C的關(guān)鍵工作部件，剝殼部件的技術(shù)水平?jīng)Q定了機具作業(yè)剛花生仁破碎率、花生果一次剝凈率及生產(chǎn)效率等重要的經(jīng)濟指標。在目前的生產(chǎn)銷售中，花生仁破碎率是社會最為關(guān)心的主要指標。 八十年代以前的花生剝殼機械，破碎率一般都大于8%，有時高達l5%以上。加工出的花生仁，只能用來榨油，不能作種用，也達不到出口標準。為了降低破碎率而探討新的剝殼原理，研制新式剝殼部件，便成為花生剝殼機械的重要研究課題。從六十年代初，開始在我國出現(xiàn)了封閉式紋桿滾筒，柵條凹板式花生剝殼機。自1983年以來，在已有的花生剝殼部件的研制基礎(chǔ)上，我國又相繼研制了多種不同結(jié)構(gòu)型式的新式剝殼部件，其主要經(jīng)濟技術(shù)指標，特別是破殼率指標大有改善。 以下介紹一下我國上個世紀幾種主要的花生剝殼部件 1．封閉式紋桿滾筒，柵條凹板式花生剝殼部件 圖 1-1 六十年代初， 我國在吸收國外技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制了TH-340型花生剝殼機，其剝殼部件是在一個圓筒上鑲上若干根紋桿組成的封閉式紋桿滾筒，下面裝有若干根圓鋼條組成的柵條式凹板，如圖1-1所示。 在該機構(gòu)中花生進口大(3O-50毫米)，出口小(1O-25毫米)，工作時，花生果在滾筒的推動下由進口向出口端運動，在滾筒和凹板的沖擊、擠壓、揉搓作用下直接脫殼，花生受列剝殼機的直接搓擦作用，系強制脫殼，故破碎率高。剝殼時， 直徑同凹板柵縫一樣大小的單粒果及雙粒果便從柵縫中分離出來，所以一次剝凈率低，最高80％。為了將混在一起的花生仁和未脫果分離開來，采用柵條式凹板的剝殼機一般要配置分離機構(gòu)。后來研制并生產(chǎn)的TH-47O型，6 BH-570型等型式的剝殼機，結(jié)構(gòu)與其大同小異，剝殼質(zhì)量均不理想。 2． 封閉橡膠板滾筒，直立橡膠板式剝殼部件 該機的剝殼部件是由封閉膠輥和直立膠板組成，剝殼原理系擠壓式，如圖1-2所示 圖1-2 作業(yè)時，花生果在膠輥的推動下，通過剝殼間隙(5—20毫米)，由膠輥和膠板的擠壓作用脫殼，避開了剝殼部件的揉搓作用,破碎率有所降低，但仍在5％以上。另外，因直徑小于剝殼間隙的小果未經(jīng)剝殼便被分離出來，故一次剝凈率很低，只有30%左右。所以不得不增設(shè)循環(huán)機構(gòu)，以使花生經(jīng)多次擠壓脫殼，致使機器結(jié)構(gòu)復雜、龐大，造價較高。 3． 開式紋桿滾筒，編織凹板式花生剝殼部件 剝殼部件采用了由兩根金屬紋桿組成的開式紋桿滾筒和用編織絲網(wǎng)制成的編織凹板，其結(jié)構(gòu)如圖1-3所示 圖1-3 作業(yè)時，花生果在滾筒的推動下，受擠壓揉搓脫殼，該結(jié)構(gòu)與封閉滾筒式不同，花生果受到開式滾筒的攪拌作用，剝殼力帶有柔性，故其破碎率較低，可控制在3%-5% 。另外，與柵條式凹板不同，因系編織網(wǎng)孔凹板，剝殼時，只有直徑小于網(wǎng)孔尺寸的單粒癟果末脫殼而被網(wǎng)孔分離，雙粒長果則漏不出來，仍被剝殼，故剝凈率較高。 4． 立式剝殼機構(gòu) 剝殼部件采用了由兩根扁鋼條焊接而成的立式轉(zhuǎn)子，下面裝著用編織絲網(wǎng)制成的編織平底篩，該剝殼部件如圖1-4所示。 圖1-4 在剝殼室內(nèi)，花生果受立式轉(zhuǎn)子的推動而相互磨擦，從而達到剝殼的目的，此方法系柔性揉搓剝殼。實踐證明，該機破碎率較低，可控制在3％以下。其缺點是由于采用立式傳動， 故傳動機構(gòu)較為復雜。 5． 開式扁條滾筒，編織凹板式花生剝殼部件 采用了由三根扁鋼條制成的開式扁條滾筒，和用編織絲網(wǎng)制成的凹板結(jié)構(gòu)，如圖1-5所示。作業(yè)時，花生果在扁條的推動下隨滾筒轉(zhuǎn)動，在滾筒和凹板之間形 圖1-5 成一個活動層，花生果在該活動層內(nèi)互相揉搓而脫殼。由于在該機構(gòu)中，避開了剝殼部件的直接擠壓， 沖擊的作用，而是花生搓花生，系柔性剝殼，故破碎率較低， 該機鑒定時實測破傷率(破碎率+損傷率)為0．91。另外脫凈率及生產(chǎn)效率等指標亦較理想。 1．3 花生脫殼機械的研究應用現(xiàn)狀 目前國內(nèi)花生脫殼機從其脫殼原理、結(jié)構(gòu)和材料上基本可分為以打擊、揉搓為主的鋼紋桿——鋼柵條凹板 以擠壓、揉搓為主的橡膠滾筒一一橡膠浮動凹板兩大類，但脫殼質(zhì)量均不高，破損率都大于8 %，剝出的花生米只能用于榨油和食用，滿足不了外貿(mào)出口和作種子的要求。探索先進的脫殼原理是解決脫殼機現(xiàn)存問題的重要途徑。 1．3．1 目前花生脫殼機采用的脫殼原理 目前應用比較廣泛的花生機械脫殼原理有以下幾種。 撞擊法脫殼 撞擊法脫殼是物料高速運動時突然受阻而受到?jīng)_擊力，使外殼破碎而實現(xiàn)脫殼的目的。其典型設(shè)備為由高速回轉(zhuǎn)甩料盤及固定在甩料盤周圍的粗糙壁板組成的離心脫殼機。甩料盤使花生莢果產(chǎn)生一個較大的離心力撞擊壁面，只要撞擊力足夠大，莢果外殼就會產(chǎn)生較大的變形，進而形成裂縫。當莢果離開壁面時，由于外殼具有不同的彈性變形而產(chǎn)生不同的運動速度，莢果所受到的彈性力較小，運動速度也不如外殼，阻止了外殼迅速向外移動而使其在裂縫處裂開，從而實現(xiàn)籽粒的脫殼。撞擊脫殼法適合于仁殼間結(jié)合力小，仁殼間隙較大且外殼較脆的莢果。影響離心式脫殼機脫殼質(zhì)量的因素有，籽粒的水分含量、甩料盤的轉(zhuǎn)速、甩料盤的結(jié)構(gòu)特點等。 碾搓法脫殼 花生莢果在固定磨片和運動著的磨片間受到強烈的碾搓作用，使莢果的外殼被撕裂而實現(xiàn)脫殼。其典型的設(shè)備為由一個固定圓盤和一個轉(zhuǎn)動圓盤組成的圓盤剝殼機。莢果經(jīng)進料口進入定磨片和動磨片的間隙中，動磨片轉(zhuǎn)動的離心力使籽粒沿徑向向外運動，也使莢果與定磨片問產(chǎn)生方向相反的摩擦力；同時，磨片上的牙齒不斷對外殼進行切裂，在摩擦力與剪切力的共同作用下使外殼產(chǎn)生裂紋直至破裂，并與殼仁脫離，達到脫殼的目的。該種方法影響因素有，莢果的水分含量、圓盤的直經(jīng)、轉(zhuǎn)速高低、磨片之間工作間隙的大小、磨片上槽紋的形狀和莢果的均勻度等。 剪切法脫殼 花生莢果在固定刀架和轉(zhuǎn)鼓間受到相對運動著的刀板的剪切力的作用，外殼被切裂并打開，實現(xiàn)外殼與果仁的分離。其典型設(shè)備為由刀板轉(zhuǎn)鼓和刀板座為主要工作部件的刀板剝殼機。在刀板轉(zhuǎn)鼓和刀板座上均裝有刀板，刀板座呈凹形，帶有調(diào)節(jié)機構(gòu)，可根據(jù)花生莢果的大小調(diào)節(jié)刀板座與刀板轉(zhuǎn)鼓之間的間隙。當?shù)栋遛D(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)時，與刀板之間產(chǎn)生剪切作用，使物料外殼破裂和脫落。主要適用于棉籽，特別是帶絨棉籽的剝殼，剝殼效果較好。由于其工作面較小，故易發(fā)生漏籽現(xiàn)象，重剝率較高。該種方法影響因素有，原料水分含量、轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的高低、刀板之間的間隙大小等。 擠壓法脫殼 擠壓法脫殼是靠一對直徑相同轉(zhuǎn)動方向相反，轉(zhuǎn)速相等的圓柱輥，調(diào)整到適當間隙，使花生莢果通過間隙時受到輥的擠壓而破殼。莢果能否順利地進入兩擠壓輥的間隙，取決于擠壓輥及與莢果接觸的情況。要使莢果在兩擠壓輥間被擠壓破殼，莢果首先必須被夾住，然后被卷入兩輥間隙。兩擠壓輥間的間隙大小是影響籽粒破損率和脫殼率高低的重要因素。 搓撕法脫殼 搓撕法脫殼是利用相對轉(zhuǎn)動的橡膠輥筒對籽粒進行搓撕作用而進行脫殼的。兩只膠輥水平放置，分別以不同轉(zhuǎn)速相對轉(zhuǎn)動，輥面之間存在一定的線速差，橡膠輥具有一定的彈性．其摩擦系數(shù)較大?；ㄉv果進入膠輥工作區(qū)時，與兩輥面相接觸，如果此時莢果符合被輥子嚙人的條件，即嚙人角小于摩擦角，就能順利進入兩輥問．此時莢果在被拉人輥間的同時，受到兩個不同方向的摩擦力的撕搓作用；另外，莢果又受到兩輥面的法向擠壓力的作用，當莢果到達輥子中心連線附近時法向擠壓力最大，莢果受壓產(chǎn)生彈性—— 塑性變形，此時莢果的外殼也將在擠壓作用下破裂，在上述相反方向撕搓力的作用下完成脫殼過程。影響脫殼性能的因素有，線速差、膠壓輥的硬度、軋入角、軋輥半徑、軋輥間間隙等。 1．3．2 新型脫殼技術(shù) 壓力膨脹法 原理是先使一定壓力的氣體進入花生殼內(nèi)，維持一段時間，以使花生莢果內(nèi)外達到氣壓平衡，然后瞬間卸壓，內(nèi)外壓力平衡打破，殼體內(nèi)氣體在高壓作用下產(chǎn)生巨大的爆破力而沖破殼體，從而達到脫殼的目的。主要影響因素有，充氣壓力、穩(wěn)定壓力維持時間、籽粒的含水率等。 真空法 將花生莢果放在真空爆殼機中，在真空條件下，將具有相當水分的莢果加熱到一定溫度，在真空泵的抽吸下，莢果吸熱使其外殼的水分不斷蒸發(fā)而被移除，其韌性與強度降低，脆性大大增加；真空作用又使殼外壓力降低，殼內(nèi)部相對處于較高壓力狀態(tài)。殼內(nèi)的壓力達到一定數(shù)值時，就會使外殼爆裂。 激光法 用激光逐個切割堅果外殼。試驗顯示，用這種方法幾乎能夠達到100%的整仁率，但因其費用昂貴、效率低下等原因，很難得到推廣。 1．3．3 花生脫殼機械的工藝研究 在脫殼技術(shù)方面，除了在原理和設(shè)備上進行研究外，人們還在工藝上進行了研究以提高籽粒的脫殼率及脫殼質(zhì)量。 分級處理 物料的粒度范圍大，必須先按大小分級，再進行脫殼，才能提高脫殼率，減少破損率。 水分含量 花生莢果的含水率對脫殼效果有很大的影響，含水率大，則外殼的韌性增加；含水率小，則果仁的粉末度大。因此應使花生莢果盡量保持最適當?shù)暮?，以保證外殼和果仁具有最大彈性變形和塑性變形的差異，即外殼含水率低到使其具有最大的脆性，脫殼時能被充分破裂，同時又要保持仁的可塑性，不能因水分太少而使果仁在外力作用下粉末度太大，可減少果仁破損率。 1．3．4 花生脫殼機械存在的問題 目前我國在花生脫殼技術(shù)研究方面一直沒有大的突破，資金投入也不足，脫殼部件的研制仍在2O世紀90年代初的技術(shù)水平上徘徊，所以在脫殼性能上并沒有很大的提高。由于機械脫殼時對花生仁的損傷率偏高，用于種子和較長期貯存的花生仁至今仍是手工剝殼。脫殼機械在技術(shù)性能和作業(yè)環(huán)節(jié)上存在以下問題：① 脫殼率低，脫殼后的果仁破損率高，損失大。② 機具性能不穩(wěn)定，適應性差。③ 通用性差，利用率低。④ 作業(yè)成本偏高，多數(shù)是單機制造，制造的工藝水平較低，同時能耗較高。⑤ 有些產(chǎn)品僅進行了樣機試制或少量試生產(chǎn)，未進行大量生產(chǎn)性考核和示范應用，作業(yè)性能及商品性等方面還存在不少問題。 1．4 花生脫殼機械研究重點 我國加入WTO以來，國內(nèi)外關(guān)于花生脫殼機械的開發(fā)與推廣應用日益增多，針對現(xiàn)有花生脫殼機械存在的優(yōu)點與不足，在未來的發(fā)展過程中，對花生脫殼機械在生產(chǎn)應用中的經(jīng)驗進行總結(jié)，不斷完善其功能，使其呈現(xiàn)良好的發(fā)展勢頭。 1．4．1 提高花生脫殼機械的通用性和適應性 提高花生脫殼機械的通用性和適應性仍是當前的主要研究方向之一目前，許多花生脫殼機械只是針對某一花生品種和所在地區(qū)的生長環(huán)境來設(shè)計，其通用性、兼容性和適應性較差。提高花生脫殼機械的通用性和兼容性，使研制的花生脫殼機械通過更換主要部件能夠同時對其他帶殼物料進行脫殼加工。研制通過變換主要工作部件即能滿足不同堅果脫殼作業(yè)需要的脫殼機具，并提高制造工藝水平，降低制造成本，以適應不同加工企業(yè)的需要?；ㄉ摎C械能否適應這種發(fā)展趨勢，將直接影響到花生脫殼機械能否更好的推廣應用與健康發(fā)展。 1．4．2 提高機械脫殼率,降低破損率 對花生脫殼機械的關(guān)鍵技術(shù)與工作部件進行重點攻關(guān)，改革傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，研究新的脫殼機理，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計；同時在整體配置上進一步改進和完善，提高脫殼率，降低籽仁破損率。目前國內(nèi)外的花生脫殼機械均存在脫殼率和破損率之間的矛盾，處理好這一關(guān)鍵技術(shù)將關(guān)系到花生脫殼機械的發(fā)展前景。 1．4．3 提高機械脫殼自動化程度 向自動控制和自動化方向發(fā)展大多數(shù)機具目前仍依賴人工喂料或定位，影響了作業(yè)速度和作業(yè)質(zhì)量。因此應通過機電一體化手段，開發(fā)設(shè)計自動喂料、自動定位脫殼裝置，保證均勻喂料與有效定位，實現(xiàn)機組自動化操作，進一步提高作業(yè)精確性和作業(yè)速度，提高產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)率，滿足部分大、中型加工企業(yè)的需要，以開拓國內(nèi)和國外市場。 新技術(shù)原理、新結(jié)構(gòu)材料、新工藝將不斷應用于花生機械的研制開發(fā)中，隨著液壓技術(shù)、電子技術(shù)、控制技術(shù)以及化工、冶金工業(yè)的發(fā)展，許多復雜的機械機構(gòu)、動力傳遞、笨重的材料和落后的工藝將逐漸被取代。減輕重量，減少阻力，簡化操作，減少輔助工作時間，延長使用壽命，降低勞動使用費用等將作為主要設(shè)計目標應用于脫殼機械的設(shè)計制造。隨著國內(nèi)外高新技術(shù)的進一步發(fā)展，如何將這些高新技術(shù)更好的應用到實際生產(chǎn)中，也是目前花生脫殼機械需要盡快解決的問題。 1．5 花生脫殼機械應用前景展望 花生生產(chǎn)機械化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要組成部分，是農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟持續(xù)快速發(fā)展的重要保證，近年來，花生機械裝備總量不斷穩(wěn)步增長，作業(yè)水平進一步提高，社會化服務(wù)規(guī)模不斷擴大，雖然目前花生脫殼機械化水平較高，但是多應用于經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)與示范推廣區(qū)，并且小型機械多、大型機械少，低檔機械多、高性能機械少。在一些地區(qū)，用作種子和特殊用途的花生仁仍采用傳統(tǒng)的手工剝殼，勞動生產(chǎn)率低，區(qū)域性發(fā)展不平衡。進入21世紀，我國花生生產(chǎn)機械化開始了新的發(fā)展階段，農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整發(fā)生了新的變化，也對花生機械的發(fā)展產(chǎn)生了積極而深遠的影響，不僅拉動了新的有效需求，而且構(gòu)筑了適合花生生產(chǎn)機械化發(fā)展的新舞臺，為花生生產(chǎn)機械化真正成為農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的推動器提供了廣闊的市場發(fā)展條件。在一些地區(qū)推進花生生產(chǎn)機械化的過程中，相繼出臺了鼓勵和扶持農(nóng)民購買花生機械、開展花生機械作業(yè)服務(wù)的優(yōu)惠政策和措施，調(diào)動了農(nóng)民購買花生機械的積極性，形成了新的市場需求。隨著花生種植業(yè)的不斷發(fā)展，國內(nèi)外對花生深加工產(chǎn)品的需求不斷增大，提高花生脫殼機械化作業(yè)水平成為必然?；ㄉ摎C在提高勞動生產(chǎn)率，減輕勞動強度方面起到了積極的作用，促進了花生加工業(yè)的科技進步，為花生脫殼機械的發(fā)展提供了空間。 2 刮板式花生去殼機的結(jié)構(gòu)及工作原理 2．1 刮板式花生去殼機的結(jié)構(gòu) 根據(jù)刮板式花生去殼機的剝殼原理可知道，花生是從上至下依次經(jīng)過集料斗、剝殼箱、柵格、下箱出口、比重分選篩、分選口，花生仁收集斗這些部件的，因此設(shè)計剝殼機的整體結(jié)構(gòu)的依據(jù)就出來了。 設(shè)計過程是從上往下，從花生的裝集開始，最上面是集料斗，集料斗下方是剝殼箱，集料斗可與剝殼箱設(shè)計為一個整體。在剝殼箱內(nèi)，花生必須經(jīng)過刮板的撞擊和擠壓作用才能進行剝殼，因此，將刮板設(shè)計置在剝殼箱內(nèi)?；ㄉ?jīng)過刮板的撞擊和擠壓進行剝殼后，要經(jīng)過位于剝殼箱底部的柵格，于是可以把柵格設(shè)計成一個半圓柵籠，將其固定在剝殼箱的下半箱內(nèi)?；ㄉ┻^柵格后經(jīng)過剝殼箱底部的出口往下落，在下落過程中，設(shè)計一個風機的吹入口，其作用是將經(jīng)過剝殼的花生殼與花生仁進行分離，重量稍重的不被風吹走，而重量較輕的花生殼將被風機吹來的氣流帶入到花生殼收集通道，通道的底部設(shè)計成一定角度，經(jīng)過分離的花生仁往下落，落入比重分選篩上，然后比重分選篩運行，從而使花生仁上行，而未脫殼的花生則下行流入二次脫殼通道，經(jīng)風機作用這些花生再次進入脫殼機進行二次脫殼，最后花生仁在比重分選篩的上行口得到收集。 為保證整機的各部分的安裝，需設(shè)計一個機架，機架起到其它幾個部分的支承、定位、連接作用，并將電機安裝在機架里面，剝殼機安裝在機架的上方。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-1所示。 圖2-1 2．2 工作原理 刮板式花生去殼機以前也稱為刀籠剝殼機，是借助轉(zhuǎn)動軸上的刮板與籠柵的擠壓和打擊作用，將花生果外殼破碎的一種機械設(shè)備，其特點是結(jié)構(gòu)簡單、操作方便。其結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。它主要由進料機構(gòu)、剝殼機構(gòu)、分選機構(gòu)和支承機構(gòu)等部分組成。 圖2-2 花生果進入存料斗后，經(jīng)下部的入料窄口形成薄層流落下來進入剝殼箱內(nèi)，與高速旋轉(zhuǎn)的刮板相互碰撞，在刮板的錘擊下，花生殼發(fā)生破裂，從而進行第一次剝殼。部分花生果在下落過程中沒有與刮板發(fā)生碰撞，有些發(fā)生碰撞了而花生殼卻未撞裂，這部分花生落入到由圓鋼棒排列成的柵格上，由于柵格頂部與刮板的旋轉(zhuǎn)外徑間的間距不足以容納一個花生果，因此花生果將在落入柵格的同時被刮板再次錘擊和擠壓，從而使這些花生果的果殼也被壓碎。剝殼后的仁與殼通過柵格間的間隙落下，在下落的同時，受到風機吹來的經(jīng)調(diào)節(jié)好的氣流作用，果殼因重量輕而被氣流送入集殼通道，而花生仁因重量大，繼續(xù)往下落到比重分選篩上，經(jīng)比重分選篩后花生仁上行，未脫殼的花生落入通道中，經(jīng)風機作用再次進入脫殼機中進行二次脫殼，從而達到了殼仁分離且剝殼率較高的目的。 3刮板式花生去殼機主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 刮板式花生去殼機能否正常運轉(zhuǎn)，看的是其主要部件的設(shè)計，如果設(shè)計不合理，機器就不能正常運轉(zhuǎn)或者說不能運轉(zhuǎn)，那么生產(chǎn)出來的這臺機器就是一堆費品。設(shè)計合理，機器就能正常的運轉(zhuǎn)對并對花生果進行剝殼。因此，刮板式花生去殼機的主要部件的設(shè)計在整個設(shè)計過程中顯得尤為重要，合理的設(shè)計將提供給使用者更多的方便和實惠。 3．1設(shè)計前各項參數(shù)的確定 3．1．1 刮板的半徑及轉(zhuǎn)速初定 刮板的旋轉(zhuǎn)必須確保能將部分花生殼撞碎，當花生果與鋼質(zhì)物體相對速度達到5時，可使花生殼破碎而不會破壞到花生仁，可根據(jù)此依據(jù)設(shè)計刮板的轉(zhuǎn)速與半徑。 如圖3-1所示，花生下落位置在之間，設(shè)計時采用最小碰撞半徑為計算半徑 式(3.1) 取半徑R=250mm，則由式（3.1） 結(jié)論：R=250mm，n=382.2r/min 3．1．2 刮板所需功率計算 根據(jù)公式可計算出刮板所需的功率 刮板對花生做功 式(3.2) 圖3-1 ：刮板改變花生的動能 ：刮板改變花生的勢能 式(3.3) 式中 ——花生果的初動能（J） ——花生果的末動能（J） ——花生果的初速度(m/s) ——花生果地末速度(m/s) 根據(jù)所給產(chǎn)量要求 20-30kg/min,即平均0.417kg/s,此為花生仁的產(chǎn)量，折合花生果產(chǎn)量為0.417/純?nèi)事?根據(jù)國家標準，江蘇所處地理位置可取花生的純?nèi)事蕿?9%,折合花生果產(chǎn)量為0.604kg/s,此即每秒進入剝殼箱內(nèi)被破碎的花生果的重量?；ㄉ佑|刮板時初速度設(shè)為1m/s，方向向下，脫離刮板時速度為15m/s,方向向左，脫離刮板時相對初位置高度為500mm t=1s m=0.604kg/s R=0.5m 式(3.4) 加上刮板與花生在柵格中擠壓所需要的能量，P也不會超過500W。為計算電動機的所需工率Pd，先要確定從電動機到工作機之間的總效率。設(shè)、分別為滾動軸承和V帶傳動的效率，于是有 式(3.5) 電動機所需功率不會超過700W，由于給定電動機的功率為1.5kW，遠大于此計算值，故所給電動機的功率完全符合要求。 3．1．3 傳動方案擬定 由于刮板式花生去殼機的工作軸旋轉(zhuǎn)速度較高，達到可有兩種選擇，第一種是采用一級V帶傳動，第二種是采用兩級混合傳動，而很明顯的，若采用兩級傳動方案，將會致使機器的結(jié)構(gòu)復雜，而且成本升高，所以選用一級V帶傳動。 3．1．4 電動機的選擇 根據(jù)所給的功率及同步轉(zhuǎn)速，可選用的電機型號有兩種 Y90L-4型 和 Y100L-6型 根據(jù)電動機的滿載轉(zhuǎn)速和刮板轉(zhuǎn)速可算出總傳動比，現(xiàn)將此兩種電動機的數(shù)據(jù)和傳動比列于下表 表3-1 方案號 電機型號 額定功率kw 同步轉(zhuǎn)速r/min 滿載轉(zhuǎn)速r/min 總傳動比 i 1 Y100L-6 1．5 1000 940 2．459 2 Y90L-4 1．5 1500 1400 3．663 由上表可知：方案1總傳動比雖小，轉(zhuǎn)速低，但價格高，作為家用機械的電機不是太合算，故選擇方案2，即電機型號為Y90L-4。 查表得此種電動機的中心高H=90mm，外伸軸徑為24mm，軸的外伸長度為50mm。 3．1．5 傳動裝置的運動和參數(shù)計算 軸的轉(zhuǎn)速 軸的輸入功率 軸的轉(zhuǎn)矩 式(3.6) 式中 ——軸的轉(zhuǎn)矩(N.m) ——軸的輸入功率(kw) 3.2 電機與刮板轉(zhuǎn)子軸之間的V帶傳動設(shè)計 首先列出設(shè)計的基本條件 電機型號：Y90L-4 額定功率：1.5kw 轉(zhuǎn)速：=1400r/min 傳動比：=3.663 假設(shè)每天運轉(zhuǎn)時間t<10h 1.確定計算功率 式(3.7) 式中 ——計算功率（kw） ——傳遞的額定功率（例如電機的額定功率kw） ——工作情況系數(shù) 由文獻[13]表14.1-12查得 2．選擇V帶帶型 根據(jù)、查文獻[13],由表14.1－3確定帶型為A型 3.確定帶輪基準直徑 查文獻[13],由表14.1－18和表14.1－19在主動輪基準直徑系中選取， 從動輪基準直徑為 式(3.8) 按表圓整得 驗算帶的速度 式(3.9) 因此所選帶的速度合適 4．確定中心距a和帶的基準長度 初取中心距 式(3.10) 查文獻[13]由表14.1－7選擇帶的基準長度 計算實際中心距a 式(3.11) 5．驗算主動輪上的包角 式(3.12) 主動輪包角合適 式(3.13) 式中 ——包角系數(shù) ——長度系數(shù) ——單根V帶的基本額定功率 ——單根V帶的額定功率的增量 由,,=2.333查文獻[13]表14.1－17d和表14.1-13得 ，，， 代入數(shù)值，計算 取z=3 7.計算預緊力 查文獻[13]表14.1－14得:： 式(3.14) 8．計算作用在軸上的壓軸力 式(3.15) 式中 ——帶的根數(shù) ——單根帶的預緊力 N ——主動輪的包角 ( °) 代入數(shù)值計算得 9.V帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸計算及選用 帶輪材料選用HT200 根據(jù)基準直徑的大小選用不同的帶輪類型，小徑帶輪采用實心式，大徑帶輪采用輪輻式，主要結(jié)構(gòu)尺寸如表3-2 3-2電機與比重分選篩間傳動帶輪參數(shù)表 單位：mm 尺寸類型 小帶輪 大帶輪 75 175 基準寬度 11.0 11.0 基準線上槽深 2.75 2.75 基準線下槽深 8.7 8.7 槽間距e 15±0.3 15±0.3 第一槽對稱面至端面距離f 輪緣厚d 12 12 帶輪寬B 40 40 外徑 85.5 185.5 輪槽角 極限偏差 孔徑 24 26 輪轂長 50 35 32 輪輻厚 8 20 16 200.5 具體結(jié)構(gòu)設(shè)計見零件圖 3.3比重分選篩動力系統(tǒng)設(shè)計 3.3.1比重分選篩原理分析 在精選分級機械上，除氣流清選裝置外，應用最普遍的工作部件是平面型振動篩、窩眼滾筒和窩眼盤式分離裝置以及圓筒篩。我國研制生產(chǎn)的精選機和清糧機上大都采用了平面型振動篩。它與圓筒篩的主要區(qū)別在于篩面是平面型，而圓筒篩的篩面是圓柱面;在相同寬度條件下工作時有效篩理面積比圓筒篩要大;在傳動結(jié)構(gòu)上，圓筒篩只有單純的轉(zhuǎn)動，而平面篩需要作往復運動或復雜的振動，因而對機體將產(chǎn)生一定程度的振動影響。平面型振動篩一般是以電機作為振動源，由電機的轉(zhuǎn)動，通過一定的傳動機構(gòu)和動力傳遞裝置將電機的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成篩體的振動。而在此花生脫殼機中所采用的是曲柄連桿機構(gòu)以作為比重分選篩的執(zhí)行機構(gòu)。 當設(shè)計和安裝平面篩時，往往使它和水平面保持一定的角度。為了使被篩物沿篩子工作表面不斷地運動，就必須使篩子以一定的頻率振動。曲柄連桿機構(gòu)或偏心輪連桿機構(gòu)是作往復運動篩體的最常用的振動傳遞機構(gòu)，如圖3-2動力由電動機輸入到皮帶輪上，隨著曲柄或偏心軸的轉(zhuǎn)動，曲柄或偏心套通過連桿的鉸接將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變成篩體的往復振動。這時篩體的振動頻率就是曲柄軸或偏心軸的轉(zhuǎn)速，篩箱水平全振幅等于曲柄半徑或偏心距的2倍。 圖3-2比重分選篩原理圖 一般曲柄半徑(或偏心距)與連桿一長度和吊桿長度之比不超過1/10，這樣就可以認為，利用均勻旋轉(zhuǎn)的曲柄(或偏心)，可使篩子上任何一點都按簡諧運動規(guī)律沿自己的軌跡運動來分析研究被篩物沿振動篩面的運動規(guī)律。 這種偏心輪連桿傳動機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，并且具有一定的超載能力，即喂入量超過額定值時，篩體的振動頻率和振幅均不受影響，缺點是慣性力不能得到完全平衡。 3.3.2曲柄軸設(shè)計 軸的轉(zhuǎn)速 式(3.16) 軸的輸入功率 式(3.17) 軸的輸入轉(zhuǎn)矩 式(3.18) 1.初步確定軸的最小直徑 先按經(jīng)驗公式算出軸的最小直徑，選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。查簡明機械零件手冊表15-3選取，于是得 式(3.19) 2.擬定軸上零件的裝配方案 通過對各種方案的比較，現(xiàn)選用圖3-3所示裝配方案 圖3-3曲柄軸 3.根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 （1）由于定位要求,應在12，34段制一軸肩，故取1-2段直徑=16mm, 3-4段直徑，2-3段直徑為， 為達到從帶輪到凸輪軸的過渡中間加一軸肩4-5其直徑為， 軸5-6為軸承安裝處，取直徑， 因5-6段與11-12段為對稱的兩段故直徑，而取6-7，8-9，10-11段三段的直徑相等為 而為了滿足工作要求，設(shè)計曲柄時采取凸輪軸結(jié)構(gòu)，所以7-8，9-10段可以采用最小直徑，。 因凸輪軸是應用于振動篩的動力裝置，所以其位置應在篩體的下方，而其動力則由帶輪傳入，則4-12段長度取為。 （2）選擇滾動軸承 根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，由于該軸沒有受軸向載荷的作用，考慮到軸承的性價比較高，選用深溝球軸承。參照工作要求并根據(jù)，初步選取深溝球軸承6004具體參數(shù)如表3-3 表3-3深溝球軸承6004參數(shù) 6004 基本尺寸 安裝尺寸 極限轉(zhuǎn)速 D B 脂潤滑 油潤滑 20 42 12 0.6 25 38 0.6 15000 19000 在凸輪軸兩邊的兩軸承也只受徑向力，且受載不大，并考慮到兩軸承間的距離不大，考慮到箱體上加工兩軸承孔的同軸度，故選用深溝球軸承。參照工作要求并根據(jù)，初步選取深溝球軸承6006具體參數(shù)如表3-4 表3-4深溝球軸承6006參數(shù) 6006 基本尺寸 安裝尺寸 極限轉(zhuǎn)速 D B 脂潤滑 油潤滑 35 62 14 1 41 57 1.0 9000 12000 ( 3 ) 階梯軸各段長度的確定 V帶輪3與軸配合的轂孔長為35mm為在外伸軸上裝旋轉(zhuǎn)零件的軸段長度由軸上旋轉(zhuǎn)零件的轂孔寬度及固定方式而定,因采用鍵連接故應滿足鍵的強度要求，取=50mm。 而2-3段為使兩帶輪工作時不相互影響且能安裝一個軸承，而選擇的軸承寬度為12mm,故選取2-3段的長度為20mm.。 V帶輪2與軸配合的轂孔長為35mm，為使帶輪能夠穩(wěn)定工作，為保證輪緣與機架間無接觸，因采用鍵連接故應滿足鍵的強度要求，故選取3-4段的長度為40mm。 4-5段為帶輪到箱體內(nèi)部的過渡段，由箱體的壁厚和外伸長度決定，故取4-5段的長度為40mm。 軸5-6段的長度由軸承和擋油環(huán)相加所得，故取。 曲軸7-8及9-10段由于工藝加工的限制，故選取其長度為75mm。為滿足比重分選篩的工作要求，應使兩曲軸7-8與9-10保持一段距離，故取兩曲軸間的距離為220mm。則可由箱體尺寸及已定尺寸計算得到6-7段及10-11段的尺寸為100mm。 至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。 （4）軸上零件的周向固定 V帶輪3與軸的周向定位采用平鍵聯(lián)接，按其直徑查手冊得平鍵截面如表3-5 表3-5平鍵參數(shù) 長度取35mm V帶輪3與軸的配合為，滾動軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為。 V帶輪2與軸的周向定位采用平鍵聯(lián)接，按其直徑查手冊得平鍵截面如表3-6 表3-6平鍵參數(shù) 長度取30mm V帶輪2與軸的配合為，滾動軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為。 （5）確定軸上圓角和倒角尺寸 取軸端倒角，各軸肩處圓角半徑見零件圖。 3.3.3連桿設(shè)計 為了保證連桿在結(jié)構(gòu)輕巧的條件下有足夠的剛度和強度，連桿材料采用精選含碳量的優(yōu)質(zhì)中碳結(jié)構(gòu)鋼45模鍛，表面噴丸強化處理，提高強度。 1.連桿質(zhì)量的換算 連桿是做復雜平面運動的零件。為了方便計算，將整個連桿（包括有關(guān)附屬零件）的質(zhì)量用兩個換算質(zhì)量和來代換，并假設(shè)是集中作用在連桿小頭中心處，并只做往復運動的質(zhì)量；是集中作用在連桿大頭中心處，并只沿著圓周做旋轉(zhuǎn)運動的質(zhì)量，如圖3-4所示： 圖3-4 連桿質(zhì)量的換算簡圖 為了保證代換后的質(zhì)量系統(tǒng)與原來的質(zhì)量系統(tǒng)在力學上等效，必須滿足下列三個條件： （1）連桿總質(zhì)量不變，即。 式(3.20) （2）連桿重心的位置不變，即。 式(3.21) （3）連桿相對重心G的轉(zhuǎn)動慣量不變，即。 式(3.22) 其中，連桿長度，為連桿重心至小頭中心的距離。由條件可得下列換算公式： 式(3.23) 用平衡力系求合力的索多邊形法求出重心位置。將連桿分成若干簡單的幾何圖形，分別計算出各段連桿重量和它的重心位置，再按照索多邊形作圖法，求出整個連桿的重心位置以及折算到連桿大小頭中心的重量和 ，如圖3-5所示： 圖3-5 索多邊形法 2.往復直線運動部分的質(zhì)量 連桿零件做往運動的。它們的質(zhì)量可以看作是集中在桿端中心上，并以表示。質(zhì)量與換算到連桿小頭中心的質(zhì)量之和，稱為往復運動質(zhì)量，即。 3.不平衡回轉(zhuǎn)質(zhì)量 曲拐的不平衡質(zhì)量及其代換質(zhì)量如圖3-6所示： 圖3-6曲拐的不平衡質(zhì)量及其代換質(zhì)量 曲拐在繞軸線旋轉(zhuǎn)時，曲柄銷和一部分曲柄臂的質(zhì)量將產(chǎn)生不平衡離心慣性力，稱為曲拐的不平衡質(zhì)量。為了便于計算，所有這些質(zhì)量都按離心力相等的條件，換算到回轉(zhuǎn)半徑為的連桿軸頸中心處，以表示，換算質(zhì)量為： 式(3.23) 式中：——曲拐換算質(zhì)量()； ——連桿軸頸的質(zhì)量()； ——個曲柄臂的質(zhì)量()； ——曲柄臂質(zhì)心位置與曲拐中心的距離，。 質(zhì)量與換算到大頭中心的連桿質(zhì)量之和稱為不平衡回轉(zhuǎn)質(zhì)量，即 式(3.24) 由上述換算方法計算得： 往復直線運動部分的質(zhì)量=0.583，不平衡回轉(zhuǎn)質(zhì)量=0.467。 在曲軸設(shè)計中已經(jīng)確定曲柄連桿機構(gòu)中曲柄的長度為25mm,故根據(jù)使曲柄均勻旋轉(zhuǎn)的條件曲柄半徑(或偏心距)與連桿一長度和吊桿長度之比不超過1/10，所以取定連桿的長度為450mm。在此設(shè)計中主要是應用曲柄連桿機構(gòu)的往復運動從而實現(xiàn)篩面的往復運動，因為運動的頻率比較快，在連桿的聯(lián)接處應加軸瓦以減少桿體的磨損。選用軸瓦的厚度為1mm。 3.4比重分選篩曲柄軸與電機軸間的V帶傳動設(shè)計 對于電機與比重分選篩曲柄軸之間的帶傳動設(shè)計，首先列出設(shè)計的基本條件： 凸輪軸輸入功率： 轉(zhuǎn)速：=600r/min 傳動比： 假設(shè)每天運轉(zhuǎn)時間t<10h 1.確定計算功率 查表得工作情況系數(shù) =1.1 由式(3.7)得 2.選擇V帶帶型 根據(jù)、查文獻[13],由表14.1－3確定帶型為A型 3.確定帶輪基準直徑 由主動輪基準直徑系中選取， 從動輪基準直徑為 由式(3.8)有 取 驗算帶的速度 由式(3.9)有 =<= 因此所選帶的速度合適 4.確定中心距a和帶的基準長度 根據(jù)初步確定中心距，計算帶的基準長度 由式(3.10)得=824.94mm 由V帶的基準長度系中選取基準長度 計算實際中心距a 由式(3.11)得 5.驗算主動輪上的包角 由式(3.12)得 主動輪包角合適 6.計算V帶的根數(shù)z 由,,=1.57查表得 ，，， 代入數(shù)值，經(jīng)由式(3.13)計算得 Z=3.08 取z=4 7.計算預緊力 查文獻[13]表14.1－14得:： 由式（3.14）得 8.計算作用在軸上的壓軸力 由式(3.15)代入數(shù)值計算得 =1022.1N 9.V帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸計算及選用 帶輪材料選用HT200 根據(jù)基準直徑的大小選用不同的帶輪類型，小徑帶輪采用實心式，大徑帶輪采用輪輻式，主要結(jié)構(gòu)尺寸如下 表3-7曲柄軸與刮板轉(zhuǎn)子軸間的V帶輪參數(shù) 單位：mm 尺寸類型 小帶輪 大帶輪 75 118 基準寬度 11.0 11.0 基準線上槽深 2.75 2.75 基準線下槽深 8.7 8.7 槽間距e 15±0.3 15±0.3 第一槽對稱面至端面距離f 輪緣厚d 12 12 帶輪寬B 50 40 外徑 80.