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Manuf智力J備有工藝(2005):551-559 25.10.1007 / s00170-003-1843-3 Masood?b?阿巴斯懸Shayan?a?e卡拉調查設計和制造機械輸送系統(tǒng)，有食品加工。 2003年3月29日收到:2003年6月21日/接受:6月23日/發(fā)表在線:2004年，斯普林格出版社倫敦有限ó2004年 摘要：本文章介紹了開發(fā)方法和技術進行將降低成本和時間的設計、制造和裝配的機械輸送系統(tǒng)的研究的結果，應用于食品和食品飲料行業(yè)。改進后的方法來設計和生產的自動調節(jié)式氣力輸送的組件是基于新的材料、零件、成本、使用規(guī)則的設計制造和面向裝配的設計。結果在一個測試輸送系統(tǒng)驗證的好處——通過采用改進的技術。整體材料成本和傳統(tǒng)的方法相比降低了19%，整體裝配成本相比,降低了20%。 關鍵字：裝配.DFA?DFM.設計，機械輸送。 1介紹 輸送系統(tǒng)應用于食品和飲料行業(yè)高度自動化的定制結構組成的一個大型零件的數量和用來攜帶產品,如食物紙箱裝,喝的瓶子和罐子在快速生產和組裝線。大部分的處理和包裝的食品和飲料-在紙箱、持續(xù)經營再保險——瓶或罐等。在一個被控制quired移動速度,對充填或者裝配墨粉壽命結束- 成為。他們的操作需要高效、可靠的我-傳送帶運輸,操作時,范圍從高架地板-類型的安裝類型的連鎖店,或者帶式輸送機滾筒驅動系統(tǒng)。近年來,極大的壓力來自客戶低成本但高效的機械輸送系統(tǒng)使得制造商重新檢查他們的當前的設計和組裝等看看另一種方法和手段來制造更多經濟、可靠的輸送帶,為他們的客戶帶來方便，目前,懸Masood(u)?b?a?e Shayan阿巴斯卡拉工業(yè)研究所一本史文朋, 一本史文朋理工大學,墨爾本,澳大利亞3122山楂, 電子郵件：smasood@swin.edu.au: 改進后的新零件大多數物料搬運設備,硬件和軟件兩個方面,都是高度專業(yè)化,呆板的和昂貴的配置、安裝維持[1]。輸送帶,被固定在以他們的位置和根據他們的同步輸送帶速度,任何轉換的輸送系統(tǒng)非常困難和前期陷入沉思。在今天的從根本上改變工業(yè)市場,有一個需要執(zhí)行一種新的制造策略,一個新的系統(tǒng)經營理念,并提出了一種新的系統(tǒng)控制軟件和硬-陶瓷的發(fā)展理念,可應用于設計的新一代的開放、靈活物料搬運系統(tǒng)[2]。何鴻燊和Ranky[3]模型,提出了一種新的模塊化可重構二維和三維的輸送系統(tǒng),包括一個開放的稀土-可配置的軟件體系結構的基礎上,CIM-OSA(打開 系統(tǒng)架構)模型。指出研究地區(qū)輸送系統(tǒng)的改進、完善和提高,用于飲料-焦化是非常有限的。大部分的發(fā)表的研究論文是指揮 用于改善輸送系統(tǒng)的操作和交互的系統(tǒng)非常復雜的軟件和硬件。本文提出一種研究調查，實踐證明,使用當前技術標志、制造和裝配型鏈式的地板上 驅動機械輸送設備,以減少制造這樣的運輸機的時間和成本。應用了并行工程的設計和實施的基本原則 面向裝配的設計制造和[4、5],幾個關鍵研究了輸送機零部件都是為他們的功能、材料適宜性、強度準則、成本和簡化了安裝的 整體輸送系統(tǒng)。這個關鍵零部件進行了改性用新的形狀和幾何位置重新設計,以及一些新材料。改進后的設計方法和功能 驗證了新型平零件上測試了一種新測試,系統(tǒng)設計、制造和組裝過程中使用。 設計制造和裝配DFMA) 近年來,研究在該地區(qū)的可制造性設計和裝配已成為非常有用,因為他們正在考慮提高工業(yè)設施和生產。然而,沒有足夠的工作完成后,在該地區(qū)輸送機的設計,特別是相關的組件是使得越來越多的圖紙數據與重組。輸送過程的設計基于傳統(tǒng)的方法。 大量的文章發(fā)表,investi -DFMA封閉的相關問題,并將其應用于各種methodolo -要達成目標,使經濟、高效和成本證明 有效的對這些公司正在調查之中。 主要的分類知識就可以影響DFMA - 問題的一般準則為(1)、(2)特定公司的最佳 (3)進行resource-specific過程和或約束。一般指通常適用rules-of-thumb指南,到制造領域的設計師應該注意。下面的列表整理了DFM指南[6]。 ?設計最小數目的部分 ?開發(fā)一種模塊化設計 ?最小化部分變化 多功能?設計部件 multiuse?設計零件 為便于設計部分的0.9%的制造 ?避免單獨緊固件 靈活性:?最大化設計為便于裝配 處理:設計?最小化處理的簡報 ?評估的裝配方法 ?消除調整 避免靈活的組件?:他們很難對付 ?使用零件已知的能力 偏執(zhí)?允許的最高部分 使用已知的和證明?零售商和供應商 在derated?使用零件析出大量的價值觀與沒有邊際 ?最小化組件 ?強調標準化 ?使用盡可能簡單的操作 使用已知的能力?操作 啟動和干預措施。?最小化 承接的工程更改?批量生產 這些設計指導方針應該被認為是“最優(yōu)的建議”。他們通常會導致高質量、低-成本,地設計。偶爾的妥協必須被做,當然。在這些情況下,如果一個指導方針,走過去了對市場營銷或性能要求,下一個最好的選擇應選擇[7]。 它是指特定公司的最佳實踐的內部設計公司開發(fā)的條例,通常是在很長一段時間,和設計師是沿襲。這些設計規(guī)則是確定的公司等導致質量得以改善嗎通過識別和效率的總體關系特定的過程和設計決策。公司使用這樣的培訓指導方針的一部分給設計師的產品需要大量的手工裝配或-維護。值得注意的是,大部分的方法論擅長任選一種被快速和容易的開始,或者是被更正式的。例如,指導方針,布斯羅伊德Dewhurst[8],在DFA被視為定量和系統(tǒng)的。 而DFM指導方針,這僅僅是法則經驗豐富的專業(yè)人員,是源自于一些定性和不那么正式的[9]。 3．傳統(tǒng)的輸送系統(tǒng)的設計 輸送系統(tǒng)的設計和制造是一個非常復雜和費時的過程。像每個輸送系統(tǒng)一個定做的產品,每個項目不同于其他的項目在規(guī)模、產品和布局。該系統(tǒng)設計是基于客戶需求,產品的規(guī)格要求。該系統(tǒng)布局必須適合在空間所提供的公司。這個過程的設計規(guī)劃系統(tǒng)-輸送機瞬變電磁法(tem)涉及修改以及可能要花上數天到數月不等或某些情況下十年。一個以最低的成本和最大。 最有可能的客戶適用性得到認可。圖1顯示一個圖解的布局對一典型輸送機系統(tǒng)安裝在生產線用于標簽塑料瓶。輸送機系統(tǒng)的不同地區(qū)特殊的技術鑒定的名字,一般運用于類似的工業(yè)應用。美國證券交易委員會(sec)的“singlizer”-使產品的聲譽形成一條車道從多個車道?！敖洕啪彽乃俣缺怼敖档彤a品一旦它的出口,labeller填料等。美國證券交易委員會(sec)的“大規(guī)模流動”-興是用來跟上高速過程,例如,填料,labeller等。“轉會表”的方向發(fā)展,促進轉移-流動。這些不同的目的是輸送機部分因此為了控制產品,通過不同的處理流程。一個典型的機械輸送系統(tǒng)用于食品應用包括了兩百機械根據大小電器部件的系統(tǒng)。一些常見的但又極為重要的組件,可能是標準和積累了家族的輸送系統(tǒng)。側架、間隔臂的酒吧,最后板、覆蓋板、內彎板、外板、彎曲的軌道和井(開車,尾巴和奴隸)。大小和數量的變化來表明自己的這些部分的長度的自動調節(jié)式氣力輸送的對應部分的內容和數量的軌跡-ing的寬度和類型的鏈所要求的。存在的問題及在當前的設計缺陷、制造和裝配機械輸送設備多樣化、包括: ?在設計對部分 ?高成本的一些組件 ?長時間參與總裝/維修 ?使用非標零件 圖1 4．部分的改進 為了識別領域的材料、降低成本勞動的成本分析的主要輸送部件進行了研究估計成本的百分比各部分的關系所有這類零件的總成本。這個分析的目的是為了識別關鍵零部件,主要負責在-壓痕的成本,從而探討輸送方式對于降低成本的部分。 表1顯示了一個50-section輸送機的成本分析系統(tǒng)-瞬變電磁法(tem)。通過分析可知,有12個零件組成的15達79%總材料成本的輸送系統(tǒng),在那里的進一步研究的重點改進設計,降低成本是可能的。從這些,七個部分,分別鑒定為關鍵的部位(顯示的 星號符號在表1)構成最大數量的成分-達71%的數量,并包括在整體上的資料成本。在這些人之中,三種成分(腿套,側架和支持渠道)被發(fā)現占總數的50%輸送機材料成本。詳細分析了每一種12考慮到零件的原則進行并行en -工程、設計制造和面向裝配的設計,和研制了一種新的改進設計,每宗[10]。德-改進設計的尾巴的一些選定的主要部件 5.腿套附件的重新設計 在一個輸送系統(tǒng),腿是安裝在側架保持整個輸送系統(tǒng)在了地板上?，F有的設計工作的自動調節(jié)式氣力輸送的腿,但是花費也很昂貴的制造、他們有穩(wěn)定的問題,并會造成延誤發(fā)貨。延遲 通常是造成這些部分不到位從超過- 供應商準時。最關鍵的規(guī)格要求為輸送機是: 帶式輸送機?強度負荷 ?穩(wěn)定性 ?簡化了安裝 安逸的靈活性(?調整高)。 圖2顯示的所有部件的使用現有的設計輸送機的腿。指定的密碼是零件編號表2中所描述的,體現了一種——的一個故障成本。 完整的勞動時間要求組裝系統(tǒng)性的腿。現有的腿設置由塑料腿括號內的命令來自海外,不銹鋼管,腿 切成指定的尺寸,腿管子塑料的調整,是哪一種管夾到腿是在底部,如圖2。凸耳,切成大小、鉆孔、焊接而成廣場到腿 管螺栓角度拉條和背襯板,以支持腿支架螺栓。#各部分的表2意味著這個號碼在每個部分元件的數量和質量是特殊的。 腿各部分的設計。公司利用這個設計為許多年,但一個常見的投訴。據報導,客戶是不穩(wěn)定的腳。從最初的調查,就變得很明顯就是不銹鋼管的聲譽之間和塑料腿支架(部分 在圖1和第3部分。2)沒有剛性足夠了。連接這些零件是唯一一個6毫米螺栓。有時,當輸送系統(tǒng)正載著滿載荷、觀察發(fā)現產品 輸送機的腿是不穩(wěn)定的,并引起了機械震動。其中最主要的原因是由于一個單一的螺栓連接兩端的凸耳在第三部分和部分的——輸送機可靠性具有重要物質和要求。 為了滿足顧客的期望立即改正?？紤]到存在的問題——輸送機腿德標志和客戶的喜好,一個新設計的輸送機腿被發(fā)展。一般的強度和穩(wěn)定性腿被認為是主要的標準。 在新的設計方案的觀點,但其他的考慮簡單的計,海外部分的安逸裝配環(huán)節(jié)的調試。圖3顯示,新設計的輸送機的腿總成,和表3給出了描述和造價的每一部分。 圖3顯示,新設計僅由五個主要的各部位為輸送機的腿比八種主要的部件舊的設計。在舊的設計、塑料腿支架,腿塑料調節(jié)和腿管子管是最貴的項目成本核算的72%的腿總成。 表1。輸送機關鍵零部件,基于部件成本分析 產品說明 腿*設置 *側架 支持渠道* 彎曲軌跡 *Rt.滾子軸 尾軸 間隔條* 支持*穿帶 支持一端穿條* 終板 蓋板 彎板 轉矩臂支架 槽蓋 彎板內 總 關鍵零部件 數量 68 80 400 8 139 39 135 400 132 39 39 8 18 97 8 材料應用 塑料腿+ SS管 2 5.m m SS C 信道SS 塑料 20直徑的S軸 35直徑不銹鋼 50X50X6 SS 40×10毫米塑料 塑料 2 5.m m / SS 1 6.m m S / S 2 5.m m / SS 6毫米的飛船空間站板 不銹鋼2 5.m m / SS 花費(%) 20.22 16.07 15.00 14.36 6.70 6.27 5.43 5.36 3.01 1.88 1.57 1.29 1.21 0.97 0.66 100.00 改進的可能 是的 是的 是的 沒有 是的 沒有 是的 是的 是的 是的 沒有 是的 是的 是的 是的 是的 *表2。成本分析對老腿設計組裝 部分描述。 1 塑料腿支架 5 腿管子塑料調整 6 凸 4 角度拉條 7 背襯板 2 腿管 3 螺栓 8 總裝配成本(焊接) 圖2 圖3 表3。成本分析對新設計的腿總成 （部分描述） 1 不銹鋼角(50×50×3毫米) 3 腿塑料調整 4 交叉brassing 5 螺栓 2 背襯板 結果,那些部分都已經被一種不銹鋼角的影響并提出了一種新的塑料腿調整降低生產成本的腿assem -bly由接近50%。因此零件的總數量的腿從19日已減少到15和總成本為每回合的設置 減少了55美元的新設計。新輸送機腿設計、測試時,被發(fā)現 更為安全、穩(wěn)定的比舊的設計。消除零件號1個月和5從老式輸送機設計作出了新的設計更加穩(wěn)定和剛性的。此外,寬度,釘在十字架上支撐也有提高,而不是兩個螺栓的山一個在舊的設計。這樣就提供了整個輸送機腿的設置額外的力量。 6側架的重塑 邊框架是首要支持輸送系統(tǒng)提供體力輸送機及幾乎所有的 零件安裝在它。側架的預計也會有一個剛性的力量來提供必要的支持給所有的荷載進行了輸送機。它也可適應所有相關的輸送機 組件的裝配。關鍵的考慮的一面框架設計是: 側架的大小(?深度) ?強度的材料 ?易于裝配 ?易于制造 圖4顯示了側架尺寸和參數。 側架的使用,在現有的設計深度尺寸(尺寸H在圖4)調查時,發(fā)現之間的距離間隔的酒吧，軸(孔尺寸和回報G和F,如圖4)降低的時候,就像有了一些不必要的兩個人之間的距離。更為重要的一點,定義之前先檢查一下設計參數,以確保帶來另外兩份關系更加密切,返回鏈不會趕上間隔條而輸送機在運行。該模型的新球隊的框架設計畫在計算機輔助設計(CAD),以確保所有的規(guī)格是聲音部分是放置在位置和檢查的間隙很適合。通過這一原則的可制造性設計的新球隊的框架設計是對稱的,以便它適用于所有類型 側架的。這個變化將減小尺寸的一邊所有通徑的框架顯著鏈。 表4顯示的維度上的比較舊的設計和新設計的側架為同一鏈類型。 圖4 表4。新的和舊的側架尺寸參數 它指出整體規(guī)模(深度)的輸送機有什么期望減少241 mm 199毫米(尺寸H),節(jié)約了42毫米不銹鋼在每側架馬努-factured。因此,從一個不銹鋼薄板×毫米,1500 3000股老設計參數只允許六3米長的側架但隨著新的設計參數,現在它是可能的生產7側架3米長從同樣的表大小。用于的資料數量也是再保險——側架認為為更深入的研究。據估計,約55%總成本的輸送系統(tǒng)都花在材料。 目前的資料用于側架是2.5毫米厚污點-304鋼的等級食物少。目前,還有其他的材料市場上可以買到的厚度,可以選擇作為一個選項。為此,一位撓度分析進行了預測,如果有任何其他類型的資料西裝能夠取代現有的資料,這樣它才不會沒有通過它的 強度標準。分析6.1撓度側架圖5給出了確定的實驗系統(tǒng)實踐新球隊的框架下,在X,Y方向不同加載條件。隨著新的設計參數的一組側架的生產調查撓度等1 6.m米厚的不銹鋼側架。一段側架螺栓與間隔條和回歸測試-軸是組裝做這個實驗。獲得的結果撓度運用可變荷載側架的一個區(qū)段通過一個液壓。顯示在圖5,撓度表 放置在垂直(Y)和橫向(X)軸來測量嗎任何閱讀上觀察到的側架。應用的負荷是通過對側架的液壓機向下方向。 側架的支持上從同樣的位置那里的腿是安裝在側架。 8的軌跡輸送機路段觀察任何異常在大負載。負載的應用于實驗輸送機部分在估算和高于實際負荷欺詐-在真正輸送機系統(tǒng)條件應用。輸送設備的通常用來攜帶下的荷載一公噸,每米 工業(yè)應用于食品和飲料行業(yè)。掣普珥-應用大量的輪廓點是估計偏轉對側架在高負載下。數字6和7取得成果的 通過實驗對輸送機的四個進程和部分六軌,分別。 從獲得的結果,觀察2 KN下撓度值的荷載作用下,幾乎是在2毫米 圖5 圖6 圖7 類型的部分。在一定情況下,1.6毫米不銹鋼側架的設計,可以一種可能的選擇在現有的輸送機側架的設計。據預計,有更大的部分,對輸送帶撓度的側架的意志呆在允許范圍內,也就是說,±5毫米。主要的是為什么這個試驗是確保側架裂紋不扣在高負載下。因此沒有 對于任何證據屈曲發(fā)生的各種類型的部分使用。但預計也,經驗教訓的基礎上工程師和調查研究,在當前完整的總成后,輸送設備想像的力量,這將進一步額外減少可靠性偏斜對側架。例如,撓度,對于每一套測量實驗的意義。與安裝在側架腿,部隊將行為相反的方向,將極大推動側架里面。完整的觀察可見特發(fā)性肺纖維化-保護的這個假設當一個完整可以得出結論 輸送機是內制造和測試試驗的基礎上的新設計參數。 所有的實驗結果,得到了令人滿意的結果,它是騙人的-那1.6毫米不銹鋼304側架品位是專為輸送帶,對于食物和飲料行業(yè) 指定的指導方針下負載。制造的成本節(jié)約這個地區(qū)有顯著的自預計80%的材料的用量在一個輸送系統(tǒng)是不銹鋼做的。 6.2側架成本分析 物料檢討和撓度的分析表明了現有2.5毫米不銹鋼薄板設計是一個在身邊的時候我是誰框架的食品和飲料輸送機應用。alysis也顯示,1.6毫米厚的不銹鋼薄板即可作為一種替代性材料為側架,這將履行令人滿意。表5顯示一個比較成本的舊的,新設計的側架,哪個 表明,節(jié)約每側架在新設計是37億美元(例如:一個儲蓄的50.1%)。除此之外,節(jié)約成本,減少側架從尺寸241 mm 199 mm也將允許生產一個額外側架的3000×1500毫米不銹鋼。 在圖紙上。新設計的改善是開展了好幾個其他關鍵的部位,如支持渠道,還滾子軸上,穿條間隔的酒吧,支持和支持,一端穿帶 導致更多的成本和勞動的儲蓄和緩解肌肉吉諾比利-成和組裝等。例如,新的設計的支持總成(包括支持渠道穿帶和一端穿條)要求降低若干進程,減少磨損的紙條厚度、使用一個新的M截面通道和規(guī)定使用不同種類的鏈給人們提供了一種節(jié)約成本的33.7%實驗結果表明,改進的設計。這種新設計的輥軸的回報-用一種節(jié)約成本和減少50% 44.5%的勞動力時間。這種新設計間隔酒吧提供費用估計從節(jié)省25%的舊的設計。 7 一個在測試設計實施的輸送系統(tǒng) 設計改進的實施零件和部件進行設計,圖靈測試和組裝的一個較為完整的輸送系統(tǒng)。這新的和改進的測試和驗證輸送機當時性能與實際產品(塑膠瓶)。分析了成本——還進行了比較sis是整體成本的儲蓄,在這個測試輸送機與所涉及的費用與一個相同的輸送機 基于陳舊的設計[7]。新的考試輸送機是一種類型(圖8),共有三個不同的部分的總長度5米。部分six-track C1是一段截面C2輸送機,加入是一個six-track彎曲90?輸送機。這是連接到輸送機補體C3,它是一段eight-track輸送機的部分,稱為雜合- 國家的兩種不同類型的枷鎖,標簽和力量。測試輸送含有共有26主要部分。圖9所示的是用于測試的測試輸送機在合作產品開發(fā)流程 公司。性能和效率的新測試方法的輸送機和它的重要的新零件進行了光滑、無噪音的表演-通過觀察極佳的產品開發(fā)流程的空的塑膠喝瓶輸送鏈條。所有的器官和輸送系統(tǒng)發(fā)現良好的靜動態(tài)性能充分展示功能。一個完整的成本分析在測試輸送機進行了研究 為了衡量不同新與舊的設計也在組裝評價緩解和減少勞動expendi -真正的。部件數量,所用的原材料、生產成本進行了計算和百分比等各個部分的存款每一部分和整體系統(tǒng)進行測定。 圖8 圖9 8結果和討論 最關鍵的面積來查看是否考慮是新的支持通道的設置和滴盤中加入已經執(zhí)行用較少的勞動消耗。注意的是,也已經向 確保勞動者已經工作有效地工作。 《紐約時報》用于組裝的輸送系統(tǒng)是在意料之中的對取決于心情的工人和其他外部前沿空中管制官-工具。但是努力達到盡可能密切的時間制造的輸送設備。一項研究揭示了證明成本分析的事實:生產成本節(jié)約?40%或更多達到了 八改良設計部分節(jié)約成本實現了26%,34%在其他三個部分組成。 ?在高成本部分,最大的儲蓄為實現軸側架,還輥,腿集和支持穿條紋的。 ?的總費用降低了19%的輸送機。 ?整體勞動力成本在裝配的輸送機降低了20%。 研究表明,該儲蓄完成主要輸送機的零件,達到或超過設計 不是設計專業(yè)。其中最主要的變化,這些變化輸送機系統(tǒng)的影響是設計的修訂側架的設計參數,這也會影響到這些變化在其他地方,都是同盟。其次,發(fā)展支持新的M剖面的通道隨著標準磨損 條添加到巨大的成就在新的輸送機的設計。完成從全新的設計減少了勞動也做出了重大影響成本和流水線上提高了產品設計和制造。同時也注意到,它是由categorising間隔棒不同數量的軌跡im - 證明了選拔程序的設計。新輸送機制度已成為更經濟且有效的成本和需求使用額外的增強材料被淘汰出局。 9結論 在設計和制造機械輸送系統(tǒng)-等方面,有相當不足的研究工作的輸送機設計優(yōu)化,特別是缺乏應用技術來設計改進在這樣的系統(tǒng)。在為了提高成本和訂貨至交貨的時間——在輸送系統(tǒng) 瞬變電磁法(tem)、一個完整的故障分析,這也是一種試輸送機等久了進行評估的高消費地區(qū)于輸送機馬努-成。分析運用原則的支持 可制造性設計,為提高面向裝配的設計在不犧牲的功能設計和運行的系統(tǒng)。一種新的式輸送機設計提出了一種基于所有 建議的修改的自動調節(jié)式氣力輸送的組件。該建議驗證了輸送系統(tǒng)以及在考試的時候所采用的合作公司。結果證明見sub - cessful與整體的儲蓄,在成本和19%下降20%總勞動成本。研究結果顯示,應用DFMA的規(guī)則,設計和組裝的費用的一個情結 像機械輸送系統(tǒng)為食品加工即可戲劇性的減少。 參考 1. 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Boothroyd G, Dewhurst P (1988) Product design for manufacturing and assembly. Manuf Eng April:42-46 9. Bedworth DD, Henderson MR, Wolfe PM (1991) Computer integrated design and manufacturing. McGraw-Hill, Singapore 10. Abbas B (2001) An investigation into design and manufacturing of mechanical systems for food processing and beverage industry. Disser- tation, Swinburne University of Technology, Hawthorn, Australia 2012屆畢業(yè)生 畢業(yè)論文設計資料 學生姓名 孫馮璃 學 號 8011208212 所屬學院 機械電氣化工程學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 12-2 機械電氣化工程學院制 小白杏杏核破殼機 設計說明書 學生姓名 xxxx 學 號 8011208212 所屬學院 機械電氣化工程學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 12-2 指導教師 xxxx 日 期 2012.06 xxxx大學教務處制  前 言 杏核具有極大的食用價值和藥用價值，隨著生活水平的提高，人們對其需求量日益增長，除暢銷國內市場外，還遠銷日本、東南亞及歐美等國還是制造酒精和機械用油的工業(yè)原料。在河南省的三門峽等地有大面積的杏樹種植。目前我國杏仁加工企業(yè)均采用傳統(tǒng)的手工作坊形式，使杏仁產量、質量和經濟效益受到影響。所以說有必要研制一系列的杏核加工設備。在杏核破殼取仁過程中，要求杏仁破碎率要低，破殼效率要高?，F有的簡易破殼機對杏核破殼時，使杏核在厚度方向上受擠壓而破碎，通常要破殼多次，即第一次破殼后篩去碎殼和杏仁，改變破殼間隙再次進行第二次破殼，以同樣方式進行第三次至第六次的破殼，此種方式進行杏核破殼加工，杏仁的破碎率高達15%-30%，降低了杏仁質量，因而造成很大損失，并且加工效率也很低。因此有必要研究杏核和杏仁厚度尺寸，杏核和杏仁之間的間隙等分布規(guī)律和杏核破殼時的變形情況，以尋求一種高效低破碎率的破殼方法。 小白杏杏核中富含脂肪和蛋白質，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。利用小白杏杏核或脫脂后的小白杏杏核餅粕的蛋白粉，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。以小白杏杏核蛋白粉為原料或添加劑制成的食品，既提高了蛋白質含量，又改善了其功能特性。小白杏杏核蛋白粉還可以通過高壓膨化制成蛋白肉。小白杏杏核是食用植物油工業(yè)的重要原料，利用小白杏杏核油可制造人造奶油、起酥油、色拉油、調和油等，也可用作工業(yè)原料。小白杏杏核除經簡單加工就可食用外，經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。小白杏杏核加工副產品小白杏杏核殼和小白杏杏核餅粕等可以綜合利用，加工增值，提高經濟效益。 小白杏杏核在制取油脂、制取小白杏杏核蛋白、生產小白杏杏核儀器以及在小白杏杏核貿易出口時，都需要對小白杏杏核進行預處理加工。小白杏杏核的預處理主要包括小白杏杏核的去殼和分級、破碎、軋胚和蒸炒等。 小白杏杏核在加工或作為出口商品時，需要進行去殼加工。小白杏杏核在制取油脂時，去殼的目的是為了提高出油率， 提高毛油和餅粕的質量，利于軋胚等后續(xù)工序的進行和皮殼的綜合利用。傳統(tǒng)的去殼為人力手工去殼，手工去殼不僅手指易疲勞、受傷，而且工效很低，所以小白杏杏核產區(qū)廣大農民迫切要求用機器來代替手工去殼。小白杏杏核去殼機的誕生在很大程度上改變了這種局面，使小白杏杏核產區(qū)的農民不必再采用最原始的去殼方法進行去殼，從而大大地減輕了農民的體力勞動，同時還提高了小白杏杏核去殼的效率。 小白杏杏核脫殼機是將小白杏杏核莢果去掉外殼而得到小白杏杏核仁的場上作業(yè)機械。由于小白杏杏核本身的生理特點決定了小白杏杏核脫殼不能與小白杏杏核的田間收獲一起進行聯合作業(yè)，而只能在小白杏杏核莢果的含水率降到一定程度后才能進行脫殼。隨著小白杏杏核種植業(yè)的不斷發(fā)展，小白杏杏核手工脫殼已無法滿足高效生產的要求，實行脫殼機械化迫在眉睫。 目 錄 1 緒論 4 1．1 課題提出的背景 4 1．2 小白杏杏核脫殼機械的發(fā)展 4 1．3 小白杏杏核脫殼機械的研究應用現狀 8 1．3．1 目前小白杏杏核脫殼機采用的脫殼原理 8 1．3．2 新型脫殼技術 9 1．3．3 小白杏杏核脫殼機械的工藝研究 9 1．3．4 小白杏杏核脫殼機械存在的問題 10 1．4 小白杏杏核脫殼機械研究重點 10 1．4．1 提高小白杏杏核脫殼機械的通用性和適應性 10 1．4．2 提高機械脫殼率和降低破損率 10 1.5小白杏杏核脫殼機械應用前景 11 2 刮板式小白杏杏核去殼機的結構及工作原理 11 2．1 刮板式小白杏杏核去殼機的結構 11 2．2 工作原理 11 3 刮板式小白杏杏核去殼機主要部件的結構設計 12 3．1設計前各項參數的確定 13 3．1．1 刮板的半徑及轉速初定 13 3．1．2 刮板所需功率計算 13 3．1．3 傳動方案擬定 15 3．1．4 電動機的選擇 15 3．1．5 傳動裝置的運動和參數計算 15 3．2 V帶傳動的設計 15 3.3 軸的設計 19 3.3.1 軸的強度校核計算 21 3.3.2 軸的強度條件： 21 3.4 刮板結構的設計 22 3.5 半柵籠的設計 23 3.6 箱體的設計 23 3.7 殼仁分離裝置的設計 24 3.8 機架的設計 24 3.9 附件 24 總 結 25 致 謝 26 參考文獻 27 3 塔里木大學畢業(yè)設計 1 緒論 1．1 課題提出的背景 小白杏杏核中富含脂肪和蛋白質，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。利用小白杏杏核或脫脂后的小白杏杏核餅粕的蛋白粉，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。以小白杏杏核蛋白粉為原料或添加劑制成的食品，既提高了蛋白質含量，又改善了其功能特性。小白杏杏核蛋白粉還可以通過高壓膨化制成蛋白肉。小白杏杏核是食用植物油工業(yè)的重要原料，利用小白杏杏核油可制造人造奶油、起酥油、色拉油、調和油等，也可用作工業(yè)原料。小白杏杏核除經簡單加工就可食用外，經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。小白杏杏核加工副產品小白杏杏核殼和小白杏杏核餅粕等可以綜合利用，加工增值，提高經濟效益。 小白杏杏核在制取油脂、制取小白杏杏核蛋白、生產小白杏杏核儀器以及在小白杏杏核貿易出口時，都需要對小白杏杏核進行預處理加工。小白杏杏核的預處理主要包括小白杏杏核的去殼和分級、破碎、軋胚和蒸炒等。 小白杏杏核在加工或作為出口商品時，需要進行去殼加工。小白杏杏核在制取油脂時，去殼的目的是為了提高出油率， 提高毛油和餅粕的質量，利于軋胚等后續(xù)工序的進行和皮殼的綜合利用。傳統(tǒng)的去殼為人力手工去殼，手工去殼不僅手指易疲勞、受傷，而且工效很低，所以小白杏杏核產區(qū)廣大農民迫切要求用機器來代替手工去殼。小白杏杏核去殼機的誕生在很大程度上改變了這種局面，使小白杏杏核產區(qū)的農民不必再采用最原始的去殼方法進行去殼，從而大大地減輕了農民的體力勞動，同時還提高了小白杏杏核去殼的效率。 小白杏杏核脫殼機是將小白杏杏核莢果去掉外殼而得到小白杏杏核仁的場上作業(yè)機械。由于小白杏杏核本身的生理特點決定了小白杏杏核脫殼不能與小白杏杏核的田間收獲一起進行聯合作業(yè)，而只能在小白杏杏核莢果的含水率降到一定程度后才能進行脫殼。隨著小白杏杏核種植業(yè)的不斷發(fā)展，小白杏杏核手工脫殼已無法滿足高效生產的要求，實行脫殼機械化迫在眉睫。 1．2 小白杏杏核脫殼機械的發(fā)展 我國小白杏杏核脫殼機的研制自1965年原八機部下達小白杏杏核脫殼機的研制課題以來，已有幾十種小白杏杏核脫殼機問世。只進行單一脫殼功能的小白杏杏核脫殼機結構簡單，價格便宜，以小型家用為主的小白杏杏核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小白杏杏核脫殼機在一些大批量小白杏杏核加工的企業(yè)中應用較為普遍。國內現有的小白杏杏核脫殼機種類很多，如6BH一60型小白杏杏核去殼機、6BH一20B型小白杏杏核去殼機、6BH一20型小白杏杏核脫殼機等(技術參數見附表)，其作業(yè)效率為人工作業(yè)效率的2O～60倍以上。錦州俏牌集團生產的TFHS1500型小白杏杏核除雜脫殼分選機組一次能實現小白杏杏核原料的脫殼、除皮、分選，是一種比較先進的小白杏杏核后期生產機械。偉民牌6BH一720型小白杏杏核脫殼機帶有復脫、分級裝置，采用搓板式脫殼、風力初選、比重分離清選等裝置，具有結構緊湊、操作靈活方便、脫凈率高、消耗動力小等特點。6BK一22型小白杏杏核脫殼機是一種一次喂料就可完成小白杏杏核脫殼工作的機械，經風力初選、風扇振動、分層分離、復脫清選分級后的小白杏杏核仁可直接裝袋入庫。6BH一1800型小白杏杏核脫殼機械采用了三軋輥混合脫殼結構，能夠進行二次脫殼。而隨著我國小白杏杏核產業(yè)的進一步調整，小白杏杏核產量逐年增加，小白杏杏核的機械化脫殼程度將大幅提高，小白杏杏核脫殼機械將擁有廣闊的發(fā)展前景[1]。 小白杏杏核去殼的原理很多，因此產生了很多種不同的小白杏杏核去殼機械。小白杏杏核去殼部件是小白杏杏核去殼機的關鍵工作部件，去殼部件的技術水平決定了機具作業(yè)剛小白杏杏核仁破碎率、小白杏杏核果一次剝凈率及生產效率等重要的經濟指標。在目前的生產銷售中，小白杏杏核仁破碎率是社會最為關心的主要指標。 八十年代以前的小白杏杏核去殼機械，破碎率一般都大于8%，有時高達l5%以上。加工出的小白杏杏核仁，只能用來榨油，不能作種用，也達到出口標準。為了降低破碎率而探討新的去殼原理，研制新式去殼部件，便成為小白杏杏核去殼機械的重要研究課題。從六十年代初，開始在我國出現了封閉式紋桿滾筒，柵條凹板式小白杏杏核去殼機。自1983年以來，在已有的小白杏杏核去殼部件的研制基礎上，我國又相繼研制了多種不同結構型式的新式去殼部件，其主要經濟技術指標，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小白杏杏核去殼部件： 1．封閉式紋桿滾筒，柵條凹板式小白杏杏核去殼部件 圖1-1 封閉式紋桿滾筒去殼機構 六十年代初， 我國在吸收國外技術的基礎上，研制了TH-340型小白杏杏核去殼機，其去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[3]。如圖1-1所示。 在該機構中小白杏杏核進口大(3O-50毫米)，出口小(1O-25毫米)，工作時，小白杏杏核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，小白杏杏核受列去殼機的直接搓擦作用，系強制脫殼，故破碎率高。去殼時， 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％。為了將混在一起的小白杏杏核仁和未脫果分離開來，采用柵條式凹板的去殼機一般要配置分離機構。后來研制并生產的TH-47O型，6 BH-570型等型式的去殼機，結構與其大同小異，去殼質量均不理想。 2．封閉橡膠板滾筒，直立橡膠板式去殼部件 該機的去殼部件是由封閉膠輥和直立膠板組成，去殼原理系擠壓式，如圖1-2所示。作業(yè)時，小白杏杏核果在膠輥的推動下，通過去殼間隙(5—20毫米)，由膠輥和膠板的擠壓作用脫殼，避開了去殼部件的揉搓作用,破碎率有所降低，但仍在5％以上。另外，因直徑小于去殼間隙的小果未經去殼便被分離出來，故一次剝凈率很低，只有30%左右。所以不得不增設循環(huán)機構，以使小白杏杏核經多次擠壓脫殼，致使機器結構復雜、龐大，造價較高。 圖1-2 封閉橡膠板滾筒去殼機構 作業(yè)時，小白杏杏核果在膠輥的推動下，通過去殼間隙(5—20毫米)，由膠輥和膠板的擠壓作用脫殼，避開了去殼部件的揉搓作用,破碎率有所降低，但仍在5％以上。另外，因直徑小于去殼間隙的小果未經去殼便被分離出來，故一次剝凈率很低，只有30%左右。所以不得不增設循環(huán)機構，以使小白杏杏核經多次擠壓脫殼，致使機器結構復雜、龐大，造價較高。 3．開式紋桿滾筒，編織凹板式小白杏杏核去殼部件 去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制成的編織凹板，其結構如圖1-3所示。 作業(yè)時，小白杏杏核果在滾筒的推動下，受擠壓揉搓脫殼，該結構與封閉滾筒式不同，小白杏杏核果受到開式滾筒的攪拌作用，去殼力帶有柔性，故其破碎率較低，可控制在3%-5% 。另外，與柵條式凹板不同，因系編織網孔凹板，去殼時，只有直徑小于網孔尺寸的單粒癟果末脫殼而被網孔分離，雙粒長果則漏不出來，仍被去殼，故剝凈率較高。 圖1-3 開式紋桿滾筒去殼機構 4．立式去殼機構 去殼部件采用了由兩根扁鋼條焊接而成的立式轉子，下面裝著用編織絲網制成的編織平底篩，該去殼部件如圖1-4所示。 圖1-4 立式去殼機構 在去殼室內，小白杏杏核果受立式轉子的推動而相互磨擦，從而達到去殼的目的，此方法系柔性揉搓去殼。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， 故傳動機構較為復雜。 5．開式扁條滾筒，編織凹板式小白杏杏核去殼部件 采用了由三根扁鋼條制成的開式扁條滾筒，和用編織絲網制成的凹板結構，如圖1-5所示。作業(yè)時，小白杏杏核果在扁條的推動下隨滾筒轉動，在滾筒和凹板之間形成一個活動層，小白杏杏核果在該活動層內互相揉搓而脫殼。由于在該機構中，避開了去殼部件的直接擠壓， 沖擊的作用，而是小白杏杏核搓小白杏杏核，系柔性去殼，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。另外脫凈率及生產效率等指標亦較理想。 圖1-5 開式扁條滾筒去殼機構 1．3 小白杏杏核脫殼機械的研究應用現狀 目前國內小白杏杏核脫殼機從其脫殼原理、結構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，但脫殼質量均不高，破損率都大于8 %，剝出的小白杏杏核米只能用于榨油和食用，滿足不了外貿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存問題的重要途徑。 1．3．1 目前小白杏杏核脫殼機采用的脫殼原理 目前應用比較廣泛的小白杏杏核機械脫殼原理有以下幾種[2]。 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沖擊力，使外殼破碎而實現脫殼的目的[2]。其典型設備為由高速回轉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。甩料盤使小白杏杏核莢果產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，從而實現籽粒的脫殼。撞擊脫殼法適合于仁殼間結合力小，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量的因素有，籽粒的水分含量、甩料盤的轉速、甩料盤的結構特點等。 碾搓法脫殼 小白杏杏核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脫殼。其典型的設備為由一個固定圓盤和一個轉動圓盤組成的圓盤去殼機。莢果經進料口進入定磨片和動磨片的間隙中，動磨片轉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、轉速高低、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 小白杏杏核莢果在固定刀架和轉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，實現外殼與果仁的分離。其典型設備為由刀板轉鼓和刀板座為主要工作部件的刀板去殼機。在刀板轉鼓和刀板座上均裝有刀板，刀板座呈凹形，帶有調節(jié)機構，可根據小白杏杏核莢果的大小調節(jié)刀板座與刀板轉鼓之間的間隙。當刀板轉鼓旋轉時，與刀板之間產生剪切作用，使物料外殼破裂和脫落。主要適用于棉籽，特別是帶絨棉籽的去殼，去殼效果較好。由于其工作面較小，故易發(fā)生漏籽現象，重剝率較高。該種方法影響因素有，原料水分含量、轉鼓轉速的高低、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動方向相反，轉速相等的圓柱輥，調整到適當間隙，使小白杏杏核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，分別以不同轉速相對轉動，輥面之間存在一定的線速差，橡膠輥具有一定的彈性．其摩擦系數較大。小白杏杏核莢果進入膠輥工作區(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 壓力膨脹法 原理是先使一定壓力的氣體進入小白杏杏核殼內，維持一段時間，以使小白杏杏核莢果內外達到氣壓平衡，然后瞬間卸壓，內外壓力平衡打破，殼體內氣體在高壓作用下產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 將小白杏杏核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，殼內部相對處于較高壓力狀態(tài)。殼內的壓力達到一定數值時，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96%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 小白杏杏核脫殼機械的工藝研究 在脫殼技術方面，除了在原理和設備上進行研究外，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 小白杏杏核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。因此應使小白杏杏核莢果盡量保持最適當的含水率，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[3]。 1．3．4 小白杏杏核脫殼機械存在的問題 目前我國在小白杏杏核脫殼技術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。由于機械脫殼時對小白杏杏核仁的損傷率偏高，用于種子和較長期貯存的小白杏杏核仁至今仍是手工去殼。脫殼機械在技術性能和作業(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，多數是單機制造，制造的工藝水平較低，同時能耗較高。⑤ 有些產品僅進行了樣機試制或少量試生產，未進行大量生產性考核和示范應用，作業(yè)性能及商品性等方面還存在不少問題[8]。 1．4 小白杏杏核脫殼機械研究重點 我國加入WTO以來，國內外關于小白杏杏核脫殼機械的開發(fā)與推廣應用日益增多，針對現有小白杏杏核脫殼機械存在的優(yōu)點與不足，在未來的發(fā)展過程中，對小白杏杏核脫殼機械在生產應用中的經驗進行總結，不斷完善其功能，使其呈現良好的發(fā)展勢頭。 1．4．1 提高小白杏杏核脫殼機械的通用性和適應性 提高小白杏杏核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，許多小白杏杏核脫殼機械只是針對某一小白杏杏核品種和所在地區(qū)的生長環(huán)境來設計，其通用性、兼容性和適應性較差。提高小白杏杏核脫殼機械的通用性和兼容性，使研制的小白杏杏核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。小白杏杏核脫殼機械能否適應這種發(fā)展趨勢，將直接影響到小白杏杏核脫殼機械能否更好的推廣應用與健康發(fā)展。 1．4．2 提高機械脫殼率和降低破損率 對小白杏杏核脫殼機械的關鍵技術與工作部件進行重點攻關，改革傳統(tǒng)結構，研究新的脫殼機理，優(yōu)化結構設計；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。目前國內外的小白杏杏核脫殼機械均存在脫殼率和破損率之間的矛盾，處理好這一關鍵技術將關系到小白杏杏核脫殼機械的發(fā)展前景。 自動控制和自動化方向發(fā)展大多數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)質量。因此應通過機電一體化手段，開發(fā)設計自動喂料、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，提高產品質量與生產率，滿足部分大、中型加工企業(yè)的需要，以開拓國內和國外市場。新技術原理、新結構材料、新工藝將不斷應用于小白杏杏核機械的研制開發(fā)中，隨著液壓技術、電子技術、控制技術以及化工、冶金工業(yè)的發(fā)展，許多復雜的機械機構、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計目標應用于脫殼機械的設計制造。隨著國內外高新技術的進一步發(fā)展，如何將這些高新技術更好的應用到實際生產中，也是目前小 1.5小白杏杏核脫殼機械應用前景 小白杏杏核生產機械化是農業(yè)現代化的重要組成部分，是農業(yè)和農村經濟持續(xù)快速發(fā)展的重要保證，近年來，小白杏杏核機械裝備總量不斷穩(wěn)步增長，作業(yè)水平進一步提高，社會化服務規(guī)模不斷擴大，雖然目前小白杏杏核脫殼機械化水平較高，但是多應用于經濟發(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小白杏杏核仁仍采用傳統(tǒng)的手工去殼，勞動生產率低，區(qū)域性發(fā)展不平衡[7]。進入21世紀，我國小白杏杏核生產機械化開始了新的發(fā)展階段，農業(yè)結構調整發(fā)生了新的變化，也對小白杏杏核機械的發(fā)展產生了積極而深遠的影響，不僅拉動了新的有效需求，而且構筑了適合小白杏杏核生產機械化發(fā)展的新舞臺，為小白杏杏核生產機械化真正成為農村經濟發(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)推進小白杏杏核生產機械化的過程中，相繼出臺了鼓勵和扶持農民購買小白杏杏核機械、開展小白杏杏核機械作業(yè)服務的優(yōu)惠政策和措施，調動了農民購買小白杏杏核機械的積極性，形成了新的市場需求。隨著小白杏杏核種植業(yè)的不斷發(fā)展，國內外對小白杏杏核深加工產品的需求不斷增大，提高小白杏杏核脫殼機械化作業(yè)水平成為必然。小白杏杏核脫殼機在提高勞動生產率，減輕勞動強度方面起到了積極的作用，促進了小白杏杏核加工業(yè)的科技進步，為小白杏杏核脫殼機械的發(fā)展提供了空間。 2 刮板式小白杏杏核去殼機的結構及工作原理 2．1 刮板式小白杏杏核去殼機的結構 根據刮板式小白杏杏核去殼機的去殼原理可知道，小白杏杏核是從上至下依次經過集料斗、去殼箱、柵格、下箱出口、分選口，小白杏杏核仁收集斗這些部件的，因此設計去殼機的整體結構的依據就出來了。 設計過程是從上往下，從小白杏杏核的裝集開始，最上面是集料斗，集料斗下方是去殼箱，集料斗可與去殼箱設計為一個整體。在去殼箱內，小白杏杏核必須經過刮板的撞擊和擠壓作用才能進行去殼，因此，將刮板設計置在去殼箱內。小白杏杏核經過刮板的撞擊和擠壓進行去殼后，要經過位于去殼箱底部的柵格，于是可以把柵格設計成一個半圓柵籠，將其固定在去殼箱的下半箱內。小白杏杏核穿過柵格后經過去殼箱底部的出口往下落，在下落過程中，設計一個風機的吹入口，其作用是將經過去殼的小白杏杏核殼與小白杏杏核仁進行分離，重量稍重的不被風吹走，而重量較輕的小白杏杏核殼將被風機吹來的氣流帶入到小白杏杏核殼收集通道，通道的底部設計成一定角度。經過分離的小白杏杏核仁往下落，落入小白杏杏核仁收集通道，將此通道與小白杏杏核殼收集通道的底面設計成一個整體，這樣的設計可以讓被風吹走的小白杏杏核仁通過自身的重量往下、回滾到花仁收集通道。 為保證整機的各部分的安裝，需設計一個機架，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，去殼機安裝在機架的上方。其結構簡圖如圖2-1所示。 2．2 工作原理 刮板式小白杏杏核去殼機以前也稱為刀籠去殼機，是借助轉動軸上的刮板3與籠柵4的擠壓和打擊作用，將小白杏杏核果外殼破碎的一種機械設備，其特點是結構簡單、操作方便。其結構如圖2-1所示。它主要由進料機構、去殼機構和支承機構等部分組成。小白杏杏核果進入存料斗1后，經下部的入料窄口形成薄層流落下來進入去殼箱內，與高速旋轉的刮板3相互碰撞，在刮板的錘擊下，小白杏杏核殼發(fā)生破裂，從而進行第一次去殼。部分小白杏杏核果在下落過程中沒有與刮板發(fā)生碰撞，有些發(fā)生碰撞了而小白杏杏核殼卻未撞裂，這部分小白杏杏核落入到由圓鋼棒排列成的柵格4上，由于柵格頂部與刮板的旋轉外徑間的間距不足以容納一個小白杏杏核果，因此小白杏杏核果將在落入柵格的同時被刮板再次錘擊和擠壓，從而使這些小白杏杏核果的果殼也被壓碎。去殼后的仁與殼通過柵格間的間隙落下，在下落的同時，受到風機吹來的經調節(jié)好的氣流作用，果殼因重量輕而被氣流送入集殼通道，而小白杏杏核仁因重量大，繼續(xù)往下落，從而達到了殼仁分離的目的。 破碎后的杏核和杏仁在下落過程中，受到風的沖擊后，改變了原有的運動狀態(tài)。將杏殼和杏仁收集通道設計成一定角度，這樣方便杏殼和破碎后的杏仁的收集。由于破碎后的杏殼的質量較小，會隨著斜向通道方向向上移，從而被吹出，而杏仁的質量與破碎后的杏殼相比要重一些，則杏仁會繼續(xù)向下落到杏仁手機裝置中。從而實現杏仁與杏殼的分離。可以調節(jié)風力的大小來實現杏仁與杏殼的分離程度。 圖2-1 去殼機工作原理 1—集料斗 2—去殼機構 3—刮板 4—籠柵 5—電機 6—機架 3 刮板式小白杏杏核去殼機主要部件的結構設計 刮板式小白杏杏核去殼機能否正常運轉，看的是其主要部件的設計，如果設計不合理，機器就不能正常運轉或者說不能運轉，那么生產出來的這臺機器就是一堆費品。設計合理，機器就能正常的運轉對并對小白杏杏核果進行去殼。因此，刮板式小白杏杏核去殼機的主要部件的設計在整個設計過程中顯得尤為重要，合理的設計將提供給使用者更多的方便和實惠。 3．1設計前各項參數的確定 3．1．1 刮板的半徑及轉速初定 刮板的旋轉必須確保能將部分小白杏杏核殼撞碎，當小白杏杏核果與鋼質物體相對速度達到5時，可使小白杏杏核殼破碎而不會破壞到小白杏杏核仁，可根據此依據設計刮板的轉速與半徑。 如圖3-1所示，小白杏杏核下落位置在之間，設計時采用最小碰撞半徑為計算半徑 取半徑R=250mm，則n=382.2r/min 結論：R=250mm， n=382.2r/min 如圖3-1所示： 圖3-1 刮板工作示意圖 3．1．2 刮板所需功率計算 根據公式可計算出刮板所需的功率 刮板對小白杏杏核做功 ： ：刮板改變小白杏杏核的動能 ：刮板改變小白杏杏核的勢能 小白杏杏核果產量為0.417/純仁率,根據國家標準，湖南所處地理位置可取小白杏杏核的純仁率為69%,折合小白杏杏核果產量為0.604kg/s,此即每秒進入去殼箱內被破碎的小白杏杏核果的重量。小白杏杏核接觸刮板時初速度設為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 =1m/s =15m/s R=0.5m =(0.302+67.95+2.96)W=71.212w 加上刮板與小白杏杏核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、分別為滾動軸承和V帶傳動的效率，于是有 =-0.8668 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 由于刮板式小白杏杏核去殼機的工作軸旋轉速度較高，達到=382.2r/min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，將會致使機器的結構復雜，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 根據所給的功率及同步轉速，可選用的電機型號有兩種：Y90L-4型和Y100L-6型 根據電動機的滿載轉速和刮板轉速可算出總傳動比，現將此兩種電動機的數據和傳動比列于下表[9] 表3-1 電動機的參數對比 方案號 電機型號 額定功率kw 同步轉速r/min 滿載轉速r/min 總傳動比 i 1 2 Y100L-6 Y90L-4 1．5 1．5 1000 1500 940 1400 2．459 3．663 由上表可知：方案1總傳動比雖小，轉速低，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計算 軸的轉速 軸的輸入功率 =1.35kw 軸的轉矩 3．2 V帶傳動的設計 首先列出設計的基本條件 電機型號：Y90L-4 額定功率：1.5kw 轉速：=1400r/min 傳動比：=3.663 假設每天運轉時間t<10h 1. 確定計算功率 查表得工作情況系數 =1.1 ==1.1×1.5=1.65(kw) 2．選擇V帶帶型 根據、查得最適合的帶型為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 驗算帶的速度 v=<= 因此所選帶的速度合適 4．確定中心距a和帶的基準長度 根據初步確定中心距，計算帶的基準長度 =1972.36mm 由V帶的基準長度系中選取基準長度 計算實際中心距a 5．驗算主動輪上的包角 主動輪包角合適 6．計算V帶的根數z 由,,=3.663查表得 ，，， 代入數值，經計算 Z=1.984 取z=2 7. 計算預緊力 8．計算作用在軸上的壓軸力 代入數值計算得 =482.7N 9. V帶輪的結構尺寸計算及選用 帶輪材料選用HT200[10] 根據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，主要結構尺寸如下： 表3-2 V帶輪的結構尺寸 單位：mm 尺寸類型 小帶輪 大帶輪 75 280 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 35 35 外徑 80.5 285.5 輪槽角 極限偏差 孔徑 24 48 輪轂長 50 35 48 96 輪輻厚 35 36 — 20 — 16 — 246 具體結構設計見零件圖 3.3 軸的設計 軸的轉速 軸的輸入功率 =1.35kw 軸的轉矩 1．初步確定軸的最小直徑 先按經驗公式算郵軸的最小直徑，選取軸的材料為45鋼，調質處理。查表選取，于是得 2．擬定軸上零件的裝配方案 通過對各種方案的比較，現選用圖3-2所示裝配方案 圖3-2 軸上裝配方案 3．根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 （1）為滿足V帶輪的軸向定位，最小軸徑取48mm，1-2軸右端制一軸肩，故取2-3段直徑=50mm，左端用軸端擋圈定位，取直徑D=22mm。V帶輪與軸配合的轂孔長試為35mm，為保證軸端擋圈只壓在半聯軸器上而不壓在軸端面上，故1-2段長度取為 （2）初步選擇滾動軸承 因軸承只承受徑向力，故先用深溝球軸承。參照工作要求并根據，初步選取深溝球軸承6205,其基本參數如表3-3所示： 表3-3 滾動軸承6011的主要參數 （mm） 6011 基本尺寸 安裝尺寸 潤滑油 D B 脂潤滑 油潤滑 55 90 18 1 61 84 1 12000 16000 （3）安裝刮板架段軸直徑。刮板架段安裝寬度取， （4） 軸承端蓋總厚度20mm，取端蓋外端與V帶輪右端面間的距離，故取 （5）取刮板距箱體內壁，取，。 至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。 （6）軸上零件的周向固定 V帶輪與軸的周向定位采用平鍵聯接，按其直徑查手冊得平鍵截面如表3-4所示: 表3-4 平鍵的參數 長度取22mm V帶輪與軸的配合為，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。 （7）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 3.3.1 軸的強度校核計算 由于電動機通過帶傳動將動力傳遞給主軸，故應估算主軸的直徑 軸估算如下：初選材料為45號鋼，調質，由于軸既傳遞轉矩又承受彎矩，故 查表14—2得C=118～107，且P=1.35 KW，n=382 r/min，取C=107， 則 d≥107×0.1523=16.29mm 取d=48 mm 主軸輸入轉矩： 根據要求，軸要滿足下列條件 3.3.2 軸的強度條件： 式中：為軸的切應力，MPa;T為轉矩，N.mm;為抗扭截面系數，;為許用切應力，MPa. 表4-1 常用材料的值和C值 軸的材料 Q235 20 35 45 40Cr，35SiMn 12-20 20-30 30-40 40-52 C 160-135 135-118 118-107 107-98 該軸的材料為45號鋼，軸的實際切應力小于許用切應力，則該軸滿足強度條件，軸是安全的。 3.4 刮板結構的設計 刮板結構是整個機器的關鍵部分，它的作用就是對小白杏杏核果進行去殼。此結構采用四鋼板十字交叉固定在旋轉筒架上，其結構如圖3-3所示: 圖3-3 刮板的結構 1—刮板架 2—刮板 因為采用的是打擊和擠壓兩種方式配合進行去殼，所以對刮板的強度有一定要求，采用材料是45號鋼，而且刮板的表面必須進行處理，表面滲碳1-1.5mm，熱處理硬度HRC56-62。刮板選用四塊8mm厚鋼板，長′寬=500mm′129mm，刮板外緣距旋轉中心距離250mm。固定刮板的筒架結構，其內徑為26mm，外徑120mm，刮板固定支架長度為140mm，截面尺寸40mm′20mm，每塊刮板由兩根固定支架固定，兩者間采用M10螺栓聯接。 3.5 半柵籠的設計 半柵籠在機器中的作用是讓已經被去殼的小白杏杏核與未被去殼的小白杏杏核進行分離，其分離的原理就是“小個通過，大個不過”。半柵籠的每一個柵格都只能容許一個小白杏杏核仁大小的物體通過，被去殼的小白杏杏核由于小白杏杏核殼的破裂，被變成破碎的小白杏杏核殼和整粒的小白杏杏核仁，小白杏杏核仁的大小剛好可以穿過柵格，而小白杏杏核果因為太大，無法通過柵格，將被阻擋在去殼箱內，繼續(xù)進行去殼直到其外殼破碎為止。其結構如圖3-4所示。 圖3-4 半柵籠的機構圖 柵條是利用兩塊墻板對兩端進行固定的，墻板材料為HT200，柵條材料為20號鋼。柵條采用圓截面長條，長度為538mm，因其特殊的作用，還需對其進行表面處理，要求滲碳1-1.5mm，熱處理硬度HRC56-62。柵條的兩頭裝砌在墻板的圓形槽內，組成半圓柵籠，柵條間距為10mm，這樣可使剝出的小白杏杏核仁能通過柵格，而未去殼的剛不能通過。 裝砌完成后要太上鎖緊條，防止柵條松動。半柵籠內徑為。 3.6 箱體的設計 箱體的作用是提供給刮板一個封閉的去殼環(huán)境，并對相關結構起到支承和定位作用。 為了便于軸系部件的安裝和拆卸，將箱體做成剖分式，箱由箱座和箱蓋組成，，取軸的中心線所在平面為剖分面。箱座和箱蓋采用普通螺栓聯接，用圓錐銷定位。箱體的材料選用HT200，鑄造成型。具體結構設計見零件圖。 3.7 殼仁分離裝置的設計 殼仁分離裝置分為兩個部分，一個是氣流通道，它的一端接風機，另一端安裝在箱體的下方，還有就是殼與仁的收集板，它同樣也安裝在箱體下方。小白杏杏核經過箱體內的去殼過程后，將由此裝置對其進行殼仁分離，分離的基本原理是利用小白杏杏核殼與小白杏杏核仁的重量及受力面積的不同，用氣流對其進行分離。重量稍重的不被氣流吹走，直接下落到小白杏杏核仁收集通道，而重量較輕的小白杏杏核殼將被風機吹來的氣流帶入到小白杏杏核殼收集通道。具體結構見裝配圖。 3.8 機架的設計 整個機架采用L63*63*6角鋼焊接而成，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[11]。去殼機安裝在機架上面，聯接采用普通螺栓聯接。具體結構見裝配圖。 3.9 附件 刮板式小白杏杏核去殼的附件包括裝料斗，去殼箱體，去殼機構，軸。 總 結 本文是圍繞農用機械產品——小白杏杏核去殼機的設計，實現了小白杏杏核去殼的機械化，應用本機器后，可使廣大農民群眾大大節(jié)省勞動量，提高生產效率和生產質量。該機的關鍵部分是刮板結構與半柵籠結構，因為小白杏杏核去殼的整個過程都是由這兩部分完成的，剝出來的小白杏杏核能不能符合要求，完全是看刮板與半柵籠的性能能不能達到要求。本文也介紹了目前各種小白杏杏核去殼原理及裝備，并對小白杏杏核去殼機械的發(fā)展現狀以及發(fā)展前景作出了簡明的概括和分析。 本次設計是對我的四年的大學生活做出的總結,同時為將來工作進行了一次適應性訓練，從中鍛煉自己解分析問題、解決問題的能力，為今后自己的研究生生活打下一個良好的基礎。從這次設計也可以看出一些問題： 1.心態(tài):應該保持認真的態(tài)度,堅持冷靜獨立的解決問題。 2.基本:認真學好基本知識,扎實自己的基本知識,使面對問題時不會遇到很多挫折,從而打擊自己的信心,結果使自己很浮躁,越來越不想搞這設計,故應該好好學習基本知識,一步一步的來,不要急功近利! 3.樹立自己的良好形象,樂觀的面對生活,堅持自己的想法和意識。 總的說來,雖然在這次設計中自己學到了很多的東西,取得一定的成績,但同時也存在一定的不足和缺陷,我想這都是這次設計的價值所在,以后的日子以后自己應該更加努力認真,以冷靜沉著的心態(tài)去辦好每一件事情! 致 謝 我要感謝我的指導老師xxxx老師！本設計是在xxxx老師的悉心指導下完成的。她無 論是在資料的整理，還是在設計的畫圖等各個方面都給予了我大量的指導和幫助，在她的精心指導下，才使得我的設計一步一步的有序的完成，同時也學到了許多書本上學不到的知識，受益匪淺，特致以深深的感謝。劉老師淵博的學識、嚴謹的治學態(tài)度、精益求精的工作作風、高度的責任心對我產生了深深的震撼。在劉老師的培養(yǎng)和教育不僅使我順利完成了畢業(yè)設計，而且將繼續(xù)激勵我在今后的人生旅途上不斷進取。同時也要感謝學科組每一位老師們不僅在“授業(yè)、傳道、解惑”方面給予了精心培養(yǎng)和指導，也給我提供了充足完備的條件和寶貴的學習交流機會，而且在生活方面還給予我極大的關懷，學生深表謝意。 大學四年學習時光已經接近尾聲，在此我想對我的母校，我的父母親人們，我的老師和同學們、表達我由衷的謝意。感謝我的母校xxxx大學給了我在大學的本科四年深造機會，讓我能繼續(xù)學習和提高。xxxx大學四季如歌的校園，美麗如詩的風景都深深的留在了我的記憶里。四年珍貴的學習期間，讓我的知識體系更加完善，思想觀念更加成熟，整體素質得到了極大的鍛煉?！白詮姴幌ⅲ笳鎰諏崱钡男Ｓ栁覍懹浻谛?，在未來的學習和工作中躬身踐行。 再次,感謝我的同學們,在畢業(yè)設計過程中得到了他們無私的幫助，以及許多啟發(fā)性的指導和建議。在此向所有支持、關心、幫助我的人表示由衷的感謝!祝他們永遠健康、幸福! 最后，感謝我的父母親人們對我大學四年學習的默默支持，使我能順利完成本科學業(yè)。 參考文獻 [1] 周瑞寶,小白杏杏核加工技術[M].北京:化學工業(yè)出版社,2003.1. 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