1440-馬鈴薯去皮機的設計李錦華,馬鈴薯,土豆,去皮,設計,李錦華 馬鈴薯去皮機的設計目錄摘要 ....................................................................................................................................................IAbstract...........................................................................................................................................II第一章 引言 ......................................................................................................................................11.1目的意義和國內外現狀概況 .............................................................................................11.2馬鈴薯原料加工預處理工藝流程簡介 .............................................................................21.2.1馬鈴薯的分級 .........................................................................................................21.2.2馬鈴薯的清洗 .........................................................................................................21.2.3馬鈴薯的去皮 .........................................................................................................21.2.4馬鈴薯的護色 .........................................................................................................31.3 國內外馬鈴薯去皮設備簡介 ............................................................................................31.3.1機械裝置 .................................................................................................................31.3.2 蒸煮裝置 ................................................................................................................41.3.3 化學去皮裝置 ........................................................................................................5第二章 馬鈴薯去皮機的結構設計 ................................................................................................72.1 馬鈴薯去皮機的設計及特點 ............................................................................................72.2摩擦式馬鈴薯去皮機基本結構 .......................................................................................102.2.1工作圓筒 ...............................................................................................................102.2.2工作轉盤 ...............................................................................................................102.2.3傳動系統(tǒng) ...............................................................................................................112.2.4其他 .......................................................................................................................112.3工作原理 ...........................................................................................................................11第三章 馬鈴薯去皮機的參數確定 ..............................................................................................133.1 物料在工作圓筒內的受力分析 ......................................................................................133.2 工作轉盤轉速的確定 ........................................................................................................143.3馬鈴薯去皮機功率的確定 ...............................................................................................153.4整機主要參數指標 ...........................................................................................................17第四章 主要零件的結構設計與計算 ........................................................................................184.1 V帶輪結構設計計算 .......................................................................................................184．2 傳動主軸的結構設計計算 .............................................................................................204.2.1軸上零件的周向定位 ...........................................................................................214.2.2確定軸上圓角和倒角尺寸 ...................................................................................214.3滾動軸承的初步選擇 .......................................................................................................21第五章 主要零件的校核 ..............................................................................................................235.1滾動軸承的壽命計算 .......................................................................................................235.2軸的計算和校核 ...............................................................................................................245.2.1作出軸的計算簡圖 ...............................................................................................245.1.2軸的強度校核計算 ...............................................................................................245.1.3按彎扭合成應力校核軸的強度 ...........................................................................255.1.4軸的扭轉剛度校核計算 .......................................................................................25總結 ..................................................................................................................................................27致謝 ..................................................................................................................................................28參考文獻 ..........................................................................................................................................29I摘要:馬鈴薯去皮是所有馬鈴薯制品加工工藝過程的重要環(huán)節(jié)，目前存在的各種去皮方法都各自有其一定的局限性。隨著馬鈴薯產業(yè)的發(fā)展和我國社會經濟的進步，如何尋找一種優(yōu)質、高效、節(jié)能幾環(huán)保的馬鈴薯剝皮方法己成為馬鈴薯加工工藝過程中迫切需要解決的問題。本文主要介紹了以摩擦原理為基礎的、適合食品加工工廠等場所使用的大型馬鈴薯去皮機的設計要點、工作原理和設備組成。關鍵詞：去皮機；摩擦；設計；馬鈴薯IIAbstract: Peeling is an important annulet in potato processing, Methods of peeling which have been used at present all has their limitation. Along with the development of potato processing industry and the progress of our society and economy, it has become an urgent task for finding an efficient, economical and no pollution method of potato peeling. This paper introduced the large-scale machine for peeling potatoes which is designed by the principle of friction and suited to the factory of food processing, and it presented the key of design,working principle and the composition of the large-scale machine.Keywords：Peeling machine; friction; design; potato1第一章 引言1.1目的意義和國內外現狀概況目前，世界 79%的國家種植馬鈴薯，總面積 2000萬 hm，左右，總產量 3億多噸，僅在小麥、玉米、水稻之后，居第四位。馬鈴薯在我國布極為廣泛，主要產區(qū)集中在四川、黑龍江、甘肅、內蒙、河北、山西、陜西、云南、貴州、等省。據1998年統(tǒng)計，我國馬鈴薯種植面積近 467萬 hMz，產量 4700多萬噸，居世界第一位。馬鈴薯屬于茄科、塊莖類作物，是珍貴的食物，它既是糧又是菜，營養(yǎng)豐富。其淀粉含量達 11 %--25，且蛋白質營養(yǎng)價值很高，容易消化吸收。其中含有 18種氨基酸、多種維生素及豐富的礦物質元素。屬于低熱量、高蛋白、多種維生素和礦物質食品 [2]。馬鈴薯的蛋白質主要是球蛋白，其生物價為 67，高于除大米以外的各種糧食。如果用 35%的雞蛋清與 65%的土豆蛋白混合食用，則可以合成目前己知的最佳蛋白質。馬鈴薯中主要含的是半纖維素，它能增加腸道蠕動的次數。另外，馬鈴薯還是一種較好的化工原料。日本通產省北海道工業(yè)技術實驗廠開發(fā)出一種用馬鈴薯作原料生產塑料的技術。這種塑料能通過土壤和水中的微生物進行自然分解，最終化成為水和二氧化碳。國外馬鈴薯主要用于加工，鮮食比例較小。美國有 75%的鮮薯用于加工，法國為 60%，荷蘭為 40%，英國為 40%，而我國馬鈴薯主要以蔬菜的形式進行鮮食，用于加工的比例不足 10%。由于馬鈴薯作為蔬菜其口感較差，并不太受人們的歡迎，因而價格低廉，每年有 15%的馬鈴薯爛掉，浪費較多，嚴重影響了廣大薯農的經濟利益和種薯積極性。這種現象不利于我國馬鈴薯產業(yè)的發(fā)展。國外的馬鈴薯制品，如馬鈴薯條、馬鈴薯片是一種很受歡迎的快餐食品，現已風靡我國的麥當勞、肯德雞等快餐店，其拳頭產品就是馬鈴薯制品。我國的馬鈴薯產品加工起步較晚，工藝技術落后，還不能形成規(guī)模。馬鈴薯制品的質量趕不上國外水平，產量也遠遠滿足不了市場要求，因而加快我國馬鈴薯產業(yè)的發(fā)展，提高馬鈴薯的附加值，不但能滿足消費者需求，而且是加快我國貧困地區(qū)，尤其是西部馬鈴薯產區(qū)經濟發(fā)展的一條重要途徑。據了解，貴州省己經把馬鈴薯產業(yè)為本省經濟的一大增長點。中央關于西部大開發(fā)的決議，又為馬鈴薯產業(yè)的發(fā)展帶來了很好的機會。馬鈴薯產業(yè)將大有可為。馬鈴薯制品的主要品種有馬鈴薯條、馬鈴薯片、脫水馬鈴薯泥等。不論何種制品，其加工工藝都要求必須對原料馬鈴薯進行去皮處理，才能保證產品的質量，保證其外觀、色澤和口感。馬鈴薯去皮的方法主要有人工去皮、機械去皮、化學去皮、輻射去皮和蒸汽去皮等。人工去皮的去皮效果較好，但效率低、損失率高，顯然不能2適應馬鈴薯產業(yè)化發(fā)展的需要。機械去皮有離心去皮和磨擦去皮兩種形式，主依賴馬鈴薯與馬鈴薯之間及馬鈴薯與金剛砂或橡膠之間的磨擦作用而達到去皮的目的。這種方法去皮效果差，且易造成馬鈴薯表面層的損傷?；瘜W去皮有熱堿法和低溫去皮液法兩種形式，主要依賴強堿溶液及特配化學去皮液的作用，軟化和松馳馬鈴薯的表皮和芽眼，然后用高壓冷水噴射，達到去皮目的。這種方法對去皮前后的沖洗工藝要求較高，且堿液或去皮液消耗量過大，成本較高。輻射去皮是利用輻射波被馬鈴薯表皮的水分吸收、蒸發(fā)，使入射的輻射波剛進入受熱體淺表層即引起強烈的共振，被吸收而轉化為熱量，從而達到剝皮效果同這種方法去皮效果較好，但果皮只能廢棄，不能被利用。蒸汽去皮是將馬鈴薯在蒸汽中進行短時間處理，使其皮層熟化，然后利用鐵刷和流水沖去外皮，達到去皮目的。1.2馬鈴薯原料加工預處理工藝流程簡介1.2.1馬鈴薯的分級馬鈴薯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行，而大小分級是分級的主要內容，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械分級。1.2.2馬鈴薯的清洗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農藥，保證產品的清潔衛(wèi)生，從而保證產品品質。對于農藥殘留的果蔬，洗滌時常在水中加化學洗滌劑，常用的有鹽堿地酸、醋酸，有時也用氫氧化鈉等強堿及漂白粉、高錳酸鉀等強氧化劑。果蔬清洗的方法須根據果蔬形狀、質地、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械清洗。后者需配置滾筒式、噴淋式、壓氣式、漿葉式等設備。1.2.3馬鈴薯的去皮 凡是馬鈴薯果皮粗糙、堅硬，具有不良風味的均應去皮，以利于提高品質，只有在加工某些果脯、蜜餞、果汁和果酒時，因要打漿和壓榨，才不用去皮，馬鈴薯去皮方法如下：（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，但勞動效率低。 （2）機械去皮：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，腐蝕性強且廉價。堿液去皮時堿液的濃度、處理時間和堿液溫度，應視不同果蔬原料種類、成熟度、大小而定。堿液濃度提高、處理時間長和溫度高都會增加皮層的松離及腐蝕程度。經堿液處理后的果蔬必須立即在冷水3中浸泡、清洗、反復換水直至表面無膩感，口感無堿味為止。（4）熱力去皮：果蔬用短時間高溫處理后，使表皮迅速升溫，果皮膨脹破裂，與內部果肉組織分離，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，風味好。（5）酶法去皮：在果膠酶的作用下，達到去皮目的。需要控制酶的最佳作用條件如溫度、時間、PH 值等。（6）冷凍去皮：將果蔬在冷凍裝置中冷至達到輕度表面冷凍，然后解凍，使皮松弛后去皮，此法質量好但費用高。（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，接著進入有一定真空度的真空室內，適當處理，使果皮下的液體迅速“沸騰” ，皮與肉分離，然后破除真空，沖洗或攪動去皮。1.2.4馬鈴薯的護色馬鈴薯在加工過程中，將原料去皮、切分、破碎和空氣接觸及高溫處理，都可能促進化學變化，生成有色粉質。其中包括酶褐變和非酶褐變。都要經過相應的方式來對馬鈴薯進行護色保護。1.3 國內外馬鈴薯去皮設備簡介 國外馬鈴薯去皮方法大致有三種，即機械去皮、蒸汽去皮和化學方法去皮。三種去皮方法的工作原理為： 一 、機械去皮。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中摩擦塊莖的表面而達到去皮目的。 二、 蒸汽去皮。在高壓容器內，通^高壓蒸汽使塊莖表面受熱，然后打開容器盞，突然釋放壓力．塊莖的表皮和果肉即自行分離。 三、化學去皮。在耐堿容器內，加強堿溶液并加溫，后加人塊莖，經一段時間后塊莖的表皮被堿溶液腐蝕，經高壓水反復沖洗干凈后， 。再將塊莖放人機械去皮機中剝去表皮。1.3.1機械裝置目前，國內主要使用機械摩擦去皮機。如圖 1.1所示，該機由機蓋、機筒、機座、電機、砂盤等部分組成。以電機為動力，通過減速齒輪帶動機筒底部的砂盤旋轉。塊莖加入機筒內，因其離心力和相互碰撞作用，在機筒內上、下、左、右翻動，表面被砂盤均勻的摩蝕，去皮結束時加入清水，再打開側門，塊莖從側門自動排出，皮屑隨水流從砂盤的周圍間隙排出，該機為間歇生產。4圖 1.1 機械式摩擦去皮機1.3.2 蒸煮裝置國內食品加工業(yè)使用的連續(xù)式鏈帶蒸煮機和高壓蒸煮鍋，機體龐大，結構復雜，造價昂貴，小型果蔬原料食品加工廠引進使用有一定困難。在實際生產中，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 1.2為一般食堂、飯店常用的蒸煮裝置結構示意圖。在一個大型蒸煮容器內鋪設軌道，道軌通到容器大門外切片機附近。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，下部設有進氣管道和閥們，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。51.蒸房 2.門 3.籠屜 4.平車 5.道軌圖 1.2 間歇式蒸煮裝置1.3.3 化學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，溫度達到 87—95 C，加入塊莖攪拌使溫度保持在 70 C左右；經過 2—6分? ?鐘，塊莖的表皮開始變松變軟；撈出塊莖，用高壓水反復沖洗，知道表面無殘留物為止。撈出的塊莖也可放入機械式去皮機中剝去表皮。本法的優(yōu)點是對不同大小、不同形狀的塊莖適合性好，去皮快，不需要結構復雜的專門設備。缺點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，國內外馬鈴薯、胡蘿卜去皮機械的結構形式也各不相同，去皮差異較大，去皮率大致為 7%-25%，其中機械去皮率為最大，蒸汽去皮率為最小。1.1國內外幾種去皮設備的去皮性能比較表機型 L離心式切屑去皮機機械去皮機 蒸汽式去皮機 化學法去皮機結構 簡單 復雜 復雜 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 無要求產品質量 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6皮屑 可利用 部分利用 部分利用 不能利用有無加熱設備無 無 需要（150-200 度） 需要（85-95 度）由于去皮方法不同。囪內外馬錯薯去皮機艘的結構形式也各不相同，去皮效果差異較大，去皮率大致為 7％～25％，其中機械去皮率為最大，蒸汽去皮率為最小。通過上表的比較分析以及聯(lián)系本次設計的任務要求，同時結合我國在去皮機上的實際水平考慮經濟性，達到能以最少的投資獲得較好的經濟效益，決定以機械去皮機為設計方案。7第二章 馬鈴薯去皮機的結構設計本設計主要考慮去皮后的馬錯薯達到表面光滑 無破壞層、去皮過程無污染及切屑可利用為目的：同時考慮經濟實用。達到能以晟少的投資獲得較好的經濟效益。從而為推廣該產品奠定基礎。2.1 馬鈴薯去皮機的設計及特點2.1.1工藝流程及結構特點 針對研制目的，采用清洗后去皮工藝，研制出攪龍式機械清洗機和離心式機械切屑去皮機。并利用可調節(jié)式刀片，達到切屑量可控制的目的。其工藝流程為：原料準備→ 清洗→去皮→產品清洗→皮屑收集→產品收集。攪戈式清洗機為國內大量使用的清洗機械。其結構如圖 2.1所示，梯型洗槽內。固定著輸送攪戈。攪龍通過減速器由電機驅動，洗槽內充水。在攪龍上部有噴水裝置．塊莖進入洗槽浸泡在水里，由于在被攪龍?zhí)嵘^程中 塊莖相互問以及與攪龍葉間摩擦而逐漸去皮；同時清水不斷從攪龍面部噴淋下來，沖洗塊莖，故塊莖越接近頂部越干凈。 離心式機械切屑去皮機結構如圖 2.2所示。在外罩內部裝有由電機帶動的轉動工作盤。盤上均勻分布著 6個長孔。長孔上布置著切屑刀片。其中切屑刀片相對長孔間隙可適當調解；工作盤上部的外罩上均勻分布著 3塊彈板。工作盤下部裝有同主軸一同旋轉的橡腔刮板。工作時塊莖通過貯料室投入到工作室內。工作盤按一定速度旋轉。在離心力、重力和摩擦力共同作用下，利用塊莖相對于工作盤上刀片問的相對速度差將馬鈴薯的皮屑切去；同時，在離心力的作用下塊莖被甩向四周。并不斷滾動：而周圍外罩上分布著幾塊彈板。將塊莖撞離外周，且不斷旋轉滾動。因此。在刀片和彈板共同作用下馬鈴薯塊莖被均勻地切去外皮，實現馬鈴薯去皮目的。摩擦式機械去皮機結構如圖 2.3所示。以電機為動力，通過齒輪帶動圓筒底部的磨盤旋轉。磨盤上表面中間低、邊緣高，呈波浪形。塊莖加入圓筒內，因離心力和相互碰撞作用，在圓筒內上、下、左、右翻動，并不斷地滾動；而圓筒上的彈板，將塊莖彈回，在磨盤和彈板共同作用下馬鈴薯塊莖被均勻地磨去外皮，實現馬鈴薯去皮的目的。去皮結束時加入清水，再打開側門，塊莖從側門排出，皮屑隨水流從磨盤的周圍間隙排出。該機為間歇生產。本文以摩擦式機械去皮機為設計方案。81噴水管 2 攪龍 3 進料斗 4 承槽 5 溢流管 6 機架 7 變速箱圖 2.1 攪龍式清洗機91產品筒 2 機架 3 電機 4減速箱 5皮屑筒 6 皮屑刮板 7 圓筒 8 工作盤圖 2.2馬鈴薯切屑去皮機101．儲料 口 2．簡蓋 3．插板 4．圓筒 5．出料 口 6．底座 7．機槊 8．聯(lián)軸器 9．電機 10．變速機構 11．橡膠擋板 12．磨盤圖 2.3摩擦式馬鈴薯去皮機的整體結構2.2摩擦式馬鈴薯去皮機基本結構該機采用立式機型，主要包括工作圓筒，工作轉盤，機架和傳動部分，見上圖2.3。2.2.1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（采用不銹鋼是因為它具有良好的耐腐蝕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備，食品安全衛(wèi)生狀況最佳） 。筒內壁為粗糙表面，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接收容器的放置位置和方便操作來確定。2.2.2工作轉盤工作轉盤是物料去皮過程中產生機械作用的主要部件。根據馬鈴薯的生物學特性及物理特性，吸收手工去皮的基本原理，確定轉盤的基本形狀為圓盤形，轉盤表面為中心向四周輻射的凸起波紋狀。為增大物料和轉盤的摩擦，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，經烘干制成。亦具有一定的去皮作用。轉盤下方設有隨盤一起轉動的擋水環(huán)，以防止清洗水進入軸承。圖 2.4軸上零11件的裝配分析。1．磨盤 2．橡膠擋板 3．軸 4．齒輪圖 4.1 軸上零件的裝配分析2.2.3傳動系統(tǒng)該傳動系統(tǒng)采用 V帶一級傳動。電機安裝在機架上水，整機結構簡單、緊湊。2.2.4其他工作圓筒下部設有排渣口，清洗水連同物料皮渣一起從這里排出。2.3工作原理以電機為動力，通過齒輪帶動圓筒底部的磨盤旋轉。磨盤上表面中間低、邊緣高，呈波浪形。塊莖加入圓筒內，因離心力和相互碰撞作用，在圓筒內上、下、左、右翻動，并不斷地滾動；而圓筒上的彈板，將塊莖彈回，在磨盤和彈板共同作用下馬鈴薯塊莖被均勻地磨去外皮，實現馬鈴薯去皮的目的。去皮結束時加入清水，再打開側門，塊莖從側門排出，皮屑隨水流從磨盤的周圍間隙排出。該機為間歇生產。當去皮機工作時，工作轉盤旋轉，物料由斗形進料口12加入，物料落到旋轉圓盤表面上的波紋凸起上時，受離心力的作用由工作圓盤的中心向外運動，同時被拋起向筒壁的粗糙表面并產生摩擦。物料不斷的沿工作圓筒壁運動，上升到頂蓋，又被頂蓋擋回落入工作盤表面。物料在這樣的往復運動過程中，被猛烈翻滾攪動，從而形成了與盤、筒壁及顆粒之間的以翻轉、揉搓摩擦為主，撞擊為輔的綜合機械作用效果，從而達到去皮的目的。在摩擦去皮的同時，從進水孔注入清水，及時將擦下的皮通過轉盤與筒壁的縫隙沖至排渣口排出機體。在不停機的情況下，打開出料口的活門，物料利用離心力從出料口卸出。卸料前應停止注水，以防止活門打開后從出料口濺出。13第三章 馬鈴薯去皮機的參數確定3.1 物料在工作圓筒內的受力分析去皮機工作時，磨盤以一定的速度旋轉，工作室內的土豆在離心力、重力和摩擦力共同作用下。利用土豆相對于工作磨盤間的相對速度差，將土豆的皮去掉。物料在轉盤旋轉時的受力情況如圖 3.1所示：圖 3.1 物料在擦皮機中的受力分析圖設波紋角為 ,物料的速度為 V。當轉盤旋轉時推動物料 A運動。其運動方?sin20?向垂直于波紋切線。V 可以分解為 V垂直和 V水平，CB 與轉盤平面平行，可以看作是轉盤圓周速度 R，式中 為角速度（1/s）,R 為轉盤半徑（m）?垂 直=Vcos = Rsin cosSin2 =2sin cos sin cos =??sin2則 = R （m/s）V垂 直 sin2物料從垂直方向拋起的動能E 垂直 = mv2垂直 = m( )2= m 2R2sin22 (N m)1sin?81??此動能應等于勢能 mgh即：m 2R2sin22 =mgh 2R2sin22 =gh8??為了正常運轉，拋高 h一定要超過物料在工作圓筒內的厚度，才能使最低層的物料拋起與桶壁進行摩擦，所以用 代替 h，即 2R2sin22 =g?81???又因為 = ，代入上式得30n?（ ） 2 R2sin22 = g81?14化簡得 n=60 (r/min) (1)???2sinRg角一般取 20。 －30 。?為了正常運轉，僅把物料拋起還不行，還要保證物料能拋向側壁進行摩擦，拋向側壁的力靠離心力為 CC= = = = （N）Rmv22)(?gRnG2)30(?92此離心力應大于波紋對物料的摩擦力 T，才能使物料離開波紋拋向側壁，摩擦力T=Gf(N) f為摩擦系數使 C T，即?Gf n =902GRn2?GRf90fn 30 (轉/分) (2)?f在設計計算時，應?。ǎ保?、 （２）兩式中的大值作為轉速值，設計所選擇的 n值。3.2工作轉盤轉速的確定收購馬鈴薯、胡蘿卜等物料時，其包裝以編織袋居多，每袋２５ＫＧ－３０ＫＧ，工作時每次倒入兩袋（以袋的整數倍為一次計量） ，下面以此確定整機的尺寸和轉速。馬鈴薯、胡蘿卜的容量根據資料查找，選取一般值９００kg/m ,馬鈴薯、胡蘿卜的長度一般取在５０ mm-２００mm 之間考慮，轉盤半3徑應與物料長度有一定的可比性，再考慮整機結構以及外形尺寸。根據設計選定工作轉盤半徑Ｒ＝４００mm，則物料的堆高，根據公式 ＝m 可2R???以估算出，物料的堆高值 ＝１１０mm?由（１）式可知，在 小于４５ 。 時，轉速隨 的增大而降低，考慮轉速不宜太高??且能有較大的拋高，取 ＝２５ 。 ，則由（１）式計算轉速最小值為n＝９３r/min。馬鈴薯、胡蘿卜與磨料的摩擦系數為 1.1-1.3,取 f＝1.2由（２）式計算轉速 n=５２r/min取以上兩者中的大值。15但由于以上確定的轉速僅適用于理想物料情況，實際工作中，由于物料之間的相互碰撞、摩擦和物料的彈性影響，物料在此轉速下達不到計算高度，故 n應適當放大結合考慮，故最終選定工作轉盤轉速 n＝１５０r/min3.3馬鈴薯去皮機功率的確定去皮機的功率消耗包括：克服物料對轉盤摩擦力所需要的功率 ；1N克服物料對工作圓筒壁摩擦力所需要的功率 ；2轉盤拋起物料所作的功率 ；3傳動機構因摩擦而消耗的功率 4以上功率分別以下公式計算（W）cpmMN??1式中 ————處于圓筒內物料的摩擦力矩（N m）?= （N m）p2RGf?式中 G———物料重力（N）f———摩擦系數（1.1—1.3）———摩擦臂矩（m）2CP———物料與圓盤的平均相對角速度（1/s）,采用最大角速度的 1/2?60)3(1ncp??故 （W）N2RGf1f?cpyM式中 ——————在離心力的作用下物料與側壁的瞬時摩擦力矩 （N m）?Rfmy??2?（N m）?式中 ————物料圓周速度（m/s）?————摩擦臂矩（ = ） （m）R?8= （N m）fRMy??2?gfGff222????故 （W）gnGgfN480682??（W）03snk式中 s—工作轉盤表面波紋高度（m）k—波紋的數量16即傳動損失，可用傳動效率 表示（ =0.9）4N?則消耗的總功率為： ???60481202321 GsnkgfnGfR????化簡得 （W）)4(?結合上式根據經驗公式，總功率可用以下式子進行估算Ｎ＝ （Ｗ）??M式中Ｍ為轉盤轉矩（N M）, 為傳動效率??fGR?R為摩擦臂矩（m） ，Ｒ＝0.4Ｄ（Ｄ為工作轉盤直徑）根據上式則可算出工作轉盤轉矩Ｍ＝１９２Ｎ Ｍ?用近似值進行估算，達到生產要求所需的功率Ｎ＝３.５ＫＷ，考慮到電動機效率及意外情況，取電動機功率為４ＫＷ173.4整機主要參數指標型號　　　　　　　　　JL-Ⅱ工作轉盤直徑　　　　　８００mm轉速　　　　　　　　?。保担皉/min電動機　　　　　　　?。伲保叮埃停保浮　。矗耍祝ㄍ睫D速７５０r/min）生產能力　　　　　　　２５００kg/h每次投料量　　　　　?。担発g每次去皮時間　　　　　約為７０秒去皮得率　　　　　　?。梗担トテp耗率 ５％?清洗水耗量 ３t/h重量 ５００kg18第四章 主要零件的結構設計與計算4.1 V帶輪結構設計計算由上述可知，電動機轉速為７５０r/min，額定功率Ｐ＝４ＫＷ，工作轉盤轉速為１５０r/min，傳動比 =５，電動機滿載轉速 n=７２０r/min，一天運轉時間?小于１０h。計算功率 caP由機械設計書表 8-6查得工作情況系數 ＝１.１故AK＝ Ｐ＝4.４kwcaAK選取普通Ｖ帶帶型根據 , 由圖 8-9確定為ＳＰＺ型窄Ｖ帶ca1n確定帶輪基準直徑由表 8-3和表 8-7取主動輪基準直徑 d=1min15%36.81216065120345caApKdfhdDB?????????P00mm根據式(8-15)，從動輪基準直徑 d = d =500mm2?1根據表 8-7,取 d ＝500mm2按式（8-13）驗算帶的速度＝ ＝3.8m/s確定普通Ｖ帶的基準長度和傳動中心距根據 0.7(d + d )驗算主動輪上的包角 1?由式(8-6)得19＝180 - =180 =133 >120 (至少需要達到 90 )1?? ?5712???ad??5748910????? ?故可知主動輪的包角合適。計算普通Ｖ帶的根數Ｚ由式（8-22）知　　　　?。冢?LcaKP?)(???由 n =720r/min，d ＝100mm， ＝5，查表 8-5c和表 8-5d得11?Ｐ ＝1.2kw Ｐ =0.12kw???查表 8-8得 Ｋ =0.87,查表 8-2，得Ｋ ＝1.05 則?LＺ＝ ＝3.6505.187)2.01(4???。冢剑锤ǎ谟嬎泐A緊力Ｆ ?由式（8-3）知　　　Ｆ ＝500? 2)1.(qvKZPca????查表 8-4得 q=0.07kg/m,故Ｆ ＝ N=272.18N? ?????? ??2)8.3(07.)18.52(4.350計算作用在軸上的壓軸力Ｆ p為了設計安裝帶輪的軸和軸承，必須確定傳動作用在軸上的力Ｆ p由式（8-24）得Ｆ ＝2ＺＦ sin =2 =1997(N)p?21?213sin8.74??帶輪結構設計設計Ｖ帶輪時應滿足的要求有：質量小，結構工藝性好，無過大的鑄造內應力；質量分布均勻，輪槽工作面要精細加工（表面粗糙度一般應為 3.2）,以減少帶的磨損；各槽的尺寸和角度應保持一定的精度，以使載荷分布較為均勻等。帶輪的材料選?。龋裕玻埃暗幕诣T鐵，結構為腹板式。見 V帶輪附圖。4．2 傳動主軸的結構設計計算由于軸承的型號是根據軸端直徑確定的，而且軸的結構設計是在初步計算軸徑的基礎上進行的，故初步計算軸的直徑軸的直徑可按照扭轉強度法進行估算，即d=C P=3.5KW n=150r/min3pn20式中Ｐ為軸傳遞的功率，kw;n 為軸的轉速，r/min;C 為由軸的材料和受載情況確定的系數。軸用４５號鋼材料，Ｃ?。保保啊t經過計算 =32mmmind輸出軸的最小直徑顯然是安裝帶輪２的直徑，由于此傳動主軸開有兩個鍵槽，考慮到鍵槽對軸的強度的削弱，則＝32+32mind15%36.8??考慮到車螺紋，故取最小軸徑 d=55mm擬定軸上零件的裝配方案本軸的零件的裝配方案見裝配圖；軸的結構圖見零件附圖。根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度L 段的軸段21?為了滿足工作轉盤的軸向定位要求，考慮反轉螺帽的旋入深度，工作轉盤的厚度，此軸段所車的螺紋長度為２５mm，總長 L ９０mm,直徑 d=55mm21?L 段的軸段32?此段安裝有軸承，考慮工作圓筒內的集皮空間和機架的厚度，此軸段的總長（由于此處選用凸緣式軸承蓋進行密封，則軸承蓋連接螺釘直徑選 M10,數目 6個）L ＝100mm，直徑 d＝65mm 32?L 段的軸段4此段主要是處于立式軸承座中，進行軸承的軸向固定起承載作用，故長度根據估算取 L ＝60mm d=74mm43?Ｌ 段的軸段5此段的軸長主要是與大帶輪發(fā)生聯(lián)系，在其上安裝有軸承，根據大帶輪的帶輪寬Ｂ＝（Ｚ－1） =52mm,綜合考慮取此處Ｌ ＝90mm,d=65mm12f??54?Ｌ 段的軸段65?此段用來安裝大帶輪，由以上的大帶輪寬度可取此處軸段長度Ｌ ＝52mm,d=55mm65?4.2.1軸上零件的周向定位工作圓筒和大帶輪的周向定位均采用平鍵聯(lián)接,按 d=55mm由機械設計手冊查得21所選用的平鍵截面 b (mm)(GB/T1095-1979),鍵槽用鍵槽銑刀加工，與160h??工作轉盤相連的鍵槽長?。矗祄m，也大帶輪相連的鍵槽長取３２mm（標準鍵長見GB/T1096-1979）,同時為了保證大帶輪與軸配合有良好的對中性，故選擇大帶輪輪轂與軸的配合為 H7/n6,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是 n6。4.2.2確定軸上圓角和倒角尺寸參考機械設計書，表 15-2，取軸端倒角為 。245??4.3滾動軸承的初步選擇因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選用角接觸球軸承，按照工作要求并根據 d=65mm，由軸承產品目錄中初步選取 0基本游隙組，標準精度級的角接觸球軸承 7213AC，其尺寸為 ,成對使用，安裝在立式軸承座上。65123dDB???同時在驅動端安裝一個膜片式彈簧圈對軸施加預載荷，所以可以保證主軸系統(tǒng)無游隙運動和高剛度，這樣可以避免無載荷軸承在高速下可能出現的球打滑現象，球打滑可能會引起表面變粗糙，提高運轉噪聲。軸承的潤滑：該滾動軸承采用脂潤滑。潤滑脂是增稠劑和基礎油的混合物，可分為以下潤滑脂類型：(1)由金屬皂作為增稠劑與潤滑油所構成的金屬皂基潤滑脂。(2)由無機膠凝劑式有機增稠劑與潤滑油構成的非皂基潤滑脂。(3)由有機式無機增稠劑與合成油構成的合成潤滑脂。該軸承選用２號鈣基脂為潤滑脂。該軸承為長壽命潤滑脂潤滑，潤滑間隔為一年。22第五章 主要零件的校核5.1滾動軸承的壽命計算在確定滾動軸承的支點位置時，應從手冊中查取 a值，對于 7213AC型角接觸球軸承，由手冊查得 a=25mm,因此作為外伸梁的軸的支撐跨距Ｌ＝25+60+25=110mm求出軸承的徑向載荷09101???prF)(2根據計算得出 　　　　 　　則兩者的方向相反1652rN?23649rFN?又因為 .70aeFG?現以 為計算滾動軸承來校核軸承壽命2r因為 ＝0.21 0.68 P= =3649Naer?r則所選用的滾動軸承的壽命為對于球軸承而言 ＝3?)(601PCnLh??查表知 7213AC型角接觸球軸承的基本額定動載荷 C＝51200N根據上式計算其壽命得出 ，滿足工作要求hLh0694??又對所選角接觸球軸承的靜載荷進行討論NC4320?? aerFP7.??顯然 ??PS?綜合可知，所選的 7213AC型角接觸球軸承符合工作要求。5.2軸的計算和校核5.2.1作出軸的計算簡圖結合 7213AC型角接觸球軸承的計算數據，作出如下的軸的彎矩扭矩圖235.1.2軸的強度校核計算根據軸的彎矩扭矩圖可知其危險截面為軸承一所在支點處截面，根據軸的具體受載及應力情況，可知該軸為傳動軸，主要承受扭矩。則按扭矩強度條件計算?？紤]還受有不大的彎矩，則用降低許用扭矩切應力的方法予以考慮軸的扭矩強度條件為： ??TTdnPW?????32.095式中： —扭轉切應力，單位為 ；aMPＴ—軸所受的扭矩，單位為 ；mN?—軸的抗扭截面系數，單位為 mm ；T 3n —軸的轉速，單位為 r/min；Ｐ—軸傳遞的功率，單位為ＫＷ；d—計算截面處軸的直徑，單位為 mm—許用扭轉切應力，單位為??T? aMP此軸選用４５號鋼， 值為２５－４５ 之間。??T?而通過對軸的計算， ＝5.1 =8.5minamaxT?aP,故軸的扭轉條件符合要求。T????245.1.3按彎扭合成應力校核軸的強度進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面）的強度，由此軸的彎扭圖可知，其危險截面為軸承一所在支點處截面，根據機械設計書中式（15-5）及上表中的數值，并取 ，軸的計算應力0.3??＝22()caMTW???22187(190).65??7?aMPa60?aP以選定的軸的材料是４５號鋼，調制處理。由表 15-1查得 ＝60 。故安??1??M全。5.1.4軸的扭轉剛度校核計算軸的扭轉變形用每米長的扭轉角 來表示?＝?415.730ZPTLGI????式中：Ｔ—軸所受的扭矩，單位為 Nm?Ｇ—軸的材料的剪切彈性模量，單位為 ，對于鋼材，Ｇ＝aMP410.8?aMP—軸截面的極慣性矩，單位為 mm ，對于圓軸， ＝PI 4PI432d?Ｌ—階梯軸受扭轉作用的長度，單位為 m.—分別代表階梯軸第 段上所受的扭矩、長度和極慣性矩，單位同前　　　??PILT, ?Ｚ—階梯軸受扭轉作用的軸段數　綜合上式計算出 ； 為軸每米長的允許扭轉角，與軸的使用均合有關，0.32????對于一般的傳動軸，可取 ＝ ；對于精密傳動軸可取 ＝m/)(15.?????。對于精度要求不高的軸， 可大于 。顯然對于本設計中所??m/5.02?????/)(1?涉及的軸為一般的傳動軸， ，符合扭轉剛度要求。?綜上所述，設計的軸滿足工作要求。25總結隨著食品工業(yè)的發(fā)展，食品深加工已越來越被世界重視，特別是快餐和方便食品的誕生，促使保鮮脫水蔬菜工業(yè)迅速發(fā)展起來。而綜觀國內食品加工產業(yè)相對落后。本設計就是針對馬鈴薯原料的加工需要，進行了馬鈴薯去皮的設計。美國是世界上最大的馬鈴薯生產國和出口國。該產業(yè)給美國帶來了巨大的經濟效益。近二十年來，繼美國之后，德、法、荷蘭、英、瑞士、丹麥、加拿大、日本等國家，也在致力于發(fā)展馬鈴薯食品加工業(yè)，從而使世界馬鈴薯食品加工業(yè)進入到當今興旺發(fā)達的階段。綜觀我國的馬鈴薯加工產業(yè)，雖然我國的馬鈴薯種植面積居世界第一，但卻產生了我國有巨大馬鈴薯產量卻需要巨額進口的強烈反差。一方面我國有著巨大的市場需求，另一方面又是嚴重不足的生產加工能力。隨著經濟的發(fā)展，我國事物消費結構也在發(fā)生巨大的變化，快餐和休閑食品的消費將快速增長，同時馬鈴薯的消費趨勢也將呈現多樣化，其衍生產品的工業(yè)需求正在迅速增加。從宏觀上看，一方面加入 WTO提供了巨大的發(fā)展機遇，另一方面還有著 13億人口的國內消費市場，可見馬鈴薯等果蔬原料的加工將煥發(fā)無窮的魅力也勢在必行。本課題的提出就是基于上述的實際需要出發(fā)，尤其是考慮到任何一種形式的馬鈴薯原料加工，去皮都是其中一項必不可少且重要的操作環(huán)節(jié)。去皮效率的高低和安全衛(wèi)生性將直接影響馬鈴薯原料加工的效益。針對這些特點所采取的設計方案不僅從實際產量要求出發(fā)，而且還結合經濟最優(yōu)化，以達到最低成本產生最大收益。本設計利用電動機為動力源，物料在圓筒形容器中，通過傳動軸的作用，依靠帶有磨料的工作轉盤在中速或高速旋轉中形成與工作轉盤、筒壁及物料顆粒之間的翻轉、揉搓摩擦為主，撞擊為輔的綜合機械作用效果從而達到去皮的目的。因此可知本課題的設計方案所依據的理論，證明是完全可行的。本課題的設計涉及到機械制造、機械設計、理論力學、材料力學、工程材料基礎等多種學科的知識。主要內容包括馬鈴薯原料去皮機的結構設計、物料的受力分析、主要參數的選擇確定、主要零件的校核及分析說明，有完整的理論闡述和設計計算，并附有大量的裝配和零件圖，更加直觀的對整個設計加以論證。其中對果蔬原料去皮機的關鍵部件——傳動軸作了詳細的力學分析和計算，并繪制出彎矩扭矩圖，通過理論以及大量的計算闡述了傳動軸結構的可行性和性能特點。同時工作圓筒的結構設計也是基于相應的理論依據、計算，大量文獻資料的閱讀，對出售相應機械產品公司的網上查閱了解所確定的。由上可知，本設計基本實現了馬鈴薯原料去皮機的去皮要求，是一種切實可行的設計方案。26致謝這段時間以來，在導師周善炳的悉心指導下，這次畢業(yè)設計終于較為順利地完成了。幾個月的時間里，從課題的選定、資料的收集、課題的具體設計到論文的審定改進，周善炳老師都給與了極大的幫助，傾注了大量的心血；在周善炳老師的指導下，學生不僅開拓了思路、擴大了視野、豐富了知識面，還初步掌握了縫隙和處理具體實踐問題的科學方法，為學生今后發(fā)展打下了堅實的基礎。周善炳老師有著深厚的理論功底、寬廣的知識面和豐富的實踐經驗，尤其值得學生學習的是周善炳老師那種在工作中嚴謹求實、精益求精的治學態(tài)度，對待學生嚴格要求、一絲不茍的負責精神，都將激勵學生在以后工作學習中不斷努力，這是學生在這段時間內的最大收獲，在此謹向周善炳老師致以衷心的感謝和真誠的敬意。同時，由于本人才疏學淺，加之此次設計時間緊任務重，李少云、李建波等同學都給予了重要幫助。由于篇幅限制在此不再將他們一一列舉，但是我對他們無私慷慨的幫助表示深深的謝意！此外，感謝我的父母，感謝他們這么多年來的養(yǎng)育之恩，是他們的辛勤工作才使我能順利地完成學業(yè)。感謝父母在我受到挫折、打擊時候的鼓勵和支持！27參考文獻[1]楊炳南.馬鈴薯薯條加工及對策。農機與食品機械，1999, 2: 1