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畢業(yè)設計說明書 畢業(yè)設計（論文） 題 目： 刮板式核桃剝殼機的主體結構設計 系 別： 電氣工程及其自動化系 專 業(yè)： xxxxxx 姓 名： xxxxxx 學 號： xxxxxx 指導教師： xxxxxx 完成時間： xxxxxx 摘 要 如今核桃產業(yè)的發(fā)展越來越迅猛，然而由于核桃品種繁雜，外形不規(guī)則，外皮厚薄不均，夾層多寡不一，因此給破殼取仁帶來一定的困難。所以核桃剝殼機在生活中應用起著越來越重要的作用了，剝殼機在核桃后期加工中為人們帶來了方便，大大減少了勞動力，提高勞動成本。文章主要敘述了核桃剝殼機的主體結構的設計計算過程 。 本文首先介紹了剝殼機的國內發(fā)展現(xiàn)狀及研究意義。核桃剝殼機是由料斗、導向機構、破殼機構、傳動機構等組成，是通過依靠物料自身的重力自上而下形成了一個系統(tǒng)作業(yè)流水線。其次，本文確定了核桃剝殼機的整體方案設計，以及介紹了剝殼機的分類和主要組成，以及現(xiàn)狀存在的問題。最后確定了主體結構的設計和布置。然后，本文介紹了核桃剝殼機主體結構詳細設計，其中包括帶輪，主軸，刮板，電動機，等具體設計和計算。本章還介紹了核桃剝殼機的裝配過程。全面詳盡的討論了傳動機構以及執(zhí)行機構的結構設計。最后對整體設計過程做出總結，分析了設計過程中遇到的問題，從設計過程中總結經驗和教訓。 關鍵詞: 核桃剝殼機 ；傳動機構 ；執(zhí)行機構 ；三維建模 Abstract Today, more and more rapid development of the walnut industry, however, due to the complex walnut varieties, irregular in shape, the skin of uneven thickness, sandwich amount of different, so bring some difficulties to break the shell to take Ren. Walnut sheller in life plays an increasingly important role, Sheller Walnut post-processing for people to bring convenient, greatly reducing labor, raising labor costs. The article primarily describes the design and calculation process of the main structure of the walnut sheller. The paper first introduces the the sheller domestic development status and significance. Walnut sheller machine consists of hopper, guides, broken shell bodies, transmission, and rely on the gravity of the material itself from top to bottom the formation of a system operating line. Second, determine the overall design of the walnut sheller, and the classification and major composition of the sheller, as well as the status quo existing problems. Finalized the design and layout of the main structure. This article describes the detailed design of the main structure of the walnut sheller, including pulleys, spindle, scraper, motors, and other specific design and calculation. This chapter also describes the assembly process of the walnut sheller. Comprehensive discussion of the structural design of the transmission mechanism, as well as implementing agencies. Finally, the overall design process to make a summary and analysis of the problems encountered in the design process, summarize experiences and lessons learned from the design process. Key words: Walnut sheller ；Transmission structure ；Implementation of structural ； Three-dimensional modeling 目 錄 摘要………………………………………………………………………………………2 ABSTRACT………………………………………………………………………………3 第一章 緒論………………………………………………………………………………6 1.1 課題提出的背景……………………………………………………………6 1.2 研究課題的意義……………………………………………………………6 1.3 國內研究現(xiàn)狀………………………………………………………………7 第二章 核桃的基本能………………………………………………………………10 2.1 核桃的功效和作用…………………………………………………………10 2.2 核桃的分類…………………………………………………………………11 2.2.1 按地方差異分類………………………………………………………11 2.2.2 按殼的薄厚分類………………………………………………………11 2.2.3 按取仁的難易程度分類………………………………………………11 2.3 綿核桃的測定和分析……………………………………………………12 2.3.1 三維尺寸……………………………………………………………12 2.3.2 綿核桃的厚度…………………………………………………………13 2.2.3 壓碎綿核桃仁所需的擠壓變形量……………………………………13 2.2.4 綿核桃的含水率………………………………………………………14 第三章 核桃剝殼機主體方案計……………………………………………………15 3.1 核桃剝殼機研究應用現(xiàn)狀…………………………………………………15 3.1.1 目前核桃剝殼機采用的剝殼原理………………………………………15 3.1.2 新型剝殼技術…………………………………………………………16 3.1.3 核桃剝殼機械的工藝研究…………………………………………16 3.2 刮板式核桃剝殼機的結構………………………………………………17 3.3 工作原理…………………………………………………………………18 3.4 核桃剝殼機主體結構的設計原則…………………………………………19 3.4.1 傳動部件的設計及確定…………………………………………………19 3.4.2 執(zhí)行部件的設計及確定………………………………………………20 第四章 關鍵零部件設計與算…………………………………………………………21 4.1 設計前各項參數(shù)的確定……………………………………………………21 4.1.1 刮板的半徑及轉速初定………………………………………………21 4.1.2 刮板所需功率及厚度計算……………………………………………21 4.1.3 傳動方案擬定………………………………………………………22 4.2 電動機的選擇……………………………………………………………22 4.3 V帶輪設計及參數(shù)計算…………………………………………………24 4.3.1 V帶輪的參數(shù)計算……………………………………………………24 4.3.2 V帶輪的設計…………………………………………………………26 4.4 主軸的設計及參數(shù)計算……………………………………………………27 4.5 軸承和鍵的選擇……………………………………………………………30 4.5.1 軸承的選擇……………………………………………………………30 4.5.2 鍵的選擇………………………………………………………………31 4.6 半柵籠………………………………………………………………………31 第五章 核桃剝殼刮板的生物力學設計……………………………………………33 5.1 仿生學的介紹………………………………………………………………33 5.2 核桃剝殼機刮板的仿生設計………………………………………………33 5.2.1 非仿生刮板的設計及參數(shù)計算…………………………………………34 5.2.2 仿生刮板的設計及參數(shù)計算……………………………………………35 5.2.3 對兩種刮板沖擊力的分析及比較………………………………………37 第六章 部分零部件的裝備方案………………………………………………………40 6.1 機架的裝備方案……………………………………………………………40 6.2 機架與箱體間的裝備方案…………………………………………………40 6.3 箱蓋、底座間的裝備方案…………………………………………………41 6.4 箱體與半柵籠間的裝備方案………………………………………………42 6.5 傳動和執(zhí)行機構的裝備方案………………………………………………43 6.6 核桃剝殼機的整體圖……………………………………………………44 第七章 總結與展望…………………………………………………………………45 7.1 本文總結………………………………………………………………45 7.2 設計遇到問題…………………………………………………………45 參考文獻……………………………………………………………………………………47 致謝……………………………………………………………………………………48 第一章 緒論 1.1課題提出的背景 我國的核桃栽培面積約130萬hm2以上,主要種植區(qū)域在西南和西北。在國際市場上,核桃與杏仁、腰果、榛子一起并列為世界4大干果,核桃作為保健食品早已被國內外所認識。我國核桃總產量約31萬噸,全國人均占有0. 24kg。核桃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。利用核桃或脫脂后的核桃餅粕的蛋白粉，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。以核桃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。核桃蛋白粉還可以通過高壓膨化制成蛋白肉。核桃是食用植物油工業(yè)的重要原料，利用核桃油可制造人造奶油、起酥油、色拉油、調和油等，也可用作工業(yè)原料。核桃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。核桃加工副產品核桃殼和核桃餅粕等可以綜合利用，加工增值，提高經濟效益。 核桃在制取油脂、制取核桃蛋白、生產核桃儀器以及在核桃貿易出口時，都需要對核桃進行預處理加工。核桃的預處理主要包括核桃的剝殼和分級、破碎、軋胚和蒸炒等。 核桃在加工或作為出口商品時，需要進行剝殼加工。核桃在制取油脂時，剝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，所以核桃產區(qū)廣大農民迫切要求用機器來代替手工剝殼。核桃剝殼機的誕生在很大程度上改變了這種局面，使核桃產區(qū)的農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民的體力勞動，同時還提高了核桃剝殼的效率。 核桃脫殼機是將核桃莢果去掉外殼而得到核桃仁的場上作業(yè)機械。由于核桃本身的生理特點決定了核桃脫殼不能與核桃的田間收獲一起進行聯(lián)合作業(yè)，而只能在核桃莢果的含水率降到一定程度后才能進行脫殼。隨著核桃種植業(yè)的不斷發(fā)展，核桃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 研究課題的意義 為了使堅果食品增值，近年來各國都在加工制造成品方面想辦法。目前整體核桃仁在國際市場上的價格是帶殼核桃的幾十倍，且核桃?guī)け４嫒菀酌範€。因此，尋求效率高.質量好的剝殼方法，是發(fā)展的必然。我國核桃資源豐富，1993年全國產量達到21.3萬噸，如何有效去殼，對滿足人們生活需要和換取外匯都有著重要的意義。 堅果類破殼問題的研究，如蘇聯(lián)專利破裂松果的仿佛，日本專利破除栗殼的方法，我國對棉核桃殼剝取仁機理的研究，在理論和實踐方面都做了有益的探討，但均未解決好核桃去殼取仁的問題。 在我國，如陜西、山西的核桃剝殼機，性能不甚好，我國出口的核桃仁全都是手工砸取，勞動生產率低，且菌感染指數(shù)高于國際食品衛(wèi)生法規(guī)定的標準，影響了桃仁的品質，降低了換匯率。在國內的市場銷售，對人民不利。 1.3 國內研究現(xiàn)狀 我國核桃脫殼機的研制自1965年原八機部下達核桃剝殼機的研制課題以來，已有幾十種核桃剝殼機問世。只進行單一剝殼功能的核桃剝殼機結構簡單，價格便宜，以小型家用為主的核桃剝殼機在我國一些地區(qū)廣泛應用，能夠完成剝殼、分離、清選和分級功能的較大型核桃剝殼機在一些大批量核桃加工的企業(yè)中應用較為普遍。國內現(xiàn)有的核桃剝殼機種類很多，如6BH一60型核桃剝殼機、6BH一20B型核桃剝殼機、6BH一20型核桃剝殼機等，其作業(yè)效率為人工作業(yè)效率的2O～60倍以上。錦州俏牌集團生產的TFHS1500型核桃除雜剝殼分選機組一次能實現(xiàn)核桃原料的剝殼、除皮、分選，是一種比較先進的核桃后期生產機械。偉民牌6BH一720型核桃剝殼機帶有復脫、分級裝置，采用搓板式剝殼、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型核桃剝殼機是一種一次喂料就可完成核桃剝殼工作的機械，經風力初選、風扇振動、分層分離、復脫清選分級后的核桃仁可直接裝袋入庫。6BH一1800型核桃剝殼機械采用了三軋輥混合脫殼結構，能夠進行二次剝殼。而隨著我國核桃產業(yè)的進一步調整，核桃產量逐年增加，核桃的機械化剝殼程度將大幅提高，核桃剝殼機械將擁有廣闊的發(fā)展前景。 核桃剝殼的原理很多，因此產生了很多種不同的核桃剝殼機械。核桃剝殼部件是核桃剝殼機的關鍵工作部件，剝殼部件的技術水平決定了機具作業(yè)剛核桃仁破碎率、核桃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，核桃仁破碎率是社會最為關心的主要指標。 八十年代以前的核桃剝殼機械，破碎率一般都大于8%，有時高達l5%以上。加工出的核桃仁，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剝殼原理，研制新式剝殼部件，便成為核桃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，柵條凹板式核桃剝殼機。自1983年以來，在已有的核桃剝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剝殼部件，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核桃剝殼部件 1、封閉式紋桿滾筒，柵條凹板式核桃剝殼部件 八十年代初， 我國在吸收國外技術的基礎上，研制了TH-340型核桃剝殼機，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。 在該機構中核桃進口大(3O-50毫米)，出口小(1O-25毫米)，工作時，核桃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、揉搓作用下直接剝殼，核桃受列剝殼機的直接搓擦作用，系強制剝殼，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。為了將混在一起的核桃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。后來研制并生產的TH-47O型，6 BH-570型等型式的剝殼機。 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，作業(yè)時，核桃果在膠輥的推動下，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。所以不得不增設循環(huán)機構，以使核桃經多次擠壓脫殼，致使機器結構復雜、龐大，造價較高。 3、開式紋桿滾筒，編織凹板式核桃剝殼部件 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制成的編織凹板，作業(yè)時，核桃果在滾筒的推動下，受擠壓揉搓剝殼，該結構與封閉滾筒式不同，核桃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，因系編織網孔凹板，剝殼時，只有直徑小于網孔尺寸的單粒癟果末剝殼而被網孔分離，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 剝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，在剝殼室內，核桃果受立式轉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， 故傳動機構較為復雜。 5、開式扁條滾筒，編織凹板式核桃剝殼部件 采用了由三根扁鋼條制成的開式扁條滾筒，和用編織絲網制成的凹板結構，作業(yè)時，核桃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，核桃果在該活動層內互相揉搓而剝殼。由于在該機構中，避開了剝殼部件的直接擠壓， 沖擊的作用，而是核桃搓核桃，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。 第二章 核桃的基本性能 核桃有著千年的歷史，在很早以前人們就知道核桃還有它的許多功效。核桃原產于近東地區(qū)，核桃與扁桃、腰果、榛子并稱為世界著名的“四大干果”。既可以生食、炒食，又可以榨油、配制糕點、糖果等多種做法，不僅味美，而且營養(yǎng)價值很高，被譽為“萬歲子”、“長壽果”。如圖2-1所示核桃。 圖2-1 核桃 核桃起源人們原以為是張騫從西域傳入的，然而在之后的研究表明核桃不是一個地方生產的，而是許多地方都有產核桃，而我國也是源產地之一。核桃具有很大的營養(yǎng)價值據(jù)測定，每100克核桃中，含脂肪50～64克，核桃中的脂肪71%為亞油酸，12%為亞麻酸，蛋白質為15～20克，蛋白質亦為優(yōu)質蛋白，核桃中脂肪和蛋白是大腦最好的營養(yǎng)物質。糖類為10克，以及含有鈣、磷、鐵、胡蘿卜素、核黃素（維生素B2）、維生素B6、維生素E、胡桃葉醌、磷脂等營養(yǎng)物質。因此研究核桃殼機對核桃取仁起到很大了幫助，具有很大的意義。 2.1核桃的功效與作用 核桃又稱之為胡桃，為胡桃科植物。核桃仁細膩質感，常被老百姓稱之“肉”，核桃仁含有豐富的營養(yǎng)素，且藥用價值主要集中在仁，食后不但不會使膽固醇升高，還能減少腸道對膽固醇的吸收，因此，可作為高血壓、動脈硬化患者的滋補品。此外，這些油脂還可供給大腦基質的需要。核桃中所含的微量元素鋅和錳是腦垂體的重要成分，常食有益于腦的營養(yǎng)補充，有健腦益智作用。 其實很早以前我國古人就發(fā)現(xiàn)核桃的多種功效了，古代名醫(yī)李時珍曾說過核桃可以補腎通腦，有益智慧。核桃不僅是最好的健腦食物，而且還是神經衰弱的治療劑。核桃對很多病癥都有幫助，說明了核桃的確有很大的醫(yī)療作用，對人體健康有著很大的幫助。因此如何更好的把厚的核桃殼壓碎并更好、更方便的取出核仁就成了研究的方向。 2.2核桃的分類 2.2.1按地方差異分類 根據(jù)地方的差異，我國核桃總體可分為核桃類群和鐵核桃類群兩種類群，而前者類群通常稱為北方核桃，產于北方，而后者則稱之為南方核桃，產地在南方。 核桃類群的各品種群的核桃外表近似球形。殼表面沿縱徑方向分布著長條溝紋，結合線下半部平，上半部微隆起，約1-2mm。核桃類群基本就是使用的品種，皮薄，仁大，表面較平整，紋路很淺很淺。然而鐵核桃類群則個品種群的核桃外表近似球形，殼表面近似花生皮樣的紋路，就是一個個小坑組成的紋路，結合線寬而隆起約2-3mm。除了這兩類還有兩種用于文玩的核桃，分別為秋子核桃還有麻核桃。秋子核桃是一種野生核桃，主要產在東北。特征是有明顯的六條楞。而麻核桃屬于半野生核桃，主要在華北的山西河北一帶。具體品種很多，是主要的文玩核桃品種。 2.2.2按殼的薄厚分類 核桃殼厚薄，含仁率高低相近似的一些品種稱為品種群。我國核桃根據(jù)薄厚品種基本上可劃為四個種群，分別為紙皮核桃、薄殼核桃、中殼核桃還有厚殼核桃四大種。劃分標準如表2-1所示。品種的分類主要是依據(jù)堅果大小形狀、核桃殼表面特性等。 表2-1 核桃品種群的劃分標準 品種群 核桃殼厚度 含仁率 橫隔壁 內褶壁 取出仁 紙皮核桃 <0.9 >65 退化 退化 全仁 薄殼核桃 1-1.5 50-60 呈膜質 退化 半仁 中殼核桃 1.6-2.0 41-49 呈膜質 不發(fā)達 1/4仁 厚殼核桃 >2.1 <41 呈膜質 發(fā)達 碎仁 從表中顯示可見，紙皮核桃、薄殼核桃和中殼核桃品種群易于用機械剝殼取仁，且剝殼比較完整。而厚殼核桃品種群則難以剝殼取仁，、原因從表中可以看清由于橫膈膜呈膜質，內褶壁發(fā)達，把仁夾嵌在殼里了。因此人工取仁只能用錐子挑出桃仁，而機械剝殼取仁只能取的是碎仁了。 2.2.3按取仁的難易程度分類 我們知道厚殼核桃一般只能取碎仁，從中可以看出核桃越薄則剝殼相對越比較容易些，因此根據(jù)核桃剝殼難易程度，又可將各品種核桃分為兩類，分別為綿核桃和夾核桃。 綿核桃一般是指核桃殼厚小于2mm，橫膈膜退化或成膜質、革質，內褶壁退化或不發(fā)達，可取得1/4或半仁。它包括紙皮、薄殼和中殼核桃品種群。夾核桃一般是指核桃殼厚超過2mm，橫膈膜呈骨質，內褶壁發(fā)達的厚殼核桃品種群。 目前，綿核桃的總量占全部核桃的80%~90%,隨著無性繁殖的推廣和品種的進一步改良，夾核桃的機械剝殼取仁。由于棉核桃品種很多，因此不可能對全部的核桃品種都進行試驗研究，只能選取一些綿核桃品種作為代表。 2.3綿核桃的測定和分析 2.3.1三維尺寸 通過實驗，拿100個綿核桃，用游標卡尺對100個綿核桃進行三維尺寸的測量，通過測量它們的縱徑、橫徑和棱徑。統(tǒng)計結果如表2-2。 表2-2綿核桃三維尺寸 尺寸mm 方位 縱徑 （個數(shù)） 橫徑 （個數(shù)） 棱徑 （個數(shù)） 25-27 0 4 6 27-29 8 6 8 29-31 15 23 30 31-33 33 33 32 33-35 30 22 18 35-37 12 11 4 37-39 2 2 2 39-41 0 1 0 我們知道平均值公式為：X=x1+x2+x3……xi（ xi為第i個元素）； 均方差S = ((x1-X)^2 + (x2-X)^2+(x3-X)^2+...+(xi-X^2)/i)的平方根（X為平均值）。因此帶入數(shù)值我們就可以知道縱徑、橫徑和棱徑得平均值以及均方差了。經統(tǒng)計處理后得出它們均值、方差等如表2-3所示： 表2-3 綿核桃的三維尺寸統(tǒng)計表 位置 平均差 均方差 變異系數(shù) 近似球體直徑 球度 縱徑 32.58 2.65 8.1% 30.64 0.986 橫徑 32.78 2.66 8.1% 棱徑 31.36 2.35 7.5% 對測量結果進行分析，可得出如下結論： （1）絕大多數(shù)綿核桃的三維尺寸都在25-39mm之間，其數(shù)量占總綿核桃量的99%左右。 （2） 綿核桃的三維尺寸存在縱徑、橫徑、棱徑三個尺寸，但如果綿核桃在=0.001水平下三維尺寸有高度顯著變化，可近似簡化為球。本課題取核桃近視為30mm的球型。 2.3.2綿核桃殼的厚度 對于整個綿核桃，除了兩瓣核桃的結合線上的殼厚度較大以外，而其它各個位置上的殼的厚度基本上是一樣的。我們對每個核桃殼進行測量，對于每個綿核桃，我們測量了幾個不同位置的殼的厚度，我們對頂端、底部、結合線部分及中間部分做測量，隨機測量了100個綿核桃，故樣本N=100，對測量值進行統(tǒng)計處理，如見表2-4所示。對表面2-4進行方差分析，當顯著性水平α=0.10時，不同位置間的殼厚差異不是顯著的，因此，可以認為綿核桃的厚度是均勻的。 表2-4測量值的處理 內容 平均值 均方差 變異系數(shù) 最小間隙 0．78 0．378 48．5% 最大間隙 1．83 0．540 29．5% 2.3.3壓碎綿核桃仁所需的擠壓變形量 我們做實驗，從綿核桃中隨機的取出100個，將綿核桃砸成兩個完整的半仁，然后取這200個半仁做實驗，半仁豎直地放置在單軸壓力測定儀的上下平臺之間，測定仁上出現(xiàn)裂紋所需的擠壓變形量，擠壓時由于仁中間部位彎距大，因而仁都在中間位置出現(xiàn)裂紋。取轉速為1轉/秒。對擠壓變形量進行統(tǒng)計處理，結果如表2-5所示。因此，當仁上承受的擠壓變形量大于0.7-1時，仁就將破碎。 表2-5仁破裂時的擠壓變形量 平均值 均方差 變異系數(shù) 0．86 0．120 14．0% 2.3.4綿核桃的含水率 做實驗把綿核桃的核殼和核仁碾壓成碎片，然后各取50克，在100度的高溫下烘干至衡重W，則含水率為：50-W/50*100%，以相同的方法對核桃殼，仁各檢測10次，統(tǒng)計處理數(shù)據(jù)值見表2-6所示： 表2-6 綿核桃的含水率 內容 平均值（%） 均方差（%） 變異系數(shù)（%） 殼 9.8 0.90 9.2 仁 3.6 0.37 10.2 第三章 核桃剝殼機主體方案設計 3.1核桃剝殼機研究應用現(xiàn)狀 目前國內核桃剝殼機從其脫殼原理、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 %，剝出的核桃仁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(xiàn)存問題的重要途徑。 3.1.1目前核桃剝殼機采用的脫殼原理 目前應用比較廣泛的核桃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沖擊力，使外殼破碎而實現(xiàn)脫殼的目的。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。甩料盤使核桃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(xiàn)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 核桃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。其典型的設備為由一個固定圓盤和一個轉動圓盤組成的圓盤剝殼機。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 核桃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(xiàn)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剝殼機。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(jù)核桃莢果的大小調節(jié)刀板座與刀板轉鼓之間的間隙。當?shù)栋遛D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，使核桃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(shù)較大。核桃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。 3.1.2 新型剝殼技術 壓力膨脹法 原理是先使一定壓力的氣體進入核桃殼內，維持一段時間，以使核桃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 將核桃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(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 9／6的整仁率，但因其費用昂貴、效率低下等原因，很難得到推廣。 3.1.3 核桃剝殼機械的工藝研究 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 核桃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。因此應使核桃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。 3.2刮板式核桃剝殼機的結構 根據(jù)刮板式核桃剝殼機的剝殼原理，我們可以知道，核桃是依次經過料斗——剝殼箱中的執(zhí)行機構刮板使核桃破殼——后經過半籠柵篩選——破殼的從下箱出口出來——進入分選口——最終將核桃殼和核仁分開，得到核仁的整個過程，因此核桃剝殼機的主體結構的設計就由這每一部分合成的。 主體結構的設計是從上往下，從人們開始把核桃放進料斗開始，整個剝殼機的最上面就應該是料斗了，而從上到下核桃從料斗進入后就應該對其進行剝殼的工作，因此核桃就到了執(zhí)行機構中的刮板，也就是在剝殼箱中完成的，在剝殼箱內，核桃經過刮板的撞擊和擠壓作用使核桃進行剝殼。剝完殼后，核桃就分離開了，就把核桃殼和仁分開了，而為了辨別是否已經剝殼了，就在下方設計一個柵格，設計成半圓的柵籠，如果已經分離開了，那么核桃殼、仁就可以通過柵格，而未分離開的則繼續(xù)破殼。核桃從柵格下來后就進入了一個分選口，在分選口旁邊設計一個風機的吹入口，其作用是將下來的核桃殼與核桃仁進行分離，由于核桃殼重量比較重，稍重的殼則不會被風機的分吹走，由于重量則繼續(xù)向下落，然而重量輕的核桃仁將被風機吹風帶入到了另一個出口，用來專門收集核桃的。這就是設計的整個思路。如圖3-1所示： 圖3-1 剝殼機安裝結構簡圖 3．3工作原理 刮板式核桃剝殼機是借助轉動軸上的刮板與半籠柵的擠壓和打擊作用，使核桃殼破碎的一種思路設計的，其主要特點是結構簡單、操作方便。其結構如圖3-2刮板式核桃剝殼機所示。它主要由進料機構、傳動機構、執(zhí)行機構和支承機構等部分組成。 圖3-2刮板式核桃剝殼機 核桃進入剝殼箱內，核桃落入到由圓鋼棒排列成的柵格上，由于柵格與刮板的旋轉外徑間沒有距離容納一個核桃，因此高速旋轉的刮板與核桃發(fā)生相互碰撞和擠壓，在刮板和半籠柵的作用下，核桃發(fā)生了破裂，從而實現(xiàn)了剝殼。 3.4核桃剝殼機主體結構設計原則 總體設計任務主要包括剝殼機的執(zhí)行機構和傳動機構的設計及參數(shù)計算。總體設計后還要進行各部件的選擇、計算和驗算。 3.4.1傳動部件的設計及確定 核桃剝殼機在傳送過程中可以通過直齒輪、斜齒輪、帶輪及渦輪蝸桿傳動等傳送方式。比較如表3-4-1： 表3-4-1中是可供選擇的常用傳動機構 帶傳動 具有傳動平穩(wěn)、噪聲低、清潔（無需潤滑）的特點，具有緩沖減振和過載保護作用，并且維修方便。與鏈傳動和齒輪傳動相比，帶傳動的強度較低以及疲勞壽命較短 齒輪傳動 效率高、傳動比穩(wěn)定、工作可靠、壽命長、結構緊湊、比帶、鏈傳動所需的空間尺寸小 渦輪蝸桿傳動 傳動比大，體積小，單頭的有的能自鎖，不用另加制動裝置就能停在任意位置，但是它的效率太低 1、 齒輪傳動 電動機傳出的扭距通過一個有保護作用的聯(lián)軸器，傳人一個有分配傳動比的減速器，然后通過聯(lián)軸器傳人開式齒輪副，進入帶動兩軸的傳動。如圖3.4.1（1）所示。 圖3.4.1（1）齒輪式傳動系統(tǒng)圖 這種傳動方式的特點是：工作可靠，使用壽命長，傳動準確，效率高，結構緊湊，功率和速度適用范圍廣等，但是其成本較高，對于制造這種小型的核桃剝殼機不劃算。 2、 V帶傳動 由電動機的轉距通過如圖3.4.1（2）所皮帶傳人沖壓機直接傳人主動軸。示： 圖3.4.1（2） 皮帶式傳動系統(tǒng)圖 這種傳動方式具有傳動平穩(wěn)，噪音下的特點，同時以起過載保護的作用。帶傳動的成本較低，對于核桃剝殼機這種對傳動比要求不是很高的機器可以選擇帶傳動來減速，制造方便且比較經濟。 3.4.2 執(zhí)行部件的設計及確定 根據(jù)剝殼的方法不同，執(zhí)行部件的選擇也是相應的改變，由于本課題研究的刮板式核桃剝殼機，因此采用四鋼板十字交叉固定在旋轉筒架上如下圖，通過擠壓和打擊作用，從而使核桃破殼取仁。 刮板結構 第四章 關鍵零部件設計與計算 刮板式核桃剝殼機設計出來后，能否能夠正常的使用和剝殼，這是十分關鍵的，而與這個有最直接的關系，就是各零部件是否能夠正常使用，各零部件組合起來就成了一個完整的剝殼機。因此，刮板式核桃剝殼機的主要零部件的設計在整個設計過程中起著十分重要的作用，好的核桃剝殼機才會給顧客帶來方便及放心的使用。 4．1設計前各項參數(shù)的確定 4．1．1 刮板的半徑及轉速初定 刮板的旋轉速度必須保證刮板與核桃擠壓、碰撞后能使核桃破裂，當刮板的相對速度達到5m/s時，可使核桃殼破裂而且不會破壞到核桃仁，因此根據(jù)此數(shù)據(jù)我們設計出刮板的轉速與半徑。 如圖4-1所示，當刮板旋轉時，核桃與刮板的接觸碰撞是在刮板的邊緣部分。因此根據(jù)轉速公式： v=2пnr 我們取半徑r=260mm， 則n=v*60*1000/3.14/2/r=5*60*1000/3.14/2/260=183.73r/min 因此我們取r=260mm；n=183.73r/min 圖4-1刮板圖 4．1．2 刮板所需功率及厚度計算 根據(jù)功率的基本公式P=Q/t；就可以計算出刮板所需要的功率了，而Q就是表示刮板對核桃所做的功，我們知道刮板對核桃所做的功又分為刮板對核桃的動能Ek以及刮板核 桃所做的勢能Ep，因而刮板對核桃所做的功Q=Ek+Ep。 而刮板對核桃的動能Ek=E1+E2=1/2mv12+1/2mv12 刮板對核桃的勢能Ep=mgh=mg2r 整理后得Q=1m/2（v12+v12+4gr） 因此刮板所需功率：P=Q/t=1m/2t（v12+v12+4gr） 根據(jù)核桃剝殼的要求，我們設計出刮板的重量為4.0kg，刮板的初速度為1m/s，方向向左，刮板與核桃接觸時的速度為5m/s，后達到勻速，方向向右，刮板的相對位置高度為520mm，整理則得到： 時間t=1s；重量m=4.0kg；初速度=1m/s；末速度=5m/s；高度r=0.26m。 因此P=Q/t=1m/2t（v12+v12+4gr）=1*4.0/2(1+25+10.4)w=72.8w 而刮板與核桃在半籠柵中擠壓與碰撞以保證剝殼也需要一定的能量，加起來功率也不會超過600w。而我們要計算電動機的所需工率Pd，就先要確定從電動機到執(zhí)行機構之間的總效率。我們設1、2分別為滾動軸承和V帶傳動的效率，于是有 =1+2=-0.810 則有電動機所需功率Pd=Pw/；計算得不會超過741W，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符合要求。 刮板厚度：通過材料查得45號鋼[τ]=40Mpa，已知P=200w，183.73r/min，取長為l=500mm，寬b=125，于是有 τ==<[τ] Mpa 即 <40 得到h>9.83mm，故取厚度h=10mm。 4．1．3 傳動方案擬定 設計刮板式核桃剝殼機的主軸的轉速度一般高，達到n=183.73r/min；因此有兩種選擇傳動方案，分別為用一級V帶傳動和用兩級混合傳動，然而我們知道采用兩級混合傳動的方案，將會使傳動的結構變得復雜化，自然而然的成本就隨之升高，所以選擇采用第一種傳動方案，即一級V帶傳動。 4. 2 電動機的選擇 在核桃剝殼機中電動機的選擇是十分關鍵的，電動機的容量選擇是否合適，對電動機的正常工作和經濟都有影響。因此不能忽視，要是容量選的過小不能保證正常工作，獲因電動機因超載而過早損壞；而容量選得過大，則電動機的價格高，因為電動機經常不滿載運行，其效率和功率因數(shù)都較低，增加電能消耗而造成能源的浪費。 電動機選擇包括選擇類型，結構模式，功率和轉速，并確定型號。工業(yè)上一般用三相交流電源，無特殊要求一般應選三相交流異步電動機。最長用的電動機是Y系列類型三相異步交流電動機。其效率高，工作可靠，結構簡單，維護方便，價格低，適用于不易燃，不易爆，無腐蝕性氣體和無特殊要求的場合。由于啟動性能好，也適用于某些要求較高啟動轉矩的機械。 電動機的容量主要根據(jù)其所帶來的機械系統(tǒng)的功率來決定。對于載荷比較穩(wěn)定、長期連續(xù)運行的機械，只要所選電動機的額定功率等于或大于所需電動機的工作功率即可。而在實驗中，我們用人力就很輕易地破碎核桃，破碎核桃需力在三十千克左右，因此，主要考慮的是空載功率，根據(jù)所給的功率及同步轉速，按照核桃剝殼機的工作要求和工作條件，選用一般用途的Y90S-6三相異步電動機如圖4-2所示。它為臥式封閉結構。這種電動機質量輕，轉速適中，且造價不是很高，因此比較適用于核桃剝殼機這種小型的剝殼機械。 根據(jù)電動機的滿載轉速和刮板轉速可算出總傳動比，電動機的數(shù)據(jù)整理如表4-1所示： 表4-1電動機的數(shù)據(jù)和傳動比 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 Y90S-6 1.5 1100 910 4.95 查表得電動機型號為Y90S-6的中心高為90mm，向外伸出的軸徑為22mm，軸的長度為50mm。 電動機的運動和參數(shù)計算如下： 軸的轉速： n1=910r/min；n2=n1/i=910/4.95=183.73r/min 軸的輸入功率： P2=Pd*22=1.5*0.962=1.38kw 軸的轉矩： T2=9550P2/n2=9550*1.38/183.73=71.73N.m 圖4-2 Y90S-6電機 4．3 V帶輪的設計及參數(shù)計算 4.3.1 V帶輪的參數(shù)計算 通過前面的計算確定了電動機采用型號為Y90S-6的電動機，已知它的額定功率為1.5kw同步轉速為1100r/min，滿載轉速為910r/min，傳動比=4.95。由已知可以得到 1、確定計算功率Pc 查表得知工作情況系數(shù) KA=1.1 則 Pc=KAP=1.1×1.5=1.65kw 2、選擇V帶的型號 我們知道V帶有普通V帶和窄V帶，而且都已經標準化。普通V帶有7種型號，分別為Y、Z、A、B、C、D、E七種；而窄V帶則有4種型號，分別為SPZ、SPA、SPB、SPC四種，根據(jù) Pc、n1查書的最適合的帶型號為A型。 3、確定帶輪基準直徑d1和d2 為了減小帶的彎曲應力應采用較大的帶輪直徑，但這使傳動的輪廓尺寸增大。一般取d1≥dmin，由主動輪基準直徑系中選取d1=75mm，則從動輪基準直徑為 d2=d1×i=75×4.95=371.25mm 4、 驗算帶的速度 由P=Fv/1000可以知道，當傳遞的功率P一定時，帶的速度v越高，則所需要的圓周力F則越小，因而V帶的根數(shù)可減少。由公式 v=пd1n1/(60×1000)=3.14×75×1100/(60×1000)=4.32m/s v=4.32m/s120° 因此驗算合適。 7、 求V帶的根數(shù)z 由公式得帶的根數(shù)z 由n1=910r/min，d1=75mm,查書得 P0=0.51kw 由式傳動比 i=d2/(1-ε)d1=371.25/75/(1-0.02)=5.05 查得 ?P=0.11kw 由包角α1=157.5查書得Kα=0.94，Kl=1。 由此可得 Z=1.65/(0.51+0.11)/1/2/0.94=1.41 所以取2跟，如圖4-3 圖4-3帶輪 8、求作用在帶輪軸上的壓力FQ 查表得q=0.10kg/m，故由式得單根V帶的初拉力 F0=500PC/zv×（2.5/Kα-1）qv2=500×1.65/2/5×(2.5/0.94-1)+0.10×52=139.4N 作用在軸上了壓力 FQ=2zF0sin（α1/2）=2×2×139.4×sin（157.5/2）=546N 4.3.2 V帶輪的設計 1、 V帶輪的材料 常用帶輪的材料為HT150或HT200.轉速較高時可采用鑄鋼或用鋼板沖壓后焊接而成。小功率時可以采用鑄鋁或塑料。就本次設計為刮板式核桃剝殼機，其功率一般，傳遞的載荷不是很大，故可以選HT150帶輪的材料。 2、 帶輪的結構形式 根據(jù)輪輻結構的不同，V帶輪可以分為實心式、腹板式、孔板式、橢圓輪輻式。對于小帶輪由于d1<2.5d，d為實際安裝帶輪的軸的直徑，可采用實心式。對于大帶輪由于d2<400mm?？刹捎酶拱迨?。 3、V帶輪的輪槽 V帶輪的輪槽與所選用的V帶的型號相對應，輪槽相應的尺寸如表4-2所示。 表 4-2 輪槽尺寸 尺寸類型 小帶輪 大帶輪 輪槽類型 A A d（mm) 75 372 基準寬度bd（mm) 11.0 11.0 基準線上槽深hamin（mm) 2.75 2.75 基準線下槽深hfmin（mm) 8.7 8.7 槽間距e（mm) 15±0.3 15±0.3 第一槽對稱面至端面距離fmin（mm) 9 9 輪緣厚d（mm) 12 12 4、V帶輪的技術要求 鑄造的帶輪在輪、腹板、輪輻及輪轂上不允許有砂眼、裂縫、縮孔及氣泡；鑄造帶輪在不提高內部應力的前提下，允許對輪緣、凸臺、腹板及輪轂的表面缺陷進行修補。 5、V帶傳動的張緊、安裝及維護 膠帶經過一段時間的工作后，其塑性變形和磨損會導致帶松弛，張緊力減小，帶的傳動能力因之下降。因此偉動機構必須具有將帶再度張緊的裝置，使帶保持傳動所需的張緊力，定期檢查膠帶，發(fā)現(xiàn)其中一根松弛或有損壞，就應該全部換上新帶，不能新舊帶并用。舊膠帶如尚可使用，可測量其長度，先長度相同的舊帶組合使用。嚴防膠帶與礦物油、酸、堿等介質接觸，以免變質；膠帶不宜在陽光下暴曬。 4.4 主軸的設計及參數(shù)計算 軸是剝殼