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2016 年05 月 第 期
山楂去核機(jī)的設(shè)計(jì)
何鵬旭
（塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院， 阿拉爾 843300）
前 言：我國目前的山楂山楂機(jī)械的發(fā)展情況比較落后，由于缺少良好的設(shè)備，加工手段落后，生產(chǎn)效率低，致使一些地區(qū)出現(xiàn)水果積壓腐爛現(xiàn)象，給果農(nóng)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。山楂去核手工作業(yè)現(xiàn)在在中國仍然是主要的加工手段，不僅占用大量的勞動(dòng)力、勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)率低，而且衛(wèi)生安全也得不到有效保障。去核作業(yè)是山楂加工工序中十分重要的前處理工序。以往的手工操作遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代山楂加工的需求，不僅占用大量的勞力，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，且產(chǎn)品質(zhì)量難以控制。本設(shè)計(jì)主要是為了解決山楂去核作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度大，安全衛(wèi)生，提高生產(chǎn)效率，降低山楂果實(shí)破損率，保證山楂產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，小型山楂山楂機(jī)有非常好的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：山楂；山楂機(jī)；設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)： 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)
0 引言
我國的地域遼闊、資源豐富。具有得天獨(dú)厚的發(fā)展水果加工業(yè)的良好條件。水果深加工已成了農(nóng)民致富的一條主要途徑，不論社會(huì)效益還是經(jīng)濟(jì)效益都是十分可觀的。果核類水果主要是指桃、杏、李、山楂、紅棗及橄欖等。它們?cè)谒偖a(chǎn)量中占有較大比例，以它們?yōu)樵希庸こ娠嬃?、罐頭、果脯及果干制品時(shí)，去核作業(yè)是水果加工業(yè)中十分重要的前處理工序。以前的手工操作遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代水果加工的需求，不僅占用大量的勞力，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低，且產(chǎn)品質(zhì)量難以控制。但是我們也看到，在果樹種植業(yè)蓬勃發(fā)展的今天，由于缺少性能良好的設(shè)備，加工的手段落后，生產(chǎn)效率低，有些地區(qū)還出現(xiàn)鮮果品積壓腐爛現(xiàn)象，給果農(nóng)造成不應(yīng)有的經(jīng)濟(jì)損失。許多地區(qū)的果品加工廠，其前處理生產(chǎn)環(huán)節(jié)，如去核、去皮、清洗等，至今基本上仍靠手工或十分簡(jiǎn)陋的工具完成。因此，在我國發(fā)展山楂機(jī)械等前處理設(shè)備，取代手工作業(yè)是必然趨勢(shì)。針對(duì)中國水果資源豐富、分布廣泛的特點(diǎn)，特別要加大對(duì)中小型山楂去核機(jī)具的研制，以適應(yīng)廣大果農(nóng)及小型果品加工廠的需求。只有這樣，才會(huì)有豐富多樣的食品來滿足人們的需求，才能保護(hù)果農(nóng)種植的積極性
1 設(shè)計(jì)原理及機(jī)構(gòu)
1.1 設(shè)計(jì)原理
去核刀具能夠去掉山楂的內(nèi)核，且保證山楂不破碎；山楂定位盤能夠給山楂定位，確保去核刀具能夠準(zhǔn)確的去掉山楂的內(nèi)核；傳動(dòng)間歇輪，能夠在傳動(dòng)圓輪的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，每30°轉(zhuǎn)動(dòng)一下，進(jìn)而使山楂定位盤間歇轉(zhuǎn)動(dòng)；傳動(dòng)圓輪，每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，帶動(dòng)間歇輪轉(zhuǎn)過30°一次；轉(zhuǎn)動(dòng)軸保證傳動(dòng)圓輪平穩(wěn)傳動(dòng)；連桿在轉(zhuǎn)盤圓周運(yùn)動(dòng)過程中，分別帶動(dòng)傳動(dòng)圓輪轉(zhuǎn)動(dòng)和去核刀具的上下運(yùn)動(dòng)；轉(zhuǎn)盤做圓周運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)連桿運(yùn)動(dòng)；擋板的作用是收集去核后的山楂。山楂山楂機(jī)工作原理是：發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)動(dòng)后，通過皮帶輪把動(dòng)力傳給減速器，減速器減速后帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)連桿做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，一邊連桿帶動(dòng)刀具上下運(yùn)動(dòng)完成山楂的去核工作，另一邊連桿帶動(dòng)傳動(dòng)盤，傳動(dòng)盤每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，帶動(dòng)間歇輪轉(zhuǎn)動(dòng)一次(30°)，在主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)下使山楂定位盤轉(zhuǎn)動(dòng)。(當(dāng)轉(zhuǎn)盤帶動(dòng)連桿運(yùn)動(dòng)到最上方的時(shí)候，傳動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置帶動(dòng)間歇輪轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而使定位盤帶動(dòng)山楂轉(zhuǎn)動(dòng)到刀具下方，當(dāng)轉(zhuǎn)盤向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)裝置離開間歇輪做圓周運(yùn)動(dòng)，刀具在連桿作用下，向下運(yùn)動(dòng)完成山楂的去核工作，如此反復(fù)。山楂隨刀具向上時(shí)，遇到擋板脫落到定位盤上隨定位盤轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)遇到第二個(gè)擋板的時(shí)候被剝落下去，掉落到收集帶中。
方案
馬達(dá)型號(hào)
額定功率
/kW
同步轉(zhuǎn)速
/(r/min)
滿載轉(zhuǎn)速
/(r/min)
總傳動(dòng)比
質(zhì)量
/kg
價(jià)格
/元
1
2
Y802-4
Y90S-4
0.75
0.75
1500
1000
1390
910
57.92
37.92
18
23
475
570
圖1 山楂去核機(jī)原理圖
1.2 總體設(shè)計(jì)
圖2
1：電機(jī)2：減速齒輪3：曲柄連桿4：道具模塊5：轉(zhuǎn)盤6：山楂擋板7：間隙機(jī)構(gòu)8：軸心9:皮帶10：轉(zhuǎn)盤軸承組11：大皮帶輪
山楂去核機(jī)采用電機(jī)三相異步電動(dòng)機(jī)，達(dá)型號(hào)為Y90S-4，額定功率為0.75 kW，同步轉(zhuǎn)速為1000 r/min，滿載轉(zhuǎn)速為910 r/min。這個(gè)是選用低功率的電動(dòng)機(jī)，其優(yōu)點(diǎn)是功率點(diǎn)，噪音小，成本低，能滿足山楂去核機(jī)的動(dòng)力需求。其傳動(dòng)部分有兩部分組成，一個(gè)是兩個(gè)1:3的齒輪想嚙合，已完成對(duì)電動(dòng)機(jī)的減速，另一個(gè)是有間隙齒輪機(jī)構(gòu)組成的減速機(jī)構(gòu)，動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)出來，然后經(jīng)過大小皮帶輪，由皮帶傳給間隙機(jī)構(gòu)，然后讓轉(zhuǎn)盤每3秒轉(zhuǎn)動(dòng)一次，每次轉(zhuǎn)動(dòng)30度，山楂槽一共有12個(gè)山楂槽，每36秒轉(zhuǎn)動(dòng)一周。以保證山楂轉(zhuǎn)盤與曲柄連桿帶動(dòng)刀具能保持同步。
2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)
2.1 馬達(dá)功率的選擇
表1 馬達(dá)數(shù)據(jù)表
比較兩方案可見，方案1選用的馬達(dá)雖然質(zhì)量和價(jià)格較低，但總傳動(dòng)比大。為使傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)緊湊，決定選用方案2。馬達(dá)型號(hào)為Y90S-4，額定功率為0.75 kW，同步轉(zhuǎn)速為1000 r/min，滿載轉(zhuǎn)速為910 r/min。由機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表4.12-2查得馬達(dá)中心高H = 90mm，外伸軸段D × E = 24mm × 50mm。
2.2 傳送裝置的選擇
(1)帶傳動(dòng)：帶傳動(dòng)是具有中間撓性件、靠摩擦工作的傳動(dòng)，如圖4所示，所以具有如下優(yōu)點(diǎn)：能緩沖吸振；傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小；過載時(shí)，帶將在帶輪上打滑，可防止其他零件損壞；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低；允許有較大的中心距(可達(dá)15m)。
帶傳動(dòng)的缺點(diǎn)：由于帶與帶輪面之間的滑動(dòng)，不能保證定傳動(dòng)比；在傳遞相同大小的圓周力時(shí)，結(jié)構(gòu)尺寸和軸上壓力都比嚙合傳動(dòng)大；效率低、帶的壽命短.所以選擇傳送帶。
2.3 去核刀具的選擇
由于山楂山楂機(jī)刀具用于直接接觸山楂果實(shí)，材料的選擇應(yīng)考慮材料容易加工切削、干凈衛(wèi)生、成本低且容易清洗等特點(diǎn)，所以本設(shè)計(jì)選用45號(hào)鋼作為山楂定位盤的材料。
查閱資料得到我國北方山楂直徑在10mm-14mm之間，根據(jù)山楂直徑本設(shè)計(jì)選取刀具的外徑為8mm，詳細(xì)尺寸如圖7。彈簧選擇不銹鋼絲（1Cr18Ni91Cr18Ni9Ti），耐腐蝕性好，工藝性好，彈簧中徑為5mm。
圖3
2.4 山楂定位盤的設(shè)計(jì)
山楂定位盤如圖4所示。考慮到人工放置山楂的舒適度問題以及作業(yè)的工作效率，本設(shè)計(jì)采用直徑300mm的圓盤作為定位盤，圓盤上均勻分布12個(gè)直徑10mm的山楂定位孔，為了使定位盤工作穩(wěn)定可靠不產(chǎn)生傾斜本設(shè)計(jì)采用雙鍵連接軸，基孔制配合為H7。
圖4
2.5 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)估算軸徑和軸上零件的布置，進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定軸上與定位盤聯(lián)接鍵截面尺寸為b×h=8mm×7mm配合為H7/r6。滾動(dòng)軸承內(nèi)圈與軸的配合采用基孔制，軸的尺寸公差m6。在軸的兩端均制成2×45°倒角。軸的詳細(xì)尺寸如圖9所示。
3 結(jié)論
我國目前的山楂山楂機(jī)械的發(fā)展情況比較落后，由于缺少良好的設(shè)備，加工手段落后，生產(chǎn)效率低，致使一些地區(qū)出現(xiàn)水果積壓腐爛現(xiàn)象，給果農(nóng)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。山楂去核手工作業(yè)現(xiàn)在在中國仍然是主要的加工手段，不僅占用大量的勞動(dòng)力、勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)率低，而且衛(wèi)生安全也得不到有效保障，大力推進(jìn)山楂去核的機(jī)械化進(jìn)程是社會(huì)發(fā)展的需要。山楂山楂機(jī)不但提高了生產(chǎn)效率，而且安全衛(wèi)生也能夠得到有效的加強(qiáng)。
山楂去核在整個(gè)山楂加工工序中，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且人工作業(yè)生產(chǎn)效率低，安全衛(wèi)生達(dá)不到要求。所以考慮中國目前的情況，設(shè)計(jì)了這種小型山楂山楂機(jī)，我設(shè)計(jì)的山楂山楂機(jī)生產(chǎn)效率得到了顯著的提高，山楂破損率低，同時(shí)安全衛(wèi)生的問題也得到了有效的解決。
本山楂山楂機(jī)是根據(jù)山楂的物理特性，結(jié)合目前山楂山楂機(jī)的現(xiàn)狀，運(yùn)用所學(xué)機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)等相關(guān)知識(shí)，進(jìn)行的相關(guān)設(shè)計(jì)。由于沒有加工制作樣機(jī)，山楂山楂機(jī)的運(yùn)行狀況未進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
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Design of the Divided No-till Wheat Planter
Li mingyuan
Abstract:
（College of Mechanical and Electrical Engineering，Tarim University，Alar 843300，China）
Abstract: A new design of the divided no-till wheat planter has been accomplished by China agricultural University aimed to solve the extremely important problem of the double cropping area in North China, where the planter can easily be walled up by standing maize stubble when sowing the winter wheat. The combine anti-blocking mechanism composed of strip- rotary tillage and the planting unit of single-disc opener. The machine can finish the operation of stubble chopping, furrow opening, seeds and fertilizer placement in one pass. The main structures include fertilizer application system, connecting rod system and planting system. Field test shows that the machine works well when plant in standing maize stubble field and the soil disturbance is about 25% to 30%. The working quality satisfies the requirement of agronomy and the design of structure is completely in reason, which provides technology support for direct planting in standing maize stubble field in double cropping area in North China.
Key words: agricultural engineering; no-till planter; design; divide; strip-rotary tillage; conservation tillage; double cropping