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200 年 月 第 期
甘蔗榨汁機(jī)的設(shè)計(jì)
謝航飛 吳明清
（塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院， 阿拉爾 843300）
摘 要：甘蔗在我國種植面積極大，是我國南方各省的主要經(jīng)濟(jì)作物之一。由于近年來人民生活水平的不斷提高，對于健康要求的不斷追求，甘蔗的營養(yǎng)價值同樣也不斷開發(fā)出來。甘農(nóng)在收獲甘蔗喜悅的同時，不免對甘蔗的銷售感到憂愁，消費(fèi)者一樣喜歡甘蔗汁液的甘甜可口，但不能容易從甘蔗棒料里面提取出甘蔗鮮美的汁液同樣感到煩惱。研究設(shè)計(jì)一款簡捷的甘蔗榨汁機(jī)將顯得尤為重要，通過了解現(xiàn)有甘蔗榨汁機(jī)的結(jié)構(gòu)，該設(shè)計(jì)去繁從簡，設(shè)計(jì)出三輥兩級壓榨式甘蔗榨汁機(jī)。
關(guān)鍵詞：甘蔗；榨汁機(jī)；三輥壓榨式
中圖分類號： 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
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0 引言
甘蔗榨汁機(jī)是提取甘蔗汁液必不可少的機(jī)械加工設(shè)備。在加工甘蔗飲品時，必須將收獲的甘蔗進(jìn)行榨汁取液。近年來，隨著經(jīng)濟(jì)、技術(shù)的不斷發(fā)展，許多食品的營養(yǎng)價值也陸續(xù)被發(fā)掘。試驗(yàn)研究表明，甘蔗汁液的營養(yǎng)價值非?？捎^，并且口味甘美，贏得廣大消費(fèi)者鐘愛。但一直困擾廣大消費(fèi)者和甘農(nóng)的一個重要因素是如何便捷的提取甘蔗汁液。因此研究設(shè)計(jì)一款簡捷方便的甘蔗榨汁機(jī)將顯得尤為重要和迫切，而且市場需求極大。
該設(shè)計(jì)借鑒手動甘蔗榨汁機(jī)跟壓輥式榨汁機(jī)，從而研究設(shè)計(jì)的。是一款簡易的壓榨機(jī)械，同時通過改變壓輥之間的間距，還能進(jìn)行水果，蔬菜等的壓榨。本文設(shè)計(jì)的三輥式甘蔗榨汁機(jī)是一款比較常用的提取汁液的壓榨機(jī)械。目前全國各地普遍種植甘蔗，甘農(nóng)在收獲甘蔗喜悅的同時，不免甘蔗出售而感到煩惱。很多甘農(nóng)自己采用古老的辦法將甘蔗進(jìn)行擠壓取液在市場上銷售。但往往提取的汁液很少，而且不能保證潔凈，面對龐大的消費(fèi)人群，普通壓榨的汁液就如同杯水車薪，不能滿足廣大消費(fèi)者的需求，還有大部分甘農(nóng)直接將甘蔗拿到市場上銷售，消費(fèi)者鑒于甘蔗汁液提取的不便，往往都是看看而已。因此研究設(shè)計(jì)一款甘蔗榨汁機(jī)，將它投入市場，將會給甘農(nóng)、消費(fèi)者帶來極大的方便，同時也帶來極大的市場利益。通過了解消費(fèi)者的需求可知，消費(fèi)者喜愛能夠像喝汽水那樣簡單的來一杯甘蔗汁。本文設(shè)計(jì)的甘蔗榨汁機(jī)可以用于批量榨取甘蔗汁液，而且體積小也可用于家庭使用。更重要的是我們能夠?qū)⑺斗诺交疖囌尽⑵囌?、機(jī)場、學(xué)校、公園、廣場等一些人流量大的地方,給公民給予方便，同時盡顯公民對于健康衛(wèi)生的追求。
1 設(shè)計(jì)原理及機(jī)構(gòu)
1.1 設(shè)計(jì)原理
本設(shè)計(jì)以現(xiàn)有甘蔗榨汁機(jī)以及水果榨汁機(jī)的技術(shù)為基礎(chǔ)，對各個工作單元進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)和優(yōu)化組合，在將甘蔗收獲后，直接將甘蔗棒料送入喂料口進(jìn)行榨汁。榨汁過程中將通過由電機(jī)帶動的三輥輪分兩級先后進(jìn)行對甘蔗的壓榨，以確保榨汁充分，壓榨下來的汁液進(jìn)入過濾網(wǎng)進(jìn)行過濾處理，進(jìn)入汁液盛裝體，而殘?jiān)鼊t從出料口排出，最后消費(fèi)者可以從汁液盛裝體中得到甘甜清涼的甘蔗汁液。
1.底座2 2.電機(jī) 3.聯(lián)軸器 4.減速機(jī)
5.排料裝置 6.調(diào)隙螺栓 7.進(jìn)料裝置
8.側(cè)面架 9.過濾網(wǎng)10.盛液箱
工作時，電機(jī)通過減速器減速帶動皮帶傳動，帶輪、齒輪由軸連接，通過皮帶傳動帶動齒輪傳動，三輥裝置在齒輪帶動下兩兩相向轉(zhuǎn)動，進(jìn)行壓榨。而另一方面將甘蔗從喂料口送入，直接通過甘蔗榨汁機(jī)的三輥壓榨裝置進(jìn)行壓榨，渣料從出料口排出，汁液經(jīng)過濾網(wǎng)進(jìn)行過濾后流入汁液盛裝箱。
1.2樣機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理
(1)三個壓輥在齒輪帶動下實(shí)現(xiàn)兩級壓榨，如圖1-2所示：
1壓輥A,2壓輥B,3壓輥B
圖1-2三輥旋轉(zhuǎn)方向
在齒輪帶動下，壓輥A首先正傳，齒輪組帶動一組壓輥B同時反轉(zhuǎn)，從而將從喂料裝置進(jìn)來的甘蔗依次進(jìn)行兩級壓榨，保證榨取甘蔗汁液充分進(jìn)行。在設(shè)計(jì)時，將喂料口、喂料斜面以及1、2輥輪間中心保持在統(tǒng)一斜面，使得甘蔗進(jìn)入喂料口能夠沿斜面滑入1、2壓輥處進(jìn)行甘蔗榨汁，1、2壓輥榨汁完成后將甘蔗棒送入1、3壓輥處，進(jìn)行第二次壓榨，兩級壓榨后保證甘蔗能夠壓榨充分，竟可能減少原材料的浪費(fèi)。
1.3喂料機(jī)構(gòu)
料斗的設(shè)計(jì)主要考慮其甘蔗棒直徑的大小，以及長度。通過在市場上作比較，甘蔗大體為圓柱狀最大直徑不會超過60㎜，因此料斗設(shè)計(jì)成下斜坡狀、然后在端蓋側(cè)上方開孔，開出三個直徑60㎜等間距的圓孔，可以方便將甘蔗圓棒插入其中，以方便甘蔗沿斜面進(jìn)入到三輥壓榨裝置進(jìn)行壓榨。為了順利將甘蔗送入壓輥處，將喂料口跟斜面以及壓輥擠壓處設(shè)計(jì)在統(tǒng)一斜面處，以防壓輥抱死無法工作。如圖1-3所示：
圖1-3 進(jìn)料裝置示意圖
1.4三輥輪兩兩間間距的計(jì)算
影響甘蔗榨汁質(zhì)量的因素很多，首先是甘蔗的品種、類型、物理結(jié)構(gòu)、水分、甘蔗大小、均勻度及飽滿程度等因素。甘蔗直徑一般在3-5㎝，現(xiàn)任選十株甘蔗進(jìn)行測量，測量結(jié)果如下：
表3-2 任選十株甘蔗中部進(jìn)行的測量
甘蔗
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
甘蔗直徑（mm)
35
40
38
46
37
33
29
52
43
39
表3-3 任選十株甘蔗小端進(jìn)行的測量
甘蔗
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
甘蔗直徑（mm)
31
28
26
37
32
29
29
30
41
39
表3-4 任選十株甘蔗大端進(jìn)行的測量
甘蔗
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
甘蔗直徑（mm)
39
45
40
37
49
33
55
52
43
48
由上述三表得甘蔗棒的平均直徑如下：
甘蔗中部的平均直徑：mm
甘蔗小端的平均直徑：mm
甘蔗大端的平均直徑：mm
因而兩輥之間的間距前一級設(shè)置在20㎜，由前一級壓榨過的甘蔗進(jìn)入下一級進(jìn)行壓榨時，需減小下級輥輪之間的間距，因此，下級輥輪間間距設(shè)置為15㎜。這樣就可以直接將借助三個壓輥對甘蔗進(jìn)行兩次壓榨。
1.5調(diào)隙螺栓的設(shè)計(jì)
調(diào)隙螺栓是為了改變壓輥裝置進(jìn)行壓榨時的間距而設(shè)計(jì)的，安裝時將壓輥2放在距離兩個壓輥1最近的距離，如遇到壓輥間隙小不能有效的進(jìn)行甘蔗壓榨，采用加方形墊片的方式加在兩側(cè)面架上再用調(diào)隙螺栓預(yù)緊，進(jìn)而達(dá)到調(diào)隙的作用。
1.6帶的選擇與計(jì)算
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本文設(shè)計(jì)的甘蔗榨汁機(jī)主要適用于家庭，以及一些室內(nèi)場所，因而選擇傳動裝置為帶傳動，帶傳動可以減少噪音的產(chǎn)生。由于小帶輪直徑=80㎜，大帶輪直徑=140㎜。
帶速計(jì)算近似為
如此通過帶速可選擇適用平帶傳動，平帶傳動效率高，在傳動中心距較大的情況下應(yīng)用較多，便于帶的安裝，轉(zhuǎn)速適合在較低場合適用，帶的造價較為便宜，經(jīng)濟(jì)實(shí)用。材料可選擇錦侖片復(fù)合平帶。
1.7軸的強(qiáng)度校核計(jì)算，按鈕轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算
根據(jù)本文設(shè)計(jì)的甘蔗榨汁機(jī)，軸基本上不承受彎矩載荷，通常用此種方法初步估算軸徑，也可以作為最后的設(shè)計(jì)結(jié)果。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為
是中：——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，；
——軸所受的扭矩，㎜；
——軸的抗扭截面系數(shù)，㎜；
——軸的轉(zhuǎn)速，；
——周傳遞的功率，；
——計(jì)算軸面處的直徑，㎜；
[]——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，
根據(jù)查表可知，45號鋼[]范圍為25-45；計(jì)算截面處直徑為25㎜；傳遞功率由電機(jī)輸出功率可知為2；
軸的轉(zhuǎn)速計(jì)算：電機(jī)輸出的轉(zhuǎn)速為3000 r/min，減速機(jī)的減速比為1∶10，安裝在減速機(jī)輸出軸端的帶輪直徑為80㎜，安裝在軸端的帶輪直徑為140，假設(shè)皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)是不發(fā)生打滑，按此計(jì)算軸的轉(zhuǎn)速可得：
軸的轉(zhuǎn)速=171.4 r/min
綜上可得軸的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為：
[]
所以根據(jù)軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度最終計(jì)算校核得知軸是安全的。
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