切刀下置式莲子剥壳机总体方案及下料装置设计.docx

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切刀下置式莲子剥壳机总体方案及下料装置设计

说明书

设计题目：

切刀下置式莲子剥壳机——

总体方案及下料装置设计

专业年级：

机械设计制造及其自动化2011级

学号：

116727048

姓　　名：

指导教师、职称：

2015年05月27日

目录

摘要I

AbstractII

1引言-1-

1.1研究目的和意义-1-

1.2国内研究现状-2-

1.2.1鲜莲子特征及其物理性质-2-

1.2.2莲子分级设备-2-

1.2.3莲子剥壳机发展概况-3-

1.2.3.1挤压式莲子剥壳机-3-

1.2.3.2摩擦式莲子剥壳机-3-

1.2.3.3撕搓式莲子剥壳机-3-

1.2.3.4切割式莲子剥壳机-4-

1.3莲子剥壳机的技术发展趋势-4-

2莲子剥壳机工作原理及其关键装置设计-5-

2.1莲子剥壳机工作原理-5-

2.2切刀下置式莲子剥壳机——下料装置零部件的设计-7-

2.2.1下料漏斗的设计-7-

2.2.2导料轮的设计-8-

2.2.3导料槽的设计-8-

2.2.4机架的设计-9-

2.2.5皮带轮的设计-10-

2.2.6导料轮轴的设计-10-

3.设计总结-12-

3.1结论综述-12-

3.2存在的不足-13-

参考文献-14-

致谢-15-

摘要

莲子，是睡莲科水生草本植物荷花的种子。

又称白莲、莲实、莲米、莲肉。

莲子作为一种高营养价值的滋补食品，受到了广大人民群众的热烈欢迎，随着人们生活水平的提高，高品质通芯白莲的需求量急剧增加。

莲子子在中国已经有数千年的种植史，然而莲子初加工费时、费力、劳动量大长期困扰着广大莲农。

传统的莲子加工需要经过剥壳、去皮、通芯、干燥等一系列的过程，其中剥壳、去皮占用了七成左右的时间。

一个成年人手工加工一天一般可产10公斤的鲜白莲，因此要实现白莲的规模化、产业化依靠手工难以实现。

针对手工加工劳动强度大、加工不卫生、容易损伤莲子等，相继有研究者对莲子加工设备进行研究。

现在的莲子剥壳技术有很多种，但有的效率太低也不太科学，远远不能满足市场的需求，所以这项新技术的出现是非常有必要的。

本文基于现有的莲子剥壳的综合研究，改进设计了一台莲子剥壳机。

本设计采用刀具切割来达到壳仁分离的目的，通过导料轮来进行送料。

本设计工作原理清晰，结构较紧凑，有一定的实用价值。

关键词：

莲子；剥壳；送料；改进

Abstract

Thelotusseedisawaterlilysectionwaterandlivingstheseedofherbslotusflower.Callagainwhitelotus,solidlotus,lotusrice,lotusmeat.Lotusseedconductandactionsakindofhighnourishmentisworthofofnourishingfood,besubjectedtolargemassesofthepeople'sovation,alongwiththeexaltationofpeople'slivingstandard,high-qualityXinwhitethedemandofthelotussharplyincrease.ThelotusseedsonisinChinaalreadyplantingofseveralthousandyearsthehistory,howeverthelotusseedbeginningprocesstime-consuming,hardtotackle,laborhavegreatcapacitytoperplexalargelotusagricultureoveralongperiodoftime.Thetraditionallotusseedprocessestoneedhasbeenshelledhull,gotoskin,theprocessoftheXin,dryetc.aseries,shellhullandtookup70%totheskinfororsotimeamongthem.Anadulthandicraft'sprocessinggenerallycanproducethefreshwhitelotusof10kilogramsforaday,thereforewantandcarryoutwhitethescaleofthelotusturn,theindustryturnanddependonhandicraftahardrealization.Aimingathandicrafttoprocesslaborstrengthisbigandprocessdirty,easyharmlotusseedetc.,haveresearchertoprocessanequipmentstocarryonaresearchtothelotusseedoneafteranother.Thelotusseedinnowadaysshellsahulltechniquetocontainalotofkinds,butsomeefficienciesaretoolowalsonottooscience,farandfarcannotsatisfytheneedofmarket,sothislatelytechnicalemergenceistohavemuchofnecessary.Thistextshellsthecomprehensiveresearchofhullaccordingtotheexistinglotusseed,theimprovementdesignedasetlotusseedtoshellhullmachine.ThisdesignadoptstheknifepurposethatincisestoattainthehullRenseparationandpassestoleadtoanticipateroundtocarryonsendingtoanticipate.Thisdesigningprincipleisclear,tocomparewithtightlypacked,structure,thereisdefinitelypracticalvalue.

Keyword:

Lotusseed;Shellhull;Sendtoanticipate;Improve

1引言

1.1研究目的和意义

莲子为睡莲科莲（NelumbonuciferaGaertn）的种子，是一种季节性水生植物，在我国有一千多年的种植历史。

它生在小巧玲珑的莲蓬之中，因为外壳坚硬，古人称之为石莲子。

江西广昌县、福建建宁县、湖南湘潭、湖北洪湖被誉为中国四大莲子之乡。

莲子全身是宝，几乎全身都可以做为食材或者药材，莲芯可以做成莲芯茶，莲芯味道极苦，可以消除烦躁、安稳心神，有效帮助入眠，其中最具经济价值的部分是莲子，莲子的营养价值较高，含有丰富的蛋白质、脂肪和碳水化合物，莲子中的钙、磷和钾含量非常丰富，除可以构成骨骼和牙齿的成分外，还有促进凝血，使某些酶活化，维持神经传导性，镇静神经，维持肌肉的伸缩性和心跳的节律等作用。

丰富的磷还是细胞核蛋白的主要组成部分，帮助机体进行蛋白质、脂肪、糖类代谢，并维持酸碱平衡。

莲子有养心安神的功效。

中老年人特别是脑力劳动者经常食用，可以健脑，增强记忆力，提高工作效率并能预防老年性痴呆的发生。

莲子心味道极苦，却有显著的强心作用，能扩张外周血管，降低血压。

莲心还有很好的去心火的功效，治疗口舌生疮，助于睡眠。

莲子有益心补肾、健脾止泻、固精安神的作用。

。

传统的白莲加工方式非常繁琐，莲子从田间采摘完毕后，首先要将莲子从莲蓬剥离，将剥离的莲子浸泡在水盆里，利用弧形刀片将莲子外壳逐一切开一圈，然后用手挤压使得莲肉与莲壳分离，再就是去掉莲仁上的种皮，去皮的方法是用手指轻轻揉搓，将莲子的种皮脱掉，再用钢针将莲芯一一捅出来，最后一般是用柴火慢慢烘干。

这些工序中，其中剥壳和去皮占用了7成左右的时间，一个手脚利索的成年人1天只能加工10公斤左右的鲜莲子，烘干后只能产4公斤左右的干白莲。

鲜莲手工加工劳动强度大，效率低下，而且鲜莲加工期短，如果错过加工期，莲子容易变质导致无法加工，因此莲农都不敢大面积种植。

手工加工是用手与莲子直接接触，容易对莲子造成损伤，也容易沾染细菌，影响莲子的加工品质。

由于手工加工效率极低，需要耗费很多工时，因此加工价格也相对高，一般手工加工一斤鲜白莲价格为2元左右。

到了产莲高峰期时，往往来不及加工，农民一般就将莲子剥离莲蓬后晒干做成铁莲，铁莲经过机器加工后做成红莲，红莲价格较低，因此影响了莲农的种莲收入。

然而近些年来随着人们的生活水平不断提高，人们的自我保健意识日益增强，莲子也越来越受到人们的喜爱，莲子的需求量也不断攀升。

随着市场的需求量的不断上升，近年来莲子的产量和价格都在稳步攀升，然而莲子产品的加工设备却没得到有效的解决，严重限制了莲子产业的发展。

由于莲子的需求和人工成本不断增加，传统的莲子加工工艺已经很难满足市场的需求，这就迫切需要机器来代替传统的手工加工。

1.2国内研究现状

近年来，为了改善莲子产业的加工现状，也有许多人对莲子物理特性以及各种莲子加工设备进行过研究，取得了不同的进展，也为白莲实现机械化作业提供了可靠的理论依据。

目前国内已取得的成果主要有莲子分级设备、莲子剥壳设备、莲子去皮设备、莲子捅芯设备、莲子干燥设备等。

1.2.1鲜莲子特征及其物理性质

莲子为小坚果。

呈椭圆形、卵形或卵圆形，其大小因品种而异，一般长径为16~18mm，短径为11~12mm，千粒重1100~1400克，幼果期果皮绿色，革质，后由绿转褐色，成熟时呈棕褐色、灰褐色和黑褐色。

有细纵纹和较宽的脉纹。

一端中心呈乳头状突起，深棕色，多有裂口，其周边略下陷。

质硬。

种皮薄，不易剥离。

子叶，黄白色，肥厚，中有空隙，具绿色莲子心。

无臭，味甘、微涩。

用手剥开新鲜的莲壳后仔细观察可以发现莲子的莲仁外面包裹一层薄薄的种皮，莲仁的种皮被莲壳包裹，种皮贴在莲仁表面，而莲壳与种皮之间具有一定的间隙。

将莲壳沿着短径方向割开一圈后，用手对莲子进行轻轻碾搓即可使得壳仁分离。

莲壳具有较好的韧性和强度，因此在对莲子施加一定范围内的压力进行碾搓不会对莲肉产生损伤，莲壳对莲仁具有一定的保护作用。

1.2.2莲子分级设备

莲子的分级是壳莲机械化加工中最重要的工序之一，通过对莲子按其短轴直径的分级，然后在将分级之后的莲子分别送入不同的间距的剥壳机中进行剥壳，能显著提高莲子剥壳后的质量，相比不分级的莲子，其剥壳率高，且破损率低。

圆孔筒筛分级：

将不同筛孔直径的筛板由小到大组合成滚筒，滚筒成一定倾斜角度安装，莲子在滚筒内输送。

工作时，滚筒在电机的带动下绕自身轴线旋转，莲子在其内反动。

在重力的作用下，当莲子运动到合适直径的筛孔处，便会自行掉落，达到分级的目的。

此种机型加工简单、成本低，在分级坚果类的机型中十分常见。

但是此种机型分级误差大，而且还会发生莲子堵住筛孔的现象，降低了莲子分级的效果。

栅栏式滚筒分级：

为了避免莲子堵孔的现象，栅栏式滚筒分级采用了三节栅栏结构取代了传统的圆形筛板，栅栏主要由并排的铁条沿筛筒轴线平行方向焊接而成，每节筒体栅栏的间隙沿莲子运动方向逐节变大，过栅栏的旋转来进行莲子的分级。

由于莲子尺寸不同，在分级筛筒的旋转过程中，能从筒体栅栏的间隙掉入不同的接莲斗中，从而达到区分莲子尺寸的目的。

这种栅栏式滚筒分级精度不高，但是其避免了容易堵孔的缺点，在一定程度上改善了分级的效果。

莲子杆筛分级：

采用新型螺杆辊结构，通过螺杆辊上的螺纹所产生的轴向推力改善了莲子在操作通道内的运动状况，利用辊间间距的变化对莲子大小进行精确分级。

进入料斗待分级的莲子在送料的筛分通道中边调整位姿边向前推进，在此过程中，由于两筛杆之间的空间距离逐段变大，当莲子的尺寸小于筛杆间隙时，在筛杆的作用力和重力的作用下莲子逐级从筛杆间筛过，从而完成莲子的分级。

1.2.3莲子剥壳机发展概况

我国研究莲子剥壳机从20世纪60年代就已经开始，湖南省农机所率先于1981年开始对莲子剥壳机进行了试验研究，并于1983年6月鉴定且小批生产了6BR-1型莲子剥壳机。

与些同时，一些院校和科研单位也开始理论研究、实施试验、编写教程。

直到20世纪80年代，莲子剥壳机在我国还处于孕育期。

从20世纪90年代开始，许多单位研制了多种莲子剥壳机，型号达10多种，申报的有关专利有51项。

按照剥壳机的剥壳原理，归纳起来主要有以下几种形式。

1.2.3.1挤压式莲子剥壳机

挤压式莲子剥壳机最早的模型为双辊式莲子剥壳设备。

设备中一辊为带有橡胶层的旋转圆柱体，另一与之相对转动的辊上带有三角形刀刃的多个盘形圆片组成。

使莲子通过两辊的中缝时，切开莲壳。

然而几经实验，莲子仅被刀刃划破了部分外壳。

由于在两辊之间的加工区较短，莲子不可能在其中滚上一两圈，因而使莲壳的切破率大大降低。

浙江大学的郑传祥教授，对于前人提出的挤压式莲子剥壳机原理进行了进一步的改进，从而在此基础上设计了一种更能适应生产实际的高效莲子剥壳机。

完善了挤压式的双辊技术。

利用高速刀具对莲子外壳进行切割、挤压使其脱壳，同时增加了脱壳切割的刀具数量，使其更适合机械化生产。

该机型可以将莲子按照其颗粒大小分类后进行脱壳，使莲子生产实现在机械化的道路上向前迈进了一大步。

1.2.3.2摩擦式莲子剥壳机

旋转圆桶式脱壳机是比较早期的摩擦式剥壳机，其在中部旋转轴上装有盘形刀片，外桶固定在机架上，其内壁上衬有适当厚度的橡胶层。

莲子进入后，随旋转轴的带动，在内壁与转轴的刀片中滚动，莲壳在橡胶层的衬垫下被转动的盘形刀片切破，然后从其夹缝中掉出。

但是由于被切破的莲壳均牢牢的粘附在莲肉上，为使莲壳与莲肉分离，还得专门设计一个搓壳机。

为了克服旋转圆桶式莲子脱壳机固有缺陷，在其基础上，6JD-400型莲子剥壳机设计成三个加工段——破壳段、搓壳段及软搓壳段。

每小时每台可加工70kg，脱壳率平均为75%以上，出莲肉完好率平均95%以上，且筛分率大于90%，莲子损害率小于4%以下，但每副刀片使用5~6班需重磨一次。

经生产实践表明，6JD-400型莲子剥壳机性能稳定可靠，自动化程度高，便于操作，清洁安全且经济效益比较显著。

1.2.3.3撕搓式莲子剥壳机

代表机型以湖南省农机所研究的6BR-1型莲子剥壳机为例。

为了保证剥壳质量，提高功效和对不同形状莲子的适应性，该机采用了自动送料、自动定位和组合刀头等装置，其结构独特，且机子小巧轻便、使用方便、安全可靠，适于白莲、红莲、东瓜莲等多种莲子的剥壳作业。

该机采用一对刀头从一长径方向两端同时切入莲壳后再适当旋转一定角度，撕搓莲壳使其扭碎从而完成剥壳的方法，不仅脱壳率大为提高，而且破碎率仅在5%左右。

1.2.3.4切割式莲子剥壳机

在切割式莲子剥壳机的研制中，武汉工业学院机械工程系的张永林、易启伟等设计了一种基于辊刀切割原理的莲子剥壳机。

辊刀式莲子剥壳机采用供送螺杆对壳莲进行分粒供送并使莲子按照一致的位形排序上料，采用由双托辊和剥壳辊构成的剥壳通道实现莲子剥壳。

同时，为了适应不同品种，不同颗粒大小、形状莲子的剥壳，设计上采用了集总式的调节机构，以实现对主要的切割参数如切割深度、切割压力、偏置角度和螺旋辊刀空间斜置的调节。

通过基于物理样机的剥壳试验，多联辊刀式莲子剥壳机的处理量大于100kg/h，剥壳率大于90%，仁壳分离率达92%，籽仁破损率小于3%。

相对于其他剥壳机，多联辊刀式莲子剥壳机通用性较强，性能相对稳定，在设计上有所突破，同时调节维护相对于其他莲子剥壳机来说更方便快捷，基本能够满足莲子机械化剥壳的实用性需求。

1.3莲子剥壳机的技术发展趋势

莲子剥壳机的技术发展方向大致为：

进一步提高可靠性和对不同莲子的适应性；根据用户要求设计相应机械的生产能力；更好的实现自动化，针对新技术研制新机型，提高机器的制造质量和可靠性；进一步完善标准。

发展莲子剥壳机具有生产实际意义。

应结合我国国情，在分析莲子加工原理的基础上，设计自动化莲子剥壳设备，提高产量和剥壳质量，同时降低企业的生产成本，提高企业的效益，最终提升农产品竞争力。

2莲子剥壳机工作原理及其关键装置设计

2.1莲子剥壳机工作原理

剥壳机的主要结构如图2-1所示。

该机主要由下料漏斗、导料轮、导料槽、机架、槽轮、切割组件等组成。

其主要工作原理为：

鲜莲子进入下料漏斗，随着下料轮的转动，莲子被逐一分离开来，下料轮旋转一周，莲子落在导料槽中，在此通道中，莲子受到重力的作用而处于滚动状态，在滚动过程中，莲子逐步调整滚动姿态直至长轴方向与滚动方向基本垂直，达到理想的切割位姿，随后进入由切割滑道与槽轮构成的切割通道，莲子在此通道内受到切割滑道与槽轮的压力以及槽轮的切向摩擦力而处于滚动状态，槽轮下方悬有切割组件，当莲子滚过切割通道时被切割刀片连续环切从而完成剥壳。

切壳后的莲子进入脱壳通道继续向前搓滚，使得壳仁分离。

图2-1莲子剥壳机结构示意（主视图）

图2-1莲子剥壳机结构示意图（俯视图）

1.槽轮2.导料槽3.下料漏斗4.轴承座5.导料轮6.皮带轮17.电机支座8.斜撑板9.垫圈

10.弹簧垫片11.六角头螺栓-全螺纹C级12.槽轮轴13.皮带轮2

图2-1莲子剥壳机结构示意图（俯视图）

2.2切刀下置式莲子剥壳机——下料装置零部件的设计

莲子的尺寸在一定范围内变动，大小不一，这使不能让同时存在于切割机构内的莲子数量超过一颗，否则必然会导致一些莲子的莲壳无法被切破。

该机构主要用来实现莲子能有连续且一粒一粒的落下，能有效地解决这个问题，原理如下。

莲子通过下料漏斗进入导料轮的凹槽中，导料轮匀速转动，转过一段弧度后，落在导料槽上，从而实现莲子的单个连续落下，落下速度可以通过导料轮的转速来控制。

2.2.1下料漏斗的设计

下料漏斗的结构示意图如图2-1所示。

良好的进给下料漏斗使保证莲子剥壳质量特别是剥壳小绿的重要环节，其应当保证莲子进料顺畅均匀不堵塞，避免结拱现象的产生。

所谓的结拱就是指在下料漏斗送料口附近物料颗粒相互支撑，形成物料不能正常送料的现象。

所以在设定下料漏斗送料扣的尺寸时应考虑到放入莲子时不能造成堵塞现象，为了让莲子能够均匀顺畅的进入导料槽凹槽，送料口顶端为不封闭设计，莲子能均匀进入导料轮的凹槽内，不会出现多个莲子进入下料漏斗内堵塞送料口的现象。

图2-1下料漏斗结构示意

2.2.2导料轮的设计

导料轮结构示意图如图2-2所示，导料轮直径200mm，厚20mm，在直径为180mm的圆周上设计有4个直径为20mm的圆形凹槽。

4个圆形凹槽分别分布在导料轮与水平中心线位置夹角为0°、90°、180°、270°的位置。

导料轮这样设计可以莲子在下料时实现按时间间隔地单个输出，结构简单、有效，满足了课题设计的关键要求。

图2-2导料轮结构示意

2.2.3导料槽的设计

导料槽的模型结构如图2-3所示。

导料槽总长500mm，根据莲子的平均长径与短径，将槽宽设计为24mm，槽深8mm。

导料槽是调整莲子滚动位姿唯一的零部件，其引导莲子由导料轮依次进入切割通道。

导料槽装于莲子剥壳机的受料处,约束物料不往外撒落。

其截面的形状结构对莲子滚动调姿及切割均会产生影响，对导料槽的槽宽槽深都有相应的要求。

为了防止莲子在滚动过程中左右移动，进入切割通道前没有调整好位姿，槽宽应稍大于莲子长径，槽深略大于莲子短径，槽的长度设计为500mm，这样可以更好地使莲子调整位姿，让莲子有足够长的滚道调整位姿，利于切割，为后续的切割做好准备。

图2-3导料槽结构示意

2.2.4机架的设计

机架示意图如图2-4所示。

该机架为结构简单的角钢焊合件。

轴承座、刀架焊合件、小型电机等装置都安装在机架上。

该机架上安装的零部件能顺利运转，机架的外形或内部结构不致有阻碍运动件通过的突起；上下料人工操作安全、方便。

图2-4机架结构示意图

2.2.5皮带轮的设计

皮带轮的结构示意图如图2-5所示。

皮带轮传动能缓和载荷冲击；皮带轮传动运行平稳、低噪音、低振动；皮带轮传动的结构简单，调整方便；皮带轮传动对于皮带轮的制造和安装精度不象啮合传动严格；皮带轮传动具有过载保护的功能；皮带轮传动的两轴中心距调节范围较大。

该皮带轮为A型皮带轮，皮带轮直径150mm，皮带轮槽角38°。

图2-5皮带轮结构示意图

2.2.6导料轮轴的设计

导料轮轴的结构示意图如图2-6所示。

导料轮轴是莲子剥壳机的主要设计部件之一，它在莲子剥壳机正常工作过程中，承担主要转矩、扭矩、弯矩、和支撑导料轮轴上的回转零件，导料轮轴的设计是很关键的一个步骤。

它的主要功用是：

一是支持轴上所安装的回转零件，使其有确定的工作位置；二是传递轴上的运动和动力。

轴按轴线形状的不同，可以分为曲轴、直轴、软轴、和挠形轴等，根据莲子剥壳机的结构特点和组成形状及工作强度和环境的要求，主轴选用直轴形式传递，而且选用直轴中的阶梯轴。

图2-6导料轮轴的结构示意图

3.设计总结

3.1结论综述

我的毕业设计课题是《切刀下置式莲子剥壳机——总体方案及下料装置设计》。

我针对莲子的物理特性和结构特点，设计了一种莲子剥壳机，利用槽轮和切割组件的挤压与摩擦，利用弹簧调节挤压力，使得切割刀片能够对莲子的外壳机型顺利、稳定、高效地切割，从而脱离传统的手工莲子剥壳效率低、工作量大的窘境。

在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了问题所在，也暴露出了前期我在这方面知识的欠缺和经验不足。

实践出真知，通过亲自实践，使我掌握的知识不再是纸上谈兵。

过而能改，善莫大焉，在设计过程中，不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。

2015年3月初，我开始了我的毕业设计，时至今日，设计及说明书终于完成。

从最初的茫然，到慢慢的进入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个设计过程难以用语言来表达。

历经了几个月的奋战，紧张而又充实的毕业设计终于落下了帷幕。

回想这段日子的经历和感受，我感慨万千，在这次毕业设计的过程中，我拥有了无数难忘的回忆和收获。

3月初，在与导师的交流讨论中我的题目定了下来，是基于旧型莲子剥壳机的基础上改良而设计的《切刀下置式莲子剥壳机——总体方案及下料装置设计》。

当选题报告，开题报告定下来的时候，我当时便立刻着手资料的收集工作中，当时面对浩瀚的书海真是有些茫然，不知如何下手。

我将这一困难告诉了导师，在导师细心的指导下，终于使我对自己现在的设计方向和方法有了掌握。

在搜集资料的过程中，我认真准备了一个笔记本。

我通过图书馆搜集相关资料，还在网上查找各类相关资料，将这些宝贵的资料全部记在笔记本上，尽量使我的资料完整、精确、数量多，这有利于论文的撰写。

然后我将收集