果蔬去皮机的总体设计Word下载.doc
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3.4去皮机传动装置设计 11
3.4.1电机功率和型号的确定 11
3.4.2带传动的设计 11
3.4.3轴的设计与校核 13
3.4.4轴承的选择和校核 19
4结论 21
参考文献 22
致谢 23
附录 24
1.前言
1.1课题的来源
课题来源于:
山东诸城市开泰公司。
本课题:
果蔬去皮机的总体设计及传动装置设计,该课题来源于食品生产行业对胡萝卜、马铃薯等块根类原料的去皮需要,在分析现有设备特点的基础上设计一台能实现对胡萝卜、马铃薯等块根类原料去皮的高效专用设备,选题结合工程生产实际,难度和工作量适中。
1.2课题内容
本课题的设计内容为:
要求设计出的果蔬原料去皮机功能达到规定的要求,能实现对块根类原料的去皮。
物料从加料斗装入机内,落到旋转圆盘波纹状表面时,因离心力作用而被抛向两侧,并在那里与筒壁粗糙表面摩擦,达到去皮的目的。
1、完成果蔬原料去皮机的总体设计
2、完成果蔬原料去皮机主要部件的设计
3、完成果蔬原料去皮机主要零件的设计
1.3课题要求
1、生产效率高,能满足较长工作时间的要求
2、去皮均匀,能够良好的控制去皮厚度
3、外皮等杂质能够良好排出,不堵塞
4、耗能小,体积小,重量轻,外形美观和操作安全方便
1.4去皮技术的国内概况
随着食品工业的发展,食品深加工已经越来越被世界重视,特别是便餐和方便食品的诞生,促使保鲜脱水蔬菜工业迅速发展起来,这便要求原料的深加工伴随发展。
其中,马铃薯的深加工就是受到人们高度重视且发展较快的产业之一。
我国是马铃薯主要生产国,年种植面积和总产量均居世界第二位。
但是我国绝大部分马铃薯被直接用作饲料或使用。
由于每年仅有百分之几用于深加工,致使鲜薯过剩,增加了越冬保鲜难度,也降低了它的营养价值。
究其原因主要是缺少加工设备,特别是去皮机械。
而从国外引进设备,价格昂贵,生产成本高致使国内该产业发展较慢。
在世界上工业发达国家,马铃薯深加工量一般都是总产量的50%~80%。
1980年,美国马铃薯加工量占鲜薯总产量的76%;
1984年,荷兰马铃薯加工量占总产量的55%。
目前,美国是世界上最大的马铃薯生产国和出口国,马铃薯食品加工企业有300多家,其中子公司遍及世界十几个国家。
美国的马铃薯产品不仅畅销国内,而且大量出口,干制食品及方便食品占据了世界大部分市场。
近20年来,继美国之后,德国、法国、英国、荷兰、瑞士及日本等国家,也在致力于发展马铃薯食品深加工业,从而使世界马铃薯食品加工业进入蓬勃发展阶段。
针对研制目的,我们采用清洗后去去皮工艺,研制出搅龙式机械清洗机和离心式机械切削去皮机,并利用可调节式刀片,达到切削量可控制的目的。
其工艺流程为:
原料准备—清洗—去皮—产品清洗—皮屑收集—产品收集。
在我们国内蛟龙式清洗机为大量使用的清洗机械。
梯形洗槽内,固定着输送搅龙,搅龙通过减速器由电机驱动,洗槽内充水,在搅龙上部有喷水装置。
块茎进入洗槽浸泡在水里,由于在搅龙提升过程中,块茎相互间以及搅龙叶片间摩擦而逐渐去皮;
同时清水不断地从搅龙顶部喷淋下来,冲洗块茎,故块茎越接近顶部越干净。
离心式机械切削去皮机构,在外罩内部装有由电机带动的转到工作盘,盘上均匀分布着6个长孔,长孔上布置着切削刀片,其中切削刀片相对长孔间隙可适当调节,工作盘上部的外罩上均匀分布着3块弹板,工作盘下部装有同主轴一同旋转的橡胶刮板。
工作时块茎通过贮藏室投入到工作室内,工作盘按照一定的速度旋转,在离心力,重力和摩擦力的共同作用下,利用块茎相对于工作盘上刀片间的相对速度差将马铃薯的皮屑切去;
同时,在离心力的作用下块茎被甩向四周,并不断滚动;
而周围外罩上分布着几块弹板,将块茎撞离外周,且不断旋转滚动。
因此,在刀片和弹板的共同作用下马铃薯块茎被均匀地切去外皮,实现马铃薯去皮的目的。
1.5本课题要解决的主要问题和设计的总体思路
1.5.1需要解决的主要问题
通过现代CAD技术对传动零件的选定,设计非标准件和设备总体结构。
运用AutoCAD绘制设备的总装配图、各个零件的零件图和传动路线图,以指导各零件的加工和设备的设计。
通过专业知识核实所设计的设备总体结构和各零部件是否合格,设计出果蔬去皮机,使之符合生产需要。
1.5.2设计的总体思路
总体思路:
各级传动比的分配--传动装置的参数计算—轴的校核--轴承的寿命计算。
将通过制定总体方案,完成动力设计、运动设计、结构的设计以及热工计算,根据基本参数进行传动系统设计,绘制传动系统装配图,零件图以及滚盘组件,利用所学知识进行有关的计算和校核等。
为了完成设备的设计,首先要对零件进行工艺分析,主要是结构、尺寸精度、材料的分析;
其次要根据基本参数进行设计;
最后确定各个零部件的结构和设备总体结构,画出各零部件。
所设计的设备能够准确的运动,保证传动平稳可靠,使用安全,易于维修,设计的设备应能满足去皮要求,保证产量,能源利用率应尽可能高。
本设计将为企业提供生产指导价值。
2.去皮机总体设计
2.1总体方案论证
2.1.1工艺流程及结构特点
针对研制目的,我们采用清洗后去皮工艺,研制出离心式机械切削去皮机,并利用可调节式刀片,达到切削量可控制的目的。
2.1.2零部件的选择
圆形底盘是去皮机的核心部件,圆形底盘设计的内容包括圆形底盘型式的选择、圆形底盘的强度和刚度计算,选择合适的材质后,确定相应构件的壁厚和结构尺寸,并提出制造、加工和组装的技术要求。
目前的圆形底盘按的材料和加工方法,分为铸造圆形底盘与焊接圆形底盘两类。
2.2总体结构确定
在考虑具体方案时,应遵守的基本原则是在满足使用要求的前提下,尽量降低成本。
设备在满足去皮要求的情况下,设备应结构简单、紧凑、运转平稳,工作可靠,利用率高,设备便于调试,设备应便于维修。
选用上部进料的方式。
顶紧力和滚盘的重力可以中和一部分,以减轻滚盘所受的外力,提高轴承的寿命。
3.去皮机的设计计算
3.1生产能力的计算
φ(kg/h)
式中,t1为装料时间(s),t2为擦皮时间(s),t3为卸料时间(s),H为圆筒
的有效高度(m),D为圆筒的内径(m),σ为物料的密度(kg/h),φ为圆筒内物料充填系数。
kg/h
3.2去皮机主轴转速的理论分析
假设马铃薯为球形颗粒,且以单个马铃薯为研究对象,其质量为m,工作时它必须相对工作盘移动。
当工作盘以角速度w旋转时,其受力状态如图2所示。
若马铃薯相对工作盘移动,必须满足
式中,为马铃薯受到的离心力,为工作盘作用于马铃薯摩擦力,f为马铃薯与工作盘摩擦系数。
又因为,
所以主轴轴速应为:
r/min……………………………………………………
(1)
工作盘绕圆心以角速度w旋转。
马铃薯与切刀相遇时,它在水平面的受力状态如图3所示。
其中:
为马铃薯受到的离心力,,;
为刀刃作用于马铃薯的冲力,,;
为工作盘作用于马铃薯的冲力,
由于
式中,、分别为马铃薯与切刀相遇前后速度,通常
令为马铃薯与切刀碰撞的时间,则
图3是图2中垂直刀刃的剖视图,其中
为保证马铃薯去皮,应使,即,也就是
工作盘主轴转速应为:
即为…………………….…………………..
(2)
图4中,速度u的方向,即切刀推动马铃薯的运动方向,C点为刀刃与马铃薯接触点,u的方向即过马铃薯C点的圆形颗粒的法线方向。
为u的水平分速度和垂直分速度。
为保证圆筒内上、下层马铃薯均被切刀去皮,必须使切皮后的马铃薯抛起一定高度h,显然h必须大于或等于圆筒内马铃薯层的厚度。
式中,h为马铃薯层厚度,为碰撞角。
此时工作盘主轴转速为:
………………………………………..(3)
在选择工作盘主轴转速n时,应考虑上述公式
(1)、
(2)、(3),取三者中最大的一个。
但在实际工作中,圆筒工作盘上面马铃薯并非个体球形颗粒,而是群体非球体的马铃薯,我们在上述定性的理论分析的指导下,经试验认为工作盘主轴转速应为n=350—400r/min
3.3去皮机的功率计算
去皮机的功率消耗包括:
克服物料对工作圆盘的摩擦所消耗的功率,克服物料对切削时所消耗的功率,克服物料对圆筒壁摩擦力所消耗的功率,传动机构因摩擦而消耗的功率,以上功率分别用下面的公式计算:
…………………………………………………………………….(4)
式中,为处于圆筒内物料的摩擦力矩(NM),
式中,G为物料重力(N),f为物料与工作盘摩擦系数,为摩擦臂矩(m),取半径一半,为物料于与圆盘的平均相对角速度,取最大角速度的1/2
所以
……...............……......……........................................(5)
………………………………………….……………………(6)
式中分别为马铃薯与切刀相遇后、相遇前速度,通常
即….…………………..……………………(7)
………………….….……………….…..……….………………(8)
式中,为在离心力的作用下物料与侧壁的瞬间摩擦力矩
式中,u为物料圆周速度(m/s),摩擦臂矩,通常取
所以,
…..................................................................(9)
是传动损失,用传动效率表示:
则消耗的总功率为:
……….............................................................(10)
经过理论分析得出功率计算理论公式(10),但在实际应用上,上次较为复杂,因此,基本采用粗略估算,可用下面近似公式:
式中,M为工作盘转矩,M=fGR,R为摩擦臂矩(即工作盘半径),n为工作盘转速
根据计算得转速应该在350r/min左右。
3.4传动装置设计
3.4.1电机功率和型号的确定
按工作机的工作条件河要求,选用三相异步电动机,立式,机座带底脚,端盖上无凸缘。
总效率:
(1)
=0.95×
0.98×
0.98
=0.91238
考虑到负荷的变化和滚盘操作的特殊情况,取设备系数k=1.5
电机功率:
(2)
=
选取Y802-4电动机,技术性能参数:
;
3.4.2带传动的设计
A.选择V带型号
a)确定计算功率
查文献资料[18]表4-6得工作情况