毕业设计论文土豆马铃薯去皮机设计含全套CAD图纸.docx
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毕业设计论文土豆马铃薯去皮机设计含全套CAD图纸
毕业设计（论文）-土豆马铃薯去皮机设计（含全套CAD图纸）
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土豆去皮机设计
学生:
指导老师:
摘要:
马铃薯去皮是所有马铃薯制品加工工艺过程的重要环节，现有的各种去皮方法都各自有一定的局限性。
随着马铃薯产业的发展和我国社会经济的进步，如何寻找一种优质、高效、节能、环保的马铃薯去皮方法己成为马铃薯加工工艺过程中迫切需要解决的问题。
去皮多用于水果和蔬菜的加工中以除去不需要或不可食的物质，并改善成品的外观。
主要考虑的因素包括:
减少去掉的部分以及可能降低的能源、劳力和物质成本来降低总成本。
这里介绍摩擦去皮的方法:
马铃薯放置在工作圆筒中，磨盘以一定的速度旋转，工作室内的土豆在离心力、重力和摩擦力共同作用下，利用土豆相对于工作磨盘间的相对速度差，将土豆的皮去掉，又被大量的水冲洗干净。
该方法的优点是由于整过过程是在室温下进行，因而具有能源消耗及成本低、无热损伤，食品外观良好的优点。
关键词:
马铃薯;去皮机;摩擦;设计
TheDesignonPotatoPeelingMachine
Student:
Tutor:
1
（Collegeofengineering,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128,China）
Abstract:
Peelpotatoesistheimportantpartoftheprocessofallpotatoproductsprocessingtechnology,andallkindsofavailablemethodsofpeelingpotatoskineachhavesomelimitations.AlongwiththedevelopmentofthepotatoindustryandChina'ssocialandeconomicprogress,howtosearchforahighquality,highlyeffective,energy-conservationly,environmentallymethodofpeelingpotatoeshasbecomethemachiningprocessoftheurgentneedtoaddresstheproblem.
Peelingskinsismoreapplicatedinfruitsandvegetablesprocessing,toremovedon'tneedornotfoodmaterial,andtoimprovetheappearanceofthefinishedproduct.Themainconsiderationfactorsinclude:
reduceremovedpartoftheenergy,andmayreducethelaborandmaterialcoststoloweroverallcosts.Hereintroducesthemethodofpeelingskinbyfriction:
potatoesareplacedintheworkingcylinder,withcertainrotationspeedapplications,thepotatoesinworkinginteriorisunderthejointactionofthecentrifugalforce,gravity,andthefriction,usingtherelativespeedbetweenthechuteandpotatoes,takeoutthepotatoesleather,andrinsedcleanbytheamountofwater.Theadvantageofthemethodisduetothewholeprocessisoveratroomtemperature,thushastheenergyconsumptionandlowcost,noheatdamage,andgoodfoodappearance.
Keywords:
Potato;Peeledandmachines;Friction;Design
1前言
1.1研究的目的与意义
马铃薯是高产稳产作物，它有很高的营养价值，我国的马铃薯种植面积居世界第
二，我国丰富的马铃薯资源至今没有很好开发利用，绝大部分只用作杂粮和饲料，每
[1]年的霉烂损失甚大，用于加工的尚不到5%，主要是制作淀粉、粉丝和酒精。
自1985
年起我们从国外引进了30余套油炸土豆片生产线，从目前生产销售情况看收到令人满
意的效果，已引起社会各方面的关注，特别是引起了盛产土豆的农业区域企业家的兴
趣。
然而从国外引进一条生产线需35-50万美元，显然只适用于少数大型食品厂，针
对我国当前的经济条件和生产水平，研制小型的生产线，能以最少的投资得到较高的
经济效益，一定能大面积推广。
世界79%的国家种植马铃薯,总面积2000万hm,左右,
总产量3亿多吨,仅在小麦、玉米、水稻之后,居第四位。
马铃薯在我国布极为广泛,
主要产区集中在四川、黑龙江、甘肃、内蒙、河北、山西、陕西、云南、贵州、等省。
据1998年统计,我国马铃薯种植面积近467万hMz,产量4700多万吨,居世界第一
[2]位。
马铃薯属于茄科,块茎类作物,是珍贵的食物,它既是粮又是菜,营养丰富。
其淀粉
2
含量达11%--25,且蛋白质营养价值很高,容易消化吸收。
其中含有18种氨基酸,多种维生素及丰富的矿物质元素。
属于低热量,高蛋白,多种维生素和矿物质食品。
马铃薯的蛋白质主要是球蛋白,其生物价为67,高于除大米以外的各种粮食。
如果用35%的鸡蛋清与65%的土豆蛋白混合食用,则可以合成目前己知的最佳蛋白质。
马铃薯中主要含的是半纤维素,它能增加肠道蠕动的次数。
另外,马铃薯还是一种较好的化工原料。
[3]日本通产省北海道工业技术实验厂开发出一种用马铃薯作原料生产塑料的技术。
这种塑料能通过土壤和水中的微生物进行自然分解,最终化成为水和二氧化碳。
国外马铃薯主要用于加工,鲜食比例较小。
由于马铃薯作为蔬菜其口感较差,并不太受人们的欢迎,因而价格低廉,每年有15%的马铃薯烂掉,浪费较多,严重影响了广大薯农的经济利益和种薯积极性,这种现象不利于我国马铃薯产业的发展。
国外的马铃薯制品,如马铃薯条,马铃薯片是一种很受欢迎的快餐食品,现已风靡我国的麦当劳,肯德鸡等快餐店,
[4]其拳头产品就是马铃薯制品。
我国的马铃薯产品加工起步较晚,工艺技术落后,还不能形成规模。
马铃薯制品的质量赶不上国外水平,产量也远远满足不了市场要求,因而加快我国马铃薯产业的发展,提高马铃薯的附加值,不但能满足消费者需求,而且是加快
[5]我国贫困地区,尤其是西部马铃薯产区经济发展的一条重要途径。
据了解,贵州省己经把马铃薯产业为本省经济的一大增长点。
中央关于西部大开发的决议,又为马铃薯产业的发展带来了很好的机会，马铃薯产业将大有可。
马铃薯制品的主要品种有马铃薯条,马铃薯片,脱水马铃薯泥等。
不论何种制品,其加工工艺都要求必须对原料马铃薯进行去皮处理,才能保证产品的质量,保证其外观,色泽和口感。
1.2国内外研究情况
随着食品工业的发展，食品深加工已越来越被世界重视，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，这更要求原料的深加工伴随着发展，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。
但在我国绝大部分马铃薯被直接用
[6]作饲料或食用。
由于每年仅有百分之几用于深加工，致使鲜薯过剩，增加了道冬保鲜难度，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占总产量的50%一80%。
1980年，美国马铃薯加工量占
[7]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，且大量出口，
3
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、法、一英、荷兰、瑞士及月本等国家，美国有75%的鲜薯用于加工,法国为60%,荷兰为40%,英国为40%,而我国马铃薯主要以蔬菜的形式进行鲜食,用于加工的比例不足10%。
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人蓬勃发展阶段。
1.3工作原理
土豆去皮方法大致有三种，即机械去皮、蒸汽去皮和化学方法去皮。
机械去皮，按其原理不同又可分为机械切削去皮、机械磨削去皮和机械摩擦去皮。
机械切削去皮，是采用锋利的刀片表面皮层。
去皮速度较快，但不完全，且果肉损失较多，一般需用手工加以修整，难以实现完全机械作业，适用于果大、皮薄、肉质较硬的果蔬。
目前，苹果、梨、柿等常使用机械切削去皮，常用的形式为旋皮机。
旋皮机是将待去皮的水果插在能旋转的插轴上，靠近水果一侧安装一把刀口弯曲的刀，使
[8]刀口贴在果面上。
插轴旋转时，刀就从旋转的水果表面将皮车去。
旋皮机插轴的转动有手摇、脚踏和电动几种动力形式。
在切削去皮之前应有选果工序，以保证水果大小基本一致;机械磨削去皮，是利用覆有磨料的工作面除去表面皮层。
可高速作业，易于实现完全机械操作，所得碎皮细小，便于用水或气流清除，但去皮后表面较粗糙，
[9]适用于质地坚硬、皮薄、外形整齐的果蔬。
胡萝卜、番茄等块根类蔬菜原料去皮大多采用机械磨削去皮机;机械摩擦去皮，是利用摩擦因数大、接触面积大的工作构件而产生的摩擦作用使表皮发生撕裂破坏而被去除。
所得产品表面质量好，碎皮尺寸大，去皮死角少，但作用强度差，适用于果大、皮薄、皮下组织松散的果蔬，一般需要首先对果蔬进行必要的预处理来弱化皮下组织。
常见到的机械摩擦去皮机如采用橡胶板
[10]作为工作构件的干法去皮机。
蒸汽去皮，在高压容器内，通人高压蒸汽使块茎表面受热，然后打开容器盖，突然释放压力，块茎的表皮和果肉即自行分离。
化学去皮，在耐碱容器内，加人强碱溶液并加温，后加人块茎，经一段时间后块茎的表皮被碱溶液腐蚀，经高压水反复冲洗干净后，再将块茎放人机械去皮机中剥去
[11]表皮。
机械去皮，以电机为动力，通过带轮带动圆筒底部的磨盘旋转。
磨盘上表面中间低、边缘高，呈波浪形。
块茎加入圆筒内，因离心力和相互碰撞作用，在圆筒内上、下、左、右翻动，并不断地滚动;而圆筒内壁的橡胶，将块茎弹回，在磨盘和圆筒内壁橡胶共同作用下土豆块茎被均匀地磨去外皮，实现土豆去皮的目的。
去皮结束时加入清水，再打开侧门，块茎从侧门排出，皮屑随水流从磨盘的周围间隙排出。
该机为
4
间歇生产。
去皮机工作时，磨盘以一定的速度旋转，工作室内的土豆在离心力、重力
[12]和摩擦力共同作用下，利用土豆相对于工作磨盘间的相对速度差，将土豆的皮去掉。
2马铃薯去皮机的结构设计
在土豆摩擦去皮中主要考虑去皮后的马铃薯达到表面光滑、无破坏层、去皮过程无污染。
同时考虑经济实用。
达到能以较少的投资获得较好的经济效益。
2.1摩擦式马铃薯去皮机基本结构
该机采用立式机型，主要包括工作转盘、工作圆筒、毛刷、机架和传动部分，其简图如图1所示。
图1马铃薯去皮机简图
Fig1Potatoskin-peeling-offmachinediagram
2.1.1工作转盘
工作转盘是物料去皮过程中产生机械作用的主要部件。
根据马铃薯的生物学特性、物理特性和手工去皮的基本原理，确定转盘的基本形状为圆盘形，转盘表面为凸起的波纹状。
为增大物料和转盘的摩擦，采用金刚砂黏结表面，用棕刚玉掺环氧树脂通过模型浇注在盘的顶面上，经烘干制成。
圆盘这种结构特点除兼有去皮功能外，主要用来抛起物料，当物料从加料口落到旋转圆盘凹凸表面时，因离心力作用被抛至圆筒壁，与筒壁粗糙表面摩擦达到去皮的目的。
去皮工作时，水通过喷嘴送入圆筒内部，卸料口的闸门由把手锁紧，擦下的皮用水从排污口排去，已去皮的物料靠离心力的作用从
5
图3小带轮结构图
Fig3Smallpulleysstructure
6
图4大带轮结构图
Fig4Thegreatandtheroundstructure
6.5带轮的技术要求
（1）带轮各部位不允许有裂缝、砂眼、缩孔和气泡;
（2）带轮轮槽工作面表面要光滑，轮槽棱边要倒圆或倒钝，以减少V带轮的磨损;
,30（3）轮槽对称平面与带轮轴线垂直度不大于;
（4）带轮轮毂孔公差为H7或H8，轮毂长度上偏差为IT14，下偏差为0;
（5）设计带轮时，结构要便于制造，质量分布均匀。
当v,5m/s时要进行静平衡试验，当v,25m/s时则应进行动平衡试验。
7直齿圆锥齿轮的设计计算
7.1圆锥齿轮材料的选
根据减速器的速度不高，并综合考虑选用8级精度（GB10095-88）。
小齿轮选用40调质，硬度为，取。
大齿轮选用45号钢调质，硬度为241~286HBS280HBSCr
217~255HBS，取240HBS。
7.2计算直齿圆锥齿轮的大端分度圆直径d
7.2.1根据齿面接触强度设计公式
2，，ZKTE13（10）d2.92,1,,（10.5,）,,,,u,RHR，，
式中
K,1.3K——载荷系数，由《机械设计基础》表12-3，查得载荷系数;
7
——直齿圆锥小齿轮传递的转矩T1
2.114T,9549，,42.9N,m,4.29，10N,mm1470
——齿数比，;u,i,2.025u
1——齿宽系数，一般取齿宽系数，最常用的值为;,,0.25~0.35,,,RRR3
,,——许用应力H
K,Nlim,,,,HS
12Z,189.8MPa——弹性影响系数，查表可知;ZEE
对于接触疲劳强度，疲劳强度安全系数,由表查得接触疲劳寿命系数S,S,1HK,0.90K,0.95,。
HN1HN2
由《机械设计基础》图12-10，按齿面强度查得，小齿轮的接触疲劳强度极限
,600MPa，大齿轮的接触疲劳强度极限,,520MPa。
Hlim1Hlim2应力循环
8N,60njL,60，470，1，（1，8，300，10）,6.75，10n11
8N6.75，1081N,,,3.3，102i2.025计算接触疲劳许用应力得
K,HN1Hlim1,,,,0.90，600,540MPa,H1S
K,HN2Hlim2,,,,0.95，520,494MPa,H2S
,,,,,,,494MPa取中较小的值，即,,,HHH2
圆锥小齿轮大端分度圆直径
2，，ZKTE13d2.92,t1,,（10.5）,,u,,,,RHR，，
2，，4,,189.81.3，4.29，10,2.923,,11,,（1,0.5，），494，2.02533，，
76.1（mm）
8
平均分度圆处的圆周速度为Vm
1d,d（1,0.5,）,76.1，（1,0.5，）,63.2（mm）mt1tR3
dn，63.2，470,,1t1V,,,1.56（m/s）m60，100060，1000故选8级精度合适。
K,1.14由《机械设计》图10-8，查得动载系数。
V
K,1齿间载荷分配系数。
H,
齿向载荷分布系数
K,K,1.5KH,F,H,be
KK,1.10式中——轴承系数，查表10-1得，则H,beH,be
K,K,1.5K,1.5，1.10,1.65H,F,H,be故载荷系数
K,KKKK,1，1.14，1，1.65,1.881AVH,H,
按实际的载荷系数校正算得小齿轮大端分度圆的直径
K1.88133d,d,76.1，,86.07（mm）t11K1.3t
大齿轮齿数
256Z,cid212
大齿轮大端分度圆直径
d,di,86.07，2.025,174.3（mm）211
c,18由于两个齿轮的齿面硬度都小于350HBS,所以，故
225656Z,cid,18，2.025174.3,56.4212
Z,56取，故2
Z562Z,,,281i2.025
大端模数
9
d86.071m,,,3.07z281
取标准模数m,3
大端分度圆直径
d,mz,3，28,84（mm）11
d,mz,3，56,168（mm）22
节锥顶距
mzz3，282212R,1，（）,1，2,93.9（mm）2z21节圆锥角
11,,arctan,arctan,26.3:
1u2.025
,90:
26.3,63.7:
2
大端齿顶圆直径
小齿轮d,d，2hcos,,84，2，3cos26.3:
89.38（mm）a11a1
大齿轮d,d，2hcos,,168，2，3cos63.7:
170.66（mm）a22a2齿宽
1B,,R,，93.9,31.3（mm）R3
B,B,31（mm）故12
7.3直齿圆锥齿轮的尺寸
表3直齿圆锥齿轮的尺寸
Table3Spurbevelgearsize
名称符号小带轮尺寸大带轮尺寸
模数33m
分度圆直径84168d
齿顶高33ha
齿根高3.753.75hf
齿顶圆直径89.38170.66da
10
名称符号小带轮尺寸大带轮尺寸齿根圆直径77.28164.68df
节锥顶距93.993.9R
节圆锥角26.3:
63.7:
齿顶角1.29:
1.29:
a
齿根角1.62:
1.62:
f
齿宽3131B
传动比22i
8轴的设计与强度计算
8.1轴的材料选用
调质钢的钢种很多，常用的有35、45、40Cr、45Mn2、40MnB、35CrMo、30CrMnSi和40CrNiMo等。
碳素结构钢如45钢，硬度和强度在调质后均有提高，但其淬透性较差，不易获得均匀的组织，强度水平也较低，一般用在尺寸较小，应力相对较低的轴上。
根据轴的结构形式，综合考虑在这里使用45钢。
8.2轴的设计计算
8.2.1工作主轴
工作主轴与直齿圆锥齿轮低速轴的连接用LT5型弹性联轴器，选用型轴孔，半联J1
L,60mm轴器的孔径d,35mmd,35mm，联轴器与轴配合的孔长度，故取，1I,IIl,58mm。
I,II
为满足联轴器的轴向定位要求，轴右端需制出一轴肩，故?
-?
取段的直径d,38mm。
考虑到轴承压盖用螺栓连接，以及对轴承添加润滑脂的要求，取?
?
l,50mm。
II,III
初步选择圆锥滚子轴承，因为圆锥滚子轴承可同时承受径向载荷及轴向载荷。
参
d,38mm照工作要求并根据，从《机械设计课程设计手册》表6-6，轴产品目录中II,III
初选圆锥滚子轴承30208型，采用脂润滑。
其尺寸为，d，D，B,40mm，80mm，18mm
l,l,18mm故，。
圆锥滚子轴承左端采用轴肩定位，查圆d,d,40mm?
?
?
?
III,IV?
?
锥滚子轴承30208型轴肩高度h=3.5mm。
故
d,d，2h,40，2，3.5,47mm?
?
?
?
l,100mm根据电动机的安装及下机筒的高度，取，考虑到轴承压盖用螺栓连?
?
l,40mmd,38mm接，转盘工作不受干涉，取，;根据转盘和刮板的尺寸，取?
?
?
?
11
，为保证轴端盖只压在转盘而不压在轴的端面上，故长度比短一些，d,32mml?
?
?
?
取。
l,69mm?
?
8.3工作主轴的疲劳强度校核
轴的结构尺寸设计完成，是否能用，还需再校核危险截面。
马铃薯去皮机在工作
的时候，轴同时受到轴向力和径向力，因此进行轴的疲劳强度校核时，需要校核轴所
承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。
8.3.1强度校核
根据扭转强度条件
6T9.55，10P（11）,,,,,,,（MPa）TT3W0.2dnT
式中
（MPa）——扭转切应力;,T
——轴所受的扭矩;T（N,mm）
3（mm）——轴的抗扭截面系数;WT
——轴的转速（r/min）;n
（kw）——轴传递的功率;p
（MPa）——许用扭转切应力，轴材料为45钢，由《机械设计基础》表14-3，,,,T
查得值为，代入数据计算得30~40MPa,,,T
6T9.55，10P,,,,1.9MPaT3W0.2dnT
,,,,，故轴的扭转条件符合要求。
TT
根据弯扭合成强度条件
22,M，（T）Me（12）,,,,,,,（MPa）eb,1bWW式中
（MPa）,——轴的计算应力;eb
（N,m）M——轴所承受的弯矩;
12
（N,m）——轴所承受的扭矩;T
3（mm）——轴的抗弯截面系数;W
,,——对称循环变应力时轴的许用弯曲应力，轴材料为45钢，调质处理，,1b
,,,60MPa由《机械设计基础》表14-5，查得;,1b
——应力校正系数，根据以上所得数据及轴的单向旋转，扭转切应力为脉,
,0.6动循环变应力，取，代入数据计算得
22M，（T）,,,27.65MPa,60MPa,ebW
所以原设计强度足够。
8.4确定轴上圆角和倒角尺寸
2，45:
取轴端倒角为，各轴肩处的倒圆与倒角参考《机械设计课程设计手册》表1-31。
9轴承的选择与校核
9.1轴承的类型选择
根据马铃薯去皮机旋转轴承受较大的径向载荷和轴向载荷，同时转速较低的特性，综合各种滚动轴承的性能和特点，选择圆锥滚子轴承。
参照工作要求并根据工作主轴、
d,39mm高速轴和低速轴从《机械设计课程设计手册》圆锥滚子轴承尺寸与性能II,III
参数表中，选用GB/T297-1994圆锥滚子轴承30208型，采用脂润滑。
30208型尺寸为
成对使用。
d，D，B,40mm，80mm，18mm
同时在驱动端安装一个膜片式弹簧圈对轴施加预载荷，可以保证主轴系统无游隙运动和高刚度，这样可以避免无载荷轴承在高速下可能出现的球打滑现象，同时避免球打滑可能会引起表面变粗糙，及高运转噪声。
9.2轴承寿命计算
根据滚动轴承的寿命计算公式
C,6L,（）（10r）（13）P
式中
6（10r）L——基本额定寿命;
——基本额定动载荷;C（N）
P——当量动载荷;（N）
13
——寿命指数（对于球轴承,,3，对于滚子轴承），圆锥滚子轴承取,,10/3,
;,,10/3
计算内部轴向力:
查《机械设计课程设计手册》表6-7可得，30208轴承的，e,0.37Y,1.6F,460N，。
又因为,F,F,349.7N，可得两轴承的内部轴向
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