碰撞式核桃破壳机的设计30doc.docx

1、碰撞式核桃破壳机的设计30doc碰撞式核桃破壳机的设计1核桃破壳技术现状国外早在 20 世纪 60 年代初,就着手研制坚果破壳机具,至 80 年代初,美国、 意大利、法国等已相继推出了各种坚果破壳机,如夏威夷果破壳机、杏仁破壳机 等。经过数十年的发展,坚果破壳机具已日趋成熟,目前,正朝着机电一体化方向 发展。 我国在传统脱壳设备的基础上,尽管正在积极研制和开发各种类型脱壳机械, 但其发展相当缓慢,同时成熟的机型及进行批量生产的不多,远远落后于农产品 深加工的需求。目前开发出的绝大部分设备都是采用机械方式来脱壳。 常见的机械脱壳方法如下: (1)撞击法脱壳:撞击法脱壳是物料籽粒高速运动时突然受阻

2、而受到冲击力, 使外壳破碎而实现脱壳。 物料由高速回转甩料盘使籽粒产生一个较大的离心力撞击壁面,只要撞击力足够大,籽粒外壳就会产生较大的变形,进而形成裂缝。当籽粒离开壁面时,由于外壳和粒仁具有不同的弹性变形而产生不同的运动速度,籽 仁受到的弹性力较小,运动速度也不如外壳,阻止了外壳迅速向外移动而使其在 裂缝处裂开,从而实现籽粒的脱壳。 撞击脱壳法适合于仁壳间结合力小,仁壳间隙 较大且外壳较脆的籽粒。 (2)碾搓法脱壳:物料籽粒在固定磨片和运动着的磨片间受到强烈的碾搓作 用,使籽料的外壳被撕裂而实现脱壳。 籽粒经进料口进入定磨片和动磨的间隙中, 动磨片转动的离心力使籽粒沿径向向外运动,也使籽粒与

3、定磨间产生方向相反的 摩擦力;同时,磨片上的牙齿不断对外壳进行切裂,在摩擦力与剪切力的共同作用 下使外壳产生裂纹直至破裂,并与籽仁脱离,达到脱壳的目的。(3)剪切法脱壳:籽粒在固定刀架和转鼓之间受到相对运动刀板的剪切力作 用,外壳被切裂并破开,实现外壳与籽仁的分离。刀板转鼓和刀板座为主要工作部 件,在刀板转鼓和刀板座上均装有刀板,刀板座呈凹形且带有调节机构,可根据籽 粒坚果的大小调节刀板座与刀板转鼓之间的间隙。当刀板转鼓旋转时,与刀板之间产生剪切作用,使物料外壳破裂和脱落。(4)挤压法脱壳:挤压法脱壳是靠一对直径相同转动方向相反,转速相等的圆 柱辊,调整到适当间隙,使籽粒通过间隙时受到辊的挤压

4、而破壳。在破壳的过程中 籽粒能否顺利地进入两挤压辊的间隙,取决于挤压辊及与籽粒接触的情况。要使 籽粒在两挤压辊间被挤压破壳,籽粒首先必须被夹住,然后被卷入两辊间隙被挤 压破壳。两挤压辊间的间隙大小是影响籽粒破碎率和脱壳率高低的重要因素。(5)搓撕法脱壳:搓撕法脱壳是利用相对转动的橡胶辊筒对籽粒进行搓撕作 用而进行脱壳。两胶辊水平放置,分别以不同转速相对转动,辊面之间存在一定的线速差,橡胶辊具有一定的弹性,其摩擦系数较大。籽粒进入胶辊工作区时,与两 辊面相接触,如果此时籽粒符合被辊子啮入的条件,即啮入角小于摩擦角,就能顺 利进入两辊间。此时籽粒在被拉入辊间的同时,受到两个不同方向的摩擦力的撕 搓

5、作用;另外,籽粒又受到两辊面的法向挤压力的作用,当籽粒到达辊子中心连线 附近时法向挤压力最大,籽粒受压产生弹性塑性变形,此时籽粒的外壳也将 在挤压作用下破裂,在上述相反方向撕搓力的作用下完成脱壳过程1。新型脱壳方法(1)微波法:原理主要是通过微波加热籽粒内部形成高压水气,当高压水气对 果皮压力大于果皮的拉伸极限应力时,果皮破裂,实现破壳。微波法破壳过程中, 坚果果皮的致密结构是其内部形成高压的重要保证;坚果含的水分是内部产生高 压水气的物质基础;微波的加热温度则是导致产生高压水气的外部动力。但是快 速加热会造成产品的过渡膨胀甚至爆炸。(2)高压膨胀法:原理是使果实处于很高的压力室中,让果实在其

6、中停留较长 时间,以使籽粒内外达到气压平衡,然后瞬间卸压,内外压力平衡打破,壳体内气 体在高压作用下产生较大的爆破力而冲破壳体,从而达到脱壳的目的。(3)能量法:原理是让坚果进入一个高压高温环境中经受一定时间的高压高 温作用,使大量热量聚集于坚果壳内,随后籽粒瞬间脱离高温高压环境,此时,聚 集在坚果壳与仁间的压力瞬时爆破,实现脱壳的目的,此法适宜于加工熟食品。(4)高真空度法:将坚果放在真空爆壳机中,在真空条件下,将具有一定水分的坚果加热到一定温度,在真空泵的抽吸下,坚果吸热使其外壳的水分不断蒸发 而被去除,其韧性与强度降低,脆性大大增加;真空作用又使壳外压力降低,壳内部处于较高压力状态。在内

7、外压力差的作用下,壳内的压力达到一定数值时,就会使外壳爆裂,使外壳脱去。(5)激光法:用激光逐个切割坚果外壳。试验显示,用这种方法几乎能够达到 100%的整仁率,但因其费用昂贵、效率较低等原因,很难得到推广。(6)超声波法:采用超声波发生器产生大于 20kHz 的超声波作用在坚果籽粒 外表面上,经冲击、碰撞、摩擦等多种力综合作用进行破壳。可应用于果皮结构 不太坚硬的坚果。(7)燃烧法:该法用液化气火焰在高温下将坚果物料外壳烧掉,然后对未烧尽 的物料进行挤压刮皮,使仁、衣分离,将仁、衣一起进入分离器,仁在此被分离出, 再将仁进行清洗即可。这种方法脱壳率高,但燃烧温度较难控制,很容易使物料熟化甚至

8、焦化,这种脱壳工艺独特,是国外技术专利,故整套设备价格昂贵。 (8)化学腐蚀法:化学脱壳主要是将待脱壳的坚果浸入脱壳溶液中。 该溶液用来软化物料外壳并溶去一部分外壳,然后取出果实再利用机械方式脱去外壳。这种方法需添加其它化学成分如碱、 酶等,这些添加物会使产品具有异味异质,影响 成品品质风味,但此方法整仁率较高。(9)复合型:对一些坚果使用一种方法不能达到很好的破壳效果时,可利用几 种破壳原理,合理地组合在一起,以克服和弥补单一脱壳法的不足,实现坚果的高 效脱壳2。 在技术上还存在如下问题: a)脱壳率低,脱壳后的籽仁破碎率高,损失大。 b)机具性能不稳定,适应性差。c)通用性差:多数脱壳机只

9、适应某一种籽粒的脱壳作业,而不能够通过更换主要 工作部件来适应其他籽粒的脱壳,利用率低。 d)作业成本偏高:我国脱壳机械尚未形成规模和系列,多数是单机制造,制造的工艺水平较低,故制造成本偏高。e)有些产品仅进行了样机试制或少量试生产,未进行大量生产性考核和示范应用, 作业性能、可靠性、耐久性及商品性等方面还存在不少问题3。2核桃破壳机总体结构核桃破壳机主要组成部分：入料口、上机壳、滚筒、机架等部分组成。整体组成如图1所示：图1 破壳机结构图入料口与核桃破壳机的上盖部分相连，它是利用2mm厚的钢板制成，入料部位与滚筒的凸筋部位相切，将从入料口进入的核桃，下滑到凸筋部位，由凸筋抛出进行撞击。上机壳

10、与入料口固定连接，采用焊接方式连接，所用材料为3mm厚钢板，下部与15mm厚钢板焊接，与机架通过螺栓固定连接。 滚筒部分主要是由滚筒、凸筋、圆板焊接而成。核桃在滚筒和凸筋之间被抛出，使其撞在辐条筛上，落到脱壳室咽喉处，由滚筒与辐条筛挤压破碎，破碎的核桃掉入下部出口。辐条筛起碰撞挤压作用，它是由一定数量的圆钢焊接在上机壳两侧钢板上，每两根圆钢之间的缝隙可以将核桃卡住，然后快速旋转的滚筒将被卡住的撞破的核桃挤碎。机架由角钢和钢板通过焊接方式连接为整体，与上机壳通过螺栓固定。3核桃破壳机的设计3.1电动机的选择根据设计要求滚筒需用一定的速度将核桃抛出并撞裂，再进行挤碎。3.2电动机的转速根据资料得主

11、轴的转速在 300-700转/分，按机械设计实用手册推荐的传动比合理取值范围，取V带的传动比 24，即可满足电动机的转速与主轴的转速相匹配。由机械设计课程设计手册查出三种适宜的电动机型号，因此有三种不同的传动比方案，如表3-1所示：表3-1 电动机的型号和技术参数及传动比方案电动机型号额定功率P/kW同步转速r/min满载转速r/min效率（%）电动机重量（KG）功率因数1Y90S-21.5 3000284078220.852Y90L-22.23000284082250.863Y90L-41.51500140079270.79综台考虑电动机和传动装置的尺寸、重量以及带传动的传动比，可知方案2比

12、较适合。因此选定电动机型号为Y90L-4。所选电动机的额定功率 P1.5kw，满载转速 n=1400rmin，总传动比适中，传动装置结构较紧凑。如表3-2所示：表3-2 Y90L-2主要参数如下表型 号额定功率KW转速r/min电流/A效率（%）功率因数额定电流额定转矩最大转矩Y90L-41.514003.65790.796.52.22.2表3-3 电动机尺寸列表 （）中心高 H 外形尺寸底脚安装尺寸 地脚螺栓孔直径 轴伸尺寸 装键部位尺寸 90104带及带轮的设计根据核桃破壳机的具体传动要求，可选取电动机和主轴之间用V带和带轮的传动方式传动，因为在破壳机的工作过程中，传动件V带是一个挠性件，

13、它赋有弹性，能缓和冲击，吸收震动，因而使破壳机工作平稳，噪音小等优点4。虽然在传动过程中V带与带轮之间存在着一些摩擦，导致两者的相对滑动，使传动比不精确但不会影响破壳机的传动，因为破壳机不需要精确的传动比，只要传动比比较准确就可以满足要求，而且V带的弹性滑动对破壳机的一些重要部件是一种过载保护，不会造成机体部件的严重损坏，还有V带及带轮的结构简单、制造成本底、容易维修和保养、便于安装，所以，在电动机与核桃破壳机之间选用V带与带轮的传动配合是很合理的。选择V带和带轮因当从它的传动参数入手，来确定V带的型号、长度和根数，再来确定导轮的材料、结构和尺寸（轮宽、直径、槽数及槽的尺寸等），传动中心距（安

14、装尺寸），带轮作用在轴的压力（为设计轴承作好准备）。4.1 确定计算功率 （4-1）其中：工作情况系数电动机的功率 查机械设计手册一书中的表8-7 可知：=14.2 选择V带的型号根据计算得知的功率和电动机上带轮（小带轮）的转速（与电动机一样的速度），查机械设计手册一书图8-10，可以选择V带的型号为Z型。4.3确定带轮的基准直径（1）初选主动带轮的基准直径：根据机械设计手册一书，可选择V带的型号参考表8-6和表8-8，选取小带轮直径=71mm。（2）计算V带的速度V： V带在的范围内，速度V符合要求。取传动比为3转速合适。（3）计算从动轮的直径 根据表8-8取=224mm 实际传动比i=3.

15、154.4 确定传动中心距a和带长L取 （4-2）please contact Q 3053703061 give you more perfect drawings4.5 验算主动轮上的包角 （4-4）即：求得 ： 满足V带传动的包角要求。4.6 确定V带的根数 V带的根数由下列公式确定： （4-5）其中 ： 单根普通V带的许用功率值 考虑包角不同大的影响系数，简称包角系数 V带的基准长度系数，取。 计入传动比的影响时，单根普通V带所能传递的功率的增量。由和查表8-4a得由和i=3.15 查表8-4b 查表取值： （4-5）所以： 即： 取 根。4.7 确定带的初拉力 单根V带适当的初拉力 由下列公式求得其中：传动带单位长度的质量，即：4.8求V带传动作用在轴上的压力为了设计安装带轮轴和轴承，比需确定V带作用在轴上的压力，它等于V带两边的初拉力之和，忽略V带两边的拉力差，则值可以