雙齒盤—齒板式核桃破殼機(jī)的設(shè)計-去殼機(jī)設(shè)計【含10張CAD圖紙+PDF圖】

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Hemry 研制的專利號為 6098530 機(jī)械式核桃破殼機(jī)。該機(jī)的主要結(jié)構(gòu)由機(jī)架、料斗、可調(diào)節(jié)定位板、破碎裝置、傳動機(jī)構(gòu)以及動力所組成。機(jī)械式核桃破殼機(jī)通過調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)定位板和破碎裝置間的間隙能夠適應(yīng)各類堅果的破殼。Kenneth R. Evans 研制的專利號為 4201126 核桃破殼機(jī)。該機(jī)主要由喂料斗、輸送裝置、破殼裝置和出料口等組成。工作時，由輸送裝置把待破殼的核桃從料箱運送到破殼裝置，然后對其進(jìn)行破殼。Clarence Lloyd Warmack 和 Barry Shawn Warmack等研制的專利號為 6516714 核桃破殼機(jī)。該機(jī)主要由機(jī)架、箱體、滾筒、旋轉(zhuǎn)破殼裝置和出料口等組成。該機(jī)可以成功有效地?fù)舸蚝颂覍⑵錃と史蛛x。John W. Brazil 發(fā)明的專利號為 4255855 核桃鉗。該鉗由把手、可調(diào)柱塞、夾頭、底座和固定套等組成。使用時，將核桃放置在底座上，然后通過操縱把手推動可調(diào)柱塞在固定套內(nèi)滑動，可調(diào)柱塞伸出從而使夾頭將核桃推到剛性砧底座上把核桃夾緊并破殼。MichaelP.Filice，Robert Lemos 和 Robert P.Baker 等研制的專利號為 5325769 核桃破殼機(jī)。該機(jī)主要由機(jī)架、喂料斗、輸送裝置、擊打裝置和傳動裝置等組成。工作時，料箱中的核桃由輸送裝置逐一運送到擊打裝置，然后由凸輪控制擊打打頭將核桃殼打破使其殼仁分離。1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀及分析我國堅果剝殼機(jī)具發(fā)展緩慢,遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于種植業(yè)的發(fā)展,在一些生產(chǎn)應(yīng)用的機(jī)具中,存在如下幾個突出的問題,因而,難以推廣應(yīng)用。(1)剝殼率低。不少剝殼機(jī)漏剝或剝殼不完全,果仁去凈率不高,有些剝殼機(jī)剝殼率只有50%。這是堅果剝殼機(jī)推廣使用的最大障礙。(2)損失率高。由于參數(shù)選擇不合理,造成剝殼不完全現(xiàn)象嚴(yán)重,碎仁夾帶在碎殼中難以回收而被棄除。有些機(jī)具果仁損失率高達(dá)20%。(3)果仁完整性差。有些機(jī)具的設(shè)計,為了減少漏剝或剝殼不完全現(xiàn)象,一味追求剝殼率的提高,導(dǎo)致高的破碎率,從而降低了產(chǎn)品的商品價值。(4)通用性差。一般剝殼機(jī)僅能用于某一品種堅果的剝殼作業(yè),對于不同品種的堅果,不能通過更換主要零部件來實現(xiàn)一機(jī)多用。(5)機(jī)具性能不穩(wěn)定,適應(yīng)性差。為某類堅果專門開發(fā)的專用機(jī)型,在該堅果品種、大小規(guī)格、外殼形狀和含水量等因素出現(xiàn)變化時,剝殼機(jī)具剝殼性能就變差。(6)作業(yè)成本偏高。我國堅果剝殼機(jī)具尚未形成規(guī)模和系列,多數(shù)是單機(jī)制造,制造的工藝水平低、成本高、也因為通用性差,不能一機(jī)多用,使得生產(chǎn)企業(yè)設(shè)備配置的成本高,致使加工堅果的作業(yè)成本增加。目前，核桃破殼取仁方法有離心碰撞式破殼法、化學(xué)腐蝕法、真空破殼取仁法、超聲波破殼法和定間隙擠壓破殼法。離心碰撞方法碎仁太多，應(yīng)用很少；化學(xué)腐蝕方法由于在實際操作中不好控制，仁易受到腐蝕，處理不好還會對環(huán)境造成污染；真空破殼和超聲波破殼方法設(shè)備昂貴，破殼成本高，且破殼效果不夠理想；定間隙擠壓破殼方法值得探索。核桃破殼裝置是核桃破殼取仁機(jī)的核心裝置。機(jī)械剝殼常用方法有借助粗糙表面碾搓作用的碾搓剝殼、借助撞擊作用撞擊剝殼、利用剪切作用的剪切剝殼和利用成對軋輥擠壓作用的擠壓剝殼。常見的破殼裝置有圓盤剝殼裝置、齒輥剝殼裝置、離心剝殼裝置、錘擊式剝殼裝置、軋輥式剝殼裝置、對輥窩眼式開口裝置、沖壓式破殼裝置、核桃鋸口破殼裝置、核桃破殼挖核裝置及平板擠壓式破殼裝置。由于核桃品種繁雜、尺寸差異較大、形狀不規(guī)則、殼仁間隙小，所以核桃的破殼取仁難度較大。破殼后還需進(jìn)行殼仁分離，鑒于殼仁密度相差不大5，加之碎殼、碎仁上有許多毛刺，所以殼仁分離也有相當(dāng)難度。解決以上難題的方法就是將破殼取仁分解為分級、導(dǎo)向、擠壓破殼(多點)、殼仁分離四部分，逐一加以解決。本課題重點研究核桃破殼機(jī)的破殼部分，以改善現(xiàn)存的剝殼率低、損失率高、果仁完整性差、通用性差、機(jī)具性能不穩(wěn)定、適應(yīng)性差、作業(yè)成本偏高等問題。關(guān)鍵問題解決思路：對核桃破殼機(jī)的主要部件齒盤、弧齒板進(jìn)行了設(shè)計研究，確定了核桃在齒盤齒板間的導(dǎo)入條件，擠壓間隙，以及弧齒板直徑、齒盤間距的確定方法。2.設(shè)計方案的選擇2.1研究方案的確定經(jīng)過查閱相關(guān)資料和老師、同學(xué)探討，最終確定該機(jī)包括機(jī)架、喂入部件、分級裝置、破殼部件、電動機(jī)等組成。破殼部件采用雙齒盤齒板式結(jié)構(gòu)，由齒盤、軸承、弧齒板、軸等組成。齒盤旋轉(zhuǎn)帶動核桃邊旋轉(zhuǎn)邊擠進(jìn)由齒盤、偏心圓孤齒扳組成的剝殼區(qū)域，受到擠壓作用，核桃表面產(chǎn)生裂紋并逐漸擴(kuò)展，直至最終完全破裂，碎殼和仁從最小間隙處掉下。由于該裝置很好地滿足了“四點加壓”原理，而且實現(xiàn)了核桃的滾動擠壓，因此破裂效果好、碎仁率低。其結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示： 1進(jìn)料斗2分級滾筒3大鏈輪4 傳動鏈條5 雙齒盤 6小鏈輪 7電動機(jī)8檔輪9導(dǎo)向槽圖2-1 核桃破殼機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖2.2核桃進(jìn)料口的設(shè)計要核桃以一定量進(jìn)入分級滾筒，那就要求進(jìn)料口與滾筒有一個很好的空間連接。并且要使進(jìn)料口與滾筒保持一定的角度?？紤]到，要使核桃進(jìn)入滾筒，所以將滾筒右端的支架向內(nèi)放置，離邊界20cm左右。這樣滾筒轉(zhuǎn)動時不致影響進(jìn)料，進(jìn)料口與滾筒保持一定的傾斜，以便核桃進(jìn)入滾筒。傾斜角度在37457之間。其結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示:圖2-2進(jìn)料口的結(jié)構(gòu)示意圖2.3核桃分級裝置的設(shè)計由于該裝置采用的方法是定間隙擠壓破殼，所以對核桃的大小有一定的要求，故破殼前要對核桃進(jìn)行分級，可分為小中大三級。根據(jù)所分核桃的大小來確定擠壓間隙。分級滾筒設(shè)計為圓筒錐形，并且分為三段，每段通過柵條連接，柵條之間的間距由小變大，滾筒用支架固定在軸上。為不影響核桃進(jìn)料，靠近進(jìn)料口的滾筒支架應(yīng)向里放置離滾筒邊界20cm左右。第一段滾筒柵條間距為32mm，第二段滾筒柵條間距為36mm，第三段滾筒柵條間距為40mm。支撐滾筒的軸通過鏈條傳動，轉(zhuǎn)速在20r/min25r/min之間。其結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示：圖2-3 核桃分級滾筒的結(jié)構(gòu)示意圖2.4核桃破殼部分的設(shè)計其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-4所示13：2 1核桃 2齒盤 3弧齒板 圖2-4 核桃破殼機(jī)破殼部分的結(jié)構(gòu)示意圖圓盤和偏心圓弧板表面制造成齒鼓狀，這樣作用在殼上的是間距較小的多個克壓力，所產(chǎn)生的裂紋區(qū)域比單個擠壓力作用所產(chǎn)生的裂紋區(qū)域要大得多，并且裂紋條數(shù)也較多。這說明采用齒紋表面有利于裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，殼的破裂比較完全。在每個齒盤和弧齒板上，分別車削成兩個倒角面，其長度為8mm，在每盤(板)的兩個倒角面上分別制造大齒紋、小齒紋(圖25)。大齒 小齒齒數(shù)=100 齒數(shù)=175圖2-5 齒盤和弧齒板倒角面上的齒紋試驗時調(diào)換安裝就可試驗齒的大小對核桃破殼取仁性能的影響。將核桃的擠壓破裂過程近似簡化為勻速轉(zhuǎn)動和勻速平動當(dāng)核桃開始受擠壓時，旋轉(zhuǎn)的圓盤帶動核桃一邊轉(zhuǎn)動一邊向下平動, 齒盤轉(zhuǎn)角為，核桃的旋轉(zhuǎn)角度為 ，經(jīng)過簡單運算可推導(dǎo)得出 （2-1）式中r為齒盤半徑，r=100mm d為簡化了的核桃直徑，即相應(yīng)兩接觸點間的實際距離,d與橫徑均值D的關(guān)系為 （2-2）理想的擠壓破裂過程要求核桃從擠壓開始到破裂結(jié)束轉(zhuǎn)過半周，即=180。 保證核桃在整個圓周上都產(chǎn)生裂紋，使得殼的破裂全面而均勻提高剝殼質(zhì)量。固此，理想的擠入角 （2-3）這里考慮到核桃在擠壓破裂過程中速度要發(fā)生變化取修正角為38。表2-1 核桃不同尺寸等級的和橫徑范圍mm30-3232-3434-3636-3838-40近似直徑Pmm3133353739簡化了的圓半徑mm9.09.710.111.111.8理想擠入角17.818.919.921.022.0從圖2-4可知,偏心圓弧板的半徑R不同，產(chǎn)生的最大壓縮變形量也不同，限于篇幅，這里僅給出最終計算公式 （2-4） 計算結(jié)果如表2-2所示表2-2 不同R、D下的R:mm31333537391300.720.790.880.931.111701.611.791.982.172.331801.812.022.242.462.691902.002.322.572.833.082302.612.953.283.623.97設(shè)計了R值分別為130 mm、180 mm、230 mm 的三塊齒板一進(jìn)行試驗驗證。經(jīng)過驗證得出R=180mm時，剝殼率和高露仁率是最高的，R為130 mm和230 mm 時，擠壓變形量過小或過大，因而造成剝殼率較低或高露仁率較低，這說明理論分折和試驗結(jié)果是一致的。通過試驗驗證了剝殼裝置的最優(yōu)參數(shù)，即齒盤上的齒形采用小齒，間距L和最小間隙S根據(jù)核桃尺寸等級在理論值(表2-3)附近加以調(diào)節(jié)運動參數(shù)：齒盤轉(zhuǎn)速7580rmin，最大生產(chǎn)率為l80 kgh。表2-3 間距L和最小間隙S與核桃直徑D的關(guān)系D/mm3133353739L/mm10.612.013.414.816.3S/mm16.017.218.419.523.72.5雙齒盤的設(shè)計經(jīng)過查找資料和分析9，選擇齒盤半徑r=100mm,材料可選45號鋼，為減小轉(zhuǎn)動慣量，加工出d=40mm的四個小孔。齒盤上加工齒厚為0.5mm，齒距為6.1mm的齒100個。2.6軸的設(shè)計設(shè)計的軸長為880mm，軸分為4段。其結(jié)構(gòu)示意圖如下所示：圖2-6 破殼軸示意圖第一段軸與電動機(jī)用聯(lián)軸器連接，其直徑為40mm；另一端用來固定軸承，第二、三、四段安裝雙齒盤，軸上裝有齒盤、擋圈、軸承等。軸的材料：軸的材料主要是碳剛和合金剛。由于碳剛比合金剛價格便宜，對應(yīng)力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度，所以本設(shè)計采用45號剛作為軸的材料，調(diào)制處理。2.6.1軸的校核經(jīng)過分析，主軸軸的受力最大，而且軸的周向受力是主要的，因此，對該軸進(jìn)行扭矩校核。軸的結(jié)構(gòu)見圖2-6(1) 軸的扭矩計算由于帶動齒盤轉(zhuǎn)動的軸的轉(zhuǎn)速要在7580r/所以將電動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)至80r/min.電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩：T= 式中：為電動機(jī)額定功率，為電動機(jī)轉(zhuǎn)速主軸輸入轉(zhuǎn)矩： 為聯(lián)軸器的傳動效率根據(jù)設(shè)計指導(dǎo)書參考表1初選為軸承的傳動效率初選為齒盤的傳動效率初選根據(jù)要求，軸要滿足下列條(2)軸的強度條件： 式中：為軸的切應(yīng)力，MPa;T為轉(zhuǎn)矩，N.mm;為抗扭截面系數(shù)，;為許用扭切應(yīng)力，MPa.表2-4 常用材料的值和C值軸的材料Q235,20354540Cr，35SiMn12-2020-3030-4040-52C160-135135-118118-107107-98該軸的材料為45號鋼，則滿足強度條件，軸是安全的 。(3)軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 軸的扭矩圖：由于每段軸的軸徑不一樣，所以承受的轉(zhuǎn)矩也不一樣，又由于都帶的是雙齒盤則計算過程一樣。這里僅給出第一段的計算過程。畫出各段扭矩圖如下圖所示：（4）軸的剛度計算式中：T為轉(zhuǎn)矩；為受轉(zhuǎn)矩作用的長度， mm；G為材料的切變模量，MPa；d為軸徑，mm；為軸截面的極慣性距。,，故軸是安全的。3.鏈傳動的計算3.1鏈輪的選定鏈輪的選用有兩個，且傳動比為1:4，鏈輪的齒形設(shè)計為目前比較通用的的三圓弧鏈輪材料選用45鋼。熱處理工藝：滲碳、淬火、回火,熱處理后的硬度為50-60HRC。3.2小鏈輪的計算小鏈輪齒數(shù) （鏈速為0.6-3m/s, ，優(yōu)選17）；且所用傳動比i=4設(shè)計功率 （查書機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)）P- 傳動功率（）- 工作情況系數(shù)- 小齒輪齒數(shù)系數(shù)- 軸長系數(shù)，- 多排鏈排數(shù)系數(shù)由設(shè)計功率為3kw，選用鏈條型號為12A，節(jié)距為P=19.05的標(biāo)準(zhǔn)鏈條。選用三圓弧一直線齒形。ISO鏈號12A節(jié)距P=19.05 滾子直徑鏈輪的基本參數(shù)和主要尺寸分度圓直徑：=103齒頂圓直徑： = 103+19.05（1-1.6/17）-11.91=108.24 =103=1.2519.05-11.91=114.91取齒根圓直徑：=103-11.91=91.09 取整數(shù)值=90齒高：= 3.57 =0.62519.05-0.511.91+=6.85取值r=6最大軸凸緣直徑： 確定=58齒槽形狀齒面圓弧半徑：最大齒槽形狀 =44.69最小齒槽形狀 =27.15齒溝圓弧半徑： 出溝角： 滾子鏈鏈輪軸向齒輪尺寸 單排齒寬齒側(cè)倒角=2.48齒側(cè)半徑=19.053.3 大鏈輪的計算因為=1：4 所以大鏈輪齒數(shù)為68齒選用 ISO鏈號12A節(jié)距P=19.05 滾子直徑分度圓直徑：=381齒頂圓直徑： = 381+19.05（1-1.6/68）-11.91=388.5=381+1.2519.05-11.91=392.9取齒根圓直徑：=392-11.91=380.09 取整數(shù)值=380齒高：= 3.57 =0.62519.05-0.511.91+=4.05取值r=4最大軸凸緣直徑： 確定=60齒槽形狀齒面圓弧半徑：最大齒槽形狀 =146.91最小齒槽形狀 =68.58齒溝圓弧半徑： 出溝角： =116.19 =136.79滾子鏈鏈輪軸向齒輪尺寸 單排齒寬齒側(cè)倒角=2.48齒側(cè)半徑=19.054.關(guān)鍵零件的選擇、定位和校核4.1軸系零件的定位為了防止軸上零件發(fā)生沿軸向的移動，必須對其進(jìn)行定位，來保證齒輪的正確嚙合，根據(jù)軸上零件的的安裝要求和對軸的結(jié)構(gòu)要求，要選擇不同的定位方式，常用的定位方式主要有軸肩定位、套筒定位、軸端擋圈和彈性擋圈，軸間定位方式在本設(shè)計中有用到，具體的結(jié)構(gòu)和參數(shù)見零件圖和明細(xì)表。鍵主要是為了實現(xiàn)軸上零件的周向定位來傳遞轉(zhuǎn)距，鍵的形式用多種，因此要根據(jù)不同的要求來選擇不同型號的鍵，根據(jù)傳動的要求，本設(shè)計全部采用圓頭普通平鍵（A型），它的兩個側(cè)面是工作面，上表面與輪轂槽底之間留有間隙，其主要特點是定心性好、拆裝方便。4.2軸承的選擇兩端由軸承固定在機(jī)架上。根據(jù)軸受力和軸徑的不同，本設(shè)計選用的軸承是：深溝球軸承。 已知此處軸徑，所以選內(nèi)徑為40mm的軸承，在機(jī)械設(shè)計手冊中選擇深溝球軸承；查表6-1，選擇型號為6007 GB/T27694的軸承。另一處已知軸徑為，所以選內(nèi)徑也為40mm的軸承，選擇型號也為6007 GB/T27694的軸承。所選的軸承基本參數(shù)如下：軸承外徑： b=35mmD=62mmB=14mm基本額定動載荷：C=16.2KN基本額定靜載荷：C=10.5KN4.3鍵聯(lián)結(jié)的選擇與校核（1）鍵的選擇根據(jù)軸的直徑的不同，應(yīng)該選擇不同型號的鍵，另外，鍵的長度也有一系列的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該優(yōu)先選用第一系列，在以上的說明書中知道安裝鍵的軸有四處，分別是第一段和第二段。第一段的直徑為32mm，第二段的直徑為36mm，根據(jù)以上的數(shù)據(jù)選擇鍵：GB/T1096 鍵 從機(jī)械設(shè)計手冊表4-1中查得鍵的截面尺寸為：寬度，高度。由聯(lián)軸器的標(biāo)準(zhǔn)并參考鍵的長度系列，可以確定取此鍵的長度（比伸入到聯(lián)軸器的深度短一些）。 （2）鍵的安裝鍵的安裝位置見零件圖。（3）校核鍵聯(lián)接的強度軸和聯(lián)軸器的材料是鋼和鑄鐵，且屬于靜聯(lián)接由文獻(xiàn)12的表6-2查得許用擠壓應(yīng)力為p=120-150MPa,取其平均值，p=135MPa。鍵的工作長度為，鍵與輪轂的鍵槽的接觸高度為。由的式6-1可得 M傳遞的轉(zhuǎn)矩（N.M）d軸的直徑（mm）l鍵的工作長度（mm）;A型，l=Lbk鍵與輪轂的接觸高度（mm）;k=ht,h為鍵的高度，b鍵的寬度（mm）t切向鍵工作面寬度（mm）鍵的許用切應(yīng)力（MPa）鍵連接的許用擠壓應(yīng)力，/ MPa可見聯(lián)接的擠壓強度滿足，即該鍵可以正常工作。4.4聯(lián)軸器的選擇本設(shè)計的聯(lián)軸器是電動機(jī)軸與破殼軸的輸入主軸的聯(lián)結(jié)，可知電動機(jī)的輸出主軸的外伸部分的長度E和直徑D分別是60和28。又本設(shè)計的蝸輪軸的直徑計算最小值為36.91mm和蝸桿的計算最小直徑為14.69mm。又軸上都裝有鍵，要將尺寸擴(kuò)大7%左右。最終確定的蝸輪軸的直徑和蝸桿軸的直徑分別是42mm和28mm，G根據(jù)文獻(xiàn)12表8-2選擇凸緣聯(lián)軸器。4.5軸承端蓋的設(shè)計所選軸承外徑為62mm,在45-65的范圍內(nèi)，所以選擇螺釘直徑 d=6mm，螺釘數(shù)4個b=510 b取5mmh=（0.81）b=8mm5電動機(jī)的選擇5.1選擇電機(jī)經(jīng)過多方查閱資料，確定齒盤的轉(zhuǎn)速為75-80r/min，選擇80r/min,破殼及傳動部分所需功率為3KW，符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速為：查機(jī)械設(shè)計實用手冊第1277頁表10-7-3可知根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，由機(jī)械設(shè)計實用手冊查出電動機(jī)型號，有以下三種選擇方案，如下表5-1。表5-1 電動機(jī)的類型方案電動機(jī)型號標(biāo)稱功率 調(diào)速范圍額定轉(zhuǎn)矩電動機(jī)質(zhì)量1YCT160-6A1.57607614.51352YCT160-6B2.27607621.01353YCT200-6A37607628.4248綜合考慮電動機(jī)和傳動裝置的尺寸，質(zhì)量，以及功率，調(diào)速范圍可見第三種方案比較合適，因此選定電動機(jī)的型號是YCT200-6A。5.2電動機(jī)的尺寸及安裝該電動機(jī)的主要外型和安裝尺寸如下表5-2：表5-2 電動機(jī)主要外形尺寸中心高外形尺寸地腳安裝尺寸地腳螺栓孔直徑軸伸尺寸裝鍵部位尺寸112382651901901401228608其主要外形安裝尺寸如圖5-1所示：圖5-1 電動機(jī)主要外形安裝尺寸電動機(jī)底座安放在的等邊角鋼的平面上，角鐵通過四根的全螺線螺栓固定在總機(jī)架上。6.裝配質(zhì)量（1）整機(jī)零部件完整，無缺件，安裝方便；（2）運動件操作靈活，無有卡死、磕碰現(xiàn)象；（3）非運動件無明顯偏移、翹曲等現(xiàn)象；（4）緊固件緊固可靠；（5）電動機(jī)、帶輪、鏈輪安裝牢固、可靠。7 總結(jié)通過此次設(shè)計使我掌握了科學(xué)研究的基本方法和思路，為今后的工作打下了基礎(chǔ)，在以后的日子我將會繼續(xù)保持這份做學(xué)問的態(tài)度和熱情。我所選設(shè)計題目是“平板擠壓式核桃破殼機(jī)的設(shè)計”，之所以選擇這個題目，是因為我對這個課題比較的感興趣。在我的生活里，核桃破殼主要是在門縫里夾碎，這樣力道不容易把握，不是夾得太碎就是破裂程度很小，同時對門也造成了一定程度的破壞。因此，就想設(shè)計一款既省力又快速且破殼完整的機(jī)械。經(jīng)過查找資料和老師的指導(dǎo)，以及上網(wǎng)搜集更多的相關(guān)學(xué)術(shù)論文、核心期刊、書籍等，終于對核桃破殼機(jī)有了一定得了解，心里有了大體的思路。最終確定的核桃破殼機(jī)有平板擠壓式破殼機(jī)。對于這一破殼機(jī)械有以下的結(jié)論：（1）通過對核桃物理機(jī)械特性的測定和內(nèi)力分析，提出了剝殼取仁原理破裂核桃殼，并研制了入料裝置 ，使得核桃成排狀向下落，有利于擠壓，有利于裂紋的產(chǎn)生與擴(kuò)展，提高剝殼性能。（2） 設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)：定板和破板一樣大其尺寸為長600mm，寬400mm。間距L和最小間隙s根據(jù)核桃尺寸等級在理論最佳值附近加以選擇。最佳運動參數(shù)：偏心軸轉(zhuǎn)速300 rmin，以每個核桃10g計，則最大生產(chǎn)率為18Okg/h。致 謝首先感謝我的指導(dǎo)老師蘭海鵬老師。本設(shè)計是在蘭海鵬老師的悉心指導(dǎo)下完成的。他無論是在資料的整理，還是在設(shè)計的畫圖等各個方面都給予了我大量的指導(dǎo)和幫助，在他的精心指導(dǎo)下，才使得我的設(shè)計一步一步的有序的完成，同時也學(xué)到了許多書本上學(xué)不到的知識，受益匪淺，特致以深深的感謝。同時也要感謝學(xué)科組每一位老師們不僅在“授業(yè)、傳道、解惑”方面給予了精心培養(yǎng)和指導(dǎo)，也給我提供了充足完備的條件和寶貴的學(xué)習(xí)交流機(jī)會，而且在生活方面還給予我極大的關(guān)懷，學(xué)生深表謝意！隨著畢業(yè)設(shè)計的完成，畢業(yè)答辯的臨近，我的大學(xué)生活也即將結(jié)束。心中的感覺無法表達(dá)。記得陳海濤博士說過，畢業(yè)設(shè)計也許是我們最后一次允許犯錯誤。這也真實的體現(xiàn)在了我們的畢業(yè)設(shè)計中，計算一遍遍的改，圖一遍遍的畫，經(jīng)過老師的無數(shù)次指導(dǎo)，無數(shù)次的和同學(xué)探討，無數(shù)次的修改，終于定型！四年的大學(xué)生活即將結(jié)束，在這四年里，我體會頗多。首先感謝所有老師，尤其是這四年來帶過我課的老師，沒有你們就沒有今天的我，你們不僅教會了我書本上的知識，而且還教會了我做人的道理。在這里，學(xué)生真誠的向你們說聲感謝。再次感謝農(nóng)機(jī)班的所有同學(xué)們，謝謝你們在平日里給我的幫助和照顧，祝愿你們在以后的工作和生活中都能一帆風(fēng)順！參考文獻(xiàn)1 吳子岳.核桃剝殼機(jī)的理論分析與試驗研究J,1996,19(2):96100.2 王高平.一種新型核桃加工設(shè)備的研究南方農(nóng)機(jī)J.2002,(02):113115.3 喬園園,史建新,董遠(yuǎn)德. 影響核桃殼仁脫離的主要因素農(nóng)機(jī)化研究J,2008,(04):4344.4 郗榮庭,劉夢軍.中國干果M.北京:中國林業(yè)出版社,2005,3437.5 史建新,辛動軍.國內(nèi)外核桃破殼取仁機(jī)械的現(xiàn)狀及問題探討新疆農(nóng)機(jī)化J,2001,(06). 6 辛動軍,史建新.核桃剝殼機(jī)導(dǎo)向裝置試驗研究J.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報,2001,(03). 7 袁巧霞.我國堅果脫殼機(jī)現(xiàn)狀及亟待解決的技術(shù)問題.農(nóng)機(jī)化研究J,2001,(03). 8 史建新,趙海軍,辛動軍.基于有限元分析的核桃脫殼技術(shù)研究J.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2002,(03). 9 吳子岳.綿核桃剝殼取仁機(jī)械的研究J.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,1995,(04):143145.10 史建新,辛動軍.國內(nèi)外核桃破殼取仁機(jī)械的現(xiàn)狀及問題探討J.新疆農(nóng)機(jī)化,2003,(03):5355.11 單輝祖.材料力學(xué)(第二版)M.高等教育出版社,2005:134150.12 吳宗澤.機(jī)械課程設(shè)計手冊M.高等教育出版社,2005:120131.13 濮良貴,紀(jì)名剛主編.機(jī)械設(shè)計第六版M.高等教育出版社,2001:151163.- 15 -塔里木大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告課題名稱 雙齒盤齒板式 核桃破殼機(jī)的設(shè)計 學(xué)生姓名 學(xué) 號 所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院 專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動化班 級 12-2 指導(dǎo)教師 起止時間 2011年12月-2012年6月 機(jī)械電氣化工程學(xué)院教務(wù)辦制1、課題來源及研究的目的和意義 核桃是我國重要的的經(jīng)濟(jì)作物，不僅對于農(nóng)村山區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義，而且可以美化環(huán)境，保護(hù)生態(tài)。核桃仁含有豐富的營養(yǎng)素，每百克含蛋白質(zhì)1520克，脂肪6070克，碳水化合物10克；并含有人體必需的鈣、磷、鐵等多種微量元素和礦物質(zhì)，以及胡蘿卜素、核黃素等多種維生素。核桃中所含脂肪的主要成分是亞油酸甘油脂，食后不但不會使膽固醇升高，還能減少腸道對膽固醇的吸收，因此，可作為高血壓、動脈硬化患者的滋補品。然而這么好的東西卻有一層堅硬的外殼包裹著，給人們的食用帶來很大的不便，尤其給機(jī)械化加工帶來很大困擾。這樣人們就想怎樣用機(jī)械快速，方便的使核桃破殼，并且分離出果仁。為了適應(yīng)核桃的機(jī)械化加工。人們就想到了研究核桃破殼機(jī)。核桃破殼取仁是核桃深加工的第一道工序， 而目前市售的核桃仁幾乎全部是手工砸取，勞動生產(chǎn)率極其低下，這就迫切需要設(shè)計生產(chǎn)出能進(jìn)行機(jī)械或半機(jī)械化加工的核桃破殼機(jī)， 以提高核桃剝殼取仁的生產(chǎn)效率。要研究核桃破殼機(jī)，首先我得查找有關(guān)核桃破殼機(jī)的文獻(xiàn)，找到國內(nèi)外核桃破殼機(jī)的研究現(xiàn)狀，分析核桃破殼機(jī)的優(yōu)劣，以及存在的問題，然后結(jié)合核桃破殼機(jī)存在的問題找到最佳的解決方法。其次得分析核桃的力學(xué)特性，找到最佳施力的方位。對核桃的力學(xué)特性進(jìn)行物理建模，確定采用什么樣的力學(xué)方式使核桃破殼。到底是碰撞式，還是擠壓式。還有就是，知道核桃應(yīng)幾點受力，哪幾點受力比較好。最后確定核桃破殼的物理方式，明確研究方案，定下研究院方向。核桃破殼取仁工藝嚴(yán)重制約著核桃繼續(xù)深加工以及核桃在種植產(chǎn)區(qū)的加工轉(zhuǎn)化。這是一項必須要解決的技術(shù)瓶頸，目前核桃破殼取仁主要由人工完成 ，生產(chǎn)率低、勞動強度大、成本高、衛(wèi)生條件差 ，由于敲擊的力度不易控制，破殼時核桃仁破碎率高 。人工破殼取仁難于滿足生產(chǎn)發(fā)展的要求 ，故研制高效破殼機(jī)已成當(dāng)務(wù)之急。由于雙齒盤齒板相互擠壓的方式集合了四點擠壓與滾動擠壓的優(yōu)點，破殼后能得到較多的高路仁， 并且核桃殼較碎， 有利于實現(xiàn)核桃的機(jī)械破殼， 破殼的綜合效果較好。所以有很高的研究價值，對核桃的機(jī)械化破殼，以及機(jī)械化加工具有重大意義。 2、本課題所涉及的問題在國內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析目前核桃核桃生產(chǎn)國中最有代表性、生產(chǎn)水平最高、市場占有份額最大的當(dāng)數(shù)美國。美國可謂核桃生產(chǎn)上年輕而又強大的王國。美國核桃采收的機(jī)械化程度很高，先是噴灑乙烯利(一種果實催熟藥劑)，然后用振落機(jī)采收，再用脫青皮機(jī)脫皮，用清洗機(jī)清洗，用烘干機(jī)烘干、利用冷庫進(jìn)行干燥處理和貯藏。如加工果仁，采用破殼機(jī)破殼，通過氣流分選機(jī)進(jìn)行殼仁分離，然后用分色機(jī)將果仁分為深色和淺色，再分出全仁和碎仁，最后分別稱重包裝銷售。由于美國的主栽品種只有強特勒、哈特利、希爾、維納、土萊爾、豪沃迪這 6 個，其品質(zhì)優(yōu)良，規(guī)格劃一，有利于機(jī)械化破殼，因此核桃破殼機(jī)在美國發(fā)展較早。主要的核桃破殼機(jī)類型有：Larry H. Hemry 研制的專利號為 6098530 機(jī)械式核桃破殼機(jī)。該機(jī)的主要結(jié)構(gòu)由機(jī)架、料斗、可調(diào)節(jié)定位板、破碎裝置、傳動機(jī)構(gòu)以及動力所組成。機(jī)械式核桃破殼機(jī)通過調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)定位板和破碎裝置間的間隙能夠適應(yīng)各類堅果的破殼。Kenneth R. Evans 研制的專利號為 4201126 核桃破殼機(jī)。該機(jī)主要由喂料斗、輸送裝置、破殼裝置和出料口等組成。工作時，由輸送裝置把待破殼的核桃從料箱運送到破殼裝置，然后對其進(jìn)行破殼。Clarence Lloyd Warmack 和 Barry Shawn Warmack等研制的專利號為 6516714 核桃破殼機(jī)。該機(jī)主要由機(jī)架、箱體、滾筒、旋轉(zhuǎn)破殼裝置和出料口等組成。該機(jī)可以成功有效地?fù)舸蚝颂覍⑵錃と史蛛x。John W. Brazil 發(fā)明的專利號為 4255855 核桃鉗。該鉗由把手、可調(diào)柱塞、夾頭、底座和固定套等組成。使用時，將核桃放置在底座上，然后通過操縱把手推動可調(diào)柱塞在固定套內(nèi)滑動，可調(diào)柱塞伸出從而使夾頭將核桃推到剛性砧底座上把核桃夾緊并破殼。Michael P. Filice，Robert Lemos 和 Robert P.Baker 等研制的專利號為 5325769 核桃破殼機(jī)。該機(jī)主要由機(jī)架、喂料斗、輸送裝置、擊打裝置和傳動裝置等組成。工作時，料箱中的核桃由輸送裝置逐一運送到擊打裝置，然后由凸輪控制擊打打頭將核桃殼打破使其殼仁分離。由于核桃品種繁雜，尺寸差異較大、形狀不規(guī)則、殼仁間隙小，所以校桃的破殼取仁難度較大。破殼后還需進(jìn)行殼仁分離。鑒于殼仁密度相差不大(約為o049em)，加之碎殼、碎仁上有許多毛刺，所以殼仁分離也有相當(dāng)難度。解決以上難題的方法就是將破殼取仁分解為分緩、導(dǎo)向、擠壓破殼(多點)、殼仁分離四部分，逐一加以解決。目前國內(nèi)核桃破殼取仁有以下幾種方法：離心碰撞式破殼法化學(xué)腐蝕法真空破殼取仁法超聲波破殼法定間隙擠壓破殼法。第一種方法，碎仁太多，所以應(yīng)用很少；第二種方法，由于在實際操作中不好控制，仁易受到腐蝕，處理不好還會造成環(huán)境的污染，因此人們不愿接受；第三、四種方法，設(shè)備昂貴，破殼成本高，且破殼效果不夠理想；只有第五種方法值得探索。國內(nèi)外研制的機(jī)械擠壓式核桃破殼機(jī)有多種，實現(xiàn)核桃破殼的結(jié)構(gòu)主要有：雙齒盤齒板式、對輥窩眼式、內(nèi)磨與外磨式、圓盤與圓盤式、圓盤與偏心弧板式、圓盤與直板式。對輥窩眼式能對大小不同的核桃進(jìn)行定距離擠壓。因此，根好地滿足了擠壓要求。同時擠壓時用窩眼抓取核桃，抓取可靠核桃擠壓時不易竄動。能進(jìn)行可靠的擠壓。為了便于核桃食品加工時的入味或使核桃易于剝食，該裝置能在核桃外殼上擠壓出多條裂紋。雖然這種破殼裝置在一定程度上減輕了手工剝殼的勞動強度，但還需進(jìn)行手工剝殼，因此不利于機(jī)械化規(guī)模生產(chǎn)。雙齒盤齒板式很好地滿足了“四點加壓”原理，而且實現(xiàn)了核桃的滾動擠壓，因此破裂效果好、碎仁率低。該裝置破殼取仁的性能指標(biāo)如下：最大生產(chǎn)辜為180kg/th，破殼率在90以上。高路仁率為7090，其中一路仁率為30一40。有利于實現(xiàn)核桃破殼的規(guī)?；a(chǎn)，可以有效提高核桃破殼的生產(chǎn)率。其原理都是利用擠壓破殼間距與核桃外形尺寸形成間距差，通過間距差使核桃殼破裂。通過分析得知目前研究的核桃破殼機(jī)結(jié)構(gòu)在控制間距差方面均不理想，因而破殼取仁效果較差。其中只有雙齒盤齒板式集合了四點擠壓與滾動擠壓的優(yōu)點，間距差的控制也比較方便。3、對課題所涉及的任務(wù)要求及實現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析 本課題所涉及的任務(wù)比較繁重，但是我們處在一個資源豐富的環(huán)境中，而且有老師和同學(xué)的幫助。由于核桃破殼機(jī)械，在國內(nèi)外的研究起步較晚，因此技術(shù)還不是很成熟，同時相關(guān)的學(xué)術(shù)報告也不是很豐富，因此我們應(yīng)該通過多種途徑試探性的研究設(shè)計，從不同的方向去設(shè)計構(gòu)思核桃破殼機(jī)械。查找相關(guān)文獻(xiàn)，進(jìn)行力學(xué)分析，數(shù)學(xué)建模。畫出結(jié)構(gòu)草圖，熟悉計算機(jī)制圖，畫出裝配圖。由于本課題采用的力學(xué)原理是利用擠壓方式使核桃破裂，所以對擠壓力要控制到恰到好處。其次，它的機(jī)械原理是利用擠壓破殼間距與核桃外形尺寸形成間距差，并且通過間距差使核桃殼破裂。所以對于間距差的控制也要反復(fù)實驗以達(dá)到最優(yōu)效果。由于該課題可以滿足核桃的四點擠壓，以及滾動擠壓，因此破裂效果好、碎仁率低,破殼率在90以上。只要將間距差控制到合理的范圍，那么此課題就可以滿足預(yù)期的目標(biāo)。實現(xiàn)其破殼率高，碎仁率低的優(yōu)點。所以本課題的任務(wù)是可以實現(xiàn)的，具有很好的可行性，而且所很有研究價值，有利于提高核桃機(jī)械破殼的生產(chǎn)率。4、本課題需要重點研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路；（1）核桃破殼機(jī)的力學(xué)原理莫過于擠壓、打砸了。但要做到使核桃殼破碎，脫落，而且不傷果仁，不使果仁粉碎，就需要將外力控制到恰倒好處，因此本課題的關(guān)鍵是怎樣將擠壓力控制好。并且使核桃實現(xiàn)完美的四點擠壓。概括總結(jié)出該機(jī)器的工作原理，根據(jù)工作原理，看需要什么機(jī)構(gòu)，幾個機(jī)構(gòu)；什么裝置，幾個裝置，不能重復(fù)，也不能缺少。且要實驗出合理的間距差。從而達(dá)到破殼率高，不傷果仁的效果。（2）傳動方案的設(shè)計 本課題關(guān)鍵是怎樣使擠壓力控制的恰到好處，并且使核桃實現(xiàn)完美的四點擠壓，而且要實驗出合理的間距差。從而達(dá)到破殼率高，不傷果仁的效果。而且使核桃殼較碎，利于實現(xiàn)殼仁分離。解決這些問題，首先我們要利用身邊的資源，廣泛的查找文獻(xiàn)，閱讀參考資料。進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，力學(xué)分析，并且反復(fù)試驗。以達(dá)到最佳的所設(shè)計的方案。所設(shè)計的方案必須要滿足核桃破殼機(jī)的各項工作性能要求。（3）關(guān)鍵零部件的設(shè)計 關(guān)鍵零部件直接影響著機(jī)器的性能，在設(shè)計的時候必須要結(jié)構(gòu)合理。所選的零件必須要經(jīng)過充分的試驗研究，每個零件結(jié)構(gòu)參數(shù)必須準(zhǔn)確5、完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法完成本課題需要相關(guān)的二維和三維制圖軟件，學(xué)校實驗室的電腦里面裝有這些軟件，可通過老師向?qū)W校借用。由于核桃品種繁雜 ，形狀不規(guī)則、 尺寸差異較大、殼仁間隙小、 殼完全破裂所要求的變形量大于殼仁間隙， 所以破殼取仁難度較大。 核桃仁與殼之間的空隙大 ，仁殼結(jié)合松懈 ，易剝殼分離 ，所以盡量選擇殼薄的核桃，這樣易于破出更多的整仁或半仁。核桃飽滿程度和均勻度對剝殼效果也會產(chǎn)生影響， 核桃粒度不均勻 ，剝殼設(shè)備最佳操作條件的確定困難， 使剝殼效率和粉末度無法達(dá)到最佳的平衡， 剝殼效果下降 。為提高剝殼效果， 可采取循環(huán)剝殼和二次剝殼的工藝 ，當(dāng)粒度相差大時 ，最好采取分級剝殼， 才能達(dá)到好的工藝效果。核桃水分含量對外殼的強度 、彈性和塑性以及仁的粉碎度都有直接影響。核桃的濕度要適中，一般情況下 ，核桃含水量越低 ，其外殼越脆， 剝殼時易破殼，但剝殼后混合物的粉末度增加。反之， 外殼的韌性好， 剝殼時的破殼率低 ，但剝殼后的整仁率提高。 在核桃剝殼時應(yīng)保持最適當(dāng)?shù)乃趾?，使外殼和仁具有最大彈性變形和塑性變形的差異，這樣一方面使外殼含水量低到使其具有最大的脆性更易破碎剝殼，另一方面又不致于使仁在機(jī)械外力作用下粉末度太大。因此，控制核桃剝殼時的最佳水分含量，對提高剝殼效率和減少粉末度都十分重要。試驗結(jié)果證明，核桃濕度 15%左右破殼較為合適。為了提高核桃的生產(chǎn)效率，應(yīng)該選擇合適的擠壓間隙，擠壓間隙過小，會造成過高的碎仁率，反之則會漏破或破殼不充分，要選擇合適的破殼姿態(tài)。要對核桃的大小進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆旨墸颂抑睆綉?yīng)服從正態(tài)分布 。再次，要使核桃順利的進(jìn)入擠壓間隙，這取決于破殼間隙大小以及與核桃接觸的情況，要使核桃擠壓破殼，核桃首先必須被夾住，然后卷入齒盤與齒板間的間隙，被擠壓破殼。6.完成本課題的工作方案及進(jìn)度計劃 第一周第三周 明確任務(wù)，對資料收集整理和研究，要充分的利用身邊的各種資源，如：網(wǎng)絡(luò)文獻(xiàn)、我校的圖書館中的于此設(shè)計相關(guān)的藏書、我校的數(shù)字圖書庫等。在這里面收集大量的相關(guān)文獻(xiàn)。仔細(xì)閱讀，尋找相關(guān)的知識，希望能從尋找和學(xué)習(xí)的過程中有所啟發(fā)。了解核桃破殼機(jī)的國內(nèi)外現(xiàn)狀，撰寫開題報告。第四周第五周 對所做課題進(jìn)行力學(xué)分析研究，進(jìn)行必要的數(shù)學(xué)建模。在遇到不懂得問題時，要積極聯(lián)系指導(dǎo)老師，虛心向指導(dǎo)老師求教，設(shè)計核桃破殼機(jī)的總體方案。第六周第九周 重新熟悉已經(jīng)學(xué)習(xí)過的相關(guān)作圖軟件，并且繪制草圖。做些主要部件的校核計算，爭取盡早的完成設(shè)計。對核桃破殼機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體的設(shè)計第十周第十二周 撰寫設(shè)計說明，對部分問題進(jìn)行修改，交指導(dǎo)老師并聽取修改意見，進(jìn)一步完善。第十三周第十四周 整理資料，撰寫畢業(yè)論文，準(zhǔn)備答辯。7.參考文獻(xiàn)1吳子岳.核桃剝殼的力學(xué)分析.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，1995，18(3):116-12 多輥擠壓式核桃破殼機(jī)的設(shè)計及試驗研究.董詩韓、史建新.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2011,34（1）：62 核桃生產(chǎn)加工利用研究的現(xiàn)狀與前景鐘海雁、李忠海、袁列江張余。4山核桃破殼機(jī)的設(shè)計陳娟、王衛(wèi)清，安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)5國內(nèi)外核桃破殼取仁機(jī)械的現(xiàn)狀及問題。史建新，幸動軍2001,06-0029-04。6核桃破殼取仁工藝及關(guān)鍵設(shè)備，李忠新，楊軍，2008,12-0027-03，農(nóng)機(jī)化研究。7核桃加工技術(shù)探討，錢向明，西部糧油科技，2002年第三期。學(xué)生簽名 年 月 日指導(dǎo)教師審閱意見指導(dǎo)教師簽名 年 月 日