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巴旦木脫青皮機(jī)的設(shè)計(jì)
陳艷敏
（塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院， 阿拉爾 843300）
摘要：巴旦木脫青皮機(jī)是對(duì)帶青皮的巴旦木進(jìn)行脫皮，本機(jī)的設(shè)計(jì)主要是針對(duì)眼下巴旦木產(chǎn)地的人工去青皮作業(yè)勞動(dòng)工期長(zhǎng)、用工量大等問(wèn)題，該機(jī)是采用螺旋篩筒式分離篩，螺旋形的脫皮葉片，可一次完成巴旦木的脫青皮與果皮分離作業(yè)。巴旦木的栽植著重位于喀什等地，種植史具有上千年，但是出于它的種植規(guī)模較小，就此它的發(fā)展沒(méi)有得到注重。巴旦木在生產(chǎn)長(zhǎng)河中的首要問(wèn)題就是巴旦木脫青皮，目前主要的傳統(tǒng)剝青皮的手段是人工脫青皮，但人工脫青皮具有很大的弊端，首要的就是增加了勞動(dòng)強(qiáng)度，人們?cè)陂L(zhǎng)期的工作過(guò)程中就會(huì)感到很累，而且長(zhǎng)期剝皮會(huì)對(duì)人體造成很大的傷害，手指會(huì)變得很臟，而且指甲會(huì)感到疼痛等，而且人工剝皮的作業(yè)工期長(zhǎng)，用工量較大，同時(shí)使生產(chǎn)成本變高，不能滿足機(jī)械化生產(chǎn)，因此設(shè)計(jì)一款合理的巴旦木脫青皮具有重要意義。根據(jù)巴旦木外形特征及脫皮特性進(jìn)行力學(xué)分析與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最終得出巴旦木脫青皮機(jī)合理可行的設(shè)計(jì)方案及參數(shù)。
關(guān)鍵詞：巴旦木；脫青皮；分離裝置；脫皮特性
中圖分類(lèi)號(hào):TD451 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
0引言
作為全球四大著名堅(jiān)果之一的巴旦木，也叫巴旦杏，其擁有非常高的補(bǔ)養(yǎng)值。全部堅(jiān)果中營(yíng)養(yǎng)價(jià)值最高的就是巴旦木，它的營(yíng)養(yǎng)值是同份量牛肉的6倍。巴旦木歸因于它得天獨(dú)厚的滋養(yǎng)價(jià)值和豐富的18種微量素將成為林果中的桂林一枝[1]。然而眼下我國(guó)的巴旦木深加工技術(shù)還未得到一定的發(fā)展，巴旦木在生產(chǎn)長(zhǎng)河中的首要問(wèn)題就是巴旦木脫青皮，目前的主要手段仍然是采用人工進(jìn)行脫青皮處理，然而巴旦木的成熟期是勞動(dòng)密集型工期，人力成本高，且工作效率極低，還不能滿足巴旦木機(jī)械化生產(chǎn)的需求，因此設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理的巴旦木脫青皮機(jī)勢(shì)在必行[2]。
以便解決當(dāng)前巴旦木人工脫青皮的一些問(wèn)題，如：勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作周期長(zhǎng)、用工量大等，因此研發(fā)了一款巴旦木脫青皮機(jī)，本機(jī)使用螺旋篩筒式的間隙設(shè)計(jì),可一下實(shí)現(xiàn)青皮和果皮分開(kāi)作業(yè)[3]。再者拆卸替換易損件十分方便，還添加了活門(mén)設(shè)計(jì)來(lái)解決堵塞等問(wèn)題。通過(guò)對(duì)巴旦木外形性狀與脫皮特性進(jìn)行力學(xué)分析和構(gòu)造設(shè)計(jì),最終可得到合理的參數(shù)和可行的設(shè)計(jì)方案的巴旦木脫青皮機(jī)[3-5]。
1巴旦木脫青皮機(jī)的設(shè)計(jì)
1.1整機(jī)的工作原理
作業(yè)時(shí)由動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)脫皮葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，從喂料斗落入送料腔的帶青皮巴旦木送人青皮分離篩與脫皮葉片構(gòu)成的脫皮空間內(nèi)，帶青皮的巴旦木在脫皮葉片的帶動(dòng)下相互揉搓摩擦同時(shí)與青皮分離篩內(nèi)壁和脫皮葉片摩擦，致使表面青皮剝離，剝離下來(lái)
的青皮從青皮分離篩的篩孔或縫隙中排出，脫皮后的巴旦木從出料口排出。
1.2 巴旦木脫青皮機(jī)的傳動(dòng)原理
電機(jī)與皮帶及皮帶輪組成本機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)，電機(jī)的選擇主要是依據(jù)傳動(dòng)過(guò)程中所需要的傳動(dòng)需求以及生產(chǎn)過(guò)程中是否具有節(jié)約成本的理念來(lái)進(jìn)行選取的。在傳動(dòng)比精度要求不太高的地方，鑒于皮帶傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)易，傳動(dòng)比較平穩(wěn)，同時(shí)造價(jià)比較低與緩沖吸振的好處，因此，可首要選則皮帶進(jìn)行傳動(dòng)。
在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，巴旦木脫青皮的機(jī)的動(dòng)力進(jìn)行傳遞，電機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，然后將動(dòng)力傳遞到軸上，依此來(lái)帶動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)，即完成巴旦木脫青皮機(jī)的傳動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)脫去巴旦木的青皮。
1.3巴旦木脫青皮機(jī)整機(jī)圖
1.行走輪 2.機(jī)架 3.電動(dòng)機(jī) 4.主動(dòng)皮帶輪
5.皮帶 6.從動(dòng)皮7. 料斗 8.分離篩擋板
9.螺旋脫皮葉片10.青皮分離篩11.出料口
圖1.1 巴旦木脫青皮機(jī)
2 主要部件的設(shè)計(jì)
2.1 螺旋脫皮葉片與篩筒壁間隙的設(shè)計(jì)
利用揉搓和擠壓的原理可以讓巴旦木空腔間進(jìn)行受理，進(jìn)而使青皮脫落，因此此的間距的大小可以根據(jù)所要分離巴旦木的尺寸大小來(lái)確定，其中間距要按照巴旦木的三維尺寸的最小尺寸為準(zhǔn)。
如果脫皮部件和篩筒壁的間隙過(guò)大時(shí)，青皮將不能夠進(jìn)行有效剝離，如果是過(guò)小的間距時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致巴旦木仁的破損率增大，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，故而設(shè)計(jì)一個(gè)合理的間距是十分重要的，帶青皮的巴旦木外形大小和去青皮的巴旦木的外形尺寸大小，及理論的青皮厚度值是確定此間距大小的依據(jù)，通過(guò)相關(guān)資料可知，該數(shù)據(jù)為一個(gè)區(qū)間值d:10mm-20mm.
圖2.1 分離篩與脫皮葉片間距圖
2.2 分離篩的設(shè)計(jì)
柵條間距是影響巴旦木含雜率的一個(gè)重要參數(shù)，不合適的間距將會(huì)就會(huì)造成巴旦木與青皮不能夠有效的分開(kāi)，巴旦木果實(shí)也很有可能會(huì)從縫隙中掉下來(lái)，根據(jù)資料查詢和試驗(yàn)結(jié)果表明：青皮厚度是5-9mm，所以柵條間距以5-9mm為宜。
通過(guò)資料查詢，最后確定了篩筒柵條的間距為7mm。
圖2.2 分離篩
2.3脫皮葉片的設(shè)計(jì)
在巴旦木脫青皮的過(guò)程中，要有適宜的強(qiáng)度，硬度，而且還需要一點(diǎn)的彈性，否則就會(huì)造成脫皮不凈，脫皮破損率高等問(wèn)題，同時(shí)剝好的巴旦木從出料口出來(lái)，因此將葉片設(shè)計(jì)成
螺旋形的葉片，外部要有3cm厚度的橡膠材料。
1.橡膠葉片 2.45鋼葉片 3.主軸 4.鍵
圖2.3 軸及脫皮葉片
3巴旦木脫青皮機(jī)傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)
3.1 電機(jī)的選擇
通過(guò)試驗(yàn)測(cè)量和資料查找可得出巴旦木脫青皮所需要的力約為5N，破巴旦木仁所需要的力約為7N.一顆帶青皮的巴旦木的重量大約是18g-22g,在這里取平均值為20g。通過(guò)資料查找可知，每個(gè)旋轉(zhuǎn)葉片之間的間距約9-11cm,在這里選取間距為10cm。
由于巴旦木脫青皮時(shí)受力比較復(fù)雜，所以取理想情況，根據(jù)動(dòng)能定理，則有：
（4-1）
（4-2）
上式中：m一單個(gè)帶青皮巴旦木平均質(zhì)量(kg)；
v一葉片線速度(m/s)；
n—葉片轉(zhuǎn)速(r/min);
D—葉片直徑（m);
F—葉片對(duì)巴旦木的打擊力(N);
⊿S一巴旦木受葉片沖擊相對(duì)位移(m); 根據(jù)巴旦木的破殼條件：F破青皮力＜F＜F破仁力
可以計(jì)算得出巴旦木脫青皮所需要的葉片的轉(zhuǎn)速約為270～320r/min，因此可選取取主軸的轉(zhuǎn)速是290r/min。
因此單個(gè)巴旦木脫青皮所需要的功率為：
（4-3）
由公式4-2可得葉片的線速度v：
（4-4）
所以功率為：
（4-5）
參考相關(guān)資料可知道該機(jī)具的生產(chǎn)率為：400kg/h,可以得出該脫青皮機(jī)單位時(shí)間可對(duì)0.11Kg的巴旦木進(jìn)行脫青皮，所以一次可破約6顆巴旦木，則所需總功率P總：
（4-6）
查閱相關(guān)資料可得出V帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比范圍為4～6，所以電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的合理范圍為：
（4-7）
（4-8）
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第4版可查出符合此條件的電機(jī)型號(hào)為YC8014。
4 結(jié) 論
本文是圍繞農(nóng)用機(jī)械產(chǎn)品——巴旦木脫青皮機(jī)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了巴旦木脫青皮的機(jī)械化。此機(jī)器使用后，改變了以前人工勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低的缺點(diǎn)，同時(shí)節(jié)約了廣大農(nóng)民群眾的勞動(dòng)時(shí)間，并增加了生產(chǎn)率與生產(chǎn)質(zhì)量。此巴旦木脫青皮機(jī)的研制滿足了大部分用戶的需要。該機(jī)器脫青皮率高，果仁的破碎率低，也解放了勞動(dòng)力，可實(shí)現(xiàn)去青皮的過(guò)程。
該機(jī)的關(guān)鍵部分是螺旋脫皮葉片結(jié)構(gòu)與青皮分離篩結(jié)構(gòu)，因?yàn)榘偷┠久撉嗥さ恼麄€(gè)過(guò)程都是由這兩部分完成的，剝出來(lái)的巴旦木能不能符合要求，完全是看螺旋脫皮葉片與青皮分離篩的性能能不能達(dá)到要求。經(jīng)理論分析，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中的結(jié)果主要有：
（1）在本機(jī)具的設(shè)計(jì)的過(guò)程中，把葉片設(shè)計(jì)成了螺旋的形狀，可以實(shí)現(xiàn)一邊剝皮，一邊輸送的作用。同時(shí)脫皮葉片的最外端加了一層橡膠的材料，可以使巴旦木脫青皮后的破損率較低。
（2）本機(jī)具在設(shè)計(jì)分離篩和葉片與分離篩形成的脫皮空間時(shí)，根據(jù)巴旦木的三圍尺寸和青皮的尺寸來(lái)設(shè)計(jì)篩筒的大小，來(lái)實(shí)現(xiàn)脫青皮的工作等。
（3）該裝置設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，剝青皮效果好，使用方便，生產(chǎn)效率高，降低了成產(chǎn)成本等。
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塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院畢業(yè)答辯畢業(yè)答辯 歡迎各位老師蒞臨！歡迎各位老師蒞臨！巴旦木脫青皮機(jī)的設(shè)計(jì)巴旦木脫青皮機(jī)的設(shè)計(jì) 學(xué) 生:陳艷敏 班 級(jí)：農(nóng)機(jī)16-2 學(xué) 號(hào)：8031212224 導(dǎo) 師：肖愛(ài)玲研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容1 12 23 34 4課題研究的目的及意義課題研究的目的及意義國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀分析國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀分析研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容工作原理及結(jié)構(gòu)工作原理及結(jié)構(gòu)5 5主要部件設(shè)計(jì)主要部件設(shè)計(jì)6 6創(chuàng)新與改進(jìn)創(chuàng)新與改進(jìn)課題研究的目的及意義課題研究的目的及意義目的：脫去巴旦木的青皮，解放人工，減輕體力勞動(dòng)。意義：脫青皮是巴旦木生產(chǎn)過(guò)程中第一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，目前主要手段是人工脫青皮，人工剝皮有很多缺點(diǎn)：(1)勞動(dòng)強(qiáng)度大（2）作業(yè)工期長(zhǎng)，用工量大（3）人力成本高，不能滿足機(jī)械化生產(chǎn)因此，設(shè)計(jì)一款巴旦木脫青皮機(jī)具有重要意義。國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀及分析國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀及分析 目前而言，巴旦木的去青皮傳統(tǒng)的方法是人工去青皮法。等果實(shí)自然成熟、青皮自然開(kāi)裂、果實(shí)脫落，靠人工剝離。缺點(diǎn)：生產(chǎn)率較低，每人的剝皮率約為10kg/h。研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容 本設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容主要有以下幾項(xiàng)：1.脫皮間距的設(shè)計(jì) 2.脫皮葉片的設(shè)計(jì) 3.分離篩的設(shè)計(jì) 工作原理及工作原理及結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)電機(jī)電機(jī)皮帶皮帶從動(dòng)帶輪從動(dòng)帶輪軸及葉片軸及葉片主動(dòng)帶輪主動(dòng)帶輪1.1.行走輪行走輪 2.2.機(jī)架機(jī)架 3.3.電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī) 4.4.主動(dòng)皮帶輪主動(dòng)皮帶輪 5.5.皮帶皮帶 6.6.從動(dòng)皮從動(dòng)皮7.7.料斗料斗 8.8.分離篩擋板分離篩擋板9.9.螺旋脫皮葉片螺旋脫皮葉片10.10.青皮分離篩青皮分離篩11.11.出料出料口口主要部件的設(shè)計(jì)主要部件的設(shè)計(jì) 1.1.脫皮間距脫皮間距的設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì) 脫皮葉片與分離篩內(nèi)壁的間距間距以巴旦木的三維尺寸中最小尺寸為準(zhǔn)。通過(guò)資料查詢可知，間距d約為10-20mm。2.脫皮葉片的設(shè)計(jì)脫皮葉片的設(shè)計(jì) 在巴旦木脫青皮的過(guò)程中，要有適宜的強(qiáng)度，硬度，而且還需要一點(diǎn)的彈性，否則就會(huì)造成脫皮不凈，脫皮破損率高等問(wèn)題，同時(shí)剝好的巴旦木從出料口出來(lái)，因此將葉片設(shè)計(jì)成螺旋形的葉片，外部要有3cm厚度的橡膠材料。1.橡膠葉片橡膠葉片 2.45號(hào)鋼葉片號(hào)鋼葉片 3.主軸主軸 4.鍵鍵 2.2.分離篩的設(shè)計(jì)分離篩的設(shè)計(jì) 柵條間距是影響巴旦木含雜率的一個(gè)重要參數(shù)，如果柵條間距不合適就會(huì)造成分離不徹底，或者巴旦木果實(shí)從柵條間隙掉落的現(xiàn)象，根據(jù)資料查詢得：青皮厚度是5-9mm，所以柵條間距以5-9mm為宜。通過(guò)資料查詢，最后確定了篩筒柵條的間距為7mm。創(chuàng)新創(chuàng)新與改進(jìn)與改進(jìn)(1)固定在主軸上的螺旋脫皮葉片外圈為橡膠材料等。(2)青皮分離篩之間的間距均勻。1.橡膠葉片橡膠葉片 2.45鋼葉片鋼葉片 3.主軸主軸 4.鍵鍵 誠(chéng)請(qǐng)各位老師誠(chéng)請(qǐng)各位老師批評(píng)批評(píng)指點(diǎn)！指點(diǎn)！
16 屆畢業(yè)論文
巴旦木脫青皮機(jī)的設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名 陳 艷 敏
學(xué) 號(hào) 8031212224
所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院
專(zhuān) 業(yè) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化
班 級(jí) 16-2
指導(dǎo)老師 肖愛(ài)玲
日 期 2016.05
塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院制
前 言
巴旦木的栽植著重位于喀什等地，種植史具有上千年，但是出于它的種植規(guī)模較小，就此它的發(fā)展沒(méi)有得到注重。巴旦木在生產(chǎn)長(zhǎng)河中的首要問(wèn)題就是巴旦木脫青皮，目前主要的傳統(tǒng)剝青皮的手段是人工脫青皮，但人工脫青皮具有很大的弊端，首要的就是增加了勞動(dòng)強(qiáng)度，人們?cè)陂L(zhǎng)期的工作過(guò)程中就會(huì)感到很累，而且長(zhǎng)期剝皮會(huì)對(duì)人體造成很大的傷害，手指會(huì)變得很臟，而且指甲會(huì)感到疼痛等，而且人工剝皮的作業(yè)工期長(zhǎng)，用工量較大，同時(shí)使生產(chǎn)成本變高，不能滿足機(jī)械化生產(chǎn)，因此設(shè)計(jì)一款合理的巴旦木脫青皮具有重要意義。
本設(shè)計(jì)主要是從動(dòng)力選型，動(dòng)力的傳動(dòng)部分，脫皮葉片的設(shè)計(jì)，分離篩的設(shè)計(jì)，機(jī)架的設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)的，其中脫皮葉片和分離篩是最主要的設(shè)計(jì)，通過(guò)設(shè)計(jì)合理的葉片和分離篩來(lái)實(shí)現(xiàn)更好的脫青皮的目的。該巴旦木脫青皮機(jī)的重要組成部分有機(jī)架，動(dòng)力結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)部分，主軸，螺旋脫皮葉片，青皮分離篩等，能夠快速高效率地完成脫皮。
關(guān)鍵詞：巴旦木；脫青皮；分離裝置；脫皮特性
目 錄
1引言 1
1.1 課題研究的目的與意義 1
1.2 國(guó)內(nèi)巴旦木脫青皮發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.3 國(guó)外研究現(xiàn)狀及分析 2
1.4課題重點(diǎn)研究的問(wèn)題及解決思路 2
1.5設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 2
1.6 工作條件及解決方法 3
2巴旦木脫青皮機(jī)總體結(jié)構(gòu) 3
2.1巴旦木脫青皮機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 3
2.2巴旦木脫青皮機(jī)原理 4
2.3巴旦木脫青皮機(jī)的傳動(dòng)原理 5
2.4巴旦木脫青皮機(jī)脫青皮受力分析 5
3 巴旦木脫青皮機(jī)主要零部件的設(shè)計(jì) 5
3.1 螺旋脫皮葉片與篩筒壁間隙的設(shè)計(jì) 5
3.2 分離篩的設(shè)計(jì) 6
3.4 支撐架設(shè)計(jì) 7
3.5機(jī)架的設(shè)計(jì) 8
4巴旦木脫青皮機(jī)傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì) 9
4.1 電機(jī)的選擇 9
4.2軸傳動(dòng)比的確定 10
4.3 V帶的確定 11
5軸組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核 14
結(jié) 論 16
致 謝 17
參考文獻(xiàn) 18
塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)
1引言
1.1 課題研究的目的與意義
作為全球四大著名堅(jiān)果之一的巴旦木，也叫巴旦杏，其擁有非常高的補(bǔ)養(yǎng)值。全部堅(jiān)果中營(yíng)養(yǎng)價(jià)值最高的就是巴旦木，它的營(yíng)養(yǎng)值是同份量牛肉的6倍。巴旦木歸因于它得天獨(dú)厚的滋養(yǎng)價(jià)值和豐富的18種微量素將成為林果中的桂林一枝[1]。然而眼下我國(guó)的巴旦木深加工技術(shù)還未得到一定的發(fā)展，巴旦木在生產(chǎn)長(zhǎng)河中的首要問(wèn)題就是巴旦木脫青皮，目前的主要手段仍然是采用人工進(jìn)行脫青皮處理，然而巴旦木的成熟期是勞動(dòng)密集型工期，人力成本高，且工作效率極低，還不能滿足巴旦木機(jī)械化生產(chǎn)的需求，因此設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理的巴旦木脫青皮機(jī)勢(shì)在必行[2]。
以便解決當(dāng)前巴旦木人工脫青皮的一些問(wèn)題，如：勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作周期長(zhǎng)、用工量大等，因此研發(fā)了一款巴旦木脫青皮機(jī)，本機(jī)使用螺旋篩筒式的間隙設(shè)計(jì),可一下實(shí)現(xiàn)青皮和果皮分開(kāi)作業(yè)。再者拆卸替換易損件十分方便，還添加了活門(mén)設(shè)計(jì)來(lái)解決堵塞等問(wèn)題。通過(guò)對(duì)巴旦木外形性狀與脫皮特性進(jìn)行力學(xué)分析和構(gòu)造設(shè)計(jì),最終可得到合理的參數(shù)和可行的設(shè)計(jì)方案的巴旦木脫青皮機(jī)[3-5]。
1.2 國(guó)內(nèi)巴旦木脫青皮發(fā)展現(xiàn)狀
喀什是巴旦木工廠所有者當(dāng)前區(qū)域匯集的地方，雖然歷史已經(jīng)發(fā)展了幾千年;對(duì)已種植巴旦木的關(guān)注一直不被看好，種植的情況比較少，全部剝離，復(fù)雜的破殼由手工完成，巴旦木去皮機(jī)仍處于發(fā)展的審判階段。隨著維吾爾自治區(qū)實(shí)施的林果的發(fā)展戰(zhàn)略，轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略江南農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)，巴旦木的種植殖已經(jīng)成為了樹(shù)果業(yè)的重要組成部分。“十二五”期間，種植面積和所有巴旦木的產(chǎn)量受到越來(lái)越多的巴旦木產(chǎn)業(yè)將成為該縣工業(yè)南部的中堅(jiān)力量。自從實(shí)行林果從粗放式向優(yōu)質(zhì)高效林果轉(zhuǎn)型后，巴旦木的產(chǎn)量將得到迅速增高，但由于巴旦木手工操縱效率低，脫青皮、破殼和去雜過(guò)程將很難得到良好的解決[6-8]。在這種發(fā)展情況下，巴旦木機(jī)械化收獲、去青皮、機(jī)械化破殼應(yīng)該獲得十分重視; 但是眼下還沒(méi)有合適的機(jī)器應(yīng)用在巴旦木收獲、脫皮、烘干和去殼的作業(yè)過(guò)程中。
目前脫青皮現(xiàn)狀：
就當(dāng)前而言，對(duì)地帶堅(jiān)果去青皮的研究基本上都匯集在核桃與巴旦木的去青皮上面，傳統(tǒng)的法子有:
(1) 人工脫青皮法。也就是當(dāng)巴旦木自然成熟后、青皮開(kāi)裂、果實(shí)墜落，依靠人工剝皮。但人工脫青皮會(huì)使生產(chǎn)率較低，生產(chǎn)成本較高，同時(shí)長(zhǎng)期工作會(huì)對(duì)人體造成很大的傷害，影響我們的身體健康。
(2)機(jī)械剝離法。使用鋼絲刷來(lái)刷青皮從而剝離青皮和毛刷清洗機(jī)為現(xiàn)有機(jī)械化剝離的主要方法的組合。美國(guó)核桃脫皮機(jī)在2004年首次被農(nóng)機(jī)所引進(jìn)到我國(guó)，為了解決此機(jī)存留下來(lái)的適應(yīng)性差的問(wèn)題，因此而研制了 6BXH－ 800 型核桃青皮剝離機(jī)，使用鋼絲刷刷掉核桃的青皮。但鑒于核桃是薄皮硬殼，在工作過(guò)程中存在有硬殼破損的問(wèn)題，故沒(méi)有獲得有效推行。但是此項(xiàng)技術(shù)不能用在巴旦木脫青皮上，由于核桃與巴旦木的物料特征的不同，使用之后將會(huì)導(dǎo)致巴旦木核的破碎率增加[10-11]。
當(dāng)前，巴旦木脫青皮的機(jī)械設(shè)施我在國(guó)還未研制出來(lái)，也沒(méi)有相關(guān)的文獻(xiàn)材料可以運(yùn)用在巴旦木脫青皮的研究方面。由于農(nóng)牧局在2013年提供了支援，一款巴旦木脫青皮機(jī)在農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)機(jī)的研究下誕生了，通過(guò)使用擠壓和揉搓的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)巴旦木脫青皮工作。
1.3 國(guó)外研究現(xiàn)狀及分析
美國(guó)巴旦木的產(chǎn)量始終位居全球巴旦木生產(chǎn)和栽種的首位，直到當(dāng)前的29.1萬(wàn) hm2，產(chǎn)量是全球總產(chǎn)量的56.2%，重要的是商品的總價(jià)值達(dá)到了38.7億美元，平均單產(chǎn)是世界第一(4.85t/ hm2)，也是我國(guó)平均單產(chǎn)(3.1 t/ hm2)的1.56 倍。
在巴旦木栽植、品種改良、開(kāi)發(fā)方面美國(guó)不僅僅看中高新生物技術(shù)，還非常重視巴旦木機(jī)械化生產(chǎn)與加工，實(shí)現(xiàn)了一套完整的巴旦木機(jī)械化生產(chǎn)。
其關(guān)鍵過(guò)程是為: 首先進(jìn)行田間管理機(jī)械化，比如進(jìn)行施肥、剪枝等過(guò)程 、然后收獲機(jī)械化、接著進(jìn)行脫青皮、干燥、儲(chǔ)藏等工作。以便不減低巴旦木果仁內(nèi)部的品質(zhì)，巴旦木的收獲和脫青皮的有關(guān)環(huán)節(jié)都嚴(yán)格遵照了美國(guó)巴旦木協(xié)會(huì)規(guī)定的工藝標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行操作與檢驗(yàn)[3]。
目前，巴旦木全程機(jī)械化的田間作業(yè)已經(jīng)在美國(guó)落實(shí)，田間收獲通過(guò)大型機(jī)械化完成，脫青皮不僅僅是單一的作業(yè)過(guò)程。美國(guó)巴旦木機(jī)械化收獲過(guò)程是: 首先使用振動(dòng)式收獲機(jī);使巴旦木從樹(shù)上震落，集成條鋪放在田間，待巴旦木的水分減少到一定程度時(shí)，青皮與硬殼之間的黏結(jié)力就會(huì)變小，然后由撿拾機(jī)進(jìn)行撿拾; 之后輸送的過(guò)程中，可使巴旦木青皮脫落，然后利用風(fēng)選，把那些夾雜在巴旦木間的草、葉、青皮等雜質(zhì)去除，最后由集料箱把去雜后的巴旦木收集起來(lái)，這樣就完成了巴旦木的田間收獲工作。巴旦木脫青皮機(jī)，目前在小型農(nóng)場(chǎng)主加工方面使用的比較多 [11]。
1.4課題重點(diǎn)研究的問(wèn)題及解決思路
(1)提出原有巴旦木脫青皮機(jī)的缺點(diǎn),并優(yōu)化設(shè)計(jì)各部分，做出合理的方案；
(2)首先弄清楚該機(jī)器的基本原理；
(3)接著對(duì)該機(jī)器的動(dòng)力來(lái)源 ,傳動(dòng)方式, 輸送方式和分離部分進(jìn)行分析研究；
(4)查找資料對(duì)主要部件的設(shè)計(jì)，計(jì)算和選用。
1.5設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
該裝置運(yùn)用摩擦，揉搓等原理使巴旦木青皮和果仁分離。整個(gè)機(jī)器的工作過(guò)程包括運(yùn)動(dòng)學(xué)，動(dòng)力學(xué)等，通過(guò)電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，工作時(shí)通過(guò)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)驅(qū)動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，接著帶動(dòng)螺旋型脫皮葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，然后帶青皮的巴旦木將由喂料斗落入送料腔，然后到脫皮空間內(nèi)，之后旋轉(zhuǎn)葉片與帶青皮的巴旦木相互揉搓摩擦，同時(shí)也與分離篩內(nèi)壁和脫皮葉片摩擦，進(jìn)而把青皮剝離，青皮從篩孔和隙縫中排出，脫皮后的巴旦木從出料口排出。該機(jī)器的主要組成機(jī)構(gòu)是機(jī)架，動(dòng)力系統(tǒng)，傳動(dòng)部分，主軸等，能快速高效率地完成脫皮，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率等[11]。
本課題重點(diǎn)研究核桃采摘巴旦木脫青皮機(jī)的傳動(dòng)裝置，輸送裝置及分離裝置。
（1）查閱有關(guān)資料選擇相關(guān)參數(shù)及材料,設(shè)計(jì)各部分裝置；
（2）設(shè)計(jì)完各零部件后，進(jìn)行裝配組合，試驗(yàn)設(shè)計(jì)的可靠性；
（3）運(yùn)用三維軟件，繪制三維零件圖和裝配圖；
（4）運(yùn)用三維軟件完成整機(jī)和各零部件的三維建模并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。
1.6 工作條件及解決方法
現(xiàn)在機(jī)械化生產(chǎn)的加速發(fā)展，目前已經(jīng)有很多機(jī)械制造廠在生產(chǎn)脫青皮機(jī)，我們可以在原有的破青皮機(jī)上進(jìn)行改造和優(yōu)化，已達(dá)到更好的工作性能。我們可以參照核桃脫青皮機(jī)和杏仁破殼機(jī)等機(jī)器進(jìn)行設(shè)計(jì)巴旦木脫青皮機(jī)。
巴旦木脫青皮機(jī)的結(jié)構(gòu)應(yīng)在已有堅(jiān)果脫青皮機(jī)的基礎(chǔ)上改進(jìn)，但必須保持脫青皮機(jī)所具有的工作性能，保證能夠滿足脫青皮率，分離率等要求。在巴旦木脫青皮機(jī)的設(shè)計(jì)時(shí)，可參考各類(lèi)脫青皮機(jī)的工作原理，對(duì)其結(jié)構(gòu)分析，找出符合要求的脫青皮機(jī)的類(lèi)型。
2巴旦木脫青皮機(jī)總體結(jié)構(gòu)
2.1巴旦木脫青皮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)
機(jī)架、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、主軸、送料腔、喂料斗、青皮分離篩、脫皮葉片、出料口等是巴旦木脫青皮機(jī)的主要組成部分。
本機(jī)的核心部件主要是青皮分離篩及其內(nèi)部的轉(zhuǎn)動(dòng)部件，葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)形成的螺旋空間推動(dòng)巴旦木物料向出料口方向移動(dòng)。巴旦木青皮在脫皮葉片邊緣與分離篩內(nèi)壁組成的空腔中進(jìn)行擠壓揉搓，從而把巴旦木的青皮脫去。
巴旦木脫青皮機(jī)機(jī)的總體方案圖如下圖所示：
1.行走輪 2.機(jī)架 3.電動(dòng)機(jī) 4.主動(dòng)皮帶輪 5. 皮帶 6.從動(dòng)皮帶輪
7. 料斗 8.分離篩擋板9.螺旋脫皮葉片10. 青皮分離篩11.出料口
圖2-1(a) 巴旦木脫青皮機(jī)
巴旦木脫青皮機(jī)整體結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。
1.行走輪 2.機(jī)架3.電動(dòng)機(jī) 4.皮帶輪護(hù)罩 5. 分離篩擋板6.喂料斗
7. 螺旋脫皮葉片 8.主軸及軸承組件 9.出料口10. 青皮分離篩
圖2-1(b) 巴旦木脫青皮機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
2.2巴旦木脫青皮機(jī)原理
巴旦木破殼分離機(jī)的工作原理如上圖圖2-2所示：
在進(jìn)行脫皮作業(yè)時(shí)由主軸的旋轉(zhuǎn)是由動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，同時(shí)螺旋型葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，然后帶青皮的巴旦木由料斗送入料腔，再到脫皮空間內(nèi)，之后利用相互揉搓摩擦的原理對(duì)帶青皮的巴旦木施加力，然后將青皮剝下，之后從篩孔和隙縫可以把剝掉的青皮排出到地面，出料口把脫好的巴旦木輸送出來(lái)。
2.3巴旦木脫青皮機(jī)的傳動(dòng)原理
電機(jī)與皮帶及皮帶輪組成本機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)，電機(jī)的選擇主要是依據(jù)傳動(dòng)過(guò)程中所需要的傳動(dòng)需求以及生產(chǎn)過(guò)程中是否具有節(jié)約成本的理念來(lái)進(jìn)行選取的。在傳動(dòng)比精度要求不太高的地方，鑒于皮帶傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)易，傳動(dòng)比較平穩(wěn)，同時(shí)造價(jià)比較低與緩沖吸振的好處，因此，可首要選則皮帶進(jìn)行傳動(dòng)。
在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，巴旦木脫青皮的機(jī)的動(dòng)力進(jìn)行傳遞，電機(jī)帶動(dòng)主動(dòng)皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，然后將動(dòng)力傳遞到軸上，依此來(lái)帶動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)，即完成巴旦木脫青皮機(jī)的傳動(dòng)，最終實(shí)現(xiàn)脫去巴旦木的青皮。
2.4巴旦木脫青皮機(jī)脫青皮受力分析
帶青皮的巴旦木在脫皮過(guò)程中主要受兩組力：其中一組是脫皮葉片作用在帶青皮巴旦木上的擠壓力F擠，此力可分解成摩擦力f1和壓力F1；另一組是篩筒壁作用在青皮巴旦木上的支撐力F支，此力也可以分解成摩擦力f2和支力F2。
通過(guò)這兩組力的擠壓與揉搓可以使青皮和巴旦木果實(shí)進(jìn)行分離，然后破碎后的青皮將從分離篩篩孔掉落。
3 巴旦木脫青皮機(jī)主要零部件的設(shè)計(jì)
3.1 螺旋脫皮葉片與篩筒壁間隙的設(shè)計(jì)
脫皮葉片隨著主軸旋轉(zhuǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中通過(guò)螺旋葉片來(lái)帶動(dòng)巴旦木物料向出口方向移動(dòng)。由于巴旦木是在脫皮葉片邊緣和分離篩內(nèi)壁組成的空腔間進(jìn)行揉搓和擠壓，進(jìn)而使青皮脫落，因此脫皮葉片和分離篩內(nèi)壁的間距大小可以根據(jù)所要分離巴旦木的尺寸大小來(lái)確定，其中間距要按照巴旦木的三維尺寸的最小尺寸為準(zhǔn)。
篩筒間隙是影響巴旦木破損率和脫凈率的一個(gè)主要參數(shù)，如果脫皮部件和篩筒壁的間隙過(guò)大時(shí)，青皮將不能夠進(jìn)行有效剝離，如果是過(guò)小的間距時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致巴旦木仁的破損率增大，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，故而設(shè)計(jì)一個(gè)合理的間距是十分重要的，帶青皮的巴旦木外形大小和去青皮的巴旦木的外形尺寸大小，及理論的青皮厚度值是確定此間距大小的依據(jù)，通過(guò)相關(guān)資料可知，該數(shù)據(jù)為一個(gè)區(qū)間值d:10mm-20mm.在這里選取d為15mm。
圖3-1 脫皮葉片與篩筒壁間隙圖
3.2 分離篩的設(shè)計(jì)
柵條間距是影響巴旦木含雜率的一個(gè)重要參數(shù)，不合適的間距將會(huì)就會(huì)造成巴旦木與青皮不能夠有效的分開(kāi)，巴旦木果實(shí)也很有可能會(huì)從縫隙中掉下來(lái)，根據(jù)資料查詢和試驗(yàn)結(jié)果表明：青皮厚度是5-9mm，所以柵條間距以5-9mm為宜。
通過(guò)資料查詢，最后確定了篩筒柵條的間距為7mm。在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)除了間隙的確定之外，圓鋼尺寸的不同來(lái)作為柵條材料，對(duì)巴旦木脫青皮的效果也有一定的影響，通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比后，選擇直徑為8的圓鋼作為柵條材料。此間距與柵條圓鋼尺寸還可以同時(shí)應(yīng)用在其他品種的青皮脫離作業(yè)過(guò)程中，并且果實(shí)與青皮的分離效果均比較好。
圖3-2 分離篩
由于該機(jī)具在工作過(guò)程中的效率較高，為了防止在工作過(guò)程中發(fā)生堵塞狀態(tài)，因此，特意在此次設(shè)計(jì)中增添了活門(mén)篩的設(shè)計(jì)，這樣保證了發(fā)生堵塞時(shí)可以更好，更便利的把堵塞的巴旦木給拿掉，更便于后續(xù)的工作，同時(shí)也減少了危險(xiǎn)性。
圖3-3 活門(mén)篩
3.4 支撐架設(shè)計(jì)
在螺旋脫皮葉片上設(shè)置了一支撐架，支撐架材料選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。支撐架主要起到連接和支撐螺旋脫皮葉片的作用，支撐架焊接在滾軸上，依此來(lái)實(shí)現(xiàn)連接和支撐的作用。
圖3-4 支撐架
3.5機(jī)架的設(shè)計(jì)
承載全部巴旦木脫青皮機(jī)的載體就是機(jī)架，它是一種大型的部件，尺寸與整個(gè)巴旦木脫青皮機(jī)的尺寸相互聯(lián)系。同時(shí)由于分離篩和螺旋脫皮葉片處于重要位置，因此它的整個(gè)重量分配以及平衡點(diǎn)需要考慮。
圖3-5（a) 機(jī)架三維圖
圖3-5（b) 機(jī)架二維圖
若機(jī)架很大將會(huì)影響整機(jī)的大小、重量等，穩(wěn)定性也會(huì)得不到好的控制，如果機(jī)架尺寸太小，那么不但不能滿足脫青皮的任務(wù)同時(shí)也會(huì)對(duì)整個(gè)脫青皮的效率造成巨大影響，從重量因素上考慮的話，機(jī)架過(guò)重的話那么整機(jī)也會(huì)過(guò)重，對(duì)牽引的要求就會(huì)增加。機(jī)架對(duì)底座的高度也要與巴旦木脫青皮機(jī)整體外觀尺寸進(jìn)行匹配設(shè)計(jì)。
通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比和收獲機(jī)尺寸考慮，確定機(jī)架長(zhǎng)1640mm，寬810mm，800mm采用60×60mm的方管進(jìn)行焊接成型。
4巴旦木脫青皮機(jī)傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)
4.1 電機(jī)的選擇
通過(guò)試驗(yàn)測(cè)量和資料查找可得出巴旦木脫青皮所需要的力約為5N，破巴旦木仁所需要的力約為7N.一顆帶青皮的巴旦木的重量大約是18g-22g,在這里取平均值為20g。通過(guò)資料查找可知，每個(gè)旋轉(zhuǎn)葉片之間的間距約9-11cm,在這里選取間距為10cm。
由于巴旦木脫青皮時(shí)受力比較復(fù)雜，所以取理想情況，根據(jù)動(dòng)能定理，則有：
（4-1）
（4-2）
其中上式中:m —單個(gè)帶青皮巴旦木平均質(zhì)量(kg)；
v—葉片線速度(m/s)；
n—葉片轉(zhuǎn)速(r/min);
D—葉片直徑（m);
F—葉片對(duì)巴旦木的打擊力(N);
⊿S—巴旦木受葉片沖擊的相對(duì)位移(m);
根據(jù)巴旦木的破殼條件：破青皮力＜F＜破仁力
可以計(jì)算得出巴旦木脫青皮所需要的葉片的轉(zhuǎn)速約為270～320r/min，因此可選取取主軸的轉(zhuǎn)速是290r/min。
因此單個(gè)巴旦木脫青皮所需要的功率為：
（4-3）
由公式4-2可得葉片的線速度v：
（4-4）
所以功率為：
（4-5）
參考相關(guān)資料可知道該機(jī)具的生產(chǎn)率為：400kg/h,可以得出該脫青皮機(jī)單位時(shí)間可對(duì)0.11Kg的巴旦木進(jìn)行脫青皮，所以一次可破約6顆巴旦木，則所需總功率P總：
（4-6）
查閱相關(guān)資料可得出V帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比范圍為4～6，所以電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的合理范圍為：
（4-7）
（4-8）
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第4版可查出符合此條件的電機(jī)型號(hào)為YC8014，它主要的性能如下表2-1所示：
表4-1 電機(jī)參數(shù)
電機(jī)型號(hào) 額定功率（W） 滿載轉(zhuǎn)速（r/min） 電機(jī)質(zhì)量（kg）
YC8014 250 1400 14
4.2軸傳動(dòng)比的確定
（1）總傳動(dòng)比為：
（4-9）
所以由此可以取出V帶的傳動(dòng)比，初步取i=4.8。
因此傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)與參數(shù)計(jì)算如下：
軸的轉(zhuǎn)速為：
軸的輸入功率為：
（4-10）
上式中： p1——傳遞到第一級(jí)皮帶上的功率（kW）；
——帶的傳遞效率；
——軸承的傳遞效率；
經(jīng)過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)和已知的數(shù)據(jù)可得：
將數(shù)據(jù)代入公式（4-10）可得軸上的輸入功率為：
根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式 計(jì)算出軸的轉(zhuǎn)矩為：
4.3 V帶的確定
由于該機(jī)器中的皮帶是用來(lái)傳遞電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力的，因此所選取的皮帶的型號(hào)必須要能夠承受的住傳遞的動(dòng)力。
已知電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，動(dòng)力通過(guò)帶輪傳遞到帶有螺旋脫皮葉片的軸上，由于在帶傳動(dòng)過(guò)程中有功率的消耗，因此可以算出從電動(dòng)機(jī)里出來(lái)的動(dòng)力傳遞到皮帶上時(shí)的動(dòng)力有多大。
傳遞到皮帶上的功率為：
（4-11）
式中：P——傳遞到皮帶上的功率（kW）；
P1——電機(jī)的功率（kW）；
——帶的傳遞效率。
經(jīng)過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)和已知可得數(shù)據(jù)：
將數(shù)據(jù)代入公式（4-11）得：
（4-12） 經(jīng)過(guò)計(jì)算得到從電動(dòng)機(jī)里傳遞出的功率通過(guò)第一級(jí)帶輪的功率為0.23kW，因此可以挑選適合的皮帶來(lái)實(shí)現(xiàn)傳遞動(dòng)力的工作。
假如以每天工作時(shí)間10h來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)：
（1）確定計(jì)算功率Pca：
通過(guò)查找機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第五版表13-8可得:
工作情況系數(shù)KA=1.1
（4-13）
（2）選擇V帶型號(hào)：
根據(jù)、n電機(jī) ，從機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第五版里圖13-15中可以查出最適合的帶型為z型。
(3)確定大，小帶輪基準(zhǔn)直徑d2,d1：
通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第五版的表13-9可知，d1應(yīng)該大于等于50mm，然后可從主動(dòng)輪的基準(zhǔn)直徑系中可以選取d1=71mm，因此從動(dòng)輪的基準(zhǔn)直徑d2為:
（4-14）
(4)驗(yàn)算帶的速度 :
（4-15）
因此所選帶的速度合適
(5)確定中心距a和v帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld：
初步選取中心距為：
（4-16）
可取,符合，即 287.7mm
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