風選式核桃殼仁分離機設(shè)計【說明書+CAD+SOLIDWORKS】

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風選式核桃殼仁分離機設(shè)計 1.緒論 1.1選題的意義和目的 目前中國是世界上核桃栽培面積最大的國家，全國24個省(區(qū))都有栽培和分布，面積和產(chǎn)量均己居世界首位。是我國主產(chǎn)核桃的基地之一，種植歷史悠久，品種資源豐富，主要分布在天山以南氣候與土壤等自然條件很適宜種植的阿克蘇、巴州與喀什等地區(qū)，種植面積已經(jīng)達到300萬畝。隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和核桃種植方式的調(diào)整，核桃已經(jīng)成為農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展的特色經(jīng)濟作物之一，也是近年來南疆林果業(yè)中發(fā)展速度最快的樹種，且產(chǎn)量逐年遞增。但是我們不能僅僅依靠賣原料來增加收入，而要走農(nóng)產(chǎn)品深加工路線。主要的路線有一是取仁加工成飲料或乳制品;二是制作成核桃油或開發(fā)核桃殼以提高核桃的附加值。因此如何對核桃進行深加工，如何提高其經(jīng)濟效益，使農(nóng)民更快致富等問題就凸顯出來。 目前國內(nèi)市場上出售的核桃仁大部分是靠手工砸取，勞動生產(chǎn)率非常低下，同時還造成了核桃仁的衛(wèi)生狀況難以達標以及核桃殼的浪費。機械化核桃破殼取仁，不僅可使核桃原料升值，還可回收核桃殼，避免了零售帶殼核桃造成的核桃殼浪費。核桃殼可以制成活性碳、過濾器中的濾料和堵漏材料等，因此加工核桃殼可使核桃再升值?？墒菄鴥?nèi)核桃加工技術(shù)裝備的研制現(xiàn)仍處于起步階段，核桃初加工方面的成型機器還幾乎是空白。因此，加快核桃初加工設(shè)備的研制迫在眉睫。 對破殼后的核桃殼仁進行分離是核桃進行深加工前的一個重要處理工序。然而目前國內(nèi)尚無成熟的核桃殼仁分離機應用于實際生產(chǎn)，企業(yè)主要還是通過手工撿取的方法來解決核桃殼仁分離問題。此方法不僅費時費力、效率低、勞動強度大，而且還極易造成核桃仁的污染，阻礙了核桃仁產(chǎn)品檔次的提高，降低了核桃的綜合利用能力，制約了核桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。這就迫切需要研制出一種結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，分離效果理想的核桃殼仁分離機。 為了達到較好的核桃殼、仁分離效果，本課題依據(jù)許多農(nóng)產(chǎn)品加工的篩分效果，選取風選法對此進行試驗研究。 1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 為了對堅果果實進行深加工，提高果實的經(jīng)濟價值和附屬產(chǎn)品的競爭力，堅果經(jīng)破殼后都要進行殼仁分離。在發(fā)達國家，農(nóng)業(yè)機械化程度很高，農(nóng)產(chǎn)品都走深加工模式，因此發(fā)達國家對堅果殼仁分離及殼仁的后續(xù)加工非常重視，但是專門為核桃殼仁分離而設(shè)計的機械并不多見。由于核桃和大多數(shù)堅果一樣，外邊為類似球體，且外殼比較堅硬，因此現(xiàn)對國內(nèi)堅果主要方法有帶式殼仁分離發(fā)，物理特性法。伴隨著核桃種植面積和核桃產(chǎn)量的快速增加，核桃深加工在我國也已受到廣泛關(guān)注。目前我國已經(jīng)研制開發(fā)出了一些桃初加工機械，但是其機械化的發(fā)展相對還是比較緩慢，能進行大批量生產(chǎn)的成熟機型不多，遠遠不能滿足實際生產(chǎn)的需求。對現(xiàn)有的由周杰申請的專利號為 87105056的松子殼仁分離方法及其裝置，采用靜電吸附原理，利用循環(huán)運動的靜電分離板與電源接通或斷開，產(chǎn)或消失靜電場，達到松子殼、仁分離的目的。為使用該方法而制成的分離裝置一旋轉(zhuǎn)微振動篩和殼仁分離機，不僅能有效地將殼仁進行分離，減輕勞動強度，而且能夠充分保證松子仁的表面質(zhì)量，同時還應用于分離棒子的殼仁。史建新、宋玲申請的專利號為200910113589.5的堅果殼仁分離裝置，主要有二次破殼裝置、殼仁分選裝置和機架等組成。工作時，破殼后的核桃經(jīng)過破殼滾筒進行二次破殼，然后進入分選裝置，利用殼與仁單體質(zhì)量的區(qū)別由風機給風使殼與仁分離。李忠新，楊軍等申請的專利號為200810072908.8的核桃殼仁分離機，主要包括電機、鏈輪、絲杠調(diào)距器、出料斗等。減速電機通過雙排鏈輪分配到兩處，一處用來驅(qū)動分離環(huán)轉(zhuǎn)動;另一處用來驅(qū)動中心軸轉(zhuǎn)動。經(jīng)過破殼的核桃進入殼仁分離環(huán)體后，環(huán)體的轉(zhuǎn)動下，殼仁體不斷被拋送到一定高度后自由下落，下落時被繞中心軸轉(zhuǎn)動的螺旋釘齒不斷敲擊、碰撞，將結(jié)合的殼仁分離開來，并將大殼輸送到大殼出料斗內(nèi)。通過絲杠調(diào)距器可調(diào)節(jié)合適的分離環(huán)間隙，使核桃仁在該間隙下以最佳的效果全部漏下，后收集到集料斗內(nèi)，完成殼仁分離的過程。 1.3存在問題 目前許多科研人員對核桃初加工機械的機理及設(shè)備做了大量的研究和分析，也取得了很多的成果，但是在核桃殼仁分離裝置方面的研究還比較少。要想達到核桃殼仁分離的預期效果只能借鑒其它物料的篩分規(guī)律，針對核桃殼仁做相應的基礎(chǔ)性研究，找出最佳方案，因此主要存在以下幾個方面的問題: (1) 我國核桃生產(chǎn)量大、品種多，不同品種的核桃形狀、殼的厚度、內(nèi)隔和內(nèi)褶的面積大小差別比較大，例如的核桃品種扎343、溫185、新新2等大都是長圓形，外表呈橢球狀，內(nèi)隔和內(nèi)褶都比較少;而云南的山核桃是扁圓形的，外殼堅硬，內(nèi)隔比較多。內(nèi)隔和內(nèi)褶多的核桃品種，其夾層較多，核桃仁卡在殼中不易取出，為后續(xù)的核桃殼仁分離帶來一定的困難。 (2)尚未對破殼后的核桃物料進行深入的研究 己研制的核桃破殼機大都采用定間隙多點擠壓或擊打方式使核桃果殼在機械外力作用下裂或破壞，為了追求較高的高路仁率，其破殼率就要降低。同時核桃進入擠壓空間的姿態(tài)不易控制，核桃沿縫合線處的粘合力較小，因此采用擠壓或擊打方式破殼，尤其是擠壓方式，所產(chǎn)生的半截核桃(核桃沿縫合線破開，夾層未破，仁仍然卡在殼中)和破開不完全核桃(核桃外殼只裂一小口，幾乎未被破開)較多，如圖1-2，圖1-3所示。因此破殼后的核桃物料由四種物料組成:半截核桃、破開不完全核桃、核桃殼與核桃仁，如圖1-4所示。為了后續(xù)核桃仁的加工以及半截核桃與破開不完全核桃的二次破殼，在將核桃殼分離出的同時，也必須將半截核桃、破開不完全核桃與核桃仁彼此分離開。但是現(xiàn)有的核桃風選裝置只是將破碎的核桃殼分選出，對后續(xù)核桃仁、半截核桃和破開不完全核桃的分離并沒有做分析研究。 圖1-2半截核桃 采用擠壓或擊打方式破殼，尤其是擠壓方式，所產(chǎn)生的半截核桃(核桃沿縫合線破開，夾層未破，仁仍然卡在殼中)和破開不完全核桃(核桃外殼只裂一小口，幾乎未被破開)較多. 圖1-3破開不完全的核桃 圖1-4核桃物料 (3) 目前國內(nèi)外尚未對破殼后核桃物料的形狀、物理機械性能以及在分離過程中核桃仁的損失做分析研究在殼仁的分離過程中，核桃仁因受到外力的作用，就會產(chǎn)生破碎或表皮磨損的現(xiàn)象。磨損掉的核桃仁是沒有辦法被回收的，從而造成核桃仁的浪費。而目前國內(nèi)外研究人員核挑殼仁分離機的設(shè)計及試驗研究主要還是研究核桃的初加工機械，而對在加工過程中核桃仁的損失還沒有做研究。雖然篩分法在其它谷物或物料中的應用較為普遍，但是用此方法進行核桃殼仁分離時，在如何選取適合的振動篩參數(shù)，盡量減少核桃仁的損失方面還是存在一定的難度。 2.破殼后的核桃物料特性研究 核桃物料的形態(tài)參數(shù)、物理機械特性參數(shù)以及空氣動力特性參數(shù)是篩分式核桃物料 分離機最原始的設(shè)計依據(jù)。通過對這些外形參數(shù)的研究與測定，尋找出每種物料的外形 特征，為后續(xù)的核桃殼仁分離機的設(shè)計和優(yōu)化提供實踐基礎(chǔ)。本研究中測定的核桃品種 為在種植面積最大的三種核桃，分別為溫185、扎343與新新2。 圖2-1薄皮核桃品種 新新2號由林業(yè)廳等自新和縣實生樹中選育而成，1990年定名。主要在阿克蘇、喀什等地發(fā)展栽培。品種特點：樹勢中等，樹姿開張。發(fā)枝力中等，果枝率100%，果枝平均坐果2.01個。雄先型。堅果長圓形，單果平均重11.63克。殼面光滑，淺黃褐色，殼厚1.2毫米，縫合線窄平。易取整仁，出仁率63.2%，仁色淺，味香。適應性、抗逆性強，適宜密植栽培。 阿扎343號 由維吾爾自治區(qū)林業(yè)科學院在實生群體中選育而成。屬早實類。品種特點：樹勢旺盛，樹冠圓頭形。雄先型，中熟品種。結(jié)果枝屬中短枝形，側(cè)花芽率93%。堅果橢圓或卵型，殼面淡褐色，光滑美觀。單果重 15.9克，殼厚1.2毫米，出仁率為61.8%，仁中褐色。在肥水條件較差時，常不飽滿。 溫185由維吾爾自治區(qū)林業(yè)科學院在阿克蘇溫宿縣薄殼核桃實生群體中選出。屬早實類。品種特點：樹勢強，樹姿較開張。雌先型，早熟品種。發(fā)枝力極強，為1：4.5，果枝率100%。堅果圓形或長圓形，單果重15.8克，縫合線平或微凸，出仁率為65.9%。仁色淺。 豐產(chǎn)性、抗逆性強。 2.1破殼后核桃物料形態(tài)參數(shù)的分析與測定 核桃物料的大小和形狀通常由長、寬、厚三個方向上的尺寸來表示，其定義以核桃 外形特征的三個重要參數(shù)作為參考，即長度Z為核桃物料沿長軸方向的最大尺寸;寬度b 為核桃物料沿短軸方向上的最大尺寸;厚度h為核桃物料沿縫合線短軸方向的最大尺 寸。測試時，從經(jīng)過破殼后的核桃物料中隨機取樣5次，每次取核桃仁半截核桃與破開不 完全核桃各50個，得平均值;其核桃殼在后續(xù)的分離中主要是靠風選使其分離出，在 此不做研究。 表2-1溫185核桃物料外形尺寸測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計表 物料 類型 核桃仁 l/mm b/mm h/mm 半截核桃 l/mm b/mm h/mm 破開不完全核桃 l/mm b/mm h/mm 1 32.46 23.48 11.39 46.24 36.65 17.35 46.68 37.20 35.31 2 33.89 22.26 10.86 46.82 37.31 18.22 47.54 37.11 36.24 3 30.97 23.63 11.59 46.55 37.06 17.67 46.98 36.85 35.82 4 31.56 19.58 11.32 47.28 36.62 17.43 47.32 37.46 36.15 5 30.13 20.74 10.22 47.32 37.64 18.30 46.42 36.97 36.64 均值 31.80 21.94 11.08 46.84 37.06 17.79 46.99 37.12 36.03 表2-2扎343核桃物料外形尺寸測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計表 物料 類型 核桃仁 l/mm b/mm h/mm 半截核桃 l/mm b/mm h/mm 破開不完全核桃 l/mm b/mm h/mm 1 31.52 21.28 10.21 46.32 37.82 17.78 46.34 38.42 36.38 2 30.68 22.25 11.02 45.73 38.28 18.10 45.84 37.68 35.60 3 28.98 21.37 10.26 45.26 37.91 18.32 46.71 37.76 35.73 4 30.32 19.96 9.68 45.92 38.53 17.66 45.28 38.66 36.18 5 30.85 22.39 10.08 46.47 37.90 17.94 45.93 38.14 35.25 均值 30.41 21.45 10.25 45.94 37.06 17.79 46.99 37.12 36.03 表2-3扎343核桃物料外形尺寸測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計表 物料 類型 核桃仁 l/mm b/mm h/mm 半截核桃 l/mm b/mm h/mm 破開不完全核桃 l/mm b/mm h/mm 1 29.56 20.43 9.69 44.25 35.96 17.34 44.50 36.20 33.53 2 30.14 21.63 10.15 43.94 35.31 16.58 43.91 35.75 33.12 3 27.86 19.38 10.62 44.50 36.29 16.92 43.45 36.42 32.84 4 26.59 17.86 8.89 43.31 36.65 17.03 44.22 36.14 32.23 5 27.42 18.65 11.21 43.46 35.72 16.46 44.26 35.40 32.78 均值 28.31 19.59 10.11 43.89 35.99 16.87 44.07 35.98 32.90 通過對三個不同品種的核桃物料外形尺寸進行測試的結(jié)果可知:(l)半截核桃是在破殼的過程中沿核桃縫合線破開，其長度和寬度方向與完整核桃相比基本沒有變化，而在厚度方向減少為原來的一半;(2)破開不完全核桃只是核桃殼表皮破一開口，其主要的三個尺寸較破之前基本沒有變化;(3)核桃仁各個尺寸都大幅減小，尤其是厚度方向，其變化范圍為:10.11一11.08111111;比半截核桃的厚度減少了38.3%一40.1%，比破開不完全核桃的厚度減少了38.3%一40.1%，比破開不完全核桃的厚度減少了69.2%一69.3%。 2.2破殼后核桃物料各種成份含量的測定 在分離系統(tǒng)的設(shè)計過程中核桃物料各個成份含量對分離效果有著重要影響，是評價分離機的一個重要指標。測試時，從經(jīng)過破殼后的核桃物料中隨機取樣5次，每次取樣1.okg，然后將四類物料分開，稱出其質(zhì)量，求出所占的百分比，最后取平均值。主要設(shè)備為精度為0.19的電子稱與電子計算器。其測試結(jié)果如表2-4。 表2-4核桃物料各種成分含量所占百分比 測試次數(shù) 核桃仁/% 半截核桃/% 破開不完全核桃 /% 核桃殼 1 39.85 18.50 5.11 36.54 2 35.49 23.84 5.78 34.90 3 34.60 23.21 4.89 37.31 4 42.92 13.42 5.49 38.17 5 38.28 18.01 4.70 39.00 平均 38.23 19.40 5.19 37.18 2.3破殼后的核桃物料空氣動力學特性的研究 2.3.1破殼后的核桃物料在氣流中的運動狀態(tài)分析 由于核桃物料的空氣動力學特性不同，當氣流作用于核桃物料的混合物料時，核桃物料會因所受合力的差異而產(chǎn)生不同的運動軌跡?？紤]到核桃物料在分離腔內(nèi)的氣流場中是以自由單個的形式運動的，且其形狀尺寸和所受力的不同，可用懸浮速度代替漂浮系數(shù)，即懸浮速度的確定己考慮核桃物料的外形尺寸。所以，在對核桃物料進行動力學與運動學分析時，可以將單個核桃物料視為質(zhì)點m。 圖2-2質(zhì)點速度分析圖 圖2-3質(zhì)點受力示意圖 根據(jù)核桃物料的特性將其劃在牛頓區(qū)段來計算。當物料的形狀相近，雷諾數(shù)處于牛頓區(qū)段時，球形系數(shù)為常數(shù)。通過查《農(nóng)業(yè)物料學》第90頁表4-1、表4-2和式(4-18)可得核桃仁的球形系數(shù)氣=3.02，半截核桃的球形系數(shù)凡=1.78，破開不完全核桃的球形系數(shù)k=1.21，核桃殼的球形系數(shù)k=3.02。又因為核桃仁單粒質(zhì)量m=3.76~5.24g,=20.58~22.64半截核桃單粒質(zhì)量=6.41~8.13g，=17.63~19.57，;破開不完全核桃單粒質(zhì)量，=12.32~15.85g，=12.82~14.76，;核桃殼單粒質(zhì)量=2.32~4.25g，=10.35~12.42。在牛頓區(qū)段間，取阻力系數(shù)C=0.44，空氣密度 =l.2，所以可計算出核桃物料的懸浮速度，其結(jié)果如表2-5所示。 2-5核桃物料的懸浮速度表 核桃品種 懸浮速度/m/s 核桃仁 半截核桃 破開不完全核桃 核桃殼 溫185 3.34 4.50 5.39 5.24 扎343 3.52 4.61 5.62 5.68 新新2 3.65 4.86 5.93 5.33 可見，核桃仁的懸浮速度變化范圍為:3.34m/s~3.65m/s，半截核桃的懸浮速度變化 范圍為:4.50m/s~4.86m/s，破開不完全核桃的懸浮速度變化范圍為:5.39m/s一5.93m/S， 核桃殼的懸浮速度變化范圍為:5.24m/s~5.68m/s。 通過實際測量，得出破殼后核桃物料的外形尺寸存在很大差異，尤其是厚度方向;并且測定計算出核桃物料中各種成分的含量與懸浮速度大小，分析了核桃物料在氣流中的運動狀態(tài)，為設(shè)計風選式核桃殼仁分離機提供了最原始的依據(jù)。同時通過前期的試驗可知，核桃物料在進入震動裝置中都是以最大面與震動裝置進行接觸;在氣流場與震動板的作用下，核桃物料跳離震動面，此時核桃物料的最大面都是與震動裝置的平面垂直。因此核桃物料進入氣流場中其迎風面積F最大，在氣流場確定的情況下，此時核桃物料所受氣流的作用力P最大。當速度達到懸浮速度時，核桃物料所受氣流的作用力P就與重力大小相等。 3.核桃殼仁分離機的整體結(jié)構(gòu)和工作原理 所設(shè)計的篩分式核桃殼仁分離機主要由機架、喂料斗、抖動裝置、風機、接料箱和連接部分組成，其結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。 圖3-1風選式核桃殼仁分離機原理圖 1喂料斗 2機架 3震動板 4曲柄連桿機構(gòu)6風機8接料箱 風選式核桃殼仁分離機的工作原理:當機器工作時，喂料箱內(nèi)的核桃殼仁經(jīng)喂料口入震動板。曲柄連桿機構(gòu)由電動機驅(qū)動，使震動板上下震動，核桃物料在震動板的震動下被拋出，在風機所提供的氣流作用下，由于核桃殼仁在氣流中的懸浮速度不同，核桃殼仁被分離開。 4.風選式核桃殼仁分離機的設(shè)計 4.1喂料斗的設(shè)計 圖4-1喂料斗 圖4-2喂料斗 喂料斗是風選式核桃殼仁分離機的重要組成部分如圖4-1所示，能使破殼后的核桃物料從喂料箱中均勻連續(xù)地落在振動篩上，能有效防止核桃物料滑出，且可以防止核桃物料在出料口處搭橋卡殼。 4.2機架的設(shè)計 圖4-2機架 4.2.1機架材料 機架材料根據(jù)其結(jié)構(gòu)、工藝、成本、生產(chǎn)批量、生產(chǎn)周期等，材料選為HT200,外形簡單，單位壓力較大，內(nèi)摩擦大，有良好的抗振性。 4.2.2機架時效處理 制造機架時，鑄件、焊接、熱處理加工都會產(chǎn)生高溫，因各個冷卻速度不同而收縮不均勻，使金屬內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應力。如果不進行時效處理，將因內(nèi)應力的逐漸重新分布而變形使機架喪失原有的精度。 常見的方法有自然時效、人工時效和振動時效等，則使用應用最廣的人工時效。 4.3電動機的選擇 根據(jù)資料得主軸的轉(zhuǎn)速在800-1000轉(zhuǎn)/分，按《機械設(shè)計實用手冊》推薦的傳動比合理取值范圍，取V帶的傳動比 2～4，即可滿足電動機的轉(zhuǎn)速與主軸的轉(zhuǎn)速相匹配。由《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》查出三種適宜的電動機型號，因此有三種不同的傳動比方案，如表4-1： 表4-1 電動機的型號和技術(shù)參數(shù)及傳動比 方案 電動機型號 額定 功率P/kW 同步轉(zhuǎn)速 r/min 滿載 轉(zhuǎn)速 r/min 效率（%） 電動機重量（KG） 功率因數(shù) 1 Y100L-2 3 3000 2870 78 33 0.85 2 Y112M-2 4 3000 2890 82 45 0.86 3 Y100L-4 2.2 1500 1430 81 34 0.82 綜臺考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量以及帶傳動的傳動比，選定電動機型號為Y100L1-4。所選電動機的額定功率 P＝2.2kw，滿載轉(zhuǎn)速 n=1430r／min，總傳動比適中，傳動裝置結(jié)構(gòu)較緊湊。如表4-2： 表4-2 Y100L1-4主要參數(shù)如下表 型 號 額定功率KW 轉(zhuǎn)速r/min 電流/A 效率（%） 功率因數(shù) 額定電流 額定轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 Y100L1-4 2.2 1430 5 81 0.82 7 2.2 2.3 表4-3 電動機尺寸列表 單位 中心高 H 外形尺寸 底腳安裝尺寸 地腳螺栓孔直徑 軸伸尺寸 裝鍵部位尺寸 100 12 5.帶及帶輪的設(shè)計 根據(jù)設(shè)計的具體傳動要求，可選取電動機和主軸之間用V帶和帶輪的傳動方式傳動，因為在震動板的工作過程中，傳動件V帶是一個撓性件，它賦有彈性，能緩和沖擊，吸收震動，因而使震動板工作平穩(wěn)，噪音小等優(yōu)點。雖然在傳動過程中V帶與帶輪之間存在著一些摩擦，導致兩者的相對滑動，使傳動比不精確但不會影響破殼機的傳動，因為震動板不需要精確的傳動比，只要傳動比比較準確就可以滿足要求，V帶及帶輪的結(jié)構(gòu)簡單、制造成本底、容易維修和保養(yǎng)、便于安裝，所以，在電動機與震動板之間選用V帶與帶輪的傳動配合是很合理的。 選擇V帶和帶輪因當從它的傳動參數(shù)入手，來確定V帶的型號、長度和根數(shù)，再來確帶輪的材料、結(jié)構(gòu)和尺寸（輪寬、直徑、槽數(shù)及槽的尺寸等），傳動中心距（安裝尺寸），帶輪作用在軸的壓力（為設(shè)計軸承作好準備）。 5.1傳動帶的設(shè)計 5.1.1 確定計算功率 （5-1） 其中：—工作情況系數(shù) —電動機的功率; 查機械設(shè)計一書中的表8-7 可知：=1 5.1.2 選擇V帶的型號 根據(jù)計算得知的功率和電動機上帶輪（小帶輪）的轉(zhuǎn)速（與電動機一樣的速度），查《機械設(shè)計》一書圖8-10，可以選擇V帶的型號為Z型。 5.1.3確定帶輪的基準直徑 （1）初選主動帶輪的基準直徑：根據(jù)《機械設(shè)計》一書，可選擇V帶的型號參考表8-6和表8-8，選取小帶輪直徑=56mm。 （2）計算V帶的速度V： （5-2） V帶在～的范圍內(nèi)，速度V符合要求。 取傳動比為3轉(zhuǎn)速合適。 (3） 計算從動輪的直徑 根據(jù)表8-8取=160mm 實際傳動比i=2.85 5.1.4 確定傳動中心距a和帶長L 取 即： 得： ?。? 帶長 即： 得： 按《機械設(shè)計》一書中查表8-2，選擇想近的基本長度可查得： 。 實際的中心距可按下列公式求得： 中心距范圍436.75－493mm。 5.1.5 驗算主動輪上的包角 (5-3)即：166.4° 求得 ： 滿足V帶傳動的包角要求。 5.1.6 確定V帶的根數(shù) V帶的根數(shù)由下列公式確定： （5-4） 其中 ： —單根普通V帶的許用功率值 —考慮包角不同大的影響系數(shù)，簡稱包角系數(shù) —V帶的基準長度系數(shù)，取。 —計入傳動比的影響時，單根普通V帶所能傳遞的功率的增量; 由和查表8-4a得 由和i=2.85 　查表8-4b 查表取值： (5-5) 所以： 即： 取 根。 5.1.7 確定帶的初拉力 單根V帶適當?shù)某趵?由下列公式求得 （5-6） 其中：—傳動帶單位長度的質(zhì)量，; 即： 5.1.8求V帶傳動作用在軸上的壓力 為了設(shè)計安裝帶輪軸和軸承，比需確定V帶作用在軸上的壓力，它等于V帶兩邊的初拉力之和，忽略V帶兩邊的拉力差，則值可以近似由下式算出： 即: 6 V 帶帶輪的設(shè)計 6.1帶輪的材料選擇 因為帶輪的轉(zhuǎn)速，即，轉(zhuǎn)速比較底，所以材料選定為灰鑄鐵，硬度為。 6.2結(jié)構(gòu)設(shè)計 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是根據(jù)帶輪的基準直徑，選擇帶輪的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)帶的型號來確定帶論輪槽的尺寸，設(shè)計如下： 主動帶輪的結(jié)構(gòu)選擇 因為根據(jù)主動帶輪的基準直徑尺寸，而與主動帶輪配合的電動機軸的直徑是，因此根據(jù)經(jīng)驗公式，所以主動帶輪采用實心式。 帶輪參數(shù)的選擇： 通過查《機械設(shè)計》一書，可以確定主動帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)，結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表，其他的相關(guān)尺寸可以根據(jù)相應的經(jīng)驗公式計算求得?！　　　? 表6-1　帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù) 單位（mm） 槽型 e Z 8.5 2 7 12±0.3 7 13 主動帶輪的厚度可以由計算公式： 求得 即 ： 主動帶輪的結(jié)構(gòu)如圖6-1： 圖6-1小帶輪 6.3 從動帶輪的設(shè)計 從動帶輪的結(jié)果選擇 因為根據(jù)主動帶輪的基準直徑和傳動比來確定，即 ，，所以從動帶輪采用腹板式。 從動帶輪的參數(shù)選擇：通過查《機械設(shè)計》一書，可查得帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)間表，其他一些相關(guān)尺寸可以根據(jù)相應的經(jīng)驗公式計算求得。 　　　　　　　　表6-2　帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù) 單位（mm） 槽型 e Z 8.5 2 7 12±0.3 7 13 從動帶輪的厚度可以由計算公式： ，當B＜1.5d時，L=B 求得 即 : 從動帶輪的結(jié)構(gòu)如圖6-2： 圖6-2大帶輪 7 傳動軸的設(shè)計 傳動軸是連接曲柄連桿機構(gòu)的主要部件，它在震動機正常工作過程中，承擔主要轉(zhuǎn)矩、扭矩、彎矩和支撐帶輪的回轉(zhuǎn)零件。而且震動次數(shù)頻繁，因此傳動軸的設(shè)計是很關(guān)鍵的一個步驟。根據(jù)曲柄連桿機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點和組成形狀及工作強度和環(huán)境的要求，核桃破殼機的主軸選用直軸形式傳遞，而且選用直軸中的階梯軸。此軸的設(shè)計如下： 根據(jù)軸的扭轉(zhuǎn)強度來初步計算確定其最小直徑，可利用經(jīng)驗公式： （7-1） 其中：—軸常用的幾種材料的的值 —主軸上的功率 —主軸上的轉(zhuǎn)速 ; 軸上的材料由《機械設(shè)計基礎(chǔ)》一書中表18—1 可以查到，應選取調(diào)質(zhì)處理的45號鋼，，書中表18—2取，于是得 ： 軸上的最小直徑顯然是安裝帶輪的內(nèi)孔，必在軸上開有鍵槽，因此，為了開鍵槽又不消耗輸出軸的強度，可以使周的直徑增加7%以上，這樣增加輸出軸的尺寸，因而可以提高軸的工作強度。即： 主輸出軸的最小直徑是安裝帶輪處的直徑，為了使所選的軸直徑與帶輪相配合，故使輸出軸端的軸徑選為30。在《機械設(shè)計》一書。查表可以得知帶輪的厚度，則取輸出軸的次段軸徑為，其長度為。 7.1根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 為了滿足帶輪的軸向定位要求，Ⅰ—Ⅱ軸段右端需要制出一個軸肩，故取Ⅱ—Ⅲ段的軸直徑 ，連接軸的徑向定位由普通平鍵來完成。選用鍵的型號為普通平鍵為。鍵的型號可以通過查《機械設(shè)計實用手冊》一書取得。 軸的基本結(jié)構(gòu)如圖7-1 圖7-1軸 7.2 按彎扭合成條件校核軸的強度 7.2.1 作軸的簡圖 圖 7-2軸簡圖 7.2.3 求輸出軸上的所受作用力的大小 根據(jù)公式： 求得 其中：—電動機的額定功率 —主軸的轉(zhuǎn)速 ; 即： 7.2.4滾筒上的合力 根據(jù)公式： （7-2） 其中 ：—輸出軸的軸心到釘齒定的距離; 即 ： 根據(jù)受力分析 即 ： 由于主軸軸向不受力。 則取 圓周力 徑向力 軸向力 的方向如圖所示 圖7-3受力分析 7.2.5軸上水平面內(nèi)所受支反力如圖 根據(jù)公式： （7-3） 求得 其中：—是輸出軸上Ⅲ—Ⅳ段的中心線到Ⅳ—Ⅴ段距左端三分之一處的距離 —是輸出軸上Ⅳ—Ⅴ段距左端三分之一處到右端Ⅴ—Ⅵ段中心線之間的距離; 即 ： 根據(jù)公式： 求得 即 ： 7.2.6軸在垂直面內(nèi)所受的支反力 根據(jù)公式： （7-4）即 ： 根據(jù)公式 ： （7-5） 即 ： 7.2.7作彎矩圖 在水平面內(nèi)，軸上、、三點的彎矩為 ： 根據(jù)公式 ： 求得 即： 作水平面內(nèi)彎矩圖如圖1（b）所示 在垂直面內(nèi)，軸上、、三點的彎矩為 ： 根據(jù)公式 ： 求得 即 ： 根據(jù)公式 ： （7-6） 求得 即 ： 作垂直面內(nèi)彎矩圖如圖7-4所示 合成的彎矩為 ： 圖7-4彎矩圖 作軸的合成彎矩圖如圖7-5所示。 圖7-5彎矩圖 7.2.8作彎矩圖 根據(jù)公式 ： （7-7) 求得 即 ： 其中 ： —電動機的額定功率 —主軸轉(zhuǎn)速 ; 作軸的扭矩圖7-6所示 圖7-6扭矩圖 7.2.9作當量彎矩圖（彎矩、扭矩合成圖） B 點： C點左側(cè) ： D點右側(cè) ： 7.3 校核軸的強度 進行校核時，通常只校核軸上承受最大當量彎矩的強度（既危險截面c的強度）。由經(jīng)驗公式及上面計算出的數(shù)值可得出。 公式 ： （7-6）式中 ： —軸的抗彎拋面模量， —軸的許用應力，; 按軸實際所受彎曲應力的循環(huán)特性，在、、中選取其相應的數(shù)值，從《機械設(shè)計基礎(chǔ)》可以查出。 按《機械設(shè)計》書中查得，對于的碳鋼，承受對稱循環(huán)變應力時的許用應力. 8.運用連桿曲線圖譜設(shè)計四桿機構(gòu) 平面連桿曲線是高階曲線，所以設(shè)計四桿機構(gòu)使其連桿上某點實現(xiàn)給定的任意軌跡是十分復雜的。為了便于設(shè)計，工程上常常利用事先編就的連桿曲線圖譜。從圖譜中找出所需的曲線，便可直接查出該四桿機構(gòu)的各尺寸參數(shù)。這種方法稱為圖譜法。 圖所示為描繪連桿曲線的模型。轉(zhuǎn)動曲柄1，即可將連桿平面上各點的連桿曲線記錄下來，得到一組連桿曲線。依次改變2、3、4相對桿1的長度，就可得出許多組連桿曲線。將它們順序整理編排成冊，即成連桿曲線圖譜。例如下圖就是已出版的《四連桿機構(gòu)分析圖譜》中的一張。圖中取原動曲柄1的長度等于1，其他各桿的長度以相對于原動曲柄長度的比值來表示。圖中每一連桿曲線由72根長度不等的短線構(gòu)成，每一短線表示原動曲柄轉(zhuǎn)過5°時連桿上該點的位移。若已知曲柄轉(zhuǎn)速，即可由短線的長度求出該點在相應位置的平均速度。機構(gòu)，可按以下步驟進行：首先，從圖譜中查出形狀與要求實現(xiàn)的軌跡相似的連桿曲運用圖譜設(shè)計實現(xiàn)已知軌跡的四桿線；其次，按照圖上的文字說明得出所求四桿機構(gòu)各桿長度的比值；再次，用縮放儀求出圖譜中的連桿曲線和所要求的軌跡之間相差的倍數(shù)，并由此確定所求四桿機構(gòu)各桿的真實尺寸；最后，根據(jù)連桿曲線上的小圓圈與鉸鏈B、C的相對位置，可可確定描繪軌跡之點在連桿上的位置。 圖8-1運動軌跡 圖8-2曲線圖譜 由曲線圖譜與曲柄連桿條件分析得 L1=200,L2=500,L3=600,L4=400; 9.風機的選擇 選擇風機正確是保證通風系統(tǒng)正常、經(jīng)濟運行的一個重要條件。所謂正確選擇，主要是指根據(jù)被輸送氣體的性質(zhì)和用途不同用途的風機選擇；選擇的風機要滿足系統(tǒng)所需要的風量，同時風壓要能克服系統(tǒng)的阻力，而且在效率最高或經(jīng)濟使用范圍內(nèi)工作。具體選擇方法和步驟如下： 1.根據(jù)被輸送氣體的性質(zhì)，選用不同用途的風機。例如，輸送清潔空氣，或含塵氣體流經(jīng)時已經(jīng)過凈化，含塵濃度不超過150mg／m3時，可選擇一般通風換氣用的；輸送腐蝕性氣體，要選用防腐風機；輸送易燃、易爆氣體或含塵氣體時，要選用防爆或排塵風機。但在選擇具體的風機型號和規(guī)格時，還必須根據(jù)某種類型產(chǎn)品樣本上的性能表或特性曲線圖才能確定。 2.考慮到管道系統(tǒng)可能漏風，有些阻力計算不大準確，為了運行可靠，選用的風量和風壓應大于通風除塵系統(tǒng)的計算風量和風壓，即 風量：　　L′＝KLL　　 風壓：　　H′=KHH　 式中 L′、H′—選擇用的風量、風壓； L、H——通風除塵系統(tǒng)的計算風量、風壓； KL——風量附加系數(shù)，除塵系統(tǒng)KL=1．1～1．15 KH——風壓附加系數(shù)，除塵系統(tǒng)KH=1．15～1．2; 3.根據(jù)選用的風量風壓，在風機產(chǎn)品樣本上選定風機的類型，確定風機的機號、轉(zhuǎn)速和電動機功率。為了便于接管和安裝，還要選擇合適的風機出口位置和傳動方式。所選擇風機的工作點應在經(jīng)濟范圍內(nèi)，最好處于最高效率點的右側(cè)。 　4.風機樣本上給出的是風機在標準狀態(tài)(大氣壓力為1．013×105 Pa、溫度為20℃、相對濕度為50％)下的性能參數(shù)，如實際運行狀態(tài)不是標準狀態(tài)，風機實際的性能就會變化(風量除外)。因此，選擇風機時應把實際運行狀態(tài)下的參數(shù)換算為標準狀態(tài)下的參數(shù)，換算的關(guān)系如下： 式中 Hb、Nb、ρb、pb、tb——風機在標準狀態(tài)(或規(guī)定狀態(tài))下的風壓、功率、空氣密度、氣體壓力和溫度，即風機樣本上所列的數(shù)據(jù)； 　　 H′、N′、ρ、p、t——風機在使用工況下的風壓、功率、空氣密度、氣體壓力和溫度。 　　在風機樣本上，有的鍋爐引風機的性能參數(shù)是按氣體溫度為200℃或240℃得出的，在換算時應將式(3)、(4)中的tb用200℃或240℃代入。 　　5.除非選擇任何一臺風機都不能滿足要求，或在使用時要求風機的風壓和風量有大幅度變動，否則應盡量避免把兩臺或數(shù)臺風機并聯(lián)或串聯(lián)使用。因兩臺或數(shù)臺風機聯(lián)合工作時，每臺風機所起的作用都要比其單獨使用時差。 　　6.近年來由于我國對風機的結(jié)構(gòu)不斷改進，使風機的效率不斷提高，噪聲不斷降低，一些新型風機正在逐步取代一些老風機。為了節(jié)約能源和減小噪聲危害，在滿足所需風量和風壓的前提下，應盡可能選用效率高、噪聲低的新型風機。 查《通風機選型手冊》，所選橫流風機的型號及參數(shù)如下:SLS一4A型物料輸送通風機:轉(zhuǎn)速2920r/min，流量450om’/h，全壓585Pa，內(nèi)效率71%，所需功率2.2KW. 10.主要成果及結(jié)論 7.1通過理論分析確定了核桃殼仁分離方法 以種植面積最大的三種核桃溫185、扎343與新新2為研究對象，對經(jīng)過破殼風選后的核桃殼仁進行外形尺寸的測量和分析，得出核桃殼仁在厚度方向上尺寸變化很大。通過對核桃殼仁中各種成分的含量與懸浮速度大小的測定和計算，現(xiàn)有分選或分離方法的分析和研究，決定采用由電機帶動的振動裝置通過作用在核桃物料上的氣流對核桃殼仁進行分離。 7.2概述了風選式核桃殼仁分離機的結(jié)構(gòu)和工作原理;通過理論分析和計算，確定了主要零部件振動板、電機和風機的選取與參數(shù)，確定喂料的方式與裝置。 11.存在的問題和進一步研究建議 (1)本文研究的風選式式核桃殼仁分離機適用的對象僅僅是核桃殼仁的混合物，尚未對該分離機是否能夠滿足其他堅果，如巴旦杏、開心果等物料混合物的分離做研究。是否適應其它物料混合物的分離以及對應分離機參數(shù)如何調(diào)節(jié)等問題，有待進一步研究。 (2)通過試驗得出最優(yōu)參數(shù)，然后進行樣機制造，試驗驗證。但試驗結(jié)果表明，分離機的前一工序破殼階段未能達到很理想的處理效果，所以未能實現(xiàn)理想的分離效果，該工作有待進一步完成。 (3)核桃殼仁分離機應用和推廣在疆內(nèi)還處于剛起步階段，在整機的性能優(yōu)化，實際工作中的應用與調(diào)整以及能否降低生產(chǎn)成本等問題有待進一步完善。 致 謝 走的最快的總是時間，來不及感嘆，大學生活己近尾聲，四年的努力與付出隨著本次論文的完成，將要劃下完美的句號。在此，我謹向教育我、幫助我的所有老師和同學表示衷心的感謝! 本設(shè)計在導師張宏的悉心指導和嚴格要求下已完成。從課題選擇、試驗到具體的設(shè)計過程，設(shè)計的初稿與定稿無不凝聚著張宏老師的心血和汗水。導師淵博的知識、孜孜以求的科學精神、扎實的學術(shù)功底、一絲不茍的作風以及嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度都使我深受感動。更重要的是他寬以待人，嚴于律己的作風，教會了我許多做人的道理，使我在設(shè)計期間對科研的態(tài)度和水平有了一定的轉(zhuǎn)變和提高。在此向張宏老師表示深深的感謝和崇高的敬意! 在臨近畢業(yè)之際，我還要借此機會向在這四年中給予我諸多教誨和幫助的各位老師和同學，感謝他們四年來的辛勤栽培和幫助。正是由于他們無私的幫助才使課題順利完成，在此， 衷心祝愿他們工作順利，身體健康，事業(yè)有成。 參考文獻 [1]高海生,朱鳳妹,李潤豐.我國核桃加工產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[l].經(jīng)濟林研究,2008， 26(3):119~126. 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