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16 屆畢業(yè)設(shè)計
分級擠壓式核桃破殼機(jī)的設(shè)計
學(xué)生姓名 趙成偉
學(xué) 號 8031212425
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 16-4
指導(dǎo)老師 蘭海鵬
日 期 2016.05
塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院制
前 言
我國從20世紀(jì)80年代開始著手破殼機(jī)的研究和開發(fā)，但由于存在一些技術(shù)難點，至今此類機(jī)器沒有得到大范圍的推廣和應(yīng)用。實現(xiàn)核桃加工的機(jī)械化生產(chǎn)，有利于提高核桃加工的效率，提高取仁質(zhì)量。
本次設(shè)計的重點是對核桃進(jìn)行分級以及核桃的破殼，所以所設(shè)計的機(jī)器名為分級擠壓式核桃破殼機(jī)的設(shè)計。
本次設(shè)計所做的主要工作是介紹國內(nèi)現(xiàn)存的核桃分級、破殼、殼仁分離技術(shù)，進(jìn)行分級、破殼部分的設(shè)計，形成整體的機(jī)型。最后對所設(shè)計的機(jī)子進(jìn)行電機(jī)的選擇，帶輪的選擇，以及帶的選擇，并進(jìn)行軸的計算及選擇。
設(shè)計的目的是大大提高核桃破殼的效率，并且保持核桃仁的完整度較高。
關(guān)鍵詞：分級；破殼，效率；完整度
目 錄
1 緒論 1
1.1 課題研究的背景 1
1.2 國內(nèi)核桃破殼研究的現(xiàn)狀分析 2
1.3 核桃破殼機(jī)的市場預(yù)測 3
2 市場上核桃分級、破殼、殼仁分離裝置的研究 3
2.1 核桃分級裝置 3
2.2 核桃破殼裝置 4
2.3 核桃殼仁分離裝置 7
3 核桃破殼機(jī)的設(shè)計 8
3.1 核桃破殼機(jī)設(shè)計方案的制定 8
3.2 核桃破殼機(jī)的總體結(jié)構(gòu)及工作原理 9
3.3 核桃破殼機(jī)分級篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 9
3.4 核桃破殼機(jī)破殼結(jié)構(gòu)設(shè)計 10
4 各部分零件的選擇與校核計算 11
4.1 電動機(jī)的選擇 12
4.2 帶輪的選擇 12
4.3 帶的選擇 13
4.4 軸的計算 13
4.5 選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸 14
5 結(jié)論與發(fā)展方向 15
5.1 結(jié)論 15
5.2 發(fā)展方向 15
總 結(jié) 16
致 謝 17
參考文獻(xiàn) 18
塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計
1 緒論
1.1 課題研究的背景
核桃為胡桃科、胡桃屬植物，喬木，高達(dá)20.25米；樹干較別的種類矮，樹冠廣闊；樹皮幼時灰綠色，老時則灰白色而縱向淺裂；小枝無毛，具光澤，被盾狀著生的腺體，灰綠色，后來帶褐色。核桃皮毒性較大，可入藥，治療皮膚膿癤等。
核桃果仁具有很高的營養(yǎng)價值，含有豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸及礦物原素，并具有潤肺強(qiáng)腎、降低血脂，預(yù)防冠心病之功效，長期食用具有益壽養(yǎng)顏，抗衰老等作用。
核桃果仁具有很高的藥用價值，核桃仁有“補(bǔ)氣養(yǎng)血，潤燥化痰，益命門，處三焦，溫肺潤腸，治虛寒喘咳，腰腳重疼，心腹疝痛，血痢腸風(fēng)”等功效。長期食用益壽養(yǎng)顏、抗衰老，孕婦食用對胎兒智力發(fā)育有神奇功效。
核桃果仁具有很高的食用價值，用東北山核桃加工而成的高級食用植物油，油色清味香，品位高檔，含有脂肪酸、油酸、亞油酸等不飽和脂肪酸占88%-96%之間，高于油茶油，也高于食用橄欖油。常食山核桃仁、油產(chǎn)品，具有健脾開胃、潤沛強(qiáng)腎、滋補(bǔ)康復(fù)、預(yù)防冠心病和降低血脂的功效。是一種健康味美、營養(yǎng)豐富的天然綠色營養(yǎng)食品。
種仁多破碎成不規(guī)則的塊狀，完整者類球形，由二瓣種仁合成，皺縮多溝，凹凸不平。外被棕褐色薄膜狀的種皮包圍，剝?nèi)シN皮顯黃白色。質(zhì)脆，子葉富油質(zhì)。氣微弱，子葉味淡，油樣，種皮味澀。以色黃、個大、飽滿、油多者為佳。
近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展、人民生活水平的不斷提高，核桃的價值與功能進(jìn)一步被世人所認(rèn)識，在國內(nèi)外的市場上，人們對核桃及其加工品的需求量不斷增加。這就為核桃的發(fā)展提供了廣闊的市場，同時也對核桃的安全生產(chǎn)和加工質(zhì)量提出了更高的要求。但由于核桃品種繁雜，尺寸各異、形狀不規(guī)則、核仁與核殼間隙小，這個間隙小于殼完全破裂時的變形量，這大大增加了核桃的破殼取仁難度。破殼后還有很多的工作要完成，怎樣實現(xiàn)殼仁分離是面臨的又一大難題。這是核桃破殼技術(shù)方面存在的主要問題。性能良好的破殼機(jī)有以下三個特點：
（1） 破殼效率高；
（2） 破殼后核仁的清潔度高；
（3） 破殼機(jī)自動化程度高。
1.2 國內(nèi)核桃破殼研究的現(xiàn)狀分析
陜西科技大學(xué)的碩士研究生高警進(jìn)行了核桃破殼機(jī)理研究及破殼機(jī)的設(shè)計，依據(jù)核桃破殼機(jī)理研究的結(jié)果，并結(jié)合目前國外成熟的核桃破殼機(jī)械的工作原理，本課題中采用定間隙擠壓破殼法和定向擊打法設(shè)計破殼設(shè)備。在課題研究的過程中,由于各個核桃之間的尺寸存在差異，需要根據(jù)實際的尺寸條件設(shè)計破殼機(jī)構(gòu)，并設(shè)計簡單的調(diào)節(jié)裝置以適應(yīng)不同大小的核桃。先根據(jù)破殼方案運用UG設(shè)計出核桃破殼機(jī)的三維模型，并根據(jù)機(jī)械設(shè)計理論和優(yōu)化設(shè)計理論對核桃破殼機(jī)的三維模型進(jìn)行優(yōu)化，最后確定設(shè)備的尺寸并加工出樣機(jī)。最后,對樣機(jī)進(jìn)行試驗，確定最終的設(shè)計方案。偏心擠壓式核桃破殼機(jī)和擊打式核桃破殼機(jī)在原理上都能夠?qū)颂疫M(jìn)行破殼，但是兩種設(shè)備的破殼效果不盡相同，所以本課題用兩種設(shè)備利用正交試驗對不同種類的核桃進(jìn)行破殼，通過從破殼效果、破殼機(jī)加工成本、操作方便性、設(shè)備壽命、環(huán)境影響等方面進(jìn)行比較，確定出最終的設(shè)計方案以適應(yīng)薄皮核桃品種。
山西農(nóng)業(yè)大學(xué)的碩士研究生劉德華進(jìn)行了核桃分級破殼機(jī)的設(shè)計與試驗研究，運用機(jī)械設(shè)計理論，對核桃分級破殼機(jī)的上料裝置、傳送裝置、分級裝置以及破殼裝置四部分進(jìn)行了設(shè)計，其中上料裝置中的隔料器實現(xiàn)均勻喂料，傳送裝置將樣本傳送至分級裝置，分級裝置對樣本進(jìn)行分級處理，最后在破殼裝置中進(jìn)行破殼操作。利用三維建模軟件Solid Works對核桃分級破殼機(jī)各部分零件進(jìn)行建模，并裝配以驗證有關(guān)設(shè)計。
農(nóng)業(yè)大學(xué)的碩士研究生何義川進(jìn)行了氣動擊打式核桃破殼機(jī)的設(shè)計及試驗研究，該機(jī)的主要特點是喂料箱里的核桃由喂料撥輪不停地轉(zhuǎn)動將核桃送到喂料箱的出口，并將喂料箱出口多余的核桃往回?fù)軓亩乐购颂以谖沽舷渲谐霈F(xiàn)搭橋；設(shè)計出了由兩條平行的驅(qū)動鏈和輸送核桃盒子組成的輸送裝置，該裝置可以保證核桃被單一連續(xù)地輸送到破殼工位；同時,設(shè)計出了防止核桃在輸送過程中有跳動和偏出現(xiàn)象的導(dǎo)向護(hù)送裝置。通過對氣動擊打式核桃破殼機(jī)的二次回歸正交試驗，得到了在不同試驗指標(biāo)下破殼機(jī)的破殼回歸方程和最優(yōu)方案。
青島理工大學(xué)的碩士研究生劉明政進(jìn)行了核桃剪切擠壓柔性破殼取仁的機(jī)理分析與實驗研究，目前所存在的核桃破殼取仁設(shè)備主要采用剛性元件，存在破殼率和露仁率低的問題，多數(shù)剝殼機(jī)一味追求剝殼率的提高，導(dǎo)致高的核桃仁破碎率，損失率較高，并且對不同品種的核桃適應(yīng)性差。采用柔性元件并設(shè)計合理的機(jī)構(gòu)能有效提高破殼率和露仁率，減少對核桃仁損害，提高了整仁率。本研究課題利用自行研制的核桃剪切擠壓柔性破殼取仁分離設(shè)備，重點對柔性帶剪切擠壓破殼及脫殼取仁系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計與破殼取仁機(jī)理分析，并對柔性帶剪切擠壓破殼及脫殼取仁效果進(jìn)行實驗驗證具體研究內(nèi)容如下:
（1） 針對目前核桃生產(chǎn)加工中破殼取仁工序存在的問題，分析了目前核桃破殼取仁方法的優(yōu)劣，得出機(jī)械裝置的方法較為理想；針對不同的機(jī)械破殼方法，綜述了國內(nèi)外核桃破殼以及脫殼取仁機(jī)械設(shè)備研究現(xiàn)狀，并對堅果破殼過程中的力學(xué)特性的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析。在上述分析的基礎(chǔ)上，提出了基于剪切擠壓機(jī)理柔性帶核桃破殼取仁的研究課題。
（2） 進(jìn)行了核桃剪切擠壓柔性破殼取仁分離裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計，設(shè)計了柔性帶剪切擠壓破殼及脫殼系統(tǒng)，柔性葉片錘擊取仁系統(tǒng)，氣力與柔性螺旋葉片耦合作用下核桃殼仁滾筒雙向分離系統(tǒng)，并分析了每個系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)和工作原理；對核桃剪切擠壓柔性破殼取仁分離裝置的有益效果進(jìn)行了分析；設(shè)計了新型核桃分級設(shè)備，并對核桃剪切擠壓柔性破殼取仁分離裝置三個系統(tǒng)中各自相應(yīng)的部件進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計。
1.3 核桃破殼機(jī)的市場預(yù)測
隨著社會的進(jìn)步與人們生活水平的提高以及核桃市場的發(fā)展，核桃破殼機(jī)的市場肯定會越來越好，需求量會越來越大，所以說這一塊的市場市很好的。但是目前這一市場還不成熟，技術(shù)也不是很成熟，急需大量的科技工作者涌入這一領(lǐng)域。
2 市場上核桃分級、破殼、殼仁分離裝置的研究
2.1 核桃分級裝置
① 錐輥式分級裝置，如圖2-1所示，該裝置用一對相對轉(zhuǎn)動的錐形輥擠壓核桃，核桃在兩錐形輥的帶動下不停地翻動，核桃在重力和上端核桃對其側(cè)向擠壓力的共同作用沿錐形輥向下移動直至兩錐形輥的間隙大于核桃的直徑時，核桃通過間隙落下。理論上錐輥也可用圓輥，只要兩端的間距不同即可，且線速度相同，錐輥則線速度不同。該裝置分級時如果核桃進(jìn)料過多會造成上層核桃無法及時與下層核桃進(jìn)行交換，使前一級的核桃在后一級甚至后幾級才被分離出去， 出現(xiàn)分級混雜現(xiàn)象。另外有的核桃是橢球形的，這些核桃在下滑時，會因下滾姿態(tài)的不同，而在不同的位置下落，從而造成分級誤差。
1.錐輥 2.核桃 1.進(jìn)料斗 2.出料斗 3.柵式滾
圖2-1 錐輥式分級裝置 圖2-2 柵式滾筒分級裝置
② 柵式滾筒分級裝置，如圖2-2所示，該裝置由柵條組成的有一定錐度滾筒構(gòu)成，滾筒的轉(zhuǎn)動帶動核桃不停地上升和下落，并在重力和離心力的驅(qū)動下向前移動，直至從滾筒中脫出。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，能耗低、分級均勻度高。
1.窩眼輥 2.核桃 1.核桃 2.齒盤 3.齒板
圖2-3 對輥窩眼式破殼裝置 圖2-4 雙齒盤-齒板式破殼裝置
2.2 核桃破殼裝置
① 對輥窩眼式破殼裝置，如圖2-3所示，對輥窩眼式開口裝置的每個輥上同一個圓周平均分布著8個窩眼。窩眼在整個擠壓輥表面上呈交錯排列，窩眼縱向間距為54mm，所有窩眼開口半徑均為 30mm，但不在同一圓周的窩眼的深度都不相同，從13mm 依次增加 0.5mm 直到 20mm 為止，輥的長度870mm。該裝置能對大小不同的核桃進(jìn)行定距離擠壓，同時擠壓時用窩眼抓取核桃，抓取可靠，核桃擠壓時不會竄動，能進(jìn)行可靠的擠壓。破殼的核桃需進(jìn)行進(jìn)一步的脫殼。該裝置生產(chǎn)能力>150kg/h，核桃按粒徑大小自動分級的準(zhǔn)確率>95%，開口率>95%，破碎率<2%。
② 雙齒盤—齒板式破殼機(jī)，如圖2-4所示，齒盤旋轉(zhuǎn)帶動核桃邊旋轉(zhuǎn)邊擠進(jìn)由齒盤、偏心圓弧齒板組成的剝殼區(qū)，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。由于該裝置能較好滿足 “四點加壓” 原理，且可實現(xiàn)核桃的滾動擠壓，因此破裂效果好、碎仁率低。最大生產(chǎn)率 180kg/h，破殼率 90%以上，高路仁率 70%-90%，其中一路仁率 30%-40%。
1.擠壓輥 2.核桃 1.外磨 2.核桃 3.內(nèi)磨 4.擋板
圖2-5 變形恒定破殼裝置 圖2-6 內(nèi)外磨破殼裝置
③ 變形恒定破殼裝置，如圖2-5所示，該破殼裝置是由一對螺紋螺方向相反的滾柱組成，在滾柱上切制有螺距恒定的梯形柵紋，柵紋滾柱在結(jié)構(gòu)上保證了核桃的實際變形能隨果徑的增大而增大。 當(dāng)核桃夾在一對左、右螺紋之間時，形成了四點加壓。不同果徑的核桃可在不同開度處殼。為避免核桃與滾柱間發(fā)生相對滑移，滾柱面進(jìn)行了“滾花”處理。
④ 內(nèi)外磨核桃破殼裝置，如圖2-6所示，外磨1固定在機(jī)架上，內(nèi)磨3在電機(jī)的帶動下轉(zhuǎn)動。核桃2在內(nèi)外磨之間的間隙內(nèi)破裂脫殼，當(dāng)破碎到合適的粒度后，由擋板4與內(nèi)磨下底之間的縫隙落到落料扳上。因該機(jī)不能自動適應(yīng)核桃的大小，又由于目前核桃品種不純、大小不一，因此該機(jī)在實際使用中存在一定缺陷，破裂果徑不同的核桃，需更換尺寸大小不同的內(nèi)外磨。
⑤ 圓盤破殼裝置，如圖2-7所示，該裝置由一對端面呈傾斜、上寬下窄的破殼盤3組成的。兩破殼盤用等速萬向節(jié)5偶合。狹縫角度通過動軸承組件1、4可調(diào)，狹縫寬度通過破殼盤上的固定螺釘2可調(diào) 。落人破殼盤狹縫一側(cè)的核桃6，隨盤旋轉(zhuǎn)經(jīng)最窄處破殼后從另一側(cè)甩出。該機(jī)可破大小混雜在一起的核桃。
1.主動軸 2.螺釘 3.破殼盤 1.定破殼板 2.調(diào)距手柄 3.偏心軸
4.從動軸 5.萬向節(jié) 6. 核桃 4.動破殼板
圖2-7 圓盤破殼裝置 圖2-8 6PK-400核桃破殼機(jī)簡圖
⑥ 平板擠壓破殼裝置，李忠新等人選用平板擠壓破殼方法，采用了一對端面呈傾斜、上寬下窄的破殼板作為核桃破殼工作部件，對核桃進(jìn)行破殼取仁。并設(shè)計出了 6PK-400 核桃破殼機(jī)，如圖2-8所示，該裝置由一對端面呈傾斜、上寬下窄的破殼板組成。動破殼板一端通過鉸鏈連接到殼體，一端可由偏心軸帶動做往復(fù)曲線運動；定破殼板是一可調(diào)擠壓直板，上方一端與機(jī)體鉸接，下方與調(diào)距手柄相連，手柄由可轉(zhuǎn)動的一段螺栓組成。旋轉(zhuǎn)手柄可推動定破殼板前后運動，用來調(diào)節(jié)兩板之間的間隙和角度，使擠壓間隙的最小寬度小于果殼的直徑，并近于核桃果仁最大外徑。破殼板表面焊有魚鱗狀鐵網(wǎng)，有許多細(xì)小的橫紋，用于增加與核桃接觸的粗糙度。落入破殼板狹縫的核桃，隨動破殼板運動經(jīng)最窄處破殼后，經(jīng)出料口甩出。該機(jī)可破大小混雜在一起的核桃。
⑦ 弧板—滾筒破殼裝置，如圖2-9所示，該裝置是由弧形板2和滾筒1組成，在滾筒上裝有兩個角度成 180°的活塞，兩活塞由彈簧支撐。當(dāng)分級后的核桃喂入旋轉(zhuǎn)滾筒后，自行定位在活塞的頂端，隨滾筒轉(zhuǎn)動，在活塞和弧板的共同擠壓下破裂，而后進(jìn)入料斗。 半仁以上的占 75%， 碎仁占 15%， 未破殼的約占 6%，生產(chǎn)能力 30kg/h。
1.滾筒 2.弧板 3.活塞 4.彈簧 1.機(jī)架 2.出料口 3.主滾筒 4.進(jìn)料 5.電機(jī)
5.氣壓裝載系統(tǒng) 6.敲擊臂 7.壓桿滾筒 8.電機(jī)
圖2-9 弧板-滾筒破殼裝置 圖2-10 機(jī)械打擊破殼裝置
⑧ 機(jī)械擊打破殼裝置，如圖2-10所示，打擊方式破殼能得到較多的高路仁，破殼后的核桃殼較碎，有利于實現(xiàn)核桃的機(jī)械破殼，破殼的綜合效果優(yōu)與擠壓破殼。洪翎等人采用仿生機(jī)械敲擊臂敲擊山核桃使其破殼，研制了一種采用機(jī)械擊打方式的實用高效手剝山核桃破殼機(jī)。該機(jī)主要由輸送機(jī)構(gòu)、破殼機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)、電機(jī)及機(jī)架等組成，不受山核桃形狀和大小限制，免除了分級步驟。
⑨ 碰撞碎殼裝置，如圖2-11所示，該裝置由上機(jī)殼10與下機(jī)殼4，以及傳動部件組成。上機(jī)殼下部設(shè)置和傳動部件相連的脫輥，脫棍與上機(jī)殼的外壁之間設(shè)置數(shù)根固連在上機(jī)殼兩側(cè)與脫輥平行的輻條篩9，相鄰輻條篩的間距為18-20mm，輻條篩與脫棍之間形成上大下小漏斗形狀的脫殼室 8， 輻條篩的下部和脫輥之間形成脫殼室的咽喉，進(jìn)入脫殼室的核桃在凸筋的拋送下與輻條篩碰撞擊碎核桃殼，為碰撞的核桃在咽喉處被搓擦擠壓破碎。脫出的核桃仁一、二等品占 70%以上。
1.料斗 2.擋板 3.絨輥 4.出料斗
圖2-11 碰撞破殼裝置 圖2-12 絨輥殼仁分離裝置
2.3 核桃殼仁分離裝置
① 絨輥殼仁分離機(jī)，如圖2-12所示，由一對外表面包著絨布2的輥子3組成。兩個輥子全程彼此接觸反向轉(zhuǎn)動且相對于水平面傾斜。當(dāng)殼和仁從料斗1喂入后表面光滑的仁不易被絨毛粘附沿兩輥之間的凹槽向下滑移，直至從底端排出。端口粗糙的殼被絨毛粘附經(jīng)過絨輥落入排料斗4。為了達(dá)到一定的分離效果，一般該裝置由多對絨輥組成，進(jìn)行反復(fù)分離。由于仁的斷裂端口也有毛刺易被毛絨粘附，因此分離效果不好。
1.接殼斗 2.進(jìn)料斗 3.分離帶 4.接仁斗
圖2-13 帶式殼仁分離裝置 圖2-14 分選式殼仁分離裝置
② 帶式分離殼仁，如圖2-13所示，環(huán)形帶沿長度方向與水平面傾斜，帶面由低端向高端運行。 表面光滑的仁沿帶面下行從底端排出端口粗糙的充順帶面上行，從高端排出。為了達(dá)到分離精度， 一般采用多層分離帶分離。由于仁的斷裂端口也會有毛刺，所以該裝置也不能很好地分離殼和仁。
③ 風(fēng)選式分離殼仁，如圖2-14所示，運用氣流分選法分離核桃殼仁，氣流由風(fēng)機(jī)提供，可以調(diào)節(jié)風(fēng)量。農(nóng)大核桃殼仁分選機(jī)包括喂料斗1、機(jī)架2、物料輸送裝置3、抖動裝置4、風(fēng)機(jī)10和 R 型分選裝置17。機(jī)架2上方設(shè)喂料斗1，喂料斗1下方設(shè)輸送裝置3；抖動裝置4位于輸送裝置3下方，抖動裝置4和分選裝置17間設(shè)喂料淌板16；支架11上安裝風(fēng)機(jī)10，風(fēng)機(jī)出口接入分選裝置17；分選裝置17由中空通風(fēng)腔22，氣流入口21、節(jié)流器13、仁出口通道15、物料入口通道23、殼出口通道14和泄壓口18等7部分組成。本實用新型具有較高的殼、仁分選率 ，且結(jié)構(gòu)簡單、操作方便等特點。
3 核桃破殼機(jī)的設(shè)計
3.1 核桃破殼機(jī)設(shè)計方案的制定
核桃破殼機(jī)設(shè)計方案的制定是一個相當(dāng)復(fù)雜的過程，要想設(shè)計出一款好的機(jī)器，就要在經(jīng)濟(jì)性
和實用性上下功夫。要綜合考慮諸多方面的因素，包括產(chǎn)品實用性、經(jīng)濟(jì)性，安全性，實用性就要
要求所設(shè)計的產(chǎn)品便于操作，經(jīng)濟(jì)性則要求產(chǎn)品效率高，同時自動化程度高，節(jié)省勞動力，降低勞
動成本。安全性要考慮所設(shè)計的產(chǎn)品在生產(chǎn)加工過程中安全系數(shù)要高，充分考慮工人的人身安全。
基于以上所要考慮的各個方面，我們要通過所學(xué)的專業(yè)知識對所設(shè)計的產(chǎn)品進(jìn)行全面的分析，使得產(chǎn)品在后期的工作中沒有后顧之憂。
通過對國內(nèi)外核桃破殼機(jī)的分析，以及查閱大量文獻(xiàn)資料，此次我設(shè)計的是分級擠壓式核桃破殼機(jī)。整個裝配圖由進(jìn)料口、機(jī)架、分級部分、擠壓部分、傳動部分、電動機(jī)等組成。核桃由入料口進(jìn)入分級部分然后經(jīng)過擠壓部分破殼最后進(jìn)行收集。
3.2 核桃破殼機(jī)的總體結(jié)構(gòu)及工作原理
分級擠壓式核桃破殼機(jī)的總體結(jié)構(gòu)包括：進(jìn)料口，分級篩網(wǎng)，篩軸，擠壓板，輥子，機(jī)架，電動機(jī)，大皮帶輪，小皮帶輪等組成。
工作原理：核桃經(jīng)由進(jìn)料口進(jìn)入破殼機(jī)，先進(jìn)入分級篩網(wǎng)進(jìn)行分級，經(jīng)過分級處理后，核桃按照其大小的不同被分為若干等級，被分級好的核桃掉落至核桃擠壓裝置中，可以根據(jù)核桃的大小來制定核桃破殼擠壓的具體距離，在發(fā)動電動機(jī)以后，輥子轉(zhuǎn)動，核桃在該擠壓區(qū)受到連續(xù)四點擠壓，最后破殼成功。下圖3-1為本次設(shè)計機(jī)器總體裝配圖：
圖3-1 分級擠壓式核桃破殼機(jī)
3.3 核桃破殼機(jī)分級篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
對比我們前面提到的各種分級裝置，柵式滾筒分級裝置結(jié)構(gòu)比較簡單，耗能少，并且分級精度也比較理想，分級均勻度高，所以我們選用此裝置作為本機(jī)的分級裝置，如圖3-2所示：
圖3-2 柵式滾筒分級裝置
為了防止核桃在兩條柵條之間移動混亂，在此對柵條滾筒進(jìn)行改進(jìn)，我在柵條的垂直方向上加上一圈一圈的鋼圈，如圖3-3所示，滾筒的轉(zhuǎn)動帶動核桃不停地上升和下落， 并在重力和離心力的驅(qū)動下向前移動， 直至從滾筒中脫出。因為核桃是不規(guī)則的近似圓形，并且單靠重力與離心力的作用很難使核桃向前移動（柵條的錐度也并不是很大），所以我在滾筒內(nèi)設(shè)計加上一個像彈簧一樣的螺旋裝置，，螺旋的厚度為5厘米，使?jié)L筒和螺旋裝置一塊旋轉(zhuǎn)，這樣核桃就會隨著螺旋方向在滾筒內(nèi)向前移動。
圖3-3 分級篩選裝置
3.4 核桃破殼機(jī)破殼結(jié)構(gòu)設(shè)計
根據(jù)我們前面提供的幾種破殼方式，綜合分析利弊，我們在這里選擇變形恒定破殼裝置，該破殼裝置是由一對螺紋方向相反的滾柱組成，在滾柱上切制有螺距恒定的梯形柵紋，柵紋滾柱在結(jié)構(gòu)上保證了核桃的實際變形能隨果徑的增大而增大，如圖3-4所示：當(dāng)核桃夾在一對左 、右螺紋之間時 ，形成了四點加壓，兩個滾柱發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，核桃在壓力的作用下，進(jìn)行破殼。
圖3-4 變形恒定破殼裝置
但是此裝置也有一些不足之處，最大的弊端就是兩個滾柱之間的距離是不可調(diào)整的，雖然說兩個滾柱之間的距離根據(jù)滾柱上螺紋的直徑大小的改變是能夠改變的，但是因為滾柱整體的直徑不會很大，所以這個距離的改變是非常有限的。并且由于是兩個滾柱，四點加壓只有一個地方，會影響破殼的效果。最后由于滾柱的表面比較光滑，可能在擠壓時發(fā)生打滑。
我在此基礎(chǔ)上對此進(jìn)行了改進(jìn)如圖3-5所示，讓其中的一個滾柱固定，不再轉(zhuǎn)動，并且去掉螺紋，在上面加一個鋸齒形的板子，形成擠壓板。另一個滾柱設(shè)計成一個輥子，不再用螺旋結(jié)構(gòu)，在擠壓部分設(shè)計成鋸齒形，輥子與擠壓板的距離可以通過手輪調(diào)節(jié)，在輥子的鋸齒形部分加上一條筋。
這樣設(shè)計最大的好處就是可以根據(jù)核桃的大小自由的調(diào)節(jié)擠壓板與輥子之間的距離，以適應(yīng)實際情況，并且由于擠壓板上面是一個鋸齒形的板子，在破殼的過程中可以持續(xù)的四點加壓，由于有筋的緣故，所以會減小打滑的情況，提高破殼的效率。
圖3-5 分級擠壓裝置
4 各部分零件的選擇與校核計算
4.1 電動機(jī)的選擇
按工作要求和條件，選用三相變頻異步電動機(jī)，封閉式結(jié)構(gòu)，電壓380V，Y型，功率為5.5KW，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為，根據(jù)轉(zhuǎn)速和功率，由設(shè)計文獻(xiàn)３查出的電動機(jī)型號，因此有以下三種傳動比選擇方案，如4-1表所示：
表4-1 電動機(jī)型號與功率轉(zhuǎn)數(shù)的對應(yīng)關(guān)系
方案
電動機(jī)型號
額定功率
KW
同步轉(zhuǎn)速r/min
滿載轉(zhuǎn)速r/min
電機(jī)質(zhì)量
N
1
2
3
Y132M-4
Y132S2-2
Y160M-6
7.5
7.5
7.5
1500
3000
1000
1440
2900
970
81
70
119
綜合考慮電動機(jī)和傳動裝置的尺寸，質(zhì)量，功率，以及轉(zhuǎn)速，可見第1種方案比較合適，因此選定電動機(jī)的型號是Y132M-4。
4.2 帶輪的選擇
確定帶輪基準(zhǔn)直徑：查表知道主動輪的最小基準(zhǔn)直徑為：
（4-1）
根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑系列與實際情況：
取 （4-2）
計算從動輪（大皮帶輪）的基準(zhǔn)直徑，取傳動比為1:3：
（4-3）
根據(jù)基準(zhǔn)直徑系列，?。?
（4-4）
驗算帶的速度：
（4-5）
速度在?5-25m/s內(nèi)，合適。
4.3 帶的選擇
確定設(shè)計功率，選取V帶類型：查表可得工作情況系數(shù) ：
，
（4-6）
依據(jù)，所以選取普通A型V帶。
確定普通V帶的基準(zhǔn)長度和傳動中心距：
（4-7）
初步確定中心距：，
計算帶的初選長度：
，帶入：
，
=1630 （4-8）
選取帶的基準(zhǔn)長度:
（4-9）
計算帶的實際中心距?a?為:
（4-10）
帶的中心距離在一定范圍內(nèi)是可以調(diào)節(jié)的。
4.4 軸的計算
初步確定主動軸的最小直徑，根據(jù)課本中的公式初步估算主動軸的最小直徑，選取的材料為45#鋼，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)文獻(xiàn)1中的表15-3，?。?
，
5.50.995.445KW （4-11）
則： （4-12）
取整數(shù)，所以d=19mm。
篩軸的從動功率為：
5.445×0.8×0.98=4.27KW （4-13）
按文獻(xiàn)1中的公式初步估算篩軸的最小直徑，選取的材料為45#鋼，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)文獻(xiàn)1中的表15-3，?。?
，
=1440/3=480
則： （4-14）
取整數(shù)，所以d=22mm。
4.5 選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸
本設(shè)計中有四處要求使用鍵聯(lián)接，一處為電機(jī)軸處與小皮帶輪的連接鍵，此處為鍵1，此處軸的直徑d1=19mm。一處是在篩軸與大皮帶輪的連接處，此處為鍵2，此處軸的直徑d2=22mm，一處是輥子與小皮帶輪的連接處，此處的鍵為鍵3，此處軸的直徑d3=21mm，最后一處為調(diào)整絲杠與手輪的連接處，此處的鍵為鍵4，此處軸的直徑d4=18mm。一般8級以上的精度要有定心精度的要求，所以選擇用平鍵聯(lián)接，此處用圓頭普通平鍵（A）型。
根據(jù)以上的數(shù)據(jù)，從機(jī)械設(shè)計手冊中53頁查得鍵1的截面尺寸，并且根據(jù)課本106頁表6-1的尺寸的基本規(guī)定,把鍵的尺寸確定為：寬度b=6mm，高度h=6mm，參考小皮帶輪的輪轂的寬度和鍵的長度系列，可以確定取此鍵的長度L=80mm。查得鍵2的截面尺寸為：寬度b=6mm，高度h=6mm，根據(jù)大皮帶輪的輪轂寬度取此鍵的長度L=40mm。查得鍵3的截面尺寸為：寬度b=6mm，高度h=6mm。由輪轂的寬度并參考鍵的長度系列，取該鍵的鍵長L=40mm。查得鍵4的截面尺寸為：寬度b=6mm，高度h=6mm，由手輪的輪轂寬度結(jié)合長度系列取此鍵的鍵長為：16mm。
5 結(jié)論與發(fā)展方向
5.1 結(jié)論
我所設(shè)計的分級擠壓式核桃破殼機(jī)最大的優(yōu)點就是破殼效率高，能夠在短時間內(nèi)完成大量的工作，省時省力。但是，也有一些缺點，最大的問題就是自動化程度低，沒有安裝傳感器部分，對受力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，形成數(shù)據(jù)庫，所以對核桃不能夠進(jìn)行精確、精準(zhǔn)的靈活式破殼，達(dá)到最大的破殼率，并且最大化的保持核桃仁的完整。
5.2 發(fā)展方向
隨著社會的發(fā)展進(jìn)步，以及人們生活水平的提高，人們對堅果的使用方法也會更加的豐富，不管怎樣處理堅果，首先要做的就是破殼，所以以后的堅果破殼市場肯定會越來越好。同時隨著技術(shù)的進(jìn)步，核桃破殼機(jī)械肯定不會僅僅局限于純機(jī)械部分，以后的方向應(yīng)該是自動化的方向，就是說以后的核桃破殼機(jī)械應(yīng)該是對核桃進(jìn)行精確的分級，精準(zhǔn)的破殼以及細(xì)致的殼仁分離，并且進(jìn)行大量的試驗形成數(shù)據(jù)庫，應(yīng)用傳感器的原理，實現(xiàn)核桃破殼的自動化。
由于本人能力有限，本次設(shè)計主要是針對核桃的分級以及破殼，并沒有進(jìn)行殼仁分離的設(shè)計，只是在前面列舉了一些目前現(xiàn)世的一些對殼仁分離的方法技術(shù)，所以說后期還需要對殼仁混合物進(jìn)行分離，這也是一個比較有挑戰(zhàn)性的課題。理想的機(jī)型應(yīng)該是集分級、破殼、殼仁分離于一體的，在這個方面還需要改進(jìn)。
總 結(jié)
此次設(shè)計的任務(wù)是分級擠壓式核桃破殼機(jī)的設(shè)計。這是我們在大學(xué)期間所進(jìn)行的一次非常全面的設(shè)計，為自己在大學(xué)四年所學(xué)習(xí)知識的全面總結(jié)和鞏固，使我們初步了解和掌握做設(shè)計的基本步驟、基本方法，通過本環(huán)節(jié)把我們在大學(xué)期間所學(xué)課程中所獲得的理論知識在設(shè)計實踐中加以綜合運用，把大學(xué)四年來所學(xué)的知識貫穿起來，使理論知識和生產(chǎn)實踐密切的結(jié)合起來，為我將來的實際工作打下了堅實的基礎(chǔ)。
這是一個非常全面而系統(tǒng)的設(shè)計題目，非常鍛煉人。從方案的論證到最終的設(shè)計，涉及的領(lǐng)域包括：機(jī)械制圖，機(jī)械原理，工程材料，機(jī)械設(shè)計等等。通過設(shè)計實踐，提高我計算、制圖能力；使我們能熟練地應(yīng)用有關(guān)參考資料、計算圖表、手冊、圖集、規(guī)范，熟悉有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)械方面知識得到系統(tǒng)的鞏固和提升。在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計的同時，我還學(xué)到了許多新的知識，如Solidworks，CAD2007的使用和WORD、POWERPOINT等軟件的應(yīng)用。
我深刻的認(rèn)識到，要想成為一名合格的工程設(shè)計人員只是掌握本專業(yè)的知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，應(yīng)該具有更加淵博的知識，如應(yīng)該對計算機(jī)應(yīng)用，農(nóng)產(chǎn)品的特性，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀等各個方面能力進(jìn)行加強(qiáng)。
在設(shè)計過程中也曾遇到很多的問題，但通過查閱相關(guān)的書籍、手冊以及老師的精心指導(dǎo)，都得到了解決，設(shè)計過程基本順利完成。
致 謝
畢業(yè)在即，四年的大學(xué)生活已接近尾聲，經(jīng)過三個多月的努力，在蘭海鵬老師的悉心指導(dǎo)下，設(shè)計任務(wù)基本完成了。在撰寫論文期間，我要衷心的感謝我的指導(dǎo)老師蘭海鵬，從設(shè)計的選題、實施到撰寫、修改和定稿，蘭老師均傾注了大量的心血。導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)、熱忱鼓勵不僅使我樹立了深遠(yuǎn)的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處事的道理。還有，導(dǎo)師淵博的專業(yè)知識，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實無華、平易近人的人格魅力將使我終生受益。同時我還要感謝大學(xué)期間各位任課老師在學(xué)習(xí)上給予我的指導(dǎo)和幫助，感謝他們四年來的辛勤栽培，他們的關(guān)懷和熏陶讓我在這四年里收獲頗豐。
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