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200 年 月 第 期
甘蔗榨汁機的設(shè)計
謝航飛 吳明清
（塔里木大學機械電氣化工程學院， 阿拉爾 843300）
摘 要：甘蔗在我國種植面積極大，是我國南方各省的主要經(jīng)濟作物之一。由于近年來人民生活水平的不斷提高，對于健康要求的不斷追求，甘蔗的營養(yǎng)價值同樣也不斷開發(fā)出來。甘農(nóng)在收獲甘蔗喜悅的同時，不免對甘蔗的銷售感到憂愁，消費者一樣喜歡甘蔗汁液的甘甜可口，但不能容易從甘蔗棒料里面提取出甘蔗鮮美的汁液同樣感到煩惱。研究設(shè)計一款簡捷的甘蔗榨汁機將顯得尤為重要，通過了解現(xiàn)有甘蔗榨汁機的結(jié)構(gòu)，該設(shè)計去繁從簡，設(shè)計出三輥兩級壓榨式甘蔗榨汁機。
關(guān)鍵詞：甘蔗；榨汁機；三輥壓榨式
中圖分類號： 文獻標識碼：A 文章編號：
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0 引言
甘蔗榨汁機是提取甘蔗汁液必不可少的機械加工設(shè)備。在加工甘蔗飲品時，必須將收獲的甘蔗進行榨汁取液。近年來，隨著經(jīng)濟、技術(shù)的不斷發(fā)展，許多食品的營養(yǎng)價值也陸續(xù)被發(fā)掘。試驗研究表明，甘蔗汁液的營養(yǎng)價值非?？捎^，并且口味甘美，贏得廣大消費者鐘愛。但一直困擾廣大消費者和甘農(nóng)的一個重要因素是如何便捷的提取甘蔗汁液。因此研究設(shè)計一款簡捷方便的甘蔗榨汁機將顯得尤為重要和迫切，而且市場需求極大。
該設(shè)計借鑒手動甘蔗榨汁機跟壓輥式榨汁機，從而研究設(shè)計的。是一款簡易的壓榨機械，同時通過改變壓輥之間的間距，還能進行水果，蔬菜等的壓榨。本文設(shè)計的三輥式甘蔗榨汁機是一款比較常用的提取汁液的壓榨機械。目前全國各地普遍種植甘蔗，甘農(nóng)在收獲甘蔗喜悅的同時，不免甘蔗出售而感到煩惱。很多甘農(nóng)自己采用古老的辦法將甘蔗進行擠壓取液在市場上銷售。但往往提取的汁液很少，而且不能保證潔凈，面對龐大的消費人群，普通壓榨的汁液就如同杯水車薪，不能滿足廣大消費者的需求，還有大部分甘農(nóng)直接將甘蔗拿到市場上銷售，消費者鑒于甘蔗汁液提取的不便，往往都是看看而已。因此研究設(shè)計一款甘蔗榨汁機，將它投入市場，將會給甘農(nóng)、消費者帶來極大的方便，同時也帶來極大的市場利益。通過了解消費者的需求可知，消費者喜愛能夠像喝汽水那樣簡單的來一杯甘蔗汁。本文設(shè)計的甘蔗榨汁機可以用于批量榨取甘蔗汁液，而且體積小也可用于家庭使用。更重要的是我們能夠?qū)⑺斗诺交疖囌?、汽車站、機場、學校、公園、廣場等一些人流量大的地方,給公民給予方便，同時盡顯公民對于健康衛(wèi)生的追求。
1 設(shè)計原理及機構(gòu)
1.1 設(shè)計原理
本設(shè)計以現(xiàn)有甘蔗榨汁機以及水果榨汁機的技術(shù)為基礎(chǔ)，對各個工作單元進行了改進設(shè)計和優(yōu)化組合，在將甘蔗收獲后，直接將甘蔗棒料送入喂料口進行榨汁。榨汁過程中將通過由電機帶動的三輥輪分兩級先后進行對甘蔗的壓榨，以確保榨汁充分，壓榨下來的汁液進入過濾網(wǎng)進行過濾處理，進入汁液盛裝體，而殘渣則從出料口排出，最后消費者可以從汁液盛裝體中得到甘甜清涼的甘蔗汁液。
1.底座2 2.電機 3.聯(lián)軸器 4.減速機
5.排料裝置 6.調(diào)隙螺栓 7.進料裝置
8.側(cè)面架 9.過濾網(wǎng)10.盛液箱
工作時，電機通過減速器減速帶動皮帶傳動，帶輪、齒輪由軸連接，通過皮帶傳動帶動齒輪傳動，三輥裝置在齒輪帶動下兩兩相向轉(zhuǎn)動，進行壓榨。而另一方面將甘蔗從喂料口送入，直接通過甘蔗榨汁機的三輥壓榨裝置進行壓榨，渣料從出料口排出，汁液經(jīng)過濾網(wǎng)進行過濾后流入汁液盛裝箱。
1.2樣機結(jié)構(gòu)及工作原理
(1)三個壓輥在齒輪帶動下實現(xiàn)兩級壓榨，如圖1-2所示：
1壓輥A,2壓輥B,3壓輥B
圖1-2三輥旋轉(zhuǎn)方向
在齒輪帶動下，壓輥A首先正傳，齒輪組帶動一組壓輥B同時反轉(zhuǎn)，從而將從喂料裝置進來的甘蔗依次進行兩級壓榨，保證榨取甘蔗汁液充分進行。在設(shè)計時，將喂料口、喂料斜面以及1、2輥輪間中心保持在統(tǒng)一斜面，使得甘蔗進入喂料口能夠沿斜面滑入1、2壓輥處進行甘蔗榨汁，1、2壓輥榨汁完成后將甘蔗棒送入1、3壓輥處，進行第二次壓榨，兩級壓榨后保證甘蔗能夠壓榨充分，竟可能減少原材料的浪費。
1.3喂料機構(gòu)
料斗的設(shè)計主要考慮其甘蔗棒直徑的大小，以及長度。通過在市場上作比較，甘蔗大體為圓柱狀最大直徑不會超過60㎜，因此料斗設(shè)計成下斜坡狀、然后在端蓋側(cè)上方開孔，開出三個直徑60㎜等間距的圓孔，可以方便將甘蔗圓棒插入其中，以方便甘蔗沿斜面進入到三輥壓榨裝置進行壓榨。為了順利將甘蔗送入壓輥處，將喂料口跟斜面以及壓輥擠壓處設(shè)計在統(tǒng)一斜面處，以防壓輥抱死無法工作。如圖1-3所示：
圖1-3 進料裝置示意圖
1.4三輥輪兩兩間間距的計算
影響甘蔗榨汁質(zhì)量的因素很多，首先是甘蔗的品種、類型、物理結(jié)構(gòu)、水分、甘蔗大小、均勻度及飽滿程度等因素。甘蔗直徑一般在3-5㎝，現(xiàn)任選十株甘蔗進行測量，測量結(jié)果如下：
表3-2 任選十株甘蔗中部進行的測量
甘蔗
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
甘蔗直徑（mm)
35
40
38
46
37
33
29
52
43
39
表3-3 任選十株甘蔗小端進行的測量
甘蔗
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
甘蔗直徑（mm)
31
28
26
37
32
29
29
30
41
39
表3-4 任選十株甘蔗大端進行的測量
甘蔗
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
甘蔗直徑（mm)
39
45
40
37
49
33
55
52
43
48
由上述三表得甘蔗棒的平均直徑如下：
甘蔗中部的平均直徑：mm
甘蔗小端的平均直徑：mm
甘蔗大端的平均直徑：mm
因而兩輥之間的間距前一級設(shè)置在20㎜，由前一級壓榨過的甘蔗進入下一級進行壓榨時，需減小下級輥輪之間的間距，因此，下級輥輪間間距設(shè)置為15㎜。這樣就可以直接將借助三個壓輥對甘蔗進行兩次壓榨。
1.5調(diào)隙螺栓的設(shè)計
調(diào)隙螺栓是為了改變壓輥裝置進行壓榨時的間距而設(shè)計的，安裝時將壓輥2放在距離兩個壓輥1最近的距離，如遇到壓輥間隙小不能有效的進行甘蔗壓榨，采用加方形墊片的方式加在兩側(cè)面架上再用調(diào)隙螺栓預緊，進而達到調(diào)隙的作用。
1.6帶的選擇與計算
根據(jù)設(shè)計要求，本文設(shè)計的甘蔗榨汁機主要適用于家庭，以及一些室內(nèi)場所，因而選擇傳動裝置為帶傳動，帶傳動可以減少噪音的產(chǎn)生。由于小帶輪直徑=80㎜，大帶輪直徑=140㎜。
帶速計算近似為
如此通過帶速可選擇適用平帶傳動，平帶傳動效率高，在傳動中心距較大的情況下應用較多，便于帶的安裝，轉(zhuǎn)速適合在較低場合適用，帶的造價較為便宜，經(jīng)濟實用。材料可選擇錦侖片復合平帶。
1.7軸的強度校核計算，按鈕轉(zhuǎn)強度條件計算
根據(jù)本文設(shè)計的甘蔗榨汁機，軸基本上不承受彎矩載荷，通常用此種方法初步估算軸徑，也可以作為最后的設(shè)計結(jié)果。軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為
是中：——扭轉(zhuǎn)切應力，；
——軸所受的扭矩，㎜；
——軸的抗扭截面系數(shù)，㎜；
——軸的轉(zhuǎn)速，；
——周傳遞的功率，；
——計算軸面處的直徑，㎜；
[]——許用扭轉(zhuǎn)切應力，
根據(jù)查表可知，45號鋼[]范圍為25-45；計算截面處直徑為25㎜；傳遞功率由電機輸出功率可知為2；
軸的轉(zhuǎn)速計算：電機輸出的轉(zhuǎn)速為3000 r/min，減速機的減速比為1∶10，安裝在減速機輸出軸端的帶輪直徑為80㎜，安裝在軸端的帶輪直徑為140，假設(shè)皮帶運轉(zhuǎn)是不發(fā)生打滑，按此計算軸的轉(zhuǎn)速可得：
軸的轉(zhuǎn)速=171.4 r/min
綜上可得軸的扭轉(zhuǎn)應力為：
[]
所以根據(jù)軸的扭轉(zhuǎn)強度最終計算校核得知軸是安全的。
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