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巴旦木脫青皮機(jī)的設(shè)計
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)是對帶青皮的巴旦木進(jìn)行脫皮，本機(jī)的設(shè)計主要是針對眼下巴旦木產(chǎn)地的人工去青皮作業(yè)勞動工期長、用工量大等問題，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)展沒有得到注重。巴旦木在生產(chǎn)長河中的首要問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強(qiáng)度，人們在長期的工作過程中就會感到很累，而且長期剝皮會對人體造成很大的傷害，手指會變得很臟，而且指甲會感到疼痛等，而且人工剝皮的作業(yè)工期長，用工量較大，同時使生產(chǎn)成本變高，不能滿足機(jī)械化生產(chǎn)，因此設(shè)計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，最終得出巴旦木脫青皮機(jī)合理可行的設(shè)計方案及參數(shù)。
關(guān)鍵詞：巴旦木；脫青皮；分離裝置；脫皮特性
中圖分類號:TD451 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
0引言
作為全球四大著名堅果之一的巴旦木，也叫巴旦杏，其擁有非常高的補(bǔ)養(yǎng)值。全部堅果中營養(yǎng)價值最高的就是巴旦木，它的營養(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)長河中的首要問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)計結(jié)構(gòu)合理的巴旦木脫青皮機(jī)勢在必行[2]。
以便解決當(dāng)前巴旦木人工脫青皮的一些問題，如：勞動強(qiáng)度大、工作周期長、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,可一下實(shí)現(xiàn)青皮和果皮分開作業(yè)[3]。再者拆卸替換易損件十分方便，還添加了活門設(shè)計來解決堵塞等問題。通過對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,最終可得到合理的參數(shù)和可行的設(shè)計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
1.1整機(jī)的工作原理
作業(yè)時由動力傳動系統(tǒng)驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)帶動脫皮葉片轉(zhuǎn)動，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下相互揉搓摩擦同時與青皮分離篩內(nèi)壁和脫皮葉片摩擦，致使表面青皮剝離，剝離下來
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)的傳動原理
電機(jī)與皮帶及皮帶輪組成本機(jī)的傳動系統(tǒng)，電機(jī)的選擇主要是依據(jù)傳動過程中所需要的傳動需求以及生產(chǎn)過程中是否具有節(jié)約成本的理念來進(jìn)行選取的。在傳動比精度要求不太高的地方，鑒于皮帶傳動的結(jié)構(gòu)比較簡易，傳動比較平穩(wěn)，同時造價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。
在電機(jī)的驅(qū)動下，巴旦木脫青皮的機(jī)的動力進(jìn)行傳遞，電機(jī)帶動主動皮帶輪轉(zhuǎn)動，然后將動力傳遞到軸上，依此來帶動葉片旋轉(zhuǎn)，即完成巴旦木脫青皮機(jī)的傳動，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.電動機(jī) 4.主動皮帶輪
5.皮帶 6.從動皮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
2.1 螺旋脫皮葉片與篩筒壁間隙的設(shè)計
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大時，青皮將不能夠進(jìn)行有效剝離，如果是過小的間距時，將會導(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)計一個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)，通過相關(guān)資料可知，該數(shù)據(jù)為一個區(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
柵條間距是影響巴旦木含雜率的一個重要參數(shù)，不合適的間距將會就會造成巴旦木與青皮不能夠有效的分開，巴旦木果實(shí)也很有可能會從縫隙中掉下來，根據(jù)資料查詢和試驗結(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
在巴旦木脫青皮的過程中，要有適宜的強(qiáng)度，硬度，而且還需要一點(diǎn)的彈性，否則就會造成脫皮不凈，脫皮破損率高等問題，同時剝好的巴旦木從出料口出來，因此將葉片設(shè)計成
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)傳動部件的設(shè)計
3.1 電機(jī)的選擇
通過試驗測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。通過資料查找可知，每個旋轉(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受力比較復(fù)雜，所以取理想情況，根據(jù)動能定理，則有：
（4-1）
（4-2）
上式中：m一單個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—葉片對巴旦木的打擊力(N);
⊿S一巴旦木受葉片沖擊相對位移(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)單位時間可對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帶傳動的傳動比范圍為4～6，所以電動機(jī)轉(zhuǎn)速的合理范圍為：
（4-7）
（4-8）
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊第4版可查出符合此條件的電機(jī)型號為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，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強(qiáng)度大、效率低的缺點(diǎn)，同時節(jié)約了廣大農(nóng)民群眾的勞動時間，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，也解放了勞動力，可實(shí)現(xiàn)去青皮的過程。
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)，因為巴旦木脫青皮的整個過程都是由這兩部分完成的，剝出來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)計中的結(jié)果主要有：
（1）在本機(jī)具的設(shè)計的過程中，把葉片設(shè)計成了螺旋的形狀，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)計分離篩和葉片與分離篩形成的脫皮空間時，根據(jù)巴旦木的三圍尺寸和青皮的尺寸來設(shè)計篩筒的大小，來實(shí)現(xiàn)脫青皮的工作等。
（3）該裝置設(shè)計結(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)計巴旦木脫青皮機(jī)的設(shè)計 學(xué) 生:陳艷敏 班 級：農(nóng)機(jī)16-2 學(xué) 號：8031212224 導(dǎo) 師：肖愛玲研究內(nèi)容研究內(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內(nèi)現(xiàn)狀分析國內(nèi)現(xiàn)狀分析研究內(nèi)容研究內(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)計主要部件設(shè)計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。意義：脫青皮是巴旦木生產(chǎn)過程中第一個關(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)勞動強(qiáng)度大（2）作業(yè)工期長，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)計一款巴旦木脫青皮機(jī)具有重要意義。國內(nèi)研究現(xiàn)狀及分析國內(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。研究內(nèi)容研究內(nèi)容 本設(shè)計研究的內(nèi)容主要有以下幾項：1.脫皮間距的設(shè)計 2.脫皮葉片的設(shè)計 3.分離篩的設(shè)計 工作原理及工作原理及結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)電機(jī)電機(jī)皮帶皮帶從動帶輪從動帶輪軸及葉片軸及葉片主動帶輪主動帶輪1.1.行走輪行走輪 2.2.機(jī)架機(jī)架 3.3.電動機(jī)電動機(jī) 4.4.主動皮帶輪主動皮帶輪 5.5.皮帶皮帶 6.6.從動皮從動皮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)計主要部件的設(shè)計 1.1.脫皮間距脫皮間距的設(shè)計的設(shè)計 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)。通過資料查詢可知，間距d約為10-20mm。2.脫皮葉片的設(shè)計脫皮葉片的設(shè)計 在巴旦木脫青皮的過程中，要有適宜的強(qiáng)度，硬度，而且還需要一點(diǎn)的彈性，否則就會造成脫皮不凈，脫皮破損率高等問題，同時剝好的巴旦木從出料口出來，因此將葉片設(shè)計成螺旋形的葉片，外部要有3cm厚度的橡膠材料。1.橡膠葉片橡膠葉片 2.45號鋼葉片號鋼葉片 3.主軸主軸 4.鍵鍵 2.2.分離篩的設(shè)計分離篩的設(shè)計 柵條間距是影響巴旦木含雜率的一個重要參數(shù)，如果柵條間距不合適就會造成分離不徹底，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 誠請各位老師誠請各位老師批評批評指點(diǎn)！指點(diǎn)！
16 屆畢業(yè)論文
巴旦木脫青皮機(jī)的設(shè)計
學(xué)生姓名 陳 艷 敏
學(xué) 號 8031212224
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 16-2
指導(dǎo)老師 肖愛玲
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)展沒有得到注重。巴旦木在生產(chǎn)長河中的首要問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強(qiáng)度，人們在長期的工作過程中就會感到很累，而且長期剝皮會對人體造成很大的傷害，手指會變得很臟，而且指甲會感到疼痛等，而且人工剝皮的作業(yè)工期長，用工量較大，同時使生產(chǎn)成本變高，不能滿足機(jī)械化生產(chǎn)，因此設(shè)計一款合理的巴旦木脫青皮具有重要意義。
本設(shè)計主要是從動力選型，動力的傳動部分，脫皮葉片的設(shè)計，分離篩的設(shè)計，機(jī)架的設(shè)計等方面進(jìn)行設(shè)計的，其中脫皮葉片和分離篩是最主要的設(shè)計，通過設(shè)計合理的葉片和分離篩來實(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，動力結(jié)構(gòu)，傳動部分，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 國內(nèi)巴旦木脫青皮發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.3 國外研究現(xiàn)狀及分析 2
1.4課題重點(diǎn)研究的問題及解決思路 2
1.5設(shè)計的主要內(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 5
3.1 螺旋脫皮葉片與篩筒壁間隙的設(shè)計 5
3.2 分離篩的設(shè)計 6
3.4 支撐架設(shè)計 7
3.5機(jī)架的設(shè)計 8
4巴旦木脫青皮機(jī)傳動部件的設(shè)計 9
4.1 電機(jī)的選擇 9
4.2軸傳動比的確定 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
1引言
1.1 課題研究的目的與意義
作為全球四大著名堅果之一的巴旦木，也叫巴旦杏，其擁有非常高的補(bǔ)養(yǎng)值。全部堅果中營養(yǎng)價值最高的就是巴旦木，它的營養(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)長河中的首要問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)計結(jié)構(gòu)合理的巴旦木脫青皮機(jī)勢在必行[2]。
以便解決當(dāng)前巴旦木人工脫青皮的一些問題，如：勞動強(qiáng)度大、工作周期長、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,可一下實(shí)現(xiàn)青皮和果皮分開作業(yè)。再者拆卸替換易損件十分方便，還添加了活門設(shè)計來解決堵塞等問題。通過對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,最終可得到合理的參數(shù)和可行的設(shè)計方案的巴旦木脫青皮機(jī)[3-5]。
1.2 國內(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)成為了樹果業(yè)的重要組成部分?！笆濉逼陂g，種植面積和所有巴旦木的產(chǎn)量受到越來越多的巴旦木產(chǎn)業(yè)將成為該縣工業(yè)南部的中堅力量。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)過程中。
目前脫青皮現(xiàn)狀：
就當(dāng)前而言，對地帶堅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、青皮開裂、果實(shí)墜落，依靠人工剝皮。但人工脫青皮會使生產(chǎn)率較低，生產(chǎn)成本較高，同時長期工作會對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。美國核桃脫皮機(jī)在2004年首次被農(nóng)機(jī)所引進(jìn)到我國，為了解決此機(jī)存留下來的適應(yīng)性差的問題，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，在工作過程中存在有硬殼破損的問題，故沒有獲得有效推行。但是此項技術(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)施我在國還未研制出來，也沒有相關(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，通過使用擠壓和揉搓的原理來實(shí)現(xiàn)巴旦木脫青皮工作。
1.3 國外研究現(xiàn)狀及分析
美國巴旦木的產(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 hm2，產(chǎn)量是全球總產(chǎn)量的56.2%，重要的是商品的總價值達(dá)到了38.7億美元，平均單產(chǎn)是世界第一(4.85t/ hm2)，也是我國平均單產(chǎn)(3.1 t/ hm2)的1.56 倍。
在巴旦木栽植、品種改良、開發(fā)方面美國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、剪枝等過程 、然后收獲機(jī)械化、接著進(jìn)行脫青皮、干燥、儲藏等工作。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)格遵照了美國巴旦木協(xié)會規(guī)定的工藝標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行操作與檢驗[3]。
目前，巴旦木全程機(jī)械化的田間作業(yè)已經(jīng)在美國落實(shí)，田間收獲通過大型機(jī)械化完成，脫青皮不僅僅是單一的作業(yè)過程。美國巴旦木機(jī)械化收獲過程是: 首先使用振動式收獲機(jī);使巴旦木從樹上震落，集成條鋪放在田間，待巴旦木的水分減少到一定程度時，青皮與硬殼之間的黏結(jié)力就會變小，然后由撿拾機(jī)進(jìn)行撿拾; 之后輸送的過程中，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，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)場主加工方面使用的比較多 [11]。
1.4課題重點(diǎn)研究的問題及解決思路
(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)接著對該機(jī)器的動力來源 ,傳動方式, 輸送方式和分離部分進(jìn)行分析研究；
(4)查找資料對主要部件的設(shè)計，計算和選用。
1.5設(shè)計的主要內(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。整個機(jī)器的工作過程包括運(yùn)動學(xué)，動力學(xué)等，通過電動機(jī)提供動力，工作時通過動力傳動系統(tǒng)來驅(qū)動主軸轉(zhuǎn)動，接著帶動螺旋型脫皮葉片轉(zhuǎn)動，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，動力系統(tǒng)，傳動部分，主軸等，能快速高效率地完成脫皮，減輕勞動強(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)計各部分裝置；
（2）設(shè)計完各零部件后，進(jìn)行裝配組合，試驗設(shè)計的可靠性；
（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)計時，可參考各類脫青皮機(jī)的工作原理，對其結(jié)構(gòu)分析，找出符合要求的脫青皮機(jī)的類型。
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、動力傳動系統(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)動部件，葉片轉(zhuǎn)動時形成的螺旋空間推動巴旦木物料向出料口方向移動。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.電動機(jī) 4.主動皮帶輪 5. 皮帶 6.從動皮帶輪
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)時由主軸的旋轉(zhuǎn)是由動力傳動系統(tǒng)來進(jìn)行驅(qū)動，同時螺旋型葉片轉(zhuǎn)動，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。
2.3巴旦木脫青皮機(jī)的傳動原理
電機(jī)與皮帶及皮帶輪組成本機(jī)的傳動系統(tǒng)，電機(jī)的選擇主要是依據(jù)傳動過程中所需要的傳動需求以及生產(chǎn)過程中是否具有節(jié)約成本的理念來進(jìn)行選取的。在傳動比精度要求不太高的地方，鑒于皮帶傳動的結(jié)構(gòu)比較簡易，傳動比較平穩(wěn)，同時造價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。
在電機(jī)的驅(qū)動下，巴旦木脫青皮的機(jī)的動力進(jìn)行傳遞，電機(jī)帶動主動皮帶輪轉(zhuǎn)動，然后將動力傳遞到軸上，依此來帶動葉片旋轉(zhuǎn)，即完成巴旦木脫青皮機(jī)的傳動，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
3.1 螺旋脫皮葉片與篩筒壁間隙的設(shè)計
脫皮葉片隨著主軸旋轉(zhuǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)動過程中通過螺旋葉片來帶動巴旦木物料向出口方向移動。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主要參數(shù)，如果脫皮部件和篩筒壁的間隙過大時，青皮將不能夠進(jìn)行有效剝離，如果是過小的間距時，將會導(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)計一個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)，通過相關(guān)資料可知，該數(shù)據(jù)為一個區(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
柵條間距是影響巴旦木含雜率的一個重要參數(shù)，不合適的間距將會就會造成巴旦木與青皮不能夠有效的分開，巴旦木果實(shí)也很有可能會從縫隙中掉下來，根據(jù)資料查詢和試驗結(jié)果表明：青皮厚度是5-9mm，所以柵條間距以5-9mm為宜。
通過資料查詢，最后確定了篩筒柵條的間距為7mm。在試驗過程中發(fā)現(xiàn)除了間隙的確定之外，圓鋼尺寸的不同來作為柵條材料，對巴旦木脫青皮的效果也有一定的影響，通過試驗對比后，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應(yīng)用在其他品種的青皮脫離作業(yè)過程中，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)具在工作過程中的效率較高，為了防止在工作過程中發(fā)生堵塞狀態(tài)，因此，特意在此次設(shè)計中增添了活門篩的設(shè)計，這樣保證了發(fā)生堵塞時可以更好，更便利的把堵塞的巴旦木給拿掉，更便于后續(xù)的工作，同時也減少了危險性。
圖3-3 活門篩
3.4 支撐架設(shè)計
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
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，尺寸與整個巴旦木脫青皮機(jī)的尺寸相互聯(lián)系。同時由于分離篩和螺旋脫皮葉片處于重要位置，因此它的整個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)架很大將會影響整機(jī)的大小、重量等，穩(wěn)定性也會得不到好的控制，如果機(jī)架尺寸太小，那么不但不能滿足脫青皮的任務(wù)同時也會對整個脫青皮的效率造成巨大影響，從重量因素上考慮的話，機(jī)架過重的話那么整機(jī)也會過重，對牽引的要求就會增加。機(jī)架對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。
通過數(shù)據(jù)對比和收獲機(jī)尺寸考慮，確定機(jī)架長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)傳動部件的設(shè)計
4.1 電機(jī)的選擇
通過試驗測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。通過資料查找可知，每個旋轉(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受力比較復(fù)雜，所以取理想情況，根據(jù)動能定理，則有：
（4-1）
（4-2）
其中上式中:m —單個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—葉片對巴旦木的打擊力(N);
⊿S—巴旦木受葉片沖擊的相對位移(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)單位時間可對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帶傳動的傳動比范圍為4～6，所以電動機(jī)轉(zhuǎn)速的合理范圍為：
（4-7）
（4-8）
根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊第4版可查出符合此條件的電機(jī)型號為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 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軸傳動比的確定
（1）總傳動比為：
（4-9）
所以由此可以取出V帶的傳動比，初步取i=4.8。
因此傳動裝置的運(yùn)動與參數(shù)計算如下：
軸的轉(zhuǎn)速為：
軸的輸入功率為：
（4-10）
上式中： p1——傳遞到第一級皮帶上的功率（kW）；
——帶的傳遞效率；
——軸承的傳遞效率；
經(jīng)過查閱相關(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)器中的皮帶是用來傳遞電動機(jī)產(chǎn)生的動力的，因此所選取的皮帶的型號必須要能夠承受的住傳遞的動力。
已知電動機(jī)的動力，動力通過帶輪傳遞到帶有螺旋脫皮葉片的軸上，由于在帶傳動過程中有功率的消耗，因此可以算出從電動機(jī)里出來的動力傳遞到皮帶上時的動力有多大。
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)過計算得到從電動機(jī)里傳遞出的功率通過第一級帶輪的功率為0.23kW，因此可以挑選適合的皮帶來實(shí)現(xiàn)傳遞動力的工作。
假如以每天工作時間10h來進(jìn)行設(shè)計：
（1）確定計算功率Pca：
通過查找機(jī)械設(shè)計基礎(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：
根據(jù)、n電機(jī) ，從機(jī)械設(shè)計基礎(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：
通過機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第五版的表13-9可知，d1應(yīng)該大于等于50mm，然后可從主動輪的基準(zhǔn)直徑系中可以選取d1=71mm，因此從動輪的基準(zhǔn)直徑d2為:
（4-14）
(4)驗算帶的速度 :
（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)長度Ld：
初步選取中心距為：
（4-16）
可取,符合，即 287.7mm
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