弧板-滾筒式核桃破殼機(jī)設(shè)計(jì)
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弧板-滾筒式核桃破殼機(jī) 姓名：李文正 學(xué)號(hào)：8011208215 指導(dǎo)老師：張宏 日期：2012-05- PPT模板下載基地1.設(shè)計(jì)主要內(nèi)容（1）設(shè)計(jì)的原理。（2）電動(dòng)機(jī)的選取帶輪以及帶的選擇。（3）軸的設(shè)計(jì)以及固定。（4）滾筒和箱體的設(shè)計(jì)。（5）氣動(dòng)裝置的選取。2.弧板-滾筒式核桃破殼機(jī)原理該裝置是由弧形板2 和滾筒 1 組成 如左圖，在滾筒上裝有兩個(gè)角度成180的活塞，兩活塞由彈簧支撐。當(dāng)分級(jí)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(dòng)，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。3.電動(dòng)機(jī)的選取由于軸轉(zhuǎn)速在800-1000左右轉(zhuǎn)分，所需功率較低，傳動(dòng)比為2-5，所以選取電動(dòng)機(jī)為：Y90S-4 額定功率1.1PKW,滿載轉(zhuǎn)速1400rmin,效率79%，功率因數(shù)0.79.4.整體裝配思路 本裝置主要是利用電機(jī)帶動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，滾筒每轉(zhuǎn)90度，氣缸就撞擊一次。為了提高效率，我們?cè)跐L筒上對(duì)稱的開了兩對(duì)凹槽，一排初步設(shè)計(jì)13個(gè)。通過汽缸上的撞針和弧板的擠壓力，來實(shí)現(xiàn)核桃的破殼。本裝置由于氣動(dòng)裝置在滾筒的內(nèi)部，給設(shè)計(jì)帶來很大的困難，張老師建議我使用懸臂軸，來達(dá)到設(shè)計(jì)要求。滾筒的另一端，也就是左圖的上端，利用螺栓把滾筒和側(cè)端面連接，采用此種設(shè)計(jì)主要是為了實(shí)現(xiàn)內(nèi)部的氣動(dòng)裝置的固定。5.軸的設(shè)計(jì)6.氣缸的選取 由于本裝置體積限制，滾筒設(shè)計(jì)直徑大概在10-20厘米左右，所以氣缸選微型氣缸，通過查詢我們選取單作用基本型氣缸，型號(hào)為：CDJ2B 10-15 SR-C73 D:有無內(nèi)置磁環(huán) B：表示基本型 10：缸徑 15：行程 R：軸向 C73：磁性開關(guān)的型號(hào) 7.本設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：本裝置噪聲低體積較小、生產(chǎn)率較高，既適合工廠使用也適用家庭使用。缺點(diǎn)：碎仁率有待提高。8.總結(jié) 由于本設(shè)計(jì)沒有具體的實(shí)物圖作參考，設(shè)計(jì)中難免會(huì)存在錯(cuò)誤和不足之處，希望老師們批評(píng)指正。
12屆畢業(yè)設(shè)計(jì)
弧板-滾筒式核桃破殼機(jī)
設(shè)計(jì)說明書
學(xué)生姓名
學(xué) 號(hào)
所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)
指導(dǎo)教師
日 期
塔里木大學(xué)教務(wù)處制
前 言
核桃，是人們常見的食物。它營(yíng)養(yǎng)豐富，具有健腦、補(bǔ)腎、美容、降血脂四大功效。核桃和核桃仁還是我國傳統(tǒng)的出口商品。但是，由于核桃殼堅(jiān)硬，手工剝核極其不便而且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因此，提高核桃取仁的機(jī)械化程度，是生產(chǎn)過程中急需解決的問題。鑒于此，本設(shè)計(jì)根據(jù)以往的研究與資料，提出了弧板—滾筒式核桃破殼原理，研制了核桃破殼機(jī)。本機(jī)能完美的解決核桃難剝核和人工剝核不能保證仁的完全性難題，且又有較高的生產(chǎn)率和較高的高路仁率。
本次設(shè)計(jì)采用常見的電機(jī)作動(dòng)力源，利用V帶傳遞功率。利用軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，利用氣缸實(shí)現(xiàn)破殼，從而使機(jī)器能夠連續(xù)的工作，大大提高了生產(chǎn)率。
目錄
1在國內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析·······································1
1.1堅(jiān)果類破殼機(jī)現(xiàn)狀··············································1
1.1.1堅(jiān)果類破殼機(jī)常見的機(jī)械脫殼方法 ································1
1.1.2新型核桃脫殼方法·············································1
1.1.3幾種典型的堅(jiān)果類破殼機(jī)·······································2
1.2對(duì)堅(jiān)果類破殼機(jī)械未來展望分析···································2
2破殼機(jī)設(shè)計(jì)的目的、意義···········································3
3弧板-滾筒式破殼機(jī)工作原理········································3
3.1破殼機(jī)的總體裝配思路··········································4
4氣動(dòng)裝置的選取···················································4
5弧板-滾筒式核桃破殼機(jī)的設(shè)計(jì)·····································5
5.1電動(dòng)機(jī)的選擇·················································5
6帶及設(shè)計(jì)··················································5
6.1傳動(dòng)帶的設(shè)計(jì)·············································6
6.1.1確定計(jì)算功率················································6
6.1.2選擇V帶的型號(hào)·············································6
6.1.3確定帶輪的基準(zhǔn)直徑···········································6
6.1.4確定傳動(dòng)中心距和帶長(zhǎng)·········································6
6.1.5驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角···········································7
6.1.6確定V帶的根數(shù)·············································7
6.1.7確定帶的初拉力···············································7
6.1.8求V帶傳動(dòng)作用在軸上的壓力····································8
7V帶帶輪的設(shè)計(jì)····················································8
7.1帶輪的材料選擇···············································8
7.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)·····················································8
7.3 從動(dòng)帶輪的設(shè)計(jì)················································9
8傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)·····················································9
8.1根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度·························10
8.2初步選擇輸出軸系··············································10
8.3確定輸出軸上的圓角半徑······································10
8.4 按彎扭合成條件校核軸的強(qiáng)度·····································11
8.4.1求輸出軸上的所受作用力的大小··································11
8.4.2求滾筒上所受的的合力·········································11
8.4.3軸上水平面內(nèi)所受支反力如圖···································11
8.4.4軸在垂直面內(nèi)所受的支反力·····································11
8.4.5作彎矩圖···················································12
8.4.6軸的載荷分析················································12
8.4.7當(dāng)量彎矩計(jì)算················································12
8.5 校核軸的強(qiáng)度·················································13
9入料斗的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)···············································13
10滾筒的設(shè)計(jì)····················································13
11軸承端蓋······················································14
12氣缸撞擊裝置················································14
13影響核桃破殼的因素··········································14
13.1核桃的性質(zhì)···············································14
13.1.2核桃飽滿程度和均勻度····································14
13.1.3核桃的濕度要適中········································15
13.1.4破殼板的硬度···········································15
13.2 喂料速度對(duì)破殼效果的影響··································15
14結(jié)論························································16
14.1本課題所完成的工作········································16
14.2需要重點(diǎn)研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路·······················16
14.2.1目前核桃破殼取仁機(jī)械存在的主要問題························16
15致謝························································17
16參考文獻(xiàn)····················································18
弧板--滾筒式核桃破殼機(jī)
學(xué)生：李文正
指導(dǎo)老師：張宏
（塔里木大學(xué)，阿拉爾）
摘 要：本文首先提出核桃機(jī)械剝核取仁的必要性和重要性。提出了弧板--滾筒式剝核原理及最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，并研制了核桃脫殼機(jī)。其中主要包括總體方案的確定，各部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算，總裝與零部件裝圖紙；完成設(shè)計(jì)后，分析了它的特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)，以及存在的不足，需要改進(jìn)，提出了一些改進(jìn)措施。
關(guān)鍵詞：核桃；機(jī)械；剝核
1引言
核桃，是人們常見的食物。它營(yíng)養(yǎng)豐富，具有健腦、補(bǔ)腎、美容、降血脂四大功效。核桃和核桃仁還是我國傳統(tǒng)的出口商品。但是，由于核桃殼堅(jiān)硬，手工剝核極其不便而且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因此，提高核桃取仁的機(jī)械化程度，是生產(chǎn)過程中急需解決的問題。鑒于此，本設(shè)計(jì)根據(jù)以往的研究與資料，提出了弧板—滾筒式核桃破殼原理，研制了核桃破殼機(jī)。本機(jī)能完美的解決核桃難剝核和人工剝核不能保證仁的完全性難題，且又有較高的生產(chǎn)率和較高的高路仁率。
本次設(shè)計(jì)采用常見的電機(jī)作動(dòng)力源，利用V帶傳遞功率。利用軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，利用氣缸和弧板的擠壓力來實(shí)現(xiàn)破殼，從而使機(jī)器能夠連續(xù)的工作，大大提高了生產(chǎn)率。
2國內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析
2.1堅(jiān)果類破殼機(jī)現(xiàn)狀
國外早在20世紀(jì)60年代初,就著手研制堅(jiān)果破殼機(jī)具,至80年代初,美國、意大利、法國等已相繼推出了各種堅(jiān)果破殼機(jī),如夏威夷果破殼機(jī)、杏仁破殼機(jī)等。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展,堅(jiān)果破殼機(jī)具已日趨成熟,目前,正朝著機(jī)電一體化方向發(fā)展。近幾年來,國內(nèi)有些加工企業(yè)和科研院所已逐步研制開發(fā)出一些堅(jiān)果類破殼加工設(shè)備,但多數(shù)破殼機(jī)具一次性破殼率偏低,碎仁率偏高,致使生產(chǎn)效率低,加工損失大。我國在傳統(tǒng)脫殼設(shè)備的基礎(chǔ)上,盡管正在積極研制和開發(fā)各種類型脫殼機(jī)械,但其發(fā)展相當(dāng)緩慢,同時(shí)成熟的機(jī)型及進(jìn)行批量生產(chǎn)的不多,遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于農(nóng)產(chǎn)品深加工的需求。在技術(shù)上還存在如下問題: a)脫殼率低,脫殼后的籽仁破碎率高,損失大; b)機(jī)具性能不穩(wěn)定,適應(yīng)性差; c)通用性差:多數(shù)脫殼機(jī)只適應(yīng)某一種籽粒的脫殼作業(yè),而不能夠通過更換主要工作部件來適應(yīng)其他籽粒的脫殼,利用率低; d)作業(yè)成本偏高:我國脫殼機(jī)械尚未形成規(guī)模和系列,多數(shù)是單機(jī)制造,制造的工藝水平較低,故制造成本偏高; e)有些產(chǎn)品僅進(jìn)行了樣機(jī)試制或少量試生產(chǎn),未進(jìn)行大量生產(chǎn)性考核和示范應(yīng)用, 作業(yè)性能、可靠性、耐久性及商品性等方面還存在不少問題。
2.2堅(jiān)果類破殼機(jī)常見的機(jī)械脫殼方法
（1）撞擊法脫殼:撞擊法脫殼是物料籽粒高速運(yùn)動(dòng)時(shí)突然受阻而受到?jīng)_擊力, 使外殼破碎而實(shí)現(xiàn)脫殼。物料由高速回轉(zhuǎn)甩料盤使籽粒產(chǎn)生一個(gè)較大的離心力撞擊壁面,只要撞擊力足夠大,籽粒外殼就會(huì)產(chǎn)生較大的變形,進(jìn)而形成裂縫。當(dāng)籽粒離開壁面時(shí),由于外殼和粒仁具有不同的彈性變形而產(chǎn)生不同的運(yùn)動(dòng)速度,籽仁受到的彈性力較小,運(yùn)動(dòng)速度也不如外殼,阻止了外殼迅速向外移動(dòng)而使其在裂縫處裂開,從而實(shí)現(xiàn)籽粒的脫殼。撞擊脫殼法適合于仁殼間結(jié)合力小,仁殼間隙較大且外殼較脆的籽粒。(2)碾搓法脫殼:物料籽粒在固定磨片和運(yùn)動(dòng)著的磨片間受到強(qiáng)烈的碾搓作用,使籽料的外殼被撕裂而實(shí)現(xiàn)脫殼。籽粒經(jīng)進(jìn)料口進(jìn)入定磨片和動(dòng)磨的間隙中,動(dòng)磨片轉(zhuǎn)動(dòng)的離心力使籽粒沿徑向向外運(yùn)動(dòng),也使籽粒與定磨間產(chǎn)生方向相反的摩擦力;同時(shí),磨片上的牙齒不斷對(duì)外殼進(jìn)行切裂,在摩擦力與剪切力的共同作用下使外殼產(chǎn)生裂紋直至破裂,并與籽仁脫離,達(dá)到脫殼的目的。(3)剪切法脫殼:籽粒在固定刀架和轉(zhuǎn)鼓之間受到相對(duì)運(yùn)動(dòng)刀板的剪切力作用,外殼被切裂并破開,實(shí)現(xiàn)外殼與籽仁的分離。刀板轉(zhuǎn)鼓和刀板座為主要工作部件,在刀板轉(zhuǎn)鼓和刀板座上均裝有刀板,刀板座呈凹形且?guī)в姓{(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),可根據(jù)籽粒堅(jiān)果的大小調(diào)節(jié)刀板座與刀板轉(zhuǎn)鼓之間的間隙。當(dāng)?shù)栋遛D(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)時(shí),與刀板之間產(chǎn)生剪切作用,使物料外殼破裂和脫落。(4)擠壓法脫殼:擠壓法脫殼是靠一對(duì)直徑相同轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反,轉(zhuǎn)速相等的圓柱輥,調(diào)整到適當(dāng)間隙,使籽粒通過間隙時(shí)受到輥的擠壓而破殼。在破殼的過程中籽粒能否順利地進(jìn)入兩擠壓輥的間隙,取決于擠壓輥及與籽粒接觸的情況。要使籽粒在兩擠壓輥間被擠壓破殼,籽粒首先必須被夾住,然后被卷入兩輥間隙被擠壓破殼。兩擠壓輥間的間隙大小是影響籽粒破碎率和脫殼率高低的重要因素。(5)搓撕法脫殼:搓撕法脫殼是利用相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的橡膠輥筒對(duì)籽粒進(jìn)行搓撕作用而進(jìn)行脫殼。兩膠輥水平放置,分別以不同轉(zhuǎn)速相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng),輥面之間存在一定的線速差,橡膠輥具有一定的彈性,其摩擦系數(shù)較大。籽粒進(jìn)入膠輥工作區(qū)時(shí),與兩輥面相接觸,如果此時(shí)籽粒符合被輥?zhàn)訃氲臈l件,即嚙入角小于摩擦角,就能順 利進(jìn)入兩輥間。此時(shí)籽粒在被拉入輥間的同時(shí),受到兩個(gè)不同方向的摩擦力的撕搓作用;另外,籽粒又受到兩輥面的法向擠壓力的作用,當(dāng)籽粒到達(dá)輥?zhàn)又行倪B線 附近時(shí)法向擠壓力最大,籽粒受壓產(chǎn)生彈性——塑性變形,此時(shí)籽粒的外殼也將在擠壓作用下破裂,在上述相反方向撕搓力的作用下完成脫殼過程。
3弧板-滾筒式核桃破殼機(jī)的工作原理
1.滾筒 2.弧板 3.活塞 4.彈簧 5.氣壓裝載系統(tǒng)
圖3-1 設(shè)計(jì)原理圖
該裝置是由弧形板2和滾筒1組成，在滾筒上裝有兩個(gè)角度成180°的活塞，兩活塞由彈簧支撐。 當(dāng)分級(jí)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(dòng)，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。
3.1破殼機(jī)的總體裝配思路
本裝置主要有入料斗﹑上箱蓋﹑箱體﹑滾筒﹑弧板﹑氣缸等組成。入料斗和上箱蓋通過螺紋連接，然后和箱體連接，在滾筒上有對(duì)稱的四排凹槽，用來固定從入料斗下來的核桃，然后電機(jī)通過V帶帶動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)90度的的時(shí)候，氣動(dòng)裝置打擊一次核桃，通過氣動(dòng)裝置上的撞針和弧板的擠壓力實(shí)現(xiàn)對(duì)核桃的破殼。破殼以后的核桃隨著滾筒繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，然后掉落，最后通過出料斗輸出。
如圖3-2：
圖3-2 總裝圖
4氣動(dòng)裝置的選取
由于本裝置設(shè)計(jì)體積不大，所使用的氣缸又必須能到實(shí)驗(yàn)的要求，綜合考慮本裝置選取單作用微型氣缸。
型號(hào)表示方法：C D J 2 B 16 - 45 S R - C73 s/n
D處：無標(biāo)記表示無內(nèi)置磁環(huán)，有符號(hào)D則表示內(nèi)置磁環(huán)。
B表示安裝形式：B是基本型，F(xiàn)表示桿側(cè)法蘭型，L表示腳座型，D表示雙耳環(huán)型。
16表示缸徑
45表示行程
R表示軸向，無R表示徑向
C73表示磁性開關(guān)的型號(hào)，如果無型號(hào)則表示無磁性開關(guān)
C73后面如果無標(biāo)記則表示有2個(gè)磁性開關(guān)，是s則表示磁性開關(guān)個(gè)數(shù)是1，是n則表示有n個(gè)磁性開關(guān)[2]。
本裝置綜合考慮選取的氣缸型號(hào)為：CDJ2B16-35 SR-C73
5電動(dòng)機(jī)的選擇
根據(jù)資料得主軸的轉(zhuǎn)速在800-1000轉(zhuǎn)/分，按《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》推薦的傳動(dòng)比合理取值范圍，取V帶的傳動(dòng)比為2～4，即可滿足電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與主軸的轉(zhuǎn)速相匹配。由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》查出三種適宜的電動(dòng)機(jī)型號(hào)，因此有三種不同的傳動(dòng)比方案，如表：
表5-1 電動(dòng)機(jī)的型號(hào)和技術(shù)參數(shù)及傳動(dòng)比
方案
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
額定
功率P/kW
同步轉(zhuǎn)速
r/min
滿載
轉(zhuǎn)速
r/min
效率（%）
電動(dòng)機(jī)重量（KG）
功率因數(shù)
1
Y90S-2
1.5
3000
2840
78
22
0.85
2
Y90S-4
1.1
3000
1400
79
27
0.79
3
Y90S-6
0.75
1000
910
82
25
0.86
綜臺(tái)考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、重量以及帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比，可知方案2比較適合,因此選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y90S-4。所選電動(dòng)機(jī)的額定功率 P＝1.1kw，滿載轉(zhuǎn)速 n=1400r／min，總傳動(dòng)比適中，傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)較緊湊。如表5-2：
表5-2 Y90S-4主要參數(shù)如下表
型 號(hào)
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
Y90S-4
1.1
1400
3.65
82
0.86
6.5
2.0
2.0
表5-3 電動(dòng)機(jī)尺寸列表 單位mm
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
90
10
6帶及帶輪的設(shè)計(jì)
表6-1 V帶主要參數(shù)如下表
P（KW）
V帶轉(zhuǎn)速（m/s）
從動(dòng)輪直徑（mm）
傳動(dòng)中心距（mm）
帶長(zhǎng)（mm）
上包角
V帶根數(shù)
V帶初拉力（N)
軸上的壓力（N）
1.298
5.35
224
400
1258
3
73.5
433.93
7 V帶帶輪的設(shè)計(jì)
7.1帶輪的材料選擇
因?yàn)閹л喌霓D(zhuǎn)速，即，轉(zhuǎn)速比較底，所以材料選定為灰鑄鐵，硬度為。
7.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑，選擇帶輪的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)帶的型號(hào)來確定帶論輪槽的尺寸，設(shè)計(jì)如下：
主動(dòng)帶輪的結(jié)構(gòu)選擇 因?yàn)楦鶕?jù)主動(dòng)帶輪的基準(zhǔn)直徑尺寸，而與主動(dòng)帶輪配合的電動(dòng)機(jī)軸的直徑是，因此根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，所以主動(dòng) 帶輪采用腹板式。
帶輪參數(shù)的選擇：通過查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》一書，可以確定主動(dòng)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(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算求得?！ ?
表7-1 主動(dòng)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(dòng)帶輪的厚度可以由計(jì)算公式： 求得 （7-1）
即 ：
主動(dòng)帶輪的結(jié)構(gòu)如圖7-1：
圖7-1 主動(dòng)帶輪的結(jié)構(gòu)
7.3 從動(dòng)帶輪的設(shè)計(jì)
從動(dòng)帶輪的結(jié)果選擇 因?yàn)楦鶕?jù)主動(dòng)帶輪的基準(zhǔn)直徑和傳動(dòng)比來確定，即 ，，所以從動(dòng)帶輪采用腹板式。
從動(dòng)帶輪的參數(shù)選擇：通過查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》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(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算求得：
表7-2 從動(dòng)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(dòng)帶輪的厚度可以由計(jì)算公式： ，當(dāng)B＜1.5d是，L=B 求得
即 ：
從動(dòng)帶輪的結(jié)構(gòu)如圖6-2：
圖7-2 從動(dòng)帶輪的結(jié)構(gòu)
8傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)
根據(jù)軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度來初步計(jì)算確定其最小直徑，可利用經(jīng)驗(yàn)公式：
（8-1）
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(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》一書中表18—1 可以查到，應(yīng)選取調(diào)質(zhì)處理的45號(hào)鋼，，書中表18—2取，于是得 ：
輸出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(qiáng)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(qiáng)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20。在《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》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(zhǎng)度為。
8.1根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)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(gè)軸肩，故?、瘛蚨魏廷鳌妮S直徑 ，輸出軸的徑向定位由普通平鍵來完成。選用鍵的型號(hào)為普通平鍵為。鍵的型號(hào)可以通過查《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》一書取得。
8.2初步選擇輸出軸系
由破殼機(jī)的結(jié)構(gòu)和相關(guān)尺寸可知所設(shè)計(jì)的軸上裝有帶輪和滾筒，根據(jù)，初步選取支撐的軸承為角接觸球軸承，在《機(jī)械設(shè)實(shí)用冊(cè)》查得7202AC型角接觸球軸承，由手冊(cè)中查得a=21mm，它的結(jié)構(gòu)尺寸為，?、颉蠖蔚闹睆较嗟龋?。
考慮到機(jī)體的制造誤差等原因造成的安裝錯(cuò)位或是借口不齊等，滾動(dòng)軸承應(yīng)在機(jī)體內(nèi)有一段移動(dòng)的位移，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可等位移量。
又因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)所使用的軸為懸臂軸，因此軸的設(shè)計(jì)很有講究，綜合考慮，設(shè)計(jì)圖形如下：
圖8-2 懸臂軸
8影響核桃破殼的因素
多次試驗(yàn)的結(jié)果證明,破殼效果與多種因素有關(guān)。機(jī)械的結(jié)構(gòu)因素有進(jìn)入角、摩擦角、電機(jī)轉(zhuǎn)速、破殼板間隙﹑破殼板硬度、破殼板上網(wǎng)格形狀和大小等;物料因素有品種﹑含水率、粒型大小、飽滿程度、均勻度、表面粗糙度、殼的厚薄和內(nèi)隔膜面積等。除此之外,還和喂料速度有關(guān)。
13.1核桃的性質(zhì)
13.1.1核桃的品種
由于核桃品種繁雜,形狀不規(guī)則,尺寸差異較大,殼仁間隙小,殼完全破裂所要求的變形量大于殼仁間隙,所以破殼取仁難度較大。核桃仁與殼之間的空隙大,仁殼結(jié)合松懈,易剝殼分離,否則難以剝殼分離。因此,應(yīng)盡量選擇殼薄與橫隔膜(夾層)退化的核桃,從而易于破出更多的整仁或半仁。
8.1.2 核桃飽滿程度和均勻度
核桃飽滿程度和均勻度對(duì)剝殼效果也產(chǎn)生影響。核桃粒度不均勻,剝殼設(shè)備最佳操作條件的確定困難,使剝殼效率和粉末度無法達(dá)到最佳的平衡,剝殼效果下降。為提高剝殼效果,可采取循環(huán)剝殼和二次剝殼的工藝,當(dāng)粒度相差太大時(shí),最好采取分級(jí)剝殼,才能達(dá)到好的工藝效果。
8.1.3核桃的濕度要適中
核桃水分含量對(duì)外殼的強(qiáng)度、彈性、塑性以及仁的粉碎度都有直接影響。一般情況下,核桃含水量越低,其外殼越脆,剝殼時(shí)易破殼,但剝殼后混合物的粉末度增加;反之,外殼的韌性好,剝殼時(shí)的破殼率低,但剝殼后的整仁率提高。在核桃剝殼時(shí),應(yīng)保持最適
當(dāng)?shù)乃趾?使外殼和仁具有最大彈性變形和塑性變形的差異,這樣一方面使外殼含水量低到使其具有最大的脆性更易破碎剝殼,另一方面又不致于使仁在機(jī)械外力的作用下粉末度太大。因此,控制核桃剝殼時(shí)的最佳水分含量,對(duì)提高剝殼效率和減少粉末度都十分重要。試驗(yàn)結(jié)果證明,核桃濕度15%左右時(shí)破殼較為合適。
8.1.4破殼板的硬度
破殼板硬度對(duì)破殼有較大影響,適當(dāng)?shù)挠捕燃皬椥钥色@得與核桃殼之間所需的摩擦力。若硬度太低,破殼板容易摩擦受熱發(fā)軟而過快磨損,使用壽命短;若硬度太大,則彈性差,對(duì)核桃擠壓力大容易傷核桃仁,同時(shí)變形小,與核桃殼之間摩擦減小,使撕剝作用相對(duì)較弱,影響破殼。試驗(yàn)結(jié)果證明,采用HRC硬度40-50的45號(hào)鋼較合適。
8.2喂料速度對(duì)破殼效果的影響
在兩板間隙不變的情況下,喂料速度越高,單位時(shí)間通過的核桃量越多,生產(chǎn)率越高。但經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明,當(dāng)喂料速度遠(yuǎn)大于生產(chǎn)率時(shí),核桃破碎率增加,而破殼質(zhì)量則嚴(yán)重下降。因此,喂料速度應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)。
9對(duì)堅(jiān)果類破殼機(jī)械未來展望分析
堅(jiān)果生產(chǎn)機(jī)械化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要組成部分,是農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展的重要保證,近年來,堅(jiān)果機(jī)械裝備總量不斷穩(wěn)步增長(zhǎng),作業(yè)水平進(jìn)一步提高,社會(huì)化服務(wù)規(guī)模不斷擴(kuò)大,雖然目前堅(jiān)果破殼機(jī)械化水平較高,但是多應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)與示范推廣區(qū),并且小型機(jī)械多、大型機(jī)械少,低檔機(jī)械多、高性能機(jī)械少。在一些地區(qū),特殊用途的堅(jiān)果仁仍采用傳統(tǒng)的手工剝殼,勞動(dòng)生產(chǎn)率低,區(qū)域性發(fā)展不平衡。進(jìn)入21世紀(jì),我國堅(jiān)果生產(chǎn)機(jī)械化開始了新的發(fā)展階段,農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整發(fā)生了新的變化,也對(duì)堅(jiān)果機(jī)械的發(fā)展產(chǎn)生了積極而深遠(yuǎn)的影響,不僅拉動(dòng)了新的有效需求,而且構(gòu)筑了適合堅(jiān)果生產(chǎn)機(jī)械化發(fā)展的新舞臺(tái),為堅(jiān)果生產(chǎn)機(jī)械化真正成為農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動(dòng)器提供了廣闊的市場(chǎng)發(fā)展條件。在一些地區(qū)推進(jìn)堅(jiān)果生產(chǎn)機(jī)械化的過程中,相繼出臺(tái)了鼓勵(lì)和扶持農(nóng)民購買堅(jiān)果機(jī)械、開展堅(jiān)果機(jī)械作業(yè)服務(wù)的優(yōu)惠政策和措施,調(diào)動(dòng)了農(nóng)民購買堅(jiān)果機(jī)械的積極性,形成了新的市場(chǎng)需求。隨著堅(jiān)果種植業(yè)的不斷發(fā)展,國內(nèi)外對(duì)堅(jiān)果深加工產(chǎn)品的需求不斷增大,提高堅(jiān)果破殼機(jī)械化作業(yè)水平成為必然。堅(jiān)果破殼機(jī)在提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,減輕勞動(dòng)強(qiáng)度方面起到了積極的作用,促進(jìn)了堅(jiān)果加工業(yè)的科技進(jìn)步,為堅(jiān)果破殼機(jī)械的發(fā)展提供了空間。綜上所述，在堅(jiān)果的破殼設(shè)備中，更多的為機(jī)械擠壓設(shè)備，與傳統(tǒng)手工法相比,機(jī)械法省工、省力、高效、環(huán)保，但這種設(shè)備仍存在著破殼率低、碎仁率高、機(jī)械適性差等缺點(diǎn)。而對(duì)于堅(jiān)果破殼設(shè)備及破殼技術(shù)的研究，均基于堅(jiān)果的機(jī)理研究。我認(rèn)為在堅(jiān)果破殼技術(shù)與破殼機(jī)理的研究中，尚存在著以下幾方面需要解決的問題，這也是將來堅(jiān)果破殼機(jī)械研究的發(fā)展方向。
a)堅(jiān)果的微觀結(jié)構(gòu)研究。微觀結(jié)構(gòu)是宏觀性能的決定因素，堅(jiān)果的破殼力學(xué)變形都是基于其可破殼的微觀結(jié)構(gòu)組成，但可惜的是目前人們對(duì)此尚未研究。由于這一根本性問題的存在,使人們進(jìn)一步在理論上研究堅(jiān)果破殼力學(xué)特性時(shí)遇到了很大困難。
b)破殼力學(xué)特性研究。目前，人們對(duì)堅(jiān)果的破殼物理力學(xué)性能、機(jī)械性能的研究主要采用實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行定性分析，從理論上進(jìn)行定量研究的很少。而堅(jiān)果破殼可破殼性機(jī)理復(fù)雜,力學(xué)特性參數(shù)甚多。因此,這方面問題的解決僅靠實(shí)驗(yàn)研究 是不夠的。
c)影響因素的確定與控制。影響堅(jiān)果破殼開口的因素眾多,各因素之間相互影響，關(guān)系極為復(fù)雜。在某一特定破殼操作中，對(duì)影響參數(shù)條件的控制操作不易掌握，這就使得堅(jiān)果的破殼設(shè)備在很大范圍內(nèi)推廣使用受到限制。
參考文獻(xiàn)
[1]鐘海雁等. 核桃生產(chǎn)加工利用研究的現(xiàn)狀與前景[J]. 食品與機(jī)械,2008,(04).
[2]吳宗澤，羅圣國.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：高等教育出版社，2009.
[3]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè)：第1卷.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.
[4]濮良貴.機(jī)械零件.5版.北京：高等教育出版社，1989.
[5]辛動(dòng)軍,史建新. 核桃剝殼機(jī)導(dǎo)向裝置試驗(yàn)研究[J]. 農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) , 2008,(03).
[6]于俊一，鄒青.機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2010.
[7]喬園園，史建新，董遠(yuǎn)德.影響核桃殼仁脫離的主要因素[J].農(nóng)機(jī)化研究，2008，（04）.
弧板-滾筒式核桃破殼機(jī)設(shè)計(jì)
1國內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析
1.1堅(jiān)果類破殼機(jī)現(xiàn)狀
國外早在20世紀(jì)60年代初,就著手研制堅(jiān)果破殼機(jī)具,至80年代初,美國、意大利、法國等已相繼推出了各種堅(jiān)果破殼機(jī),如夏威夷果破殼機(jī)、杏仁破殼機(jī)等。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展,堅(jiān)果破殼機(jī)具已日趨成熟,目前,正朝著機(jī)電一體化方向發(fā)展。近幾年來,國內(nèi)有些加工企業(yè)和科研院所已逐步研制開發(fā)出一些堅(jiān)果類破殼加工設(shè)備,但多數(shù)破殼機(jī)具一次性破殼率偏低,碎仁率偏高,致使生產(chǎn)效率低,加工損失大。堅(jiān)果主要是指具有堅(jiān)硬外殼的果實(shí)。我國生產(chǎn)的最有代表性的堅(jiān)果有干殼蓮子、核桃、杏仁、白果和松子等,在進(jìn)行深加工的過程中,脫殼是一個(gè)關(guān)鍵工序。因堅(jiān)果果殼主要由纖維素和半纖維素組成,殼仁間隙小、殼堅(jiān)硬,難以剝離,而且 堅(jiān)果品種繁雜,尺寸差異較大、形狀不規(guī)則;剝殼的同時(shí)不能破壞果仁的品質(zhì),而物理剝殼法都對(duì)果仁品質(zhì)有不同程度的破壞,所以堅(jiān)果的破殼取仁難度較大。我國在傳統(tǒng)脫殼設(shè)備的基礎(chǔ)上,盡管正在積極研制和開發(fā)各種類型脫殼機(jī)械,但其發(fā)展相當(dāng)緩慢,同時(shí)成熟的機(jī)型及進(jìn)行批量生產(chǎn)的不多,遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于農(nóng)產(chǎn)品深加工的需求。在技術(shù)上還存在如下問題: a)脫殼率低,脫殼后的籽仁破碎率高,損失大; b)機(jī)具性能不穩(wěn)定,適應(yīng)性差; c)通用性差:多數(shù)脫殼機(jī)只適應(yīng)某一種籽粒的脫殼作業(yè),而不能夠通過更換主要工作部件來適應(yīng)其他籽粒的脫殼,利用率低; d)作業(yè)成本偏高:我國脫殼機(jī)械尚未形成規(guī)模和系列,多數(shù)是單機(jī)制造,制造的工藝水平較低,故制造成本偏高; e)有些產(chǎn)品僅進(jìn)行了樣機(jī)試制或少量試生產(chǎn),未進(jìn)行大量生產(chǎn)性考核和示范應(yīng)用, 作業(yè)性能、可靠性、耐久性及商品性等方面還存在不少問題。
1.1.1堅(jiān)果類破殼機(jī)常見的機(jī)械脫殼方法
(1)撞擊法脫殼:撞擊法脫殼是物料籽粒高速運(yùn)動(dòng)時(shí)突然受阻而受到?jīng)_擊力, 使外殼破碎而實(shí)現(xiàn)脫殼。物料由高速回轉(zhuǎn)甩料盤使籽粒產(chǎn)生一個(gè)較大的離心力撞擊壁面,只要撞擊力足夠大,籽粒外殼就會(huì)產(chǎn)生較大的變形,進(jìn)而形成裂縫。當(dāng)籽粒離開壁面時(shí),由于外殼和粒仁具有不同的彈性變形而產(chǎn)生不同的運(yùn)動(dòng)速度,籽仁受到的彈性力較小,運(yùn)動(dòng)速度也不如外殼,阻止了外殼迅速向外移動(dòng)而使其在裂縫處裂開,從而實(shí)現(xiàn)籽粒的脫殼。撞擊脫殼法適合于仁殼間結(jié)合力小,仁殼間隙較大且外殼較脆的籽粒。
(2)碾搓法脫殼:物料籽粒在固定磨片和運(yùn)動(dòng)著的磨片間受到強(qiáng)烈的碾搓作用,使籽料的外殼被撕裂而實(shí)現(xiàn)脫殼。籽粒經(jīng)進(jìn)料口進(jìn)入定磨片和動(dòng)磨的間隙中,動(dòng)磨片轉(zhuǎn)動(dòng)的離心力使籽粒沿徑向向外運(yùn)動(dòng),也使籽粒與定磨間產(chǎn)生方向相反的摩擦力;同時(shí),磨片上的牙齒不斷對(duì)外殼進(jìn)行切裂,在摩擦力與剪切力的共同作用下使外殼產(chǎn)生裂紋直至破裂,并與籽仁脫離,達(dá)到脫殼的目的。
(3)剪切法脫殼:籽粒在固定刀架和轉(zhuǎn)鼓之間受到相對(duì)運(yùn)動(dòng)刀板的剪切力作用,外殼被切裂并破開,實(shí)現(xiàn)外殼與籽仁的分離。刀板轉(zhuǎn)鼓和刀板座為主要工作部件,在刀板轉(zhuǎn)鼓和刀板座上均裝有刀板,刀板座呈凹形且?guī)в姓{(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),可根據(jù)籽粒堅(jiān)果的大小調(diào)節(jié)刀板座與刀板轉(zhuǎn)鼓之間的間隙。當(dāng)?shù)栋遛D(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)時(shí),與刀板之間產(chǎn)生剪切作用,使物料外殼破裂和脫落。
(4)擠壓法脫殼:擠壓法脫殼是靠一對(duì)直徑相同轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反,轉(zhuǎn)速相等的圓柱輥,調(diào)整到適當(dāng)間隙,使籽粒通過間隙時(shí)受到輥的擠壓而破殼。
(5)搓撕法脫殼:搓撕法脫殼是利用相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的橡膠輥筒對(duì)籽粒進(jìn)行搓撕作用而進(jìn)行脫殼。
1.1.2新型核桃脫殼方法
(1)微波法:原理主要是通過微波加熱籽粒內(nèi)部形成高壓水氣,當(dāng)高壓水氣對(duì) 果皮壓力大于果皮的拉伸極限應(yīng)力時(shí),果皮破裂,實(shí)現(xiàn)破殼。微波法破殼過程中,堅(jiān)果果皮的致密結(jié)構(gòu)是其內(nèi)部形成高壓的重要保證;堅(jiān)果含的水分是內(nèi)部產(chǎn)生高壓水氣的物質(zhì)基礎(chǔ);微波的加熱溫度則是導(dǎo)致產(chǎn)生高壓水氣的外部動(dòng)力。但是快速加熱會(huì)造成產(chǎn)品的過渡膨脹甚至爆炸。
(2)高壓膨脹法:原理是使果實(shí)處于很高的壓力室中,讓果實(shí)在其中停留較長(zhǎng)時(shí)間,以使籽粒內(nèi)外達(dá)到氣壓平衡,然后瞬間卸壓,內(nèi)外壓力平衡打破,殼體內(nèi)氣體在高壓作用下產(chǎn)生較大的爆破力而沖破殼體,從而達(dá)到脫殼的目的。
(3)能量法:原理是讓堅(jiān)果進(jìn)入一個(gè)高壓高溫環(huán)境中經(jīng)受一定時(shí)間的高壓高溫作用,使大量熱量聚集于堅(jiān)果殼內(nèi),隨后籽粒瞬間脫離高溫高壓環(huán)境,此時(shí),聚集在堅(jiān)果殼與仁間的壓力瞬時(shí)爆破,實(shí)現(xiàn)脫殼的目的,此法適宜于加工熟食品。
(4)高真空度法:將堅(jiān)果放在真空爆殼機(jī)中,在真空條件下,將具有一定水分的堅(jiān)果加熱到一定溫度,在真空泵的抽吸下,堅(jiān)果吸熱使其外殼的水分不斷蒸發(fā)而被去除,其韌性與強(qiáng)度降低,脆性大大增加;真空作用又使殼外壓力降低,殼內(nèi)部處于較高壓力狀態(tài)。在內(nèi)外壓力差的作用下,殼內(nèi)的壓力達(dá)到一定數(shù)值時(shí),就會(huì)使外殼爆裂,使外殼脫去。
(5)激光法:用激光逐個(gè)切割堅(jiān)果外殼。試驗(yàn)顯示,用這種方法幾乎能夠達(dá)到 100%的整仁率,但因其費(fèi)用昂貴、效率較低等原因,很難得到推廣。
(6)超聲波法:采用超聲波發(fā)生器產(chǎn)生大于20kHz的超聲波作用在堅(jiān)果籽粒外表面上,經(jīng)沖擊、碰撞、摩擦等多種力綜合作用進(jìn)行破殼?？蓱?yīng)用于果皮結(jié)構(gòu) 不太堅(jiān)硬的堅(jiān)果。
(7)燃燒法:該法用液化氣火焰在高溫下將堅(jiān)果物料外殼燒掉,然后對(duì)未燒盡的物料進(jìn)行擠壓刮皮,使仁、皮分離,將仁、皮一起進(jìn)入分離器,仁在此被分離出,再將仁進(jìn)行清洗即可。這種方法脫殼率高,但燃燒溫度較難控制,很容易使物料熟化甚至焦化,這種脫殼工藝獨(dú)特,是國外技術(shù)專利,故整套設(shè)備價(jià)格昂貴。
(8)化學(xué)腐蝕法:化學(xué)脫殼主要是將待脫殼的堅(jiān)果浸入脫殼溶液中。該溶液用來軟化物料外殼并溶去一部分外殼,然后取出果實(shí)再利用機(jī)械方式脫去外殼。這種方法需添加其它化學(xué)成分如堿、酶等,這些添加物會(huì)使產(chǎn)品具有異味異質(zhì),影響成品品質(zhì)風(fēng)味,但此方法整仁率較高。
(9)復(fù)合型:對(duì)一些堅(jiān)果使用一種方法不能達(dá)到很好的破殼效果時(shí),可利用幾種破殼原理,合理地組合在一起,以克服和彌補(bǔ)單一脫殼法的不足,實(shí)現(xiàn)堅(jiān)果的高效脫殼。
1.1.3幾種典型的堅(jiān)果類破殼機(jī)
(1)擠壓式破殼機(jī)：主要由分級(jí)滾筒、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、破殼機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和動(dòng)力所組成,它們依靠物料自身的重力自上而下形成一個(gè)系統(tǒng)作業(yè)流水線。工作時(shí),核桃從料斗進(jìn)入錐形分級(jí)滾筒,不同尺寸大小的核桃經(jīng)錐分級(jí)滾筒分級(jí),核桃按從大到小沿錐體軸線從小錐向大錐排列,隨錐形滾筒旋轉(zhuǎn)落到導(dǎo)向輥, 然后進(jìn)入擠壓滾筒,經(jīng)擠壓滾筒擠壓破殼后排出機(jī)外。擠壓式核桃破殼機(jī)的剝殼原理為:齒盤和弧齒板的斜面倒角45°,間距為L(zhǎng)=8mm,在倒角面上分布著一定尺寸的小齒。當(dāng)核桃進(jìn)入擠壓滾筒中,齒盤的旋轉(zhuǎn) 帶動(dòng)核桃邊旋轉(zhuǎn)邊向下擠入,一定間距的齒尖不斷地沿著殼表面滾壓,隨著擠壓變形量的增加,殼表面變平甚至出現(xiàn)凹坑,核桃接觸的齒數(shù)由1個(gè)增加到 2、3個(gè)甚至 4、5個(gè)。這樣在接觸處產(chǎn)生的初始裂紋不斷擴(kuò)展,裂紋條數(shù)變得又多又長(zhǎng),由于核桃的旋轉(zhuǎn)使整個(gè)圓周都產(chǎn)生裂紋,使殼完全均勻地破裂,碎殼和仁通過最小間隙向下掉出來。
(2)撞擊式破殼機(jī)：撞擊式破殼機(jī)結(jié)構(gòu)。工作部件是轉(zhuǎn)盤(甩盤)和擋板。果實(shí)一般以0.037m/s 的速度通過可調(diào)節(jié)料門落下,從轉(zhuǎn)盤中心進(jìn)入后,經(jīng)高速轉(zhuǎn)盤的擋塊或葉片的導(dǎo)向及加速作用,高速脫離轉(zhuǎn)盤。當(dāng)果實(shí)以較大的離心力撞擊壁面時(shí),壁面對(duì)果實(shí)產(chǎn)生一個(gè)同樣大小的反作用力,使果實(shí)外殼產(chǎn)生變形和裂紋。外殼彈性變形的恢復(fù) 使果實(shí)離開壁面,而果仁因慣性力的作用繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng),并在緊靠外殼變形處產(chǎn)生了彈性變形。當(dāng)果實(shí)離開壁面時(shí),由于外殼與果仁具有不同的彈性,其運(yùn)動(dòng)速度也不同,果仁將阻止外殼迅速向回移動(dòng)致使外殼在裂紋處拉開破裂,完成外殼的剝離。
（3）剪切式破殼機(jī)：板栗被提升機(jī)構(gòu)從料斗裝入后,提升至分料管,分別被導(dǎo)入兩個(gè)刀盤。在刀盤上,板栗受旋轉(zhuǎn)刀盤離心力的作用,向邊緣高速滾動(dòng)。安裝在盤面成輪輻狀的鋸齒刀對(duì)板栗外殼進(jìn)行不斷的鉤削、剪切,最終把殼剝離。一定的時(shí)間間隔后,出料口開啟,殼和仁從出料口排出,從而完成一個(gè)破殼循環(huán)(提升、導(dǎo)料、破殼和出料)。
1.2對(duì)堅(jiān)果類破殼機(jī)械未來展望分析
堅(jiān)果生產(chǎn)機(jī)械化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要組成部分,是農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展的重要保證,近年來,堅(jiān)果機(jī)械裝備總量不斷穩(wěn)步增長(zhǎng),作業(yè)水平進(jìn)一步提高,社會(huì)化服務(wù)規(guī)模不斷擴(kuò)大,雖然目前堅(jiān)果破殼機(jī)械化水平較高,但是多應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)與示范推廣區(qū),并且小型機(jī)械多、大型機(jī)械少,低檔機(jī)械多、高性能機(jī)械少。在一些地區(qū),特殊用途的堅(jiān)果仁仍采用傳統(tǒng)的手工剝殼,勞動(dòng)生產(chǎn)率低,區(qū)域性發(fā)展不平衡。進(jìn)入21世紀(jì),我國堅(jiān)果生產(chǎn)機(jī)械化開始了新的發(fā)展階段,農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整發(fā)生了新的變化,也對(duì)堅(jiān)果機(jī)械的發(fā)展產(chǎn)生了積極而深遠(yuǎn)的影響,不僅拉動(dòng)了新的有效需求,而且構(gòu)筑了適合堅(jiān)果生產(chǎn)機(jī)械化發(fā)展的新舞臺(tái),為堅(jiān)果生產(chǎn)機(jī)械化真正成為農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動(dòng)器提供了廣闊的市場(chǎng)發(fā)展條件。隨著堅(jiān)果種植業(yè)的不斷發(fā)展,國內(nèi)外對(duì)堅(jiān)果深加工產(chǎn)品的需求不斷增大,提高堅(jiān)果破殼機(jī)械化作業(yè)水平成為必然。堅(jiān)果破殼機(jī)在提高勞動(dòng)生產(chǎn)率,減輕勞動(dòng)強(qiáng)度方面起到了積極的作用,促進(jìn)了堅(jiān)果加工業(yè)的科技進(jìn)步,為堅(jiān)果破殼機(jī)械的發(fā)展提供了空間。綜上所述，在堅(jiān)果的破殼設(shè)備中，更多的為機(jī)械擠壓設(shè)備，與傳統(tǒng)手工法相比,機(jī)械法省工、省力、高效、環(huán)保，但這種設(shè)備仍存在著破殼率低、碎仁率高、機(jī)械適性差等缺點(diǎn)。而對(duì)于堅(jiān)果破殼設(shè)備及破殼技術(shù)的研究，均基于堅(jiān)果的機(jī)理研究。我認(rèn)為在堅(jiān)果破殼技術(shù)與破殼機(jī)理的研究中，尚存在著以下幾方面需要解決的問題，這也是將來堅(jiān)果破殼機(jī)械研究的發(fā)展方向。
a)堅(jiān)果的微觀結(jié)構(gòu)研究。微觀結(jié)構(gòu)是宏觀性能的決定因素，堅(jiān)果的破殼力學(xué)變形都是基于其可破殼的微觀結(jié)構(gòu)組成，但可惜的是目前人們對(duì)此尚未研究。由于這一根本性問題的存在,使人們進(jìn)一步在理論上研究堅(jiān)果破殼力學(xué)特性時(shí)遇到了很大困難。
b)破殼力學(xué)特性研究。目前，人們對(duì)堅(jiān)果的破殼物理力學(xué)性能、機(jī)械性能的研究主要采用實(shí)驗(yàn)的方法進(jìn)行定性分析，從理論上進(jìn)行定量研究的很少。而堅(jiān)果破殼可破殼性機(jī)理復(fù)雜,力學(xué)特性參數(shù)甚多。因此,這方面問題的解決僅靠實(shí)驗(yàn)研究 是不夠的。
c)影響因素的確定與控制。影響堅(jiān)果破殼開口的因素眾多,各因素之間相互影響，關(guān)系極為復(fù)雜。在某一特定破殼操作中，對(duì)影響參數(shù)條件的控制操作不易掌握，這就使得堅(jiān)果的破殼設(shè)備在很大范圍內(nèi)推廣使用受到限制。
2核桃破殼的機(jī)設(shè)計(jì)目的、意義
核桃，在我國已有兩千多年的栽培歷史，并逐漸由我國的西部擴(kuò)展到黃河流域。目前我國的核桃栽培面積約130萬km2以上，產(chǎn)量數(shù)十萬噸，主要種植區(qū)域在西南和西北。在國際市場(chǎng)上，核桃與杏仁、腰果、榛子一起并列為世界4大干果，核桃作為保健食品早已被國內(nèi)外所認(rèn)識(shí)[1]。在，2000年年初自治區(qū)政府在下發(fā)的《關(guān)于調(diào)整優(yōu)化農(nóng)業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展特色農(nóng)業(yè)的意見》中提出，要加快作為五大基地建設(shè)之一的林果業(yè)的發(fā)展，使其成為本世紀(jì)初自治區(qū)的優(yōu)勢(shì)支柱產(chǎn)業(yè)。核桃和核桃仁是我國傳統(tǒng)的出口商品，外貿(mào)部門根據(jù)核桃仁的完整程度將其分為一路仁、二路仁和碎仁。一路仁是指半仁及大半仁，二路仁是指四分仁以及比1/4大的三角仁，比1/4還小的仁稱為碎仁。二路仁與二路之和統(tǒng)稱為高路仁。高路仁重與仁總重的比值稱為高路仁率，這是評(píng)價(jià)核桃脫核機(jī)的一個(gè)重要指標(biāo)，另一個(gè)指標(biāo)是：
剝核率=（核桃總量—含仁的核重）/核桃總重
核桃的總類：核桃劃分為四個(gè)品種群，(如表2-1)
表2-1 核桃品種群
品種群 核桃殼厚度 含仁率（%） 橫膈膜 內(nèi)褶壁 取出仁
（mm）
紙皮核桃 <0.9 >65 退化 退化 全仁
薄殼核桃 1~1.5 50~64 呈膜質(zhì) 退化 半仁
中殼核桃 1.6~2.0 41~49 呈革質(zhì) 不發(fā)達(dá) 1/4仁
后殼核桃 >2.1 <41 呈骨質(zhì) 發(fā)達(dá) 碎仁
由此可見，對(duì)核桃的生產(chǎn)以及加工已越來越迫切。然而，核桃外殼堅(jiān)硬，不宜取仁，給我們的生產(chǎn)帶來了很大的困難。因此，我們考慮可以通過機(jī)器來達(dá)到破殼取仁的目的。目前，常見的破殼裝置有圓盤剝殼裝置、齒輥剝殼裝置、離心剝殼裝置、錘擊式剝殼裝置、軋輥式剝殼裝置、對(duì)輥窩眼式開口裝置、沖壓式破殼裝置、核桃鋸口破殼裝置、核桃破殼挖核裝置以及平板擠壓式破殼裝置。本課題選擇的是沖壓式破殼，核桃主要以的薄皮核桃作為研究對(duì)象。
3弧板-滾筒式核桃破殼機(jī)的工作原理
1.滾筒 2.弧板 3.活塞 4.彈簧 5.氣壓裝載系統(tǒng)
圖3-1 設(shè)計(jì)原理圖
該裝置是由弧形板2和滾筒1組成，在滾筒上裝有兩個(gè)角度成180°的活塞，兩活塞由彈簧支撐。 當(dāng)分級(jí)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(dòng)，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。
3.1破殼機(jī)的總體裝配思路
本裝置主要有入料斗﹑上箱蓋﹑箱體﹑滾筒﹑弧板﹑氣缸等組成。入料斗和上箱蓋通過螺紋連接，然后和箱體連接，在滾筒上有對(duì)稱的四排凹槽，用來固定從入料斗下來的核桃，然后電機(jī)通過V帶帶動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)90度的的時(shí)候，氣動(dòng)裝置打擊一次核桃，通過氣動(dòng)裝置上的撞針和弧板的擠壓力實(shí)現(xiàn)對(duì)核桃的破殼。破殼以后的核桃隨著滾筒繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，然后掉落，最后通過出料斗輸出。
如圖3-2：
圖3-2 設(shè)計(jì)總裝圖
4氣動(dòng)裝置的選取
由于本裝置設(shè)計(jì)體積不大，所使用的氣缸又必須能到實(shí)驗(yàn)的要求，綜合考慮本裝置選取單作用微型氣缸。
型號(hào)表示方法：C D J 2 B 16 - 45 S R - C73 s/n
D處：無標(biāo)記表示無內(nèi)置磁環(huán)，有符號(hào)D則表示內(nèi)置磁環(huán)。
B表示安裝形式：B是基本型，F(xiàn)表示桿側(cè)法蘭型，L表示腳座型，D表示雙耳環(huán)型。
16表示缸徑
45表示行程
R表示軸向，無R表示徑向
C73表示磁性開關(guān)的型號(hào)，如果無型號(hào)則表示無磁性開關(guān)
C73后面如果無標(biāo)記則表示有2個(gè)磁性開關(guān)，是s則表示磁性開關(guān)個(gè)數(shù)是1，是n則表示有n個(gè)磁性開關(guān)[2]。
本裝置綜合考慮選取的氣缸型號(hào)為：CDJ2B16-35 SR-C73
圖4-1 CDJ2B10-15 S-C73氣缸
5弧板-滾筒式核桃破殼機(jī)的設(shè)計(jì)
5.1電動(dòng)機(jī)的選擇
根據(jù)資料得主軸的轉(zhuǎn)速在800-1000轉(zhuǎn)/分，按《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》推薦的傳動(dòng)比合理取值范圍，取V帶的傳動(dòng)比為2～4，即可滿足電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與主軸的轉(zhuǎn)速相匹配。由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》查出三種適宜的電動(dòng)機(jī)型號(hào)，因此有三種不同的傳動(dòng)比方案，如表5-1：
表5-1 電動(dòng)機(jī)的型號(hào)和技術(shù)參數(shù)及傳動(dòng)比
方案
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
額定
功率P/kW
同步轉(zhuǎn)速
r/min
滿載
轉(zhuǎn)速
r/min
效率（%）
電動(dòng)機(jī)重量（Kg）
功率因數(shù)
1
Y90S-2
1.5
3000
2840
78
22
0.85
2
Y90S-4
1.1
3000
1400
79
27
0.79
3
Y90S-6
0.75
1000
910
82
25
0.86
綜臺(tái)考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、重量以及帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比，可知方案2比較適合,因此選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y90S-4。所選電動(dòng)機(jī)的額定功率 P＝1.1kw，滿載轉(zhuǎn)速 n=1400r／min，總傳動(dòng)比適中，傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)較緊湊。如表5-2：
表5-2 Y90S-4主要參數(shù)如下表
型 號(hào)
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
Y90S-4
1.1
1400
3.65
82
0.86
6.5
2.0
2.0
表5-3 電動(dòng)機(jī)尺寸列表 單位mm
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
90
10
6帶及帶輪的設(shè)計(jì)
根據(jù)核桃破殼機(jī)的具體傳動(dòng)要求，可選取電動(dòng)機(jī)和主軸之間用V帶和帶輪的傳動(dòng)方式傳動(dòng)，因?yàn)樵谄茪C(jī)的工作過程中，傳動(dòng)件V帶是一個(gè)撓性件，它賦有彈性，能緩和沖擊，吸收震動(dòng)，因而使破殼機(jī)工作平穩(wěn)，噪音小等優(yōu)點(diǎn)。雖然在傳動(dòng)過程中V帶與帶輪之間存在著一些摩擦，導(dǎo)致兩者的相對(duì)滑動(dòng)，使傳動(dòng)比不精確但不會(huì)影響破殼機(jī)的傳動(dòng)，因?yàn)槠茪C(jī)不需要精確的傳動(dòng)比，只要傳動(dòng)比比較準(zhǔn)確就可以滿足要求，而且V帶的彈性滑動(dòng)對(duì)破殼機(jī)的一些重要部件是一種過載保護(hù)，不會(huì)造成機(jī)體部件的嚴(yán)重?fù)p壞，還有V帶及帶輪的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本底、容易維修和保養(yǎng)、便于安裝，所以，在電動(dòng)機(jī)與核桃破殼機(jī)之間選用V帶與帶輪的傳動(dòng)配合是很合理的。
選擇V帶和帶輪因當(dāng)從它的傳動(dòng)參數(shù)入手，來確定V帶的型號(hào)、長(zhǎng)度和根數(shù)，再來確定導(dǎo)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(dòng)中心距（安裝尺寸），帶輪作用在軸的壓力（為設(shè)計(jì)軸承作好準(zhǔn)備）。
6.1傳動(dòng)帶的設(shè)計(jì)
6.1.1 確定計(jì)算功率
(6-1)
其中：—工作情況系數(shù)
—電動(dòng)機(jī)的功率
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》一書中的表8-7可知：=1.18
6.1.2選擇V帶的型號(hào)
取傳動(dòng)比為5轉(zhuǎn)速合適。 根據(jù)計(jì)算得知的功率和電動(dòng)機(jī)上帶輪（小帶輪）的轉(zhuǎn)速（與電動(dòng)機(jī)一樣的速度），查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》圖8-10，可以選擇V帶的型號(hào)為Z型。
6.1.3確定帶輪的基準(zhǔn)直徑
（1）初選主動(dòng)帶輪的基準(zhǔn)直徑：根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》一書，可選擇V帶的型號(hào)參考表8-6和表8-8，選取小帶輪直徑=71mm。
（2）計(jì)算V帶的速度V：
（6-2）
V帶在～的范圍內(nèi)，速度V符合要求
（3）計(jì)算從動(dòng)輪的直徑
（6-3）
根據(jù)表8-8取=224mm
實(shí)際傳動(dòng)比i=3.15
6.1.4 確定傳動(dòng)中心距a和帶長(zhǎng)L
?。?
即：
得：
?。?
帶長(zhǎng)： （6-4）
即：
得：
按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》一書中查表8-2[4]，選擇想近的基本長(zhǎng)度可查得： 。
實(shí)際的中心距可按下列公式求得：
（6-5）
中心距范圍377.25~433.50mm。
6.1.5 驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角
（6-6）
即：
求得 ： 滿足V帶傳動(dòng)的包角要求。
6.1.6 確定V帶的根數(shù)
V帶的根數(shù)由下列公式確定： (6-7)
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(jiǎn)稱包角系數(shù)
—V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度系數(shù)，取。
—計(jì)入傳動(dòng)比的影響時(shí)，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=3.15 查表8-4b
查表取值：
(6-8)
所以：
即： 取 根。
6.1.7 確定帶的初拉力
單根V帶適當(dāng)?shù)某趵?由下列公式求得
(6-9)
其中：—傳動(dòng)帶單位長(zhǎng)度的質(zhì)量，
即：
6.1.8求V帶傳動(dòng)作用在軸上的壓力
為了設(shè)計(jì)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：
7 V帶帶輪的設(shè)計(jì)
7.1帶輪的材料選擇
因?yàn)閹л喌霓D(zhuǎn)速，即，轉(zhuǎn)速比較底，所以材料選定為灰鑄鐵，硬度為。
7.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑，選擇帶輪的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)帶的型號(hào)來確定帶論輪槽的尺寸，設(shè)計(jì)如下：
主動(dòng)帶輪的結(jié)構(gòu)選擇 因?yàn)楦鶕?jù)主動(dòng)帶輪的基準(zhǔn)直徑尺寸，而與主動(dòng)帶輪配合的電動(dòng)機(jī)軸的直徑是，因此根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，所以主動(dòng) 帶輪采用腹板式。
帶輪參數(shù)的選擇：通過查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》一書，可以確定主動(dòng)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(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算求得?！ ?
表6-1 主動(dòng)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(dòng)帶輪的厚度可以由計(jì)算公式： 求得 （7-1）
即 ：
主動(dòng)帶輪的結(jié)構(gòu)如圖7-1：
圖7-1 主動(dòng)帶輪的結(jié)構(gòu)
7.3 從動(dòng)帶輪的設(shè)計(jì)
從動(dòng)帶輪的結(jié)果選擇 因?yàn)楦鶕?jù)主動(dòng)帶輪的基準(zhǔn)直徑和傳動(dòng)比來確定，即 ，，所以從動(dòng)帶輪采用腹板式。
從動(dòng)帶輪的參數(shù)選擇：通過查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》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(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算求得：
表7-2 從動(dòng)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(dòng)帶輪的厚度可以由計(jì)算公式： ，當(dāng)B＜1.5d是，L=B 求得
即 ：
從動(dòng)帶輪的結(jié)構(gòu)如圖7-2：
圖7-2 從動(dòng)帶輪的結(jié)構(gòu)
8傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)
傳動(dòng)軸是核桃破殼機(jī)的主要設(shè)計(jì)部件之一，它在核桃破殼機(jī)正常工作過程中，承擔(dān)主要轉(zhuǎn)矩、扭矩、彎矩和支撐傳動(dòng)軸上的回轉(zhuǎn)零件，核桃破殼是瞬時(shí)沖擊很大，而且沖擊次數(shù)很頻繁的工作環(huán)境，因此傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)是很關(guān)鍵的一個(gè)步驟。它的主要公用是：一是支持軸上所安裝的回轉(zhuǎn)零件，使其有確定的工作位置；而是傳遞軸上的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。軸按照軸線形狀的不同，可以分為曲軸、直軸、軟軸和撓形軸等，根據(jù)核桃破殼機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和組成形狀及工作強(qiáng)度和環(huán)境的要求，核桃破殼機(jī)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(jì)如下：
根據(jù)軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度來初步計(jì)算確定其最小直徑，可利用經(jīng)驗(yàn)公式：
（8-1）
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(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》一書中表18—1 可以查到，應(yīng)選取調(diào)質(zhì)處理的45號(hào)鋼，，書中表18—2取，于是得 ：
輸出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(qiáng)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(qiáng)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20mm。在《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》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(zhǎng)度為。
8.1根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)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(gè)軸肩，故?、瘛蚨魏廷鳌妮S直徑 ，輸出軸的徑向定位由普通平鍵來完成。選用鍵的型號(hào)為普通平鍵為。鍵的型號(hào)可以通過查《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》一書取得。
8.2初步選擇輸出軸系
由破殼機(jī)的結(jié)構(gòu)和相關(guān)尺寸可知所設(shè)計(jì)的軸上裝有帶輪和滾筒，根據(jù)，初步選取支撐的軸承為角接觸球軸承，在《機(jī)械設(shè)實(shí)用冊(cè)》查得7202AC型角接觸球軸承，由手冊(cè)中查得a=21mm，它的結(jié)構(gòu)尺寸為，?、颉蠖蔚闹睆较嗟?，即。
考慮到機(jī)體的制造誤差等原因造成的安裝錯(cuò)位或是借口不齊等，滾動(dòng)軸承應(yīng)在機(jī)體內(nèi)有一段移動(dòng)的位移，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可等位移量。
基本結(jié)構(gòu)如圖8-1：
圖8-1 軸的結(jié)構(gòu)與裝配
又因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)所使用的軸為懸臂軸，因此軸的設(shè)計(jì)很有講究，綜合考慮，設(shè)計(jì)圖形如下：
圖8-2 懸臂軸
8.3確定輸出軸上的圓角半徑值
按前面所述的原則，求出軸肩處的圓角半徑的值，詳細(xì)見圖。軸端倒角在軸的兩端均為，小軸肩為軸肩的作用是使階梯直軸在軸徑改變截面上減小應(yīng)力集中。
8.4 按彎扭合成條件校核軸的強(qiáng)度
8.4.1 求輸出軸上的所受作用力的大小
根據(jù)公式： （8-2）
求得：
其中：—電動(dòng)機(jī)的額定功率
—主軸的轉(zhuǎn)速
即：
8.4.2求滾筒上所受的的合力
根據(jù)公式： （8-3）
求得：
其中 ：—輸出軸的軸心到釘齒定的距離
即 ：
根據(jù)受力分析
即 ：
由于核桃破殼機(jī)的主軸軸向不受力。 則取
圓周力 徑向力 軸向力 的方向如圖8-3所示
圖8-3 受力分析
8.4.3軸上水平面內(nèi)所受支反力如圖
根據(jù)公式： （8-4）
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 ：
8.4.4軸在垂直面內(nèi)所受的支反力
根據(jù)公式： 求得
即 ：
根據(jù)公式 ： 求得
即 ：
8.4.5 作彎矩圖
在水平面內(nèi)，軸上、、三點(diǎn)的彎矩為 ：
根據(jù)公式 ： （8-5）
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(diǎn)的彎矩為 ：
根據(jù)公式 ： （8-6）
求得
即 ：
根據(jù)公式： 求得
即 ：
合成的彎矩為 ：
根據(jù)公式 ： 求得
其中 ： —電動(dòng)機(jī)的額定功率
—主軸轉(zhuǎn)速
作軸的彎矩圖8-5所示
圖8-5 軸的彎矩分析
8.4.6 軸的載荷分析
8.4.7當(dāng)量彎矩計(jì)算（彎矩、扭矩合成圖）
B 點(diǎn)：
C點(diǎn)左側(cè) ：
D點(diǎn)右側(cè) ：。
8.5 校核軸的強(qiáng)度
進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大當(dāng)量彎矩的強(qiáng)度（既危險(xiǎn)截面c的強(qiáng)度）。由經(jīng)驗(yàn)公式及上面計(jì)算出的數(shù)值可得出。
公式 ： （8-7）
式中 ： —軸的抗彎拋面模量，
—軸的許用應(yīng)力，。按軸實(shí)際所受彎曲應(yīng)力的循環(huán)特性，在、、中選取其相應(yīng)的數(shù)值，從《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》可以查出。
按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》書中查得，對(duì)于的碳鋼，承受對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力。
9入料斗的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
入料斗(如圖9-1)是保證進(jìn)料順利，起定料的作用，根據(jù)本機(jī)的整體特點(diǎn)，入料斗設(shè)計(jì)成矩形和梯形相結(jié)合的形狀，且矩形的寬度為400mm，能保證剛好一個(gè)核桃進(jìn)入滾筒進(jìn)行剝殼。
圖9-1 入料斗
10滾筒的設(shè)計(jì)
滾筒是核桃破殼機(jī)的主要部件之一，它直接關(guān)系到核桃破殼機(jī)正常工作時(shí)整體的破殼效果情況，它的功能是采用滾筒上的凹槽，均勻快速的轉(zhuǎn)動(dòng)情況下，將進(jìn)入的核桃運(yùn)到指定位置，然后通過撞針的撞擊從而實(shí)現(xiàn)破殼。
1.螺栓 2.滾筒端蓋 3.滾筒
圖9-2 滾筒
11軸承端蓋
由于左端軸承需要固定，所以左端的軸承端蓋設(shè)計(jì)成螺紋結(jié)構(gòu)，以此把左端軸承固定死。如圖11-1所示：
圖11-1 軸承端蓋
12氣缸撞擊裝置
氣缸撞擊裝置主要是選用和核桃半徑差不多的撞針，使其焊接在氣缸的前部，可以根據(jù)自己的實(shí)際需求來選擇撞擊裝置的撞針數(shù)量。由于整個(gè)的設(shè)計(jì)裝置不大，而且氣缸又是選取的微型氣缸，壓力有限。所以，不能安裝很多的撞針，安裝很多的話有可能減少使用壽命。
圖12-1 氣動(dòng)撞擊裝置
13影響核桃破殼的因素
多次試驗(yàn)的結(jié)果證明,破殼效果與多種因素有關(guān)。機(jī)械的結(jié)構(gòu)因素有進(jìn)入角、摩擦角、電機(jī)轉(zhuǎn)速、破殼板間隙﹑破殼板硬度、破殼板上網(wǎng)格形狀和大小等;物料因素有品種﹑含水率、粒型大小、飽滿程度、均勻度、表面粗糙度、殼的厚薄和內(nèi)隔膜面積等。除此之外,還和喂料速度有關(guān)。
13.1核桃的性質(zhì)
13.1.1核桃的品種
由于核桃品種繁雜,形狀不規(guī)則,尺寸差異較大,殼仁間隙小,殼完全破裂所要求的變形量大于殼仁間隙,所以破殼取仁難度較大[4]。核桃仁與殼之間的空隙大,仁殼結(jié)合松懈,易剝殼分離,否則難以剝殼分離。因此,應(yīng)盡量選擇殼薄與橫隔膜(夾層)退化的核桃,從而易于破出更多的整仁或半仁。
13.1.2核桃飽滿程度和均勻度
核桃飽滿程度和均勻度對(duì)剝殼效果也產(chǎn)生影響。核桃粒度不均勻,剝殼設(shè)備最佳操作條件的確定困難,使剝殼效率和粉末度無法達(dá)到最佳的平衡,剝殼效果下降。為提高剝殼效果,可采取循環(huán)剝殼和二次剝殼的工藝,當(dāng)粒度相差太大時(shí),最好采取分級(jí)剝殼,才能達(dá)到好的工藝效果。
13.1.3核桃的濕度要適中
核桃水分含量對(duì)外殼的強(qiáng)度、彈性、塑性以及仁的粉碎度都有直接影響。一般情況下,核桃含水量越低,其外殼越脆,剝殼時(shí)易破殼,但剝殼后混合物的粉末度增加;反之,外殼的韌性好,剝殼時(shí)的破殼率低,但剝殼后的整仁率提高。在核桃剝殼時(shí),應(yīng)保持最適
當(dāng)?shù)乃趾?使外殼和仁具有最大彈性變形和塑性變形的差異,這樣一方面使外殼含水量低到使其具有最大的脆性更易破碎剝殼,另一方面又不致于使仁在機(jī)械外力的作用下粉末度太大。因此,控制核桃剝殼時(shí)的最佳水分含量,對(duì)提高剝殼效率和減少粉末度都十分重要。試驗(yàn)結(jié)果證明,核桃濕度15%左右時(shí)破殼較為合適。
13.1.4破殼板的硬度
破殼板硬度對(duì)破殼有較大影響,適當(dāng)?shù)挠捕燃皬椥钥色@得與核桃殼之間所需的摩擦力。若硬度太低,破殼板容易摩擦受熱發(fā)軟而過快磨損,使用壽命短;若硬度太大,則彈性差,對(duì)核桃擠壓力大容易傷核桃仁,同時(shí)變形小,與核桃殼之間摩擦減小,使撕剝作用相對(duì)較弱,影響破殼。試驗(yàn)結(jié)果證明,采用HRC硬度40-50的45號(hào)鋼較合適。
13.2喂料速度對(duì)破殼效果的影響
在兩板間隙不變的情況下,喂料速度越高,單位時(shí)間通過的核桃量越多,生產(chǎn)率越高。但經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明,當(dāng)喂料速度遠(yuǎn)大于生產(chǎn)率時(shí),核桃破碎率增加,而破殼質(zhì)量則嚴(yán)重下降。因此,喂料速度應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)。
結(jié) 論
(1)本課題所完成的工作主要由以下幾的點(diǎn)
1)在核桃破殼原理及試驗(yàn)分析這一部分，主要做如下工作:首先，利用薄殼理論和動(dòng)態(tài)裂紋擴(kuò)展理論，分析了核桃的破殼原理。通過分析得出:①核桃在兩對(duì)法向集中力的作用下較易十破裂;②實(shí)現(xiàn)核桃破裂時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)，即在破裂核桃時(shí)，給核桃殼施加一交變應(yīng)力，有利于殼的破裂和裂紋的擴(kuò)展，從而更有利于核桃的破裂;在核桃破殼時(shí)如能滿足上述兩個(gè)條件，則能夠?qū)崿F(xiàn)用最小的擠壓力，達(dá)到合適的擠壓量，對(duì)理論分析不變考慮的因素。
2)在核桃破殼機(jī)裝置試驗(yàn)研究這一部分，主要做如下工作:首先，分別從理論和試驗(yàn)兩個(gè)角度，分析了破殼前對(duì)核桃進(jìn)行導(dǎo)向的必要性，認(rèn)為在破殼前對(duì)核桃進(jìn)行導(dǎo)向是非常必要的;其次，分析了核桃的可導(dǎo)向性;第二，設(shè)計(jì)了核桃導(dǎo)向定位試驗(yàn)裝置;最后，通過正交試驗(yàn)，一方面驗(yàn)證了上述理論分析的正確性，另一方面對(duì)核桃進(jìn)行了一、二次導(dǎo)向分析，優(yōu)選出了一、二次導(dǎo)向槽水平導(dǎo)向角和導(dǎo)向輥轉(zhuǎn)速的合適參數(shù);
3)在核桃殼仁分離試驗(yàn)這一部分，主要做了如下工作:首先，分別測(cè)定了幾種典型核桃的殼和仁的密度，測(cè)量結(jié)果表明殼和仁密度相差不大。對(duì)核桃殼、仁的分離進(jìn)行了試驗(yàn)研究。通過試驗(yàn)說明了殼、仁分離的可能性。
本課題完全可以實(shí)現(xiàn)，在國內(nèi)外已有先例。隨著核桃產(chǎn)量的逐年增加， 如何對(duì)核桃進(jìn)行深加工， 以提高它的附加值等問題就突現(xiàn)出來。 核桃脫殼取仁是核桃深加工的第一步， 人工剝殼難以滿足生產(chǎn)發(fā)展的要求， 故研制高效剝殼機(jī)已成當(dāng)務(wù)之急。 設(shè)計(jì)和改進(jìn)破殼機(jī)械要結(jié)合核桃的品種和破殼方式進(jìn)行考慮， 同時(shí)破殼機(jī)械要向?qū)I(yè)化、 規(guī)?；较虬l(fā)展，以降低破殼機(jī)械的制造成本；研制適合山區(qū)核桃破殼取仁的小型移動(dòng)式機(jī)械也是核桃破殼機(jī)的發(fā)展方向。如果能實(shí)現(xiàn)本課題大批量生產(chǎn)的話，不經(jīng)能節(jié)約較大的勞動(dòng)力，而且效率也會(huì)大大的提高，不僅提高了個(gè)人效益更提高了社會(huì)效益，不僅有利于促進(jìn)核桃產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展更加快了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速提高。
(2) 需要重點(diǎn)研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路
1)破殼理論的研究與實(shí)踐的聯(lián)系不夠緊密。由十實(shí)際中的核桃尺寸大小不一、球度不同，殼的厚度也不一樣，建模比較困難。因此，為了研究的需要，所建立起來的模型一般都太理想化，與實(shí)際情況有一定差距，難以充分反映核桃的主要特征。為了使所建立起來的模型能應(yīng)用到實(shí)際中去，還需對(duì)破殼原理進(jìn)行深入分析。
2)核桃品種、形狀、尺寸、殼的厚度等方面的差異，對(duì)破殼取仁質(zhì)量的影響的研究還不夠深入。由于品種的差異，不同品種的核桃大小不一致，甚至同一品種的核桃，大小也不一致，對(duì)于固定間隙的核桃破殼機(jī)來說，每一固定間隙只適合破同一大小的核桃，因此，在破殼前需對(duì)核桃進(jìn)行分級(jí)，但目前已研制開發(fā)出的核桃分級(jí)機(jī)構(gòu)，分級(jí)效果還不夠理想。從理論上講，進(jìn)入固定間隙破殼裝置的核桃，都能很好的破殼，不存在進(jìn)入方向問題，但對(duì)于近似呈橢球形的核桃來說，當(dāng)其長(zhǎng)軸方向與擠壓輥軸線平行或呈較小角度時(shí)，核桃可隨擠壓輥一起轉(zhuǎn)動(dòng)，核桃破殼完全，取仁容易，破碎少;反之，核桃不能隨擠壓輥轉(zhuǎn)動(dòng)造成沿核桃長(zhǎng)軸方向的剪切破裂，出現(xiàn)兩半破裂，造成仁殼分離困難和仁的破碎，從降低了高路仁率。可見，對(duì)于固定間隙的核桃破殼機(jī)來說，核桃進(jìn)入破殼機(jī)構(gòu)的姿態(tài)，對(duì)破殼率和高路仁率有很大影響，因此，有必要對(duì)核桃導(dǎo)向進(jìn)行研究。
3)還未有找出經(jīng)濟(jì)有效的殼、仁分離方法。目前國內(nèi)尚未見到好的分離方法和分離設(shè)備的報(bào)道， 而國外雖然很好地解決了殼仁分離的問題，但設(shè)備成本高，工藝復(fù)雜，對(duì)于加工能力有限的工廠和個(gè)人來說是很難接受的。對(duì)于固定間隙核桃來說，核桃分選的好壞，直接影響破殼質(zhì)量，核桃進(jìn)入擠壓空間的姿態(tài)不同，也將會(huì)影響破殼質(zhì)量。不同的擠壓方式一一滾動(dòng)擠壓與固定擠壓，對(duì)破殼取仁質(zhì)量有一定影響。當(dāng)呈橢圓形核桃的長(zhǎng)軸與擠壓滾筒軸線平行時(shí)，核桃可隨擠壓滾筒一起轉(zhuǎn)動(dòng)，核桃破殼完全，取仁容易，破碎少;反之，核桃不能隨滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)造成沿核桃長(zhǎng)軸方向的剪切破裂，出現(xiàn)兩半破裂，造成仁殼分離困難，但由于目前導(dǎo)向裝置定向喂入的可靠性不高，導(dǎo)致輥壓擠碎效果不好，核仁破碎率較高，因此有必要對(duì)分選和導(dǎo)向裝置進(jìn)行研究。為此，本課題欲對(duì)核桃殼和仁的分離進(jìn)行研究，以期找到合適的殼仁分離方法。
致 謝
經(jīng)過近半學(xué)期的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起學(xué)習(xí)的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。在這里首先要感謝我的指導(dǎo)老師張宏老師。張老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從查閱資料到設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配草圖等整個(gè)過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)潔，但是高老師仍然細(xì)心地糾正設(shè)計(jì)內(nèi)容中的錯(cuò)誤。除了敬佩張老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，他的循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路也給予我無盡的啟迪。并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。其次要感謝我的同學(xué)對(duì)我無私的幫助，特別是在非標(biāo)準(zhǔn)件尺寸確定方面，正因?yàn)槿绱宋也拍茼樌耐瓿稍O(shè)計(jì)。最后我要感謝我的母?！锬敬髮W(xué)，是母校給我們提供了優(yōu)良的學(xué)習(xí)環(huán)境；另外，我還要感謝那些曾給我授過課的每一位老師，是你們教會(huì)我專業(yè)知識(shí)。在此，我謝謝大家!
參考文獻(xiàn)
[1]鐘海雁等.核桃生產(chǎn)加工利用研究的現(xiàn)狀與前景[J].食品與機(jī)械,2008,(4):28-29.
[2]吳宗澤,羅圣國.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：高等教育出版社,2009.
[3]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè)：第1卷.北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2000.
[4]郗榮庭,劉夢(mèng)軍.中國干果[M].北京：中國林業(yè)出版社,2005.
[5]濮良貴.機(jī)械零件.5版.北京：高等教育出版社,1989.
[6]濮良貴,紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì).8版.北京：高等教育出版社,2005.
[7]辛動(dòng)軍,史建新.核桃剝殼機(jī)導(dǎo)向裝置試驗(yàn)研究[J].農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2008,(3):1-2.
[8]于俊一,鄒青.機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ).北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2010.
[9]喬園園,史建新,董遠(yuǎn)德.影響核桃殼仁脫離的主要因素[J].農(nóng)機(jī)化研究,2008,(4):23-25.
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