高效蓮子磨皮機設(shè)計【無圖】
高效蓮子磨皮機設(shè)計【無圖】,無圖,高效,蓮子,磨皮機,設(shè)計
湘潭大學
畢業(yè)設(shè)計說明書
題 目： 高效蓮子磨皮機設(shè)計
學 院： 機械工程學院
專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化
學 號： XXXXX
姓 名： XXXXX
指導教師： XXXXX
完成日期： 2014年5月15日
高效蓮子磨皮機設(shè)計
摘 要
蓮子是一種具有極高營養(yǎng)價值和藥用價值的綠色食品，在食用前一般先要去除外表皮。目前國內(nèi)外蓮子去皮方法有化學方法和物理方法兩種，由于化學方法去除外表皮會有藥物殘留，有害于人體健康，國家已經(jīng)明令禁止，物理方法則多為機械式磨皮，該方法存在去皮不徹底、蓮仁損耗量大等問題。為找到一種去皮效率高、且蓮仁損耗少的蓮子去皮方式。本文從現(xiàn)有滾筒砂輪磨削工藝出發(fā)，在其基礎(chǔ)上進行改進，提出了滾筒式砂輪粗精磨磨削工藝，本工藝旨在解決滾筒式砂輪工藝在蓮子加工過程中磨削去皮不徹底、蓮仁損耗大等問題，提高蓮子的磨削效率，減輕加工損耗，降低生產(chǎn)成本，提高蓮子產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益。對此展開了一系列理論設(shè)計，論文主要完成了以下工作：
（1）闡述砂輪磨削理論，確定加工工藝的可行性；
（2）結(jié)合現(xiàn)有蓮子滾筒砂輪磨削工藝，提出了改進方案，對比分析，確定滾筒式砂輪粗精磨磨削工藝，完成蓮子磨皮機總體結(jié)構(gòu)設(shè)計和相關(guān)部件選型；
（3）基于 UG NX8.0 建立零部件實體模型，裝配成虛擬樣機。
關(guān)鍵詞：蓮子去皮；砂輪磨削；粗精磨；周轉(zhuǎn)輪系；
The design of efficient lotus seed skin grinding machine
Abstract
Lotus is a kind of green food with high nutritional value and medicinal value, before eating the first general to go except epidermis. Chemical and physical methods of two kinds of lotus seed peeling methods at home and abroad, due to the chemical method to remove the outer skin will have drug residues, harmful to human health, countries have been banned, the physical method is more mechanical dermabrasion, the problem of peeling is not complete, Lian Ren loss etc.. To find a higher efficiency of peeling, Qie Lianren loss less lotus seed peeling method. This paper from the existing roller grinding process, to improve on its basis, the drum type grinding wheel of coarse and fine grinding process, this process is designed to solve the drum type grinding wheel grinding process in the seed processing peeled not thoroughly, Lian Ren loss and other issues, improve the grinding efficiency of lotus seed, reduce processing losses, reduce the production cost lotus seeds, improve industrial economic benefit. Launched a series of design theory, the paper mainly completed the following work:
(1) the grinding wheel, grinding theory, the feasibility of determining process;
(2) combined with the existing lotus roller grinding process, put forward the improvement scheme, comparative analysis, determine the drum type grinding wheel diameter Fine grinding process, complete the overall structure of lotus seed grindingmachine design and parts selection of skin;
(3) UG NX8.0 to establish the model based on the assembly of parts, virtual prototype.
Keywords: lotus seed peeling; coarse grinding wheel abrasive belt grinding;epicyclic gear train;
目 錄
第一章 緒論------------------------------------------------
1.1研究背景---------------------------------------------------
1.2國內(nèi)外研究動態(tài)---------------------------------------------
1.2.1蓮子加工研究現(xiàn)狀--------------------------------------
1.2.2 傳統(tǒng)蓮子去皮工藝方法----------------------------------
1.2.3 蓮子磨削去皮------------------------------------------
1.2.4 粗精磨方案的引出--------------------------------------
1.3 選題意義和研究內(nèi)容----------------------------------------
1.3.1 選題意義---------------------------------------------
1.3.2 研究內(nèi)容---------------------------------------------
第二章 滾筒式粗精磨蓮子磨皮機總體方案設(shè)計------------------
2.1 現(xiàn)有蓮子磨皮損耗分析--------------------------------------
2.1.1 滾筒砂輪磨皮結(jié)構(gòu)-------------------------------------
2.1.2 蓮子磨皮損耗問題-------------------------------------
2.2 滾筒式粗精磨蓮子磨皮方案的提出----------------------------
2.2.1 滾筒式粗精磨蓮子磨皮結(jié)構(gòu)方案-------------------------
第三章 滾筒式粗精磨蓮子磨皮機詳細設(shè)計----------------------
3.1 磨皮機結(jié)構(gòu)設(shè)計--------------------------------------------
3.1.1 機體總體布局設(shè)計-------------------------------------
3.1.2時間定額與箱體總體尺寸設(shè)計---------------------------
3.2 磨皮機主要部件的選擇與設(shè)計--------------------------------
3.2.1 砂輪的選擇-------------------------------------------
3.2.2 電機的選擇-------------------------------------------
3.2.3 傳動軸的設(shè)計-----------------------------------------
3.2.4 2Z-X（A）行星輪選擇----------------------------------
總結(jié)-----------------------------------------------------------------
致謝-----------------------------------------------------------------
參考文獻-------------------------------------------------------------
附錄A
第一章 緒論
1.1 研究背景
蓮子是一種具有極高營養(yǎng)價值和藥用價值的綠色食品，含有蛋白質(zhì)、脂肪、磷、糖、鐵、鈣等營養(yǎng)成分，具有清心醒脾、滋補元氣和健胃固精等功用[1][2]][3]。隨著社會的發(fā)展，人們的生活水平日漸提高，人們對蓮子的需求量也日益增大。其中尤為顯著的屬中國沿海餐飲行業(yè)，他們每年對蓮子的需求量都特別大，多達數(shù)千噸；國內(nèi)某些食品企業(yè)對蓮子的需求量也很大，例如食品飲料企業(yè)娃哈哈，它每年的蓮子全國采購量就有一千噸左右[4]。由此可以預料到，隨著人們對蓮子需求量的快速增長，蓮子加工業(yè)承受著越來越大的壓力，企業(yè)急需研究出高產(chǎn)量的蓮子加工方法。作為中國蓮子之鄉(xiāng)的湘潭縣，從事蓮子生產(chǎn)加工的企業(yè)有將近 100 家，從業(yè)人員有近幾萬人。就目前來看，蓮子加工大多數(shù)還停留在手工階段、少數(shù)企業(yè)進入了半機械化階段。手工生產(chǎn)方式勞動強度大、生產(chǎn)效率低、且安全隱患多，同時生產(chǎn)成本高，很大程度上影響了蓮子的產(chǎn)出，半機械化生產(chǎn)方式則存在蓮子損耗過多的問題，影響蓮子在市場上的競爭力。
蓮子可分為新鮮蓮子和干蓮子兩種。如圖 1-1 所示，干蓮子是新鮮蓮子風干后形成的堅果，呈灰褐色、棕褐色或黑褐色橢球狀，主要由蓮殼、蓮皮、蓮仁、蓮芯組成[5][6]。蓮子外表皮，俗稱蓮衣，是蓮子表面一層類似保護膜的紅色纖維表皮，味苦而澀[7]。
圖 1-1 蓮子結(jié)構(gòu)圖
蓮子的加工過程包括：脫殼、去芯和去皮[8][9]。去皮是蓮子加工中的一個重要工序，如圖 1-2 所示，左圖為未去皮蓮子，右圖為已去皮白蓮子。蓮子去皮分為鮮蓮子去皮和干蓮子去皮兩種：鮮蓮子去皮是在蓮子成熟后但是還沒有風干的情況下，用手撕除蓮子外表皮的去皮方式；干蓮去皮則是蓮子成熟且風干后，使用物理方法或化學方法進行去皮的方式。由于干蓮子淀粉含量高、且相對于新鮮蓮子更便于儲藏，加工也更便捷，因此目前國內(nèi)外蓮子去皮主要針對干蓮子去皮。
圖 1-2 去芯蓮子磨皮加工
1.2 國內(nèi)外研究動態(tài)
1.2.1 蓮子加工研究現(xiàn)狀
中國，東亞和東南亞各國是世界上主要的蓮子生產(chǎn)基地。國外對蓮子加工技術(shù)研究比較少見，他們絕大多數(shù)還處在手工加工蓮子階段。從目前來看，從事蓮子研究和加工的單位主要是國內(nèi)高校和企業(yè)，其中深入研究蓮子加工的高校有湘潭大學，而研究蓮子加工的企業(yè)則多數(shù)為湖南的大中型的蓮子加工企業(yè)。高校對蓮子的研究主要包括蓮子的加工機械性能研究和干蓮子的物理參數(shù)研究，企業(yè)對蓮子的研究主要包括機加工干蓮子的分級和脫殼、去芯和磨皮等。對于蓮子分級工序，華中農(nóng)業(yè)大學杜錚等采用兩桿并排安裝，其中一根為有錐度的光桿機構(gòu)，另一根為螺桿機構(gòu)，研發(fā)了螺桿分級機構(gòu)。其工作過程為：在螺桿上螺旋副的帶動下，蓮子隨著螺桿與光桿運動，蓮子受到自身重力的作用，配合螺桿和光桿之間的不同間隙，蓮子會掉進不同的桿隙，從而實現(xiàn)不同大小蓮子的分級，該機構(gòu)可使蓮子的分級更加的精細，產(chǎn)品分級更理想[10]；浙江大學的鄭傳祥等對干蓮子脫殼技術(shù)進行了研究，采用高速旋轉(zhuǎn)的滾刀對干蓮外殼進行擠壓和切割，在滾刀離心力的帶動下實現(xiàn)殼仁分離，并設(shè)計了一種效率高、適用性強的蓮子脫殼機[11]。湘潭大學的馬秋成教授團隊利用平面凸輪機構(gòu)和特型滾子鏈的相關(guān)理論，解決了蓮子自動定心擺正的問題，開發(fā)研制出了全自動蓮子去芯機[12]；湘潭縣宏興隆湘蓮食雜有限公司的賀書紅開發(fā)的蓮子磨皮機，采用砂輪圓盤磨削去皮，解決了蓮子批量，快速去皮的問題。
1.2.2 傳動蓮子去皮工藝方法
蓮子去皮工藝逐漸受到社會的關(guān)注，不少企業(yè)和商家不惜投入人力物力研究蓮子去皮的加工方式。目前市場上的蓮子去皮工藝主要有兩大類：化學去皮和物理去皮兩種方式。
化學去皮方法：對蓮子采用雙氧水或氫氧化鈉水進行浸泡，然后用硫磺熏白，熒光劑美化處理[13]，從而獲得表皮光滑、圓潤鮮白的蓮子，達到蓮子去皮的目的。經(jīng)過化學處理過的蓮子表層光滑、外形美觀，但從食品安全角度來說，這種去皮工藝不可取，因為化學液體對蓮子本身會造成極大的腐蝕，降低了蓮子的營養(yǎng)價值，同時殘留的化學藥物有毒[14]，間接危害以蓮子為原料的深加工食品安全。
物理去皮方法：采用物理機械對蓮子進行旋轉(zhuǎn)、摩擦去掉蓮子表面的一層紅色表皮，其優(yōu)點是物理方法加工出來的蓮子不會影響到蓮子的營養(yǎng)價值，不會有因為藥物殘留而引發(fā)的食品安全，這種加工方法也是大家所能夠接受的。但物理機械方法加工的蓮子的表面不如化學試劑去皮的美觀，存在一些黑褐色的斑點，主要為蓮仁蓮芯端未完全去除的自然色。
1.2.3 蓮子磨削去皮
隨著社會的發(fā)展，人們生活水平的提升，人們對生活質(zhì)量的期望也越來越高，更多的人開始關(guān)注食品安全這個問題，全新的可替代化學去皮的加工方法亟待研發(fā)?，F(xiàn)階段已有不少專家學者在這個領(lǐng)域做出了很多的研究，也開發(fā)出了很多物理加工方案，現(xiàn)在被人們所接受的蓮子去皮加工方法主要采用輥筒磨削、碾磨等機械方法去掉蓮子的表皮[15]，而砂輪磨削由于它的簡易高效性，得到的應用最為廣泛。長江大學劉守祥、楊友平開發(fā)的蓮籽蓮仁去衣機構(gòu)采用上砂輪圓盤，下砂輪圓盤，導槽結(jié)構(gòu)，通過兩個圓盤之間的相對轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)對蓮子的磨皮，相比化學去皮該機構(gòu)具有保持蓮子不受污染的特點，但此機構(gòu)噪音大、且灰塵多、工作環(huán)境惡劣，效率較低，由于是兩圓盤擠壓磨削，柔性不夠，容易造成蓮仁破碎[16]湖南粒粒珍湘蓮有限公司的胡紅輝發(fā)明的蓮子磨皮機，采用三臺電機帶動三級磨粒滾筒[17]，由電磁閥控制蓮子自動進料、出料，理論上具有高效簡便，噪音低和自動化等特點，但結(jié)構(gòu)復雜，制造成本較高，不容易推廣，且對蓮子打磨過程會存在蓮仁崩碎現(xiàn)象，而且這類蓮子磨皮加工方法只考慮蓮仁的收集，而對蓮皮往往是作為灰層來處理，殊不知蓮皮也有很高的藥用價值。食品添加劑與配料北京高校工程研究中心的徐虹、朱雨薇在進行蓮子紅皮多糖提取工藝研究中發(fā)現(xiàn)，蓮子磨皮加工中磨削掉的蓮子皮粉可占到蓮子的 15%，并且經(jīng)過檢測，紅皮粉中含糖量達 9.90%[18][19]；
蓮子磨皮作為蓮子加工過程中的最后一個環(huán)節(jié)，磨皮質(zhì)量直接影響到蓮子的質(zhì)量等級。蓮子加工技術(shù)日趨規(guī)?；I(yè)化、自動化，目前市場從事蓮子磨皮加工技術(shù)大多還停留在半機械化階段，但多數(shù)加工效果不太理想，存在蓮仁高損耗的問題。因此，研究高效率、低損耗的蓮子磨皮的方法與設(shè)備，是當前蓮子加工產(chǎn)業(yè)急需解決的問題之一。
1.2.4粗精磨方案的引出
雖然有蓮子加工企業(yè)陸續(xù)開發(fā)了幾種采用砂輪磨削的蓮子磨皮機械，但在滿足市場對蓮子磨皮質(zhì)量和效率的要求這方面都有缺陷。蓮子屬于硬脆性材料，總體呈不規(guī)則橢球形狀[20]，在自動化生產(chǎn)中，不管是脫殼、去芯還是磨皮，在獲得加工好的白蓮的同時，要確保蓮仁的完整性，同時也要保持磨皮的充分性和較低的損耗性。
圖 1-3 蓮子磨皮機
如圖 1-3 所示，為湘潭縣宏興隆湘蓮食雜有限公司的賀書紅開發(fā)的蓮子磨皮機，該機構(gòu)在機臺上方安裝有收集加工灰塵的存灰室，存灰室的上方直通磨皮室，磨皮室為頂部進料、側(cè)邊出皮、內(nèi)壁為磨砂的圓筒形結(jié)構(gòu)，磨皮室的底部安裝有轉(zhuǎn)動砂輪，砂輪外徑邊緣與磨皮室內(nèi)壁之間留有漏除蓮皮的間隙，砂輪由電機驅(qū)動轉(zhuǎn)軸帶動，可對不同大小的蓮子磨皮加工，加工完后從進料口取出再從新進料，是一種半自動的加工機器[21]。該設(shè)備具有加工效率高、去皮效果好等優(yōu)點。但其磨皮質(zhì)量不穩(wěn)定、磨皮過程中蓮仁損耗大、資源浪費較嚴重。
在獲得加工好的白蓮的同時，既要確保蓮仁的完整性，也要保持磨皮的充分性和較低的損耗性。上述蓮子磨皮機結(jié)構(gòu)簡單，操作簡便，磨皮過程中不易造成蓮子的破碎，但此機器在混合磨削過程中存在砂輪速度過高，離心力驅(qū)使蓮子與磨砂滾筒內(nèi)壁磨削時間過長，造成打磨過度，相應的其他沒有與砂輪、磨砂滾筒接觸的蓮子卻沒有被打磨，只能在下一個某時段被打磨；為保證充分磨白普遍存在蓮子打磨過度的現(xiàn)象。此方案在保持磨皮的充分性和較低的損耗性之間不可雙得。此機構(gòu)磨皮不穩(wěn)定的主要因素在于采用單筒式磨削，采用了單一的磨削方案，對于批量的蓮子混合磨削過程中，在滾筒內(nèi)勢必存在蓮子在同一時段，磨削不均勻的情況；為保證蓮子磨皮充分，就會出現(xiàn)部分蓮子磨削過度的情況，造成蓮仁的損耗，浪費資源。為保證在蓮子磨皮充分的前提下盡量降低蓮仁損耗，在此提出粗磨，精磨相結(jié)合的磨削方案，此方案對于蓮子的磨削加工分兩步走，首先是對蓮子進行粗磨加工，大致磨去蓮子的外皮，但又不至于磨損到蓮仁，之后對蓮子進行精磨加工，完全去除蓮子的外皮。
1.3 選題意義和研究內(nèi)容
1.3.1 選題意義
在現(xiàn)有的蓮子去皮加工方法和外圓磨削技術(shù)的相關(guān)研究理論基礎(chǔ)上，本課題主要解決蓮子加工過程中磨損過度的問題，以及實現(xiàn)加工過程的全自動化。砂輪蓮子磨皮機的設(shè)計改進研究，不僅可以提高蓮子的磨削效率，減輕加工損耗，降低生產(chǎn)成本，提高蓮子產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟效益，且由于機構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單，機器制造成本低，在推廣上也具有很大的優(yōu)勢，有助于我國特色農(nóng)產(chǎn)品規(guī)?；a(chǎn)的發(fā)展。砂輪蓮子磨皮機的設(shè)計改進研究能加強資源的利用率，利于環(huán)保，給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟價值，應用前景樂觀。目前對蓮子磨皮加工研究的機構(gòu)并不多，主要集中在相應主產(chǎn)區(qū)的高校和企業(yè)，但絕大多數(shù)也僅僅停留在一些專利申請上，且并沒有發(fā)現(xiàn)在蓮子磨皮加工領(lǐng)域有采用砂輪粗精磨磨削工藝的。因此，本文研究內(nèi)容是一個創(chuàng)新課題，具有重要意義。
1.3.2 研究內(nèi)容
為解決蓮子磨皮加工過程中存在的磨削質(zhì)量和加工效率等方面的問題，本論文擬對蓮子砂輪磨皮開展以下幾個方面的研究工作：
（1）蓮子砂輪磨削理論探討。闡述砂輪磨削理論，確定加工工藝的可行性；
（2）結(jié)合現(xiàn)有蓮子滾筒砂輪磨削工藝，提出了改進方案，對比分析，確定滾筒式砂輪粗精磨磨削工藝，完成蓮子磨皮機總體結(jié)構(gòu)設(shè)計和相關(guān)部件選型；
（3）基于 UG NX8.0 建立零部件實體模型，裝配成虛擬樣機。
第二章 滾筒式粗精磨蓮子磨皮機總體方案設(shè)計
2.1 現(xiàn)有蓮子磨皮損耗分析
2.1.1 滾筒砂輪磨皮機構(gòu)
圖 2-1滾筒砂輪磨皮機構(gòu)
滾筒式砂輪磨皮機憑借其簡單的構(gòu)造，高效的磨削率，在生產(chǎn)中應用最為廣泛，如圖 2-1 所示，為湖南湘潭縣宏興隆湘蓮食雜有限公司的賀書紅所研發(fā)應用的半自動磨皮設(shè)備。該機構(gòu)采用砂輪結(jié)構(gòu)，而且磨砂滾筒的磨粒也類似于砂輪磨粒，雖說總體結(jié)構(gòu)簡單，但是在磨削過程中由于每次投料幾公斤，且單一的磨削方案，對于批量的蓮子混合磨削過程中，在滾筒內(nèi)勢必存在蓮子在同一時段，磨削不均勻的情況；為保證蓮子磨皮充分，就會出現(xiàn)部分已磨白蓮子磨削過度的情況，造成蓮仁的損耗，浪費資源。在混合磨削過程中存在砂輪速度不能適應同一時間點，蓮子的不同磨削狀況。同時離心力驅(qū)使蓮子與磨砂滾筒內(nèi)壁磨削也存在同樣的問題，從而造成已磨白蓮子打磨過度，為保證充分磨白所有蓮子，機器難以避免部分蓮子打磨過度的現(xiàn)象。此方案在保持磨皮的充分性和較低的損耗性之間不可雙得。
2.1.2 蓮子磨皮損耗問題
湘潭大學徐油田同學做的關(guān)于滾筒砂輪磨白加工前后對比研究。
從研究我們可以發(fā)現(xiàn)，用砂輪對蓮子進行單工序的去皮，平均每100kg的紅蓮子，在磨削加工后會損耗掉約15kg的蓮子，這種資源浪費是極其嚴重的，為提高加工白蓮子在市場上的競爭力，從蓮仁磨損率上去做研究是極其可行的一種途徑。
2.2滾筒式粗精磨蓮子磨皮方案的提出
采用砂輪對蓮子進行粗精磨分開加工，首先對蓮子表皮進行粗磨磨削，控制速度與磨削時間，大致磨掉蓮子外表皮，之后將粗磨過的蓮子進行精磨磨白。這種方案的好處在于能拉近在砂輪磨削過程中，不同蓮子在同一時間點的磨削情況差異，使得在保證蓮子全部磨白的前提下，同時減少了蓮仁的損耗。本文擬定設(shè)計改良現(xiàn)有滾筒式蓮子磨皮機，節(jié)約資源，降低蓮子生產(chǎn)損耗。
2.2.1 滾筒式粗精磨蓮子磨皮總體結(jié)構(gòu)方案
考慮到要對蓮子進行粗磨和精磨，且加工過程中，投料，送料，出料盡量簡單，提出如下具體方案，如圖2-1所示。
1- 入料機構(gòu)； 2-粗磨室； 3-蓮子傳送通道； 4-齒輪變速室； 5-精磨室；
6-出料口； 7-存灰室； 8-機架； 9-電動機；
圖 2-1
滾筒式粗精磨蓮子磨皮機的主要結(jié)構(gòu)由入料機構(gòu)1，粗磨室2，蓮子傳送通道3，齒輪變速室4，精磨室5，出料口6，存灰室7，機架8，電動機9組成。入料口由錐形漏斗，圓柱形村料筒，阻料傘組成，其中阻料傘由時間繼電器控制，主要實現(xiàn)蓮子的間斷有序投料；粗磨室由相對應的粗磨砂輪，和磨砂滾筒內(nèi)壁組成，主要實現(xiàn)蓮子的粗磨加工；蓮子傳送通道起到連通粗磨室和精磨室的作用，由時間繼電器控制，主要實現(xiàn)蓮子在磨削一定時間后自動從粗磨室轉(zhuǎn)入精磨室的動作；齒輪變速箱由一個行星輪系構(gòu)成，起到同軸變速；精磨室構(gòu)造與粗磨室構(gòu)造大體相似，下接存灰室；出料口由時間繼電器控制。
機構(gòu)的工作原理如下：在進行蓮子加工時，將蓮子倒入錐形漏斗，阻料傘在時間繼電器的控制下，有規(guī)律的上下運動，阻料傘上升時，阻料傘上圓盤和錐形漏斗之間打開縫隙，同時阻料傘下圓盤與存料口下端閉合，蓮子在自身重力的作用下進入存料圓柱筒，阻料傘下降時，阻料傘上圓盤與錐形漏斗之間閉合，同時阻料傘下圓盤與存料口打開，蓮子進入粗磨室；粗磨室下底裝有與粗磨相對應的砂輪，通過砂輪的旋轉(zhuǎn)運動帶動蓮子的轉(zhuǎn)動，在旋轉(zhuǎn)離心力的作用下砂輪，磨砂內(nèi)壁同時對蓮子進行粗磨加工；粗磨完成后，蓮子傳動通道在時間繼電器的控制下自動打開，蓮子通過傳動通道進入精磨室，當粗磨室蓮子全部轉(zhuǎn)入精磨室后，蓮子傳動通道關(guān)閉，入料口在時間繼電器的控制下將蓮子從圓筒形存料筒內(nèi)的蓮子送入粗磨室，蓮子在精磨室精磨完成后，出料口在時間繼電器的控制下打開，已磨白蓮子排出，磨白蓮子全部排出后，出料口自動關(guān)閉，蓮子傳送通道在時間繼電器的控制下打開，粗磨室蓮子進入精磨室，實現(xiàn)連續(xù)循環(huán)。這種方案使得蓮子的加工就由原始的一道磨削去皮工序變成了粗精磨兩道磨削去皮工序，減少了蓮子的磨損量；通過時間繼電器控制進料口，傳送通道，出料口，使得蓮子的加工由原始的半手工辦機械化加工轉(zhuǎn)化為自動化加工，大大提高了生產(chǎn)效率。
第三章 滾筒式粗精磨蓮子磨皮機詳細設(shè)計
3.1 磨皮機結(jié)構(gòu)設(shè)計
蓮子磨皮方案確定后，可以基于大型3維繪圖軟件UG NX8.0對滾筒式粗精磨蓮子磨皮機進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，建立各部件的模型，裝配完成虛擬樣機。
3.1.1 機體總體布局設(shè)計
滾筒式粗精磨蓮子磨皮機要解決蓮子進料，打磨和出料的機械自動化，考慮到不改變機構(gòu)原有的傳動簡易性，加工穩(wěn)定性，用粗精磨雙筒疊層式方案，如圖3-1所示。
1-入料口； 2-粗磨室； 3-傳送通道； 4-變速箱； 5-精磨室；
6-出料口； 7-存灰室； 8-電機； 9-機架；
圖 3-1 滾筒式粗精磨蓮子磨皮機
其主要結(jié)構(gòu)包括入料口1，粗磨室2，傳送通道3，變速箱4，精磨室5，出料口6，存灰室7，電機8，機架9等幾部分。為使結(jié)構(gòu)簡單和實現(xiàn)精磨砂輪盤的高速轉(zhuǎn)動，將砂輪軸直接與電機輸出軸相連，該結(jié)構(gòu)電機輸出直接傳給砂輪軸，滿足砂輪高速轉(zhuǎn)動的需求，同時也減免了電機與砂輪軸之間的傳動設(shè)計，優(yōu)化了整體結(jié)構(gòu)，降低制造成本，電機垂直安置于下箱體驅(qū)動，整體呈豎直結(jié)構(gòu)。
機架作為整臺機構(gòu)的支撐，考慮到蓮子加工皮對加工環(huán)境的污染，且機架體需有足夠的空間安放電機，機架采用鏤空結(jié)構(gòu)；入料口，傳送通道，出料口，配合時間繼電器的控制實現(xiàn)蓮子磨皮的連續(xù)性，自動化；砂輪通過套筒與軸相連接，與滾筒磨砂內(nèi)壁形成打磨區(qū)，電機帶動軸轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)蓮子快速打磨，機體結(jié)構(gòu)為雙筒疊層式，粗磨砂輪與精磨砂輪所固定的軸在同一軸線上，為實現(xiàn)砂輪的變速，在粗磨室與精磨室之間設(shè)置一齒輪變速室，在保證傳動比的前提下，盡量選擇結(jié)構(gòu)簡單且工作平穩(wěn)的變速機構(gòu)，本機構(gòu)采用2Z-X(A)行星輪機構(gòu)進行變速。
3.1.2 時間定額與箱體總體尺寸設(shè)計
已知設(shè)計參數(shù)：1.蓮子的直徑范圍為9-15mm；2.生產(chǎn)效率為每小時100kg；3.一般湘蓮質(zhì)量與粒數(shù)換算約為1kg1000粒。
鑒于本機構(gòu)的蓮子粗精磨同步進行加工特性和對生產(chǎn)效率的要求，結(jié)合市面上滾筒式砂輪蓮子磨皮機的磨削控量（約為15kg）與磨削時長（約為10-15min）,初步做出以下加工量和加工時間定額的設(shè)計：粗精磨室每次加工量為10kg蓮子，加工時長為5min。加工100kg蓮子所需總時間t：
t10min9min555min；剩余的5min用于蓮子的傳送與排出。
湘蓮質(zhì)量與粒數(shù)換算約為1kg=1000粒；蓮子直徑范圍為9-15mm，進行蓮子加工體積量估算，現(xiàn)取蓮子直徑范圍為12mm。10kg蓮子所占體積v約為：
v1000103.141000106.7824
為使加工蓮子得到好的磨削加工質(zhì)量，結(jié)合以往的經(jīng)驗，使蓮子在圓筒內(nèi)大致鋪滿3-4層，則蓮子層在圓筒內(nèi)高度約為h40mm。初步估算圓筒底面半徑r:
rmm292.3790mm,取r300mm。
磨砂內(nèi)壁高度取h150mm，單層圓筒總高取H300mm。
入料機構(gòu)中存料圓柱筒，取圓柱直徑150mm；根據(jù)上面求得的單次加工的蓮子體積v可求得圓柱筒高度h210mm。入料機構(gòu)阻料傘下圓盤取150，保證其與圓柱筒的配合；在入料口使得蓮子能順利的進入存料筒，取阻料傘上圓筒與上存料口之間的距離為20mm；則桿長可推導出為L200mm20mm230mm；取阻料傘上圓盤為210mm，便于安裝電磁控制裝置。
3.2磨皮機主要部件的選擇與設(shè)計
3.2.1 砂輪的選擇
砂輪磨削加工時影響磨削質(zhì)量和效率的因素較多，主要包括磨料、粒度、結(jié)合劑、組織、硬度等的選擇。
下圖為砂輪組成要素，代碼，性能和使用范圍[22]：
蓮子材料為硬脆性非金屬，與一般木材性能相似，現(xiàn)結(jié)合砂輪工藝參數(shù)選擇原則與經(jīng)濟性做出如下砂輪選擇方案：
粗磨砂輪：1-600×10×30AF40L5V-35m/s
其特性為：形狀代號-平面砂輪；外徑600mm；厚度10mm；孔徑30mm；磨料-棕剛玉；粒度號F40中粒；硬度L中軟；組織號5磨粒率52%；結(jié)合劑-陶瓷；最高工作速度35m/s。
精磨砂輪：1-600×10×30AF60Q3B-60m/s
其特性為：形狀代號-平面砂輪；外徑600mm；厚度10mm；孔徑30mm；磨料-棕剛玉；粒度號F60細粒；硬度Q中硬；組織號3磨粒率56%；結(jié)合劑-樹脂；最高工作速度60m/s。
3.2.2 電機的選擇
本設(shè)計砂輪式蓮子磨皮機的動力源根據(jù)其使用要求來選擇。本文預選 Y系列三相異步電機Y100L-2。該類電機具有效率高、耗電少、振動小，重量輕、運行穩(wěn)定和維修方便等特點。其技術(shù)參數(shù)為：
電動機型號
額定功率
（KW）
滿轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速(r/min)
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩
最大轉(zhuǎn)矩
同步轉(zhuǎn)速3000r/min ，2級
Y80M2-2
1.1
2830
2.2
2.3
3.2.3 傳動軸的設(shè)計
初算軸的直徑d，采用經(jīng)驗公式初算軸的直徑。輸入軸的軸端直徑可根據(jù)與之相聯(lián)的電機軸的直徑D來估算，d=（0.8~1.2）D。查[23]Y80M2-2工藝參數(shù)得D=19mm，則：
d=(0.8~1.2)D=(0.8~1.2)19mm=15.2~22.8mm
取d=19mm。
確定各軸段直徑和長度，軸肩的高度一般取h(0.07~0.1)d，取h0.1d1.9mm。
根據(jù)機構(gòu)的總體結(jié)構(gòu)做出軸的設(shè)計，如圖3-2所示：
圖 3-2 軸
3.2.4 2Z-X（A）行星輪選擇
由于軸與電機直接相連，電機的轉(zhuǎn)速全部傳遞給軸，電機同步轉(zhuǎn)速n＝3000r/min，則軸的轉(zhuǎn)速n＝3000r/min＝50r/s；通過研究砂輪磨削特性與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，可得粗磨時，對于非金屬材質(zhì)，一般轉(zhuǎn)速取n＝15-20m/s；蓮子屬于脆硬性材料，材質(zhì)與木頭相當，粗磨蓮子可看成粗磨非金屬，根據(jù)砂輪的直徑，初步估計粗磨時砂輪轉(zhuǎn)速取n＝15-20r/s較為合適，現(xiàn)大致取18r/s。通過轉(zhuǎn)速算出行星輪傳動比i＝50/18＝3。查[24]表3-2可得i＝3時，行星輪系的配齒數(shù)：Za＝32；Zc＝13；Zb＝58；保證傳動的平穩(wěn)性，取模數(shù)m＝3。
總結(jié)
本論文在了解了國內(nèi)蓮子機械去皮工藝的發(fā)展與目前湘蓮磨皮加工現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對蓮子滾筒式砂輪磨皮進行了研究與改進，提出了一種將粗磨，精磨分開進行的蓮子磨皮方案，完成了粗精磨滾筒式砂輪蓮子磨皮機的結(jié)構(gòu)設(shè)計和相關(guān)零部件選型，本論文主要取得以下成果：
（1）闡述目前機械磨皮案例，明確砂輪磨削在磨削去皮中的便利與高效率，確定磨削加工工藝；
（2）結(jié)合現(xiàn)有蓮子滾筒砂輪磨削工藝，對比分析，提出了將蓮子單一的磨削工序一分為二的粗精磨加工工序，確定滾筒式砂輪粗精磨磨削工藝，完成蓮子磨皮機總體結(jié)構(gòu)設(shè)計和相關(guān)部件選型，同時在原有的半機械辦手工機械上，改進了入料機構(gòu)，傳送機構(gòu)，出料機構(gòu)，使得機構(gòu)能全自動運行。
（3）基于 UG NX8.0 建立零部件實體模型，裝配成虛擬樣機。
致謝
在馬秋成老師的辛勤指導下，這次蓮子磨皮機的設(shè)計使我收益頗豐，為我以后的學習和工作打下了堅實和良好的基礎(chǔ)。馬老師在帶我做畢業(yè)設(shè)計期間認真負責，堅持每周三開一次會議，讓每位同學在會議上通報進度，同時對我們在設(shè)計過程中遇到的問題做出指導，臨近會議結(jié)束馬老師會下發(fā)下周的工作任務，并督促我們按時完成工作，整個畢業(yè)設(shè)計在馬老師的指導下，有條不紊的進行著。在畢業(yè)設(shè)計期間，查閱資料尤其是在查閱各項參數(shù)數(shù)據(jù)時，碰到很多資源無法查閱，由于自身實踐經(jīng)驗的缺乏加之基礎(chǔ)不是很牢固，在選取參考資料上存在一些問題，不過馬老師每次都很有耐心地提出寶貴的意見，在總體方案設(shè)計的階段，馬老師總是對我提出的設(shè)計機構(gòu)進行細節(jié)方面的深究，確保了設(shè)計方案的理論可行性。在遇到機構(gòu)原理上的錯誤時，馬老師給我指明了改進方向，最終我才得以順利完成蓮子磨皮機的畢業(yè)設(shè)計。
若是我本次能順利通過畢業(yè)設(shè)計的答辯環(huán)節(jié)，絕對離不開馬老師的悉心指導。在此，我衷心感謝我的指導老師，耐心地幫助我解答結(jié)構(gòu)和設(shè)計方面的一些難題，他盡職盡責的治學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，孜孜不倦的工作作風，深深地影響和感化著我。從蓮子磨皮機結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算到各種資料的最終完成，他都一直給予我細心的指導以及不懈的支持。老師不僅在學業(yè)知識方面給我以精心指導，同時還在思想對我進行了教育。除了敬佩指導老師的專業(yè)學術(shù)水平外，他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。在此謹向馬老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。
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附錄A：英文文獻翻譯
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