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塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)
1緒論
1.1課題研究的意義
隨著食品工業(yè)的快速發(fā)展, 花生的利用向著多樣性方向發(fā)展, 花生的精深加工也成為花生果仁高效綜合利用的必然途徑。花生除了簡單直接食用和榨油外, 也被用來制作各種風(fēng)味的花生仁、花生糖、花生醬、花生牛奶飲料, 也可配制在其他原料中作風(fēng)味料?；ㄉ适怯杉t色外衣和籽仁組成。紅衣主要是纖維組織和止血素, 而花生中的油脂、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)素都集中在籽仁中[1]。無論是從花生中提取蛋白粉, 還是提高花生榨制出濃香型花生油的檔次, 都需將花生果經(jīng)剝殼后再去掉花生果仁上的紅皮(俗稱紅衣), 這是制作上述食品及原料加工過程中不可缺少的關(guān)鍵工序之一[2]。為此，我們需要設(shè)計(jì)與試制一種花生脫紅衣機(jī)來出去花生紅衣為后續(xù)的工作做準(zhǔn)備。
1.2國內(nèi)外花生紅衣脫皮機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀
1.2.1國內(nèi)花生紅衣脫皮機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r
目前, 國內(nèi)大多數(shù)花生脫紅衣設(shè)備的脫皮原理主要采用一對輾輥或皮帶相互間的動靜運(yùn)動實(shí)現(xiàn)摩擦輾搓[3]。其中輾輥輾搓方式是一對輾輥反向差速旋轉(zhuǎn)來搓擦花生仁使紅衣從花生籽仁上剝落皮帶輾搓方式是摩擦膠帶與固定膠帶組成加工楔形區(qū)[4][5], 利用兩膠帶的擠壓力和剪切力的綜合搓撕作用, 將花生紅衣與籽仁分離[6]。按碾輥所用材料可分為: 橡膠輥和金屬基體的表面采用樹脂并粘有石英砂的脫皮輥等。
1.2.2國外花生紅衣脫皮機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r
國外類似產(chǎn)品的脫皮機(jī)有三種類型: 鼓式、盤式和輥式。雖然形式各異, 但工作原理是相同的,都是通過轉(zhuǎn)鼓與襯板, 圓盤與擋板以及輥- 輥(壁)之間的相對運(yùn)動而達(dá)到脫皮的目的。鼓、盤、輥筒的表面凹凸不平, 靠起伏的鈍齒對物料的摩擦把表皮除掉, 從而分離出果仁。如一種用于咖啡豆的輥筒脫皮機(jī)[7], 可以作為花生脫紅衣機(jī)設(shè)計(jì)參考。其主要部分是一個(gè)固定的、帶孔的機(jī)體, 內(nèi)部是帶突齒的輥筒。進(jìn)料斗的下面是螺旋推進(jìn)器, 使物料向前運(yùn)動。水經(jīng)輥筒的中心引入,對物料起清洗作用。操作時(shí), 物料進(jìn)入機(jī)器后, 受到輥筒與外殼的摩擦, 首先將果皮脫去, 排出機(jī)體。物料繼續(xù)受到摩擦力作用, 同時(shí)受到水的沖洗, 到排出口時(shí), 塵雜等亦被全部除去[8]。
1.3國內(nèi)外花生紅衣脫皮機(jī)存在的優(yōu)缺點(diǎn)
1.3.1國內(nèi)花生紅衣脫皮機(jī)存在的問題
分析歸納市場上現(xiàn)有的花生機(jī)械脫紅衣設(shè)備, 主要存在以下幾個(gè)問題: 由于現(xiàn)有設(shè)備大都采用輾搓式, 對輥加工區(qū)域較小, 故加工量小( 100～200kg /h 左右) , 產(chǎn)量低； 受輾輥材料、對輥間隙等因素影響, 所加工的花生仁整仁率低、破損較大； 現(xiàn)有機(jī)械脫皮設(shè)備多為針對某種原料特定加工設(shè)計(jì)的, 故其通用性和配套性較差[7]。
1.3.2國外花生紅衣脫皮機(jī)存在的優(yōu)缺點(diǎn)
使用這種設(shè)備可得到優(yōu)質(zhì)、不受損傷的果仁, 但對操作調(diào)試的精細(xì)度要求很高, 機(jī)器耗用的動力較大。該脫皮機(jī)要配18. 4 kW的動力, 主要優(yōu)點(diǎn)是: 處理量大( 3000kg /h) , 輥筒轉(zhuǎn)速較低。而一般盤式脫皮機(jī)只需配2. 2～2. 9 kW 的動力[9]。
1.4花生紅衣脫皮機(jī)的研制及發(fā)展前景
1.4.1花生紅衣脫皮機(jī)的研制
根據(jù)目前國內(nèi)與國外的花生紅衣脫皮機(jī)械的對比可以看出國內(nèi)的花生紅衣脫皮機(jī)械簡單、實(shí)用、價(jià)格低，但是由于現(xiàn)有設(shè)備大都采用輾搓式, 對輥加工區(qū)域較小, 故加工量小( 100 ~ 200kg /h 左右) , 產(chǎn)量低； 受輾輥材料、對輥間隙等因素影響, 所加工的花生仁整仁率低、破損較大； 現(xiàn)有機(jī)械脫皮設(shè)備多為針對某種原料特定加工設(shè)計(jì)的, 故其通用性和配套性較差。國外的花生紅衣脫皮機(jī)械處理量大( 3000kg /h) , 輥筒轉(zhuǎn)速較低。而一般盤式脫皮機(jī)只需配2. 2~ 2. 9kW 的動力。但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、更換零件麻煩。因此這就繼續(xù)我們研制出一種結(jié)構(gòu)簡單成本低而且效率高、紅衣脫皮效果好的花生紅衣脫皮機(jī)械。該課題的主要研究內(nèi)容有：根據(jù)現(xiàn)有花生紅衣脫皮機(jī)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一種成本低結(jié)構(gòu)簡單效率高地花生紅衣脫皮機(jī)械，并利現(xiàn)有的軟件對其進(jìn)行強(qiáng)度分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)[10]。
設(shè)計(jì)花生紅衣脫皮機(jī)械的整體結(jié)構(gòu)，主要由電動機(jī)、減速器、活動與固定膠帶、平面運(yùn)動篩、皮帶、動力傳動裝置和轉(zhuǎn)向裝置等組成。電動機(jī)提供動力，通過聯(lián)軸器與減速器連接，分別為活動的膠帶和平面運(yùn)動篩提供動力。工作部件由e和平面運(yùn)動篩組成。e花生紅衣脫皮機(jī)械的基礎(chǔ)參數(shù)，參考國內(nèi)和國外紅衣脫皮機(jī)械的參數(shù)，要盡量減小功率消耗。根據(jù)選定的有關(guān)參數(shù)，由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出花生紅衣脫皮機(jī)械所需的功率，根據(jù)該功率選擇電動機(jī)型號。
該課題應(yīng)用的研究方法：理論設(shè)計(jì)、繪制模擬樣機(jī)并進(jìn)行仿真模擬。
1.4.2花生紅衣脫皮機(jī)的發(fā)展前景
花生目前較多地用于制作各種風(fēng)味的花生仁、花生糖、花生醬和蛋白粉等?；ㄉ?jīng)剝殼后，去掉花生仁面上的紅衣，則是制作上訴食品及原料過程中不可缺少的工序。國內(nèi)已有個(gè)別廠家生產(chǎn)花生脫紅衣機(jī)，但需經(jīng)水泡后才能脫去紅衣，這不能滿足經(jīng)烘烤后脫去紅衣再生產(chǎn)各種食品的要求。為此，我們需設(shè)計(jì)與試制一種新型的花生脫紅衣機(jī)。此新型花生紅衣脫皮機(jī)是干法脫去紅衣因此可以滿足經(jīng)烘烤后脫去紅衣再生產(chǎn)各種食品的要求,生產(chǎn)效率高，脫凈率高，勞動強(qiáng)度低?？梢詮V泛的應(yīng)用于花生紅衣的脫去中。
1.5預(yù)期目標(biāo)
（1）整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，尺寸小，機(jī)動性好。
（2）電動機(jī)為動力源，造價(jià)低、可靠性高、使用簡便。
（3）適于不同大小的花生粒的脫皮，有利于減輕勞動強(qiáng)度，提高工作效率和生產(chǎn)率，對提高花生紅衣脫皮機(jī)械化作業(yè)的水平有一定的價(jià)值。
1.6重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路
該機(jī)動力源電源，通過電動機(jī)通過聯(lián)軸器以及減速器，減速器連接傳動機(jī)構(gòu)工作，花生紅衣脫皮機(jī)械應(yīng)該能對不同大小的花生粒進(jìn)行脫紅皮
（1）選擇動力,設(shè)計(jì)傳動裝置和膠輥工作裝置的位置來實(shí)現(xiàn)花生仁和紅衣的脫離。
（2）通過分析，設(shè)計(jì)脫完紅衣的花生仁和紅衣的分離裝置。根據(jù)花生仁和紅衣的比重不同利用負(fù)壓的原理把花生仁和紅衣分離開來。
（3） 運(yùn)用AutoCAD軟件，繪制二維零件圖和裝配圖。
（4） 運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件完成整機(jī)各零部件的三維建模并進(jìn)行運(yùn)動仿真。
1.7工作條件及解決方法
塔里木大學(xué)位于南疆中心位置，花生種植有一定的面積，而且在農(nóng)大小市場或者超市出售花生的很多，這為項(xiàng)目開展提供了便利的原材料。這是本項(xiàng)目順利實(shí)施應(yīng)具備的良好外部科研環(huán)境。塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院擁有先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室和加工設(shè)備，校內(nèi)擁有優(yōu)良的硬件環(huán)境和雄厚的師資力量這些都為課題的實(shí)施提供了保障。
本課題的主要動力來源是電動機(jī)，經(jīng)過傳動部分，從減速器中輸出的圓周運(yùn)動來帶動皮帶輪，通過皮帶輪的傳動帶動摩擦膠帶的轉(zhuǎn)動。利用活動摩擦膠帶和固定摩擦膠帶搓擦的原理實(shí)現(xiàn)花生仁和紅衣的脫離。經(jīng)過脫離的花生仁和紅衣及少量破碎花生仁統(tǒng)一經(jīng)過花生仁與紅衣分離的吸氣管，在吸氣管中根據(jù)花生仁和紅衣的比重不同，利用風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)產(chǎn)生的負(fù)壓把紅衣和花生仁及少量破碎的花生仁分離開來，紅衣則被吸入紅衣收集裝置。此時(shí)的花生仁、破碎的花生仁和少許的紅衣會落到振動篩上，通過振動篩的振動，少量的破碎花生仁會穿過篩孔掉落到破碎花生仁的收集裝置。被分離出來的花生仁和少許紅衣則處在篩孔上方并向下滑行，當(dāng)滑到花生仁和紅衣的分離管時(shí)，花生仁和紅衣進(jìn)行再一次的分離。分離管中的花生仁則落入花生仁收集裝置，紅衣則通過分離管的引導(dǎo)與第一次被分離出來的紅衣匯合被統(tǒng)一導(dǎo)向紅衣收集裝置。被收集的紅衣再用于其他用處。通過上述的原理來制作干法花生紅衣脫皮機(jī)，以此來實(shí)現(xiàn)花生仁與紅衣分離的目的。
2基本結(jié)構(gòu)、原理及主要技術(shù)參數(shù)
經(jīng)過反復(fù)的考慮、研究和討論，確定花生紅衣脫皮機(jī)的總體機(jī)構(gòu)，包括動力機(jī)構(gòu)、動力傳送系統(tǒng)、分離機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、紅衣收集機(jī)構(gòu)及控制機(jī)構(gòu)等。
2.1花生紅衣脫皮機(jī)結(jié)構(gòu)
花生紅衣脫皮機(jī)的總體方案圖如圖2-1所示
圖2-1 花生紅衣脫皮機(jī)的總體方案圖
花生紅衣脫皮機(jī)是一種組合式設(shè)備。它實(shí)質(zhì)上是由紅衣與花生仁分離裝置、花生仁與胚芽分離裝置和紅衣收集與除塵風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)三大部分組成。主要包括進(jìn)料裝置； 紅衣與花生仁分離裝置； 花生仁與胚芽分離裝置；紅衣收集與除塵風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)；機(jī)械傳動系統(tǒng)及機(jī)架等組成。
紅衣與花生仁分離裝置, 由活動摩擦膠帶、固定摩擦帶、摩擦帶間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、活動摩擦帶托輥裝置和張緊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成?；顒幽Σ聊z帶與固定摩擦膠帶間形成一楔形空間, 兩帶的摩擦工作面上具有凹形槽, 以增大紅衣與花生仁分離的摩擦力。倆膠帶均采用白色無毒橡膠材料,由專門模具經(jīng)流化等工藝壓制而成。
花生仁與胚芽及少量碎仁分離裝置, 主要由篩體、單層長方形孔篩板、篩體振動曲柄連桿機(jī)構(gòu),彈性吊桿及減震機(jī)構(gòu)組成。
紅衣收集及除塵風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng), 主要由風(fēng)機(jī)、紅衣與花生仁摩擦分離裝置出口側(cè)風(fēng)罩、篩面中段傘形罩、篩面出口側(cè)風(fēng)罩、篩下物出口側(cè)風(fēng)罩、旋風(fēng)除塵器、成品花生仁、胚芽及碎仁出口和料斗等組成。
機(jī)械傳動系統(tǒng), 主要由電機(jī)、減速器、皮帶輪與皮帶等組成。紅衣與花生仁摩擦分離裝置和振動篩共用一個(gè)動力系統(tǒng), 故結(jié)構(gòu)緊湊。
花生紅衣脫皮機(jī)機(jī)構(gòu)如圖2-2所示。
圖2-2 花生紅衣脫皮機(jī)
1、喂料裝置
2、花生紅衣脫皮裝置
3、紅衣與空氣分離裝置
4、風(fēng)機(jī)
5、紅衣收集管道
6、振動篩主動輪
7、變速箱
8、電機(jī)
9、紅衣收集裝置
10、破碎花生仁出料口
11、脫完紅衣的花生仁的出料口
2.2花生紅衣脫皮機(jī)工作原理
花生紅衣脫皮機(jī)的工作原理如圖2-3所示
圖2-3 花生紅衣脫皮機(jī)工作原理
經(jīng)供烤后帶紅衣的花生子粒進(jìn)入料斗內(nèi), 由下料擋板控制花生粒均勻在淌板上流過, 調(diào)節(jié)料門即可調(diào)節(jié)花生子粒的流量。經(jīng)過擋板的花生粒進(jìn)入固定與活動摩擦膠帶形成的楔形區(qū), 在活動膠帶的帶動下, 花生粒受到兩膠帶的搓撕作用, 在擠壓力和剪切力的綜合作用下, 紅衣與花生仁分離。紅衣與花生仁分離的效果, 可通過改變固定與活動摩擦膠帶的間隙大小進(jìn)行調(diào)整。分離后的花生仁、部分紅衣和胚芽及少量碎仁從兩膠帶出口經(jīng)風(fēng)網(wǎng)吸氣部分左支管下段落到篩面上。在下落過程中, 大部分紅衣和灰塵被逆向風(fēng)吸走。由于篩面上物料呈下行體制運(yùn)動, 因而, 篩上物既花生仁從振動篩出口進(jìn)入右支管, 最后呈成品流出；篩下物既胚芽和碎仁經(jīng)篩孔落至篩底板上, 由出口流入分離斗, 最后經(jīng)垂直管流出而得到收集。
風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)中的左、右支管匯集至風(fēng)機(jī)的入口, 被捕吸的紅衣和灰塵由風(fēng)機(jī)排出, 再經(jīng)旋風(fēng)除塵器最后得到收集。風(fēng)網(wǎng)吸氣部分左右支管中共有三個(gè)側(cè)吸罩和一個(gè)傘形罩, 右支管中的兩側(cè)吸罩的捕吸速度, 可調(diào)整風(fēng)門開啟大小進(jìn)行調(diào)節(jié)；左、右支管中的風(fēng)速和風(fēng)量可由兩旋閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。
2.3主要技術(shù)參數(shù)
根據(jù)設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)思路，主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。
表1 主要技術(shù)參數(shù)
參數(shù)項(xiàng)目
數(shù)據(jù)
外形尺寸（長×寬×高）（mm）
1611×1280×2412
生產(chǎn)量（kg）
250
活動膠帶速度（m/s）
0.9
振動篩頻率（r/min）
254
振動篩振幅（mm）
5
風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)風(fēng)量（m3/h）
1300
風(fēng)壓（kPa）
1.96
脫皮裝置寬度（mm）
451
動力額定轉(zhuǎn)速（r/min）
1500
2.4活動摩擦膠帶與固定摩擦膠帶的結(jié)構(gòu)與分布
活動摩擦膠帶固定在兩個(gè)圓柱形的滾筒上，滾筒的直徑為182mm?；顒幽Σ聊z帶的周長為914mm，寬為451mm?；顒幽Σ聊z帶繞在兩個(gè)滾筒上，并將活動摩擦膠帶張緊。兩個(gè)滾筒的中心固定在一根軸上，軸的兩端裝有滾動軸承，軸承固定在箱體上，這樣兩個(gè)滾筒就可以繞著中心旋轉(zhuǎn)，并且?guī)踊顒幽Σ聊z帶順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。固定摩擦膠帶固定在箱體上。固定摩擦膠帶的上方有間隙調(diào)節(jié)裝置，可以調(diào)整固定摩擦膠帶與滑動摩擦膠帶之間的距離?；瑒幽Σ聊z帶與固定摩擦膠帶之間的縫隙是楔形狀，這樣花生可以由大到小的進(jìn)入脫皮去，使脫皮效果更好?；瑒幽Σ聊z帶的表面不是光滑的，而是設(shè)計(jì)成具有凸凹的表面，這樣是為了增加滑動摩擦膠帶的摩擦系數(shù)，以增大摩擦力，使脫皮效果更顯著。
2.5楔形區(qū)大小的確定
花生米的平均大小長×最大處直徑為：15mm×9mm。所以楔形曲的最小距離應(yīng)略小于9mm。經(jīng)計(jì)算最小距離設(shè)定為6mm。由于花生米從進(jìn)料裝置處進(jìn)入，花生米的排列可能會重疊，所以最大處的距離設(shè)定為花生米最大直徑的2.5倍即22mm。
2.6花生紅衣與花生仁分離區(qū)物料平均流速的確定
經(jīng)過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，并根據(jù)花生脫紅衣機(jī)的生產(chǎn)量計(jì)算出花生仁在活動膠帶上的平均流速。
計(jì)算平均流速的公式為：
式中：——花生仁在活動膠帶上的平均流速
——物料通過兩膠帶楔形區(qū)不均勻系數(shù)
——帶紅衣花生粒密度（）
——固定與活動膠帶間隙（）
——固定膠帶寬度（）
——機(jī)器生產(chǎn)量（）
經(jīng)過測量與查閱資料可得：
=0.0125 =1.1 =0.014 =0.451 =250
將數(shù)據(jù)帶入公式得:
2.7活動摩擦膠帶線速度的確定
花生仁在固定摩擦膠帶與活動摩擦膠帶間最小間隙處的平均流量與活動摩擦膠帶摩擦工作面上的線速度的關(guān)系如圖2-4所示
圖2-4 物料流速與活動膠帶線速度的關(guān)系
根據(jù)對上圖的的分析，可得知花生仁在固定與活動摩擦膠帶間最小間隙處的平均流速與活動膠帶摩擦工作面上的線速度的關(guān)系成兩倍關(guān)系。
即：=2=0.9
由此知道了活動摩擦膠帶的線速度。在活動摩擦膠帶與滾筒接觸的地方的速度相同，因此此時(shí)的活動摩擦膠帶的線速度就是滾筒的線速度。
即=0.9。又因?yàn)闈L筒的線速度等于滾筒的角速度乘于滾筒的半徑。即。滾筒的半徑=0.081。
即可得知滾筒的角速度。
由可得滾筒的轉(zhuǎn)速。
2.8滾筒轉(zhuǎn)速和振動篩曲柄軸轉(zhuǎn)速的確定
根據(jù)承載能力、所需轉(zhuǎn)速以及脫紅衣的條件共同確定滾筒轉(zhuǎn)速和振動篩曲柄軸轉(zhuǎn)速。為了使該機(jī)器機(jī)構(gòu)緊湊，紅衣與花生仁分離裝置和振動篩采用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動，經(jīng)減速器將動力傳至花生紅衣分離裝置的主動輪和振動篩的曲柄軸，傳動的布置如圖2-5
圖2-5 傳動裝置
上圖為皮帶傳動的關(guān)系圖，根據(jù)如圖所示可知三個(gè)大的皮帶輪的直徑相同，直徑為162mm。小的皮帶輪直徑為82mm。
由滾筒的轉(zhuǎn)速可得知從減速箱輸出的輸出軸轉(zhuǎn)速:
式中:——減速箱輸出軸轉(zhuǎn)速
——滾筒轉(zhuǎn)速
圖中小皮帶輪為振動篩的主動輪，其直徑為大皮帶輪的二分之一。因此可根據(jù)大帶輪的速度計(jì)算出振動篩主動帶輪的轉(zhuǎn)速：
式中：——振動篩主動輪轉(zhuǎn)速
——振動篩主動輪半徑
——滾筒的半徑
2.9振動篩主要參數(shù)的確定
此花生紅衣脫皮機(jī)在工作的時(shí)候會把紅衣從花生仁上脫下來，但是會有部分的花生仁在脫紅衣的過程中被擠碎并且含有胚芽，此時(shí)經(jīng)過脫花生紅衣裝置的花生仁會變?yōu)榧t衣、破碎的花生仁、胚芽、脫完紅衣的花生仁。為了得到品質(zhì)較高的花生仁需破碎的花生仁和胚芽從中分離出來，這就需要振動篩將他們分離開。振動篩的作用是使已脫去紅衣的花生仁與胚芽和破碎的花生仁實(shí)現(xiàn)分離，物料在篩面上擬呈下行運(yùn)動體制，其振動篩面為平振傾斜振動面型式。如圖2-6所示。振動面傾向,振動面的振動方向角。
圖2-6 平面振動篩運(yùn)動分析圖
2.10篩上物呈現(xiàn)下行體制需要滿足的條件
平面篩的目的是把尺寸小于篩孔尺寸的篩上物過濾到篩子下面，使篩上物保持一致。為了使篩上物通過篩孔需滿足兩個(gè)條件。一是篩孔的尺寸大于需過濾出的篩上物。二是連接篩面的曲柄的轉(zhuǎn)速。連接篩面的曲柄的轉(zhuǎn)速應(yīng)該大于物料相對篩面下滑的臨界轉(zhuǎn)速并且小于物料相對篩面上滑的臨界轉(zhuǎn)速。若連接篩面的曲柄的轉(zhuǎn)速不能滿足這個(gè)條件就無法正常的進(jìn)行篩選。第一個(gè)條件已經(jīng)滿足，第二個(gè)條件需要計(jì)算。
振動篩曲柄軸轉(zhuǎn)速應(yīng)大于物料相對篩面下滑的臨界轉(zhuǎn)速,小于物料相對篩面上滑的臨界轉(zhuǎn)速。通過查閱相關(guān)的文獻(xiàn)并經(jīng)過計(jì)算求出上滑的臨界轉(zhuǎn)速和下滑的臨界轉(zhuǎn)速。
計(jì)算下滑臨界轉(zhuǎn)速的公式：[11]
式中：——物料相對篩面下滑的臨界轉(zhuǎn)速()
——物料相對篩面上滑的臨界轉(zhuǎn)速()
——振動篩曲柄軸轉(zhuǎn)速()
——振動面傾角（度）
——振動面振動方向角（度）
——物料與篩面的摩擦角（度）
——重力加速度()
——振動篩曲柄半徑()
經(jīng)過測量與查閱相關(guān)資料可得知：
=10° =90° =20° =10 =0.041
將數(shù)據(jù)代入公式可得：
若需要篩上物呈下行體制運(yùn)動，振動篩曲柄軸轉(zhuǎn)速需大于物料相對篩面下滑的臨界轉(zhuǎn)速小于物料相對篩面上滑的臨界轉(zhuǎn)速。
即：
所以
當(dāng)振動篩曲柄軸的轉(zhuǎn)速在以上計(jì)算出的結(jié)果里時(shí)，篩上物就會呈現(xiàn)下滑的運(yùn)動體制。實(shí)現(xiàn)了振動篩篩選分離破碎花生仁、紅衣、胚芽和脫完紅衣的花生仁的目的。
2.11風(fēng)網(wǎng)風(fēng)量的計(jì)算
該紅衣收集和除塵風(fēng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖2-7和表2。風(fēng)機(jī)的吸氣道上共設(shè)了3個(gè)側(cè)面吸風(fēng)罩、一個(gè)傘形上吸罩和一個(gè)直管上吸進(jìn)口。
圖2-7 紅衣收集與除塵風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)
表2 花生脫紅衣機(jī)風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)壓損計(jì)算表
設(shè)備名稱或
管段序號
()
()
()
()
壓損
累計(jì)
()
左支
338
2.5
0.36
1.4
左支管
338
7.3
0.022
4.3
左支管匯流三通
631
6.3
0.65
15.3
左支管下旋閥
風(fēng)機(jī)吸口匯流三通
1123
17.6
0.53
117.6
風(fēng)網(wǎng)吸氣
右支管上旋閥
部分最大
右支管彎管
492
15.6
0.89
130.3
壓損
右支管漸擴(kuò)管
492
10.8
0.11
9.8
喂=229Pa
右支管匯流三通
492
10.8
0.59
41.2
右支管匯流三通
229
5.9
0.14
2.0
右支管
113
2.5
0
3.7
右支管進(jìn)口
113
2.5
1
0.8
3.7
風(fēng)機(jī)出口漸擴(kuò)管
1123
19.3
96
風(fēng)網(wǎng)壓氣部分
彎頭
1123
10
0.43
29.4
最大壓力
旋風(fēng)除塵器
1123
936
壓=1058Pa
由各吸風(fēng)口的幾何尺寸以及所選定的捕吸速度，求出其風(fēng)量。
風(fēng)網(wǎng)的總風(fēng)量為：
取
即：
取
2.12風(fēng)網(wǎng)風(fēng)壓和風(fēng)機(jī)的確定
花生仁經(jīng)過花生紅衣脫皮機(jī)時(shí)花生仁上的紅衣會通過搓擦的原理脫落，此時(shí)的產(chǎn)物有花生仁、紅衣、胚芽和少量破碎的花生仁，因此要將這些產(chǎn)物分離開來。首先要分離的是紅衣，此次的分離原理就是根據(jù)花生紅衣和剩下的產(chǎn)物的比重的不同來分離的。該花生紅衣脫皮機(jī)中的風(fēng)機(jī)可以產(chǎn)生負(fù)壓，當(dāng)脫完紅衣的花生仁和紅衣從主動輪上的活動摩擦膠帶和固定摩擦膠帶之間滑落下來時(shí)會有在空中停留的時(shí)間，此時(shí)風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓會將空氣吸入風(fēng)機(jī)的入口，這樣就會產(chǎn)生一個(gè)回流的空氣流，由于花生紅衣和花生仁的比重不同，回流的空氣流就會把比重較小的花生紅衣帶走，這樣就實(shí)現(xiàn)了紅衣和花生仁的分離了。因此風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓得要能將紅衣吸到風(fēng)機(jī)口處并帶走，還不能把花生仁吸走。在這過程當(dāng)中還有彎頭拐角會消耗風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓。這就要求選擇的風(fēng)機(jī)能滿足以上的目的。經(jīng)過查閱相關(guān)文獻(xiàn)可得知該花生紅衣脫皮機(jī)風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)壓損，計(jì)算結(jié)果見表2(表中風(fēng)網(wǎng)設(shè)備或管段名稱代號見圖2-1和圖2-2)。
由計(jì)算結(jié)果可得知，風(fēng)機(jī)吸氣部分左支管、右支管壓損不等，右支管壓損大，右=299。風(fēng)網(wǎng)壓氣段壓損壓=1058，其風(fēng)網(wǎng)總壓損=1375。
為了使左支管、右支管中壓損基本相近，故在左支管、右支管上安裝有旋閥，最后取定風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)風(fēng)壓=1960。
根據(jù)以上數(shù)據(jù)可選擇風(fēng)機(jī)的型號。經(jīng)過查閱相關(guān)手冊，確定風(fēng)機(jī)的型號為C6-48-3。其主要參數(shù)如表3所示。
表3 C6-48-3型風(fēng)機(jī)參數(shù)
風(fēng)機(jī)型號
轉(zhuǎn)速()
全壓（）
流量()
電機(jī)功率（）
C6-48-3
1600～3510
1980～360
696～3352
0.75～3
3電動機(jī)、減速箱的選取
3.1電動機(jī)的確定
電機(jī)的確定是通過電機(jī)的載荷來選取的，為此應(yīng)當(dāng)計(jì)算出花生紅衣脫皮機(jī)在工作過程中受到的所有外力和功率的大小?；ㄉt衣脫皮機(jī)在工作的過程中消耗動力的部件有花生紅衣脫皮裝置、振動篩及篩上物。
首先確定花生紅衣脫皮裝置在工作過程中所受的力和損耗的功率。該部分在工作過程中主要是克服花生仁在兩膠帶間的摩擦力。紅衣脫皮裝置的長度為461mm，寬度為451mm，花生米的尺寸長×最大處直徑為15×9mm。按照一次通過脫皮裝置最多花生米，即花生仁的長度方向與摩擦膠帶的長度方向一致計(jì)算，一次通過最多花生仁個(gè)。經(jīng)過查閱相關(guān)資料橡膠帶的摩擦系數(shù)為0.4，要使一個(gè)花生仁的紅衣從花生仁上脫離下來所需要的壓力為300g，即3N。
所以一個(gè)花生仁在脫紅衣過程中受到的阻力為：
脫紅衣裝置在工作時(shí)受到的阻力總為：
總
活動摩擦膠帶的運(yùn)行速度為0.9。則功率為：
取為1510。
花生紅衣脫皮機(jī)在工作過程中振動篩和篩上物也消耗了動力和功率?，F(xiàn)計(jì)算振動篩和篩上物所消耗的功率。振動篩如圖3-1所示。
圖3-1 振動篩
計(jì)算振動篩的功率需知道其運(yùn)動速度和受到的外力。
振動篩總質(zhì)量的計(jì)算。振動篩的一個(gè)篩孔的大小如圖3-2所示
圖3-2 篩孔
在通過紅衣脫皮機(jī)的時(shí)候，花生仁會一分為二，最大處直徑會變?yōu)?.5mm，所以篩孔的寬要比4.5mm略小，長比花生仁的長小。這樣一分為二的花生仁就不會從篩孔通過，通過的是破碎的花生仁。這樣就起到了過濾破碎花生仁的目的。振動篩的尺寸長×寬×高為396×451×1mm，材質(zhì)為鋼。振動篩上有1715個(gè)篩孔。所以振動篩的質(zhì)量為：
式中：——鋼的密度（）
——振動篩體積（）
——篩孔總體積（）
經(jīng)過測量與查閱資料可得：
將數(shù)據(jù)代入公式可得：
由此可知振動篩的重量為：
當(dāng)振動篩曲柄運(yùn)動到最遠(yuǎn)的時(shí)候，連接振動篩和機(jī)架的連桿與豎直線的夾角為20°。這時(shí)振動篩曲柄受到的水平分力F為13.6N。
振動篩曲柄軸的轉(zhuǎn)速為254 ，曲柄半徑為0.041m。所以振動篩曲柄軸的線速度為：
所以振動篩所消耗的功率為：
則振動篩和篩上物所消耗的功率為：
由此可以計(jì)算尺總功率。它由活動摩擦膠帶的功率和振動篩及篩上物的功率構(gòu)成。則總功率總
總=
動力在傳輸過程中會有功率的損耗，因此得把這部分損耗掉的功率加上。經(jīng)過計(jì)算，軸承有7個(gè)，皮帶有3個(gè)，聯(lián)軸器有1個(gè)齒輪嚙合有2個(gè)，效率分別為0.98、0.95、0.99和0.97。所以總的工作效率為0.6525
因此電動機(jī)的功率為:
總
功率選為。
根據(jù)以上的計(jì)算可以得知，電動機(jī)功率的選取應(yīng)至少大于4700w。經(jīng)過查閱機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊，選取Y132S—4型電動機(jī)。電動機(jī)的參數(shù)如表4所示。
表4 Y132S-4 型電動機(jī)參數(shù)[12]
電動機(jī)型號
額定功率
()
同步轉(zhuǎn)速
()
滿載轉(zhuǎn)速
()
電動機(jī)質(zhì)量（）
Y132S—4
5.5
1500
1440
68
3.2減速箱的確定
根據(jù)要求所選取的電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為1500,而經(jīng)過計(jì)算得知帶動活動摩擦膠帶轉(zhuǎn)動的滾筒的轉(zhuǎn)速為104。減速箱輸出軸所連接皮帶輪的直徑和帶動活動摩擦膠帶轉(zhuǎn)動的滾筒的直徑相同，這說明減速箱的輸出軸的轉(zhuǎn)速也為104。因此需要減速箱來減速。要選用的減速箱的傳動比為：
因此選擇減速比為15的減速箱。由于傳動比為15，而且二級減速器的傳動比范圍在之間，因此選擇二級減速器。
4軸和皮帶的校核
4.1帶動活動摩擦膠帶轉(zhuǎn)動的滾筒的軸的校核。
帶動滾筒轉(zhuǎn)動的軸如圖4-1所示。
圖4-1 主動滾筒軸
在工作過程中，主動滾筒軸承受的力有滾筒的自重和花生仁在脫紅衣過程中花生仁對摩擦膠帶的反作用力。軸的兩端有深溝球軸承承擔(dān)這些徑向力，現(xiàn)在 計(jì)算主動滾筒的最小直徑。經(jīng)過查閱相關(guān)文獻(xiàn)可得知計(jì)算軸的最小直徑的公式。軸的最下直徑為：
[13]
式中：——主動滾筒最小直徑（）
——軸的許用扭切應(yīng)力（）
——傳遞的功率（）
——軸的轉(zhuǎn)速（）
——軸的材料和承載情況確定的常數(shù)
由電動機(jī)產(chǎn)生的功率經(jīng)過一系列的損耗，最終傳到了主動滾筒軸上。在這傳遞的過程中經(jīng)過了一個(gè)聯(lián)軸器，兩個(gè)齒輪嚙合，三個(gè)軸承和兩個(gè)皮帶傳動，其功率分別為0.99、0.97、0.98和0.95。所以傳遞到主動滾筒軸上的功率為
經(jīng)過計(jì)算和查閱相關(guān)文獻(xiàn)可得：
將數(shù)據(jù)代入公式得
所以主動滾筒最小處的直徑為36。由于花生紅衣脫皮機(jī)的主動滾筒的受力很小，根據(jù)前面的計(jì)算脫紅衣機(jī)一次性最多能脫45個(gè)花生仁，而脫去一個(gè)花生仁的紅衣所受的力為3N，也就是說主動滾筒軸的一端也就只受到了的垂直向下的力。此軸所選取的材料為45號鋼，抗拉強(qiáng)度屈服強(qiáng)度。因此此軸滿足受力要求，能夠正常的工作。根據(jù)主動滾筒最小處的直徑選擇配套的軸承。由于主動滾筒軸只承受了徑向力，所以選擇深溝球軸承，根據(jù)最小的直徑選擇的軸承型號為6007型。[14]
4.2皮帶的校核
該機(jī)器中的皮帶是用來傳遞電動機(jī)產(chǎn)生的動力的，所以所選取的皮帶的型號得能承受的住傳遞的動力。
已知電動機(jī)的動力，動力傳遞到皮帶上通過了減速箱的輸入軸、齒輪和輸出軸，這中間會有功率的消耗，由此可以算出從電動機(jī)里出來的動力傳遞到皮帶上時(shí)的動力會有多大。傳遞到皮帶上的功率為：
式中：——傳遞到皮帶上的功率()
——電動機(jī)的功率（）
——聯(lián)軸器的傳遞效率
——齒輪的傳遞效率
——軸承的傳遞效率
經(jīng)過查閱相關(guān)文獻(xiàn)和已知可得數(shù)據(jù)：
將數(shù)據(jù)代入公式得：
經(jīng)過計(jì)算得到從電動機(jī)里傳遞出的功率通過減速箱后的功率為，也就是傳遞帶皮帶上功率為。由此可以選取合適的皮帶來完成動力的傳遞。
查閱相關(guān)文獻(xiàn)，根據(jù)V帶傳動的設(shè)計(jì)方法和步驟[15]可知可以通過皮帶傳遞的功率和皮帶輪的轉(zhuǎn)速來確定皮帶。皮帶傳遞的功率為，皮帶輪轉(zhuǎn)速為104，根據(jù)V帶傳動的設(shè)計(jì)方法和步驟可以選出皮帶的型號，最終型號確定為普通V帶的B型帶。其參數(shù)如表5所示。
表5 普通V帶B型帶參數(shù)[15]
截型
節(jié)寬
頂寬
高度
楔角
單位帶長質(zhì)量
普通V帶B型帶
14.0
17.0
11.0
40°
0.17
5結(jié)論
此花生紅衣脫皮機(jī)的使用，改變了以前人工勞動強(qiáng)度大、效率低的缺點(diǎn)。同時(shí)也解決了以往花生紅衣脫皮機(jī)耗電量大、生產(chǎn)效率低的缺點(diǎn)。此花生紅衣脫皮機(jī)的研制滿足了大部分的需要。由于該機(jī)脫皮率高，花生仁的破碎率低，可以作為以脫完紅衣的花生仁為原材料進(jìn)行深加工的工廠的后盾，同時(shí)也解放了勞動力，可實(shí)現(xiàn)自動化去皮的全過程。當(dāng)然此機(jī)器也存在不足的地方，其中有一個(gè)就是花生仁進(jìn)料斗處有可能被花生仁堵住，雖然可以調(diào)節(jié)進(jìn)料口的大小，但是不能實(shí)現(xiàn)自動化。因此可以在進(jìn)料斗的下方放一個(gè)振動裝置，此振動裝置可以使花生仁均勻的進(jìn)入花生紅衣脫皮裝置，這樣就不至于堵住進(jìn)料口。
小 結(jié)
通過本次課程設(shè)計(jì)，我深深體會到自己在理論知識方面的欠缺，同時(shí)也感到自己在知識的運(yùn)用上也不夠靈活，這也說明我在學(xué)習(xí)知識的過程中存在著一些缺點(diǎn)，知識掌握不夠透徹?？偨Y(jié)有以下幾點(diǎn)：
(1)在開始的計(jì)算中，傳動比不會計(jì)算，不會設(shè)計(jì)變速箱。
(2)在變速箱的總體結(jié)構(gòu)選擇上不太靈活，結(jié)構(gòu)布置不是很合理。
(3)尺寸標(biāo)注方面，上偏差下偏差不會標(biāo)注。
以上幾點(diǎn)不足，由于時(shí)間的倉促，未能及時(shí)彌補(bǔ)。但是也有一些優(yōu)點(diǎn)，總的來看有以下幾點(diǎn)：
(1)作為一種產(chǎn)品，外觀的設(shè)計(jì)也是很關(guān)鍵的，我認(rèn)為，這一點(diǎn)我已作到。
(2)圖紙的布局也合理，美觀。
(3)通過此次課程設(shè)計(jì)，使自己的毅力和耐心得到了鍛煉。使我在復(fù)習(xí)本專業(yè)課的同時(shí)也復(fù)習(xí)了文獻(xiàn)檢索，對以后的工作和學(xué)習(xí)具有重大幫助。
總體來說，此次課程設(shè)計(jì)，收獲了很多，課程設(shè)計(jì)就是要在無數(shù)次試驗(yàn)、計(jì)算之后，理論與實(shí)際相結(jié)合，不只是憑空想像，紙上談兵。既鍛煉了我的動手能力也磨練了我的意志。要完成設(shè)計(jì)就得要與現(xiàn)實(shí)生活相結(jié)合，更不能懶惰，不懂的和不清楚的模糊的知識點(diǎn)要趕快查閱資料或是向其他同學(xué)請教。要敢于接受錯(cuò)誤，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤及時(shí)改正。在生活中要多接觸和農(nóng)業(yè)機(jī)械化有關(guān)的農(nóng)業(yè)機(jī)具。平時(shí)在學(xué)知識的時(shí)候，認(rèn)為用不到，不重要的知識點(diǎn)，在此次設(shè)計(jì)中，都用到了，非常感謝學(xué)校在我們組織的這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我們把大學(xué)四年學(xué)習(xí)到的知識在畢業(yè)設(shè)計(jì)中表現(xiàn)的林淋漓盡致。做畢業(yè)設(shè)計(jì)我才發(fā)現(xiàn)原來的專業(yè)知識這么淺薄。在這么短的時(shí)間內(nèi)要把我大學(xué)四年的專業(yè)知識全部都補(bǔ)上來是不可能的，所以才導(dǎo)致設(shè)計(jì)改了一遍又一遍。問題仍然存在，希望各位老師指出我的不足之處，來更加完善我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。
致 謝
對于這次課程設(shè)計(jì)的完成，首先感謝母校---塔里木大學(xué)的辛勤培育，感謝學(xué)校給我提供了如此難得的學(xué)習(xí)環(huán)境和機(jī)會。
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我學(xué)到了許多新的知識，知道了學(xué)習(xí)的可貴與獲取知識的辛苦。承蒙老師的耐心指導(dǎo)，使我順利完成了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此，深深感謝我的指導(dǎo)老師范修文老師。他對我的整體方案的設(shè)計(jì)提出了建設(shè)性的意見。給予了我耐心的指導(dǎo)，表現(xiàn)了他對工作高度負(fù)責(zé)的精神。在整個(gè)設(shè)計(jì)的過程中，有了老師的耐心指導(dǎo)，才使我的設(shè)計(jì)順利完成，同時(shí)也感謝在這幾年中給予我知識的各科老師。
總體來說，此次課程設(shè)計(jì)，收獲了很多，課程設(shè)計(jì)就是要在無數(shù)次試驗(yàn)、計(jì)算之后，理論與實(shí)際相結(jié)合，不只是憑空想像，紙上談兵。既鍛煉了我的動手能力也磨練了我的意志。要完成設(shè)計(jì)就得要與現(xiàn)實(shí)生活相結(jié)合，更不能懶惰，不懂的和不清楚的模糊的知識點(diǎn)要趕快查閱資料或是向其他同學(xué)請教。要敢于接受錯(cuò)誤，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤及時(shí)改正。在生活中要多接觸和農(nóng)業(yè)機(jī)械化有關(guān)的農(nóng)業(yè)機(jī)具。平時(shí)在學(xué)知識的時(shí)候，認(rèn)為用不到，不重要的知識點(diǎn)，在此次設(shè)計(jì)中，都用到了，非常感謝學(xué)校在我們組織的這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我們把大學(xué)四年學(xué)習(xí)到的知識在畢業(yè)設(shè)計(jì)中表現(xiàn)的林淋漓盡致。做畢業(yè)設(shè)計(jì)我才發(fā)現(xiàn)原來的專業(yè)知識這么淺薄。在這么短的時(shí)間內(nèi)要把我大學(xué)四年的專業(yè)知識全部都補(bǔ)上來是不可能的，所以才導(dǎo)致設(shè)計(jì)改了一遍又一遍。問題仍然存在，希望各位老師指出我的不足之處，來更加完善我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。
最后，一次衷心的感謝在大學(xué)四年中曾給予我知識，給予我?guī)椭乃欣蠋煟麄儌鬟f給我的知識會使我受用一生，同時(shí)也會在以后的工作中會起到很大的作用！
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