高效蓮子磨皮機(jī)設(shè)計(jì)【無(wú)圖】
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湘潭大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書
題 目： 高效蓮子磨皮機(jī)設(shè)計(jì)
學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 號(hào)： XXXXX
姓 名： XXXXX
指導(dǎo)教師： XXXXX
完成日期： 2014年5月15日
高效蓮子磨皮機(jī)設(shè)計(jì)
摘 要
蓮子是一種具有極高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值的綠色食品，在食用前一般先要去除外表皮。目前國(guó)內(nèi)外蓮子去皮方法有化學(xué)方法和物理方法兩種，由于化學(xué)方法去除外表皮會(huì)有藥物殘留，有害于人體健康，國(guó)家已經(jīng)明令禁止，物理方法則多為機(jī)械式磨皮，該方法存在去皮不徹底、蓮仁損耗量大等問(wèn)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(jìn)行改進(jìn)，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(guò)程中磨削去皮不徹底、蓮仁損耗大等問(wèn)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(jì)效益。對(duì)此展開了一系列理論設(shè)計(jì)，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(jìn)方案，對(duì)比分析，確定滾筒式砂輪粗精磨磨削工藝，完成蓮子磨皮機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和相關(guān)部件選型；
（3）基于 UG NX8.0 建立零部件實(shí)體模型，裝配成虛擬樣機(jī)。
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(guó)內(nèi)外研究動(dòng)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?jī)?nèi)容----------------------------------------
1.3.1 選題意義---------------------------------------------
1.3.2 研究?jī)?nèi)容---------------------------------------------
第二章 滾筒式粗精磨蓮子磨皮機(jī)總體方案設(shè)計(jì)------------------
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(wèn)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(jī)詳細(xì)設(shè)計(jì)----------------------
3.1 磨皮機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)--------------------------------------------
3.1.1 機(jī)體總體布局設(shè)計(jì)-------------------------------------
3.1.2時(shí)間定額與箱體總體尺寸設(shè)計(jì)---------------------------
3.2 磨皮機(jī)主要部件的選擇與設(shè)計(jì)--------------------------------
3.2.1 砂輪的選擇-------------------------------------------
3.2.2 電機(jī)的選擇-------------------------------------------
3.2.3 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)-----------------------------------------
3.2.4 2Z-X（A）行星輪選擇----------------------------------
總結(jié)-----------------------------------------------------------------
致謝-----------------------------------------------------------------
參考文獻(xiàn)-------------------------------------------------------------
附錄A
第一章 緒論
1.1 研究背景
蓮子是一種具有極高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值的綠色食品，含有蛋白質(zhì)、脂肪、磷、糖、鐵、鈣等營(yíng)養(yǎng)成分，具有清心醒脾、滋補(bǔ)元?dú)夂徒∥腹叹裙τ肹1][2]][3]。隨著社會(huì)的發(fā)展，人們的生活水平日漸提高，人們對(duì)蓮子的需求量也日益增大。其中尤為顯著的屬中國(guó)沿海餐飲行業(yè)，他們每年對(duì)蓮子的需求量都特別大，多達(dá)數(shù)千噸；國(guó)內(nèi)某些食品企業(yè)對(duì)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(guó)采購(gòu)量就有一千噸左右[4]。由此可以預(yù)料到，隨著人們對(duì)蓮子需求量的快速增長(zhǎng)，蓮子加工業(yè)承受著越來(lái)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(guó)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(wàn)人。就目前來(lái)看，蓮子加工大多數(shù)還停留在手工階段、少數(shù)企業(yè)進(jìn)入了半機(jī)械化階段。手工生產(chǎn)方式勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低、且安全隱患多，同時(shí)生產(chǎn)成本高，很大程度上影響了蓮子的產(chǎn)出，半機(jī)械化生產(chǎn)方式則存在蓮子損耗過(guò)多的問(wèn)題，影響蓮子在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)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(fēng)干后形成的堅(jiān)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(hù)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(guò)程包括：脫殼、去芯和去皮[8][9]。去皮是蓮子加工中的一個(gè)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(méi)有風(fēng)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(fēng)干后，使用物理方法或化學(xué)方法進(jìn)行去皮的方式。由于干蓮子淀粉含量高、且相對(duì)于新鮮蓮子更便于儲(chǔ)藏，加工也更便捷，因此目前國(guó)內(nèi)外蓮子去皮主要針對(duì)干蓮子去皮。
圖 1-2 去芯蓮子磨皮加工
1.2 國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)
1.2.1 蓮子加工研究現(xiàn)狀
中國(guó)，東亞和東南亞各國(guó)是世界上主要的蓮子生產(chǎn)基地。國(guó)外對(duì)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(lái)看，從事蓮子研究和加工的單位主要是國(guó)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(xué)，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(duì)蓮子的研究主要包括蓮子的加工機(jī)械性能研究和干蓮子的物理參數(shù)研究，企業(yè)對(duì)蓮子的研究主要包括機(jī)加工干蓮子的分級(jí)和脫殼、去芯和磨皮等。對(duì)于蓮子分級(jí)工序，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)杜錚等采用兩桿并排安裝，其中一根為有錐度的光桿機(jī)構(gòu)，另一根為螺桿機(jī)構(gòu)，研發(fā)了螺桿分級(jí)機(jī)構(gòu)。其工作過(guò)程為：在螺桿上螺旋副的帶動(dòng)下，蓮子隨著螺桿與光桿運(yùn)動(dòng)，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(huì)掉進(jìn)不同的桿隙，從而實(shí)現(xiàn)不同大小蓮子的分級(jí)，該機(jī)構(gòu)可使蓮子的分級(jí)更加的精細(xì)，產(chǎn)品分級(jí)更理想[10]；浙江大學(xué)的鄭傳祥等對(duì)干蓮子脫殼技術(shù)進(jìn)行了研究，采用高速旋轉(zhuǎn)的滾刀對(duì)干蓮?fù)鈿みM(jìn)行擠壓和切割，在滾刀離心力的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)殼仁分離，并設(shè)計(jì)了一種效率高、適用性強(qiáng)的蓮子脫殼機(jī)[11]。湘潭大學(xué)的馬秋成教授團(tuán)隊(duì)利用平面凸輪機(jī)構(gòu)和特型滾子鏈的相關(guān)理論，解決了蓮子自動(dòng)定心擺正的問(wèn)題，開發(fā)研制出了全自動(dòng)蓮子去芯機(jī)[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(jī)，采用砂輪圓盤磨削去皮，解決了蓮子批量，快速去皮的問(wèn)題。
1.2.2 傳動(dòng)蓮子去皮工藝方法
蓮子去皮工藝逐漸受到社會(huì)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(chǎng)上的蓮子去皮工藝主要有兩大類：化學(xué)去皮和物理去皮兩種方式。
化學(xué)去皮方法：對(duì)蓮子采用雙氧水或氫氧化鈉水進(jìn)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(rùn)鮮白的蓮子，達(dá)到蓮子去皮的目的。經(jīng)過(guò)化學(xué)處理過(guò)的蓮子表層光滑、外形美觀，但從食品安全角度來(lái)說(shuō)，這種去皮工藝不可取，因?yàn)榛瘜W(xué)液體對(duì)蓮子本身會(huì)造成極大的腐蝕，降低了蓮子的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，同時(shí)殘留的化學(xué)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(jī)械對(duì)蓮子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、摩擦去掉蓮子表面的一層紅色表皮，其優(yōu)點(diǎn)是物理方法加工出來(lái)的蓮子不會(huì)影響到蓮子的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，不會(huì)有因?yàn)樗幬餁埩舳l(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(jī)械方法加工的蓮子的表面不如化學(xué)試劑去皮的美觀，存在一些黑褐色的斑點(diǎn)，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(huì)的發(fā)展，人們生活水平的提升，人們對(duì)生活質(zhì)量的期望也越來(lái)越高，更多的人開始關(guān)注食品安全這個(gè)問(wèn)題，全新的可替代化學(xué)去皮的加工方法亟待研發(fā)?，F(xiàn)階段已有不少專家學(xué)者在這個(gè)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(jī)械方法去掉蓮子的表皮[15]，而砂輪磨削由于它的簡(jiǎn)易高效性，得到的應(yīng)用最為廣泛。長(zhǎng)江大學(xué)劉守祥、楊友平開發(fā)的蓮籽蓮仁去衣機(jī)構(gòu)采用上砂輪圓盤，下砂輪圓盤，導(dǎo)槽結(jié)構(gòu)，通過(guò)兩個(gè)圓盤之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)蓮子的磨皮，相比化學(xué)去皮該機(jī)構(gòu)具有保持蓮子不受污染的特點(diǎn)，但此機(jī)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(jī)，采用三臺(tái)電機(jī)帶動(dòng)三級(jí)磨粒滾筒[17]，由電磁閥控制蓮子自動(dòng)進(jìn)料、出料，理論上具有高效簡(jiǎn)便，噪音低和自動(dòng)化等特點(diǎn)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本較高，不容易推廣，且對(duì)蓮子打磨過(guò)程會(huì)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(duì)蓮皮往往是作為灰層來(lái)處理，殊不知蓮皮也有很高的藥用價(jià)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(jìn)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(guò)檢測(cè)，紅皮粉中含糖量達(dá) 9.90%[18][19]；
蓮子磨皮作為蓮子加工過(guò)程中的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，磨皮質(zhì)量直接影響到蓮子的質(zhì)量等級(jí)。蓮子加工技術(shù)日趨規(guī)?；?、專業(yè)化、自動(dòng)化，目前市場(chǎng)從事蓮子磨皮加工技術(shù)大多還停留在半機(jī)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(wèn)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(dāng)前蓮子加工產(chǎn)業(yè)急需解決的問(wèn)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(jī)械，但在滿足市場(chǎng)對(duì)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(dòng)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(shí)，要確保蓮仁的完整性，同時(shí)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(jī)
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(jī)，該機(jī)構(gòu)在機(jī)臺(tái)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(jìn)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(dòng)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(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)，可對(duì)不同大小的蓮子磨皮加工，加工完后從進(jìn)料口取出再?gòu)男逻M(jìn)料，是一種半自動(dòng)的加工機(jī)器[21]。該設(shè)備具有加工效率高、去皮效果好等優(yōu)點(diǎn)。但其磨皮質(zhì)量不穩(wěn)定、磨皮過(guò)程中蓮仁損耗大、資源浪費(fèi)較嚴(yán)重。
在獲得加工好的白蓮的同時(shí)，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(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，磨皮過(guò)程中不易造成蓮子的破碎，但此機(jī)器在混合磨削過(guò)程中存在砂輪速度過(guò)高，離心力驅(qū)使蓮子與磨砂滾筒內(nèi)壁磨削時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，造成打磨過(guò)度，相應(yīng)的其他沒(méi)有與砂輪、磨砂滾筒接觸的蓮子卻沒(méi)有被打磨，只能在下一個(gè)某時(shí)段被打磨；為保證充分磨白普遍存在蓮子打磨過(guò)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(jī)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(duì)于批量的蓮子混合磨削過(guò)程中，在滾筒內(nèi)勢(shì)必存在蓮子在同一時(shí)段，磨削不均勻的情況；為保證蓮子磨皮充分，就會(huì)出現(xiàn)部分蓮子磨削過(guò)度的情況，造成蓮仁的損耗，浪費(fèi)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(duì)于蓮子的磨削加工分兩步走，首先是對(duì)蓮子進(jìn)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(duì)蓮子進(jìn)行精磨加工，完全去除蓮子的外皮。
1.3 選題意義和研究?jī)?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(guò)程中磨損過(guò)度的問(wèn)題，以及實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的全自動(dòng)化。砂輪蓮子磨皮機(jī)的設(shè)計(jì)改進(jìn)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(jì)效益，且由于機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，機(jī)器制造成本低，在推廣上也具有很大的優(yōu)勢(shì)，有助于我國(guó)特色農(nóng)產(chǎn)品規(guī)?；a(chǎn)的發(fā)展。砂輪蓮子磨皮機(jī)的設(shè)計(jì)改進(jìn)研究能加強(qiáng)資源的利用率，利于環(huán)保，給企業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，應(yīng)用前景樂(lè)觀。目前對(duì)蓮子磨皮加工研究的機(jī)構(gòu)并不多，主要集中在相應(yīng)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(qǐng)上，且并沒(méi)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?jī)?nèi)容是一個(gè)創(chuàng)新課題，具有重要意義。
1.3.2 研究?jī)?nèi)容
為解決蓮子磨皮加工過(guò)程中存在的磨削質(zhì)量和加工效率等方面的問(wèn)題，本論文擬對(duì)蓮子砂輪磨皮開展以下幾個(gè)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(jìn)方案，對(duì)比分析，確定滾筒式砂輪粗精磨磨削工藝，完成蓮子磨皮機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和相關(guān)部件選型；
（3）基于 UG NX8.0 建立零部件實(shí)體模型，裝配成虛擬樣機(jī)。
第二章 滾筒式粗精磨蓮子磨皮機(jī)總體方案設(shè)計(jì)
2.1 現(xiàn)有蓮子磨皮損耗分析
2.1.1 滾筒砂輪磨皮機(jī)構(gòu)
圖 2-1滾筒砂輪磨皮機(jī)構(gòu)
滾筒式砂輪磨皮機(jī)憑借其簡(jiǎn)單的構(gòu)造，高效的磨削率，在生產(chǎn)中應(yīng)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(yīng)用的半自動(dòng)磨皮設(shè)備。該機(jī)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(shuō)總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是在磨削過(guò)程中由于每次投料幾公斤，且單一的磨削方案，對(duì)于批量的蓮子混合磨削過(guò)程中，在滾筒內(nèi)勢(shì)必存在蓮子在同一時(shí)段，磨削不均勻的情況；為保證蓮子磨皮充分，就會(huì)出現(xiàn)部分已磨白蓮子磨削過(guò)度的情況，造成蓮仁的損耗，浪費(fèi)資源。在混合磨削過(guò)程中存在砂輪速度不能適應(yīng)同一時(shí)間點(diǎn)，蓮子的不同磨削狀況。同時(shí)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(wèn)題，從而造成已磨白蓮子打磨過(guò)度，為保證充分磨白所有蓮子，機(jī)器難以避免部分蓮子打磨過(guò)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(wèn)題
湘潭大學(xué)徐油田同學(xué)做的關(guān)于滾筒砂輪磨白加工前后對(duì)比研究。
從研究我們可以發(fā)現(xiàn)，用砂輪對(duì)蓮子進(jìn)行單工序的去皮，平均每100kg的紅蓮子，在磨削加工后會(huì)損耗掉約15kg的蓮子，這種資源浪費(fèi)是極其嚴(yán)重的，為提高加工白蓮子在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)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(duì)蓮子進(jìn)行粗精磨分開加工，首先對(duì)蓮子表皮進(jìn)行粗磨磨削，控制速度與磨削時(shí)間，大致磨掉蓮子外表皮，之后將粗磨過(guò)的蓮子進(jìn)行精磨磨白。這種方案的好處在于能拉近在砂輪磨削過(guò)程中，不同蓮子在同一時(shí)間點(diǎn)的磨削情況差異，使得在保證蓮子全部磨白的前提下，同時(shí)減少了蓮仁的損耗。本文擬定設(shè)計(jì)改良現(xiàn)有滾筒式蓮子磨皮機(jī)，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(duì)蓮子進(jìn)行粗磨和精磨，且加工過(guò)程中，投料，送料，出料盡量簡(jiǎn)單，提出如下具體方案，如圖2-1所示。
1- 入料機(jī)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(jī)架； 9-電動(dòng)機(jī)；
圖 2-1
滾筒式粗精磨蓮子磨皮機(jī)的主要結(jié)構(gòu)由入料機(jī)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(jī)架8，電動(dòng)機(jī)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(shí)間繼電器控制，主要實(shí)現(xiàn)蓮子的間斷有序投料；粗磨室由相對(duì)應(yīng)的粗磨砂輪，和磨砂滾筒內(nèi)壁組成，主要實(shí)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(shí)間繼電器控制，主要實(shí)現(xiàn)蓮子在磨削一定時(shí)間后自動(dòng)從粗磨室轉(zhuǎn)入精磨室的動(dòng)作；齒輪變速箱由一個(gè)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(shí)間繼電器控制。
機(jī)構(gòu)的工作原理如下：在進(jìn)行蓮子加工時(shí)，將蓮子倒入錐形漏斗，阻料傘在時(shí)間繼電器的控制下，有規(guī)律的上下運(yùn)動(dòng)，阻料傘上升時(shí)，阻料傘上圓盤和錐形漏斗之間打開縫隙，同時(shí)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(jìn)入存料圓柱筒，阻料傘下降時(shí)，阻料傘上圓盤與錐形漏斗之間閉合，同時(shí)阻料傘下圓盤與存料口打開，蓮子進(jìn)入粗磨室；粗磨室下底裝有與粗磨相對(duì)應(yīng)的砂輪，通過(guò)砂輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)蓮子的轉(zhuǎn)動(dòng)，在旋轉(zhuǎn)離心力的作用下砂輪，磨砂內(nèi)壁同時(shí)對(duì)蓮子進(jìn)行粗磨加工；粗磨完成后，蓮子傳動(dòng)通道在時(shí)間繼電器的控制下自動(dòng)打開，蓮子通過(guò)傳動(dòng)通道進(jìn)入精磨室，當(dāng)粗磨室蓮子全部轉(zhuǎn)入精磨室后，蓮子傳動(dòng)通道關(guān)閉，入料口在時(shí)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(shí)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(dòng)關(guān)閉，蓮子傳送通道在時(shí)間繼電器的控制下打開，粗磨室蓮子進(jìn)入精磨室，實(shí)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(guò)時(shí)間繼電器控制進(jìn)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(jī)械化加工轉(zhuǎn)化為自動(dòng)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(jī)詳細(xì)設(shè)計(jì)
3.1 磨皮機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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(duì)滾筒式粗精磨蓮子磨皮機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，建立各部件的模型，裝配完成虛擬樣機(jī)。
3.1.1 機(jī)體總體布局設(shè)計(jì)
滾筒式粗精磨蓮子磨皮機(jī)要解決蓮子進(jìn)料，打磨和出料的機(jī)械自動(dòng)化，考慮到不改變機(jī)構(gòu)原有的傳動(dòng)簡(jiǎn)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(jī)； 9-機(jī)架；
圖 3-1 滾筒式粗精磨蓮子磨皮機(jī)
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(jī)8，機(jī)架9等幾部分。為使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和實(shí)現(xiàn)精磨砂輪盤的高速轉(zhuǎn)動(dòng)，將砂輪軸直接與電機(jī)輸出軸相連，該結(jié)構(gòu)電機(jī)輸出直接傳給砂輪軸，滿足砂輪高速轉(zhuǎn)動(dòng)的需求，同時(shí)也減免了電機(jī)與砂輪軸之間的傳動(dòng)設(shè)計(jì)，優(yōu)化了整體結(jié)構(gòu)，降低制造成本，電機(jī)垂直安置于下箱體驅(qū)動(dòng)，整體呈豎直結(jié)構(gòu)。
機(jī)架作為整臺(tái)機(jī)構(gòu)的支撐，考慮到蓮子加工皮對(duì)加工環(huán)境的污染，且機(jī)架體需有足夠的空間安放電機(jī)，機(jī)架采用鏤空結(jié)構(gòu)；入料口，傳送通道，出料口，配合時(shí)間繼電器的控制實(shí)現(xiàn)蓮子磨皮的連續(xù)性，自動(dòng)化；砂輪通過(guò)套筒與軸相連接，與滾筒磨砂內(nèi)壁形成打磨區(qū)，電機(jī)帶動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)蓮子快速打磨，機(jī)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(shí)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(dòng)比的前提下，盡量選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且工作平穩(wěn)的變速機(jī)構(gòu)，本機(jī)構(gòu)采用2Z-X(A)行星輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行變速。
3.1.2 時(shí)間定額與箱體總體尺寸設(shè)計(jì)
已知設(shè)計(jì)參數(shù)：1.蓮子的直徑范圍為9-15mm；2.生產(chǎn)效率為每小時(shí)100kg；3.一般湘蓮質(zhì)量與粒數(shù)換算約為1kg1000粒。
鑒于本機(jī)構(gòu)的蓮子粗精磨同步進(jìn)行加工特性和對(duì)生產(chǎn)效率的要求，結(jié)合市面上滾筒式砂輪蓮子磨皮機(jī)的磨削控量（約為15kg）與磨削時(shí)長(zhǎng)（約為10-15min）,初步做出以下加工量和加工時(shí)間定額的設(shè)計(jì)：粗精磨室每次加工量為10kg蓮子，加工時(shí)長(zhǎng)為5min。加工100kg蓮子所需總時(shí)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(jìn)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(yàn)，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(jī)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(jī)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(jìn)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(zhǎng)可推導(dǎo)出為L(zhǎng)200mm20mm230mm；取阻料傘上圓盤為210mm，便于安裝電磁控制裝置。
3.2磨皮機(jī)主要部件的選擇與設(shè)計(jì)
3.2.1 砂輪的選擇
砂輪磨削加工時(shí)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(jì)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(hào)-平面砂輪；外徑600mm；厚度10mm；孔徑30mm；磨料-棕剛玉；粒度號(hào)F40中粒；硬度L中軟；組織號(hào)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(hào)-平面砂輪；外徑600mm；厚度10mm；孔徑30mm；磨料-棕剛玉；粒度號(hào)F60細(xì)粒；硬度Q中硬；組織號(hào)3磨粒率56%；結(jié)合劑-樹脂；最高工作速度60m/s。
3.2.2 電機(jī)的選擇
本設(shè)計(jì)砂輪式蓮子磨皮機(jī)的動(dòng)力源根據(jù)其使用要求來(lái)選擇。本文預(yù)選 Y系列三相異步電機(jī)Y100L-2。該類電機(jī)具有效率高、耗電少、振動(dòng)小，重量輕、運(yùn)行穩(wěn)定和維修方便等特點(diǎn)。其技術(shù)參數(shù)為：
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
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(jí)
Y80M2-2
1.1
2830
2.2
2.3
3.2.3 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)
初算軸的直徑d，采用經(jīng)驗(yàn)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(jī)軸的直徑D來(lái)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(zhǎng)度，軸肩的高度一般取h(0.07~0.1)d，取h0.1d1.9mm。
根據(jù)機(jī)構(gòu)的總體結(jié)構(gòu)做出軸的設(shè)計(jì)，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(jī)直接相連，電機(jī)的轉(zhuǎn)速全部傳遞給軸，電機(jī)同步轉(zhuǎn)速n＝3000r/min，則軸的轉(zhuǎn)速n＝3000r/min＝50r/s；通過(guò)研究砂輪磨削特性與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，可得粗磨時(shí)，對(duì)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(dāng)，粗磨蓮子可看成粗磨非金屬，根據(jù)砂輪的直徑，初步估計(jì)粗磨時(shí)砂輪轉(zhuǎn)速取n＝15-20r/s較為合適，現(xiàn)大致取18r/s。通過(guò)轉(zhuǎn)速算出行星輪傳動(dòng)比i＝50/18＝3。查[24]表3-2可得i＝3時(shí)，行星輪系的配齒數(shù)：Za＝32；Zc＝13；Zb＝58；保證傳動(dòng)的平穩(wěn)性，取模數(shù)m＝3。
總結(jié)
本論文在了解了國(guó)內(nèi)蓮子機(jī)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(duì)蓮子滾筒式砂輪磨皮進(jìn)行了研究與改進(jìn)，提出了一種將粗磨，精磨分開進(jìn)行的蓮子磨皮方案，完成了粗精磨滾筒式砂輪蓮子磨皮機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jī)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(duì)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(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和相關(guān)部件選型，同時(shí)在原有的半機(jī)械辦手工機(jī)械上，改進(jìn)了入料機(jī)構(gòu)，傳送機(jī)構(gòu)，出料機(jī)構(gòu)，使得機(jī)構(gòu)能全自動(dòng)運(yùn)行。
（3）基于 UG NX8.0 建立零部件實(shí)體模型，裝配成虛擬樣機(jī)。
致謝
在馬秋成老師的辛勤指導(dǎo)下，這次蓮子磨皮機(jī)的設(shè)計(jì)使我收益頗豐，為我以后的學(xué)習(xí)和工作打下了堅(jiān)實(shí)和良好的基礎(chǔ)。馬老師在帶我做畢業(yè)設(shè)計(jì)期間認(rèn)真負(fù)責(zé)，堅(jiān)持每周三開一次會(huì)議，讓每位同學(xué)在會(huì)議上通報(bào)進(jìn)度，同時(shí)對(duì)我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題做出指導(dǎo)，臨近會(huì)議結(jié)束馬老師會(huì)下發(fā)下周的工作任務(wù)，并督促我們按時(shí)完成工作，整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)在馬老師的指導(dǎo)下，有條不紊的進(jìn)行著。在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，查閱資料尤其是在查閱各項(xiàng)參數(shù)數(shù)據(jù)時(shí)，碰到很多資源無(wú)法查閱，由于自身實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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(wèn)題，不過(guò)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(jì)的階段，馬老師總是對(duì)我提出的設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行細(xì)節(jié)方面的深究，確保了設(shè)計(jì)方案的理論可行性。在遇到機(jī)構(gòu)原理上的錯(cuò)誤時(shí)，馬老師給我指明了改進(jìn)方向，最終我才得以順利完成蓮子磨皮機(jī)的畢業(yè)設(shè)計(jì)。
若是我本次能順利通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)的答辯環(huán)節(jié)，絕對(duì)離不開馬老師的悉心指導(dǎo)。在此，我衷心感謝我的指導(dǎo)老師，耐心地幫助我解答結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)方面的一些難題，他盡職盡責(zé)的治學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，孜孜不倦的工作作風(fēng)，深深地影響和感化著我。從蓮子磨皮機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算到各種資料的最終完成，他都一直給予我細(xì)心的指導(dǎo)以及不懈的支持。老師不僅在學(xué)業(yè)知識(shí)方面給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想對(duì)我進(jìn)行了教育。除了敬佩指導(dǎo)老師的專業(yè)學(xué)術(shù)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，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。在此謹(jǐn)向馬老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。
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附錄A：英文文獻(xiàn)翻譯
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