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16 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)
分級擠壓式核桃破殼機(jī)的設(shè)計(jì)
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) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化
班 級
指導(dǎo)老師
日 期 2016.05
塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院制
前 言
我國從20世紀(jì)80年代開始著手破殼機(jī)的研究和開發(fā)，但由于存在一些技術(shù)難點(diǎn)，至今此類機(jī)器沒有得到大范圍的推廣和應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)核桃加工的機(jī)械化生產(chǎn)，有利于提高核桃加工的效率，提高取仁質(zhì)量。
本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是對核桃進(jìn)行分級以及核桃的破殼，所以所設(shè)計(jì)的機(jī)器名為分級擠壓式核桃破殼機(jī)的設(shè)計(jì)。
本次設(shè)計(jì)所做的主要工作是介紹國內(nèi)現(xiàn)存的核桃分級、破殼、殼仁分離技術(shù)，進(jìn)行分級、破殼部分的設(shè)計(jì)，形成整體的機(jī)型。最后對所設(shè)計(jì)的機(jī)子進(jìn)行電機(jī)的選擇，帶輪的選擇，以及帶的選擇，并進(jìn)行軸的計(jì)算及選擇。
設(shè)計(jì)的目的是大大提高核桃破殼的效率，并且保持核桃仁的完整度較高。
關(guān)鍵詞：分級；破殼，效率；完整度
目 錄
1 緒論 1
1.1 課題研究的背景 1
1.2 國內(nèi)核桃破殼研究的現(xiàn)狀分析 2
1.3 核桃破殼機(jī)的市場預(yù)測 3
2 市場上核桃分級、破殼、殼仁分離裝置的研究 3
2.1 核桃分級裝置 3
2.2 核桃破殼裝置 4
2.3 核桃殼仁分離裝置 7
3 核桃破殼機(jī)的設(shè)計(jì) 8
3.1 核桃破殼機(jī)設(shè)計(jì)方案的制定 8
3.2 核桃破殼機(jī)的總體結(jié)構(gòu)及工作原理 9
3.3 核桃破殼機(jī)分級篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9
3.4 核桃破殼機(jī)破殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10
4 各部分零件的選擇與校核計(jì)算 11
4.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 12
4.2 帶輪的選擇 12
4.3 帶的選擇 13
4.4 軸的計(jì)算 13
4.5 選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸 14
5 結(jié)論與發(fā)展方向 15
5.1 結(jié)論 15
5.2 發(fā)展方向 15
總 結(jié) 16
致 謝 17
參考文獻(xiàn) 18
畢業(yè)設(shè)計(jì)
1 緒論
1.1 課題研究的背景
核桃為胡桃科、胡桃屬植物，喬木，高達(dá)20.25米；樹干較別的種類矮，樹冠廣闊；樹皮幼時(shí)灰綠色，老時(shí)則灰白色而縱向淺裂；小枝無毛，具光澤，被盾狀著生的腺體，灰綠色，后來帶褐色。核桃皮毒性較大，可入藥，治療皮膚膿癤等。
核桃果仁具有很高的營養(yǎng)價(jià)值，含有豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸及礦物原素，并具有潤肺強(qiáng)腎、降低血脂，預(yù)防冠心病之功效，長期食用具有益壽養(yǎng)顏，抗衰老等作用。
核桃果仁具有很高的藥用價(jià)值，核桃仁有“補(bǔ)氣養(yǎng)血，潤燥化痰，益命門，處三焦，溫肺潤腸，治虛寒喘咳，腰腳重疼，心腹疝痛，血痢腸風(fēng)”等功效。長期食用益壽養(yǎng)顏、抗衰老，孕婦食用對胎兒智力發(fā)育有神奇功效。
核桃果仁具有很高的食用價(jià)值，用東北山核桃加工而成的高級食用植物油，油色清味香，品位高檔，含有脂肪酸、油酸、亞油酸等不飽和脂肪酸占88%-96%之間，高于油茶油，也高于食用橄欖油。常食山核桃仁、油產(chǎn)品，具有健脾開胃、潤沛強(qiáng)腎、滋補(bǔ)康復(fù)、預(yù)防冠心病和降低血脂的功效。是一種健康味美、營養(yǎng)豐富的天然綠色營養(yǎng)食品。
種仁多破碎成不規(guī)則的塊狀，完整者類球形，由二瓣種仁合成，皺縮多溝，凹凸不平。外被棕褐色薄膜狀的種皮包圍，剝?nèi)シN皮顯黃白色。質(zhì)脆，子葉富油質(zhì)。氣微弱，子葉味淡，油樣，種皮味澀。以色黃、個(gè)大、飽滿、油多者為佳。
近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展、人民生活水平的不斷提高，核桃的價(jià)值與功能進(jìn)一步被世人所認(rèn)識(shí)，在國內(nèi)外的市場上，人們對核桃及其加工品的需求量不斷增加。這就為核桃的發(fā)展提供了廣闊的市場，同時(shí)也對核桃的安全生產(chǎn)和加工質(zhì)量提出了更高的要求。但由于核桃品種繁雜，尺寸各異、形狀不規(guī)則、核仁與核殼間隙小，這個(gè)間隙小于殼完全破裂時(shí)的變形量，這大大增加了核桃的破殼取仁難度。破殼后還有很多的工作要完成，怎樣實(shí)現(xiàn)殼仁分離是面臨的又一大難題。這是核桃破殼技術(shù)方面存在的主要問題。性能良好的破殼機(jī)有以下三個(gè)特點(diǎn)：
（1） 破殼效率高；
（2） 破殼后核仁的清潔度高；
（3） 破殼機(jī)自動(dòng)化程度高。
1.2 國內(nèi)核桃破殼研究的現(xiàn)狀分析
陜西科技大學(xué)的碩士研究生高警進(jìn)行了核桃破殼機(jī)理研究及破殼機(jī)的設(shè)計(jì)，依據(jù)核桃破殼機(jī)理研究的結(jié)果，并結(jié)合目前國外成熟的核桃破殼機(jī)械的工作原理，本課題中采用定間隙擠壓破殼法和定向擊打法設(shè)計(jì)破殼設(shè)備。在課題研究的過程中,由于各個(gè)核桃之間的尺寸存在差異，需要根據(jù)實(shí)際的尺寸條件設(shè)計(jì)破殼機(jī)構(gòu)，并設(shè)計(jì)簡單的調(diào)節(jié)裝置以適應(yīng)不同大小的核桃。先根據(jù)破殼方案運(yùn)用UG設(shè)計(jì)出核桃破殼機(jī)的三維模型，并根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)理論和優(yōu)化設(shè)計(jì)理論對核桃破殼機(jī)的三維模型進(jìn)行優(yōu)化，最后確定設(shè)備的尺寸并加工出樣機(jī)。最后,對樣機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，確定最終的設(shè)計(jì)方案。偏心擠壓式核桃破殼機(jī)和擊打式核桃破殼機(jī)在原理上都能夠?qū)颂疫M(jìn)行破殼，但是兩種設(shè)備的破殼效果不盡相同，所以本課題用兩種設(shè)備利用正交試驗(yàn)對不同種類的核桃進(jìn)行破殼，通過從破殼效果、破殼機(jī)加工成本、操作方便性、設(shè)備壽命、環(huán)境影響等方面進(jìn)行比較，確定出最終的設(shè)計(jì)方案以適應(yīng)薄皮核桃品種。
山西農(nóng)業(yè)大學(xué)的碩士研究生劉德華進(jìn)行了核桃分級破殼機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究，運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)理論，對核桃分級破殼機(jī)的上料裝置、傳送裝置、分級裝置以及破殼裝置四部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)，其中上料裝置中的隔料器實(shí)現(xiàn)均勻喂料，傳送裝置將樣本傳送至分級裝置，分級裝置對樣本進(jìn)行分級處理，最后在破殼裝置中進(jìn)行破殼操作。利用三維建模軟件Solid Works對核桃分級破殼機(jī)各部分零件進(jìn)行建模，并裝配以驗(yàn)證有關(guān)設(shè)計(jì)。
農(nóng)業(yè)大學(xué)的碩士研究生何義川進(jìn)行了氣動(dòng)擊打式核桃破殼機(jī)的設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究，該機(jī)的主要特點(diǎn)是喂料箱里的核桃由喂料撥輪不停地轉(zhuǎn)動(dòng)將核桃送到喂料箱的出口，并將喂料箱出口多余的核桃往回?fù)軓亩乐购颂以谖沽舷渲谐霈F(xiàn)搭橋；設(shè)計(jì)出了由兩條平行的驅(qū)動(dòng)鏈和輸送核桃盒子組成的輸送裝置，該裝置可以保證核桃被單一連續(xù)地輸送到破殼工位；同時(shí),設(shè)計(jì)出了防止核桃在輸送過程中有跳動(dòng)和偏出現(xiàn)象的導(dǎo)向護(hù)送裝置。通過對氣動(dòng)擊打式核桃破殼機(jī)的二次回歸正交試驗(yàn)，得到了在不同試驗(yàn)指標(biāo)下破殼機(jī)的破殼回歸方程和最優(yōu)方案。
青島理工大學(xué)的碩士研究生劉明政進(jìn)行了核桃剪切擠壓柔性破殼取仁的機(jī)理分析與實(shí)驗(yàn)研究，目前所存在的核桃破殼取仁設(shè)備主要采用剛性元件，存在破殼率和露仁率低的問題，多數(shù)剝殼機(jī)一味追求剝殼率的提高，導(dǎo)致高的核桃仁破碎率，損失率較高，并且對不同品種的核桃適應(yīng)性差。采用柔性元件并設(shè)計(jì)合理的機(jī)構(gòu)能有效提高破殼率和露仁率，減少對核桃仁損害，提高了整仁率。本研究課題利用自行研制的核桃剪切擠壓柔性破殼取仁分離設(shè)備，重點(diǎn)對柔性帶剪切擠壓破殼及脫殼取仁系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與破殼取仁機(jī)理分析，并對柔性帶剪切擠壓破殼及脫殼取仁效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證具體研究內(nèi)容如下:
（1） 針對目前核桃生產(chǎn)加工中破殼取仁工序存在的問題，分析了目前核桃破殼取仁方法的優(yōu)劣，得出機(jī)械裝置的方法較為理想；針對不同的機(jī)械破殼方法，綜述了國內(nèi)外核桃破殼以及脫殼取仁機(jī)械設(shè)備研究現(xiàn)狀，并對堅(jiān)果破殼過程中的力學(xué)特性的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行了分析。在上述分析的基礎(chǔ)上，提出了基于剪切擠壓機(jī)理柔性帶核桃破殼取仁的研究課題。
（2） 進(jìn)行了核桃剪切擠壓柔性破殼取仁分離裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)了柔性帶剪切擠壓破殼及脫殼系統(tǒng)，柔性葉片錘擊取仁系統(tǒng)，氣力與柔性螺旋葉片耦合作用下核桃殼仁滾筒雙向分離系統(tǒng)，并分析了每個(gè)系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)和工作原理；對核桃剪切擠壓柔性破殼取仁分離裝置的有益效果進(jìn)行了分析；設(shè)計(jì)了新型核桃分級設(shè)備，并對核桃剪切擠壓柔性破殼取仁分離裝置三個(gè)系統(tǒng)中各自相應(yīng)的部件進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。
1.3 核桃破殼機(jī)的市場預(yù)測
隨著社會(huì)的進(jìn)步與人們生活水平的提高以及核桃市場的發(fā)展，核桃破殼機(jī)的市場肯定會(huì)越來越好，需求量會(huì)越來越大，所以說這一塊的市場市很好的。但是目前這一市場還不成熟，技術(shù)也不是很成熟，急需大量的科技工作者涌入這一領(lǐng)域。
2 市場上核桃分級、破殼、殼仁分離裝置的研究
2.1 核桃分級裝置
① 錐輥式分級裝置，如圖2-1所示，該裝置用一對相對轉(zhuǎn)動(dòng)的錐形輥擠壓核桃，核桃在兩錐形輥的帶動(dòng)下不停地翻動(dòng)，核桃在重力和上端核桃對其側(cè)向擠壓力的共同作用沿錐形輥向下移動(dòng)直至兩錐形輥的間隙大于核桃的直徑時(shí)，核桃通過間隙落下。理論上錐輥也可用圓輥，只要兩端的間距不同即可，且線速度相同，錐輥則線速度不同。該裝置分級時(shí)如果核桃進(jìn)料過多會(huì)造成上層核桃無法及時(shí)與下層核桃進(jìn)行交換，使前一級的核桃在后一級甚至后幾級才被分離出去， 出現(xiàn)分級混雜現(xiàn)象。另外有的核桃是橢球形的，這些核桃在下滑時(shí)，會(huì)因下滾姿態(tài)的不同，而在不同的位置下落，從而造成分級誤差。
1.錐輥 2.核桃 1.進(jìn)料斗 2.出料斗 3.柵式滾
圖2-1 錐輥式分級裝置 圖2-2 柵式滾筒分級裝置
② 柵式滾筒分級裝置，如圖2-2所示，該裝置由柵條組成的有一定錐度滾筒構(gòu)成，滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)核桃不停地上升和下落，并在重力和離心力的驅(qū)動(dòng)下向前移動(dòng)，直至從滾筒中脫出。該裝置結(jié)構(gòu)簡單，能耗低、分級均勻度高。
1.窩眼輥 2.核桃 1.核桃 2.齒盤 3.齒板
圖2-3 對輥窩眼式破殼裝置 圖2-4 雙齒盤-齒板式破殼裝置
2.2 核桃破殼裝置
① 對輥窩眼式破殼裝置，如圖2-3所示，對輥窩眼式開口裝置的每個(gè)輥上同一個(gè)圓周平均分布著8個(gè)窩眼。窩眼在整個(gè)擠壓輥表面上呈交錯(cuò)排列，窩眼縱向間距為54mm，所有窩眼開口半徑均為 30mm，但不在同一圓周的窩眼的深度都不相同，從13mm 依次增加 0.5mm 直到 20mm 為止，輥的長度870mm。該裝置能對大小不同的核桃進(jìn)行定距離擠壓，同時(shí)擠壓時(shí)用窩眼抓取核桃，抓取可靠，核桃擠壓時(shí)不會(huì)竄動(dòng)，能進(jìn)行可靠的擠壓。破殼的核桃需進(jìn)行進(jìn)一步的脫殼。該裝置生產(chǎn)能力>150kg/h，核桃按粒徑大小自動(dòng)分級的準(zhǔn)確率>95%，開口率>95%，破碎率<2%。
② 雙齒盤—齒板式破殼機(jī)，如圖2-4所示，齒盤旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)核桃邊旋轉(zhuǎn)邊擠進(jìn)由齒盤、偏心圓弧齒板組成的剝殼區(qū)，受到擠壓作用，核桃表面產(chǎn)生裂紋并逐漸擴(kuò)展，直至最終完全破裂，碎殼和仁從最小間隙處掉下。由于該裝置能較好滿足 “四點(diǎn)加壓” 原理，且可實(shí)現(xiàn)核桃的滾動(dòng)擠壓，因此破裂效果好、碎仁率低。最大生產(chǎn)率 180kg/h，破殼率 90%以上，高路仁率 70%-90%，其中一路仁率 30%-40%。
1.擠壓輥 2.核桃 1.外磨 2.核桃 3.內(nèi)磨 4.擋板
圖2-5 變形恒定破殼裝置 圖2-6 內(nèi)外磨破殼裝置
③ 變形恒定破殼裝置，如圖2-5所示，該破殼裝置是由一對螺紋螺方向相反的滾柱組成，在滾柱上切制有螺距恒定的梯形柵紋，柵紋滾柱在結(jié)構(gòu)上保證了核桃的實(shí)際變形能隨果徑的增大而增大。 當(dāng)核桃夾在一對左、右螺紋之間時(shí)，形成了四點(diǎn)加壓。不同果徑的核桃可在不同開度處殼。為避免核桃與滾柱間發(fā)生相對滑移，滾柱面進(jìn)行了“滾花”處理。
④ 內(nèi)外磨核桃破殼裝置，如圖2-6所示，外磨1固定在機(jī)架上，內(nèi)磨3在電機(jī)的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)。核桃2在內(nèi)外磨之間的間隙內(nèi)破裂脫殼，當(dāng)破碎到合適的粒度后，由擋板4與內(nèi)磨下底之間的縫隙落到落料扳上。因該機(jī)不能自動(dòng)適應(yīng)核桃的大小，又由于目前核桃品種不純、大小不一，因此該機(jī)在實(shí)際使用中存在一定缺陷，破裂果徑不同的核桃，需更換尺寸大小不同的內(nèi)外磨。
⑤ 圓盤破殼裝置，如圖2-7所示，該裝置由一對端面呈傾斜、上寬下窄的破殼盤3組成的。兩破殼盤用等速萬向節(jié)5偶合。狹縫角度通過動(dòng)軸承組件1、4可調(diào)，狹縫寬度通過破殼盤上的固定螺釘2可調(diào) 。落人破殼盤狹縫一側(cè)的核桃6，隨盤旋轉(zhuǎn)經(jīng)最窄處破殼后從另一側(cè)甩出。該機(jī)可破大小混雜在一起的核桃。
1.主動(dòng)軸 2.螺釘 3.破殼盤 1.定破殼板 2.調(diào)距手柄 3.偏心軸
4.從動(dòng)軸 5.萬向節(jié) 6. 核桃 4.動(dòng)破殼板
圖2-7 圓盤破殼裝置 圖2-8 6PK-400核桃破殼機(jī)簡圖
⑥ 平板擠壓破殼裝置，李忠新等人選用平板擠壓破殼方法，采用了一對端面呈傾斜、上寬下窄的破殼板作為核桃破殼工作部件，對核桃進(jìn)行破殼取仁。并設(shè)計(jì)出了 6PK-400 核桃破殼機(jī)，如圖2-8所示，該裝置由一對端面呈傾斜、上寬下窄的破殼板組成。動(dòng)破殼板一端通過鉸鏈連接到殼體，一端可由偏心軸帶動(dòng)做往復(fù)曲線運(yùn)動(dòng)；定破殼板是一可調(diào)擠壓直板，上方一端與機(jī)體鉸接，下方與調(diào)距手柄相連，手柄由可轉(zhuǎn)動(dòng)的一段螺栓組成。旋轉(zhuǎn)手柄可推動(dòng)定破殼板前后運(yùn)動(dòng)，用來調(diào)節(jié)兩板之間的間隙和角度，使擠壓間隙的最小寬度小于果殼的直徑，并近于核桃果仁最大外徑。破殼板表面焊有魚鱗狀鐵網(wǎng)，有許多細(xì)小的橫紋，用于增加與核桃接觸的粗糙度。落入破殼板狹縫的核桃，隨動(dòng)破殼板運(yùn)動(dòng)經(jīng)最窄處破殼后，經(jīng)出料口甩出。該機(jī)可破大小混雜在一起的核桃。
⑦ 弧板—滾筒破殼裝置，如圖2-9所示，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。
1.滾筒 2.弧板 3.活塞 4.彈簧 1.機(jī)架 2.出料口 3.主滾筒 4.進(jìn)料 5.電機(jī)
5.氣壓裝載系統(tǒng) 6.敲擊臂 7.壓桿滾筒 8.電機(jī)
圖2-9 弧板-滾筒破殼裝置 圖2-10 機(jī)械打擊破殼裝置
⑧ 機(jī)械擊打破殼裝置，如圖2-10所示，打擊方式破殼能得到較多的高路仁，破殼后的核桃殼較碎，有利于實(shí)現(xiàn)核桃的機(jī)械破殼，破殼的綜合效果優(yōu)與擠壓破殼。洪翎等人采用仿生機(jī)械敲擊臂敲擊山核桃使其破殼，研制了一種采用機(jī)械擊打方式的實(shí)用高效手剝山核桃破殼機(jī)。該機(jī)主要由輸送機(jī)構(gòu)、破殼機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、電機(jī)及機(jī)架等組成，不受山核桃形狀和大小限制，免除了分級步驟。
⑨ 碰撞碎殼裝置，如圖2-11所示，該裝置由上機(jī)殼10與下機(jī)殼4，以及傳動(dòng)部件組成。上機(jī)殼下部設(shè)置和傳動(dòng)部件相連的脫輥，脫棍與上機(jī)殼的外壁之間設(shè)置數(shù)根固連在上機(jī)殼兩側(cè)與脫輥平行的輻條篩9，相鄰輻條篩的間距為18-20mm，輻條篩與脫棍之間形成上大下小漏斗形狀的脫殼室 8， 輻條篩的下部和脫輥之間形成脫殼室的咽喉，進(jìn)入脫殼室的核桃在凸筋的拋送下與輻條篩碰撞擊碎核桃殼，為碰撞的核桃在咽喉處被搓擦擠壓破碎。脫出的核桃仁一、二等品占 70%以上。
1.料斗 2.擋板 3.絨輥 4.出料斗
圖2-11 碰撞破殼裝置 圖2-12 絨輥殼仁分離裝置
2.3 核桃殼仁分離裝置
① 絨輥殼仁分離機(jī)，如圖2-12所示，由一對外表面包著絨布2的輥?zhàn)?組成。兩個(gè)輥?zhàn)尤瘫舜私佑|反向轉(zhuǎn)動(dòng)且相對于水平面傾斜。當(dāng)殼和仁從料斗1喂入后表面光滑的仁不易被絨毛粘附沿兩輥之間的凹槽向下滑移，直至從底端排出。端口粗糙的殼被絨毛粘附經(jīng)過絨輥落入排料斗4。為了達(dá)到一定的分離效果，一般該裝置由多對絨輥組成，進(jìn)行反復(fù)分離。由于仁的斷裂端口也有毛刺易被毛絨粘附，因此分離效果不好。
1.接殼斗 2.進(jìn)料斗 3.分離帶 4.接仁斗
圖2-13 帶式殼仁分離裝置 圖2-14 分選式殼仁分離裝置
② 帶式分離殼仁，如圖2-13所示，環(huán)形帶沿長度方向與水平面傾斜，帶面由低端向高端運(yùn)行。 表面光滑的仁沿帶面下行從底端排出端口粗糙的充順帶面上行，從高端排出。為了達(dá)到分離精度， 一般采用多層分離帶分離。由于仁的斷裂端口也會(huì)有毛刺，所以該裝置也不能很好地分離殼和仁。
③ 風(fēng)選式分離殼仁，如圖2-14所示，運(yùn)用氣流分選法分離核桃殼仁，氣流由風(fēng)機(jī)提供，可以調(diào)節(jié)風(fēng)量。農(nóng)大核桃殼仁分選機(jī)包括喂料斗1、機(jī)架2、物料輸送裝置3、抖動(dòng)裝置4、風(fēng)機(jī)10和 R 型分選裝置17。機(jī)架2上方設(shè)喂料斗1，喂料斗1下方設(shè)輸送裝置3；抖動(dòng)裝置4位于輸送裝置3下方，抖動(dòng)裝置4和分選裝置17間設(shè)喂料淌板16；支架11上安裝風(fēng)機(jī)10，風(fēng)機(jī)出口接入分選裝置17；分選裝置17由中空通風(fēng)腔22，氣流入口21、節(jié)流器13、仁出口通道15、物料入口通道23、殼出口通道14和泄壓口18等7部分組成。本實(shí)用新型具有較高的殼、仁分選率 ，且結(jié)構(gòu)簡單、操作方便等特點(diǎn)。
3 核桃破殼機(jī)的設(shè)計(jì)
3.1 核桃破殼機(jī)設(shè)計(jì)方案的制定
核桃破殼機(jī)設(shè)計(jì)方案的制定是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過程，要想設(shè)計(jì)出一款好的機(jī)器，就要在經(jīng)濟(jì)性
和實(shí)用性上下功夫。要綜合考慮諸多方面的因素，包括產(chǎn)品實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性，安全性，實(shí)用性就要
要求所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品便于操作，經(jīng)濟(jì)性則要求產(chǎn)品效率高，同時(shí)自動(dòng)化程度高，節(jié)省勞動(dòng)力，降低勞
動(dòng)成本。安全性要考慮所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在生產(chǎn)加工過程中安全系數(shù)要高，充分考慮工人的人身安全。
基于以上所要考慮的各個(gè)方面，我們要通過所學(xué)的專業(yè)知識(shí)對所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品進(jìn)行全面的分析，使得產(chǎn)品在后期的工作中沒有后顧之憂。
通過對國內(nèi)外核桃破殼機(jī)的分析，以及查閱大量文獻(xiàn)資料，此次我設(shè)計(jì)的是分級擠壓式核桃破殼機(jī)。整個(gè)裝配圖由進(jìn)料口、機(jī)架、分級部分、擠壓部分、傳動(dòng)部分、電動(dòng)機(jī)等組成。核桃由入料口進(jìn)入分級部分然后經(jīng)過擠壓部分破殼最后進(jìn)行收集。
3.2 核桃破殼機(jī)的總體結(jié)構(gòu)及工作原理
分級擠壓式核桃破殼機(jī)的總體結(jié)構(gòu)包括：進(jìn)料口，分級篩網(wǎng)，篩軸，擠壓板，輥?zhàn)樱瑱C(jī)架，電動(dòng)機(jī)，大皮帶輪，小皮帶輪等組成。
工作原理：核桃經(jīng)由進(jìn)料口進(jìn)入破殼機(jī)，先進(jìn)入分級篩網(wǎng)進(jìn)行分級，經(jīng)過分級處理后，核桃按照其大小的不同被分為若干等級，被分級好的核桃掉落至核桃擠壓裝置中，可以根據(jù)核桃的大小來制定核桃破殼擠壓的具體距離，在發(fā)動(dòng)電動(dòng)機(jī)以后，輥?zhàn)愚D(zhuǎn)動(dòng)，核桃在該擠壓區(qū)受到連續(xù)四點(diǎn)擠壓，最后破殼成功。下圖3-1為本次設(shè)計(jì)機(jī)器總體裝配圖：
圖3-1 分級擠壓式核桃破殼機(jī)
3.3 核桃破殼機(jī)分級篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
對比我們前面提到的各種分級裝置，柵式滾筒分級裝置結(jié)構(gòu)比較簡單，耗能少，并且分級精度也比較理想，分級均勻度高，所以我們選用此裝置作為本機(jī)的分級裝置，如圖3-2所示：
圖3-2 柵式滾筒分級裝置
為了防止核桃在兩條柵條之間移動(dòng)混亂，在此對柵條滾筒進(jìn)行改進(jìn)，我在柵條的垂直方向上加上一圈一圈的鋼圈，如圖3-3所示，滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)核桃不停地上升和下落， 并在重力和離心力的驅(qū)動(dòng)下向前移動(dòng)， 直至從滾筒中脫出。因?yàn)楹颂沂遣灰?guī)則的近似圓形，并且單靠重力與離心力的作用很難使核桃向前移動(dòng)（柵條的錐度也并不是很大），所以我在滾筒內(nèi)設(shè)計(jì)加上一個(gè)像彈簧一樣的螺旋裝置，，螺旋的厚度為5厘米，使?jié)L筒和螺旋裝置一塊旋轉(zhuǎn)，這樣核桃就會(huì)隨著螺旋方向在滾筒內(nèi)向前移動(dòng)。
圖3-3 分級篩選裝置
3.4 核桃破殼機(jī)破殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)我們前面提供的幾種破殼方式，綜合分析利弊，我們在這里選擇變形恒定破殼裝置，該破殼裝置是由一對螺紋方向相反的滾柱組成，在滾柱上切制有螺距恒定的梯形柵紋，柵紋滾柱在結(jié)構(gòu)上保證了核桃的實(shí)際變形能隨果徑的增大而增大，如圖3-4所示：當(dāng)核桃夾在一對左 、右螺紋之間時(shí) ，形成了四點(diǎn)加壓，兩個(gè)滾柱發(fā)生相對轉(zhuǎn)動(dòng)，核桃在壓力的作用下，進(jìn)行破殼。
圖3-4 變形恒定破殼裝置
但是此裝置也有一些不足之處，最大的弊端就是兩個(gè)滾柱之間的距離是不可調(diào)整的，雖然說兩個(gè)滾柱之間的距離根據(jù)滾柱上螺紋的直徑大小的改變是能夠改變的，但是因?yàn)闈L柱整體的直徑不會(huì)很大，所以這個(gè)距離的改變是非常有限的。并且由于是兩個(gè)滾柱，四點(diǎn)加壓只有一個(gè)地方，會(huì)影響破殼的效果。最后由于滾柱的表面比較光滑，可能在擠壓時(shí)發(fā)生打滑。
我在此基礎(chǔ)上對此進(jìn)行了改進(jìn)如圖3-5所示，讓其中的一個(gè)滾柱固定，不再轉(zhuǎn)動(dòng)，并且去掉螺紋，在上面加一個(gè)鋸齒形的板子，形成擠壓板。另一個(gè)滾柱設(shè)計(jì)成一個(gè)輥?zhàn)?，不再用螺旋結(jié)構(gòu)，在擠壓部分設(shè)計(jì)成鋸齒形，輥?zhàn)优c擠壓板的距離可以通過手輪調(diào)節(jié)，在輥?zhàn)拥匿忼X形部分加上一條筋。
這樣設(shè)計(jì)最大的好處就是可以根據(jù)核桃的大小自由的調(diào)節(jié)擠壓板與輥?zhàn)又g的距離，以適應(yīng)實(shí)際情況，并且由于擠壓板上面是一個(gè)鋸齒形的板子，在破殼的過程中可以持續(xù)的四點(diǎn)加壓，由于有筋的緣故，所以會(huì)減小打滑的情況，提高破殼的效率。
圖3-5 分級擠壓裝置
4 各部分零件的選擇與校核計(jì)算
4.1 電動(dòng)機(jī)的選擇
按工作要求和條件，選用三相變頻異步電動(dòng)機(jī)，封閉式結(jié)構(gòu)，電壓380V，Y型，功率為5.5KW，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為，根據(jù)轉(zhuǎn)速和功率，由設(shè)計(jì)文獻(xiàn)３查出的電動(dòng)機(jī)型號(hào)，因此有以下三種傳動(dòng)比選擇方案，如4-1表所示：
表4-1 電動(dòng)機(jī)型號(hào)與功率轉(zhuǎn)數(shù)的對應(yīng)關(guān)系
方案
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
額定功率
KW
同步轉(zhuǎn)速r/min
滿載轉(zhuǎn)速r/min
電機(jī)質(zhì)量
N
1
2
3
Y132M-4
Y132S2-2
Y160M-6
7.5
7.5
7.5
1500
3000
1000
1440
2900
970
81
70
119
綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸，質(zhì)量，功率，以及轉(zhuǎn)速，可見第1種方案比較合適，因此選定電動(dòng)機(jī)的型號(hào)是Y132M-4。
4.2 帶輪的選擇
確定帶輪基準(zhǔn)直徑：查表知道主動(dòng)輪的最小基準(zhǔn)直徑為：
（4-1）
根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑系列與實(shí)際情況：
取 （4-2）
計(jì)算從動(dòng)輪（大皮帶輪）的基準(zhǔn)直徑，取傳動(dòng)比為1:3：
（4-3）
根據(jù)基準(zhǔn)直徑系列，取：
（4-4）
驗(yàn)算帶的速度：
（4-5）
速度在?5-25m/s內(nèi)，合適。
4.3 帶的選擇
確定設(shè)計(jì)功率，選取V帶類型：查表可得工作情況系數(shù) ：
，
（4-6）
依據(jù)，所以選取普通A型V帶。
確定普通V帶的基準(zhǔn)長度和傳動(dòng)中心距：
（4-7）
初步確定中心距：，
計(jì)算帶的初選長度：
，帶入：
，
=1630 （4-8）
選取帶的基準(zhǔn)長度:
（4-9）
計(jì)算帶的實(shí)際中心距?a?為:
（4-10）
帶的中心距離在一定范圍內(nèi)是可以調(diào)節(jié)的。
4.4 軸的計(jì)算
初步確定主動(dòng)軸的最小直徑，根據(jù)課本中的公式初步估算主動(dòng)軸的最小直徑，選取的材料為45#鋼，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)文獻(xiàn)1中的表15-3，?。?
，
5.50.995.445KW （4-11）
則： （4-12）
取整數(shù)，所以d=19mm。
篩軸的從動(dòng)功率為：
5.445×0.8×0.98=4.27KW （4-13）
按文獻(xiàn)1中的公式初步估算篩軸的最小直徑，選取的材料為45#鋼，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)文獻(xiàn)1中的表15-3，?。?
，
=1440/3=480
則： （4-14）
取整數(shù)，所以d=22mm。
4.5 選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸
本設(shè)計(jì)中有四處要求使用鍵聯(lián)接，一處為電機(jī)軸處與小皮帶輪的連接鍵，此處為鍵1，此處軸的直徑d1=19mm。一處是在篩軸與大皮帶輪的連接處，此處為鍵2，此處軸的直徑d2=22mm，一處是輥?zhàn)优c小皮帶輪的連接處，此處的鍵為鍵3，此處軸的直徑d3=21mm，最后一處為調(diào)整絲杠與手輪的連接處，此處的鍵為鍵4，此處軸的直徑d4=18mm。一般8級以上的精度要有定心精度的要求，所以選擇用平鍵聯(lián)接，此處用圓頭普通平鍵（A）型。
根據(jù)以上的數(shù)據(jù)，從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊中53頁查得鍵1的截面尺寸，并且根據(jù)課本106頁表6-1的尺寸的基本規(guī)定,把鍵的尺寸確定為：寬度b=6mm，高度h=6mm，參考小皮帶輪的輪轂的寬度和鍵的長度系列，可以確定取此鍵的長度L=80mm。查得鍵2的截面尺寸為：寬度b=6mm，高度h=6mm，根據(jù)大皮帶輪的輪轂寬度取此鍵的長度L=40mm。查得鍵3的截面尺寸為：寬度b=6mm，高度h=6mm。由輪轂的寬度并參考鍵的長度系列，取該鍵的鍵長L=40mm。查得鍵4的截面尺寸為：寬度b=6mm，高度h=6mm，由手輪的輪轂寬度結(jié)合長度系列取此鍵的鍵長為：16mm。
5 結(jié)論與發(fā)展方向
5.1 結(jié)論
我所設(shè)計(jì)的分級擠壓式核桃破殼機(jī)最大的優(yōu)點(diǎn)就是破殼效率高，能夠在短時(shí)間內(nèi)完成大量的工作，省時(shí)省力。但是，也有一些缺點(diǎn)，最大的問題就是自動(dòng)化程度低，沒有安裝傳感器部分，對受力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，形成數(shù)據(jù)庫，所以對核桃不能夠進(jìn)行精確、精準(zhǔn)的靈活式破殼，達(dá)到最大的破殼率，并且最大化的保持核桃仁的完整。
5.2 發(fā)展方向
隨著社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，以及人們生活水平的提高，人們對堅(jiān)果的使用方法也會(huì)更加的豐富，不管怎樣處理堅(jiān)果，首先要做的就是破殼，所以以后的堅(jiān)果破殼市場肯定會(huì)越來越好。同時(shí)隨著技術(shù)的進(jìn)步，核桃破殼機(jī)械肯定不會(huì)僅僅局限于純機(jī)械部分，以后的方向應(yīng)該是自動(dòng)化的方向，就是說以后的核桃破殼機(jī)械應(yīng)該是對核桃進(jìn)行精確的分級，精準(zhǔn)的破殼以及細(xì)致的殼仁分離，并且進(jìn)行大量的試驗(yàn)形成數(shù)據(jù)庫，應(yīng)用傳感器的原理，實(shí)現(xiàn)核桃破殼的自動(dòng)化。
由于本人能力有限，本次設(shè)計(jì)主要是針對核桃的分級以及破殼，并沒有進(jìn)行殼仁分離的設(shè)計(jì)，只是在前面列舉了一些目前現(xiàn)世的一些對殼仁分離的方法技術(shù)，所以說后期還需要對殼仁混合物進(jìn)行分離，這也是一個(gè)比較有挑戰(zhàn)性的課題。理想的機(jī)型應(yīng)該是集分級、破殼、殼仁分離于一體的，在這個(gè)方面還需要改進(jìn)。
總 結(jié)
此次設(shè)計(jì)的任務(wù)是分級擠壓式核桃破殼機(jī)的設(shè)計(jì)。這是我們在大學(xué)期間所進(jìn)行的一次非常全面的設(shè)計(jì)，為自己在大學(xué)四年所學(xué)習(xí)知識(shí)的全面總結(jié)和鞏固，使我們初步了解和掌握做設(shè)計(jì)的基本步驟、基本方法，通過本環(huán)節(jié)把我們在大學(xué)期間所學(xué)課程中所獲得的理論知識(shí)在設(shè)計(jì)實(shí)踐中加以綜合運(yùn)用，把大學(xué)四年來所學(xué)的知識(shí)貫穿起來，使理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)踐密切的結(jié)合起來，為我將來的實(shí)際工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
這是一個(gè)非常全面而系統(tǒng)的設(shè)計(jì)題目，非常鍛煉人。從方案的論證到最終的設(shè)計(jì)，涉及的領(lǐng)域包括：機(jī)械制圖，機(jī)械原理，工程材料，機(jī)械設(shè)計(jì)等等。通過設(shè)計(jì)實(shí)踐，提高我計(jì)算、制圖能力；使我們能熟練地應(yīng)用有關(guān)參考資料、計(jì)算圖表、手冊、圖集、規(guī)范，熟悉有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)械方面知識(shí)得到系統(tǒng)的鞏固和提升。在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的同時(shí)，我還學(xué)到了許多新的知識(shí)，如Solidworks，CAD2007的使用和WORD、POWERPOINT等軟件的應(yīng)用。
我深刻的認(rèn)識(shí)到，要想成為一名合格的工程設(shè)計(jì)人員只是掌握本專業(yè)的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，應(yīng)該具有更加淵博的知識(shí)，如應(yīng)該對計(jì)算機(jī)應(yīng)用，農(nóng)產(chǎn)品的特性，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀等各個(gè)方面能力進(jìn)行加強(qiáng)。
在設(shè)計(jì)過程中也曾遇到很多的問題，但通過查閱相關(guān)的書籍、手冊以及老師的精心指導(dǎo)，都得到了解決，設(shè)計(jì)過程基本順利完成。
致 謝
畢業(yè)在即，四年的大學(xué)生活已接近尾聲，經(jīng)過三個(gè)多月的努力，在蘭海鵬老師的悉心指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)任務(wù)基本完成了。在撰寫論文期間，我要衷心的感謝我的指導(dǎo)老師蘭海鵬，從設(shè)計(jì)的選題、實(shí)施到撰寫、修改和定稿，蘭老師均傾注了大量的心血。導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)、熱忱鼓勵(lì)不僅使我樹立了深遠(yuǎn)的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處事的道理。還有，導(dǎo)師淵博的專業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無華、平易近人的人格魅力將使我終生受益。同時(shí)我還要感謝大學(xué)期間各位任課老師在學(xué)習(xí)上給予我的指導(dǎo)和幫助，感謝他們四年來的辛勤栽培，他們的關(guān)懷和熏陶讓我在這四年里收獲頗豐。
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