椰子剝殼機的設計含5張CAD圖帶開題-獨家.zip
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椰子剝殼機的設計
摘要
椰子(Cocos nucifera L.)是棕櫚科椰子屬植物，為多年生常綠喬木，廣泛分布于世界上近100個地處熱帶的國家和地區(qū)，其中主產(chǎn)國是印尼、菲律賓、印度和斯里蘭卡等，我國椰子的主要種植區(qū)在海南，種植面積和果實產(chǎn)量均占全國的90％以上。椰子果是椰子樹的果實，俗稱椰子
國人對于椰子的利用傳統(tǒng)上采用剖切的方式只是能攝取汁液，剩余果皮殘渣就隨處丟棄嚴重制造污染，因此椰農(nóng)轉型推出剝殼椰子，即先行剝除椰子外殼僅存內(nèi)果皮（硬殼）再加以冷藏保鮮販售，果皮殘渣再經(jīng)粉碎后當介質利用，作法上較為環(huán)保，目前剝殼方式仍以人工為主。本研究針對椰子基本物性加以探討分析，進而規(guī)劃設計剝殼機構。調查顯示椰子外觀大部分呈三稜形，果實由外果皮、中果皮、內(nèi)果皮組成，外果皮呈綠色或淺黃色，光滑堅實，富韌性，中果皮屬纖維層含軟木屑包覆著內(nèi)果皮。經(jīng)試驗結果顯示果皮含水率變化與破壞力之間有密切關系，即外果皮破壞力隨著含水率下降有逐漸增大現(xiàn)象，中果皮破壞力與含水率多寡無直接關系，但與纖維條數(shù)、厚度有關。
本研究設計三角錐型齒剝殼機構以拉扯方式將椰皮撕裂，椰子剝衣工序由人工操作變?yōu)闄C器操作，不僅可以大大提高生產(chǎn)效率，為后期工序提供充足的原材料，更重要的是能夠保證操作人員的人身安全，減少傷殘事故的發(fā)生。同時由于前期工序采用了自動化，不僅可以節(jié)省大批的勞動力，而且解決了椰子生產(chǎn)企業(yè)擴大生產(chǎn)規(guī)模的瓶頸問題，為企業(yè)擴大生產(chǎn)規(guī)模，提高經(jīng)濟效益開辟新的途徑。
關鍵字： 椰子剝衣機 ； 滾切式 ；刀架 ； 空氣吹掃。
Abstract
Coconut (Cocos nucifera L.) is a coconut palm species, is a perennial evergreen tree , widely distributed in the world's nearly 100 countries and regions located in the tropics , where the main producing countries are Indonesia, the Philippines , India and Sri Lanka , our main coconut growing areas in Hainan, planted area and yield fruits account for more than 90 % of the country . Coconut fruit is the fruit of the coconut tree , commonly known as coconut.
For people using traditional cut way using only capable of taking on the coconut juice , peel residue remaining on everywhere discarded serious polluters , so coconut husking coconuts agricultural transformation launch that first strip of coconut shell remaining endocarp ( hard shell ) coupled with cold storage to sell , then peel residue after crushing when the media use , the more environmentally friendly practices , there is still labor -based sheller way . In this study, to investigate the analysis of the basic physical properties of coconut , and then peel the planning and design agency . Survey shows that the appearance of most of the three prism coconut , fruit from the exocarp , mesocarp , endocarp composed husk green or pale yellow , smooth and solid , rich toughness, mesocarp endocarp fiber -containing layer is a soft wood covered with . The test results showed close relationship between the peel and destructive changes in moisture content , that husk destructive moisture content decreased gradually with increasing phenomenon , mesocarp destructive and not directly related to the amount of moisture , but the number of fibers , thickness. The study was designed triangular pyramidal teeth pulled way Sheller institutions coconut skin torn clothing coconut peeling process by a human operator into a machine operator , not only can greatly increase productivity, provide adequate raw materials for the latter process is more important to ensure the safety of the operator, reduce the incidence of disability accidents. At the same time due to the early adoption of automated processes , can not only save a lot of labor , but also to solve the coconut production enterprises to expand the scale of production bottlenecks for enterprises to expand production scale , opening up new ways to improve economic efficiency .
Keywords: Coconut stripping clothes dryers; roll-cut; knife; air purge.
目錄
摘要 2
1.概述 4
1.1 引言 4
1.2 基礎數(shù)據(jù)試驗 5
2. 椰子剝殼機的總體設計 10
2.1椰子剝殼機的設計理念 10
2.2椰子剝殼機所采用的結構 10
3.主要參數(shù)設計 16
3.1殼機所需功率計算 16
3.2電動機的選擇 16
3.3減速器的選擇 17
3.4驗算剝皮機的剝皮速度 18
3.5風機的選擇 18
3.6聯(lián)軸器的選型計算… ………………………………………………………………………………..19
3.7滾珠絲杠的選擇設計……………………………………………………………………………….20
4.結構設計 28
4.1面板的設計 28
4.2刀具的選擇 29
5.主要零部件的強度計算 31
5.1滾動軸承的校核 31
5.2滑動軸承的校核 34
5.3軸的校核 34
5.4 鍵連接的選擇及校核 37
6、結 論 38
參考文獻 39
致謝 39
1.概述
1.1 引言
可可椰子屬棕櫚科大型熱帶植物，分佈范圍涵蓋熱帶亞洲、大洋洲、拉丁美洲及非洲，極限緯度在南北緯27°，理想的緯度則在南北緯20°，柯(1980)，其中臺灣產(chǎn)區(qū)分佈之緯度在北緯23.6°。
椰子自古即有天堂樹之美稱，具有商業(yè)及工業(yè)用途。如椰子水含多種生長激素及維生素C，可作清涼飲料，椰纖可作栽培介質及墊片，椰子殼則含灰分、木質素、纖維素、戊聚糖等成份可作工藝品或椰雕，椰肉可生食、做菜或加工製作成椰油、椰子粉、椰脂等利用價值非常高。對于椰子利用方式國人仍以攝取汁液當作飲料為主，由于椰子之外皮光滑堅實，富韌性、造成消費者處理上的困擾，因此只好購買路邊攤販將椰子剖切后瓶裝之椰子水，其馀椰纖或椰殼均未善加利用，隨便丟棄于山溝、河床或路邊，制造環(huán)境污染。以海南省2010年農(nóng)業(yè)統(tǒng)計年報椰果產(chǎn)量49,522噸，農(nóng)業(yè)統(tǒng)計年報(2011)，則一年大約要製造32,932噸污染物，確實會造成環(huán)保問題。
基于上述原因及加入WTO國外椰子進口后之沖擊下，椰價每況愈下，促使椰農(nóng)轉型推出剝殼椰子（即先行去除椰子外殼僅存內(nèi)果核），此產(chǎn)品經(jīng)冷藏保鮮后販售頗受消費大眾歡迎，其原因為體積減少，攜帶方便，消費者只要將吸管插入果核芽眼即可攝取到椰子汁液，方便又環(huán)保，此加工后之剝殼椰子產(chǎn)品為椰農(nóng)帶來商機。以目前一年大約可生產(chǎn)1萬8千余噸剝殼椰子，每公斤單價以23元計，則產(chǎn)值約4億1千多萬元，若再將去除之果皮纖維粉碎后作為其他用途之質材販賣，每公斤市價4元計，產(chǎn)值達1億2千余萬元，合計加工后總產(chǎn)值達5億3千余萬元，（其他副加產(chǎn)物尚未包括椰殼及椰肉），比未加工前以鮮椰果販賣時每公斤市價6元計，總產(chǎn)值約2億9千余萬元高出2億4千余萬元（表1）。
目前椰子剝殼方式系利用一支固定三角架上焊接尖扁型齒，以手持椰子往下重擊尖扁型齒將堅實外皮刺破后再分層剝除（圖1-1），每小時大約可處理60~80粒，此人工作業(yè)方式費時耗工，操作過程危險性高。
圖1-1 人工剝殼的方式
國內(nèi)有關椰子剝殼機械可供參考資料甚少，因此本研究擬針對椰子基本物性加以探討分析，希望設計出可取代人工之剝殼機構，提升作業(yè)效率及降低加工成本，使椰子產(chǎn)業(yè)得以永續(xù)經(jīng)營。
1.2 基礎數(shù)據(jù)試驗
1.2.1 外觀及組織結構
隨機抽取大、中、小各30粒椰果，將其切成剖面，如圖所示。
圖1-2 椰果剖面圖
用游標卡尺對外果皮及中果皮之厚度加以測量，外果皮測量外緣皮，中果皮測量區(qū)域從果蒂起始點、尾端起始點、二側外緣（離內(nèi)果核最接近點）等各取6點加以測量，由于中果皮組織含軟木屑，纖維呈條形，測量時將軟木屑刮除后再量取纖維厚度。
由表3得知外果皮平均厚度0.5mm，中果皮部分為果蒂起始點平均厚度39.8mm、尾端起始點平均厚度19.8mm、外緣a值及b值平均厚度分別為21.2mm；18.6mm，纖維平均厚度0.23mm，從測量結果由中果皮外緣周厚度
椰子因生長環(huán)境條件及栽培技術或品種之不同外觀呈不規(guī)則狀，海南所栽培之綠色品種通常呈三棱形，外果皮色澤亦因品種不同大約有綠色、黃色、橙色等，椰子果實結構組織可分為外果皮、果皮（纖維）、內(nèi)果皮（硬殼）等，外果皮表面光滑堅實，富韌性，中果皮由纖維構成內(nèi)含軟木屑，纖維呈長條狀形，內(nèi)果皮則為堅實的硬殼內(nèi)含椰子汁液及果肉。由（表2）得知大粒果平均每粒重在4,260g，外中果皮占69%汁液含量占17.3%；中粒果平均每粒重在3,200g，外中果皮占64.1%，汁液含量占25.4%；小粒果平均每粒重在1,800g，外中果皮占64.9%，汁液含量占14.3%，顯見消費者若要購買椰子或剝殼椰子以選擇中粒果最經(jīng)濟，利用性較佳。
1.2.2 椰果表皮含水率變化
一般椰農(nóng)將採下來的鮮椰果及時完成剝殼可保椰汁新鮮度，經(jīng)觀察椰子若在常溫25℃~28℃存放10天后表皮或果蒂部分開始脫水形成離層現(xiàn)象，可能影響椰汁品質或發(fā)生異味。本試驗隨機抽取採收后大、中、小椰果各30 粒，按照1~10 天數(shù)逢機取外、中果皮樣品數(shù)，以攝氏103℃±2℃，烘干時間為4小時以上，到結干恒重止，測試果皮10天內(nèi)含水率之變化。
為椰子採收后第1天至第10天外果皮及中果皮所作的含水率測定結果及變化情形外果皮含水率從第一天68.5％降為48.9％，降幅達19.6％，中果皮含水率從第一天88.6％降為77.2％，降幅僅達11.4％，由試驗結果得知中果皮水份變化較小，顯示保水性相當好，作為農(nóng)園作物栽培利用上頗佳之質材。
圖1-3 椰子采摘10天含水率變化圖
1.2.3 椰皮破斷力測量
以隨機取樣方式將外果皮切成10cm 2cm0.5~0.6mm；中果皮由外層往內(nèi)切成10cm 2cm5～6mm試片各30片，兩種果皮第一片不乾燥先行利用械械式拉力計測試破斷拉力及利用切斷試驗機，將試片擺放在塑膠板上，利用刀具由上往下將果皮切斷為止，計算其最大切斷力，其馀分批置入乾燥箱內(nèi)，經(jīng)預備試驗結果以乾燥速率較接近自然乾燥之溫度外果皮以25℃、中果皮以35℃進行乾燥，每隔30分鐘依序取出以同樣步驟加以測試，兩種果皮試片共做10次3重復。
外果皮及中果皮破斷拉力測試外果皮含水率從未乾燥前之63.5％下降至24.9％時，其破斷拉力值從8.25kg增至10kg，最大破斷拉力為13.25kg，單位面積平均抗拉力為1.02kg/mm
抗拉力隨著果皮含水率下降有逐漸增大的現(xiàn)象；中果皮含水率從未乾燥前之85.2％下降至70.2 ％時，破斷拉力值則介于21~40kg之間，平均值為30.34kg，單位面積平均抗拉力為0.29kg/mm2，顯示中果皮之抗拉力與含水率無直接關系，但與纖維分佈條數(shù)及厚度有直接關系R2＝0.85，即纖維條數(shù)越多或纖維的厚度越厚，抗拉力越大。果皮（硬殼）等，外果皮表面光滑堅實，富韌性，中果皮由纖維構成內(nèi)含軟木屑，纖維呈長條狀形，內(nèi)果皮則為堅實的硬殼內(nèi)含椰子汁液及果肉。由得知大粒果平均每粒重在4,260g，外中果皮占69%汁液含量占17.3%；中粒果平均每粒重在3,200g，外中果皮占64.1%，汁液含量占25.4%；小粒果平均每粒重在1,800g，外中果皮占64.9%，汁液含量占14.3%，顯見消費者若要購買椰子或剝殼椰子以選擇中粒果最經(jīng)濟，利用性較佳。
外果皮及中果皮切斷力測試，由刀具對椰子外果皮及中果皮切斷力試驗，結果顯示外果皮切斷力隨著含水率下降呈現(xiàn)需較大切斷力現(xiàn)象；中果皮切斷力則與含水率無直接關系，仍與纖維條數(shù)及厚度有關，R2＝0.86。剝殼機構規(guī)劃設計與性能測試
第一階段機構設計與測試外果皮光滑堅實又富韌性，依前項物性測試值其最大破斷拉力達13.25 kg；中果皮最大破斷拉力高達40kg，因此初步設計一組弧輪，在弧輪上等距排列方式銲接9支長5cm字錐型齒，并以2HP馬達及鏈條帶動弧輪滾動，將椰子擺放在字錐型齒上，測試結果利用其齒牙滾動可將椰子堅實果皮分塊撕裂，但連帶容易將椰子內(nèi)果核撕破，造成椰子汁液外溢，由以上第一階段設計及試驗，可得到以下結論：進行剝殼作業(yè)時必須要將椰子上下挾持及旋轉，防止椰子被弧輪上的錐形齒刺破或撕裂后卡住，而無法進行二次撕裂動作。
2. 椰子剝殼機的總體設計
2.1椰子剝殼機的設計理念
椰子屬棕櫚科椰子屬單子葉多年生常綠喬木，是一種典型的熱帶木本油料作物。椰衣表皮厚1-2mm。它是由革質粗纖維組成。強度大、韌性強、木質素含量較高。椰衣纖維堅韌而富有彈性、耐腐蝕、具有較高商業(yè)價值。目前海南省有椰子加工企業(yè)近300家.但是大部分企業(yè)規(guī)模小、技術薄弱，產(chǎn)品加工的機械化水平較低，難以提高經(jīng)濟效益和資源利用率。對此，國內(nèi)外很多相關機構和人員都在從事這方面的研究，也取得了一些成果。比如有用三角錐型齒剝殼機構以拉扯方式將椰皮撕裂后，又改用高速旋轉的盤刀以切削方式對椰皮進行破壞的剝衣機。剝衣率僅為57.3%，有利用高速旋轉盤刀切削破壞椰衣，殘余的果皮纖維再通過旋轉的網(wǎng)絲輪加以去除的旋切式剝衣機和基于對椰子的幾何，物理機械特性的研究后用帶釘齒的雙齒輥并壓框實現(xiàn)剝衣的新式設計剝衣機，剝衣率都約為85%。但剝殼后椰衣纖維被嚴重破壞，產(chǎn)品的經(jīng)濟價值減少。有利用六角刀具扎入椰衣旋轉剝開椰衣的自動剝衣機。但是裝夾椰子操作復雜，操作人員的勞動強度較大。
以上的椰殼剝衣機，雖然都實現(xiàn)了對椰衣的剝除。但剝衣效果差異較大，都有不同程度的缺陷。相對市場化還有很遠的距離。所以海南的大部分椰子產(chǎn)品還是采用傳統(tǒng)的手工或者半手工的方式加工。這種方式工人勞動強度大，效率低，安全性差，極大地制約了椰子產(chǎn)業(yè)化，商品化的發(fā)展。研究設計一種綜合考慮上述諸多剝衣缺陷的新型高效剝衣機是椰子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的急需解決的問題。
本設計將要設計一種椰子剝殼機，該機由傳動系統(tǒng)、喂入裝置、剝衣裝置、高壓氣流、儲料箱機架組成。工作時，首先，開啟高壓空氣把剝衣釘板吹掃干凈，之后椰子通過喂料口進入剝衣裝置的兩個剝衣釘板之間，通過伺服電動機的帶動及螺桿的傳動，使得左側豎直釘板和右側傾斜釘板依次移動。椰子被剝除干凈后，左側的剝衣釘板退回。光滑的椰子落到過濾網(wǎng)上，滾落下來，方便工人收集。被剝除的椰衣會透過過濾網(wǎng)落入下面的皮屑收集箱中，保證了操作車間的整潔。然后兩個釘板復位，進入下一個剝衣過程。
該機具有生產(chǎn)率和剝殼率較高，剝殼后椰衣纖維破壞較輕的優(yōu)點，適用于中小型企業(yè)使用。
2.2椰子剝殼機所采用的結構
2.2.1動力機構
本次設計選取兩臺伺服電機，配兩個NGW72-15型減速器。
伺服電機（servo motor ）是指在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉的發(fā)動機，是一種補助馬達間接變速裝置。伺服電機可使控制速度，位置精度非常準確，可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動控制對象。伺服電機轉子轉速受輸入信號控制，并能快速反應，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機電時間常數(shù)小、線性度高、始動電壓等特性，可把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當信號電壓為零時無自轉現(xiàn)象，轉速隨著轉矩的增加而勻速下降。
伺服電機的優(yōu)點：
1、精度：實現(xiàn)了位置，速度和力矩的閉環(huán)控制；克服了步進電機失步的問題；
2、轉速：高速性能好，一般額定轉速能達到2000～3000轉；
3、適應性：抗過載能力強，能承受三倍于額定轉矩的負載，對有瞬間負載波動和要求快速起動的場合特別適用；
4、穩(wěn)定：低速運行平穩(wěn)，低速運行時不會產(chǎn)生類似于步進電機的步進運行現(xiàn)象。適用于有高速響應要求的場合；
5、及時性：電機加減速的動態(tài)相應時間短，一般在幾十毫秒之內(nèi)；
6、舒適性：發(fā)熱和噪音明顯降低。
簡單點說就是：平?？吹降哪欠N普通的電機，斷電后它還會因為自身的慣性再轉一會兒，然后停下。而伺服電機和步進電機是說停就停，說走就走，反應極快。但步進電機存在失步現(xiàn)象。
本次選用無錫信捷電氣股份有限公司所生產(chǎn)的伺服電機Ys-90S-8。
減速機在原動機和工作機或執(zhí)行機構之間起匹配轉速和傳遞轉矩的作用，減速機是一種相對精密的機械，使用它的目的是降低轉速，上海長城減速機蝸桿減速機和行星齒輪減速機；按照傳動級數(shù)不同可分為單級和多級減速機廠輪形狀可分為圓柱齒輪減速機、圓錐齒輪減速機和圓錐－圓柱齒引輪減速機；按照傳動的布置形式又可分為展開式、分流式和同進軸式減速機。減速器是一種由封閉在剛性殼體內(nèi)的齒輪傳動、蝸桿傳動、齒輪-蝸桿傳動所組成的獨立部件，常用作原動件與工作機之間的減速傳動裝置 。
本次設計選用的減速器的型號為NGW72-15。
2.2.2傳動機構
聯(lián)軸器
聯(lián)軸器是一個可以連接二個不同機器的軸，在傳動過程中一起旋轉的機械元件。一般來說在聯(lián)軸器運作過程中，二個軸不會脫開，不過有些有扭力限制功能的聯(lián)軸器，在扭力過大時會使二軸有速度差，甚至脫開的功能。在加工車間和工廠內(nèi),也被廣泛稱為“靠背輪”。
聯(lián)軸器的主要用途是結合二個旋轉件，在一定程度的軸向、角度偏差或端面位移時仍能正常的運作。若妥善的選擇、安裝及維護聯(lián)軸器，可以減少大量的維修費用及停機時間。
聯(lián)軸器屬于機械通用零部件范疇，用來連接不同機構中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉以傳遞扭矩的機械零件。在高速重載的動力傳動中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動軸和從動軸聯(lián)接。一般動力機大都借助于聯(lián)軸器與工作機相聯(lián)接，是機械產(chǎn)品軸系傳動最常用的連接部件。
本次選用M?L?系?列?梅?花?形?彈?性?聯(lián)?軸?器。
ML型梅花形彈性聯(lián)軸器適用于聯(lián)結兩同軸線的傳動軸系，具有補償兩軸相對偏移，減震，耐磨及緩沖性能，工作溫度為：-35~+80℃，傳 遞公稱轉矩為16~25000N.m。ML系列梅花形彈性聯(lián)軸器主要由兩個帶凸齒密切嚙合并承受徑向擠壓以傳遞扭矩，當兩軸線有相對偏移時，彈性元件發(fā)生相應的彈性變形 ，起到自動補償作用。
絲杠
絲杠是將回轉運動轉化為直線運動，或將直線運動轉化為回轉運動的理想的產(chǎn)品。滾珠絲杠由螺桿、螺母、鋼球、預壓片、反向器、防塵器組成。它的功能是將旋轉運動轉化成直線運動，這是艾克姆螺桿的進一步延伸和發(fā)展，這項發(fā)展的重要意義就是將軸承從滑動動作變成滾動動作。
絲杠的原理
1、按照國標GB/T17587.3-1998及應用實例，滾珠絲杠（已基本取代梯形絲桿，俗稱絲桿）是用來將旋轉運動轉化為直線運動；或將直線運動轉化為旋轉運動的執(zhí)行元件，并具有傳動效率高，定位準確等
2、當滾珠絲杠作為主動體時，螺母就會隨絲桿的轉動角度按照對應規(guī)格的導程轉化成直線運動，被動工件可以通過螺母座和螺母連接，從而實現(xiàn)對應的直線運動。
本次設計利用絲杠，把原動機的圓周運動，轉化為了剝殼機構的直線運動。
剝殼機構
剝衣釘板部分主要包括釘板，兩側護板，刀片，活板，內(nèi)孔氣道，擋塊"釘板大小約50X50mm。"釘板由鋼板加工而成。工作表面鑲入特制的刀片"釘板前邊用彈簧聯(lián)接活板?；畎逯虚g開有高壓氣道，表面開有氣孔"孔與孔之間，刀片與刀片之間都間隔。左右"釘板背面上接絲杠裝置，活板下邊接高壓送氣裝置"當切削完畢，椰子離開釘板，活板通過彈簧彈力復位!把少量纏裹在刀片上的椰衣纖維推離刀片，然后由高壓氣體吹掃干凈。
剝衣釘板兩側有護板，以防止椰子或椰衣碎片意外飛出"護板上有擋塊。調整擋塊位置，可以限定活板活動范圍，進而決定刀片剝衣時的切入深度"為了縮減釘板的大小和行程。兩塊頂板錯開放在機架上，并且為了釘板運行平穩(wěn)，頂板的底部連有滑塊，可以在機架的滑軌上滑動，同時為了最大面積的接觸剝除椰衣，左側釘板豎直放置，右側釘板傾斜放置，并且傾斜角度可以通過后邊的斜度調節(jié)旋鈕適當調節(jié)，與護板的擋塊配合，可以滿足不同品種，形狀差異較大的椰子剝衣。
吹掃風機，在剝皮之后，風機將椰子皮吹往指定位置，便于清潔，保護環(huán)境。
參數(shù)
利用機械和電動系統(tǒng)協(xié)調控制工作，該設備配備總動力為680W。對由于椰子品種差異和含水量造成的形狀，硬度不同的，本椰子剝衣機均能調整適用"根據(jù)工人操作的熟練度，該剝衣機每小時可剝衣500-600個╱小時。
3.主要參數(shù)設計
椰子剝殼機能否正常運轉，看的是其主要部件的設計，如果設計不合理，機器就不能正常運轉或者說不能運轉，那么生產(chǎn)出來的這臺機器就是一堆費品。設計合理，機器就能正常的運轉對并對椰子進行剝殼。因此，椰子剝殼機的主要部件的設計在整個設計過程中顯得尤為重要，合理的設計將提供給使用者更多的方便和實惠。
3.1殼機所需功率計算
由果皮破斷力測量可知椰果皮最大破斷力為40kg即：
F=40×10=400N
根據(jù)所給產(chǎn)量要求500-600個╱小時,此為椰子仁的產(chǎn)量，此即每6S就要完成一次剝殼。左邊剝殼機構刀片進給量至少為0.5m/s，方向為X軸方向，右邊剝殼機構刀片進給量至少為0.5m/s，方向為Y軸方向。
由此可知剝一個椰子需要的功率為：
=400×0.5=200W
3.2電動機的選擇
傳動裝置總效率：
由滾珠絲杠導程公式：
選取
則絲杠的轉速至少為
由機械設計手冊查得行星齒輪減速器傳動比范圍為40—400
則至少需要電機的轉速范圍為
結合所計算的電機功率，可選電機型號為Ys-90S8具體參數(shù)如下：
· 品牌：奉微
· 型號：YS-90S8
· 額定功率：370（W）
· 產(chǎn)品類型：三相異步電動機
· 額定電壓：380（V）
· 額定電流：1.38（A）
· 額定轉速：700（rpm）
· 額定轉矩：5.048（NM）
3.3減速器的選擇
由于電機轉速為700r/min,滾珠絲杠的轉速為10r/min
則傳動比選70
先按初選：
查表8-465，剝皮機工作負荷平穩(wěn)，且為連續(xù)工作10-24小時，得：
K1=1.12
=370×1.12=414.4W
查表8-462，初選減速器型號為NGW72-15，其n1=600r/min, =5.6KW
按進行校核
查表8-460，
按，查表8-464，得
已知電動機轉速為700r/min，所以V=V’×700/600
=0.701×700/600
=0.818m/s
查表8-466，得
=370×1.12=414.4W
NGW72-15在電機轉速700r/min時，=5.6×7/6=6.53KW
> 所以滿足要求。
3.4驗算剝皮機的剝皮速度
根據(jù)所選電機及減速器的相關參數(shù)計算得滾珠絲杠的旋轉速度：
其中 為減速器的實際傳動比
計算得刀具的進給速度為，大于上述中所需要的進給速度0.5m/s，所以滿足設計要求。
3.5 風機的選擇
由上表2、3椰子基本物性及外果皮厚度的測量表可計算出椰子皮的密度為：
Ρ=m/v
m=2051g--------每粒椰果外果皮加中皮的平均重量
V=1223.3×[0.5+（39.8+19.8+21.2+18.6）/4+0.24]/10
=3130cm3
則椰果皮的密度Ρ=0.66g/ cm3
根據(jù)釘板的排布可知，所剝的椰果皮的截面尺寸為30mm×30mm，椰果皮最大厚度為39.8mm，從而計算出剝掉的椰果皮最大質量為：
m=Ρv=0.66×9×3.98=23.65g
欲將椰果皮往排渣口吹掃，需要克服椰果皮與集渣箱的摩擦力，其最大摩擦力為：
其中u為摩擦系數(shù)，取經(jīng)驗值0.5。
將最大質量的椰果皮按最小截面計算，其截面面積為：
S=3×3=9cm2
欲克服最大摩擦力則所需風壓P>f/s=0.12/（9×10-4）=133pa
可選風機型號為Y4-73-10D
其參數(shù)為：
3.6聯(lián)軸器的選型計算
聯(lián)軸器是機械傳動常用的部件，它主要用來是聯(lián)接軸與軸（有時也聯(lián)接其它回轉零件）。以傳遞運動與轉矩。用聯(lián)軸器連接的兩根軸只有在機器停車后用拆卸的方法才能把兩軸分離。
結構如下圖：
校核公式： =
公稱轉矩 T=5.048×N.mm
查表11-1得=1.5
==1.5×5.048×=7.572×N.mm
=7.572N.m
根據(jù)工作要求，選用彈性套柱銷聯(lián)軸器，型號為ML1.
聯(lián)軸器的型號具體參數(shù)如下
型 號
公稱轉矩Tn N.m
許用轉速鋼[n]
r/min
軸孔直徑d1、d2、dz
軸孔長度
J型
ML1
25
11500
16，18
30
由所選聯(lián)軸器的公稱轉矩為25N.m>，許用轉速11500r/min>700r/min，滿足設計的性能要求。
3.7滾珠絲杠的選擇設計
在一般情況下，設計滾珠絲杠時，必須知道下列條件：最大工作負載 Fmax（或平均工作負載Fm）作用下的使用壽命T，絲杠的工作長度L（或螺母的有效行程），絲杠的轉速n（平均轉速n），滾道的硬度HRC及絲杠的運轉情況，然后按下列步驟進行設計。
1、 計算作用在滾珠絲杠上的最大動負載Ca的數(shù)值。
2、 從滾珠絲杠設計標準中，找出相應尺寸系列對應的最大動載荷Ca的相近值，并初選型號。
3、 根據(jù)具體工作要求，對于結果尺寸、循環(huán)方式、調隙方法及傳動效率等方面的要求，從初選的幾個型號中再挑選出比較合適的公稱直徑d0、導程L0、滾珠列數(shù)k、滾珠圈數(shù)j等確定某一型號。
4、 根據(jù)所選出的型號，列出（或算出）其主要參數(shù)的數(shù)值；驗算其剛度及穩(wěn)定性系數(shù)是否滿足要求。若不滿足要求，則需要另選其它型號，再做上述的計算和驗算直至滿足要求為止。
3.7.1確定滾珠絲杠的支承方式：
一、
滾珠絲杠常用的支承方式見下圖。
圖a為一端軸向固定一端自由，常用于短絲杠和豎直安裝的絲杠。圖為一端固定一端簡支，常用于較長的臥式安裝絲杠。圖c為兩端固定，常用于長絲杠或高轉速、要求高速精度、高剛度的地方。這種方式還可以預拉伸。這種安裝方式雖優(yōu)點顯著，但工藝比較困難。
滾珠絲杠都用滾動軸承支承?？捎玫臐L動軸承種類很多。從目前情況看來，本課題可選用角接觸球軸承：
這種軸承可以組配。( a )圖為一對背靠背，( b )圖為一以面對面。都承受兩個方向的載荷。由于螺母（固定在床鞍上）與絲杠（固定在床鞍上）與絲杠（固定在床身上）的同軸度難免有某些誤差，希望軸承有一定的自動調心作用。面對面組配時，兩接觸線與軸線交點之間的距離比背靠背時小，調心較易。所以絲杠軸承面對面配用得比較多。
這種軸承是在預加載荷的條件下組配的。背靠背組配時，內(nèi)圈端面各磨去δ裝配時壓緊內(nèi)圈。就可施加預加載荷。
簡支端常用深溝球軸承，不預緊。
本課題設計采用的是角接觸球軸承，原因在于：
1.橫向進給系統(tǒng)既承受縱向的力，又要承受橫向進給力，考慮到系統(tǒng)受力情況；
2. 為了保證加工精度，橫向進給系統(tǒng)的運動軌跡范圍決定了采用角接觸球軸承。
3.7.2滾珠絲杠副額定載荷：
（1）額定動載荷Ca
即在一組有相同參數(shù)的滾珠死杠副中，把90%達到10轉而不發(fā)生疲勞剝傷
所能承受的純軸向載荷稱為額定動載，以Ca表示。
（2）額定靜載荷Cao:
在滾珠絲杠副靜止（或轉速〈10r/min〉狀態(tài)下，承受最大接觸應力的滾珠和滾道接觸面的塑性變形量只和為滾珠直徑0.00001倍時的軸向載荷，稱為額定靜載荷，以Cao表示。
3.7.3滾珠絲杠幅主要參數(shù)的確定：
（1）按預期壽命Ln及軸向載荷Fa進行選擇：
Ln=(Ca/Fa)×10（轉）[1] （3-1）
一般情況下，F(xiàn)a可以用平均載荷Fm予以代替：
Fm= [1] （3-2）
式中；Ln為預期設計壽命，
Fmax為最大軸向載荷，
Fmin為最小軸向載荷。
對于機床Ln通常取Ln=20×10（轉）
則：Ca=Fm:2.71Fm [1] （3-3）
本課題設計的要求，系統(tǒng)最大進給力為2750N，橫向進給為一半即1375N，所以得：
Fmax=680N（經(jīng)驗值）
Fmin=35%Fmax =238N
所以Fm==537.7N
故：Ca=2.71Fm=2.71×237.7=644.2N
(2)按承受的最大軸向力Fmax確定參數(shù)計算靜負荷Cmo：
Cmo=KKFmax
即CmoCmo=1.5×2×680=2062.5N
故；絲杠的額定動載荷Ca≥644.2N
絲杠的額定靜載荷Ca>2062.5N
選擇：代號為2505-4型的滾珠絲杠，其基本直徑25mm，大徑24.5mm
基本導程5mm
3.7.4對選定的滾珠絲杠幅參數(shù)進行核算：
（1）最大軸向壓縮載荷F
滾珠絲杠受壓力作用后，在彈性范圍內(nèi)的臨界穩(wěn)定載荷Fc由下式計算：
Fc= [4] （3-4）
式中：m=20×10（N/mm）
dc為公稱直徑（mm）.
d為滾珠直徑（mm）
Ls為絲杠軸的支撐距離（mm）
則： 水平安置時[n]=4
[n]—許用穩(wěn)定安全系數(shù)
F
即F為最大載向壓縮載荷>Fa
(2). 極限轉速的計算為使絲杠副在高速運轉時不發(fā)生共振現(xiàn)象，應對其極限轉速進行核算。當絲杠發(fā)生共振時轉速稱為臨界轉速，以Nc表示：
Nc=121 [4] （3-5）
式中：為公稱直徑；
d為滾珠直徑
為支承結構系數(shù)
K=2.5
極限轉速n滿足：
n < 0.8Nc
Nc=121x10(20-3.175)
（3）滾珠絲杠副的預加副載
為了消除螺母間隙，提高滾珠絲杠副的剛性，與定位精度，在絲杠和螺母
間施加預加載荷Fp，其預加載荷大小為：
Fp＝Fmax/3＝229N[4] （3-6）
（4） 滾珠絲杠副的剛度
滾珠絲杠副的剛度K：
式中： K為滾珠絲杠副的剛度；
K j為滾珠的軸向接觸剛度；
K1為螺母的安裝剛度；
Kg 為絲杠軸的安裝剛度
當有預加負荷Fp且為額定動載荷的1/10時，Kj可近似的以下式表示：
[4] （3-7）
式中：F為軸向工作載荷（N）
db為滾珠直徑，（mm）
Z＝Z’×圈數(shù)×列數(shù)
Z’為一圈滾珠數(shù)
內(nèi)循環(huán) Z’=d0/db-(3～5)粒
d0為公稱直徑 210為滾子數(shù)
∴Kj＝0.54＝5.2×103 N/μm
、螺母支撐剛度K1：
K1＝[5] （3-8）
其中：A為螺母橫截面積
E＝2.1×105
Ln為螺母支承面至有效滾延間的長度
A＝0.4×103 mm2
故，K1＝（0.4×103×2.1×105）/（1000×103）＝0.85×103（N/μm）
、絲杠軸的支承剛性Kg
當采用圖示的支承方式：
Kg==(A*E)/（1546×108）＝0.7×103（N/μm）[10] （3-9）
滾珠絲杠副的剛度K：
因為：
所以K=1/( )=2.3×103 （N/μm）
（5）驅動力矩及驅動功率
使絲杠旋轉運動所需驅動力矩：
Ma＝（F×Ph）/（2000×π×η ） (N.m) [10] （3-10）
公稱導程Ph＝2.5mm
η＝0.9
所以Ma＝0.61N.m
由預緊力所產(chǎn)生的摩擦力矩
Mf＝K× （N.m）[10] （3-11）
Mf=2.3×103×N.m
總驅動力矩：M＝Ma＋Mf
M=Ma+Mf=0.63N.m[10] （3-12）
所需功率
W＝ （Kw）[1] （3-13）
W=
式中：F為軸向載荷
Ph為公稱直徑
η為效率
3.7.5滾珠絲杠與伺服電動機的聯(lián)接
滾珠絲可通過齒輪副或步齒形帶與伺服電機相接；也可通過聯(lián)軸節(jié)與伺服電動機直接聯(lián)接。
為了消除絲杠與電機軸之間的同軸度和垂直誤差，可用撓性聯(lián)軸節(jié)或波紋管聯(lián)軸節(jié)。一般為撓性聯(lián)軸節(jié)。柔性片分別用螺釘和球面墊圈與兩邊的聯(lián)軸套相聯(lián)。通過柔性片傳遞力矩。柔性片由不銹鋼制成，每片厚0.25mm。這種聯(lián)軸節(jié)已由專門工廠生產(chǎn)，其性能尺寸見《機床設計手冊》第3冊P496。
伺服電動機有直流和交流兩類。直流伺服電動機開發(fā)較早。交流伺服電動機國外于70年代末期開始應用于數(shù)控機床。由于交流伺服電動機沒有電刷，因此壽命長，允許的轉速高，還適當宜于易燃易爆的環(huán)境中使用。交流伺服電動機發(fā)展得快，在國外已基本上取代了直流伺服電動機。在我國，交流服電動機也已采用，直流伺服電動機仍有應用仍較多。
伺服控制系統(tǒng)一般都是閉環(huán)或半閉環(huán)控制系統(tǒng)：
圖中給出了典型的伺服控制系統(tǒng)的框圖。這是一個三環(huán)控制系統(tǒng)，外環(huán)是位置控制環(huán)，是決定系統(tǒng)主要性質的基本控制環(huán)，它決定著系統(tǒng)的位置控制精度；速度控制環(huán)用于實現(xiàn)速度的調節(jié)和速度控制精度；電壓控制環(huán)可實現(xiàn)對伺服放大器的電壓控制。
半閉環(huán)控制：
半閉環(huán)控制系統(tǒng)不但有前向的指令控制通道，而且有檢測元件輸出的反饋控制通道，而檢測元件是安裝在絲杠軸或電機軸上的，檢測同角位移后，推算出工作臺的實際位移。以偏差值實現(xiàn)位置控制。此系統(tǒng)由于檢測元件檢測的反饋信號不包含從旋轉軸到工作臺之間的傳動鏈的誤差，這部分誤差將不能被自動補償。因此這種由等效反饋信號組成的控制系統(tǒng)為半閉環(huán)控制系統(tǒng)。
閉環(huán)控制：
閉環(huán)控制與半閉環(huán)控制其組成原理及控制方法基本相同。在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，要求以工作臺（或刀架）的最終控制輸出作為反饋信號，即要求測量元件安裝在工作臺上，而不是安裝在絲杠或電機軸上。但因直接測量工作臺的實際位移，需配備如光柵、磁柵或感應同步器等安裝和維修要求都比較高的位置檢測元件，這使整個系統(tǒng)的價格提高。由于閉環(huán)控制能對整個系統(tǒng)誤差進行自動補償，因此，其精度比半閉環(huán)控制要高，精度取決于位置檢測元件的測量精度。總之，這種控制方式的優(yōu)點是精度高、速度快，但調試和維修比較復雜。
4.結構設計
通過以上的參數(shù)設計，確定了剝殼機的功率、轉速、裝載量等參數(shù)，從而可以用來選擇電動機、減速器、聯(lián)軸器等零部件。再依據(jù)第二章的總體設計，進行剝殼機具體的每個結構設計，其總裝圖如圖4-1所示。
圖4-1??剝殼機的總裝圖
4.1面板的設計
面板是剝殼機的主體，是剝殼機主要工作部件之一，椰子是在面板內(nèi)被刀具沖擊而被剝殼的。
面板工作時，除受沖擊體的靜載荷作用外，還受到椰子的沖擊作用。面板是薄壁板材，承受交變重載荷，并長期低速連續(xù)運轉。面板屬于不更換的零件，要保證工作中安全可靠，并長期連續(xù)使用，所以要求制造面板的金屬材料的強度要高，塑性要好，且應具有一定的抗沖擊性能。面板是由鋼板制作成的，要求可焊性要好。因此，一般用于制造面板的材料是普通結構鋼板235Q，它的強度、塑性、可焊性都能滿足這些要求。還可選用鍋爐鋼板20g和20號優(yōu)質結構鋼。由于我國低合金高強度剛的迅速發(fā)展，近年來新設計的大型剝殼機的面板多采用Mn16鋼板制造，其彈性強度極限ss比235Q約高50%，耐蝕能力也比235Q高50%，沖擊韌性比235Q高。而且Mn16還具有良好的切削加工性、可焊性、耐磨性和耐疲勞性。所以，采用Mn16作為制造面板材料。
面板上那個開多個螺紋孔，用于刀具的安裝。如圖：
4.2刀具的選擇
切削加工時利用刀具切除被加工物品而獲得需要部分的加工方法，它是機械制造業(yè)中最基本的方法。而在切削加工中，刀具是必不可少的一部分，而刀具材料的選擇更是重要的一部分。
椰殼纖維主要由纖維素、木質素、半纖維素以及果膠物質等組成，其中纖維素含量占46% ~63%，木質素31% ~36% ，半纖維素0．15%~0．25%，果膠3% ~4%以及其他雜糖、礦物質類等。椰殼纖維中纖維素含量較高，半纖維索含量很少，纖維具有優(yōu)良的力學性能，耐濕性、耐熱性也比較優(yōu)異。
所以刀具選擇45#，表面鍍鉻。刀具如下圖：
5.主要零部件的強度計算
5.1滾動軸承的校核
滾動軸承依靠其主要元件間的滾動接觸來支承轉動或擺動零件，其相對運動表面間的摩擦是滾動摩擦。
圖9-1 滾動軸承的基本結構
滾動軸承的基本結構如圖9-1所示，它由下列零件組成：
(1)帶有滾道的內(nèi)圈1和外圈2；
(2)滾動體(球或滾子)3；
(3)隔開并導引滾動體的保持架4。
有些軸承可以少用一個套圈(內(nèi)圈或外圈)，或者內(nèi)、外兩個套圈都不用，滾動體直接沿滾道滾動。
內(nèi)圈裝在軸頸上，外圈裝在軸承座中。通常內(nèi)圈隨軸回轉，外圈固定，但也有外圈回轉而內(nèi)圈不動，或是內(nèi)、外圈同時回轉的場合。
常用的滾動體有球、圓柱滾子、滾針、圓錐滾子、球面滾子、非對稱球面滾子等幾種，如圖9-2所示。軸承內(nèi)、外圈上的滾道，有限制滾動體側向位移的作用。
圖9-2 常用的滾動體
與滑動軸承相比，滾動軸承的主要優(yōu)點為：
1、摩擦力矩和發(fā)熱較小。在通常的速度范圍內(nèi)，摩擦力矩很少隨速度而改變。起動轉矩比滑動軸承要低得多(比后者小80～90%)；
2、維護比較方便，潤滑劑消耗較小；
3、軸承單位寬度的承載能力較大；
4、大大地減少有色金屬的消耗。
滾動軸承的缺點是：
徑向外廓尺寸比滑動軸承大；接觸應力高，承受沖擊載荷能力較差，高速重負荷下壽命較低；小批生產(chǎn)特殊的滾動軸承時成本較高；減振能力比滑動軸承低。
軸承是支承軸的零件，其功用有兩個：支承軸及軸上零件，并保持軸的旋轉精度；減輕轉軸與支承之間的摩擦和磨損。
與滑動軸承相比，滾動軸承具有啟動靈活、摩擦阻力小、效率高、潤滑簡便及易于互換等優(yōu)點，所以應用廣泛。它的缺點是抗沖擊能力差，高速時有噪聲，工作壽命也不及液體摩擦滑動軸承。
由于轉速較高，軸向力又比較小，故選用深溝球軸承。下面以高速級軸為例初選軸承型號為6204，具體結構圖如下。
，
Fa/Fr=198/318=0.623＞e
查表利用插值法得： e=0.204，則有
>e 則有X=0.56，利用插值法：Y=2.16
由公式P=(X+Y)可得
P=1.2×（0.56318+2.16198）=726.912
由公式h〉12000h
所以滿足要求。即高速級選用6204型號的軸承
5.2滑動軸承的校核
滑動軸承的選擇分析
（1）滑動軸承根據(jù)摩擦狀態(tài)不同可分為非液體潤滑軸承和完全液體潤滑受軸承。完全液體潤滑軸承又分為動壓潤滑軸承與靜壓潤滑軸承。工程上大多用非液體潤滑軸承?；瑒虞S承有多種結構型式：整體式、剖分式、自動調心式等。由于滑動軸承本身有一些獨特的優(yōu)勢，適用于一些特殊的場合，如高速、重載、高精。
（2）軸承材料和軸瓦結構對滑動軸承的性能影響較大，應綜合考慮多方面因素選定軸承材料和軸瓦結構。
（3）非液體摩擦滑動軸承計算和校核時，限制壓強p，以保證潤滑油膜不被破壞；限制pv值，以保證軸承溫升不至于太高，因為，溫度太高，容易引起邊界油膜的破裂。
（4）根據(jù)流體動壓潤滑的形成原理設計出的動壓潤滑滑動軸承，主要用于連續(xù)高速運轉的場合。
本次設計選擇40X30X20mm尺寸的滑動軸承，材料為錫青銅。
5.3軸的校核
對減速器與聯(lián)軸器之間的連接軸進行校核。
校核軸的強度
(1) 計算支反力。
在垂直面上
在水平面上
軸的彎矩和扭矩
軸的扭矩與彎矩圖如下：力的單位（N），扭矩（N.M）
校核軸的強度
從軸的結構圖以及彎矩和扭矩圖可以看出小齒輪所在截面為危險截面。先將計算出的截面處的值列于下表：
載 荷
水平面H
垂直面V
支反力 F
彎矩 M
總彎矩
扭矩 T
按第三強度理論,計算應力
式1
通常用由彎矩產(chǎn)生的彎曲應力是對稱循環(huán)應力,而由扭矩產(chǎn)生的扭轉切應力則常常不是對稱循環(huán)變應力.為了考慮兩者循環(huán)特性的不同影響,引入折合系數(shù),則計算應力為
式2
扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，取
對于直徑為d的圓軸，彎曲應力為,扭轉應力為，將和代入式2，則軸的彎扭合成強度條件為
，
，
前已選定軸的材料為45鋼，調質處理，由表15-1查得。因此，故安全。
5.4 鍵連接的選擇及校核
齒輪
鍵寬鍵高
鍵長
聯(lián)軸器左端
108
32
聯(lián)軸器有段
108
40
聯(lián)軸器左端鍵的校核
（1）鍵的類型及尺寸
選用 A型
（2）強度校核
l = L-b= 32-10=22mm k = 0.5h = 4mm
鍵安全適用
聯(lián)軸器左端鍵的校核
（1）鍵的類型及尺寸
選用 A型
（2）強度校核
l = L-b= 43-10=33mm k = 0.5h = 4mm
鍵安全適用
6、結 論
本研究針對椰子基本物性的測量與分析，進而規(guī)劃設計剝殼機構并加以測試，獲得以下結論：以椰子基本物性分析顯示中粒果平均汁液含量比大與小粒果多8.1~11.1%；果肉平均含量亦比大粒果多4.3%，與小粒果比較少0.4%但差異圖11 椰子剝殼機械示意圖Fig.11 The shell machine for coconut圖12 刀具角度與剝殼率之間變化Fig.12 The relationship between the angle of the cutter set and the shelling rate32 農(nóng)業(yè)機械學刊 第15卷第3期 2006年9月不大，至于可作為栽培介質之中外果皮纖維含量三者亦相當接近，因此若以利用率或經(jīng)濟性
而言選擇中粒果較佳。椰子存放10天期間測試其含水率變化情形觀之，中果皮水份下降趨勢變化較小，顯示其保水性相當好，若作為農(nóng)園作物栽培利用介質實為相當良好之質材。若以10天為基準測試果皮破壞力，發(fā)現(xiàn)外果皮破壞力隨著含水率下降有逐漸增大現(xiàn)象；中果皮破壞力與含水率多寡則無直接關系，但與纖維條數(shù)、厚度有密切關系。依物性分析結果所設計以拉扯方式破壞椰皮確實需較大的作用力，且容易將硬殼破壞造成汁液外溢，若以盤刀切削方式進行椰皮的破壞則可得到較佳的剝除效果，盤刀角度在18°時剝殼率最高可達57.3％，所剝除椰皮成細屑或條狀，可直接作栽培介質或其他用途，不需再作二次粉碎。
本次設計是對我的四年的大學生活做出的總結,同時為將來工作進行了一次適應性訓練，從中鍛煉自己解分析問題、解決問題的能力，為今后自己的研究生生活打下一個良好的基礎。
從這次設計也可以看出一些問題:
1.心態(tài):應該保持認真的態(tài)度,堅持冷靜獨
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