1、 機械設計制造及其自動化專業專業綜合課程設計設計計算說明書題 目： 蓮子剝殼機部分設計 姓 名： 祖 恒 旭 學 號： 162540054 年 級： 12級機械設計制造及其自動化 指導教師： 白 曉 虎 成 績： 完成日期： 2016 年 03 月 30 日目 錄一、設計目的與意義31.1蓮子剝殼傳統工藝方法31.2蓮子剝殼機械加工方法及現狀31.2.1擠壓式蓮子剝殼機31.2.2摩擦式蓮子剝殼機41.2.3撕搓式蓮子剝殼機41.2.4沖擊式蓮子剝殼機4二、蓮子剝殼機總體設計52.1蓮子幾何特征及其力學特性52.2 剝殼機的機架材質選取62.3 剝殼機的基本結構設計7三、蓮子剝殼機工作部件設計

2、73.1輪盤的結構設計73.2傳動軸的設計83.2.1 軸的材料選取93.2.2 軸的最小徑計算93.2.3 軸徑與軸長93.2.4 軸的強度校核9四、總結114.1 結論綜述114.2 存在的不足114.3 蓮子剝殼機的技術發展趨勢11五、參考文獻12一、設計目的與意義1.1蓮子剝殼傳統工藝方法蓮子按加工方法可分為硬殼蓮加工成肉蓮和鮮蓮加工成通心白蓮兩種。(1) 硬殼蓮手工加工方法：用一把鐮刀和一個直徑20-25cm高30-40cm的木墩，手捏殼蓮的一端，用鐮刀在2/5處割2-3刀一撇，掉頭仍在2/5出用同樣的方法割一刀，最后將剩下殼環帶，割一刀一撇，即完成一顆殼蓮的加工。一個熟練的勞動者，

3、從早到晚可砍殼蓮5Kg。這種加工方法原在湖北、湖南省普遍應用。用三把小尖刀裝在一個圓鋼管內，刃口形成錐體空間，在殼蓮兩端，用小刀片先擠切，后扭剝脫殼，這種加工方法在湖南和湖北省荊州地區多用。廣東省中山縣為港商加工泰國硬殼蓮是將殼蓮的一端放在一個特制的螺母上，用一個皮帶沖子一敲，擠切剝殼。上海市外貿在江蘇一個加工站是用一把特制剪刀，剪切剝殼。(2) 通心白蓮手工加工方法：將鮮蓮外殼用小刀切開剝殼，用手搓去表內皮，再用1.5mm鋼針通心，當天曬干，遇陰天用木炭烘干,即成通心白蓮。1.2蓮子剝殼機械加工方法及現狀我國研究蓮子剝殼機從20世紀60年代就已經開始，湖南省農機所率先于1981年開始對蓮子剝

4、殼機進行了試驗研究，并于1983年6月鑒定且小批生產了6BR-1型蓮子剝殼機。與些同時，一些院校和科研單位也開始理論研究、實施試驗、編寫教程。直到20世紀80年代，蓮子剝殼機在我國還處于孕育期。從20世紀90年代開始，許多單位研制了多種蓮子剝殼機，型號達10多種，申報的有關專利有51項。按照剝殼機的剝殼原理，歸納起來主要有以下幾種形式。1.2.1擠壓式蓮子剝殼機擠壓式蓮子剝殼機最早的模型為雙輥式蓮子剝殼設備。設備中一輥為帶有橡膠層的旋轉圓柱體，另一與之相對轉動的輥上帶有三角形刀刃的多個盤形圓片組成。使蓮子通過兩輥的中縫時，切開蓮殼。然而幾經實驗，蓮子僅被刀刃劃破了部分外殼。由于在兩輥之間的加工

5、區較短，蓮子不可能在其中滾上一兩圈，因而使蓮殼的切破率大大降低。浙江大學的鄭傳祥教授，對于前人提出的擠壓式蓮子剝殼機原理進行了進一步的改進，從而在此基礎上設計了一種更能適應生產實際的高效蓮子剝殼機。完善了擠壓式的雙輥技術。利用高速刀具對蓮子外殼進行切割、擠壓使其脫殼，同時增加了脫殼切割的刀具數量，使其更適合機械化生產。該機型可以將蓮子按照其顆粒大小分類后進行脫殼，使蓮子生產實現在機械化的道路上向前邁進了一大步。1.2.2摩擦式蓮子剝殼機旋轉圓桶式脫殼機是比較早期的摩擦式剝殼機，其在中部旋轉軸上裝有盤形刀片，外桶固定在機架上，其內壁上襯有適當厚度的橡膠層。蓮子進入后，隨旋轉軸的帶動，在內壁與轉軸

6、的刀片中滾動，蓮殼在橡膠層的襯墊下被轉動的盤形刀片切破，然后從其夾縫中掉出。但是由于被切破的蓮殼均牢牢的粘附在蓮肉上，為使蓮殼與蓮肉分離，還得專門設計一個搓殼機。 為了克服旋轉圓桶式蓮子脫殼機固有缺陷，在其基礎上，6JD-400型蓮子剝殼機設計成三個加工段：破殼段、搓殼段及軟搓殼段。每小時每臺可加工70Kg，脫殼率平均為75以上，出蓮肉完好率平均95以上，且篩分率大于90，蓮子損害率小于4以下，但每副刀片使用56班需重磨一次。經生產實踐表明，6JD-400型蓮子剝殼機性能穩定可靠，自動化程度高，便于操作，清潔安全且經濟效益比較顯著。1.2.3撕搓式蓮子剝殼機代表機型以湖南省農機所研究的6BR-

7、1型蓮子剝殼機為例。為了保證剝殼質量，提高功效和對不同形狀蓮子的適應性，該機采用了自動送料、自動定位和組合刀頭等裝置，其結構獨特，且機子小巧輕便、使用方便、安全可靠，適于白蓮、紅蓮、東瓜蓮等多種蓮子的剝殼作業。該機采用一對刀頭從一長徑方向兩端同時切入蓮殼后再適當旋轉一定角度，撕搓蓮殼使其扭碎從而完成剝殼的方法，不僅脫殼率大為提高，而且破碎率僅在5左右。1.2.4沖擊式蓮子剝殼機臺灣嘉義大學與中興大學的黃文祿、盛中德教授研發的蓮子剝殼脫膜機子主要由供料機構、同向差速滾筒磨擦、撥桿及四只水刀噴嘴組成。該機剝殼脫膜工作原理：蓮子在同向且具差速的滾筒間滾動，并在噴嘴高壓噴頭產生的水刀作用下破膜。二、蓮

8、子剝殼機總體設計2.1蓮子幾何特征及其力學特性蓮子為小堅果。呈橢圓形、卵形或卵圓形，千粒重1100-1400克，幼果期果皮綠色，革質，后由綠轉褐色，成熟時呈棕褐色、灰褐色和黑褐色。有細縱紋和較寬的脈紋。一端中心呈乳頭狀突起，深棕色，多有裂口，其周邊略下陷。質硬，種皮薄，不易剝離。子葉2，黃白色，肥厚，中有空隙，具綠色蓮子心。無臭，味甘、微澀。蓮子形狀較規則，顆粒較為均勻，外形呈橢圓形。通過對江西廣昌縣太空蓮的測定，蓮子長軸直徑在1925mm，短軸直徑在1519mm，殼厚在0.71.0mm，其中以短徑為18mm、長徑22mm、殼厚在0.9mm左右的蓮子數量最多，占90%以上。蓮子的蓮殼和蓮衣、蓮

9、仁有一定的間隙，蓮子殼的皮層外表1/3較堅韌、其余2/3較脆，脫殼時只需將堅韌部分切開，其余部分經適當擠壓就會自然裂開，因此實現蓮子機械化剝殼時，可在蓮子短徑最大處進行環切，切割深度為蓮殼厚度的1/3，被切割的蓮子經適當的擠壓和搓滾以實現蓮殼與蓮仁的完全分離。其結構如圖1所示。 圖1 蓮子長、短徑示意2.2 剝殼機的機架材質選取在剝殼機的機架設計中，應考慮到機體本身重量和材料價格等方面的問題。在設計之初，曾考慮到用鋼材制作機架，但是這會使得機體顯得笨重，我設計的剝殼機追求的是輕便靈活，能讓蓮農們攜帶方便，隨時隨地都能使用，經過網上的查閱和老師的指導，我決定使用木材來制作機架。木材的種類比較繁多

10、，通過相關查閱，選取了十種木材來作對比，如表1所示：表1 木材種類及特性 木材種類 木材特性 紅松材質輕軟，強度適中，干燥性好，耐水、耐腐，加工、涂飾、著色、膠結性好。 白松材質輕軟，富有彈性，結構細致均勻，干燥性好，耐水、耐腐，加工、涂飾、著色膠結性好。 樺木材質略重硬，結構細，強度大，加工性、涂飾、膠合性好。 泡桐材質甚輕軟，結構粗，干燥性好，不變形，不翹裂。 椴木材質略輕軟，結構略細，有絲絹光澤，不易開裂，加工、涂飾、著色、膠結性好。不耐腐、干燥時稍有翹曲。 榆木花紋美麗，結構粗，加工性、涂飾、膠合性好，干燥性差，易開裂翹曲。 柞木材質堅硬，結構粗，強度高，加工困難，著色、涂飾性好，膠合

11、性差，易干燥，易開裂。 櫸木材質堅硬，紋理直，結構細、耐磨有光澤干燥時不易變形，加工、涂飾、膠合性較好。 楓木重量適中，結構細，加工容易，切削面光滑，涂飾、膠合性較好，干燥時有翹曲現象。 樟木重量適中，結構細，有香氣，干燥時不易變形，加工、涂飾、膠合性較好。 經過對木材結構特性和材料價格的對比，這十種木材中比較符合制造要求的是泡桐木。泡桐木材質輕軟，便于加工；干燥性好，不易變形，符合制造要求；而且價格適中，經濟實用。2.3 剝殼機的基本結構設計根據蓮子的結構特性以及力學性能，本次設計的剝殼機部分結構是由輪盤、前板、后板、驅動軸所組成。其特征是：在輪盤的輪柱面上開有橢圓弧凹槽與與以后設計的另一個

12、導向部分相結合。迫使蓮子在槽內滾動。進而設計切刀。在出口處進行切割。前板和后板的作用是固定其他零部件的外框。三、蓮子剝殼機工作部件設計剝殼機的部分工作部件主要包括輪盤和傳動軸。3.1輪盤的結構設計輪盤是帶動蓮子滾動的唯一主動部件，其帶動蓮子在通道中滾動，其截面的形狀結構對蓮子滾動調姿及切割均會產生影響，對輪盤的輪槽寬度深度形狀都有相應的要求。其結構模型如圖1所示。 1-蓮子示意；2.輪盤示意圖1輪盤結構示意 為了防止蓮子在滾動過程中左右移動，造成切割位置和角度的較大偏差，影響切割質量，槽寬應稍大于蓮子寬度，槽深接近于蓮子的半徑，同時輪槽底面貼上一層橡膠，這樣可以更好地將蓮子包裹住使其更好地滾動

13、，調整姿勢，利于切割。傳動軸的設計傳動軸是蓮子剝殼機的主要設計部件之一，他在蓮子剝殼機正常工作過程中，承擔主要轉矩、扭矩、彎矩和支撐傳動軸上的回轉零件，傳動軸的設計是很關鍵的一個步驟。它的主要功用是：一是支持軸上所安裝的回轉零件，使其有確定的工作位置；二是傳遞軸上的運動和動力。軸按照軸線形狀的不同，可以分為曲軸、直軸、軟軸和撓形軸等，根據蓮子剝殼機的結構特點和組成形狀及工作強度和環境的要求，主軸選用直軸形式傳遞，而且選用直軸中的階梯軸。如圖2圖2 軸3.2.1 軸的材料選取選用軸的材料為45號鋼，調質處理。據【機械設計手冊】礎表11-1可知=650mpa，用可知=60mpa。3.2.2 軸的最

14、小徑計算根據【機械設計手冊】 從圖中右端的直徑最小為11mm， 由【機械基礎】P209得c=118，因此取3.2.3 軸徑與軸長將左端軸徑作為d1=15mm，與輪盤配合處軸徑d2=18mm，往右d3=15mm，右端d4=11mm。各段軸長L1=12.5mm，L2=40mm，L3=12.5mm，L4=25mm。3.2.4 軸的強度校核對軸的強度進行校核時，通常只校核軸上承受最大當量彎矩的強度。由經驗公式及上面計算出的數值可得出。公式：式中：軸的抗彎截面系數，軸的許用應力，。按軸實際所受彎曲應力的循環特性，在、中選取其相應的數值，從機械設計可以查出。對于的45號鋼，許用彎曲應力四、總結4.1 結論

15、針對蓮子的物理特性和結構特點，設計了一種蓮子剝殼機，采用滾切原理，利用輪盤和刀架板的擠壓與摩擦，利用彈簧調節擠壓力，使得切割刀片能夠對蓮子的外殼進行順利、穩定、高效地切割，從而脫離傳統的手工蓮子割殼效率低、工作量大的窘境。4.2 存在的不足1、不能實現自動化加工。雖然相對純手工加工，很大程度上降低了生產成本，提高了生產效率，但是如果要實現大規模的加工生產，其生產效益和自動化水平還有待進一步的提高。2、通用性不強。我國幅員遼闊，各地區蓮子的顆粒質量水平和大小存在較大差別。且不同地區蓮子的加工工藝也不盡相同，鮮蓮子和干蓮子的差異性較大，干蓮子外殼非常堅硬，殼仁之間間隙小，蓮子抗壓強度較高，所以本機

16、不適宜切割干蓮子。而且在蓮子選取時需要分級處理，不然個體差異過大的蓮子在切割時可能會造成切傷蓮仁或沒造成有效切割而影響切割效率與脫殼率。3、達不到自動脫殼、去衣的效果。本機只能切割蓮殼而達不到自動脫殼、去衣的效果。4.3 蓮子剝殼機的技術發展趨勢蓮子剝殼機的技術發展方向大致為：進一步提高可靠性和對不同蓮子的適應性；根據用戶要求設計相應機械的生產能力；更好的實現自動化，針對新技術研制新機型，提高機器的制造質量和可靠性；進一步完善標準。發展蓮子剝殼機具有生產實際意義。應結合我國國情，在分析蓮子加工原理的基礎上，設計自動化蓮子剝殼設備，提高產量和剝殼質量，同時降低企業的生產成本，提高企業的效益，最終提升農產品競爭力。五、參考文獻1魯運江蓮子的營養價值與食療保健J蔬菜，2001(6) :37392倪學明，吳彥紅中國蓮M北京: 科學出版社，19873濮良貴，紀名剛.機械設計 M.高等教育出版社，2006，5.4鄭傳祥蓮子脫殼機