桃子去皮機設計[食品][3A0]【立式滾筒】【含CAD高清圖紙和說明書】

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工 學 院 畢 業(yè) 設 計（ 論文綜述） 題 目： 桃子去皮機設計 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： 06級(5)班 姓 名： 段開元 學 號： 2006664506 指導教師： 李 慧 日 期： 2010年6月7日 桃子去皮機設計 06機械設計制造及其自動化：段開元 指導老師： 李慧 摘要 :主要介紹了以摩擦原理為基礎的、適合食品加工工廠等場所使用的桃子去皮機的設計要點、工作原理和設備組成。桃子去皮機主要有動力部分、傳動部分、料倉和機架部分組成。通過對原始數據的分析、方案的論證比較和有關數據的分析計算，完成了桃子去皮機的總體設計計算。 關鍵詞：桃子去皮機；摩擦；去皮；傳動 1 引言 1.1 中國果蔬加工產業(yè)現狀與發(fā)展態(tài)勢 近年來，我國的果蔬加工業(yè)取得了巨大的成就，果蔬速凍食品機械在我國農產品貿易中占據了重要地位。目前，我國的果蔬加工業(yè)已具備了一定的技術水平和較大的生產規(guī)模，外向型果蔬加工產業(yè)布局已基本形成。 我國的脫水果蔬加工主要分布在東南沿海省份及寧夏、甘肅等西北地區(qū)，而果蔬罐頭、速凍果蔬加工主要分布在東南沿海地區(qū)。在濃縮汁、濃縮漿和果漿加工方面，我國的濃縮蘋果汁、番茄醬、濃縮菠蘿汁和桃漿的加工占有非常明顯的優(yōu)勢，形成非常明顯的濃縮果蔬加工帶，建立了以環(huán)渤海地區(qū)（山東、遼寧、河北）和西北黃土高原（陜西、山西、河南）兩大濃縮蘋果汁加工基地；以西北地區(qū)（、寧夏和內蒙）為主的番茄醬加工基地和以華北地區(qū)為主的桃漿加工基地；以熱帶地區(qū)（海南、云南等）為主的熱帶水果（菠蘿、芒果和香蕉）濃縮汁與濃縮漿加工基地。而直飲型果蔬及其飲料加工則形成了以北京、上海、浙江、天津和廣州等省市為主的加工基地。 果蔬汁加工領域：高效榨汁技術、高溫短時殺菌技術、無菌包裝技術、酶液化與澄清技術、膜技術等在生產中得到了廣泛應用。果蔬加工裝備，如蘋果濃縮汁和番茄醬的加工設備基本是從國外引進的最先進的設備。在直飲型果蔬汁的加工方面，中國的大企業(yè)集成了國際上最先進的技術裝備，如從瑞士、德國、意大利等著名的專業(yè)設備生產商，引進利樂、康美包、PET瓶無菌灌裝等生產線，具備了國際先進水平。 果蔬罐頭領域：低溫連續(xù)殺菌技術和連續(xù)化去囊衣技術在酸性罐頭（如橘子罐頭）中得到了廣泛應用；引進了電腦控制的新型殺菌技術，如板栗小包裝罐頭產品；包裝方面EVOH材料已經應用于罐頭生產；純乳酸菌的接種使泡菜的傳統生產工藝發(fā)生了變革，推動了泡菜工業(yè)的發(fā)展。 脫水果蔬領域：盡管常壓熱風干燥是蔬菜脫水最常用的方法，但我國能打入國際市場的高檔脫水蔬菜大都采用真空凍干技術生產。另外，微波干燥和遠紅外干燥技術也在少數企業(yè)中得到應用。我國研制的真空凍干技術設備取得了可喜的進步，一些國內知名凍干設備生產廠家的技術水平已達到國際20世紀90年代同類產品的先進水平。 速凍果蔬領域：近些年，我國的果蔬速凍工藝技術有了許多重大發(fā)展。首先是速凍果蔬的形式由整體的大包裝轉向經過加工鮮切處理后的小包裝；其次是凍結方式開始廣泛應用以空氣為介質的吹風式凍結裝置、管架凍結裝置、可連續(xù)生產的凍結裝置、流態(tài)化凍結裝置等，使凍結的溫度更加均勻，生產效益更高；第三是作為冷源的制冷裝置也有新的突破，如利用液態(tài)氮、液態(tài)二氧化碳等直接噴灑凍結，使凍結的溫度顯著降低，凍結速度大幅度提高，速凍蔬菜的質量全面提升。在速凍設備方面，我國已開發(fā)出螺旋式速凍機、流態(tài)化速凍機等設備，滿足了國內速凍行業(yè)的部分需求。 盡管我國的果蔬加工產業(yè)無論是加工能力、技術水平、裝備硬件以及國內外市場都取得了較大的進步和快速的發(fā)展，但是與國外發(fā)達國家相比仍然存在一定的差距。 我國在果蔬加工原料的選育方面取得了一定的進步，但是適合加工的果蔬品種仍然很少，制約了果蔬加工業(yè)的良性發(fā)展。例如，濃縮蘋果汁加工長期以來以鮮食品種為原料進行加工，制約了產品質量的進一步提高，產品的出口價格低，經濟效益不高。又如，在脫水果蔬及速凍果蔬方面，加工企業(yè)多數沒有自己的優(yōu)質蔬菜加工原料基地，如國際貿易中占主導地位的脫水馬鈴薯、洋蔥、胡蘿卜及速凍豌豆、馬鈴薯等大品種，我國加工量較少。 盡管高新技術在我國果蔬加工業(yè)得到了逐步應用，加工裝備水平也得到了明顯提高，但由于缺乏具有自主知識產權的核心關鍵技術與關鍵制造技術，造成了我國果蔬加工業(yè)總體加工技術與加工裝備制造技術水平偏低。 果蔬汁加工領域：無菌大罐技術、PET瓶和紙盒無菌灌裝技術、反滲透濃縮技術等沒有突破；關鍵加工設備的國產化能力差、水平低，特別是在榨汁機、膜過濾設備、蒸發(fā)器、PET瓶和紙盒無菌灌裝系統等關鍵設備的國產化方面難度大，國內難以生產能夠在設備性能方面相似的加工設備。 罐頭加工領域：加工過程中的機械化、連續(xù)化程度低，對先進技術的掌握、使用、引進、消化能力差。在泡菜產品方面，沿用老的泡漬鹽水的傳統工藝，發(fā)酵質量不穩(wěn)定，發(fā)酵周期相對較長，生產力低下，難以實現大規(guī)模及標準化工業(yè)生產。 脫水果蔬加工領域：目前我國生產脫水蔬菜大多仍采用熱風干燥技術，設備則為各種隧道式干燥機，而國際上發(fā)達國家基本上不再采用隧道式干燥機，而常用效率較高、溫度控制較好的托盤式干燥機、多級輸送帶式干燥機和滾筒干燥機。在噴霧干燥設備方面，我國研發(fā)的干燥塔的體積蒸發(fā)強度和國外同類產品的體積蒸發(fā)強度相比差距很大。 果蔬速凍加工領域：我國果蔬速凍工業(yè)，在加工機理和工藝方面的研究不足。尤其值得注意的是，國外在深溫速凍對物料的影響方面，已有較深入的研究，對一些典型物料“玻璃態(tài)”溫度的研究通過建立數據庫，已轉入實用階段。解凍技術對速凍蔬菜食用質量有重要影響，在發(fā)達國家，隨著一些新技術逐漸應用于冷凍食品的解凍，對微波解凍、歐姆解凍、遠紅外解凍等機理研究和技術開發(fā)較為熱門。在速凍設備方面，目前國產速凍設備仍以傳統的壓縮制冷機為冷源，其制冷效率有很大限制，要達到深冷就比較困難。國外發(fā)達國家為了提高制冷效率和速凍品質，大量采用新的制冷方式和新的制冷裝置。以液態(tài)氮、液態(tài)二氧化碳等直接噴灑的制冷裝置自20世紀80年代以后就逐漸運用到速凍機中，這些制冷裝置可以使溫度下降到比氨壓縮機低得多的深冷程度。 果蔬物流加工領域：我國在鮮切果蔬技術研究方面的工作才剛剛起步，如在鮮切后蔬菜的生理與營養(yǎng)變化及防褐保鮮技術方面開展了一些初步研究，但尚未形成成熟技術。在無損檢測技術方面，我國尚處于初始研究階段，與世界先進水平存在巨大差距。在整個冷鏈建設方面，預冷技術的落后已經成為制約性問題。現代果蔬流通技術與體系尚處于空白階段。目前，我國進入流通環(huán)節(jié)的蔬菜商品未實現標準化，基本上是不分等·非常高，與發(fā)達國家相比平均高20個百分點。 中國已發(fā)展成為世界果蔬和加工品的最大出口國，但很多是以半成品的形式出口，到國外后仍要進行深加工或灌裝，產品附加值較低。高附加值產品少，特別是對原料的綜合利用程度低，皮渣中果膠、果蔬天然香精、膳食纖維、色素、籽油等精深加工產品的產業(yè)化核心技術沒有突破。 更重要的是，我國果蔬加工企業(yè)的研發(fā)與創(chuàng)新能力十分薄弱，核心競爭力實質只是所謂的“低價格優(yōu)勢”。在國外，絕大部分企業(yè)都設有企業(yè)的研發(fā)部門或研發(fā)中心，進行新產品的開發(fā)，一般企業(yè)的研發(fā)費用占銷售收入2％—3％以上。但是，國內的大部分加工企業(yè)不重視產品的研發(fā)和科技投入，不注重企業(yè)人才培養(yǎng)與引進，造成企業(yè)研發(fā)人才和研發(fā)設施缺乏，從而導致企業(yè)研發(fā)與創(chuàng)新能力差、技術水平落后、產品難以滿足市場需求[1]。 2 果蔬原料加工預處理工藝流程簡介 2.1原料的分級 果蔬的分級可按照不同的加工品的要求，采用不同的分級方式分級，包括大小分級、成熟度分級和色澤分級等幾種。在我國成熟度分級常用目視估測的方法進行，而大小分級是分級的主要內容，幾乎所有的加工果蔬均需大小分級，分級的方法有手工分級和機械分級。 2.2原料的清洗 果蔬原料清洗的目的在于洗去果蔬表面附著的塵土、泥沙和大量的微生物以及部分的化學農藥，保證產品的清潔衛(wèi)生，從而保證產品品質。對于農藥殘留的果蔬，洗滌時常在水中加化學洗滌劑，常用的有鹽堿地酸、醋酸，有時也用氫氧化鈉等強堿及漂白粉、高錳酸鉀等強氧化劑。果蔬清洗的方法須根據果蔬形狀、質地、表面狀態(tài)、污染程度、夾帶泥土量以及加工方法而定。主要有手工清洗和機械清洗。后者需配置滾筒式、噴淋式、壓氣式、漿葉式等設備[2]。 2.3果蔬的去皮 凡是果蔬原料果皮粗糙、堅硬，具有不良風味的均應去皮，以利于提高品質，只有在加工某些果脯、蜜餞、果汁和果酒時，因要打漿和壓榨，才不用去皮，果蔬去皮方法如下： （1）手工去皮:用特別的刀、刨等工具人工削皮，去皮干凈、損失少，但勞動效率低。 （2）機械去皮:主要用于比較常規(guī)的果蔬原料。 （3）堿液去皮:利用堿液的強腐蝕性來使蔬菜表面中膠層溶解，從而使果皮分離。堿液去皮常使用氫氧化鈉，腐蝕性強且廉價。堿液去皮時堿液的濃度、處理時間和堿液溫度，應視不同果蔬原料種類、成熟度、大小而定。堿液濃度提高、處理時間長和溫度高都會增加皮層的松離及腐蝕程度。經堿液處理后的果蔬必須立即在冷水中浸泡、清洗、反復換水直至表面無膩感，口感無堿味為止[2]。 （4）熱力去皮:果蔬用短時間高溫處理后，使表皮迅速升溫，果皮膨脹破裂，與內部果肉組織分離，然后迅速冷卻去皮，適合于成熟度高的桃、李、杏等。熱去皮的熱源主要有蒸汽和熱水。此法原料損失少，色澤好，風味好。 （5）酶法去皮:在果膠酶的作用下，達到去皮目的。需要控制酶的最佳作用條件如溫度、時間、PH值等。 （6）冷凍去皮:將果蔬在冷凍裝置中冷至達到輕度表面冷凍，然后解凍，使皮松弛后去皮，此法質量好但費用高。 （7）真空去皮:將成熟的果蔬先行加熱，使其升溫后果皮和果肉分離，接著進入有一定真空度的真空室內，適當處理，使果皮下的液體迅速“沸騰”，皮與肉分離，然后破除真空，沖洗或攪動去皮。 2.4果蔬的護色 果品在加工過程中，將原料去皮、切分、破碎和空氣接觸及高溫處理，都可能促進化學變化，生成有色粉質。其中包括酶褐變和非酶褐變。都要經過相應的方式來對果品進行護色保護。 3國內外去皮設備簡介 國內外桃子去皮方法大致有三種，即機械去皮、蒸汽去皮和化學去皮，三種去皮方法的工作原理為： 機械去皮:在圓筒形容器中，依靠帶有磨料的圓盤、滾輪或依靠特制的橡膠輥在中速或高速旋轉中摩擦塊莖的表面而達到去皮目的。 蒸汽去皮:在高壓容器內，通入高壓蒸汽使塊莖表面受熱，然后打開容器蓋，突然釋放壓力，塊莖的表皮和果肉即自行分離。 化學去皮:在耐堿容器內，加入強堿溶液并加溫，后加入塊莖，經一段時間后塊莖的表皮被堿溶液腐蝕，經高壓水反復沖洗干凈后，在將塊莖放入機械去皮機中剝去表皮[3]。 3.1摩擦去皮 目前，國內主要使用機械摩擦去皮機。 如圖1所示，該機由機蓋、機筒、機座、電機、砂盤等部分組成。以電機為動力，通過減速齒輪帶動機筒底部的砂盤旋轉。塊莖加入機筒內，因其離心力和相互碰撞作用，在機筒內上、下、左、右翻動，表面被砂盤均勻的摩蝕，去皮結束時加入清水，再打開側門，塊莖從側門自動排出，皮屑隨水流從砂盤的周圍間隙排出，該機為間歇生產[4]。 3.2蒸煮裝置 國內食品加工業(yè)使用的連續(xù)式鏈帶蒸煮機和高壓蒸煮鍋，機體龐大，結構復雜，造價昂貴，小型果蔬原料食品加工廠引進使用有一定困難。在實際生產中，對馬鈴薯片的蒸煮要求并不高，使用自制的蒸煮裝置完全可以滿足要求。 圖為一般食堂、飯店常用的蒸煮裝置結構示意圖。 在一個大型蒸煮容器內鋪設軌道，道軌通到容器大門外切片機附近。道軌上置放平板小車，小車上裝有方形籠屜若干層。塊莖切片后，依次放入籠屜。待所有的籠屜子都裝滿薯片后，將小車連同籠屜推入容器中，密封大門，再通入蒸汽蒸煮。待薯片蒸熟后，打開大門，拉出小車和籠屜，取出薯片。 蒸煮容器為長方形，下部設有進氣管道和閥們，上部有排氣管。容器框架由角鋼制作，外壁由鋼板制造，并用隔熱材料涂抹保溫[3]。 3.3化學去皮裝置 在由防堿材料制成的容器中注入氫氧化鈉溶液，溶液濃度為15%—25%。加熱溶液，溫度達到87—95C，加入塊莖攪拌使溫度保持在70C左右；經過2—6分鐘，塊莖的表皮開始變松變軟；撈出塊莖，用高壓水反復沖洗，知道表面無殘留物為止。撈出的塊莖也可放入機械式去皮機中剝去表皮。 本法的優(yōu)點是對不同大小、不同形狀的塊莖適合性好，去皮快，不需要結構復雜的專門設備。缺點是沖洗塊莖需要大量清水，皮屑不能利用，排出的廢液污染環(huán)境。 由于去皮方法不同，國內外馬鈴薯、胡蘿卜去皮機械的結構形式也各不相同，去皮差異較大，去皮率大致為7%-25%，其中機械去皮率為最大，蒸汽去皮率為最小。 國內外幾種去皮設備的去皮性能比較表 機型 L離心式切屑去皮機 機械去皮機 蒸汽式去皮機 化學法去皮機 結構 簡單 復雜 復雜 簡單 對塊莖原料的要求 卵 卵圓形，芽眼淺，無傷痕 卵 卵圓形，芽眼淺，無傷痕 無要求 無要求 產品質量 表面光滑，無污染，無蒸煮層 表面光滑，無污 染，淀粉損失大 表 表面光滑，有蒸煮層，無污染 表 表面光滑，無蒸煮層，有污染 皮屑 可利用 部分利用 部分利用 不能利用 有無加熱設備 無 無 需要（150-200度） 需要（85-95度） 通過上表的比較分析以及聯系本次設計的任務要求，同時結合我國在去皮機上的實際水平考慮經濟性，達到能以最少的投資獲得較好的經濟效益，決定以機械去皮機為設計研究方案。在果蔬原料的加工預處理工藝中主要進行去皮的處理加工[5]。 參考文獻 [1]天津輕工業(yè)學院編著．食品工廠機械與設備[M]．北京輕工業(yè)出版社，1981 [2]溫詩鑄，黃平著．摩擦學原理[M]．清華大學出版社，2002 [3]張淑娟等．立式半夏去皮機的設計與研究．農機與食品機械[J]．1997年第2期 [4]王景彬等．試論國內外果蔬脫皮方法與設備．農牧與食品機械[J]，1991(2) [5]吳慶章．馬鈴薯食品加工技術．農牧與食品機械[J]，1986(3) 6 1 目 錄 摘要 2 1 引言 .2 1.1 中國果蔬加工產業(yè)現狀與發(fā)展態(tài)勢2 1.2 果蔬原料加工預處理工藝流程簡介4 1.2.1 原料的分級 .4 1.2.2 原料的清洗 .4 1.2.3 果蔬的去皮 .4 1.2.4 果蔬的護色 .5 1.3 國內外去皮設備簡介 5 2 桃子去皮機的結構設計 .6 2.1 基本結構 7 2.1.1 工作圓筒 .7 2.1.2 工作轉盤 .7 2.1.3 傳動系統 .7 2.1.4 其他 .9 2.2 工作原理 9 3 桃子去皮機的參數確定.9 3.1 物料在工作圓筒內的受力分析9 3.2 工作轉盤轉速的確定 10 3.3 去皮機功率的確定 11 3.4 選擇電動機12 3.5 整機主要參數指標 14 4 主要零件的結構設計與計算 .14 4.1V 帶輪結構設計計算 .15 4.2 傳動主軸的結構設計計算 18 4.3 軸上零件的周向定位 19 4.4 確定軸上圓角和倒角尺寸 19 4.5 滾動軸承的初步選擇 19 4.6 軸承盒蓋的設計 20 5 主要零件的校核.20 5.1 滾動軸承的壽命計算 20 5.2 軸的計算和校核 21 5.2.1 作出軸的計算簡圖 .21 5.2.2 軸的強度校核計算 .21 5.2.3 按彎扭合成應力校核軸的強度 .22 5.3 鍵的選擇及其校核 23 5.3.2 大帶輪軸鍵的選擇 .24 5.4 電控原理圖 24 6 總結.26 致謝 27 2 桃子去皮機的設計 06 機械設計制造及其自動化：段開元 指導老師： 李慧 摘要 :主要介紹了以摩擦原理為基礎的、適合食品加工工廠等場所使用的桃子去皮機的設計要點、工 作原理和設備組成。桃子去皮機主要有 動力部分、 傳動部分、料倉和機架部分組成。通過對原始數據 的分析、方案的論證比較和有關數據的分析 計算，完成了桃子去皮機的總體設計計算。 關鍵詞：桃子去皮機；摩擦；去皮；傳動 1 引言 1.1 中國果蔬加工產業(yè)現狀與發(fā)展態(tài)勢 近年來，我國的果蔬加工業(yè)取得了巨大的成就，果蔬速凍食品機械在我國農產品貿易 中占據了重要地位。目前，我國的果蔬加工業(yè)已具備了一定的技術水平和較大的生產規(guī)模， 外向型果蔬加工產業(yè)布局已基本形成。 我國的脫水果蔬加工主要分布在東南沿海省份及寧夏、甘肅等西北地區(qū)，而果蔬罐頭、 速凍果蔬加工主要分布在東南沿海地區(qū)。在濃縮汁、濃縮漿和果漿加工方面，我國的濃縮 蘋果汁、番茄醬、濃縮菠蘿汁和桃漿的加工占有非常明顯的優(yōu)勢，形成非常明顯的濃縮果 蔬加工帶，建立了以環(huán)渤海地區(qū)（山東、遼寧、河北）和西北黃土高原（陜西、山西、河 南）兩大濃縮蘋果汁加工基地；以西北地區(qū)（、寧夏和內蒙）為主的番茄醬加工基地 和以華北地區(qū)為主的桃漿加工基地；以熱帶地區(qū)（海南、云南等）為主的熱帶水果（菠蘿、 芒果和香蕉）濃縮汁與濃縮漿加工基地。而直飲型果蔬及其飲料加工則形成了以北京、上 海、浙江、天津和廣州等省市為主的加工基地。 果蔬汁加工領域：高效榨汁技術、高溫短時殺菌技術、無菌包裝技術、酶液化與澄清 技術、膜技術等在生產中得到了廣泛應用。果蔬加工裝備，如蘋果濃縮汁和番茄醬的加工 設備基本是從國外引進的最先進的設備。在直飲型果蔬汁的加工方面，中國的大企業(yè)集成 了國際上最先進的技術裝備，如從瑞士、德國、意大利等著名的專業(yè)設備生產商，引進利 樂、康美包、PET 瓶無菌灌裝等生產線，具備了國際先進水平。 果蔬罐頭領域：低溫連續(xù)殺菌技術和連續(xù)化去囊衣技術在酸性罐頭（如橘子罐頭）中 得到了廣泛應用；引進了電腦控制的新型殺菌技術，如板栗小包裝罐頭產品；包裝方面 EVOH 材料已經應用于罐頭生產；純乳酸菌的接種使泡菜的傳統生產工藝發(fā)生了變革，推動 了泡菜工業(yè)的發(fā)展。 脫水果蔬領域：盡管常壓熱風干燥是蔬菜脫水最常用的方法，但我國能打入國際市場 的高檔脫水蔬菜大都采用真空凍干技術生產。另外，微波干燥和遠紅外干燥技術也在少數 企業(yè)中得到應用。我國研制的真空凍干技術設備取得了可喜的進步，一些國內知名凍干設 備生產廠家的技術水平已達到國際 20 世紀 90 年代同類產品的先進水平。 3 速凍果蔬領域：近些年，我國的果蔬速凍工藝技術有了許多重大發(fā)展。首先是速凍果 蔬的形式由整體的大包裝轉向經過加工鮮切處理后的小包裝；其次是凍結方式開始廣泛應 用以空氣為介質的吹風式凍結裝置、管架凍結裝置、可連續(xù)生產的凍結裝置、流態(tài)化凍結 裝置等，使凍結的溫度更加均勻，生產效益更高；第三是作為冷源的制冷裝置也有新的突 破，如利用液態(tài)氮、液態(tài)二氧化碳等直接噴灑凍結，使凍結的溫度顯著降低，凍結速度大 幅度提高，速凍蔬菜的質量全面提升。在速凍設備方面，我國已開發(fā)出螺旋式速凍機、流 態(tài)化速凍機等設備，滿足了國內速凍行業(yè)的部分需求。 盡管我國的果蔬加工產業(yè)無論是加工能力、技術水平、裝備硬件以及國內外市場都取 得了較大的進步和快速的發(fā)展，但是與國外發(fā)達國家相比仍然存在一定的差距。 我國在果蔬加工原料的選育方面取得了一定的進步，但是適合加工的果蔬品種仍然很 少，制約了果蔬加工業(yè)的良性發(fā)展。例如，濃縮蘋果汁加工長期以來以鮮食品種為原料進 行加工，制約了產品質量的進一步提高，產品的出口價格低，經濟效益不高。又如，在脫 水果蔬及速凍果蔬方面，加工企業(yè)多數沒有自己的優(yōu)質蔬菜加工原料基地，如國際貿易中 占主導地位的脫水馬鈴薯、洋蔥、胡蘿卜及速凍豌豆、馬鈴薯等大品種，我國加工量較少。 盡管高新技術在我國果蔬加工業(yè)得到了逐步應用，加工裝備水平也得到了明顯提高， 但由于缺乏具有自主知識產權的核心關鍵技術與關鍵制造技術，造成了我國果蔬加工業(yè)總 體加工技術與加工裝備制造技術水平偏低。 果蔬汁加工領域：無菌大罐技術、PET 瓶和紙盒無菌灌裝技術、反滲透濃縮技術等沒 有突破；關鍵加工設備的國產化能力差、水平低，特別是在榨汁機、膜過濾設備、蒸發(fā)器、 PET 瓶和紙盒無菌灌裝系統等關鍵設備的國產化方面難度大，國內難以生產能夠在設備性 能方面相似的加工設備。 罐頭加工領域：加工過程中的機械化、連續(xù)化程度低，對先進技術的掌握、使用、引 進、消化能力差。在泡菜產品方面，沿用老的泡漬鹽水的傳統工藝，發(fā)酵質量不穩(wěn)定，發(fā) 酵周期相對較長，生產力低下，難以實現大規(guī)模及標準化工業(yè)生產。 脫水果蔬加工領域：目前我國生產脫水蔬菜大多仍采用熱風干燥技術，設備則為各種 隧道式干燥機，而國際上發(fā)達國家基本上不再采用隧道式干燥機，而常用效率較高、溫度 控制較好的托盤式干燥機、多級輸送帶式干燥機和滾筒干燥機。在噴霧干燥設備方面，我 國研發(fā)的干燥塔的體積蒸發(fā)強度和國外同類產品的體積蒸發(fā)強度相比差距很大。 果蔬速凍加工領域：我國果蔬速凍工業(yè)，在加工機理和工藝方面的研究不足。尤其值 得注意的是，國外在深溫速凍對物料的影響方面，已有較深入的研究，對一些典型物料 “玻璃態(tài)”溫度的研究通過建立數據庫，已轉入實用階段。解凍技術對速凍蔬菜食用質量 有重要影響，在發(fā)達國家，隨著一些新技術逐漸應用于冷凍食品的解凍，對微波解凍、歐 姆解凍、遠紅外解凍等機理研究和技術開發(fā)較為熱門。在速凍設備方面，目前國產速凍設 備仍以傳統的壓縮制冷機為冷源，其制冷效率有很大限制，要達到深冷就比較困難。國外 發(fā)達國家為了提高制冷效率和速凍品質，大量采用新的制冷方式和新的制冷裝置。以液態(tài) 4 氮、液態(tài)二氧化碳等直接噴灑的制冷裝置自 20 世紀 80 年代以后就逐漸運用到速凍機中， 這些制冷裝置可以使溫度下降到比氨壓縮機低得多的深冷程度。 果蔬物流加工領域：我國在鮮切果蔬技術研究方面的工作才剛剛起步，如在鮮切后蔬 菜的生理與營養(yǎng)變化及防褐保鮮技術方面開展了一些初步研究，但尚未形成成熟技術。在 無損檢測技術方面，我國尚處于初始研究階段，與世界先進水平存在巨大差距。在整個冷 鏈建設方面，預冷技術的落后已經成為制約性問題。現代果蔬流通技術與體系尚處于空白 階段。目前，我國進入流通環(huán)節(jié)的蔬菜商品未實現標準化，基本上是不分等·非常高，與 發(fā)達國家相比平均高 20 個百分點。 中國已發(fā)展成為世界果蔬和加工品的最大出口國，但很多是以半成品的形式出口，到 國外后仍要進行深加工或灌裝，產品附加值較低。高附加值產品少，特別是對原料的綜合 利用程度低，皮渣中果膠、果蔬天然香精、膳食纖維、色素、籽油等精深加工產品的產業(yè) 化核心技術沒有突破。 更重要的是，我國果蔬加工企業(yè)的研發(fā)與創(chuàng)新能力十分薄弱，核心競爭力實質只是所 謂的“低價格優(yōu)勢” 。在國外，絕大部分企業(yè)都設有企業(yè)的研發(fā)部門或研發(fā)中心，進行新產 品的開發(fā)，一般企業(yè)的研發(fā)費用占銷售收入 2％—3％以上。但是，國內的大部分加工企業(yè) 不重視產品的研發(fā)和科技投入，不注重企業(yè)人才培養(yǎng)與引進，造成企業(yè)研發(fā)人才和研發(fā)設 施缺乏，從而導致企業(yè)研發(fā)與創(chuàng)新能力差、技術水平落后、產品難以滿足市場需求。 1.2 果蔬原料加工預處理工藝流程簡介 1.2.1 原料的分級 果蔬的分級可按照不同的加工品的要求，采用不同的分級方式分級，包括大小分級、 成熟度分級和色澤分級等幾種。在我國成熟度分級常用目視估測的方法進行，而大小分級 是分級的主要內容，幾乎所有的加工果蔬均需大小分級，分級的方法有手工分級和機械分 級。 1.2.2 原料的清洗 果蔬原料清洗的目的在于洗去果蔬表面附著的塵土、泥沙和大量的微生物以及部分的 化學農藥，保證產品的清潔衛(wèi)生，從而保證產品品質。對于農藥殘留的果蔬，洗滌時常在 水中加化學洗滌劑，常用的有鹽堿地酸、醋酸，有時也用氫氧化鈉等強堿及漂白粉、高錳 酸鉀等強氧化劑。果蔬清洗的方法須根據果蔬形狀、質地、表面狀態(tài)、污染程度、夾帶泥 土量以及加工方法而定。主要有手工清洗和機械清洗。后者需配置滾筒式、噴淋式、壓氣 式、漿葉式等設備。 1.2.3 果蔬的去皮 凡是果蔬原料果皮粗糙、堅硬，具有不良風味的均應去皮，以利于提高品質，只有在 加工某些果脯、蜜餞、果汁和果酒時，因要打漿和壓榨，才不用去皮，果蔬去皮方法如下： （1）手工去皮:用特別的刀、刨等工具人工削皮，去皮干凈、損失少，但勞動效率低。 5 （2）機械去皮:主要用于比較常規(guī)的果蔬原料。 （3）堿液去皮:利用堿液的強腐蝕性來使蔬菜表面中膠層溶解，從而使果皮分離。堿 液去皮常使用氫氧化鈉，腐蝕性強且廉價。堿液去皮時堿液的濃度、處理時間和堿液溫度， 應視不同果蔬原料種類、成熟度、大小而定。堿液濃度提高、處理時間長和溫度高都會增 加皮層的松離及腐蝕程度。經堿液處理后的果蔬必須立即在冷水中浸泡、清洗、反復換水 直至表面無膩感，口感無堿味為止。 （4）熱力去皮:果蔬用短時間高溫處理后，使表皮迅速升溫，果皮膨脹破裂，與內部 果肉組織分離，然后迅速冷卻去皮，適合于成熟度高的桃、李、杏等。熱去皮的熱源主要 有蒸汽和熱水。此法原料損失少，色澤好，風味好。 （5）酶法去皮:在果膠酶的作用下，達到去皮目的。需要控制酶的最佳作用條件如溫 度、時間、PH 值等。 （6）冷凍去皮:將果蔬在冷凍裝置中冷至達到輕度表面冷凍，然后解凍，使皮松弛后 去皮，此法質量好但費用高。 （7）真空去皮:將成熟的果蔬先行加熱，使其升溫后果皮和果肉分離，接著進入有一 定真空度的真空室內，適當處理，使果皮下的液體迅速“沸騰” ，皮與肉分離，然后破除真 空，沖洗或攪動去皮。 1.2.4 果蔬的護色 果品在加工過程中，將原料去皮、切分、破碎和空氣接觸及高溫處理，都可能促進化 學變化，生成有色粉質。其中包括酶褐變和非酶褐變。都要經過相應的方式來對果品進行 護色保護。 1.3 國內外去皮設備簡介 國內外桃子去皮方法大致有三種，即機械去皮、蒸汽去皮和化學去皮，三種去皮方法 的工作原理為： 機械去皮:在圓筒形容器中，依靠帶有磨料的圓盤、滾輪或依靠特制的橡膠輥在中速或 高速旋轉中摩擦塊莖的表面而達到去皮目的。 蒸汽去皮:在高壓容器內，通入高壓蒸汽使塊莖表面受熱，然后打開容器蓋，突然釋放 壓力，塊莖的表皮和果肉即自行分離。 化學去皮:在耐堿容器內，加入強堿溶液并加溫，后加入塊莖，經一段時間后塊莖的表 皮被堿溶液腐蝕，經高壓水反復沖洗干凈后，在將塊莖放入機械去皮機中剝去表皮。 1.3.1 摩擦去皮 目前，國內主要使用機械摩擦去皮機。 如圖 1 所示，該機由機蓋、機筒、機座、電機、砂盤等部分組成。以電機為動力，通 過減速齒輪帶動機筒底部的砂盤旋轉。塊莖加入機筒內，因其離心力和相互碰撞作用，在 機筒內上、下、左、右翻動，表面被砂盤均勻的摩蝕，去皮結束時加入清水，再打開側門， 塊莖從側門自動排出，皮屑隨水流從砂盤的周圍間隙排出，該機為間歇生產。 1.3.2 蒸煮裝置 6 國內食品加工業(yè)使用的連續(xù)式鏈帶蒸煮機和高壓蒸煮鍋，機體龐大，結構復雜，造價 昂貴，小型果蔬原料食品加工廠引進使用有一定困難。在實際生產中，對馬鈴薯片的蒸煮 要求并不高，使用自制的蒸煮裝置完全可以滿足要求。 圖為一般食堂、飯店常用的蒸煮裝置結構示意圖。 在一個大型蒸煮容器內鋪設軌道，道軌通到容器大門外切片機附近。道軌上置放平板 小車，小車上裝有方形籠屜若干層。塊莖切片后，依次放入籠屜。待所有的籠屜子都裝滿 薯片后，將小車連同籠屜推入容器中，密封大門，再通入蒸汽蒸煮。待薯片蒸熟后，打開 大門，拉出小車和籠屜，取出薯片。 蒸煮容器為長方形，下部設有進氣管道和閥們，上部有排氣管。容器框架由角鋼制作， 外壁由鋼板制造，并用隔熱材料涂抹保溫。 1.3.3 化學去皮裝置 在由防堿材料制成的容器中注入氫氧化鈉溶液，溶液濃度為 15%—25%。加熱溶液，溫 度達到 87—95 C，加入塊莖攪拌使溫度保持在 70 C 左右；經過 2—6 分鐘，塊莖的表皮開? ? 始變松變軟；撈出塊莖，用高壓水反復沖洗，知道表面無殘留物為止。撈出的塊莖也可放 入機械式去皮機中剝去表皮。 本法的優(yōu)點是對不同大小、不同形狀的塊莖適合性好，去皮快，不需要結構復雜的專 門設備。缺點是沖洗塊莖需要大量清水，皮屑不能利用，排出的廢液污染環(huán)境。 由于去皮方法不同，國內外馬鈴薯、胡蘿卜去皮機械的結構形式也各不相同，去皮差 異較大，去皮率大致為 7%-25%，其中機械去皮率為最大，蒸汽去皮率為最小。 國內外幾種去皮設備的去皮性能比較表 機型 L 離心式切屑去皮機 機械去皮機 蒸汽式去皮機 化學法去皮機 結構 簡單 復雜 復雜 簡單 對塊莖原料 的要求 卵 卵圓形，芽眼 淺，無傷痕 卵 卵圓形，芽眼淺， 無傷痕 無要求 無要求 產品質量 表面光滑，無污染， 無蒸煮層 表面光滑，無污 染，淀粉損失大 表 表面光滑，有蒸 煮層，無污染 表 表面光滑，無蒸煮層， 有污染 皮屑 可利用 部分利用 部分利用 不能利用 有無加熱設 備 無 無 需要（150-200 度） 需要（ 85-95 度） 通過上表的比較分析以及聯系本次設計的任務要求，同時結合我國在去皮機上的實際 水平考慮經濟性，達到能以最少的投資獲得較好的經濟效益，決定以機械去皮機為設計研 究方案。在果蔬原料的加工預處理工藝中主要進行去皮的處理加工。 7 2 桃子去皮機的結構設計 2.1 基本結構 該機采用立式機型，主要包括工作圓筒，工作轉盤，機架和傳動部分，見裝配圖 2.1.1 工作圓筒 工作圓筒部分包括圓柱形工作筒和倒梯形集皮槽。它由不銹鋼薄鋼板卷焊而成（采用 不銹鋼是因為它具有良好的耐腐蝕性能承受一定的沖擊載荷，具有較高的硬度和耐摩性， 特別是對于此類食品加工設備，食品安全衛(wèi)生狀況最佳） 。筒內壁為粗糙表面，以棕剛玉摻 環(huán)氧樹脂澆注、烘干而成。圓筒的側壁開有帶活門的出料口，物料塊莖在離心力的作用下 甩出來，碰在出料門的內壁上并改變方向，以便于物料的收集。出料口和排渣口的方位可 根據接收容器的放置位置和方便操作來確定。 2.1.2 工作轉盤 工作轉盤是物料去皮過程中產生機械作用的主要部件。根據胡蘿卜、馬鈴薯的生物學 特性及物理特性，吸收手工去皮的基本原理，確定轉盤的基本形狀為圓盤形，轉盤表面為 中心向四周輻射的凸起波紋狀。為增大物料和轉盤的摩擦，用棕剛玉摻環(huán)氧樹脂通過模型 澆注在盤的頂面上，大概 20mm 厚，經烘干制成。亦具有一定的去皮作用。轉盤下方設有隨 盤一起轉動的擋水環(huán)，以防止清洗水進入軸承。 2.1.3 傳動系統 常用的機械傳動方法又可供選擇： （1）帶傳動 通過一級皮帶輪實現傳動，他有過載保護作用、有緩沖吸振作用、運行平穩(wěn)無噪音、 適于遠距離傳動、制造安裝精度要求不高、成本低；但有彈性滑動使傳動比 i 不恒定、張 緊力較大（與嚙合傳動相比）軸上壓力較大、結構尺寸較大不緊湊、打滑使帶壽命較短等 缺點應用范圍傳動比要求不高，要求過載保護，一般的傳動范圍 2~5。 （2）齒輪傳動 采用齒輪傳動，它的優(yōu)點效率高，傳動比恒定；結構緊湊，壽命長，但制造、安裝精 度要求高；中心距不宜較大。但它能夠實現很大的傳動比；圓柱齒輪二級減速器 i≤60。 （3）鏈傳動 采用鏈傳動，但他只能實現平行軸間鏈輪的同向傳動，對惡劣環(huán)境能適應；運轉時不 能保持恒定的瞬時傳動比，磨損后易發(fā)生跳齒，傳動不平穩(wěn)，多用于低速傳動等。i≤8 （4）蝸桿傳動 結構緊湊，傳動比大，傳動平穩(wěn)，噪聲?。恍实?，制造要求精度高，成本較高； i≤120。 由于鏈傳動運轉不均勻，有沖擊，不適合高速傳動，而帶傳動平穩(wěn)，能緩沖減振，由 8 于本設計總傳動比比較高，還要通過減速器二級減速。 故本設計機構從總體和經濟性考慮選擇帶傳動、齒輪傳傳動方案一：電動機用帶傳動 減速，直接降到工作機軸轉速的要求值。由于帶傳動有一定的減震作用而鏈輪傳動制造麻 煩而且有噪音，且鏈輪上的潤滑油可能污染物料所以這部分傳動選用帶動傳動。其傳動方 案如圖 1 所示。 傳動方案二：電動機直接與減速器通過聯軸器連接，減速器再通過聯軸器與帶輪連接， 然后帶動轉動帶動去皮機的工作軸轉動。由于帶傳動有一定的減震作用而鏈輪傳動制造麻 煩而且有噪音，且鏈輪上的潤滑油可能污染物料所以這部分傳動選用帶動傳動。其傳動方 案如圖 2 所示。其傳動方案如圖 3。 由于帶傳動應布置在低速級，直接減速滿足設計要求，故選擇方案一。 圖 1 傳動方案一 1 電動機 2 小帶輪 3 V 帶 4 大帶輪 5 料斗 9 圖 2 傳動方案二 1 電動機 2 減速器 3 料斗 2.1.4 其他 工作圓筒下部設有排渣口，清洗水連同物料皮渣一起從這里排出 2.2 工作原理 當去皮機工作時，工作轉盤旋轉，物料由斗形進料口加入，物料落到旋轉圓盤表面上 的波紋凸起上時，受離心力的作用由工作圓盤的中心向外運動，同時被拋起向筒壁的粗糙 表面并產生摩擦。物料不斷的沿工作圓筒壁運動，上升到頂蓋，又被頂蓋擋回落入工作盤 表面。物料在這樣的往復運動過程中，被猛烈翻滾攪動，從而形成了與盤、筒壁及顆粒之 間的以翻轉、揉搓摩擦為主，撞擊為輔的綜合機械作用效果，從而達到去皮的目的。在摩 擦去皮的同時，從進水孔注入清水，及時將擦下的皮通過轉盤與筒壁的縫隙沖至排渣口排 出機體。在不停機的情況下，打開出料口的活門，物料利用離心力從出料口卸出。卸料前 應停止注水，以防止活門打開后從出料口濺出。 3 果蔬原料去皮機的參數確定 3.1 物料在工作圓筒內的受力分析 物料在轉盤旋轉時的受力情況如下圖所示：設波紋角為 a，物料的速度為 V。當轉盤 旋轉時推動物料 A 運動。其運動方向垂直于波紋切線。V 可以分解為 V 垂直和 V 水平，CB 與轉盤平面平行，可以看作是轉盤圓周速度 R，? 10 式中 為角速度(1/s),R 為轉盤半徑(m)? V 垂直 =Vcos = Rsin cos ;?? ;2 sincossin?a 則 V 垂直 = R （m/s）?2 sin? 物料從垂直方向拋起的動能 E 垂直 = mv2 垂直 = m( )2= m 2R2sin22 (N m)11sin??R81?? 此動能應等于勢能 mgh 即： m 2R2sin22 =mgh 2R2sin22 =gh8 1?81 為了正常運轉，拋高 h 一定要超過物料在工作圓筒內的厚度，才能使最低層的物料拋 起與桶壁進行摩擦，所以用 代替 h，即? 2R2sin22 =g ;8 1? 又因為 = ，代入上式得:?30 n? ( )2R2sin22 = g ;8 130n??? 化簡得 (r/min) ………………………………………………(1)?? ?2sin60Rn? 角一般取 20。 -30。? 為了正常運轉,僅把物料拋起還不行,還要保證物料能拋向側壁進行摩擦，拋向側壁的 力靠離心力為 C C= = = = （N）R mv22)(?gRnG2)30(?902Gn 此離心力應大于波紋對物料的摩擦力 T,才能使物料離開波紋拋向側壁,摩擦力 T=Gf(N), f 為摩擦系數 使 C T，即? ; ;Gf Rn902 RfGfn90902?? n 30 (轉/ 分)…………………………………………………………(2)?Rf 11 在設計計算時，應?。?） 、 （2）兩式中的大值作為轉速值，設計所選擇的 n 值 3．2 工作轉盤轉速的確定 收購物料時，其包裝以編織袋居多，每袋 25KG－30KG，工作時每次倒入兩袋（以袋的 整數倍為一次計量） ，下面以此確定整機的尺寸和轉速。 桃子的容量根據資料查找，選取一般值 900kg/m ,桃子的長度一般取在 50mm-200mm 之3 間考慮，轉盤半徑應與物料長度有一定的可比性，再考慮整機結構以及外形尺寸。 根據設計選定工作轉盤半徑 R＝400mm，則物料的堆高，根據公式 ＝m 可以估算2R??? 出，物料的堆高值 ＝110mm? 由(1)式可知，在 小于 45。時，轉速隨 的增大而降低，考慮轉速不宜太高且能有?? 較大的拋高，取 ＝25。 ，則由(1)式計算轉速最小值為 n＝93r/min。 馬鈴薯、胡蘿卜與磨料的摩擦系數為 1.1-1.3,取 f＝1.2 由(2)式計算轉速 n=52r/min 取以上兩者中的大值。 但由于以上確定的轉速僅適用于理想物料情況，實際工作中，由于物料之間的相互碰 撞、摩擦和物料的彈性影響，物料在此轉速下達不到計算高度，故 n 應適當放大 結合考慮，故最終選定工作轉盤轉速 n＝150r/min 3.3 去皮機功率的確定 去皮機的功率消耗包括： 克服物料對轉盤摩擦力所需要的功率 N1； 克服物料對工作圓筒壁摩擦力所需要的功率 N2； 轉盤拋起物料所作的功率 N3； 傳動機構因摩擦而消耗的功率 N4. 以上功率分別以下公式計算 （W）cpmMN??1 式中 ————處于圓筒內物料的摩擦力矩（N m）? （N m）2RGfMmp?? 式中 G———物料重力（N） f ———摩擦系數（f=1.1-1.3） ———摩擦臂矩（ m）2R cp———物料與圓盤的平均相對角速度（1/s）,采用最大角速度的 1/2?60)3(1ncp?? 12 故 （W）12062N1 nGfRnRGf ????? cpyM? 式中 ——————在離心力的作用下物料與側壁的瞬時摩擦力矩 （N m）? Rfmy??2? 式中 ————物料圓周速度（m/s） ————摩擦臂矩（ ） （m）R? 8R?? （N m）g fGfRfmfRMy 882222 ??????? ? 故 （W）g nfgfGN406822?? （W）03 snk 式中 s——————工作轉盤表面波紋高度（m） k—————— 波紋的數量 即傳動損失，可用傳動效率 表示（ =0.9）4N? 則消耗的總功率為： ????60481202321 GsnkgfnGfR???? 化簡得 （W）480 )(2snkffnN?? 結合上式根據經驗公式，總功率可用以下式子進行估算 （Ｗ）? ?MN? 式中Ｍ為轉盤轉矩（N M）, 為傳動效率??fGR R 為摩擦臂矩(m)，R＝0.4D（D 為工作轉盤直徑） 13 根據上式則可算出工作轉盤轉矩 M＝192N M? 用近似值進行估算，達到生產要求所需的功率 N＝3.5KW，考慮到電動機效率及意外情 況，取電動機功率為 4KW 3.4 選擇電動機 電動機是專門工廠批量生產的標準部件，設計時要選出具體型號以便購置。選擇電動 機包括類型，結構，容量（功率）和轉速，并在產品目錄中查出其型號和尺寸。 （1）選擇電動機類型和結構形式 電動機分交流電動機和直流電動機兩種。由于直流電動機需要直流電源，結構復雜， 價格較高，維護比較不便，因此無特殊要求時不宜采用。 生產單位一般用三相交流電源，因此，如無特殊要求都應用交流電動機。交流電動機 有異步電動機和同步電動機量類。異步電動機有籠型和繞線型兩種，其中以普通籠型異步 電動機應用最多。我國新設計的 Y 系列三相籠型異步電動機屬于一般用途的全封閉自扇冷 電動機，其結構簡單、工作可靠、價格低廉、維護方便，適于不易燃、不宜爆、無腐蝕性 氣體和無特殊要求的機械上。 電動機類型要根據電源種類（交流或直流） ，工作環(huán)境（溫度、環(huán)境、空間位置尺寸等） ，載荷特點（變化性質、大小和過載情況） ，起動性能和起動、制動、反轉的頻繁程度，轉 速高低和調速性能要求等條件要求；故按工作要求和條件，選用三相籠型異步電動機，封 閉式結構，電壓 380V，Y 型。 （2）選擇電動機的容量 電動機的容量（功率）選得合適與否，對電動機的工作和經濟性都有影響。 容量小于工作要求，就不能保證工作機的正常工作，或使電動機長期過載和功率因數 都較低，增加電能消耗，造成很大浪費。 電動機的容量主要根據電動機運行時的發(fā)熱條件來決定。電動機的發(fā)熱與其運行狀態(tài) 有關。運行狀態(tài)有三類，即長期連續(xù)運行、短時運行和重復短時運行。變載下長期運行的 電動機、短時運行的電動機（工作時間短、停歇時間長）和重復短時運行的電動機（工作 時間和停歇時間都都不長）的容量要按等效功率法計算并校驗過載能力和起動轉矩，其計 算方法可參看有關電力拖動的書籍。 電動機的功率為 kwpad?? 式中：Pw-------工作機所需工作功率，是指工作機主動端運輸帶所需功率，KW； ηa-------由電動機至工作機主動端運輸帶的總效率。 經過計算 為 3.5KW；dP （3）確定電動機轉速 容量相同的同類型電動機，有幾種不同的轉速系列供使用者選擇，如三相異步電動機 14 常用的有四種同步轉速，即 3000、1500、1000、750r/min（相應的電動機定子繞組的極對 數為 2、4、6、8） 。同步轉速為由電源頻率與極對數而定的磁場轉速，電動機空載時才可 能達到同步轉速，負載時的轉速都低于同步轉速。 低轉速電動機的極對數多，轉矩也大，因此外廓尺寸及重量都較大，價格較高，但可 以使傳動裝置總傳動比減小，使傳動裝置的體積、重量較??；高轉速電動機時要綜合考慮， 分析比較電動機及傳動裝置的性能，尺寸、重量和價格等因素。 所以綜合以上我們查表選擇電動機型號為 Y160M1-8，其主要性能如表 1 和電動機外形 和安裝尺寸表 2； 表 1 電動機主要性能參數 滿載 型號 額定功率/kw 轉速 r/min 電流 A 效率 % 功率因 數 起動電流 額定電流 起動轉矩 額定轉矩 最大轉矩 額定轉矩 Y160M1-8 4 720 9.1 86.5 0.77 6.0 2.0 2.0 表 2 電動機外形和安裝尺寸 中心高 H(mm) 外形尺寸 L×(AC/2+AD) ×HD 懸掛安裝尺寸 A×B 安裝螺栓孔直徑 K 軸伸尺寸 D×E 裝鍵部位尺寸 F×D×G 160 600×(325/2+255)×385 254×210 15 42×110 12×42×37 電動機的結構外形如圖 3 所示 圖 3 電動機結構 3.5 整機主要參數指標 型號 QP－100 工作轉盤直徑 800mm 轉速 150r/min 15 電動機 Y160M1-8 4KW（同步轉速 750r/min） 生產能力 2500kg/h 每次投料量 50kg 每次去皮時間 約為 70 秒 去皮得率 95% 去皮損耗率 確定普通Ｖ帶的基準長度和傳動中心距 根據 0.7(dd1+dd2)120 (至少需要達到 90 )1???5712?? ?ad ?? 57489105????? ? 故可知主動輪的包角合適。 〈f計算普通Ｖ帶的根數 Z 由式（8-22）知:Z＝ LcaKP?)(???? 由 n1=720r/min，d d1＝100mm， ＝5，查表 8-5c 和表 8-5d 得? P． ＝1.2kw ; △P 。 =0.12kw 查表 8-8 得:K a=0.87,查表 8-2,得 Kl＝1.05 則 Z＝ ＝3.6505.187.)12.0(4?? 取 Z＝4 根（Z〈10 合適） （g）計算預緊力 F0 由式（8-3）知:F 0＝500 2)15.2(qvKZPca???? 查表 8-4 得 q=0.07kg/m,故 F0＝ N=272.18N?????? ????2)8.3(07.)18.052(4.35 計算作用在軸上的壓軸力 Fp 為了設計安裝帶輪的軸和軸承，必須確定傳動作用在軸上的力 Fp 由式（8-24）得 Fp＝2ZF sin =1997(N)?21 ?213sin8.274???? 帶輪結構設計 設計Ｖ帶輪時應滿足的要求有：質量小，結構工藝性好，無過大的鑄造內應力；質量 分布均勻，輪槽工作面要精細加工（表面粗糙度一般應為 3.2）,以減少帶的磨損；各槽的 尺寸和角度應保持一定的精度，以使載荷分布較為均勻等。帶輪的材料選取 HT200 的灰鑄 17 鐵，結構為腹板式。 V 帶傳動的張緊裝置 各種材質的 V 帶都不是完全的彈性體，經過一定時間的運轉后，都會發(fā)生塑性變形， 使預緊力降低。為了保證帶傳動的能力，應定期檢查預緊力的數值。最常見的張緊裝置有 定期張緊裝置、自動張緊裝置和張緊輪張緊裝置等幾種，在本設計中，由于自動張緊裝置 和張緊輪張緊裝置的自身特點不適合本設計中皮帶輪張緊要求的需要。因此，在本課題加 料器的設計中，采用手動定期張緊作為皮帶輪的張緊裝置。如圖 5 所示 圖 4 v 帶張緊裝置 其特點是：采用定期改變中心距的方法來調節(jié)帶的預緊力，使帶重新張緊。在水平或 傾斜不大的傳動中，可用定期張緊的方法，將裝有帶輪的電動機安裝在制有滑道的基板上。 要調節(jié)帶的預緊力時，松開基板上各螺栓的螺母，旋動調節(jié)螺釘，將電動機向右推移到所 需的位置，然后擰緊螺母。 小帶輪參數選擇 小帶輪的各參數見表 3 表 3 小帶輪的參數addBlch 130.5 125 28 33 33 11.45 圖 5 小帶輪結構圖 大帶輪參數選擇 18 大帶輪各參數見表 4 表 4 大帶輪的參數add1d2Bl?2sch 505.5 500 24 60 450 33 33 16.3 10 11.45 大帶輪結構如圖 7 圖 6 大帶輪結構圖 4．2 傳動主軸的結構設計計算 由于軸承的型號是根據軸端直徑確定的，而且軸的結構設計是在初步計算軸徑的基礎 上進行的，故 初步計算軸的直徑 軸的直徑可按照扭轉強度法進行估算，即 d=C ； P=3.5KW； n=150r/min3n p 式中 P 為軸傳遞的功率，kw;n 為軸的轉速，r/min;C 為由軸的材料和受載情況確定的 系數。軸用 45 號鋼材料，C 取 110。 則經過計算 dmin=32mm 輸出軸的最小直徑顯然是安裝帶輪 2 的直徑，由于此傳動主軸開有兩個鍵槽，考慮到 鍵槽對軸的強度的削弱，則 dmin＝32+32x15%=36.8mm 考慮到車螺紋，故取最小軸徑 d=55mm 19 擬定軸上零件的裝配方案 本軸的零件的裝配方案見裝配圖 軸的結構圖見零件附圖 根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 (1)L1-2段的軸段 為了滿足工作轉盤的軸向定位要求，考慮反轉螺帽的旋入深度，工作轉盤的厚度，此 軸段所車的螺紋長度為 25mm，總長 L1-2=90mm,直徑 d=55mm （2）L 2-3段的軸段 此段安裝有軸承，考慮工作圓筒內的集皮空間和機架的厚度，此軸段的總長（由于此 處選用凸緣式軸承蓋進行密封，則軸承蓋連接螺釘直徑選 M10,數目 6 個）L 2-3＝100mm，直 徑 d＝65mm (3)L3-4段的軸段 此段主要是處于立式軸承座中，進行軸承的軸向固定起承載作用，故長度根據估算取 L3-4＝60mm ,d=74mm (4)L4-5段的軸段 此段的軸長主要是與大帶輪發(fā)生聯系，在其上安裝有軸承，根據大帶輪的帶輪寬 Ｂ＝（Z－1）X12+2f=52mm,綜合考慮取此處 L4-5＝90mm,d=65mm (5)L5-6段的軸段 此段用來安裝大帶輪，由以上的大帶輪寬度可取此處軸段長度 L5-6＝52mm,d=55mm 4．3 軸上零件的周向定位 工作圓筒和大帶輪的周向定位均采用平鍵聯接 按 d=55mm 由機械設計手冊查得所選用的平鍵截面 (mm)(GB/T1095-1979),106???hb 鍵槽用鍵槽銑刀加工，與工作轉盤相連的鍵槽長取 45mm，也大帶輪相連的鍵槽長取 32mm（標準鍵長見 GB/T1096-1979）,同時為了保證大帶輪與軸配合有良好的對中性，故選 擇大帶輪輪轂與軸的配合為 H7/n6,滾動軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處 選軸的直徑尺寸公差是 n6。 4．4 確定軸上圓角和倒角尺寸 參考機械設計書，表 15-2，取軸端倒角為 ?452? 4．5 滾動軸承的初步選擇 因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選用角接觸球軸承，按照工作要求并根據 d=65mm，由軸承產品目錄中初步選取 0 基本游隙組，標準精度級的角接觸球軸承 7213AC， 其尺寸為 ,成對使用，安裝在立式軸承座上。231065???BDd 20 同時在驅動端安裝一個膜片式彈簧圈對軸施加預載荷，所以可以保證主軸系統無游隙 運動和高剛度，這樣可以避免無載荷軸承在高速下可能出現的球打滑現象，球打滑可能會 引起表面變粗糙，提高運轉噪聲。 軸承的潤滑：該滾動軸承采用脂潤滑。潤滑脂是增稠劑和基礎油的混合物，可分為以 下潤滑脂類型：(1)由金屬皂作為增稠劑與潤滑油所構成的金屬皂基潤滑脂。(2)由無機膠 凝劑式有機增稠劑與潤滑油構成的非皂基潤滑脂。(3)由有機式無機增稠劑與合成油構成的 合成潤滑脂。該軸承選用 2 號鈣基脂為潤滑脂。該軸承為長壽命潤滑脂潤滑，潤滑間隔為 一年。 4．6 軸承盒蓋的設計 軸承蓋用來限定軸承的位置和密封作用，常用的軸承蓋有螺栓固定式和嵌入式兩種。 前者可較容易調整軸承的軸向間隙和嚙合件的軸向位，但結構較重；后者結構簡單，但嵌 槽加工困難。根據結構特點設計為螺栓固定式。 軸承盒蓋圖如右圖 8 所示 圖 7 軸承端蓋 5 主要零件的校核 5．1 滾動軸承的壽命計算 在確定滾動軸承的支點位置時，應從手冊中查取 a 值，對于 7213AC 型角接觸球軸承， 由手冊查得 a=25mm,因此作為外伸梁的軸的支撐跨距Ｌ＝25+60+25=110mm 21 求出軸承的徑向載荷 ; 09101???prF ;)(2r 根據計算得出 Fr1=-1652N; Fr2=3649N; 則兩者的方向相反 又因為 Fae=1.5G=750N; 現以 Fr2為計算滾動軸承來校核軸承壽命 因為 ＝0.21 0.68 ; P=Fr2=3649Nrae? 則所選用的滾動軸承的壽命為 ;對于球軸承而言 ＝3 ?)(601PCnLh?? 查表知 7213AC 型角接觸球軸承的基本額定動載荷 C＝51200N 根據上式計算其壽命得出 ，滿足工作要求hLh0694?? 又對所選角接觸球軸承的靜載荷進行討論 ;NC4320?? aerFP7.0?? 顯然 ??S? 綜合可知，所選的 7213AC 型角接觸球軸承符合工作要求。 5．2 軸的計算和校核 5.2.1 作出軸的計算簡圖 結合 7213AC 型角接觸球軸承的計算數據，作出如下的軸的彎矩扭矩圖 圖 8 軸的彎矩扭矩圖 22 5.2.2 軸的強度校核計算 根據軸的彎矩扭矩圖可知其危險截面為軸承一所在支點處截面，根據軸的具體受載及 應力情況，可知該軸為傳動軸，主要承受扭矩。則按扭矩強度條件計算?？紤]還受有不大 的彎矩，則用降低許用扭矩切應力的方法予以考慮 軸的扭矩強度條件為： ??TTdnPW?????32.095 式中： ———————扭轉切應力，單位為 MPa； T———————軸所受的扭矩，單位為 ；mN? W T———————軸的抗扭截面系數，單位為 mm ；3 n———————軸的轉速，單位為 r/min； P———————軸傳遞的功率，單位為 KW； d———————計算截面處軸的直徑，單位為 mm ———————許用扭轉切應力，單位為 MPa??T? 此軸選用 45 號鋼， 值為 25－45MP a之間??T? 而通過對軸的計算， ＝5.1MP a; =8.5MPaminmxT? ,故軸的扭轉條件符合要求。T???? 5.2.3 按彎扭合成應力校核軸的強度 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面）的強度，由 此軸的彎扭圖可知，其危險截面為軸承一所在支點處截面，根據機械設計書中式（15-5） 及上表中的數值，并取 ，軸的計算應力3.0??7651.0)920(187)( 32222 ?????WTMca?? aMP60?a 以選定的軸的材料是 45 號鋼，調制處理。由表 15-1 查得 ＝60MP a。故安全。??1?? 〈d軸的扭轉剛度校核計算 軸的扭轉變形用每米長的扭轉角 來表示?????ZPILTLG141073.5??? 式中：T——————————軸所受的扭矩，單位為 mN? G——————————軸的材料的剪切彈性模量，單位為 MPa，對于鋼材，G＝ 23 MPa410.8? ——————————軸截面的極慣性矩，單位為 mm ，對于圓軸， ＝PI 4PI324d? L———————————階梯軸受扭轉作用的長度，單位為 m. ———————————分別代表階梯軸第 段上所受的扭矩、長度??PIT, ? 和極慣性矩，單位同前 Z———————————階梯軸受扭轉作用的軸段數 綜合上式計算出 =0.32(。 )/m? 為軸每米長的允許扭轉角，與軸的使用均合有關，對于一般的傳動軸，可取??? =0.5-1(。 )/m；對于精密傳動軸可取 ＝0.25-0.5( 。 )/m。對于精度要求不高的軸，??? 可大于 1(。 )/m。 ?? 顯然對于本設計中所涉及的軸為一般的傳動軸， ，符合扭轉剛度要求。???? 綜上所述，設計的軸滿足工作要求。 5．3 鍵的選擇及其校核 鍵聯接時，通常被聯接的材料構造和尺寸已被初步決定，聯接的載荷也已求得。因此， 可根據聯接的結構特點使用要求和工作條件來選擇鍵的類型，再根據軸的徑從標準中選出 截面尺寸并考慮轂長選出鍵的長度，然后用適當的校核計算公式強度驗算。 5.3.1 電動機軸上鍵的選擇 根據電動機軸徑和輪轂長度從標準中選擇鍵的尺寸如表 5 所示。 表 5 鍵的各參數 軸 鍵 鍵槽 寬度 b 深度 半徑 r公稱直徑 d/mm 公稱尺寸 b×h /mm 公稱尺寸 b/mm 極限偏差 軸 t /mm 轂 t1 /mm 最小 /mm 最大 mm 22～30 8×7 8 -0.015 -0.051 4.0 3.3 0.16 0.25 24 圖 9 鍵的結構圖 鍵的校核 假設壓力在鍵長度內均勻分布，則根據擠壓強度或耐磨性的條件計算，求得聯接所能 傳遞的轉矩： 1124ppThldhld?????????????? m20N581028074 1 ??????? 故能滿足電動機在滿載荷時所需轉矩。 5.3.2大帶輪軸鍵的選擇 根據其軸徑和聯接的結構特點選擇鍵的參數如表 6 所示. 表 6 鍵的各參數 軸 鍵 鍵槽 寬度 b 深度 半徑 r公稱直徑 d /mm 公稱尺寸 b×h /mm 公稱尺寸 b/mm 極限偏差 軸 t /mm 轂 t1 /mm 最小 /mm 最大 /mm 50～58 16×10 16 -0.018 -0.061 6.0 4.3 0.25 0.40 經計算同樣符傳動要求。 其它各軸上所選鍵與電動機軸上鍵相同。 5.4 電控原理圖 電控主要是控制電動機的起動、停止，實現自動控制，并具有必要的保護。本設計 采用控制器、熔斷器、熱繼電器和按鈕所組成的控制裝置對控制對象進行控制?？刂蒲b置 可根據生產工藝過程對控制對象所提出實現控制作用。其圖 9 如下所示： 25 圖 10 電控原理圖 電動機合上閘刀開關 QS 下起動按鈕 SB2，接觸器 KM 的吸引線圈通電，其主接觸點 KM 閉合，電動機起動。由于接觸點的輔助接觸點 KM 并聯于起動按鈕，因此當松開手斷開起動 按鈕后，接觸器線圈 KM 通過其輔助常開接觸點可以繼續(xù)保持通電，維持其吸合狀態(tài)，故電 動機不會停止。和起動按鈕并聯的輔助常開觸點稱為自鎖觸點。 按停止按鈕 SB1，接觸器 KM 的吸引線圈失電釋放，所有 KM 常開觸點斷開。KM 主觸點 斷開，電動機失電停轉；KM 輔助觸點斷開，消除自鎖。 26 6 總結 隨著食品工業(yè)的發(fā)展，食品深加工已越來越被世界重視，特別是快餐和方便食品的誕 生，促使保鮮脫水蔬菜工業(yè)迅速發(fā)展起來。盡管我國的果蔬加工產業(yè)無論是加工能力、技 術水平、裝備硬件以及國內外市場都取得了較大的進步和快速的發(fā)展，但是與國外發(fā)達國 家相比仍然存在一定的差距。中國已發(fā)展成為世界果蔬和加工品的最大出口國，但很多是 以半成品的形式出口，到國外后仍要進行深加工或灌裝，產品附加值較低。高附加值產品 少，特別是對原料的綜合利用程度低，皮渣中果膠、果蔬天然香精、膳食纖維、色素、籽 油等精深加工產品的產業(yè)化核心技術沒有突破。 本課題的提出就是基于上述的實際需要出發(fā)，桃子去皮效率的高低和安全衛(wèi)生性將直 接影響果蔬原料加工的效益。針對這些特點所采取的設計方案不僅從實際產量要求出發(fā)， 而且還結合經濟最優(yōu)化，以達到最低成本產生最大收益。本設計利用電動機為動力源，物 料在圓筒形容器中，通過傳動軸的作用，依靠帶有磨料的工作轉盤在中速或高速旋轉中形 成與工作轉盤、筒壁及物料顆粒之間的翻轉、揉搓摩擦為主，撞擊為輔的綜合機械作用效 果從而達到去皮的目的。因此可知本課題的設計方案所依據的理論，證明是完全可行的。 本課題的設計涉及到機械制造、機械設計、理論力學、材料力學、工程材料基礎等多 種學科的知識。主要內容包括果蔬原料去皮機的結構設計、物料的受力分析、主要參數的 選擇確定、主要零件的校核及分析說明，有完整的理論闡述和設計計算，并附有大量的裝 配和零件圖，更加直觀的對整個設計加以論證。其中對果蔬原料去皮機的關鍵部件——傳 動軸作了詳細的力學分析和計算，并繪制出彎矩扭矩圖，通過理論以及大量的計算闡述了 傳動軸結構的可行性和性能特點。同時工作圓筒的結構設計也是基于相應的理論依據、計 算，大量文獻資料的閱讀，對出售相應機械產品公司的網上查閱了解所確定的。由上可知， 本設計基本實現了桃子去皮機的去皮要求，是一種切實可行的設計方案。 27 致謝 大學四年的最后階段、也是最重要的一個階段便是畢業(yè)設計。它是對大學四年所學知 識的系統運用和總結，它將我們在書本上所學的理論知識和實際工作需要密切結合起來， 從而使這些知識得到進一步的鞏固、加深和擴展。通過此次畢業(yè)設計，使我在設計、計算、 繪圖、查找相關設計資料等方面的專業(yè)能力得到了充分的鍛煉。 畢業(yè)設計的工作量是巨大的，從找資料到設計的過程中，花費了大量的時間和精力， 從一籌莫展到漸入佳境，從中體會到了做為一個工科學生需要具備的素質：嚴謹、耐心、 踏實、執(zhí)著和沉毅，更需對自己所學專業(yè)的喜愛和鉆研精神?？粗涍^幾個月的努力，這 項充滿自己心血的設計任務得到初步的完成，心中充滿喜悅和成就感。本設計在完成過程 中，得到了指導老師李慧的精心指導，從課題的確定到設計的步步進行的整個過程中都始 終耐心仔細的指導我，使我從中獲益良多，充實了許多課本中沒有掌握牢固的知識，使整 個設計能夠按照預定的計劃完成。 本人主要負責果蔬原料去皮機的工作原理、結構、受力分析及主要參數確定等部分的 設計，由于自己知識和實際經驗的局限，錯誤和不足之處在所難免，請廣大老師和同學批 評指正，讓我在專業(yè)知識方面更上一層樓。同時我也要感謝我的班上同學。我的設計能夠 順利完成與所有幫助和關心過我的老師、同學是分不開的，為此我再次表示衷心的感謝！ 28 參考文獻 [1]無錫輕工業(yè)學院，天津輕工業(yè)學院編著．食品工廠機械與設備[M]．北京輕工業(yè)出版社，1981 [2]溫詩鑄，黃平著．摩擦學原理[M]．清華大學出版社，2002 [3]張淑娟等．立式半夏去皮機的設計與研究．農機與食品機械[J]．1997 年第 2 期 [4]王景彬等．試論國內外果蔬脫皮方法與設備．農牧與食品機械[J]，1991(2) [5]吳慶章．馬鈴薯食品加工技術．農牧與食品機械[J]，1986(3) [6]FAG kugelfischer AG 著．滾動軸承安裝設計[M]．北京機械工業(yè)出版社，2003.11 [7]高為國主編．機械工程材料基礎．中南大學出版社[M]，2004.1 [8]羅迎社主編．材料力學[M]．武漢理工大學出版社 [9]唐增寶，何永然，劉安俊主編．機械設計課程設計（第二版）[M]．華中科技大學出版社 [10]西北工業(yè)大學機械原理及機械零件教研室編著．機械設計（第八版）[M]．高等教育出版社 [11]蔡春源主編．新編機械設計實用手冊[M]．北京：學苑出版社，2002.3 [12]哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室編．理論力學（第六版）[M]．高等教育出版社 [13]徐灝主編．機械設計手冊[M]．北京機械工業(yè)出版社，1999.1 [14]周良德，朱泗芳等編著．現代工程圖學[M]．湖南科學技術出版社，2000.8 [15]施平主編．機械工程專業(yè)英語教程[M]．電子工業(yè)出版社 [16]成大先主編．機械設計手冊（第四卷第五版）[M]．化學工業(yè)出版社 [17]Machine Tools N.chernor 1984. The Design Of Machine For Peach; 06 Mechanical Design, Manufacturing and Automation:Duan KaiYuan Instructor: Li Hui Abstract：This paper introduced the large-scale machine for peeling peach which is designed by the principle of friction and suited to the factory of food processing ,and it presented the key of design ,working principle and the composition of the large-scale machine. Peaches, peeled and motivated some of the main machine, transmission parts, hopper and chassis components. Through analysis of original data, comparison and demonstration programs relat calculation of peach peeling machine. Keywords:the design of machine for peach;friction;peeling;transmission