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畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題 目： 刮板式核桃剝殼機(jī)的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
系 別： 電氣工程及其自動(dòng)化系
專(zhuān) 業(yè)： xxxxxx
姓 名： xxxxxx
學(xué) 號(hào)： xxxxxx
指導(dǎo)教師： xxxxxx
完成時(shí)間： xxxxxx
摘 要
如今核桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展越來(lái)越迅猛，然而由于核桃品種繁雜，外形不規(guī)則，外皮厚薄不均，夾層多寡不一，因此給破殼取仁帶來(lái)一定的困難。所以核桃剝殼機(jī)在生活中應(yīng)用起著越來(lái)越重要的作用了，剝殼機(jī)在核桃后期加工中為人們帶來(lái)了方便，大大減少了勞動(dòng)力，提高勞動(dòng)成本。文章主要敘述了核桃剝殼機(jī)的主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程 。
本文首先介紹了剝殼機(jī)的國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀及研究意義。核桃剝殼機(jī)是由料斗、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、破殼機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成，是通過(guò)依靠物料自身的重力自上而下形成了一個(gè)系統(tǒng)作業(yè)流水線。其次，本文確定了核桃剝殼機(jī)的整體方案設(shè)計(jì)，以及介紹了剝殼機(jī)的分類(lèi)和主要組成，以及現(xiàn)狀存在的問(wèn)題。最后確定了主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和布置。然后，本文介紹了核桃剝殼機(jī)主體結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)，其中包括帶輪，主軸，刮板，電動(dòng)機(jī)，等具體設(shè)計(jì)和計(jì)算。本章還介紹了核桃剝殼機(jī)的裝配過(guò)程。全面詳盡的討論了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。最后對(duì)整體設(shè)計(jì)過(guò)程做出總結(jié)，分析了設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，從設(shè)計(jì)過(guò)程中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。
關(guān)鍵詞: 核桃剝殼機(jī) ；傳動(dòng)機(jī)構(gòu) ；執(zhí)行機(jī)構(gòu) ；三維建模
Abstract
Today, more and more rapid development of the walnut industry, however, due to the complex walnut varieties, irregular in shape, the skin of uneven thickness, sandwich amount of different, so bring some difficulties to break the shell to take Ren. Walnut sheller in life plays an increasingly important role, Sheller Walnut post-processing for people to bring convenient, greatly reducing labor, raising labor costs. The article primarily describes the design and calculation process of the main structure of the walnut sheller. The paper first introduces the the sheller domestic development status and significance. Walnut sheller machine consists of hopper, guides, broken shell bodies, transmission, and rely on the gravity of the material itself from top to bottom the formation of a system operating line. Second, determine the overall design of the walnut sheller, and the classification and major composition of the sheller, as well as the status quo existing problems. Finalized the design and layout of the main structure. This article describes the detailed design of the main structure of the walnut sheller, including pulleys, spindle, scraper, motors, and other specific design and calculation. This chapter also describes the assembly process of the walnut sheller. Comprehensive discussion of the structural design of the transmission mechanism, as well as implementing agencies. Finally, the overall design process to make a summary and analysis of the problems encountered in the design process, summarize experiences and lessons learned from the design process.
Key words: Walnut sheller ；Transmission structure ；Implementation of structural ； Three-dimensional modeling
目 錄
摘要………………………………………………………………………………………2
ABSTRACT………………………………………………………………………………3
第一章 緒論………………………………………………………………………………6
1.1 課題提出的背景……………………………………………………………6
1.2 研究課題的意義……………………………………………………………6
1.3 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀………………………………………………………………7
第二章 核桃的基本能………………………………………………………………10
2.1 核桃的功效和作用…………………………………………………………10
2.2 核桃的分類(lèi)…………………………………………………………………11
2.2.1 按地方差異分類(lèi)………………………………………………………11
2.2.2 按殼的薄厚分類(lèi)………………………………………………………11
2.2.3 按取仁的難易程度分類(lèi)………………………………………………11
2.3 綿核桃的測(cè)定和分析……………………………………………………12
2.3.1 三維尺寸……………………………………………………………12
2.3.2 綿核桃的厚度…………………………………………………………13
2.2.3 壓碎綿核桃仁所需的擠壓變形量……………………………………13
2.2.4 綿核桃的含水率………………………………………………………14
第三章 核桃剝殼機(jī)主體方案計(jì)……………………………………………………15
3.1 核桃剝殼機(jī)研究應(yīng)用現(xiàn)狀…………………………………………………15
3.1.1 目前核桃剝殼機(jī)采用的剝殼原理………………………………………15
3.1.2 新型剝殼技術(shù)…………………………………………………………16
3.1.3 核桃剝殼機(jī)械的工藝研究…………………………………………16
3.2 刮板式核桃剝殼機(jī)的結(jié)構(gòu)………………………………………………17
3.3 工作原理…………………………………………………………………18
3.4 核桃剝殼機(jī)主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則…………………………………………19
3.4.1 傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)及確定…………………………………………………19
3.4.2 執(zhí)行部件的設(shè)計(jì)及確定………………………………………………20
第四章 關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)與算…………………………………………………………21
4.1 設(shè)計(jì)前各項(xiàng)參數(shù)的確定……………………………………………………21
4.1.1 刮板的半徑及轉(zhuǎn)速初定………………………………………………21
4.1.2 刮板所需功率及厚度計(jì)算……………………………………………21
4.1.3 傳動(dòng)方案擬定………………………………………………………22
4.2 電動(dòng)機(jī)的選擇……………………………………………………………22
4.3 V帶輪設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算…………………………………………………24
4.3.1 V帶輪的參數(shù)計(jì)算……………………………………………………24
4.3.2 V帶輪的設(shè)計(jì)…………………………………………………………26
4.4 主軸的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算……………………………………………………27
4.5 軸承和鍵的選擇……………………………………………………………30
4.5.1 軸承的選擇……………………………………………………………30
4.5.2 鍵的選擇………………………………………………………………31
4.6 半柵籠………………………………………………………………………31
第五章 核桃剝殼刮板的生物力學(xué)設(shè)計(jì)……………………………………………33
5.1 仿生學(xué)的介紹………………………………………………………………33
5.2 核桃剝殼機(jī)刮板的仿生設(shè)計(jì)………………………………………………33
5.2.1 非仿生刮板的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算…………………………………………34
5.2.2 仿生刮板的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算……………………………………………35
5.2.3 對(duì)兩種刮板沖擊力的分析及比較………………………………………37
第六章 部分零部件的裝備方案………………………………………………………40
6.1 機(jī)架的裝備方案……………………………………………………………40
6.2 機(jī)架與箱體間的裝備方案…………………………………………………40
6.3 箱蓋、底座間的裝備方案…………………………………………………41
6.4 箱體與半柵籠間的裝備方案………………………………………………42
6.5 傳動(dòng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的裝備方案………………………………………………43
6.6 核桃剝殼機(jī)的整體圖……………………………………………………44
第七章 總結(jié)與展望…………………………………………………………………45
7.1 本文總結(jié)………………………………………………………………45
7.2 設(shè)計(jì)遇到問(wèn)題…………………………………………………………45
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………47
致謝……………………………………………………………………………………48
第一章 緒論
1.1課題提出的背景
我國(guó)的核桃栽培面積約130萬(wàn)hm2以上,主要種植區(qū)域在西南和西北。在國(guó)際市場(chǎng)上,核桃與杏仁、腰果、榛子一起并列為世界4大干果,核桃作為保健食品早已被國(guó)內(nèi)外所認(rèn)識(shí)。我國(guó)核桃總產(chǎn)量約31萬(wàn)噸,全國(guó)人均占有0. 24kg。核桃中富含脂肪和蛋白質(zhì)，既是主要的食用植物油來(lái)源，而且又可提供豐富的植物蛋白質(zhì)。利用核桃或脫脂后的核桃餅粕的蛋白粉，可直接用于焙烤食用，也可作為肉制品、乳制口、糖果和煎炸食品的原料或添加劑。以核桃蛋白粉為原料或添加劑制成的食品，既提高了蛋白質(zhì)含量，又改善了其功能特性。核桃蛋白粉還可以通過(guò)高壓膨化制成蛋白肉。核桃是食用植物油工業(yè)的重要原料，利用核桃油可制造人造奶油、起酥油、色拉油、調(diào)和油等，也可用作工業(yè)原料。核桃除經(jīng)簡(jiǎn)單加工就可食用外，經(jīng)深加工還可以制成營(yíng)養(yǎng)豐富，色、香、味俱佳的各種食品和保健品。核桃加工副產(chǎn)品核桃殼和核桃餅粕等可以綜合利用，加工增值，提高經(jīng)濟(jì)效益。
核桃在制取油脂、制取核桃蛋白、生產(chǎn)核桃儀器以及在核桃貿(mào)易出口時(shí)，都需要對(duì)核桃進(jìn)行預(yù)處理加工。核桃的預(yù)處理主要包括核桃的剝殼和分級(jí)、破碎、軋胚和蒸炒等。
核桃在加工或作為出口商品時(shí)，需要進(jìn)行剝殼加工。核桃在制取油脂時(shí)，剝殼的目的是為了提高出油率， 提高毛油和餅粕的質(zhì)量，利于軋胚等后續(xù)工序的進(jìn)行和皮殼的綜合利用。傳統(tǒng)的剝殼為人力手工剝殼，手工剝殼不僅手指易疲勞、受傷，而且工效很低，所以核桃產(chǎn)區(qū)廣大農(nóng)民迫切要求用機(jī)器來(lái)代替手工剝殼。核桃剝殼機(jī)的誕生在很大程度上改變了這種局面，使核桃產(chǎn)區(qū)的農(nóng)民不必再采用最原始的剝殼方法進(jìn)行剝殼，從而大大地減輕了農(nóng)民的體力勞動(dòng)，同時(shí)還提高了核桃剝殼的效率。
核桃脫殼機(jī)是將核桃莢果去掉外殼而得到核桃仁的場(chǎng)上作業(yè)機(jī)械。由于核桃本身的生理特點(diǎn)決定了核桃脫殼不能與核桃的田間收獲一起進(jìn)行聯(lián)合作業(yè)，而只能在核桃莢果的含水率降到一定程度后才能進(jìn)行脫殼。隨著核桃種植業(yè)的不斷發(fā)展，核桃手工脫殼已無(wú)法滿(mǎn)足高效生產(chǎn)的要求，實(shí)行脫殼機(jī)械化迫在眉睫。
1.2 研究課題的意義
為了使堅(jiān)果食品增值，近年來(lái)各國(guó)都在加工制造成品方面想辦法。目前整體核桃仁在國(guó)際市場(chǎng)上的價(jià)格是帶殼核桃的幾十倍，且核桃?guī)け４嫒菀酌範(fàn)€。因此，尋求效率高.質(zhì)量好的剝殼方法，是發(fā)展的必然。我國(guó)核桃資源豐富，1993年全國(guó)產(chǎn)量達(dá)到21.3萬(wàn)噸，如何有效去殼，對(duì)滿(mǎn)足人們生活需要和換取外匯都有著重要的意義。
堅(jiān)果類(lèi)破殼問(wèn)題的研究，如蘇聯(lián)專(zhuān)利破裂松果的仿佛，日本專(zhuān)利破除栗殼的方法，我國(guó)對(duì)棉核桃殼剝?nèi)∪蕶C(jī)理的研究，在理論和實(shí)踐方面都做了有益的探討，但均未解決好核桃去殼取仁的問(wèn)題。
在我國(guó)，如陜西、山西的核桃剝殼機(jī)，性能不甚好，我國(guó)出口的核桃仁全都是手工砸取，勞動(dòng)生產(chǎn)率低，且菌感染指數(shù)高于國(guó)際食品衛(wèi)生法規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，影響了桃仁的品質(zhì)，降低了換匯率。在國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)銷(xiāo)售，對(duì)人民不利。
1.3 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
我國(guó)核桃脫殼機(jī)的研制自1965年原八機(jī)部下達(dá)核桃剝殼機(jī)的研制課題以來(lái)，已有幾十種核桃剝殼機(jī)問(wèn)世。只進(jìn)行單一剝殼功能的核桃剝殼機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，以小型家用為主的核桃剝殼機(jī)在我國(guó)一些地區(qū)廣泛應(yīng)用，能夠完成剝殼、分離、清選和分級(jí)功能的較大型核桃剝殼機(jī)在一些大批量核桃加工的企業(yè)中應(yīng)用較為普遍。國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的核桃剝殼機(jī)種類(lèi)很多，如6BH一60型核桃剝殼機(jī)、6BH一20B型核桃剝殼機(jī)、6BH一20型核桃剝殼機(jī)等，其作業(yè)效率為人工作業(yè)效率的2O～60倍以上。錦州俏牌集團(tuán)生產(chǎn)的TFHS1500型核桃除雜剝殼分選機(jī)組一次能實(shí)現(xiàn)核桃原料的剝殼、除皮、分選，是一種比較先進(jìn)的核桃后期生產(chǎn)機(jī)械。偉民牌6BH一720型核桃剝殼機(jī)帶有復(fù)脫、分級(jí)裝置，采用搓板式剝殼、風(fēng)力初選、比重分離清選等裝置，具有結(jié)構(gòu)緊湊、操作靈活方便、脫凈率高、消耗動(dòng)力小等特點(diǎn)。6BK一22型核桃剝殼機(jī)是一種一次喂料就可完成核桃剝殼工作的機(jī)械，經(jīng)風(fēng)力初選、風(fēng)扇振動(dòng)、分層分離、復(fù)脫清選分級(jí)后的核桃仁可直接裝袋入庫(kù)。6BH一1800型核桃剝殼機(jī)械采用了三軋輥混合脫殼結(jié)構(gòu)，能夠進(jìn)行二次剝殼。而隨著我國(guó)核桃產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步調(diào)整，核桃產(chǎn)量逐年增加，核桃的機(jī)械化剝殼程度將大幅提高，核桃剝殼機(jī)械將擁有廣闊的發(fā)展前景。
核桃剝殼的原理很多，因此產(chǎn)生了很多種不同的核桃剝殼機(jī)械。核桃剝殼部件是核桃剝殼機(jī)的關(guān)鍵工作部件，剝殼部件的技術(shù)水平?jīng)Q定了機(jī)具作業(yè)剛核桃仁破碎率、核桃果一次剝凈率及生產(chǎn)效率等重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。在目前的生產(chǎn)銷(xiāo)售中，核桃仁破碎率是社會(huì)最為關(guān)心的主要指標(biāo)。
八十年代以前的核桃剝殼機(jī)械，破碎率一般都大于8%，有時(shí)高達(dá)l5%以上。加工出的核桃仁，只能用來(lái)榨油，不能作種用，也達(dá)到出口標(biāo)準(zhǔn)。為了降低破碎率而探討新的剝殼原理，研制新式剝殼部件，便成為核桃剝殼機(jī)械的重要研究課題。從六十年代初，開(kāi)始在我國(guó)出現(xiàn)了封閉式紋桿滾筒，柵條凹板式核桃剝殼機(jī)。自1983年以來(lái)，在已有的核桃剝殼部件的研制基礎(chǔ)上，我國(guó)又相繼研制了多種不同結(jié)構(gòu)型式的新式剝殼部件，其主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，特別是破殼率指標(biāo)大有改善。
以下介紹一下我國(guó)上個(gè)世紀(jì)幾種主要的核桃剝殼部件
1、封閉式紋桿滾筒，柵條凹板式核桃剝殼部件
八十年代初， 我國(guó)在吸收國(guó)外技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制了TH-340型核桃剝殼機(jī)，其剝殼部件是在一個(gè)圓筒上鑲上若干根紋桿組成的封閉式紋桿滾筒，下面裝有若干根圓鋼條組成的柵條式凹板。
在該機(jī)構(gòu)中核桃進(jìn)口大(3O-50毫米)，出口小(1O-25毫米)，工作時(shí)，核桃果在滾筒的推動(dòng)下由進(jìn)口向出口端運(yùn)動(dòng)，在滾筒和凹板的沖擊、擠壓、揉搓作用下直接剝殼，核桃受列剝殼機(jī)的直接搓擦作用，系強(qiáng)制剝殼，故破碎率高。剝殼時(shí)， 直徑同凹板柵縫一樣大小的單粒果及雙粒果便從柵縫中分離出來(lái)。為了將混在一起的核桃仁和未脫果分離開(kāi)來(lái)，采用柵條式凹板的剝殼機(jī)一般要配置分離機(jī)構(gòu)。后來(lái)研制并生產(chǎn)的TH-47O型，6 BH-570型等型式的剝殼機(jī)。
2、封閉橡膠板滾筒，直立橡膠板式剝殼部件
該機(jī)的剝殼部件是由封閉膠輥和直立膠板組成，剝殼原理系擠壓式，作業(yè)時(shí)，核桃果在膠輥的推動(dòng)下，通過(guò)剝殼間隙(5—20毫米)，由膠輥和膠板的擠壓作用脫殼，避開(kāi)了剝殼部件的揉搓作用,破碎率有所降低，但仍在5％以上。另外，因直徑小于剝殼間隙的小果未經(jīng)剝殼便被分離出來(lái)，故一次剝凈率很低，只有30%左右。所以不得不增設(shè)循環(huán)機(jī)構(gòu)，以使核桃經(jīng)多次擠壓脫殼，致使機(jī)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、龐大，造價(jià)較高。
3、開(kāi)式紋桿滾筒，編織凹板式核桃剝殼部件
剝殼部件采用了由兩根金屬紋桿組成的開(kāi)式紋桿滾筒和用編織絲網(wǎng)制成的編織凹板，作業(yè)時(shí)，核桃果在滾筒的推動(dòng)下，受擠壓揉搓剝殼，該結(jié)構(gòu)與封閉滾筒式不同，核桃果受到開(kāi)式滾筒的攪拌作用，剝殼力帶有柔性，故其破碎率較低，可控制在3%-5% 。另外，與柵條式凹板不同，因系編織網(wǎng)孔凹板，剝殼時(shí)，只有直徑小于網(wǎng)孔尺寸的單粒癟果末剝殼而被網(wǎng)孔分離，雙粒長(zhǎng)果則漏不出來(lái)，仍被剝殼，故剝凈率較高。
4、立式剝殼機(jī)構(gòu)
剝殼部件采用了由兩根扁鋼條焊接而成的立式轉(zhuǎn)子，下面裝著用編織絲網(wǎng)制成的編織平底篩，在剝殼室內(nèi)，核桃果受立式轉(zhuǎn)子的推動(dòng)而相互磨擦，從而達(dá)到剝殼的目的，此方法系柔性揉搓剝殼。實(shí)踐證明，該機(jī)破碎率較低，可控制在3％以下。其缺點(diǎn)是由于采用立式傳動(dòng)， 故傳動(dòng)機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜。
5、開(kāi)式扁條滾筒，編織凹板式核桃剝殼部件
采用了由三根扁鋼條制成的開(kāi)式扁條滾筒，和用編織絲網(wǎng)制成的凹板結(jié)構(gòu)，作業(yè)時(shí)，核桃果在扁條的推動(dòng)下隨滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，在滾筒和凹板之間形成一個(gè)活動(dòng)層，核桃果在該活動(dòng)層內(nèi)互相揉搓而剝殼。由于在該機(jī)構(gòu)中，避開(kāi)了剝殼部件的直接擠壓， 沖擊的作用，而是核桃搓核桃，系柔性剝殼，故破碎率較低， 該機(jī)鑒定時(shí)實(shí)測(cè)破傷率(破碎率+損傷率)為0．91。
第二章 核桃的基本性能
核桃有著千年的歷史，在很早以前人們就知道核桃還有它的許多功效。核桃原產(chǎn)于近東地區(qū)，核桃與扁桃、腰果、榛子并稱(chēng)為世界著名的“四大干果”。既可以生食、炒食，又可以榨油、配制糕點(diǎn)、糖果等多種做法，不僅味美，而且營(yíng)養(yǎng)價(jià)值很高，被譽(yù)為“萬(wàn)歲子”、“長(zhǎng)壽果”。如圖2-1所示核桃。
圖2-1 核桃
核桃起源人們?cè)詾槭菑堯q從西域傳入的，然而在之后的研究表明核桃不是一個(gè)地方生產(chǎn)的，而是許多地方都有產(chǎn)核桃，而我國(guó)也是源產(chǎn)地之一。核桃具有很大的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值據(jù)測(cè)定，每100克核桃中，含脂肪50～64克，核桃中的脂肪71%為亞油酸，12%為亞麻酸，蛋白質(zhì)為15～20克，蛋白質(zhì)亦為優(yōu)質(zhì)蛋白，核桃中脂肪和蛋白是大腦最好的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。糖類(lèi)為10克，以及含有鈣、磷、鐵、胡蘿卜素、核黃素（維生素B2）、維生素B6、維生素E、胡桃葉醌、磷脂等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。因此研究核桃殼機(jī)對(duì)核桃取仁起到很大了幫助，具有很大的意義。
2.1核桃的功效與作用
核桃又稱(chēng)之為胡桃，為胡桃科植物。核桃仁細(xì)膩質(zhì)感，常被老百姓稱(chēng)之“肉”，核桃仁含有豐富的營(yíng)養(yǎng)素，且藥用價(jià)值主要集中在仁，食后不但不會(huì)使膽固醇升高，還能減少腸道對(duì)膽固醇的吸收，因此，可作為高血壓、動(dòng)脈硬化患者的滋補(bǔ)品。此外，這些油脂還可供給大腦基質(zhì)的需要。核桃中所含的微量元素鋅和錳是腦垂體的重要成分，常食有益于腦的營(yíng)養(yǎng)補(bǔ)充，有健腦益智作用。
其實(shí)很早以前我國(guó)古人就發(fā)現(xiàn)核桃的多種功效了，古代名醫(yī)李時(shí)珍曾說(shuō)過(guò)核桃可以補(bǔ)腎通腦，有益智慧。核桃不僅是最好的健腦食物，而且還是神經(jīng)衰弱的治療劑。核桃對(duì)很多病癥都有幫助，說(shuō)明了核桃的確有很大的醫(yī)療作用，對(duì)人體健康有著很大的幫助。因此如何更好的把厚的核桃殼壓碎并更好、更方便的取出核仁就成了研究的方向。
2.2核桃的分類(lèi)
2.2.1按地方差異分類(lèi)
根據(jù)地方的差異，我國(guó)核桃總體可分為核桃類(lèi)群和鐵核桃類(lèi)群兩種類(lèi)群，而前者類(lèi)群通常稱(chēng)為北方核桃，產(chǎn)于北方，而后者則稱(chēng)之為南方核桃，產(chǎn)地在南方。
核桃類(lèi)群的各品種群的核桃外表近似球形。殼表面沿縱徑方向分布著長(zhǎng)條溝紋，結(jié)合線下半部平，上半部微隆起，約1-2mm。核桃類(lèi)群基本就是使用的品種，皮薄，仁大，表面較平整，紋路很淺很淺。然而鐵核桃類(lèi)群則個(gè)品種群的核桃外表近似球形，殼表面近似花生皮樣的紋路，就是一個(gè)個(gè)小坑組成的紋路，結(jié)合線寬而隆起約2-3mm。除了這兩類(lèi)還有兩種用于文玩的核桃，分別為秋子核桃還有麻核桃。秋子核桃是一種野生核桃，主要產(chǎn)在東北。特征是有明顯的六條楞。而麻核桃屬于半野生核桃，主要在華北的山西河北一帶。具體品種很多，是主要的文玩核桃品種。
2.2.2按殼的薄厚分類(lèi)
核桃殼厚薄，含仁率高低相近似的一些品種稱(chēng)為品種群。我國(guó)核桃根據(jù)薄厚品種基本上可劃為四個(gè)種群，分別為紙皮核桃、薄殼核桃、中殼核桃還有厚殼核桃四大種。劃分標(biāo)準(zhǔn)如表2-1所示。品種的分類(lèi)主要是依據(jù)堅(jiān)果大小形狀、核桃殼表面特性等。
表2-1 核桃品種群的劃分標(biāo)準(zhǔn)
品種群
核桃殼厚度
含仁率
橫隔壁
內(nèi)褶壁
取出仁
紙皮核桃
<0.9
>65
退化
退化
全仁
薄殼核桃
1-1.5
50-60
呈膜質(zhì)
退化
半仁
中殼核桃
1.6-2.0
41-49
呈膜質(zhì)
不發(fā)達(dá)
1/4仁
厚殼核桃
>2.1
<41
呈膜質(zhì)
發(fā)達(dá)
碎仁
從表中顯示可見(jiàn)，紙皮核桃、薄殼核桃和中殼核桃品種群易于用機(jī)械剝殼取仁，且剝殼比較完整。而厚殼核桃品種群則難以剝殼取仁，、原因從表中可以看清由于橫膈膜呈膜質(zhì)，內(nèi)褶壁發(fā)達(dá)，把仁夾嵌在殼里了。因此人工取仁只能用錐子挑出桃仁，而機(jī)械剝殼取仁只能取的是碎仁了。
2.2.3按取仁的難易程度分類(lèi)
我們知道厚殼核桃一般只能取碎仁，從中可以看出核桃越薄則剝殼相對(duì)越比較容易些，因此根據(jù)核桃剝殼難易程度，又可將各品種核桃分為兩類(lèi)，分別為綿核桃和夾核桃。
綿核桃一般是指核桃殼厚小于2mm，橫膈膜退化或成膜質(zhì)、革質(zhì)，內(nèi)褶壁退化或不發(fā)達(dá)，可取得1/4或半仁。它包括紙皮、薄殼和中殼核桃品種群。夾核桃一般是指核桃殼厚超過(guò)2mm，橫膈膜呈骨質(zhì)，內(nèi)褶壁發(fā)達(dá)的厚殼核桃品種群。
目前，綿核桃的總量占全部核桃的80%~90%,隨著無(wú)性繁殖的推廣和品種的進(jìn)一步改良，夾核桃的機(jī)械剝殼取仁。由于棉核桃品種很多，因此不可能對(duì)全部的核桃品種都進(jìn)行試驗(yàn)研究，只能選取一些綿核桃品種作為代表。
2.3綿核桃的測(cè)定和分析
2.3.1三維尺寸
通過(guò)實(shí)驗(yàn)，拿100個(gè)綿核桃，用游標(biāo)卡尺對(duì)100個(gè)綿核桃進(jìn)行三維尺寸的測(cè)量，通過(guò)測(cè)量它們的縱徑、橫徑和棱徑。統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2-2。
表2-2綿核桃三維尺寸
尺寸mm
方位
縱徑
（個(gè)數(shù)）
橫徑
（個(gè)數(shù)）
棱徑
（個(gè)數(shù)）
25-27
0
4
6
27-29
8
6
8
29-31
15
23
30
31-33
33
33
32
33-35
30
22
18
35-37
12
11
4
37-39
2
2
2
39-41
0
1
0
我們知道平均值公式為：X=x1+x2+x3……xi（ xi為第i個(gè)元素）； 均方差S = ((x1-X)^2 + (x2-X)^2+(x3-X)^2+...+(xi-X^2)/i)的平方根（X為平均值）。因此帶入數(shù)值我們就可以知道縱徑、橫徑和棱徑得平均值以及均方差了。經(jīng)統(tǒng)計(jì)處理后得出它們均值、方差等如表2-3所示：
表2-3 綿核桃的三維尺寸統(tǒng)計(jì)表
位置
平均差
均方差
變異系數(shù)
近似球體直徑
球度
縱徑
32.58
2.65
8.1%
30.64
0.986
橫徑
32.78
2.66
8.1%
棱徑
31.36
2.35
7.5%
對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析，可得出如下結(jié)論：
（1）絕大多數(shù)綿核桃的三維尺寸都在25-39mm之間，其數(shù)量占總綿核桃量的99%左右。
（2） 綿核桃的三維尺寸存在縱徑、橫徑、棱徑三個(gè)尺寸，但如果綿核桃在=0.001水平下三維尺寸有高度顯著變化，可近似簡(jiǎn)化為球。本課題取核桃近視為30mm的球型。
2.3.2綿核桃殼的厚度
對(duì)于整個(gè)綿核桃，除了兩瓣核桃的結(jié)合線上的殼厚度較大以外，而其它各個(gè)位置上的殼的厚度基本上是一樣的。我們對(duì)每個(gè)核桃殼進(jìn)行測(cè)量，對(duì)于每個(gè)綿核桃，我們測(cè)量了幾個(gè)不同位置的殼的厚度，我們對(duì)頂端、底部、結(jié)合線部分及中間部分做測(cè)量，隨機(jī)測(cè)量了100個(gè)綿核桃，故樣本N=100，對(duì)測(cè)量值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，如見(jiàn)表2-4所示。對(duì)表面2-4進(jìn)行方差分析，當(dāng)顯著性水平α=0.10時(shí)，不同位置間的殼厚差異不是顯著的，因此，可以認(rèn)為綿核桃的厚度是均勻的。
表2-4測(cè)量值的處理
內(nèi)容
平均值
均方差
變異系數(shù)
最小間隙
0．78
0．378
48．5%
最大間隙
1．83
0．540
29．5%
2.3.3壓碎綿核桃仁所需的擠壓變形量
我們做實(shí)驗(yàn)，從綿核桃中隨機(jī)的取出100個(gè)，將綿核桃砸成兩個(gè)完整的半仁，然后取這200個(gè)半仁做實(shí)驗(yàn)，半仁豎直地放置在單軸壓力測(cè)定儀的上下平臺(tái)之間，測(cè)定仁上出現(xiàn)裂紋所需的擠壓變形量，擠壓時(shí)由于仁中間部位彎距大，因而仁都在中間位置出現(xiàn)裂紋。取轉(zhuǎn)速為1轉(zhuǎn)/秒。對(duì)擠壓變形量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，結(jié)果如表2-5所示。因此，當(dāng)仁上承受的擠壓變形量大于0.7-1時(shí)，仁就將破碎。
表2-5仁破裂時(shí)的擠壓變形量
平均值
均方差
變異系數(shù)
0．86
0．120
14．0%
2.3.4綿核桃的含水率
做實(shí)驗(yàn)把綿核桃的核殼和核仁碾壓成碎片，然后各取50克，在100度的高溫下烘干至衡重W，則含水率為：50-W/50*100%，以相同的方法對(duì)核桃殼，仁各檢測(cè)10次，統(tǒng)計(jì)處理數(shù)據(jù)值見(jiàn)表2-6所示：
表2-6 綿核桃的含水率
內(nèi)容
平均值（%）
均方差（%）
變異系數(shù)（%）
殼
9.8
0.90
9.2
仁
3.6
0.37
10.2
第三章 核桃剝殼機(jī)主體方案設(shè)計(jì)
3.1核桃剝殼機(jī)研究應(yīng)用現(xiàn)狀
目前國(guó)內(nèi)核桃剝殼機(jī)從其脫殼原理、結(jié)構(gòu)和材料上基本可分為以打擊、揉搓為主的鋼紋桿——鋼柵條凹板；以擠壓、揉搓為主的橡膠滾筒一一橡膠浮動(dòng)凹板兩大類(lèi)，但脫殼質(zhì)量均不高，破損率都大于8 %，剝出的核桃仁只能用于榨油和食用，滿(mǎn)足不了外貿(mào)出口和作種子的要求。探索先進(jìn)的脫殼原理是解決脫殼機(jī)現(xiàn)存問(wèn)題的重要途徑。
3.1.1目前核桃剝殼機(jī)采用的脫殼原理
目前應(yīng)用比較廣泛的核桃機(jī)械脫殼原理有以下幾種：
撞擊法脫殼 撞擊法脫殼是物料高速運(yùn)動(dòng)時(shí)突然受阻而受到?jīng)_擊力，使外殼破碎而實(shí)現(xiàn)脫殼的目的。其典型設(shè)備為由高速回轉(zhuǎn)甩料盤(pán)及固定在甩料盤(pán)周?chē)拇植诒诎褰M成的離心脫殼機(jī)。甩料盤(pán)使核桃莢果產(chǎn)生一個(gè)較大的離心力撞擊壁面，只要撞擊力足夠大，莢果外殼就會(huì)產(chǎn)生較大的變形，進(jìn)而形成裂縫。當(dāng)莢果離開(kāi)壁面時(shí)，由于外殼具有不同的彈性變形而產(chǎn)生不同的運(yùn)動(dòng)速度，莢果所受到的彈性力較小，運(yùn)動(dòng)速度也不如外殼，阻止了外殼迅速向外移動(dòng)而使其在裂縫處裂開(kāi)，從而實(shí)現(xiàn)籽粒的脫殼。撞擊脫殼法適合于仁殼間結(jié)合力小，仁殼間隙較大且外殼較脆的莢果。影響離心式脫殼機(jī)脫殼質(zhì)量的因素有，籽粒的水分含量、甩料盤(pán)的轉(zhuǎn)速、甩料盤(pán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等。
碾搓法脫殼 核桃莢果在固定磨片和運(yùn)動(dòng)著的磨片間受到強(qiáng)烈的碾搓作用，使莢果的外殼被撕裂而實(shí)現(xiàn)脫殼。其典型的設(shè)備為由一個(gè)固定圓盤(pán)和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)組成的圓盤(pán)剝殼機(jī)。莢果經(jīng)進(jìn)料口進(jìn)入定磨片和動(dòng)磨片的間隙中，動(dòng)磨片轉(zhuǎn)動(dòng)的離心力使籽粒沿徑向向外運(yùn)動(dòng)，也使莢果與定磨片問(wèn)產(chǎn)生方向相反的摩擦力；同時(shí)，磨片上的牙齒不斷對(duì)外殼進(jìn)行切裂，在摩擦力與剪切力的共同作用下使外殼產(chǎn)生裂紋直至破裂，并與殼仁脫離，達(dá)到脫殼的目的。該種方法影響因素有，莢果的水分含量、圓盤(pán)的直經(jīng)、轉(zhuǎn)速高低、磨片之間工作間隙的大小、磨片上槽紋的形狀和莢果的均勻度等。
剪切法脫殼 核桃莢果在固定刀架和轉(zhuǎn)鼓間受到相對(duì)運(yùn)動(dòng)著的刀板的剪切力的作用，外殼被切裂并打開(kāi)，實(shí)現(xiàn)外殼與果仁的分離。其典型設(shè)備為由刀板轉(zhuǎn)鼓和刀板座為主要工作部件的刀板剝殼機(jī)。在刀板轉(zhuǎn)鼓和刀板座上均裝有刀板，刀板座呈凹形，帶有調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可根據(jù)核桃莢果的大小調(diào)節(jié)刀板座與刀板轉(zhuǎn)鼓之間的間隙。當(dāng)?shù)栋遛D(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)時(shí)，與刀板之間產(chǎn)生剪切作用，使物料外殼破裂和脫落。主要適用于棉籽，特別是帶絨棉籽的剝殼，剝殼效果較好。由于其工作面較小，故易發(fā)生漏籽現(xiàn)象，重剝率較高。該種方法影響因素有，原料水分含量、轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的高低、刀板之間的間隙大小等。
擠壓法脫殼 擠壓法脫殼是靠一對(duì)直徑相同轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，轉(zhuǎn)速相等的圓柱輥，調(diào)整到適當(dāng)間隙，使核桃莢果通過(guò)間隙時(shí)受到輥的擠壓而破殼。莢果能否順利地進(jìn)入兩擠壓輥的間隙，取決于擠壓輥及與莢果接觸的情況。要使莢果在兩擠壓輥間被擠壓破殼，莢果首先必須被夾住，然后被卷入兩輥間隙。兩擠壓輥間的間隙大小是影響籽粒破損率和脫殼率高低的重要因素。
搓撕法脫殼 搓撕法脫殼是利用相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的橡膠輥筒對(duì)籽粒進(jìn)行搓撕作用而進(jìn)行脫殼的。兩只膠輥水平放置，分別以不同轉(zhuǎn)速相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，輥面之間存在一定的線速差，橡膠輥具有一定的彈性．其摩擦系數(shù)較大。核桃莢果進(jìn)入膠輥工作區(qū)時(shí)，與兩輥面相接觸，如果此時(shí)莢果符合被輥?zhàn)訃说臈l件，即嚙人角小于摩擦角，就能順利進(jìn)入兩輥問(wèn)．此時(shí)莢果在被拉人輥間的同時(shí)，受到兩個(gè)不同方向的摩擦力的撕搓作用；另外，莢果又受到兩輥面的法向擠壓力的作用，當(dāng)莢果到達(dá)輥?zhàn)又行倪B線附近時(shí)法向擠壓力最大，莢果受壓產(chǎn)生彈性—— 塑性變形，此時(shí)莢果的外殼也將在擠壓作用下破裂，在上述相反方向撕搓力的作用下完成脫殼過(guò)程。影響脫殼性能的因素有，線速差、膠壓輥的硬度、軋入角、軋輥半徑、軋輥間間隙等。
3.1.2 新型剝殼技術(shù)
壓力膨脹法 原理是先使一定壓力的氣體進(jìn)入核桃殼內(nèi)，維持一段時(shí)間，以使核桃莢果內(nèi)外達(dá)到氣壓平衡，然后瞬間卸壓，內(nèi)外壓力平衡打破，殼體內(nèi)氣體在高壓作用下產(chǎn)生巨大的爆破力而沖破殼體，從而達(dá)到脫殼的目的。主要影響因素有，充氣壓力、穩(wěn)定壓力維持時(shí)間、籽粒的含水率等。
真空法 將核桃莢果放在真空爆殼機(jī)中，在真空條件下，將具有相當(dāng)水分的莢果加熱到一定溫度，在真空泵的抽吸下，莢果吸熱使其外殼的水分不斷蒸發(fā)而被移除，其韌性與強(qiáng)度降低，脆性大大增加；真空作用又使殼外壓力降低，殼內(nèi)部相對(duì)處于較高壓力狀態(tài)。殼內(nèi)的壓力達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，就會(huì)使外殼爆裂。
激光法 用激光逐個(gè)切割堅(jiān)果外殼。試驗(yàn)顯示，用這種方法幾乎能夠達(dá)到100 9／6的整仁率，但因其費(fèi)用昂貴、效率低下等原因，很難得到推廣。
3.1.3 核桃剝殼機(jī)械的工藝研究
在脫殼技術(shù)方面，除了在原理和設(shè)備上進(jìn)行研究外，人們還在工藝上進(jìn)行了研究以提高籽粒的脫殼率及脫殼質(zhì)量。
分級(jí)處理 物料的粒度范圍大，必須先按大小分級(jí)，再進(jìn)行脫殼，才能提高脫殼率，減少破損率。
水分含量 核桃莢果的含水率對(duì)脫殼效果有很大的影響，含水率大，則外殼的韌性增加；含水率小，則果仁的粉末度大。因此應(yīng)使核桃莢果盡量保持最適當(dāng)?shù)暮剩员ＷC外殼和果仁具有最大彈性變形和塑性變形的差異，即外殼含水率低到使其具有最大的脆性，脫殼時(shí)能被充分破裂，同時(shí)又要保持仁的可塑性，不能因水分太少而使果仁在外力作用下粉末度太大，可減少果仁破損率。
3.2刮板式核桃剝殼機(jī)的結(jié)構(gòu)
根據(jù)刮板式核桃剝殼機(jī)的剝殼原理，我們可以知道，核桃是依次經(jīng)過(guò)料斗——?jiǎng)儦は渲械膱?zhí)行機(jī)構(gòu)刮板使核桃破殼——后經(jīng)過(guò)半籠柵篩選——破殼的從下箱出口出來(lái)——進(jìn)入分選口——最終將核桃殼和核仁分開(kāi)，得到核仁的整個(gè)過(guò)程，因此核桃剝殼機(jī)的主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)就由這每一部分合成的。
主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是從上往下，從人們開(kāi)始把核桃放進(jìn)料斗開(kāi)始，整個(gè)剝殼機(jī)的最上面就應(yīng)該是料斗了，而從上到下核桃從料斗進(jìn)入后就應(yīng)該對(duì)其進(jìn)行剝殼的工作，因此核桃就到了執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的刮板，也就是在剝殼箱中完成的，在剝殼箱內(nèi)，核桃經(jīng)過(guò)刮板的撞擊和擠壓作用使核桃進(jìn)行剝殼。剝完殼后，核桃就分離開(kāi)了，就把核桃殼和仁分開(kāi)了，而為了辨別是否已經(jīng)剝殼了，就在下方設(shè)計(jì)一個(gè)柵格，設(shè)計(jì)成半圓的柵籠，如果已經(jīng)分離開(kāi)了，那么核桃殼、仁就可以通過(guò)柵格，而未分離開(kāi)的則繼續(xù)破殼。核桃從柵格下來(lái)后就進(jìn)入了一個(gè)分選口，在分選口旁邊設(shè)計(jì)一個(gè)風(fēng)機(jī)的吹入口，其作用是將下來(lái)的核桃殼與核桃仁進(jìn)行分離，由于核桃殼重量比較重，稍重的殼則不會(huì)被風(fēng)機(jī)的分吹走，由于重量則繼續(xù)向下落，然而重量輕的核桃仁將被風(fēng)機(jī)吹風(fēng)帶入到了另一個(gè)出口，用來(lái)專(zhuān)門(mén)收集核桃的。這就是設(shè)計(jì)的整個(gè)思路。如圖3-1所示：
圖3-1 剝殼機(jī)安裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
3．3工作原理
刮板式核桃剝殼機(jī)是借助轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的刮板與半籠柵的擠壓和打擊作用，使核桃殼破碎的一種思路設(shè)計(jì)的，其主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便。其結(jié)構(gòu)如圖3-2刮板式核桃剝殼機(jī)所示。它主要由進(jìn)料機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和支承機(jī)構(gòu)等部分組成。
圖3-2刮板式核桃剝殼機(jī)
核桃進(jìn)入剝殼箱內(nèi)，核桃落入到由圓鋼棒排列成的柵格上，由于柵格與刮板的旋轉(zhuǎn)外徑間沒(méi)有距離容納一個(gè)核桃，因此高速旋轉(zhuǎn)的刮板與核桃發(fā)生相互碰撞和擠壓，在刮板和半籠柵的作用下，核桃發(fā)生了破裂，從而實(shí)現(xiàn)了剝殼。
3.4核桃剝殼機(jī)主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則
總體設(shè)計(jì)任務(wù)主要包括剝殼機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算。總體設(shè)計(jì)后還要進(jìn)行各部件的選擇、計(jì)算和驗(yàn)算。
3.4.1傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)及確定
核桃剝殼機(jī)在傳送過(guò)程中可以通過(guò)直齒輪、斜齒輪、帶輪及渦輪蝸桿傳動(dòng)等傳送方式。比較如表3-4-1：
表3-4-1中是可供選擇的常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
帶傳動(dòng)
具有傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲低、清潔（無(wú)需潤(rùn)滑）的特點(diǎn)，具有緩沖減振和過(guò)載保護(hù)作用，并且維修方便。與鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)相比，帶傳動(dòng)的強(qiáng)度較低以及疲勞壽命較短
齒輪傳動(dòng)
效率高、傳動(dòng)比穩(wěn)定、工作可靠、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)緊湊、比帶、鏈傳動(dòng)所需的空間尺寸小
渦輪蝸桿傳動(dòng)
傳動(dòng)比大，體積小，單頭的有的能自鎖，不用另加制動(dòng)裝置就能停在任意位置，但是它的效率太低
1、 齒輪傳動(dòng)
電動(dòng)機(jī)傳出的扭距通過(guò)一個(gè)有保護(hù)作用的聯(lián)軸器，傳人一個(gè)有分配傳動(dòng)比的減速器，然后通過(guò)聯(lián)軸器傳人開(kāi)式齒輪副，進(jìn)入帶動(dòng)兩軸的傳動(dòng)。如圖3.4.1（1）所示。
圖3.4.1（1）齒輪式傳動(dòng)系統(tǒng)圖
這種傳動(dòng)方式的特點(diǎn)是：工作可靠，使用壽命長(zhǎng)，傳動(dòng)準(zhǔn)確，效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，功率和速度適用范圍廣等，但是其成本較高，對(duì)于制造這種小型的核桃剝殼機(jī)不劃算。
2、 V帶傳動(dòng)
由電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)距通過(guò)如圖3.4.1（2）所皮帶傳人沖壓機(jī)直接傳人主動(dòng)軸。示：
圖3.4.1（2） 皮帶式傳動(dòng)系統(tǒng)圖
這種傳動(dòng)方式具有傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音下的特點(diǎn)，同時(shí)以起過(guò)載保護(hù)的作用。帶傳動(dòng)的成本較低，對(duì)于核桃剝殼機(jī)這種對(duì)傳動(dòng)比要求不是很高的機(jī)器可以選擇帶傳動(dòng)來(lái)減速，制造方便且比較經(jīng)濟(jì)。
3.4.2 執(zhí)行部件的設(shè)計(jì)及確定
根據(jù)剝殼的方法不同，執(zhí)行部件的選擇也是相應(yīng)的改變，由于本課題研究的刮板式核桃剝殼機(jī)，因此采用四鋼板十字交叉固定在旋轉(zhuǎn)筒架上如下圖，通過(guò)擠壓和打擊作用，從而使核桃破殼取仁。
刮板結(jié)構(gòu)
第四章 關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)與計(jì)算
刮板式核桃剝殼機(jī)設(shè)計(jì)出來(lái)后，能否能夠正常的使用和剝殼，這是十分關(guān)鍵的，而與這個(gè)有最直接的關(guān)系，就是各零部件是否能夠正常使用，各零部件組合起來(lái)就成了一個(gè)完整的剝殼機(jī)。因此，刮板式核桃剝殼機(jī)的主要零部件的設(shè)計(jì)在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中起著十分重要的作用，好的核桃剝殼機(jī)才會(huì)給顧客帶來(lái)方便及放心的使用。
4．1設(shè)計(jì)前各項(xiàng)參數(shù)的確定
4．1．1 刮板的半徑及轉(zhuǎn)速初定
刮板的旋轉(zhuǎn)速度必須保證刮板與核桃擠壓、碰撞后能使核桃破裂，當(dāng)刮板的相對(duì)速度達(dá)到5m/s時(shí)，可使核桃殼破裂而且不會(huì)破壞到核桃仁，因此根據(jù)此數(shù)據(jù)我們?cè)O(shè)計(jì)出刮板的轉(zhuǎn)速與半徑。
如圖4-1所示，當(dāng)刮板旋轉(zhuǎn)時(shí)，核桃與刮板的接觸碰撞是在刮板的邊緣部分。因此根據(jù)轉(zhuǎn)速公式： v=2пnr
我們?nèi)“霃絩=260mm，
則n=v*60*1000/3.14/2/r=5*60*1000/3.14/2/260=183.73r/min
因此我們?nèi)=260mm；n=183.73r/min
圖4-1刮板圖
4．1．2 刮板所需功率及厚度計(jì)算
根據(jù)功率的基本公式P=Q/t；就可以計(jì)算出刮板所需要的功率了，而Q就是表示刮板對(duì)核桃所做的功，我們知道刮板對(duì)核桃所做的功又分為刮板對(duì)核桃的動(dòng)能Ek以及刮板核
桃所做的勢(shì)能Ep，因而刮板對(duì)核桃所做的功Q=Ek+Ep。
而刮板對(duì)核桃的動(dòng)能Ek=E1+E2=1/2mv12+1/2mv12
刮板對(duì)核桃的勢(shì)能Ep=mgh=mg2r
整理后得Q=1m/2（v12+v12+4gr）
因此刮板所需功率：P=Q/t=1m/2t（v12+v12+4gr）
根據(jù)核桃剝殼的要求，我們?cè)O(shè)計(jì)出刮板的重量為4.0kg，刮板的初速度為1m/s，方向向左，刮板與核桃接觸時(shí)的速度為5m/s，后達(dá)到勻速，方向向右，刮板的相對(duì)位置高度為520mm，整理則得到：
時(shí)間t=1s；重量m=4.0kg；初速度=1m/s；末速度=5m/s；高度r=0.26m。
因此P=Q/t=1m/2t（v12+v12+4gr）=1*4.0/2(1+25+10.4)w=72.8w
而刮板與核桃在半籠柵中擠壓與碰撞以保證剝殼也需要一定的能量，加起來(lái)功率也不會(huì)超過(guò)600w。而我們要計(jì)算電動(dòng)機(jī)的所需工率Pd，就先要確定從電動(dòng)機(jī)到執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的總效率。我們?cè)O(shè)1、2分別為滾動(dòng)軸承和V帶傳動(dòng)的效率，于是有
=1+2=-0.810
則有電動(dòng)機(jī)所需功率Pd=Pw/；計(jì)算得不會(huì)超過(guò)741W，由于給定電動(dòng)機(jī)的功率為1.5kW，遠(yuǎn)大于此計(jì)算值，故所給電動(dòng)機(jī)的功率符合要求。
刮板厚度：通過(guò)材料查得45號(hào)鋼[τ]=40Mpa，已知P=200w，183.73r/min，取長(zhǎng)為l=500mm，寬b=125，于是有
τ==<[τ] Mpa 即 <40
得到h>9.83mm，故取厚度h=10mm。
4．1．3 傳動(dòng)方案擬定
設(shè)計(jì)刮板式核桃剝殼機(jī)的主軸的轉(zhuǎn)速度一般高，達(dá)到n=183.73r/min；因此有兩種選擇傳動(dòng)方案，分別為用一級(jí)V帶傳動(dòng)和用兩級(jí)混合傳動(dòng)，然而我們知道采用兩級(jí)混合傳動(dòng)的方案，將會(huì)使傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜化，自然而然的成本就隨之升高，所以選擇采用第一種傳動(dòng)方案，即一級(jí)V帶傳動(dòng)。
4. 2 電動(dòng)機(jī)的選擇
在核桃剝殼機(jī)中電動(dòng)機(jī)的選擇是十分關(guān)鍵的，電動(dòng)機(jī)的容量選擇是否合適，對(duì)電動(dòng)機(jī)的正常工作和經(jīng)濟(jì)都有影響。因此不能忽視，要是容量選的過(guò)小不能保證正常工作，獲因電動(dòng)機(jī)因超載而過(guò)早損壞；而容量選得過(guò)大，則電動(dòng)機(jī)的價(jià)格高，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)經(jīng)常不滿(mǎn)載運(yùn)行，其效率和功率因數(shù)都較低，增加電能消耗而造成能源的浪費(fèi)。
電動(dòng)機(jī)選擇包括選擇類(lèi)型，結(jié)構(gòu)模式，功率和轉(zhuǎn)速，并確定型號(hào)。工業(yè)上一般用三相交流電源，無(wú)特殊要求一般應(yīng)選三相交流異步電動(dòng)機(jī)。最長(zhǎng)用的電動(dòng)機(jī)是Y系列類(lèi)型三相異步交流電動(dòng)機(jī)。其效率高，工作可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便，價(jià)格低，適用于不易燃，不易爆，無(wú)腐蝕性氣體和無(wú)特殊要求的場(chǎng)合。由于啟動(dòng)性能好，也適用于某些要求較高啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的機(jī)械。
電動(dòng)機(jī)的容量主要根據(jù)其所帶來(lái)的機(jī)械系統(tǒng)的功率來(lái)決定。對(duì)于載荷比較穩(wěn)定、長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行的機(jī)械，只要所選電動(dòng)機(jī)的額定功率等于或大于所需電動(dòng)機(jī)的工作功率即可。而在實(shí)驗(yàn)中，我們用人力就很輕易地破碎核桃，破碎核桃需力在三十千克左右，因此，主要考慮的是空載功率，根據(jù)所給的功率及同步轉(zhuǎn)速，按照核桃剝殼機(jī)的工作要求和工作條件，選用一般用途的Y90S-6三相異步電動(dòng)機(jī)如圖4-2所示。它為臥式封閉結(jié)構(gòu)。這種電動(dòng)機(jī)質(zhì)量輕，轉(zhuǎn)速適中，且造價(jià)不是很高，因此比較適用于核桃剝殼機(jī)這種小型的剝殼機(jī)械。
根據(jù)電動(dòng)機(jī)的滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速和刮板轉(zhuǎn)速可算出總傳動(dòng)比，電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)整理如表4-1所示：
表4-1電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)和傳動(dòng)比
方案號(hào)
電機(jī)型號(hào)
額定功率kw
同步轉(zhuǎn)速r/min
滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速r/min
總傳動(dòng)比 i
1
Y90S-6
1.5
1100
910
4.95
查表得電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y90S-6的中心高為90mm，向外伸出的軸徑為22mm，軸的長(zhǎng)度為50mm。
電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和參數(shù)計(jì)算如下：
軸的轉(zhuǎn)速：
n1=910r/min；n2=n1/i=910/4.95=183.73r/min
軸的輸入功率：
P2=Pd*22=1.5*0.962=1.38kw
軸的轉(zhuǎn)矩：
T2=9550P2/n2=9550*1.38/183.73=71.73N.m
圖4-2 Y90S-6電機(jī)
4．3 V帶輪的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算
4.3.1 V帶輪的參數(shù)計(jì)算
通過(guò)前面的計(jì)算確定了電動(dòng)機(jī)采用型號(hào)為Y90S-6的電動(dòng)機(jī)，已知它的額定功率為1.5kw同步轉(zhuǎn)速為1100r/min，滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速為910r/min，傳動(dòng)比=4.95。由已知可以得到
1、確定計(jì)算功率Pc
查表得知工作情況系數(shù) KA=1.1
則 Pc=KAP=1.1×1.5=1.65kw
2、選擇V帶的型號(hào)
我們知道V帶有普通V帶和窄V帶，而且都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。普通V帶有7種型號(hào)，分別為Y、Z、A、B、C、D、E七種；而窄V帶則有4種型號(hào)，分別為SPZ、SPA、SPB、SPC四種，根據(jù) Pc、n1查書(shū)的最適合的帶型號(hào)為A型。
3、確定帶輪基準(zhǔn)直徑d1和d2
為了減小帶的彎曲應(yīng)力應(yīng)采用較大的帶輪直徑，但這使傳動(dòng)的輪廓尺寸增大。一般取d1≥dmin，由主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑系中選取d1=75mm，則從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑為
d2=d1×i=75×4.95=371.25mm
4、 驗(yàn)算帶的速度
由P=Fv/1000可以知道，當(dāng)傳遞的功率P一定時(shí)，帶的速度v越高，則所需要的圓周力F則越小，因而V帶的根數(shù)可減少。由公式
v=пd1n1/(60×1000)=3.14×75×1100/(60×1000)=4.32m/s
v=4.32m/s
120°
因此驗(yàn)算合適。
7、 求V帶的根數(shù)z
由公式得帶的根數(shù)z
由n1=910r/min，d1=75mm,查書(shū)得
P0=0.51kw
由式傳動(dòng)比
i=d2/(1-ε)d1=371.25/75/(1-0.02)=5.05
查得 ?P=0.11kw
由包角α1=157.5查書(shū)得Kα=0.94，Kl=1。
由此可得
Z=1.65/(0.51+0.11)/1/2/0.94=1.41
所以取2跟，如圖4-3
圖4-3帶輪
8、求作用在帶輪軸上的壓力FQ
查表得q=0.10kg/m，故由式得單根V帶的初拉力
F0=500PC/zv×（2.5/Kα-1）qv2=500×1.65/2/5×(2.5/0.94-1)+0.10×52=139.4N
作用在軸上了壓力
FQ=2zF0sin（α1/2）=2×2×139.4×sin（157.5/2）=546N
4.3.2 V帶輪的設(shè)計(jì)
1、 V帶輪的材料
常用帶輪的材料為HT150或HT200.轉(zhuǎn)速較高時(shí)可采用鑄鋼或用鋼板沖壓后焊接而成。小功率時(shí)可以采用鑄鋁或塑料。就本次設(shè)計(jì)為刮板式核桃剝殼機(jī)，其功率一般，傳遞的載荷不是很大，故可以選HT150帶輪的材料。
2、 帶輪的結(jié)構(gòu)形式
根據(jù)輪輻結(jié)構(gòu)的不同，V帶輪可以分為實(shí)心式、腹板式、孔板式、橢圓輪輻式。對(duì)于小帶輪由于d1<2.5d，d為實(shí)際安裝帶輪的軸的直徑，可采用實(shí)心式。對(duì)于大帶輪由于d2<400mm?？刹捎酶拱迨?。
3、V帶輪的輪槽
V帶輪的輪槽與所選用的V帶的型號(hào)相對(duì)應(yīng)，輪槽相應(yīng)的尺寸如表4-2所示。
表 4-2 輪槽尺寸
尺寸類(lèi)型
小帶輪
大帶輪
輪槽類(lèi)型
A
A
d（mm)
75
372
基準(zhǔn)寬度bd（mm)
11.0
11.0
基準(zhǔn)線上槽深hamin（mm)
2.75
2.75
基準(zhǔn)線下槽深hfmin（mm)
8.7
8.7
槽間距e（mm)
15±0.3
15±0.3
第一槽對(duì)稱(chēng)面至端面距離fmin（mm)
9
9
輪緣厚d（mm)
12
12
4、V帶輪的技術(shù)要求
鑄造的帶輪在輪、腹板、輪輻及輪轂上不允許有砂眼、裂縫、縮孔及氣泡；鑄造帶輪在不提高內(nèi)部應(yīng)力的前提下，允許對(duì)輪緣、凸臺(tái)、腹板及輪轂的表面缺陷進(jìn)行修補(bǔ)。
5、V帶傳動(dòng)的張緊、安裝及維護(hù)
膠帶經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的工作后，其塑性變形和磨損會(huì)導(dǎo)致帶松弛，張緊力減小，帶的傳動(dòng)能力因之下降。因此偉動(dòng)機(jī)構(gòu)必須具有將帶再度張緊的裝置，使帶保持傳動(dòng)所需的張緊力，定期檢查膠帶，發(fā)現(xiàn)其中一根松弛或有損壞，就應(yīng)該全部換上新帶，不能新舊帶并用。舊膠帶如尚可使用，可測(cè)量其長(zhǎng)度，先長(zhǎng)度相同的舊帶組合使用。嚴(yán)防膠帶與礦物油、酸、堿等介質(zhì)接觸，以免變質(zhì)；膠帶不宜在陽(yáng)光下暴曬。
4.4 主軸的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算
軸是剝殼