蔬菜清洗机的设计.docx
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蔬菜清洗机的设计
第一章课题分析2...
1．1蔬菜清洗目的2...
1．2清洗工艺及设备设计的要求2..
第二章方案的设计3...
2．1概述3
2．2机械结构的设计3...
2．2．1初步估算功率3...
2．2．2减速器的选择4...
2．2．3传动机构的设计计算4..
2．2．4张紧机构的设计7...
2．2．5缸体的设计8...
2．3辅助设备的选择8...
2．3．1泵的选择8...
2．3．2轴承的选择9...
2．3．3滚动轴承座的选择1..0.
第三章超声波清洗机1.0..
超声波和气泡清洗蔬菜的机理探讨1..0
3．1．1超声波清洗蔬菜的机理1..0
3．1．2气泡清洗蔬菜的机理1..1
清洗工艺参数的确定1..1.
3．2．1蔬菜清洗试验机的设计1..1
3．2．2超声波对蔬菜清洗效果的影响1..1
蔬菜清洗机结构设计1..2.
第四章清洗废水的处理1..3.
设计感言1..4..
参考文献1..4..
第一章课题分析
1．1蔬菜清洗目的
一般数来,对蔬菜清洗的目的主要有以下两个：
1．除去蔬菜原料表面沾染的泥沙、杂质蔬菜原料在其生长、成熟、采摘、贮存、运输过程中，历经时间长，历经工序多，不可避免地会沾染泥沙、杂质等异物，特别是来自地下的果实，如土豆、红薯等，更是不可避免地与泥土相粘连。
这些泥土、杂质的存在,将会对产品的加工质量带来极为不利的影响，所以必须将这些泥沙、杂质的洗涤除去。
1．去原料表面沾染的农药和微生物蔬菜原料在生长过程中，为了控制病虫害，常常对蔬菜要喷射一些农药，这些农药的存在会有损于人体健康。
另外，蔬菜表面也会或多或少地沾染各种微生物，这些微生物有可能危害蔬菜原料和人体健康，因此必须将其除去。
蔬菜原料清洗目的是去除蔬菜原料中一切不符合作业要求的物质，尤其是微生物。
在
清洗前，正常的蔬菜原料表面上的微生物数量在00个/g之间，某些蔬菜，由于往往粘附着泥土，微生物数量还要高得多。
通过正确的清洗工艺，蔬菜原料的微生物数量会降低到初始数量的%左右。
1．2清洗工艺及设备设计的要求在选择清洗工艺及设备，必须考虑清洗要求达到的洗净程度。
对不同洗净程度要求的清洗应选择不同的清洗工艺和设备。
洗净程度要求越高，清洗成本也越高，而且生产成本是以几何级数递增的。
在设计清洗工艺及清洗设备时，主要从以下几个方面进行考虑：
1.可靠性要求选用的清洗工艺及设备有稳定的清洗质量，能达到所要求的洗净程度；
2.对待清洗对象的影响要求在清洗过程中对待清洗对象造成的损伤尽可能小，并且不能对待清洗对象产生新的二次污染；
3.利于自然环境的保护要求清洗工艺及设备能够防止或尽可能减少清洗废液、噪声、废气等对自然环境造成的破坏；
4.效率要求清洗工艺及设备具有效率高、节约劳动力的特点；
5.良好的作业环境要求所用的清洗工艺及设备能保持良好的作业环境，使工人的健康和安全得到保证；
6.经济性要求采用既能达到洗净程度要求，成本又低的清洗工艺及要求。
食品加工原料在其成熟阶段以及运输、贮藏过程中常常受尘埃、沙粒及微生物等污染，因此，在加工前必须认真清洗，并清除杂物及不合格部分，以便后道工序加工。
第二章方案的设计
2．1概述
针对叶状类蔬菜的特点，确定清洗机的工艺流程为浸泡清洗（预处理）---喷淋清洗---超声波清洗---出菜，根据小组的分工我们主要侧重喷淋式清洗机的设计。
在浸泡清洗段主要是对蔬菜进行浸泡，为粘附于蔬菜表面上的污物进行初步清洗，并对较难分离的杂质进行浸泡,使泥沙杂质在水的浸泡变得松脱，以利于在以后清洗过程当中容易冲洗。
在接下来的阶段开始进行喷淋式清洗，在这一阶段中，蔬菜通过不锈钢丝编织网传送带传送，由上下两排喷头进行冲洗，起清洗作用的主要是上面的一排喷头，下面的喷头主要是靠水的压力使蔬菜处于一种层流状态，使蔬菜的各部位都能清洗到，从而达到比较好的清洗效果。
根据喷射压力的不同，水喷射可以分为低压水喷射、中压水喷射、高压水喷射和超高压水喷射。
在本清洗机中，由于清洗的对象是叶状类蔬菜，所以我们选择低压水喷射对蔬菜进行上下两个方向的冲洗，去除蔬菜表面的泥沙、微生物和部分残留农药，从而达到蔬菜清洗的目的。
另外，我们还考虑了废水的处理问题，使清洗废水可以重复使用，尽可能大的节约资源。
2．2机械结构的设计
2．2．1初步估算功率
若设计产量要达到每天清洗叶片类蔬菜2—3T。
每天按8小时工作制计算，经过初步估算，初定传送带传输距离为3米，蔬菜在放进去到清洗完毕所经过的时间为3分钟，由此确定传送带的传送速度为1m/s。
传动滚筒的功率：
Po=（KiXLhXV+K2XLhXQ±XH）K3
因为喷淋清洗机中传送带转速很慢，根据叶片类蔬菜自身的性质和特点，我们选择传动比较大的摆线针轮减速机。
摆线针轮减速机适用范围：
本标准分单级和两级。
其中又分立式和卧式；双轴型和直联型。
适用于冶金、矿山、建筑、化工、纺织、轻工等行业，其适用条件如下：
输入功率P1：
单级—75kw；
传动比i：
两级—；
单级11—87，共9种；两级121—7569，共18种；
高速轴的转速不大于1500r/min,减速机可用于正反两向运转。
根据前面的设计要求，输送带速度v=1m/min,故我们选用双级卧式摆线针轮减速器，型号为:
BWY2215-35x
此减速器输出转速为min，P=
2．2．3传动机构的设计计算
常用的传动方式有链传动和带传动，在此我们选用链传动，链传动有以下一些优点
（1）没有滑动；
（2）工况相同时，传动尺寸比较紧凑；
（3）不需要很大的张紧力，作用在轴上的载荷较小；
（4）效率较高；
（5）能在温度较高以及湿度较大的环境中使用
1、已知:
减速器的轴输出转速为min,P=,输出轴径d=55mm,因为工作载荷较平稳，所以链轮悬臂装于轴上。
（1）链轮齿数：
减速器轴上链轮齿数为Zi=21，从动轴链轮齿数为Z2=21。
传动比i:
i=Zi/Z2=1
（2）转速：
主动轴链轮转速ni=min，从动链轮转速n2=min
（3）设计功率Pd:
由设计功率Po二和主动轮链轮转速ni=min
LP=81
链实际中心距:
取LP=80节
取a=562mm
v=n1XZ1XP/1000v=1m/min=s
与估算相符
（9）有效拉力：
Fi=1000P/vFi=
（10）轴上载荷：
FQ=FQ=16941N
取Ka=1
（11）润滑方式选定：
根据滚子链节距P=和链条的速度v=s查图选用润滑方式为用油刷或油壶人工定期润滑。
（⑵链条标记：
根据设计计算结果采用单排12A滚子链，节距为，节数为80节。
（13）链轮材料及热处理：
材料为45钢，热处理渗碳、淬火、回火。
齿面硬度为HRC50—60。
表2-1滚子链的基本尺寸
链号
节距P（mm）
排距R（mm）
滚子直径（mm）
12A
、链轮几何尺寸计算
（1）主动链轮孔径:
dh=55mmvdhmax=72mm
（2）分度圆直径:
d=128mm
P.180°sin
Z1
（3）
齿顶圆直径:
（4）齿根圆直径:
df=d-dr
（5）最大齿根距离:
（6）齿轮凸缘直径:
Lxd4z
dr
Lx=
1800
dgPcot1.04h
z
查表得：
h=
（查《机械设计手册》上册表
11-1）
取dg=100mm
根据《机械设计手册》可查得其他参数:
倒角宽度:
g=
倒角深度:
h=
倒角圆弧半径:
r=
圆角半径:
rmax=
齿宽:
b=
、滚筒
滚筒可以分为传动滚筒和该向滚筒。
传动滚筒：
传动滚筒是传递动力的主要部件，可以为钢制表面滚筒，包胶滚筒，一般为铸造或薄钢板卷制而成，在此用薄钢板卷制而成。
改向滚筒：
用于改变输送带的运行方向和增加输送带与传动滚筒间的围包角。
根据实际情况，我们选择滚筒直径为120mm,具体尺寸见零件图。
三、输送带
输送带是输送装置中的曳引构件和承载构件，本清洗机中输送带采用特中不锈钢编织
而成，钢丝直径d=,网格大小为10mmX10mm。
输送带总长度C=6151mm。
四、托辊
托辊是用与支撑输送带及输送带上所承载的物料，保证输送带稳定运行的装置。
在该
清洗机中采用平行上托辊，其外筒由无缝钢管制成。
2.2.4张紧机构的设计
输送带张紧装置：
使输送带具有足够的张力，并限制输送带在个托辊间的垂度。
在该清洗机中采用调节螺母调整改向滚筒横向移动来张紧输送带。
链轮张紧装置：
采用张紧轮张紧，它从外向内压紧链条，从而达到张紧目的，另外还
可以使链条与链轮的包角增大，使传动效率提高。
2．2．5缸体的设计
在喷射清洗工艺中，缸体的主要作用是容纳输送带在其中输送蔬菜，并且容纳喷淋头所喷射出来的大部分水。
缸体的尺寸决定了蔬菜清洗的产量，由于本清洗设备不但在自动化联系清洗上有要求，而且在产量规模化也有一定的标准，所以缸体也有一定的设计要求，应该主要根据实际情况来确定。
根据经过我们的分析与计算，确定缸体的内壁尺寸为
3000mmx1000mmx1000mm。
外壁与框架进行焊接。
材料的选择：
经查资料，我们选用不锈钢，经查资料选用材料为2Cr13,主要用于较重要的钢结构
和构件，渗碳零件，压力容器等。
从材料性能和经济因素各方面来说，对壁厚的设计为2毫米。
在下面一排喷头的进水口，我们在缸体壁上开了一个与水管管道同一直径的圆孔，并焊接一同直径的水管，可用弯头实现与泵出水口的连接。
在缸体底部设计了两个出水口，用来排放缸内的废水，废水通过专门的管道流到处理系统，经过一系列的处理达到可重复使用的标准，重新回到泵的进水口。
2．3辅助设备的选择
2．3．1泵的选择
根据实际生产情况，我们选择MP6—30型号泵，MP表示小流量流程泵，流量Q选择
6m3/h,即1L/m3。
泵的扬程为30m。
MP型泵为单级悬壁泵，转速有n=2900r/min和n=5900r/min两种，MP型泵主要用以
被输送介质温度小于80°c，其转子由托架支撑。
轴封有填料密封及机械密封两种，同过爪型弹性联轴器与电机联接。
按耐磨和耐腐蚀及使用温度，泵的主要部件材料有六，根据需要我们选择U型。
为了适应
清洗不同的蔬菜，我们通过对泵的电机进行无机调速，从而达到调压的目的。
2．3．2轴承的选择
从清洗机整体结构考虑，我们选择深沟球轴承。
深沟球轴承的特点：
结构简单，主要受径向载荷，也可承受一定的双向轴向载荷。
高
速装置中可代替推力轴承。
摩擦系数小、极限转速高、价廉。
应用范围最广。
GB276，轴
承代码为61805。
（1）轴承材料：
本清洗机中的轴承不能避免磨损,因此要用在给定压力、温度、和速度范围内磨损率低的材料制造。
通常使用各种聚合物和碳石墨等作为无润滑轴承的轴承材料。
减小磨损率是选择与之匹配的轴径材料是应注意的问题，不锈钢和镀铬钢是最满意的，如果环境无腐蚀性，低碳钢也可以选用。
采用非铁金属（铜/铝）性能要差些。
轴径的表面硬度应大于轴瓦表面硬度。
经查机械设计手册，可知：
碳石墨材料的轴承适用环境在水中为尚好或好，所以我们选择碳石墨为轴承材料。
碳石墨材料的线胀系数较小，加入石磨的金属，其线胀系数与金属接近，故轴承间隙
可取小些，为了排出磨屑的方便，直径间隙最好
表面粗糙度，磨合期的磨损量和稳定磨损期的磨损率均与配合表面的粗糙度有关。
通
常，表面粗糙度越低，磨损率越小，为了经济，建议取Ra为〜，Ra值减小50%，磨损率可降低50%〜80%。
轴瓦壁厚，塑料的热导率比金属低，且随着轴承体积的增加，尺寸变化的影响变得明显，故轴瓦壁厚应尽量小。
为此,常用金属作为轴瓦，然后压入薄的塑料衬套，若在金属瓦背上涂覆一层塑料衬，塑料衬的厚度可以很薄。
塑料轴瓦的壁厚可查表选取。
由于强度的原因，碳石墨轴承的厚度应大于金属轴承的厚度，对于轴径直径〉10〜20,壁厚S为3〜5,我们选S=4。
轴承的安装采用轴瓦在轴承座孔里的安装方法，碳石墨轴瓦—过盈配合，用温差方装入。
轴承座孔为缸体支撑的壁。
（2）滚动轴承的润滑查手册可知，因我们设计轴转速低，负荷较小，固选用润滑脂或固体润滑剂润滑。
（3）滚动轴承的密封密封是为了阻止润滑剂从轴承中流失，也为了防止外界灰尘、水分等侵入轴承，没有合理的密封，将大大影响轴承的工作寿命。
密封按照其原理不同可分为接触式密封和非接触式密封两大类。
非接触式密封不受速度的限制。
接触式密封只能用在线速度较低的场合，为保证密封的寿命及减少轴的磨损，轴接触部分的硬度应在40HRC以上。
对轴承我们采用了脂润滑，所以我们可采用毡圈密封，性能特点为：
结构简单，压紧力不能调整。
2．3．3滚动轴承座的选择
根据我们是用圆柱孔轴承，选择代号为SN205的滚动轴承座，用一个止推环固定轴承对它的密封我们采取在缸体壁上镗一圆槽，放置O形橡胶密封圈密封，可有效防水渗透。
O形密封圈特点：
有良好的密封性，是一种压缩性密封圈，同时又具有自封能力，所以使用范围很宽，结构简单，成本低廉，使用方便，密封性不受运动方向的影响，因此得到了广泛的应用。
材料选用聚氨脂橡胶，适用水油，耐磨，但应避免高速使用。
第三章超声波清洗机
超声波和气泡清洗蔬菜的机理探讨
3．1．1超声波清洗蔬菜的机理
利用高于20KHZ的超音频电能，通过换能器转换成高频机械振荡而传入到清洗液中。
超声波在清洗液中疏密地向前辐射，使液体移动，并产生数万计的微小气泡，这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成、生产、迅速闭合称为空化现象。
在空化现象中气泡闭合时形成超过1000个大气压的瞬时高压，连续不断产生的瞬时高压就像一连串小爆炸不断地轰击物体表面，使物体表面及缝隙中污垢迅速剥落，这种空化侵蚀作用就是超声波清洗的基本原理。
超声波清洗的主要清洗动力是超声空化作用存在于液体中的空化核在超声场的作用下振动当声压达到某个临界值时,空化泡将迅速增长,然后突然闭合,在空化泡闭合瞬间产生压很大的冲击波,破坏蔬菜表面的污染物使之溶解在清洗液中。
空化泡对污染物的反复冲击,方面破坏污染物和蔬菜之间的吸附作用,另一方面也会使污染物从蔬菜表面脱落。
空化气泡在振荡过程中,伴随一系列的复杂的声学效应如产生辐射扭。
辐射扭力能引起液体本身的环流运动,该环流能对蔬菜表面的污染物造成破坏从而使之从蔬菜表面脱落。
蔬菜表面的污染物主要有尘土、肥料、腐殖质和残余农药。
如果上述蔬菜表面的污染物是不可溶解的,超声波的稳态空化和微声流可以在蔬菜表面处提供一种溶解机制而使污染物溶解,在污染物层和蔬菜表面之间形成的稳态空化泡会使腐殖质等污染物脱落。
稳态空化和微声流有助于在水溶液中将农药等油脂类污染物乳化,使之脱落。
超声波的瞬态空化作用能击碎尘土和肥料等不溶污染物,达到蔬菜清洗的目的。
3．1．2气泡清洗蔬菜的机理
在含有许多气泡的液体中,当气泡溃灭和回弹再生时,会产生巨大的瞬时压强。
当溃灭的气泡靠近过流的固体边界时,水流中不断溃灭的气泡所产生的高压强的反复作用,可破固体表面,从而产生气蚀现象。
气泡在蔬菜表面附近的破裂,近于球形的气泡随射流运动到刚性固体表面附近。
由于淹没射流在固体表面形成一层很薄的漫流,所以在气泡与蔬菜表面之间存在着液流的横向流动,使气泡壁距蔬菜表面近的一端，较远的一端的液体压力低,向心运动速度也较其它部分慢。
在气泡中心向蔬菜表面移动时,近壁与蔬菜表面的距离基本不变,为保持动量守恒,气泡必须做加速运动,远壁向内凹进,靠近近壁,近壁被穿透形成速度很高的微射流,这种微流指向蔬菜表面,其破坏和冲蚀能力很强。
气流引起水的翻滚、漩涡等复杂的扰动在蔬菜清洗过程中，蔬菜、水和气流一起组成一个非常复杂的固-液-气三相流动。
当气体以一定的速度射入清洗槽中的液体时，将引起液体的流动。
液体在流动过程中，运动较快的流层带动较慢的流层，而运动较慢的流层又阻止较快的流层,不同速度流层之间互相牵制，产生层与层之间的摩擦力。
即流体在流动过程中由于液体的黏性而产生的内摩擦力。
管中的空气以一的速度进入液体中时，在液体相邻两流层之间，存在内摩擦力和动量的交换。
这样直接导致清洗槽中的液体和清洗物无规则的扰动，这种无规则的扰动能有效去除蔬菜表面的污染物。
清洗工艺参数的确定
3．2．1蔬菜清洗试验机的设计
设计了以超声波和气泡作为蔬菜清洗动力的清洗试验机，该试验机由超声波发生源、超声换能器、风泵、气阀、流量计、清洗槽和网孔面板组成。
超声换能器通过信号线与超声波发生源相连。
超声换能器将超声波发生源的高频电振荡信号转换为机械振动信号，用来产生一定频率，一定声功率密度的超声波。
风泵是气流的发生源。
气阀调节通入清洗槽中的风量，改变气阀的开度大小达到调节气流量的目的。
流量计测量通风量的大小。
网孔面板是产生气泡的装置。
一定强度和大小的气流通过网孔面板产生分流现象，导致一定压力和速度的微小气流产生，使清洗槽的液体产生气泡和翻滚。
清洗槽盛装清洗液和清洗物。
3．2．2超声波对蔬菜清洗效果的影响
用不同功率大小的超声波做蔬菜清洗试验,通过试验发现:
当超声波功率超过600W时,蔬菜表面有明显的破损痕迹；当超声波功率低于300W时,蔬菜的清洗效果很差。
通过气泡强度和清洗时间对蔬菜清洗效果的影响与超声波对蔬菜清洗效果影响，选择600W的功
率。
7
刮板
6
超声波蓄能器
13
从动轮
5
气管
12
支架
4
超声波发生器
11
输送带
3
驱动轮
10
底座
2
风泵
9
清洗槽
1
驱动电机
8
排污阀
图3-2蔬菜清洗机结构示意图
蔬菜清洗机结构设计
根据以上试验数据，并结合生产实际条件和技术经济指标，设计了蔬菜清洗机总体结构如图3-2所示。
该蔬菜清洗机由驱动电机、清洗槽、超声波发生器、超声换能器、风泵、输送网带（带刮板）、气管和排污阀等主要部件组成。
驱动电机带动传动链轴的运转，传动链带动输送网带。
蔬菜在输送网带上刮板的作用下由进菜口运动到出菜口。
清洗槽底部是超声换能器和气泡发生装置，蔬菜在随网带的运动过程中受到气泡和超声波的清洗作用。
第四章清洗废水的处理
为了节约水资源，清洗后的废水要回收处理重复使用。
清洗后，废水中的主要成份有机械性杂质（主要是烂菜叶）和泥沙。
机械性杂质可通过过滤网过滤掉，而泥沙则是成胶体状混在水里，去除它需要采用专门的设备，经过查阅资料我们选用了水力旋流器。
水力旋流器是一种离心沉降设备，它靠泵（或静水头压力）将悬浮液从圆柱壳体上部的入口有切线方向进入旋流器，在筒内产生旋转运动，并由四边向中心移动而形成一股强烈的旋涡运动，由上而下旋流。
在锥体内液流中较粗颗粒受离心力作用向筒壁沉降并和残留的液体由锥体锥顶处的底流口卸出。
含细颗粒的那部分液体，则通过一个固定在顶部中心并伸至旋流器中的圆管排出，排出的水再经过活性炭过滤芯，利用活性炭的吸附作用可以吸附滤液中的较细颗粒，从而使水净化可以重复使用。
图4-1废水处理原理图
设计感言
通过努力和查阅机械方面的相关资料最终设计出了能实现对蔬菜自动清洗的蔬菜清洗机，设计的同时也对一些机械方面的知识有了进一步的提高和掌握，对成型机械的设计方法、步骤有了较深的认识。
熟悉了齿轮、轴等多种常用零件的设计、校核方法；掌握了如何选用标准件，如何查阅和使用手册，如何绘制零件图、装配图；以及设计非标准零部件的要点、方法。
这次设计贯穿了所学的专业知识，综合运用了各科专业知识，从中学习到很多平时在课本中未学到的或未深入的内容。
相信这次设计对以后的工作学习都会有很大的帮助。
参考文献
[1]徐灏、石松副主编.新编机械设计师手册.机械工业出版社,1993
[2]徐灏主编.新编机械设计师手册（下）.机械工业出版社,1993
[3]刘品.刘丽华主编.互换性与测量技术基础.哈尔滨工业大学出版社,2001
[4]肖旭霖主编.食品加工机械与设备.中国轻工业出版社,1994
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