山楂去核机的设计.docx

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山楂去核机的设计

山楂去核机的设计

前言

我国目前的山楂山楂机械的发展情况比较落后，由于缺少良好的设备，加工手段落后，生产效率低，致使一些地区出现水果积压腐烂现象，给果农造成很大的经济损失。

山楂去核手工作业现在在中国仍然是主要的加工手段，不仅占用大量的劳动力、劳动强度大、生产率低，而且卫生安全也得不到有效保障。

去核作业是山楂加工工序中十分重要的前处理工序。

以往的手工操作远不能满足现代山楂加工的需求，不仅占用大量的劳力，劳动强度大，生产效率低，且产品质量难以控制。

本设计主要是为了解决山楂去核作业的劳动强度大，安全卫生，提高生产效率，降低山楂果实破损率，保证山楂产品的质量。

因此，小型山楂山楂机有非常好的应用前景。

关键词：

山楂；山楂机；刀具设计

1前言

本论文研究的目的和意义

我国的地域辽阔、资源丰富。

具有得天独厚的发展水果加工业的良好条件。

水果深加工已成了农民致富的一条主要途径，不论社会效益还是经济效益都是十分可观的。

果核类水果主要是指桃、杏、李、山楂、红枣及橄榄等。

它们在水果总产量中占有较大比例，以它们为原料，加工成饮料、罐头、果脯及果干制品时，去核作业是水果加工业中十分重要的前处理工序。

以前的手工操作远不能满足现代水果加工的需求，不仅占用大量的劳力，劳动强度大，生产效率低，且产品质量难以控制。

但是我们也看到，在果树种植业蓬勃发展的今天，由于缺少性能良好的设备，加工的手段落后，生产效率低，有些地区还出现鲜果品积压腐烂现象，给果农造成不应有的经济损失。

许多地区的果品加工厂，其前处理生产环节，如去核、去皮、清洗等，至今基本上仍靠手工或十分简陋的工具完成。

因此，在我国发展山楂机械等前处理设备，取代手工作业是必然趋势。

针对中国水果资源丰富、分布广泛的特点，特别要加大对中小型山楂去核机具的研制，以适应广大果农及小型果品加工厂的需求。

只有这样，才会有丰富多样的食品来满足人们的需求，才能保护果农种植的积极性[1]。

国内外果核类山楂机械的发展情况

国外20世纪60年代着手研制水果山楂机，至20世纪80年代初美国、意大利、荷兰等国已相继推出了粘核桃山楂机、橄榄山楂机等。

去核工序基本上实现了自动化。

数十年的发展，已日趋完善、成熟。

目前，正向着节能型和机电一体化方向发展，以电脑自控作业为主。

但中国的水果山楂机具发展缓慢，远远落后于种植业的发展。

日本生产的一种刮板式山楂机，去核后的果肉可达5毫米左右，由筛孔排出，桃核从尾端排出，该机适用于粘核型桃的去核加工，它具有成本较低，生产率高，去核效果好等特点。

国外也研制出了橄榄山楂机，它可以依靠果模组装在链条或滚筒上，形成输送和定位，并采用一排刀具（包括上刀和下刀），对橄榄进行多刀去核作业，其生产效率比使用单刀的设备高得多。

美国FMC公司80年代初向市场推出一种自动转矩式粘核桃山楂机。

每分钟可加工80个桃子，其生产率约800kg/h左右。

该机采用14个小杯对桃子进行定位和输送。

每个杯子底部有一带凸起的小转轴。

小轴在链条带动下始终旋转着，只要杯内桃子的凹部不在小凸起的上方，桃子外圈就会与凸起接触并被其带动旋转着，直到图示正确位置为止。

这时，桃子保持直立状态，劈刀将果内劈成两半后，夹持挑子的两个橡胶夹板相向转动150°使果肉与桃核分离。

该机可以整个加工季节连续工作而不必停机润滑，调节与清洗也十分方便。

由于它保持了去核后果肉的完整性，因此比较适合于罐头、果脯和果干加工厂使用。

由于该机结构较复杂，成本较高，而国内罐头、果脯等食品均属微利产品，因此，在我国推广起来存在一些难度

中国研制出的核果水果山楂机具，按其结构特点和工作部件的不同，大体可分为剖分式、对辊式和捅杆式等几大类。

目前中国的山楂机械有剖分式山楂机、对辊式山楂机、捅杆式山楂机、打浆式山楂机、刮板式山楂机、凸齿滚筒分离凹板式山楂机几种形式。

中国山楂机械存在突出的问题有果肉损失率较高、去核后果实破损率高、机械性能不稳定、通用性差、作业成本高、科技含量低、生产效率低等。

山楂的特性和山楂山楂机的应用前景

山楂，是可食用植物，果核类水果，质硬，果肉薄，味微酸涩。

落叶灌木，枝密生，有细刺，幼枝有柔毛。

小枝紫褐色，老枝灰褐色。

能防治心血管疾病。

山楂是我国特有的药果兼用树种。

山楂的主要成分：

可食用部分76%。

每100g中含能量397kJ、水分73g、蛋白质、脂肪、膳食纤维、碳水化合物22g、胡萝卜素100μg、维生素A17μg；硫胺素、核黄素、尼克酸；维生素C53mg、维生素E；钾299mg、钠、钙52mg、镁19mg、铁、锰、锌、铜、磷24mg、硒μg。

含解脂酶、鞣质等以及对大肠杆菌、绿脓杆菌、痢疾杆菌有抑制作用的成分。

山楂能防治心血管疾病，具有扩张血管、强心、增加冠脉血流量、改善心脏活力、兴奋中枢神经系统、降低血压和胆固醇、软化血管及利尿和镇静作用；防治动脉硬化，防衰老、抗癌的作用。

山楂酸还有强心作用，对老年性心脏病也有益处。

它能开胃消食，对消肉食积滞作用更好，很多助消化的药中都采用了山楂；山楂对子宫有收缩作用，在孕妇临产时有催生之效，并能促进产后子宫复原；能增强机体的免疫力，有防衰老、抗癌的作用。

山楂中有平喘化痰、抑制细菌、治疗腹痛腹泻的成分。

近年来，随着人民生活水平的不断提高，人民对食品质量的要求也越来越严格。

生产厂家也意识到前处理工序对产品质量有着不可忽视的影响，各厂家纷纷寻找合适的前处理设备。

由于许多前处理设备在国内尚属空白，因此，开发性能优良的山楂机及其它前处理设备是形势所需。

果核类水果主要指桃、李、杏、山楂、红枣及橄榄等，它们在水果总产量中占有较大的比例。

在以它们为原料加工饮料、罐头、果脯及果干制品时，去核作业是一项十分重要的前处理工序。

以往所采用人工作业，不仅占用大量劳动力、劳动强度大、生产率低，并且产品质量难以控制。

因此，实行水果去核的机械化作业是水果加工业中必然的发展趋势，所以山楂山楂机的应用有非常良好的前景。

2山楂山楂机设计

如图2-1所示为小型山楂山楂机，主要包括1去核刀具、2山楂定位盘、3定位盘主轴、4传动间歇轮、5传动圆轮、6传动轴、7连杆、8转盘、9挡板。

其中，去核刀具能够去掉山楂的内核，且保证山楂不破碎；山楂定位盘能够给山楂定位，确保去核刀具能够准确的去掉山楂的内核；传动间歇轮，能够在传动圆轮的运转过程中，每30°转动一下，进而使山楂定位盘间歇转动；传动圆轮，每转动一圈，带动间歇轮转过30°一次；转动轴保证传动圆轮平稳传动；连杆在转盘圆周运动过程中，分别带动传动圆轮转动和去核刀具的上下运动；转盘做圆周运动带动连杆运动；挡板的作用是收集去核后的山楂。

山楂山楂机工作原理是：

发动机发动后，通过皮带轮把动力传给减速器，减速器减速后带动转盘转动，转盘转动带动连杆做往复运动，一边连杆带动刀具上下运动完成山楂的去核工作，另一边连杆带动传动盘，传动盘每转动一周，带动间歇轮转动一次（30°），在主轴的转动下使山楂定位盘转动。

（当转盘带动连杆运动到最上方的时候，传动的转动装置带动间歇轮转动，进而使定位盘带动山楂转动到刀具下方，当转盘向下运动时，传动装置离开间歇轮做圆周运动，刀具在连杆作用下，向下运动完成山楂的去核工作，如此反复。

山楂随刀具向上时，遇到挡板脱落到定位盘上随定位盘转动，当遇到第二个挡板的时候被剥落下去，掉落到收集带中。

）

图2-1

山楂去核机零件2-2图

1：

电机2：

减速齿轮3：

曲柄连杆4：

道具模块5：

转盘

6：

山楂挡板7：

间隙机构8：

轴心9:

皮带10：

转盘轴承组11：

大皮带轮

马达的选择

选择马达系列

马达选择应保证：

2-1

式中：

P0——马达额定功率，kW；

Pr——工作机所需马达功率，kW。

所需马达功率由下式计算：

Pr=Pw/η

式中：

Pr——工作机所需有效功率，由工作机的工艺阻力及运行参数确定；

η——马达到工作机的总效率，%。

皮带运输机的PW计算方法：

PW=F×v/1000（kW）2-2

式中：

F——工作机的圆周力，例如运输机上运输带的有效拉力，N；

v——工作机的线速度，例如运输带的带速，m/s；

D——带运输机主动滚筒的直径，mm；

n——工作机卷筒轴的转速，r/min。

按工作要求及工作条件选用三相异步马达，封闭式结构，电压380V，Y系列。

选择马达功率

此处省略XXXXXXXXXX。

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传动装置的选择

传动的选择

（1）带传动：

带传动是具有中间挠性件、靠摩擦工作的传动，如图4所示，所以具有如下优点：

能缓冲吸振；传动平稳，噪声小；过载时，带将在带轮上打滑，可防止其他零件损坏；结构简单、成本低；允许有较大的中心距（可达15m）。

带传动的缺点：

由于带与带轮面之间的滑动，不能保证定传动比；在传递相同大小的圆周力时，结构尺寸和轴上压力都比啮合传动大；效率低、带的寿命短。

（2）链传动：

链传动是一种用链条做中间挠性件的啮合传动，它由链条、主动轮和从动轮组成，如图5所示。

链传动具有如下优点：

无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确；效率较高，η≈；结构尺寸比较紧凑；由于不需要很大的张紧力，所以作用在轴上的载荷较小；可以在温度较高及灰尘较大的环境下工作。

链传动的缺点：

a.不能保证恒定的瞬时传动比；b.只能用于平行轴间同向回转的传动；c.不适宜在载荷变化很大和急促反向的传动中应用；d.工作时存在噪声；e.制造费用比带传动高；f.磨损链节伸长后运转不稳定，易跳齿等。

（3）齿轮传动：

如图6所示，齿轮传动优点主要有：

a.传动效率高；b.结构紧凑；c.工作可靠、传动比稳定、寿命长。

齿轮传动缺点：

a.制造和安装精度要求高；b.不宜远距离传动；c.成本高。

综合以上三种传动的优缺点，结合本设计的山楂山楂机的特点，选择具有传动平稳、噪声小、结构简单、成本低的带传动作为传动装置比较适合。

V带传动的设计

（1）选择V带型号

V带传动的功率计算公式为：

Pca=KAP2-3

式中：

Pca——计算功率，kW；

P——传递的额定功率（如：

电机的额定功率），kW；

KA——工作情况系数（表6-9）。

由表6-9查得工作情况系数KA=，所以计算功率：

Pca=KAP=×=9kW

根据Pca和n1由图6-9确定选用Z型带。

（2）确定带轮基准直径

取主动轮基准直径dd1=67mm。

验算带速：

v=

=＜25（m/s）2-4

带速合适。

计算从动轮基准直径dd2：

dd2=i×dd1=×67=mm

根据表6-10，取dd2=160mm。

（3）确定V带的基准长度和传动的中心距

根据（dd1+dd2）＜a0＜2（dd1+dd2），得到＜a＜454。

初定中心距a0=350mm。

由基准长度公式：

L‘d=2a0+π（dd1+dd2）/2+（dd2-dd1）2/4a0

∴L‘d=2×350+π（67+160）/2+（160-67）2/4×350=（mm）

根据表6-5选取带的基准长度Ld=1120mm。

实际中心距a≈a0+（Ld-L‘d）/2=350+（1120–2=（mm）

（4）验算主动带轮上的包角1

1=180-（dd2-dd1）×°/a=°＞120°

主动带轮上的包角合适。

（5）确定带的根数z

根据ａ1=°，得Ka=；

根据Ld=1120mm，得KL=；

由n1=910r/min、i=、dd1=67mm；

查表2-3得，P0=，△P0=。

z=Pca/（P0+△P0）KａKL=[+××]==6

取z=6根。

（6）确定带的张紧力F0

查表6-6，Z型普通V带单位长度质量q=m。

F0=500PcaKа-1）/（z×v）+qv2

F0=500×/6×+×=（N）

（6）计算带传动作用在轴上的载荷FQ

FQ=2zF0cos（r/2）=2zF0sin（а1/2）2-5

式中：

z——带的根数；

F0——单根带的张紧力，N；

а1——主动带轮上的包角，rad。

FQ=2×6××sin

=（N）2-6

3山楂山楂机关键部件设计

去核的刀具

由于山楂山楂机刀具用于直接接触山楂果实，材料的选择应考虑材料容易加工切削、干净卫生、成本低且容易清洗等特点，所以本设计选用45号钢作为山楂定位盘的材料。

查阅资料得到我国北方山楂直径在10mm-14mm之间，根据山楂直径本设计选取刀具的外径为8mm，详细尺寸如3-1。

弹簧选择不锈钢丝（1Cr18Ni91Cr18Ni9Ti），耐腐蚀性好，工艺性好，弹簧中径为5mm。

山楂定位盘

山楂定位盘材料

由于山楂山楂机属于常用食品加工类机械，材料的选择应考虑到材料易得、材料容易加工切削、干净卫生、成本低且容易清洗等特点，所以本设计选用45号钢作为山楂定位盘的材料。

山楂定位盘尺寸

山楂定位盘如图8所示。

考虑到人工放置山楂的舒适度问题以及作业的工作效率，本设计采用直径300mm的圆盘作为定位盘，圆盘上均匀分布12个直径10mm的山楂定位孔，为了使定位盘工作稳定可靠不产生倾斜本设计采用双键连接轴，基孔制配合为H7。

山楂机定位盘主轴

轴的材料选择

该轴的无特殊要求，选用45钢调质处理230-280，查表得σB=640MPa。

初步估算轴径

3-1

3-2

取轴d=20mm。

轴的结构设计

根据估算轴径和轴上零件的布置，进行轴的结构设计，确定轴上与定位盘联接键截面尺寸为b×h=8mm×7mm配合为H7/r6。

滚动轴承内圈与轴的配合采用基孔制，轴的尺寸公差m6。

在轴的两端均制成2×45°倒角。

轴的详细尺寸如图9所示。

轴的强度验算

（1）主轴间歇轮上的作用力的大小

转矩：

T=×105×

=×105×

=81170（N

mm）3-3

圆作用直径：

d1=（mm）

圆周力：

Ft=2T/d1=2×81170/=4069（N）3-4

径向力：

Fr=Ft/=1534（N）

轴向力：

Fа=Ft/=1090（N）

（2）求垂直面上轴承的支反力及主要截面的弯矩

FBV=（Fr×+Fа×d1/2）/+=279（N）3-5

FDV=Fr-FBV=1534-279=1255（N）

截面C处弯矩为:

MCV左=FBV×=58730（N

mm）3-6

MCV右=FDV×=37023（N

mm）3-7

（4）按弯扭合成应力校核轴的强度

进行校核时，只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度，由公式：

3-8

式中：

а——应力折算系数；

Mv——轴上危险截面处的当量弯矩，N

mm；

W——轴上危险截面处的抗弯矩截面系数，mm3；

[σ-1]——轴在对称循环状态下的许用弯曲应力,MPa，见表11-1；

d——轴上危险截面处直径，mm。

当此段轴上有一个键槽时，直径应加大3%；有两个键槽时，应加大7%。

取а=，计算截面上的应力：

3-9

前面已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表11-1查得[σ-1]=60MPa，由于σv＜[σ-1]，故安全。

山楂机主轴间歇轮

山楂山楂机主轴间歇轮如图10所示，材料选用容易加工的45号钢，该轮总直径100mm，确定轴上与定位盘联接键截面尺寸为b×h=8mm×7mm配合为H7/r6，间歇轮与轴的配合采用基孔制，轴的尺寸公差为r6，粗糙度要求为。

图10山楂机主轴间歇轮

山楂机传动圆盘

山楂山楂机传动圆盘如图11所示，材料选择45号钢，传动圆盘外圆直径为70mm，确定轴上与传动盘联接键截面尺寸为b×h=6mm×6mm配合为H7/r6。

传动圆盘与轴的配合采用基孔制，轴的尺寸公差r6，传动圆盘孔的粗糙度，其余。

图11山楂机传动圆盘

山楂机传动盘的轴

图12定位盘主轴

轴的材料选择

该轴的无特殊要求，选用45钢调质处理230-280，查表得σB=640MPa。

初步估算轴径

3-12

3-11

取轴d=20mm。

轴的结构设计

根据估算轴径和轴上零件的布置，进行轴的结构设计，确定轴上与传动盘联接键截面尺寸为b×h=6mm×6mm配合为H7/r6。

滚动轴承内圈与轴的配合采用基孔制，轴的尺寸公差m6。

在轴的两端均制成2×45°倒角。

轴的详细尺寸如图12所示。

轴的强度验算

（1）主轴间歇轮上的作用力的大小

转矩：

T=×105×

=×105×

=83140（N

mm）3-12

圆作用直径：

d1=26（mm）

圆周力：

Ft=2T/d1=2×83140/26=6395（N）

径向力：

Fr=Ft/=2311（N）

轴向力：

Fа=Ft/=1613（N）3-13

（2）求垂直面上轴承的支反力及主要截面的弯矩

FBV=（Fr×+Fа×d1/2）/182+=820（N）

FDV=Fr-FBV=2311-820=1491（N）

截面C处弯矩为:

MCV左=FBV×182=74620（N

mm）3-14

MCV右=FDV×=38368（N

mm）

（3）求水平面上轴承的支反力及主要截面的弯矩

FBH=Ft×（182+=6395×=1410（N）

FDH=Ft-FBH=6395-1410=4985（N）

截面C处弯矩为：

MCH=FBH×=1410×182=128310（N

mm）3-15

（4）截面C处垂直和水平的合成弯矩

（5）按弯扭合成应力校核轴的强度

进行校核时，只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度，由公式：

3-16

式中：

а——应力折算系数；

Mv——轴上危险截面处的当量弯矩，N

mm；

W——轴上危险截面处的抗弯矩截面系数，mm3；

[σ-1]——轴在对称循环状态下的许用弯曲应力,MPa，见表11-1；

d——轴上危险截面处直径，mm。

当此段轴上有一个键槽时，直径应加大3%；有两个键槽时，应加大7%。

取а=，计算截面上的应力：

3-17

前面已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表11-1查得[σ-1]=60MPa，由于σv＜[σ-1]，故安全。

轴承选择

设计机械时，应根据载荷情况、转速高低、空间位置、调心性能以及其他要求，选定合适的滚动轴承类型。

具体选择时可参考下列原则。

载荷条件

轴承所受载荷的大小、方向和性质，是选择轴承类型的主要依据。

当轴承承受纯径向载荷时，应选用向心轴承。

当承受纯轴向载荷且转速不很高时，宜采用推力轴承；如转速很高，则因离心力使滚动体与保持架之间的压力增大，摩擦加剧而使寿命显著缩短，此时应选用角接触球轴承。

当同时承受径向载荷和轴向载荷时，如果以径向载荷为主，可选用深沟球轴承或接触角较小的角接触轴承；以轴向载荷为主，可选择接触角较大的角接触轴承，也可采用向心轴承和推力轴承组合在一起的方式，分别承受径向载荷和轴向载荷。

轴承转速

一般来讲，轴承转速较高时，应优先选用球轴承。

在内径相同的情况下，外径愈小，则滚动体愈小，运转时，滚动体的惯性离心力也就愈小，因而适于在更高的转速下工作。

因此，在高速条件下，宜选用外径和滚动体较小的轴承。

此外，轴承的接触角越小，其座圈承受滚动体惯性离心力的条件越好，所以，在高速性能方面，接触角a为零的向心轴承优于角接触轴承和推力轴承。

调心性能

当轴在工作时弯曲变形较大，或轴的跨距较大，或轴承座制造安装精度较低时，则要求轴承内、外圈能有一定的相对角位移，此时应采用调心轴承。

轴承刚度

一般情况下，滚子轴承的刚度比球轴承高，在要求轴承刚度高的场合，应选用滚子轴承。

总结

我国目前的山楂山楂机械的发展情况比较落后，由于缺少良好的设备，加工手段落后，生产效率低，致使一些地区出现水果积压腐烂现象，给果农造成很大的经济损失。

山楂去核手工作业现在在中国仍然是主要的加工手段，不仅占用大量的劳动力、劳动强度大、生产率低，而且卫生安全也得不到有效保障，大力推进山楂去核的机械化进程是社会发展的需要。

山楂山楂机不但提高了生产效率，而且安全卫生也能够得到有效的加强。

山楂去核在整个山楂加工工序中，不仅劳动强度大，而且人工作业生产效率低，安全卫生达不到要求。

所以考虑中国目前的情况，设计了这种小型山楂山楂机，我设计的山楂山楂机生产效率得到了显著的提高，山楂破损率低，同时安全卫生的问题也得到了有效的解决。

本山楂山楂机是根据山楂的物理特性，结合目前山楂山楂机的现状，运用所学机械原理、机械设计等相关知识，进行的相关设计。

由于没有加工制作样机，山楂山楂机的运行状况未进行实验。

致谢

经过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个塔里木本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，毕业设计中有许多不足的地方需要修改，在设计之初，由于毕业设计题目不能够确定出来，出现了许多问题，然后我就去求助我的导师，肖爱玲老师，老师听了我的疑问，然后给我推荐我爱发明这个节目，让我从这个栏目中，发现了灵感，从而设计了山楂去核机这个题目，在设计的时候，也有很多问题，导师都一一解惑，让我感觉受益匪浅，其中我还要感谢我16-4班的全体同学，在画三维图的时候，遇到了许多不懂得地方，同学们都发扬乐于助人的精神，使我很感到，让我在三维图设计上能够顺利完成，在经过几个月的设计后，终于完成了这次毕业设计。

我知道，我的设计中存在很多不足的地方，需要修改，希望各位老师，评委能够给出我改进的地方，我会耐心听取，谢谢各位老师们！

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参考文献

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