山楂去核机的设计21页加8000字Word文档格式.docx
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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]。
1.2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。
1.3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0.5g、脂肪0.6g、膳食纤维3.1g、碳水化合物22g、胡萝卜素100μg、维生素A17μg；
硫胺素0.02mg、核黄素0.02mg、尼克酸0.4mg；
维生素C53mg、维生素E7.32mg；
钾299mg、钠5.4mg、钙52mg、镁19mg、铁0.9mg、锰0.24mg、锌0.28mg、铜0.11mg、磷24mg、硒1.22μg。
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
2.1马达的选择
2.1.1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
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
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。
2.1.2选择马达功率
PW1=0.27kW，η1=0.99×
0.95×
0.96×
0.994×
0.96=0.7698
∴Pr1=PW/η1=0.36kW
PW2=0.15kW，η2=0.95×
0.825×
0.982×
0.99×
0.90=0.6885
∴Pr2=PW/η2=0.22kW
查表2-3，可选Y系列三相异步马达Y802-4型，额定功率P0=0.75kW，或选Y系列三相异步马达Y90S-4型，额定功率P0=0.75kW。
以同步转速为1500r/min及1000r/min两种方案进行比较，由表2-3查得马达数据，计算出传动比如下表。
表2-3马达数据表
方案
马达型号
额定功率
/kW
同步转速
/（r/min）
满载转速
总传动比
质量
/kg
价格
/元
1
2
Y802-4
Y90S-4
0.75
1500
1000
1390
910
57.92
37.92
18
23
475
570
比较两方案可见，方案1选用的马达虽然质量和价格较低，但总传动比大。
为使传动装置结构紧凑，决定选用方案2。
马达型号为Y90S-4，额定功率为0.75kW，同步转速为1000r/min，满载转速为910r/min。
由机械设计课程设计表4.12-2查得马达中心高H=90mm，外伸轴段D×
E=24mm×
50mm。
2.2传动装置的选择
2.2.1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≈0.98；
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。
2.2.2V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
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=1.2，所以计算功率：
Pca=KAP=1.2×
0.75=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=
=6.38＜25（m/s）2-4
带速合适。
计算从动轮基准直径dd2：
dd2=i×
dd1=2.37×
67=158.79mm
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0.7（dd1+dd2）＜a0＜2（dd1+dd2），得到158.9＜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=1062.7（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+（1120–1062.7/2=378.7（mm）
（4）验算主动带轮上的包角1
1=180-（dd2-dd1）×
57.3°
/a=165.9°
＞120°
主动带轮上的包角合适。
（5）确定带的根数z
根据ａ1=165.9°
，得Ka=0.966；
根据Ld=1120mm，得KL=1.08；
由n1=910r/min、i=2.37、dd1=67mm；
查表2-3得，P0=0.15kW，△P0=0.02kW。
z=Pca/（P0+△P0）KａKL=0.9/[（0.15+0.02）×
0.966×
1.08]=5.07=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=0.06kg/m。
F0=500Pca（2.5/Kа-1）/（z×
v）+qv2
F0=500×
0.9（2.5/0.966-1）/6×
6.38+0.06×
6.382=90.0（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
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×
90.0×
sin
=1071.8（N）2-6
3山楂山楂机关键部件设计
3.1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。
3.2山楂定位盘
3.2.1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。
3.2.2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。
3.3山楂机定位盘主轴
3.3.1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。
3.3.2初步估算轴径
3-1
3-2
取轴d=20mm。
3.3.3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。
3.3.4轴的强度验算
（1）主轴间歇轮上的作用力的大小
转矩：
T=95.5×
105×
=95.5×
=81170（N
mm）3-3
圆作用直径：
d1=39.9（mm）
圆周力：
Ft=2T/d1=2×
81170/39.9=4069（N）3-4
径向力：
Fr=Ft/2.653=1534（N）
轴向力：
Fа=Ft/3.734=1090（N）
（2）求垂直面上轴承的支反力及主要截面的弯矩
FBV=（Fr×
29.5+Fа×
d1/2）/210.5+29.5=279（N）3-5
FDV=Fr-FBV=1534-279=1255（N）
截面C处弯矩为:
MCV左=FBV×
210.5=58730（N
mm）3-6
MCV右=FDV×
29.5=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
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=0.6，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。
3.4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×
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1.6。
图10山楂机主轴间歇轮
3.5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1.6，其余6.3。
图11山楂机传动圆盘
3.6山楂机传动盘的轴
图12定位盘主轴
3.6.1轴的材料选择
3.6.2初步估算轴径
3-12
3-11
取轴d=20mm。
3.6.3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×
轴的详细尺寸如图12所示。
3.6.4轴的强度验算
T=95.5×
=83140（N
mm）3-12
d1=26（mm）
83140/26=6395（N）
Fr=Ft/2.653=2311（N）
Fа=Ft/3.734=1613（N）3-13
51.5+Fа×
d1/2）/182+51.5=820（N）
FDV=Fr-FBV=2311-820=1491（N）
182=74620（N
mm）3-14
51.5=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×
51.5/（182+51.5）=6395×
51.5/233.5=1410（N）
FDH=Ft-FBH=6395-1410=4985（N）
截面C处弯矩为：
MCH=FBH×
210.5=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
3-16
3-17
3.7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。
3.7.1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。
3.7.2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。
3.7.3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。
3.7.4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。
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