微型莴笋剥皮机设计

摘要

莴笋清脆可口，价格不贵，营养丰富，是人们喜爱的日常食物，可是，使用莴笋时需要人工削皮费时费力，莴笋剥皮工序劳动强度极大，且人工对莴笋剥皮的质量稳定性难以保证。本文笔者通过长期的调研和实践，综合运动了机械原理及机械设计方法，设计了一台自动化的莴笋剥皮机设备，可有效提高莴笋剥皮的产量，减少劳动强度，提高生产效率。

本文所设计的莴笋剥皮机的结构由输送机构、传动机构、剥皮机构、控制系统以及机架等辅件组成。，莴笋剥皮机具有结构简单，自动化程度高，剥皮质量稳定可靠等优点，用于代替农村人工剥皮，性价比极高。同时，该机使用维护操作方便可靠，采用了一般的三相交流电动机作为动力，操作用户界面简单可靠。其中剥皮装置中的剥皮刀具由气动夹持机构、环形刀具座和弹簧等组成，有效保证了剥皮的均匀性以及质量，提高了效率，预计产能可达到3000根/小时。此外剥皮机构还可根据莴笋的直径大小进行调节，避免了对莴笋的损坏。

本文详细介绍了莴笋自动剥皮机的设计过程，并对主要零部件进行了结构设计，绘制了工程图，校核了其结构强度。实践证明，莴笋剥皮机是一款适合于在广大农村推广应用的机械自动化设备。

关键词：莴笋；剥皮机；自动；

目录

摘要 2

目录 3

1 绪论 4

1.1剥皮机国内外应用与发展 4

1.2拟定总体设计方案 5

2 莴笋剥皮机的详细设计 7

2.1 电机的选择 7

2.2一级圆柱齿轮减速器的设计 8

2.3链传动的设计 10

2.4机架的设计 14

2.5剥皮机构的设计 15

2.6轴的设计 15

2.7键与轴承的选择 16

3 莴笋剥皮机安装与维护 18

总结 20

参考文献 21

1 绪论

1.1剥皮机国内外应用与发展

随着装备制造业的不断发展，人们的物质生活水平也不断提高，人们对食品加工行业的要求也越来越高。为了减少人工加工食品的劳动强度，提高加工效率。食品剥皮机广泛应用于人们生活中的方方面面，根据剥皮机所加工食物的不同，国内外目前研发制造的剥皮机产品的种类型号也各不相同，主要有：玉米剥皮机、大蒜剥皮机、土豆剥皮机、蚕豆剥皮机等等。其中玉米剥皮机目前在国内外应用最为广泛。

根据剥皮机剥皮机构的结构机理可分为滚筒式剥皮机、槽式剥皮机等。由于近年来食品加工行业的发展规模不断扩大，食品剥皮机械设备也受到人们越来越多的关注。滚筒式剥皮机的应用非常广泛，其剥皮装置主要采用输送辊轮组成，这种胶辊采用天然橡胶添加高强度抗摩剂，抗氧化剂，抗高低温材料通过高温硫化复合而成。普通规格的剥皮机胶辊由1个输送辊轮和2个正反螺旋输送胶辊组成。3个剥皮机胶辊分别固定在2根轴上，通过动力旋转实现机械剥皮。剥皮机胶辊由天然橡胶添加高强度抗摩剂，抗氧化剂，抗高低温材料通过高温硫化复合而成。具有易安装，耐磨损，寿命长等特点。槽式剥皮机采用滚轴式剥皮，结构上简单结实，刚性强，故障率低，使用寿命长。它由剥皮滚轴、进料口、出皮口、出木口、动力传动装置五部分组成。槽式剥皮机是在国外机型基础上创新研制的新一代高效剥皮设备，该机器是利用带阶梯型剥皮齿牙的转子所产生的独特作用力，使食品段在料仓槽板内周而复始的做循环运动，而且还绕食品段自身轴线做回转运动以及不规则地跳动。以致食品段与齿牙、食品与食品、食品与料仓、梳板之间不停的摩擦、撞击、挤压与剥离，实现快速分解和剥离食品皮面的效果。槽式剥皮机打破传统滚筒式剥皮机出料、入料都要停机的缺点，实现了连续不断地工作，从进料→剥皮→出料→再进料→再剥皮→再出料整个过程连续不断，实现了流水作业。相对不同的食品，剥皮效果可以进行调整，大大节省了人力，槽式剥皮机较适用于圆柱形食品的剥皮，如玉米、山药、莴笋等，适用范围较少。

目前，滚筒式玉米剥皮机在国内外的应用十分广泛。前苏联根据生产需要，先后研发了O-4B、O -5、O-15、O-15C、O-15Ⅱ 和O-5等多种型号的玉米剥皮机。美国在1885年就研制成功了场上作业的玉米剥皮机；1908年又研制了田间摘穗剥皮机；现在已经向联合自走的方向发展。

我国从20世纪50年代开始研制玉米剥皮机，先后研制成功丰收—2卧、丰收—2立和4YBJ—2型的田间玉米摘穗剥皮机。60年代，中国农机院与黑龙江农业机械化研究所协作设计了YD—3型玉米剥皮机。70年代，黑龙江省红兴隆国营农场管理局设计了场上玉米剥皮机。1979年，辽宁省农业机械化研究所研制的4YB—2型玉米收获机及吉林农业机械化研究所研制的4QY—2型莴笋收获机都配置了剥皮机构。

根据农村当前的生产实际情况，农业自动化机械的使用率普遍较低，特别是在一些产粮大区，农民收获的粮食由于不能及时得到农业加工机械的有效加工，而只能采用传动的手工操作方法劳动，极大地增加了劳动强度，生产效率难以提高。对于莴笋剥皮的农业自动化机械产品在我国食品机械行业中仍然处于空白，莴笋收获后若不及时剥皮，则会引起莴笋发霉，变质。因此，莴笋剥皮机具有广泛的市场和推广应用价值。

1.2拟定总体设计方案

根据设计任务书的要求，莴笋剥皮机是一种专用于莴笋表皮剥离的专用机械，设备使用用户主要面向农村广大农民朋友，因此，根据用户特点及使用环境，首先明确莴笋剥皮机的设计需要满足以下要求：

1、操作简单，便于广大农村用户的使用，零部件尽量采用标准件，便于安装和维修。

2、整机安装，结构简单，成本低而且动力的选择要符合农村的实际情况，因此动力尽量安装电动机或者柴油机。

3、本机还要有较高的生产率，较低的莴笋损坏率，较高的剥净率。因此，本机的设计可以根据农村不同用户的使用要求设计不同的类型。

4、动力系统可采用电动机与柴油机互相通用的形式，使用电动机时可以将电动机直接安装于机架上，而且采用柴油机则需要增加一个转向节连接装置。

根据上述要求，本文所设计的莴笋剥皮机主要由剥皮机构、输送机构和传动机构、控制系统和机架等辅助装置组成。剥皮机构是莴笋剥皮机的主要生产机构，它由环形刀具座、气缸和弹簧等组成，其作用是剥离莴笋表皮，并要求剥皮厚度均匀，剥皮质量稳定可靠。其工作原理是通过气缸、弹簧等装置使刀具环绕压在莴笋表面，当莴笋在输送机构的作用下快速移动式，刀具顺势将莴笋表皮快速剥离，弹簧是保证莴笋剥皮厚度均匀的关键所在。输送机构由5-6组对辊及输送链条组成，输送机构对改善剥皮质量，提高剥皮装置生产率是极其重要的，它把莴笋压向剥皮机构刀具，输送机构的效率直接影响着莴笋剥皮机的生产效率。其基本原理是利用对辊与对辊之间、对辊与链条之间的摩擦力使莴笋通过对辊间隙压入剥皮机构刀具中去。传动机构是莴笋剥皮机的主要动力源提供装置，本文选择使用电动机作为动力源，该种三相交流异步电动机已十分标准化和系列化，因此直接选用即可，目前在市场上也很容易购买到。控制系统是剥皮机构的主要调节装置，通过控制系统的调节，可以大大扩大莴笋剥皮机的加工使用范围。机架等辅助装置是整机设备的主要承载装置，要求其结构强度较高，经久耐用。

2 莴笋剥皮机的详细设计

2.1 电机的选择

根据前述设计方案，本文采用电动机作为动力源，根据前述任务书的要求，莴笋剥皮机的产能为3000根/h，假定莴笋的平均长度为：，莴笋剥皮机的长度为：，输送机构辊轮的直径初取为：,则要满足产能需求，莴笋通过设备剥皮的速度可按下式计算：

则输送机构辊轮的转速为：

由于电动机通常布置于设备机架内底部位置，可通过链轮传动方式将动力传动到辊轮上，初选链轮传动比较为

则应输出转速为：

取电机转速为

则减速机减速比可取为：

因此，只需一级齿轮传动减速器即可完成减速过程，再通过链轮传动将动力传递到输送辊子上。

由于莴笋的质量不重，假设一根500mm长的莴笋平均约为5kg，一个输送辊轮的质量约为6kg，又假使莴笋和辊轮的全部重量都能作用于输送辊轮上，则输送辊轮的输出转矩至少为：

解得：

若链传动的效率为，减速器传动的效率为，并取工况系数：，则电机实际输出功率至少应为：

查阅三相异步电动机相关技术手册，选择Y80M-4型三相异步电动机即可，该电机转速为1440r/min时的输出功率为：0.55kW，可满足使用要求；

2.2一级圆柱齿轮减速器的设计

大齿轮转速为：

小齿轮转速为：

降速比：i=2.75

传动功率：p=550瓦

a.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数

1）选用直齿轮传动。

2）考虑减速机构振动较大，且剥皮辊上小齿轮有可能通过调节杆调节两剥皮辊的中心距，故在满足设计强度前提下，尽量选大一些模数，大小齿轮的齿面材料也尽可能选取硬度大一些。所在大小齿轮均为40Cr,并调质及表面淬火，齿面硬度48—55HRC。

3）选取精度等级：

因采用表面淬火，轮齿的变形不大，不需磨削，故选7级精度。

4）试选小齿轮齿数

b.按齿面接触强度设计：

（1）由

①试确定公式内的各计算数值 试选载荷系数

②计算小齿轮传递的扭矩：

③由《机械设计》P—201表10—7查得选取齿宽系数：

④由《机械设计》P—198表10—6查得材料弹性影响系数：

⑤由《机械设计》P—207表10—21e查得按齿面硬度中间值52HRC查得大小齿轮接触疲劳强度极限：==1170Mpa

⑥计算应力循环次数：

⑦由《机械设计》P—203图10—19查得接触疲劳寿命系数:

⑧计算接触疲劳需用应力：

取失效概率为1% ，安全系数S=1

(2)计算：

①计算小齿轮分度圆直径(代小值)

==76.92

②计算圆周速度：

③计算模数：

④计算载荷系数：根据,7级精度，由《机械设计》P—192

表10—8查得动载荷系数,直齿轮,假设

由《机械设计》P—193表10—3查得

由《机械设计》P—190表10—2查得 使用系数

(6级精度硬齿面齿轮查得适当加大)

由《机械设计》P—195表10—13查得

（由b/h、查取）

故载荷系数

⑤按实际载荷系数校正所行分度圆直径得：

c.按齿根弯曲强度设计：

弯曲强度设计公式：

确定公式内各计算数值：

（1）由《机械设计》P—204图10—20查得大小齿轮弯曲疲劳极限：

(2) 由《机械设计》P—202图10—18查得弯曲疲劳寿命系数

(3)计算弯曲疲劳需用应力：

取弯曲疲劳安全系数S=1.4

(4)计算载荷系数：

（5）查取齿形系数：由《机械设计》P—197图10—5查得

=2.45

(6)查取应力校正系数：由《机械设计》P—197表10—5查得

(7)计算大小齿轮比较：=

=

所以：

对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m略大于齿根弯

曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力仅与齿轮直径（即模数与齿数乘机有关），可取由弯曲强度算得模数3.94mm,并圆整为4mm，按接触强度算得分度圆直径：

d.集合尺寸计算：

（1）计算分度圆直径：

(2) 计算中心距：

(3) 齿轮中心孔的选取：

齿轮中心孔选取主要取决于与之能配套的轴的直径，因此必须在选择轴的直径d后才能选择孔径。

2.3链传动的设计

根据GB/T181500—2000〈〈滚子链传动选择指导〉〉是链传动设计选择标准。此标准等同采用ISO10823。

1、链轮齿数

小链轮齿数 取，传动比i=2.5

大链轮齿数取48

2. 实际传动比

3. 链轮转速

初选小链轮线速度，

估选小链轮直径d=100mm，

则大链轮直径D=id=2.52×100=252mm

由大链轮和小链轮在同一轴上，故大链轮上的线速度

则大链轮转速为

则小链轮转速为

4. 修正功率

小链轮传递功率为P=0.55kW

查机械设计手册表14.2-4，工况系数

主动链轮齿数系数

故

5. 链条节距P

由修正功率和小链轮转速，根据机械设计手册2，查取链节距P=05B，即P=8mm

6. 初选中心距

因结构上未限定，咱取

7. 链长节数

取节，式中=

8. 链条长度L

L=

9. 理论中心距A

式中，=0.24645，由机械设计手册2插值法求得

10.实际中心距

11. 与电动机相连的链轮上链的转速

12. 有效圆周力F

F=

13. 作用于轴上的拉力

14.润滑方式的确定

根据链号05B和链条速度V=1.32m/s，由图14.2-5，选用润滑范围3即油池润滑或油盘飞测润滑，

15. 链条标记

根据计算结果，采用单排05B滚子链，节距为8mm，节数为104节，其标记为：

2A-1×104GB/T1243-1997

链条参数为：

节距：

链论尺寸计算

16、链轮齿数

传动机构中大链轮齿数

其他所用链轮尺寸与小链轮标准相同，；

分度圆直径d

17、链轮材料及热处理

材料选用45钢，经淬火，回火处理，齿面硬度在40~50HRC之间，应用范围：无剧烈冲击震动和要求而耐磨损的主、从动链轮，根据实际情况选材符合要求。

18、链传动静强度校核

在低速重载的链传动中，链条的静强度占有重要地位，通常v<0.8m/s视为低速转动。如果低速链也按疲劳考虑，用额定功率选择和计算，结果常不经济。因为额定功率曲线上各点，其相应的条件性安全系数n大于8~20，比静强度安全系数为大。另外，当进行有限寿命计算时，若所要求的使用寿命过短，使用功率过高，则链条的静强度验算也是必不可少的。

式中，，，

链条的静强度计算：

式中静强度安全系数；

链条极限拉身载荷（N），查表14.2-2；

工况系数，查表14.-3；

有效拉力，即有效圆周力（M）查表14.2-3；

离心力引起的拉力（N），其计算式为；为链条每米的质量，为链速；当时，可忽略不计。

悬垂拉力，见图14.2-6，在中选择大者。

许用安全系数，一般为；如果按最大尖载荷峰来代替进行计算，则可为3~6；对于速度较低，从动系统惯性较小，不太重要的传动或作用力的确定比较准确时，[n]可取较小值。

由以上，查表14.2-2得Q=30.1×

查表14.2-4得

F由前面算得F=6

查表14.2-9， 由前面计算知 故可忽略不计。

由图14.2-6 取

则

故

则在之间

故链条安全。

19、链条的使用寿命计算

当链传动的传动功率要求超过额定功率，链条的使用寿命要求小于15000小时，或者磨损伸长率要求明显小于3%时，有必要进行链条的使用寿命计算。

设为由式得到的功率值，为由式得到的功率值，为要求传递的功率，在不发生胶合的前提下，对已知链传动进行疲劳寿命计算为：

若，则

若， 则

式中

使用寿命；

小链轮齿数；

小链轮转速；

多排链系数，单排，双排，三排，四排，选用单排；

工况系数，查表14.2-4；

链长，以节数表示；

由前面计算知，要求传递的功率

查表14.2-4得

取单排链，故，

，

由前面计算知：，，

由

则

2.4机架的设计

总体配置就是合理安排各部件位置和联接关系，确定动力的传动路线，与电动机的联接关系，使机器工艺路线合理，并且便于使用，调整和维修，同时机器外观造型要给人以美感。

本次课题所设计的莴笋自动剥皮机机架采用角钢焊接而成，如图1所示：

图1

为了便于作业后的移动，在机架底部安装有四个行走轮，且在前面的两个行走轮需要能够转向，这样使整机的移动更加方便，更便于生产中的使用，考虑到成本方面的因素，行走轮及转向轮均可外购，因为它并没什么特殊的要求，只要能达到行走及转向要求即可，也可以本身自己制造。

输送料板不但呀有暂存莴笋的能力，而且还能够对莴笋进行导向，使莴笋沿着正确的输送方向进入剥皮机构中。

2.5剥皮机构的设计

剥皮装置是由一个环形的刀具座,以及四个气缸和弹簧以及刀具组成。工作时，四个气缸通过弹簧压动刀具紧贴莴笋表面，由于莴笋的进给运动，刀具迅速切下莴笋表皮。为了保证刀具的耐用性能，刀具材料一般选择使用高速钢，牌号为W18Cr4V，为了使表皮剥净，安装弹簧避免莴笋跳动而能够与刀具稳定地接触。

2.6轴的设计

轴的材料选用45#

各零件在轴2上的装配顺序为从左到右，剥皮辊左端为轴承，齿轮6齿轮3齿轮2，右端装剥皮装置，轴承端盖，由此选择阶梯轴，这样可以避免对配合表面的破坏。由齿轮手册上查得轮孔直径必须大于20，由于选用的是阶梯轴，所以取轴颈为12，25，32，35，40不等。由于轴颈为40的部分最长，所以只需校核该处即可。

主动轴上有三个相互并排的齿轮，所以轴的长度如下：

轴承（GB279—64）带密封圈的单列向轴承的宽度：B=18mm

轴承与右端盖的距离：

所以：d=25mm轴长度

因为齿轮与轴的配合均采用的平键配合，故在轴端应用

螺栓进行轴向定位，在轴承的右端应有一个轴肩，即，而且剥皮辊的橡胶就是套在此段上，所以此段长度，轴的设计

见零件图。

轴的强度校核

轴承的传动功率： 轴的转速：

轴传递的扭矩：

初定轴的直径

由于链条轮和齿轮在手册上查得轮孔直径必须大于20，而轴又要与轴承配合，故轴承的轴颈之间采用同一轴颈，而齿轮与齿轮及齿轮与轴承之间由于有凸沿，所以每根轴采用同一尺寸，这样可以简化轴的加工工序，更便于维修和装配，所以轴和齿轮轮孔均采用，四个轴的轴承均采用的轴承。由于本机所能承受的弯力较小，故弯矩进行校核无必要，只需进行必要的扭矩校核。

根据式：

式中：—实心圆截面抗扭矩模量

所以：

所以：轴的强度符合要求。

2.7键与轴承的选择

根据表6-1 轴径

轴径

根据式：

式中：Q=

A=26

所以：

即 键的强度符合要求。

根据前面一系列的计算结果，要选定轴承的类型为带密封圈的单列向心球轴承（GB279—64）轴承型号分别选为18504和18505.

这种轴承主要承受径向载荷，当转速较高，轴向载荷不大时，可以代替推力球轴承承受纯轴向载荷，密封圈能较严密地防止污物从一面侵入轴承，因为另一面设计加了轴承嵌盖，可通过油润滑及脂润滑降低摩擦力，减小接触应力、吸收振动、防止锈蚀、散热等，此类轴承主要用在密封要求较高的部件中。

3 莴笋剥皮机安装与维护

莴笋剥皮机能一次完成莴笋剥皮过程，及时认真的进行技术保养，能保证收获机经常处于完好的技术状态，充分发挥机器的效能，提高生产率，延长机器的寿命。莴笋剥皮机的技术保养包括：各

零部件的清洗、检查、螺栓紧固、润滑和调整等。

每日技术保养

1、每日工作前必须彻底清理剥皮辊子上缠绕的杂物。

2、检查传动轴上所有轴承挡圈是否牢固。

3、按照润滑图进行润滑，在注油前擦净油嘴头。

4、经常检查轴承的密封圈状态，发现漏油时，要缩短润滑间隔时间。

5、开式传动齿轮要经常浇机油。

传动装置的使用和调整

1、在使用中必须注意保持链条的正常紧度，链条过松或过紧都会缩短链条的使用寿命。链条过松会使链条在链条轮上打滑；链条过紧，会使轴承加速磨损，使轴弯曲，甚至可能这段。链条所产生的挠度检查链条的正确性。

2、必须防止链条沾油，因为链条沾油不仅对本身有破坏作用，而且链条打滑；有油落到链条上时，必须用沾有少量汽油的抹布擦掉然后用干净抹布将链条擦干。

3、要防止链条的机械损伤。链条往往由于碰坏或划伤而很快报废，所以，挂上或取下链条时，必须先张紧机构松开，严禁用带尖棱的钢棍挂上或取下链条。

4、必须注意齿轮的正常啮合、磨损。

机器的保管

莴笋剥皮机收获作业结束后，一定要对机器进行妥善的保管，保管好机器可以延长使用寿命。

1、放松各部传动链条及弹簧，最好是卸下链条入库存放。

2、卸下各部件齿轮，清洗后经机油浸泡入库保管。

3、向各注油点注满油。

4、开式传动齿轮及其他未涂漆的表面要涂油防锈。

5、清理各部尘土、油污，将磨掉漆的部位涂漆。

6、将机架垫起，使轮胎离地。

7、如无库棚，应存放在地势干燥处，有帆布盖好。

工作部件损坏的修复和调整

1、剥皮辊间隙和压力的调整。莴笋成熟度高、苞叶松，两剥皮辊间隙应大,

弹簧压力应调小；莴笋潮湿苞叶紧，两剥皮辊间隙应小，弹簧压力应调大，以防止啃坏籽粒和掉粒。

2、调整链条松紧度，不应出现打滑现象，否则会产生堵塞和掉粒。

3、输送辊轮由于安装和调整等不当而易断裂。我们把轴承座孔和辊孔内已断裂的轴都用车订钻出，重新车一同样尺寸的轴镶进辊孔内另一端，压进轴头轴承座孔内，并沿固定轴的安装位置有一个限位挡块，我们用此办法修复轴2根，辊轮1根，使机器很快恢复作业。并按原位焊接好。

总结

本次课题设计历时3个多月，整个过程中，我的收获很大，在老师的耐心指导下，经过反复修改，终于完成了设计。本次毕业设计是一次全面总结和复习大学中所学知识和技能的机会,是理论联系实际，独立分析、解决实际问题，从事专业工程技术和科学研究工作基本训练的过程。

本文分析和研究了莴笋剥皮机的结构，提出了一种应用于莴笋剥皮加工的莴笋剥皮机的机械设备设计，该机适用于大批量的自动化生产工艺，能够大幅度提高生产效率，降低工人劳动强度。

莴笋剥皮机的设计可以分为两个部分，即输送莴笋部分和剥皮主运动部分，莴笋的进给运动采用电动机驱动，进给运动的设计采用了链传动的方式传动。该设备经过安装和调试后表面，运行稳定可靠，设计结构简单，操作方便，经济效益显著，提高了零件的加工精度。

本文最后对莴笋剥皮机进行了三维实体建模，在本次设计中我学会了用SolidWorks进行三维实体建模，并生成工程图，学会了SolidWorks和AUTOCAD之间格式的转换，了解查阅资料的方法，最重要的是学会了机械结构设计的一般方法。

通过此次设计，又一次提升了运用三维软件的水平，并吸收了不少经验，有零件图纸作图与空想设计作图不同，零件尺寸已经给出，作图时先不考虑尺寸是否真的合适，根据尺寸作出零件的三维图，但到装配时必须要考虑尺寸是否合适，由于AutoCAD图纸效果不好，导致尺寸会有出错，甚至有出现欠定义尺寸，所以，此时必须通过配合后在衡量尺寸，再进行修改，直到满足配合要求。

通过这次设计，我对机械设计的各个环节有了更加深刻的了解，对所学的专业知识有了更好的掌握，对四年所学的基本知识都系统的回顾并掌握了，这次设计是一次很好的学习与思考的过程，在本次设计过程中所获得这些将在今后的工作中发挥基础和平台的作用。

由于我的知识水平有限，在设计中难免存在不足之处,恳请各位老师指正。

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本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/5aaf4383f5335a8103d22060.html