土豆切片机的设计Word格式文档下载.docx
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4.12键的选择和校核…………………………………………………………………14
4.12.1键的选择……………………………………………………………………15
4.12.2键的校核……………………………………………………………………15
5结构设计………………………………………………………………………………15
5.1刀盘总成的结构设计…………………………………………………………15
6入料斗的设计及叶轮的设计…………………………………………………………16
7机架的设计……………………………………………………………………………16
7.1机架设计要求……………………………………………………………………16
7.2机架材料的选用及壁厚选择……………………………………………………177.3机架整体设计……………………………………………………………………17
8机体结构的设计………………………………………………………………………17
9结论………………………………………………………………………………………18
参考文献…………………………………………………………………………………19
致谢…………………………………………………………………………………………20
摘要:
随着科学技术的不断发展,农业机械技术也得到了大规模的应用。
本文所设计的土豆切片机是一种体积比较小、结构比较简单。
适用于家庭、餐厅、小作坊的小型农产品加工机械。
土豆切片机设计的整个过程,其中主要包括总体方案的确定,各部件的设计与计算,总装与部装图纸以及各零件的图纸。
完成了全部设计后,对切片机进行了评价,指出它的特点、优势之处,以及存在的一些不足,并提出了一些改进的措施。
关健词:
切片机;
设计;
计算
TheDesignofPotatoslicingMachine
Abstract:
Asthedevelopmentofscienceandtechnology,agriculturalmachinerytechnologyhasalsobeenalarge-scaleapplication.Thedesignofmypotatoslicingmachineisasmallersizeandthestructureismoresimplethanothers.Potatoslicingmachineisfitforthefamilyrestaurant,smallworkshops.Thispotatoslicingmachinethroughoutthedesignprocess,includingthedeterminationoftheoverallprogramdesignandcalculationofthevariouscomponentsoftheassemblywiththeMinistryofinstallationdrawingsandpartsdrawings.Completedallthedesign,evaluation,notedthatittheDepartmentofthecharacteristics,advantages,andthepresenceofanumberofshortcomings,andproposedsomeimprovementmeasures.
Keywords:
slicingmachine;
design;
calculation
1前言
薯类作物在我国分布很广,有二十多个省、自治区种植,是我国主要粮食作物之一,马铃薯还是一种很好的蔬菜作物。
我国薯类作物种植面积1.4亿亩左右,总产量达2~3千万吨,是世界上产薯最多的国家[1]。
在茎块作物的加工过程中需将其切成片。
因此切片机应运而生。
现在市场上,切片机械己经比较常见了,但是这些机械只适合产业化的生产,而没有适合农民作坊生产的切片机器;
另外市场上的这些机械对切片物体的尺寸有着严格要求,不太适合块茎类蔬菜。
因此根据市场需求,对块茎类疏菜,如:
红薯、土豆等,进行切片,而且要求切片、大小厚度一致、均匀,效率要比较高,这些要求超出了手工的要求,加之一些营养成分较高的新鲜蔬菜不易保存,需进行加工保存,如:
土豆,所以更需一种能切片的小型机器。
该机器能满足切片大小厚度一致、均匀,效率较高,提高了劳动效率,改善了劳动质量,让人从切片劳动中解放出来,这样既减轻了农民在加工中的劳动强度,也增加了农民的收入,有利于机械化在农村的发展。
2国内外概况
2.1国外切片概况
目前,国内外已有一些产家研制和生产了此种机器。
在国外的公司,如:
美国的哈克逊公司生产了BIZERBASE12、FACF300半自动切片机,BIZERBASE12D自动切片机:
意大利碧佳ES25、ES30斜刀式切片机:
韩国的地质公司的肉类切片机等[2]。
瑞士Meyer-BurgerAG公司的TS系列机,日本TokyoSemitsu株式会社的TSK(若干)系列机,日本OkamotoMachine株式会社的ASM系列机,美国STC公司的STC系列机等。
我国的切片的研究开发方面虽然已有30年的历史,近几年来切片机的研制发展也非常迅速,但是与发达国家相比目前仍然有一定的距离。
但我国的切片机方面仍然没有根本性突破。
2.2国内切片概况
在国内的公司有:
马鞍山华宝机械设备有限公司生产的落地式切片、北京雅宝食品机械厂生产QR-300型自动切片机、沈阳清宝食品机械有限公司生产的CWS-350A。
山东省诸城市大洋食品机械厂的大洋牌土豆切片机有400型、600型、江阴鑫达药化机械的中药切片机等。
这些机器的特点是生产率大,速度快,适合于大型的场合[3]。
价格比较贵,对于农民的作坊生产来说不适合。
3土豆切片机总体方案的确定
3.1结构特点与工作原理
3.1.1结构特点
根据本设计的要求及适用面来确定切片机的形式:
本设计中我采用卧式切片机,因为卧式切片机的装料和卸料都比较容易,结构简单,操作和维修便易,而且卧式相对立式工作时产生的震动小,有益于机械的正常工作,是非常适合作坊的机械。
卧式切片机有电机、旋转刀盘、皮带传动装置以及输入输出物料装置等组成。
本机构主要有以下优点:
(1)、降低了人们的劳动强度,提高了工作效率。
(2)、切片的厚度一致性高,损耗低。
(3)、切削种类多,能对土豆、红薯、洋葱等进行切削。
(4)、结构简单紧凑。
3.1.2工作原理及工作条件
卧式切片机采用电动机作为动力,皮带轮传动减速装置带动输出轴转动,轴的末端接一旋转刀盘,刀盘上的刀片随着刀盘转动,把马铃薯切成片[4]。
切片的厚度出刀片与刀盘间的垫片厚度在控制。
此外,切片与起丝的转换可以通过更换切片来实现。
如图所示:
1-刀盘2-传动轴3-皮带以及皮带轮4-电动机
图1土豆切片机原理图
Fig.1Electricvoltageofpotatoslicingmachine
3.2机构的组成部分及特点
3.2.1电动机
由于卧式切片机的生产效率为500kg/h,所以选择的电动机为YB132S1-2,
其额定功率为5.22KW,同步转速n=2000/min(选定计算过程见后面).
3.2.2皮带传动装置
切片机选择V带轮作为传动装置,传动比为4。
3.2.3轴
轴的材料为45号钢,轴的固定选用深沟球轴承:
采用轴肩定位
4传动设计计算、零部件的强度、刚度计算
4.1动力计算
4.1.1主要参数
刀盘直径:
根据红薯的外型尺寸,切片时所需的速度、生产率等条件,确定
刀盘直径为300mm
切削力:
由资料查得到刀片单位长度承受的切削力至少为0.3kg/mm.下面
是直刃刀片和圆弧刃刀片在切削中受力的对比,从而选择刀片[5]。
直刃刀片和圆弧刃刀片在切削中受力数据资料如下:
对直刃刀片而言直刃刀片在切削中的受力数据如下表:
表1直刃刀片分析
Table1Theanalyzingofstraightbit
编号
项目
切削面积
切削阻力
平均切削阻力
切削长度
平均切削阻力
cm2
kg
kg/cm2
mm
kg/mm
1
顺行
2.4×
1.3
2.2
0.705
24
0.092
逆行
1.4×
0.6
5
5.952
14
0.375
2
1.6×
0.8
0.694
16
0.125
1.786
15
0.133
3
0.7×
2.198
13
0.667
1.0×
0.5
1.5
10
0.15
4
1.9×
1.2
1.316
9
0.158
3.5
8.333
7
0.987
19
0.79
0.9×
4.167
0.333
6
1.2×
0.7
1.681
12
0.167
2.778
平均
2.799
0.258
圆刃刀片在切削中的受力数据如下表:
表2圆刃刀片分析
Table2Theanalyzingofarcbit
项目切削面积切削阻力
cm2kg
平均切削阻力切削长度平均切削阻力
kg/cm2mmkg/mm
顺行2.4×
0.51.5
逆行1.4×
0.62.5
顺行1.5×
0.72
0.81.5
1.905160.133
1.339150.107
顺行1.7×
0.31.50.629130.088
逆行1.0×
0.512100.1
顺行1.8×
0.72.51.98490.139
逆行0.7×
0.628.47770.286
0.210.455190.056
逆行0.9×
0.822.77890.222
顺行1.9×
0.120.887120.05
逆行1.2×
0.61.52.083120.125
平均1.920.133
以上两表可以看出圆刃刀片要比直刃刀片省力50%左右,所以本设计采用圆刃刀片,材料选用45#。
4.12土豆在料斗、刀片间被切削的受力分析
土豆在切削时的受力情况示意图
1-刀盘2-土豆3-料斗壁
图2土豆受力分析图
Fig.2Beanstressanalysis
红薯在切削时,刀片给红薯一切削力P,同时入料斗也给红薯一反力N,N分解为水平分力R1.和垂直分力N1,形成一对力矩M1=R1L2,M2=N1L1,要使红薯不跳动,不转动,保持平衡则需PL2=MI+M2。
方向相反。
4.13输出轴的转速计算
由小时生产效率500kg/h来确定转速n
Q=60×
nZ×
V×
P×
K1×
K2
(1)
Z=1
V=S×
L
Q=500kg/h
K1=0.7
K2=0.2
取L=0.5,P=1.033×
10×
0.001来确定n,则
Z是料斗中出现的刀片数量;
L是切片厚度;
Q是该设备的生产率;
s
K1是刀片利用率;
K2是刀盘的不旋空概率;
因此我们将转速定为n=500rpm。
4.14切削功耗P切
由前面得知,切削平均阻力P=0.3Kg/mm,则刀片在切削长度内承受的阻力矩积分得:
图3扭矩图
Fig.3Torque
P
(2)
=0.3×
0.5X²
|
=2756.3Kg·
㎜
(3)
4.1.5传动、摩擦等的功率损失
由机械设计上表可得[6]
可知
总功率=0.96×
0.97×
0.96=0.9033(4)
=2.808÷
0.9033=3.13Kw
因为经电动机的传输功率,其利用率通常在60%—70%之间,故选用电动机的额定功率0.6—0.7P额,由此得到的额定功率是5.22Kw,我们选择电动机的功率为5.22Kw。
4.1.6选择电机
根据计算机算出来的额定功率,刀盘转速以及该机使用的减速机构的传动比,选择额定功率为5.22Kw。
转速在自身减速后为2000rpm、工作电压为380V的电动机。
4.1.7切片可靠性的计算
为了使在切片过程中,物料的进给都可靠,显然要保证物料下落到挡板的时间t1要小于刀片间隙的时间t2[7]。
现分析如下:
假设物料道与物料的摩擦系数为0.4,送料道的倾斜角为45°
则对物料进行受力分析:
F=mgsina-Nμ;
(5)
N=mgcosa所以F=mgsina-mgcosaμ(6)
又F=ma所以a=101.6N
计算作用在轴上的压力Q
Q=2zFf0sin(α/2)(7)
=2×
5×
101.6×
sin(132.7/2)=930.67(包角:
127°
计算见后)
4.1.8求计算功率PC
因为
=5.22kW则由机械设计手册表13-15可知选KA=1.2
则由公式:
PC=KAP(8)
则得出PC=5.22×
1.2=6.27kw
4.2选V带的型号
可用普通V带或窄V带,现选普通V带。
根据PC=6.27kw,nd=2000r/min,由机械设计手册查出为V带为SPZ型带。
4.3求大小带轮d2、d1基准直径
由机械设计手册中表13-9可知d1=50~71mm,现在取小轮d1=63mm
由公式:
d2=n1d1(1-ε)/n2(9)
可得出d2=n1d1(1-ε)/n2=3.53×
71×
0.98=252mm。
其中ε在机械设计手册查出为0.02
由机械设计手册表13-9取d2=2526虽然n2略有增大,但其误差小于5%,在允许的范围内,所以d2=250可以。
4.4验算带速V
由公式
V=
(10)
则可以算出V带的速度V=
=π63×
2000/(60×
1000)=8.12m/s
V带的带速度5~25m/s的范围内,合适。
4.5计算V带的基准长度Ld和中心距a
查机械设计手册由其中计算V带公式[8]:
a0=1.5(d1+d2)(11)
初步计算选取V带的中心距a0
则可以得出a0=1.5(d1+d2)=1.5×
(63+250)=248,现在取a0=248,由公式0.7(d1+d2)<
a0<
2(d1+d2)(12)
可以得出中心距在其范围内,所以取a0=250可以。
查机械设计手册由式:
L=2a0+
+
(13)
可以得出带长为L=2×
250+
=1026.3mm
由机械设计基础查表13-2选用V带的型号,对Z型带选用Ld=1000mm。
再由其公式:
a≈a0+
(14)
可以确定V带的中心距a=250—(1000-1026.6)/2=237mm
4.6验算小带轮包角α1
查机械设计基础由公式
α1=180°
-
×
60°
(15)
可以得出α1=180°
603°
=132.7°
>
120°
所以得出包角合适。
4.7求V带的根数
查机械设计基础由公式:
Z=
(16)
已知n1=2000r/min,d1=63查表可以得出P0=1.45KW
由传动比i=4查表13-5得∆P0=0.45KW
由α1=132.7°
查表13-7得Kα=0.87,查表13-2得KL=0.90,由此可得
Z=
≈1.81
所以V带取2根
4.8求作用在带轮轴上的压力FQ
查机械设计手册表13-1得出V带每米长的质量q=0.07kg/m由公式:
F0=
(17)
其中Pc为功率,Z为v带的根数,V为v带的带速,Kа为包角修正系数可以查表得出其值为0.95
可以得出F0=
≈82.4N
现在计算作用在带轮上的压力FQ,由公式:
FQ=
(18)
可以得出FQ=402.5N
4.9V带轮的设计
4.9.1V带轮材料的选择
设计V带轮时应满足的要求是:
质量小,结构工艺好,无过大的铸造内应力,质量分布均匀,转速高时要经过动平衡,轮槽工作面要精细加工(表面粗糙度一般为3.2以减少带摩擦,各槽的尺寸和角度应保持一定的精度,以使载荷分布较均匀。
[9]带轮的材料主要采用铸铁,常用的材料牌号为HT150或HT200,转速较高时采用铸钢,小功率采用铸铝或塑料。
考虑本设计的功率情况和转速,本设计采用铸铁,材料牌号为HT200。
4.9.2带轮结构形式的设计
铸铁制V带轮的典型结构有以下几种形式:
实心式、腹板式、孔板式、椭圆轮辐式。
[10]
V带轮的结构形式与基准直径有关。
当带轮基准直径为dd≤d(d为安装带轮的轴的直径,mm)时可采用实心式;
当dd≤300mm时,可采用腹板式;
当dd≤300mm时,同时D1-d1≥100mm时,可采用孔板式;
当dd>300时可采用轮辐式
由5.3中的计算已知d1,d2:
主动轮基准直径d1=63mm
安装轴带轮轴的直径d=25mm
∵dd≤d∴小带轮选用实心式
从动轮基准直径d2=232mm
∵dd≤300mm∴大带轮选用腹板式
4.9.3带轮尺寸的设计
V带轮的轮槽与所选用的V带的型号相对应,此设计选的是SPZ带,根据书上表格可直接得出
基准宽度b0=10mm
基准下槽深度hfmin=10mm
槽间距e=14±
0.3mm
最小轮缘厚δmin=5.5mm
带轮宽度B=28
带轮的总长L=(1.5~2.5)d=40
图4主动轮
Fig.4Drivesprocket
大V轮d=200mm小于350,所以采用腹板式。
由其轴径为35mm.
带轮宽度B=26
带轮的总长L=(1.5~2.5)d=45
图5从动轮
Fig.5Followersprocket
轮槽工作表面的粗糙度为1.6或3.2,由于这两个带轮在切片机运行过程中起着非常重要的传动作用,所以两个带轮轮槽工作表面的粗糙度均取1.6。
[11]
4.10轴的选择
选取轴的材料为45号钢,调质处理。
根据轴上零件的安装、定位及轴的制造工艺,确定轴的结构如图五:
图6轴
Fig.6Axle
4.10.1计算轴的最小直径
轴的强度计算,由公式计算轴的最小直径,由公式:
dmin=
(19)
得出dmin=
≈28mm
计算轴的输出力矩T,由公式:
T=9550×
(20)
可以得出T=9550×
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