土豆切片机的设计.docx
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土豆切片机的设计.docx
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土豆切片机的设计
目录
摘要…………………………………………………………………………………………1
关键词………………………………………………………………………………………1
1前言………………………………………………………………………………………2
2国内外概况………………………………………………………………………………2
2.1国外切片概况…………………………………………………………………2
2.2国内切片概况…………………………………………………………………2
3土豆切片机总体方案的确定……………………………………………………………2
3.1结构特点与工作原理……………………………………………………………3
3.1.1结构特点…………………………………………………………………3
3.1.2工作原理及工作条件……………………………………………………2
3.2机构的组成部分及特点…………………………………………………………2
3.2.1电动机……………………………………………………………………2
3.2.2皮带传动装置……………………………………………………………3
3.2.3轴…………………………………………………………………………3
4传动设计计算、零部件的强度、刚度计算……………………………………………3
4.1动力计算…………………………………………………………………………3
4.1.1主要参数…………………………………………………………………4
4.1.2土豆在料斗、刀片间被切削的受力分析………………………………5
4.1.3输出轴的转速计算………………………………………………………5
4.1.4切削功耗P切……………………………………………………………6
4.1.5传动、摩擦等的功率损失………………………………………………6
4.1.6选择电机…………………………………………………………………6
4.1.7切片可靠性的计算………………………………………………………6
4.1.8求计算功率PC……………………………………………………………7
4.2选V带的型号………………………………………………………………………7
4.3求大小带轮d2、d1基准直径4.4验算带速V………………………………7
4.5计算V带的基准长度Ld和中心距a………………………………………………8
4.6验算小带轮包角α1………………………………………………………………8
4.7求V带的根数………………………………………………………………………8
4.8求作用在带轮轴上的压力FQ………………………………………………………8
4.9V带轮的设计………………………………………………………………………8
4.9.1V带轮材料的选择……………………………………………………………9
4.9.2带轮结构形式的设计…………………………………………………………9
4.9.3带轮尺寸的设计………………………………………………………………10
4.10轴的选择…………………………………………………………………………11
4.10.1计算轴的最小直径……………………………………………………………11
4.10.2轴的结构尺寸确定……………………………………………………12
4.10.3轴的校核……………………………………………………………………13
4.10.4按弯扭合成应力校核轴的强度……………………………………………13
4.11轴承的选择和校核………………………………………………………………13
4.11.1轴承的选择…………………………………………………………………13
4.11.2轴承的校核…………………………………………………………………14
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
土豆切片机的设计
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
顺行
1.6×0.8
2
0.694
16
0.125
逆行
1.4×0.6
2
1.786
15
0.133
3
顺行
0.7×1.3
2
2.198
13
0.667
逆行
1.0×0.5
1.5
3
10
0.15
4
顺行
1.9×1.2
3
1.316
9
0.158
逆行
0.7×0.6
3.5
8.333
7
0.5
5
顺行
1.9×0.8
1.5
0.987
19
0.79
逆行
0.9×0.8
3
4.167
9
0.333
6
顺行
1.2×0.7
2
1.681
12
0.167
逆行
1.2×0.6
2
2.778
12
0.167
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
编号
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
1
顺行2.4×0.51.5
逆行1.4×0.62.5
2
顺行1.5×0.72
逆行1.4×0.81.5
1.905160.133
1.339150.107
3
顺行1.7×0.31.50.629130.088
逆行1.0×0.512100.1
4
顺行1.8×0.72.51.98490.139
逆行0.7×0.628.47770.286
5
顺行1.8×0.210.455190.056
逆行0.9×0.822.77890.222
6
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=0.96×0.97×0.97×0.96=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) 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. 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=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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