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中文摘要
馬鈴薯去皮機(jī)的設(shè)計(jì)
摘 要
自農(nóng)業(yè)部提出馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略后，馬鈴薯產(chǎn)業(yè)化發(fā)展得到了各個(gè)食品加工產(chǎn)商的重視，許多加工產(chǎn)商依賴(lài)現(xiàn)有的技術(shù)，能夠以各種方式加工各類(lèi)馬鈴薯制品。馬鈴薯現(xiàn)面臨生產(chǎn)面積和產(chǎn)量不斷增加，供過(guò)于求的現(xiàn)狀，造成這種狀況主要原因之一是：大部分馬鈴薯還是以鮮食為主，加工產(chǎn)品單一，加工技術(shù)有待進(jìn)一步的提高[1]。實(shí)現(xiàn)馬鈴薯的理想去皮是推動(dòng)馬鈴薯深加工發(fā)展的重要一步，馬鈴薯理想的去皮是指只去除掉馬鈴薯最外層薄薄的一層皮，但目前現(xiàn)有的去皮方式很難達(dá)到這一步。不同的馬鈴薯制成品對(duì)馬鈴薯去皮程度的要求也不一，導(dǎo)致我們所使用的去皮方式也不一樣，有的情況是要求馬鈴薯去皮后不能夠看到任何芽眼，表皮應(yīng)該要整潔；有的對(duì)去皮后產(chǎn)品外表無(wú)要求?，F(xiàn)有的去皮方式主要包括蒸汽去皮、堿性溶液去皮、摩擦去皮、人工去皮。
本論文主要詳細(xì)介紹和探討了馬鈴薯的各種去皮方式，通過(guò)對(duì)幾種去皮方式進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)的對(duì)比（如對(duì)其去皮效率、去皮機(jī)的適用性、機(jī)器成本和對(duì)制成品的影響），選擇一種合適的去皮方式，設(shè)計(jì)一種適合小型食堂適用的馬鈴薯去皮機(jī)。
關(guān)鍵詞：馬鈴薯去皮機(jī)；馬鈴薯；摩擦
外文摘要
Design Peeling Machine
Abstract
Since the Ministry of Agriculture put forward the potato main grainization strategy, the industrialization development of potatoes has been paid attention to by various food processors. Many processors rely on existing technology to process various potato products in various ways. Potatoes are now facing a situation of increasing production area and production, and the supply exceeds demand. One of the main reasons for this situation is that most potatoes are still mainly fresh food, the processing product is single, and processing technology needs to be further improved. Realizing the ideal peeling of potatoes is an important step to promote the deep processing and development of potatoes. The ideal peeling of potatoes refers to the removal of only one thin layer of skin from the outermost layer of potatoes, but the current peeling method is difficult to achieve this point. Different potato products have different requirements for potato peeling, resulting in different peeling methods. Some require that potatoes should not see any buds after peeling, and the epidermis should be neat; some have no requirements for the appearance of the products after peeling. The existing peeling methods mainly include steam peeling, alkaline solution peeling, friction peeling, and artificial peeling.
This paper mainly introduces and discusses various peeling methods of potatoes in detail. By comparing the advantages and disadvantages of several peeling methods (such as its peeling efficiency, the applicability of the peeling machine, the cost of the machine and the impact on the finished product), choose a suitable peeling method and design a potato peeling machine suitable for small canteens.
keywords : Potato peeler ; ?potato ; friction
目錄
1 引言 1
1.1選題目的與意義 1
1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)況 2
1.2.1蒸汽去皮 3
1.2.2堿性溶液去皮 4
1.2.3摩擦去皮 5
1.2.4人工去皮 6
2馬鈴薯去皮機(jī)的整體設(shè)計(jì) 7
2.1計(jì)劃任務(wù)書(shū) 7
2.2馬鈴薯去皮機(jī)工作概述及總體設(shè)計(jì) 7
2.1.1工作圓筒 8
2.1.2工作轉(zhuǎn)盤(pán) 9
2.1.3傳動(dòng)系統(tǒng) 9
2.2其他部件 9
2.2.1廢渣處理 9
2.2.2機(jī)架結(jié)構(gòu) 10
3.馬鈴薯去皮機(jī)參數(shù)的確定 11
3.1對(duì)物料進(jìn)行力學(xué)分析 11
3.2轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速的計(jì)算 12
3.3馬鈴薯去皮機(jī)功率的確定 12
4.傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì) 15
4.1 帶輪的設(shè)計(jì) 15
4.1.1V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 15
4.2傳動(dòng)主軸的設(shè)計(jì) 18
4.2.1材料的選擇 18
4.2.2軸的強(qiáng)度校核計(jì)算 18
4.2.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19
4.3軸上零件的連接設(shè)計(jì) 20
4.4滾動(dòng)軸承的選擇與安裝 20
5.主要零件的校核 22
5.1軸的校核 22
5.2軸承的壽命計(jì)算 23
6 使用說(shuō)明 25
參 考 文 獻(xiàn) 26
致 謝 27
I
1 引言
1.1選題目的與意義
馬鈴薯原產(chǎn)地可追溯到南美洲，由于其豐富的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，而且對(duì)栽植環(huán)境要求不高，在世界各地被廣泛的栽植，在市場(chǎng)食品類(lèi)占有了重要地位，可加工種類(lèi)龐雜，堪稱(chēng)“才華橫溢”。馬鈴薯中富含大量的維生素C、各種維生素B、蛋白質(zhì)和氮元素，豐富的營(yíng)養(yǎng)儲(chǔ)藏資源可以很好地滿(mǎn)足當(dāng)代人們的基本營(yíng)養(yǎng)需求[2]。馬鈴薯中還含有許多膳食纖維，塊莖內(nèi)鉀含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鈉，對(duì)于需要減肥的年輕人來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，它能夠有效的幫助他們?cè)谶\(yùn)動(dòng)中進(jìn)行腸胃蠕動(dòng)，同時(shí)也可以攜帶一些身體內(nèi)的油脂。
由于馬鈴薯可制成的產(chǎn)品種類(lèi)龐雜，如粉條、薯片、法式炸條、啤酒、淀粉及淀粉的衍生產(chǎn)品；其客觀(guān)的收益，使得許多小型加工廠(chǎng)都青睞于馬鈴薯制品。馬鈴薯在紡織、化工等行業(yè)也有應(yīng)用，它可以加工為變性淀粉用作染料。對(duì)馬鈴薯價(jià)值有深入了解后，就能夠明白這種簡(jiǎn)單的食物在國(guó)家發(fā)展中的重要位置。
馬鈴薯可以在相對(duì)貧瘠的土地培植，而且單棵產(chǎn)值量大，不需要制冷就可以容易地儲(chǔ)存。馬鈴薯的生產(chǎn)和儲(chǔ)存技術(shù)對(duì)薯片產(chǎn)業(yè)的研究有著重要意義。據(jù)記錄馬鈴薯雖產(chǎn)量高、價(jià)值大，但在上個(gè)世紀(jì)初很多國(guó)家并未發(fā)掘其潛力，在歐洲很多國(guó)家大約1/5的馬鈴薯用來(lái)飼養(yǎng)動(dòng)物；一些國(guó)家如愛(ài)爾蘭甚至高達(dá)3/5。馬鈴薯產(chǎn)業(yè)化升級(jí)與國(guó)家的工業(yè)化程度的發(fā)展有很重要的關(guān)系，這可以體現(xiàn)在，農(nóng)業(yè)化大國(guó)雖然馬鈴薯產(chǎn)量水平很高，但用作飼料的比例也很高；而工業(yè)化程度較高的國(guó)家，馬鈴薯在食品加工上占比高，馬鈴薯能夠得到充分的利用。隨著科技的發(fā)展，加工產(chǎn)品種類(lèi)的增多，馬鈴薯在未來(lái)的發(fā)展一定會(huì)再次上升。
雖然在馬鈴薯食品加工方面美國(guó)進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域晚于歐洲，但由于90年代工業(yè)革命的變革使得其急速發(fā)展。馬鈴薯不僅是美國(guó)家庭餐桌上的主食，而且美國(guó)還通過(guò)麥當(dāng)勞，薯片等方式使得馬鈴薯熱銷(xiāo)于全世界。受全球化的影響，中西方的飲食文化開(kāi)始相互貫通，像麥當(dāng)勞和德克士這樣的快餐在中國(guó)年輕人中非常受歡迎，例如炸薯?xiàng)l，薯泥和其他馬鈴薯食品，我國(guó)火鍋粉也深受?chē)?guó)外的喜愛(ài)。隨著其他油炸薯片，膨化食品等馬鈴薯制品的不斷增多，深加工技術(shù)的不斷完善，馬鈴薯食品將在我國(guó)人民日常飲食的主要食品中占據(jù)一席之位，其前景十分廣闊。
馬鈴薯最初傳入中國(guó)，主要種植地位于長(zhǎng)江以南。由于其易栽培，對(duì)生長(zhǎng)環(huán)境要求不高，在北方也能實(shí)現(xiàn)一年兩作，所以成為北方經(jīng)濟(jì)落后地區(qū)主要經(jīng)濟(jì)作物之一。馬鈴薯在饑荒年代是主糧的“替代品”。現(xiàn)全國(guó)有很多地方都在培植，如新疆、陜西、內(nèi)蒙古、山西、東北地區(qū)和云貴地區(qū)等，既玉米、小麥、大米后，馬鈴薯成為第四主糧[2]。近年來(lái)在食品消費(fèi)需求和工業(yè)發(fā)展的刺激下，政府對(duì)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展大力支持，馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也有目共睹，我國(guó)馬鈴薯在總產(chǎn)量和種植面積已經(jīng)成為全球第一。隨經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的改變，馬鈴薯一家一戶(hù)的經(jīng)營(yíng)方式已慢慢蛻變?yōu)橐?guī)模種植大戶(hù)，但受各地地勢(shì)差異的影響其機(jī)械化程度依然有很大的發(fā)展空間，美國(guó)、加拿大、荷蘭等國(guó)在馬鈴薯生產(chǎn)已采用大規(guī)模的機(jī)械化，而我國(guó)在種植、收獲等環(huán)節(jié)還需要依賴(lài)人力來(lái)完成。
馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展有很多制約條件。①鮮薯塊的體積大、含水量高、不易運(yùn)輸和經(jīng)久貯藏，若長(zhǎng)期儲(chǔ)存不當(dāng)不僅會(huì)損害馬鈴薯中的營(yíng)養(yǎng)成分還可能會(huì)使它產(chǎn)生帶有毒素的物質(zhì)—Solanine ，尤其是薯塊的發(fā)芽和變綠處，食用后會(huì)給人的身體造成一定的威脅；②馬鈴薯產(chǎn)品相對(duì)簡(jiǎn)單，主要是用來(lái)食用和用于飼料；③馬鈴薯在中國(guó)普遍的加工產(chǎn)品主要是粉條，由于大部分老人和小孩無(wú)法食用，所以被廣大消費(fèi)者所喜歡的薯類(lèi)食品也很少；④我國(guó)對(duì)馬鈴薯研究的認(rèn)識(shí)、加工技術(shù)、生產(chǎn)幾乎處于空白。
為了改善這一現(xiàn)狀，致力于發(fā)展馬鈴薯的深加工尤為重要。任何加工過(guò)程，都需要對(duì)馬鈴薯進(jìn)行去皮處理。本論文主要針對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的去皮方式研究。根據(jù)現(xiàn)有的去皮機(jī)設(shè)計(jì)一款小型的、成本低、適用于小型食堂的去皮機(jī)器，設(shè)計(jì)過(guò)程中結(jié)合大學(xué)所學(xué)知識(shí)，理論聯(lián)系實(shí)際，同時(shí)對(duì)現(xiàn)有的去皮機(jī)進(jìn)行市面上的調(diào)查，提出自己的改進(jìn)意見(jiàn)。
1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)況
馬鈴薯加工業(yè)在歐洲興起時(shí)間較早，但發(fā)展規(guī)模一直很小，直到二戰(zhàn)以后，大量工廠(chǎng)開(kāi)始從事馬鈴薯的加工。不同產(chǎn)品對(duì)馬鈴薯去皮程度要求不同，對(duì)于生產(chǎn)脫水馬鈴薯粉類(lèi)產(chǎn)品，去皮要求程度較低，而法式炸條要求馬鈴薯去皮后不留下任何皮、外表不工整或芽眼等瑕疵。國(guó)外的馬鈴薯去皮機(jī)主要是機(jī)械式去皮和高壓蒸汽去皮，技術(shù)比較成熟[1]。美國(guó)使用較為普遍的去皮機(jī)是水洗磨蝕去皮機(jī)、干磨蝕去皮機(jī)和高壓蒸汽快速去皮機(jī)。如水洗磨蝕去皮機(jī)它通過(guò)利用螺旋桿狀結(jié)構(gòu)，使馬鈴薯在向前推動(dòng)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)與機(jī)構(gòu)摩擦去皮，這樣大大提高了馬鈴薯的去皮效率[3]。
2016年6月孟慶書(shū)、黃鍵裕等人，對(duì)馬鈴薯去皮機(jī)技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行了匯報(bào)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的去皮裝置進(jìn)行國(guó)內(nèi)外的對(duì)比，總結(jié)了現(xiàn)國(guó)內(nèi)裝置存在功率消耗大、去皮可靠性低、生產(chǎn)率不高、連續(xù)設(shè)備作用率低等問(wèn)題[4]。今后的發(fā)展將基于目前的問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn)。苗紅濤等人針對(duì)馬鈴薯摩擦去皮機(jī)現(xiàn)存在的問(wèn)題，對(duì)其進(jìn)行了一些產(chǎn)品上的優(yōu)化，設(shè)計(jì)了一款新型立式馬鈴薯連續(xù)去皮機(jī)。目前國(guó)內(nèi)也涌現(xiàn)了許多優(yōu)秀的產(chǎn)商，如山東省曲阜市建達(dá)機(jī)械廠(chǎng)業(yè)務(wù)客戶(hù)遍及全國(guó)各地大中小城市，是集研發(fā)、制造、生產(chǎn)、銷(xiāo)售為一體集團(tuán)化企業(yè)。
目前國(guó)內(nèi)外主要的去皮方法包括蒸汽去皮、堿性溶液去皮、摩擦去皮和人工去皮。不同去皮方式去皮的去皮損失率對(duì)比，如圖 1[5]。從圖 1可以觀(guān)察去皮的損失率最低的方式是蒸汽去皮，去皮率最低可達(dá)到4%，機(jī)械切削去皮的損失率最大，可達(dá)到50%。
圖 1 不同去皮方式的去皮損失率對(duì)比
1.2.1蒸汽去皮
蒸汽去皮是利用薯皮在高壓蒸汽的作用下，其外層的薯皮迅速軟化，蒸汽壓的突然釋放，使薯皮軟化的同時(shí)瞬間表皮爆破（Slater，1951），薯皮用流水沖洗。
蒸汽去皮機(jī)分為間歇式和連續(xù)式，第一臺(tái)去皮機(jī)式間歇式，它的工作原理是對(duì)馬鈴薯進(jìn)行簡(jiǎn)單分類(lèi)后將其置于一個(gè)圓筒內(nèi)封閉起來(lái)，當(dāng)工作人員轉(zhuǎn)動(dòng)滾筒時(shí)，蒸汽通過(guò)一個(gè)空心導(dǎo)管進(jìn)入筒內(nèi)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，停止操作取出馬鈴薯。連續(xù)去皮機(jī)是對(duì)現(xiàn)有的機(jī)器添加電子液壓循環(huán)控制裝置，更好控制每次加工量和蒸汽溫度，使得去皮損失變?。ǜ邏洪W爆蒸汽去皮機(jī)圖 2）[6]。大型加工廠(chǎng)如陶郎食品在蒸汽去皮方面，具備了高端的去皮技術(shù)，去皮損失率可控制在10%以?xún)?nèi)，令很多行業(yè)在這方面望塵莫及。
1.進(jìn)料提升機(jī) 2.進(jìn)料稱(chēng)量箱 3.去皮倉(cāng) 4.干式擦洗或清洗機(jī) 5.出料螺旋裝置
圖 2 高壓閃爆蒸汽去皮機(jī)操作示意圖（烏登貝利公司）
此類(lèi)去皮機(jī)的缺點(diǎn)：需要另外功能設(shè)備，但是很難掌握溫度，對(duì)設(shè)備要求也高；優(yōu)點(diǎn)：去皮損失率極低；薯皮可直接用作飼料。
1.2.2堿性溶液去皮
堿性溶液去皮法是將馬鈴薯浸泡于堿性溶液中，堿性溶液與馬鈴薯表皮進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使得薯皮軟化，然后再用高壓水槍將其表皮沖洗[16]。在去皮工程中需要對(duì)堿性溶液的濃度、溫度以及浸泡時(shí)間有嚴(yán)格的控制。
由羅賓斯公司制造的旋轉(zhuǎn)螺旋式去皮機(jī)如圖 3，它將螺旋桿浸泡于堿性溶液，同時(shí)利用螺旋桿來(lái)運(yùn)輸物料[1]。通過(guò)改良后又出現(xiàn)了紅外干式苛性鈉去皮，主要針對(duì)的是原有機(jī)器對(duì)廢棄物的處理和環(huán)境污染，該機(jī)器的原理是馬鈴薯在具有一定溫度的堿液溶液中浸泡后，然后進(jìn)行紅外熱處理。這種設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)：去皮過(guò)程中不需要大量水沖洗；薯皮易收集，可用作飼料；去皮損失小。缺點(diǎn)：不適用于小型加工廠(chǎng)；設(shè)備造價(jià)過(guò)高；對(duì)操作人員素質(zhì)要求高。
圖 3 旋轉(zhuǎn)螺旋桿堿液去皮機(jī)
1.2.3摩擦去皮
摩擦去皮以摩擦原理為基礎(chǔ)來(lái)達(dá)到去皮效果，去皮過(guò)程不需要加溫，堿性溶液的輔助，所以不需要考慮高溫圈的問(wèn)題；去皮效率高；操作簡(jiǎn)單。種形式的去皮方法受到很多加工廠(chǎng)的青睞[1]。
摩擦去皮機(jī)主要分為間歇式和連續(xù)式，他們都是讓待去皮的薯類(lèi)均勻的同摩擦部件接觸，實(shí)現(xiàn)去皮[1]。區(qū)別是前者將馬鈴薯置于轉(zhuǎn)盤(pán)上，轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)馬鈴薯做離心運(yùn)動(dòng)同周?chē)哪Σ撩婺Σ?，然后用水沖洗掉皮渣；后者是將馬鈴薯放在涂有磨料的輥上，馬鈴薯在輥上翻轉(zhuǎn)。連續(xù)馬鈴薯去皮機(jī)如圖 4。
1.變速電機(jī) 2.放料口檔蓋 3.支撐架 4.電控柜 5.壓力泵 6.水箱7.地腳螺栓
8.沖洗水進(jìn)口處 9.球閥 10.循環(huán)水管道 11.出料口擋蓋
12.滾筒 13.傳動(dòng)端蓋 14.過(guò)濾網(wǎng) 15.球閥 16.排污水管道
圖 4 連續(xù)馬鈴薯去皮機(jī)[7]
1.2.4人工去皮
人工去皮主要依靠人力，去皮原理簡(jiǎn)單，去皮效果好，但只適合家庭日常作業(yè)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力不易實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)的規(guī)模化。
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2馬鈴薯去皮機(jī)的整體設(shè)計(jì)
2.1計(jì)劃任務(wù)書(shū)
本課題的目的是設(shè)計(jì)馬鈴薯去皮機(jī)。馬鈴薯去皮機(jī)圓筒直徑為800mm，其需要在120秒內(nèi)至少實(shí)現(xiàn)40kg的去皮任務(wù)。
2.2馬鈴薯去皮機(jī)工作概述及總體設(shè)計(jì)
馬鈴薯去皮機(jī)的總體結(jié)構(gòu)如圖 5所示。
1.機(jī)架 2.排污口 3.圓筒外壁 4.圓筒內(nèi)壁 5.置料口 6.轉(zhuǎn)盤(pán) 7.電動(dòng)機(jī)
圖 5 馬鈴薯去皮機(jī)的裝配圖
該機(jī)器總體結(jié)構(gòu)由傳動(dòng)裝置，工作圓筒，工作轉(zhuǎn)盤(pán)，機(jī)架以及驅(qū)動(dòng)裝置等組成。
將清洗好的馬鈴薯從投料口放入機(jī)筒內(nèi)，蓋上蓋子，調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，通過(guò)帶輪傳遞動(dòng)力，帶動(dòng)波浪型轉(zhuǎn)盤(pán)作水平高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，馬鈴薯受到離心力的作用后，有斜上拋的運(yùn)動(dòng)，與圓筒內(nèi)壁上磨砂進(jìn)行摩擦，同時(shí)也和轉(zhuǎn)盤(pán)上設(shè)有凹凸不平的小圓點(diǎn)進(jìn)行均勻的摩擦實(shí)現(xiàn)去皮，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間去皮完成后，用清水沖洗皮渣，皮渣隨水流從排污裝置排出。每次去皮時(shí)去皮機(jī)中不應(yīng)該放入過(guò)多的馬鈴薯，這樣不僅不能夠提高去皮速率，還會(huì)影響到去皮效果，一般馬鈴薯的填加指數(shù)為 0.51～0.66 [8] 。
2.1.1工作圓筒
工作圓筒結(jié)構(gòu)示意圖如圖 6所示。圓筒材料選定為鑄鐵，工作圓筒不設(shè)置筒底，圓筒內(nèi)層焊接間距均勻直徑為10mm的20跟鋼棒，在其表面涂有金剛砂，金剛砂作為常用的磨料，可以提高機(jī)器耐磨性，而且成本較低[8]。在工作時(shí)與馬鈴薯接觸中不斷摩擦，使薯皮從表皮分離出來(lái)。在圓筒的上側(cè)設(shè)有200mmx200mm進(jìn)料口，并配有擋蓋，不使用時(shí)防止灰塵進(jìn)入桶內(nèi)，使用時(shí)避免工作過(guò)程濺水。圓筒底部側(cè)面設(shè)有帶活門(mén)100mmX100mm的出料口，去皮過(guò)程中關(guān)閉活門(mén)，待皮渣處理干凈后打開(kāi)活門(mén)，取出去皮后的馬鈴薯。
1.卸料口 2.不銹鋼棒
圖 6 工作圓筒
2.1.2工作轉(zhuǎn)盤(pán)
在圓筒內(nèi)側(cè)下方設(shè)置波浪型圓盤(pán)，圓盤(pán)主要由傳動(dòng)軸固定。工作轉(zhuǎn)盤(pán)作為去皮機(jī)的主要部件之一，對(duì)圓盤(pán)選擇適合工作的材質(zhì)后，確定相應(yīng)的轉(zhuǎn)盤(pán)壁厚和 與工作圓筒相對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)尺寸，根據(jù)其適合工作的環(huán)境，提出制造、裝定和工藝的技術(shù)要求[9]。波浪形圓盤(pán)為凹凸不平的曲面可以使薯塊均勻的做上下翻滾運(yùn)動(dòng)，同時(shí)在波浪形圓盤(pán)曲面上也設(shè)有金剛砂凸點(diǎn)，這樣可以使馬鈴薯去皮更加充分，去皮速率更快[10]。此外設(shè)計(jì)時(shí)，工作轉(zhuǎn)盤(pán)的直徑略小于圓筒內(nèi)壁，他們之間的差距使得大于20mm的馬鈴薯不會(huì)掉入清洗槽中，同時(shí)有利于皮渣沖洗干凈，不留在桶內(nèi)。波浪形圓盤(pán)如圖 7所示。
1.波浪形圓盤(pán) 2. 分布均勻的凸點(diǎn) 3.連接孔
圖 7 工作轉(zhuǎn)盤(pán)
2.1.3傳動(dòng)系統(tǒng)
傳動(dòng)裝置選用帶傳動(dòng)，電機(jī)通過(guò)軸帶動(dòng)小帶輪，小帶輪將力與力矩傳遞給大帶輪，大帶輪通過(guò)傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)做勻速的圓周運(yùn)動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)安裝于機(jī)架右側(cè)，安裝形式選用V36。
2.2其他部件
2.2.1廢渣處理
廢渣的處理是薯類(lèi)去皮機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵性的問(wèn)題，如何使廢渣處理干凈，并且使其得到有效的利用。常見(jiàn)的去皮機(jī)其處理裝置與圓筒底部保持在同一水平面，在沖洗過(guò)程中薯皮渣由于轉(zhuǎn)盤(pán)的遮擋使其堆積于轉(zhuǎn)盤(pán)下，會(huì)造成傳動(dòng)軸失靈，長(zhǎng)時(shí)間工作，如果處理不當(dāng)，可能使機(jī)器直接報(bào)廢。
在圓筒底部安裝廢渣處理裝置，清洗槽，該裝置直徑口與圓筒直徑相同，底側(cè)內(nèi)部與圓筒的底部呈3°的斜角，便于廢渣從廢料口排除，排出口的直徑設(shè)為80mm，并設(shè)有孔，孔徑與傳動(dòng)軸直徑相對(duì)應(yīng)。此裝置也選用不銹鋼薄板，用普通螺栓連接將此裝置與圓筒連接?？缀吐菟ú捎没祝℉7/m6）。
2.2.2機(jī)架結(jié)構(gòu)
設(shè)計(jì)機(jī)架時(shí)，首先要考慮機(jī)架整體的剛度、強(qiáng)度及穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)過(guò)程中根據(jù)零件的裝配、維修等的方便，在合適的位置開(kāi)設(shè)大小合適的孔。該設(shè)計(jì)中機(jī)架主要承擔(dān)圓筒、轉(zhuǎn)盤(pán)、等載荷和固定傳動(dòng)軸，其支架右側(cè)還要固定電動(dòng)機(jī)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要采用合理的工字形截面形狀來(lái)提高機(jī)架的強(qiáng)度與剛度。
3.馬鈴薯去皮機(jī)參數(shù)的確定
3.1對(duì)物料進(jìn)行力學(xué)分析
圖 8 波浪形圓盤(pán)結(jié)構(gòu)示意圖
圖 9 馬鈴薯的受力分析圖
波浪形圓盤(pán)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖 8所示。根據(jù)波浪形圓盤(pán)圖形，對(duì)物料在去皮過(guò)程的受力情況進(jìn)行分析，如圖 9所示。電機(jī)通電后，轉(zhuǎn)盤(pán)以一定的速度轉(zhuǎn)動(dòng)著，馬鈴薯及物料A運(yùn)動(dòng)，物料A的受力分析如圖 9，設(shè)物料A的速度為v，速度方向與轉(zhuǎn)盤(pán)上的波紋垂直，波紋角度為15°，轉(zhuǎn)盤(pán)的角速度為ω。
物料再垂直方向上的速度：
v垂直=vcosα=ωrsinα
(1)
及原料在垂直方向的動(dòng)能：
E垂直=12mv垂直2
(2)
根據(jù)能量守恒定律確定物料在垂直方向的動(dòng)能與勢(shì)能相等，即：
E垂直=12mv垂直2=mg?
(3)
要實(shí)現(xiàn)馬鈴薯的正常去皮，物料拋出的高度h>物料堆積的厚度，才能使圓筒底部的馬鈴薯也能實(shí)現(xiàn)上拋與筒壁進(jìn)行摩擦，拋高用δ替代[12]，同時(shí)ω=nπ30，綜上所訴：
n=602δgπrsin2α r/min
(4)
要實(shí)現(xiàn)去皮效果，在拋起馬鈴薯的同時(shí)還要實(shí)現(xiàn)馬鈴薯與筒壁的摩擦，設(shè)該慣性力為T(mén)，波紋對(duì)馬鈴薯的摩擦力C應(yīng)不大于馬鈴薯受到的離心力。
得到：
Grn2900 ≥ Gf
(5)
n ≥ 30fr (r/min)=53 r/min
(6)
知馬鈴薯的轉(zhuǎn)盤(pán)摩擦系數(shù)為1.1~1.3，這里取f為1.2；在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，選擇（4）、（6 ）中轉(zhuǎn)速的最大值。
3.2轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速的計(jì)算
設(shè)馬鈴薯去皮機(jī)在工作時(shí)，投料每次在40kg左右，去皮機(jī)容量一般在800kg/m3。
轉(zhuǎn)盤(pán)直徑r=380mm，設(shè)馬鈴薯的堆高δ，由πR2δρ=m，估算得到δ=100mm，代入公式（4），得到n=143r/min。兩者之間取最大值作為設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速值，考慮到實(shí)際情況，為確保馬鈴薯去皮機(jī)在工作時(shí)達(dá)到理想狀態(tài)，所以取n為150r/min。
3.3馬鈴薯去皮機(jī)功率的確定
根據(jù)《丘陵山區(qū)馬鈴薯全程機(jī)械化》，馬鈴薯去皮機(jī)生產(chǎn)能力按下式計(jì)算：
G= 3600τ1 +τ2+τ3×πD2H4 ρφ
(7)
式中τ1 --------裝料時(shí)間s（馬鈴薯去皮機(jī)取30s）；
τ2 --------擦皮時(shí)間s（馬鈴薯去皮機(jī)取30s）；
τ3 --------廢料排出時(shí)間s（馬鈴薯去皮機(jī)取20s）；
D--------圓筒直徑0.8（米）；
H-------圓筒有效高度1.2（米）；
ρ -------馬鈴薯去皮機(jī)的容積密度（千克/米3）800kg/m3；
φ -------圓筒內(nèi)物料填充系數(shù)（0.50~0.65），取0.6；
代入已知數(shù)據(jù)，得：
G= 3600τ1 +τ2+τ3×πD2H4 ρφ =4355
(8)
則功率損耗：
N=Gn(4frπ +8sk+1gfπ v2)384
(9)
Gn --------馬鈴薯的重力（Gn=40×10=400N);
f ---------摩擦系數(shù)（1.1~1.4）取f為1.2；
R ---------摩擦壁距R=0.4D(D為圓盤(pán)直徑)
V ---------馬鈴薯圓周速度（m/s），v= ωr=r nπ30≈6 m/s;
S ---------圓盤(pán)表面波紋高度8mm;
K ---------波紋數(shù)量
根據(jù)以上公式可以得出N=2.04kW，取N為3kW。
由：
N=Mωη
(10)
而帶輪的傳動(dòng)效率為0.95，故經(jīng)計(jì)算得M=180N·mm。
根據(jù)該機(jī)在工作時(shí)需要的總功率至少為N=3kW，轉(zhuǎn)速n=150r/min，考慮到實(shí)際生產(chǎn)的需求情況，選擇型號(hào)為Y132M-8型電動(dòng)機(jī)。
表3 該機(jī)主要參數(shù)對(duì)照表
電動(dòng)機(jī)
轉(zhuǎn)速
圓筒直徑
工作時(shí)間
投料量
Y132M-83kW(同步轉(zhuǎn)速710r/min)
150r/min
800mm
約為85s
40kg
4.傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)
4.1 帶輪的設(shè)計(jì)
該設(shè)計(jì)在傳動(dòng)裝置選擇帶傳動(dòng)，其設(shè)計(jì)裝置簡(jiǎn)單，材料以制造價(jià)格低廉，傳動(dòng)平穩(wěn)。在設(shè)計(jì)V帶傳動(dòng)時(shí)其大帶輪與小帶輪之間的傳動(dòng)關(guān)系、所需的最小額定功率、工作環(huán)境等都需要考慮。
4.1.1V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
本設(shè)計(jì)選用普通V帶，根據(jù)電動(dòng)機(jī)選擇。確定去皮機(jī)與電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)比i=710/150=4.7。設(shè)馬鈴薯每日的工作環(huán)境為2小時(shí)。
1.計(jì)算額定功率
由于去皮機(jī)在工作時(shí)受到載荷不大，工作時(shí)長(zhǎng)一般為2小時(shí)，選擇工作情況系數(shù)KA=1.1，即：
Pca =KAP=3.3kW
(11)
2.選擇V帶帶型
根據(jù)上式功率Pca 、小帶輪的轉(zhuǎn)速n1，選擇V帶為A型。
3.確定帶輪基準(zhǔn)直徑
選用A型帶型后，在“普通V帶輪的基準(zhǔn)直徑系列”中初步選用小帶輪直徑dd1=118mm。
V帶輪的帶速：
v=πdd1 n160×1000=π×118×71060×1000=4.38 m/s
(12)
帶速合適，則大帶輪的基準(zhǔn)直徑
dd2=i×dd1=4.7x118=554.6mm
(13)
根據(jù)表《機(jī)械設(shè)計(jì)》8-9，取標(biāo)準(zhǔn)直徑dd1=560mm。
4.V帶中心距a的確定與基準(zhǔn)長(zhǎng)度 Ld
0.7(dd1+dd2)
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