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任務書填寫要求
1．畢業(yè)設計任務書由指導教師根據(jù)各課題的具體情況填寫，經學生所在系的負責人審查、簽字后生效。此任務書應在畢業(yè)設計開始前一周內填好并發(fā)給學生；
2．任務書內容必須用黑筆工整書寫或按教務處統(tǒng)一設計的電子文檔標準格式（可從教務處網頁上下載）打印，不得隨便涂改或潦草書寫，禁止打印在其它紙上后剪貼；
3．任務書內填寫的內容，必須和學生畢業(yè)設計完成的情況相一致，若有變更，應當經過所在專業(yè)及系主管領導審批后方可重新填寫；
4．任務書內有關“學院、系”、“專業(yè)”等名稱的填寫，應寫中文全稱，不能寫數(shù)字代碼。學生的“學號”要寫全號（如02011401X02），不能只寫最后2位或1位數(shù)字；
5．有關年月日等日期的填寫，應當按照國標GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯數(shù)字書寫。如“2004年3月15日”或“2004-03-15”。
畢 業(yè) 設 計 任 務 書
1．畢業(yè)設計的任務和要求：
查閱現(xiàn)有新鮮毛豆脫殼、各類鮮果、干果脫殼及其它農作物如水稻等脫殼機械、研究脫殼技術方案，在此基礎上設計兩種以上實用的新鮮毛豆脫殼機械，撰寫說明書，繪制圖紙。參考文獻數(shù)目25以上。
注意：
(1) 為了避免干擾以后畢業(yè)設計教學工作，也為了避免知識產權糾紛，本學期各個階段所完成的畢業(yè)設計材料不可發(fā)布到網上，也不可提供給指導教師、評閱人、答辯委員會以外的人員。
（2）準備一本《畫法幾何與機械制圖》課本，需認真復習，掌握裝配圖與零件圖的差別。繪圖時必須隨時查閱課本。
2．畢業(yè)設計的具體工作內容
1. 查閱電子文獻：
1）中國知識產權局網站；
2）中北大學網站——圖書館——電子資源——購買資源——萬方數(shù)據(jù)、CNKI知識資源總庫、中國期刊全文數(shù)據(jù)庫、CNKI碩士論文庫、CNKI博士論文庫、超星圖書館。
3）百度網上搜索及其他各種方法。
2. 借閱紙質文獻：人工查找容易遺漏，需要在圖書館的計算機上找，如果計算機不方便，在宿舍查：學校網站——圖書館——讀者服務——文獻檢索——輸入書名（開始時字數(shù)少些、后來字數(shù)多些，注意搜索技巧）
3.對現(xiàn)有技術方案進行分析總結，完成開題報告（圖文并茂，2000字）；在查閱資料和市場調研的基礎上設計兩種以上實用的新鮮毛豆脫殼機械，繪制圖紙，撰寫說明書。圖紙符合制圖標準。
4.在學有余力的情況下，編制新鮮毛豆脫殼機械關鍵零件的工藝規(guī)程。
5. 翻譯英文文獻一篇。
畢 業(yè) 設 計 任 務 書
3．對畢業(yè)設計成果的要求：
1. 新鮮毛豆脫殼機械設計圖紙（含裝配圖、零件圖）
2. 設計說明書一本
3. 英文翻譯一篇
4. 學有余力時所完成得新鮮毛豆脫殼機械關鍵零件的工藝規(guī)程
4．畢業(yè)設計工作進度計劃：
起 迄 日 期
工 作 內 容
大約時間
2016年
2月29 日~ 3 月29日
3月30日~ 5月31日
6月
查閱文獻，撰寫開題報告。
繪制圖紙，完成畢業(yè)設計說明書。
參加答辯。
學生所在系審查意見：
同意下發(fā)任務書
系主任：
2016 年2月29 日
畢 業(yè) 設 計 開 題 報 告
1．結合畢業(yè)設計情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，撰寫2000字左右的文獻綜述：
1 研究背景與意義
1.1 研究背景
毛豆以及其它一些豆類都具有很高的營養(yǎng)價值，而且口感良好，因此在日常生活中 頗受人們的喜愛。毛豆的開發(fā)利用是全球的一個新興產業(yè)。大豆是植物蛋白的主要來源 ，在全球特別是我國淀粉營養(yǎng)供應有余 、而蛋白質營養(yǎng)供應不足的情況下，發(fā)展大豆生產迫在眉睫 。但長期以來人們直接攝取大豆蛋白質營養(yǎng)不多，僅通過豆制品、豆奶等方式，約占大豆總產的30 ％，而7 0％的大豆籽粒均用于榨油，其豆餅通過動物加以利用。
20世紀80年代以后 ，東南亞國家由于觀念更新，率先通過直接食用毛豆來攝取蛋白質營養(yǎng)，相繼受到許多地區(qū)人民的響應， 目前發(fā)達過國家對毛豆的需求量每年以 15％的速度遞增 ，次發(fā)達國家對毛豆的需求量每年以1 O％的速度遞增。在我浙江 、安徽 、上海等省市，毛豆產業(yè)成為一個重要的新興必須產業(yè)。毛豆已成為南方各省夏秋兩季的主要蔬菜，尤其是在經濟發(fā)達地區(qū)大豆食用比重明顯上升，并由南方逐步向農村擴展 ，毛豆被人們當做保健食品擺上了餐桌。
毛豆深加工過程中最復雜和費時的工序就是剝殼。手工剝殼方式具有費時費力、效率低、不衛(wèi)生以及品質不一等缺點，給生產者帶來了種種不便。目前，市場上雖然已經有一些專門的毛豆剝殼設備，但功能還不夠完善，技術不是很成熟，缺乏成型的毛豆脫殼機具，阻礙了毛豆深加工的產業(yè)化發(fā)展進程。
1.2 研究意義
理論分析與實驗研究表明，影響剝殼效果的主要原因是殼韌豆脆，籽粒易受傷，導致剝殼成功率不高。 經試驗一臺普通的毛豆脫殼機每小時能剝青毛豆200kg，而人工剝殼每小時最多4kg。由此可看出機械化剝殼比手工剝殼效率提高了50倍（海門市農業(yè)機械化技術推廣服務站，2005）。但現(xiàn)在的技術水平遠遠不能滿足當今日益發(fā)展的毛豆加工需求。由此缺乏了行業(yè)競爭力，缺乏長遠的競爭力。為了實現(xiàn)對毛豆的大量加工。需要技術加工更高的一體化加工技術和生產線。
2 國內外研究現(xiàn)狀
我國加入WTO以來，國內外關于毛豆脫殼機械的開發(fā)與推廣應用日益增多，針對現(xiàn)有毛豆脫殼機械存在的優(yōu)點與不足，在未來的發(fā)展過程中，對毛豆脫殼在機械生產應用中的經驗進行總結，不斷完善其功能，使其呈現(xiàn)良好的發(fā)展勢頭。
3 文獻綜述
[1]徐淑科論述了蕎麥的資源分布情況，蕎麥獨特的營養(yǎng)功能以及蕎麥產品在食品加工中的廣泛應用。從蕎麥加工工藝設計的角度，對蕎麥加工中的要點進行了闡述，介紹了4種蕎麥脫殼的原理和優(yōu)缺點以及蕎麥加工工藝流程圖。
[2]黃和祥認為豌豆作為一種低脂肪，高蛋白的食物越來越收到人們的喜愛，它與其它豆類相比，優(yōu)勢在于價格低廉，加工與使用方式多樣化。但無論是制醬類、制罐頭、還是豌豆淀粉加工，都必須先剝殼。為此介紹了豌豆剝殼機械的主要結構和特點，闡述了其工作原理，分析了影響豌豆剝殼質量的因素，確定了主要參數(shù)和整機參數(shù)。
[3]于麗萍簡述了蕎麥米的營養(yǎng)成分，保健作用及加工概況，對其在脫殼機中的工藝及其操作該過程做了詳細介紹，保證了脫殼率的提升。
[4]杜文華探討帶殼物料的脫殼技術 ,開發(fā)脫殼設備及方法，從現(xiàn)有脫殼設備、新型脫殼技術和工藝條件的研究闡明脫殼技術的研究與應用現(xiàn)狀。指出了新型脫殼設備存在的技術難題。說明了脫殼是帶殼物料深加工前的一道重要工序 ,市場前景很好 ,需要繼續(xù)深入研究 。
[5]鄭傳祥說明了錐栗是著名特產，味美果香，為了開發(fā)各種各樣的錐栗深加工產品，首先必須解決錐栗的脫殼去紅衣問題。研究分析了國內外各種板栗脫殼設備，并在此基礎上，提出了錐栗脫殼新技術：錐栗經干燥后進行分選按不同的大小進入不同的錐栗脫殼機，脫殼機內雙排刀滾高速切割錐栗外殼，然后高速擊打外殼去衣，經脫殼后的錐栗在脫殼機出口完成殼衣分離，在進入帶式輸送機進行分揀，未脫殼的板栗返回脫殼機，經分揀后的栗仁進入下一道工序。經過大量實驗與測定，證明了該技術脫殼率高，完整率高，脫殼成本低適合我國國情，并通過省級鑒定。
[6] 何春薇、錢仔健、顧雄磊、吳福忠在分析青毛豆剝殼機理的基礎上,設計出一種全自動青毛豆剝殼機,并對關鍵部件—送料裝置和軋輥的設計參數(shù)進行分析計算,得到了相應參數(shù)的理論計算模型。根據(jù)關鍵參數(shù)的理論計算結果,制作了產品樣機,并利用新鮮毛豆進行了多次剝殼試驗,同時對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。試驗結果表明,剝豆成功率穩(wěn)定在90%以上,毛豆破損率穩(wěn)定在5%以下。
[7] 楊雪銀認為板栗具有重要的經濟價值和食療價值,而且營養(yǎng)豐富、味美可口。目前板栗種植已產業(yè)化,其產量大大提高,但是板栗的破殼去衣一直是深加工中的難題,極大的影響了板栗的生產、加工和銷售。所以,板栗的破殼去衣是必須解決的問題。 論文對板栗的干燥特性與壓縮式、剪切式及揉搓式的破殼方式進行了試驗研究,并進行了有限元模擬分析,以探討板栗的破殼機理。主要結論如下: 通過干燥試驗,確定了板栗的安全干燥曲線。同時對影響板栗含水率的主要因素:干燥時間、干燥溫度及板栗的大小進行了分析,得出了含水率與三者之間的函數(shù)關系式。 通過對板栗壓縮力學特性的試驗研究,表明沿X向加載時,板栗的破殼效果最好;板栗大小、板栗含水率、加載方向及加載速率是影響板栗破殼力大小的主要因素。 分別進行了壓縮、剪切及揉搓三種方式的破殼試驗,結果表明,揉搓方式的破殼效果最好,剪切方式次之,壓縮方式的效果最差。 用有限元方法對板栗的破殼機理進行了模擬,通過對節(jié)點力云圖、節(jié)點變形及節(jié)點總應變的分析,得知板栗壓縮時,沿X方向加載破殼效果最好;三種工作方式中,揉搓方式的破殼效果最好;另外,板栗果殼的力—變形量分布、裂紋走向等均與試驗結果一致。由此可知,可采用有限元方法對板栗的破殼機理進行模擬。
[8]劉濱凡，戰(zhàn)延文，王懷宇闡述了開展堅果脫殼機研制的目的和重要意義，介紹了我國堅果脫殼機研究的現(xiàn)狀和問題，論述了風吸式多功能堅果脫殼機的結構、工作原理和主要技術指標，供有關科研，工程技術人員和果仁生產企業(yè)參考。
[9]劉少達，未立學，劉清生介紹了銀杏脫殼機的組成、工作原理、結構特點和技術參數(shù) ,并對脫殼分離機的主要技術參數(shù)進行探討。實踐證明該機器技術可行 ,能實現(xiàn)銀杏脫殼機械化。
[10]劉瑞根，楊忠介紹了幾種主要經濟作物剝殼機械的加工技術,分析了其機構組成與工作原理,進一步闡述了這幾種經濟作物剝殼機械的各自特點與技術發(fā)展情況。
[11]胡志超針對當前國內蕎麥脫殼設備研究開發(fā)滯后于蕎麥生產發(fā)展問題,就加強蕎麥加工關鍵技術設備的消化吸收與國產化開發(fā)的必要性及國產化研究開發(fā)要點等進行了系統(tǒng)論述。
[12]郭貴生，呂新民在油菜籽脫殼機上對影響油菜籽脫殼的主要參數(shù)進行了試驗 ,并對試驗結果進行了分析。試驗結果表明 ,生產率對脫殼機的脫殼率和粉末率有一定的影響 ;甩盤轉速增加使脫殼機的脫殼率和粉末率增大 ;采用合理的打板數(shù)可提高脫殼機的性能。
[13]魏秀青，高振江，吳薇認為板栗食用和藥用價值都很高 ,面對板栗生產的快速發(fā)展 ,必須大力推進板栗深加工。制約板栗深加工的因素很多 ,脫殼去衣是其中一個主要技術難題。本文利用自行設計研制的氣體射流沖擊設備 ,很好地解決了板栗破殼取仁的技術難題 ,為生產各種板栗深加工產品提供了必要的前提條件。另一方面 ,利用該設備生產的開口即食板栗極易剝殼 ,方便衛(wèi)生 ,經充氮包裝可延長保存期 ,常年供應。
[14]黨新安根據(jù)真空爆殼的機理 ,采用單真空源與多個裝料爆殼室相結合的合理配置 ,設計出了用于工業(yè)化生產的自動板栗真空爆殼設備及其計算機控制系統(tǒng)。
[15]張艷華介紹了一種新型板栗脫殼設備 ,脫殼率90 %、栗仁質量好、破損率小、栗仁褐變程度低 ,設備操作簡便、自動化程度高 ,適合工業(yè)化生產。
[16]王武在分析現(xiàn)有板栗剝殼技術的基礎上 ,提出了利用微波能技術解決板栗剝殼難題的新方法 ,介紹了板栗微波爆殼的機理、實現(xiàn)途徑 ,并進行了板栗微波爆殼裝備的設計。
[17]張莉認為微波技術作為一項高新技術，近年來在食品工程研究與應用方面得到了較快發(fā)展，應用范圍不斷擴展。目前應用微波能進行食品干燥、殺菌、解凍等技術已實現(xiàn)工業(yè)化，但在板栗加工應用方面，尚未見國內外文獻報道。 本研究將微波技術引入板栗脫殼過程，探索板栗微波脫殼的機理與技術可行性，以期找到一種有效的板栗脫殼去衣方法。研究結果表明：利用微波技術可實現(xiàn)對板栗的一次性脫殼去衣，加工工藝可分為切口與未切口兩種。對于切口板栗來說，其較佳的微波脫殼工藝條件為：挑選板栗→稱重分級→2％NaCl溶液浸泡7h→切口→微波能連續(xù)處理(滿功率750W)→分離殼衣、仁→栗仁。而且，此工藝有著較強的適應性，可適用不同重量板栗的微波脫殼加工。未切口板栗較佳的微波爆殼工藝條件為：板栗挑選→稱重分級→90℃預熱干燥15min→微波脈沖處理(平均功率495W)→爆裂板栗→分離殼衣、仁→栗仁。必須注意：板栗重量不同，其微波脫殼效果有很大差別。微波對栗仁品質會產生影響，利于保護栗仁中含有的Vc，且具有較強的對POD酶的鈍化能力，對淀粉晶體結構破壞程度很小。
參考文獻：
[1]徐淑科. 蕎麥的營養(yǎng)功能、應用及其脫殼工藝好設備[J]. 糧食與飼料工業(yè)，2004（12）: 17-19.
[2]黃和祥.豌豆剝殼機械的設計[J].農機化研究，2005(3): 109-110.
[3]于麗萍.蕎麥米的加工[J]. 西部糧油科技, 2002(5): 43-44.
[4]杜文華.帶殼物料脫殼技術研究初探[J].太原師范學院學報(自然科學版);2003年01期.
[5]鄭傳祥.錐栗脫殼去衣及設備的開發(fā)[J].農業(yè)工程學報，2003（1）: 165-167.
[6]何春薇、錢仔健、顧雄磊 、吳福忠. 全自動青毛豆剝殼機的研制[J].《農機化研究》 2010年02期.
[7]楊雪銀.基于有限元方法的板栗破殼機理的研究[D].華中農業(yè)大學;2005年.
[8]劉濱凡.戰(zhàn)延文，王懷宇.風吸式多功能堅果脫殼機的研制[J].森林工程，2005（2）: 10-12.
[9]劉少達，未立學，劉清生.銀杏（白果）脫殼分離機的設計[J].食品與機械，2004（5）:31-32.
[10]劉瑞根，楊忠.經濟作物剝殼加工技術[J].糧油加工與食品機械,2005（6）.
[11]胡志超.加強蕎麥脫殼加工設備研究開發(fā)，促進養(yǎng)麥加工產業(yè)化發(fā)展[J].中國農機化，2004(3):11一13.
[12]郭貴生，呂新民.油菜籽脫殼機脫殼性能試驗研究團[J].農業(yè)機械學報，2005 (1): 148-149.
[13]魏秀青.高振江，吳薇.氣體射流沖擊板栗破殼技術開口即食板栗加工試驗研究[J].糧油加工與食品機械，2003 (5): 55-56.
[14]黨新安.板栗真空爆殼機及其控制系統(tǒng)的設計[J].輕工機械，2002(4): 51-53.
[15]張艷華.板栗脫殼設備的設計[J].糧油加工與食品機械，2004 (5): 70-7l .
[16]王武.板栗微波爆殼技術及微波裝備設計[J].糧油加工與食品機械，2002 (7).
[17]張莉.板栗微波脫殼機理及加工工藝研究[0L].中國學位論文全文數(shù)據(jù)庫，2004.
畢 業(yè) 設 計 開 題 報 告
２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：
1 研究的問題
目前，市場上雖然已經有一些專門的毛豆剝殼設備，但功能還不夠完善，技術不是很成熟，缺乏成型的毛豆脫殼機具，阻礙了毛豆深加工的產業(yè)化發(fā)展。理論分析與實驗研究表明，影響剝殼效果的主要原因是殼韌豆脆，籽粒易受傷，導致剝殼成功率不高。
2 研究的途徑
現(xiàn)今在生產生活中，較為常用的兩種毛豆剝殼機有軋輥式毛豆剝殼機、擠壓式剝殼機。
軋輥式毛豆剝殼機主要由振動料斗、機體、輸送機構、導料板、軋輥和豆與殼分離引導板組成，將毛豆莢放入儲料斗中，電機帶動偏心軸轉動，由于偏心軸質量分布不勻所以在轉動過程中將產生激振力，使豆莢較分散且均勻地落在傳輸帶上，經傳輸帶把豆送到導料板，進而滑落卷入軋輥中。由于兩軋輥反向旋轉，同時兩軋輥之間有一定的間隙，能夠使豆莢的一部分被軋輥夾持并被擠壓，使豆粒從豆殼中脫出，而豆殼被軋輥卷入，使豆粒和豆殼分離。經分離引導板將豆粒導入豆粒收集盤中，把豆殼導入到豆殼收集盤中。
擠壓式剝殼是借助于軋輥對豆粒擠壓，使豆粒從豆殼中脫出。其中，反向旋轉的一對軋輥為剝殼機的核心裝置，它能有效破殼的原理如下：毛豆豆莢為扁長條狀，中間厚，兩頭扁平，籽粒在殼內縱向排列，籽粒間有一定間隙，受外力擠壓時會移動；豆莢外殼比較柔韌，兩片豆殼結合處破壞應力較小，當被施加外力時，籽?？梢詮膬啥箽そY合處輕松脫出HJ。當長條狀毛豆莢經送料裝置縱向輸送到雙軋輥時，豆莢扁平的一端首先被反向轉動的軋輥夾持，軋輥轉動，豆莢通過軋輥向前移動。由于兩軋輥間隙較小(大約在1．7—2．Omm之間)，豆莢中間厚鼓部分難以通過，莢中籽粒受到軋輥的擠壓，與莢殼產生相對運動，向后移動的籽粒將莢殼撐開，脫離豆殼，實現(xiàn)剝殼脫粒。這時，豆殼在雙軋輥的前側，籽粒在后側，達到了粒殼分離和分置。
毛豆脫殼機一
如圖所示毛豆脫殼機，由被固定在底座1中部的軸板2上呈上下位置安裝的上、下擠壓輥6, 7和裝在它們端部的齒輪5、搖把8構成。該剝毛豆機的上、下擠壓輥6; 7在一周的同步反向轉動中，它們間的夾角、夾縫大小不斷變化，在最小夾角、夾縫位置也能把莢殼夾緊而不夾壞豆粒;它剝出的豆粒不受污染，不經上、下擠壓輥6、7間的夾縫自動排出。此機結構簡單、使用方便、安全可靠，適用于家庭、餐館、食堂及賣菜攤。
毛豆脫殼機二
此種毛豆剝殼機工作時，毛豆從工作臺遠離剝殼軋輥的的一端被人工均勻地鋪平一層，在振動的作用下徐徐地向剝殼軋輥移動，井且在移動中形成隊列，連續(xù)不斷地進入到剝殼軋輥中，豆莢的一端受軋輥的擠壓作用，外殼從軋輥喂入口的另一側排出，被軋輥擠出的青毛豆籽粒和少量漏剝的豆莢從軋輥喂入一側的出料口落到下方的清選篩中，經過振動篩選將青毛豆籽粒與漏剝的豆莢等雜質分離，加工出清潔的毛豆籽粒。由此可見，此機械可節(jié)省加工工序、提高生產效率。
由此可以預想到，這種毛豆剝殼機，加工出的豆籽干凈清潔，可直接進行預冷、包裝等加工，提高了毛豆的加工效率。
畢 業(yè) 設 計 開 題 報 告
指導教師意見：
趙波同學本學期的課題與機械設計制造及其自動化專業(yè)直接相關，所要求完成的任務符合本科教學要求，課題具有一定實際意義。
趙波同學針對“毛豆脫殼機械設計”課題，查閱了相關圖書資料和網上資源。通過本階段的學習，該同學對“毛豆脫殼機械設計”課題的國內外研究現(xiàn)狀有了初步了解。以所學本專業(yè)課程為基礎，結合一個月左右的文獻檢索，該同學對課題的研究意義進一步明確，已了解所要解決的主要問題，擬采用的設計方案或研究手段基本合理。
自開學以來，趙波同學能參加指導教師安排的集體輔導和個別輔導，遵守學校紀律。該同學具備了完成“毛豆脫殼機械設計”的基本知識，根據(jù)其近期表現(xiàn)，有希望完成本學期課題所要求的各項任務。
同意開題。
指導教師：
2016年3月 20日
所在系審查意見：
同意開題
系主任：
2016 年3月22日
毛豆脫殼機械設計
摘要：毛豆具有很高的營養(yǎng)價值，深受人們的喜愛，而且還能補充人體必需的蛋白質營養(yǎng)，是一種在各方面來說都很有價值的蔬菜食品。隨著現(xiàn)如今國際機械化的高速發(fā)展，人工毛豆脫皮費時費力，大大阻礙了毛豆價值的發(fā)揮與農民收入的提高，毛豆脫殼機的研制正是在這一基礎上提高毛豆脫殼率，增加人們直接食用潔凈無污染的豆子而構想的。高效率的毛豆剝殼可以大大提高毛豆運輸，包裝，冷藏等等步驟的效益，大力推進農業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。通過參考國內外各種主流脫殼機，研究其核心原理，革新其數(shù)據(jù)構造，來設計一種更加廣泛適合我國基本國情的毛豆脫殼機。并對核心裝置軸輥進行了新的設計，從而開發(fā)出一種更加高效的毛豆脫殼機。
關鍵詞：毛豆脫殼機；高效；軋輥
Soybean hulling machine sheller
Abstract：Soybean has very high nutritional value， deeply people’s affection and also essential protein nutrition is a in the beans are valuable vegetable food.With rapid development of nowadays international mechanization， artificial soybean peeling is time- consuming and laborious，greatly hindered the marketable value of play and the income of the farmers raise and development of soybean hulling machine is on the basis of the improved soybean hulling rate，increase food for people clean without pollution beans conceived.Efficient soybean hulling can greatly improve soybean transport， packaging， refrigeration and so on steps of benefits, and vigorously promote the agricultural modernization.By reference to the domestic and international mainstream sheller， it has to study its key principles， reformof the data structure to design a more suitable for China’ s basic national conditions of soybean sheller.And the core shaft roller device for a new design， to develop a more efficient soybean sheller.
key word：Soybean sheller; Efficient; Roll
I
目 錄
摘要 Ⅰ
Abstract Ⅱ
目錄 Ⅲ
1引言 1
1.1課題提出的背景 1
1.2研究的意義 2
1.3國內外研究現(xiàn)狀 2
1.4脫殼方式的發(fā)展 2
1.5提高毛豆脫殼機械能力 2
1.5.1提高毛豆脫殼機械的通用性和適應性 2
1.5.2提高毛豆機械去皮率，盡量減少豆子破損率 2
1.5.3向自動控制和自動化方向發(fā)展 3
1.6毛豆脫殼機械應用前景 3
2毛豆脫殼技術的研究分析 4
2.1毛豆脫殼技術 4
2.2毛豆脫殼機一 5
2.3毛豆脫殼機二 7
3毛豆脫殼機的主要構造及運行原理 9
方案一毛豆脫殼機 9
3.1毛豆脫殼機一 9
3.2剝殼原理 10
3.3軸的結構 12
3.4軸的校核 12
3.5剝殼輥的清潔 13
方案二專業(yè)毛豆脫殼機的結構 14
3.6毛豆脫殼機二 14
3.7.毛豆剝殼機的核心技術 15
3.8傳動方案擬定 15
3.9電動機的選擇 15
3.10毛豆脫殼機的主要部件設計 15
3.10.1帶傳動的設計 16
3.10.2軸的設計 20
3.10.3齒輪的設計 24
3.10.4震動工作臺的設計 26
3.10.5機架的設計 28
3.10.6橡膠輥的選取 28
3.10.7鍵的選擇 28
3.10.8剝殼輥的清潔 28
總 結 29
參 考 文 獻 30
致 謝 32
1
1引言
1.1課題提出的背景
毛豆在日常生活中很受人們的喜愛，因為它具有很高的營養(yǎng)價值而且味道也很不錯，毛豆的開發(fā)利用是全世界的一個新興熱門產業(yè)[1]。毛豆是生活中蛋白質的主要來源之一，尤其是在世界上，特殊考慮中國國情，蛋白質營養(yǎng)嚴重不足，大力發(fā)展毛豆等豆類產業(yè)的形勢非常嚴峻。然而攝取毛豆蛋白質營養(yǎng)量不多，只有通過豆類產品，豆?jié){等一系列渠道，占25%的毛豆總產量，75%的大毛豆種子被用于石油提取，動物使用豆餅制品[2]。
東南亞國家自二十世紀八十年代之后，加大了毛豆蛋白的攝入量，被很多地區(qū)學習，當前在經濟大國的毛豆需要量每一年以20%的速率增長，毛豆的生產食用需求每年以15%的速率遞加，在廣東，浙江各個省市，毛豆工業(yè)已經成為了發(fā)展的重重之重。特別是在經濟發(fā)達地區(qū)的毛豆食用比例明顯增加，并逐步擴大到全國，大豆作為保健食品出現(xiàn)在餐桌上。
去除毛豆外殼是最復雜也是最費時費力的工序[6]。生產者和食用者最大的不便是費時費力的人工剝殼。毛豆機械化加工成長的最大阻礙就是技術不完善，機器功效不強。
國內外市場的供應被大大的滿足的原因是很多地方的毛豆已經采用機械化處理，剝離出豆子，通過清洗，包裝 和運輸，市場需求得到了滿足從而農民的收入大大提高，由此毛豆的經濟價值也大大提高。
中國農作物種植在世界前列，其占相當大比例的是殼果作物大豆，其所含重要的食用油、蛋白質在國家糧食安全中占有重要地位，毛豆脫皮率直接影響著毛豆產業(yè)價值和農民的實際收益，現(xiàn)代食品營養(yǎng)產業(yè)的發(fā)展的重要保障的一部分責任已經放在了毛豆去皮率的肩上.普通的毛豆去皮方式是用人為使用雙手去掉毛豆外皮但是這樣會使剛剝出的干凈豆粒受到污染，而且效率不高也不衛(wèi)生，不健康。大多數(shù)含有外殼的果實和蔬菜都要進行脫殼。去皮率的高低直接決定毛豆的經濟價值和農民的經濟收入[4]。因為植物皮殼的差異性、本身性質有很大的差別，從而選取合適的脫殼方式和脫殼裝備，抬高脫殼率和下降子粒碎裂率就變得非常重要。面對毛豆生產時令性強，收獲時令聚集上市[3]。市場上，為了延長保存時間，延長銷售季節(jié)，降低勞動強度，因此毛豆脫殼機研究已成為農業(yè)機械的一個重要組成部分。
1.2研究的意義
表面剖析和試驗結果詮釋，豆殼韌豆籽脆是影響毛豆托克最主要的原因，子粒容易損壞，致使剝殼效率低。 實踐中毛豆脫皮裝置和人工相比同一時間內能剝毛豆150kg，而人為剝殼至多3kg。從這里可以看出機械比人力提高了50倍的功效[5]。但現(xiàn)在的技術水平遠遠不能滿足當今日益發(fā)展的毛豆加工需求。為了實現(xiàn)對毛豆的大量加工。需要技術加工更高的一體化加工技術和生產線。
1.3國內外研究現(xiàn)狀
中國加入WTO以來，關于毛豆脫皮機的開發(fā)和應用慢慢增加[7][24].在考量研究了現(xiàn)有的大豆脫皮機的優(yōu)點和缺點，規(guī)劃其在未來的發(fā)展勢頭。對去皮機在機器出產和實踐中的經驗教訓舉行歸納，提高機械功能效益，這樣才能有良好的發(fā)展?jié)摿Α?
（Cooperative Institutinal Research Program協(xié)作機構研究規(guī)劃?）
CIRP 編年史一制造技術
物理上一種仿真模型純鈦合金正交切削的分段芯片的形成
關鍵詞： 加工 造型 分段芯片
切削模擬的精度取決于微觀物理的知識，包括在切削過程的本體和微觀組織演化模型。本文提出了一種增強的物理材料模型，表現(xiàn)了微觀結構演變引起的流動軟化在臨界晶粒尺寸下的逆霍爾取效應。這個模型能通過有限元模擬和實驗評價模擬分段芯片的正交切削中剪切帶的形成與晶粒細化鈦。結果顯示良好的預測切割和推力，切屑形態(tài)和分割頻率的精度。
1簡介
一個分段芯片通常是在切削材料中，具有低的熱導率（例如鈦及其合金）。低導熱系數(shù)產生的熱積累在主剪切帶，這會導致局部軟化，剪切定位和芯片分割。這反過來又會導致不希望的振蕩，多余的切削力和相關的振動，這回抑制刀具壽命和降低量產加工特征的表面質量和尺寸精度。分段芯片的形成已被模擬的幾個
采用不同的建模方法，以及記錄在最近的主題論文[ 2 ] CIRP研究?；诩羟袔е械目障逗土芽p觀測，烏爾曼等人。[ 3 ]模擬分段切屑形成的韌性模型中的斷裂機制。華和希沃布里[ 4 ]用基于能量的韌性斷裂準則模擬分段切屑在切割ti-gal-4v形成。最近，calamaz等人。[ 5 ]提出了一個現(xiàn)象學對流行的約翰遜庫克流動應力模型模擬切割ti-gal-4v芯片分割現(xiàn)象的修改。奧斯并對這一模型進行了進一步的細化。 [6 7]他的同事研究不同的應用。路路達和umbrello [8]使用一種類似的流動應力模型隨著晶粒尺寸和硬度變化的演化方程由于動態(tài)再結晶的微觀結構變化預測（DRX）在干燥和低溫加工ti-gal-4v 。calamaz等人[ 5 ]還指出，應變軟化可以歸結為由動態(tài)恢復引起的微觀結構的變化（DRV）和動態(tài)再結晶過程的主動在嚴重的塑性變形。丁和shin[9]提出了一種基于物理的材料模型利用位錯密度作為唯一的影響因素內部狀態(tài)變量。然而，他們只是模擬連續(xù)芯片的形成與模型。
在臺灣的論文，最近開發(fā)出基于物理概念的模型[ 10 ]，這是出于克服對移動位錯的相互作用的力學與微觀結構的障礙，通過將一個額外的變形機制，允許擴展在工業(yè)純鈦切削分段芯片形成準確的模擬（CP-Ti）。具體而言，為了描述超細晶粒的材料行為是純鈦切削過程中剪切帶中形成的，模型中引入了反Hall-Petch效應（ihpe），通常歸因于晶界滑動[ 11 ]，這是材料一種臨界晶粒尺寸下的流軟化模型。這使材料低于臨界晶粒尺寸。該模型是作為一個用戶定義的子程序在一個基于有限元的加工仿真軟件AdvantEdge實施（第三波系統(tǒng)，美國）和模擬cp-ti。正交切削試驗，以確定切削力和芯片特性，以仿真結果來評估性能的增強的模型。
2?；谖锢淼谋緲嬆Ｐ?
一部分簡要總結了以前開發(fā)的本構模型[ 10 ]的關鍵環(huán)節(jié)，這與連續(xù)的切屑形成的模擬交易，并討論了ihpe模型增強。熱激活理論[ 12 ]，一個金屬的流動強度進行塑性變形的制定.對于熱應力的疊加錯位的熱應力 如下
的幅度的大小，取決于移動位錯與短距離的障礙，如晶格摩擦和溶質原子的相互作用的強度。這部分是仿照使用Mecking和KOCKS【13 ]提出了如下的公式：
其中，k是玻爾茲曼常數(shù)，T是絕對溫度，G0是歸一化的活化能在0k，是溫度依賴的剪切模量，b是漢堡的幅度向量，是一個參考應變率，分析所需的壓力克服短距離障礙在0k，p和q是定義與短距離相關的能量障礙的形狀障礙的參數(shù)
無熱應力應力之和的代表，所需克服的阻力位錯運動由晶界提供
Pq的強度與參數(shù)有關，P和G是移動位錯晶界強度相關參數(shù)和位錯林相互作用
2種變量的位錯密度的內部狀態(tài)。P，是平均晶粒尺寸，D的演化與變形
在晶界的貢獻來看，Q在式（3），參數(shù)G等于一個常數(shù)C，這在變形機制在傳統(tǒng)Hall-Petch效應是積極的是獨立的晶粒尺寸。臨界晶粒尺寸小于（D），它是溫度的函數(shù)，該ihpe是許多金屬伴隨著減少流動應力隨晶粒尺寸的變化（圖1）。為了捕捉到這個軟化，用唯象方程建模：
D和V是溫度依賴性形式的參數(shù)如表格2，對于這種組合D和V，得到D 在
，室溫為10nm，這是根據(jù)協(xié)議與價值的報道中的各種金屬而決定的[ 14 }。
圖中傳統(tǒng)的Hall-Petch效應
反Hall-Petch效應
進化（Refinement）的晶粒尺寸，D，由于連續(xù)動態(tài)再結晶；這發(fā)生在嚴重的塑性變形鈦[ 15 ]，
模型如下
￡一和B是溫度和應變率相關的參數(shù)，D }d是最初的晶粒尺寸和df是最終的結晶晶粒尺寸定義為Zener-Hollomon參數(shù)的函數(shù)
Cz M是材料相關的參數(shù)。在這一術語中，代表了位錯林的貢獻p，位錯密度的演化模型如下
PHA是由于滑移引起的位錯密度硬化和動態(tài)恢復過程（但在沒有DRX）和由封閉的形式表達：
P0是初始的位錯密度，A和B是硬化和動態(tài)恢復參數(shù)。PA在完全再結晶的相應的位錯密度晶粒結構。隨著塑性應變的增加，位錯消耗在動態(tài)再結晶形成新的細胞/晶界過程[ 16}，這是仿照（7）式。
在高應變率變形是受粘性阻力影響，阻礙了運動位錯[ 17 ]。因此，流動的位錯阻力分量應力為藍本如下[ 10 }：
D是位錯（粘性）阻力系數(shù)
3模型的校準
從文學和/或從材料中使用的12被稱為純鈦材料參數(shù)和常數(shù)
實驗，在表1中列出，其余十一個自由參數(shù)，這是不可用的在文獻中，校準使用在[ 18 }和表2中給出的可用數(shù)據(jù)。
已知的材料參數(shù)和常數(shù)CP Ti
參數(shù) 價值屬性 出自裁定
校準模型參數(shù)CP Ti
4實驗
正交管切割實驗在一個哈丁t-42 SP數(shù)控車床進行的采用工業(yè)純鈦
（2級）一個接收顯微結構等軸α相晶粒平均直徑的40微米為保證平面應變條件下，管壁厚度僅限于2毫米。
要探索一個寬范圍的應變和應變率，三個提供t= 0.1，0.2，0.3毫米）和五個切削速度（V }。= 20，80，100，140，180米/分鐘）使用。每個測試條件被重復兩次。此外，每個測試使用0°前角工具和一個新的涂層的鎢硬質合金刀片（ennametal tcmw3251，一個鋒利的切削刃（10 微米。無切削液使用。切削力，f 推力、FT、測定使用壓電測力儀（我的<模型9257B）。切屑在環(huán)氧樹脂中冷裝在一個0.05 微米中完成。用1 mL氫氟酸的混合物酸（HF，40%），2毫升硝酸（硝酸，40 }）和247 mL去離子水，用于蝕刻和顯示芯片的微觀結構。
5有限元模型
為了模擬正交切削，二維有限元模型內置advantedgetm（第三波系統(tǒng)，美國），一個基于物理的機械加工仿真代碼。增強本物理模型，介紹了在軟件中實現(xiàn)的用戶通過—在FORTRAN編碼定義屈服面常規(guī)。接觸工具/芯片接口的條件為藍本使用庫侖摩擦定律。摩擦系數(shù)的平均 貝塔，在每個模擬工具/芯片接口（表3）是從測得f和FT和方程計算
圖3
模擬中使用的摩擦系數(shù)
6結果
在圖2模擬f和FT與實驗結果進行了比較
測量f和FT隨V }減少在圖2。平均和變異的實驗（EXP）和模擬（SIM）
切割和推力不同切削條件下
PICTURE 3
圖3。平均和變異的實驗（EXP）和平均模擬（SIM）峰（s1）和山谷（s2）不同切削加工的切屑厚度條件。說明：由于在芯片幾何，平均估計和不規(guī)則平均使用方法計算了s1和s2估計方差適用于10-15數(shù)據(jù)分片
模擬結果顯示了類似的趨勢
5%預測錯誤 10-20的錯誤在f在英尺的誤差更高是應為是由于簡單的庫侖摩擦模型的使用在有限元模型中的刀具磨損的情況下，這總是在切削鈦。
分段芯片
模擬峰值（S1）、谷（S2）厚度的RU TU 4
與測量結果圖3相比請注意，只有充分形成剪切帶被包含才可測量。
一般情況下，測得的芯片厚度的增加vc而減小tu模擬值顯示了類似的趨勢，但往往高估厚度，特別是S2對于大多數(shù)的切削條件原因是缺乏韌性斷裂機制的驗證經常可以在自由表面觀察到裂縫模型在剪切帶附近的芯片（見圖1））詳細的
芯片形態(tài)的比較如圖4所示段芯片的被模擬捕獲圖4。測量和模擬芯片形狀的比較
圖5對比實驗（EXP）和模擬（SIM）芯片分割頻率）
圖5顯示了實驗和模擬的比較芯片分割頻率計算從平均峰值—峰值距離和切割速度。仿真結果捕捉測得的趨勢，這表明分割頻率增加幾乎呈線性關系。和隨
vc增加T
為了評估模型的能力，定性模型預測的微觀結構中的機械加工芯片，四個具體
在芯片中的位置，標記為A-D圖1（1），被選中。A位置一個位于遠離剪切帶，B是在邊界，C是內部的剪切帶，D在尖端的剪切帶。晶粒尺寸與位錯的對應分布密度在四個位置如圖克（B和C）。
TU 6在實際的芯片微結構光學顯微剪切帶區(qū)域模擬（b）和（c）晶粒位錯密度分布位置標記a-d晶粒尺寸 位錯密度
位置a上（見圖（6）），晶粒細化小。這個圖（b）的模擬也顯示了一個較小的細化晶粒尺寸在一個在這一地區(qū)的較低的塑性應變（見圖4）。然而，該應變足以引起位錯密度的增加與初始值相比（見圖））。
在位置（圖克（圖））的一些精少量的晶粒結構表明在這里發(fā)生足夠大的塑性變形。圖中相應的模擬（乙）也表示了更多該地區(qū)的細化晶粒尺寸。
內部的剪切帶（位置），模擬產生的超細晶粒（圖G（B））由于動態(tài)再結晶和ihpe模型中的機制。預測平均晶粒尺寸為50-70納米的剪切帶區(qū)域。在高溫下的剪切帶，超細晶粒產生的逆霍爾—佩奇效應，導致材料軟化。此外，較低的位錯密度（相比，a和b）預測的剪切帶（圖）（圖），與超細晶粒一致圖（b）。剪切下位錯密度的降低可以由位錯湮滅/使用說明—過程活躍在DRX，與已知的一致DRX [ 1 6}。
注意小韌性裂紋位置D如圖6中常看到。由于材料強度的損失，由于延性模型中不包括骨折，模擬無法復制這種觀察。
7結論
本文提出了一種增強的基于物理的本構分段切屑形成的數(shù)學模型工業(yè)純鈦（CP Ti）。模型結合反Hall-Petch效應（ihpe）描述軟化效應細晶結構在剪切帶內的物質流動強度。流動強度是一個晶粒尺寸位錯密度隨變形而變化的函數(shù)。為了驗證仿真結果，正交實驗進行了一系列的材料和不同速度。模型模擬產生合理準確的預測切割力（＜5 }錯誤），推力（10-20 }錯誤），分割頻率和芯片形態(tài)。此外，該模型能夠模擬晶粒尺寸和位錯的空間分布密度，這被證明是在良好的定性協(xié)議所觀察到的芯片微結構。未來的工作將集中于在模型中加入韌性斷裂機制來捕捉裂紋剪切帶區(qū)域的形成。