咖啡鲜果脱皮机CAD.rar
12.2.1 结构参数图 2-1 脱皮机整体装配图如图 2-1,1、脱皮机机架结构;2、圆筒外壁结构;3、脱皮机顶盖;4、搅龙毛刷;5、圆筒壁板刷;6、卸料结构;7、排污管;8 传动轴;9 挡圈、;10、六角螺母;11、32齿锥齿轮;12、16 齿锥齿轮;13、托盘;14、电机;15,、毛刷转盘。咖啡鲜果脱皮机工作流程:将 5-10的咖啡鲜果从上端入料口倒进圆筒,启动电动机,通过齿轮传动,带动毛刷旋转,在规定时间内实现脱皮以及卸料。(2-1)查资料得知,一般物料的填充系数为 0.500.65,以此可以计算脱皮机的实际生产能力。毛刷圆筒一次可以入料的重量为 M=V,其中为咖啡鲜果的密度,为物料的填充系数为 0.500.65,这里取 0.5。得M=0.05 1200 0.5=30(2-2)2因为圆筒内壁毛刷和搅龙毛刷所占空间,根据机器实验效果,一次入料 58 千克,一次入料太多容易造成圆筒内材料挤压脱皮不完整,反而会降低机器的工作效率。2.2.2 咖啡鲜果脱皮机的生产能力校核生产能力=360024,(2-3)T-脱皮周期,2 分钟D-毛刷圆筒直径,0.376 米H-物料堆积的有效高度,在入料 5 千克时,H 这里取 0.1 米-物料的密度,1200kg/m为物料的填充系数为 0.500.65,这里取 0.5其中 T 为脱皮周期,单位秒,代入个数据得=360024=36001203.14 0.3762 0.14 1200 0.5=204/h(2-4)204/h150/h,说明这些设计参数满足设计的要求。2.2.3 咖啡鲜果脱皮机的功率咖啡鲜果脱皮机消耗的功率:(1)克服底部毛刷转盘摩擦的功率P11=(2-5)其中Mmp是圆筒内咖啡鲜果的摩擦力矩,mp是咖啡鲜果与毛刷转盘的平均相对角速度,一般取最大角速度的一半。=2(2-6)其中咖啡鲜果的重力,f 是摩擦系数(查阅资料知 f 为 0.150.25)设计时取 f=0.2,L2是摩擦臂矩。=1230(2-7)由以上三式(2-5)、(2-6)、(2-7)得1=21230=120(2-8)(2)克服圆筒内壁摩擦力的功率P232=(2-9)其中MY是在转动时,咖啡鲜果与圆筒壁瞬间的摩擦力矩=2(2-10)其中 v 是咖啡鲜果在圆筒内的做圆周运动的速度,L是摩擦臂矩(L=1/8L)根据以上(2-9)、(2-10)得=2 8=28(2-11)所以2=281230=2480(2-12)(3)直齿锥齿轮传动中消耗的功率P3,传动效率,查阅资料知,圆锥齿轮传动的效率为 0.880.98,这里取=0.95因此咖啡鲜果脱皮机总的消耗的功率为=1+2+3=120+2480+3(2-13)另外所耗 P 也可以表示为=(2-14)其中 M 为转盘的工作转矩,为传动效率,查资料得=0.9-0.99,设计中取 0.9=(2-15)其中摩擦臂矩L=1/8L,设计中 L=200。设计计算中,假设咖啡鲜果为球体,咖啡鲜果半径 R=31.5,咖啡鲜果的密度=1200/m3所以单个咖啡鲜果的体积为=433=43 0.031533=1.31 1043(2-16)单个咖啡鲜果的质量为m=1200 1.31 104=0.157(2-17)=马=0.2 190 0.157 9.8 0.4 924 0.9=597.66W(2-18)42.3 咖啡鲜果脱皮机的执行机构2.3.1 搅龙式毛刷图 2-2 尼龙毛刷图 2-3 搅龙毛刷设计图图 2-2 是市场出售的食品加工用的毛刷。毛刷剪成搅龙式的倾斜角度对咖啡鲜果的脱皮效果影响并不大,只要满足咖啡鲜果5有空间翻转就行,故这次设计搅龙毛刷的倾斜角度任为 18,整个搅龙毛刷的高度定为450mm。搅龙毛刷修剪的设计尺寸为:长毛刷:140mm;短毛刷:14mm;如下图 2-4 为搅龙毛刷的三维设计图。图 2-4 搅龙毛刷三维图2.3.2 毛刷转盘在脱皮过程中,电动机通过锥齿轮带动转盘转动,带动咖啡鲜果转动产生摩擦,实现脱皮。本次把底盘毛刷转盘设计成锥形带孔的毛刷转盘,因为锥形转盘有倾斜度利于水流带动皮屑往排污口流动。6图 2-4 锥形底盘毛刷图 2-5 底盘毛刷图 2-4 为锥形转盘毛刷的设计图,转盘直径为 280,锥形底面的倾斜度不宜太大,这里取倾斜度为 6,而毛刷也是修剪成波浪形,三维设计如图 2-5 所示。因为要避开转盘与托盘连接的螺柱孔,选择在距离转盘中心 87.5处的四个方向圆周穿孔,每个方向各钻两个直径为 5的孔,3.3 毛刷圆筒7咖啡鲜果脱皮机的圆筒在脱皮过程起着重要的作用,它的作用:利用安装在圆筒内壁上的板刷与咖啡鲜果产生摩擦作用,以达到脱皮的目的。因为咖啡鲜果并不是球形的物体,表面凹凸不平,会有些许的芽眼的表面,再加上脱皮中摩擦下来的皮屑和一些果肉,需要用水冲洗掉,方便安装和冲洗,圆筒内壁选择板刷。图 2-6 毛刷圆筒局部图 2-6 为毛刷圆筒局部的三维图,这一部分的设计对咖啡鲜果的脱皮效果很重要,因为板刷是固定安装在圆筒内壁的,在搅龙毛刷转动时带动咖啡鲜果与之摩擦实现脱皮,只要保证它的粗细合理、长度适合和安装牢固就可以实现脱皮工作,试验表明,该毛刷圆筒设计可以满足咖啡鲜果的脱皮。只要保证板刷牢固的安装在圆筒内壁,即可保证脱皮机的正常工作。2.3.4 冲洗机构的设计咖啡鲜果脱皮机现有的冲洗机构是:由一条高压水管在圆筒上端开口处,将水喷射到圆筒内壁,来实现脱皮过程的冲洗工作。单条水管喷射方向比较单一,而且在脱皮过程中,咖啡鲜果在下端翻滚,皮屑在转动时容易粘附在板刷上,只是单一方向的水柱难以给给整个圆筒板刷冲洗皮屑杂质。因此,在圆筒上端沿筒壁设计一条高压水管,堵住水管末端,给处于筒壁的水管钻向下喷射的孔8。图 2-5 环形水管的设计考虑到圆筒板刷和搅龙毛刷的安装,在原有板刷安装线的上顶端到圆筒上顶端,其间安装直径为 10的环形高压水管,安装位置由上图所示。3 咖啡鲜果脱皮机的传动系统传动系统包括无级变速电机、锥齿轮、传动轴。该系统主要是通过直齿锥齿轮来传递动力,电动机转动,通过直齿锥齿轮和传动轴,带动毛刷转盘以及搅龙毛刷的转动,使得咖啡鲜果在毛刷圆筒内翻滚摩擦,来实现脱皮。毛刷转盘转动是通过电控开关开启电动机通过锥齿轮带动转动轴,从而带动转盘转动。传动系统机构简图如下图图 3-1 所示。9图 3-1 传动系统机构简图 1.毛刷圆筒 2.锥齿轮 3.电动机3.1 电动机机器运行需要选择合适的电动机,以保证咖啡鲜果脱皮机安全、可靠、平稳的运行。Y 系列电机比较常见的是全封闭自扇冷式鼠笼三相异步电动机。根据咖啡鲜果脱皮机的工作环境和无特殊要求的机械制造,根据计算脱皮机的所耗功率为 597.66W,安装有一对传动轴,查资料得直齿锥齿轮的传动效率一般为 0.90.99,设计中取=0.95实=597.660.98=610W (3-1)综合以上计算分析,咖啡鲜果脱皮机是属于无特殊要求的机械,Y 系列电动机启动时的转矩大,工作效率高,运转时噪声小、振动小,工作稳定可靠,工作环境适应能力强,适用于不含易燃、易爆或腐蚀性气体的一般场所,因此选择 Y 系列电动机。在脱皮过程中一次入料后,已有咖啡鲜果脱皮机所选的电动机的功率为750W,转速为1390r/min,传动比为 1:15。型号为 Y80M2-4,其主要性能参数如下表 3-1表 3-1 电动机性能表型号额定功率/KW额定电流/A效率/%额定转矩/倍Y80M2-80.752852.310图 3-2 电动机外形3.2 咖啡鲜果脱皮机的传动方案3.2.1 传动方案咖啡鲜果脱皮机的工作转速为 92r/min,所选电动机的转速是 1390r/min,电动机传动比为 1:15。咖啡鲜果脱皮机选择的是直齿齿轮传动来实现工作转盘的减速达到实际需要的工作转速。锥齿轮一般有直齿和斜齿,因为直齿锥齿轮的加工、测量和安装比较简单,生产成本低,传动结构紧凑牢固,精度高,效率好,使用寿命长。因此,该脱皮机的传动选用的是直齿锥齿轮传动。用直齿锥齿轮传递齿轮轴和圆筒中心轴之间的运动和动力,两轴交角为 90,它的齿轮是沿着圆锥表面做圆周运动。工作方式就是两个齿轮的圆锥齿啮合进行摩擦式滚动。两齿轮的齿顶重合,保证锥齿轮的传动比一致。3.2.2 电动机和机架的布局电动机安装在咖啡鲜果脱皮机机架的下端部分,通过直齿锥齿轮传动带动毛刷转盘转动。电动机安装如下图所示:图 3-3 电动机安装简图3.3 传动齿轮由于脱皮机试验中,毛刷转盘工作的转速 92r/min,属于低速传动,这里选择直齿锥齿轮来传递动力,锥齿轮制造、安装方便,脱皮机装上锥齿轮后看来结构比较紧凑。113.3.1 锥齿轮的特性和应用锥齿轮是圆锥齿轮的简称,它用于连接两条旋转相交轴之间的传动,相交轴的交角为轴角。轴角的值一般根据传动的要求来定。一般多为 90。锥齿轮的轮齿排列在圆锥体上,齿轮由大端到小端逐渐收缩减小,如下图所示。图 3-4 锥齿轮因为这个特性,原本对应圆柱齿轮的各个有关圆柱在齿轮上就变成了圆锥,比如分度圆变成分度锥、节圆变成节锥、基圆变成基锥、齿顶圆变成齿顶锥等。常见的锥齿轮的齿轮形状有:直齿、曲线齿、斜齿等。直齿锥齿轮和斜齿在设计、生产和安装使用中比较简单,效率高,传动比准确,适用的速度比较广,但齿轮也有不足的地方就是噪音会大些,一般用于低速的传动中;曲线齿轮传动平稳,承受能力大而且噪音也相对小,一般用于重载和高速的传动中。咖啡鲜果脱皮机属于轻载、低速运行的机器,因此选择直齿锥齿轮作为传动机构,来传递两轴之间的运动和动力。直齿锥齿轮传动如下图所示:12图 3-5 直齿锥齿轮传动标准安装时,分度圆锥面和节圆锥面是重合。图 3-6 直齿锥齿轮安装1,2是两轴的分度圆锥角,=1+2=90的传动为直齿锥齿轮传动。由上图得1=1 1(3-2)2=2 2(3-3)1=2(3-4)因此:13i=12=21=21=21(3-5)3.3.2 直齿锥齿轮直齿锥齿轮齿轮受力分析情况如下图所示。图 3-7 直齿锥齿轮受力分析法向力Fn可以分解为三个力:圆周力=211(3-6)径向力r=(3-7)轴向力a=(3-8)以上三式中,dm1是小齿轮齿轮宽度中心的分度圆直径。14图 3-8 直齿锥齿轮的当量齿轮如图 3-8 锥齿轮的当量齿轮几何关系可知1=1-b 1(3-9)圆周力Ft的方向在主动锥齿轮上与运动的方向相反,在从动锥齿轮上与运动方向相同。径向力Fr的方向与两个锥齿轮的都是垂直并指向锥齿轮轴线。轴向力Fa的方向则是对于两个锥齿轮都是从小端指向大端。1+2=90时,小锥齿轮上的径向力和轴向力的大小分别等于大锥齿轮上的轴向力和径向力,但它们的方向是相反的。如下图所示图 3-9 大、小锥齿轮作用力153.3.3 直齿锥齿轮的参数锥齿轮在传动中需要抵抗齿轮之间的压力,因此在选择上需选硬度大些的,提高它的耐磨性。锥齿轮硬度一般大于 350HBS,(1)接触疲劳强度:一对直齿锥齿轮的传动,可以近似的看成是一对当量圆柱齿轮传动的强度相等,如图 3-8 所示。因此可知=90的一对钢制直齿锥齿轮的齿面接触强度验算为=2.52v1(+1)21(3-10)其中:各个参数下标中的“v”表示当量圆柱齿轮的相关参数,将有关当量圆柱齿轮的几何参数代入,取bv=0.8b作为齿轮的有效宽度,可得接触强度校核公式为=2.5410.85(1 0.5)231 MPa(3-11)接触强度设计公式为1 1.8434120.85(1 0.)2 (3-12)其中,d1为小齿轮的分度圆直径;K 是载荷系数(如下表 3-1);R是齿宽系数,=,b 是齿宽,Re是锥距(如图 3-8 所示)一般取R=0.250.3;=21,一般u 5;ZE是弹性系数(如下表 3-2)表 3-1 载荷系数 K原动机工作机械的载荷特性均匀冲击中等冲击打的冲击电动机11.21.21.61.61.8直齿锥齿轮的动载系数 K=1.021.2表 3-2 弹性系数ZE灰铸铁球墨铸铸钢锻钢夹布胶16铁木锻钢铸钢球墨铸铁灰铸铁162.0161.4156.6143.7181.4180.5173.9188.9188.0189.856.4因为锥齿轮大端的模数 m 是标准值,在计算时按照大齿轮分度圆直径d1=mz1,d2=mz2。在此次设计上锥齿轮的大齿轮齿数为 32 齿,小齿轮齿数为 16 齿。4 传动轴4.1 轴的分类轴的设计需要考虑机器的工作要求和加工制造的工艺等因素,选择合适的材料,进行结构上设计,计算强度和刚度,确定各段的形状和尺寸。轴在机器零件中属于主要的零件之一,在进行工作时,轴主要是起到了旋转传递动力和支撑旋转的零部件的作用。可以说是,没有轴就没有执行部件的运动。轴也有很多种类型。根据它承受载荷的方式的不同,可以分为以下三大种:转轴:工作时,既要传递转矩又要承受弯矩,比如齿轮减速箱里面的轴;传动轴:工作时,只传递转矩不承受弯矩或者承受的弯矩很小的轴称为传动轴,比如汽车中的传动轴;心轴:工作时,只承受弯矩而不传递转矩的轴称为心轴,比如自行车的前轴。根据轴线的形状的不同,可以分为以下三种:直轴:使左右轮转速完全一致,而不发生任何的差速的轴。比如前面所说的减速箱内的轴,自行车的前轴;曲轴:引擎的主要部件,在连杆的作用下,把连杆上下的往复运动转变成旋转运动,一般用于发动机上,比如汽车引擎;挠性钢丝轴:由多层钢丝层紧密粘合在一起,可以把转矩和旋转运动灵活地传递到其他位置,一般用于振捣器。根据咖啡鲜果脱皮机的工作要求并考虑制造工艺,在脱皮机中用的是直轴。174.2 轴的材料选择毛坯轴一般采用圆钢、锻件、铸钢或球墨铸铁,因为这些材料成本低、吸振性能好、对应力集中的部位的敏感性低、强度也较好。当轴的直径比较小时,可以用圆钢棒加工制造;当轴的直径较大或者轴的阶梯差大时,常采用锻件。在大轴加工时,可以将轴加工成空心的,以降低成本和提高制造的工艺。实际工作中,轴的材料通常采用合金钢和碳钢。合金钢具有较好的力学性能和较好的热处理性能,但其价格比较高,一般多用于有特殊尺寸、环境和受力较大等要求的轴,比如滑动轴承中的高速轴,常采用渗碳淬火后的低碳合金结构钢。而碳钢具有较高的综合力学性能,价格也比合金钢低,日常加工制造应用较多,可以通过对其进行正火或调质处理来改善碳钢的力学性能,优质碳钢有 35、45、50,其中以 45 钢的应用最为广泛,因为其强度和钢硬度在经过调质后都有提高,适合很多集中应力低的轴上。一般对于承载较小,会用 Q235 或 Q275 等普通碳钢。根据脱皮机的工作及环境要求,综合考虑选择使用 45 调质钢作为传动轴的材料。查机械设计基础第六版表 14-1 轴的常用材料及其主要力学性能,45 钢相关性能如下:毛坯直径200,硬度 217255HBS,强度极限 650MPa,屈服极限 360MPa,弯曲疲劳极限 300MPa。4.3 传动轴的结构设计传动轴的结构设计需要对其各轴段进行合理的形状和尺寸的设计。一般要符合以下几点要求:(1)方便加工制造,易于拆装轴上的零部件;(2)具有确定的工作部位;(3)轴与各零件之间要有可靠的相对固定;(4)在结构上能减小应力和提高强度。4.3.1 传动轴的结构及计算轴的结构设计:主要是根据需要安装在轴上的零件的布置和加工制造的工艺来确定它的形状及各部分的尺寸。轴在机器传动中起到了重要的作用,所以的它结构是否合理将直接影响到机器的运转,而轴自身的结构设计更是影响到它的工作能力、寿命长短和18机器各部件的高效运转。因此,合理的设计一根轴的结构就要考虑到它的制作成本、以及和安装在轴上的零件之间的配合,使机器能达到最好的工作状态。需要对轴的强度和刚度进行计算检核。轴的强度和刚度决定了轴在机器中的工作质量,通常需要计算和校核轴的强度和刚度,因为在传动过程中电动机的转动,通过齿轮传递动力到轴上,轴因此会承受一定的力,在力的作用下产生弹性变形。如果是高速运转的机器中的轴还要进行振动稳点的校核,在高速转动下,轴的振动会受到机器各部分的影响。咖啡鲜果脱皮机属于无特殊要求低速工作的机器,对于轴的设计需要注意:所选轴的刚度和强度是否满足机器工作的要求,在脱皮过程中所需的抗腐蚀性,因为在脱皮过程中,会有持续加水冲洗以及咖啡鲜果皮屑等杂质;轴寿命是否达到规定的时长;重要的是轴的的结构尺寸与机器零部件的配合安装;轴的安装和拆卸是否方便合理。另外在脱皮中有污水杂质,需要给轴选择合适的密封轴套,以防污水泄漏出来,影响机器运转和其他零件的使用寿命。4.3.2 传动轴的强度传动轴是否可以使用与机器中还需进行校核强度。咖啡鲜果脱皮机在脱皮过程中轴向的受力较小,因此可以忽略相对于扭矩的弯矩。强度条件=9.55 1060.23 MPa (4-1)式(4-1)中为传动轴的扭切应力,单位 MPa;T 为扭矩,单位 Nmm;W 是抗截面系数,单位mm3;P 是传动的功率,单位 KW;n 是轴的转速,r/min;d 是轴的直径,单位 mm;咖啡鲜果脱皮机传动轴是实心轴,因此=316 0.2d3代入(4-1)得 39.55 1060.23 3 mm (4-2)19查机械设计基础第六版,表 14-2 知,45 号钢的轴所对应的的值为3040MPa,C 的值为 118107,在此次设计中 C 的值取 118,另外电动机转速是1390r/min,传动比为 1:15,所以可得轴的转速 n 是 93r/min,传动功率 P 为 0.61KW。代入式(4-2)中得:11830.6193=25.09 mm实际应用中,按照上式计算轴的尺寸需取大点,取轴的最小直径为 30mm。4.3.3 传动轴的结构简图图 4-1 传动轴简图4.3.4 传动轴各段的尺寸如图 4-1 传动轴简图第一段:D1=30mm,长 30mm;中心车直径为 8,深 12 毫米的螺纹,使用螺柱连接转盘底部;第二段:D2=33mm,长 30mm,配合轴承孔的大小,安装轴承;第三段:D3=35mm,长 85mm,根据电动机在机架的安装位置设定;第四段:D4=30mm,长 30mm,中心车直径为 16,深 20的螺纹,配合锥齿轮孔的大小,安装直齿锥齿轮。具体的设计如下图20图 4-2 传动轴简图传动轴表面公差是 1.6 和 3.2,技术要求,在调质处理后硬度 220-250HBS;圆角半径为 1 毫米,倒角为 0.5 毫米,未注明偏差的精度是 IT12。连接底盘采用组合型封盖螺母,下端连接锥齿轮使用六角螺母。4.4 滚动轴承机器安装所需的滚动轴承现已基本标准化,在选择好规格后由专业的加工厂制造供应。滚动轴承摩擦阻力较小,应用在机器中工作效率高,添加润滑液简单,拆换简易。在选择轴承时,需根据机器具体的工作要求来确定轴承的各部分参数。滚动轴承的组成部分有内、外圈、滚动体、固定支架,如下图 4-2 所示图 4-2 轴承简图滚动轴承需在工作中抗压耐磨,其中内外圈和滚动体的材料需要较高的强度和硬度,21还需较好的耐磨性。常用合金钢制造,经过在 200回火热处理使得硬度在 6165HRS,接触面打磨抛光。查机械设计课程设计手册表 6-1 深沟球轴承(GB/T276-1994 摘录),根据咖啡鲜果脱皮机的结构和工作要求,轴的直径是 35mm,选择一个深沟球轴承 6007。深沟球轴承结构简单,易于拆装。可承受径向和轴向的负载,而且摩擦阻力小,价格低廉。5 控制系统5.1 变频器控制系统在每一台机器起到了重要的作用,在控制系统的作用下,机器会遵循人的指示和要求使得机器执行部件按制定的顺序和方式进行工作。控制系统可以改变机器的运动方向、运动的路线以及运动的速度等,还可以使得机器各部件协调配合工作,以实现机器的高效的作业。咖啡鲜果脱皮机控制系统是整个脱皮机机械系统的重要组成部分,咖啡鲜果脱皮机的运行状态都靠控制系统来调控,比如电动机的启动以及转向变化,以及毛刷转盘的工作正反转等都是由控制系统的定向输入运行的。咖啡鲜果脱皮机的控制系统主要是把人和机器联系起来,使得脱皮机按照人的指令去运行工作。而咖啡鲜果脱皮机的控制系统功能主要是完成信号指令的转换,以实现咖啡鲜果脱皮机的启动、正反转、调速和停止等步骤。电动机在工作中提供动力,为实现咖啡鲜果脱皮机可以连续获得转速范围内的任意传动比,在控制方面使用变频器控制交流电动机的无级调速。变频器工作原理:利用半导体器件的通断作用将工作频率转变成另外一个频率来控制电机的转速。5.2 控制电路以下是控制电路图22图 5-1 控制电路图主电路电源端 L1、L2、L3 经接触器与电源相连接,变频器输出端 U、V、W 分别接电动机,另外一端 PE 接地线,变频器通过中间一个继电器把控制节点输入共同点和运行停止分别接到继电器的常开触点上,这样就可以通过继电器的得失电来控制电动机的运行和停止。如图 5-1 所示咖啡鲜果脱皮机控制电路图,电动机需要运行时,先按下开关 SB1,接通电源。当按下触点 SB2,电动机开始正转进行脱皮工作;当咖啡鲜果脱皮完成时断开开关 SB2,电动机此时不工作;当按下开关 SB3 时,电动机反转运行,进行卸料。卸完料后又可以循环继续工作。6 其他部件说明6.1 脱皮机的机架机架作为整个机器的支撑部件,要求做到使其他部件能够牢固安装,机器能够平稳工作。23图 6-1 机架图6-1脱皮机机架,机架上平面为500*500的钢板;机架脚尺寸是30*30*400,横梁尺寸 30*30*440,使用方形空心型钢,厚度 1.5。考虑到机器的使用寿命以及抗压能力,机架材料选用方形冷弯空心型刚。冷弯刚经济方便,外观光滑尺寸精准,在结构上优于热轧型钢,而且该又节省材料,因此可以减轻脱皮机的整体重量。另外机架上安装排污管和冲压水管以及毛刷转盘,排污管焊接在底部托盘,内径 24 毫米,厚度3 毫米,材料使用不锈钢。冲压水管安装在机架,上端穿入圆筒,在圆筒上端环绕圆筒上端沿,内径 10 毫米,材料采用不锈钢。6.2 脱皮机圆筒外壁毛刷圆筒外壁安装在机架上部,是毛刷圆筒的保护和支撑部件。脱皮机在工作时,圆筒外壁难免会有些碰撞摩擦,外壁需要足够的硬度和厚度。安装上采用了可拆装,外壁和机架使用螺柱连接。圆远通外壁,高 446,壁厚 5,圆筒内径 418,材料用不24锈钢。如图 6-2 所示,卸料口开在圆筒侧壁底边 50 毫米以上部分,开口大小为高 114,宽 134,卸料口使用螺柱外接卸料板。图 6-2 圆筒外壁6.3 圆筒顶盖的设计圆筒顶盖的设计如下,图 6-3 圆筒顶盖圆筒顶盖配合圆筒外壁安装,在尺寸上设计为下端直径 352,上端 290。高 10的梯形盖,壁厚 1,材料采用不锈钢,上顶面设计一个以顶面中心为基点离中心 37.625到 137.5之间跨度为 34 度的扇形开口,以便进水冲洗和查看圆筒内部毛刷等情况,26参考文献1陆钧.一种咖啡豆去壳装置P.江苏省:CN210124300U,2020-03-06.2黎国平.电动咖啡脱皮机P.广东省:CN209950990U,2020-01-17.3陈罡,苏宏,赵建荣.一种高效高质量咖啡脱皮机P.云南省:CN209862247U,2019-12-31.4熊相人,张瑞清,陈碧峰,赵子良.一种紧凑高效的立式咖啡鲜果脱皮装置P.云南省:CN209628594U5陈罡,苏宏,赵建荣.咖啡脱皮机P.云南省:CN305410376S,2019-10-29.6王永庆.一种咖啡鲜果加工方法P.云南省:CN110200115A,2019-09-06.7施劲学,李春红.一种咖啡鲜果脱皮加工装置P.云南省:CN209121223U,2019-07-19.8 孟庆书.马铃薯连续式 机械化去皮关键技术研究D.仲恺农业工程学院,2017.5.9 刘燕德,无损智能检测技术与应用,武汉:华中科技大学出版社,200710 高海生,孙慧先,李润丰,果实采后处理的机械化、自动化技术,世界农业,2002.
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12.2.1 结构参数图 2-1 脱皮机整体装配图如图 2-1,1、脱皮机机架结构;2、圆筒外壁结构;3、脱皮机顶盖;4、搅龙毛刷;5、圆筒壁板刷;6、卸料结构;7、排污管;8 传动轴;9 挡圈、;10、六角螺母;11、32齿锥齿轮;12、16 齿锥齿轮;13、托盘;14、电机;15,、毛刷转盘。咖啡鲜果脱皮机工作流程:将 5-10的咖啡鲜果从上端入料口倒进圆筒,启动电动机,通过齿轮传动,带动毛刷旋转,在规定时间内实现脱皮以及卸料。(2-1)查资料得知,一般物料的填充系数为 0.500.65,以此可以计算脱皮机的实际生产能力。毛刷圆筒一次可以入料的重量为 M=V,其中为咖啡鲜果的密度,为物料的填充系数为 0.500.65,这里取 0.5。得M=0.05 1200 0.5=30(2-2)2因为圆筒内壁毛刷和搅龙毛刷所占空间,根据机器实验效果,一次入料 58 千克,一次入料太多容易造成圆筒内材料挤压脱皮不完整,反而会降低机器的工作效率。2.2.2 咖啡鲜果脱皮机的生产能力校核生产能力=360024,(2-3)T-脱皮周期,2 分钟D-毛刷圆筒直径,0.376 米H-物料堆积的有效高度,在入料 5 千克时,H 这里取 0.1 米-物料的密度,1200kg/m为物料的填充系数为 0.500.65,这里取 0.5其中 T 为脱皮周期,单位秒,代入个数据得=360024=36001203.14 0.3762 0.14 1200 0.5=204/h(2-4)204/h150/h,说明这些设计参数满足设计的要求。2.2.3 咖啡鲜果脱皮机的功率咖啡鲜果脱皮机消耗的功率:(1)克服底部毛刷转盘摩擦的功率P11=(2-5)其中Mmp是圆筒内咖啡鲜果的摩擦力矩,mp是咖啡鲜果与毛刷转盘的平均相对角速度,一般取最大角速度的一半。=2(2-6)其中咖啡鲜果的重力,f 是摩擦系数(查阅资料知 f 为 0.150.25)设计时取 f=0.2,L2是摩擦臂矩。=1230(2-7)由以上三式(2-5)、(2-6)、(2-7)得1=21230=120(2-8)(2)克服圆筒内壁摩擦力的功率P232=(2-9)其中MY是在转动时,咖啡鲜果与圆筒壁瞬间的摩擦力矩=2(2-10)其中 v 是咖啡鲜果在圆筒内的做圆周运动的速度,L是摩擦臂矩(L=1/8L)根据以上(2-9)、(2-10)得=2 8=28(2-11)所以2=281230=2480(2-12)(3)直齿锥齿轮传动中消耗的功率P3,传动效率,查阅资料知,圆锥齿轮传动的效率为 0.880.98,这里取=0.95因此咖啡鲜果脱皮机总的消耗的功率为=1+2+3=120+2480+3(2-13)另外所耗 P 也可以表示为=(2-14)其中 M 为转盘的工作转矩,为传动效率,查资料得=0.9-0.99,设计中取 0.9=(2-15)其中摩擦臂矩L=1/8L,设计中 L=200。设计计算中,假设咖啡鲜果为球体,咖啡鲜果半径 R=31.5,咖啡鲜果的密度=1200/m3所以单个咖啡鲜果的体积为=433=43 0.031533=1.31 1043(2-16)单个咖啡鲜果的质量为m=1200 1.31 104=0.157(2-17)=马=0.2 190 0.157 9.8 0.4 924 0.9=597.66W(2-18)42.3 咖啡鲜果脱皮机的执行机构2.3.1 搅龙式毛刷图 2-2 尼龙毛刷图 2-3 搅龙毛刷设计图图 2-2 是市场出售的食品加工用的毛刷。毛刷剪成搅龙式的倾斜角度对咖啡鲜果的脱皮效果影响并不大,只要满足咖啡鲜果5有空间翻转就行,故这次设计搅龙毛刷的倾斜角度任为 18,整个搅龙毛刷的高度定为450mm。搅龙毛刷修剪的设计尺寸为:长毛刷:140mm;短毛刷:14mm;如下图 2-4 为搅龙毛刷的三维设计图。图 2-4 搅龙毛刷三维图2.3.2 毛刷转盘在脱皮过程中,电动机通过锥齿轮带动转盘转动,带动咖啡鲜果转动产生摩擦,实现脱皮。本次把底盘毛刷转盘设计成锥形带孔的毛刷转盘,因为锥形转盘有倾斜度利于水流带动皮屑往排污口流动。6图 2-4 锥形底盘毛刷图 2-5 底盘毛刷图 2-4 为锥形转盘毛刷的设计图,转盘直径为 280,锥形底面的倾斜度不宜太大,这里取倾斜度为 6,而毛刷也是修剪成波浪形,三维设计如图 2-5 所示。因为要避开转盘与托盘连接的螺柱孔,选择在距离转盘中心 87.5处的四个方向圆周穿孔,每个方向各钻两个直径为 5的孔,3.3 毛刷圆筒7咖啡鲜果脱皮机的圆筒在脱皮过程起着重要的作用,它的作用:利用安装在圆筒内壁上的板刷与咖啡鲜果产生摩擦作用,以达到脱皮的目的。因为咖啡鲜果并不是球形的物体,表面凹凸不平,会有些许的芽眼的表面,再加上脱皮中摩擦下来的皮屑和一些果肉,需要用水冲洗掉,方便安装和冲洗,圆筒内壁选择板刷。图 2-6 毛刷圆筒局部图 2-6 为毛刷圆筒局部的三维图,这一部分的设计对咖啡鲜果的脱皮效果很重要,因为板刷是固定安装在圆筒内壁的,在搅龙毛刷转动时带动咖啡鲜果与之摩擦实现脱皮,只要保证它的粗细合理、长度适合和安装牢固就可以实现脱皮工作,试验表明,该毛刷圆筒设计可以满足咖啡鲜果的脱皮。只要保证板刷牢固的安装在圆筒内壁,即可保证脱皮机的正常工作。2.3.4 冲洗机构的设计咖啡鲜果脱皮机现有的冲洗机构是:由一条高压水管在圆筒上端开口处,将水喷射到圆筒内壁,来实现脱皮过程的冲洗工作。单条水管喷射方向比较单一,而且在脱皮过程中,咖啡鲜果在下端翻滚,皮屑在转动时容易粘附在板刷上,只是单一方向的水柱难以给给整个圆筒板刷冲洗皮屑杂质。因此,在圆筒上端沿筒壁设计一条高压水管,堵住水管末端,给处于筒壁的水管钻向下喷射的孔8。图 2-5 环形水管的设计考虑到圆筒板刷和搅龙毛刷的安装,在原有板刷安装线的上顶端到圆筒上顶端,其间安装直径为 10的环形高压水管,安装位置由上图所示。3 咖啡鲜果脱皮机的传动系统传动系统包括无级变速电机、锥齿轮、传动轴。该系统主要是通过直齿锥齿轮来传递动力,电动机转动,通过直齿锥齿轮和传动轴,带动毛刷转盘以及搅龙毛刷的转动,使得咖啡鲜果在毛刷圆筒内翻滚摩擦,来实现脱皮。毛刷转盘转动是通过电控开关开启电动机通过锥齿轮带动转动轴,从而带动转盘转动。传动系统机构简图如下图图 3-1 所示。9图 3-1 传动系统机构简图 1.毛刷圆筒 2.锥齿轮 3.电动机3.1 电动机机器运行需要选择合适的电动机,以保证咖啡鲜果脱皮机安全、可靠、平稳的运行。Y 系列电机比较常见的是全封闭自扇冷式鼠笼三相异步电动机。根据咖啡鲜果脱皮机的工作环境和无特殊要求的机械制造,根据计算脱皮机的所耗功率为 597.66W,安装有一对传动轴,查资料得直齿锥齿轮的传动效率一般为 0.90.99,设计中取=0.95实=597.660.98=610W (3-1)综合以上计算分析,咖啡鲜果脱皮机是属于无特殊要求的机械,Y 系列电动机启动时的转矩大,工作效率高,运转时噪声小、振动小,工作稳定可靠,工作环境适应能力强,适用于不含易燃、易爆或腐蚀性气体的一般场所,因此选择 Y 系列电动机。在脱皮过程中一次入料后,已有咖啡鲜果脱皮机所选的电动机的功率为750W,转速为1390r/min,传动比为 1:15。型号为 Y80M2-4,其主要性能参数如下表 3-1表 3-1 电动机性能表型号额定功率/KW额定电流/A效率/%额定转矩/倍Y80M2-80.752852.310图 3-2 电动机外形3.2 咖啡鲜果脱皮机的传动方案3.2.1 传动方案咖啡鲜果脱皮机的工作转速为 92r/min,所选电动机的转速是 1390r/min,电动机传动比为 1:15。咖啡鲜果脱皮机选择的是直齿齿轮传动来实现工作转盘的减速达到实际需要的工作转速。锥齿轮一般有直齿和斜齿,因为直齿锥齿轮的加工、测量和安装比较简单,生产成本低,传动结构紧凑牢固,精度高,效率好,使用寿命长。因此,该脱皮机的传动选用的是直齿锥齿轮传动。用直齿锥齿轮传递齿轮轴和圆筒中心轴之间的运动和动力,两轴交角为 90,它的齿轮是沿着圆锥表面做圆周运动。工作方式就是两个齿轮的圆锥齿啮合进行摩擦式滚动。两齿轮的齿顶重合,保证锥齿轮的传动比一致。3.2.2 电动机和机架的布局电动机安装在咖啡鲜果脱皮机机架的下端部分,通过直齿锥齿轮传动带动毛刷转盘转动。电动机安装如下图所示:图 3-3 电动机安装简图3.3 传动齿轮由于脱皮机试验中,毛刷转盘工作的转速 92r/min,属于低速传动,这里选择直齿锥齿轮来传递动力,锥齿轮制造、安装方便,脱皮机装上锥齿轮后看来结构比较紧凑。113.3.1 锥齿轮的特性和应用锥齿轮是圆锥齿轮的简称,它用于连接两条旋转相交轴之间的传动,相交轴的交角为轴角。轴角的值一般根据传动的要求来定。一般多为 90。锥齿轮的轮齿排列在圆锥体上,齿轮由大端到小端逐渐收缩减小,如下图所示。图 3-4 锥齿轮因为这个特性,原本对应圆柱齿轮的各个有关圆柱在齿轮上就变成了圆锥,比如分度圆变成分度锥、节圆变成节锥、基圆变成基锥、齿顶圆变成齿顶锥等。常见的锥齿轮的齿轮形状有:直齿、曲线齿、斜齿等。直齿锥齿轮和斜齿在设计、生产和安装使用中比较简单,效率高,传动比准确,适用的速度比较广,但齿轮也有不足的地方就是噪音会大些,一般用于低速的传动中;曲线齿轮传动平稳,承受能力大而且噪音也相对小,一般用于重载和高速的传动中。咖啡鲜果脱皮机属于轻载、低速运行的机器,因此选择直齿锥齿轮作为传动机构,来传递两轴之间的运动和动力。直齿锥齿轮传动如下图所示:12图 3-5 直齿锥齿轮传动标准安装时,分度圆锥面和节圆锥面是重合。图 3-6 直齿锥齿轮安装1,2是两轴的分度圆锥角,=1+2=90的传动为直齿锥齿轮传动。由上图得1=1 1(3-2)2=2 2(3-3)1=2(3-4)因此:13i=12=21=21=21(3-5)3.3.2 直齿锥齿轮直齿锥齿轮齿轮受力分析情况如下图所示。图 3-7 直齿锥齿轮受力分析法向力Fn可以分解为三个力:圆周力=211(3-6)径向力r=(3-7)轴向力a=(3-8)以上三式中,dm1是小齿轮齿轮宽度中心的分度圆直径。14图 3-8 直齿锥齿轮的当量齿轮如图 3-8 锥齿轮的当量齿轮几何关系可知1=1-b 1(3-9)圆周力Ft的方向在主动锥齿轮上与运动的方向相反,在从动锥齿轮上与运动方向相同。径向力Fr的方向与两个锥齿轮的都是垂直并指向锥齿轮轴线。轴向力Fa的方向则是对于两个锥齿轮都是从小端指向大端。1+2=90时,小锥齿轮上的径向力和轴向力的大小分别等于大锥齿轮上的轴向力和径向力,但它们的方向是相反的。如下图所示图 3-9 大、小锥齿轮作用力153.3.3 直齿锥齿轮的参数锥齿轮在传动中需要抵抗齿轮之间的压力,因此在选择上需选硬度大些的,提高它的耐磨性。锥齿轮硬度一般大于 350HBS,(1)接触疲劳强度:一对直齿锥齿轮的传动,可以近似的看成是一对当量圆柱齿轮传动的强度相等,如图 3-8 所示。因此可知=90的一对钢制直齿锥齿轮的齿面接触强度验算为=2.52v1(+1)21(3-10)其中:各个参数下标中的“v”表示当量圆柱齿轮的相关参数,将有关当量圆柱齿轮的几何参数代入,取bv=0.8b作为齿轮的有效宽度,可得接触强度校核公式为=2.5410.85(1 0.5)231 MPa(3-11)接触强度设计公式为1 1.8434120.85(1 0.)2 (3-12)其中,d1为小齿轮的分度圆直径;K 是载荷系数(如下表 3-1);R是齿宽系数,=,b 是齿宽,Re是锥距(如图 3-8 所示)一般取R=0.250.3;=21,一般u 5;ZE是弹性系数(如下表 3-2)表 3-1 载荷系数 K原动机工作机械的载荷特性均匀冲击中等冲击打的冲击电动机11.21.21.61.61.8直齿锥齿轮的动载系数 K=1.021.2表 3-2 弹性系数ZE灰铸铁球墨铸铸钢锻钢夹布胶16铁木锻钢铸钢球墨铸铁灰铸铁162.0161.4156.6143.7181.4180.5173.9188.9188.0189.856.4因为锥齿轮大端的模数 m 是标准值,在计算时按照大齿轮分度圆直径d1=mz1,d2=mz2。在此次设计上锥齿轮的大齿轮齿数为 32 齿,小齿轮齿数为 16 齿。4 传动轴4.1 轴的分类轴的设计需要考虑机器的工作要求和加工制造的工艺等因素,选择合适的材料,进行结构上设计,计算强度和刚度,确定各段的形状和尺寸。轴在机器零件中属于主要的零件之一,在进行工作时,轴主要是起到了旋转传递动力和支撑旋转的零部件的作用。可以说是,没有轴就没有执行部件的运动。轴也有很多种类型。根据它承受载荷的方式的不同,可以分为以下三大种:转轴:工作时,既要传递转矩又要承受弯矩,比如齿轮减速箱里面的轴;传动轴:工作时,只传递转矩不承受弯矩或者承受的弯矩很小的轴称为传动轴,比如汽车中的传动轴;心轴:工作时,只承受弯矩而不传递转矩的轴称为心轴,比如自行车的前轴。根据轴线的形状的不同,可以分为以下三种:直轴:使左右轮转速完全一致,而不发生任何的差速的轴。比如前面所说的减速箱内的轴,自行车的前轴;曲轴:引擎的主要部件,在连杆的作用下,把连杆上下的往复运动转变成旋转运动,一般用于发动机上,比如汽车引擎;挠性钢丝轴:由多层钢丝层紧密粘合在一起,可以把转矩和旋转运动灵活地传递到其他位置,一般用于振捣器。根据咖啡鲜果脱皮机的工作要求并考虑制造工艺,在脱皮机中用的是直轴。174.2 轴的材料选择毛坯轴一般采用圆钢、锻件、铸钢或球墨铸铁,因为这些材料成本低、吸振性能好、对应力集中的部位的敏感性低、强度也较好。当轴的直径比较小时,可以用圆钢棒加工制造;当轴的直径较大或者轴的阶梯差大时,常采用锻件。在大轴加工时,可以将轴加工成空心的,以降低成本和提高制造的工艺。实际工作中,轴的材料通常采用合金钢和碳钢。合金钢具有较好的力学性能和较好的热处理性能,但其价格比较高,一般多用于有特殊尺寸、环境和受力较大等要求的轴,比如滑动轴承中的高速轴,常采用渗碳淬火后的低碳合金结构钢。而碳钢具有较高的综合力学性能,价格也比合金钢低,日常加工制造应用较多,可以通过对其进行正火或调质处理来改善碳钢的力学性能,优质碳钢有 35、45、50,其中以 45 钢的应用最为广泛,因为其强度和钢硬度在经过调质后都有提高,适合很多集中应力低的轴上。一般对于承载较小,会用 Q235 或 Q275 等普通碳钢。根据脱皮机的工作及环境要求,综合考虑选择使用 45 调质钢作为传动轴的材料。查机械设计基础第六版表 14-1 轴的常用材料及其主要力学性能,45 钢相关性能如下:毛坯直径200,硬度 217255HBS,强度极限 650MPa,屈服极限 360MPa,弯曲疲劳极限 300MPa。4.3 传动轴的结构设计传动轴的结构设计需要对其各轴段进行合理的形状和尺寸的设计。一般要符合以下几点要求:(1)方便加工制造,易于拆装轴上的零部件;(2)具有确定的工作部位;(3)轴与各零件之间要有可靠的相对固定;(4)在结构上能减小应力和提高强度。4.3.1 传动轴的结构及计算轴的结构设计:主要是根据需要安装在轴上的零件的布置和加工制造的工艺来确定它的形状及各部分的尺寸。轴在机器传动中起到了重要的作用,所以的它结构是否合理将直接影响到机器的运转,而轴自身的结构设计更是影响到它的工作能力、寿命长短和18机器各部件的高效运转。因此,合理的设计一根轴的结构就要考虑到它的制作成本、以及和安装在轴上的零件之间的配合,使机器能达到最好的工作状态。需要对轴的强度和刚度进行计算检核。轴的强度和刚度决定了轴在机器中的工作质量,通常需要计算和校核轴的强度和刚度,因为在传动过程中电动机的转动,通过齿轮传递动力到轴上,轴因此会承受一定的力,在力的作用下产生弹性变形。如果是高速运转的机器中的轴还要进行振动稳点的校核,在高速转动下,轴的振动会受到机器各部分的影响。咖啡鲜果脱皮机属于无特殊要求低速工作的机器,对于轴的设计需要注意:所选轴的刚度和强度是否满足机器工作的要求,在脱皮过程中所需的抗腐蚀性,因为在脱皮过程中,会有持续加水冲洗以及咖啡鲜果皮屑等杂质;轴寿命是否达到规定的时长;重要的是轴的的结构尺寸与机器零部件的配合安装;轴的安装和拆卸是否方便合理。另外在脱皮中有污水杂质,需要给轴选择合适的密封轴套,以防污水泄漏出来,影响机器运转和其他零件的使用寿命。4.3.2 传动轴的强度传动轴是否可以使用与机器中还需进行校核强度。咖啡鲜果脱皮机在脱皮过程中轴向的受力较小,因此可以忽略相对于扭矩的弯矩。强度条件=9.55 1060.23 MPa (4-1)式(4-1)中为传动轴的扭切应力,单位 MPa;T 为扭矩,单位 Nmm;W 是抗截面系数,单位mm3;P 是传动的功率,单位 KW;n 是轴的转速,r/min;d 是轴的直径,单位 mm;咖啡鲜果脱皮机传动轴是实心轴,因此=316 0.2d3代入(4-1)得 39.55 1060.23 3 mm (4-2)19查机械设计基础第六版,表 14-2 知,45 号钢的轴所对应的的值为3040MPa,C 的值为 118107,在此次设计中 C 的值取 118,另外电动机转速是1390r/min,传动比为 1:15,所以可得轴的转速 n 是 93r/min,传动功率 P 为 0.61KW。代入式(4-2)中得:11830.6193=25.09 mm实际应用中,按照上式计算轴的尺寸需取大点,取轴的最小直径为 30mm。4.3.3 传动轴的结构简图图 4-1 传动轴简图4.3.4 传动轴各段的尺寸如图 4-1 传动轴简图第一段:D1=30mm,长 30mm;中心车直径为 8,深 12 毫米的螺纹,使用螺柱连接转盘底部;第二段:D2=33mm,长 30mm,配合轴承孔的大小,安装轴承;第三段:D3=35mm,长 85mm,根据电动机在机架的安装位置设定;第四段:D4=30mm,长 30mm,中心车直径为 16,深 20的螺纹,配合锥齿轮孔的大小,安装直齿锥齿轮。具体的设计如下图20图 4-2 传动轴简图传动轴表面公差是 1.6 和 3.2,技术要求,在调质处理后硬度 220-250HBS;圆角半径为 1 毫米,倒角为 0.5 毫米,未注明偏差的精度是 IT12。连接底盘采用组合型封盖螺母,下端连接锥齿轮使用六角螺母。4.4 滚动轴承机器安装所需的滚动轴承现已基本标准化,在选择好规格后由专业的加工厂制造供应。滚动轴承摩擦阻力较小,应用在机器中工作效率高,添加润滑液简单,拆换简易。在选择轴承时,需根据机器具体的工作要求来确定轴承的各部分参数。滚动轴承的组成部分有内、外圈、滚动体、固定支架,如下图 4-2 所示图 4-2 轴承简图滚动轴承需在工作中抗压耐磨,其中内外圈和滚动体的材料需要较高的强度和硬度,21还需较好的耐磨性。常用合金钢制造,经过在 200回火热处理使得硬度在 6165HRS,接触面打磨抛光。查机械设计课程设计手册表 6-1 深沟球轴承(GB/T276-1994 摘录),根据咖啡鲜果脱皮机的结构和工作要求,轴的直径是 35mm,选择一个深沟球轴承 6007。深沟球轴承结构简单,易于拆装。可承受径向和轴向的负载,而且摩擦阻力小,价格低廉。5 控制系统5.1 变频器控制系统在每一台机器起到了重要的作用,在控制系统的作用下,机器会遵循人的指示和要求使得机器执行部件按制定的顺序和方式进行工作。控制系统可以改变机器的运动方向、运动的路线以及运动的速度等,还可以使得机器各部件协调配合工作,以实现机器的高效的作业。咖啡鲜果脱皮机控制系统是整个脱皮机机械系统的重要组成部分,咖啡鲜果脱皮机的运行状态都靠控制系统来调控,比如电动机的启动以及转向变化,以及毛刷转盘的工作正反转等都是由控制系统的定向输入运行的。咖啡鲜果脱皮机的控制系统主要是把人和机器联系起来,使得脱皮机按照人的指令去运行工作。而咖啡鲜果脱皮机的控制系统功能主要是完成信号指令的转换,以实现咖啡鲜果脱皮机的启动、正反转、调速和停止等步骤。电动机在工作中提供动力,为实现咖啡鲜果脱皮机可以连续获得转速范围内的任意传动比,在控制方面使用变频器控制交流电动机的无级调速。变频器工作原理:利用半导体器件的通断作用将工作频率转变成另外一个频率来控制电机的转速。5.2 控制电路以下是控制电路图22图 5-1 控制电路图主电路电源端 L1、L2、L3 经接触器与电源相连接,变频器输出端 U、V、W 分别接电动机,另外一端 PE 接地线,变频器通过中间一个继电器把控制节点输入共同点和运行停止分别接到继电器的常开触点上,这样就可以通过继电器的得失电来控制电动机的运行和停止。如图 5-1 所示咖啡鲜果脱皮机控制电路图,电动机需要运行时,先按下开关 SB1,接通电源。当按下触点 SB2,电动机开始正转进行脱皮工作;当咖啡鲜果脱皮完成时断开开关 SB2,电动机此时不工作;当按下开关 SB3 时,电动机反转运行,进行卸料。卸完料后又可以循环继续工作。6 其他部件说明6.1 脱皮机的机架机架作为整个机器的支撑部件,要求做到使其他部件能够牢固安装,机器能够平稳工作。23图 6-1 机架图6-1脱皮机机架,机架上平面为500*500的钢板;机架脚尺寸是30*30*400,横梁尺寸 30*30*440,使用方形空心型钢,厚度 1.5。考虑到机器的使用寿命以及抗压能力,机架材料选用方形冷弯空心型刚。冷弯刚经济方便,外观光滑尺寸精准,在结构上优于热轧型钢,而且该又节省材料,因此可以减轻脱皮机的整体重量。另外机架上安装排污管和冲压水管以及毛刷转盘,排污管焊接在底部托盘,内径 24 毫米,厚度3 毫米,材料使用不锈钢。冲压水管安装在机架,上端穿入圆筒,在圆筒上端环绕圆筒上端沿,内径 10 毫米,材料采用不锈钢。6.2 脱皮机圆筒外壁毛刷圆筒外壁安装在机架上部,是毛刷圆筒的保护和支撑部件。脱皮机在工作时,圆筒外壁难免会有些碰撞摩擦,外壁需要足够的硬度和厚度。安装上采用了可拆装,外壁和机架使用螺柱连接。圆远通外壁,高 446,壁厚 5,圆筒内径 418,材料用不24锈钢。如图 6-2 所示,卸料口开在圆筒侧壁底边 50 毫米以上部分,开口大小为高 114,宽 134,卸料口使用螺柱外接卸料板。图 6-2 圆筒外壁6.3 圆筒顶盖的设计圆筒顶盖的设计如下,图 6-3 圆筒顶盖圆筒顶盖配合圆筒外壁安装,在尺寸上设计为下端直径 352,上端 290。高 10的梯形盖,壁厚 1,材料采用不锈钢,上顶面设计一个以顶面中心为基点离中心 37.625到 137.5之间跨度为 34 度的扇形开口,以便进水冲洗和查看圆筒内部毛刷等情况,26参考文献1陆钧.一种咖啡豆去壳装置P.江苏省:CN210124300U,2020-03-06.2黎国平.电动咖啡脱皮机P.广东省:CN209950990U,2020-01-17.3陈罡,苏宏,赵建荣.一种高效高质量咖啡脱皮机P.云南省:CN209862247U,2019-12-31.4熊相人,张瑞清,陈碧峰,赵子良.一种紧凑高效的立式咖啡鲜果脱皮装置P.云南省:CN209628594U5陈罡,苏宏,赵建荣.咖啡脱皮机P.云南省:CN305410376S,2019-10-29.6王永庆.一种咖啡鲜果加工方法P.云南省:CN110200115A,2019-09-06.7施劲学,李春红.一种咖啡鲜果脱皮加工装置P.云南省:CN209121223U,2019-07-19.8 孟庆书.马铃薯连续式 机械化去皮关键技术研究D.仲恺农业工程学院,2017.5.9 刘燕德,无损智能检测技术与应用,武汉:华中科技大学出版社,200710 高海生,孙慧先,李润丰,果实采后处理的机械化、自动化技术,世界农业,2002.
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