马铃薯去皮机的设计说明书

-1-马铃薯去皮机设计06机电技术教育从静指导教师李立和摘要：本次设计的项目是马铃薯去皮机的设计。在给定参数的前提下，主要完成了总体方案论证，去皮机筒设计，圆盘的设计，传动方案的论证以及电动机的选型，带传动设计等内容。对轴承，轴承座的选用情况也做了详细的介绍。最后，对电动机的控制以及擦皮机的维修保养等也作了一定程度上的叙述。关键词：马铃薯去皮机带传动控制电路前言随着我国马铃薯产量的的不断发展和壮大，马铃薯的加工数量也不断的发展起来了，马铃薯的产品也越来越多。不论马铃薯最终做出什么样的成品，它的之前都会有清洗、去皮这两道工序。去皮是一道必需的工艺，因为马铃薯皮会影响后来的成品的口感，所以在加工前，必须将其皮去除。马铃薯去皮是所有马铃薯制品加工工艺过程的重要环节。1.马铃薯去皮机的概述1.1国内、外研究情况马铃薯去皮是所有马铃薯制品加工工艺过程的重要环节，目前国内外马铃薯去皮的方法主要有：人工去皮、机械去皮、化学去皮、辐射去皮和蒸汽去皮等。目前，国内马铃薯去皮机形式主要有机械去皮，其中机械去皮的应用范围很广，种类最多，既有简易的手工去皮又有特种去皮机。有毛刷清洗去皮机江苏科威机械有限公司生产的毛刷清洗去皮机，由北京市蔬菜食品机械厂生产的QJGL一2000型清洗去皮机，山东省诸城市开泰食品机械厂TPJ系列土豆清洗去皮机，由兴化市金宇机械厂生产的JY-T500型薯类磨皮清洗机，由肇庆市天发机械有限设计制作的TP-500型薯类脱皮机，上海奉贤食品饮料成套设备总厂的砂辊式马铃薯去皮机等等[1]。1.2现状分析目前，国内马铃薯去皮机主要是机械去皮的，机械去皮的方法的主要优点有以下方面：1）降低了生产成本。2）减少了环境污染。由于不采用碱液，因而避免了废弃物污染3）操作简单，速度快，可一人操作，效率高4）皮屑可利用5）操作简单，，被去除的果皮含有淀粉和较多的纤维素，又是很好的动物饲料；缺点：对马铃薯的外形有一定的要求，卵圆形牙眼浅，无伤痕。其它去皮方式，如蒸汽去皮的优点：1)生产成本降低2）环境污染减轻3)产品得率提高4)产品得率提高，去皮完整、均匀,且能较好保持马铃薯的理化性能,被去-2-除的果皮含有淀粉和较多的纤维素,又是很好的动物饲料。缺点：如果蒸汽温度，和加热时间把握不当，出现了因蒸煮过度使表面熟化层过厚的现象等等[2]。1.3今后的发展方向1）降低了生产成本；2）减少了环境污染；3）操作简单，速度快，可一人操作，效率高；4）皮屑可利用，被去除的果皮含有淀粉和较多的纤维素，又是很好的动物饲料；5）可加工任意外形的马铃薯。如凹凸表面，表面有损伤的等。2.马铃薯去皮机总体设计2.1马铃薯去皮机的构造及工作原理去皮机是一种小型间歇式去皮机械。擦皮机由工作圆筒4，旋转圆盘5，加料斗1，卸料口7，排污口8，传动装置6及电动机3等部分组成。73865214图1马铃薯去皮机Figure1potatopeelingmachine它以电机为原动力，通过减速装置带动机筒底部的砂盘旋转，依靠旋转的工作构件驱动原料进行旋转，使得物料在离心力作用下，在机筒内上、下、左、右翻动并与机器构件产生摩擦，物料表面被砂盘均匀地磨蚀，去皮结束时加人清水再打开侧门，块茎从侧门自动排出，皮屑随水流从砂盘的周围间晾排出。工作圆筒内表面是粗糙的，圆盘表面呈波纹状，波纹角α=20°～30°，两者大多采用金刚砂黏结表面，均为擦皮工作表面。圆盘波纹状表面除兼有擦皮功能外，主要用来抛起马铃薯，当马铃薯从加料斗落到旋转圆盘波纹状表面时，因离心力作用被抛至圆筒壁，与圆筒-3-壁粗糙表面摩擦而达到去皮的目的[3]。为了保证正常的工作效果，擦皮机在工作时，不仅要求马铃薯能够被完全抛起，在擦皮室内呈翻滚状态，不断改变与工作构件间的位置关系和方向关系，便于各种物料的不同部位的表面被均匀擦皮，并且要保证马铃薯能被抛至筒壁。因此，必须保持足够高的圆盘转速，根据经验数据，摩擦圆盘线速度Vmax=5.67m/s时，对马铃薯的去皮效果最好，马铃薯果肉损失最少；同时擦皮机内马铃薯不得填充过多，一般选用物料料充填系数为0.50～0.65,依此进行生产能力计算[4]。2.2马铃薯擦皮机的相关计算2.2.1本设计的主要内容：原始参数1）称料名称：马铃薯；2）容重0.8吨/米3；3）间歇生产；4）处理能力200公斤/小时；5）物料粒径80㎜。2.2.2生产能力的校核生产能力436002321HDG……………………………………………………（1）式中，τ1—装料时间（秒），设计中取30秒τ2—擦皮时间（秒），设计中取240秒τ3—卸料时间（秒），设计中取90秒D—圆筒内径（米），假设取0.4米H—圆筒有效高度（米），假设取0.4米ρ—物料的容积密度（接近容重，取200公斤/米3）ψ—圆筒内物料充填系数（一般取0.50～0.65），设计中选0.52则带入数据得小时公斤/20020980052.044.04.0902403036002G（公斤/小时）=209200(公斤/小时)2.2.3擦皮机的主轴转速的理论计算假设马铃薯为球形颗粒，且以单个马铃薯为研究对象，其质量为m，工作时它必须相对工作盘移动。物料在转盘旋转时受力情况如图1所示。-4-A垂直水平图2物料受力分析图Figure2Forcediagramofmaterials设波纹角为，物料的速度为v。当转盘旋转时推动物料A运动，其运动方向垂直于波纹切线。v可分解为V垂直和V水平，CB与转盘平面平行，可以看作是转盘的圆周速度ωR，故RSinV)(sm式中ω为角速度1/s；R为转盘半径（m）)(2smSinRCosRSinVCosxV垂直根据动力学，物料从垂直方向抛起的动能为281212222SinRmmVE垂直垂直)(mN此动能应等于物料抛起后的势能mhg。为了正常运转，抛高h一定要超过物料在圆筒内的厚度，才能使最低层的物料抛起与筒壁进行摩擦，所以用代替h，又因为30n可得gSinRD2)30(81222化简得：22601RSinn)min(r………………………………………………(2)α角一般取3020[3]为了正常运转，仅把物料抛起还不行，还要保证物料能抛向侧壁进行摩擦，抛向侧壁的力靠离心力C900)(22GRnRRmC（N）此离心力应大于波纹对物料的摩擦力T,才能使物料抛向侧壁。-5-GfT（N）f为摩擦系数使CT，则有Rfn302（minr）…………………………………………（3）取物料层厚度δ3004004343H(mm)摩擦系数f为1.1～1.3，设计中取1.1，波纹角20代入（2），（3）得：268)302(2.03.026022601SinRSinn（minr）35.702.01.130302Rfn（minr）擦皮机圆盘的转速应在n1及n1中取最大者，n=268（minr）[4]验算圆盘转速n6042684.014.326042DnV（m/s）=5.61Vmax=5.67(m/s)根据经验数据，摩擦圆盘线速度Vmax=5.67m/s时[5]，对马铃薯的去皮效果最好，马铃薯果肉损失最少。2.2.4擦皮机所消耗的功率的计算马铃薯去皮机所消耗的总功率，可用下式进行粗略估算MnP(W)式中M为转盘转矩(N·m),η为传动效率;fGRM………………………………………………………………（4）R为摩擦臂矩，R=0.4D（D为转盘直径）η=(0.75～0.85),设计中选0.80假设马铃薯为球形颗粒，马铃薯粒径﹤80㎜，设计中取80mm，马铃薯密度ρ=1.0～1.2g/cm3，设计中取ρ=1.1g/cm3则单个马铃薯的体积V1-6-2682814.3342343311dV(cm3)单个马铃薯的质量m18.2941.126811Vm（g）=0.2498(kg)一个圆筒内放入马铃薯的个数为N3752.0268302402222121VDVVN(个)则马铃薯去皮机所消耗的总功率P为：8.042684.04.08.92948.0371.14)4.0(nDfNmgfGRnMnP(W)=6302.5W=6.302(KW)3.传动方案的设计选用3.1电动机的选用3.1.1几种常见电动机的特点Y系列是我国统一设计的一般用途全封闭自扇笼型三相异步电动机，防护等级为IP44。Y系列电动机具有效率高、启动转矩大、噪声低，振动小，可靠性高等特点，适用于不含易燃，易爆或腐蚀性气体的一般场所和无特殊要求的机械，如：金属切削机床、泵，风机、运输机械、农业机械、食品机械等。它的额定电压380V,频率50Hz。YCJ系列齿轮减速电动机由Y系列（IP44）电动机与齿轮减速器耦合而成，齿轮箱与电动机已成为一整体，可直接输出低转速大转矩。适用于矿山、冶金、建材、化工、食品、造纸，农机等行业。它的额定电压380V,频率50Hz。YZR,YZ系列电动机具有较大的过载能力和较高的机械强度，适用于短时或断续运转，频繁启动，制动，有过载及有显著振动与冲击的设备。专用于起重和冶金机械或类似的其他设备。YZR系列为绕线型转子电动机；,YZ系列为笼型转子电动机。它的额定电压380V,频率50Hz。[6]3.1.2电动机容量的选择马铃薯去皮机所需要的功率P=6.302KW,因为设计传动中从电动机到圆筒有一对轴承，一个带传动所以电动机到圆筒的传动总效率为η0=η滚*η带其中，η滚=0.98,η带=0.95η0=η滚*η带=0.98*0.95=0.931P1=P/η0=6.302/0.931=6.77KW-7-3.1.3电动机的选型根据上述对几种常用电动机的分析，综合考虑到马铃薯去皮机属于无特殊要求，配用效率高、启动转矩大、噪声低，振动小的Y系列三相异步电动机就可以了。同一功率的异步电动机有同步转速3000、1500、1000、750r/min等几种可供选择，通常选用同步转速为1500r/min或1000r/min的电动机。根据去皮机所需要的功率P=6.3025kw来选型，由于考虑到电动机功率应当比计算的值大一些，查阅标准表7-2-2[6]，查出有俩个适用的电机型号，因此有下面俩个传动方案。表1电动机选型表Table1MotorSelectionTable普通V带传动比为2～4，链传动的传动比为2～6，齿轮的传动比为3～40，由上表可知，方案1的传动比为5.37，方案2的传动比为3.62，对比方案，为使结构紧凑,且的可以选择的传动方式多一些，综合考虑，选择方案2，所以本设计选用1000r/min的电动机，满载转速为970r/min，查阅标准表7-2-2，选取Y160M-6型电动机。这种电动机的数据如下:表2电动机主要性能参数Table2Motorperformanceparametersofthemaintable型号额定功率kW满载时起动转矩额定转矩起动电流额定电流最大转矩额定转矩转速r/min电流A效率%功率因数Y160M-67.597017860.782.06.52.0表3电动机外形和安装尺寸Table3Motorappearanceandinstallationdimension中心高H(mm)外形尺寸L×(AC/2+AD)悬挂安装尺寸A×B轴伸尺寸E装键部位尺寸F×D×G160605×(330/2+265)254×21011212×42×37方案电动机型号额定功率KW空载转速r/mim满载转速r/mim效率%功率因数传动比i1Y160M-47.515001440870.855.372Y160M-67.51000970860.783.62-8-图3电动机结构简图Figure3Schematicdiagramofmotor3.2传动方案的论证与设计3.2.1传动方案的选择去皮机转速n=268r/min,所选