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塔里木大學(xué)
畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開題報(bào)告
課題名稱 雙齒盤——齒板式
核桃破殼機(jī)的設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
學(xué) 號(hào)
所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院
專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化
班 級(jí) 12-2
指導(dǎo)教師
起止時(shí)間 2011年12月-2012年6月
機(jī)械電氣化工程學(xué)院教務(wù)辦制
1、課題來源及研究的目的和意義
核桃是我國(guó)重要的的經(jīng)濟(jì)作物,不僅對(duì)于農(nóng)村山區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義,而且可以美化環(huán)境,保護(hù)生態(tài)。核桃仁含有豐富的營(yíng)養(yǎng)素,每百克含蛋白質(zhì)15~20克,脂肪60~70克,碳水化合物10克;并含有人體必需的鈣、磷、鐵等多種微量元素和礦物質(zhì),以及胡蘿卜素、核黃素等多種維生素。核桃中所含脂肪的主要成分是亞油酸甘油脂,食后不但不會(huì)使膽固醇升高,還能減少腸道對(duì)膽固醇的吸收,因此,可作為高血壓、動(dòng)脈硬化患者的滋補(bǔ)品。然而這么好的東西卻有一層堅(jiān)硬的外殼包裹著,給人們的食用帶來很大的不便,尤其給機(jī)械化加工帶來很大困擾。這樣人們就想怎樣用機(jī)械快速,方便的使核桃破殼,并且分離出果仁。為了適應(yīng)核桃的機(jī)械化加工。人們就想到了研究核桃破殼機(jī)。核桃破殼取仁是核桃深加工的第一道工序, 而目前市售的核桃仁幾乎全部是手工砸取,勞動(dòng)生產(chǎn)率極其低下,這就迫切需要設(shè)計(jì)生產(chǎn)出能進(jìn)行機(jī)械或半機(jī)械化加工的核桃破殼機(jī), 以提高核桃剝殼取仁的生產(chǎn)效率。
要研究核桃破殼機(jī),首先我得查找有關(guān)核桃破殼機(jī)的文獻(xiàn),找到國(guó)內(nèi)外核桃破殼機(jī)的研究現(xiàn)狀,分析核桃破殼機(jī)的優(yōu)劣,以及存在的問題,然后結(jié)合核桃破殼機(jī)存在的問題找到最佳的解決方法。其次得分析核桃的力學(xué)特性,找到最佳施力的方位。對(duì)核桃的力學(xué)特性進(jìn)行物理建模,確定采用什么樣的力學(xué)方式使核桃破殼。到底是碰撞式,還是擠壓式。還有就是,知道核桃應(yīng)幾點(diǎn)受力,哪幾點(diǎn)受力比較好。最后確定核桃破殼的物理方式,明確研究方案,定下研究院方向。
核桃破殼取仁工藝嚴(yán)重制約著核桃繼續(xù)深加工以及核桃在種植產(chǎn)區(qū)的加工轉(zhuǎn)化。這是一項(xiàng)必須要解決的技術(shù)瓶頸,目前核桃破殼取仁主要由人工完成 ,生產(chǎn)率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、成本高、衛(wèi)生條件差 ,由于敲擊的力度不易控制,破殼時(shí)核桃仁破碎率高 。人工破殼取仁難于滿足生產(chǎn)發(fā)展的要求 ,故研制高效破殼機(jī)已成當(dāng)務(wù)之急。由于雙齒盤齒板相互擠壓的方式集合了四點(diǎn)擠壓與滾動(dòng)擠壓的優(yōu)點(diǎn),破殼后能得到較多的高路仁, 并且核桃殼較碎, 有利于實(shí)現(xiàn)核桃的機(jī)械破殼, 破殼的綜合效果較好。所以有很高的研究?jī)r(jià)值,對(duì)核桃的機(jī)械化破殼,以及機(jī)械化加工具有重大意義。
2、本課題所涉及的問題在國(guó)內(nèi)(外)研究現(xiàn)狀及分析
目前核桃核桃生產(chǎn)國(guó)中最有代表性、生產(chǎn)水平最高、市場(chǎng)占有份額最大的當(dāng)數(shù)美國(guó)。美國(guó)可謂核桃生產(chǎn)上年輕而又強(qiáng)大的王國(guó)。美國(guó)核桃采收的機(jī)械化程度很高,先是噴灑乙烯利(一種果實(shí)催熟藥劑),然后用振落機(jī)采收,再用脫青皮機(jī)脫皮,用清洗機(jī)清洗,用烘干機(jī)烘干、利用冷庫進(jìn)行干燥處理和貯藏。如加工果仁,采用破殼機(jī)破殼,通過氣流分選機(jī)進(jìn)行殼仁分離,然后用分色機(jī)將果仁分為深色和淺色,再分出全仁和碎仁,最后分別稱重包裝銷售。
由于美國(guó)的主栽品種只有強(qiáng)特勒、哈特利、希爾、維納、土萊爾、豪沃迪這 6 個(gè),其品質(zhì)優(yōu)良,規(guī)格劃一,有利于機(jī)械化破殼,因此核桃破殼機(jī)在美國(guó)發(fā)展較早。主要的核桃破殼機(jī)類型有:①Larry H. Hemry 研制的專利號(hào)為 6098530 機(jī)械式核桃破殼機(jī)。該機(jī)的主要結(jié)構(gòu)由機(jī)架、料斗、可調(diào)節(jié)定位板、破碎裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及動(dòng)力所組成。機(jī)械式核桃破殼機(jī)通過調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)定位板和破碎裝置間的間隙能夠適應(yīng)各類堅(jiān)果的破殼。②Kenneth R. Evans 研制的專利號(hào)為 4201126 核桃破殼機(jī)。該機(jī)主要由喂料斗、輸送裝置、破殼裝置和出料口等組成。工作時(shí),由輸送裝置把待破殼的核桃從料箱運(yùn)送到破殼裝置,然后對(duì)其進(jìn)行破殼。③Clarence Lloyd Warmack 和 Barry Shawn Warmack等研制的專利號(hào)為 6516714 核桃破殼機(jī)。該機(jī)主要由機(jī)架、箱體、滾筒、旋轉(zhuǎn)破殼裝置和出料口等組成。該機(jī)可以成功有效地?fù)舸蚝颂覍⑵錃と史蛛x。④John W. Brazil 發(fā)明的專利號(hào)為 4255855 核桃鉗。該鉗由把手、可調(diào)柱塞、夾頭、底座和固定套等組成。使用時(shí),將核桃放置在底座上,然后通過操縱把手推動(dòng)可調(diào)柱塞在固定套內(nèi)滑動(dòng),可調(diào)柱塞伸出從而使夾頭將核桃推到剛性砧底座上把核桃夾緊并破殼。⑤Michael P. Filice,Robert Lemos 和 Robert P.Baker 等研制的專利號(hào)為 5325769 核桃破殼機(jī)。該機(jī)主要由機(jī)架、喂料斗、輸送裝置、擊打裝置和傳動(dòng)裝置等組成。工作時(shí),料箱中的核桃由輸送裝置逐一運(yùn)送到擊打裝置,然后由凸輪控制擊打打頭將核桃殼打破使其殼仁分離。
由于核桃品種繁雜,尺寸差異較大、形狀不規(guī)則、殼仁間隙小,所以校桃的破殼取仁難度較大。破殼后還需進(jìn)行殼仁分離。鑒于殼仁密度相差不大(約為o.049/em’),加之碎殼、碎仁上有許多毛刺,所以殼仁分離也有相當(dāng)難度。解決以上難題的方法就是將破殼取仁分解為分緩、導(dǎo)向、擠壓破殼(多點(diǎn))、殼仁分離四部分,逐一加以解決。
目前國(guó)內(nèi)核桃破殼取仁有以下幾種方法:①離心碰撞式破殼法②化學(xué)腐蝕法③真空破殼取仁法④超聲波破殼法⑤定間隙擠壓破殼法。第一種方法,碎仁太多,所以應(yīng)用很少;第二種方法,由于在實(shí)際操作中不好控制,仁易受到腐蝕,處理不好還會(huì)造成環(huán)境的污染,因此人們不愿接受;第三、四種方法,設(shè)備昂貴,破殼成本高,且破殼效果不夠理想;只有第五種方法值得探索。國(guó)內(nèi)外研制的機(jī)械擠壓式核桃破殼機(jī)有多種,實(shí)現(xiàn)核桃破殼的結(jié)構(gòu)主要有:雙齒盤齒板式、對(duì)輥窩眼式、內(nèi)磨與外磨式、圓盤與圓盤式、圓盤與偏心弧板式、圓盤與直板式。
對(duì)輥窩眼式能對(duì)大小不同的核桃進(jìn)行定距離擠壓。因此,根好地滿足了擠壓要求。同時(shí)擠壓時(shí)用窩眼抓取核桃,抓取可靠.核桃擠壓時(shí)不易竄動(dòng)。能進(jìn)行可靠的擠壓。為了便于核桃食品加工時(shí)的入味或使核桃易于剝食,該裝置能在核桃外殼上擠壓出多條裂紋。雖然這種破殼裝置在一定程度上減輕了手工剝殼的勞動(dòng)強(qiáng)度,但還需進(jìn)行手工剝殼,因此不利于機(jī)械化規(guī)模生產(chǎn)。雙齒盤齒板式很好地滿足了“四點(diǎn)加壓”原理,而且實(shí)現(xiàn)了核桃的滾動(dòng)擠壓,因此破裂效果好、碎仁率低。該裝置破殼取仁的性能指標(biāo)如下:最大生產(chǎn)辜為180kg/th,破殼率在90%以上。高路仁率為70%~90%,其中一路仁率為30%一40%。有利于實(shí)現(xiàn)核桃破殼的規(guī)模化生產(chǎn),可以有效提高核桃破殼的生產(chǎn)率。其原理都是利用擠壓破殼間距與核桃外形尺寸形成間距差,通過間距差使核桃殼破裂。通過分析得知目前研究的核桃破殼機(jī)結(jié)構(gòu)在控制間距差方面均不理想,因而破殼取仁效果較差。其中只有雙齒盤齒板式集合了四點(diǎn)擠壓與滾動(dòng)擠壓的優(yōu)點(diǎn),間距差的控制也比較方便。
3、對(duì)課題所涉及的任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析
本課題所涉及的任務(wù)比較繁重,但是我們處在一個(gè)資源豐富的環(huán)境中,而且有老師和同學(xué)的幫助。由于核桃破殼機(jī)械,在國(guó)內(nèi)外的研究起步較晚,因此技術(shù)還不是很成熟,同時(shí)相關(guān)的學(xué)術(shù)報(bào)告也不是很豐富,因此我們應(yīng)該通過多種途徑試探性的研究設(shè)計(jì),從不同的方向去設(shè)計(jì)構(gòu)思核桃破殼機(jī)械。查找相關(guān)文獻(xiàn),進(jìn)行力學(xué)分析,數(shù)學(xué)建模。畫出結(jié)構(gòu)草圖,熟悉計(jì)算機(jī)制圖,畫出裝配圖。
由于本課題采用的力學(xué)原理是利用擠壓方式使核桃破裂,所以對(duì)擠壓力要控制到恰到好處。其次,它的機(jī)械原理是利用擠壓破殼間距與核桃外形尺寸形成間距差,并且通過間距差使核桃殼破裂。所以對(duì)于間距差的控制也要反復(fù)實(shí)驗(yàn)以達(dá)到最優(yōu)效果。由于該課題可以滿足核桃的四點(diǎn)擠壓,以及滾動(dòng)擠壓,因此破裂效果好、碎仁率低,破殼率在90﹪以上。只要將間距差控制到合理的范圍,那么此課題就可以滿足預(yù)期的目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)其破殼率高,碎仁率低的優(yōu)點(diǎn)。所以本課題的任務(wù)是可以實(shí)現(xiàn)的,具有很好的可行性,而且所很有研究?jī)r(jià)值,有利于提高核桃機(jī)械破殼的生產(chǎn)率。
4、本課題需要重點(diǎn)研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路;
(1)核桃破殼機(jī)的力學(xué)原理莫過于擠壓、打砸了。但要做到使核桃殼破碎,脫落,而且不傷果仁,不使果仁粉碎,就需要將外力控制到恰倒好處,因此本課題的關(guān)鍵是怎樣將擠壓力控制好。并且使核桃實(shí)現(xiàn)完美的四點(diǎn)擠壓。概括總結(jié)出該機(jī)器的工作原理,根據(jù)工作原理,看需要什么機(jī)構(gòu),幾個(gè)機(jī)構(gòu);什么裝置,幾個(gè)裝置,不能重復(fù),也不能缺少。且要實(shí)驗(yàn)出合理的間距差。從而達(dá)到破殼率高,不傷果仁的效果。
(2)傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì) 本課題關(guān)鍵是怎樣使擠壓力控制的恰到好處,并且使核桃實(shí)現(xiàn)完美的四點(diǎn)擠壓,而且要實(shí)驗(yàn)出合理的間距差。從而達(dá)到破殼率高,不傷果仁的效果。而且使核桃殼較碎,利于實(shí)現(xiàn)殼仁分離。解決這些問題,首先我們要利用身邊的資源,廣泛的查找文獻(xiàn),閱讀參考資料。進(jìn)行數(shù)學(xué)建模,力學(xué)分析,并且反復(fù)試驗(yàn)。以達(dá)到最佳的所設(shè)計(jì)的方案。所設(shè)計(jì)的方案必須要滿足核桃破殼機(jī)的各項(xiàng)工作性能要求。
(3)關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì) 關(guān)鍵零部件直接影響著機(jī)器的性能,在設(shè)計(jì)的時(shí)候必須要結(jié)構(gòu)合理。所選的零件必須要經(jīng)過充分的試驗(yàn)研究,每個(gè)零件結(jié)構(gòu)參數(shù)必須準(zhǔn)確
5、完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法
完成本課題需要相關(guān)的二維和三維制圖軟件,學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的電腦里面裝有這些軟件,可通過老師向?qū)W校借用。由于核桃品種繁雜 ,形狀不規(guī)則、 尺寸差異較大、殼仁間隙小、 殼完全破裂所要求的變形量大于殼仁間隙, 所以破殼取仁難度較大。 核桃仁與殼之間的空隙大 ,仁殼結(jié)合松懈 ,易剝殼分離 ,所以盡量選擇殼薄的核桃,這樣易于破出更多的整仁或半仁。核桃飽滿程度和均勻度對(duì)剝殼效果也會(huì)產(chǎn)生影響, 核桃粒度不均勻 ,剝殼設(shè)備最佳操作條件的確定困難, 使剝殼效率和粉末度無法達(dá)到最佳的平衡, 剝殼效果下降 。為提高剝殼效果, 可采取循環(huán)剝殼和二次剝殼的工藝 ,當(dāng)粒度相差大時(shí) ,最好采取分級(jí)剝殼, 才能達(dá)到好的工藝效果。核桃水分含量對(duì)外殼的強(qiáng)度 、彈性和塑性以及仁的粉碎度都有直接影響。
核桃的濕度要適中,一般情況下 ,核桃含水量越低 ,其外殼越脆, 剝殼時(shí)易破殼,但剝殼后混合物的粉末度增加。反之, 外殼的韌性好, 剝殼時(shí)的破殼率低 ,但剝殼后的整仁率提高。 在核桃剝殼時(shí)應(yīng)保持最適當(dāng)?shù)乃趾?,使外殼和仁具有最大彈性變形和塑性變形的差異,這樣一方面使外殼含水量低到使其具有最大的脆性更易破碎剝殼,另一方面又不致于使仁在機(jī)械外力作用下粉末度太大。因此,控制核桃剝殼時(shí)的最佳水分含量,對(duì)提高剝殼效率和減少粉末度都十分重要。試驗(yàn)結(jié)果證明,核桃濕度 15%左右破殼較為合適。
為了提高核桃的生產(chǎn)效率,應(yīng)該選擇合適的擠壓間隙,擠壓間隙過小,會(huì)造成過高的碎仁率,反之則會(huì)漏破或破殼不充分,要選擇合適的破殼姿態(tài)。要對(duì)核桃的大小進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆旨?jí),核桃直徑應(yīng)服從正態(tài)分布 。再次,要使核桃順利的進(jìn)入擠壓間隙,這取決于破殼間隙大小以及與核桃接觸的情況,要使核桃擠壓破殼,核桃首先必須被夾住,然后卷入齒盤與齒板間的間隙,被擠壓破殼。
6.完成本課題的工作方案及進(jìn)度計(jì)劃
第一周——第三周 明確任務(wù),對(duì)資料收集整理和研究,要充分的利用身邊的各種資源,如:網(wǎng)絡(luò)文獻(xiàn)、我校的圖書館中的于此設(shè)計(jì)相關(guān)的藏書、我校的數(shù)字圖書庫等。在這里面收集大量的相關(guān)文獻(xiàn)。仔細(xì)閱讀,尋找相關(guān)的知識(shí),希望能從尋找和學(xué)習(xí)的過程中有所啟發(fā)。了解核桃破殼機(jī)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀,撰寫開題報(bào)告。
第四周——第五周 對(duì)所做課題進(jìn)行力學(xué)分析研究,進(jìn)行必要的數(shù)學(xué)建模。在遇到不懂得問題時(shí),要積極聯(lián)系指導(dǎo)老師,虛心向指導(dǎo)老師求教,設(shè)計(jì)核桃破殼機(jī)的總體方案。
第六周——第九周 重新熟悉已經(jīng)學(xué)習(xí)過的相關(guān)作圖軟件,并且繪制草圖。做些主要部件的校核計(jì)算,爭(zhēng)取盡早的完成設(shè)計(jì)。對(duì)核桃破殼機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)
第十周——第十二周 撰寫設(shè)計(jì)說明,對(duì)部分問題進(jìn)行修改,交指導(dǎo)老師并聽取修改意見,進(jìn)一步完善。
第十三周——第十四周 整理資料,撰寫畢業(yè)論文,準(zhǔn)備答辯。
7.參考文獻(xiàn)
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