農(nóng)副產(chǎn)品加工機(jī)械設(shè)計(jì)

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10、klzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnmqwertyuiopasdfghjklzxcvbnm農(nóng)副產(chǎn)品加工機(jī)械設(shè)計(jì)課程論文2015/12/28趙宇芋頭去皮機(jī)的研制摘 要：文中介紹了果蔬去皮的基本要求和各種方法，其中塊根類果蔬去皮常用立式離心方式磨削法。由于芋

11、頭皮厚多皺去皮難度大，通過分析采用臥式離心摩擦技術(shù)對(duì)其進(jìn)行去皮，并設(shè)計(jì)六角形滾筒、計(jì)算摩擦去皮工作參數(shù)、選用合理的電機(jī)驅(qū)動(dòng)；樣機(jī)研制后測(cè)試表明，所研制的樣機(jī)一次去除率超過 90%以上，能很好地滿足各種水果、塊根、塊莖類果蔬的自動(dòng)去皮需求。關(guān)鍵詞：芋頭；去皮機(jī)；離心；滾筒中圖分類號(hào)：S226.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-4801(2013)03-006-03水果和塊根、塊莖類蔬菜在加工成食品之前大多需要去除表皮。果蔬去皮的基本要求是去皮完全、徹底，原料損耗少1。目前果蔬加工中常用的去皮方法有機(jī)械法和化學(xué)法。按去皮原理不同機(jī)械法又分為刀削去皮、磨削去皮和摩擦去皮三種。磨削去皮是利用覆有

12、磨料的工作面除去表面皮層，所得碎皮細(xì)小，便于用水或氣流清除，但去皮后表面較粗糙，適用于質(zhì)地堅(jiān)硬、皮薄、外形整齊的果蔬。如胡蘿卜、馬鈴薯等塊根類蔬菜原料2以及芒果3都采用離心擦皮機(jī)進(jìn)行磨削去皮。這些離心擦皮機(jī)都是立式離心機(jī)。芋頭是多年生塊莖植物，植株基部形成短縮莖，逐漸累積養(yǎng)分肥大成肉質(zhì)球莖，稱為“芋頭”或“母芋”，有球形、卵形、橢圓形或塊狀等。芋頭皮厚且多皺褶，不易去除，生芋汁易引起局部皮膚過敏讓皮膚奇癢難忍，所以芋頭去皮無論手工還是機(jī)械都比較困難， 芋頭去皮機(jī)未見有論文、論著報(bào)道。本文利用臥式離心機(jī)來去除芋頭的表皮。1 摩擦去皮過程分析本文介紹的芋頭去皮機(jī)是利用滾筒式臥式離心機(jī)的滾筒裝盛半筒

13、的芋頭和磨塊，滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)芋頭和磨塊繞著滾筒軸心轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)由于芋頭和磨塊質(zhì)量、形狀及所處位置不同，相互間形成了沒有相對(duì)固定位置的強(qiáng)制流動(dòng)狀態(tài)。在復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)作用下，游離狀態(tài)的磨塊與芋頭始終以一定的壓力進(jìn)行碰撞、摩擦。在離心力、重力和摩擦力的共同作用下，讓芋頭表皮與磨塊及滾筒的粗糙內(nèi)表面、滾筒軸的粗糙外表面摩擦，使芋頭表皮磨損脫落以達(dá)到芋頭去皮的目的。根據(jù)離心力4公式：作用在旋轉(zhuǎn)體質(zhì)點(diǎn)上的離心力與質(zhì)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)半徑成正比，與速度的平方成正比。gn rgrF mw 2r r w 2 p )2 r30= = = ( (1)式中： F 離心力，N；m 旋轉(zhuǎn)體質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量，kg；w 旋轉(zhuǎn)體旋轉(zhuǎn)的角速度，rad

14、/s；r 旋轉(zhuǎn)體質(zhì)點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)半徑，m；n 滾筒的轉(zhuǎn)速，r/min；r 旋轉(zhuǎn)體的密度，kg/m 3 ；g 重力加速度，9.81m/s2。旋轉(zhuǎn)時(shí)質(zhì)點(diǎn)得到的離心力與正常重力 W 之比稱為重力系數(shù) G。n rnrgmgm rFWG 2 22) 0.00111830= = w = (p = (2)由于芋頭與磨塊的密度不同，所以同一旋轉(zhuǎn)半徑處的芋頭與磨塊所受的離心力也就不同，內(nèi)圈芋頭與磨塊向外移動(dòng)的加速度就不同，以致向外移動(dòng)的速度不同， 導(dǎo)致相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生相互摩擦。當(dāng)滾筒停止轉(zhuǎn)動(dòng)，按體積比 1:1 混合裝入芋頭和磨塊到滾筒空間的一半時(shí)，由于重力作用，混料都沉在水平滾筒的下半部。待滾筒以轉(zhuǎn)速 n轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，游離狀態(tài)

15、的物料受力如圖 1 所示。其質(zhì)點(diǎn)垂直方向的受力為：FG滾筒內(nèi)表面FWr n圖 1 滾筒內(nèi)隨滾筒以轉(zhuǎn)速 n 轉(zhuǎn)動(dòng)的游離物體受力圖從公式(3)可以看出，當(dāng)物料處于滾筒的下半部時(shí)，q = p 2p ， sin = -1 0 ,Fv 為負(fù)值，即垂直方向的受力向下，使物料依然沉在水平滾筒的 下 半 部 ； 當(dāng) 物 料 處 于 滾 筒 的 上 半 部 時(shí) ，q =0p ， sin = 0 1， sin sin 1vF G F F FG G-= - = ，只要 Gsin <1，即 G(0 1) < 1，亦即 G < 1，F(xiàn)v 就為負(fù)值，垂直方向的受力向下，使游離物料往下掉落。而從公式(4)

16、可以看出垂直方向的受力始終向外， 也就是使物料向滾筒的筒壁方向水平移動(dòng)。所以重力系數(shù) G 小于 1 時(shí)可以保證半滾筒的混料始終在滾筒內(nèi)翻滾攪動(dòng)，以達(dá)到相互摩擦磨掉芋頭表皮的目的。2 去皮機(jī)樣機(jī)研制2.1 樣機(jī)滾筒設(shè)計(jì)鉸支門圖 2 去皮機(jī)樣機(jī)滾筒為了制造方便，本文采用六角形滾筒，如圖 2所示。滾筒外六角的內(nèi)切圓直徑為390 mm，外接圓直徑為 450 33cos30390= .°f (半徑為 225.17)mm，長(zhǎng)度 480 mm。為了快速方便地裝卸物料，六角形滾筒的一邊筒壁做成鉸支門，在相應(yīng)的另一邊筒壁焊接活扣以扣住帶彎鉤的鉸支門。滾筒的內(nèi)表面、滾筒軸的外表面分布一些加強(qiáng)筋，既增強(qiáng)剛

17、性又增加撞擊芋頭表面的機(jī)會(huì)。2.2 驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選用為 了 使 重 力 系 數(shù) G = 0.001118n 2r < 1 ，以 最 大 半 徑 0 . 2 2 5 1 7 m 來 說 ， n2 要 小 于3972.40.001118 0.225171=´， 即n 要小于 63 r/min。啟動(dòng)時(shí)為了克服慣性使?jié)L筒達(dá)到設(shè)定的轉(zhuǎn)速，所需的功率最大，電動(dòng)機(jī)功率應(yīng)按啟動(dòng)功率計(jì)算5，即：hktm D nP i )366000(2max2= å max (5)式中：P電動(dòng)機(jī)功率，kW；)366000(2max2å maxtm D ni各轉(zhuǎn)動(dòng)件啟動(dòng)時(shí)所需功率總和， kW；

18、mi某一轉(zhuǎn)動(dòng)件(例如滾筒、帶輪等)的質(zhì)量，kg；Dmax某一轉(zhuǎn)動(dòng)件的最大直徑，m；nmax某一轉(zhuǎn)動(dòng)件在啟動(dòng)后的最大轉(zhuǎn)速，r/min；t 啟動(dòng)時(shí)間，s。一般取 t = 4 8 s；k 安全系數(shù)，一般取 k = 1.1 1.3 ；h 傳動(dòng)效率系數(shù)，一般取h = 0.7 0.8 。為了簡(jiǎn)化計(jì)算、保證安全，本文把滾筒看作390 mm 的實(shí)心體，其質(zhì)量：m V = = r2D4p Lr= ´ ´ ´ ´ = 7.85 1000 0.39 0.48/ 4 450 p 2 kg, 取 滾 筒最大轉(zhuǎn)速 nmax =100 r/min，則啟動(dòng)滾筒所需功率：450 0.39

19、 100 (1.11.3) 2 20.321 0.868P gt = = 366000 (4 8) (0.7 0.8) ´ ´ ´ ´ ´ (kW)考慮到其它轉(zhuǎn)動(dòng)件啟動(dòng)所需功率以及安全系數(shù)，本文選用 Y112M-4 電動(dòng)機(jī)，其功率為 4 kW，電壓為380 V 普通工業(yè)用電壓， 轉(zhuǎn)速為 1 450 r/min，配 ABB 公司生產(chǎn)的 ACS510-01-09A4-4 型變頻器進(jìn)行調(diào)速。2.3 芋頭去皮機(jī)總裝選用速比 i 為 10.35 的 JZQ250-1Z 型減速機(jī)進(jìn)行減速，電動(dòng)機(jī)與減速機(jī)之間用 3 根皮帶傳動(dòng)，電動(dòng)機(jī)軸配節(jié)圓直徑 140 的

20、帶輪，減速機(jī)高速軸配節(jié)圓直徑 200 的帶輪，兩軸中心距 377，減速機(jī)低速軸與滾筒軸用3 加工試驗(yàn)本文初步試驗(yàn)采用小號(hào)石子作為磨塊，將芋頭和磨塊按體積比 1:1 混合成混料，裝入到滾筒空間的一半，開啟變頻器帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，把電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)?0 調(diào)高到 887 r/min，以使?jié)L筒轉(zhuǎn)速保持在 60 r/min，經(jīng)過 1 h 的滾磨加工，停機(jī)取出芋頭，發(fā)現(xiàn)有的芋頭已經(jīng)全部去皮，有的殘留一些表皮，但是總的去皮率達(dá)到 90%以上。4 結(jié)論本文所研制的樣機(jī)只是初始的，所做試驗(yàn)也是初步的，但是已經(jīng)取得比較理想的使用效果，下一步可以研制大型號(hào)的滾筒，采用不銹鋼小方塊或者砂輪塊等其它磨塊進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比，以找出最

21、佳的磨塊和較適合的滾筒尺寸，從而達(dá)到最好參考文獻(xiàn)：1 崔建云.食品機(jī)械M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.2 王振鐸.摩擦去皮機(jī)的研制J.山西食品工業(yè),1999(1):28-30.3 張燕,羅林輝,廖宇蘭.芒果去皮機(jī)的設(shè)計(jì)及其控制研究J.農(nóng)機(jī)化研究,2012(6):97-100.4 劉慶星.離心鑄管M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1994.5 張伯明.離心鑄造M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.6機(jī)修手冊(cè)第一篇修訂小組.機(jī)修手冊(cè)第一篇第九冊(cè)聯(lián)軸器M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社7   果蔬脆片J. 技術(shù)與市場(chǎng). 2001(08) 8 李冀新,張文育,羅小玲,鄭剛,劉婭,葉志軍,林向東.  果蔬脆片油炸過程的觀察和設(shè)備的改進(jìn)J. 食品科學(xué). 1999(08) 9   果蔬脆片的生產(chǎn)J. 農(nóng)牧產(chǎn)品開發(fā). 1997(06) 10 王建中.  果蔬脆片生產(chǎn)中速凍工藝的研究J. 冷飲與