【文章內(nèi)容簡介】 棱 徑 尺寸 /mm 1 28 2 3 4 5 6 7 8 9 32 10 11 41 12 13 14 32 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 38 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 9 從上表 22 中可以看出，此種核桃的三維尺寸近似球形，近似程度用球度表示，球度 Q 等于近似球體直徑除以最大直徑，其公式為： Q=(ABC)1/3/A，其中A、 B、 C 分別為長軸尺寸、短軸尺寸和棱徑尺寸，即該品種核桃的近似球體直徑平均值為 。 核桃的受力分析 核桃的形狀是不規(guī)則體，在各個方向上的受力是不一樣的，見表 23漾濞白皮大麻權(quán)核桃的各方向上的受力平均值。 表 23 漾濞白皮大麻權(quán)核桃各方向上的受力平均值 [10] 40 41 42 43 44 45 46 38 47 34 48 30 27 49 50 總和 平均值 受力方向 長軸 短軸 棱徑 平均壓力 /N 第三章 核桃破殼機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10 第三章 核桃破殼機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 核桃破殼機(jī)械的研究重點(diǎn) 現(xiàn)階段，隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，核桃產(chǎn)業(yè)逐年遞增，相應(yīng)的破殼機(jī)械種類也有很多，特別是國外的技術(shù)已經(jīng)很先進(jìn)，在破殼流程中幾乎不用人工的參與，但國內(nèi)的破殼機(jī)械還存在一系列的問題，為了使破殼機(jī)械在生產(chǎn)中發(fā)揮高效率作用，需要對各個破殼機(jī)械裝置進(jìn)行比較，進(jìn)行完善其功能?，F(xiàn)階段我國核桃破殼機(jī)械的研究重點(diǎn)是 [11]： (1)提高機(jī)械的兼容性和適應(yīng)性。當(dāng)前，相當(dāng)多的核桃破殼機(jī)械設(shè)計(jì)有局限 性，它們只能應(yīng)用在具有特定的地區(qū)生長環(huán)境的某類核桃中，其兼容性和適應(yīng)性較差。提高機(jī)械的通用性和適應(yīng)性，通過變換核桃破殼機(jī)械的主要部件達(dá)到同時具備對其他帶殼堅(jiān)果進(jìn)行脫殼加工的功能已成為核桃破殼機(jī)械發(fā)展的一個趨勢和新的挑戰(zhàn)，如何研制出滿足兼容性和適應(yīng)性的要求的工作部件，改進(jìn)技術(shù)工藝，提高生產(chǎn)效率，給核桃破殼機(jī)械作業(yè)的發(fā)展提出了新的難題。 (2)提高機(jī)械脫殼率，降低破損率。核桃機(jī)械破殼存在的破碎率高、整仁率 低的問題是一直制約核桃實(shí)現(xiàn)機(jī)械 化生產(chǎn)加工的重要問題，對我國核桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展造成了一定影響。處理好這一關(guān)鍵技術(shù)將關(guān)系到核桃破殼機(jī)械在未來的發(fā)展和應(yīng)用。一方面，提高核桃破殼機(jī)械的核心技術(shù)，改進(jìn)工作部件，改革傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，研發(fā)新的脫殼機(jī)理，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；另一方面，進(jìn)一步改進(jìn)和完善整體配置，提高脫殼率，降低核桃仁破損率。 (3)提高機(jī)械自動化，加強(qiáng)自動控制。目前，多數(shù)機(jī)械仍脫離不了人工喂料 和人工定位，一定程度上降低了生產(chǎn)作業(yè)速度和質(zhì)量，增加了生產(chǎn)成本。為此， 需要研發(fā)以一種新的人工智能系統(tǒng)，通過機(jī)電一體化的手段使脫皮殼機(jī)械設(shè)備自動喂料、自動定位。并 且保證喂料的均勻和定位的有效性，實(shí)現(xiàn)自動化操作，進(jìn)一步提高作業(yè)的速度和質(zhì)量，提高科學(xué)性和精確度，滿足脫殼機(jī)械的發(fā)展要求，不斷拓寬國內(nèi)外市場，改變現(xiàn)有的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)。 (4)提高技術(shù)、改進(jìn)工藝、增加新材料。在這個科技飛速發(fā)展的時代，伴隨 著電子技術(shù)、數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，核桃剝殼機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、材料笨重、工藝落后等問題將被淘汰，隨之而來的是簡單的操作流程、較小的阻力、較長的使用 11 壽命、較少的勞動力、輕便的材料等等，類似的高新技術(shù)將會被應(yīng)用到實(shí)際的生產(chǎn)中，這也是核桃脫殼機(jī)械在未來發(fā)展中應(yīng)重點(diǎn)研發(fā)的主要課題。 設(shè)計(jì)思 路來源 思路來源于 CCTV10《我愛發(fā)明》，主題為《破殼利器》的節(jié)目，破殼利器原理圖如圖 31。他的的設(shè)計(jì)主要的破殼對象是單一山核桃種群。山核桃的個頭大體一致，在破殼之前不需要分級。但我們國家的核桃種類很多，提別是雜果，他們的個頭三維尺寸差距很大，所以基于破殼對象的局限性，現(xiàn)在設(shè)計(jì)出一種能破核桃尺寸差異大的破殼裝置。 圖 31 破殼利器原理圖 設(shè)計(jì)要求 目前核桃破殼機(jī)械裝置存在較大的地域差異性，在不同的地方產(chǎn)不同種類的核桃，即大小不一，這樣就造成了核桃破殼機(jī)械的局限性?，F(xiàn)設(shè)計(jì)的新型核桃破殼機(jī) 械要能改善地域的差異性，能破多種品種的核桃；分級裝置的改進(jìn)，能使生產(chǎn)效率提高和降低碎仁率；調(diào)節(jié)裝置的改進(jìn)，可以針對不同品種的核桃。 核桃破殼裝置具體技術(shù)要求如下： （ 1） 破殼對象：云南漾濞的白皮大麻權(quán)、大姚的白皮 103 果和一種皮的厚第三章 核桃破殼機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12 度很大的雜果； （ 2）核桃尺寸：云南大多的核桃的三圍尺寸都在 27~38 之間，其數(shù)量占總量的 95%左右，其中漾濞白皮大麻權(quán)近似球體直徑平均值為 ； （ 3）凸輪轉(zhuǎn)數(shù)： 165 轉(zhuǎn) /分鐘； （ 4） 破殼能力 ： 39600 個 /小時（ 450 公斤以上）； （ 5）裝置大?。?長、寬、高分別為 1193mm、 左右 、 1390mm 左右（核桃的大小不一樣，改變調(diào)節(jié)裝置的位置之后，總體的尺寸會變化，但變化不大，大致變化在 1~20mm之間）。 本設(shè)計(jì) 主要通過以下幾個方面來完成： （ 1） 核桃分級裝置設(shè)計(jì) ； （ 2）導(dǎo)向裝置設(shè)計(jì)； （ 3） 撞擊頭和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ； （ 4） 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì)； （ 5）傳動軸的設(shè)計(jì)和固定； （ 6）帶輪、凸輪的選擇和設(shè)計(jì)； （ 7）機(jī)架設(shè)計(jì)； （ 8）減速機(jī) 構(gòu)和原動力的選擇。 核桃破殼機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的核桃破殼機(jī)組成部分包括：分級裝置、導(dǎo)向裝置、破殼裝置、減速裝置、傳動裝置和調(diào)節(jié)裝置等裝置構(gòu)成。其核心裝置為分級裝置、導(dǎo)向裝置和破殼裝置。工作時依靠核桃自身的重力自上而下形成了一個系統(tǒng)作業(yè)的流水線；核桃經(jīng)過分級裝置后被分為兩個級，在經(jīng)導(dǎo)向裝置后，把核桃送到破殼裝置處；破殼是利用壓縮彈簧的力來實(shí)現(xiàn)的。破殼裝置設(shè)計(jì)為一次只對一個核桃破殼，這樣可以大大提高全仁率。撞擊頭和執(zhí)行部件的距離可調(diào)的設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)對不同尺寸大小核桃的破殼。 彈簧的設(shè)計(jì)及計(jì)算 彈簧是一種彈性元件，它可以承載作用力產(chǎn)生較大的彈性變形，彈簧在各種接卸中應(yīng)用都非常廣泛。按照所承載的載荷的不同，彈簧可分為拉伸彈簧、壓縮彈簧，扭轉(zhuǎn)彈簧和彎曲彈簧等 4 種；按照彈簧的形狀不同，又可分為螺旋彈簧、環(huán)形彈簧、蝶形彈簧、板簧和平面渦卷彈簧等。螺旋彈簧用彈簧絲卷制而成，由于制造簡單，成本低，另外在本機(jī)構(gòu)中所使用的彈簧是起到復(fù)位的作用，所以選用圓柱螺旋壓縮彈簧 [12]。 13 根據(jù)實(shí)際用途和使用環(huán)境，結(jié)合表 162[12] 所選用的彈簧材料為碳素彈簧鋼絲 B級， Ⅲ 類彈簧許用應(yīng)力為 [? ]? BMPa。 2． 計(jì)算曲度系數(shù) K K≈ CCC 14 ??? （ 31） C— 旋繞比值 C值通常取 58，在這里取 ，代入式（ 31）： K≈ 23 ???? 3． 根據(jù)安裝控件初設(shè)彈簧中徑 D=16mm，根據(jù) C=dD ，得到彈簧鋼絲直徑d= mmCD ?? ，由表 163[13]暫選 ? B=1570MPa，根據(jù)表 162[13]可知許用應(yīng)力 [? ]=? B==785MPa。 4．?dāng)M設(shè)彈簧最大工作載荷 Fmax=255N， 根據(jù) d`? ] [max?KCF=785 **255=，查表改取 d=，由表 163[4]， ? B=1370MPa，故 [? ]=? B==685MPa，取 D=16mm，C= ? ，計(jì)算的 K=， 于是 d`? ] [max?KCF=685 XX= 上值和估算接近，取彈簧鋼絲標(biāo)準(zhǔn)直徑為 ，此時 D=16mm，所以外徑D2=D+d=16+=，內(nèi)徑 D1=Dd=，因?yàn)閴嚎s彈簧長細(xì)比 b 在 之間取值，這里取 5。 根據(jù) b= DH0 得到， H0=5x16=80mm，經(jīng)過查表符合 GB/T 13581993。 5．工作圈數(shù)的計(jì)算 第三章 核桃破殼機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14 對于壓縮彈簧 n=max3max8 ?CFGd （ 32） G— 彈簧材料的切變模量，根據(jù)表 162[13]選的 G=83000G/MPa d— 彈簧絲直徑， d= 設(shè)最大變形量 max? =50mm 代入式（ 32）得到 n= 46x2 55x8 30 003 ?? 6. 自由高度 H0 由表 165[13] 選擇彈簧自由長度為 130mm，彈簧的二維示意簡圖見圖 313，三維示意簡圖簡圖 314。 圖 32 二維 復(fù)位彈簧示意簡圖 圖 33 三維復(fù)位彈簧示意簡圖 電機(jī)的選擇 15 1．選擇電動機(jī)的類型 一般破殼場所灰塵很大，電動機(jī)應(yīng)該選擇具有防止灰塵或其他 雜物侵入的。Y系列三相交流電動機(jī)是按照電工委（ IEC）標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的，安裝尺寸和功率等級符合國際標(biāo)準(zhǔn)（ IEC），具有國際互換性的特點(diǎn)， Y 系列三相交流異步電動機(jī)具有高效、節(jié)能、噪聲小、振動小、運(yùn)動安全可靠的特點(diǎn)，適合無特殊要求的機(jī)械，如機(jī)床、鼓風(fēng)機(jī)、傳輸機(jī)等小型設(shè)備中。另外三相交流異步電動機(jī)還有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、維護(hù)方便、價格便宜等優(yōu)點(diǎn)，在此設(shè)計(jì)中，工作環(huán)境等一系列條件沒特殊要求，所以在此系統(tǒng)中的電動機(jī)類型選擇為： Y 系列三相交流異步電動機(jī)。 2． 電機(jī)型號的選擇 根據(jù)前面的主軸設(shè)計(jì)要求，電機(jī)的選擇型號如下表 31[13]所示 ： 表 31型號電動機(jī)的技術(shù)參數(shù) 型號 額定功率 滿載轉(zhuǎn)速 同步轉(zhuǎn)速 效率 最大轉(zhuǎn)矩 重量 Y90L6 910 750r/min % 25kg Y90L6型電動機(jī)的機(jī)座號為 160M，安裝尺寸如下表 ： 表 32 電動機(jī)安裝尺寸及外形尺寸 機(jī)座號 D F G E B C A L AC AB HD 180L 48 14 42.5 110 241 121 279 285 165 165 170 減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 1． 減速器的選擇 電機(jī)同步轉(zhuǎn)速 為 750r/min，減速器輸出轉(zhuǎn)速為 165r/min,即電機(jī)與帶輪的第三章 核桃破殼機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16 傳動比為 ，根據(jù)表 181[12]，減速器選擇單級齒輪減速器。根據(jù)國標(biāo) JBT 8853