经济型山楂去核机设计毕业论文

经济型山楂去核机设计毕业论文
目录
摘要.............................................................................. - 2 - ABSTRACT.......................................................................... - 3 - 第一章概述..................................................................... - 5 -
1.1 山楂去核机的分类及特点.................................................... - 5 -
1.2 国山楂去核机的发展现状.................................................... - 7 -
1.3 国外山楂去核机的发展现状.................................................. - 8 -
1.4课题的研究容............................................................... - 9 - 第二章经济型山楂去核机方案设计................................................. - 10 -
2.1山楂去核机的设计要求...................................................... - 10 -
2.2山楂去核机方案对比........................................................ - 10 -
2.3山楂去核机原理分析........................................................ - 12 -
2.4山楂核残留、冲偏和冲烂的解决方案.......................................... - 13 -
2.5本章小结.................................................................. - 14 - 第三章经济型山楂去核机选型计算................................................. - 15 -
3.1负载参数确定.............................................................. - 15 -
3.2减速器、电机的选型计算.................................................... - 15 -
3.3气缸和导轨选型............................................................ - 17 -
3.4同步带的选型计算.......................................................... - 21 -
3.5刀具参数选择.............................................................. - 30 -
3.6本章小结.................................................................. - 32 - 第四章山楂去核机的三维建模..................................................... - 33 -
4.1 SOLIDWORKS软件介绍....................................................... - 33 -
4.2 转动系统三维建模......................................................... - 36 -
4.3冲核系统三维建模.......................................................... - 39 -
4.4山楂去核机装配体.......................................................... - 41 -
4.5 本章小结................................................................. - 42 - 设计总结......................................................................... - 43 - 致谢............................................................................. - 44 - 参考文献...................................................................... - 45 -
第一章概述
1.1 山楂去核机的分类及特点
山楂去核机主要分为两类：电动去核机和手工去核机。

电动去核机如图1.1、1.2所示，可将山楂加工成盲孔、通孔、挖净枯花三种效果。

第一种小型山楂去核机加工成盲孔：刃具从山楂开花的一端进去将核掏出。

去核后是一端有眼的盲孔，山楂外形不变象顶小帽。

适合穿成串做冰糖葫芦，去核刃具直径为10毫米，孔的口径小，保留的果肉多，去核干净。

根据对机器操作熟练程度的不同，每小时加工山楂20-40斤。

第二种大型山楂去核机加工成通孔：刃具从山楂开花处的一端进去将核掏出，山楂被挖个通孔但外形不变。

适合做罐头，也可以将山楂的孔中填入果酱做冰糖葫芦用。

去核刃具直径为10毫米，两端口径一样大。

保留的果肉多，去核干净。

加工成通孔比加工一头有眼的盲孔速度要快1/3、比手压机速度快一倍左右。

根据对机器操作熟练程度的不同，每小时加工山楂30-50斤。

第三种小型山楂去核机挖净枯花：刃具从山楂开花处的一端进去约5毫米深左右，将干枯的花蕾挖去。

山楂核仍保留，山楂外形不变。

此种加工后的山楂适宜做蜜饯果脯用。

不仅枯花清除的干净，而且刃具上的加长尖通出的深孔，还有利于糖液的渗入。

提高果脯产品质量和档次。

本机操作简单速度快，每小时加工山楂40-60斤。

图1.1 多冲头电动山楂去核机
图1.2 单冲头电动山楂去核机
脚踏式山楂去核机如图1.3所示，不用电，完全手工操作。

市场上常见的手压机最大的缺点是：因为担心山楂被压碎或被压裂口,工作时小心谨慎去核效率不高。

脚踏式山楂去核机经过技术改造，将原来的只有下部刀片改为上下均有刀片。

彻底解决了山楂被压时容易裂口的问题，破损率几乎等于零。

改造后轻轻用力即可快速加工，极大的提高了去核效率。

但该手动机只能将山楂加工成两头透气的通孔。

适宜做罐头，也有将山楂横着穿串填入果酱做冰糖葫芦用的。

每小时可去核30斤左右。

图1.3 脚踏式山楂去核机
1.2 国山楂去核机的发展现状
山楂是我国特有的药果兼用树种。

山楂品种繁多，鲜食和加工果均在市场上销售看好。

山楂在山地、平原、丘陵、沙荒地、酸性或碱性土壤，均可栽培山楂为药、食两用品种，近年来在医药、保健、食品等方面用量大增。

在以山楂为原料加工饮料、罐头、果脯和果干制品时去核作业是一项十分重要的前处理工序。

我国现在山楂的去核都是采用手工操作。

一般每人每天(以8 h计)加工山楂50~60kg，劳动强度大。

近年来，随着经济的发展和人们生活水平的提高，和对食品质量要求变高，研制一种新的去核机构是山楂加工业的前景所趋。

中国从20世纪80 年代后期着手对去核机进行研制，并陆续推出一些产品。

但真正在生产中推广应用的并不多。

在众多的果品加工厂中，去核作业至今基本上仍靠手工或十分简陋的工具完成。

中国研制的核果水果去核机具，按其结构特点和工作部件的不同，大体可分为剖分式、对辊式和捅杆式等几大类。

（1）剖分式去核机对于体积较大的核果类水果如桃、杏、等的去核，常采用部分分割式去核机，它的主要是采用剖分刀把水果分成两半，再通过振动筛或手工辅助脱核。

该设备结构简单且工作可靠。

但对于粘核类果品存在去核率不高且果肉损失率大以及人工劳动强度高等特点。

（2）对辊式去核机此类去核机使用于果肉与果核易分离的核果类水果。

果品由推压装置被送入两辊子之间，在两辊子挤压下，大部分果肉被挤入不锈钢齿辊中的齿间间隙中，二果核则使橡胶辊子的表面胶层变形并凹入其中。

再经两辊子下方的核肉分离调节装置使核肉分离，分离后的果核在橡胶层弹性作用下脱离橡胶辊子落入果核收集装置，而果肉则由类似梳子式的回收装置将嵌在齿盘间的果肉梳出，流入果肉收集斗中，从而达到核果自动分离。

中国研制的新型对辊式去核机以及西北农林科技大学机械与电子工程学院的老师研制的山茱萸去核机都属于此类。

除针对辊式去核机果肉损失大的缺点增加了清核装置外，山茱萸去核机快辊设计成浮动式，当较大尺寸的果实进入核间隙时，快辊可在水平方向上瞬时移动，增大了去核间隙，保持了果肉的完整。

但对辊式去核机去核后果肉损失率较高，去净率不够理想，果肉损失率可以很高，该机械仅仅适用于果汁、饮料的加工。

（3）捅杆式去核机捅杆式去核机是通过粗细与果核基本相同的捅杆把果核捅出。

典型的是山楂去核机。

捅杆式去核机适用于大小一致、核易脱离的水果的去核作业，果肉完整性较好。

它还可对海棠、太平果去芯，若配置相应的刀具和果模，也适用于鲜果去核和莲籽去芯作业，但也存在着工作效率低和果肉损失等问题。

（4）打浆式去核机打浆式去核机仅适用于果核坚硬而不易击碎的核果的去核作业，如芒果打浆去核机。

但果肉经打浆后粉碎率极大，只能用于果汁、饮品等的生产。

（5）刮板式去核机该机主要由螺旋输送器、网筛、带齿板、搓板等构成。

果料等由进料口经螺旋输送器进入筛网。

利用刮板的转动作用和螺旋输送器作用，使果品沿着圆筒筛向出口端移动，其轨迹为一螺旋线。

而果肉在刮板、圆筒筛网和搓板之间的移动过程中受离心力和摩擦力作用而变成小碎块，穿过筛网孔落入果肉收集斗，果核则从圆筒另一端出口排出，以达到果肉分离的目的。

由于设置了搓板机构，使果肉快速变碎易穿过筛网孔，又可保护果核不被击碎。

1.3 国外山楂去核机的发展现状
美国FMC公司80年代韧向市场推出了一种自动转矩式粘核桃去核机。

每分钟可加工80个桃子，其生产率约800kg/h左右。

该机采用l4个小杯对桃子进行定位和输送。

每个杯子底部有一带凸起的小转轴。

小轴在链条带动下始终旋转着。

只要杯桃子的凹部不在小凸起的上方，桃子外圈就会与凸起接触并被其带动旋转着这时，桃子保持直立状态，劈刀将果劈成两半启，央持挑子的两个橡胶夹板相向转动150，使果与撬核分离。

该机可以整十加工季节连续工作而不必停机润精。

谓节和清洗也十分方便。

由于它保持了去核后果的完整性，因此比较适合于罐头、果脯和果干加工厂使用。

由于该机结构较复杂，成本较高而国罐头、果脯等食品均属徽利产品，因此在我国推广起来存在一些难度。

意大利BERTUZZI公司推出了一种滚于去核机，它适合于离接型槐、杏、等核果的果与果核的分离。

滚子心部材料为碳钢，外面覆盖一层弹性适中的橡胶层，辊子由数十齿状圈盘组成。

各盘问有一定间隔，在两辊子上方有一推压装置，当它将物料推人两辊子之间时t物辩l在两辊子的挤压下，果被挤入齿辊中的齿间隔，而果核脱离滚子的橡胶层变形而凹入橡胶层中。

当转过一定角度后，橡胶的弹性作用使果核脱离滚子而进入果核收集斗。

在辊子下方有一可调的分离装置使核有效分离I在齿辊下方还有一个类似梳子的装置将嵌在滚子齿盘问的果梳出，落人果收集斗。

从而达到核分离的目的。

它适用于带果汁饮料、果装、果酱、果汁饮料等品种的去核工序，具有生产效率高等特点，有较高的推广价值。

随着人民生活水平的不断提高，人民对食品质量的要求也越来越严格。

生产厂家也意识到前处理工序对产品质量有着不可忽视的影响，各厂家纷纷寻找合适的前处理设备。

由于许多前处理设备在国尚属空白，因此，开发性能优良的去核机及其它前处理设备是形势所需。

核果类水果主要指桃、、杏、山楂、红山楂及橄榄等，它们在水果总产量中占有较大的比例。

在以它们为原料加工饮料、罐头、果脯及果干制品时，去核作业是一项十分重
要的前处理工序。

以往所采用人工作业，不仅占用大量劳动力、劳动强度大、生产率低，并且产品质量难以控制。

因此，实行水果去核的机械化作业是水果加工业中必然的发展趋势。

1.4课题的研究容
（1）系统运动方案设计，提出几种可行的方案，进行优化对比，选出一种最优的方案进行设计。

（2）山楂去核机主传动结构及工作原理分析。

（3）传动系统的选型计算，对电机的扭矩、功率进行计算；减速器的额度负载、传动比进行理论计算；间歇机构（凸轮分割器）进行选择；气缸的缸径、推力进行选择。

（4）采用三维软件对传动系统中的零部件进行结构设计。

（5）对经济型山楂去核机进行运动仿真。

第二章经济型山楂去核机方案设计
2.1山楂去核机的设计要求
（1）把打标识机与电机结合实现连续去核工作的效果（或利用冲床结构原理）。

（2）利用工作台的旋转一定角度，暂停3—4秒，实现山楂的去核。

（3）整个过程在6秒左右，去核率达到98%，山楂不破损，不用做任何处理，一次性完成作业，山楂大小不受限制，摆放山楂位置和刀具作业位置完全分离，保证操作人员的人身安全。

（4）解决现有去核机器中普遍存在的山楂核残留、冲偏和冲烂等问题。

（5）电动山楂去核机，操作方便安全、速度快、效率高。

据了解现在市面上的去核机机械基本上可以分为履带式去核机，手动去核机，转盘去核机，导杆去核机，手动去核效率低，不安全，不适于进行大批山楂去核的生产。

2.2山楂去核机方案对比
（1）典型履带式去核机
如图2.1包括有：电机、传动轮、传动轴、捣机、及其下端的冲头，电机与传动轮联结，传动轮通过传动轴与捣机联结，其特征在于：冲头下断面和冲针，在再冲头下方设有载山楂履带，载山楂履带上开有若干孔，载山楂履带下方设有模板，模板上对应于冲核针和冲山楂针开有若干漏核孔和漏山楂孔，履带一端触联有驱动轮，一端触联有从动轮，驱动轮通过传动装置与传动轮联接，在履带一端的上端设有山楂箱。

驱动轮和从动轮均为多面体轮，载山楂履带是由若干个带板组合联接而成的。

图2.1 履带式去核机
1-电机；2-传动轮；3-传动轴；4-捣机；5-冲头；6-冲核针；7-冲山楂针；8-载山楂履带；9-山楂孔；10-模板；13-驱动轮；14-从动轮；15-传动装置；15a-传动杆；15b-传动齿轮；16-山楂箱；17-带板
此设备使用时，将山楂注入山楂箱，山楂箱中的漏山楂在载山楂履带上的山楂孔中。

电机带着传动轮运转，将山楂运至冲头下方，冲核针先将山楂核冲出，然后冲山楂针将山楂冲出，实现冲核目的。

是一种改良的红山楂去核机，其工作效率高，安全性能强，结构简单合理，使用方便安全。

不足之处是对山楂的周径大小适应能力较低，是的原料使用率低，产能不高。

（2）典型转盘式去核机
如图2.2包括有:电动机、主动轮、冲针，其特征在于：主动轮通过曲轴、连杆与带有若干冲针的机头活动联结，冲针由半部分的冲核针与半部分的冲山楂针组成，冲针下方是间歇式旋转盘，旋转盘上设有若干隔离区，隔离区上设有红山楂定位孔，主动轮由传动装置分别联接旋转盘下方的转盘轴以及料斗下方的定量给山楂总成，在旋转盘下方对应于机头位置设有半部分的漏核区和半部分的漏山楂区，与之相对应设有山楂核传送带和红山楂传送带。

传动装置包括从动轮和与之联结的连杆。

图2.2 转盘式去核机
1-电动机；2-皮带；3-主动轮；4-曲轴；5-连杆；6-冲针；6a-冲核针；6b-冲山楂针；7-机头 ；8-旋转盘；9-隔离区；10-红山楂定位孔；11-从动轮；12-转盘轴；13-料斗；14-定量给山楂总成；15-漏核区；16-漏山楂区；17-山楂核传送带；18-红山楂传送带；19-导轨；20-扶正装置；21-清除装置
此设备无需手持单个红山楂逐个进行操作，提高了工作效率，也提高了安全性能。

其不足之处是可能将山楂压烂，或将山楂核挤到一边的山楂肉中，导致成品合格率低。

对山楂的周径大小适应能力低，是的原料使用率低。

2.3山楂去核机原理分析
经以上对比分析确定了最终的设计方案，采用电和气相结合的双重控制来实现山楂的去核，方案如图2.3所示。

图2.3 新型山楂去核机
本文设计的新型山楂去核机主要包括电动控制部分、气动控制部分、旋转间歇转盘、下料装置以及山楂核的回收装置。

各个部分之间的动作能够协调，控制原理如图2.4所示，
电机安装在支架上，输出轴与减速器的输入轴相连，减速机起到增大扭矩降低速度的作用，减速机输出端连有带轮，经过同步带练到凸轮分割器（间歇机构），从而带动转盘开始旋转，转盘分为12等分，没3秒停一下，人工开始上料，转盘上方有弹簧片，用于定位，同时气缸带动冲针向下运动，将山楂核冲掉，该机构还有废核回收，以及自动下料气动控制
间歇转盘
下料装置
电动控制
回收装置
装置。

图2.4 新型山楂去核机工作原理
2.4山楂核残留、冲偏和冲烂的解决方案
为解决现有山楂去核机器中普遍存在的核残留、冲偏和冲烂等问题，进一步提高产品的质量和成品率，分析了现有机器定位对准方式，指出了产生上述不足的原因是由于没有考虑山楂大小不同引起山楂核与去核刀具相对位置的变化。

红枣去核时，去核刀具应始终对准枣核中心。

但由于红枣的大小不同和定位不合理，使得去核刀具经常偏离山楂核中心，造成冲偏、冲烂现象，影响质量和成品率。

文献［1 － 2］利用定位盘上的弧形槽和变半径挡圈进行定位，山楂被直立定位在弧形槽，由与定位座位置相对固定的捣杆去核，没有考虑到大小不同引起山楂核中心位置的变化，适应能力不强。

专利200820004133．［3］采用了一种专用的去核模板，红山楂直立在模板进行定位，然后进行冲核，也没考虑山楂核中心与去核刀具相对位置的变化。

为保证直立式定位的稳定性，专利03262421． 2［4］提出了一种带弹性套的校正机构，利用两个大端相对的锥面将直立的红山楂进行校正，防止红山楂歪斜，但该方式仅适用于大小适中的红山楂。

文献［5］设计了一种可分离式的楔形模具来对红山楂进行夹紧和定位，该方法新颖，但也对红山楂大小有一定的限制，另外该模座结构较复杂。

上述研究没有考虑红山楂大小变化引起山楂核位置的变化，也没有解决压紧后因红山楂变形产生的去核刀管与山楂核的不对准问题，使得现有机器普遍存在适应性差、去核不彻底、成品率低等不足之处。

针对上述缺陷，文中通过对平躺式定位方式下不同大小红山楂定位后枣核中心位置变化规律的定量分析，设计了一种针对平躺式定
位的对准机构，并对机构的对准误差和主要影响因素进行了详细分析。

该机构
能够调整山楂的位置，适应不同的大小变化，上方的弹簧片能够将山楂压紧，并将位置限制。

弹簧片
定位孔
2.5本章小结
首先针对本课题提出的要求，对市面上的各种去核机进行分析比较，了解他们之间的确缺点与长处，结合各种机构特点，设计出了新型山楂去核机，主要包括电动控制部分、气动控制部分、旋转间歇转盘、下料装置以及山楂核的回收装置，各个部分之间的动作能够协调能够实现的山楂的自动下料和山楂核的自动回收。

第三章 经济型山楂去核机选型计算
3.1负载参数确定
山楂去核机标准件的选择需要考虑以下四个因素：负载参数、减速器的参数、电机的参数。

负载参数计算分为两步：机器人运转时间的确定、负载力矩的确定。

减速器参数选择分为三部分：减速比的确定、平均输入转速的确定、平均负载力矩的确定；电机参数的选择也分为三部分：电机扭矩的确定、电机功率的确定、惯量匹配。

根据已知要求，每个工位的时间为6s ，总共12个工位，因此
3605/612
s ω==⨯ （3.1） 设加速时间为0.1s ，则角加速度为： 2/6.01
.018014.35180s rad t A =⨯⨯=
=
ωπα （3.2） 根据设计要求：圆盘的半径为275mm ，质量为10kg ，因此转动惯量为：
22
14
0.25100.2750.18J mr Nm ==⨯⨯= （3.3）
负载的力矩为：
0.180.61.08M J Nm
α
==⨯= （3.4）
电机与末端的转盘之间有多级传动，设安全系数为1.5，则总的力矩为：
1.51.5 1.08
1.6T M
Nm ==⨯= (3.5)
3.2减速器、电机的选型计算
减速比的确定：
预选电机的额定转速为1000r/min ，减速比i 为：
120060360
51000n max =⨯==负载电
n i 考虑到速比较大，因此选用多级集成的减速箱。

电动机的基本原则：
1）电动机的机械特性、启动、制动、调速及其它控制性能应满足机械特性和生产工艺过程的要求，电动机工作过程中对电源供电质量的影响（如电压波动、谢波干扰等），应在容许的围；
2） 按预定的工作制、冷却方法基辅在情况所确定的电动机功率，电动机的温升应在限定的围；
3）根据环境条件、运行条件、安装方式、传动方式，选定电动机的结构、安装、防护形式，保证电动机可靠工作；
4）综合考虑一次投资几运行费用，整个驱动系统经济、节能、合理、可靠和安全。

现代机电行业中经常会碰到一些复杂的运动，这对电机的动力荷载有很大影响。

伺服驱动装置是许多机电系统的核心，因此，伺服电机的选择就变得尤为重要。

首先要选出满足给定负载要求的电动机，然后再从中按价格、重量、体积等技术经济指标选择最适合的电机。

伺服电机的选型计算方法 ：
一、转速和编码器分辨率的确认。

二、电机轴上负载力矩的折算和加减速力矩的计算。

三、计算负载惯量，惯量的匹配，安川伺服电机为例，部分产品惯量匹配可达50倍，但实际越小越好，这样对精度和响应速度好。

四、再生电阻的计算和选择，对于伺服，一般2kw 以上，要外配置。

五、电缆选择，编码器电缆双绞屏蔽的，对于安川伺服等日系产品绝对值编码器是6芯，增量式是4芯。

这里只考虑电机的动力问题，对于直线运动用速度v(t)，加速度a(t)和所需外力F(t)表示，对于旋转运动用角速度 (t)，角加速度 (t)和所需扭矩T(t)表示，它们均可以表示为时间的函数，与其他因素无关。

很显然。

电机的最大功率P 电机，最大应大于工作负载所需的峰值功率P 峰值，但仅仅如此是不够的，物理意义上的功率包含扭矩和速度两部分，但在实际的传动机构中它们是受限制的。

用 峰值，T 峰值表示最大值或者峰值。

电机的最大速度决定了减速器减速比的上限，n 上限= 峰值，最大/ 峰值，同样，电机的最大扭矩决定了减速比的下限，n 下限=T 峰值/T 电机，最大，如果n 下限大于n 上限，选择的电机
是不合适的。

反之，则可以通过对每种电机的广泛类比来确定上下限之间可行的传动比围。

只用峰值功率作为选择电机的原则是不充分的，而且传动比的准确计算非常繁琐。

新的选择方法
一种新的选择原则是将电机特性与负载特性分离开，并用图解的形式表示，这种表示方法使得驱动装置的可行性检查和不同系统间的比较更方便，另外，还提供了传动比的一个可能围。

这种方法的优点：适用于各种负载情况；将负载和电机的特性分离开；有关动力的各个参数均可用图解的形式表示并且适用于各种电机。

因此，不再需要用大量的类比来检查电机是否能够驱动某个特定的负载。

在电机和负载之间的传动比会改变电机提供的动力荷载参数。

比如，一个大的传动比会减小外部扭矩对电机运转的影响，而且，为输出同样的运动，电机就得以较高的速度旋转，产生较大的加速度，因此电机需要较大的惯量扭矩。

选择一个合适的传动比就能平衡这相反的两个方面。

通常，应用有如下两种方法可以找到这个传动比n，它会把电机与工作任务很好地协调起来。

因负载力矩较小，选用功率为200w，额定转速为为1000 r/min的电机
3.3气缸和导轨选型
气缸的选型及计算
图3.1 气缸
1.气缸的选型步骤
气缸的选型应根据工作要求和条件，正确选择气缸的类型。

下面以单活塞杆双作用缸为例介绍气缸的选型步骤。

（1）气缸缸径。

根据气缸负载力的大小来确定气缸的输出力，由此计算出气缸的缸
径。

（2）气缸的行程。

气缸的行程与使用的场合和机构的行程有关，但一般不选用满行程。

（3）气缸的强度和稳定性计算
（4）气缸的安装形式。

气缸的安装形式根据安装位置和使用目的等因素决定。

一般情况下，采用固定式气缸。

在需要随工作机构连续回转时（如车床、磨床等），应选用回转气缸。

在活塞杆除直线运动外，还需作圆弧摆动时，则选用轴销式气缸。

有特殊要求时，应选用相应的特种气缸。

（5）气缸的缓冲装置。

根据活塞的速度决定是否应采用缓冲装置。

（6）磁性开关。

当气动系统采用电气控制方式时，可选用带磁性开关的气缸。

（7）其它要求。

如气缸工作在有灰尘等恶劣环境下，需在活塞杆伸出端安装防尘罩。

要求无污染时需选用无给油或无油润滑气缸。

2.气缸直径计算
气缸直径的设计计算需根据其负载大小、运行速度和系统工作压力来决定。

首先，根据气缸安装及驱动负载的实际工况，分析计算出气缸轴向实际负载F，再由气缸平均运行速度来选定气缸的负载率q，初步选定气缸工作压力（一般为0.4MPa～0.6MPa），再由F ／q，计算出气缸理论出力Ft，最后计算出缸径及杆径，并按标准圆整得到实际所需的缸径和杆径。

关键参数：1-气缸的实际出力F，取决于负载重量或工艺需求
2-使用压力p
3-负载率η：实际出力F与理论F0出力的比值
图3.2 气缸负载状态
直线导轨的选型
分类介绍本文所说的直线导轨均指滚动直线导轨。

种类按滚动体类型分有滚珠导轨滚珠、滚柱导轨，前者包括交叉滚珠导轨，而交叉滚柱导轨则可归于后者。

按形状分有方轨。