1、北华大学学士学位论文第二章 总方案的确定摘要由于松籽具有体积小、表面光滑的特性，所以目前现有的对松籽剥壳方法存在着很多的缺陷和不足。手工蒸汽式去壳效率低耗费人力物力，冲击碰撞方式带有一定的危险性，并且松籽壳与松籽不易分离，剪切式剥壳方式无法保证松籽的完整性。故从生产效率和保证其完整性两方面考虑，对轴式挤压方式去壳是最好的选择，不仅自动化程度高，并且适合大规模的推广使用。本次课题设计首先针对松籽的外壳特性进行了系统的研究分析，以便于研究其主要剥壳的核心部件，然后通过对各种剥壳形式的对比分析，最终确定以对轴式挤压松籽剥壳的方式。本课题的创新点在喂料斗处设计安装喂料辊轮，以及在对轴挤压系统中采用斜槽
2、面自动分级挤压方式进行选料剥壳以提高其剥壳效率。同时对带传动、齿轮传动部分做了详细设计及计算。对中心轴做了计算及校核。总结该机具有正机工作平稳安全，结构简单紧凑，剥壳效率高，完整性高，生产效率高等特点。不仅是技术上的突破，具有更高的实用价值，可以大大满足市场对松籽的需求，实现对松籽的机械化大规模生产。关键字：剥壳方法；剥壳效率；结构设计；大规模生产北华大学学士学位论文AbstractDue to the pine nut with small size, smooth surface characteristics, so the current existing on pine nuts h
3、ulling methods exist many defects and deficiencies.Integrity of the manual and steam to shell efficiency low cost, manpower, impact and collision with a certain risk and pine nut shell and pine nut is not easy to separate and shearing shelling method can not guarantee the pine nut.Therefore, conside
4、ring the two aspects of production efficiency and guarantee integrity, the best choice for the shaft type extrusion is not only the automation degree is high, but also is suitable for large-scale promotion.This paper first for pine nut shell characteristics of system analysis, to facilitate the stud
5、y of the core components of the main shelling, and then through the comparative analysis of various forms of shelling, ultimately determine the shelling of pine nut on the shaft type extrusion.The center axis is calculated and checked. Summary of the machine has positive working machine is stable an
6、d safe, simple and compact structure, high peeling efficiency, high integrity, production efficiency is high. Is not only technical breakthrough, has higher practical value and can greatly satisfy the market demand of pine nut, implementation of pine nut of mechanized mass productionKeyword:Peeling
7、method; husking efficiency; structure design; mass production北华大学学士学位论文目录第一章 绪论 .- 1 -1.1 问题的提出 .- 1 -1.2 国内外松籽剥壳技术的研究 .- 2 -1.2.1 常温机械及高压气流联合脱壳法 .- 2 -1.2.2 火烧脱壳法 .- 2 -1.2.3 蒸汽脱壳法 .- 2 -1.2.4 机械脱壳法 .- 2 -1.2.5 真空爆壳机 .- 2 -1.2.6 国外研究状况 .- 2 -1.3 松籽特性的研究 .- 2 -第二章 总方案的确定 .- 5 -2.1 各种剥壳方案的探讨 .- 5 -2.
8、1.1 冲击式剥壳方式 .- 5 -2.1.2 剪切剥壳方式 .- 6 -2.1.3 对辊挤压方式 .- 6 -2.1.4 斜槽面自动分级挤压方式 .- 7 -2.2 总体方案的选定 .- 8 -第三章 松籽剥壳机部件的设计 .- 9 -3.1.松籽破碎力学分析 .- 9 -3.2 破碎辊间隙计算 .- 10 -3.3 挤压辊的设计计算 .- 11 -3.4 挤压辊的转速 .- 12 -3.5 电动机的选择 .- 12 -3.6 下料斗喂料辊的设计 .- 14 -3.7 分离装置的设计 .- 15 -第四章 传动部分的设计和计算 .- 16 -4.1 计算传动装置总传动比 .- 16 -4.2
9、 减速器的选择 .- 16 -4.3 带传动的设计 .- 17 -4.3.1 减速器与齿轮箱之间带传动的设计 .- 17 -4.3.2 减速器与凸轮之间带传动的设计 .- 20 -4.3.3 齿轮箱与压辊之间带传动的设计 .- 23 -4.3.4 压辊之喂料辊之间带传动的设计 .- 26 -4.4 齿轮传动的设计计算 .- 28 -4.5 轴的设计计算与校核 .- 32 -4.5.1 压辊轴的设计计算和校核 .- 32 -第五章 轴承和键的选择和校核 .- 36 -5.1 轴承的选择和校核 .- 36 -5.1.1 齿辊轴轴承的选择与校核 .- 36 -5.2 键的选择和计算 .- 36 -5
10、.2.1 齿轮轴键的选择与校核 .- 36 -北华大学学士学位论文I第六章 维护保养及故障排除 .- 37 -6.1 维护保养 .- 37 -6.2 故障排除 .- 37 -第七章 结论 .- 38 -致谢 .- 39 -参考文献 .- 40 -北华大学学士学位论文0第 1 章 绪论1.1 问题的提出松籽是松树的种子，又称海松子。松 籽 为 名 贵 树 种 红 松 的 种 子 。 主 要 分 布 于 我 国的 东 北 长 白 山 东 省 脉 及 小 兴 安 岭 林 区 ， 属 国 家 一 级 濒 危 物 种 ， 野 生 红 松 需 生 长 50年 后 方 开 始 结 籽 ， 成 熟 期 约 两
11、 年 。 因 此 极 为 珍 贵 。 其 种 子 粒 大 ， 种 仁 味 美 ， 被 誉 为“长 生 果 ”、 “长 寿 果 ”， 并 以 较 高 的 营 养 价 值 受 到 人 们 的 青 睐 。 其 食 用 历 史 悠久 ， 属 无 污 染 的 高 级 有 机 绿 色 食 品 。 据 有 关 资 料 显 示 ， 红 松 籽 含 油 率 高 达 78%，蛋 白 质 14.8%， 并 含 有 多 种 维 生 素 ， 是 很 有 价 值 的 木 本 油 料 和 保 健 食 品 。 松 子 中 所 含 大 量 矿 物 质 如 钙 、 铁 、 磷 、 钾 等 ， 能 给 机 体 组 织 提 供 丰
12、富 的 营 养 成分 ， 强 壮 筋 骨 ， 消 除 疲 劳 ， 对 老 年 人 保 健 有 极 大 的 益 处 ； 同 时 松 子 中 含 维 生 素 E高 达 35%之 多 ， 有 较 好 的 软 化 血 管 、 延 缓 衰 老 的 作 用 ， 是 一 些 中 老 年 人 的 理 想 保健 食 物 ， 同 时 也 是 女 士 们 润 肤 美 容 的 理 想 食 物 ； 松 仁 富 含 脂 肪 油 ， 能 润 肠 通 便 缓 泻而 不 伤 正 气 ， 对 老 人 体 虚 便 秘 ， 小 儿 津 亏 便 秘 有 一 定 的 食 疗 作 用 ； 松 子 中 的 脂 肪 成分 是 油 酸 、 亚
13、油 酸 等 不 饱 和 脂 肪 酸 ； 松 子 中 的 磷 和 锰 含 量 丰 富 ， 对 大 脑 和 神 经 有 补益 作 用 ， 是 学 生 和 脑 力 劳 动 者 的 健 脑 佳 品 ， 对 老 年 痴 呆 也 有 很 好 的 预 防 作 用 。目 前 我 国 是 松 籽 生 产 的 大 国 ， 每 年 生 产 松 籽 25000t 左 右 （ 折 合 成 松 约5000t） ， 排 在 世 界 第 二 。 我 国 也 是 松 籽 出 口 的 大 国 ， 我 国 每 年 出 口 的 松 籽 占 世 界贸 易 量 的 40%以 上 。 因 此 松 籽 的 加 工 显 得 尤 为 重 要 ，
14、 其 中 松 籽 剥 壳 就 是 松 籽 加 工 的第 一 步 。 目 前 ， 松 籽 加 工 产 品 开 发 面 临 的 关 键 技 术 难 题 就 是 脱 壳 及 护 色 。 保 证 松 仁原 有 形 状 、 成 分 和 色 、 味 、 形 状 不 变 的 条 件 下 ， 去 除 松 籽 坚 硬 的 外 壳 和 软 薄 的 红 皮就 成 为 了 目 前 需 要 解 决 克 服 的 技 术 难 题 。松 籽 脱 壳 最 早 是 采 用 的 手 工 脱 壳 法 ， 生产效率相对比较低和困难，劳动成本高，加工质量无法有效保证。后来又出现了化学蒸汽、热力解决、机械加工、能量等方法脱壳。这些方法都有
15、其本身的缺点和不足。进入 80 年代，随着产量的增加，国内外均对松籽剥壳技术与设备进行了大量的研究。目前国内松籽加工主要以手工为主，生产效率比较低，加工成本高，加工质量难以保证，而剥壳机大多面临剥壳率低和松仁完好率低等问题。因此，松籽剥壳机的研究设计有非常重要的现实意义。北华大学学士学位论文11.2 国内外松籽剥壳技术的研究1.2.1 常温机械及高压气流联合脱壳法该方法是先将新鲜的松籽在高速旋转的辊刀和高速打击片中进行破壳，在刀棍的作用下先将松籽外皮初步破碎，再由高速旋转的钢片将松籽外壳去掉，然后松籽进入高压气流脱皮机，在这里松籽被近一步脱壳。这种设备剥壳率较小，但红衣去净低，一般要配置专门的
16、红衣二次去除设备。同时，这种设备结构复杂，部件制造精度要求高，价格昂贵。1.2.2 火烧脱壳法这种方法大多用液化气火焰在高温下将松籽外壳先烧掉，然后对未完全燃尽的松籽进行挤压式去皮，这种方法脱壳率很高，但燃烧温度不容易很好地控制，这种方法工艺独特，属外国专利，故整套设备价格昂贵，在国内比较难推广。1.2.3 蒸汽脱壳法首先先将松子打磨、去皮、抛光后用碱性水溶液浸泡，再用高温蒸汽机进行开口，然后在进行人工敲打的方法使松子开口去壳的方法，不仅违反食品安全生产，更主要的是松子经过高温蒸汽并且去壳后的松籽含有大量的水份，使其原有的营养价值尽失。这种方法成本低，技术含量低容易入门。但是加工效率低，并且破
17、坏了松籽的营养成份，耗费人力。1.2.4 机械脱壳法将松籽装在密闭的容器中，利用高速刀具不断脱去松籽外壳的方法。刀棍的速度是可调结其快慢，沿轴向喂入的松籽在高速旋转的组合刀具下逐渐分离破碎。这种方法虽然脱壳率较高，但对松仁的完整性不能很好地保证，经脱壳后需进一步加工处理来获得松仁，同时增设了松籽的筛选工序，造价较高，不宜大面积推广使用。1.2.5 真空爆壳机首先就是要对松子进行一定的干燥处理，之后同时通过蒸汽管道和内部空心加热板，对干燥室内的松籽进行间接加热；加热的同时，干燥室不断旋转使松籽不断与壁碰撞和搅拌提高传热效率，缩短干燥时间，最后松籽壳爆开脱壳。1.2.6 国外研究状况国外早在二十世
18、纪六十年代初期，就针对各种坚果剥壳机具展开了研发和实验，到八十年代初期，美国、意大利、法国等相继在市场推出了各种坚果剥壳机，其加工的技术相对较完善，在之后的数十年的发展过程中，坚果剥壳机具已经日趋成熟，目前正朝着机电一体化方向快速发展。1.3 松籽特性的研究松籽由封闭的外壳和籽仁构成, 松籽仁的外层紧裹着一层很薄的红衣皮, 在红衣皮之外则是坚硬、粗糙的松籽壳, 除松籽籽脐处的红衣皮与松籽壳粘连外, 两者之间存在间隙。以X向表示长度方向，Y向表示宽度方向，Z向表示厚度方向。模型如下：该北华大学学士学位论文2几何模型由四片曲面构成，其中、是这四个曲面的一部分。N 1FN 、 N1F2N2是相贯线，
19、两者构成第一分型面。N 1AN2 、N 1BN2是相贯线，两者构成第二分型面。直线N 1N2是相贯线公共弦。在松籽的几何模型中，主要的特征参数D-松籽直径（N 1N2）是设计和研究松籽脱壳机的重要参数之一。图 1-1 松籽几何模型查34得知松籽的三向尺寸如表 1-1：表 1-1 松籽的三向尺寸（mm）松籽 y 方向的尺寸分布概率如表 1-2：表 1-2 Y 方向几何尺寸概率分布北华大学学士学位论文3松籽的壳皮厚度如表 1-3:表 1-3 松籽皮壳厚度（mm）松籽壳仁间隙如表 1-4，从中显示，Y 向间隙最大，X 向次之，Z 向最小。表 1-4 松籽壳仁间隙（mm）松籽壳体的静摩擦系数如表 1-
20、5：表 1-5 松籽壳体的静摩擦系数松籽 Y 向破壳力、位移和间隙如表 1-6:表 1-6.不同含水松籽 Y 方向的破壳力、位移及间隙通过对松籽壳体的三向尺寸与概率分布、壳仁间隙、静摩擦系数等数据的分析研究得知。a. 由于松籽的外形尺寸差异很大, 采用碾压式破壳的方式时应预先按尺寸进行分级；B.每个松籽壳体厚度相差不大, 可认为是同等厚度；c.同一含水率的松籽沿三轴压缩, 其破壳力有显著差异, Y 向居中, 沿 Y 向壳仁间隙最大, 且位移最小, 建议设计破壳机时, 沿 Y 向对松籽挤压或碾压。北华大学学士学位论文4第二章 总方案的确定2.1 各种剥壳方案的探讨松籽原料在脱壳加工前要进行预处理
21、，其目的在于去除杂质，石块等异物避免损坏机器中的有关零件；自然干燥使松籽含水量降至 6-9%有利于崩壳和防霉储存；清除松籽外表面的附着物有利于松籽机械脱壳以及防止对松仁的污染。松籽剥壳是松籽加工中一道主要工序,松籽一次剥壳率和果仁完整率是衡量剥壳机性能的两个重要指标,而影响这两个指标的关键是剥壳方式（指机械方式） 。就目前市场上投入使用的剥壳机,其主要还是以保证其脱壳的高效率及其完整性为主。这也是我们研究的主要内容。总结人们手工锤击破壳取仁且保证仁完好无损有以下要点：根据人们日常手工破壳的经验而言，最省力成功率最高的方法是敲击沿着松籽宽度最大的载面，利用松仁与松籽外壳之间细小的间隙从而破开坚硬
22、的外壳，假设松籽外壳为空心壳体是正确的，通过观察分析可知，松籽壳的组织为无纤维、无方向性。松籽壳经过干燥后的力学特性是脆性材料，破壳时的弹性变形是可以忽略不计的，我们研究机械脱壳把松籽的几何形状简化找出其共性，利用其共性研究其几何特征。干燥后硬壳的力学特性属脆性材料,极微小的弹性变形可略而不计否则,在锤击破壳时,弹性变形大,就不能很好地保证松仁的完整性。2.1.1 冲击式剥壳方式这种方法就是利用破碎碰撞原理，把松籽放入料斗中然后进入高速旋转的导管中,在导管中被加速后射向罩壳内壁，在壁面反射力作用下，硬壳破碎脱落，漏出松籽。在不同速度下可以控制松籽的进入量。这种的机械加工方法的加工效率较低，并且
23、带有一定的危险性，并且松籽松壳加工后混在一起不便分离。故这种方法没有用于大量生产中。试验台如图 2.1 所示。实验数据如表 2-1 所示。图 2-1 冲击式剥壳方式原理图1.轴承座 2.轴承 3.导管 4.罩壳 5.带轮 6.电机 7.转轴 8.机座 9.料斗北华大学学士学位论文5从下表 2-1 中可以看出：转速增加,破壳率增加,但完整率下降。群体喂入的剥壳率、完整率均低于单体喂入方式,其原因是群体喂入有两次碰撞的现象。在最佳工艺条件下工作时, 剥壳率和完整率均为 37%,显然远远不能满足生产要求, 故未被应用于生产中。表 2-1 转速与剥壳率、完整率的关系2.1.2 剪切剥壳方式这种加工方法
24、是利用剪切力作用在松籽壳上，使壳破裂的方式。其机器的运作基本原理如图所示，松籽放在一块固定的糟板和运动的槽板中，当运动槽板向右运动时，受到剪切力（同时包含些许及压力） ，当达到强度极限时松子壳破裂。这种方法只能单次顺序的将松子一粒一粒的送入槽中，并且不能很好的保持松仁的完整性。故不适宜大量高效的投入生产。其原理图如图 2-2 所示。图 2-2 剪切剥壳方式断面工作其原理图在试验台上进行试验测得：一次剥壳率85%，完整率55%。在试验中发现, 当动槽板凹槽左端接触到松籽后再继续向右运动时,松籽壳发生剪切变形, 并很快达到极限破裂但此时动槽板仍继续向右运动,压迫已破碎的碎壳造成松仁二次损伤,容易破坏松仁，由此推断,这种剪切剥壳方式也不能很好地满足生产需要。2.1.3对辊挤压方式单粒喂入 群体喂入转速（r/min ） 剥壳率（% ） 完整率（% ） 剥壳率（% ） 完整率（ %）620 30.0 60 22.0 56.0750 39.5 35 31.8 31.5820 63.0 12 58.7 9.0
