籽瓜籽汁分離機的設計-打瓜收獲機破皮取籽機構設計（含三維圖SW及CAD圖紙）,瓜籽,分離,設計,收獲,機破皮取籽,機構,三維,SW,CAD,圖紙 打瓜收獲機破皮取籽機構的設計 李建國 （新疆塔里木大學） 摘 要：針對我國西部籽瓜加工勞動強度大、機械化程度低的現(xiàn)狀，設計了籽瓜破皮取籽機。該分離機的設計思路為：將籽瓜初步粉碎、用輥輪將籽瓜完全壓碎、使瓜瓤和瓜皮分離、排出瓜皮、用離心法將瓜瓤和瓜籽分離、最后收集瓜籽。本機的主要裝置有破碎齒、壓碎輥輪、大滾筒輥刀、小滾筒、小滾筒輥刀。本機結構簡單緊湊，裝載攜帶方便，能夠大幅提高籽瓜的加工效率，適合于廣大籽瓜種植農(nóng)戶推廣使用。 關鍵詞：籽瓜；破碎；分離機構；設計 引言 籽瓜是新疆生產(chǎn)建設兵團重要的經(jīng)濟作物，在建設兵團的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整中占有重要地位。隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整，籽瓜的種植規(guī)模越來越大，人力投入，生產(chǎn)成本的消耗等問題日益突出，因此，籽瓜產(chǎn)業(yè)的全程機械化亟需解決。目前，在籽瓜的收獲環(huán)節(jié)：采取人工采摘、人工輔助集條機集條集堆、機械取籽配合作業(yè)，使得勞動強度大，勞動成本高。同時籽瓜成熟后因其特性不宜在田間放置過久，如逢秋雨霜凍，極易腐爛，另外籽瓜成熟時正是棉花、玉米、甜菜等大宗作物收獲農(nóng)忙之際，勞動力奇缺，給籽瓜人工收獲帶來很大困難 因此，有必要對籽瓜收獲取籽環(huán)節(jié)機具及配套設備進行研究以解決籽瓜機械化收獲問題。分析了目前在兵團廣泛使用的幾種籽瓜收獲機械的基本結構及功能；并依據(jù)不同的工作機理，介紹了籽瓜撿拾裝置、輸送裝置、取籽裝置的基本類型和技術特點。 針對我國西部籽瓜加工勞動強度大、機械化程度低的現(xiàn)狀，設計了籽瓜籽汁分離機。該分離機的設計思路為：將籽瓜初步粉碎、用輥輪將籽瓜完全壓碎、使瓜瓤和瓜皮分離、排出瓜皮、用離心法將汁和瓜籽分離、最后收集瓜籽。本機的主要裝置有破碎齒壓碎輥輪、大滾筒棍刀、小滾筒、小滾筒輥刀和瓜籽的收集裝置。本機結構簡單緊湊，裝載攜帶方便，能夠大幅提高籽瓜的加工效率，適合于廣大籽瓜種植農(nóng)戶推廣使用。 1 籽瓜籽汁分離機的總體設計 1.1籽瓜破皮取籽機的結構組成 如圖1所示，打瓜破碎取籽機主要部分組成。 1.2打瓜破皮取籽機的工作原理 通過小四輪通過萬向節(jié)傳輸動力帶動鏈輪進行工作，籽瓜從進料口進入到破碎裝置進行初步的破碎，破碎的籽瓜進入壓碎裝置，壓碎裝置進行第二次破碎處理通過碾壓輪對初步破碎的籽瓜進行瓜皮與瓜瓤的分離，分離的瓜皮與瓜瓤落入瓜皮分離裝置通過排皮軸的作用將瓜皮排出體外，其瓜籽與瓜瓤將通過篩體的篩眼將其瓜籽與瓜瓤落入儲存箱箱內(nèi)有個螺旋軸起作用就是把瓜籽與瓜瓤輸送到瓜籽和瓜汁分離裝置，其裝置外殼是個圓桶篩體其小篩孔將瓜汁和瓜瓤排出體外剩余的就是瓜籽和少量的雜質(zhì)。 1進料口2籽瓜破碎裝置3籽瓜壓碎裝置4瓜皮分離裝置5水平螺旋輸送器6瓜籽和瓜汁分離裝置 7廢料排出口8.支架9瓜籽收集口 圖1打瓜破皮取籽機的結構組成 2打瓜破皮取籽機的主要部件結構 2.1破碎齒 圖2 籽瓜破碎齒 籽瓜破碎齒位于在籽瓜喂入裝置下部，由安裝在軸上的九個形狀大小相同的圓柱形彎齒組成，在軸的高速旋轉過程中能夠完成籽瓜的初步破碎。 2.2壓碎輥 圖3 壓碎輥 壓碎輥有圓柱及安裝在圓輥上的8個棱角組成，通過壓碎輥的進一步壓碎，可以將經(jīng)過破碎齒初步打碎的籽瓜中，還未完全分離的瓤和籽以及鑲嵌在瓜皮里的瓜籽經(jīng)過擠壓徹底分離。 2.3輥刀軸的校核 籽皮分離裝置中心軸如圖4-1所示。 圖4-1 籽皮分離裝置中心轉軸 2.3.1軸直徑的選擇 在工作過程中，主動分離中心軸承受的力有自重和破碎打瓜在分離過程中對軸反作用力。現(xiàn)在 計算主動分離中心的最小直徑。經(jīng)過查閱相關文獻可得知計算軸的最小直徑的公式。軸的最下直徑為： （4-1） 式中：——主動滾筒最小直徑（） ——軸的許用扭切應力（） ——傳遞的功率（） ——軸的轉速（） ——軸的材料和承載情況確定的常數(shù) 由產(chǎn)生的功率經(jīng)過一系列的損耗，最終傳到了主動分離中心軸上。在這傳遞的過程中經(jīng)過了一個一個鏈輪。 經(jīng)過計算和查閱相關文獻可得： 將數(shù)據(jù)代入公式（4-1）得： 所以主動分離裝置中心軸最小處的直徑為50。此軸所選取的材料為45號鋼，抗拉強度屈服強度。因此此軸滿足受力要求，能夠正常的工作。 籽皮分離裝置中心軸在工作時，除受到車輛的重力外，還受到轉向時的扭轉應力，軸上的鍵所起到了固定齒輪的作用，鍵側面受力還是比較大的，故對以上所述的進行校核。 2.3.2軸校核 根據(jù)所傳動最大轉矩，額定轉速以及傳動軸長度，兩端自由支撐，材料均勻的等截面?zhèn)鲃虞S的臨界轉速，為： (4-2) 式中：D—傳動軸的直徑最細端（取軸端面直徑）mm； L—傳動軸的支撐長度（取整個軸的長度）mm； 將D=50mm，L=1700代入（4-2）可以得出：=1038（r/min）。 實際上傳動軸的實際轉速最大為342（r/min），由于傳動軸動平衡的誤差的影響，實際臨界轉速要低于計算的值，所以要引進安全系數(shù)。 帶入數(shù)值：，所以合格。 2.3.3軸的扭轉應力的校核 傳動軸除了應滿足臨界轉速的要求外，還應保證有足夠的扭轉強度，對于傳動軸的最大扭轉應力按（4-2）式計算[18]： （4-3） 式中：T—傳動軸計算轉矩， D、d—軸的最大徑和最小徑 mm 將、、D=60mm、d=50mm代入（4-3）得： ，一般軸的許用應力，由于故以上狀態(tài)能滿足工況使用要求[19]。 2.3.4傳動軸健側擠壓應力的校核 根據(jù)資料查詢對傳動軸健齒側擠壓應力進行校核利用公式（4-3）計算[18]： （4-4） 式中：—計算轉矩 —鍵轉矩分布不均勻系數(shù)，取1.3 —鍵外徑 mm —鍵內(nèi)徑 mm —鍵的有效工作長度 mm —鍵數(shù)量，這里取1 將、、、、、代入式（4-4）得： 當鍵面硬度為35HRC時，許用擠壓應力為 則，鍵擠壓強度。 3主要技術參數(shù) 表2-1 主要技術參數(shù) 參數(shù)項目 數(shù)據(jù) 外形尺寸（長×寬×高）（mm） 1500×2000×1800 主動輪鏈輪速（r/min） 270 籽瓜破碎率（%） 1.0 瓜籽損失率（%） 3.0 瓜籽潔凈率（%） 80 作業(yè)速度（Km/h） 2-3 動力額定轉速（r/min） 540 4打瓜破皮取籽機的配套動力 表2-2 配套動力要求 參數(shù)項目 數(shù)據(jù) 最小要求功率，千瓦馬力 22（18） 最大允許功率，千瓦馬力 48（65） 動力輸出軸轉速（r/min） 540 液壓輸出 有 掛接裝置 1類三點懸掛 5結論 此打瓜破皮取籽機的使用，改變了以前人工勞動強度大、效率低的缺點。同時也解決了以往打瓜收獲的困難、生產(chǎn)效率低的缺點。此打瓜破皮取籽機的研制滿足了大部分的需要。由于該機取籽率高，損失率低，可以作為以打瓜籽為原材料進行深加工的工廠的后盾，同時也解放了勞動力，可實現(xiàn)自動化破皮取籽的全過程。當然此機器也存在不足的地方，其中有一個就是打瓜碎皮容易在進料口處跳出來，雖然可以調(diào)節(jié)進料口的大小，但是不能實現(xiàn)自動化。因此可以在進料斗設置成半封閉狀態(tài)，這樣可以提高該機器的生產(chǎn)率。 參考文獻： [1] 王學農(nóng).打瓜揀拾脫籽聯(lián)合作業(yè)機[J].新疆農(nóng)機化,2007,6:60． [2] 王學農(nóng),牛長河,陳發(fā),蔣永新,張佳喜,王慶惠,劉旋峰,郭兆峰.新型籽瓜撿拾脫籽聯(lián)合作業(yè) 機研制[J].新疆農(nóng)機化,2008,03:25-26. 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[17] 吳勇,陳恒,米谷倉,康介鳴.籽瓜脫粒機.專利號:CN2390398,中國專利數(shù)據(jù)庫5TZ-300型籽瓜脫粒機.項目年度編號:90202363,中國專利數(shù)據(jù)庫. 塔里木大學本科生畢業(yè)設計答辯 打瓜收獲機破皮取籽機構設計 學生姓名：學生姓名：指導老師：指導老師：時時 間：間：1 1 課題研究的目的及意義課題研究的目的及意義 本設計通過國內(nèi)外的打瓜機器的性能、構造以及操作的簡易程度，最終設計成一架操作簡單、價格合理、適合大多數(shù)地區(qū)使用便于維修的打瓜子收獲機械。包括安裝在機架上的破碎輥、篩選器和子皮分離篩，破碎輥的表面上設置有切碎板，子皮分離篩為帶有網(wǎng)孔的半圓柱筒，篩選器由轉軸和其上設置的安裝有刮板的支架組成，破碎輥和篩選器的軸端均設置有皮帶輪。其可以由多種農(nóng)用機械帶動工作，省時省力，易于推廣。2 2 打瓜破皮取籽機工作原理打瓜破皮取籽機工作原理 通過小四輪通過萬向節(jié)傳輸動力帶動鏈輪進行工作，籽瓜從進料口進入到破碎裝置進行初步的破碎，破碎的籽瓜進入壓碎裝置，壓碎裝置進行第二次破碎處理通過碾壓輪對初步破碎的籽瓜進行瓜皮與瓜瓤的分離，分離的瓜皮與瓜瓤落入瓜皮分離裝置通過排皮軸的作用將瓜皮排出外，其瓜籽與瓜瓤將通過篩體的篩眼將其瓜籽與瓜瓤落入儲存箱箱內(nèi)有個螺旋軸起作用就是把瓜籽與瓜瓤輸送到瓜籽和瓜汁分離裝置，其裝置外殼是個圓桶篩體其小篩孔將瓜汁和瓜瓤排出體外剩余的就是瓜籽和少量的雜質(zhì)。1.進料口 2.籽瓜破碎裝置 3.籽瓜壓碎裝置4.瓜皮分離裝置 5.水平螺旋輸送器6.瓜籽和瓜汁分離裝置 7.廢料排出口 8.支架 9.瓜籽收集口 打瓜機打瓜機的的機構機構圖圖 5 主要技術參數(shù)參數(shù)項目參數(shù)項目數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)外形尺寸（長寬高）（mm）150020001800主動輪鏈輪速（r/min）270籽瓜破碎率（%）1.0瓜籽損失率（%）3.0瓜籽潔凈率（%）80作業(yè)速度（Km/h）2-3動力額定轉速（r/min）5406 配套動力要求參數(shù)項目參數(shù)項目數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)最小要求功率，千瓦馬力22（18）最大允許功率，千瓦馬力48（65）動力輸出軸轉速（r/min）540液壓輸出有掛接裝置1類三點懸掛本課題主要由以下幾部分構成本課題主要由以下幾部分構成n進料口的選擇與應用進料口的選擇與應用n破碎裝置的研究分析破碎裝置的研究分析n籽瓜壓碎裝置的分析籽瓜壓碎裝置的分析n瓜皮分離裝置的分析瓜皮分離裝置的分析1.1.進料口的選擇與應用進料口的選擇與應用n打瓜破碎機構的進打瓜破碎機構的進料口的選取，主要料口的選取，主要是由撿拾機構在撿是由撿拾機構在撿拾過程中的輸送量拾過程中的輸送量與打瓜的個體差異與打瓜的個體差異來確定。來確定。2.2.破碎裝置的設計破碎裝置的設計 籽瓜破碎齒位于在籽瓜喂入裝置下部，籽瓜破碎齒位于在籽瓜喂入裝置下部，由安裝在軸上的九個形狀大小相同的圓柱由安裝在軸上的九個形狀大小相同的圓柱形彎齒成，在軸的高速旋轉過程中能夠完形彎齒成，在軸的高速旋轉過程中能夠完成籽瓜的初步破碎成籽瓜的初步破碎。3.3.籽瓜壓碎裝置的分析籽瓜壓碎裝置的分析n壓碎輥有圓柱及安壓碎輥有圓柱及安裝在圓輥上的裝在圓輥上的8 8個棱個棱角組成，通過壓碎角組成，通過壓碎輥的進一步壓碎，輥的進一步壓碎，可以將經(jīng)過破碎齒可以將經(jīng)過破碎齒初步打碎的籽中，初步打碎的籽中，還未完全分離的瓤還未完全分離的瓤和籽以及鑲嵌在瓜和籽以及鑲嵌在瓜皮里的瓜籽經(jīng)過擠皮里的瓜籽經(jīng)過擠壓徹底分離。壓徹底分離。4.瓜皮分離裝置的分析瓜皮分離裝置的分析n瓜皮分離裝置的作用，其瓜皮分離裝置的作用，其裝置位于籽瓜壓碎裝置下裝置位于籽瓜壓碎裝置下部，壓碎裝置將瓤和籽以部，壓碎裝置將瓤和籽以及鑲嵌在瓜皮里的瓜籽經(jīng)及鑲嵌在瓜皮里的瓜籽經(jīng)過擠壓徹底分離以后進入過擠壓徹底分離以后進入瓜皮分離裝置，其裝置對瓜皮分離裝置，其裝置對破碎的瓜皮進行分離排出破碎的瓜皮進行分離排出體外。其瓜籽、瓜籽和少體外。其瓜籽、瓜籽和少量的小瓜皮，通過篩體落量的小瓜皮，通過篩體落入收集箱對物料進行下一入收集箱對物料進行下一步的處理。步的處理?？偨Y總結 此打瓜破皮取籽機的使用，改變了以前人工勞動強度大、效率低的缺點。同時也解決了以往打瓜收獲的困難、生產(chǎn)效率低的缺點。此打瓜破皮取籽機的研制滿足了大部分的需要。由于該機取籽率高，損失率低，可以作為以打瓜籽為原材料進行深加工的工廠的后盾，同時也解放了勞動力，可實現(xiàn)自動化破皮取籽的全過程。當然此機器也存在不足的地方，其中有一個就是打瓜碎皮容易在進料口處跳出來，雖然可以調(diào)節(jié)進料口的大小，但是不能實現(xiàn)自動化。因此可以在進料斗設置成半封閉狀態(tài)，這樣可以提高該機器的生產(chǎn)率。謝謝大家！誠請各位老師指正！ 大學 畢業(yè)論文（設計）任務書 學院 機械電氣化工程學院 班級 農(nóng)機13-1 學生姓名 學號 課題名稱 籽瓜籽汁分離機的設計 起止時間 （共 12周） 指導教師 職稱 講師 課題內(nèi)容 籽瓜是新疆農(nóng)民增收的農(nóng)作物之一，瓜子的收獲是籽瓜種植的基礎。目前瓜子的收獲主要是靠人工撿拾、集條集堆、人工喂人、機械脫粒，用工量大，勞動強度高，效率低，收獲損失大。因此，加快打瓜收獲機械化的研究，對減少瓜農(nóng)投入，促進瓜農(nóng)增收，帶動打瓜產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有十分重要的意義。打瓜收獲機械破皮取籽機構是作業(yè)機的核心工作部件，以解決打瓜采摘后機械化作業(yè)環(huán)節(jié)中的破碎和去籽的問題。 本課題的研究內(nèi)容： 1）查找相關文獻，了解國內(nèi)外打瓜機的相關工藝。 2）查找專利及相關文獻，熟悉了解打瓜去籽的結構。 3）利用機械傳動理論對，對打瓜取籽進行傳動設計和機構設計。 4））依據(jù)查找到的專利及文獻，設計打瓜取籽的三維實體模型，并生成關鍵部件及裝配圖工程圖。 擬定工作進度（以周為單位） 第一周：查找相關資料，熟悉課題內(nèi)容。 第二周：撰寫開題報告，并制定總體方案。 第三至八周：設計打瓜取籽機構的三維實體模型，并生成關鍵部件及裝配圖工程圖。 第九周：對打瓜取籽機構進行傳動設計和機構設計。 第 十 周：撰寫畢業(yè)論文，修改圖紙中存在的問題。 第十一周：編寫答辯提綱，準備答辯。 第十二周：答辯 主要參考文獻 [1]劉雙玲,楊東明,高士其,周玲.打瓜機械化收獲技術在阿勒泰地區(qū)的引進示范[J].新疆農(nóng)機化,2008,06:38-39. [2]張鋒偉,韓正最.籽瓜籽汁分離機的設計[J].農(nóng)業(yè)機械,2010,[4]133:134 [3]王學農(nóng),牛長河,陳發(fā),蔣永新,張佳喜,王慶惠,劉旋峰,郭兆峰.新型籽瓜撿拾脫籽聯(lián)合作業(yè)機研制[J].新疆農(nóng)機化,2008,03:25-26. [4]王克仁,趙毅兵.打瓜取籽機[p].中國專利:02236613.X,2010-08-16. [5]佐劍波.改進的聯(lián)合打瓜收獲脫籽機[P].新疆:CN2802936,2006-08-09. [6]高銀鋒.牽引式打瓜聯(lián)合收獲機[P].新疆:CN102550206A,2012-07-11. 任務下達人（簽字） 年 月 日 任務接受人意見 任務接受人簽名 年 月 日 注：1、此任務書由指導教師填寫，任務下達人為指導教師。 2、此任務書須在學生畢業(yè)實踐環(huán)節(jié)開始前一周下達給學生本人。 3、此任務書一式三份，一份留學院存檔，一份學生本人留存，一份指導教師留存。 13屆畢業(yè)設計 籽瓜籽汁分離機的設計 學生姓名 學 號 所屬學院 專 業(yè) 班 級 指導教師 日 期 塔里木大學機械電氣化工程學院制 1 塔里木大學畢業(yè)設計 前 言 籽瓜是新疆生產(chǎn)建設兵團重要的經(jīng)濟作物，在建設兵團的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整中占有重要地位。隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整，籽瓜的種植規(guī)模越來越大，人力投入，生產(chǎn)成本的消耗等問題日益突出，因此，籽瓜產(chǎn)業(yè)的全程機械化亟需解決。目前，在籽瓜的收獲環(huán)節(jié)：采取人工采摘、人工輔助集條機集條集堆、機械取籽配合作業(yè)，使得勞動強度大，勞動成本高。同時籽瓜成熟后因其特性不宜在田間放置過久，如逢秋雨霜凍，極易腐爛，另外籽瓜成熟時正是棉花、玉米、甜菜等大宗作物收獲農(nóng)忙之際，勞動力奇缺，給籽瓜人工收獲帶來很大困難 因此，有必要對籽瓜收獲取籽環(huán)節(jié)機具及配套設備進行研究以解決籽瓜機械化收獲問題。分析了目前在兵團廣泛使用的幾種籽瓜收獲機械的基本結構及功能；并依據(jù)不同的工作機理，介紹了籽瓜撿拾裝置、輸送裝置、取籽裝置的基本類型和技術特點。 針對我國西部籽瓜加工勞動強度大、機械化程度低的現(xiàn)狀，設計了籽瓜籽汁分離機。該分離機的設計思路為：將籽瓜初步粉碎、用輥輪將籽瓜完全壓碎、使瓜瓤和瓜皮分離、排出瓜皮、用離心法將汁和瓜籽分離、最后收集瓜籽。本機的主要裝置有破碎齒壓碎輥輪、大滾筒棍刀、小滾筒、小滾筒輥刀和瓜籽的收集裝置。本機結構簡單緊湊，裝載攜帶方便，能夠大幅提高籽瓜的加工效率，適合于廣大籽瓜種植農(nóng)戶推廣使用。 關鍵詞：籽瓜：破碎：壓碎：脫籽 目 錄 1緒論 1 1.1研究的意義 1 1.2研究目的 1 1.3可行性分析 1 1.4國內(nèi)外打瓜破皮取籽機現(xiàn)狀及分析 1 1.5本課題需要重點研究的關鍵的問題及解決的思路 2 2基本結構、原理及主要技術參數(shù) 2 2.1打瓜破皮取籽機結構 2 2.2打瓜破皮取籽機工作原理 4 2.3主要技術參數(shù) 4 3主要部件的設計 5 3.1進料口作用 5 3.2打瓜彈性的計算 5 3.3破碎裝置 5 3.4籽瓜壓碎裝置 7 3.5瓜皮分離裝置 8 4 籽皮分離裝置中心軸的校核 8 4.1軸直徑的選擇 9 4.2軸校核 9 4.3軸的扭轉應力的校核 10 4.4傳動軸健側擠壓應力的校核 10 5結論 10 小 結 11 致 謝 12 參考文獻 13 1緒論 1.1研究的意義 打瓜是新疆生產(chǎn)建設兵團(以下簡稱兵團)的重要經(jīng)濟作物，在兵團的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整中占有重要的地位。隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構的調(diào)整，打瓜的種植規(guī)模越來越大，人力投入，生產(chǎn)成本的消耗等問題日益突出，因此，打瓜生產(chǎn)過程的全程機械化問題急需解決,由于種植過程一般與其它糧食作物沒有多大區(qū)別，重點是收獲不同，所以收獲機械對現(xiàn)實生活的需要是極為迫切的。 本設計通過國內(nèi)外的打瓜機器的性能、構造以及操作的簡易程度，最終設計成一架操作簡單、價格合理、適合大多數(shù)地區(qū)使用便于維修的打瓜子收獲機械。包括安裝在機架上的破碎輥、篩選器和子皮分離篩，破碎輥的表面上設置有切碎板，子皮分離篩為帶有網(wǎng)孔的半圓柱筒，篩選器由轉軸和其上設置的安裝有刮板的支架組成，破碎輥和篩選器的軸端均設置有皮帶輪。其可以由多種農(nóng)用機械帶動工作，省時省力，易于推廣。 1.2研究目的 打瓜是新疆主要經(jīng)濟作物之一。發(fā)展打瓜生產(chǎn)，對調(diào)整優(yōu)化農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構、加快脫貧致富及地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展具有非常重要的作用。打瓜為地上作物，其收獲方式以人工撿拾、機械集調(diào)為主。打瓜收獲機可以大大提高收獲效率，降低勞動強度，減少損失，為打瓜生產(chǎn)奠定良好的基礎。但是收獲方式的落后極大的制約了打瓜的生產(chǎn)發(fā)展。為促進打瓜生產(chǎn)地發(fā)展，解決機械化問題勢在必行。打瓜收獲機械化的關鍵矛盾是破碎率是否達到生產(chǎn)要求。 1.3可行性分析 本課題研究設計出一種小型高效打瓜破皮取籽機械，其原理也可用于大型打瓜加工機械的制造。課題內(nèi)容主要是打瓜破皮取籽機的設計與仿真，首先對打瓜破皮取籽機總體進行設計，主要對現(xiàn)有打瓜破皮取籽機進行改進，進而用實體軟件進行實體繪制，并對實體圖進行仿真，達到干涉檢測，變形模擬等目的。 1.4國內(nèi)外打瓜破皮取籽機現(xiàn)狀及分析 1.4.1國內(nèi)打瓜破皮取籽機現(xiàn)狀及分析 打瓜收獲機在國外也尚未見相關的報道。隨著打瓜種植面積的擴大，在國內(nèi)有較大的發(fā)展?jié)摿Α５悄壳皣鴥?nèi)的打瓜收獲機械在結構和應用上尚有很多的問題，需要進一步的設計改進和推廣。 目前，在國內(nèi)打瓜的生產(chǎn)過程中，耕地、整地、播種、中耕、植保和取籽等機械化已逐漸解決，但這些工作量僅占全部作業(yè)量的60％，其余部分主要為人工作業(yè)，特別是打瓜的收獲階段，采摘、集條和輸送全部過程為人工作業(yè)，勞動強度大，勞動成本高，是打瓜生產(chǎn)過程中的瓶頸問題。加之打瓜成熟后不宜在田問放置過久，如逢秋雨霜凍，經(jīng)常腐爛；同時，打瓜成熟時正是棉花、玉米和甜菜等大宗作物收獲農(nóng)忙之際，勞動力奇缺，給打瓜人工收獲帶來很大困難。因此，加快打瓜收獲機和相關配套機械的研制對解決打瓜機械收獲中的瓶頸問題，促進打瓜機械化收獲的實現(xiàn)，降低打瓜的收獲成本和時間，減少農(nóng)民投入，促進農(nóng)民增收，帶動兵團打瓜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義，打瓜收獲機械的研究現(xiàn)狀:打瓜收獲機械的收獲方式打瓜的收獲方式主要有兩種：一種是采摘、取籽聯(lián)合作業(yè)的一體化聯(lián)合收獲；另一種是分段收獲。一體化聯(lián)合收獲具有機械化程度高、收獲效率高、省時省力、節(jié)約成本的特點，但是對土地的要求比較高，特別是地面情況惡劣的打瓜種植地撿拾效果不是很理想，所以這種收獲方式還需要進一步的研究、改進和優(yōu)化[4]。 目前常見的打瓜收獲機械也因打瓜收獲方式的不同而有差異。采摘、取籽聯(lián)合作業(yè)的一體化聯(lián)合收獲方式用塔城地區(qū)農(nóng)技推廣站研制的打瓜集條機被阿勒泰地區(qū)農(nóng)技推廣站引進、試驗和推廣，效果良好。 　　在這些打瓜收獲機械中，絕大部分屬于實用新型專利，但沒有實現(xiàn)實際的應用。除新疆農(nóng)業(yè)科學院研制的打瓜撿拾脫籽聯(lián)合作業(yè)機和塔城地區(qū)農(nóng)技推廣站研制的打瓜集條機做了田問試驗并推廣之外，其余皆未見相關報道。 打瓜收獲機的破碎裝置是籽瓜全程機械化收獲的關鍵設備。新疆是全國最大的籽瓜產(chǎn)地，籽瓜瓤的開發(fā)利用研究顯得尤為重要，生產(chǎn)籽瓜系列產(chǎn)品不僅提高了農(nóng)產(chǎn)品的附加值，增加了農(nóng)民收入，同時也避免了農(nóng)田的污染。籽瓜系列產(chǎn)品為新興食品，在為企業(yè)帶來顯著的經(jīng)濟效益的同時，也為社會提供了更為豐富、健康的食品資源，同時也促進了新疆籽瓜深加工產(chǎn)業(yè)和籽瓜種植業(yè)的發(fā)展，增加加工企業(yè)和農(nóng)民收益，新建的生產(chǎn)企業(yè)又可解決大量的工人就業(yè)問題，一系列的發(fā)展必定促進籽瓜種植面積進一步擴大，隨之而來的收獲問題也更加嚴峻，全程機械化收獲迫在眉睫[11]。破碎裝置由破碎滾筒與設于其上的直的破碎齒組成，清選裝置一端設有出料口;區(qū)別是振動篩式清選機的清選裝置采用振動篩進行分離，因振動篩高速擺動，造成清選機振動大、噪音大、故障率高和壽命短的缺點，而半圓篩式清選機的清選裝置由半圓篩和刮板組成，破碎裝置與半圓篩上下平行設置，破碎裝置破碎的瓜皮、瓜瓤和瓜籽落入分離裝置，在刮板刮動下旋轉進行分離。缺點是刮板在刮動瓜皮經(jīng)過半圓篩上的篩孔時，會將瓜皮叉入清選裝置，而清選裝置無法將碎瓜皮分離出來，影響了瓜籽的質(zhì)量，再者半圓篩為等徑，不利于瓜皮及時從半圓篩端口排出，工效較低，因沒有進一步漂洗分離裝置，瓜籽表面污物及未成熟瓜子無法分離，進一步影響瓜籽質(zhì)量。在國內(nèi)外的打瓜收獲機械中，打瓜取籽機在市場上有較為成熟的機型。但是包括打瓜撿拾的打瓜聯(lián)合收獲機械的發(fā)展還不是很成熟，還有很大的發(fā)展空間。 1.4.2國外打瓜破皮取籽機現(xiàn)狀及分析 美國、英國、加拿大等經(jīng)濟發(fā)達國家，經(jīng)歷了20世紀40～50年代種植業(yè)基本機械化及60～70年代畜禽與水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)基本機械化后，90年代的種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)已進入高度機械化、現(xiàn)代化階段。農(nóng)業(yè)機械正向大型、高速、低耗、自動化和智能化發(fā)展。美國是當今世界上農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化程度最高的國家之一,已基本實現(xiàn)了區(qū)域化、專業(yè)化、機械化、社會化、商品化和網(wǎng)絡信息化。一些農(nóng)場主往往經(jīng)營上千公頃連片土地,在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后的每一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)都使用機械操作,全面實現(xiàn)了機械化。美國已成為世界上農(nóng)業(yè)勞動生產(chǎn)率最高的國家之一。而對于打瓜收獲機械，由于種植區(qū)域的限制，國外研究資料較少，打瓜收獲機的發(fā)展水平基本以國內(nèi)為準[8]。 1.5本課題需要重點研究的關鍵的問題及解決的思路 1.5.1出現(xiàn)的主要問題 （1）從查閱的資料來看，所查到的現(xiàn)有的打瓜收獲機的破碎裝置并不是設計的十分完美，多少都存在缺陷。 （2）機械化程度低，生產(chǎn)效率較低。 （3）打瓜收獲機傳動效率低。 （4）不符合食品加工的衛(wèi)生要求。食品加工關鍵的要求是環(huán)保、衛(wèi)生，食品加工過程的隔離封閉，而以上提到的打瓜收獲機幾乎沒有考慮此問題。 1.5.2需要解決的難題 設計提出一種全新的研究方案，主要解決以下問題： （1）喂入斗、破碎筒、振動篩體等零部件的參數(shù)，查找相關專利說明。 （2）振動篩體的合理設計。 （3）損失率、破傷率、清凈率達到最小值。 （4）出籽口的離地高度的設計合理化。 （5）運輸?shù)叵兜碾x地高度的設計。 1.6完成本課題需要的工作條件及解決的辦法 該機械動力源為拖拉機，通過牽引裝置與拖拉機連接。 （1）查閱有關資料選擇相關參數(shù)及材料,設計破殼取籽機構。 （2）設計完各零部件后，進行裝配組合，試驗設計的可靠性。 （3）運用AutoCAD軟件，繪制二維零件圖和裝配圖。 （4）運用Solidworks軟件，繪制三維零件圖和裝配圖。 （5）運用三維設計軟件完成整機各零部件的三維建模并進行運動仿真。 2基本結構、原理及主要技術參數(shù) 經(jīng)過反復的考慮、研究和討論，確定打瓜破皮取籽機的總體機構，包括動力傳送系統(tǒng)、破碎機構、壓碎機構、分離機構、打瓜籽收集機構及控制機構等。 2.1打瓜破皮取籽機結構 打瓜破皮取籽機的總體方案圖如2-1所示。 圖2-1打瓜破皮取籽機的總體方案圖 打瓜破皮取籽機是一種組合式設備。它實質(zhì)上是打瓜取籽機的破碎系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、兩大組成。主要包括進料口裝置；破碎裝置；壓碎裝置；瓜皮分離裝置；輸送裝置；瓜籽和瓜汁分離；機械傳動系統(tǒng)及機架等組成。 破碎裝置，主要是使整個打瓜進行初步破碎。壓碎裝置，主要是把初步破碎的打瓜進行碾壓使瓜瓤與瓜皮分離。瓜皮分離裝置，主要就是把瓜皮從機體當中分離出去。輸送裝置，主要將其物料送入瓜籽和瓜汁分離裝置。瓜籽和瓜汁分離裝置，主要就是把瓜籽和瓜汁分離開進行對瓜籽收集。 機械傳動系統(tǒng)，主要由小四輪、鏈輪與鏈條等組成， 故結構緊湊。 打瓜破皮取籽機機構如圖2-2所示。 1進料口2籽瓜破碎裝置3籽瓜壓碎裝置4瓜皮分離裝置5水平螺旋輸送器6瓜籽和瓜汁分離裝置 7廢料排出口8.支架9瓜籽收集口 圖2-2打瓜破皮取籽機的結構組成 2.2打瓜破皮取籽機工作原理 通過小四輪通過萬向節(jié)傳輸動力帶動鏈輪進行工作，籽瓜從進料口進入到破碎裝置進行初步的破碎，破碎的籽瓜進入壓碎裝置，壓碎裝置進行第二次破碎處理通過碾壓輪對初步破碎的籽瓜進行瓜皮與瓜瓤的分離，分離的瓜皮與瓜瓤落入瓜皮分離裝置通過排皮軸的作用將瓜皮排出體外，其瓜籽與瓜瓤將通過篩體的篩眼將其瓜籽與瓜瓤落入儲存箱箱內(nèi)有個螺旋軸起作用就是把瓜籽與瓜瓤輸送到瓜籽和瓜汁分離裝置，其裝置外殼是個圓桶篩體其小篩孔將瓜汁和瓜瓤排出體外剩余的就是瓜籽和少量的雜質(zhì)。 2.3主要技術參數(shù) 表2-1 主要技術參數(shù) 參數(shù)項目 數(shù)據(jù) 外形尺寸（長×寬×高）（mm） 1500×2000×1800 主動輪鏈輪速（r/min） 270 籽瓜破碎率（%） 1.0 瓜籽損失率（%） 3.0 瓜籽潔凈率（%） 80 作業(yè)速度（Km/h） 2-3 動力額定轉速（r/min） 540 表2-2 配套動力要求 參數(shù)項目 數(shù)據(jù) 最小要求功率，千瓦馬力 22（18） 最大允許功率，千瓦馬力 48（65） 動力輸出軸轉速（r/min） 540 液壓輸出 有 掛接裝置 1類三點懸掛 3主要部件的設計 3.1進料口作用 保證打瓜比較穩(wěn)定的量進入破碎裝置其進料口具有一定的儲存量保持正常工作簡圖3-1。 圖3-1進料口簡 進料口的體積 （3-1） 3.2打瓜彈性的計算 采用三思微機控制電子萬能試驗機進行打瓜的壓縮試驗。加載壓頭為圓柱體，直徑10mm，壓縮速度10mm/min。 通過連接在計算機上的壓力傳感器記錄，將打瓜破裂時的應力值與變形量填如表3-1. 根據(jù)布森聶理論，公式（3-2）計算出打瓜彈性模量填入對應表3-1. （3-2） 式中:E—物料彈性模量，單位：Pa； F—壓力，N； D—變形，mm； u—泊松比；水果和蔬菜的泊松比在0.2~0.5,取打瓜的泊松比為0.3； 試驗樣品之一的壓力變形曲線，曲線拐點為破裂點，對應著打瓜宏觀結構的破壞。即當達到打瓜強度極限時，瓜皮發(fā)生破裂，由表2可看出打瓜破壞所需的靜載荷力均在1000N以上。 表3-1 應力—變形實驗結果 序號 最大變形量（mm） 壓力（KN) 彈性模量（106Pa） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 平均 24 26 30 29 20 22 18 25 22 23 23.9 1.6 1.3 1.2 1.6 1.2 1.4 1.1 1.3 1.1 1.3 1.31 6.07 4.55 3.64 5.02 5.46 5.79 5.56 4.73 4.55 5.14 5.05 3.3破碎裝置 3.3.1破碎裝置的作用 籽瓜破碎齒位于在籽瓜喂入裝置下部，由安裝在軸上的九個形狀大小相同的圓柱形彎齒組成，在軸的高速旋轉過程中能夠完成籽瓜的初步破碎。 3.3.2破碎軸的計算 該設計動力由拖拉機提供，根據(jù)配套動力要求，通過查資料拖拉機動力輸出的功率一般為40%—50%，本課題以50%計算，最大允許功率按48kW算，拖拉機通過萬向節(jié)傳動軸將動力輸入到如上圖2-2的5軸上，從而帶動裝置進行工作。 已知，圖2-2上的齒輪齒數(shù)設計為、、、、、 拖拉機動力輸出軸轉速為 則軸2的轉速為： （3-3） 軸5的功率為： 鏈傳動效率一般為90%~93%，本課題研究取93%。 （3-4） 傳動比計算： （3-5） 破碎軸的受力分析計算具體如下： 圖3-2 破碎軸的示意圖 由公式： （3-6） 已知：， 代入得： （3-7） （3-8） 由上面的打瓜彈性估算實驗：打瓜破壞所需的靜載荷力均在1000N以上，由于我們所計算出的，所以符合設計。 3.4籽瓜壓碎裝置 3.4.1籽瓜壓碎裝置的作用 壓碎輥有圓柱及安裝在圓輥上的8個棱角組成，通過壓碎輥的進一步壓碎，可以將經(jīng)過破碎齒初步打碎的籽瓜中，還未完全分離的瓤和籽以及鑲嵌在瓜皮里的瓜籽經(jīng)過擠壓徹底分離。 3.4.2壓碎裝置的計算 （3-9） 轉速： （3-10） （3-11） 受力分析具體如下： 圖3-3 壓碎軸 由公式： （3-12） （3-13） 已知：，代入公式 （3-14） 得： 3.5瓜皮分離裝置 瓜皮分離裝置的作用，其裝置位于籽瓜壓碎裝置下部，壓碎裝置將瓤和籽以及鑲嵌在瓜皮里的瓜籽經(jīng)過擠壓徹底分離以后進入瓜皮分離裝置，其裝置對破碎的瓜皮進行分離排出體外。其瓜籽、瓜籽和少量的小瓜皮，通過篩體落入收集箱對物料進行下一步的處理。 分離裝置軸的功率為： （3-15） （3-16） 轉速： （3-17） （3-18） 傳動比： （3-19） （3-20） 4 籽皮分離裝置中心軸的校核 籽皮分離裝置中心軸如圖4-1所示。 圖4-1 籽皮分離裝置中心轉軸 4.1軸直徑的選擇 在工作過程中，主動分離中心軸承受的力有自重和破碎打瓜在分離過程中對軸反作用力?，F(xiàn)在 計算主動分離中心的最小直徑。經(jīng)過查閱相關文獻可得知計算軸的最小直徑的公式。軸的最下直徑為： （4-1） 式中：——主動滾筒最小直徑（） ——軸的許用扭切應力（） ——傳遞的功率（） ——軸的轉速（） ——軸的材料和承載情況確定的常數(shù) 由產(chǎn)生的功率經(jīng)過一系列的損耗，最終傳到了主動分離中心軸上。在這傳遞的過程中經(jīng)過了一個一個鏈輪。 經(jīng)過計算和查閱相關文獻可得： 將數(shù)據(jù)代入公式（4-1）得： 所以主動分離裝置中心軸最小處的直徑為50。此軸所選取的材料為45號鋼，抗拉強度屈服強度。因此此軸滿足受力要求，能夠正常的工作。 籽皮分離裝置中心軸在工作時，除受到車輛的重力外，還受到轉向時的扭轉應力，軸上的鍵所起到了固定齒輪的作用，鍵側面受力還是比較大的，故對以上所述的進行校核。 4.2軸校核 根據(jù)所傳動最大轉矩，額定轉速以及傳動軸長度，兩端自由支撐，材料均勻的等截面?zhèn)鲃虞S的臨界轉速，為： (4-2) 式中：D—傳動軸的直徑最細端（取軸端面直徑）mm； L—傳動軸的支撐長度（取整個軸的長度）mm； 將D=50mm，L=1700代入（4-2）可以得出：=1038（r/min）。 實際上傳動軸的實際轉速最大為342（r/min），由于傳動軸動平衡的誤差的影響，實際臨界轉速要低于計算的值，所以要引進安全系數(shù)。 帶入數(shù)值：，所以合格。 4.3軸的扭轉應力的校核 傳動軸除了應滿足臨界轉速的要求外，還應保證有足夠的扭轉強度，對于傳動軸的最大扭轉應力按（4-2）式計算[18]： （4-3） 式中：T—傳動軸計算轉矩， D、d—軸的最大徑和最小徑 mm 將、、D=60mm、d=50mm代入（4-3）得： ，一般軸的許用應力，由于故以上狀態(tài)能滿足工況使用要求[19]。 4.4傳動軸健側擠壓應力的校核 根據(jù)資料查詢對傳動軸健齒側擠壓應力進行校核利用公式（4-3）計算[18]： （4-4） 式中：—計算轉矩 —鍵轉矩分布不均勻系數(shù)，取1.3 —鍵外徑 mm —鍵內(nèi)徑 mm —鍵的有效工作長度 mm —鍵數(shù)量，這里取1 將、、、、、代入式（4-4）得： 當鍵面硬度為35HRC時，許用擠壓應力為 則，鍵擠壓強度。 5結論 此打瓜破皮取籽機的使用，改變了以前人工勞動強度大、效率低的缺點。同時也解決了以往打瓜收獲的困難、生產(chǎn)效率低的缺點。此打瓜破皮取籽機的研制滿足了大部分的需要。由于該機取籽率高，損失率低，可以作為以打瓜籽為原材料進行深加工的工廠的后盾，同時也解放了勞動力，可實現(xiàn)自動化破皮取籽的全過程。當然此機器也存在不足的地方，其中有一個就是打瓜碎皮容易在進料口處跳出來，雖然可以調(diào)節(jié)進料口的大小，但是不能實現(xiàn)自動化。因此可以在進料斗設置成半封閉狀態(tài)，這樣可以提高該機器的生產(chǎn)率。 小 結 通過本次課程設計，總結有以下幾點： （1）籽瓜破皮取籽機的設計成果具有廣闊的應用空間，對于產(chǎn)品的其他應用有待進一步開發(fā)，對于針對各種應用的改進研究還有很多工作可做。 （2）針對破皮取籽機的取籽潔凈率要求，對于壓碎裝置、分離裝置進行優(yōu)化設計，是亟待解決的一個新問題。 （3）針對籽瓜大小，設計系列化破碎裝置也是今后研究的重要問題。 （4）在總體設計的基礎上，對籽瓜破皮取籽機的主要組成機構：籽瓜的破碎機構、壓碎機構、分離機構、齒輪傳動比進行了詳細設計計算； （5）對所涉及到的所有零部件進行了結構設計，同時設計并繪制出所有傳動零件、聯(lián)結和固定裝置的零件制造圖。 總體來說，此次課程設計，我運用AutoCAD軟件，繪制二維零件圖和裝配圖，還運用Solidworks軟件，繪制三維零件圖和裝配圖。由于開始這兩個軟件運用不太熟練在此設計中碰到很多困難，當然在困難中也不斷的成長，在不懂的情況下及時的向老師和同學請教，在他們的幫助下也通過自己的努力順利的完成畢業(yè)設計。 致 謝 在本論文的完成過程中，我的導師吳明清老師給予了我悉心指導和熱情鼓勵，使我順利完成了畢業(yè)設計工作。他嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、淵博的知識和執(zhí)著的敬業(yè)精神給我留下了深刻印象。激勵我克服困難，廣泛涉獵新思想、新理論，不斷地探求新的科學發(fā)展。同時，也讓我懂得如何去踏踏實實地工作、勤勤懇懇地做人。 在此次設計中，非常感謝學校組織的這次畢業(yè)設計，讓我們把大學四年學習到的知識在畢業(yè)設計中表現(xiàn)的林淋漓盡致。做畢業(yè)設計我才發(fā)現(xiàn)原來的專業(yè)知識這么淺薄。所以才導致設計改了一遍又一遍問題仍然存在，希望各位老師指出我的不足之處，來更加完善我的畢業(yè)設計。在做課題的過程中遇到了很多困難，畢業(yè)設計在吳老師的熱心幫助下才得以順利完成，在此，謹向吳老師表示衷心的感謝和誠摯的敬意。同時，感謝在做課題過程中為我提供便利和幫助的老師和同學們。感謝班級的所有同學們，感謝我們在一起度過的這段忙碌又愉快的時光。在此，向所有關心和幫助過我的領導、老師、同學和朋友表示由衷的謝意!衷心地感謝在百忙之中參加畢業(yè)答辯的各位老師! 參考文獻 [1] 王學農(nóng).打瓜揀拾脫籽聯(lián)合作業(yè)機[J].新疆農(nóng)機化,2007,6:60． [2] 王學農(nóng),牛長河,陳發(fā),蔣永新,張佳喜,王慶惠,劉旋峰,郭兆峰.新型籽瓜撿拾脫籽聯(lián)合作業(yè)機 研制[J].新疆農(nóng)機化,2008,03:25-26. 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