李宇杰　劉笑　管紅光　孫立杰

【摘 要】本項目以甘蔗剝皮為研究對象，經(jīng)過調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前已有的甘蔗剝皮裝置大部分不是體積過大就是切削效果不理想，甚至還有少部分地區(qū)使用人工削皮的方式對甘蔗進行加工。為了解決這些問題以提高甘蔗削皮效率及質(zhì)量，設(shè)計出一款甘蔗剝皮裝置。該裝置主要由進給機構(gòu)、傳動機構(gòu)、切削機構(gòu)、儲屑機構(gòu)、減速器、電機六部分構(gòu)成。當(dāng)電機工作，帶動滾料輪及切削盤轉(zhuǎn)動，甘蔗由滾料輪帶動進入切削盤，切削盤上的刀具繞著甘蔗表面360度旋轉(zhuǎn)削皮。該裝置具有切削效果好，噪聲少，體積小，自動化程度較好，結(jié)構(gòu)簡單，造價低等優(yōu)點。

【關(guān)鍵詞】甘蔗剝皮;旋轉(zhuǎn)削皮;滾料輪

中圖分類號： TS249.2文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）33-0013-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.33.006

Design and Research of Device for Sugarcane Peeling

LI Yu-jie LIU Xiao GUAN Hong-guang SUN Li-jie

（College of Mechanical and Electronic Engineering，Tarim University，Alar Xinjiang 843300，China）

【Abstract】This project takes sugarcane peeling as the research goal.Through investigation，it is found that most of the existing sugarcane peeling devices are either too large or the cutting effect is not ideal，and even a few areas use manual peeling to cure sugarcane.In order to solve these problems and improve the efficiency and quality of sugarcane peeling，we designed a sugarcane peeling device.This device is mainly composed of four parts：feed mechanism，transmission mechanism，cutting mechanism and chip storage mechanism.When electric motor works，it drives the roller wheel and the cutting disk to rotate.Sugarcane is driven into the cutting disk by the roller wheel.The knives on the cutting disk rotates 360 degrees around the surface of the sugarcane to peel.Meanwhile，this device has most of the benefit on cutting effects，less noise，small volume，better automation，simple structure and low cost.Suitable for any occasions.

【Key words】Sugarcane peeling;Rotate the peel;Rolling wheel

0 引言

隨著生活水平的不斷提高，人們更加地看重飲食、健康方面的問題。2016/2017榨季，由于甘蔗種植收益增加，農(nóng)民種植意愿增強，廣西甘蔗種植面積小幅恢復(fù)2%—3%[1]。中國甘蔗的種植面積在巴西和印度之后，居世界第三位，是我國南方地區(qū)主要的經(jīng)濟作物之一[2]。甘蔗含有大量對人體有益的糖量和微量元素。另外，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究表明，甘蔗中含有大量的纖維，在食用甘蔗時需要反復(fù)咀嚼能夠有效地清除口腔、牙縫處的污垢，提高牙齒的抗齲能力[3]。但在食用甘蔗的時候，往往都是用刀把甘蔗的外表皮去掉，或者是用嘴咬把表皮撕裂開，這兩種方式很容易切割到手和損壞牙齒。改革開放30年，我國農(nóng)村勞動力結(jié)構(gòu)發(fā)生深刻變化，機械化已成為甘蔗產(chǎn)業(yè)的迫切需求[4]?；诖?，一種自動化程度比較高，切削效果好，振動噪聲少，體積小，而且經(jīng)濟又實用的甘蔗剝皮設(shè)備值得深入研究和設(shè)計。

1 整機結(jié)構(gòu)與工作原理

1.1 整機結(jié)構(gòu)

如圖1所示，該設(shè)計采用的是立體布局的形式，主要有進給機構(gòu)、傳動機構(gòu)、切削機構(gòu)、儲屑機構(gòu)、電機、減速器、六個主要部分。

1.2 工作原理

整個甘蔗剝皮機由一個電機提供動力和扭矩，傳動主要由滾輪、鏈傳動、V帶傳動實現(xiàn)，電機連接兩部分，分別為V帶和減速器。切削機構(gòu)通過電機由V帶傳動提供動力、扭矩，實現(xiàn)對甘蔗的旋轉(zhuǎn)去皮;另外，電機通過減速器，改變運轉(zhuǎn)速度，再通過鏈傳動向進料機構(gòu)的上端滾輪提供扭矩、動力，用于夾緊甘蔗并將其送入和送出切削機構(gòu)。

2 關(guān)鍵部件的設(shè)計

2.1 進給機構(gòu)的設(shè)計

如圖2所示，進給機構(gòu)的主要由安裝座、進料滾動輪、滑塊、滑桿、彈簧、鏈輪組成。其中，進料機構(gòu)分為上下兩個部分，上端由兩個滾動輪組成，其中靠近切削機構(gòu)的一端連接著鏈輪，下端同樣由兩個滾動輪組成，下端的滾動輪和四塊滑塊相配合，各個滑塊連接著滑桿、彈簧。當(dāng)甘蔗被推入到進給機構(gòu)時，盡管甘蔗每部分的直徑大不相同，但由于彈簧的作用，滑塊帶動著滾輪上下伸縮，緊緊貼著甘蔗表面，以適應(yīng)甘蔗徑向尺寸的變化，上端的滾動輪由電機通過鏈傳動驅(qū)動甘蔗向前運動。

2.2 傳動裝置的設(shè)計

本設(shè)計傳動機構(gòu)由鏈輪、皮帶輪、減速器構(gòu)成。其中鏈輪為小直徑實心式的滾子鏈，由于大小鏈輪嚙合的次數(shù)都很高，鏈輪收到的沖擊就會很大，故將鏈輪進行熱處理，以提高耐磨性和接觸強度，制作鏈輪采用材料。帶輪為由鑄鐵制造的實心式型帶輪。減速器采用圓柱齒輪減速器。

2.3 切削機構(gòu)的設(shè)計

如圖3所示，該機構(gòu)由刀架、刀具、彈簧、支撐桿、圓弧擋板、切削輪組合成一個切削機構(gòu)，在甘蔗進入到切削機構(gòu)之后，三個在切削輪上的小滾輪首先與甘蔗相接觸，之后，甘蔗進入到刀架的位置，此時，圓弧擋板接觸到甘蔗，圓弧擋板和三個小滾輪分別是在四個不同的位置，起到夾緊甘蔗的作用，圓弧擋板在彈簧彈力的作用下緊緊貼著甘蔗表面，圓弧擋板上的支撐桿和刀架是螺紋連接的，當(dāng)甘蔗直徑變化時，圓弧擋板會帶動整個刀架產(chǎn)生相應(yīng)的變化，保證圓弧擋板最底面與刀最底面的垂直距離是一定的，即保證了甘蔗的表面與刀的垂直距離是一定的，這個距離就是切削的厚度，通過調(diào)節(jié)圓弧擋板與其用螺紋連接的支撐桿的距離，便能任意改變切削的厚度，從而對甘蔗皮進行切削。

2.4 儲屑機構(gòu)的設(shè)計

如圖4所示，儲屑部件是由去屑管和儲屑盒組成的，切削機構(gòu)對甘蔗剝皮后，甘蔗皮屑掉落到去屑管的集屑口中，之后經(jīng)過去屑管滑落到儲屑盒里。整個過程中，甘蔗皮屑不會飛濺到機器外邊，屑蓋擋住甘蔗皮屑，飛濺到屑蓋的皮屑最終也會掉落到儲屑盒里。儲屑盒不固定，儲屑盒滿了之后，可以直接拿走。

2.5 電機的選擇

根據(jù)甘蔗剝皮機的日常需求，應(yīng)考慮電動機的種類、形式、額定電壓、額定轉(zhuǎn)速和額定功率、工作方式，在決定電動機功率時考慮到電動機的發(fā)熱，允許過載能力啟動能力等問題[5]。甘蔗剝皮機的功率為0.75kW，現(xiàn)選用YU系列單相異步電動機。功率為0.75kW，額定電壓：220V，頻率：50Hz，額定轉(zhuǎn)速為1400r/min，額定轉(zhuǎn)矩1.8，型號為YU90L4[6]。

3 機械傳動部分的設(shè)計和計算

3.1 帶傳動的設(shè)計計算

1）查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》KA=0.75[7]，Pc=P×KA=0.75kW，n1=1400r/min，坐標(biāo)位于z型處

2）查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》d1=50～71mm 取d1=70mm，得d2=（n1/n2）d1（1-ε）=160mm

3）v= = =5.12m/s帶速在5～30m/s范圍內(nèi)，合適。

4）初步選取中心距：ɑ0=1.5（d1+d2）=345mm 取a0=450mm符合0.7（d1+d2）

L0=2ɑ0+（π/2）（d1+d2）+（d1-d2）2/4ɑ0=1265mm

對Z型帶選Ld=1330mm，KL=1.13 則ɑ≈ɑ0+[（Ld-L0）/2]=515mm

5）α =180 - ×57.3 =170 >120 該包角合適。

6）令P0=0.3kW，i=d2/d1（1-ε）=2.3 查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》 ΔP=0.03kW，KL=0.90

由α1=170 ，查表1得Kα=0.98，故：Z=Pc/[（P0+△P0）Kα*KL]=1.77 取兩根。

4 總結(jié)

甘蔗削皮的主要難度在于每一個甘蔗的尺寸和形狀都不相同，而該裝置通過旋轉(zhuǎn)式的刀刃進行削皮通過控制圓弧擋板與刀具的距離控制切削深度，通過彈簧的彈性固定甘蔗，使該裝置能夠適應(yīng)各種形狀各種尺寸的甘蔗，同時也可以根據(jù)需要調(diào)整切削深度，因此該裝置可以滿足甘蔗削皮的大部分要求。適應(yīng)范圍廣泛。

該裝置的出現(xiàn)將極大地降低了甘蔗的處理成本，因此，該裝置具有十分優(yōu)秀的發(fā)展前景。

【參考文獻(xiàn)】

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