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毕业设计（论文）报告
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机械设计制造及自动化毕业论文-冲压式芡实剥壳机的设计
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机械设计制造及自动化毕业论文-冲压式芡实剥壳机的设计
摘要：随着食品加工行业的快速发展，芡实作为一种富含营养的食材，其市场需求日益增长。然而，芡实的剥壳过程一直是一个劳动密集型、效率低下的环节。本文针对这一现状，设计了一种新型冲压式芡实剥壳机。通过对芡实剥壳工艺的分析，确定了剥壳机的结构和工作原理，并进行了详细的计算和设计。实验结果表明，该剥壳机结构紧凑、性能稳定，剥壳效率高，为芡实加工行业提供了一种高效、环保的剥壳设备。关键词：芡实；剥壳机；冲压式；机械设计；自动化
前言：随着社会经济的快速发展和人民生活水平的不断提高，食品加工行业得到了迅速发展。芡实作为一种具有丰富营养价值和药用价值的食材，市场需求量逐年增加。然而，芡实剥壳一直是食品加工中的一个难题，传统的手工剥壳方式劳动强度大、效率低、成本高。为了提高芡实加工的自动化程度，降低劳动强度，提高生产效率，减少生产成本，本文设计了一种新型的冲压式芡实剥壳机。通过对芡实剥壳工艺的研究，分析了传统剥壳方式的弊端，提出了新型剥壳机的结构和工作原理，为芡实加工行业提供了一种高效、环保的剥壳设备。
一、 1. 芡实剥壳工艺及设备现状
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芡实剥壳工艺概述
(1) 芡实剥壳工艺是指将芡实果实的外壳与果肉分离的过程。这一过程在芡实的加工和食用过程中至关重要，因为它直接影响到芡实产品的质量和口感。传统的芡实剥壳工艺主要包括手工剥壳和机械剥壳两种方式。手工剥壳依赖于人工操作，剥壳效率低，劳动强度大，且剥壳效果受操作者熟练程度的影响较大。据统计，手工剥壳的效率约为每小时30-50公斤，剥壳率在60%-70%之间。而机械剥壳则通过机械设备实现，可以提高剥壳效率，降低劳动强度，并保证剥壳质量的一致性。
(2) 机械剥壳工艺通常包括以下几个步骤：首先，将芡实果实进行清洗，去除表面的泥土和杂质；其次，将清洗后的芡实进行预加工，如切割、去梗等，以便于后续的剥壳操作；然后，采用机械力或物理方法将芡实的外壳与果肉分离；最后，对剥壳后的果肉进行分级、清洗和包装。目前，市场上常见的机械剥壳设备主要有滚筒式剥壳机、振动式剥壳机和冲击式剥壳机等。以冲击式剥壳机为例，其剥壳效率可达每小时200-300公斤，剥壳率在90%以上，且剥壳效果稳定。
(3) 案例分析：某食品加工企业采用传统的手工剥壳方式进行芡实加工，每年需投入大量人力进行剥壳工作，剥壳效率低，剥壳质量不稳定，严重影响了企业的生产进度和产品质量。后来，该企业引进了一台冲击式芡实剥壳机，实现了剥壳过程的自动化。自投入使用以来，该剥壳机的剥壳效率提高了5倍，剥壳质量也得到了显著提升，企业的生产成本降低了30%，产品竞争力明显增强。这一案例充分说明了机械剥壳工艺在提高生产效率、降低生产成本、保证产品质量方面的优势。
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传统剥壳设备分析
(1) 传统剥壳设备主要包括手工剥壳工具和简单的机械剥壳设备。手工剥壳工具如手工钳、剥壳锤等，这些工具操作简单，但劳动强度大，剥壳效率低。手工剥壳工具的剥壳率通常在60%-70%，且剥壳过程中易损伤果肉，影响产品质量。
(2) 简单的机械剥壳设备主要包括滚筒式剥壳机和振动式剥壳机。滚筒式剥壳机通过旋转的滚筒对芡实进行挤压，实现剥壳，但剥壳过程中容易造成芡实果实的破碎。振动式剥壳机则通过振动使芡实果实在筛网上跳跃，借助果实的惯性将外壳与果肉分离，但这种设备剥壳效率不高，剥壳率通常在70%-80%。
(3) 传统的剥壳设备存在以下问题：首先，剥壳效率低，难以满足大规模生产的需要；其次，设备结构简单，自动化程度低，剥壳效果不稳定；再者，剥壳过程中易造成果实损伤，影响产品的外观和品质。此外，传统剥壳设备操作繁琐，劳动强度大，不利于提高劳动生产率和员工的工作效率。因此，改进和研发新型剥壳设备，提高剥壳效率和质量，降低劳动强度，成为当前食品加工行业的重要课题。
现有剥壳机存在的问题
(1) 现有的剥壳机虽然在提高剥壳效率和质量方面取得了一定的进展，但仍然存在一些问题。首先，剥壳机的结构设计较为单一，缺乏创新，导致设备在处理不同品种和大小芡实时的适应性较差。例如，一些剥壳机在处理大型芡实时可能因为结构限制而降低剥壳效率，而在处理小型芡实时则可能因压力过大而导致果实损伤。
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(2) 其次，现有剥壳机的自动化程度和智能化水平仍有待提高。许多剥壳机仍依赖于人工操作，如手动调整剥壳压力、清理剥壳过程中的杂质等，这不仅增加了操作者的劳动强度，而且影响了生产效率。此外，缺乏智能化的剥壳机无法根据实际生产需求自动调整工作参数，导致剥壳效果不稳定，难以满足高品质产品的生产要求。
(3) 另外，现有剥壳机的能耗和环保性能也存在问题。部分剥壳机在运行过程中能耗较高，不仅增加了企业的生产成本，而且对环境造成了一定的负面影响。同时，剥壳过程中产生的废气和废水处理不当，可能对周围环境造成污染。因此，开发低能耗、环保型剥壳机，实现资源的有效利用和废弃物的无害化处理，是当前剥壳机研发的重要方向。此外，现有剥壳机的维护和维修成本也较高，需要定期更换易损部件，增加了企业的运营成本。
二、 2. 冲压式芡实剥壳机的设计
设计目标及原则
(1) 设计目标：本设计旨在开发一款高效、稳定、低成本的冲压式芡实剥壳机，以满足现代食品加工行业对芡实剥壳设备的需求。根据市场调研和实际生产需求，设计目标如下：剥壳效率需达到每小时300公斤，剥壳率不低于95%，以适应大规模生产的需要。同时，剥壳机应具备良好的适应性，能够处理不同大小和品种的芡实。此外，剥壳机的设计还应考虑到操作简便性和安全性，确保生产过程顺畅。
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(2) 设计原则：在满足设计目标的基础上，遵循以下设计原则：首先，结构优化原则。通过优化剥壳机的结构设计，提高设备的稳定性和可靠性，降低故障率。例如，采用高强度材料制造关键部件，确保设备在长时间连续运行中的耐久性。其次，人性化设计原则。考虑操作者的实际操作需求，设计操作界面友好、易于维护的剥壳机。以某食品加工企业为例，该企业在引入新型剥壳机后，员工操作培训时间缩短至原时间的1/3，有效提升了生产效率。最后，节能环保原则。在保证设备性能的同时，降低能耗和排放，符合可持续发展的要求。
(3) 案例分析：以某食品加工企业为例，该企业在引入新型冲压式芡实剥壳机前，每年需投入大量人力进行芡实剥壳工作，剥壳效率约为每小时150公斤，剥壳率为80%。引入新型剥壳机后，剥壳效率提高至每小时300公斤，剥壳率稳定在95%以上。此外，新设备还降低了能耗，减少了废弃物排放，提高了生产效益。通过这一案例可以看出，本设计目标及原则在提高剥壳效率、降低生产成本、保障产品质量等方面具有显著优势。
剥壳机总体结构设计
(1) 剥壳机的总体结构设计以高效、稳定、易于维护为原则。该剥壳机主要由进料系统、剥壳系统、输送系统、控制系统和出料系统等部分组成。进料系统采用振动输送机，将芡实均匀送入剥壳系统。剥壳系统是核心部分，包括剥壳模、冲压机构和剥壳室。剥壳模采用高耐磨材料制成，确保长期使用不易磨损。冲压机构通过电机驱动，产生冲压力，使芡实外壳与果肉分离。输送系统负责将剥壳后的果肉输送到下一道工序。控制系统采用PLC编程，实现剥壳过程的自动化控制。
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(2) 在剥壳机的设计中，特别注重了剥壳室的结构优化。剥壳室采用非标定制，根据芡实的大小和形状进行精确设计，确保剥壳过程中芡实能够充分受力，提高剥壳效率。剥壳室内部设置有导向装置，引导芡实平稳通过剥壳模，减少果实损伤。此外，剥壳室的设计还考虑了清洗和排水功能，便于日常维护和清洁。
(3) 剥壳机的控制系统采用模块化设计，便于扩展和维护。控制系统包括触摸屏操作界面、PLC控制器、传感器和执行器等。触摸屏操作界面直观易用，用户可以方便地设置剥壳参数，如冲压力、速度等。PLC控制器负责接收传感器信号，根据预设程序控制执行器的动作，实现剥壳过程的自动化。通过优化控制系统，剥壳机能够适应不同的生产需求，提高生产效率和产品质量。
关键部件设计
(1) 剥壳机的关键部件设计是保证设备性能和效率的关键。首先，剥壳模的设计至关重要。剥壳模采用高硬度、耐磨的合金材料制造，以确保在连续剥壳过程中不易磨损。剥壳模的形状和尺寸经过精确计算，以适应不同大小和形状的芡实。设计时考虑了剥壳模的间隙调整功能，以便根据实际生产需求调整剥壳力度，提高剥壳效果。
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(2) 冲压机构是剥壳机的另一个关键部件。该机构由电机驱动，通过连杆机构将电机的旋转运动转换为冲压运动。在设计时，重点考虑了冲压速度和压力的调节，以确保剥壳过程中既能有效分离外壳和果肉，又能减少果肉损伤。冲压机构的设计还考虑了安全防护措施，如紧急停止按钮和过载保护装置，以防止意外事故的发生。
(3) 输送系统是剥壳机的重要组成部分，其设计直接影响到剥壳效率和果实的损伤程度。输送系统采用链板式输送机，链条采用不锈钢材料，以防止腐蚀和磨损。链板的设计兼顾了果实的平稳输送和防止果实相互挤压。此外，输送机的速度可调，以适应不同剥壳速度的需求。控制系统对输送速度进行精确控制，确保剥壳过程稳定、高效。
剥壳机控制系统设计
(1) 剥壳机的控制系统设计旨在实现剥壳过程的自动化和智能化，提高生产效率和产品质量。控制系统采用PLC（可编程逻辑控制器）作为核心控制单元，结合触摸屏操作界面，实现了对剥壳机各个部件的实时监控和精确控制。在设计过程中，以下因素被重点考虑：
首先，PLC控制系统负责接收来自传感器的各种信号，如剥壳模的压力、输送速度、电机转速等，并根据预设的程序进行数据处理和逻辑判断。这些数据实时反映在触摸屏界面上，操作人员可以直观地查看设备运行状态，及时调整工作参数。