野生罗汉笋剥壳机设计及关键部件的有限元分析

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我国是世界上最主要的竹产国,竹类总数占全球的50%以上,也拥有着十分丰富的竹笋资源。随着人们生活质量的提高,科学、绿色、均衡等饮食观念深入人心,竹笋越来越受人们喜爱,逐渐成为广大人们餐桌上的家常菜。同时在政府鼓励型竹产品出口政策的实施下,我国竹产品在国际市场的竞争力大大提高,竹笋产品出口量激增,对竹笋产品的需求不断增加,我国竹笋加工领域已经形成了一系列具有优势的产业带,其中出现了很多具有市场竞争优势的企业和产品品牌。在竹笋加工生产的过程中,剥壳是必不可少的工序,不过竹笋加工企业大多规模小,且在剥壳加工过程中所使用的技术水平相对较低,大多为家庭手工作坊式生产,导致加工成本较高且很容易造成竹笋原料的浪费,也存在着生产效率低下、无法保证食品安全等问题。针对以上问题,以市面上常见的野生罗汉笋作为对象,设计出一种野生罗汉笋剥壳机,主要完成的研究工作如下:首先,对国内外现有的剥壳技术进行了分析和总结,针对市场上的竹笋剥壳机和其他农产品剥壳机在剥壳环节中存在的问题提出了相应的解决方案,然后拟定剥壳装置的设计方案,结合野生罗汉笋加工工序和设备性能需要,确定了其工作原理,完成对剥壳机剥壳装置结构的设计。接着又进行了相关的力学分析,确定剥壳装置的性能影响因素,包括剥皮辊的倾斜角度、剥皮辊的尺寸参数、剥皮辊组与野生罗汉笋的摩擦系数等,最后对相关参数进行了分析与确定,并对剥壳效果进行了理论验证。然后,结合野生罗汉笋剥壳机的主要适用场合以及野生罗汉笋加工企业生产实际需求,制定出了剥壳机整机设计要求,又结合所设计的罗汉笋剥壳装置,对整机工作原理进行了分析与确定,完成了罗汉笋剥壳机总体方案的设计;接着对野生罗汉笋剥壳机的部分关键工作部件进行机械结构设计,包括喂料装置设计、送料装置设计、螺旋切刀设计、出料装置设计、笋壳收集箱设计以及机架设计,同时确定了相关设计参数,并使用三维建模软件Solid Works对关键工作部件进行建模,对野生罗汉笋剥壳机进行了整机装配。最后,为优化野生罗汉笋剥壳机工作稳定性和改善整机的剥壳性能,运用有限元分析软件ANSYS对剥壳机关键部件进行了有限元分析。首先对剥皮辊进行静力学分析,得到了应力云图、应变云图和总变形云图,分析结果表明所设计的剥皮辊满足强度和刚度要求;接着又对剥皮辊进行了模态分析,得出其前六阶的固有频率和振型并进行分析,结果表明剥皮辊不会发生共振现象;然后将机架方管的壁厚初步选为1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.6mm、3.2mm五种,并分别对这五种不同壁厚的机架施加相同的作业载荷与约束,分别进行静力学分析,得到相应的应力云图和总变形云图,然后在五种机架均满足强度、刚度要求的条件下,将机架所受最大应力、最大变形量以及机架质量作为评价指标对五种不同壁厚的机架进行对比选择,最终确定了壁厚1.0mm的方管组成的机架最满足设计要求;然后对所选定壁厚方管组成的机架进行模态分析,得出前六阶的固有频率和振型并进行分析,与电机激振频率对比,结果表明剥壳机机架不会发生共振现象,其设计满足稳定性要求。
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