離心式人參切片機(jī)的設(shè)計(jì)與研究

陳義厚

(長(zhǎng)江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖北 荊州 434023)

1 主要結(jié)構(gòu)及工作原理

1．電機(jī)；2.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)；3.機(jī)架；4.厚度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；5.切刀；6.調(diào)節(jié)螺栓；7.導(dǎo)向刀管；8.轉(zhuǎn)盤(pán)；9.定位圓環(huán)；10.接料斗圖1 離心式人參切片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

離心式人參切片機(jī)是一種切削中藥的器具，它能方便地把中藥切成片狀，切削效率較高。離心式人參切片機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖1所示，它主要由定位環(huán)9、旋轉(zhuǎn)刀盤(pán)8、刀架總成、接料斗10、制動(dòng)離合器總成、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2及機(jī)架3等組成[1]。

定切片刀固定于定位環(huán)外側(cè)，將人參放到旋轉(zhuǎn)刀盤(pán)的喂入導(dǎo)軌上，插入支承刀管內(nèi)，起動(dòng)電機(jī)，人參隨轉(zhuǎn)盤(pán)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，人參產(chǎn)生的離心力，使之沿喂入導(dǎo)軌和支承刀管內(nèi)孔迅速前移，頂?shù)酵鈧?cè)定位環(huán)上，固定于定位環(huán)外側(cè)的定切片刀，按照預(yù)定的厚度不斷地定向、連續(xù)切削參片。參片在旋轉(zhuǎn)切向力的作用下，往外拋出落于接料斗中，當(dāng)盤(pán)內(nèi)人參切完后，停車(chē)，喂入人參繼續(xù)切片。

2 設(shè)計(jì)與計(jì)算

2.1 離心式人參切片機(jī)配套動(dòng)力的確定

因?yàn)槿藚⒌纳L(zhǎng)受產(chǎn)地氣候、土壤、日照、人參的品種等一系列因素的影響，所以每支人參的質(zhì)量、長(zhǎng)度、平均厚度等都有所不同。根據(jù)我國(guó)的氣候特點(diǎn)和市售人參的特性，經(jīng)過(guò)調(diào)查和統(tǒng)計(jì)測(cè)定1支人參的質(zhì)量為40g左右，其長(zhǎng)度為80mm左右，綜合測(cè)定人參加工的的平均厚度為2mm左右，因此一片人參片質(zhì)量大約是1g。鮮參片切圓片即可，紅參為獲取大片，要求斜切，而且斜度越大越好，一般斜角不小于30°，而該機(jī)可調(diào)的最大斜角為50°。在主軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)周期內(nèi)，如果人參切片機(jī)切片時(shí)在一圈內(nèi)只切削1次，該人參切片機(jī)的產(chǎn)量會(huì)因?yàn)槿藚⒌馁|(zhì)量分布范圍的變化以及生產(chǎn)效率的變化而受到影響。因此這里取最佳的切片厚度計(jì)算出的產(chǎn)量來(lái)計(jì)算配套動(dòng)力。

根據(jù)人參切片的質(zhì)量分布的最可能的值和最佳的切片厚度的產(chǎn)量得出其主軸的旋轉(zhuǎn)速度為：

式中，n—主軸的旋轉(zhuǎn)速度；M—生產(chǎn)率，110～130kg/h；t—每小時(shí)有效工作時(shí)間，充分考慮取t=50min；N—主軸轉(zhuǎn)一圈所切人參的片數(shù)，取12片；m—單位人參片的質(zhì)量，1片取1g。

代入數(shù)值計(jì)算得主軸的轉(zhuǎn)速:

n=166.7r/min

有無(wú)局部現(xiàn)澆的墩柱在節(jié)段底部與承臺(tái)之間的相對(duì)滑移上也有很大差異，如圖10所示，圖10(a)為無(wú)耗能鋼筋的2個(gè)墩柱，圖10(b)為有耗能鋼筋的2個(gè)墩柱.從圖10中可以看出，局部有現(xiàn)澆混凝土的墩柱在節(jié)段墩柱底部的相對(duì)滑移較大，說(shuō)明墩柱節(jié)段通過(guò)局部現(xiàn)澆的連接方式會(huì)使墩柱各個(gè)節(jié)段有很好的整體性，在實(shí)際施工中只需對(duì)墩柱底部進(jìn)行細(xì)部處理即可.

因而轉(zhuǎn)盤(pán)的線(xiàn)速度：

轉(zhuǎn)盤(pán)的直徑根據(jù)人參的長(zhǎng)度80mm確定為0.5m。

因轉(zhuǎn)盤(pán)在高速旋轉(zhuǎn)下工作會(huì)產(chǎn)生很大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，所以實(shí)際切削時(shí)所需要的切削力不是很大，因刀盤(pán)上的刀片切削時(shí)是斜著進(jìn)行切削，因而不會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊振動(dòng)，經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定刀片在切削人參時(shí)的最大切削力不會(huì)超過(guò)100N。

因而轉(zhuǎn)盤(pán)上所消耗的最大功率：

Pmax=Fmax×Vmax

因此確定Pmax=100×4.4W=440W

查電動(dòng)機(jī)標(biāo)準(zhǔn)選用手冊(cè)[2]，選用0.55kW的Y801-4電機(jī)亦可以滿(mǎn)足要求。

2.2 切片機(jī)運(yùn)動(dòng)分析

圖2 人參運(yùn)動(dòng)受力分析

人參切片機(jī)工作時(shí)處于高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)速是否合適，直接影響人參的切片質(zhì)量、人參喂進(jìn)可靠程度及生產(chǎn)率。要使人參順利地從喂入口運(yùn)動(dòng)到定位圓環(huán)內(nèi)表面的切刀處進(jìn)行切片加工，轉(zhuǎn)盤(pán)必須具有一定的旋轉(zhuǎn)速度，人參在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的離心推力P，必須克服磨擦阻力F，同時(shí)，人參對(duì)定位圓環(huán)內(nèi)表面必須產(chǎn)生一定的切削壓緊力N，使人參能在壓緊夾持的條件下被切成片。所以人參切片機(jī)能順利進(jìn)行切片的必要條件為：P≥F+N。圖2為質(zhì)量為m的單支人參沿著導(dǎo)向刀管內(nèi)表面移動(dòng)時(shí)，人參的受力分析圖。

其受力平衡方程式為：

P≥F1+F2+N

式中，F(xiàn)1為由人參本身質(zhì)量引起的摩擦阻力，F(xiàn)1=mg×f；F2為由轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的哥氏加速力對(duì)表面的摩擦阻力，F(xiàn)2=2fm×V×w[3]；N為人參對(duì)定位圓環(huán)內(nèi)表面產(chǎn)生的切削壓緊力；P為人參隨著轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心推力，P=mw2Rcosα×cosβ[4]。

計(jì)算可以得到：mw2Rcosα×cosβ≥mgf+2fwmV+N。

式中，f為人參與導(dǎo)向刀管表面間摩擦系數(shù)，取0.1；R為單支人參質(zhì)心的回轉(zhuǎn)半徑；V為人參沿著導(dǎo)向刀管內(nèi)移動(dòng)的速度；ω為轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)角速度；α為導(dǎo)向刀管的傾角；β為人參質(zhì)心的傾角。

將ω?fù)Q算成n，取人參切片厚度為δ，可求出所必須的轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)數(shù)n。

合理選擇式中各參數(shù)，確定切片機(jī)最小轉(zhuǎn)速為96r/min。

3 結(jié)論

本研究對(duì)人參切片機(jī)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與計(jì)算，該設(shè)備具有如下特點(diǎn)：

(1)根據(jù)人參本身細(xì)短而軟不適宜機(jī)械夾持喂入的特點(diǎn)，采用借助于人參旋轉(zhuǎn)離心推力，實(shí)現(xiàn)人參自動(dòng)進(jìn)給切片形式。

(2)為了提高調(diào)節(jié)切片厚度的可靠性和方便，專(zhuān)設(shè)厚度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，并可以隨時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

(3)為了提高切片效率，采用多把刀、多道喂入結(jié)構(gòu)。

(4)據(jù)切片薄、質(zhì)量輕和易粘刀不易落料的特點(diǎn)，采用被切物料旋轉(zhuǎn)切片機(jī)構(gòu)，即離心式切片機(jī)構(gòu)。

[參考文獻(xiàn)]

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