甘蔗剥皮装置的设计研究

李宇杰　刘笑　管红光　孙立杰

【摘 要】本项目以甘蔗剥皮为研究对象，经过调查研究发现，当前已有的甘蔗剥皮装置大部分不是体积过大就是切削效果不理想，甚至还有少部分地区使用人工削皮的方式对甘蔗进行加工。为了解决这些问题以提高甘蔗削皮效率及质量，设计出一款甘蔗剥皮装置。该装置主要由进给机构、传动机构、切削机构、储屑机构、减速器、电机六部分构成。当电机工作，带动滚料轮及切削盘转动，甘蔗由滚料轮带动进入切削盘，切削盘上的刀具绕着甘蔗表面360度旋转削皮。该装置具有切削效果好，噪声少，体积小，自动化程度较好，结构简单，造价低等优点。

【关键词】甘蔗剥皮;旋转削皮;滚料轮

中图分类号： TS249.2文献标识码： A文章编号： 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

隨着生活水平的不断提高，人们更加地看重饮食、健康方面的问题。2016/2017榨季，由于甘蔗种植收益增加，农民种植意愿增强，广西甘蔗种植面积小幅恢复2%—3%[1]。中国甘蔗的种植面积在巴西和印度之后，居世界第三位，是我国南方地区主要的经济作物之一[2]。甘蔗含有大量对人体有益的糖量和微量元素。另外，现代医学研究表明，甘蔗中含有大量的纤维，在食用甘蔗时需要反复咀嚼能够有效地清除口腔、牙缝处的污垢，提高牙齿的抗龋能力[3]。但在食用甘蔗的时候，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开，这两种方式很容易切割到手和损坏牙齿。改革开放30年，我国农村劳动力结构发生深刻变化，机械化已成为甘蔗产业的迫切需求[4]。基于此，一种自动化程度比较高，切削效果好，振动噪声少，体积小，而且经济又实用的甘蔗剥皮设备值得深入研究和设计。

1 整机结构与工作原理

1.1 整机结构

如图1所示，该设计采用的是立体布局的形式，主要有进给机构、传动机构、切削机构、储屑机构、电机、减速器、六个主要部分。

1.2 工作原理

整个甘蔗剥皮机由一个电机提供动力和扭矩，传动主要由滚轮、链传动、V带传动实现，电机连接两部分，分别为V带和减速器。切削机构通过电机由V带传动提供动力、扭矩，实现对甘蔗的旋转去皮;另外，电机通过减速器，改变运转速度，再通过链传动向进料机构的上端滚轮提供扭矩、动力，用于夹紧甘蔗并将其送入和送出切削机构。

2 关键部件的设计

2.1 进给机构的设计

如图2所示，进给机构的主要由安装座、进料滚动轮、滑块、滑杆、弹簧、链轮组成。其中，进料机构分为上下两个部分，上端由两个滚动轮组成，其中靠近切削机构的一端连接着链轮，下端同样由两个滚动轮组成，下端的滚动轮和四块滑块相配合，各个滑块连接着滑杆、弹簧。当甘蔗被推入到进给机构时，尽管甘蔗每部分的直径大不相同，但由于弹簧的作用，滑块带动着滚轮上下伸缩，紧紧贴着甘蔗表面，以适应甘蔗径向尺寸的变化，上端的滚动轮由电机通过链传动驱动甘蔗向前运动。

2.2 传动装置的设计

本设计传动机构由链轮、皮带轮、减速器构成。其中链轮为小直径实心式的滚子链，由于大小链轮啮合的次数都很高，链轮收到的冲击就会很大，故将链轮进行热处理，以提高耐磨性和接触强度，制作链轮采用材料。带轮为由铸铁制造的实心式型带轮。减速器采用圆柱齿轮减速器。

2.3 切削机构的设计

如图3所示，该机构由刀架、刀具、弹簧、支撑杆、圆弧挡板、切削轮组合成一个切削机构，在甘蔗进入到切削机构之后，三个在切削轮上的小滚轮首先与甘蔗相接触，之后，甘蔗进入到刀架的位置，此时，圆弧挡板接触到甘蔗，圆弧挡板和三个小滚轮分别是在四个不同的位置，起到夹紧甘蔗的作用，圆弧挡板在弹簧弹力的作用下紧紧贴着甘蔗表面，圆弧挡板上的支撑杆和刀架是螺纹连接的，当甘蔗直径变化时，圆弧挡板会带动整个刀架产生相应的变化，保证圆弧挡板最底面与刀最底面的垂直距离是一定的，即保证了甘蔗的表面与刀的垂直距离是一定的，这个距离就是切削的厚度，通过调节圆弧挡板与其用螺纹连接的支撑杆的距离，便能任意改变切削的厚度，从而对甘蔗皮进行切削。

2.4 储屑机构的设计

如图4所示，储屑部件是由去屑管和储屑盒组成的，切削机构对甘蔗剥皮后，甘蔗皮屑掉落到去屑管的集屑口中，之后经过去屑管滑落到储屑盒里。整个过程中，甘蔗皮屑不会飞溅到机器外边，屑盖挡住甘蔗皮屑，飞溅到屑盖的皮屑最终也会掉落到储屑盒里。储屑盒不固定，储屑盒满了之后，可以直接拿走。

2.5 电机的选择

根据甘蔗剥皮机的日常需求，应考虑电动机的种类、形式、额定电压、额定转速和额定功率、工作方式，在决定电动机功率时考虑到电动机的发热，允许过载能力启动能力等问题[5]。甘蔗剥皮机的功率为0.75kW，现选用YU系列单相异步电动机。功率为0.75kW，额定电压：220V，频率：50Hz，额定转速为1400r/min，额定转矩1.8，型号为YU90L4[6]。

3 机械传动部分的设计和计算

3.1 带传动的设计计算

1）查《机械设计基础》KA=0.75[7]，Pc=P×KA=0.75kW，n1=1400r/min，坐标位于z型处

2）查《机械设计基础》d1=50～71mm 取d1=70mm，得d2=（n1/n2）d1（1-ε）=160mm

3）v= = =5.12m/s带速在5～30m/s范围内，合适。

4）初步选取中心距：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

对Z型带选Ld=1330mm，KL=1.13 则ɑ≈ɑ0+[（Ld-L0）/2]=515mm

5）α =180 - ×57.3 =170 >120 该包角合适。

6）令P0=0.3kW，i=d2/d1（1-ε）=2.3 查《机械设计基础》 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 取两根。

4 总结

甘蔗削皮的主要难度在于每一个甘蔗的尺寸和形状都不相同，而该装置通过旋转式的刀刃进行削皮通过控制圆弧挡板与刀具的距离控制切削深度，通过弹簧的弹性固定甘蔗，使该装置能够适应各种形状各种尺寸的甘蔗，同时也可以根据需要调整切削深度，因此该装置可以满足甘蔗削皮的大部分要求。适应范围广泛。

该装置的出现将极大地降低了甘蔗的处理成本，因此，该装置具有十分优秀的发展前景。

【参考文献】

[1]韩旭.广西种植面积回升 国产糖进入增产周期[N].期货日报，2016-11-22（004）.

[2]王世琴.甘蔗稍对肉用羊的饲用价值评定[A].中国畜牧兽医学会养羊学分会.2018年全国养羊生产与学术研讨会论文集[C].中国畜牧兽医学会养羊学分会：中国畜牧兽医学会养羊学分会，2018：1.

[3]赵建屹.甘蔗种植业发展现状与对策研究[D].福州：福建农林大学，2014：1-7.

[4]区颖刚.我国甘蔗生产机械化的现状和发展趋势[A].中国农业工程学会.纪念中国农业工程学会成立30周年暨中國农业工程学会2009年学术年会（CSAE 2009）论文集[C].中国农业工程学会：中国农业工程学会，2009：5.

[5]朱文博，齐北川.一种甘蔗削皮机：中国专利[P].CN103584260A，2014-02-19.

[6]吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册[M].4版.北京：高等教育出版社，2012：183.

[7]杨可桢，程光蕴，李仲生.机械设计基础[M].6版.北京：高等教育出版社，2013：216.