离心式人参切片机的设计与研究

2014-09-10陈义厚

长江大学学报(自科版) 2014年23期

关键词：切片机离心式墩柱

陈义厚

(长江大学机械工程学院，湖北荆州 434023)

1 主要结构及工作原理

1．电机；2.传动机构；3.机架；4.厚度调节机构；5.切刀；6.调节螺栓；7.导向刀管；8.转盘；9.定位圆环；10.接料斗图1 离心式人参切片机的基本结构简图

离心式人参切片机是一种切削中药的器具，它能方便地把中药切成片状，切削效率较高。离心式人参切片机的结构如图1所示，它主要由定位环9、旋转刀盘8、刀架总成、接料斗10、制动离合器总成、传动机构2及机架3等组成[1]。

定切片刀固定于定位环外侧，将人参放到旋转刀盘的喂入导轨上，插入支承刀管内，起动电机，人参随转盘一起转动，在旋转过程中，人参产生的离心力，使之沿喂入导轨和支承刀管内孔迅速前移，顶到外侧定位环上，固定于定位环外侧的定切片刀，按照预定的厚度不断地定向、连续切削参片。参片在旋转切向力的作用下，往外抛出落于接料斗中，当盘内人参切完后，停车，喂入人参继续切片。

2 设计与计算

2.1 离心式人参切片机配套动力的确定

因为人参的生长受产地气候、土壤、日照、人参的品种等一系列因素的影响，所以每支人参的质量、长度、平均厚度等都有所不同。根据我国的气候特点和市售人参的特性，经过调查和统计测定1支人参的质量为40g左右，其长度为80mm左右，综合测定人参加工的的平均厚度为2mm左右，因此一片人参片质量大约是1g。鲜参片切圆片即可，红参为获取大片，要求斜切，而且斜度越大越好，一般斜角不小于30°，而该机可调的最大斜角为50°。在主轴旋转一个周期内，如果人参切片机切片时在一圈内只切削1次，该人参切片机的产量会因为人参的质量分布范围的变化以及生产效率的变化而受到影响。因此这里取最佳的切片厚度计算出的产量来计算配套动力。

根据人参切片的质量分布的最可能的值和最佳的切片厚度的产量得出其主轴的旋转速度为：

式中，n—主轴的旋转速度；M—生产率，110～130kg/h；t—每小时有效工作时间，充分考虑取t=50min；N—主轴转一圈所切人参的片数，取12片；m—单位人参片的质量，1片取1g。

代入数值计算得主轴的转速:

n=166.7r/min

有无局部现浇的墩柱在节段底部与承台之间的相对滑移上也有很大差异，如图10所示，图10(a)为无耗能钢筋的2个墩柱，图10(b)为有耗能钢筋的2个墩柱.从图10中可以看出，局部有现浇混凝土的墩柱在节段墩柱底部的相对滑移较大，说明墩柱节段通过局部现浇的连接方式会使墩柱各个节段有很好的整体性，在实际施工中只需对墩柱底部进行细部处理即可.

因而转盘的线速度：

转盘的直径根据人参的长度80mm确定为0.5m。

因转盘在高速旋转下工作会产生很大的转动惯量，所以实际切削时所需要的切削力不是很大，因刀盘上的刀片切削时是斜着进行切削，因而不会产生很大的冲击振动，经试验测定刀片在切削人参时的最大切削力不会超过100N。

因而转盘上所消耗的最大功率：

Pmax=Fmax×Vmax

因此确定Pmax=100×4.4W=440W

查电动机标准选用手册[2]，选用0.55kW的Y801-4电机亦可以满足要求。

2.2 切片机运动分析

图2 人参运动受力分析

人参切片机工作时处于高速旋转状态，转盘的转速是否合适，直接影响人参的切片质量、人参喂进可靠程度及生产率。要使人参顺利地从喂入口运动到定位圆环内表面的切刀处进行切片加工，转盘必须具有一定的旋转速度，人参在运动过程中的离心推力P，必须克服磨擦阻力F，同时，人参对定位圆环内表面必须产生一定的切削压紧力N，使人参能在压紧夹持的条件下被切成片。所以人参切片机能顺利进行切片的必要条件为：P≥F+N。图2为质量为m的单支人参沿着导向刀管内表面移动时，人参的受力分析图。

其受力平衡方程式为：

P≥F1+F2+N

式中，F1为由人参本身质量引起的摩擦阻力，F1=mg×f；F2为由转盘旋转而产生的哥氏加速力对表面的摩擦阻力，F2=2fm×V×w[3]；N为人参对定位圆环内表面产生的切削压紧力；P为人参随着转盘旋转而产生的离心推力，P=mw2Rcosα×cosβ[4]。

计算可以得到：mw2Rcosα×cosβ≥mgf+2fwmV+N。

式中，f为人参与导向刀管表面间摩擦系数，取0.1；R为单支人参质心的回转半径；V为人参沿着导向刀管内移动的速度；ω为转盘旋转角速度；α为导向刀管的倾角；β为人参质心的倾角。

将ω换算成n，取人参切片厚度为δ，可求出所必须的转盘转数n。

合理选择式中各参数，确定切片机最小转速为96r/min。