1、家用葡萄酒制作机的设计学生姓名 学 号 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 农业机械化及其自动化班 级 13-2 指导老师 日 期 2013 .05 塔里木大学机械电气化工程学院制13 届毕业设计前 言葡萄酒是世界上最古老的饮料之一,据考证距今已有 6000 多年的历史,在中国也有两千多年历史,著名诗句“葡萄美酒夜光杯”就是最好的写照。在西方国家,它早已成为餐桌上不可或缺的饮料。 7在中国，随着人们消费观念的转变，饮用葡萄酒被越来越多人所提倡，它不仅能够给人带来健康，更是一种文化的象征。同时，越来越多的家庭也在选择自行酿制葡萄酒，在享受美酒的同时，也在感受着酿造过程所带来的快乐。本文介绍的机
2、械是用于葡萄酒酿制过程中葡萄破碎的一种机器，设计出一种双胶辊挤压式葡萄破碎机，对机械的主要参数进行了优化设计。并介绍了破碎机的工作原理，并对电动机的选择，齿轮、皮带的传动比进行了计算，对材料的选择进行了说明。该机械是通过电动机提供动力，采用了齿轮传动和带传动两种传动方式传递动力，喂料系统采用手动调节方式。该破碎机可以满足不同品种的葡萄破碎，以满足了各类人群不同口味的喜好，还可手动调节胶辊间距，以达到不同的破碎效果。本机械的特点是成本低，效率高，节能，清洗方便，并且能够保证不破坏葡萄籽，以免影响葡萄酒的品质，可独立作业，无需与其他机械配合使用，操作简单，占地面积小，是家酿葡萄酒的理想选择。关键字
3、：葡萄酒；胶辊；挤压；破碎机完整说明书，图纸，加 153893706目 录1 引言 11.1 研究葡萄破碎机械的目的和意义 .11.2 葡萄破碎机械的研究现状 12 葡萄破碎机械的基本工作原理 12.1 破碎方式 .12.2 机械破碎过程及注意事项 .23 各部分的结构示意图 .33.1 总体结构示意图 .33.2 传动部分示意图 .34 电动机的选择 .44.1 电动机转速的选择 44.2 电动机工作功率的计算 55 皮带轮传动部分计算 .65.1 计算皮带功率 65.2 皮带轮的计算 66 轴与齿轮的计算 .86.1 轴的选择与计算 86.2 轴的支点距离和力作用点的确定 107 胶辊尺寸
4、、材质与机体材料的选择及胶辊间距的调节 .117.1 胶辊尺寸的确定 117.2 胶辊与机体材料的材质的选择 117.3 胶辊间距调节 12结 论 13致 谢 14参考文献 15塔里木大学毕业设计11 引言改革开放三十多年以来,中国葡萄酒行业从起步到蓬勃发展,葡萄酒从陌生到逐步走入我们的生活,其发展势头之迅猛我们有目共睹。随着人们生活水平的不断提高,人们对葡萄酒认知程度的不断提升,葡萄酒酿造技术的不断进步,相关标准的不断完善,葡萄酒市场的不断成熟,我们可以预见,在不久的将来,中国将成为全球葡萄酒生产和消费的领头羊。我们也相信葡萄酒将为中国人的健康作出越来越大的贡献,为我们的饮食生活带来越来越多
5、的快乐 6。葡萄酒的价值很高，我国明朝时期药物学家李时珍在本草纲目中曾记载了葡萄酒具有“暖腰肾，驻容颜，耐寒”的功效，近代的测试以证实，约有几百种化合物存在于葡萄酒中，其中包括糖类、矿物质、氨基酸等营养成分和醇、脂、酸、醛、酮、酚等复杂的混合物，具有较高的保健价值 8。葡萄酒可为人提供热能，含有 8 种氨基酸是人体自身不能合成的 “必须氨基酸”及人体所必需的矿物质及维生素，并且具有保健、抗老防病、预防心脑血管病、美容养颜的作用。鉴于葡萄酒的诸多益处，带动了我们葡萄酒机械行业迅猛发展，我国小型家酿葡萄酒行业主要集中在河北黎昌县、江苏靖江市、河南新乡市。1.1 研究葡萄破碎机械的目的和意义现阶段,
6、 随着国内人民物质文化需求的不断提高，人们越来越注重文化建设和食品健康问题。而作为健康和文化象征的葡萄酒也越来越受人喜爱，更多的家庭选择自行酿制葡萄酒。不仅可以享受美酒带来的醇香，还可以体会酿酒时的乐趣。然而，家庭自酿葡萄酒工作量大，主要集中在除梗、清洗、风干、破碎的过程，尤其是破碎的过程。破碎机工艺效果的好坏, 对葡萄的破碎率、对葡萄酒的品质、口味、电耗都有着密切的关系。因而要求葡萄破碎机在破碎过程中, 应尽量提高破碎率， 减少葡萄籽的破坏, 以便于提高葡萄酒的品质;还应该注意保持较高而稳定的破碎率, 以利于提高生产效率, 同时还必须节省动力和减少胶辊的消耗, 以利于降低酿造成本。为了达到以
7、述目的与要求, 应根据葡萄的尺寸、品质等特征精心设计一种家用小型葡萄破碎机。以满足各类人群的需求，减少劳动强度。1.2 葡萄破碎机械的研究现状近年来，国产葡萄酒牢牢地占据了市场主流，葡萄酒生产机械装备制造业也随之迅速发展。在国外先进设备不断被引进的基础上，许多国产葡萄酒设备也有了长足的进步。但总体而言，国内葡萄酒生产设备专业化研发和生产程度较低，大型品牌葡萄酒生产企业更倾向于采购国外的成熟设备 5。从工艺流程来看，国产压榨等前处理设备生产较为集中，主要分布在河南新乡地区。发酵、灌装、贴标、包装等葡萄酒生产设备的企业多是从啤酒、白酒、酒精生产设备转化而来，专业化研发和生产的企业不多。国内的葡萄酒
8、设备生产企业迫切需要在引进、消化，然后再创新方面有所建树 1。总体而言，葡萄酒机械生产企业普遍规模偏小，研发和生产较为滞后。往往进口设备已经非常成熟，国内才开始仿制，在市场竞争中非常被动。国内实力较为雄厚的大型酿酒设备制造企业应当抓住当前葡萄酒行业大发展的有利时机，积极参加行业的展览、交流活动，尽快提高葡萄种植与葡萄酒生产设备的研发与生产水平，为国产葡萄酒生产设备闯出一条路 9。据了解，目前国内生产家用葡萄酿造相关机械的生产厂家主要集中在河北黎昌县、江苏靖江市、河南新乡市，产品规格大都超过 1 米，占地面积大，搬运不方便。2 葡萄破碎机械的基本工作原理2.1 破碎方式本机械采用双胶辊挤压破碎方
9、式对葡萄进行破碎。在胶辊上具有小凸起，可以加大破碎效果。塔里木大学毕业设计22.2 机械破碎过程及注意事项破碎过程：挤压主要工作构件是一对并列的胶辊，一个主动胶辊，一个从动胶辊，胶辊工作时，两胶辊之间距离称为为破碎工作区（如图 2-1 所示） 。其间距小于葡萄尺寸，而大于葡萄籽尺寸。葡萄落入破碎工作区，当其与两辊面接触，在主动轮逆时针运动时受到挤压作用力与摩擦作用力，使葡萄向下运动，从动辊受葡萄摩擦力作用顺时针方向运动，并与主动辊之间形成一定的线速度差，从而加大破碎效果。同样，胶辊上的凸起也可加大破碎效果，使葡萄汁从果肉内脱离出来。图 2-1 胶辊工作区示意图2.2.1 葡萄酒制作工艺流程及准
10、备工作制作工艺流程。葡萄挑选去杂清洗风干破碎加糖前发酵过滤后发酵澄清成品。在葡萄破碎前，需要对葡萄进行挑选，将果梗摘除，清洗，并自然风干，以免杂志影响葡萄酒的品质 3。2.2.2 注意事项胶辊与进料斗相应调节，确保葡萄准确落入胶辊工作区。如图 2-2 所示，可以通过调节胶辊间距（上螺杆起调节进料斗间距作用，下螺杆起调节胶辊间距作用） ，确保葡萄落入两胶辊之间，葡萄从进料斗落入破碎工作区时，必须落入两胶辊之间。在调节胶辊之间间距时，相应调节进料斗间的间距。确保葡萄落入两胶辊间。塔里木大学毕业设计3图 2-2 胶辊间距调节方式两辊间必须有适当压力。两辊间必须保持适当的压力，使胶辊对葡萄产生挤压搓撕
11、作用力，使葡萄破裂，果汁自动流出。不过，其挤压作用力也不宜过大，避免葡萄籽粒受到损伤，从而影响葡萄酒品质与口感。两辊之间存在一定线速差。主从动轮之间要存在一定的线速度差。如两辊的线速相同，即 V差=0，则葡萄两侧只有挤压力作用而没有一向上，一向下的相反方向磨擦力作用，破碎效果受到一定的影响。为了加大破碎效果，在设计时应考虑使主动轮以一定的速度旋转，带动从动辊旋转，从而形成一定的线速度差。3 各部分的结构示意图3.1 总体结构示意图图 3-1 结构图（左视图）图 3-2 结构图（正视图）3.2 传动部分示意图塔里木大学毕业设计4图 3-3 传动部件示意图图 3-4 带轮中心距调节机构示意图 图
12、3-5 破碎工作区（胶辊）4 电动机的选择4.1 电动机转速的选择本电机主要用途为胶辊提供动力，根据胶辊转速确定电动机型号。胶辊转速不易过大，初步定为(3-4)r/s，即 180-240r/min。根据公式 可知两齿轮的传动比为 为小、大齿轮半径ri大小 23,ir小 大，塔里木大学毕业设计5图 4-3 电动机带轮 图 4-2 主动轴带轮根据上图及公式 可知带传动传动比。 为大、小皮带轮基准半径。ri基基大小 12,ir基 基大 小 、若要使主动胶辊转速保持在（3-4）r/s，则电动机转速应为（1080-1440 ）r/min ，且电动机功率、尺寸不易过大。查表可选择电动机转速为 40 r/m
13、incapn4.2 电动机工作功率的计算V 带速度为此处已删除塔里木大学毕业设计6mm 001cos234cos231.94fd大齿轮直径 25mzm大齿轮齿顶圆 216顶 （ ） （ ）大齿轮齿底圆 2 .57底 （ ） （ ）大齿轮分度圆直径 mm002coscos29.8fd6.2 轴的支点距离和力作用点的确定根据轴上零件的位置可以确定出轴的支点位置，计算齿轮受力。6.2.1 齿轮受力圆周力： 12tTFd径向力： tanr法向力： costnF则小齿轮上的扭矩为， 6621 0.1439.50=9.5=.725NmpT小 小则： 1t 734Fd小 小，0ran95.62tan139t
14、小 小 0costn N小小大齿轮上的扭矩为 6611 .17289.50=9.5=3.mpT大 大，t2873=.4FNd大大 大 0rtan6.4tan213.7FN大 大 036.71.9cos2tn N大大6.2.2 主动胶辊的轴力分析垂直面的支撑反力为塔里木大学毕业设计710.856.38273.4220.5frnVdLF N大即方向与原方向相反(6-12)215.rv N即方向与原方向相反水平面的支撑反力(6-13)126.43.2tHFNF 力在支点产生的反力019.864.05KL2139713.8FF绘垂直面的弯矩图 1.22.aVvMNm水平面的弯矩10.831.49aHL
15、FF 力产生的弯矩205.2Ka-a 截面 F 力产生的弯矩为18694.7.6aLMNm求轴传递的转矩 5.32.10.tdT大按照强度要求，应使3.2TWd故轴的直径331760.10.2dm此轴的半径为 8mm，符合标准。7 胶辊尺寸、材质与机体材料的选择及胶辊间距的调节7.1 胶辊尺寸的确定根据现实情况选择胶辊长度为 25cm，胶辊直径为 3.2cm，在外部存在半径为 0.4cm，高为0.3cm 的圆凸起。7.2 胶辊与机体材料的材质的选择塔里木大学毕业设计8由于此机械用于破碎葡萄，酿造葡萄酒，所以将胶辊的材质及其他所有与葡萄汁有接触的材质均采用塑料材质，在机体内部涂抹一层塑料材质。因
16、为葡萄酒不能与金属接触，会影响其品质，在整个酿酒过程中, 不能接触铁器 , 更不能用铁容器来盛装 4。铁与葡萄酒中的酸接触, 就会溶解到酒中, 如果超过允许的含爱, 则给酒带来讨厌的铁锈味, 令人恶心发呕。另外国际上对葡萄酒中的铁、铝含量有明显的限制 2。7.3 胶辊间距调节在此机械设计中，考虑到个人口味，生活习性的不同，将胶辊间隙设为手动可调节状态，既能满足不同尺寸葡萄的破碎，又能满足不同的破碎效果。塔里木大学毕业设计9结 论本文设计的家用葡萄酒制作机的设计（破碎机）是将各种机械优化组合后设计出的一种适用于桌面葡萄破碎机械，一种有别于家庭作坊生产的小型机械，具有以下特点：（1）本机器结构紧凑
17、,，胶辊之间压力稳定,便于调节 ,具有较稳定的破碎率、噪音低、无污染。（2）本机器通过齿轮和皮带相结合的方式传递动力，以达到加速器的效果。（3）该机器与国内葡萄破碎机械相比，具有尺寸小，适合各类家庭使用；破碎率可调节，通过调节胶辊间达到不同的破碎率，并适合各种品质，不同尺寸大小的葡萄破碎，胶辊间距可调，为 4mm-18mm。胶辊间距进行精心的选择，通过计量葡萄籽及葡萄尺寸选定胶辊间距。（4）对该机器的材料进行精心选择，凡与葡萄接触的材料均选用塑料材质，防治葡萄与铁等金属接触，在发酵过程中形成浑浊，影响葡萄酒的品质。（5）对该机器喂料装置进行精心设计，采用手动喂料方式。另因胶辊间距可调，故设计喂
18、料装置时，使进料板间间距可进行相应调节，确保葡萄准确进入工作区。（6）设计皮带张紧装置，因皮带在适用过程当中会被拉长，所以连杆式皮带轮张紧器，利用拉伸弹簧实时调整皮带松紧度。本文介绍的家用葡萄酒制作机成本低，效率高，且保证葡萄的破碎率和葡萄籽的完整度，可独立作业，无需与其他机械配合使用，操作简单，占地面积小等诸多优势。本设计在结构、材料、经济等多方面符合家庭酿葡萄酒的需要。塔里木大学毕业设计10致 谢首先，我要感谢我的导师兰海鹏，他严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作学习中的榜样。虽然第一次和导师接触，但他的和蔼可亲，严谨治学的态度让我忽略了师生之间的身份，能以朋友的方式进行沟通。在毕业设计过
19、程当中，由于我不在学校的原因，兰老师常常来电指导我的设计，细心，耐心的解答我提出的问题，并在设计过程当中给我提出了许多的宝贵意见，给予我无尽的启迪，让我感受到了设计的快乐并融入其中其次我要感谢其他的毕业设计教导教师，是您们的热情，您们的帮助与指导，让我的设计更加完美。最后我要感谢我的同学们，在你们的帮助和指点，你们的设计资料，你们的鼓励和加油，让我的毕业设计能够顺利完成，在此，请允许我对各位老师、同学们表示诚挚的感谢与由衷的敬意。俗话说的好“磨刀不误砍柴功” ，每当我遇到不懂得问题，毕业设计不知如何解决的时候，我都会第一时间打电话咨询我的导师，兰老师每次都牺牲自己的休息时间对我提出的问题进行一
20、一解答，从来都不会因为我的问题稍过简单而加以责备，而是一再的告诫我设计时应该注意的地方，从课题的设计总体方向和项目的最终完成，老师始终给予我细心的指导和不懈的支持，真正的做到了“传道授业解惑” ，让人油然而生的敬佩。在与老师的沟通交流中，老师的专业知识也让我深深的佩服。除此之外，我们组合老师还为我们组的几个同学专门建立了一个 QQ 群，以方便大家第一时间接收到毕业设计的最新消息和资料，并在群内对我们毕业设计进行指导。多少个日日夜夜，老师不辞辛苦的在设计问题上给我们以细心的指导，同时，在思想、学习、生活上给予我们无微不至的关怀。老师的专业水平，严谨的治学态度，科学研究的精神也是我们永远学习的榜样
21、，并将影响到我今后的学习和工作，在此请允许我代表 13 届的毕业生们向我们敬爱的兰老师，以及各位毕业设计指导教师致以由衷的感谢。老师们，您们辛苦了！在毕业论文即将完成之际，在我们即将离开校园之际，我的心情无法平静，大学四年的生活，让我接触到了许多可爱可敬的老师、同学、朋友们，是您们给予我无私的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意，并祝愿您们身体健康，家庭和睦。最后感谢机械电气化工程学院和我的母校塔里木大学这四年来对我的栽培，祝愿我亲爱的母校越来越好。塔里木大学毕业设计11参考文献1 刘子丰. 把握行业发展脉搏 酒类机械行业前景看好N. 中国包装报,2011 -1 -20（2）.2 曹芳玲,陈景蕊.
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