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塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)
1緒論
1.1課題研究的意義
隨著食品工業(yè)的快速發(fā)展, 花生的利用向著多樣性方向發(fā)展, 花生的精深加工也成為花生果仁高效綜合利用的必然途徑?；ㄉ撕唵沃苯邮秤煤驼ビ屯? 也被用來制作各種風(fēng)味的花生仁、花生糖、花生醬、花生牛奶飲料, 也可配制在其他原料中作風(fēng)味料。花生仁是由紅色外衣和籽仁組成。紅衣主要是纖維組織和止血素, 而花生中的油脂、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)素都集中在籽仁中[1]。無論是從花生中提取蛋白粉, 還是提高花生榨制出濃香型花生油的檔次, 都需將花生果經(jīng)剝殼后再去掉花生果仁上的紅皮(俗稱紅衣), 這是制作上述食品及原料加工過程中不可缺少的關(guān)鍵工序之一[2]。為此，我們需要設(shè)計(jì)與試制一種花生脫紅衣機(jī)來出去花生紅衣為后續(xù)的工作做準(zhǔn)備。
1.2國內(nèi)外花生紅衣脫皮機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀
1.2.1國內(nèi)花生紅衣脫皮機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r
目前, 國內(nèi)大多數(shù)花生脫紅衣設(shè)備的脫皮原理主要采用一對(duì)輾輥或皮帶相互間的動(dòng)靜運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)摩擦輾搓[3]。其中輾輥輾搓方式是一對(duì)輾輥反向差速旋轉(zhuǎn)來搓擦花生仁使紅衣從花生籽仁上剝落皮帶輾搓方式是摩擦膠帶與固定膠帶組成加工楔形區(qū)[4][5], 利用兩膠帶的擠壓力和剪切力的綜合搓撕作用, 將花生紅衣與籽仁分離[6]。按碾輥所用材料可分為: 橡膠輥和金屬基體的表面采用樹脂并粘有石英砂的脫皮輥等。
1.2.2國外花生紅衣脫皮機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r
國外類似產(chǎn)品的脫皮機(jī)有三種類型: 鼓式、盤式和輥式。雖然形式各異, 但工作原理是相同的,都是通過轉(zhuǎn)鼓與襯板, 圓盤與擋板以及輥- 輥(壁)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而達(dá)到脫皮的目的。鼓、盤、輥筒的表面凹凸不平, 靠起伏的鈍齒對(duì)物料的摩擦把表皮除掉, 從而分離出果仁。如一種用于咖啡豆的輥筒脫皮機(jī)[7], 可以作為花生脫紅衣機(jī)設(shè)計(jì)參考。其主要部分是一個(gè)固定的、帶孔的機(jī)體, 內(nèi)部是帶突齒的輥筒。進(jìn)料斗的下面是螺旋推進(jìn)器, 使物料向前運(yùn)動(dòng)。水經(jīng)輥筒的中心引入,對(duì)物料起清洗作用。操作時(shí), 物料進(jìn)入機(jī)器后, 受到輥筒與外殼的摩擦, 首先將果皮脫去, 排出機(jī)體。物料繼續(xù)受到摩擦力作用, 同時(shí)受到水的沖洗, 到排出口時(shí), 塵雜等亦被全部除去[8]。
1.3國內(nèi)外花生紅衣脫皮機(jī)存在的優(yōu)缺點(diǎn)
1.3.1國內(nèi)花生紅衣脫皮機(jī)存在的問題
分析歸納市場上現(xiàn)有的花生機(jī)械脫紅衣設(shè)備, 主要存在以下幾個(gè)問題: 由于現(xiàn)有設(shè)備大都采用輾搓式, 對(duì)輥加工區(qū)域較小, 故加工量小( 100～200kg /h 左右) , 產(chǎn)量低； 受輾輥材料、對(duì)輥間隙等因素影響, 所加工的花生仁整仁率低、破損較大； 現(xiàn)有機(jī)械脫皮設(shè)備多為針對(duì)某種原料特定加工設(shè)計(jì)的, 故其通用性和配套性較差[7]。
1.3.2國外花生紅衣脫皮機(jī)存在的優(yōu)缺點(diǎn)
使用這種設(shè)備可得到優(yōu)質(zhì)、不受損傷的果仁, 但對(duì)操作調(diào)試的精細(xì)度要求很高, 機(jī)器耗用的動(dòng)力較大。該脫皮機(jī)要配18. 4 kW的動(dòng)力, 主要優(yōu)點(diǎn)是: 處理量大( 3000kg /h) , 輥筒轉(zhuǎn)速較低。而一般盤式脫皮機(jī)只需配2. 2～2. 9 kW 的動(dòng)力[9]。
1.4花生紅衣脫皮機(jī)的研制及發(fā)展前景
1.4.1花生紅衣脫皮機(jī)的研制
根據(jù)目前國內(nèi)與國外的花生紅衣脫皮機(jī)械的對(duì)比可以看出國內(nèi)的花生紅衣脫皮機(jī)械簡單、實(shí)用、價(jià)格低，但是由于現(xiàn)有設(shè)備大都采用輾搓式, 對(duì)輥加工區(qū)域較小, 故加工量小( 100 ~ 200kg /h 左右) , 產(chǎn)量低； 受輾輥材料、對(duì)輥間隙等因素影響, 所加工的花生仁整仁率低、破損較大； 現(xiàn)有機(jī)械脫皮設(shè)備多為針對(duì)某種原料特定加工設(shè)計(jì)的, 故其通用性和配套性較差。國外的花生紅衣脫皮機(jī)械處理量大( 3000kg /h) , 輥筒轉(zhuǎn)速較低。而一般盤式脫皮機(jī)只需配2. 2~ 2. 9kW 的動(dòng)力。但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、更換零件麻煩。因此這就繼續(xù)我們研制出一種結(jié)構(gòu)簡單成本低而且效率高、紅衣脫皮效果好的花生紅衣脫皮機(jī)械。該課題的主要研究內(nèi)容有：根據(jù)現(xiàn)有花生紅衣脫皮機(jī)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出一種成本低結(jié)構(gòu)簡單效率高地花生紅衣脫皮機(jī)械，并利現(xiàn)有的軟件對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)[10]。
設(shè)計(jì)花生紅衣脫皮機(jī)械的整體結(jié)構(gòu)，主要由電動(dòng)機(jī)、減速器、活動(dòng)與固定膠帶、平面運(yùn)動(dòng)篩、皮帶、動(dòng)力傳動(dòng)裝置和轉(zhuǎn)向裝置等組成。電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，通過聯(lián)軸器與減速器連接，分別為活動(dòng)的膠帶和平面運(yùn)動(dòng)篩提供動(dòng)力。工作部件由e和平面運(yùn)動(dòng)篩組成。e花生紅衣脫皮機(jī)械的基礎(chǔ)參數(shù)，參考國內(nèi)和國外紅衣脫皮機(jī)械的參數(shù)，要盡量減小功率消耗。根據(jù)選定的有關(guān)參數(shù)，由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出花生紅衣脫皮機(jī)械所需的功率，根據(jù)該功率選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)。
該課題應(yīng)用的研究方法：理論設(shè)計(jì)、繪制模擬樣機(jī)并進(jìn)行仿真模擬。
1.4.2花生紅衣脫皮機(jī)的發(fā)展前景
花生目前較多地用于制作各種風(fēng)味的花生仁、花生糖、花生醬和蛋白粉等?；ㄉ?jīng)剝殼后，去掉花生仁面上的紅衣，則是制作上訴食品及原料過程中不可缺少的工序。國內(nèi)已有個(gè)別廠家生產(chǎn)花生脫紅衣機(jī)，但需經(jīng)水泡后才能脫去紅衣，這不能滿足經(jīng)烘烤后脫去紅衣再生產(chǎn)各種食品的要求。為此，我們需設(shè)計(jì)與試制一種新型的花生脫紅衣機(jī)。此新型花生紅衣脫皮機(jī)是干法脫去紅衣因此可以滿足經(jīng)烘烤后脫去紅衣再生產(chǎn)各種食品的要求,生產(chǎn)效率高，脫凈率高，勞動(dòng)強(qiáng)度低?？梢詮V泛的應(yīng)用于花生紅衣的脫去中。
1.5預(yù)期目標(biāo)
（1）整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，尺寸小，機(jī)動(dòng)性好。
（2）電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，造價(jià)低、可靠性高、使用簡便。
（3）適于不同大小的花生粒的脫皮，有利于減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率和生產(chǎn)率，對(duì)提高花生紅衣脫皮機(jī)械化作業(yè)的水平有一定的價(jià)值。
1.6重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路
該機(jī)動(dòng)力源電源，通過電動(dòng)機(jī)通過聯(lián)軸器以及減速器，減速器連接傳動(dòng)機(jī)構(gòu)工作，花生紅衣脫皮機(jī)械應(yīng)該能對(duì)不同大小的花生粒進(jìn)行脫紅皮
（1）選擇動(dòng)力,設(shè)計(jì)傳動(dòng)裝置和膠輥工作裝置的位置來實(shí)現(xiàn)花生仁和紅衣的脫離。
（2）通過分析，設(shè)計(jì)脫完紅衣的花生仁和紅衣的分離裝置。根據(jù)花生仁和紅衣的比重不同利用負(fù)壓的原理把花生仁和紅衣分離開來。
（3） 運(yùn)用AutoCAD軟件，繪制二維零件圖和裝配圖。
（4） 運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件完成整機(jī)各零部件的三維建模并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。
1.7工作條件及解決方法
塔里木大學(xué)位于南疆中心位置，花生種植有一定的面積，而且在農(nóng)大小市場或者超市出售花生的很多，這為項(xiàng)目開展提供了便利的原材料。這是本項(xiàng)目順利實(shí)施應(yīng)具備的良好外部科研環(huán)境。塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院擁有先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室和加工設(shè)備，校內(nèi)擁有優(yōu)良的硬件環(huán)境和雄厚的師資力量這些都為課題的實(shí)施提供了保障。
本課題的主要?jiǎng)恿碓词请妱?dòng)機(jī)，經(jīng)過傳動(dòng)部分，從減速器中輸出的圓周運(yùn)動(dòng)來帶動(dòng)皮帶輪，通過皮帶輪的傳動(dòng)帶動(dòng)摩擦膠帶的轉(zhuǎn)動(dòng)。利用活動(dòng)摩擦膠帶和固定摩擦膠帶搓擦的原理實(shí)現(xiàn)花生仁和紅衣的脫離。經(jīng)過脫離的花生仁和紅衣及少量破碎花生仁統(tǒng)一經(jīng)過花生仁與紅衣分離的吸氣管，在吸氣管中根據(jù)花生仁和紅衣的比重不同，利用風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的負(fù)壓把紅衣和花生仁及少量破碎的花生仁分離開來，紅衣則被吸入紅衣收集裝置。此時(shí)的花生仁、破碎的花生仁和少許的紅衣會(huì)落到振動(dòng)篩上，通過振動(dòng)篩的振動(dòng)，少量的破碎花生仁會(huì)穿過篩孔掉落到破碎花生仁的收集裝置。被分離出來的花生仁和少許紅衣則處在篩孔上方并向下滑行，當(dāng)滑到花生仁和紅衣的分離管時(shí)，花生仁和紅衣進(jìn)行再一次的分離。分離管中的花生仁則落入花生仁收集裝置，紅衣則通過分離管的引導(dǎo)與第一次被分離出來的紅衣匯合被統(tǒng)一導(dǎo)向紅衣收集裝置。被收集的紅衣再用于其他用處。通過上述的原理來制作干法花生紅衣脫皮機(jī)，以此來實(shí)現(xiàn)花生仁與紅衣分離的目的。
2基本結(jié)構(gòu)、原理及主要技術(shù)參數(shù)
經(jīng)過反復(fù)的考慮、研究和討論，確定花生紅衣脫皮機(jī)的總體機(jī)構(gòu)，包括動(dòng)力機(jī)構(gòu)、動(dòng)力傳送系統(tǒng)、分離機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、紅衣收集機(jī)構(gòu)及控制機(jī)構(gòu)等。
2.1花生紅衣脫皮機(jī)結(jié)構(gòu)
花生紅衣脫皮機(jī)的總體方案圖如圖2-1所示
圖2-1 花生紅衣脫皮機(jī)的總體方案圖
花生紅衣脫皮機(jī)是一種組合式設(shè)備。它實(shí)質(zhì)上是由紅衣與花生仁分離裝置、花生仁與胚芽分離裝置和紅衣收集與除塵風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)三大部分組成。主要包括進(jìn)料裝置； 紅衣與花生仁分離裝置； 花生仁與胚芽分離裝置；紅衣收集與除塵風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)；機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)及機(jī)架等組成。
紅衣與花生仁分離裝置, 由活動(dòng)摩擦膠帶、固定摩擦帶、摩擦帶間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、活動(dòng)摩擦帶托輥裝置和張緊調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組成。活動(dòng)摩擦膠帶與固定摩擦膠帶間形成一楔形空間, 兩帶的摩擦工作面上具有凹形槽, 以增大紅衣與花生仁分離的摩擦力。倆膠帶均采用白色無毒橡膠材料,由專門模具經(jīng)流化等工藝壓制而成。
花生仁與胚芽及少量碎仁分離裝置, 主要由篩體、單層長方形孔篩板、篩體振動(dòng)曲柄連桿機(jī)構(gòu),彈性吊桿及減震機(jī)構(gòu)組成。
紅衣收集及除塵風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng), 主要由風(fēng)機(jī)、紅衣與花生仁摩擦分離裝置出口側(cè)風(fēng)罩、篩面中段傘形罩、篩面出口側(cè)風(fēng)罩、篩下物出口側(cè)風(fēng)罩、旋風(fēng)除塵器、成品花生仁、胚芽及碎仁出口和料斗等組成。
機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng), 主要由電機(jī)、減速器、皮帶輪與皮帶等組成。紅衣與花生仁摩擦分離裝置和振動(dòng)篩共用一個(gè)動(dòng)力系統(tǒng), 故結(jié)構(gòu)緊湊。
花生紅衣脫皮機(jī)機(jī)構(gòu)如圖2-2所示。
圖2-2 花生紅衣脫皮機(jī)
1、喂料裝置
2、花生紅衣脫皮裝置
3、紅衣與空氣分離裝置
4、風(fēng)機(jī)
5、紅衣收集管道
6、振動(dòng)篩主動(dòng)輪
7、變速箱
8、電機(jī)
9、紅衣收集裝置
10、破碎花生仁出料口
11、脫完紅衣的花生仁的出料口
2.2花生紅衣脫皮機(jī)工作原理
花生紅衣脫皮機(jī)的工作原理如圖2-3所示
圖2-3 花生紅衣脫皮機(jī)工作原理
經(jīng)供烤后帶紅衣的花生子粒進(jìn)入料斗內(nèi), 由下料擋板控制花生粒均勻在淌板上流過, 調(diào)節(jié)料門即可調(diào)節(jié)花生子粒的流量。經(jīng)過擋板的花生粒進(jìn)入固定與活動(dòng)摩擦膠帶形成的楔形區(qū), 在活動(dòng)膠帶的帶動(dòng)下, 花生粒受到兩膠帶的搓撕作用, 在擠壓力和剪切力的綜合作用下, 紅衣與花生仁分離。紅衣與花生仁分離的效果, 可通過改變固定與活動(dòng)摩擦膠帶的間隙大小進(jìn)行調(diào)整。分離后的花生仁、部分紅衣和胚芽及少量碎仁從兩膠帶出口經(jīng)風(fēng)網(wǎng)吸氣部分左支管下段落到篩面上。在下落過程中, 大部分紅衣和灰塵被逆向風(fēng)吸走。由于篩面上物料呈下行體制運(yùn)動(dòng), 因而, 篩上物既花生仁從振動(dòng)篩出口進(jìn)入右支管, 最后呈成品流出；篩下物既胚芽和碎仁經(jīng)篩孔落至篩底板上, 由出口流入分離斗, 最后經(jīng)垂直管流出而得到收集。
風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)中的左、右支管匯集至風(fēng)機(jī)的入口, 被捕吸的紅衣和灰塵由風(fēng)機(jī)排出, 再經(jīng)旋風(fēng)除塵器最后得到收集。風(fēng)網(wǎng)吸氣部分左右支管中共有三個(gè)側(cè)吸罩和一個(gè)傘形罩, 右支管中的兩側(cè)吸罩的捕吸速度, 可調(diào)整風(fēng)門開啟大小進(jìn)行調(diào)節(jié)；左、右支管中的風(fēng)速和風(fēng)量可由兩旋閥進(jìn)行調(diào)節(jié)。
2.3主要技術(shù)參數(shù)
根據(jù)設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)思路，主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。
表1 主要技術(shù)參數(shù)
參數(shù)項(xiàng)目
數(shù)據(jù)
外形尺寸（長×寬×高）（mm）
1611×1280×2412
生產(chǎn)量（kg）
250
活動(dòng)膠帶速度（m/s）
0.9
振動(dòng)篩頻率（r/min）
254
振動(dòng)篩振幅（mm）
5
風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)風(fēng)量（m3/h）
1300
風(fēng)壓（kPa）
1.96
脫皮裝置寬度（mm）
451
動(dòng)力額定轉(zhuǎn)速（r/min）
1500
2.4活動(dòng)摩擦膠帶與固定摩擦膠帶的結(jié)構(gòu)與分布
活動(dòng)摩擦膠帶固定在兩個(gè)圓柱形的滾筒上，滾筒的直徑為182mm?；顒?dòng)摩擦膠帶的周長為914mm，寬為451mm。活動(dòng)摩擦膠帶繞在兩個(gè)滾筒上，并將活動(dòng)摩擦膠帶張緊。兩個(gè)滾筒的中心固定在一根軸上，軸的兩端裝有滾動(dòng)軸承，軸承固定在箱體上，這樣兩個(gè)滾筒就可以繞著中心旋轉(zhuǎn)，并且?guī)?dòng)活動(dòng)摩擦膠帶順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。固定摩擦膠帶固定在箱體上。固定摩擦膠帶的上方有間隙調(diào)節(jié)裝置，可以調(diào)整固定摩擦膠帶與滑動(dòng)摩擦膠帶之間的距離?；瑒?dòng)摩擦膠帶與固定摩擦膠帶之間的縫隙是楔形狀，這樣花生可以由大到小的進(jìn)入脫皮去，使脫皮效果更好。滑動(dòng)摩擦膠帶的表面不是光滑的，而是設(shè)計(jì)成具有凸凹的表面，這樣是為了增加滑動(dòng)摩擦膠帶的摩擦系數(shù)，以增大摩擦力，使脫皮效果更顯著。
2.5楔形區(qū)大小的確定
花生米的平均大小長×最大處直徑為：15mm×9mm。所以楔形曲的最小距離應(yīng)略小于9mm。經(jīng)計(jì)算最小距離設(shè)定為6mm。由于花生米從進(jìn)料裝置處進(jìn)入，花生米的排列可能會(huì)重疊，所以最大處的距離設(shè)定為花生米最大直徑的2.5倍即22mm。
2.6花生紅衣與花生仁分離區(qū)物料平均流速的確定
經(jīng)過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，并根據(jù)花生脫紅衣機(jī)的生產(chǎn)量計(jì)算出花生仁在活動(dòng)膠帶上的平均流速。
計(jì)算平均流速的公式為：
式中：——花生仁在活動(dòng)膠帶上的平均流速
——物料通過兩膠帶楔形區(qū)不均勻系數(shù)
——帶紅衣花生粒密度（）
——固定與活動(dòng)膠帶間隙（）
——固定膠帶寬度（）
——機(jī)器生產(chǎn)量（）
經(jīng)過測量與查閱資料可得：
=0.0125 =1.1 =0.014 =0.451 =250
將數(shù)據(jù)帶入公式得:
2.7活動(dòng)摩擦膠帶線速度的確定
花生仁在固定摩擦膠帶與活動(dòng)摩擦膠帶間最小間隙處的平均流量與活動(dòng)摩擦膠帶摩擦工作面上的線速度的關(guān)系如圖2-4所示
圖2-4 物料流速與活動(dòng)膠帶線速度的關(guān)系
根據(jù)對(duì)上圖的的分析，可得知花生仁在固定與活動(dòng)摩擦膠帶間最小間隙處的平均流速與活動(dòng)膠帶摩擦工作面上的線速度的關(guān)系成兩倍關(guān)系。
即：=2=0.9
由此知道了活動(dòng)摩擦膠帶的線速度。在活動(dòng)摩擦膠帶與滾筒接觸的地方的速度相同，因此此時(shí)的活動(dòng)摩擦膠帶的線速度就是滾筒的線速度。
即=0.9。又因?yàn)闈L筒的線速度等于滾筒的角速度乘于滾筒的半徑。即。滾筒的半徑=0.081。
即可得知滾筒的角速度。
由可得滾筒的轉(zhuǎn)速。
2.8滾筒轉(zhuǎn)速和振動(dòng)篩曲柄軸轉(zhuǎn)速的確定
根據(jù)承載能力、所需轉(zhuǎn)速以及脫紅衣的條件共同確定滾筒轉(zhuǎn)速和振動(dòng)篩曲柄軸轉(zhuǎn)速。為了使該機(jī)器機(jī)構(gòu)緊湊，紅衣與花生仁分離裝置和振動(dòng)篩采用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)減速器將動(dòng)力傳至花生紅衣分離裝置的主動(dòng)輪和振動(dòng)篩的曲柄軸，傳動(dòng)的布置如圖2-5
圖2-5 傳動(dòng)裝置
上圖為皮帶傳動(dòng)的關(guān)系圖，根據(jù)如圖所示可知三個(gè)大的皮帶輪的直徑相同，直徑為162mm。小的皮帶輪直徑為82mm。
由滾筒的轉(zhuǎn)速可得知從減速箱輸出的輸出軸轉(zhuǎn)速:
式中:——減速箱輸出軸轉(zhuǎn)速
——滾筒轉(zhuǎn)速
圖中小皮帶輪為振動(dòng)篩的主動(dòng)輪，其直徑為大皮帶輪的二分之一。因此可根據(jù)大帶輪的速度計(jì)算出振動(dòng)篩主動(dòng)帶輪的轉(zhuǎn)速：
式中：——振動(dòng)篩主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速
——振動(dòng)篩主動(dòng)輪半徑
——滾筒的半徑
2.9振動(dòng)篩主要參數(shù)的確定
此花生紅衣脫皮機(jī)在工作的時(shí)候會(huì)把紅衣從花生仁上脫下來，但是會(huì)有部分的花生仁在脫紅衣的過程中被擠碎并且含有胚芽，此時(shí)經(jīng)過脫花生紅衣裝置的花生仁會(huì)變?yōu)榧t衣、破碎的花生仁、胚芽、脫完紅衣的花生仁。為了得到品質(zhì)較高的花生仁需破碎的花生仁和胚芽從中分離出來，這就需要振動(dòng)篩將他們分離開。振動(dòng)篩的作用是使已脫去紅衣的花生仁與胚芽和破碎的花生仁實(shí)現(xiàn)分離，物料在篩面上擬呈下行運(yùn)動(dòng)體制，其振動(dòng)篩面為平振傾斜振動(dòng)面型式。如圖2-6所示。振動(dòng)面傾向,振動(dòng)面的振動(dòng)方向角。
圖2-6 平面振動(dòng)篩運(yùn)動(dòng)分析圖
2.10篩上物呈現(xiàn)下行體制需要滿足的條件
平面篩的目的是把尺寸小于篩孔尺寸的篩上物過濾到篩子下面，使篩上物保持一致。為了使篩上物通過篩孔需滿足兩個(gè)條件。一是篩孔的尺寸大于需過濾出的篩上物。二是連接篩面的曲柄的轉(zhuǎn)速。連接篩面的曲柄的轉(zhuǎn)速應(yīng)該大于物料相對(duì)篩面下滑的臨界轉(zhuǎn)速并且小于物料相對(duì)篩面上滑的臨界轉(zhuǎn)速。若連接篩面的曲柄的轉(zhuǎn)速不能滿足這個(gè)條件就無法正常的進(jìn)行篩選。第一個(gè)條件已經(jīng)滿足，第二個(gè)條件需要計(jì)算。
振動(dòng)篩曲柄軸轉(zhuǎn)速應(yīng)大于物料相對(duì)篩面下滑的臨界轉(zhuǎn)速,小于物料相對(duì)篩面上滑的臨界轉(zhuǎn)速。通過查閱相關(guān)的文獻(xiàn)并經(jīng)過計(jì)算求出上滑的臨界轉(zhuǎn)速和下滑的臨界轉(zhuǎn)速。
計(jì)算下滑臨界轉(zhuǎn)速的公式：[11]
式中：——物料相對(duì)篩面下滑的臨界轉(zhuǎn)速()
——物料相對(duì)篩面上滑的臨界轉(zhuǎn)速()
——振動(dòng)篩曲柄軸轉(zhuǎn)速()
——振動(dòng)面傾角（度）
——振動(dòng)面振動(dòng)方向角（度）
——物料與篩面的摩擦角（度）
——重力加速度()
——振動(dòng)篩曲柄半徑()
經(jīng)過測量與查閱相關(guān)資料可得知：
=10° =90° =20° =10 =0.041
將數(shù)據(jù)代入公式可得：
若需要篩上物呈下行體制運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)篩曲柄軸轉(zhuǎn)速需大于物料相對(duì)篩面下滑的臨界轉(zhuǎn)速小于物料相對(duì)篩面上滑的臨界轉(zhuǎn)速。
即：
所以
當(dāng)振動(dòng)篩曲柄軸的轉(zhuǎn)速在以上計(jì)算出的結(jié)果里時(shí)，篩上物就會(huì)呈現(xiàn)下滑的運(yùn)動(dòng)體制。實(shí)現(xiàn)了振動(dòng)篩篩選分離破碎花生仁、紅衣、胚芽和脫完紅衣的花生仁的目的。
2.11風(fēng)網(wǎng)風(fēng)量的計(jì)算
該紅衣收集和除塵風(fēng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖2-7和表2。風(fēng)機(jī)的吸氣道上共設(shè)了3個(gè)側(cè)面吸風(fēng)罩、一個(gè)傘形上吸罩和一個(gè)直管上吸進(jìn)口。
圖2-7 紅衣收集與除塵風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)
表2 花生脫紅衣機(jī)風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)壓損計(jì)算表
設(shè)備名稱或
管段序號(hào)
()
()
()
()
壓損
累計(jì)
()
左支
338
2.5
0.36
1.4
左支管
338
7.3
0.022
4.3
左支管匯流三通
631
6.3
0.65
15.3
左支管下旋閥
風(fēng)機(jī)吸口匯流三通
1123
17.6
0.53
117.6
風(fēng)網(wǎng)吸氣
右支管上旋閥
部分最大
右支管彎管
492
15.6
0.89
130.3
壓損
右支管漸擴(kuò)管
492
10.8
0.11
9.8
喂=229Pa
右支管匯流三通
492
10.8
0.59
41.2
右支管匯流三通
229
5.9
0.14
2.0
右支管
113
2.5
0
3.7
右支管進(jìn)口
113
2.5
1
0.8
3.7
風(fēng)機(jī)出口漸擴(kuò)管
1123
19.3
96
風(fēng)網(wǎng)壓氣部分
彎頭
1123
10
0.43
29.4
最大壓力
旋風(fēng)除塵器
1123
936
壓=1058Pa
由各吸風(fēng)口的幾何尺寸以及所選定的捕吸速度，求出其風(fēng)量。
風(fēng)網(wǎng)的總風(fēng)量為：
取
即：
取
2.12風(fēng)網(wǎng)風(fēng)壓和風(fēng)機(jī)的確定
花生仁經(jīng)過花生紅衣脫皮機(jī)時(shí)花生仁上的紅衣會(huì)通過搓擦的原理脫落，此時(shí)的產(chǎn)物有花生仁、紅衣、胚芽和少量破碎的花生仁，因此要將這些產(chǎn)物分離開來。首先要分離的是紅衣，此次的分離原理就是根據(jù)花生紅衣和剩下的產(chǎn)物的比重的不同來分離的。該花生紅衣脫皮機(jī)中的風(fēng)機(jī)可以產(chǎn)生負(fù)壓，當(dāng)脫完紅衣的花生仁和紅衣從主動(dòng)輪上的活動(dòng)摩擦膠帶和固定摩擦膠帶之間滑落下來時(shí)會(huì)有在空中停留的時(shí)間，此時(shí)風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓會(huì)將空氣吸入風(fēng)機(jī)的入口，這樣就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)回流的空氣流，由于花生紅衣和花生仁的比重不同，回流的空氣流就會(huì)把比重較小的花生紅衣帶走，這樣就實(shí)現(xiàn)了紅衣和花生仁的分離了。因此風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓得要能將紅衣吸到風(fēng)機(jī)口處并帶走，還不能把花生仁吸走。在這過程當(dāng)中還有彎頭拐角會(huì)消耗風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓。這就要求選擇的風(fēng)機(jī)能滿足以上的目的。經(jīng)過查閱相關(guān)文獻(xiàn)可得知該花生紅衣脫皮機(jī)風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)壓損，計(jì)算結(jié)果見表2(表中風(fēng)網(wǎng)設(shè)備或管段名稱代號(hào)見圖2-1和圖2-2)。
由計(jì)算結(jié)果可得知，風(fēng)機(jī)吸氣部分左支管、右支管壓損不等，右支管壓損大，右=299。風(fēng)網(wǎng)壓氣段壓損壓=1058，其風(fēng)網(wǎng)總壓損=1375。
為了使左支管、右支管中壓損基本相近，故在左支管、右支管上安裝有旋閥，最后取定風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)風(fēng)壓=1960。
根據(jù)以上數(shù)據(jù)可選擇風(fēng)機(jī)的型號(hào)。經(jīng)過查閱相關(guān)手冊(cè)，確定風(fēng)機(jī)的型號(hào)為C6-48-3。其主要參數(shù)如表3所示。
表3 C6-48-3型風(fēng)機(jī)參數(shù)
風(fēng)機(jī)型號(hào)
轉(zhuǎn)速()
全壓（）
流量()
電機(jī)功率（）
C6-48-3
1600～3510
1980～360
696～3352
0.75～3
3電動(dòng)機(jī)、減速箱的選取
3.1電動(dòng)機(jī)的確定
電機(jī)的確定是通過電機(jī)的載荷來選取的，為此應(yīng)當(dāng)計(jì)算出花生紅衣脫皮機(jī)在工作過程中受到的所有外力和功率的大小。花生紅衣脫皮機(jī)在工作的過程中消耗動(dòng)力的部件有花生紅衣脫皮裝置、振動(dòng)篩及篩上物。
首先確定花生紅衣脫皮裝置在工作過程中所受的力和損耗的功率。該部分在工作過程中主要是克服花生仁在兩膠帶間的摩擦力。紅衣脫皮裝置的長度為461mm，寬度為451mm，花生米的尺寸長×最大處直徑為15×9mm。按照一次通過脫皮裝置最多花生米，即花生仁的長度方向與摩擦膠帶的長度方向一致計(jì)算，一次通過最多花生仁個(gè)。經(jīng)過查閱相關(guān)資料橡膠帶的摩擦系數(shù)為0.4，要使一個(gè)花生仁的紅衣從花生仁上脫離下來所需要的壓力為300g，即3N。
所以一個(gè)花生仁在脫紅衣過程中受到的阻力為：
脫紅衣裝置在工作時(shí)受到的阻力總為：
總
活動(dòng)摩擦膠帶的運(yùn)行速度為0.9。則功率為：
取為1510。
花生紅衣脫皮機(jī)在工作過程中振動(dòng)篩和篩上物也消耗了動(dòng)力和功率?，F(xiàn)計(jì)算振動(dòng)篩和篩上物所消耗的功率。振動(dòng)篩如圖3-1所示。
圖3-1 振動(dòng)篩
計(jì)算振動(dòng)篩的功率需知道其運(yùn)動(dòng)速度和受到的外力。
振動(dòng)篩總質(zhì)量的計(jì)算。振動(dòng)篩的一個(gè)篩孔的大小如圖3-2所示
圖3-2 篩孔
在通過紅衣脫皮機(jī)的時(shí)候，花生仁會(huì)一分為二，最大處直徑會(huì)變?yōu)?.5mm，所以篩孔的寬要比4.5mm略小，長比花生仁的長小。這樣一分為二的花生仁就不會(huì)從篩孔通過，通過的是破碎的花生仁。這樣就起到了過濾破碎花生仁的目的。振動(dòng)篩的尺寸長×寬×高為396×451×1mm，材質(zhì)為鋼。振動(dòng)篩上有1715個(gè)篩孔。所以振動(dòng)篩的質(zhì)量為：
式中：——鋼的密度（）
——振動(dòng)篩體積（）
——篩孔總體積（）
經(jīng)過測量與查閱資料可得：
將數(shù)據(jù)代入公式可得：
由此可知振動(dòng)篩的重量為：
當(dāng)振動(dòng)篩曲柄運(yùn)動(dòng)到最遠(yuǎn)的時(shí)候，連接振動(dòng)篩和機(jī)架的連桿與豎直線的夾角為20°。這時(shí)振動(dòng)篩曲柄受到的水平分力F為13.6N。
振動(dòng)篩曲柄軸的轉(zhuǎn)速為254 ，曲柄半徑為0.041m。所以振動(dòng)篩曲柄軸的線速度為：
所以振動(dòng)篩所消耗的功率為：
則振動(dòng)篩和篩上物所消耗的功率為：
由此可以計(jì)算尺總功率。它由活動(dòng)摩擦膠帶的功率和振動(dòng)篩及篩上物的功率構(gòu)成。則總功率總
總=
動(dòng)力在傳輸過程中會(huì)有功率的損耗，因此得把這部分損耗掉的功率加上。經(jīng)過計(jì)算，軸承有7個(gè)，皮帶有3個(gè)，聯(lián)軸器有1個(gè)齒輪嚙合有2個(gè)，效率分別為0.98、0.95、0.99和0.97。所以總的工作效率為0.6525
因此電動(dòng)機(jī)的功率為:
總
功率選為。
根據(jù)以上的計(jì)算可以得知，電動(dòng)機(jī)功率的選取應(yīng)至少大于4700w。經(jīng)過查閱機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)，選取Y132S—4型電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)的參數(shù)如表4所示。
表4 Y132S-4 型電動(dòng)機(jī)參數(shù)[12]
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
額定功率
()
同步轉(zhuǎn)速
()
滿載轉(zhuǎn)速
()
電動(dòng)機(jī)質(zhì)量（）
Y132S—4
5.5
1500
1440
68
3.2減速箱的確定
根據(jù)要求所選取的電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為1500,而經(jīng)過計(jì)算得知帶動(dòng)活動(dòng)摩擦膠帶轉(zhuǎn)動(dòng)的滾筒的轉(zhuǎn)速為104。減速箱輸出軸所連接皮帶輪的直徑和帶動(dòng)活動(dòng)摩擦膠帶轉(zhuǎn)動(dòng)的滾筒的直徑相同，這說明減速箱的輸出軸的轉(zhuǎn)速也為104。因此需要減速箱來減速。要選用的減速箱的傳動(dòng)比為：
因此選擇減速比為15的減速箱。由于傳動(dòng)比為15，而且二級(jí)減速器的傳動(dòng)比范圍在之間，因此選擇二級(jí)減速器。
4軸和皮帶的校核
4.1帶動(dòng)活動(dòng)摩擦膠帶轉(zhuǎn)動(dòng)的滾筒的軸的校核。
帶動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)的軸如圖4-1所示。
圖4-1 主動(dòng)滾筒軸
在工作過程中，主動(dòng)滾筒軸承受的力有滾筒的自重和花生仁在脫紅衣過程中花生仁對(duì)摩擦膠帶的反作用力。軸的兩端有深溝球軸承承擔(dān)這些徑向力，現(xiàn)在 計(jì)算主動(dòng)滾筒的最小直徑。經(jīng)過查閱相關(guān)文獻(xiàn)可得知計(jì)算軸的最小直徑的公式。軸的最下直徑為：
[13]
式中：——主動(dòng)滾筒最小直徑（）
——軸的許用扭切應(yīng)力（）
——傳遞的功率（）
——軸的轉(zhuǎn)速（）
——軸的材料和承載情況確定的常數(shù)
由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的功率經(jīng)過一系列的損耗，最終傳到了主動(dòng)滾筒軸上。在這傳遞的過程中經(jīng)過了一個(gè)聯(lián)軸器，兩個(gè)齒輪嚙合，三個(gè)軸承和兩個(gè)皮帶傳動(dòng)，其功率分別為0.99、0.97、0.98和0.95。所以傳遞到主動(dòng)滾筒軸上的功率為
經(jīng)過計(jì)算和查閱相關(guān)文獻(xiàn)可得：
將數(shù)據(jù)代入公式得
所以主動(dòng)滾筒最小處的直徑為36。由于花生紅衣脫皮機(jī)的主動(dòng)滾筒的受力很小，根據(jù)前面的計(jì)算脫紅衣機(jī)一次性最多能脫45個(gè)花生仁，而脫去一個(gè)花生仁的紅衣所受的力為3N，也就是說主動(dòng)滾筒軸的一端也就只受到了的垂直向下的力。此軸所選取的材料為45號(hào)鋼，抗拉強(qiáng)度屈服強(qiáng)度。因此此軸滿足受力要求，能夠正常的工作。根據(jù)主動(dòng)滾筒最小處的直徑選擇配套的軸承。由于主動(dòng)滾筒軸只承受了徑向力，所以選擇深溝球軸承，根據(jù)最小的直徑選擇的軸承型號(hào)為6007型。[14]
4.2皮帶的校核
該機(jī)器中的皮帶是用來傳遞電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力的，所以所選取的皮帶的型號(hào)得能承受的住傳遞的動(dòng)力。
已知電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，動(dòng)力傳遞到皮帶上通過了減速箱的輸入軸、齒輪和輸出軸，這中間會(huì)有功率的消耗，由此可以算出從電動(dòng)機(jī)里出來的動(dòng)力傳遞到皮帶上時(shí)的動(dòng)力會(huì)有多大。傳遞到皮帶上的功率為：
式中：——傳遞到皮帶上的功率()
——電動(dòng)機(jī)的功率（）
——聯(lián)軸器的傳遞效率
——齒輪的傳遞效率
——軸承的傳遞效率
經(jīng)過查閱相關(guān)文獻(xiàn)和已知可得數(shù)據(jù)：
將數(shù)據(jù)代入公式得：
經(jīng)過計(jì)算得到從電動(dòng)機(jī)里傳遞出的功率通過減速箱后的功率為，也就是傳遞帶皮帶上功率為。由此可以選取合適的皮帶來完成動(dòng)力的傳遞。
查閱相關(guān)文獻(xiàn)，根據(jù)V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)方法和步驟[15]可知可以通過皮帶傳遞的功率和皮帶輪的轉(zhuǎn)速來確定皮帶。皮帶傳遞的功率為，皮帶輪轉(zhuǎn)速為104，根據(jù)V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)方法和步驟可以選出皮帶的型號(hào)，最終型號(hào)確定為普通V帶的B型帶。其參數(shù)如表5所示。
表5 普通V帶B型帶參數(shù)[15]
截型
節(jié)寬
頂寬
高度
楔角
單位帶長質(zhì)量
普通V帶B型帶
14.0
17.0
11.0
40°
0.17
5結(jié)論
此花生紅衣脫皮機(jī)的使用，改變了以前人工勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低的缺點(diǎn)。同時(shí)也解決了以往花生紅衣脫皮機(jī)耗電量大、生產(chǎn)效率低的缺點(diǎn)。此花生紅衣脫皮機(jī)的研制滿足了大部分的需要。由于該機(jī)脫皮率高，花生仁的破碎率低，可以作為以脫完紅衣的花生仁為原材料進(jìn)行深加工的工廠的后盾，同時(shí)也解放了勞動(dòng)力，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化去皮的全過程。當(dāng)然此機(jī)器也存在不足的地方，其中有一個(gè)就是花生仁進(jìn)料斗處有可能被花生仁堵住，雖然可以調(diào)節(jié)進(jìn)料口的大小，但是不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。因此可以在進(jìn)料斗的下方放一個(gè)振動(dòng)裝置，此振動(dòng)裝置可以使花生仁均勻的進(jìn)入花生紅衣脫皮裝置，這樣就不至于堵住進(jìn)料口。
小 結(jié)
通過本次課程設(shè)計(jì)，我深深體會(huì)到自己在理論知識(shí)方面的欠缺，同時(shí)也感到自己在知識(shí)的運(yùn)用上也不夠靈活，這也說明我在學(xué)習(xí)知識(shí)的過程中存在著一些缺點(diǎn)，知識(shí)掌握不夠透徹。總結(jié)有以下幾點(diǎn)：
(1)在開始的計(jì)算中，傳動(dòng)比不會(huì)計(jì)算，不會(huì)設(shè)計(jì)變速箱。
(2)在變速箱的總體結(jié)構(gòu)選擇上不太靈活，結(jié)構(gòu)布置不是很合理。
(3)尺寸標(biāo)注方面，上偏差下偏差不會(huì)標(biāo)注。
以上幾點(diǎn)不足，由于時(shí)間的倉促，未能及時(shí)彌補(bǔ)。但是也有一些優(yōu)點(diǎn)，總的來看有以下幾點(diǎn)：
(1)作為一種產(chǎn)品，外觀的設(shè)計(jì)也是很關(guān)鍵的，我認(rèn)為，這一點(diǎn)我已作到。
(2)圖紙的布局也合理，美觀。
(3)通過此次課程設(shè)計(jì)，使自己的毅力和耐心得到了鍛煉。使我在復(fù)習(xí)本專業(yè)課的同時(shí)也復(fù)習(xí)了文獻(xiàn)檢索，對(duì)以后的工作和學(xué)習(xí)具有重大幫助。
總體來說，此次課程設(shè)計(jì)，收獲了很多，課程設(shè)計(jì)就是要在無數(shù)次試驗(yàn)、計(jì)算之后，理論與實(shí)際相結(jié)合，不只是憑空想像，紙上談兵。既鍛煉了我的動(dòng)手能力也磨練了我的意志。要完成設(shè)計(jì)就得要與現(xiàn)實(shí)生活相結(jié)合，更不能懶惰，不懂的和不清楚的模糊的知識(shí)點(diǎn)要趕快查閱資料或是向其他同學(xué)請(qǐng)教。要敢于接受錯(cuò)誤，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤及時(shí)改正。在生活中要多接觸和農(nóng)業(yè)機(jī)械化有關(guān)的農(nóng)業(yè)機(jī)具。平時(shí)在學(xué)知識(shí)的時(shí)候，認(rèn)為用不到，不重要的知識(shí)點(diǎn)，在此次設(shè)計(jì)中，都用到了，非常感謝學(xué)校在我們組織的這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我們把大學(xué)四年學(xué)習(xí)到的知識(shí)在畢業(yè)設(shè)計(jì)中表現(xiàn)的林淋漓盡致。做畢業(yè)設(shè)計(jì)我才發(fā)現(xiàn)原來的專業(yè)知識(shí)這么淺薄。在這么短的時(shí)間內(nèi)要把我大學(xué)四年的專業(yè)知識(shí)全部都補(bǔ)上來是不可能的，所以才導(dǎo)致設(shè)計(jì)改了一遍又一遍。問題仍然存在，希望各位老師指出我的不足之處，來更加完善我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。
致 謝
對(duì)于這次課程設(shè)計(jì)的完成，首先感謝母校---塔里木大學(xué)的辛勤培育，感謝學(xué)校給我提供了如此難得的學(xué)習(xí)環(huán)境和機(jī)會(huì)。
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我學(xué)到了許多新的知識(shí)，知道了學(xué)習(xí)的可貴與獲取知識(shí)的辛苦。承蒙老師的耐心指導(dǎo)，使我順利完成了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此，深深感謝我的指導(dǎo)老師范修文老師。他對(duì)我的整體方案的設(shè)計(jì)提出了建設(shè)性的意見。給予了我耐心的指導(dǎo)，表現(xiàn)了他對(duì)工作高度負(fù)責(zé)的精神。在整個(gè)設(shè)計(jì)的過程中，有了老師的耐心指導(dǎo)，才使我的設(shè)計(jì)順利完成，同時(shí)也感謝在這幾年中給予我知識(shí)的各科老師。
總體來說，此次課程設(shè)計(jì)，收獲了很多，課程設(shè)計(jì)就是要在無數(shù)次試驗(yàn)、計(jì)算之后，理論與實(shí)際相結(jié)合，不只是憑空想像，紙上談兵。既鍛煉了我的動(dòng)手能力也磨練了我的意志。要完成設(shè)計(jì)就得要與現(xiàn)實(shí)生活相結(jié)合，更不能懶惰，不懂的和不清楚的模糊的知識(shí)點(diǎn)要趕快查閱資料或是向其他同學(xué)請(qǐng)教。要敢于接受錯(cuò)誤，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤及時(shí)改正。在生活中要多接觸和農(nóng)業(yè)機(jī)械化有關(guān)的農(nóng)業(yè)機(jī)具。平時(shí)在學(xué)知識(shí)的時(shí)候，認(rèn)為用不到，不重要的知識(shí)點(diǎn)，在此次設(shè)計(jì)中，都用到了，非常感謝學(xué)校在我們組織的這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我們把大學(xué)四年學(xué)習(xí)到的知識(shí)在畢業(yè)設(shè)計(jì)中表現(xiàn)的林淋漓盡致。做畢業(yè)設(shè)計(jì)我才發(fā)現(xiàn)原來的專業(yè)知識(shí)這么淺薄。在這么短的時(shí)間內(nèi)要把我大學(xué)四年的專業(yè)知識(shí)全部都補(bǔ)上來是不可能的，所以才導(dǎo)致設(shè)計(jì)改了一遍又一遍。問題仍然存在，希望各位老師指出我的不足之處，來更加完善我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。
最后，一次衷心的感謝在大學(xué)四年中曾給予我知識(shí)，給予我?guī)椭乃欣蠋?，他們傳遞給我的知識(shí)會(huì)使我受用一生，同時(shí)也會(huì)在以后的工作中會(huì)起到很大的作用！
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