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多功能水果削皮機(jī)的設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
多功能水果削皮機(jī)的設(shè)計(jì)
學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名：
學(xué) 號(hào)：
指導(dǎo)教師：
摘要
通過對(duì)蘋果加工企業(yè)的市場(chǎng)的初步調(diào)研，分析了國(guó)內(nèi)外蘋果削皮機(jī)的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)國(guó)內(nèi)的蘋果加工企業(yè)較國(guó)外的蘋果加工企業(yè)在蘋果削皮工序存在自動(dòng)化、連續(xù)化程度不高、生產(chǎn)效率低下、工人勞動(dòng)強(qiáng)度高、次品率高等缺點(diǎn)。對(duì)于國(guó)內(nèi)的蘋果加工企業(yè)來說，亟需一套具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、創(chuàng)新性、新穎性的蘋果削皮設(shè)備。這套生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計(jì)包括產(chǎn)品全新的設(shè)計(jì)理念、總體傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)、零部件設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)等的設(shè)計(jì)。
全自動(dòng)蘋果削皮機(jī)的設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循簡(jiǎn)單實(shí)用、結(jié)構(gòu)緊湊，性能穩(wěn)定、學(xué)習(xí)成本低、經(jīng)濟(jì)性高、易于拆裝等特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化，提高工作效率和良品率，使生產(chǎn)過程更加安全衛(wèi)生，同樣要具有一定的通用性。通過這套設(shè)備可以提高企業(yè)的創(chuàng)新能力，解決技術(shù)難題。
關(guān)鍵詞：全自動(dòng)，蘋果去皮機(jī)，傳動(dòng)系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，切削刀，切削刀架
IV
Abstract
Based on the preliminary investigation of Apple processing enterprises in the market, analyzes the development of Apple peeler, found Apple processing enterprises in the country than in other countries of processing Apple in Apple Peel processes automation, continuous level is not high, low productivity, high labor intensity and high rejection rate disadvantage. For Apple-processing enterprises in the country, needs a set of independent intellectual property rights, innovation, novelty Peel the Apple device. This new production equipment design, including product design, overall transmission design, component design, design of control systems. Automatic Apple peeler should follow simple and practical design, compact structure, stable performance, low cost and easy to Assembly and disassembly, economic characteristics, production automation, productivity and yield, makes the production process more safety and health, and also has some versatility. Through this device can improve the innovation ability of enterprises, solving technical problems.
Key words: automatic, Apple peeling machines, drive systems and control systems, cutters, cutting tool.
目錄
第一章 引言 1
1.1 課題的背景 1
1.2 課題的意義 2
1.3 研究現(xiàn)狀： 4
1.3.1 單果手動(dòng)削皮機(jī) 4
1.3.2 多果自動(dòng)削皮機(jī) 6
1.3.3單果自動(dòng)去皮機(jī) 6
1.4本次課題研究?jī)?nèi)容 7
1.4.1綜合分析 7
1.4.2全自動(dòng)水果削皮機(jī)的研發(fā)流程 7
1.4.3 設(shè)計(jì)步驟 8
1.5全自動(dòng)水果削皮機(jī)設(shè)計(jì)思路 9
1.6全自動(dòng)蘋果削皮機(jī)的性能要求 9
1.6.1基本目標(biāo)： 10
1.7全自動(dòng)蘋果削皮機(jī)整機(jī)功能結(jié)構(gòu)圖 12
第二章 全自動(dòng)蘋果削皮機(jī)旋轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu)及其傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14
2.1全自動(dòng)蘋果削皮機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)刀架及其傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)背景 14
2.2全自動(dòng)蘋果削皮機(jī)旋轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì) 14
2.3全自動(dòng)蘋果削皮機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16
第三章 削皮刀架及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22
3.1削皮刀架及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22
3.2傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 23
第四章 退刀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 26
4.1退刀架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)背景 26
第五章 總結(jié) 28
參考文獻(xiàn)： 30
致謝 31
第一章 引言
1.1 課題的背景
我國(guó)是農(nóng)副產(chǎn)品出口大國(guó)，根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)：2014年我國(guó)水果總產(chǎn)量增長(zhǎng)至26142.24萬噸，較去年數(shù)據(jù)分析水果產(chǎn)量同比增長(zhǎng)4.5%左右，與往年水果產(chǎn)量數(shù)據(jù)比較，我國(guó)的水果產(chǎn)量正逐年穩(wěn)步提高。隨著水果產(chǎn)量的提高，除去一部分水果經(jīng)簡(jiǎn)單的加工直接銷售以外，大部分的水果被精加工制作成罐頭制品。在我國(guó)水果產(chǎn)量大幅提升的大背景下，我國(guó)的罐頭行業(yè)正逐漸成為我國(guó)農(nóng)副產(chǎn)品加工的重要產(chǎn)業(yè)之一，另外我國(guó)的罐頭行業(yè)也是傳統(tǒng)的出口行業(yè)之一，在改革開放以來，中國(guó)出口行業(yè)發(fā)展迅猛，罐頭出口借此大展身手，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到重要的作用，2010年，我國(guó)罐頭出口銷售額達(dá)到34.56億美元，我國(guó)儼然已經(jīng)成為世界水果罐頭加工制造與出口大國(guó)。水果罐頭是我國(guó)食品工業(yè)加工制造、出口的重要產(chǎn)品，在國(guó)內(nèi)銷售量也逐年攀高。除去很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值外，因?yàn)槠涫秤梅奖?、安全，風(fēng)味獨(dú)特，便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)深受人們的喜愛。我們知道，水果中含有大量的維持我們生命的糖、維生素、礦物質(zhì)、無機(jī)鹽、纖維素等營(yíng)養(yǎng)成分。隨著時(shí)代的遷移和人們生活水平的提高，消費(fèi)者最關(guān)注的話題逐漸從吃什么到怎么吃健康上來。但是現(xiàn)代科技發(fā)展迅速，為提高水果產(chǎn)量和提升果質(zhì)，果農(nóng)們有時(shí)候不得不使用一定量的化肥、激素和農(nóng)藥，這些化肥、激素和農(nóng)藥會(huì)在水果表面形成一定量的殘留，很多農(nóng)藥、化肥中含有的有機(jī)磷等化學(xué)成分，這些化學(xué)成分在清洗過程中很難祛除，進(jìn)入人體后會(huì)引發(fā)人體中毒，長(zhǎng)期慢性的接觸會(huì)對(duì)人體的神經(jīng)系統(tǒng)造成無法修復(fù)的損害。若在食用水果時(shí)不削皮，經(jīng)常食用帶有化肥、農(nóng)藥殘留的水果以及水果制品輕則會(huì)引起消化系統(tǒng)的各種病癥，造成惡心、腹瀉，重則會(huì)危及生命。
談及罐頭生產(chǎn)，我國(guó)的罐頭行業(yè)興起于1906年，發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段，已經(jīng)逐步趨于成熟，加工水平、效率較以前得到了顯著的提高，但由于在自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面的不足，缺少核心、關(guān)鍵的技術(shù)，導(dǎo)致我國(guó)的生產(chǎn)設(shè)備比其他發(fā)達(dá)國(guó)家落后，自動(dòng)化程度較低。另外我國(guó)的一些傳統(tǒng)罐頭加工企業(yè)存在生產(chǎn)工藝比較原始、工序復(fù)雜、生產(chǎn)效率普遍偏低、標(biāo)準(zhǔn)化程度不是很高等不足之處，很難適應(yīng)現(xiàn)代市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境。在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)作為主導(dǎo)的今天，企業(yè)要想有良好的發(fā)展前景，必須有前瞻的意識(shí)，自動(dòng)化程度較高的生產(chǎn)設(shè)備，以便能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)的自動(dòng)化連續(xù)化的生產(chǎn)過程，這樣才能在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中穩(wěn)住腳跟。在我國(guó)的很多中小企業(yè)中因?yàn)樯a(chǎn)成本的限制，很多企業(yè)在水果削皮時(shí)采用化學(xué)處理的方法，例如為了去除果皮很多企業(yè)在去皮時(shí)選擇用氫氧化鈉溶液浸泡的方法，利用氫氧化鈉的強(qiáng)堿性使果皮與果肉分離。這種加工方法會(huì)使化學(xué)制品滲入果肉，這樣化學(xué)制品隱藏在果肉中根本清洗不掉，一方面嚴(yán)重破壞了水果營(yíng)養(yǎng)成分，果肉發(fā)生質(zhì)變使口感變差，另一方面果肉中清洗不掉的殘留化學(xué)藥物成分嚴(yán)重影響了消費(fèi)者的身體健康。對(duì)于國(guó)外引進(jìn)的先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備，雖然數(shù)字化、自動(dòng)化、連續(xù)化程度比較高，但這種設(shè)備一般體型巨大占據(jù)大量的空間，學(xué)習(xí)成本、維護(hù)成本也比較高。生產(chǎn)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)需要請(qǐng)廠家專門的維修人員，維修不方便。所以引進(jìn)國(guó)外的生產(chǎn)設(shè)備從小的方面講一方面維護(hù)花費(fèi)巨大，從大的方面講另一方面不是我國(guó)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，不利于國(guó)內(nèi)企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。國(guó)外的生產(chǎn)設(shè)備不適合現(xiàn)階段中國(guó)的中小企業(yè)應(yīng)用環(huán)境。另外我國(guó)的中小企業(yè)也需要完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的設(shè)備以應(yīng)對(duì)難以琢磨的經(jīng)濟(jì)風(fēng)暴。
市場(chǎng)對(duì)水果罐頭制品的要求越來越高，另外，水果在削皮之后，果肉與空氣中的氧氣接觸發(fā)生氧化反應(yīng)，影響果肉的色澤，同時(shí)也不利于果肉的深加工，給企業(yè)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此水果必須快速的完成削皮切塊過程，以免造成氧化。在國(guó)內(nèi)，亟需研發(fā)一套數(shù)字化、自動(dòng)化、連續(xù)化程度高的水果削皮設(shè)備供給中小型企業(yè)，支持其生產(chǎn)。保證高效率的生產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的果肉質(zhì)量。為我國(guó)廣大的中小型企業(yè)發(fā)展提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。
1.2 課題的意義
現(xiàn)代世界各國(guó)之間的競(jìng)爭(zhēng)，歸根結(jié)底是創(chuàng)新的競(jìng)爭(zhēng)、科技的競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)于核心技術(shù)的掌握程度是判斷一個(gè)國(guó)家在世界中競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)弱的根本，也是衡量一個(gè)企業(yè)能否在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中能否存活的依據(jù)。如果一個(gè)國(guó)家或者企業(yè)在自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面存在嚴(yán)重的不足，先進(jìn)的制造設(shè)備全靠引進(jìn)，那這個(gè)國(guó)家或者企業(yè)在規(guī)劃中是很難能有長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展的，他們的制造水平和制造工藝完全是在別人的引導(dǎo)之下，很難靈活的改變生產(chǎn)方針，調(diào)整生產(chǎn)模式。如果他們能在技術(shù)和科技的創(chuàng)新上超前一步，那么他們就能在新的世界分工格局中掌握主動(dòng)權(quán)。自改革開放以來，我國(guó)的科學(xué)技術(shù)有了質(zhì)變的飛躍，經(jīng)濟(jì)體制逐漸完善，經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)足發(fā)展并取得了很大的成就，但隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程步伐的加快，國(guó)際經(jīng)濟(jì)貿(mào)易與發(fā)展的競(jìng)爭(zhēng)店逐漸轉(zhuǎn)移到科技與創(chuàng)新上來，所以需要具備自主創(chuàng)新意識(shí)，提高自主創(chuàng)新能力，研發(fā)大量具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，是快速提升國(guó)家在世界經(jīng)濟(jì)格局地位的關(guān)鍵。想要實(shí)現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興，振興國(guó)民經(jīng)濟(jì)，富國(guó)強(qiáng)民，必須扎扎實(shí)實(shí)做實(shí)、做好、做強(qiáng)創(chuàng)新工作，要有一種工匠精神不能空想空談，端正態(tài)度完善體制鼓勵(lì)創(chuàng)新，掌握更多的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，積累更多的核心關(guān)鍵的先進(jìn)技術(shù)，從中國(guó)制造模式逐步過渡到中國(guó)創(chuàng)造模式上來，以強(qiáng)有力的創(chuàng)新、科技優(yōu)勢(shì)在激烈的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)有利地位，實(shí)現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興。現(xiàn)今的世界格局錯(cuò)綜復(fù)雜，要想在新的國(guó)際形勢(shì)中尋求科技的發(fā)展，掌握大量的先進(jìn)的核心的科技，根本的立足點(diǎn)和落腳點(diǎn)在于創(chuàng)新，我們要想前人之不敢想做前人之不敢做，創(chuàng)前人沒有創(chuàng)的經(jīng)驗(yàn)。于此同時(shí)，要吸收借鑒國(guó)外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，主動(dòng)學(xué)習(xí)創(chuàng)新性知識(shí)，另外也不能盲目的套用他人的創(chuàng)新模式，要量力而行，如若盲目的跟從他人的創(chuàng)新模式容易顧此失彼，學(xué)到的只是模仿方式，不能從根本上實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新，所以必須要結(jié)合自身所在的環(huán)境，找準(zhǔn)自身特點(diǎn)，發(fā)掘適合自身的創(chuàng)新方法，準(zhǔn)確的找到切入點(diǎn)，瞄準(zhǔn)創(chuàng)新發(fā)展的前沿，加大投入成本，對(duì)重點(diǎn)、難點(diǎn)實(shí)施攻關(guān)，緊緊抓住制約國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸問題，不放手、多渠道地尋找突破口，以理論創(chuàng)新牽引實(shí)踐創(chuàng)新，爭(zhēng)取早日成為前沿科技下的創(chuàng)新性國(guó)家，提高綜合國(guó)力，屹立于世界民族之林。
傳統(tǒng)食品現(xiàn)代化是指?jìng)鹘y(tǒng)食品由原來落后的傳統(tǒng)形態(tài)向先進(jìn)的現(xiàn)代形態(tài)轉(zhuǎn)變的過程，是實(shí)現(xiàn)加工過程定量化、標(biāo)準(zhǔn)化、機(jī)械化和工業(yè)化?？梢愿爬槲鍌€(gè)方面的內(nèi)容：一是用現(xiàn)代工業(yè)裝備傳統(tǒng)食品，打破手工、機(jī)械水平低的傳統(tǒng)加工的局面；二是用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)武裝傳統(tǒng)食品，逐步取代或提高傳統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)和加工經(jīng)驗(yàn)；三是由掌握現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)知識(shí)的勞動(dòng)者從事傳統(tǒng)食品行業(yè)，是勞動(dòng)技能和創(chuàng)造力大為提高；四是在充分認(rèn)識(shí)和掌握傳統(tǒng)食品內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，合理利用自然資源，不斷挖掘傳統(tǒng)食品的附加潛力；五是采用現(xiàn)代化的經(jīng)營(yíng)體系管理傳統(tǒng)食品行業(yè)，實(shí)行專業(yè)化、商品化、社會(huì)化、工業(yè)化生產(chǎn)，充分發(fā)揮人類智慧的能動(dòng)作用和物質(zhì)條件作用。
本課題的探討正是順應(yīng)上述要求，謀求以科技強(qiáng)國(guó)、創(chuàng)新強(qiáng)國(guó)的一小步。我們從生活中要善于發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新點(diǎn)，逐漸提升自己的創(chuàng)新意識(shí)，創(chuàng)新來源與生活服務(wù)于生活，另外創(chuàng)新并沒有什么深層次難以理解的內(nèi)容，創(chuàng)新在生活中的意義就是用一種新穎的模式讓生活變得更容易。在工業(yè)加工中的意義就是用盡可能簡(jiǎn)單的方法加工制造出符合要求、實(shí)用性強(qiáng)的產(chǎn)品。本課題中，柔性刀具的設(shè)計(jì)，退刀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，自動(dòng)上料結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是結(jié)合生活中的實(shí)例和自己的想法自主設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，為我國(guó)的創(chuàng)新事業(yè)做出自己的小小貢獻(xiàn)。
本次課題設(shè)計(jì)的全自動(dòng)水果削皮機(jī)除適用于蘋果、梨等水果的加工制造以外，同樣適用于馬鈴薯、紅薯等的削皮切塊加工，實(shí)用性強(qiáng)。另外該設(shè)備主要面向國(guó)內(nèi)眾多的中小型企業(yè)。它具有體積下、結(jié)構(gòu)緊湊、加工效率高、自動(dòng)化和連續(xù)化強(qiáng)，性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，完全適用于當(dāng)今中國(guó)社會(huì)中小型企業(yè)的發(fā)展模式?？梢源蠓档凸と说膭趧?dòng)強(qiáng)度，降低生產(chǎn)成本。另外也可以提高加工質(zhì)量，使加工過程更加安全衛(wèi)生，減少化學(xué)制品的使用。
1.3 研究現(xiàn)狀：
1.3.1 單果手動(dòng)削皮機(jī)
圖1.1 手動(dòng)水果削皮機(jī)（1）
圖1.2 手動(dòng)水果削皮機(jī)（2）
功能與原理：如圖所示，單果手動(dòng)削皮機(jī)有插針結(jié)構(gòu)，機(jī)器需要工作時(shí)將蘋果等水果插在插針上固定住，手動(dòng)搖動(dòng)削皮機(jī)的手柄，插針帶動(dòng)蘋果發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。另一方面，單果手動(dòng)削皮機(jī)配備了仿形刀具，在插針帶動(dòng)蘋果發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)仿形刀具在彈簧的拉動(dòng)下緊緊貼在蘋果表面。仿形刀具在彈簧拉動(dòng)的同時(shí)內(nèi)部也有齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)帶動(dòng)仿形刀具緊緊貼在蘋果表面圍繞蘋果的腰線發(fā)生移動(dòng)將果皮削下。
特點(diǎn)：這種機(jī)器使用的材料是鋁鎂合金支架，機(jī)構(gòu)隱蔽，用的是真空原理的塑膠吸盤固定機(jī)子，方便而牢固，設(shè)計(jì)的彈性削皮刀具仿形能力很強(qiáng)能適應(yīng)切削不同的橢圓度和凹凸面。整機(jī)有鋁合金和不銹鋼刀具等材料組成。另部件經(jīng)過電鍍、電刨、噴涂等工藝處理，加工后切成的無皮、無芯的薄片果肉，食用時(shí)松脆、不傷牙齦。特別社和老年人嬰幼兒食用新鮮、衛(wèi)生的水果及家庭廚房制作果醬、果汁、果片等食品創(chuàng)造了許多便利，是文明生活的好幫手。由于弧形削皮刀的支撐桿配置課伸縮式彈簧，在削皮的過程中，不論蘋果大小，是否規(guī)則，都是中緊貼果皮進(jìn)行工作，所以完全不必要擔(dān)心果皮未被切削干凈，課放心食用。不足之處：該類去皮機(jī)需人工查過，削完后人手取下，故插、取果時(shí)易傷手。手搖式，費(fèi)勁，速度慢，效率低。切削寬度較大，已加工的蘋果幾何都變成了“梯田”狀。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作，勞動(dòng)強(qiáng)度不高，但是工作效率很低不能在工廠大規(guī)模量產(chǎn)的情況下使用。
1.3.2 多果自動(dòng)削皮機(jī)
圖1.3 多果自動(dòng)削皮機(jī)
如圖所示，首先人工將蘋果以蘋果梗垂直于水平面的方向放置于蘋果內(nèi)，氣缸推桿回縮，將蘋果提升至削皮刀高度，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)插針、蘋果一起旋轉(zhuǎn)，直到完成蘋果削皮工作，左后人工將蘋果卸下。該類去皮機(jī)每臺(tái)機(jī)器至少一人甚至兩人負(fù)責(zé)放果和卸果。勞動(dòng)強(qiáng)度較大生產(chǎn)效率較低。刀片裝在彈性刀架上，課自動(dòng)與被加工表面吻合，故對(duì)于表面不規(guī)則的蘋果也能很好的加工。該機(jī)構(gòu)的不足之處：削掉的果皮全在地板散落，故影響環(huán)境衛(wèi)生，插果、卸果需要人工來完成，而且一臺(tái)機(jī)器最少需要一個(gè)人來負(fù)責(zé)放果、卸果。該機(jī)構(gòu)雖屬于多果切削，但工作能力較低，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度較大。
1.3.3單果自動(dòng)去皮機(jī)
圖1.4 單果自動(dòng)去皮機(jī)
其工作原理如圖所示，該類去皮機(jī)的轉(zhuǎn)盤上設(shè)有數(shù)個(gè)蘋果轉(zhuǎn)動(dòng)插針，均勻分布在果盤的圓周之內(nèi)。首先由人工將蘋果插于蘋果插針，圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，蘋果被送于去皮工位，完成去皮工作，圓盤再轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，蘋果完成切片工作，圓盤繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。蘋果被送于去核工位，蘋果核在該工位被除去，至此完成一個(gè)工作循環(huán)。此類去削皮機(jī)較其他去皮機(jī)速度較快，但仍然需要人工上果，生產(chǎn)速度多由人工的熟練程度決定。
1.4本次課題研究?jī)?nèi)容
1.4.1綜合分析
在此次的課題中我們首先把研究的重點(diǎn)放在對(duì)于蘋果全自動(dòng)去皮的工藝流程上，通過仔細(xì)的分析，主要對(duì)工作臺(tái)工位自動(dòng)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、切削刀架系統(tǒng)、退刀系統(tǒng)、刀架插刀工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)架主傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了全方位的研究。在工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)架工位自動(dòng)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中,主要是插刀的運(yùn)動(dòng)，其動(dòng)作是實(shí)現(xiàn)插刀的間歇性旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在刀架系統(tǒng)中設(shè)計(jì)有柔性刀具，可以根據(jù)蘋果的形狀進(jìn)行刀具誤差補(bǔ)償，是使切削更加均勻的關(guān)鍵所在。
1.4.2全自動(dòng)水果削皮機(jī)的研發(fā)流程
1.4.3 設(shè)計(jì)步驟
根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行方案規(guī)劃：
通過對(duì)市場(chǎng)上現(xiàn)有的全自動(dòng)水果削皮設(shè)備進(jìn)行全面調(diào)研與結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)實(shí)際需要，包括經(jīng)濟(jì)性、可行性原則，初步確定設(shè)計(jì)方案。在本課題中，全自動(dòng)水果削皮機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分為6個(gè)部分，分別是，削皮刀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、削皮刀架結(jié)構(gòu)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、退刀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、切塊刀設(shè)計(jì)、旋轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu)及其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。
總體方案研究：
針對(duì)課題研究的需要，在不同的傳動(dòng)方案均可實(shí)現(xiàn)動(dòng)作的情況下，綜合考慮各種影響因素，分析出一種最合理的總體傳動(dòng)線路
設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，畫出圖紙
從實(shí)際需求出發(fā)，根據(jù)第一步完成的工作，分別對(duì)削皮刀、削皮刀架、切塊刀、旋轉(zhuǎn)刀架、箱體、以及三部分的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（削皮刀兩部分傳動(dòng)、轉(zhuǎn)刀架傳動(dòng)）根據(jù)所學(xué)的機(jī)械知識(shí)進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。
用SolidWorks進(jìn)行干渉性檢驗(yàn)，比進(jìn)行可行性分析
用SolidWorks進(jìn)行三維建模，用SolidWorks的干渉性檢測(cè)功能進(jìn)行干渉性檢查，保證設(shè)計(jì)的構(gòu)件沒有干涉。分析比較設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)原理及結(jié)構(gòu)，總結(jié)歸納出設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)，留與后續(xù)的開發(fā)與改進(jìn)。
1.5全自動(dòng)水果削皮機(jī)設(shè)計(jì)思路
雖然我國(guó)蘋果產(chǎn)量逐年升高，但在國(guó)內(nèi)，蘋果深加工行業(yè)普遍偏弱，究其原因，是因?yàn)樯a(chǎn)設(shè)備上的落后。相比其他的西方國(guó)家，我國(guó)的蘋果削皮設(shè)備還是上一代的老產(chǎn)品，生產(chǎn)效率低下，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大，加工質(zhì)量很難符合現(xiàn)代化的加工制造標(biāo)準(zhǔn)。目前在蘋果加工行業(yè)中廣泛使用的蘋果削皮結(jié)構(gòu)自動(dòng)化、連續(xù)化程度低，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，并且容易產(chǎn)生差錯(cuò)乃至事故。為了解決上一代老產(chǎn)品的技術(shù)性不足，提供一套高效率，自動(dòng)化、連續(xù)化程度高，事故率低的現(xiàn)代化產(chǎn)品，同時(shí)加入數(shù)字化PLC控制，使機(jī)器可控性強(qiáng)，學(xué)習(xí)成本低，功能性適應(yīng)性能力強(qiáng)。
1.6全自動(dòng)蘋果削皮機(jī)的性能要求
全自動(dòng)蘋果去皮機(jī)應(yīng)滿足自動(dòng)化、連續(xù)化程度高、工作效率高、系統(tǒng)穩(wěn)定、工作穩(wěn)定、功耗低、安全可靠、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)，另外還要有先進(jìn)的技術(shù)，就夠緊湊而巧妙，符合現(xiàn)代國(guó)內(nèi)中小企業(yè)長(zhǎng)期的發(fā)展需要，并要有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性。
全自動(dòng)蘋果去皮機(jī)應(yīng)具有的性能要求：
方便的操作使用性能；
(1)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，即運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)準(zhǔn)確，能保證規(guī)定的運(yùn)動(dòng)精度；
工作的可靠性即能實(shí)現(xiàn)根據(jù)功能要求完成既定的動(dòng)作，且動(dòng)作應(yīng)協(xié)調(diào)穩(wěn)定；
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，成本低；
(2)成產(chǎn)效率高，能耗少；
(3)減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，不污染環(huán)境，創(chuàng)造文明生產(chǎn)條件；
(4)留有發(fā)展的余地，需用改進(jìn)是不至于造成整機(jī)浪費(fèi)。
1.6.1基本目標(biāo)：
設(shè)計(jì)全自動(dòng)的工位旋轉(zhuǎn)刀架，使其能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)間歇運(yùn)動(dòng)，在削皮刀進(jìn)行切削運(yùn)動(dòng)時(shí)，旋轉(zhuǎn)刀架必須保持靜止。削皮動(dòng)作完成，削皮刀進(jìn)行退刀動(dòng)作時(shí)，旋轉(zhuǎn)刀架再次進(jìn)行旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，然后由切塊刀具完成沖核和切塊動(dòng)作。
技術(shù)要求：
生產(chǎn)能力：15個(gè)/分鐘
去皮用時(shí)（旋轉(zhuǎn)刀架靜止時(shí)間）：3秒
轉(zhuǎn)位用時(shí)（退刀、工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間）：1秒
去皮厚度：0.6毫米
圖1.5 全自動(dòng)水果削皮機(jī)三維圖
圖1.6 全自動(dòng)水果去皮機(jī)關(guān)鍵傳動(dòng)部分三維圖
1.7全自動(dòng)蘋果削皮機(jī)整機(jī)功能結(jié)構(gòu)圖
一部完整的、自動(dòng)化、連續(xù)化程度較高的蘋果削皮機(jī)包含了如圖所示的各種結(jié)構(gòu)（裝置）。它擁有現(xiàn)代化的設(shè)計(jì)過程，先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，運(yùn)行平穩(wěn)，生產(chǎn)的產(chǎn)品良品率高。
仿形刀架系 統(tǒng)
控制系 統(tǒng)
自動(dòng)旋轉(zhuǎn)刀 架
自動(dòng)供料系 統(tǒng)
X方向進(jìn)給
削皮機(jī)構(gòu)
沖核切塊刀 具
旋轉(zhuǎn)刀 架
間歇機(jī) 構(gòu)
減速機(jī) 構(gòu)
插果機(jī)械手
蘋果輸送系 統(tǒng)
振動(dòng)輸送系 統(tǒng)
全自動(dòng)蘋果去皮 機(jī)
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第二章 全自動(dòng)蘋果削皮機(jī)旋轉(zhuǎn)刀架結(jié)構(gòu)及其傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1全自動(dòng)蘋果削皮機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)刀架及其傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)背景
蘋果削皮機(jī)旋轉(zhuǎn)刀架接收到來自動(dòng)送料系統(tǒng)的蘋果后，蘋果被插到了旋轉(zhuǎn)刀架的插針上，跟隨插針做間歇性旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，隨著旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行，削皮機(jī)先后完成對(duì)蘋果的削皮、沖核、切塊動(dòng)作。
全自動(dòng)旋轉(zhuǎn)刀架通過PLC控制，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器主旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，完成其間歇性運(yùn)動(dòng)，使每個(gè)工位能按照加工要求完成相應(yīng)的動(dòng)作。技術(shù)參數(shù)如下：
（1） 根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)任務(wù)，其生產(chǎn)效率為15個(gè)/分鐘，確定插果運(yùn)動(dòng)、削皮動(dòng)作、沖核運(yùn)動(dòng)、切塊動(dòng)作均為3秒，工作臺(tái)轉(zhuǎn)位時(shí)間為1秒；
（2） 在削皮工位，蘋果隨著插針自轉(zhuǎn)，柔性削皮刀進(jìn)行切削；
（3） 在插果工位、沖核工位、切塊工位均保持靜止，其中在本次課題中沖核動(dòng)作和切塊動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行，大幅提高了生產(chǎn)效率。
2.2全自動(dòng)蘋果削皮機(jī)旋轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)
圖2.1 旋轉(zhuǎn)刀架主視圖
圖2.2 旋轉(zhuǎn)刀架二維圖左視圖
圖2.3旋轉(zhuǎn)刀架三維圖
如圖2.1和圖2.2 所示，旋轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì)有1、2、3共三個(gè)工位,主軸帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)刀架進(jìn)行順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。1工位用于未加工蘋果的固定，保持靜止；2工位為削皮工位，由一個(gè)齒輪與2工位的齒輪進(jìn)行嚙合，使2工位的插針自轉(zhuǎn)，帶動(dòng)蘋果進(jìn)行自轉(zhuǎn)，柔性削皮刀緊貼在蘋果表面進(jìn)行切削；3工位是進(jìn)行沖核和切塊的工位，保持靜止。加工流程為：1工位接收蘋果---2工位自轉(zhuǎn)削皮---3工位進(jìn)行沖核和切塊。在本機(jī)構(gòu)中，插果工序、削皮工序、沖核切塊工序同時(shí)進(jìn)行，大大提高了工作效率，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。如圖2.1所示，旋轉(zhuǎn)刀架通過鍵在主軸上進(jìn)行周向固定，通過軸肩和螺母進(jìn)行周向固定，蘋果插放在插刀架對(duì)側(cè)的齒輪帶動(dòng)發(fā)生自轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)刀架的控制選用plc控制。
因?yàn)?工位的齒輪在于其嚙合的齒輪接觸時(shí)會(huì)發(fā)生一定的碰撞，所以插刀架上的齒輪不宜采用金屬材料。所以在此考慮塑料材料的齒輪結(jié)構(gòu)。用于加工塑料齒輪的材料有很多種，例如：聚甲醛（POM）、尼龍（PA66和PA46等）、聚碳酸酯（PC）、聚對(duì)苯二酞對(duì)苯二胺（PPA）、聚酯（PBT）、液晶聚合物（LCP）、ABS和LDPE材料、聚苯硫醚（PPS）、聚醚醚酮（PEEK 450G）等材料。其中因?yàn)榫奂兹≒OM）材料雖然各項(xiàng)性能良好，但在使用過程中會(huì)有少量的甲醛等有毒氣體產(chǎn)生，故不能用于本設(shè)備的設(shè)計(jì)中。尼龍（PA66和PA46等）材料吸濕性強(qiáng)，會(huì)引起塑料性能和尺寸發(fā)生變化；聚碳酸酯（PC）、聚對(duì)苯二酞對(duì)苯二胺（PPA）、聚酯（PBT）、液晶聚合物（LCP）、ABS和LDPE材料、聚苯硫醚（PPS）、聚醚醚酮（PEEK 450G）等材料均有一定的毒性，切價(jià)格較高，不適合用于食品加工機(jī)械的零部件。所以選用聚碳酸酯材料，聚碳酸酯（PC）材料具有優(yōu)良的康沖擊性和耐候性，硬度較高，另外具有收縮率小、尺寸穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，適用于此次的設(shè)計(jì)環(huán)境。
2.3全自動(dòng)蘋果削皮機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖2.3 傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖
如圖2.3所示，1為步進(jìn)電機(jī)，2為制動(dòng)器，3為聯(lián)軸器、4為旋轉(zhuǎn)刀架。步進(jìn)電機(jī)由PLC控制，外加調(diào)頻器調(diào)速。電機(jī)輸出軸通過連接軸和聯(lián)軸器與三級(jí)變速箱的輸入軸相連接，中間設(shè)置一個(gè)制動(dòng)器為靜止工位提供工作條件，單級(jí)變速箱上的輸出軸通過聯(lián)軸器與旋轉(zhuǎn)刀架相連接。其中單級(jí)變速箱的作用是為了防止電機(jī)的輸出軸直接與負(fù)載相連接，因啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大從而影響電動(dòng)機(jī)的壽命。
聯(lián)軸器的種類：
（1）凸緣聯(lián)軸器。凸緣聯(lián)軸器（也稱法蘭聯(lián)軸器）是利用螺栓連接兩凸緣盤式半聯(lián)軸器，兩個(gè)半聯(lián)軸器分別用鍵與兩軸連接，以實(shí)現(xiàn)兩軸的連接，傳遞扭矩和運(yùn)動(dòng)。凸緣聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，成本較低，工作可靠，拆裝、維護(hù)均較方便，傳遞轉(zhuǎn)矩較大，能保證兩軸具有較高的對(duì)中精度，一把用于再喝平穩(wěn)，高速或傳動(dòng)精度要求較高的軸系傳動(dòng)。凸緣聯(lián)軸器不具有徑向、軸向和角向補(bǔ)償性能，食用時(shí)如果不能保證被連接兩軸對(duì)中精度，將會(huì)降低聯(lián)軸器的使用壽命，傳動(dòng)精度和傳動(dòng)效率，并引起振動(dòng)和噪聲。凸緣聯(lián)軸器分為：YL型、YLD型。
（2）滑塊聯(lián)軸器。滑塊聯(lián)軸器與十字滑塊聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)相似，不同之處在于中間十字滑塊為方形，利用中間滑塊在其兩側(cè)半聯(lián)軸器端面的相應(yīng)徑向槽內(nèi)滑動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)兩半聯(lián)軸器聯(lián)接?；瑝K聯(lián)軸器噪聲大，效率低，磨損快，一般盡量不選用，只有轉(zhuǎn)速很低的場(chǎng)合使用。其型號(hào)為：WH型。
（3）鏈條聯(lián)軸器。鏈條聯(lián)軸器利用公用的鏈條，同時(shí)與兩個(gè)齒數(shù)相同的并列鏈輪嚙合，不同結(jié)構(gòu)形式的鏈條聯(lián)軸器主要區(qū)別是采用不同的鏈條，常見的有雙排滾子鏈聯(lián)軸器，單排滾子鏈聯(lián)軸器，齒形鏈聯(lián)軸器，尼龍鏈聯(lián)軸器等。雙排滾子鏈聯(lián)軸器的性能優(yōu)于其他結(jié)構(gòu)形式軸器，他具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆方便，拆卸時(shí)不用移動(dòng)被聯(lián)接的兩軸，尺寸緊湊，質(zhì)量輕，有一定補(bǔ)償能力，對(duì)安裝精度要求不高，工作可靠，壽命較長(zhǎng)，成本較低等優(yōu)點(diǎn)。主要型號(hào)有：GL型（不帶罩殼）、GLF型（帶罩殼）。
（4）齒式聯(lián)軸器。齒式聯(lián)軸器是有齒數(shù)相同的內(nèi)齒圈和帶外齒的凸緣半聯(lián)軸器等零件組成。外齒分為直齒和鼓形齒兩種，所謂鼓形齒即為將外齒制作成球面，球面中心在齒輪軸線上，齒側(cè)間隙較一般齒輪大，鼓形齒聯(lián)軸器可允許較大的角位移（相對(duì)直齒聯(lián)軸器），可改善齒的接觸條件，提高傳遞轉(zhuǎn)矩的能力，延長(zhǎng)使用壽命。齒式聯(lián)軸器在工作時(shí)，兩軸產(chǎn)生相對(duì)角位移，內(nèi)齒的齒面周期性作軸向相對(duì)滑動(dòng)，必然形成齒面磨損和功率消耗，因此，齒式聯(lián)軸器需要良好的潤(rùn)滑和密封的狀態(tài)。齒式聯(lián)軸器的徑向尺寸小，承載能力大，常用于低速重載工況條件的軸系傳動(dòng)，高精度并經(jīng)動(dòng)平衡的齒式聯(lián)軸器可用于高速傳動(dòng)。由于鼓形齒式聯(lián)軸器角向補(bǔ)償大于直齒聯(lián)軸器，被廣泛選用。
（5）萬向聯(lián)軸器。萬向聯(lián)軸器有多種結(jié)構(gòu)形式，常見的有十字軸式萬向聯(lián)軸器和球籠式萬向聯(lián)軸器。萬向聯(lián)軸器的共同特點(diǎn)是角向補(bǔ)償量較大，不同結(jié)構(gòu)形式萬向聯(lián)軸器兩軸線夾角不同，一般在5到45度之間。其主要分為：SWC型萬向聯(lián)軸器、SWP型萬向聯(lián)軸器、SWZ型萬向聯(lián)軸器、WSD型萬向聯(lián)軸器、WS型萬向聯(lián)軸器、WSH型滑動(dòng)軸承萬向聯(lián)軸器。
（6）膜片聯(lián)軸器。膜片聯(lián)軸器是由幾組膜片（不銹鋼）用螺栓交錯(cuò)的與兩半聯(lián)軸器聯(lián)接，每組膜片由數(shù)片疊集而成，膜片分為連桿式和不同形狀的整片式。膜片聯(lián)軸器靠膜片的彈性變形來補(bǔ)償做聯(lián)兩軸的相對(duì)位移，是一種高性能的金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器，不用潤(rùn)滑，結(jié)構(gòu)較緊湊，強(qiáng)度高，使用壽命長(zhǎng)，無旋轉(zhuǎn)間隙，不受溫度和油污影響，具有耐酸、堿，防腐蝕的特點(diǎn)，適合于高溫、高速、有腐蝕介質(zhì)工況環(huán)境的軸系傳動(dòng)，廣泛用于各種機(jī)械裝置的軸系傳動(dòng)。
圖2.4 聯(lián)軸器三維圖
聯(lián)軸器的選擇：
（1）對(duì)于大功率重載工作條件下的負(fù)載運(yùn)動(dòng)，可選用齒式聯(lián)軸器；
（2）對(duì)于嚴(yán)重沖擊的再喝或要求消除軸扭振動(dòng)的傳動(dòng)，可選用橡膠金屬環(huán)的聯(lián)軸器；
（3）對(duì)于高速傳動(dòng)軸，應(yīng)選平衡度較高的聯(lián)軸器，不宜選用偏心的滑塊聯(lián)軸器；
（4）安裝調(diào)整后，難以保證兩軸嚴(yán)格對(duì)中或工作過程中，兩軸將產(chǎn)生附加的相對(duì)位移時(shí)，應(yīng)選用撓性聯(lián)軸器，角位移較大時(shí)應(yīng)選用萬向節(jié)聯(lián)軸器。
根據(jù)本課題中傳遞載荷、主軸轉(zhuǎn)速、被連接兩部件的精度等綜合考慮，在此選用GT2套筒聯(lián)軸器。
制動(dòng)器的選擇：
制動(dòng)器是用于機(jī)構(gòu)或機(jī)器減速或使其停止的裝置。有時(shí)也用于調(diào)節(jié)或限制機(jī)構(gòu)或機(jī)器的運(yùn)動(dòng)速度。它是保證機(jī)構(gòu)或機(jī)器正常安全工作的重要部件。制動(dòng)器類型的選擇應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：?
（1）對(duì)于水平運(yùn)行的起重機(jī)機(jī)械的運(yùn)行，為了控制動(dòng)轉(zhuǎn)矩的大小以便準(zhǔn)確停車，則應(yīng)多采用常開式制動(dòng)器。?
（2）應(yīng)充分注意制動(dòng)器的任務(wù)。對(duì)于安全性有高度要求的機(jī)構(gòu)，需裝設(shè)雙重制動(dòng)器。?
（3）應(yīng)考慮應(yīng)用的場(chǎng)所。例如安裝制動(dòng)器的地點(diǎn)有足夠的空間時(shí)，則可選擇外抱式制動(dòng)器，空間受限制處，則可采用內(nèi)蹄式﹑帶式或盤式制動(dòng)器。?
（4）運(yùn)行機(jī)構(gòu)的制動(dòng)器，應(yīng)安裝在電動(dòng)機(jī)的軸端。這是因?yàn)檐圀w質(zhì)量和慣性大，制動(dòng)時(shí)高速軸能起一部分緩沖作用，以減少制動(dòng)時(shí)的沖擊。
圖2.5 電力液壓塊式制動(dòng)器三維圖
電動(dòng)機(jī)的選擇：
圖2.6 步進(jìn)電機(jī)
步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的選擇方法：
判斷需多大力矩：靜扭矩是選擇步進(jìn)電機(jī)的主要參數(shù)之一。負(fù)載大時(shí)，需采用大力矩電機(jī)。力矩指標(biāo)大時(shí)，電機(jī)外形也大。判斷電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度：轉(zhuǎn)速要求高時(shí)，應(yīng)選相電流較大、電感較小的電機(jī)，以增加功率輸入。且在選擇驅(qū)動(dòng)器時(shí)采用較高供電電壓。選擇電機(jī)的安裝規(guī)格：如57、86、110等，主要與力矩要求有關(guān)。確定定位精度和振動(dòng)方面的要求情況：判斷是否需細(xì)分，需多少細(xì)分。根據(jù)電機(jī)的電流、細(xì)分和供電電壓選擇驅(qū)動(dòng)器。
在本次設(shè)計(jì)中選用150BF002型反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)
調(diào)頻器調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是：無極調(diào)速；啟動(dòng)電流小、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大；調(diào)速精度高；容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制；效率高；節(jié)省能源。但也有成本較高，會(huì)降低電機(jī)軸壽命之類的缺點(diǎn)。3是制動(dòng)器，旋轉(zhuǎn)刀架在需要保持靜止的工位時(shí)，制動(dòng)器通電,制動(dòng)器的兩個(gè)墊片將電機(jī)輸出軸抱死，使旋轉(zhuǎn)刀架在上述需要靜止的工位上保持靜止。當(dāng)旋轉(zhuǎn)刀架需要做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，制動(dòng)器斷電，墊片松開電機(jī)輸出軸，使旋轉(zhuǎn)刀架能夠發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
第三章 削皮刀架及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1削皮刀架及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
削皮刀調(diào)節(jié)螺栓
活動(dòng)架
削皮刀彈簧
Y
X
擋桿
削皮刀架
削皮刀
圖3.1 削皮刀架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
削皮刀的結(jié)構(gòu)原理如圖3所示，當(dāng)機(jī)床工作時(shí)，削皮刀上傳來壓力，削皮刀彈簧受力拉伸，給削皮刀提供切削力，供其工作。其中活動(dòng)架隨著架構(gòu)的運(yùn)行做往復(fù)運(yùn)動(dòng)（下述）。削皮刀調(diào)節(jié)螺栓的作用是為了增加機(jī)構(gòu)的切削范圍，因?yàn)樵趯?shí)際生產(chǎn)中不同批次和質(zhì)量的水果形狀、尺寸、果肉硬度存在差異，如果沒有該結(jié)構(gòu)作為調(diào)節(jié)則可能會(huì)導(dǎo)致果皮的切削厚度過大造成浪費(fèi)，也可能會(huì)造成切削厚度太小導(dǎo)致切削質(zhì)量不合格。擋桿主要在退刀過程中起作用，以免劃傷切削好的水果。
三維建模效果展示
圖3.2 削皮刀架三維圖
3.2傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
圖3.3削皮刀架傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
刀架結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)以及位置分析：
選行程速比系數(shù)，則極位夾角：
設(shè),，則
由①②兩式代入數(shù)值得：，
可行性分析：
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，蘋果的果高為80～110mm之間，所以削皮刀具的走刀行程必須大于這個(gè)范圍在一個(gè)合適的范圍內(nèi)。如果走刀行程太小則加工過程不可能進(jìn)行，如果走刀行程太大，又會(huì)增加單果加工的時(shí)間，降低生產(chǎn)效率。
具體設(shè)計(jì)過程：此結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)采用一個(gè)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)，曲柄BC的設(shè)計(jì)采用一個(gè)圓錐齒輪（記為A）代替其完成圓周運(yùn)動(dòng)。代替曲柄BC的圓錐齒輪的驅(qū)動(dòng)力來自于另外一個(gè)與其嚙合的圓錐齒輪（記為B），結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和傳動(dòng)設(shè)計(jì)如下圖所示：
圖3.4 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)二維圖
圖3.5 傳動(dòng)結(jié)構(gòu)三維圖
第四章 退刀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1退刀架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)背景
在蘋果的切削過程中，削皮刀緊貼果皮表面，蘋果在插刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)隨之果皮被切下。當(dāng)削皮刀走刀結(jié)束完成削皮動(dòng)作時(shí)，如若不進(jìn)行退刀動(dòng)作則削皮刀會(huì)按照原來的行刀路線返回，此時(shí)，加工完成的水果會(huì)被削皮刀重新切削，造成果肉的浪費(fèi)。所以應(yīng)該設(shè)置合理的退刀結(jié)構(gòu)。
擋桿
擋桿
擋刀塊 扭簧
扭簧
機(jī)架 擋刀塊
機(jī)架
X Y
Z X
圖4.1退刀架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
退刀結(jié)構(gòu)的原理如圖4所示，在切削過程中擋桿對(duì)擋刀塊有一個(gè)很小的壓力。當(dāng)削一個(gè)蘋果完成時(shí)，擋桿運(yùn)動(dòng)到擋刀塊末端，擋桿原有的施加在擋刀塊得以釋放，擋桿回到擋刀塊內(nèi)側(cè)，完成退刀動(dòng)作。開始另一個(gè)切削過程時(shí)，削皮刀隨著活動(dòng)架運(yùn)動(dòng)來到擋刀塊外側(cè)，實(shí)現(xiàn)復(fù)位動(dòng)作。
第五章 總結(jié)
此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束了，我在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中學(xué)到了很多東西，發(fā)掘出很多問題，發(fā)現(xiàn)自身存在很多的不足。通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我熟悉了產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)的基本步驟，掌握了機(jī)械設(shè)計(jì)的各種方法，為以后參加工作提供了寶貴的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。從全局來說，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)已經(jīng)基本達(dá)到，完成了全自動(dòng)蘋果削皮機(jī)的三維建模，二維圖紙的轉(zhuǎn)換，相關(guān)的結(jié)構(gòu)計(jì)算和關(guān)鍵的零部件的設(shè)計(jì)。
本文在充分調(diào)研國(guó)內(nèi)外蘋果削皮機(jī)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，對(duì)于國(guó)內(nèi)蘋果加工企業(yè)削皮工序自動(dòng)化、連續(xù)化程度低等現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了全自動(dòng)蘋果去皮機(jī)。研究了基于特征技術(shù)的SolidWorks建模、裝配、各零部件之間的干涉情況。同時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)中各零部件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，有效的提高了工作效率，同時(shí)保證了削皮機(jī)零部件之間不相互干涉。
最后，本文的幾個(gè)部分并不是孤立分塊的，利用SolidWorks的參數(shù)化設(shè)計(jì)使它們之間有密切的聯(lián)系。本文的總體目標(biāo)是把全自動(dòng)蘋果去皮機(jī)的整個(gè)設(shè)計(jì)工作納入到SolidWorks的體系當(dāng)中，形成了一個(gè)系統(tǒng)，所有的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和資料以SolidWorks為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)無縫連接，從而大大提高設(shè)計(jì)的效率和設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性、可靠性。
當(dāng)然，本課題設(shè)計(jì)意義深遠(yuǎn)，此次的設(shè)計(jì)也還有很多不足之處，有很多需要改善的地方需要我們?cè)谝院蟮墓ぷ髦薪鉀Q。
對(duì)多功能水果削皮機(jī)的展望：
隨著生活水平的提高，人們看重的逐漸從吃什么到怎么吃健康上來。但是傳統(tǒng)食品生產(chǎn)企業(yè)普遍存在生產(chǎn)工藝原始、繁雜，生產(chǎn)效率偏低、標(biāo)準(zhǔn)化程度不高等劣勢(shì)，難以適應(yīng)現(xiàn)代市場(chǎng)環(huán)境對(duì)產(chǎn)品的要求。例如果脯產(chǎn)業(yè)等。因此，傳統(tǒng)食品的發(fā)展首先要現(xiàn)代化，所謂現(xiàn)代化就是要引進(jìn)現(xiàn)代食品加工的理念、賦予現(xiàn)代食品加工的技術(shù)，只有在這樣的基礎(chǔ)上，傳統(tǒng)食品的發(fā)展才能規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化。另外，有的企業(yè)為了降低成產(chǎn)成本，存在用化學(xué)制品去除水果果皮的現(xiàn)象。一方面與企業(yè)文化有關(guān)系另一方面顯示出現(xiàn)在市場(chǎng)尚缺少一套數(shù)字化加工設(shè)備。設(shè)計(jì)蘋果去皮機(jī)的意義在于采用現(xiàn)代化的經(jīng)營(yíng)體系管理傳統(tǒng)食品行業(yè)，實(shí)行專業(yè)化、商品化、社會(huì)化、工業(yè)化生產(chǎn)，充分發(fā)揮人類智慧的能動(dòng)作用和物質(zhì)條件作用。
另外，全自動(dòng)蘋果去皮機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易操作，可以大大提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省成本。用蘋果自動(dòng)去皮機(jī)加工的成品切削下來的果皮厚度均勻，去皮果損少，果肉利用率高，因?yàn)榧庸ば矢?，可以將加工完的果肉迅速包裝，防止果肉氧化變黑，并且能保證果肉的新鮮防止變質(zhì)。同時(shí)也提高了同行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。
全自動(dòng)蘋果削皮機(jī)參數(shù)化的零部件有待豐富，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)各類水果削皮機(jī)相關(guān)的零件總參數(shù)化。結(jié)構(gòu)分析需要繼續(xù)做下去，最終實(shí)現(xiàn)整機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，做到可靠性，成本和效益的最優(yōu)結(jié)合。蘋果在輸送帶與插果機(jī)機(jī)構(gòu)的銜接需要繼續(xù)研究最優(yōu)方案。工程圖的研究也是一個(gè)重點(diǎn)，工程圖就是把三維實(shí)體圖轉(zhuǎn)化為二維生產(chǎn)加工圖紙與資料，本文沒有涉及，由于國(guó)內(nèi)目前主要采用二維平面圖來指導(dǎo)生產(chǎn)，這也是我們今后研究的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。
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致謝
值此論文定稿之際，深深感謝陳海真老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)上給予我的諄諄教導(dǎo)。陳老師在我的整個(gè)研究過程中給我提供了良好的學(xué)習(xí)、科研環(huán)境，特別是在論文的選題、課題的研究和論文的撰寫的整個(gè)過程中，陳老師給予了我精心的知道和熱情的鼓勵(lì)。陳老師嚴(yán)禁求實(shí)的治學(xué)作風(fēng)、扎實(shí)勤勉的工作態(tài)度、誨人不倦的高尚品德，都使我終身難忘。
最后向在百忙之中抽出寶貴時(shí)間的各位老師致以崇高的敬意！