资源描述
全日制普通本科生毕业设计 电动菠萝削皮机的设计THE DESIGN OF ELECTRIC PINEAPPLE PARING MACHINE由于部分原因，说明书已删除大部分，完整版说明书，CAD图纸等，联系153893706学生姓名：学 号： 年级专业及班级： 2008级机械设计制造及其自动指导老师及职称： 学 部： 理工学部提交日期：2012年06月全日制普通本科生毕业设计诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。同时，本论文的著作权由本人与湖南农业大学东方科技学院、指导教师共同拥有。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业设计作者签名： 年 月 日目 录摘要1关键词11 概述11.1 菠萝削皮机研究意义及应用前景11.2 现在菠萝削皮方式及所用工具21.2.1 手动菠萝削皮方式21.2.2 机械菠萝削皮方式42 机械菠萝削皮机的方案的设计与确定52.1 机械菠萝削皮机-方案一52.1.1 工作原理62.2 机械菠萝削皮机-方案二72.2.1基本结构介绍72.2.2 工作原理102.3 机械菠萝削皮机-方案三102.3.1 主要结构介绍102.3.2 工作原理102.4 方案的确定113 菠萝削皮机的总体及部件结构设计与校核123.1 菠萝削皮机的总体结构设计123.1.1 运动的合成123.1.2 总体结构设计123.2 执行结构设计133.2.1 刀具的选择133.2.2 刀具的结构设计133.2.3 刀具大弹簧的设计143.2.4 刀具小弹簧的选择163.3 传动机构的设计173.3.1 螺杆的设计计算173.3.2 传动装置设计193.3.3 螺杆端轴承的选择与校核203.4 电机的选择214 菠萝夹具的设计224.1 夹具的设计224.2 轴承选择与校核计算224.3 链条的设计244.3.1 螺杆间的链传动计算244.3.2 键的校核265 菠萝削皮机的电气控制265.1 电气控制设计265.2 电气控制原理图266 总结27参考文献28致谢29电动菠萝削皮机的设计学 生：指导老师：摘 要:菠萝去皮是所有菠萝制品加工工艺过程的重要环节，目前存在的各种去皮方法都各自有其一定的局限性。随着菠萝产业的发展和我国社会经济的进步，如何寻找一种优质、高效、节能几环保的菠萝剥皮方法己成为菠萝加工工艺过程中迫切需要解决的问题。本文主要介绍了以切削原理为基础的、适合食品加工工厂等场所使用的大型菠萝去皮机的设计要点、工作原理和设备组成。关键词：去皮机；切削；设计；菠萝THE DESIGN OF ELECTRIC PINEAPPLE PARING MACHINE Student: Tutor: (Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract : skinning pineapple is the most important link in the production chain of pineapple products processing, The existing various skinning methods have their respective limitations. With the development of pineapple industry and the progress of chinas social economy, how to search for a high quality, highly effective method of skinning pineapple which is energy-saving and enviromental has become the problem requires to be solved immdiately. This paper mainly introduces the design features, operating principles and equipments composition of large-scale pineapple paring machine which is appropriate for food processing factories and on the basis of cutting theoryKeywords：paring machine；cutting；design；pineapple1 概述1.1 菠萝去皮机研究意义及应用前景菠萝原名凤梨，原产巴西, 16世纪时传入中国, 有70多个品种, 岭南四大名果之一。菠萝含用大量的果糖，葡萄糖，维生素A、B、C，磷，柠檬酸和蛋白酶等物1。味甘性温，具有解暑止渴、消食止泻之功，为夏令医食兼优的时令佳果。根据联合国粮农组织目前公布一份研究报告显示，全世界销售量的热带水果中菠萝排名第二，销售量为1500万吨（其中中国大陆为40万吨）5。菠萝除了当水果鲜食外，还可以作美味的菜肴。菠萝外观如下图：图1 原材料-菠萝FiguFig.1Raw material-pineapple菠萝虽好吃，但皮难削，由于菠萝的皮为花苞片状的硬皮，并呈现螺旋状的排列，而且每个花苞片上面都有一个较深的“果眼”或“黑芯”。通常，人们手工削菠萝皮的做法：一种是用锋利的水果刀先削去菠萝上的全部花苞片硬皮，然后再逐个挖去菠萝上残留的全部“果眼”；另一种是利用特制的U型刀沿着菠萝花苞片和“果眼”排列的螺旋方向挖出一条深“沟”，连皮带“眼”一块去掉，需逐条螺旋线方向挖“沟”才能完成。所以手工削皮不仅费时费力，不安全，不卫生，而且对菠萝果肉的浪费也较大。而随着人民生活水平的提高，使得菠萝的的需求量越来越大，上述手工去皮的方式已经不能满足如工厂、大酒店、零售商人的大批量快速去菠萝皮的需要，因此，如设计一种快速、安全、方便、卫生的菠萝去皮机，应用前景十分广阔。1.2 现在菠萝去皮方式及所用工具1.2.1 手动菠萝去皮方式手动菠萝去皮方式为目前比较常用的一种菠萝去皮方式，也是传统的菠萝去皮方式，首先通过削刀或者刮刀去除外皮，然后再用深V字形刀去除钉扣。常用的手动去除菠萝外皮的刀具如下： 图2 菠萝刀 Fig.2 Pineapple knife刮除外皮以后，再用去钉刀把果眼内清除干净，就是我们常吃的菠萝啦。图3 菠萝去钉刀 Fig.3 Pineapple nail-off knife近年来也出现一种从菠萝内部取肉的便捷快速去皮刀。其原理是通过一把螺旋刀具旋紧菠萝内部，把菠萝肉切削成螺旋状一起提出来，但是此种方法浪费较大，一般在出售菠萝饭的饭店才采取此种做法，因为剩下的果壳可以用来做菠萝饭。其切削过程如下：此种刀具款式新颖，效率较快，比传统方式速度要快3-5倍，但是缺点也较多，图4 菠萝快速去皮刀Fig.4 Pineapple paring knife一是浪费的果肉太多，二是还是要采取人工操作，卫生难以控制，所以此类刀具在市面上，一般以卖菠萝饭的饭店内使用较多。1.2.2 机械菠萝去皮方式由于手动去皮存在耗时、费工、卫生难以控制等缺点，针对工厂、商家等需求快速卫生去皮的要求，现在市面上已经生产出了快速菠萝去皮机。下图为广州达桥食品设备有限公司生产的全自动菠萝快速去皮机机去皮效果图：此种产品采用PLC控制，机器由削皮刀、削眼刀、机械手、定果叉、PLC等组成。动作电脑程序控制。由于削刀能自动跟踪菠萝外形变化，因而去皮和去果眼带肉少，菠萝利用率高。机器去果眼能大幅降低成本。开机前先测量果皮厚度和果眼深度，更换削刀，在触摸屏上设定程序和参数，把菠萝放进料斗，机器就能同时将外皮、果眼削下并且分离开来。处理能力：400-600个/时 效果：同时除外皮和毛眼，削皮厚度：2-6毫米可调 削毛眼层厚度：5-7毫米可调菠萝外形：粗、细、高、矮、弯、直均可功率：1.5千瓦 电压：220/380伏重量：150公斤 外形尺寸：12007001900 图5 全自动菠萝快速去皮机Fig.5 Full-automatic pineapple peeling paring machine经过了解，此类产品因为使用许多传感器及需要PLC控制等，造价较贵，最便宜的需要1万余元，对于投资者来说，投入太大，所以一般在大型食品工厂才使用，对于一般售卖点，不是很划算，因此，我们将研究开发一种成本较低的菠萝削皮机。2 机械菠萝去皮机的方案的设计与确定本章主要内容是确定机械式菠萝去皮机的几种设计方案，然后通过论证选取一种最优的方案。2.1 机械菠萝去皮机-方案一本方案采用摩擦原理用于菠萝去皮，简图如下：该机采用立式机型，主要包括工作圆筒，工作转盘，机架和传动部分。1.工作圆筒：工作圆筒部分包括圆柱形工作筒和倒梯形集皮槽。它由不锈钢薄钢板卷焊而成（采用不锈钢是因为它具有良好的耐腐蚀性能承受一定的冲击载荷，具有较高的硬度和耐摩性，特别是对于此类食品加工设备，食品安全卫生状况最佳）。筒内壁为粗糙表面，以棕刚玉掺环氧树脂浇注、烘干而成。圆筒的侧壁开有带活门的出料口，物料块茎在离心力的作用下甩出来，碰在出料门的内壁上并改变方向，以便于物料的收集。出料口和排渣口的方位可根据接收容器的放置位置和方便操作来确定。2.工作转盘：工作转盘是物料去皮过程中产生机械作用的主要部件。根据菠萝的生物学特性及物理特性，吸收手工去皮的基本原理，确定转盘的基本形状为圆盘形，转盘表面为中心向四周辐射的凸起波纹状。为增大物料和转盘的摩擦，用棕刚1 菠萝入口 2 简盖 3 插板 4 圆筒 5 出料口 6 底座 7 机槊 8 联轴器 9 电机 10 变速机构11 橡胶挡板 12 磨盘1 pineapple entrance 2 simple lid 3 spile 4 cylinder 5 outlet 6 pedestal7 machine spear 8 coupler 9 electrical machine 10 speed shifting machanism 11 rubber baffle 12 millstone图6 摩擦式菠萝去皮机Fig.6 Friction-type pineapple paring machine玉掺环氧树脂通过模型浇注在盘的顶面上，大概20mm厚，经烘干制成。亦具有一定的去皮作用。转盘下方设有随盘一起转动的挡水环，以防止清洗水进入轴承。3.传动系统：该传动系统采用V带一级传动。电机安装在机架上水，整机结构简单、紧凑。工作圆筒下部设有排渣口，清洗水连同物料皮渣一起从这里排出。2.1.1 工作原理此处已删除4.2 轴承选择与校核计算根据菠萝转动为恒定转速特点，轴承的转速n=1.75(r/min),轴承径向力主要由图14.菠萝夹具图Fig.14 Pineapple fixture drawing刀具切削时产生。主要受轴向力，装轴乘处得轴颈直径为 所以在轴两端选用的两个角接触球轴承，如图所示13.2（b）正装。工作中有中等冲击，转速n=1.75(r/min)，根据菠萝切削用力设定两轴承的径向载荷分别为，外加轴向载荷作用方向指向轴承1. 查滚动轴承样本可知要接触球轴承7003AC的基本额定载荷C=6300N，基本额定静载荷。1初步计算派生轴向力，由公式（19）(20)可见 (35) (36)2计算各轴承轴向力 (37) 3.确定X,Y的值。根据教材表13-5因为，所以，。4.计算当量动载荷取载荷系数,则 (38)5.计算轴承寿命. (39)轴承寿命满足使用期限。故所选轴承满足要求。4.3 链条的设计在设计过程中有1个地方要用链传动，两个螺杆直接的动力传动。4.3.1 螺杆间的链传动计算有上述可知，电动机额定功率P=14W，螺杆转速为100r/min。两螺杆的传动用链传动。主动轮转速与从动轮转速相同。中心距水平传动，链速，静强度安全系数S=6,电机驱动，取工况系数。1.选择链节距p。链的工作拉力 (40)初步选定用10A型滚子链，其链节距p=15.875mm，每米质量q=1kg/m，极限拉伸载荷（单排） (41)由于是水平传动，所以倾斜角初选链条垂直度f与中心距a的壁纸f/a=2%，由教材图9-9得，则得悬垂拉力 (42)紧边总拉力 (43)所以得到所需的极限载荷 (44) 所以选10A型链是合适的。2.求链轮的齿数。根据教材表9-8取验算链速 (45)符合题目要求3.校核安全系数，由公式（40）（41）（43）可得计算安全系数 (46)所以选用的10A型滚子链是合理的。4.求大小链轮的分度圆直径 (47)5.计算链节数 取=80 (48)取=80 6.齿顶圆直径da (49) (50)取=927.齿根圆直径 (51)8.齿高 (52) 取=59.最大轴凸缘直径 (53)取=704.3.2 键的校核由于要求等速传递一次两螺杆上的带轮尺寸相同，大带轮参数参照小带轮参数键的校核。假设压力在键长度内均匀分布，则根据挤压强度或耐磨性的条件计算，求得联接所能传递的转矩： (54) 能完全满足需要。5 菠萝去皮机的电气控制5.1 电气控制设计考虑到制造成本与使用环境工况较好，本设计决定采用继电器控制方式，控制思路如下：电源开关Q，断路开关SB1，电机控制开关SB2，SB3.切削菠萝时电机正转，首先合上电源开关Q，之后按下起动按钮SB2，接触器KM1的吸引线圈通电，其主接触点KM1闭合，两个电动机起动同时启动，由于接触点的辅助接触点KM1并联于起动按钮，因此当松开手断开起动按钮后，接触器线圈KM通过其辅助常开接触点可以继续保持通电，维持其吸合状态，故电动机不会停止。和起动按钮并联的辅助常开触点成为自锁触点。按停止按钮SB1，接触器KM1的吸引线圈失电释放，所有KM1常开触点断开，KM主触点断开，电动机失电停转：KM辅助触点断开，消除自锁。同样当退回刀具时按下启动按钮SB3接触器KM2的吸引线圈通电，其主接触点KM2闭合，只有M1电动机起动，反转运行。由于接触点的辅助接触点KM2并联于起动按钮，因此当松开手断开起动按钮后，接触器线圈KM通过其辅助常开接触点可以继续保持通电，维持其吸合状态，故电动机不会停止。当需要停机时同样按下按钮SB1即可。5.2 电气控制原理图图15.菠萝电气控制原理图Fig.15 The electrical control principle diagram6 总结通过此次毕业设计，我不进掌握知识，而且也丰富了大脑，而在信息搜索过程中，也学到了很多额外的知识，开拓了事业和对未来的发展方向的认识，使我专业知识和实践能力有了质的飞跃。作为即将毕业的学生，此次毕业设计是我四年大学学习的最好证明，它是我对大学四年学习的全面总结和应用，并且为我今后的实际应用创造了一个良好的开端，毕业设计是我对所学知识的一次检验和总结，提高了我独立分析和解决问题的能力，是我在校期间的最后一次作业。毕业的日子一天一天临近，毕业也接近尾声。在我的不断努力下，终于完成了毕业设计任务。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的大概总结，但是真的面对毕业设计时发现自己的想法基本是错误的。毕业设计不只是对所学过知识的一次检验，也是一种来提高自身能力的机会。通过此次毕业设计使我认识到了自己知识太理论化不能很好结合实际来运用知识。学习是一个长期积累的过程在今后的工作和生活，需要不断地学习，努力提高自己的知识和综合素质。总之，在我设计过程中我发现了自己的不足，并且进行了弥补。使我明白在实际中能够熟练应用所学到的知识，才算是掌握。参考文献1 Schoorl D.ttolt J EBn se resistance meaSlllOlll：llts in applesJommal of lexture StudiesJ，19801 .3893942 ttolt J EDPackage protectioi dI energy dissilation inapple packsJSeientia Horticultttiw 1984243 Tem1es B R.Appie handling illP c daca a sitiol1 and.dIa1 v is ch an inscnu1lenced sphereJ1990，47：2692764 冯能莲苹果在静载作用下的变形规律安徽农业大学学报,1995，(2)：l681715冯能莲苹果在静载作用下的损伤规律.安徽农业大学学报，1996，(1)：55586 冯能莲苹果静重损伤规律的研究.安徽农业大学学报1996(3)：7l一757杨晓清.王春光河套蜜瓜静载蠕变特性的实验研究J农工业工程学报 2007,(03)8孙骊.仇农学，吴竞走运输中动力参数对果实的影响： 西北工业大学学报，I996(3)：85899李小昱等.苹果流夏特性约研究西北农业大学学报J 1998，(4)：202310马国华等苹果流夏特性约研究(I 杜驰特性的试验与研究)J 西北工业大学学报，1991，(3)：707411王为等. 苹果流夏特性约研究(1I杜驰特性的试验与研究)J 西北农业学报，1991，(4)：10310612 D Sehoor1Holt Impact Bnfising in 3 AppleJUTangenlentsJ A c Engng Iies，1982，27：50751213单明彻等苹果在静载作用下的机械特性和机械损伤J农业机械学报1988，(2)：727914 孙桓等.机械原理M北京：高等教育出版社200115沈再春农产品加工机械与设备M北京：农业出版社199316程凌敏食品加工机械M北京：中国食品出版社，199817 吕明. 机械制造技术基础.2版 武汉: 武汉理工大学出版社, 2010.8.18 孙恒，陈作模，葛文杰. 机械原理.7版. 北京: 高等教育出版社, 2006.519 机械设计手册编委会编著. 机械设计手册.新版. 北京: 机械工业出版社. 2004.20 濮良贵等. 机械设计.8版. 北京: 高等教育出版社, 2006.5.致 谢历时将近两个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师张岚老师，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最中心的感谢！感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多你问素材，还在论文的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！ 附录附录1:菠萝去皮机总装配图A0附录2:刀具装配图A1附录3:主传动轴图A3附录4:链轮轴图A3附录5:传动链轮图A4附录6:菠萝固定刀图A4附录7:刀具图A4附录8:刀具弹簧图A4附录9:联动轴图A4
展开阅读全文