蔬菜切丝机设计-机电学院毕业论.doc

编号：4209050825 商丘工学院 毕业论文（设计） 题目：蔬菜切丝机的设计 系 别： 机电工程学院 专 业： 机电一体化 学生姓名： 杨 波 指导教师： 吴 德 刚 成 绩： 2012 年 4 月 商丘工学院毕业论文（设计） I 摘 要 本文首先研究了蔬菜切割、输送、定位、成型的基本理论，然后设计了多功能蔬菜 加工机的切削装置、送料装置和传动机构等，使之能够达到对块根状及叶菜状蔬菜进行 切片、丝、段等规格形状的加工由于蔬菜的种类多种多样，各种蔬菜的物理特性不同， 为了保证研制适合加工各种不同形状的物料，蔬菜的输送和固定是非常重要的工作条件， 因此必须研制合理的送料机构。研制合理的传动机构，要求简练、新颖、实用.根据我国 的国情，在部件的原理和结构的设计中，以操作维修方便和降低成本为主要研究方向， 寻求合理的工作原理，要求功能多样化;对结构进行优化设计，以高效、节能、通用和工 作可靠为目标。同时应用新科技，采用先进的数字调速电机，省去复杂的变速机构与调 节机构。试验表明，该设备出成率、效率达到进口机械水平，价格较进口设备降低50%以 上，可填补此类机械的国内空白，取得良好的经济效益和社会效益 关键词: 多功能 蔬菜 加工机 蔬菜切丝机的设计 II 目 录 摘 要 .I 绪论 1 第一章 蔬菜加工机械的分类和内容 .2 1.1 蔬菜加工机械的种类.2 1.2 研究的主要内容.2 第二章 工作机理与结构分析研究 .4 2.1 蔬菜夹持输送的研究.4 2.2 设计方案的选择及论证 .4 2.3 多功能蔬菜加工机的主要结构.6 2.4 多功能蔬菜切丝饥的工作与传动原理.7 第三章 主要参数与零部件设计 .9 3.1 电机的选用.9 3.2 带传动的设计计算.9 3.3 主轴的设计计算10 结论 .14 参考文献 .15 商丘工学院毕业论文（设计） 1 绪论 蔬菜是人生活中必不可少的营养丰富的食品之一，可为人体提供必需的维生素、矿 物质、膳食纤维等有益于人体健康的功能成分。随着人们生活水平的不断提高，生活节 奏加快，对食用方便、营养丰富、经过加工的精细蔬菜的需求越来越大，对产品的品质 要求越来越高。蔬菜出口在我国起步虽晚，但由于中国蔬菜富含营养、品种齐全、质优 价廉，深受各国消费者的青睐，因而近几年蔬菜出口发展十分迅速，己成为创汇农业的 支柱产业。 调查结果显示，目前我国蔬菜加工机械却远远滞后于蔬菜出口的发展，现在主要靠 合资外方从国外进口，价格昂贵，如牛芬、胡萝卜切丝机，从日本进口一台普通(长短、 粗细不可调)切丝机，需人民币1.2万多元。为适应蔬菜加工的需要，我们设计多功能蔬 菜加工机，一机多用，只需更换切刀和部分零件，即可加工各种异型块根状蔬菜，如铅 笔屑状(牛芬)、各种异型状片(胡萝卜、土豆的梅花状、菊花、树叶状、球拍状等)、丝 条(胡萝卜、牛芬等)、自由片(牛芬、胡萝卜、姜、蒜等)及酱菜等。该机的多功能化， 取代了部分功能单一、价格昂贵的进口机械，适应于多品种、批量生产的需要。 加快蔬菜机的发展，提高企业技术装备水平，无疑将成为国内蔬菜出口发展的战略 突破口，增值增效潜力巨大。本课题旨在研制一种高效、可靠、实用、多功能蔬菜加工 机械，重点解决我国蔬菜加工机械功能单一、进口机械价格昂贵的问题。 蔬菜切丝机的设计 2 第一章 蔬菜加工机械的分类和内容 1.1 蔬菜加工机械的种类 （1）多功能旋转式切菜机，其原理是使需要的切的蔬菜高速旋转，利用离心力使蔬 菜紧贴刀片进行加工，是一个蔬菜加工行业、食品行业、脱水蔬菜厂、速冻食品二次加 工常用的机器。使用它可将有固定形状的如：芥菜、萝卜、土豆等块切制成所需要厚度 的片和丝，一般采用防腐铝外壳及高级合金刀片，具有结构紧凑、合理、操作简便、调 整维修方便、耐腐蚀的特点。其缺点是：切片或切丝的形状不规则。厚度不均。 （2）离心式切菜机采用先进工作原理，其特点为结构紧凑、坚固耐用、易于维修， 可提高生产率，降低劳动强度，对萝卜、土豆、白薯、圆白菜等根茎类可加工成菜丝、 菜条、菜片、广泛适合大、中型酱菜厂和速冻食品厂使用。 （3）切丁机性能优于其它机器，可一道工序完成块条的加工，省时省力，操做方便， 适合芥菜、萝卜、黄瓜（包括咸制黄瓜） 、土豆、洋葱、香瓜、胡萝卜、苹果等圆形蔬菜、 水果的加工。该机特点是机构紧凑、设计先进，使用方便，能耗低效率高。 （4）圆盘切菜机是酱菜加工业、食品行业及农产品二次加工的主要机械设备之一。 它将芥菜、萝卜等固有形状的块茎切成片，两现翻转后呈交错度切口。该机特点是 一台结构新颖，技术先进，操作方便，安全可靠和具有较高效率的生产设备。 （5）直线式多用切菜机，本机模拟手工切菜原理，采用无级调节机构和离心式切片 机构等先进技术研制而成复合式多用切菜机，广泛适合用于各种根、茎、叶、丝、菱形、 曲线等多种食品加工的花样。该机设计先进，节能高效具同类领先水平。其缺点是电机 调速精度低，切丝长度不宜控制，噪音大，电气化程度低，成本高 1.2 研究的主要内容 蔬菜的深加工，先进的工业化国家起步较早，设备先进，有规范的检验标准，但因 其设备昂贵，用户难以承受，加之一些先进的加工技术对我们保密，致使我们不少的蔬 菜出口后需要二次加工，效益流失严重。 商丘工学院毕业论文（设计） 3 本课题旨在研制一种可加工丝条、片、块、酱菜等不同类型的多功能加工机械，具 体内容如下: (1) 研究合理的切削装置，满足多功能(可加工丝条、片、块、酱菜)的需要，3组刀具具 有单独控制性，调整方便，以完成多种形状的加工。且规格尺寸在一定范围内可调，确 保高效、耐用，操作方便: (2) 由于蔬菜的种类多种多样，各种蔬菜的物理特性不同，为了保证研制适合加工各种 不同形状的物料，蔬菜的输送和固定是非常重要的工作条件，因此必须研制合理的送料 机构。 (3) 研制合理的传动机构，要求简练、新颖、实用.根据我国的国情，在部件的原理和结 构的设计中，以操作维修方便和降低成本为主要研究方向，寻求合理的工作原理，要求 功能多样化;对结构进行优化设计，以高效、节能、通用和工作可靠为目标: （4）设计能加工各种异型蔬菜产品的刀具。 主要技术指标:(1)配套电机为750W调速电机。(2)每小时生产率(以5cm厚的土豆片为例) 达到400Kg / he (3)适应加工的蔬菜:块根状蔬菜，如牛芬、胡萝卜、土豆、姜、蒜、萝 卜、地瓜等状蔬菜，如菠菜、大白菜等。(4)加工功能:可加工成长20mm-50.，粗为2m- 10m的丝条，厚度为lmm-8mm的各种自由片及异形状片，铅笔屑状，颗粒直径为0.5m m左 右的蔬菜酱，长为30mm-60mm的蔬菜段。 蔬菜切丝机的设计 4 第二章 工作机理与结构分析研究 2.1 蔬菜夹持输送的研究 由于蔬菜种类很多，有叶茎类的软菜，又有根茎类的硬菜，也有块根状小型的，总 起来说形状千奇百怪，尺寸与刚度也相差很大。因此，要想有效地切削蔬菜，有效地定 位与输送是加工的关键。以前我们采用手动加工时，输送浪费了大量的人工与物力，由 于这几年人工费地提高，手动己远远落后于形势。并且手动加工不规则，成品率低，不 卫生等等缺点，迫切要求设计一种既能输送有效定位、适合多种蔬菜的输送机构，以实 现规则的加工，适应出口蔬菜的要求。本设计采用单皮带夹持输送，其中上方为夹紧装 置悬浮状态，工作时保证对加工物料的压紧。为了防止物料的打滑，我们在皮带的上方 设有弹簧对压力进行调整，实现传动过程不打滑。如图2.1所示 1.切刀 2.压菜轮 3.压菜辊 4.蔬菜 5.输送带 6.辊筒 图2.1 多功能蔬菜加工机械夹紧装置示意图 2.2 设计方案的选择及论证 不同的食用要求对被切碎物料的规格和质量各不相同。食用时可将叶菜类蔬菜切割 成碎段，将块根类蔬菜切割成片、丝和末、酱等不同的形状。因此，为达到需要，对切 商丘工学院毕业论文（设计） 5 削的工艺要求是：（1）切割省力，耗用功率少；（2）加工质量好，特别是切割营养丰 富、含水分多，流变性突出的蔬菜时，要求碎屑电话少和流汁少，这就是要求切刀刃薄 二锋利；（3）适合加工切割成不同的几何形状和大小的成品；（4）切碎工作部分有足 够的强度和刚度；（5）有效的送料，解决耗用大量劳动力的问题。 蔬菜种类很多，叶菜类如大白菜、菠菜等，块根类如胡萝卜、马铃薯、甘薯等，上 述物料在形态上的共同点是类似球形，椭圆形，圆柱形和不规则形状，他们都要经过尺 寸减少的加工处理过程，将其切成一定形状，我们把这类机械统称为蔬菜切碎机，即加 工机。通常这类加工机主要有两种类型；盘刀式加工机和滚刀式加工机。滚刀式加工机 的特点是动刀片刃口线的运动轨迹呈圆柱形。切碎器为滚筒式，整机结构比较紧凑，切 割质量比较好，负载比较均匀，但由于叶菜与块茎类蔬菜的切割阻力，需在滚筒主轴一 侧配置飞轮以增加转动惯量，那样，刀片对滚筒主轴会引起明显的轴向力，此外磨刀刃 比较困难。盘刀式加工机的特点式动刀片刃口线的运动轨迹是一个垂直于回转轴的圆形 平面。物料由输送带传送，切割部分安装在回转轴的圆盘上。这类加工机的通用性广， 切割质量更好，生产效率高，刀片拆卸和安装方便，自动化程度较高。此设计方案中的 刀具是完全按照手工切菜的方法安装的有横刀和竖刀， 2.2.1 切削部分的设计 蔬菜要求规格要一致；长度误差小，切片厚薄均匀；切面质量好，组织新鲜；形状 各异，品种繁多，一机多用。因此，要求加工机（1）切割副必须配合合理（2）刀具具 有一定的强度和高度（3）喂入口配置合理（4）道具具有互换性，通过刀具的简单更换， 满足加工各种不同规格形状蔬菜的要求，以达到质量要求，因此设计切削部分必须满足 能够切削丝条、片、末、段、等规格形状与质量的要求。 切割副结构参数的确定：动刀片和定刀片组成的切割副的切割参数动刀片的磨刃角r,刃 口锐角，切割角，刀片安装角，动定刀片之间的间隙Z。r角直接影响切割阻力的 大小。刃口锐角是一个独立的几何参数，它不取决于磨刃角r或物料和刀片刃口侧面的 摩擦系数f值。对于切割蔬菜，刃口锐角=20100微米足够。为了磨刃到开始时的锐利 程度，一般在刃口处留处宽度为的磨刃区域，而=ma.若被切割的蔬菜强度大，则r 角要小些，但为了延长刀片的使用期，r值尽量大一些。经过实验，我们取r值为40度。 Z为0.51mm为宜。 2.2.2 送料部分的设计 蔬菜的形状是不规则的，自动送料的问题一直困扰着我们，所以大多数的蔬菜加工机 蔬菜切丝机的设计 6 都是手动送料，研究适合加工各种不同形状的送料机构，达到生产的连续性，提高产品 加工质量和生产效率是本设计送料部分的宗旨。我们查阅了大量的资料，确定送料机构 采用辊压操作、皮带输送、自动调整夹持的设计方案，要求的远动过程是：压辊的直径 相等，速度相等，且同时驱动；被压物料等速运动；物料仅承受压辊施加的力作用；输 送的对象是连续的，机械性质是均匀的；输送物料的物料与化学性质不能发生变化。 输送结构的确定：我们根据以上的分析，参考常用的国内外输送设备确定其结构如图 2.2所示送料机构在水平输送时，主动双链轮15通过下滚子轮16带动中间链齿轮18传动， 中间链齿轮18与下带驱动齿轮19啮合，下尼龙输送带12在下带驱动辊20作用下，向前方 转动。同时，主动双联链轮15又通过上滚子轮10带动驱动轮9同步转动，这样，上尼龙输 送带3在上驱动辊8作用下，向前方转动。因此，物料在两辊间的压力及物料重力作用下， 在物料表面产生外摩擦力，在物料间产生内摩擦力，带动物料连续整体被输送，而不致 发生打滑与翻滚现象。为增加摩擦力，调节拉簧4将整个上带输送机构拉近来缩小上下辊 的间隙。而整个上带输送机构可围绕上带驱动辊8的中心转动。上带调节螺丝6与下带调 节螺丝14可调节输送带的松紧，以达有效的输送。 1.上带从动辊 2.上带转臂 3.上尼龙输送带 4.拉簧 5.上带涨紧轮 6.上带调节螺丝 7.挡块 8.上带驱 动辊 9.上带驱动链轮 10.上滚子链 11.上带驱动支撑座 12.下尼龙输送带 13.下带从动辊 14.下带调 节螺丝 15.主动双联链轮 16.下滚子链 17.固定座 18.中间链齿轮 19.下带驱动齿轮 20.下带驱动辊 图2.2 蔬菜输送机构图 2.3 多功能蔬菜加工机的主要结构 本机主要有机架物料输送及夹持部分、切削成型部分、传动部分等结构组成，其结 商丘工学院毕业论文（设计） 7 构简单如下： 切削成型部分由调速电机，皮带轮，主轴，动刀盘，动刀，定刀，定刀座等组成； 物料输送夹持部分：下带带驱动轮，下带从动轮，下带中间轮，下带涨紧调节螺丝，下 输送带，上带驱动轮，上带从动轮，上带涨紧轮，上带涨紧调节螺丝，上输送带，上带 拉紧簧，拉簧挡块等组成； 传动部分主要由调速电机，皮带轮，驱动链轮，双联链轮，中间传动链轮，驱动齿 轮，滚子链等组成。 2.4 多功能蔬菜切丝饥的工作与传动原理 2.4.1 工作原理 当物料放在输送带上时，下输送带带动物料向前运动，进入上输送带与下输送带之 间，上下输送带将物料夹住。本设计的传动使上下夹持传动带具有相同的线速度。这时 物料运动的速度与上下输送带的速度同步。与此同时，主轴带动动刀盘做旋转运动，刀 盘带动刀也做旋转运动。当物料前进到刀前端的位置时，动刀切削物料，根据刀盘上安 装刀具的不同，便将物料切削为不同的形状。根据不同的物料调节进料间隙，也由于蔬 菜的外形复杂，即使同一种蔬菜的粗细程度也不一样，因此要求送料间隙应能够自由调 节，这样才能达到多功能加工的目的，为此我们设计了上输送带由上输送带弹簧调节其 与下输送带自己建的间隙。当物料比较粗时上带拉紧弹簧被拉开，物料进入上下输送带 时，将物料紧紧夹住，是物料随输送带同步运动。当输送物料比较细时，将上带拉紧弹 簧调紧，物料进入上下输送带时，将物料紧紧夹住，使物料随输送带同步运动。 根据不同的物料的加工要求调节切片的厚度或切短的长短。上、下输送带通过双联 链轮传动达到同步运动，由调速电机调节皮带轮的转速，进而调节驱动链轮的转速，这 样可以调节输送带的运输速度，从而调节切片的厚度或切段的长短。另外通过调节主轴 的转速，也可以微调切片的厚度或切段的长短，影响比较小。 2.4.2 传动路线 多功能蔬菜机为了实现对物料价格多种尺寸和形状的产品。采用了特殊的传动方式， 保证加工物料传动。如图2.4所示；上夹持输送带和下夹持输送带为定速传动，分别有带 传动、齿轮传动、链传动等组成，并保证使上下夹持带在夹持物料处具有相同的线速度。 另一路传动是采用调速机，带动刀盘旋转。采用调速电机可使传动系统简单，机器对多 种的物料适应性大大增强。 蔬菜切丝机的设计 8 本机特点：（1）通过换刀具，可加工各种哦你不同形状的蔬菜；片、段、丝等提高 了设备利用率，（2）采用单向电容调速电动机适合加工各种形状的蔬菜，同时省去了复 杂的变速结构，降低了设备的生产成本。（3）采用可调带式传动机构，可自动送料，连 续加工。 1.输送带 2.压菜传动 3.输送链传动 4.压菜带 5.切刀 6.壳体 7.前门 8.刀盘 9.轴承座 10.大糟轮 11. 电机轮 12.普通v带 13.电动机 14.大带轮 15.齿轮箱 16.多锲带 17.电动机 18.中齿轮 图2.3多功能加工机传动原理图 第三章第三章 主要参数与零部件设计主要参数与零部件设计 3.1 电机的选用 采用电磁调速电动机，型号：JD1A-11 商丘工学院毕业论文（设计） 9 最大额定输出：直流90V3A 测速发电机：三相交流2V/100r/min 转速变化率：3% 静态精度：1% 输入电源：交流220V10% 5060Hz 3.2 带传动的设计计算 （1） 电动机功率的预选 功率p=60W 带的选择 A型普通V型带 （3） 选择主动轮的基准直径 选择主动轮的基准直径 D1=75mm v1=smsm n /25/46 . 5 100060 139075 100060 D 01 （4）计算从动轮的基准直径 2 DmmiD63.26075 400 1390 1 圆整为=265mm 2 D (5) 确定中心距和带的基准长度 0.7(+)2(+) 1 D 2 D 0 a 1 D 2 D 238680 0 a 取=250mm 0 a 则+ (+)+2 d L 0 a 2 1 D 2 D 0 2 12 4 )( a DD =2 mm 9 . 1067 2504 75265 75265 2 250 2 取=1000mm d L 则实际中心距 蔬菜切丝机的设计 10 2 9 . 10671000 250 2 0 dLL aa d =216mm (6)主动轮包角计算 最小包角要求 120 1 a 60180 12 1 a DD a =147 120 符合要求 （7）确定带的根数 L ca kkPP P z 000 )( 选取 91 . 0 a k96 . 0 L k27 . 0 0 P05 . 0 0 P85 . 0 ca P 95 . 2 96 . 0 91 . 0 )05 . 0 27 . 0 ( 85 . 0 z 取z=3根 3.3 主轴的设计计算 （1）计算主轴上的功率、转速、转矩 功率取三角带传动功率 02 PP 0.96 则KW0576 . 0 96 . 0 1006P -3 2 扭矩mNn.2 .1375400/0576 . 0 9550000/P950000T 22 （2）初步确定轴的最小直径及该处的长度 选取轴的材料为45钢，调质处理。 取mm n P d 3 . 11 400 0576 . 0 112A112A 3 3 0 2 0min0 则 因为前面取带轮的宽度为50mm，孔的内径为20mm 所以初步确定最小直径 mmmmdd50L20 7-676min 最小直径处的长度 （3）轴的结构设计 商丘工学院毕业论文（设计） 11 A：根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度。 B:初选滚动轴承及周的各段尺寸 因轴承主要受径向力的作用，同时考虑带轮及轴承的安装、定位和尺寸，所以选取只受 径向载荷的向心球轴承205，其尺寸 mmdTDd,25,155225 65 故 左边轴承的定位用轴肩，轴肩高度mmdmmhdh3025,007 . 0 32 则，取 1-2段与动刀盘配合，取考虑箱体的厚度，取;43,25 212 mmLmmd 。确定轴的总长度L=196mm，则.75,13 4332 mmLmmL mmLmmdmmL28,17,2 655454 (4) 轴的危险截面的疲劳强度校核 A: 12 截面处T1=10142.1N .m 截面上的扭转切应力 2 . 1 25 30 04 . 0 25 1 64 . 3 252 42548 16 25 1 . 10142 216 1 . 10142 W T 2 3 2 3 1 T d D d Mpa d tdbtd 经插值后可查得09 . 2 ,77 . 0 ,72 . 0 ,66 . 1 i qq 故有效应力集中系数 93 . 0 93 . 0 51 . 1 166 . 1 77 . 0 111 86 . 1 109 . 2 72 . 0 111 ，得 i qk qk 轴按磨削加工，得表面质量系数 92 . 0 i 轴未被表面强化处理，即1 q 则 蔬菜切丝机的设计 12 5.14830 2 64.3 05.0 2 64.3 71.1 155 05.0 1.0 71.11 92.0 1 93.0 51.1 1 1 09.21 92.0 1 93.0 86.1 1 1 s k K k K i 材料特性系数 计算安全系数 剖面右侧一定安全。 B:截面6右侧的安全性校核 抗弯截面系数w 07.642 202 5.3205.36 2 20 232 2 3 2 3 dd tdbtd 抗扭截面系数 07.1427 202 5.3205.36 16 20 216 2 3 2 3 d tdbtd 弯矩及弯曲应力 5.143.12 22 77.27 2 11.7 05.0 2 11.7 52.1 155 9.13 52.1088.1 275 52.11 1 K 88.11 1 K 92.0 432.18.0 79.1 52.10 07.642 6.6756 6.6756 5.47 25 6.12837 r s ss ss s s k k k k Mpa M mmM ca a rr r b 轴按磨削加工 取 右侧安全 C:校核键的强度 商丘工学院毕业论文（设计） 13 (1)刀盘处 平键 强度