盒饭自动装餐生产线的自动落盒及传送装置设计

前言1.1研究工作的背景与意义随着国际贸易市场竞争越来越激烈，我国人口的不断增长，面临的市场竞争压力越来越大REF_Ref16656\w\h[1]，人工成本以及地块的租赁成本不断的上涨，这就导致了快餐行业的利润在不断的下降，为了寻求更大的利润，降低生产成本，快餐行业不得不利用先进且效率高的食品自动加工技术REF_Ref16689\w\h[2]，在郊区或者农产品的生产地搭建厂房用于建设食品自动化加工产业，这样能够自动化的大批量，高效率的完成食品的自动加工、自动包装等技术，这就被称为中央厨房REF_Ref16656\w\h[1]，目前中央厨房体系已经成为了提升快餐加工能力以及降低快餐生产成本提高利润的主要途径。中央厨房不仅可以提高食品产品的数量、品质还能够大大的降低食品加工的成本能够取得较好的社会效益，中央厨房的主要工作就是将食品按照客户指定要求或者是菜单加工为半成品或者成品食物通过物流车配送至使用点REF_Ref16800\w\h[3]。在中央厨房中有一条最重要的生产线就是盒饭自动装餐生产线，盒饭自动装餐生产线的性能直接决定了中央厨房的整体配送效率，盒饭自动装餐生产线就是将以及烹饪好的食品自动的对其进行餐盒的自动落盒、食品的分类装盒以及自动包装，目前由于我国的人工成本低且基层人口较多，所以我国目前的盒饭自动装餐生产线中还都是依靠人工完成餐盒的自动落盒、食品的分类装盒以及自动包装工作，随着社会经济的不断发展，生活节奏的不断加快，对时间的利用更加精准，所以要求快餐的配送要及时，尤其是现在一些学校、医院以及集团团体都是采用外购快餐的形式来解决内部人员吃饭问题，所以是对快餐种类及数量需求是巨大的，现在依靠人工进行餐盒的自动落盒、食品的分类装盒以及自动包装工作是完全满足不了社会的需求的REF_Ref16839\w\h[4]现有的落盒分离的方式中：人工落盒，劳动强度大，速度慢，不适合工业化生产。盒饭自动装餐生产线的第一项工作就是对餐盒进行合理的自动落盒至传送带上，自动落盒的效率以及性能直接决定了整个生产线的好坏，现有技术大多数采用的是人工落盒的方式，也有的是采用机械化辅助落盒，但是机械化辅助落盒因为餐盒的种类较多，且大小不一，所以应用到实际的生产中效果并不理想，REF_Ref18158\r\h[5]在使用包装盒对食品进行包装时,通常采用人工方式将包装盒压盖在传送带的物料上。由于工人在压盖物料时需要将包装盒分开和放置于物料上,因此存在落盒效率低且容易对物料造成污染的问题REF_Ref8832\r\h[6]。所以目前快餐行业中急需要大大的提高餐盒的落盒效率，以及餐盒的落盒质量，用于提高整个生产线的效率及质量。本课题的研究能够解决现有盒饭自动装餐生产线中人工操作餐盒落盒的效率低下的问题以及人工落盒位置精度差的问题，能够大大的提高餐盒自动装餐生产线的效率，为企业带来更大的利润，对于用餐者客户而言，能够大大的减少用餐等待时间，为客户节省了时间，对于企业管理而言，因采用自动化设备，只需定期对设备进行维护保养，省去了人工的管理难度以及因员工个人情绪导致产品质量不合格的生产问题。通过这次研究也能够使我更系统化的复习所学习的机械理论知识，将理论知识与实际相结合，对个人的成长是非常有好处的。1.2国内外发展现状1.2.1国内发展现状我国的食品机械行业是近20年才逐渐发展起来的新型工业，在80年代的时候我国的食品机械种类不超过500种，随着我国经济水平以及生活质量的不断提高，到目前位置我国的食品机械种类以及超过了2000多种，但是大多数都是单元化的操作设备，众多的食品机械加工企业无法生产成套的食品加工生产线，成套生产线的设备需求单元设备的自给率只有60%左右，能够自给的也存在成套生产线质量不可靠、使用寿命短、故障率高的问题，所以我国目前大型的成套生产设备还都是采取进口的方式，进口成本较高。我国生产的食品机械还存在生产体系结构不合理的情况，主要的表现在低端，技术含量低的食品加工机械重复生产，导致生产量过大，技术水平高的高端食品机械产品的研发率较低，据有关部门统计，于70年代末80年代初的水平仅有5%处于80年代末90年代初的水平这些食品机械设备运行不太稳定生产效率低能耗高，生产的食品营养和风味品质难以保证。造成这种情况的原因主要是因为我国食品机械行业起步比较晚，研发能力比较薄弱，食品生产企业对新产品的接受度以及对新产品的热情不高。近年来,随着人民生活水平的提高,人们对于食品的要求也越来越高,食品行业的发展也越来越快,为了适应快速发展的行业,食品机械技术水平也在不断提高REF_Ref18158\w\h[5]。气杆作为气动元件的重要组成部分，在中国的工业生产中应用广泛。自上世纪90年代以来，随着中国经济的快速增长和制造业的高速发展，气杆得到了更广泛的应用。目前，中国气杆制造商的数量和规模逐步增加，技术水平也逐步提升。同时，随着工业智能化的推进和自动化程度的提高，气杆的应用领域也不断扩大。综上所述，我国的食品加工机械的发展还是不能够满足我国现在食品工业对食品机械的需求的，国内食品机械的发展现状主要表现在食品机械的种类少，技术水平低，成套性比较差、产品生产体系结构不合理、行业研发人员不足等问题。1.2.2国外发展现状国外(主要指欧、美)食品机械品种繁多,达3000多种,成套性强,设备外观质量好,寿命长,运行稳定。在国外,食品机械行业的发展非常优秀,研发出了各种先进的食品机械相关技术,在技术上有着很大的创新能力,同时,得益于食品机械行业发展较早,工业化时间较长,食品机械行业的相关发展经验也非常丰富,有着足够的历史沉淀。REF_Ref10302\r\h[6]发达国家的食品机械技术比较先进，利用机、电、液、汽等先进的技术相结合，采用传感器检查反馈信号，自动化的程度较高，这样在食品工业中的用人量就比较少，改善了生产劳工条件，提高了生产的效率与质量，同时发达国家不断的浆新的机械原理、新的技术、新的加工工艺、新的材料运用到食品机械上，能够降低食品机械的生产成本，提高产品的竞争力。国外非常重视食品机械新产品的研发工作，研发投入资金占有总销售额资金的8%左右，一些规模比较大的食品机械加工企业经过多年的技术积累已经有了非常强大的科研团队，所以能够根据市场的需求，快速的研发出新的食品机械产品，并推出至市场，产品的升级换代也比较快。国外不断涌现出行的食品机械替代产品，国内食品机械高端产品的更新替代会将继续以来国外；国外主要竞争对手将会继续增多，他们凭借其技术优势、质量优势和先进的营销策略吸引了国内很多用户；发达国家实施的技术壁垒越来越高，导致我国进口的许多食品机械和材料只能使用，难以进行自主更新。在国外，气杆的应用也非常广泛。欧美等发达国家和地区，气杆作为一种成熟的气动传动元件，在各种机械工程应用领域中被广泛采用。随着工业4.0和智能制造的到来，许多欧美企业开始重视气动技术的研究和应用，积极探索如何将气杆应用到更广泛的工业领域。同时，还出现了新型的气动技术，如利用人工智能控制气动系统的研究及应用，这些都为气杆及气动技术的发展带来新的机遇和挑战。综上所述，国外的食品机械由于起步比较早，所以食品机械的种类以及质量都是比较完善的，国外食品机械的发展现状主要变现在技术水平高、食品机械品种多且成套性比较强、发达国家的食品机械科研能力比较强。1.2.3自动落盒机和传送装置发展趋势随着自动打饭生产线的不断完善和发展，落盒机和传送装置也在不断发展，以下是其发展趋势：落盒机：自动化程度更高：现在的自动化打饭生产线需要更高效、更自动化的设备，落盒机也需具有更高的自动化程度，能够实现全自动分配和灵活多变的运作模式。更加智能化：落盒机需要具备智能化功能，可以自动识别和分配饭菜，同时可联网、记录、分析相关数据，以改进生产线效率并提高服务品质。更加人性化：落盒机在工作时应该更加安全、方便、快捷，例如设计更人性化的取盒和餐盘传送方式REF_Ref26484\r\h[7]。传送装置：更好的自适应能力：传送装置需要具备更好的自适应能力，能够适应不同形状、大小、重量和数量的餐盘食物，从而在生产线运作中更好地发挥作用。更快的运行速度：随着自动化生产线的发展和提高，传送装置的运行速度也需要更快，以更快速地完成任务，提高产能REF_Ref26484\r\h[7]。更高的准确性和稳定性：传送装置需要具备高准确性和稳定性，能够准确地和稳定地将餐盘和食物送达至目标位置，以及避免设备故障对生产线的影响。1.3本课题研究内容与预期目标1.3.1本课题的研究内容为更好的完成盒饭自动装餐生产线的自动落盒及传送装置设计，提出合理的、适用于实际生产的落盒装置方案，本课题的具体研究内容如下：阅读文献，了解国内外食品机械的发展现状及其；调查了解市面上广泛使用的打包盒规格；根据课题要求，以及实际使用工况对所设计的盒饭自动装餐生产线的自动落盒及传送装置的核心部件，提出多种设计方案，然后通过对方案的论证后选取最佳的设计方案，实现双工位落盒；根据确定的方案完成自适应餐盒尺寸的夹紧装置的三维结构设计；根据确定的方案完成餐盒的落盒机构的三维结构设计；根据确定的方案完成传送装置三维结构设计；完成盒饭自动装餐生产线的自动落盒及传送装置的整体结构三维设计；完成模型的装配和机构仿真；完成盒饭自动装餐生产线的自动落盒及传送装置的总装图以及关键零部件的二维设计。1.3.2预期目标所设计的盒饭自动装餐生产线的自动落盒及传送装置具有自动化程度高、生产效率高、结构紧凑等特点，应用到盒饭自动装餐生产线能够大大的降低盒饭自动装餐生产线的生产成本，给企业带来利润，还能够进一步的促进食品机械行业的发展。2自动落盒及传送装置的方案设计分析本课题是对盒饭自动装餐生产线中的自动落盒及传送装置进行结构设计，其中自动落盒装置就是将成摞的餐盒依次放置在传送装置上上，传送装置就是对已放置的餐盒进行传送REF_Ref8832\r\h[8]REF_Ref27879\r\h[9]，本章内容对这两部件的设计方案提出大量的设计思路，通过方案分析后选取最佳的设计方案。2.1自动落盒装置的方案设计由上述可知自动落盒装置实现的动作就是将成摞的餐盒，依次放置到传送装置上，根据这一要求构思出，旋转脱落式落盒方案、夹持式落盒方案、吸附式落盒方案，以下对所提出的这三种不同结构形式的落盒方案进行方案论证，并为本课题选取最佳的设计方案。2.1.1旋转脱落式落盒方案旋转脱落式落盒方案主要由两个旋转轴相组合而成，旋转轴上布置有螺旋凹槽，螺旋凹槽的螺距就为成摞餐盒中相连餐盒之间的距离，且餐盒边卡在螺旋凹槽中，通过旋转轮的旋转，将餐盒依次一个一个的进行放置在传送装置上，旋转脱落式落盒方案结构简图如图2.1所示。图2.1旋转脱落式落盒方案1-旋转轴2-成摞餐盒3-掉落的餐盒4-旋转轴转动轨迹旋转脱落式落盒方案的优点：结构简单、生产成本低、装配难度小；旋转脱落式落盒方案的缺点：无法适应多种尺寸的餐盒，在落盒过程中驱动旋转轴转动的电机要不断的间歇运动，会大大的降低电机的使用寿命，增加后续维护成本。2.1.2夹持式落盒方案夹持式落盒方案是由夹持手爪、移动臂等部件组成，通过夹持手爪插入至饭盒与饭盒之间的间隙中后将成摞的餐盒中最上层依次夹持住，然后通过移动臂的作用将最上层餐盒进行分离，然后放置的传送装置上，夹持式落盒方案的结构简图如图2.2所示。图2.2夹持式落盒方案的结构简图1-夹持手爪2-成摞餐盒3-夹持手爪驱动装置4-移动臂5-支架夹持式落盒方案的优点：夹持可靠、可对多种不同规格尺寸的餐盒可靠的实现落盒功能；夹持式落盒方案的缺点：结构复杂、体积较大、生产成本高、装配的难度大。2.1.3吸附式落盒方案吸附式落盒方案主要由橡胶吸附头、气管等部件组成，橡胶吸附头吸附在餐盒上后，通过气管将橡胶吸附头中的空气吸出，这样橡胶吸头就会与餐盒相互连接，当需要掉落的时候，气管与大气接通吸附的餐盒在重力作用下自动掉落，吸附式落盒方案如图2.3所示。图2.3吸附式落盒方案成摞餐盒2-橡胶吸附头3-吸附的餐盒4-移动装置吸附式落盒方案的优点：结构简单、使用无污染、吸附可靠性高；吸附式落盒方案的缺点：分离难度比较大，需要机构需要实现落盒至传送装置上。2.1.4自动落盒装置的方案选择通过对上述所提出的旋转脱落式落盒方案、夹持式落盒方案、吸附式落盒方案，这三种不同结构形式的落盒方案进行方案论证可知，虽然均能够实现餐盒的自动落盒，但是旋转脱落式落盒方案存在后续维护成本高的弊端，所以被弃用，而夹持式落盒方案具有生产成本高，结构复杂的弊端，与设计理念不符所以被弃用，综合考虑后本设计中选取的自动落盒装置方案为吸附式落盒方案。2.2吸附式落盒分离装置的运动方案设计由上述可知自动落盒装置中选取的为吸附式落盒方案，为了确保吸附落盒装置的可靠性，需要对成摞的餐盒实现自动分离出餐盒后，在由吸盘吸附，这样的结构能够大大的提高落盒的质量REF_Ref28623\r\h[10]，根据这一要求构思出吸附式落盒分离装置的方案如图所示。图2.4吸附式落盒分离装置的方案1-按压装置2-限位装置3-成摞餐盒吸附式落盒分离装置主要由按压装置、限位装置等部件组成，按压装置的目的是对餐盒施加一定的力，使得餐盒不会在重力的作用下掉落，限位装置的目的是限制住最下面的餐盒发生掉落的情况，按压装置以及限位装置在其驱动的作用下均可左右运动。吸附式落盒分离装置的方案原理：当按压装置的驱动同时相向运动，按压装置会安装住成摞的饭盒，按压装置按压的部位是从第二个饭盒开始的位置，也就是按压装置与限位装置之间的间隙为饭盒与饭盒之间的间隙，当限位装置驱动相背运动，限位装置会打开，最下面的饭盒无力施加，在自重的作用下以及吸附盘的作用下脱离出成摞的餐盒，运动至传送装置上，当完成最下方餐盒的落盒工作后，限位装置相向运动回到初始位置，按压装置相背运动，成摞餐盒在自重的作用下自动掉落在限位装置上，重复上诉动作，继续第二个餐盒的落盒工作。餐盒掉落状态如图2.5所示。图2.5吸附式落盒分离状态1-按压装置2-限位装置3-成摞餐盒4-下落餐盒2.2落盒机构的设计方案确定通过上述的内容基本确定落盒的方式，最后对落盒机构进行方案的确定，最终拟定的落盒机构方案如图2.6所示。图2.6落盒机构的方案按压装置2-限位装置3-成摞餐盒4-吸盘装置5-下落的餐盒6-传送装置7-推杆落盒机构的方案的原理：限位装置打开后，在吸盘装置的作用下将，不受力的餐盒吸附住然后再拖杆的作用下吸盘装置会进行角度变化，当角度变小后，餐盒会下落到传送装置中，完成落盒动作。2.3传送装置的方案设计传送装置的目的是对餐盒进行传送要求要根据后续流水工作实现停与动，速度可调，根据这一要求构思出丝杆螺母式水平传送方案、齿轮齿条式水平传送方案、油缸、气缸推动式水平传送方案、皮带水平传送方案以下对所提出的这几种方案进行方案论证，并为本课题选取最佳的设计方案。2.3.1丝杆螺母式水平传送方案丝杆螺母式水平传送方案主要由丝杆、螺母、平台、导柱、导套几个部件组成，平台安装在螺母上，丝杆转动，带动螺母移动，即平台亦移动，在导柱以及导套的作用下平台实现水平移动REF_Ref31631\r\h[11]，如图2.7所示。图2.7丝杆螺母式水平传送方案平台2-导柱3-导套4-轴承座5-螺母6-丝杆丝杆螺母式水平传送方案的优点：结构比较简单，而且结构比较成熟，水平移动比较可靠，加工成本低。丝杆螺母式水平传送方案的缺点:对工作环境的要求比较高，需要定期对丝杆处进行润滑保养，如果实现连续动作，需要丝杆高频率的正反转动，容易导致驱动部件的损坏REF_Ref29652\r\h[12]。2.3.2齿轮齿条式水平传送方案齿轮齿条式水平传送方案主要由：齿轮、齿条、平台、导柱、导套几个部件组成，平台安装在齿条上，在齿轮的转动下齿条水平移动平台亦移动，在导柱、导套的作用下平台做水平移动，如图2.8所示。图2.8齿轮齿条式水平传送方案1-平台2-齿条3-导柱4-导套5-齿轮齿轮齿条式水平传送方案的优点：可用于长距离动力传递；容许张力高，可用于重物传送，过载能力大；能在高温、多尘、潮湿等恶劣环境下工作；无弹性滑动和滑差，平均传动比准确REF_Ref29724\r\h[13]。齿轮齿条式水平传送方案的缺点：仅能用于两个平行的轴之间传动；传动平稳性差、易磨损；运动时易产生振动、噪声、冲击；不宜用于需要快速正反向切换的场合REF_Ref30050\r\h[14]。2.3.3油缸、气缸推动式水平传送方案油缸、气缸推动式水平传送方案主要由：气缸或者油缸、平台、导柱、导套部件组成，平台安装在气缸或者油缸的活塞杆上，且下端设置有导柱、导套部件，这样在油缸的伸出及缩回的动作下，在导柱、导套的作用下实现平台的水平移动，如图2.9所示图2.9油缸、气缸推动式水平传送方案平台2-油缸、气缸3-导套4-导柱油缸、气缸推动式水平传送方案的优点：结构简单、安装部件少、无旋转部件、通过控制换向阀就能够实现连续工作。油缸、气缸推动式水平传送方案的缺点：需要一套泵站驱动，成本略高，实现连续工作需要高频率往复动作。2.3.4皮带水平传送方案皮带水平传送方案主要由皮带、传动轴、张紧装置等部件组成，皮带紧贴在传动轴上，传动轴转动带动皮带连续转动，张紧装置的目的是为了调整传动轴与皮带之间的紧贴度，如图2.10所示。图2.10皮带水平传送方案1-转动轮2-皮带3-张紧装置皮带水平传送方案的优点：可以可靠的传送、结构简单、加工工艺成熟、装配简单。皮带水平传送方案的缺点：如果皮带松动则会出现打滑的情况，需要定期张紧。2.3.5传送装置结构的选择通过对以上所提出的丝杆螺母式水平传送方案、齿轮齿条式水平传送方案、油缸、气缸推动式水平传送方案、皮带水平传送方案这几种不同结构形式的传送装置对比，各有优缺点，考虑到设备的可靠性以及加工成本性，传送装置结构选择为皮带水平传送方案作为本设计中的传送设计方案，其中皮带水平传送方案中“皮带松动打滑需要定期张紧”的缺点可通过以下方案来实现自动化张紧。图2.11皮带水平传送自动张紧方案1-转动轮2-皮带3-张紧驱动装置4-张紧轮图示张紧驱动装置为垂直往复运动结构，可根据皮带的松紧情况自动调整张紧力，如张紧力过下，张紧驱动装置自动垂直下移，对张紧轮施加下移力，赋予皮带张紧力，如张紧力过大，张紧驱动装置自动垂直上移，减少皮带张紧力。3自动落盒装置的设计设计指标1、皮带宽度：800mm；2、盒饭大小：210-225mm*190-200mm*35-45mm；3、餐盒允许按压力：200N；4、落盒机构运转速度100mm/s；5、落盒机构吸附装置重量：50kg；6、传送装置的速度可调范围为：0.4m/s-1m/s；7、系统驱动压力0.2Mpa；8、活塞直径D：50mm；9、活塞杆直径d：25mm；10、工作压力P：0.15MPa；3.2气缸的选型气缸缸径的计算气缸的缸径与气缸的负载以及系统的压力有关，根据公式：A=(π/4)×(D²-d²)A：有效推力面积D：为活塞直径d：为活塞杆直径Π：取值3.14A=(π/4)×(50²-25²)A=1445.23mm²通过上述计算SE5025标准气缸的有效推理面积A为1445.23mm2。将上述数据带入公式：F=P1AP1：的取值0.15MpaF=0.15MPa×1445.23mm²F=216.78N得出SE5025气缸在0.15MPa的工作压力下，其最大推力为216.78N。DDA：按压气F1：按压气P：系统的驱动压力，由上述可知该数值为0.2Mpa将以上数据带入公式得：DDD通过上述计算按压气缸的理论直径为35.7mm就能够满足设计要求，为了设备的可靠性，需要赋予安全系数，根据公式：D公式含义：DB：按压气DA：按压气μ：安全系数，通过查询机械设计手册第五卷液压设计手册可知该数据取值在1.3~1.5之间，本设计取值为1.4。将上述数据代入公式得：DDD通过上述计算按压气缸的赋予安全系数后的直径为49.9mm就能够满足设计要求，查询油缸标准，选取的气缸直径为50mm。根据活塞杆直径计算公式：C公式含义式：CA:按压气缸的杆径DB：按压气缸的直径，由上述的计算可知直径为50mm将上述参数代入公式得：CCC通过上述的计算可知按压气缸的活塞杆径为20～40mm，考虑到设备的紧凑性以及成本性，本设计中选取的按压气缸的活塞杆径为25mm。3.3限位气缸参数的确定考虑到成本加工问题，以及零部件管理问题，限位气缸的作用是用于限制成摞的餐盒降落问题，按压气缸的负载足够能够满足要求，所以本设计中限位气缸参数与按压气缸参数相同，直径均为Φ50mm，杆径均为Φ25mm。3.4落盒机构控制气缸的参数计算3.4.1落盒机构控制气缸缸径的计算根据公式：F公式含义：F1：落盒机构控制气m：落盒机构吸附装置重量，由上述设计要求可知为50Kg；g:重力加速度，约为10将上述数据代入公式得：FFF由上述的计算可知落盒机构控制气缸的负载约为500N根据公式：DDC：落盒机构控制气F1：落盒机构控制气P：系统的驱动压力，由上述可知该数值为0.2Mpa将以上数据带入公式得：DDD通过上述计算按压气缸的直径为Φ56.4mm就能够满足设计要求，查询气缸标准，选取的气缸直径为60mm。3.4.2落盒机构控制气缸杆径的计算根据活塞杆直径计算公式C公式含义式：CC:落盒机构控制气DC：落盒机构控制气将上述参数代入公式得：CCC通过上述的计算可知落盒机构控制油缸的活塞杆径为24～48mm，考虑到设备的紧凑性以及成本性，本设计中选取的落盒机构控制气缸的活塞杆径为25mm。3.4.3落盒机构控制气缸工作所需气体流量落盒机构控制气缸工作用气体流量与气缸的缸径以及气缸的运行速度有关，根据公式：Q2=S×VmaxQ2=π×(Dc/2)²×V公式含义：Q2：落盒机构控制气缸工作用气量vmax：落盒机构控制气DC：落盒机构控制气缸的直径，由上述的计算可知直径为50mm将上述数据代入以上公式得:Q2=π×(50/2)²×100/1000Q2=0.0491m³/min由上述的计算可知落盒机构控制气缸正常工作所需气量为0.0491m³/min；3.5落盒部件的设计3.5.1标准气缸的选择由上述可知按压气缸与限位气缸参数相同，考虑到设备的紧凑型，便于加工以及成本性问题，选取SE5025标准气缸元件这样能够保证与配合密封圈的使用不被损坏，提高设备的可靠性REF_Ref3588\r\h[15]，如图3.5-1所示。图3.5-1SE5025标准气缸外形图3.5.2按压块的结构设计按压块的作用是用于按压成摞餐盒的侧帮，使其不会掉落，按压块的尺寸与成摞餐盒叠加后餐盒之间的尺寸有关，按压块长期于餐盒相互接触，所以要求一定的耐磨性也要比较柔软，防止在按压的过程中损坏餐盒，所以本设计中按压块的材质为橡胶材质，与餐盒接触面设置有凹槽，用于增大摩擦力，按压块通过螺纹的方式与活塞杆相互连接，按压块的三维设计图如图3.5-3所示。图3.5-3按压块的三维设计图3.5.3限位折弯板的设计限位折弯板的作用是用于限位住成摞餐盒的最下方，使整个成摞餐盒不会掉落，按限位折弯板要承受成摞餐盒的所有重量，所以本设计中限位块采用Q235-A材质加工而成，限位折弯板内设置有槽，用于按压块的运动通道，限位折弯板的如图3.5-4所示。图3.5-4限位块的设计3.5.4安装架的设计安装架的主要作用是用于安装落盒机构中所有的零件以及所有零件的承载，设计中安装架是采用Q235-A板材通过工装焊接的方式加工而成，安装架的三维设计图如图3.5-5所示。图3.5-5安装架的三维设计图3.5.5吸盘部件的设计吸盘部件由吸盘和安装棒组成，选用聚氨酯材质制作吸盘，聚氨酯，既保证了接触饭盒的食品安全，又保证了在吸附时不会破坏饭盒。吸盘部件通过电磁换向阀进行控制，气泵通过电磁阀与吸盘连接，气泵工作，电磁阀打开吸盘为真空为真空状态吸付餐盒，电磁阀关闭，吸盘内空气与大气接通。3.5.6-1吸盘部件的设计3.5.6电磁换向阀、气泵示意图3.5.6落盒机构控制油缸的选型根据饭盒的材质、尺寸以及吸盘部件的重量等，选择材质为45号钢的MOB30型标准油缸，坚固耐磨，使用寿命长。3.5.7控制油缸外形图3.5.7落盒机构工作展示3.5.8-1落盒机构未工作状态3.5.8-2落盒机构限位块打开状态3.5.8-3落盒机构落盒工作状态通过设计饭盒对称摆放，实现装饭格相对，以实现双工位落盒，后续的打饭也能更加便捷。3.5.8传感器的选择传感器的作用是在落盒机构将餐盒落盒至传送装置的时候，需要反馈落盒信合，从而控制传送装置停止，本设计中采用的传感器为接近开关传感器，当监测到落盒机构工作的时候，就会发出信号（图3.5-9），当传感器感受到饭盒到达指定的下饭位置时就会停止运输，以供后续可以下饭（图3.5-10）。选择的接近开关为LJ12A3-4-Z型长闭型接近开关，接近开关外形如图所示图3.5.9-1接近开关外形接近开关安装位置如图所示图3.5.9-2接近开关安装位置1图3.5.9-3接近开关安装位置24传送装置的设计4.1传送装置液压马达的选择本设计中传送装置驱动滚轮选取的流水线输送装置中，最常见，也是性价比最高的直径为Φ60mm的滚轮REF_Ref32287\r\h[16]。根据公式：C=πD公式含义：C:驱动滚轮转动一周的长度D:驱动滚轮的直径，根据上文可知该数据为Φ60mm将以上参数带入公式得：C=πDC=3.14×60C=188.4由以上计算可知驱动滚轮转动一圈的长度为188.4mm，设计要求传送装置的速度为0.4m/s-1m/s，即400mm/s-1000mm/s。根据公式：n=60.公式含义：n：驱动马达每分钟的转速；V:传送装置的输送速度由设计条件可知为400mm/s-1000mm/s；C：传动轮转动一圈的长度，由上文计算可知为188.4mm。将以上所有的参数带入公式得：n=60.n=60×n=127.4~318.5r/min有上文计算可知液压马达的理论转速为127.4~318.5r/min就能够满足输送皮带0.4m/s-1m/s的设计要求，考虑到马达的泄露问题，根据公式：n公式含义：n1K:马达的泄露系数，通过查询液压设计手册可知该系数为1.1；N：马达的理论转速，通过上文计算可知为127.4~318.5r/min。将以上参数带入公式得：nnn通过以上计算可知所选取的液压马达的转速应满足140r/min~350r/min的转速要求,输送带的承载为地瓜，所以重量可以忽略不计，考虑成本问题最终选取的是最常规，性价比最高的BMR50型液压马达。4.2传送装置用油量的计算根据公式：Q公式含义：Q1:传送装置驱动马达Qn：传送装置驱动马达每转的供油量，由上文选型可知为50n1：传送装置驱动马达将以上数据带入公式得：QQQQ由上述的计算可知传送装置用油量为17.5L/min。4.3轴承侧帮的设计轴承侧帮的作用是用于安装滚轴，以及承受皮带以及所承载重物的重量，轴承侧帮通过Q235-A材质加工而成，在内存通过铣床铣出轴承安装孔，两个侧帮之间通过螺栓连接，如图3.8-1所示为轴承侧帮的三维设计图。图3.8-1轴承侧帮三维设计图4.4滚轴的三维设计图滚轴的作用是用于支撑输送带，并驱动皮带转动，滚轴长期于皮带相接触，所以要求滚轴具有一定的强度与耐磨性，所以本设计中滚轴的加工材质为45钢材质加工而成，经过调制HB220-240以及HRC45-50的表面中频淬火赋予滚轴足够的强度与耐磨性，滚轴两侧设置有凸台，用于安装轴承，在滚轮主体上设置有台阶，用于限位皮带，放置偏跑。滚轴的三维设计图如图3.8-2所示。图3.8-2滚轮的三维设计图4.5传送装置支架的设计传送装置支架的主要作用是用于安装传送装置中所有的零件以及所有零件及传送物品的承载，设计中支架是采用Q235-A板材通过焊接的方式加工而成，支架的三维设计图如图3.8-3所示。图3.8-3支架的三维设计图4.6传送装置整体设计通过对上述传送装置的各个零部件结构设计后，进行虚拟装配成传送装置整体如图3.8-4所示。图3.8-4传送装置整体结构设计中考虑的安全与环保问题分析在机械设计中，有许多的安全问题需要考虑，例如使用者的人身安全问题、机械设备寿命问题、热和噪声等方面的安全问题等。针对这些问题，设计工程师需要注意以下几点：设备的失效模式分析：在设计机器时，需要确定可能出现的故障和影响到安全的情况，有时候需要进行风险分析以便更好地确定设计方案。使用规范和说明书的设计：应该根据使用者的安全需要来设计安全装置，如限位开关、接地插头、安全防护器等。结构强度和可靠性的考虑：确保设计的机器达到预期的寿命要求，以及能够承受在正常使用时的负载。环境保护问题：机械设计中的环保问题旨在减少对环境的影响和提高可持续性，也需要工程师重点考虑以下几个方面：节能：在设计过程中，节能通常是一个重要的考虑因素。工程师必须优化机械设备的排放和能耗的指标如能效比、平均电耗等。例如，在设计发动机时，要关注排放口的设计、减少能耗等。减少废弃物：从设计入手，尽可能减少机械设备的制造和使用过程中产生的废弃物和污染物。包括减少材料使用和选择易于回收的材料等措施。工业生命周期的考虑：考虑将所有元件和组件的生命周期产生的影响纳入设计，这是实现环保的关键。这些影响包括生产、运输、使用和处理废弃物的影响，以及制造商和使用者的补丁和升级的支持。综上所述，安全和环保问题是机械设计过程中需要非常重视的几个方面。这些考虑因素将维护环境和使用者的安全，并推动可持续发展。6技术经济与成本6.1技术优势优化物流流程：自动落盒及传送装置可以通过合理的物流流程完成产品的输送、分拣和存放，使得生产过程更加高效。降低人工成本：自动落盒及传送装置的运行，不需要人工干预，可以免去人工操作加工中物流过程，这样能够大幅减少生产成本。提高生产效率和品质：自动装置能够以更高效且准确的方式完成产品运输及分拣，避免了人员误操作等不考虑因素所带来的问题，可以提高生产效率和产品质量。6.2经济分析投资收益率：自动落盒及传送装置的运行能够减少人工成本，并提高生产效率。在这种情况下，对于企业而言，这种装置的总投资可以归入成本中，其使用期限内带来的收益也可以计算到企业收益中。减少报废率：自动落盒及传送装置可以保证物流过程的高效性，在生产过程中能够减少工艺不良产生的概率，从而能够减少产品报废率，提高了产品质量。降低人力成本：自动落盒及传送装置的运行不需要人工干预，它可以节省人力成本，使企业的生产成本得到降低。6.3成本分析在选择自动落盒及传送装置时，需要考虑投资成本、运行成本、维护成本等多方面的问题：投资成本：自动落盒及传送装置的价格比较昂贵，需要一定的投资成本。如果企业无法承受高额成本，可以考虑租赁、分期付款等方式。运行成本：自动化设备每年需