毕业设计（论文）-甘蔗自动剥皮切断机设计

第一章绪论1.1课题研究的背景机械自动化产业的发展从古至今日益强大，随着一次又一次的工业革命它也在不断的蓬勃发展，我国也应时代的召唤，大胆提出中国制造，特别是在21世纪以来，机械自动化的程度不断提高，这有一次将机械设计推向高潮。在提倡的机械自动化中最常用的装置是甘蔗自动剥皮切断机，伴随着工业4.0的到来甘蔗自动剥皮切断机的需求量也急剧增加，需求量的增加同时对于甘蔗自动剥皮切断机性能的要求也变得日益突出，特别是在结构方面和效率方面。在如今市场上的普通甘蔗自动剥皮切断机体积庞大且结构显得复杂不便携。虽然部分甘蔗自动剥皮切断机能够达到性能和特点的要求，如可以满足体积小巧，效率较高，但是也还存在一个问题那就是制造设备要求使用专门的设备，这就使得成本往往偏高。而且甘蔗由于其含糖量比较高，市场价格也相对便宜，因此大多数人对其十分喜爱。但随着甘蔗需求量和生产产量的增加，导致种植甘蔗的人也变得越来越多，此外为了提高人们的生活，甘蔗自动剥皮切断机的性能等各方面要求也趋于自动化智能化。面对这一现状，此种甘蔗自动剥皮切断机便体现出了必要性，因此我们提出甘蔗自动剥皮切断机设计，本设计的它具有以上的优点，另外还具有工作范围大，使用寿命长等优点。而且次设计的装置还可使用通用的工具设计加工，从而大幅度降低生产加工的成本。1.2国内外发展状况目前由于我国机械自动化生产水平还相对落后，起步的相对也较晚，所以导致我国甘蔗自动剥皮切断机在生产结构上才能在简单、工作效率上存在低下的状况，此外由于技术上的不成熟，维修频次也相对比较高。虽然已经经过了这么多年，我国的状况经济水平的发展和设计设备装置质量均有了较大幅度的提高。但是由于我国国内配套企业在加工水平及精度上还存在不足的原因，使得现代阶段的甘蔗自动剥皮切断机在设计生产水平与国外的知名大企业还有存在很大的较大的差距！20世纪的中期,我国在机械设计的制作方面，前前后后的制订了一批又一批的机械生产的制作标准。根据统计在我国现有613家大中小型企业当中能够进行生产机械设备的厂家可多达到上千家，不完全统计的年产值就大约有250亿元人民币之多，在生产数量上根据市场需求估算大约有75万台。然而现在的企业采用的生产工艺大多数仍然是参照前苏联的机械结构技术进行制造，所以存在技术制作上落后的状况，后来虽然在技术上有所改造,但是限于结构部件的设计、生产的工艺及装备的条件,使得我国的甘蔗自动剥皮切断机中的机械结构的生产工艺的水平较国际水平还存在较大的差距。我国于1978开始实施的改革,在各种机械机构的设计也经过许多年和许多一线科研工作者的不懈努力，在吸取他国之经验的情况下，开辟出了属于我国机械设计的优点，同时这也让我国走出了一条真真正正的中国制造之路，使我国的机械制造业更上一层楼。同样的在所需的材料和针对设计过程中出现的发热影响甘蔗自动剥皮切断机加工精度方面也有很大的进步，使得生产甘蔗自动剥皮切断机精度提高了多个等级，其稳定性可达到国家标准的4~5级。还有就是体积和重量方面，也得到了很大的优化，在承受负载方面得到加强，使用寿命较之前更长，传动的效率较之前也有了较幅度的提高,在我们追求生产加工工艺的同时，我们还立足于节能和环保，最大幅度的去提高主机的总体的水平。由于西方国家在工业上起步早而且发展快，因此在对于机械行业的中国还正处在崛起，目前西方甘蔗自动剥皮切断机已实现了完全智能化与工业化。随着国际和国内市场激烈的竞争，各个大中小型企业也在不断寻求发展，在材料品质上不断改进，在生产加工方面工艺水平也追求拔高，尤其特别是在传动的原理和电动机装置的结构方面进行的探讨和技术创新，不断的去丰富市场的大量需求。直到现在，甘蔗自动削皮切断机还在不断的创新，向着微型化、轻量化的方向发展。为了满足甘蔗自动剥皮切断机生产工业发展需要，我国目前自主研发的甘蔗自动剥皮切断机已可以完全满足我国人民的需求，同时在不断开拓海外市场。1.3课题研究的意义甘蔗自动剥皮切断机的生产也是如此，为满足市场需求，开发出一种新型的甘蔗自动剥皮切断机势在必行目前随着人民的生活水平和质量的日益的提高，同时对于环保节约的重视，而且工作效率已步入家庭生活，因此为了提高效率自动甘蔗自动剥皮切断机将完全代替人工的削皮。此外由于目前人工成本，设备成本，原料成本的增加，设备的费用也越来越高，随着市场需求量的增加，老设备也在快速淘汰。为了实现市场需求量的满足，从而实现一种甘蔗自动剥皮切断机的轻量化、成本上节约化和新型化也显得势在必行。1.4课题预期的成果本课题的预期效果是实现甘蔗自动剥皮切断机装置的设计和生产制造，此外对甘蔗自动剥皮切断机的各个部位的组成结构、各个部位和整体的工作原理提出深刻严谨的理论实践基础依据。本课题研究的甘蔗自动剥皮切断机装置将实现体型小型化、重量轻型化、性能自动化、使用方便化以及成本节约化，同时还可与各大中型生产加工企业的进行合作实际，从而实现甘蔗自动剥皮切断机的批量化，这也将带动一大批人就业，也能带动部分经济的飞速发展。1.5本课题研究的内容本课题主要是对于甘蔗自动剥皮切断机的机械机构装置的设计，首先通过对比选择甘蔗自动剥皮切断机的整体方案，然后进行市场的调研，最后使用现在金属计算机技术进行分析和计算具体的内部结构和关键零部件装置，设计和研究使用的方式方法包含这六个主要的方面：（1）通过网络和图书馆查找各种关于甘蔗自动剥皮切断机的皮切断机的相关资料和文档，对甘蔗自动剥皮切断机进行方案的比较和预定。（2）分析甘蔗自动剥皮切断机的结构与参数。（3）通过方案对比，从而去确定最优的设计总体方案。（4）根据确定的已知方案进行综合分析分析和精确计算。（5）使用计算机利用AutoCAD制图软件对甘蔗自动剥皮切断机的总装配图及主要零部件进行严格比例的图纸绘制。（6）通过计算和编写设计制造说明书，整理设计文档资料等准备进行答辩。1342第二章总体结构的设计2.1设计方案的选择甘蔗自动剥皮切断机主要是通过人工的方式将原材料甘蔗手动的放入生产装置甘蔗自动剥皮切断机当中，然后经过自动送料滚轮装置实现甘蔗的自动送料操作，在原材料甘蔗到达剥皮轮装置的位置后，在由剥皮轮装置通过电动机装置的带动使V带开始进行传动，使剥皮轮装置也开始旋转，最后实现对原材料甘蔗的自动剥皮操作任务，此外经过剥皮的原材料甘蔗进如滚筒装置的继续进行动作，在经过切断工序，由气缸装置的驱动切断刀具装置实现对剥皮的甘蔗进行自动的切断操作，切断好的剥皮的甘蔗就会自动的落入到了自动剥皮切断机的内部的箱体里面，这样就可以实现完成对原材料甘蔗的自动剥皮与切断的操作。所设计的甘蔗自动剥皮切断如下图：2.2工作原理说明本课题设计的甘蔗自动剥皮切断机的工作原理是通过人工的方式将原材料甘蔗手动的放入生产装置甘蔗自动剥皮切断机当中，然后经过自动送料滚轮装置实现甘蔗的自动送料操作，在原材料甘蔗到达剥皮轮装置的位置后，在由剥皮轮装置通过电动机装置的带动使V带开始进行传动，使剥皮轮装置也开始旋转，最后实现对原材料甘蔗的自动剥皮操作任务，此外经过剥皮的原材料甘蔗进如滚筒装置的继续进行动作，在经过切断工序，由气缸装置的驱动切断刀具装置实现对剥皮的甘蔗进行自动的切断操作，切断好的剥皮的甘蔗就会自动的落入到了自动剥皮切断机的内部的箱体里面，这样就可以实现完成对原材料甘蔗的自动剥皮与切断的操作。整个过程所牵涉到的控制主要是通过PLC控制电动机装置和气缸电磁阀根据加料、剥皮、切段的顺序完成，装置具有体型小型化、重量轻型化、性能自动化、使用方便化以及成本节约化等特点。19748第三章机械传动部分的设计与计算3.1电动机装置的选择电动机装置为整个系统提供动力，所以在选择类型是一定要满足功率和转速的要求。3.1.1电动机装置类型选择按工作性能和工作要求的条件，电动机装置分为控制电动机装置、功率电动机装置和信号电动机装置。考虑到甘蔗自动剥皮切断机系统所需功率较大，故选用Y系列的三相交流异步电动机装置。此外该电动机装置产品具有良好的通用性，可是实现与同类尺寸和类型的电动机装置进行互换，可供使用者引进或替换设备。3.1.1电动机装置容量计算根据工作机的性能需求，具体电动机装置选型计算方法如下：N=＝4(KW)G－甘蔗自动剥皮切断机的生产能力，这里取1000kg/hW－切断1kg甘蔗耗用能量，其值与甘蔗直径有关，d小则w大，当d＝60mm，取w＝0.0030kw.h/kg。（查B5p）－传动效率，取0.75所以根据计算选择N＝4KW，转速n＝1500r/min得Y112M-4电动机装置，选取型号为Y112M-4电动机装置具有下表参数性能数值单位功率N4.0KW额定电压V380V电压频率f50Hz额定转速n1500r/min定转矩2.3N.m具体的Y112M-4型号电动机装置外观图如下图所示：3.2机械传动机构的设计计算3.2.1带传动的设计计算（1）设计功率＝1.2P－传递的功率（2）选定带型根据和选取普通V带C型，－小带轮转速，为1350r/min（3）传动比1.76＝＝（4）小带轮基准直径（mm）查表选定＝100mm>＝75r/min（5）大带轮基准直径（mm）得=150mm（6）带速验算（7）初定轴间距（mm）（8）所需带的基准长度（mm）＝＝650mm带型选择为A－900（9）实际轴间距（10）小带轮包角==（11）单根V带的基本额定功率根据系统工况，我们可以取=0.37kw（12）时单根V带型额定功率增量根据系统工矿，在这里我们取=0.15kw（13）V带的根数ZZ=－小带轮包角修正系数取0.96－带长修正系数查取0.87（14）单根V带的预紧力==134（N）m－V带每米长的质量（kg/m）查表，取0.1k/gm（15）作用在轴上的力－考虑新带初预紧力为正常预紧力的1.5倍（16）带轮的结构和尺寸带轮是甘蔗自动剥皮切断机的传动系统中的重要传动组件，能够满足要求这个部位的要求需要有很强大的刚度和强度才可以。根据甘蔗自动剥皮切断机系统的设计需求，可以通过选择铸铁材料作为带轮装置的使用材料，主要是因为铸铁在强度方面和刚度方面可以满足整个系统对这个部位的需求，才可以使系统工作在完整工作。带轮的所使用的材料是HT200，通过查B1表8－1－10中对基准宽度制的要求和V带轮装置轮槽尺寸的要求可以知道带轮装置的基准直径。3.2.2导轨的设计计算在机械传动装置中直线导轨装置是经常使用到的，它的主要作用是负责传动，一般应用在移动的关键部分，在使用甘蔗自动剥皮切断机时，需要知道需要和什么装置配合使用，本设计的甘蔗自动剥皮切断机系统是配合汽缸配合一起使用的，另外直线导轨装置的传动精度是好好坏也与甘蔗自动剥皮切断机系统中皮切断的效果有直接相关。测试过程中使用的是POM工程塑料支架；因为钢架结构工作温度能够满足要求；且不锈钢轴承装置可以适应水、蒸汽、硝酸等腐蚀性的介质，此外不锈钢轴承装置还适用在真空的工作场所等。当然对于轴承的要求，可以通过公式计算，计算结过可通过下表知道：主要性能具体要求硬度硬度系数FHHRC58的硬度，hrc52-58，FH=0.6-1.0FH=1FT的温度系数工作温度小于100C，FT=1，温度100oc-125oc，FT=1.0-0.95接触系数FC每根轴装一套轴承，FC=1.0每根轴装二套轴承，FC=0.81每根轴装三套轴承，FC=0.72每根轴装四套轴承，FC=0.66载荷系数FW小于15米/分钟的速度，没有冲击，没有振动，可通过计算知道：FW=1.0-1.5；小于60米/分钟的速度，超调量比较小或振荡，可通过计算知道：FW=1.5~2.0；运行速度大于60米/分钟，或有更大的冲击，振动，可通过计算知道FW=2.0～5.0。寿命时间是生命的LH=（10000×1）/2*L（S*N1*60）（单位：小时）L：长度寿命(万米)，LS：工作行程(米)，N1：每分钟往复次数根据甘蔗自动剥皮切断机系统工作状况，可以了解到皮切断的关键部位的往返的移动位移大约在300MM，且工作的时间为每天8小时，承受负载的能力为15Kg，期望的寿命长度在Lh=5000小时，根据以上计算的技术参数可选择轴承装置的型号。按以上工作条件：在直线轴承的润滑方式和灰尘处理方面：一般是在轴承上采用涂上防锈油的方式，必要的时候还需要使用添加润滑油。此外为了低噪音润的滑脂，常常采用的方式：一是使用2锂基润滑脂，二是使用低噪音轴承装置润滑脂填脂；主要用在边间隙1/3处，这样可以降低或者减少轴承装置使轴的摩擦，避免造成非预期的不期望的轴承装置损坏现象。铁材质的轴承使用合理的养护，可大大延长轴承装置的使用寿命长度，严重的是灰尘和污物可能会阻塞球体的航道，使得系统不能转动或者运转不正常，这样会导致传动电动机损坏或橡胶球架损坏。所以密封轴承装置是必不可少的，也可用在无尘车间等，如在木工制造的机械中和在尘土中铸造的机械中等场合，往往是在轴承两端进行密封处理，这样可以防止大量的灰尘，同时降低油品的损耗。

在轴承装置的载荷和冲击载荷下主要关注的是运动和变化，亦或者当固定轴承装置时，本工作机可能和其他的因素的振动一般会使其形成凹坑的接触。外部的硬盘一旦进入轴承中去，而且如果在表面的压痕形成中超过一定的限度，将会导致直线永久性的变形，这将阻碍系统的运动平稳性，此外外界导致的振动和外界导致的噪声一旦引起共振，将会进一步的削弱周围的相关物质，这也将会造成十分恶性的循环，使得凹下去的面积继续扩大，基本的额定的静载荷也会永久变形。静态的负荷的容量用公式表示等于钢球的直径的万分之一，1/10000球环可能会在两个时间接触点之间形成永久变形，常常称为这个时基本额定静载荷，用C0表示。所以说轴承的使用对于系统的影响也是难以进行衡量的。由于本次甘蔗自动剥皮切断机装置的设计，在传动过程中使用汽缸和直线导轨进行皮切断部位的往复移动，根据以上数据可知皮切断的部位的重量是15KG，所以可以通过采用一边一组的直线导轨方式，同时使两边轴承座装置采用固定式的，此外中间的可以随着六个丝杆状螺母上下滑动。这样的话可以使单个导向光杆（一共是用6个）的滑动轴承处的能够承受的负载力为166N。通过软件计算和理论推理，可以选择HNK系列的直线导轨的系列。3.2.3气缸的选型计算根据甘蔗自动剥皮切断机系统的工作状况可以知道，其主要是通过气缸的有效推动锁紧块，然后水平移动是通过皮切断装置的进行实现的，根据以上推到的已知因素可以计算得出120N是皮切断装置的制动需要的力。由以上数据可知，甘蔗自动剥皮切断机系统装置各个部件的总重量和大约在30KG，根据公式F=P*S,带入数值可以计算出活塞面积S=31.5mm。式中：F是所需要的输出力；P是系统压力，取值为0.5(在气压0.6Mpa情况下）；S就是活塞面积；安全系数使用n表示，一般气缸的水平使用所取数值为0.7，垂直使用所取数值为0.5；所以可以计算得出气缸的缸径数值为63mm，在系统正常的工作状况下取150是实际的行程，所以最后综合多种因素选择AIRTAC63X150作为标准型的气缸。20894第四章主要零件的强度分析与校核4.1滚动轴承强度的校核计算本次甘蔗自动剥皮切断机系统的设计主要选取的是深沟球轴承装置，其使用的滚动轴承装置具体的的计算选择过程如下：（1）滚动轴承的选择选择使用滚动轴承型号6205，这个型号的轴承是深沟球轴承，它的参数为：KN，KN，，。（2）寿命验算轴承所受支反力合力N;在使用深沟球的轴承时，需要考虑到派生的轴向力要实现互相抵消。，N;得；N；按轴承B的受力大小验算:h;h=年;所以此轴承合格。4.2机架强度的校核与计算在甘蔗自动剥皮切断机系统的设计过程中，机架是使用较为重要的组成部件，但其选择需要结合剥皮量的多少和其自身的重量来具体决定，通过计算机架受力理论分析能够得出，结合物理学中力学的分析，可以知道甘蔗自动剥皮切断机机架如果在在平衡状态下将会只受地面的支撑力，还有就是在其表面上物体的压力。本次甘蔗自动剥皮切断机系统设计的机架图纸如图7所示：图7机架图即机架和切断装置以及轴承等等给的压力为G+G1（零部件重量）=20000N（10000Kg）+(1000X20N)=30000N;根据方通承载力计算公式：M=Pac/L(M：弯矩，P集中力，a集中力距支座距离，c集中力距另一支座距离，L跨度，L=a+c)（仅用于截面)由分析可知f=M/W要小于或等于材料的许用应力，而许用应力等于弹性抗拉强度和安全系数之比。M=Pac/L=11960xL，本次设计初定L为1200mm则M=13456N.M，初定方通为140x40x6。计算W得出通过数论统计可知后位的数值为270Mpa，通过查找的普通碳素结构钢Q235A，能够得到以下相关数据：抗拉的强度的范围是375~500Mpa，因为270Mpa远远的小于抗拉的强度的下限度375Mpa，故可知方铜能够满足强度的需求。第五章工作性能要求及维护保养5.1设备的维护保养随着科技的发展，社会的进步，工业4.0逐步步入人们的生活。进而引入大量的机械设备用于工业生产及人们的日常生活，设备维修管理犹如春风一般，跟随着工业4.0的脚步步入也逐渐的步入了人们的视野，然而目前的设备自动化程度越来越高，从整个企业的管理成眠开看,设备维修工作已不再是单单排除设备故障这么简单,而是通过对整个设备维修工作进行行之有效的管理.从而达到降低故障率，减少投资，较少工厂运作成本,提高工厂生产率的目的。此外设备维修管理是为了提高工厂生产力,自动化程度的提高就要求对于设备的维护保养人员的要求越来越高，同时对于设备本身的加工精度及寿命要求也越来越高。在追求及时化生产的今天,对设备维修管理工作的要求也更上一层楼,要求我们必须推行和贯彻全员生产维护的思想,调动大家的积极性,预防为主,维修为辅,逐渐实现维修管理工作重心由维修向预防的转变,以最大限度的降低设备故障率,提高生产稼动率。随着管理体系的导入，企业越来越重视单人成本及单机效率，因此大多数工厂企业都充分重视了设备维修管理工作，并形成一定的体系流程，同时并取得了一定的成效。5.2甘蔗自动削皮切断机保养由于本设计的甘蔗自动剥皮切断机主要用于批量的甘蔗剥皮及切断工作，因此对于设备的工作稳定要求很高，同时也对维护保养提出要求。设备应定期对运动部件，如轴承，滚轮，带轮等涂抹润滑脂保持润滑，防止磨损；皮带的张紧力因定期维护，必要时更换皮带，以免丢转速较低工作效率；电动机装置的电控，自动控制系统要定期检查线路安全；工作台面要保持整洁；设备料盒要定期进行更换，保持料盒干净；结论本课题所设计的是甘蔗自动剥皮切断机，在经过长时间的准备，从一步步的构思到设计，从一点点功能设计到实现的过程中，让我非常清楚地认识到机械设计任务的设计和生产加工的全过程，知道在进行一个完整的机械设计需要准备多少东西，在此设计过程中我还将课本上的知识学以致用，理论结合实践，另外在时间过中对出现的问题的我经过仔细分析克服重重困难是问题得以解决，这让自己在分析问题的能力方面能够得到了大大的提高；还学会了运用计算机进行机械设计的计算、比例图的绘制、查阅国内外中英文参考资料和相关手册、掌握运用多个国际国家的标准来规范设计。通过本课题的研究，直到今天，使我能够充分把握的项目进行设计所需要的方法和步骤，要结合所学的知识和实践，这样才会使知识和能力的收益最大化，在完成本课题的设计过程中，我能够深深体会到许多创新的意义，不仅能够给社会带来效益，推动技术的革新和发展，还能充足自己的人生，实现个人的价值观和世界观。潜心钻研，不要边说边做，要学会沉稳，这是我在本次设计过程中最大的新的和体会。通过本次毕业设计更加激发了我的学习兴趣，相信这次经历将在我今后的工作和学习受益匪浅，使我受益终生。在进行项目的开始时，我认识到所有项目和设计的完成并不是一帆风顺的，在本设计中，同时我也遇到了很多大大小小的问题，可是在经过与亲爱的同学讨论中和知识渊博的老师的悉心指导下，使得所遇到的问题能够得以解决，我想这也许就是团队精神的伟大力量。仔细分析自己在设计中的困难，令我深刻明要完成一项工程项或设计并不像我们想的理所当然，这中间涉及到很多的因素，特别是在进行一个完整的机械设计，我们需要掌握丰富的理论知识和实战项目经验，此外还必须有一个好的团队。此外在设计中，我还显现出一个严重缺点那就是理论学习还有很大的不足之处，这使的在设计过程中我时时刻刻都感觉到无比的紧张，当看到同学们的奋斗努力，辛勤的付出和构思，我深刻地认识到潜心学习理论知识的必要性，同时也明白了理论设计还需要到实践中去，只有这样才能将课本学习的知识应用到工程项目中去。总而言之，本设计能够顺利地完成，我衷心地感谢老师和同学的帮助，同时也感谢家人的大力支持，是大家的帮助才使我的论文设计得以实现和完成。参考文献[1]徐灏等.机械设计手册(第2、3册)[M](第二版）.北京：机械工业出版社，2003:98—100

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