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自动售饭机的设计学士学位论文

郑州科技学院

本科毕业设计（论文）

题目自动售饭机的设计

姓名

专业机械设计制造及自动化

学号201033141

指导教师

郑州科技学院机械工程学院

二〇一四年五月

郑州科技学院毕业课程设计（论文）任务书

题目

专业学号姓名

主要内容、基本要求、主要参考资料等：

一、主要内容：

1.自动售饭机主要用与企事业单位、学校食堂和快餐企业大锅菜类食品、粥类食品的自动售卖。

2.自动售饭机应采用柜式结构，环保材料制造，具有装食品方便的特性。

3.设计内容应包括机械装配图及全部零件图及控制流程图。

二、基本要求：

1．盛装容器：

25升；

2.分配器：

0.25-0.5升（通过更换分配器调整容器的大小）分配器可以分配固体和液体的混合体，并可以微调其混合比例；

3.分配器具有食品切割能力；

4.机器具有分离消毒功能；

5.机器具有食品售完提示功能；

6.机器具有收费、统计功能（刷卡、销售时间、品种、数量、单价、金额）；7.网络传输功能。

三、主要参考资料

[1]成大先.机械设计手册（第五版）北京：

化学工业出版社，2010

[2]吴宗泽.机械零件设计手册.北京：

机械工业出版社，2004

[3]SOLIDWORKS设计软件使用手册

[4]其他自动售饭机应用案例等

完成期限：

指导教师签名：

专业负责人签名：

年月日

目录

摘要III

AbstractII

1绪论1

1.1课题设计的来源1

1.2课题设计的背景1

1.3课题设计的意义1

1.4课题设计的主要内容2

1.5设计参数及功能的确定2

1.5.1自动售饭机饭桶2

1.5.2自动售饭机的分配器3

1.5.3自动售饭机的外形设计3

1.6本章小结4

2自动售饭机的设计思想5

2.1分配器的形式5

2.1.1分配器与伺服动机的自由拆卸7

2.2售饭机饭桶的外形设计和计重7

2.4上下料问题10

2.5光电开关的选用工作原理10

2.6饭盘和刷卡器问题11

2.7自动售饭机骨架的设计12

2.7.1自动售饭机骨架材料的选定12

2.7.2自动售饭机骨架的焊接要求12

2.7.3自动售饭机骨架的外形确定13

2.8本章总结14

3自动售饭机的设计计算14

3.1饭桶容积的计算14

3.2分配器容积的计算14

结论16

致谢17

参考文献18

自动售饭机的设计

摘要

本文介绍了一种应用于学校和工厂的新型自动售饭机。

它不仅能实现饭菜的自动售卖，而且还可以定量选择饭菜多少，并且在售卖饭菜过程中卫生快捷便利。

它主要由饭桶部件，分配器部件，刷卡器部件，售饭机机架和相应的板材组成。

通过售饭机饭桶可以实现饭菜的存储，均匀搅拌，更换饭菜等功能。

而通过售饭机分配器则可实现饭菜的定量和售卖，实现饭桶饭菜和餐具之间的交换，在这整个售饭当中启着不可替代的作用。

刷卡器则是启着收取资金和反馈的作用，它是一种外挂式刷卡器，可以适应不同场所不同学校食堂刷卡器售饭系统的需求。

售饭机的骨架及相关板材则是启着支撑定位及外观作用,这些部件是构成售饭机的不可缺少部分，售饭机饭桶部件和分配器部件及刷卡器保证了售饭机内部的正常运行，是售饭机核心组成部分。

整个结构，不论是从外观，还是从功能的实现上，都符合消费者的需求和企业学校的需求。

而且其市场寿命和研究开发前景广阔，功能稳定，实用寿命长，有很高的开发价值和市场使用价值。

关键词：

售饭机饭桶；分配器；刷卡器

DESIGNOFAUTOMATICSELLINGMACHINE

Abstract

ThispaperintroducesanewautomaticShouFanJiapplicationschoolsandfactories.Itnotonlycanrealizethefoodvending,butalsocanchoosehowmuchfoodration,andintheprocessofsellingfoodhealthfastandconvenient.Itismainlycomposedofuselessparts,partsdistributor,cardmachineparts,ShouFanJirackandthecorrespondingplate.Throughthefoolscanrealizethefoodstorage,stirevenly,changethefood,andotherfunctions.Quantitativesellingfoodcanberealizedbydistributor,fantongdishesandutensilsconnection,inwhichanirreplaceablerole.Cardisrevchargemoneyeffect,itisacasecard,creditcardcanbeadaptedtodifferentplacestheneedsoftheUSB.ShouFanJiskeletonandrelevantplankisrevsupportlocationandappearanceeffect,thesepartsarethemajorpartsoftheShouFanJi,itensurestheShouFanJithenormaloperationofthewhole,isthecorepartShouFanJi.

Thewholestructure,bothfromtheappearance,andtherealizationoffunction,meettheconsumerdemandandthedemandofthebusinessschool.Lifeandresearchanddevelopmentanditsmarketprospect,functionstability,longusefullife,hasahighdevelopmentvalueandusevalue.

Keywords:

ShouFanJifantong；Distributor;Creditcardmachine

前言

食品自动分配售卖机主要用于企事业单位、学校食堂和快餐企业大锅菜类食品、粥类食品的自动售卖。

将加工好的炒菜、大锅菜、粥类食品倒入食品自动分配售卖机的容器中，员工、学生通过刷卡（自动扣除）或投币等付款后就可以拿碗盘（容器）到食品自动分配售卖机的接口接到一定量（定量）的食品，实现炒菜、大锅菜、粥类食品的自动售卖，提高食品的卫生等级、减少工作人员的劳动强度，降低单位人力成本。

自动售饭机在如今的市场，已凸显出其实用价值，因为随着社会现代化自动化发展越来迅速，生产自动化，消费自动化已成为人们的生产生活需求。

本次设计的目的在于：

（1）培养了综合分析和解决本专业的一般设计问题的独立能力，拓宽和深化了所学知识。

（2）培养树立了正确的设计思想、设计准则，掌握产品设计的一般程序、规范和方法的能力。

（3）培养了正确地使用和查阅技术知识、国家标准、有关手册、图册等工具书，进行设计计算、数据处理、编写技术文件等方面的工作能力。

（4）培养了自己进行调查研究、面向实际、面向生产，向工人和技术人员学习的基本工作态度、工作作风和工作方法。

在本次设计过程中对自动售饭机进行整体构造的设计假设，对一个设计不同中方案进行讨论取舍，及同导师的讨论决定，到自己最后方案的实行，都让本次设计给我带来挑战和热情。

1绪论

1.1课题设计的来源

俗话说“民以食为天”，食物是我们生命中必不可少的部分，每天我们都需要大量的食物来维持我们人体的生命活动。

然而，随着几个世纪我们人类的繁衍，人类的数量已经发生了翻天覆地的变化，使人们对食物的需求量也有了很大的改变。

传统的售饭方式不仅卫生不能保证，而且在售卖效率上也大大不能满足人们日益增长的食物需求。

买饭慢，排队长，让人们对吃饭时间过长产生不满，许多人都期望在短时间内能买到卫生有保证且可口的饭菜。

这些需求在工厂企业和学校这些人数密度大的场所有为突出，一些厂商看到自动售饭机的商机，看到自动售饭机的市场前景广阔。

于是，开始了对自动售饭机研制和出售，自动售饭机的设计研究的课题也就应运而生了。

1.2课题设计的背景

随着人们生活节奏的加快，人们对时间的利用越来越紧张，我们每天都忙于工作，没有太多的时间来做其他事情，甚至有时都没有陪陪父母的时间。

因此，时间的利用问题成为了现在社会不得不关注的热点话题。

权威调查显示：

许多国家对于时间的利用有自己明确的认识，美国、英国等西方国家对于时间的安排都十分的明确，他们认为“时间就是金钱，时间就是生命，时间就是一切。

”因此，他们对于时间非常的重视。

中国对时间的认识也有自己的看法，但相比与西方发达国家中国的时间观念还不是很明确认真。

然而，经济的全球化及中国以成为世界一极，中国的经济也在高速发展，时间观念让每个中国人不得不重新考虑认识。

如何高效充分的利用时间成为中国每个人面临的问题，特别是企业工厂和学校，这些人口密集度大的地方更需要。

然而，买饭慢，排队长，卫生问题等一直困扰这我们，且越来越可不容缓等着我们去解决，自动售饭机就是在这种环境也应运而生的，它满足了市场和人们的需求。

而企业又需要相关的技术人员去研究设计，同时幸运的自己又刚好赶上本次的毕业设计导师的课题，自动售饭机的研究设计也就在这样的市场及学习条件下产生了。

1.3课题设计的意义

过去的吃饭难问题是因为没饭吃或者是没钱吃饭，这些可以通过加快我国的经济发展，进而提高我们的生活水平。

而如今的吃饭难问题是因为人数多，短时间又想买到饭，而这些问题人数多，排队长又使我们不能达到买饭快且饭菜可口愿望。

自动售饭机的产生，不仅解决了“买饭难，排队长，卫生差”的难题，而且也解决了日益增长的学校和工厂企业人口数量和密集度的增长。

自动售饭机的产生不仅表先了我国设计研究人员的工作能力，同时也是我国工业高速发达的写照，本次设计的自动售饭机它外观整洁好看，且占用空间小，操作方便快捷，很适合人数密集地区的人们的解决饮食难问题。

本次自动售饭机的设计不仅满足了学校吃饭难的问题同时也增加了校园食堂饮食文化气息。

1.4课题设计的主要内容

本课题设计的主要内容有自动售饭机的整体结构设计，自动售饭机售饭桶外形及结构的设计，分配器的外形及结构设计，自动售饭机框架的外形及结构设计，自动售饭机饭桶的的定位及与售饭机分配器之间的连接和固定，自动售饭机的其他功能实现的设计，本次设计内容主要是机械方面的设计。

在自动售饭机整体外形及内部构造设计完成后，还需画出相关的工程装配图并且打印出图纸及相应的设计说明书，并且对相应的零件进行计算并验证设计是否满足要求和可行方案的最终决定。

1.5设计参数及功能的确定

食品自动分配售卖机不但具有卫生、安全、稳定、可靠、耐用的操作使用性能和时尚、人性化的设计造型，同时具有以下基本功能：

1.5.1自动售饭机饭桶

（1）饭桶的容量盛装大小：

25升；

（2）饭桶盛装食品方便且清洁；

（3）且饭桶可拆卸安装。

1.5.2自动售饭机的分配器

（1）分配器可以分配固体和液体的混合体，同时可以微调其混合比例；

（2）分配器容量大小：

0.25-0.5升；

（3）分配器容量大小可以微调，同时可以通过更换分配器器件调整容量的大小；

（4）分配器需要防渗漏；

（5）分配器和伺服电机应可自由拆卸；

（6）分配器和饭桶的连接。

1.5.3自动售饭机的外形设计

自动售饭机的外形设计要美观得体，且能使其各部分功能顺利便捷的实现,本次的自动售饭机外形要满足饭桶可后上料的装卸要求，满足刷卡器可外挂式装卸，餐盘的安放定位，售饭桶内的饭可以看到，自动售饭机可以自由移动，自动售饭机的外形支架要满足其支撑强度的要求.自动售饭机的外壳上可以外挂式IC刷卡器，机体内部设有售饭机饭桶和定量分配器，且在餐盘放置的位置，还放置光电开关，用来检测下料口处是否餐盘的放置，用户可以通过IC刷卡器检测感应IC卡和光电开关检测餐盘进而反馈自动售饭机电控制箱进而使自动售饭机进行自动售饭。

自动售饭机外形上有放置餐盘的位置，用户只要通过售饭机柜中放置的餐盘，再刷完IC卡后，将柜中餐盘放置到下料口对应的位置，自动售饭机就会开始自动售饭，在用户的饭菜售完后，用户会将餐盘取走，然后光电开关又检测到餐盘，进而反馈到电控箱使自动售饭机进入下一个自动售饭状态。

自动售饭机的具体立体结构图如下：

图1自动售饭机的外形

1.6本章小结

本章首先介绍了自动售饭机的整体构件，自动售饭的工作流程，然后介绍了自动售饭的售饭过程。

自动售饭机售饭过程大体分为两个部分，检测部分和控制运行部分，检测部分包括IC刷卡器和光电开关，控制运行部分包括电控箱，自动售饭机饭桶和定量分配器。

本章为自动售饭机整体设计方案提供了理论和技术支持。

2自动售饭机的设计思想

2.1分配器的形式

分配器是自动售饭机的核心组成部分。

分配器的安放形式有两种形式，有卧式和立式，通过实际自动售饭机的结构的分析和整体内部的的考虑，分配器采用卧式。

因为如果分配器采用立式对于竖式放置饭桶的安放会有不便，且饭桶下料口的形状要求也比较苛刻。

总上考虑，分配器采用卧式。

对于分配器的定量问题，首先松动紧定螺钉，然后通过右侧的推手推拉定量套，当推到相应的位置时，上紧紧定螺钉，进而实现分配器的定量。

其具体的过程如下图所示

图2.1分配器的定量

其工作方式如上图所示通过对称的两个紧定螺钉和相应的的槽口来固定分度套筒的位置从而完成分配器的定量。

分配器是饭桶和餐盘的过渡部件，正因为分配器是连接饭桶和餐盘的中间过度部分，因此分配器的工作方式是必须确定的。

这里有两种工作方式，一种是电动推杆推拉式，另一种是旋转式，必须从其中确定一种工作方式。

1.外套2.定量套3.内套4.电动推杆

图2.2电动推杆式分配器

这种电动推拉式分配器，其缺点是占用空间大，不利于空间的充分利用。

优点是性能稳定，可操作性强。

1.定量套2.内套3.马鞍4.下料口5.外套6.锁紧外套

图2.3旋转式分配器

这种旋转式分配，占用空间小，空间利用率大，且可操作性也不差，结构也相对简单。

因此最终决定分配器的形式采用下种方式；

图2.5定量分配器

为以后自动售饭机的多样化的发展，我们通过对比比较考虑决定，采用旋转式分配器，这种分配器结构简单，且空间利用率高，占用空间小，适合

自动售饭的长远发展。

对于旋转式分配器的卧式放置，我们采用纵放卧式放置，这种放置方式占用空间最小，且能满足旋转式分配器的性能。

因此最终方案确定，分配器的形式为卧式旋转纵放型。

2.1.1分配器与伺服动机的自由拆卸

本次设计分配器和伺服电动机是可自由分离的，因为本次设计要求饭桶和分配器是要售饭后清洗的，由于饭桶和分配器是通过螺栓螺母连接的，不可能在售饭机内部拆卸，只有在自动售饭机外部拆卸，因此分配器电动机之间的连接应该是可自由连接。

本次设计的连接装置，是通过压紧弹簧使分配器和电动机之间通过加紧装置的共同作用使分配器和电动机紧密连接。

在装卸过程中，可通过加紧装置的拉耳装置使分配器和电动机分来，进而实现分配器和电动机的可分离式自由连接。

2.2售饭机饭桶的外形设计和计重

饭桶部件是自动售饭机另一个重要组成部件，饭桶不仅有贮存食物的作用还具有被计重的作用。

饭桶的外形对于饭桶的容量，支撑定位及计重作用都至关重要。

经过市场饭桶的考察调研，我们最终决定饭桶整体外形是圆柱状周围有一圈薄板且边缘有两个对称的圆孔，其中周围一圈薄板是与支撑部位接触启到支撑作用，两个对称的圆孔则是插入圆柱定位销其定位限制自由度的作用，而饭桶的计重则是采由压力传感器计重，将压力传感器至于自动售饭机饭桶周围薄板之下，通过饭桶的自身重量施加于压力传感器之上，进而测出饭桶内食物的重量。

饭桶的具体外形如下所示；

图2.6自动售饭机饭桶的形状

选择此种售饭机饭桶，因为此结构饭桶的外形不仅满足支撑定位的功能，还具有提拿放置方便的功能，而且正对面的圆孔还具有快速定位的功能，能使饭桶在安装过程时，能准确快速的定位，此结构的设计不论在时间还是在实际的操作中都快捷方便。

因此最终决定自动售饭机饭桶形状采用此种设计形式。

其具体形式如下图所示；

图2.7自动售饭机饭桶主视图

图2.8自动售饭机左视图

2.4上下料问题

对于自动售饭机的上料，大体有三种上料方式。

第一种前上下料，第二种是后上下料，第三种是前后都可以上下料，本次设计只考虑后上料。

上料简单的来说就是更换饭桶内食物的种类，及取出饭桶和分配器进行清洗。

本设计方案如下：

（1）通过自动售饭机支架上的万向轮使售饭机旋转移动，从而达到合适的装卸位置。

（2）打开售饭机后挡板，通过分配器与电动机的可自由脱离的，首先通过拉分配器的拉耳使压紧弹簧压缩，进而使分配器与电机脱离，接着拔出两个圆柱定位销，然后通过饭桶上的两个拉环可使饭桶和分配器同时脱离出来。

（3）由于饭桶和分配器也是可分离的，进而完成饭桶内食物的更换及分配器和饭桶的清洗。

如何实现简单方便的上下料，一直是本次设计的难题，提出了几种方案，包括采用凸轮结构，采用自动晾衣架结构等方案。

经过设计和理论的分析后发现其可操作性强，但是实用性差。

最终，从经济和实用性和可操作性考虑，采用了本方案，不能说此方案是最合适的最优的，但是此方案是目前可操作性强，实用性强的方案。

2.5光电开关的选用工作原理

光电开关的定义：

此种产品以光源为介质、应用光电效应，当光源受物体遮蔽或发生反射、辐射和遮光导致受光量变化来检测对象的有无、大小和明暗，而向产生接点和无接点输出信号的开关元件。

光电开关包括几种类型，自身不具备光源，利用被测物体发射的光的变化量进行检测的；利用自然光对光电开关的照射，物体遮蔽自然光产生的关变化量；光电开关自身具备光源，发射的光源对被检测物体反射、吸收、和透射光的变化量进行检测。

常用的光源为紫外光、可见光、红外光等波段的光源，光源的类型有灯泡、LED、激光管等；输出信号有开关量或模拟量和通讯数据信息等。

 光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。

物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。

光电开关是由发射器、接收器和检测电路三部分组成。

发射器对准目标发射光束，发射的光束一般来源于半导体光源，发光二极管（LED）、激光二极管及红外发射二极管。

 光电开关一般都具有良好的回差特性，因而即使被检测物在小范围内晃动也不会影响驱动器的输出状态，从而可使其保持在稳定工作区。

 按检测方式可分为反射式、对射式和镜面反射式三种类型。

对射式检测距离远，可检测半透明物体的密度（透光度）。

本次设计采用的是对射式光电开关，其原因是本次光电开关主要是检测餐盘的，且由于其工作环境和对光电开关的检测距离决定的，对射式光电开关其工作示意图如下；

图2.9光电开关工作示意图

由餐盘放置的位置空间的尺寸的大小及工作环境的要求本设计选用对射式光电开关。

其工作原理是：

通过发射器发出的光线直接进入接收器，当被检测物体经过发射器和接收器之间阻断光线时，光电开关就产生开关信号。

与反射式光电开关不同之处在于，前者是通过电-光-电的转换，而后者是通过介质完成。

对射式光电开关的特点在于：

可辨别不透明的反光物体，有效距离大，不易受干扰，高灵敏度，高解析，高亮度，低功耗，响应时间快，使用寿命长，无铅，广泛应用于：

投币机，小家电，投币机，自动感应器，传真机，扫描仪等设备上面。

而在本设计中它主要是检测是否有餐盘的放置，当检测到有餐盘放置时，就会反馈到售饭机的电控箱使自动售饭机开始工作，当餐盘取走后再次反馈到电控箱进而是售饭机停止售饭并回复到待售饭状态当然这需要同刷卡器共同完成反馈。

2.6饭盘和刷卡器问题

饭盘是用来盛装已售出食物的，饭盘的选用也必须仔细考虑。

经过我们实际调查我们知道不同学校和企业工厂用的餐具都不一样，但总体上，其整体形状基本都是圆形，至于其它尺寸我们可以取最大包容尺寸。

饭盘要有支撑部件，还要有定位部分，因为饭盘整体形状是圆形的，因此在考虑定位时采用圆形定位。

且其定位的位置在对射式光电开关可检测范围内。

食堂刷卡机，又叫饭堂刷卡机，售饭机，IC卡POS机、IC卡收费机。

IC卡食堂刷卡机是为了满足消费电子化、制度化、方便化的要求而研制的新一代智能卡设备。

可广泛应用于政府、企业、工厂单位食堂、酒楼餐厅IC卡收费、校园一卡通系统、企业一卡通系统、会员消费一卡通系统。

IC卡食堂刷卡机取代了传统的现金消费方式，使用目前先进的MIFAREI型非接触式IC卡消费方式。

非接触式IC卡具有安全、稳定、携带方便等优点。

用户在食堂、餐厅用餐消费时只需要在POS机感应区有效距离内刷卡，POS机认可后便可完成消费；无须现金交易，避免找零钱带来的不方便和现金交易交叉感染卫生问题，既方便用户消费，又方便管理人员统计和管理消费情况，实现消费数据的采集统计和信息过程自动化。

IC卡系统安全稳定可靠，产品性能优异。

刷卡器安装有内嵌式和外挂式两种安装方式。

由于不同学校的刷卡器类型的不同，为了适应不同学校的需求，本设计的刷卡器采用外挂式，可以方便更换不同类别的刷卡器，进而适应不同学校的不同类别刷卡器的需求。

2.7自动售饭机骨架的设计

自动售饭机整体骨架的设计也是本次设计的一个重要组成。

自动售饭机骨架的设计不仅要满足售饭机内部部件的安装与定位，也要满足其整体部件的支撑和决定其外形结构的关键，因此在设计自动售饭机骨架时，要综合考虑，切不可任意设想。

2.7.1自动售饭机骨架材料的选定

自动售饭机骨架板材材料的选定，考虑到售饭机骨架承受的强度，本次设计骨架采用的材料为方钢，因为方钢用途广泛，且易采购。

方钢分为实心和空心，由于实心方钢成本高，且质量大，本设计设计的方钢采用空心方钢，成本低，质量轻。

符合设计和强度支撑要求，也符合低成本需求。

2.7.2自动售饭机骨架的焊接要求

自动售饭机骨架的焊接要求，自动售饭机的骨架需要外包装，也就是外面要加售饭机机罩。

因此，在焊接过程中有焊接技术要求，即焊接过程中要遵守空心方钢在焊接过程中外端焊接过程中外平齐，内焊接中心对称。

且自动售饭机骨架饭桶支撑部的骨架和分配器骨架之间的距离应可调节，以便于分配器和饭桶之间的距离可适应调节

2.7.3自动售饭机骨架的外形确定

经过最终的装配和确定，自动售饭机的骨架外形具体形式如下图所示

图2.10自动售饭机外形骨架

2.8本章总结

本章主要介绍了主要自动售饭机介绍了自动售饭机主要部件，分配器的外形及结构的选用，饭桶的外形和基本结构的选用，刷卡器的类型，及光电开关的选用。

它们是组成自动售饭的重要部件，这些部件使自动售饭机内部结构部件组成基本完成，使自动售饭机的整体内部部分定形，为自动售饭机后期