机械设计制造及自动化毕业论文12水果削皮机的.docx

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机械设计制造及自动化毕业论文12水果削皮机的

毕业设计（论文）

题目：

水果削皮机的工业工程设计

机械设计制造及自动化

水果削皮机的工业工程创新设计

摘要

本文主要研究对苹果削皮机的创新设计，各结构单元的设计首先是分析设计背景，了解目前研究现状的优缺点，通过分析、比较来确定一种最合理的传动系统方案以实现既定的功能要求。

最后结合人因工程相关理论知识，对各构件的主要参数与结构尺寸进行详细设计。

整个系统机构设计简单小巧，结构精妙，性能稳定，完全颠覆了传统的水果削皮机功能单一，装配复杂，去皮效果不佳的工作模式。

设计的主要内容包括：

（1）整机方案确定：

基于人机工程原理，对包括插果机构、削皮机构、切片去核机构、固定机构，进给机构以及机架进行优化创新设计。

（2）进给机构设计：

引用车床车削工件的原理，由手柄、连杆、进给轴和叉刀组成的横向进给能很好地满足去皮要求。

（3）削皮和去核机构设计：

由弹簧、刀具台、去皮刀具组成的随行去皮机构能与被切削物很好地贴合，且去皮厚度和宽度可调，配合切片去核刀具，能很好地完成被切削物的去皮、去核与切片，通过换装刀具，还能实现切丝等功能，完全改变了以往削皮机功能单一，不能满足日常需求的现状。

（4）固定机构的设计：

本机采用吸盘固定的原理，将吸盘与底座相连，利用弯曲摇杆的摆动实现机器的固定与松动，方便使用。

（5）三维建模及关键部位有限元分析：

利用SolidWorks实现水果削

皮机的三维建模，并对进给机构的运动进行仿真；本文还利用有限元分析

软件ANSYS对部分零件进行了结构分析和强度校核。

关键词：

苹果削皮机，多功能，SolidWorks，，强度校核，人机原理设计，优化创新

DesignandDevelopmentofanApparatusforGratingandPeelingFruitsandVegetables

Abstract

Forthedesignofapplepeelereachfunctionunit,thefirststep,thedesignbackgroundisanalyzed,theadvantagesanddisadvantagesoftheresearchstatusareunderstood.Themostreasonabletransmissionsystemsolutiontorealizethefunctionofthesetfunctionrequirementsisdeterminedthroughanalysisandcomparison.Finallycombininghumanfactorsengineeringrelatedtotheoryknowledge,themechanismofthemainparametersandstructuraldimensionaredesignedindetail.Theentiresystemingeniouslydesignsimplemechanical,compactstructure,

stableperformance,changetheoperationmodeoftraditionalfruitpeele’sr

asinglefeatureandpeeledineffectivecompletely.

Themaincontentofthedesigninclude:

（1））Finalizethewholeplan:

basedontheergonomicsprinciples,theoptimizeddesignincludingtheinsertfruitmechanism,peelmechanism,slicingtothecoremechanism,fixingmechanism,thefeedcomponentsandrackarecarriedout.

（2））Feedmechanismdesign:

referringtotheprincipleofthelathe

turningworkpiece,transversefeedbyhandle,connectingrod,feedshaftforkandknifeofpeelcanmeettherequirementswell.

（3））Mechanismdesignforpeelingandpiting:

peelingmechanism

composedofspring,cuttingtoolbase,peelingknivescanbecutandfitwell,

andpeelthicknessandwidthisadjustable,itiswelldonebycuttingthepeelofcontent,tonuclearandslicewithslicedtonucleartool,throughchangingthecuttingtoolcanalsorealizewirecutting,completelychanged

thepresentsituationofpreviouspeele’sr

dailyrequirements.

singlefunctionandnotsatisfythe

（4））Designoffixedmechanism:

thismachineadoptstheprincipleofchuckfixedandconnectsthesuctioncupstothebase,usesthependulummotionofbendingrockertorealizethemachinefixedandlooseanditiseasytouse.

（5）3DmodelingandAnsysforkeyposts:

buildthe3Dmodelingof

fruitpeelerbyusingSolidworksandcarryonthefeedmechanismmovementsimulation;Thispaperhasalsocarriedonsomepar’tsstructureanalysisandstrengthcheckbyusingAnsys,thefiniteelementanalysis

software.

KeyWords:

applepeeler,multi-function,Solidworks,strengthcheck,designof

ergomonicsengineeringprinciple,optimzationandinnovation

中文摘要......................................................

英文摘要......................................................

1绪论........................................................

1.1前言.............................................................

1.2苹果削皮机的研究现状............................................

1.2.1苹果去皮机发展现状调研......................................

1.2.2苹果去皮机调研结果分析......................................

1.3论文的主要研究内容...............................................

2总体方案设计研究............................................

2.1设计目的.........................................................

2.4水果削皮机的性能要求..............................................

2.5总体方案设计......................................................

2.6可行性对比分析...................................................

3SolidWorks三维建模和运动仿真................................

3.1SolidWorks简介...................................................

3.2削皮构件的设计....................................................

3.2.1削皮刀具的设计..............................................

3.2.2刀具台的设计................................................

3.2.3弹簧的设计..................................................

3.2.4削皮机构的结构特点..........................................

3.3挖心切片刀设计....................................................

3.4固定吸盘的选择....................................................

3.5进给机构设计......................................................

3.5.1进给轴的设计................................................

3.5.2叉刀头的设计................................................

3.5.3手柄的优化设计..............................................

3.6削皮机的配色......................................................

3.7三维建模装配体的材料属性..........................................

4设计校核...................................................

4.1弹簧的校核.......................................................

4.1.1弹簧丝横截面上的应力........................................

4.1.2弹簧的变形..................................................

4.1.3拉伸弹簧的校核..............................................

4.1.4固定弹簧的校核..............................................

4.2真空吸盘的选取....................................................

4.4刀具的ANSYS分析..................................................

4.4.1ANSYS简介..................................................

4.4.2ANSYS分析的主要步骤........................................

4.4.3去核切片刀具有限元分析......................................

4.4.4去皮刀具有限元分析..........................................

5总结和展望.................................................

5.1总结.............................................................

5.2展望.............................................................

毕业设计（论文）知识产权声明..................................

毕业设计（论文）独创性声明....................................

1绪论

1.1前言

水果中含有较多的营养物质，但是现代生产的各种农药激素在蔬菜表面都有残留。

有的人可能会说，水果洗了几次，并且用开水和洗涤剂消毒消毒之后，果皮上不就没了农药了吗？

结果并不是这样，因为农药经过单纯的冲洗是不可能完全洗掉的，果农在管理果园时，从始至终，一直都在使用农药，时间一长，一些农药必定会残留在果皮里，像敌敌畏、敌百虫等毒素，这些农药对人体虽然只有有一点的毒性，但就算少量的也对儿童也极为不利。

水果果皮还有各种各样的细菌、寄生虫卵，有的是运输时或采摘时的员工手上污染的。

有的是销售时用污水浇洗污染了的。

据调查，有的地方水果果皮上大肠杆菌残留量达68%~96%。

吃水果时，如果不削皮，就会连留在水果皮上的污物也一起吃进去。

轻者会呕吐腹泻，重者则会危及生命。

我们如何消除水果表皮上的残留物呢？

一般来说，可以有以下几种方法清除：

第一是清水浸泡法，将买来的水果用清水浸泡30分钟以上，之后反复冲洗两三次，这样就可以除去部分残留农药。

还可以使用果蔬洗剂之类的

清洁剂，加大农药的溶出。

第二是碱水浸泡法：

先用5%碱水浸泡5分钟以上，然后再用清水洗涤两三遍。

第三是开水浸泡法：

将洗净的水果放入开水中泡3至5分钟，再用清水洗涤1至2遍。

第四是去皮法：

对于带皮的水果，如苹果、梨等，先清洗一遍，再去表皮，这种方法就可以彻底去除水果表面的农药残留。

第五是储藏保管法：

可以将水果买回后储藏15天左右，也能有效降低农药残留的毒性。

以上方法对于水果表皮残留的农药清除有良好的效果，既可以保证水果的营养成分，也让食用者更放心。

但清水浸泡法、碱水浸泡法、储存保管法耗时太长，操作不便。

开水浸泡法会烫伤果肉，营养成分降低。

总之去皮法比较简便，即食即用，不会损伤水果的营养成分，这样一来水果去皮机的研制就十分必要。

1.2苹果削皮机的研究现状

1.2.1苹果去皮机发展现状调研

目前苹果削皮机的研究和设计吸收了国内外众多设计成果的优点，正在不断完善中。

而且，各种前沿技术也在不断在尝试使用到削皮机中，以提高果蔬的削皮质量和速率。

比如基于计算视觉的水果无损检测技术、图形识别技术等先进技术都被提了出来，在削皮机中尝试着使用。

在国内，水果削皮机的发明可以说是非常丰富，光公开的水果削皮机的专利数量超过20项，而且，现在市场上，各类苹果削皮机聆郎满目，为了深入了解苹果去皮机的发展现状，分析苹果削皮机各自存在的优缺点，进而开发出一种全新的、工作效率高的苹果去皮机，调研了以下苹果削皮机生产厂家。

a.深圳市际实业有限公司------实用水果削皮机

1）产品介绍该苹果削皮机的插果轴线垂直放置，利用齿轮机构与凸轮机构传递运

动与动力，最终实现刀具由下到上绕苹果表面旋转去皮。

全塑料材质，机身精致，小巧易用，让苹果去皮工作充满乐趣。

图1.1立式家用水果削皮机

2）操作步骤

（1）装上手柄，将苹果削皮器放置在桌面上固定；

（2）将苹果竖直插入叉针上；

（3）转动手柄，刀头就会从苹果的底部开始向上旋转，沿着苹果表面旋转，直到苹果头部，工作结束后刀就会离开苹果。

3）注意事项：

当刀头切削时，如果苹果表面被卡住，不要用力旋转手柄，应倒旋手柄，使刀头离开被卡处。

产品材质优质高级塑料

产品规格20.0×15.0×18.0cm

4）分析不足之处

（1）该类去皮机需要手动按压上果，容易伤手；

（2）苹果表面不平整时，特别是在凹凸表面处，容易卡住，故切削有局限性。

b.蚌埠市超越食品机械有限公司半自动果蔬去皮机

该水果削皮机也是将果蔬立式放置，刀具与水果接触切保持不动，电源提供动力带动果蔬旋转，达到自动去皮的效果。

图1.2半自动水果削皮机

2）操作步骤

（1）装上4节5号电池，将水果削皮机固定放置在桌面上；

（2）将果蔬放到叉刀头上固定好，调节刀具与果蔬顶部接触；

（3）开动电源，当削皮结束时关闭电源。

3）分析不足之处

（1）该类水果削皮机容易发热，在不间断工作的情况下容易烧坏电机；

（2）由于运用的是5号电池，电量耗费严重，有浪费，不环保；

（3）价格较普通家用水果削皮机来说不具有竞争力。

c.江苏省昆山亿鸿食品机械有限公司——全自动高速苹果（梨）去皮开瓣机

全自动苹果（梨）去皮开瓣机适用于罐头、干袋、果脯等深加工的食品厂家使用。

苹果、梨的大小形状只需适当分级就可以通用，根据加工要求可以选择加装去皮后开瓣装置，高效简便、美观大方。

此苹果去皮切片机为全新技术投入开发的新产品。

这种机器适用于各地区不同品种，针对加工生硬的苹果，果型异常，形状大小不同的苹果去皮、去芯、切片。

本机为多功能一体机，由人工上料，通过柔性刀组去皮，

去皮厚度≥1.5mm，每个小时用耗电量为5.4KW，机械加工能力为70~100

个每分钟。

去皮切片机的设计是有20个工作单位，每个单位安装有独立的刀片，可以实现单独去皮、去芯、开瓣。

正常工作时配备两到三个人员将苹果插

在三角刀上，再将苹果定位，去皮设计为盘式20个工作单位，安装在一个大转盘上。

工作时大盘由电机控制其转动速度，被插住的苹果随着转盘旋

转，去皮工作开始，苹果被大盘带入到去皮区，苹果自动开始旋转，去皮刀具由下至上的拉起，通过苹果的自转，去皮刀贴合在苹果的外侧，苹果皮被刨去。

被去皮的苹果继续进入下一组工作区（切片）进行切片，切片刀设计为活动的，可以调节切片厚度5~15mm，根据加工需要不同也可以将切片去除，不进行切片。

完成切片的苹果进行下组冲芯区，因为切片厚度要不小于冲刀的外径，所以冲芯后的苹果会被加工成为苹果圈，根据要求不同苹果也可以加工成6瓣或者8瓣。

图1.3昆山亿鸿食品机械有限公司的削皮机

1）工作程序

（1）苹果原料提升→水浮式集料槽→人工上料→去皮→切片→冲芯

→成品；

（2）按实际工艺可完成多种品种类型，如去皮后只冲芯，或去皮开两瓣，去皮后开4、6瓣，去皮后切成5~10mm厚的圈，还可以加工成扇形片，可一次加工成10×10×10或15×15×15的方块，功能十分强大；

（3）根据员工的实际操作能力，每分钟确保75~85个的加工量，设备的加工能力也可以上调，最高可达100~110个，连续使用整台设备只需3人操作。

2）分析不足

（1）由于是多工位削皮，工作台的连续转速较快，手工插果时必定会有漏插的现象，而且插果过程中容易伤到手。

（2）去皮机在工作时，需要的人力较多，加工成本高。

不适用于家庭或一般水果店小批量的水果加工。

1.2.2苹果去皮机调研结果分析

根据走访调研所得的资料与信息，分析、总结与归纳出当前的苹果削皮机大体分为一下几类：

（1）单果手动去皮机（第一类）

如图所示，工作时水果不动，摇动手柄，通过齿轮传动带动刀具工作，由于齿轮传动效率较低，造成削皮是费时费力，效率低下。

塑料的机身注定了他的耐用度低，不能符合现代人对于家用水果削皮机的需求。

不过其低廉的价格使其在水果削皮机的市场中有很大的保有量。

图1.4立式单果手动去皮机功能示意图

（2）单果半自动削皮机（第二类）

作为手动去皮设备的延伸，这类削皮机大大提高了工作的效率，其工作原理如下图所示，外观新颖，去皮效果佳，但是价格较一般的手动削皮

机来说很贵，由于设计目的是为了满足家庭需求，所以采用的是小型电机，用电池或220V插座提供电源，连续工作时容易发热。

图1.5单果半自动水果削皮机工作原理示意图

（3）单果自动削皮机（第三类）

其工作原理如图所示。

该类水果去皮机有一个转盘，转盘上设有数个苹果转动插针，均匀分布于圆盘的圆周之内。

首先，人工将苹果插于苹果插针固定，圆盘转动一定角度，处理完后苹果被送于去皮工位，完成去皮工作，圆盘继续转动一定角度，待苹果完成切片工序，圆盘继续转动，苹果被送去去核工位，在该工位苹果核被去除，完成一个工作循环。

此类去皮机较前两类去皮机去皮速度快，适合运用于小型苹果加工厂。

图1.6单果自动去皮机工作原理

（4）多果自动去皮机（第四类）

如图所示。

首先将苹果以苹果梗垂直于水平面的方向放置在苹果槽内，然后气缸推杆伸出带动升降板及其上电动机、插针等一同向下移动，直到苹果固定于于插针，之后气缸推杆回缩，将苹果提升到能够削皮的高度，电动机带动插刀、苹果一起旋转，直到完成苹果削皮工作，最后由将苹果卸下。

这类削皮机属于自动化程度较高的设备，适合大型水果加工车间使用。

图1.7多果自动去皮机工作原理示意图

目前，我国研制生产了各种水果削皮机。

市场上的水果削皮机主要以手动和半自动的为主，但由于功能单一，质量水准参差不齐，难以满足现

如今家庭用水果削皮机的市场需求，所以，设计一种功能齐全，价格低廉，质量过硬的水果削皮机刻不容缓。

1.3论文的主要研究内容

主要通过问卷调查的形式，对具有一定基数的人群进行调查，对结果进行统计分析，直观的表达出目前人们对水果削皮的需求。

（1）查阅资料和调查分析，了解对人工水果削皮的多方位需求；

（2）利用工业工程的方法找出水果削皮机的创新因素；

（3）基于人机工程原理，给出创新设计原理，设计方案，并构建评价体系，实现方案的选择；

（4）完成削皮机结构装置、三维模型以及完整产品或模型制作。

2总体方案设计研究