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