多功能水果削皮机的设计毕业设计说明书Word下载.docx

1、AbstractBased on the preliminary investigation of Apple processing enterprises in the market, analyzes the development of Apple peeler, found Apple processing enterprises in the country than in other countries of processing Apple in Apple Peel processes automation, continuous level is not high, low

2、productivity, high labor intensity and high rejection rate disadvantage. For Apple-processing enterprises in the country, needs a set of independent intellectual property rights, innovation, novelty Peel the Apple device. This new production equipment design, including product design, overall transm

3、ission design, component design, design of control systems. Automatic Apple peeler should follow simple and practical design, compact structure, stable performance, low cost and easy to Assembly and disassembly, economic characteristics, production automation, productivity and yield, makes the produ

4、ction process more safety and health, and also has some versatility. Through this device can improve the innovation ability of enterprises, solving technical problems. Key words: automatic, Apple peeling machines, drive systems and control systems, cutters, cutting tool.第一章 引言1.1 课题的背景我国是农副产品出口大国，根据

5、国家统计局数据：2014年我国水果总产量增长至26142.24万吨，较去年数据分析水果产量同比增长4.5%左右，与往年水果产量数据比较，我国的水果产量正逐年稳步提高。随着水果产量的提高，除去一部分水果经简单的加工直接销售以外，大部分的水果被精加工制作成罐头制品。在我国水果产量大幅提升的大背景下，我国的罐头行业正逐渐成为我国农副产品加工的重要产业之一，另外我国的罐头行业也是传统的出口行业之一，在改革开放以来，中国出口行业发展迅猛，罐头出口借此大展身手，为我国经济的发展起到重要的作用，2010年，我国罐头出口销售额达到34.56亿美元，我国俨然已经成为世界水果罐头加工制造与出口大国。水果罐头是我国

6、食品工业加工制造、出口的重要产品，在国内销售量也逐年攀高。除去很大的经济价值外，因为其食用方便、安全，风味独特，便于携带等优点深受人们的喜爱。我们知道，水果中含有大量的维持我们生命的糖、维生素、矿物质、无机盐、纤维素等营养成分。随着时代的迁移和人们生活水平的提高，消费者最关注的话题逐渐从吃什么到怎么吃健康上来。但是现代科技发展迅速，为提高水果产量和提升果质，果农们有时候不得不使用一定量的化肥、激素和农药，这些化肥、激素和农药会在水果表面形成一定量的残留，很多农药、化肥中含有的有机磷等化学成分，这些化学成分在清洗过程中很难祛除，进入人体后会引发人体中毒，长期慢性的接触会对人体的神经系统造成无法修

7、复的损害。若在食用水果时不削皮，经常食用带有化肥、农药残留的水果以及水果制品轻则会引起消化系统的各种病症，造成恶心、腹泻，重则会危及生命。谈及罐头生产，我国的罐头行业兴起于1906年，发展经历了三个阶段，已经逐步趋于成熟，加工水平、效率较以前得到了显著的提高，但由于在自主知识产权方面的不足，缺少核心、关键的技术，导致我国的生产设备比其他发达国家落后，自动化程度较低。另外我国的一些传统罐头加工企业存在生产工艺比较原始、工序复杂、生产效率普遍偏低、标准化程度不是很高等不足之处，很难适应现代市场的竞争环境。在市场经济作为主导的今天，企业要想有良好的发展前景，必须有前瞻的意识，自动化程度较高的生产设备

8、，以便能够实现生产的自动化连续化的生产过程，这样才能在激烈的竞争中稳住脚跟。在我国的很多中小企业中因为生产成本的限制，很多企业在水果削皮时采用化学处理的方法，例如为了去除果皮很多企业在去皮时选择用氢氧化钠溶液浸泡的方法，利用氢氧化钠的强碱性使果皮与果肉分离。这种加工方法会使化学制品渗入果肉，这样化学制品隐藏在果肉中根本清洗不掉，一方面严重破坏了水果营养成分，果肉发生质变使口感变差，另一方面果肉中清洗不掉的残留化学药物成分严重影响了消费者的身体健康。对于国外引进的先进生产设备，虽然数字化、自动化、连续化程度比较高，但这种设备一般体型巨大占据大量的空间，学习成本、维护成本也比较高。生产设备发生故障

9、时需要请厂家专门的维修人员，维修不方便。所以引进国外的生产设备从小的方面讲一方面维护花费巨大，从大的方面讲另一方面不是我国的自主知识产权，不利于国内企业的长远发展。国外的生产设备不适合现阶段中国的中小企业应用环境。另外我国的中小企业也需要完全自主知识产权的设备以应对难以琢磨的经济风暴。市场对水果罐头制品的要求越来越高，另外，水果在削皮之后，果肉与空气中的氧气接触发生氧化反应，影响果肉的色泽，同时也不利于果肉的深加工，给企业造成巨大的经济损失。因此水果必须快速的完成削皮切块过程，以免造成氧化。在国内，亟需研发一套数字化、自动化、连续化程度高的水果削皮设备供给中小型企业，支持其生产。保证高效率的生

10、产和优质的果肉质量。为我国广大的中小型企业发展提供强有力的技术支持。1.2 课题的意义现代世界各国之间的竞争，归根结底是创新的竞争、科技的竞争，对于核心技术的掌握程度是判断一个国家在世界中竞争力强弱的根本，也是衡量一个企业能否在竞争激烈的市场中能否存活的依据。如果一个国家或者企业在自主知识产权方面存在严重的不足，先进的制造设备全靠引进，那这个国家或者企业在规划中是很难能有长远的发展的，他们的制造水平和制造工艺完全是在别人的引导之下，很难灵活的改变生产方针，调整生产模式。如果他们能在技术和科技的创新上超前一步，那么他们就能在新的世界分工格局中掌握主动权。自改革开放以来，我国的科学技术有了质变的飞

11、跃，经济体制逐渐完善，经济长足发展并取得了很大的成就，但随着全球经济一体化进程步伐的加快，国际经济贸易与发展的竞争店逐渐转移到科技与创新上来，所以需要具备自主创新意识，提高自主创新能力，研发大量具备自主知识产权的产品，是快速提升国家在世界经济格局地位的关键。想要实现中华民族的伟大复兴，振兴国民经济，富国强民，必须扎扎实实做实、做好、做强创新工作，要有一种工匠精神不能空想空谈，端正态度完善体制鼓励创新，掌握更多的自主知识产权，积累更多的核心关键的先进技术，从中国制造模式逐步过渡到中国创造模式上来，以强有力的创新、科技优势在激烈的国际竞争中占据有利地位，实现中华民族的伟大复兴。现今的世界格局错综复

12、杂，要想在新的国际形势中寻求科技的发展，掌握大量的先进的核心的科技，根本的立足点和落脚点在于创新，我们要想前人之不敢想做前人之不敢做，创前人没有创的经验。于此同时，要吸收借鉴国外的先进经验，主动学习创新性知识，另外也不能盲目的套用他人的创新模式，要量力而行，如若盲目的跟从他人的创新模式容易顾此失彼，学到的只是模仿方式，不能从根本上实现创新，所以必须要结合自身所在的环境，找准自身特点，发掘适合自身的创新方法，准确的找到切入点，瞄准创新发展的前沿，加大投入成本，对重点、难点实施攻关，紧紧抓住制约国民经济发展的瓶颈问题，不放手、多渠道地寻找突破口，以理论创新牵引实践创新，争取早日成为前沿科技下的创新

13、性国家，提高综合国力，屹立于世界民族之林。传统食品现代化是指传统食品由原来落后的传统形态向先进的现代形态转变的过程，是实现加工过程定量化、标准化、机械化和工业化。可以概括为五个方面的内容：一是用现代工业装备传统食品，打破手工、机械水平低的传统加工的局面；二是用现代科学技术武装传统食品，逐步取代或提高传统的生产技术和加工经验；三是由掌握现代科学技术知识的劳动者从事传统食品行业，是劳动技能和创造力大为提高；四是在充分认识和掌握传统食品内涵的基础上，合理利用自然资源，不断挖掘传统食品的附加潜力；五是采用现代化的经营体系管理传统食品行业，实行专业化、商品化、社会化、工业化生产，充分发挥人类智慧的能动作

14、用和物质条件作用。本课题的探讨正是顺应上述要求，谋求以科技强国、创新强国的一小步。我们从生活中要善于发现创新点，逐渐提升自己的创新意识，创新来源与生活服务于生活，另外创新并没有什么深层次难以理解的内容，创新在生活中的意义就是用一种新颖的模式让生活变得更容易。在工业加工中的意义就是用尽可能简单的方法加工制造出符合要求、实用性强的产品。本课题中，柔性刀具的设计，退刀结构的设计，自动上料结构的设计是结合生活中的实例和自己的想法自主设计的产品，为我国的创新事业做出自己的小小贡献。本次课题设计的全自动水果削皮机除适用于苹果、梨等水果的加工制造以外，同样适用于马铃薯、红薯等的削皮切块加工，实用性强。另外该

15、设备主要面向国内众多的中小型企业。它具有体积下、结构紧凑、加工效率高、自动化和连续化强，性价比高等优点，完全适用于当今中国社会中小型企业的发展模式。可以大幅降低工人的劳动强度，降低生产成本。另外也可以提高加工质量，使加工过程更加安全卫生，减少化学制品的使用。1.3 研究现状：1.3.1 单果手动削皮机图1.1 手动水果削皮机（1）图1.2 手动水果削皮机（2）功能与原理：如图所示，单果手动削皮机有插针结构，机器需要工作时将苹果等水果插在插针上固定住，手动摇动削皮机的手柄，插针带动苹果发生转动。另一方面，单果手动削皮机配备了仿形刀具，在插针带动苹果发生转动的同时仿形刀具在弹簧的拉动下紧紧贴在苹果

16、表面。仿形刀具在弹簧拉动的同时内部也有齿轮传动系统带动仿形刀具紧紧贴在苹果表面围绕苹果的腰线发生移动将果皮削下。特点：这种机器使用的材料是铝镁合金支架，机构隐蔽，用的是真空原理的塑胶吸盘固定机子，方便而牢固，设计的弹性削皮刀具仿形能力很强能适应切削不同的椭圆度和凹凸面。整机有铝合金和不锈钢刀具等材料组成。另部件经过电镀、电刨、喷涂等工艺处理，加工后切成的无皮、无芯的薄片果肉，食用时松脆、不伤牙龈。特别社和老年人婴幼儿食用新鲜、卫生的水果及家庭厨房制作果酱、果汁、果片等食品创造了许多便利，是文明生活的好帮手。由于弧形削皮刀的支撑杆配置课伸缩式弹簧，在削皮的过程中，不论苹果大小，是否规则，都是中紧

17、贴果皮进行工作，所以完全不必要担心果皮未被切削干净，课放心食用。不足之处：该类去皮机需人工查过，削完后人手取下，故插、取果时易伤手。手摇式，费劲，速度慢，效率低。切削宽度较大，已加工的苹果几何都变成了“梯田”状。 结构简单，易操作，劳动强度不高，但是工作效率很低不能在工厂大规模量产的情况下使用。1.3.2 多果自动削皮机图1.3 多果自动削皮机如图所示，首先人工将苹果以苹果梗垂直于水平面的方向放置于苹果内，气缸推杆回缩，将苹果提升至削皮刀高度，电动机带动插针、苹果一起旋转，直到完成苹果削皮工作，左后人工将苹果卸下。该类去皮机每台机器至少一人甚至两人负责放果和卸果。劳动强度较大生产效率较低。刀片

18、装在弹性刀架上，课自动与被加工表面吻合，故对于表面不规则的苹果也能很好的加工。该机构的不足之处：削掉的果皮全在地板散落，故影响环境卫生，插果、卸果需要人工来完成，而且一台机器最少需要一个人来负责放果、卸果。该机构虽属于多果切削，但工作能力较低，工人的劳动强度较大。1.3.3单果自动去皮机图1.4 单果自动去皮机其工作原理如图所示，该类去皮机的转盘上设有数个苹果转动插针，均匀分布在果盘的圆周之内。首先由人工将苹果插于苹果插针，圆盘转动一定角度，苹果被送于去皮工位，完成去皮工作，圆盘再转动一定的角度，苹果完成切片工作，圆盘继续转动。苹果被送于去核工位，苹果核在该工位被除去，至此完成一个工作循环。此

19、类去削皮机较其他去皮机速度较快，但仍然需要人工上果，生产速度多由人工的熟练程度决定。1.4本次课题研究内容 1.4.1综合分析 在此次的课题中我们首先把研究的重点放在对于苹果全自动去皮的工艺流程上，通过仔细的分析，主要对工作台工位自动转换系统、切削刀架系统、退刀系统、刀架插刀工作台旋转架主传动系统进行了全方位的研究。在工作台旋转架工位自动转换系统中,主要是插刀的运动，其动作是实现插刀的间歇性旋转运动。在刀架系统中设计有柔性刀具，可以根据苹果的形状进行刀具误差补偿，是使切削更加均匀的关键所在。1.4.2全自动水果削皮机的研发流程1.4.3 设计步骤根据实际需求进行方案规划：通过对市场上现有的全自

20、动水果削皮设备进行全面调研与结构分析，根据实际需要，包括经济性、可行性原则，初步确定设计方案。在本课题中，全自动水果削皮机的结构设计分为6个部分，分别是，削皮刀结构设计、削皮刀架结构及其传动机构设计、退刀结构设计、切块刀设计、旋转刀架结构及其传动机构设计。总体方案研究：针对课题研究的需要，在不同的传动方案均可实现动作的情况下，综合考虑各种影响因素，分析出一种最合理的总体传动线路设计结构，画出图纸 从实际需求出发，根据第一步完成的工作，分别对削皮刀、削皮刀架、切块刀、旋转刀架、箱体、以及三部分的传动机构（削皮刀两部分传动、转刀架传动）根据所学的机械知识进行机构设计。用SolidWorks进行干渉

21、性检验，比进行可行性分析用SolidWorks进行三维建模，用SolidWorks的干渉性检测功能进行干渉性检查，保证设计的构件没有干涉。分析比较设计方案、设计原理及结构，总结归纳出设计结构的优缺点，留与后续的开发与改进。1.5全自动水果削皮机设计思路虽然我国苹果产量逐年升高，但在国内，苹果深加工行业普遍偏弱，究其原因，是因为生产设备上的落后。相比其他的西方国家，我国的苹果削皮设备还是上一代的老产品，生产效率低下，工人的劳动强度大，加工质量很难符合现代化的加工制造标准。目前在苹果加工行业中广泛使用的苹果削皮结构自动化、连续化程度低，费时费力，并且容易产生差错乃至事故。为了解决上一代老产品的技术

22、性不足，提供一套高效率，自动化、连续化程度高，事故率低的现代化产品，同时加入数字化PLC控制，使机器可控性强，学习成本低，功能性适应性能力强。1.6全自动苹果削皮机的性能要求全自动苹果去皮机应满足自动化、连续化程度高、工作效率高、系统稳定、工作稳定、功耗低、安全可靠、实用性强等特点，另外还要有先进的技术，就够紧凑而巧妙，符合现代国内中小企业长期的发展需要，并要有很强的经济性。 全自动苹果去皮机应具有的性能要求：方便的操作使用性能；（1）系统的稳定性，即运动平稳准确，能保证规定的运动精度；工作的可靠性即能实现根据功能要求完成既定的动作，且动作应协调稳定；结构简单，制造容易，成本低；（2）成产效率

23、高，能耗少；（3）减轻劳动强度，不污染环境，创造文明生产条件；（4）留有发展的余地，需用改进是不至于造成整机浪费。1.6.1基本目标：设计全自动的工位旋转刀架，使其能实现自动间歇运动，在削皮刀进行切削运动时，旋转刀架必须保持静止。削皮动作完成，削皮刀进行退刀动作时，旋转刀架再次进行旋转动作，然后由切块刀具完成冲核和切块动作。技术要求：生产能力：15个/分钟去皮用时（旋转刀架静止时间）：3秒转位用时（退刀、工作台转动时间）：1秒去皮厚度：0.6毫米图1.5 全自动水果削皮机三维图图1.6 全自动水果去皮机关键传动部分三维图1.7全自动苹果削皮机整机功能结构图一部完整的、自动化、连续化程度较高的苹

24、果削皮机包含了如图所示的各种结构（装置）。它拥有现代化的设计过程，先进的生产工艺，运行平稳，生产的产品良品率高。第二章 全自动苹果削皮机旋转刀架结构及其传动系统结构设计2.1全自动苹果削皮机构旋转刀架及其传动系统结构设计背景苹果削皮机旋转刀架接收到来自动送料系统的苹果后，苹果被插到了旋转刀架的插针上，跟随插针做间歇性旋转运动，随着旋转运动的进行，削皮机先后完成对苹果的削皮、冲核、切块动作。全自动旋转刀架通过PLC控制，步进电机驱动器主旋转运动，完成其间歇性运动，使每个工位能按照加工要求完成相应的动作。技术参数如下：（1）根据实际生产任务，其生产效率为15个/分钟，确定插果运动、削皮动作、冲核运

25、动、切块动作均为3秒，工作台转位时间为1秒；（2）在削皮工位，苹果随着插针自转，柔性削皮刀进行切削；（3）在插果工位、冲核工位、切块工位均保持静止，其中在本次课题中冲核动作和切块动作同时进行，大幅提高了生产效率。2.2全自动苹果削皮机旋转刀架设计图2.1 旋转刀架主视图 图2.2 旋转刀架二维图左视图图2.3旋转刀架三维图如图2.1和图2.2 所示，旋转刀架设计有1、2、3共三个工位,主轴带动旋转刀架进行顺时针旋转。1工位用于未加工苹果的固定，保持静止；2工位为削皮工位，由一个齿轮与2工位的齿轮进行啮合，使2工位的插针自转，带动苹果进行自转，柔性削皮刀紧贴在苹果表面进行切削；3工位是进行冲核和

26、切块的工位，保持静止。加工流程为：1工位接收苹果-2工位自转削皮-3工位进行冲核和切块。在本机构中，插果工序、削皮工序、冲核切块工序同时进行，大大提高了工作效率，降低了工人的劳动强度。如图2.1所示，旋转刀架通过键在主轴上进行周向固定，通过轴肩和螺母进行周向固定，苹果插放在插刀架对侧的齿轮带动发生自转。旋转刀架的控制选用plc控制。因为2工位的齿轮在于其啮合的齿轮接触时会发生一定的碰撞，所以插刀架上的齿轮不宜采用金属材料。所以在此考虑塑料材料的齿轮结构。用于加工塑料齿轮的材料有很多种，例如：聚甲醛（POM）、尼龙（PA66和PA46等）、聚碳酸酯（PC）、聚对苯二酞对苯二胺（PPA）、聚酯（P

27、BT）、液晶聚合物（LCP）、ABS和LDPE材料、聚苯硫醚（PPS）、聚醚醚酮（PEEK 450G）等材料。其中因为聚甲醛（POM）材料虽然各项性能良好，但在使用过程中会有少量的甲醛等有毒气体产生，故不能用于本设备的设计中。尼龙（PA66和PA46等）材料吸湿性强，会引起塑料性能和尺寸发生变化；聚碳酸酯（PC）、聚对苯二酞对苯二胺（PPA）、聚酯（PBT）、液晶聚合物（LCP）、ABS和LDPE材料、聚苯硫醚（PPS）、聚醚醚酮（PEEK 450G）等材料均有一定的毒性，切价格较高，不适合用于食品加工机械的零部件。所以选用聚碳酸酯材料，聚碳酸酯（PC）材料具有优良的康冲击性和耐候性，硬度较高

28、，另外具有收缩率小、尺寸稳定等优点，适用于此次的设计环境。2.3全自动苹果削皮机构传动系统结构设计图2.3 传动系统结构设计图 如图2.3所示，1为步进电机，2为制动器，3为联轴器、4为旋转刀架。步进电机由PLC控制，外加调频器调速。电机输出轴通过连接轴和联轴器与三级变速箱的输入轴相连接，中间设置一个制动器为静止工位提供工作条件，单级变速箱上的输出轴通过联轴器与旋转刀架相连接。其中单级变速箱的作用是为了防止电机的输出轴直接与负载相连接，因启动转矩较大从而影响电动机的寿命。联轴器的种类：（1）凸缘联轴器。凸缘联轴器（也称法兰联轴器）是利用螺栓连接两凸缘盘式半联轴器，两个半联轴器分别用键与两轴连接

29、，以实现两轴的连接，传递扭矩和运动。凸缘联轴器结构简单，制造方便，成本较低，工作可靠，拆装、维护均较方便，传递转矩较大，能保证两轴具有较高的对中精度，一把用于再喝平稳，高速或传动精度要求较高的轴系传动。凸缘联轴器不具有径向、轴向和角向补偿性能，食用时如果不能保证被连接两轴对中精度，将会降低联轴器的使用寿命，传动精度和传动效率，并引起振动和噪声。凸缘联轴器分为：YL型、YLD型。（2）滑块联轴器。滑块联轴器与十字滑块联轴器结构相似，不同之处在于中间十字滑块为方形，利用中间滑块在其两侧半联轴器端面的相应径向槽内滑动，以实现两半联轴器联接。滑块联轴器噪声大，效率低，磨损快，一般尽量不选用，只有转速很

30、低的场合使用。其型号为：WH型。（3）链条联轴器。链条联轴器利用公用的链条，同时与两个齿数相同的并列链轮啮合，不同结构形式的链条联轴器主要区别是采用不同的链条，常见的有双排滚子链联轴器，单排滚子链联轴器，齿形链联轴器，尼龙链联轴器等。双排滚子链联轴器的性能优于其他结构形式轴器，他具有结构简单，装拆方便，拆卸时不用移动被联接的两轴，尺寸紧凑，质量轻，有一定补偿能力，对安装精度要求不高，工作可靠，寿命较长，成本较低等优点。主要型号有：GL型（不带罩壳）、GLF型（带罩壳）。（4）齿式联轴器。齿式联轴器是有齿数相同的内齿圈和带外齿的凸缘半联轴器等零件组成。外齿分为直齿和鼓形齿两种，所谓鼓形齿即为将外

31、齿制作成球面，球面中心在齿轮轴线上，齿侧间隙较一般齿轮大，鼓形齿联轴器可允许较大的角位移（相对直齿联轴器），可改善齿的接触条件，提高传递转矩的能力，延长使用寿命。齿式联轴器在工作时，两轴产生相对角位移，内齿的齿面周期性作轴向相对滑动，必然形成齿面磨损和功率消耗，因此，齿式联轴器需要良好的润滑和密封的状态。齿式联轴器的径向尺寸小，承载能力大，常用于低速重载工况条件的轴系传动，高精度并经动平衡的齿式联轴器可用于高速传动。由于鼓形齿式联轴器角向补偿大于直齿联轴器，被广泛选用。（5）万向联轴器。万向联轴器有多种结构形式，常见的有十字轴式万向联轴器和球笼式万向联轴器。万向联轴器的共同特点是角向补偿量较大，不同结构形式万向联轴器两轴线夹