机械设计制造及其自动化毕业设计全自动切菜机.doc 37页

'聊城大学本科毕业论文本科毕业设计题目全自动切菜机专业机械设计制造及其自动化作者姓名学号单位机械与汽车工程学院指导教师2015年5月教务处编1 本科毕业设计原创性声明本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究取得的成果。除文中已经引用的内容外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得聊城大学或其他教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均在文中以明确的方式表明。本人承担本声明的相应责任。学位论文作者签名：日期：指导教师签名:日期：ii 本科毕业设计摘要在对全自动家用切菜机整体结构的设计过程中，包括了原理方案设计，传动机构、切削机构和控制装置的设计以及主要部件的结构设计，并对部分设计结果进行校核。在对切菜机的设计中设有两个进料口，节省了切片切丝换刀的时间，并且进料口带有感应装置，下料后自动开启，更加智能化、人性化，机体带有PLC控制装置，可使两切刀单独工作，节省资源。整体机构采用立式布置，结构紧凑，并使用电机作为动力来源，省时省力。在对能源设计方面，重新选择动力来源，改进切削方法，不仅增强了家用切片切丝机的加工能力，还提高了使用的安全性。关键词：切菜机；全自动；PLC；厚度调整关键词：切菜机；全自动；PLC；厚度调整ii 本科毕业设计AbstractInthedesignprocessofautomatichomeShredder’soverallstructure,includingdesignofthetransmissionmechanism,thecuttingmechanism,thecontroldevice,thedesignprinciplesofthemaincomponents,andcheckingpartofthedesignresults.InthedesignoftheShredder,therearetwofeedports,savingtoolchangetimeofslicingandshredding,andinletwithsensors,automaticallyopenaftercutting,moreintelligent,humane.ThemachinewithaPLCcontrolsystemthatallowsboththecutterworkingalone,savesresources.Thewholeinstitutionusesverticalarrangement,compact,andusesthemotorasapowersource,savingtimeandeffort.Inthedesignofenergy,re-selectedthepowersource,improvedcuttingmethod,notonlyenhancestheprocessingcapacityofthehomeslicecutters,butalsoimprovesthesafetyofuse.Keywords:cuttingmachine;automatic;PLC;thicknessadjustmentii 本科毕业设计目录1.绪论11.1食品机械简介11.2切菜机介绍12.切菜机的结构22.1切菜机的工作原理22.2结构方案的选择32.2.1驱动装置32.2.2传动装置32.2.3检测装置52.2.4控制装置73.主要结构的设计103.1电机的选择103.2V带的选择113.2.1带的选择113.2.2大小带轮基准的直径计算113.2.3验算带速113.2.4V带基准长度Ld和中心距a113.2.5验算小带轮包角123.2.6作用在带轮轴上的压力123.2.7带轮的结构设计123.2.8大带轮的结构尺寸133.3主轴部件的设计133.3.1轴的材料选取和结构图133.3.2计算主轴上的功率、转速、转距143.3.3初定轴的最小直径143.3.4轴的结构尺寸确定15II 本科毕业设计3.3.5轴承的设计153.3.6轴的校核163.4切刀部分的设计203.4.1切片刀的设计203.4.2纵向小割刀的设计223.4.3刀盘部分的设计233.4.4刀盘套筒的设计233.5机体的设计243.5.1机架及机体壁的设计243.5.2进料斗及下料斗的设计243.6PLC253.6.1PLC简介253.6.2光电传感器与PLC263.6.3PLC控制三相异步电动机正反转274.总结28参考文献30致谢31II 聊城大学本科毕业设计全自动切菜机1.绪论1.1食品机械简介食品机械是将食品的原料加工成食品（或半成品）的一类专业机械，是食品工业方面的技术装备。食品工业想要获得更好发展，除了需要先进的食品工艺技术外，还需要先进的食品生产设备，这种技术保障是不可或缺的，两者必须协同发展，互相促进。随着我国不断发展的经济建设，我国的食品加工机械行业逐渐形成并且逐步发展，现在已经为我国国民经济的发展做出了重要贡献。在经济和社会的发展中，社会对食品的需求不但持续增长，而且要求越来越高，食品机械将会在国民经济建设中有更加突出的地位和作用。食品机械有很多优点：（1）减轻人员劳动强度，省时省力，提高效率，极大的解放生产力。（2）能实现人力所达不到的特殊加工效果，提高产品质量，减少原材浪费。（3）减少因人与食物的直接接触而带来病菌传播机会，更好的防止食品污染，保障食品安全。(4)提高食品生产企业的市场竞争力。（5）有利于改进和加强企业的管理。总之，食品机械在食品工业中起着举足轻重的作用，有着不可替代的地位。[1]1.2切菜机介绍随着飞速发展的经济水平和科学技术，人们的生活水平也飞速提高，人们对方便快捷的日常生活的要求也越来越高。因此，为了应对生活中的各种困扰，给人们的生活提供便利，提高效率，节省人力时间，使用家用机械产品已然成为家庭生活中的一种趋势。但是，家庭日常生活中切菜难而且危险的难题还没有解决。针对这一问题，设计一款家用的切片切丝机，专门用来解决块状、根茎类蔬菜切削难的问题。因此，切菜机应满足以下要求：要保证切实可行性，要和生活相贴近，做到在生活中有必要用，并且切切实实用得到；要和时代主题相适应，尽量做到绿色环保，能耗少；要有一定的工作效率；要确保机械有高的安全性、不发生切到手的状况；要能调节所切蔬菜片的厚度，确保一定条件下可以使切片的厚度均匀。除此之外，还要有经济性要求31 聊城大学本科毕业设计机器的一个综合指标就是经济性，在蔬菜切片机的设计、制造、使用、维修等各个环节均有所体现。总之，经济性就是要求在满足功能要求的前提下，将机器的制造成本降到最低。安全性要求在切菜机的设计阶段就必须对机器的使用安全给予足够的重视，因此要在设计过程中特别注意使用者的安全，特别是使用者手的安全。要采用各种防护措施，试运行中的刀具不会与人体直接接触。可靠性要求简单的说，可靠性就是切菜机在使用性能中的稳定性，它是该切菜机的一个重要质量指标。可靠性水平越高，说明机器在使用过程发生故障的概率越小，能正常工作的时间就越长。操作方便要求切菜机是一种给生活带来方便的机械产品。在设计中必须注意操作时要轻便省力；操作机构要适应人的生理条件；切菜机的使用噪声要小；防止污染等。此外，还要方便搬运与拆卸维修。设计切菜机是，在满足基本要求的前提下满足这些特殊要求，以提高机器的使用性能和保证机器的工作质量。[2]2.切菜机的结构2.1切菜机的工作原理本机用两个刀片进行切削，菜在重力作用下滑落到切刀处，一处刀片将菜切成片，另一处切刀将菜切成丝，切片刀和纵向割刀配合的方式切丝。将切片刀与轴位置固定，调整刀盘在轴上的位置来实现切片的薄厚，这是切丝粗细的关键之一。主轴即刀盘轴为横向，动力由电动机经带传动，通过电动机功率和转速的选择使获得一定的转矩和转速，切刀由主轴带动进行蔬菜切削。31 聊城大学本科毕业设计切片时，蔬菜经进料口滑入下料斗，进料口的检测装置启动，由传感器将信号传至PLC，再由PLC控制电机正转，菜由其自身重力和下料斗楔形壁的压力下，使其紧贴刀盘，切片刀和刀盘同步旋转，由于切片刀与刀盘之间存在间隙，切片刀将蔬菜片切下，在离心力和自身重力的作用下，从刀盘间隙甩出。此间隙即为菜片的厚度，通过调整刀盘定位处的调整螺母，在弹簧力的作用下就可改变刀盘同切刀之间的间隙，从而调节切出的萝卜片的薄厚。切丝时，蔬菜经进料口滑入下料斗，进料口的检测装置启动，由传感器将信号传至PLC，再由PLC控制电机反转，并将纵向割刀卡在刀盘的孔中，即可方便的切丝。纵向割刀采用标准设计，卡刀方便，制造出小刀片之间间隙不同的规格的型号。通过换刀，同时又可调整切片刀与刀盘间的间隙，就可方便的调整切出的菜丝的粗细。此即切菜机的工作原理。由于下料斗采用楔形结构，不但保证了切削时的压力。而且能适应物料大小的不同。2.2结构方案的选择2.2.1驱动装置家用机械产品的主要动力来源有人和电动机两种。人力的主要特点是：持续时间有限，动力波动较大，但控制方便，清洁无污染。电动机的主要特点是：动力可靠，稳定性高，工作效率高，占用空间位置不大，消耗电能，需要配套的调速控制装置；但小功率的电机耗能少，但转速过高，转矩不大，普通电机就能满足要求，能耗也较少，利用率较高。考虑到本设计对动力的稳定性及持续性的要求优先考虑使用电机作为动力来源。确定动力源及机构布置形式之后，还需要选择相匹配的传动机构。2.2.2传动装置带传动是一种应用很广泛的机械传动。带传动有主动轮、从动轮和适度张紧在两轮上的封闭环形传动带组成。它是利用传动带作为中间的挠性件，依靠传动带与带轮之间的摩擦力来传递运动的，主动轴的动力通过挠性传动带挠性传递给从动轴。优点是：能缓和载荷冲击；运行平稳无噪声；制造安装精度不想啮合传动那样严格；过载时将引起带在带轮上打滑，因而可以防止其他零件的损坏；可以增加带长以适应中心距较大的工作条件[3]。图2.1带传动机构凸轮机构一般是由凸轮、从动件和机架三个构件构成，通常选取凸轮作主动件，通过设计凸轮的形状使从动件得到预期运动，从动件的运动主要是直线上的往复运动，因而在本设计中不考虑使用凸轮机构。31 聊城大学本科毕业设计图2.2凸轮机构蜗轮蜗杆传动主要用于两轴交错、传动比较大、传递功率不太大或间歇工作的场合，虽然可以实现本设计的预期目的，但其传动效率低，成本较高，不适宜用在本设计中。图2.3蜗轮蜗杆链传动与带传动相类似，是由装在平行轴上的主、从动链轮和绕在链轮上的环形链条所组成，以链作为中间挠性件，靠链与链轮轮齿的啮合来传递运动和动力。以上两种传动都是实现平行轴间运动和动力的传递，在本设计中如将平行轴竖直布置可实现预期目的。图2.4链传动连杆机构是由若干构件用低副连接而成，构件运动形式多样，可实现转动、摆动、移动和平面或空间复杂运动，可用于刚体导引、实现已知运动轨迹或运动规律。在本设计中要应用连杆机构将主动构件的转动或直线往复运动转换为实刀具在水平面内的转动，可采用双曲柄机构或者逆向运用曲柄滑块机构。31 聊城大学本科毕业设计图2.5连杆机构齿轮机构是现代机械中应用最广泛的传动机构，可以用于传递空间任意两轴或多轴之间的运动和动力，并可以改变转动速度和传动方向。其优点是：齿轮传动和其他形式的机械传动相比较，传递的功率和圆周速度范围较大，传动效率高，能保证恒定的传动比，工作平稳、安全可靠且使用寿命长，结构紧凑。在本设计中可以利用齿轮机构或齿轮齿条传动实现所需功能。[4]图2.6锥齿轮根据上述分析，带传动、链传动等都可实现预期目的，但考虑到本设计的整体结构要紧凑，综合考虑机器更易执行转动动作，并能够在动作中给构件施加较大的力，因而不考虑齿轮齿条机构以及会产生死点的曲柄滑块机构。经对比分析之后，选用带传动和直齿圆锥齿轮传动，不仅可实现传递运动及动力的目的，还可使整体结构紧凑。2.2.3检测装置光电传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电传感器一般由光源、光学通路和光电元件三部分组成。光电检测方法具有精度高、反应快、非接触等优点，而且可测参数多，传感器的结构简单，形式灵活多样，因此,光电传感器在检测和控制中应用非常广泛。31 聊城大学本科毕业设计图2.7光电传感器工作原理：光电传感器是通过把光强度的变化转换成电信号的变化来实现控制的。光电传感器在一般情况下，有三部分构成，它们分为：发送器、接收器和检测电路。发送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。光束不间断地发射，或者改变脉冲宽度。接收器有光电二极管、光电三极管、光电池组成。在接收器的前面，装有光学元件如透镜和光圈等。在其后面是检测电路，它能滤出有效信号和应用该信号。此外，光电开关的结构元件中还有发射板和光导纤维[5]。分类和工作方式：槽型光电传感器，把一个光发射器和一个接收器面对面地装在一个槽的两侧组成槽形光电。发光器能发出红外光或可见光，在无阻情况下光接收器能收到光。但当被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作，输出一个开关控制信号，切断或接通负载电流，从而完成一次控制动作。槽形开关的检测距离因为受整体结构的限制一般只有几厘米。对射型光电传感器，若把发光器和收光器分离开，就可使检测距离加大，一个发光器和一个收光器组成对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。对射式光电开关的检测距离可达几米乃至几十米。使用对射式光电开关时把发光器和收光器分别装在检测物通过路径的两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。图2.8对射型光电传感器反光板型光电开关，31 聊城大学本科毕业设计把发光器和收光器装入同一个装置内，在前方装一块反光板，利用反射原理完成光电控制作用，称为反光板反射式(或反射镜反射式)光电开关。正常情况下，发光器发出的光源被反光板反射回来再被收光器收到;一旦被检测物挡住光路，收光器收不到光时，光电开关就动作，输出一个开关控制信号。扩散反射型光电开关，扩散反射型光电开关的检测头里也装有一个发光器和一个收光器，但扩散反射型光电开关前方没有反光板。正常情况下发光器发出的光收光器是找不到的。在检测时，当检测物通过时挡住了光，并把光部分反射回来，收光器就收到光信号，输出一个开关信号[6]。综合以上资料及经济性的考虑可选择对射型光电传感器。2.2.4控制装置离合器是一种在机械运转中，可将传动系统随时分离或结合的装置，在各类机械中得到广泛的应用。对其基本要求有：接合平稳，分离迅速而彻底；调节和修理方便；外廓尺寸小；质量小；耐磨性好和有足够的散热能力；操作方便省力。离合器类似于开关，接合或断离动力传递作用，离合器机构其主动部分与从动部分可以暂时分离，又可以逐渐接合，并且在传动过程中还要有可能相对转动。离合器的主动件与从动件之间不可采用刚性联系。离合器的工作原理：离合器的主动部分和从动部分借接触面间的摩擦作用，或是用液体作为传动介质（液力偶合器），或是用磁力传动（电磁离合器）来传递转矩，使两者之间可以暂时分离，又可逐渐接合，在传动过程中又允许两部分相互转动。电磁离合器，靠线圈的通断电来控制离合器的接合与分离。电磁离合器可分为：干式单片电磁离合器，干式多片电磁离合器，湿式多片电磁离合器，磁粉离合器，转差式电磁离合器等。电磁离合器工作方式又可分为：通电结合和断电结合。干式单片电磁离合器：线圈通电时产生磁力吸合“衔铁”片，离合器处于接合状态；线圈断电时“衔铁”弹回，离合器处于分离状态。干式多片、湿式多片电磁离合器：原理同上，另外增加几个摩擦付，同等体积转矩比干式单片电磁离合器大，湿式多片电磁离合器工作时必须有油液或其它冷却液冷却。31 聊城大学本科毕业设计图2.9电离离合器磁粉离合器，在主动与从动件之间放置磁粉，不通电时磁粉处于松散状态，通电时磁粉结合，主动件与从动件同时转动。优点：可通过调节电流来调节转矩，允许较大滑差。缺点：较大滑差时温升较大，相对价格较高。图2.10磁粉离合器转差式电磁离合器：离合器工作时，主、从部分必须存在某一转速差才有转矩传递。转矩大小取决于磁场强度和转速差。励磁电流保持不变，转速随转矩增加而剧烈下降；转矩保持不变，励磁电流减少，转速减少得更加严重。转差式电磁离合器由于主、从动部件间无任何机械连接，无磨损消耗，无磁粉泄漏，无冲击，调整励磁电流可以改变转速，作无级变速器使用，这是它的优点。该离合器的主要缺点是转子中的涡流会产生热量，该热量与转速差成正比。低速运转时的效率很低，效率值为主、从动轴的转速比，即η=n2/n1。摩擦离合器，31 聊城大学本科毕业设计是应用得最广也是历史最久的一类离合器，它基本上是由主动部分、从动部分、压紧机构和操纵机构四部分组成。主、从动部分和压紧机构是保证离合器处于接合状态并能传动动力的基本结构，而离合器的操纵机构主要是使离合器分离的装置。 在分离过程中，踩下离合器踏板，在自由行程内首先消除离合器的自由间隙，然后在工作行程内产生分离间隙，离合器分离。在接合过程中，逐渐松开离合器踏板，压盘在压紧弹簧的作用下向前移动，首先消除分离间隙，并在压盘、从动盘和飞轮工作表面上作用足够的压紧力；之后分离轴承在复位弹簧的作用下向后移动，产生自由间隙，离合器接合。液力离合器，用流体（一般用油）作传动介质，与机械式离合器相比，除传动特性有各种变化以外，还主要吸收因主动轴和从动轴转动而产生的振动和冲击。液力离合器的结构包括一个输入轴，具有一个增速齿轮系；一个工作液流腔，由一个叶轮、一个从动轮和一个叶轮壳构成；一个输出轴，带有从动轮，并且从动轮与叶轮可以操作地组合在一起；一般叶轮壳和叶轮由具有小比重和大应力承受范围的材料构成，以减小离心应力。图2.11液压离合器根据需要选用电磁离合器。由PLC来控制电机正反转，从而实现整个动作。图为机器的整体基本结构图，其中用离合器来实现互锁。31 聊城大学本科毕业设计图2.12机器的整体基本结构图1.电动机2.带轮3.离合器4.锥齿轮5.切片刀6.切丝刀7.V带8.传动轴3.主要结构的设计3.1电机的选择经查阅手册[7]及相关资料，刀盘轴转矩满足T〉5N.m，就能满足一般蔬菜的切削，并且刀盘转速反不宜太快，不仅不能保证质量，而且还存在安全隐患，所以初步选定转速为450r/min，转矩为T=15N.m。由于31 聊城大学本科毕业设计（式3.1）则（式3.2）由于考虑到电机需正反转，为了使用方便，选用三相异步电动机，额定电压是380V的。查阅机械课程设计手册，可选用小功率异步电动机Y系列，综合考虑电动机和传动装置的尺寸，质量以及传动比。采用V带传动，设计V带传动比为3即可，因此选定电动机的型号是Y802-4。基本参数为：额定功率0.75kw；电压380V；转速1390r/min。3.2V带的选择3.2.1带的选择,由机械设计手册[8]得，选普通V带A型带。3.2.2大小带轮基准的直径计算由于采用YC90L4电动机，传动比为3的方案。所以只需一级传动即可实现，设计V带传动比为3。由表13—7，取,（式3.3）由机械设计手册[8]，取。3.2.3验算带速（式3.4）V在范围内，合适。3.2.4V带基准长度Ld和中心距a初步选取中心距：（式3.5）取，得带长31 聊城大学本科毕业设计。（式3.6）查表[9]，对A型带选用计算实际中心距：（式3.7）3.2.5验算小带轮包角（式3.8）合适。求V带根数：需要传递功率为0.75KW，故选用两根[10]。3.2.6作用在带轮轴上的压力查得A型V带的单位长度质量为q=0.1kg/m[8]，故由公式得单根v带的初拉力=117N（式3.9）作用在轴上的压力（式3.10）3.2.7带轮的结构设计小带轮毂孔径，带轮基准直径故小带轮采用实心式，大带轮采用孔板式。小带轮其中：31 聊城大学本科毕业设计（式3.11）（式3.12）（式3.13）（式3.14）查得[8]：e=12±0.3mm，3.2.8大带轮的结构尺寸取大带轮轴和小带轮轴相同。则大带轮的参数如下：B=（z—1）e+2f=（2—1）×15+2×9=33mm(式3.15）（式3.16）（式3.17）（式3.18）≥1.5S=1.5×9.9=14.85mm(式3.19）≥0.5S=0.5×9.9=4.95mm(式3.20）（式3.21）取跟B一样的宽度33mm.在转速不是特别高的情况下，带轮的材料一般采用HT150或HT200。3.3主轴部件的设计3.3.1轴的材料选取和结构图选取轴的材料为45号钢，调质处理。根据轴上零件的安装、定位及轴的制造工艺，确定轴的结构如图：31 聊城大学本科毕业设计图3.1轴的结构图3.3.2计算主轴上的功率、转速、转距功率（式3.22）取三角带传送功率，则扭矩（式3.23）3.3.3初定轴的最小直径按照扭转强度来估算直径，公式如下：（式3.24）式中，C为由轴的材料和承载情况决定的系数，根据机械设计手册[8]查得45钢，C=118~106，考虑到轴还要承受一定的弯矩，取C=112；这里n应取最小值，考虑到圆盘刀具转速为0~500rpm，取n=467rpm，代入上式中得：考虑到大带轮加键，需要增大轴径，初定最小轴径20mm。此时，可初步确定连接大带轮的轴段直径d=20mm，据此可确定大带轮的结构形式为腹板式，辐板厚度S=10mm，其余结构尺寸如下：31 聊城大学本科毕业设计图3.2大带轮结构示意图轮毂直径，（式3.25）取。3.3.4轴的结构尺寸确定轴的两端分别与刀盘的从动轮相连接，所以取d1-2=d7-8=20mm。带轮及刀盘采用轴肩定位，且定位高度h>0.07d，d2-3=d6-7=25mm。考虑此处轴径，由轴承产品目录中初步选定整体有衬正滑动轴承，其尺寸为d×D×B=30×38×50,所以d3-4=d5-6=30mm。查机械设计手册[8]整体有衬正滑动轴承的轴肩高为4mm，所以d4-5=38mm由刀盘的尺寸和从动轮的尺寸确定L1-2=45mm，L7-8=20mm。由轴承的尺寸，可以确定L3-4=L5-6=50mm。根据轴承的装拆及便于对轴承添加润滑剂的要求，取L2-3=L6-7=45mm。根据轴的总体尺寸，取L4-5=105mm。3.3.5轴承的设计由轴的结构尺寸确定，安装轴承的轴直径是30mm。查机械设计手册[8]选取安装简单的整体有衬正滑动轴承。31 聊城大学本科毕业设计表3.1整体有衬正滑动轴承型号dDRBbLL1H≈hH1d1d2C质量/kg≈HZ030303830504015011070352018.5M10×11.51.7其主要外形安装尺寸如图图3.3整体有衬正滑动轴承3.3.6轴的校核(1)按扭转强度计算，用于只承受转矩的传动轴的精确计算，也可用于既受弯矩又受扭矩的轴的计算。其强度条件为：（式3.26）式中：为轴的扭切应力，T为扭矩，为抗扭截面系数，对圆截面（式3.27）为传递的功率，为轴的转速，为轴的直径，为许用扭切应力。所以，把相关的数据带入公式中得：31 聊城大学本科毕业设计由于轴的选材为45号钢，所以查表[8]可知45号钢的许用扭切应力为，=25～45MPa。经校核设计的轴符合转矩要求(2)按弯扭合成强度进行校核径向力：（式3.28）（式3.29）1）垂直面的支承反力（图b）由得（式3.30）由得（式3.31），2）求水平面的支承反力由得（式3.32）由得（式3.33），3）绘垂直面的弯矩图（式3.34）（式3.35）（式3.36）4）绘水平面的弯矩图同理可得(式3.37）31 聊城大学本科毕业设计（式3.38）（式3.39）5）求合成弯矩图（式3.40）（式3.41）（式3.42）31 聊城大学本科毕业设计图3.4轴的载荷分析图6）求轴传递的转矩31 聊城大学本科毕业设计由（1）扭矩的校核可得扭矩7）校核轴的强度校正系数α=0.6从图可见，B-B截面最危险，其弯矩为（式3.43）（式3.44）（式3.45）(式3.46)(式3.47）轴材料为45号钢，调质处理，由资料查[9]得许用弯曲应力=60MP，则轴弯曲强度满足条件。完成了轴的弯扭合成强度校核。3.4切刀部分的设计3.4.1切片刀的设计为防止生锈和保证机体有足够的强度和硬度，采用通用不锈钢型号SUS304进行制造，切片刀的形状[11]如图31 聊城大学本科毕业设计图3.5切丝系统1.传动轴2.切片刀3.挡板4.弹簧5.调整螺母6.切丝刀图3.6切片刀31 聊城大学本科毕业设计刀面要进行研磨，保证刀片的锋利及合适的粗糙度，以使切出来的蔬菜丝表面细致光滑，由良好的口感。刀片要装在刀柄上，以保持与主轴的垂直度。刀柄的结构及尺寸图3.7刀柄的结构3.4.2纵向小割刀的设计要防止生锈和保证机体有足够的强度和硬度，采用通用不锈钢型号SUS304进行制造。由于切丝机的设计要能切出来不同粗细的蔬菜丝，这就要求在调整切片刀的同时，还要通过纵向割刀的更换来实现。首先，纵向割刀采用标准化设计，能方便的从到盘上取下和装上。纵向割刀制成上面小刀片间隙r从0～10mm的刀系列。其形状和基本尺寸如图31 聊城大学本科毕业设计图3.8纵向小割刀3.4.3刀盘部分的设计刀盘是蔬菜切削平面接触的面，其保持清洁和不生锈是很重要的，材料也选用不锈钢型号SUS304。刀盘是和切片刀一起确定切片厚度的关键部件，它与道是同步转动的，与到轴向对齐的地方，开洞，以是切出来的蔬菜片和蔬菜丝甩出来。它开的另一个洞石用来安纵向割刀的。其结构及尺寸[12]如图图3.9刀盘3.4.4刀盘套筒的设计31 聊城大学本科毕业设计刀盘套筒是切片刀定位及刀盘安装的部件，套筒内外都开有键槽，分别用于和轴及刀盘进行周向定位。但盘可以在套筒上面轴向滑动，此举在与弹簧配合调整切片刀与刀盘的间隙，以达到切出任意薄厚的片，不同粗细的丝。套筒的外形及尺寸图3.10套筒3.5机体的设计3.5.1机架及机体壁的设计机架采用角钢焊接，牌号为3，在安轴承座的地方采用牌号为4的角钢。机架的设计应充分的烤炉到轴、电动机的安装，刀盘的尺寸等。为减轻机体重量，机体壁采用薄铁板。3.5.2进料斗及下料斗的设计为防止生锈，故进料斗采用不锈钢型号SUS304进行制造。进料斗的结构31 聊城大学本科毕业设计图3.11下料斗下料斗采用楔形，能够使蔬菜贴紧刀盘，提供足够的切削力。下料斗也采用通用不锈钢型号SUS304进行制造，这样也能保证机体有足够的强度和硬度[13]。3.6PLC3.6.1PLC简介PLC是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。[14]基本构成为：（1）电源，可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。（2）中央处理单元(CPU)，31 聊城大学本科毕业设计中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。[2]（3）存储器，存放系统软件的存储器称为系统程序存储器；存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。（4）输入输出接口电路，现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。[15]（5）功能模块，如计数、定位等功能模块。（6）通信模块。图3.12通信模块3.6.2光电传感器与PLC光电信号作为PLC输入信号的开关量，当有光电信号时PLC的信号点就会动作。采用两线制光电传感器[16]，两线制（即只有2根线）一般接法：一根接PLC输入的COM端，另一根接PLC输入端。图3.13PLC与两线式传感器的连接31 聊城大学本科毕业设计3.6.3PLC控制三相异步电动机正反转表3.2三相异步电动机正反转PLC控制I/O端口分配表输入电器输入点输出电器输出点停止按钮SB1X124V正转接触器KA1Y1正转按钮SB2X224V反转接触器KA2Y2反转按钮SB3X3380V正转接触器KM1热继电器触点FR1X0380V反转接触器KM2热继电器触点FR2X4图3.13I/O接线图三相异步电动机正反转PLC控制的梯形图、指令表图3.14三相异步电动机正反转PLC控制31 聊城大学本科毕业设计三相异步电动机正反转PLC控制的工作原理：I/O接线图中，SB为停机按钮，SB1为正转启动按钮，SB2为反转启动按钮，KM1为正转控制接触器，KM2为反转控制接触器，PLC控制的工作过程，参照其I/O接线图和梯形图，过程如下：1)正转启动过程点动SB1→X2吸合→A区X2闭合→Y1吸合－→Y1输出触点闭合→KM1吸合→电动机正转→B区Y1闭合→自锁Y1→C区Y1分断→互锁Y2点动SB2→X3吸合→C区X3闭合→Y2吸合－→Y2输出触点闭合→KM2吸合→电动机反转→D区Y2闭合→自锁Y2→A区Y2分断→互锁Y12)停机过程点动SB→X1吸合→A区X1分断→Y1释放→各器件复位→电动机停止4.总结5.这次设计还是费了一番功夫的，其实功夫应该说是下在对实现方案的思索上，每次方案的改进也是建立在查阅资料，不断学习，认真思索的基础上的。首先是切刀方案的选择，原先是考虑的两个刀片进行切削，一个刀片先将萝卜切成片，萝卜片在重力作用下滑落下一个切刀处，由下一个切刀切成丝。但是，如果只是单单切片的话就得把横向刀片卸掉，后经老师指导，说这样的方案在机器操作时太过麻烦，尤其是在进行切丝时，还有就是这样的方案，生产率不高，效率低，操作时也伴随着危险性。后经查阅资料和老师的指导，改为两个进料口两把切刀，这样就解决了问题。31 聊城大学本科毕业设计而后又是萝卜丝粗细的调节遇到了难题，其实调节并不难实现，关键是要操作方便。也存在切刀和下料斗壁间隙的问题，这也很是个问题，这是保证萝卜切削的最后部分能否完成切削的关键问题。通过更换纵向割刀当然能够实现，但必要时候还是要调节切片刀的。如果在刀盘上通过螺钉进行刀片的调节，刀盘与轴位置固定，则保证间隙就需要调整下料斗壁与刀盘之间的间隙，也不是很方便，两个地方都要调节。最后决定将切片刀与轴位置固定。调整刀盘在轴上的位置来实现切片的薄厚，这也是切丝粗变细改的关键之一。再一个就是原来的设计是手摇式，但这样操作太费力，实用应不高，后改为自动式，由电机作为动力源，来驱动切刀运动。本机最大的创新点就在于采用PLC来控制电机正反转,与离合器配合使两切刀实现互锁，当电机正转时切片刀运动，切丝刀锁住。反之，电机反转时切丝刀运动，切片刀锁住。另外，在进料口处配有传感器，当进料时传感器接受并发出信号，传至PLC来控制电机运动。这是方案的制定过程，其次在画图方面及设计方面自己也遇到了不少的阻力。这也是我意识到了自己的知识面还太窄，专业知识也不够扎实。今后我会不断充实自己。由于时间仓促，加上水平有限，失误之处在所难免。设计的表达方法也可能会有欠佳之处，诚恳的希望各位老师批评指正。31 聊城大学本科毕业设计参考文献[1]王琛，王进华，陈佰杰，等.甜菜打缨切顶机的研究[J].农机化研究，2013，13(2):157-159.[2]鲍乐祥，郑明刚，姜志方，等.基于PLC与MCGS的切菜机控制系统[J].机电产品开发与创新，2011，11（3）:169-170.[3]冯永刚.QC-5001型多用切菜机的研制与开发[J].机械设计，2013，01（3）:85-88.[4]周良墉.YG-8型土豆切丝机[J].湖南农业，2007，42(1)：18～19.[5]周峻雄.新型切菜机和电搅机[J].食品与机械，1992，01（1）:36-39.[6]章军，张念龙.手动豆腐干丝加机设计[J].粮油加工与食品机械，2003，47(4):3～4.[7]许晓峰.电机拖动[M].北京：高等教育出版社，2007：21～23.[8]机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2004：112～114.[9]张伟社.机械原理[M].西安：西北工业大学出版社，2001：121～122.[10]陈立德.机械设计基础[M].北京：高等教育出版社，2007：75～78.[11]陈禄庆.萝卜切丝机的设计[D].新疆：新疆工业高等专科学校，2012，08:75-77.[12]郭俊先，努尔夏提•朱马西，梁勤安.饲用甜菜切丝机的试验研究初探[J].新疆农业大学学报，2004，27（1）：65～68.[13]余永江，张惠娟.转鼓式切丝机与平盘式切丝机性能分析[J].广西蔗糖，2007，47(2):31～34.[14]任显云，侯明亮，王益强.多功能块根状蔬菜加工机的研制[J].青岛农业大学学报(自然科学版)，2008，11（1）:61-63.[15]张大可，张冬化.多功能食品加工机的选与用[J].河南科技，2002，18（3）:29-31.[16]战晓林，陶学恒，李玉光.食品机械中自动切割装置的研发[J].包装与食品机械，2011，12（4）:47-50.31 聊城大学本科毕业设计致谢本文是在导师老师的精心指导和亲切关怀下完成的。导师严谨求实的治学态度、兢兢业业的工作作风、理论与实际密切结合的工作方法，这一切都给我以深刻的教育和熏陶，使我受益匪浅，在论文完成之际，谨向导师穆以东老师致以最衷心最诚挚的感谢！最后，感谢所有帮助过我的老师、同学和朋友！31'