1、1由于部分原因，说明书已删除大部分，完整版说明书，CAD图纸等，联系 153893706 红薯切砣机的设计摘 要：红薯切砣机是一种重要的食品加工机械，红薯切砣加工是食品加工中的一项重要工艺。随着国民经济的快速发展和人民生活水品的不断提高，红薯的衍生品的开发成为关系民生的重大课题，传统的人工切削不仅劳动强度大，而且加工效率低，采用一次送料，自动完成的三维切削加工技术是薯类加工机械的发展方向。该论文针对国内现有切砣机结构复杂,出料不流畅及因参数不匹配造成在切削大丁时丁断面弧形大,倾斜度大等问题，采用理论分析及虚拟样机技术，开展了新型红薯切砣机的设计。关键词：刀具；红薯切砣机；传动系统；切削；The
2、 Design of The Sweet Potato Cuts MachineAbstract：Sweet potato cutting machine is a kind of important food processing machinery,sweet potato cubes in food processing is an important technology.With the rapid development of national economy and improvement of living standards of peoples,sweet potato d
3、erivatives development become the major issue of peoples livelihood,traditional manual cutting not only the labor intensity,the traditional manual cutting has large labor intensity,use of a feeding,automatic completion of three-dimensional cutting technology is the direction of 2development of potat
4、o processing machinery.This paper proposes that the existing cutting machine has complex structure, the discharge is not smooth and the parameter mismatch caused in masses of large section cutting, inclination and other issues,using theoretical analysis and virtual prototype technology,carried out t
5、he design of the new sweet potato cutting machine.Keywords：T ool；S weet potato cuts machine；Transmission；Cut ；1 前言1.1 选题研究目的和意义红薯含有丰富的糖、纤维素和多种维生素营养，其中 -胡萝卜素、维生素 E 和维生素 C 尤其多。特别是红薯含有丰富的赖氨酸，而大米、面粉恰恰缺乏赖氨酸。红薯可谓是粮食和蔬菜中的佼佼者，吃红薯不仅能减肥，还能调理消化功能，越来越受到人们的喜爱，它在市场上的价格和需求也逐步上升。红薯切砣机在食品加工厂、宾馆、饭店、团体食堂、学校等有加工需求的加工场所
6、发挥着重要作用。传统的手工加工方法工作效率低下、劳动强度大、食品的卫生安全不能保证，不能满足蔬莱食品大规模生产要求。因此，为了提高了果蔬鲜切加工效率，保证红薯切加工质量和食品的原有风味。国内外广泛开展了以三维切割加工方式为主的切砣机研制开发 1。以期实现连续供料、依次切片、切丝、切丁的三维加工模式，并可以通过调整刀具的规格和速度等参数来调整产品的规格。本文在了解了红薯物理机械特性的基础上，从三维切砣机各工作部件的理论分析出发，对三维切砣机的结构及工作参数进行合理的设计。为三维切砣机国产化提供技术支持，满足国内企业大规模加工薯类、水果、蔬菜的需求 2。这项工作对于降低我国果蔬加工成本、提高产品质
7、量及我国果蔬加工业在世界果蔬加工业中的实力地位具有重要而深远的意义。1.2 国内外研究动态和现状红薯切砣机设计生产在我国已形成产业化，有比较成熟的产品，包括全自动的红薯切砣机，大型切砣机和小型切砣机，机器结构紧凑，运转平稳，工作可靠，省电耐用，方便快捷，切砣机高效卫生，操作方便，切砣机外壳采用铝镁合金及不锈钢材料，防腐，美观，符合卫生标准。机器主要有底座，壳体，拨盘，立刀，丝刀体，大型切砣机横切断刀体，传动系统和电器控制系统组成。3我国对薯类切加工技术与装备研究起步晚，基础研究非常薄弱。近年来尽管我国的薯类加工业取得显著进步，但与国外先进切砣机相比，我国鲜切设备在切砣尺寸及其质量上仍存在不足。
8、对果蔬鲜切加工核心技术还没有真正掌握，一些核心的技术仍掌握在国外手中。从而造成先进的果蔬切割机械被国外产品所垄断，使我国果蔬食品加工企业承担了高额的设备购置成本和使用成本 3。 红薯切砣机使用时噪音大，常用零件易磨损，红薯表皮的液体有一定的粘度和腐蚀性，国内外对切削部件研究主要集中在切削部件工作时刀片刃形即正切、滑切对切片性能和切刀寿命的影响、切削过程中切刀的受力情况以及切削机械的动力学等方面的研究 4。在果蔬加工过程中，对于三维切砣机的切削部件及其对物料切割质量的影响等方面的研究却进展缓慢。国内三维切砣机的设计主要通过引进国外机型进行消化、吸收，而对其关键技术没有真正掌握。与国外先进切砣机相
9、比，我国的鲜切设备还存在结构复杂，出料不流畅等缺点。由于三维切砣机参数不匹配问题造成的只能切出小砣，而在切制大砣如马铃薯砣、红薯砣时普遍存在断面不平整缺陷 5。美国Urschel公司研制的G-A型果蔬切砣机，采用离心切削法切片，圆盘刀或栅形刀切丝，最后由条刀切砣的三维切割加工工艺 6。由于该切砣机可实现连续喂料、分步连续加工作业成型，从而大大提高了机械加工效率和加工质量。比利时FAM水果二维带式切丁机、切条机 7，其工作原理为：被切割的片状产品通过压轮喂入到切割刀，圆盘切割刀将产品切割成条（产品本身的厚度）,之后横切刀再将产品切成砣。2. 切砣机总体方案的确定2.1 切砣机的组成三维切砣机主要
10、由机架、电机、齿轮箱、离心切片总成、圆盘刀总成、条刀总成、带传动，链传动等组成。2.2 整机结构设计新型三维切砣机 8工作原理如图1所示：切砣工作时，首先将需加工的果蔬物料1从进料斗不断加入离心切削滚筒内，电机通过同步带带动推进器2、切丝4圆盘刀5和切砣条刀总成6高速旋转。物料在离心力的作用下，随推进器上挡板3紧贴外壳内侧运动至切片刀4，即被切片刀切下一片并沿切片刀从离心滚筒外壳前方可调整的门移出，切片厚度由切片刀与门末端离心切削滚筒内壁之间的开口间距决定：切片沿切片刀移至旋转的切丝圆盘刀总成被切成长条状，通过调整切丝圆盘刀间的间距改变切条尺寸；紧接着物料移至旋转的切砣条刀总成，被切割成砣块状
11、，通过更换切砣条刀刀架并改变刀的数目即可得到立方块、长方块及其它预设尺寸。具体如图1所示 1红薯 2推进器 3挡板 4切片刀 5切丝圆盘刀 6条刀总成 7切砣条刀 图1 切砣机工作原理图 Fig.1 Cut machine schematic3 传动系统参数设计3.1 总体传动方案的确定为避免果蔬加工过程中受到污染，切砣机传动装置设在切砣机的一侧，由隔板将其与果蔬加工区域隔开。选择传动方案时，要保证工作可靠，结构简单紧凑，易加工，易维护，成本低，效率高。切砣机的主要传动系统方案如图2所示。5图2 切砣机的主要传动系统 Fig.2 The main drive system of the cut
12、 machine 3.2 离心切削滚筒推进器最小工作转速分析当物料由外界输送到滚筒1内，在推进器内侧有六个挡板，在挡板带动下，物料做回转运动。当推进器转速达到一定值时，由于离心力的作用，物料会紧贴在滚筒1的内壁。当经过固定在滚筒上的切片刀时，物料被切片刀切割，实现切片动作。其中，盖板（调整门）4通过具有一定柔性的连接板3与滚筒1相连，通过偏转盖板，改变盖板与切片刀之间的距离实现切片厚度的调节 9。如图3。 1滚筒 2推动器 3连接板 4盖板 5梳齿板 6连接螺栓 7切片刀图3 离心切削滚筒结构简图Fig.3 Structural diagram of centrifugal cutting d
13、rum63.2.1 离心切削受力分析物料在离心切削滚筒内的受力情况 10如图4所示，其中物料受到滚筒内壁及挡板的摩擦力为 ， ，滚筒内壁的作用力 ，挡板作用力为 。 1f2 1N2N图4 红薯在离心切削滚筒内的受力分析Fig.4 Mechanical Analysis of sweet potato in centrifuge cutting drum物料在离心切削滚筒内的动力平衡方程：此处已删除切砣机工作部件的结构参数及工作参数确定后，若要改变切砣规格，需调节离心切片机构中调整门与切片刀出口间距，切丝圆盘刀片间距及切砣条刀数目。切砣机切砣条刀总成上共有n把刀，则相邻两把刀的角度间隔为2/n
14、。切砣条刀以角速度W3 作匀速转动。当相邻两把条刀刀尖切至同一点时，其时间间隔t：2T/nW3 。同时，条状物料沿切片刀向下位移s=V1t 14，如图9所示。7图9 切砣长度示意图Fig.9 Cut the ram length of the schematic因此，可得出切砣的长度规格为：(45) n1R2nvs31311 L12.2 离心切片总成设计考虑到切砣机的进料量，推进器外径选取Q300 mm。滚筒内壁与推进器相配合，因此滚筒内径为Q300 mm。滚筒通过螺栓与机架相连，故取滚筒外径为Q340 mm。推进器内设有若干挡板，挡板距外壁边缘距离应不大于1,5mm，数量为n，挡板径向夹角a
15、设为30度，挡板长度L设为66mm时，所切物料厚度 = aLhcos57.16 mm，满足物料的要求。 图10 推进滚筒结构示意图Fig.10 Promote the drum structure diagram8对红薯块茎长径、中径和短径等形状尺寸特征的统计分并综合考虑切砣机生产效率及推进器加工安装方便，最后确定推进器内设挡板数量为六个，Lmax=2R/6=209mm，相邻两挡板末端垂直距离D为100mm，满足大多数瓜果蔬菜的切削要求。离心切片总成采用推进器送料，离心切削法实现果蔬的切片，主要由推进器、滚筒、切片刀和切片厚度调节装置等组成，如图所示。工作时，推进器高速旋转，物料随推进器作旋转
16、运动，在离心力作用下贴紧滚筒内壁，经过切片刀时完成物料的切片动作 15。12.3 切丝圆盘刀总成设计切砣机的圆盘刀总成实现将物料切成丝状。圆盘刀片刀片直径为Q80mm。通过更换圆盘刀总成，改变圆盘刀片之间的间距，可以实现丝的大小变化。通过拆卸圆盘刀总成，由定刀切片和切砣条刀可以加工条状物料 16。为满足切砣机切制不同尺寸丝的需要，要求圆盘刀总成能方便地拆装，为此设计了一种新型的圆盘刀总成与刀座的连接结构。12.4 切砣条刀总成设计切砣条刀与刀架之间的安装固定方案有两种，如图所示。方案一：装刀时挨个将刀片用螺钉固定在刀架上。方案二：装刀时直接将所有刀插到刀架上的刀槽中，然后在刀架两端面用两个端盖
17、将所有的刀子夹紧即可。对于方案一，其优点在于刀具的结构比较简单，加工方便；但一般切砣机都有几十把的刀具，装刀时需挨个将刀片用螺钉固定，卸多把刀时又需挨个将螺钉松开。因此，采用这种方案，装刀和卸刀非常麻烦，操作费时费力。而对于方案二，刀具结构也比较简单，装刀时直接把刀插到刀槽中，用两端盖兴紧就行，卸多把刀时把一边的端盖拿掉，将刀子拔出即可，操作简便。因此本设计选择笫二种方案。9方案一 方案二 图11 条刀安装固定方案图Fig.11 Article knife mounting method diagram为了能够将刀具更好的固定在刀架上，在条刀的两侧分别开V 形槽，条刀的截面形状如图12所示。根
18、据上述连接方案的选择，刀架的截面形状就是图11中的右图去掉刀具后的图形。图13为刀架的轴向视图，两侧V 形槽作用是跟条刀上的V形槽对齐，方便将刀具固定在刀架上。端盖一侧凸出的 V字形是用来跟条刀及刀架两端凹进去的V槽配合，以便把刀子固定在刀架上，如图 14所示。图12 条刀形状Fig.12 Article knife shape图13 刀架结构图 图14 条刀端盖图 Fig.13 Turret structure chart Fig.14 Article knife end cap Figure 切砣条刀总成结构如图15所示，设计切砣条刀刀尖轨迹半径为R60mm，切砣机通过更换条刀刀架并改变切
19、砣条刀的数目即可得到不同尺寸大小的砣块。 条刀刀角度n可分为两种情况，如图15所示，一种是a90，另一种是a 900。现在假设条状物料静止不动，切砣条刀总成转动对其进行切割。当a90。时，在整个刀具切割物料过程中刀尖点水平位置始终比刀背面A水平位10置低，因此会造成刀背面A挤压上截面，影响截面的切割质量 17。当a 90时，切割物料过程中刀尖点水平位置一直比刀背面A水平位置高，不会出现以上情况。由此可见，若条状物料以一定速度向下运动时，为避免条刀的刀背面挤压切砣的截面，刀具角度不能选d900，应该使刀具的角度大于a 900。图15 条刀刀刃角度对比Fig.15 Article knife bl
20、ade angle contrast13 红薯切块机整机结构根据三维切砣机设计方案，机体就是由机座和箱体焊接而成，材料为HT200,箱体的安装传动轴的，为了减少整个机体的重量，采用机座把箱体支撑起来,再把箱体和箱盖相连接，使得整体结构更简单、合理、稳定，减少震动 18。机座的下面安装电机，比带轮设置在机体外面，这样方便调节比带轮的松紧，检查皮带的安装是否到位。14 本设计的优点 此新型三维切砣机可以实现一机多能，既能切片，又能切丝、切砣。当将切砣机切丝圆盘刀和切砣条刀同时卸除，切砣机可咀单独进行切片；当卸除切丝圆盘刀或切砣条刀时，切砣机可以满足切丝要求，且通过切片刀切片和波纹状条刀可以加工得到
21、波纹条；当三个工作部件同时工作，切砣机可以用来切砣。同时该切片机结构简单，体积小，重量轻，生产效率处于大型接卸与手工劳动之间。15 存在的不足和建议由于切砣机切砣过程是一个复杂的运动学 19，动力学过程，加上研究条件11和时间的限制，因此本文在研究过程中不可避免的会存在一些缺点和不足。物料在被切削过程中受到工作部件复杂力的作用，产生变形，使实际切削产品与理论分析及仿真结果有一定的差距。建议在以后的研究中，增加对物料变形情况的分析模拟，使结果更加接近真实情况。在切砣机工作过程中，工作部件对物料造成一定的冲击，使切得的块存在少量破碎的问题。建议在以后的研究中，完善切块机结构，这对进一步提高切砣质量
22、是很有意义的。16 总结确定了红薯切砣机的总体方案，设计出红薯切砣机的切削机构包括离心切片机构、切丝圆盘刀总成、切砣条刀总成，并对切砣机传动系统参数、齿轮参数、主动轴的设计进行了设计，确定红薯切块机的整机结构。通过分析离心切削滚筒内物料的受力情况，确定了物料在推进器带动下能够紧贴滚筒内壁运动需满足的推进器最小转速为133.3r/min。毕业设计是每一位大学生的必修课,它要求学生独立的思考问题,并将在大学期间所学的知识进行归类和深化；能够多方面的提高学生的能力，为进入社会做足准备。通过本次设计，使我运用各种机械绘图软件 20的技能得到了很大的提高，也正是运用了这些绘图软件，才使得我的整个设计过程
23、大大简化了，设计的速度也得到了很大的提高。通过这次毕业设计，相信不光是我，其他同学也会有同样的体会，虽然在这次设计中自己学到了很多的东西,取得一定的成绩,但同时也存在一定的不足和缺陷,我想这都是这次设计的价值所在,以后的日子以后自己应该更加努力认真,以冷静沉着的心态去办好每一件事情。这次设计过程中，我查阅了大量的书籍和资料，把大学所学的知识全部的串在了一起，熟悉了机械设计的方法和流程，特别是思考问题和解决问题的能力，也使得我所学的知识和能力得到进一步的提高，同时学到了很多以前没有接触过的新知识，提高了独立思考能力。感谢各位老师的教导和关心，我坚信有您们的支持，我们定能做出一番成绩，全体毕业生都
24、能得到一个很大的提高，也将能应付走入社会将遇到的各种困难。总之，这次毕业设计让我受益匪浅。参考文献1葛毅强,陈颖,张振华等我国果蔬加工业发展之管见J食品科学，2005，26(7): 270-274122黄光荣切割果蔬保鲜J.食品科技，2000，(3)：28-293祁景瑞，胡文忠，姜爱丽等，果蔬切割加工与保鲜技术研究进展J.保鲜与加工，2005，5(4):7-94周会玲鲜切果蔬的加工与保鲜技术J.食品科学，2001，22(8): 82-835李崇光，章胜勇，中美两国马铃薯产业的对比分析J.北京农业，2008: 21-236ChoudhuIyS K Appa Rao IV R.Optimizati
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28、悉心指导下，我不仅对以前所学的知识更熟练更扎实，而且更开阔了视野，更深入，也在怎样处人处事上受益匪浅；同时高老师对工作的热情、一丝不苟、认真负责、有条不紊、实事求是的态度，给我留下了深刻的印象，也是我以后参加工作的学习榜样，在此向高老师表示衷心的感谢和深深的敬意。同时，我还要感谢为我授课的各位老师，是他们的传道、授业、解惑，让我学到了知识，培养了能力。感谢辅导员曾老师，他在学习上和生活上给了我很大的帮助；也感谢我的同学，感谢他们的帮忙和支持，感谢所有帮助过我的人！谢谢！附录附录1：红薯切砣机装配图A 0附录2：红薯切砣机切削滚筒总成图A 1附录3：红薯切砣机链轮传动图A 3附录4: 红薯切砣机主动轴图A 2附录5：红薯切砣机大带轮图A附录6：红薯切砣机小带轮图A 3附录7：红薯切砣机主轴上端盖图A 4附录8：红薯切砣机轴下端盖图A附录9：红薯切砣机轴承固定端盖图A 3附录10：红薯切砣机轴承端盖图A附录11：红薯切砣机切砣刀片图A 4附录12：红薯切砣机大齿轮图A 2附录13：红薯切砣机小齿轮图A 3
