3、机；全自动；PLC；厚度调整AbstractInthedesignprocessofautomatichomeShreddersoverallstructure,includingdesignofthetransmissionmechanism,thecuttingmechanism,thecontroldevice,thedesignprinciplesofthemaincomponents,andcheckingpartofthedesignresults.InthedesignoftheShredder
4、,therearetwofeedports,savingtoolchangetimeofslicingandshredding,andinletwithsensors,automaticallyopenaftercutting,moreintelligent,humane.ThemachinewithaPLCcontrolsystemthatallowsboththecutterworkingalone,savesresources.Thewholeinstitutionusesverticalarran
5、gement,compact,andusesthemotorasapowersource,savingtimeandeffort.Inthedesignofenergy,re-selectedthepowersource,improvedcuttingmethod,notonlyenhancestheprocessingcapacityofthehomeslicecutters,butalsoimprovesthesafetyofuse.Keywords:cuttingmachine;automat
6、ic;PLC;thicknessadjustment目录TOCo1-3hu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
8、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
10、器的使用性能和保证机器的工作质量。22.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。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
11、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.
13、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。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
14、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。图2.5连杆机构齿轮机构是现
15、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
17、、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
18、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，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
19、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
20、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
21、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。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
22、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=n2/n1。摩擦离合器，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
23、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
25、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137，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
26、和中心距a初步选取中心距：（式3.5）取，得带长。（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/m8，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：（式3.11）（式3.12）（式3.13）（式3.14）查得8：e=120.3mm，3.2
27、.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=（z1）e+2f=（21）15+29=33mm(式3.15）（式3.16）（式3.17）（式3.18）1.5S=1.59.9=14.85mm(式3.19）0.5S=0.59.9=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：图3.1轴的结构图3.3.2计算主轴上的功率、转
28、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=118106，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0500rpm，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：图3.2大带轮结构示意图轮毂直径，（式3.25）取。3
29、.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h0.07d，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dDB=303850,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
30、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。表3.1整体有衬正滑动轴承型号dDRBbLL1HhH1d1d2C质量/kgHZ030303830504015011070352018.5M1011.51.7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
32、轴的载荷分析图6）求轴传递的转矩由（1）扭矩的校核可得扭矩7）校核轴的强度校正系数=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切片刀刀面要进行研磨，保证刀片的锋利
33、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010mm的刀系列。其形状和基本尺寸如图图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SUS
34、304。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
35、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
36、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)，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
37、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
38、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
39、感器的连接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