0006-春卷自動(dòng)生產(chǎn)線上餡料自動(dòng)計(jì)量定形部分的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【全套6張CAD圖+文獻(xiàn)翻譯+說(shuō)明書(shū)】
0006-春卷自動(dòng)生產(chǎn)線上餡料自動(dòng)計(jì)量定形部分的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【全套6張CAD圖+文獻(xiàn)翻譯+說(shuō)明書(shū)】,全套6張CAD圖+文獻(xiàn)翻譯+說(shuō)明書(shū),春卷,自動(dòng)生產(chǎn)線,上餡料,自動(dòng),計(jì)量,定形,部分,部份,機(jī)械,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),全套,cad,文獻(xiàn),翻譯,說(shuō)明書(shū),仿單
1.導(dǎo)言
民以食為天,飲食的健康與多樣性一直是人們關(guān)注的主題。而隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)繁榮和中國(guó)技術(shù)的進(jìn)步，食品機(jī)械在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中所占的比重也是越來(lái)越高，我國(guó)傳統(tǒng)美食有很多都已經(jīng)可以用食品機(jī)械大批量生產(chǎn)，可以滿足更多人的需要，并且降低成本，解放了手工勞動(dòng)力。我們的課題就是與傳統(tǒng)美食相關(guān)的的食品機(jī)械的設(shè)計(jì)。
1.1 課題來(lái)源
近年來(lái)隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)繁榮，實(shí)體行業(yè)高速發(fā)展，特別是機(jī)械行業(yè)，生活中與機(jī)械相關(guān)的新聞屢見(jiàn)不鮮，比如大學(xué)生自制3D打印機(jī)，學(xué)校食堂機(jī)器人刀削面，以及送餐機(jī)器人的發(fā)明……讓人們相信一個(gè)更加工業(yè)化和智能化的時(shí)代即將到來(lái)。
另一方面中國(guó)是個(gè)美食天堂，但是現(xiàn)代人生活節(jié)奏很快，許多國(guó)外快餐行銷全國(guó)，既不符合我國(guó)飲食文化又不健康，而我們的傳統(tǒng)美食卻很大一部分要靠人力來(lái)完成，未能實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，難以滿足國(guó)人的需求，且很難打出國(guó)際影響力的民族品牌，因此我們機(jī)械在食品行業(yè)特別是傳統(tǒng)食品生產(chǎn)方面還有很大的空白和潛力。
我們生活中發(fā)現(xiàn)水餃、湯圓、月餅等生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備已經(jīng)非常成熟，而像包子、春卷等還是依靠人的手工，因此我們決定做春卷的工業(yè)化生產(chǎn)設(shè)備設(shè)計(jì)。
春卷，是中國(guó)的傳統(tǒng)食品之一，隨著社會(huì)的發(fā)展和人民生活水平的逐步提高，這一傳統(tǒng)食品不僅越來(lái)越受到中國(guó)人民的青睞，也逐漸博得許多外國(guó)人的好評(píng)。因此，國(guó)內(nèi)外都對(duì)春卷的需求量日益增加。然而，多年來(lái)，我國(guó)的春卷生產(chǎn)一直停留在落后的手工生產(chǎn)水平，生產(chǎn)效率低下，根本不能滿足當(dāng)前的社會(huì)需要。不僅勞動(dòng)量大而繁重，而且在質(zhì)量方面和許多標(biāo)準(zhǔn)有偏差，質(zhì)量難以得到提高。盡管，近兩年來(lái)，國(guó)內(nèi)已有春卷皮機(jī)問(wèn)世并投產(chǎn)，為這一傳統(tǒng)的手工操作減輕了很大的負(fù)擔(dān)，但春卷的成型仍舊依靠手工實(shí)現(xiàn)，并未完全擺脫手工操作。顯然，這與人們?nèi)找嬖龈叩馁|(zhì)量和衛(wèi)生要求不相適應(yīng)。與此同時(shí)，機(jī)械化、自動(dòng)化生產(chǎn)已被廣泛運(yùn)用于各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域，因此改變手工成型春卷勢(shì)在必行。面對(duì)目前國(guó)內(nèi)外春卷成型機(jī)全自動(dòng)化程度不高，設(shè)備有待改進(jìn)的情況，我們提出了設(shè)計(jì)課題，力求設(shè)計(jì)出來(lái)的機(jī)械能夠滿足人們的高要求，即高質(zhì)量，高衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的春卷。
我們的設(shè)計(jì)原則是低成本，高效率，安全耐用，動(dòng)作準(zhǔn)確可靠，外型美觀大方，擇最優(yōu)方案，力求結(jié)構(gòu)緊湊，布局合理，希望我們的設(shè)計(jì)為今天的春卷加工機(jī)械盡自己的一份力。
1.2 研究目的及意義
春卷是一種深受大眾喜愛(ài)，還要經(jīng)歷人為計(jì)重、下餡、包制成型等多的美食，每年的需求量巨大，不僅國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上需求量大，國(guó)際市場(chǎng)也不容小覷，新加坡華人改造的春卷皮機(jī)一年銷售額就有16億美金。但是春卷的制作卻頗費(fèi)周章，除了需要制作非常薄的面皮以外道工序，特別是手工包制春卷需要耗費(fèi)大量人力，且衛(wèi)生條件也非常不好，制作效果不佳。春卷作為一種傳統(tǒng)食品，以往食用多為在家里自包自吃，對(duì)春卷餡的大小沒(méi)有要求。
隨著食品加工業(yè)的發(fā)展，春卷作為一種速凍便攜食品，已出現(xiàn)將包好的春卷進(jìn)行銷售。要實(shí)現(xiàn)工業(yè)化流水標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，包好的春卷作為銷售產(chǎn)品，其外觀大小、重量及陷料與面皮的比例都有一定的規(guī)格。在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，春卷成型設(shè)備還處在初研階段，還未有一點(diǎn)的市場(chǎng)占有，設(shè)備產(chǎn)品參差不齊。
由于春卷成型過(guò)程中最重要的注餡工序技術(shù)難度大，注餡定量不準(zhǔn)，產(chǎn)品成型不規(guī)范。己有的食品注餡機(jī)一般屬于灌腸式設(shè)備，只能用于流質(zhì)或糜狀物物料，且不易走量，不能用于春卷制作，現(xiàn)有的餃子機(jī)[1]在實(shí)際操作過(guò)程中，不能滿足春卷加工對(duì)蔬菜長(zhǎng)纖維餡料注出、定量準(zhǔn)確、落點(diǎn)位置可控的要求，導(dǎo)致餡料材質(zhì)單一，這些都對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量、效率、成本造成不利影響。
本設(shè)計(jì)基于上述原因，擬創(chuàng)新設(shè)計(jì)一種春卷的自動(dòng)成型裝置，以替代人力，不僅大大提高生產(chǎn)效率，而且還能提高產(chǎn)品的衛(wèi)生質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)檢索，目前我國(guó)內(nèi)地近兩年才檢索到同類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)專利或是產(chǎn)品銷售，但是產(chǎn)品還未經(jīng)市場(chǎng)檢驗(yàn)，而且還有很大改進(jìn)空間。
國(guó)外雖然有同類產(chǎn)品，但是價(jià)格昂貴，一臺(tái)春卷成型機(jī)的售價(jià)就要高達(dá)近200萬(wàn)人民幣，國(guó)內(nèi)也需要50萬(wàn)左右，這對(duì)于春卷生產(chǎn)這類本小利薄的小型食品加工企業(yè)來(lái)說(shuō)是屬于望塵莫及的價(jià)格，不可能購(gòu)買用于生產(chǎn)，因此，我們的設(shè)計(jì)屬于改良產(chǎn)品設(shè)計(jì)，它可以替代進(jìn)口商品，且據(jù)我們估算，如果能制造成功，其價(jià)格也就是不超過(guò)國(guó)內(nèi)價(jià)格的二分之一，將大大減輕企業(yè)成本。從而可以使企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中輕松勝出。
1.3 國(guó)內(nèi)外研究背景及現(xiàn)狀
速凍食品源于 1928年的美國(guó),1953年以來(lái)美國(guó)有關(guān)行業(yè)系統(tǒng)地研究了速凍食品,提出了著名的 T、T 、T概念 ,并制定了 《冷凍食品制造法規(guī)》 , 從此 , 速凍食品實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn) , 并開(kāi)始進(jìn)入超級(jí)市場(chǎng) ,深受廣大消費(fèi)者的青睞。
1973 年北京、青島、上海3 個(gè)速凍食品廠同時(shí)從日本引進(jìn)螺旋式速凍機(jī) , 開(kāi)始了我國(guó)速凍食品的新發(fā)展。20 世紀(jì) 80 年代,隨著引進(jìn)設(shè)備的不斷增加和各種國(guó)產(chǎn)設(shè)備的研制成功 , 我國(guó)的速凍食品加工工藝逐漸向國(guó)際水平靠攏 ,目前我國(guó) 速凍方便食品的出口量已躍居全球第一位。
但應(yīng)當(dāng)看到 , 目前我國(guó)速凍食品無(wú)論是數(shù)量上還是品種上都遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)需要。我國(guó)速凍食品的加工技術(shù)和國(guó)外差距仍較大 , 產(chǎn)品的保質(zhì)期較短 , 前處理技術(shù)和解凍技術(shù)較落后 , 冷藏鏈不健全。另外我國(guó)大多數(shù)速凍食品機(jī)械主要依賴進(jìn)口 , 不能適應(yīng)我國(guó)速凍食品的發(fā)展需要。
尤其是我們的名族品牌傳統(tǒng)食品春卷的速凍工業(yè)化生產(chǎn)更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)際社會(huì)，早幾年間，新加坡華人生產(chǎn)的春卷皮已行銷世界，國(guó)外各項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成熟，但是由于機(jī)器成本非常昂貴，國(guó)內(nèi)企業(yè)負(fù)擔(dān)不起。特別是我們鄰國(guó)日本已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在我們前頭。
據(jù)中國(guó)食品報(bào)報(bào)道，2012年國(guó)內(nèi)才首次實(shí)現(xiàn)春卷注餡自動(dòng)化生產(chǎn)，這一生產(chǎn)線至少能節(jié)約 20個(gè)工人是國(guó)內(nèi)自動(dòng)化程度最高的春卷設(shè)備線。這套設(shè)備主要
解決了人工注餡的問(wèn)題。它通過(guò)餡料自動(dòng)輸入、自動(dòng)控制、自動(dòng)輸出和帶有面皮切刀的面皮傳送帶，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)注餡的全過(guò)程。當(dāng)春卷皮通過(guò)制皮機(jī)進(jìn)入注餡程序時(shí)，餡料在電子屏幕的控制下，將設(shè)置好的量自動(dòng)落入剛好傳送過(guò)來(lái)的春卷皮上，而春卷皮也同時(shí)被切刀切出部分?jǐn)嗪?，帶著注好的餡料進(jìn)入下一個(gè)傳送帶。由于每一排只有三個(gè)，工人們可在十秒左右完成包制，并將包好的春卷放入春卷盒。[2]
該設(shè)備不僅首次實(shí)現(xiàn)春卷注餡的自動(dòng)化，它不僅性能穩(wěn)定，在很大程度上提高了春卷的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品品質(zhì)，而且在春卷制作過(guò)程中減少了人工對(duì)餡料的接觸，提高了春卷生產(chǎn)環(huán)節(jié)的安全系數(shù)。
同時(shí)我們經(jīng)過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)內(nèi)地市場(chǎng)上春卷成型機(jī)在國(guó)內(nèi)有多家企業(yè)在售，說(shuō)明國(guó)內(nèi)企業(yè)已經(jīng)感覺(jué)到春卷走向工業(yè)化生產(chǎn)的必然，也都在積極解決春卷生產(chǎn)中的問(wèn)題，我們也希望能夠通過(guò)自己的研究給國(guó)內(nèi)春卷生產(chǎn)帶來(lái)更好的技術(shù)和產(chǎn)品。
1.3.1 我國(guó)食品加工機(jī)械的現(xiàn)狀
隨著我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的完善和發(fā)展，商品流通的深度和廣度進(jìn)一步擴(kuò)大，包裝工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的作用和地位越來(lái)越高。根據(jù)各國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)水平不同，包裝工業(yè)的產(chǎn)值通常占國(guó)民生產(chǎn)總值的1.5%～2.2%。經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)，包裝工業(yè)所占的比重就越大，并成為排行在前10名的支柱產(chǎn)業(yè)。
我國(guó)包裝機(jī)械工業(yè)是改革開(kāi)放以后發(fā)展起來(lái)的，由于起步較晚，大部分設(shè)備都是通過(guò)引進(jìn)設(shè)備消化吸收研制出來(lái)的。隨著我國(guó)食品工業(yè)、包裝工業(yè)和農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，我國(guó)的包裝食品機(jī)械行業(yè)取得了世人矚目的發(fā)展，產(chǎn)品品種的數(shù)量不斷增加，使包裝和食品機(jī)械行業(yè)成為直接為提高人民生活質(zhì)量服務(wù)，為包裝工業(yè)和食品工業(yè)服務(wù)，為農(nóng)業(yè)和農(nóng)副產(chǎn)品深加工業(yè)服務(wù)的新興行業(yè)，成為我國(guó)機(jī)械工業(yè)十大產(chǎn)業(yè)之一。
我國(guó)是一個(gè)人口大國(guó)，"民以食為天"，食品工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的位置，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)從溫飽型向小康型過(guò)渡的過(guò)程中，食品工業(yè)將會(huì)得到更大發(fā)展。包裝機(jī)械對(duì)提高食品包裝化率十分關(guān)鍵。美、日和歐洲的食品包裝化率分別為90％、80％和70％，而我國(guó)僅為5％，因此，包裝機(jī)械的發(fā)展?jié)摿κ志薮蟆?
隨著人民生活水平的不斷提高，對(duì)商品包裝提出了更高的要求。哪里有商品，哪里就有包裝，可以說(shuō)包裝工業(yè)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)整體結(jié)構(gòu)的發(fā)展起著重要的作用。包裝機(jī)械產(chǎn)品量大面廣，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化工等各個(gè)行業(yè)。
僅從食品和其他輕工產(chǎn)品來(lái)看，在我國(guó)的出口總額中占有1/3以上，均要求提高包裝檔次，這就為包裝機(jī)械的發(fā)展帶來(lái)了許多機(jī)遇。
千變?nèi)f化的包裝，對(duì)應(yīng)著種類繁多的包裝機(jī)械，隨著人民生活水平的不斷提高，人們的消費(fèi)方式已從溫飽型向享受型轉(zhuǎn)變，因此包裝機(jī)械行業(yè)是個(gè)朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。2000年時(shí)，僅全國(guó)菜籃子工程就需要1000億元以上的食品和包裝機(jī)械，包裝機(jī)械在其中約占1/3，有300～400億元。
但我國(guó)食品機(jī)械工業(yè)的現(xiàn)狀以及在食品機(jī)械產(chǎn)品、食品機(jī)械企業(yè)、市場(chǎng)信息與銷售渠道方面與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距.指出實(shí)現(xiàn)食品機(jī)械現(xiàn)代化,必須加快各種食品加工配套設(shè)備的研制和推廣,并且將先進(jìn)的食品加工技術(shù)應(yīng)用于食品機(jī)械生產(chǎn)中.提出了21世紀(jì)食品機(jī)械工業(yè)發(fā)展的對(duì)策和措施。[3]
2 課題設(shè)計(jì)任務(wù)
2.1 課題名稱：
春卷自動(dòng)生產(chǎn)線上餡料自動(dòng)計(jì)量定形部分的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.2 主要內(nèi)容與待解決的問(wèn)題：
該題目屬于食品自動(dòng)化生產(chǎn)專用機(jī)械，根據(jù)它將餡料用面皮自動(dòng)包裹成型的實(shí)際工作狀況。通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)目前大部分的餡料食品（主要是春卷）生產(chǎn)廠家都是使用人工在進(jìn)行生產(chǎn)，效率低、質(zhì)量差，衛(wèi)生條件不佳，其主要原因是春卷成型機(jī)主要是國(guó)外進(jìn)口，價(jià)格昂貴，企業(yè)無(wú)法承受，鑒于此，我們擬設(shè)計(jì)生產(chǎn)一款價(jià)格比較低廉，效果好，效率高的自動(dòng)化生產(chǎn)機(jī)械，本設(shè)計(jì)就是針對(duì)這種機(jī)械裝備中的自動(dòng)成型部分進(jìn)行的設(shè)計(jì)，用機(jī)械來(lái)完成其間的各種動(dòng)作。
設(shè)計(jì)主要是對(duì)春卷皮中所包餡料自動(dòng)計(jì)量、定型、定位下料，并能依據(jù)傳感器判定春卷皮是否已經(jīng)到位。該過(guò)程主要由如下部分：餡料的供應(yīng)部分，粘稠餡料的抽取部分，餡料的計(jì)量部分，餡料的定型及切斷部分組成。本設(shè)計(jì)根據(jù)上述過(guò)程用機(jī)器完成獨(dú)立操作，配合采用汽缸系統(tǒng)來(lái)做執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并配以自動(dòng)電控系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)不僅要求要設(shè)計(jì)出全套的傳動(dòng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的裝配圖，并拆出其中的重要零件或部件圖，同時(shí)還要求設(shè)計(jì)初步的電控系統(tǒng)圖和氣動(dòng)系統(tǒng)圖。
主要設(shè)計(jì)要求：
1、繪制完成春卷計(jì)量定型部分機(jī)構(gòu)傳動(dòng)總圖
2、繪制完成氣動(dòng)圖
3、依據(jù)傳動(dòng)總圖繪制完成其中重要零部件工作圖
4、完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份
待解決的問(wèn)題主要如下：
1、餡料的定型與定量實(shí)現(xiàn)人為控制；
2、實(shí)現(xiàn)落點(diǎn)位置可控；
3、克服傳統(tǒng)注餡機(jī)的缺點(diǎn),可以完成長(zhǎng)纖維餡料的輸送注餡工作；
4、工藝流程順暢,效率高,成本低；
5、整機(jī)價(jià)格低廉、性價(jià)比高。
2.3 設(shè)計(jì)方法與實(shí)施方案
2.3.1 設(shè)計(jì)方法
本設(shè)計(jì)在基于機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化、力學(xué)、材料學(xué)、工業(yè)設(shè)計(jì)等相關(guān)專業(yè)學(xué)科的知識(shí)體系的前提下完成產(chǎn)品發(fā)明和制作，應(yīng)用機(jī)械專業(yè)的相關(guān)知識(shí)完成產(chǎn)品的總體設(shè)計(jì)，應(yīng)用力學(xué)，材料學(xué)的相關(guān)知識(shí)完成對(duì)產(chǎn)品的受力、壽命，成本等方面的檢測(cè)。
2.3.2 春卷供餡計(jì)量機(jī)構(gòu)裝置的主要要求：
該裝置自動(dòng)定時(shí)、定量、定形為春卷皮提供春卷餡，以備春卷自動(dòng)
成形。其主要要求：
1.供餡計(jì)量速度：1000個(gè)/時(shí)
2.春卷的尺寸要求：春卷餡 80mm×15mm×15mm
春卷皮 150mm×150mm 厚度0.6~0.8mm
3.要適用多種春卷餡的供餡計(jì)量，如肉餡、菜餡、果醬餡、塊狀餡、條狀（如豆芽）餡、漿狀餡等。
4.要便于拆裝、清洗
5.機(jī)器運(yùn)行中，要求只有面皮到位時(shí)才能完成下餡功能，即無(wú)皮不下餡
6.機(jī)器運(yùn)行中，可由工人中途停機(jī)。約一小時(shí)加餡料一次
2.3.3 供餡計(jì)量裝置設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)述：
裝置組成：由于春卷餡多為黏度很大的細(xì)塊料和條狀料，餡的流動(dòng)性極差，可塑性很強(qiáng)；要求自動(dòng)定時(shí)、定量、定形提供均勻的春卷餡?；谝陨衔镄蕴攸c(diǎn)和設(shè)計(jì)要求，本設(shè)計(jì)采用如下的機(jī)械組成：
1.采用攪拌器對(duì)春卷餡進(jìn)行均勻攪拌
2.采用柱塞式料缸，自動(dòng)定量抽吸春卷餡料，并自動(dòng)定量排擠出所吸的餡料，達(dá)到定量供餡的目的。
3.由排料口的尺寸與切斷刀準(zhǔn)時(shí)切斷來(lái)保證春卷餡尺寸與形狀為80mm x 15mm x 15mm；排料口為80mm x 15mm的矩形，而切斷刀做周期性往復(fù)切斷運(yùn)動(dòng)。料的排放速度一定，以保證餡的尺寸為80mm x 15mm x 15mm。
4.該裝置由餡料斗、料計(jì)量缸、轉(zhuǎn)閥、排料口、切斷刀所組成，其中計(jì)量缸、轉(zhuǎn)閥、切斷刀三個(gè)部件以自動(dòng)工作循環(huán)依次動(dòng)作，來(lái)完成抽料、計(jì)量、排料、成型與切斷。
5.以上的自動(dòng)工作循環(huán)是由氣動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。[4][5][6][7]
2.3.4 組成簡(jiǎn)圖與工作原理：
圖1 下餡機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖
1.電機(jī)；2.攪拌器；3.料斗；4.轉(zhuǎn)閥；5.切刀；6.氣缸；7.氣缸；
8.氣缸；9.計(jì)量料缸；10.轉(zhuǎn)桿
工作原理：電機(jī)1以固定轉(zhuǎn)速帶動(dòng)攪拌器2轉(zhuǎn)動(dòng)，使餡料均勻，并裝滿料斗3的下部；氣缸7帶動(dòng)轉(zhuǎn)桿10轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)桿10使轉(zhuǎn)閥4轉(zhuǎn)動(dòng)；轉(zhuǎn)閥4的初始位置連通AD通道；
當(dāng)氣缸8的活塞左移時(shí)，帶動(dòng)計(jì)量料缸9的活塞左移，使料斗3內(nèi)的餡料通過(guò)D進(jìn)入A，餡料被抽吸到計(jì)量料缸內(nèi)；
氣缸8達(dá)到預(yù)定行程時(shí)，觸動(dòng)機(jī)械換向閥，氣缸8停止運(yùn)動(dòng)，吸料過(guò)程結(jié)束。通過(guò)氣控系統(tǒng)使氣缸7和氣缸6活塞桿同時(shí)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，氣缸7的活塞桿右移，帶動(dòng)轉(zhuǎn)閥4轉(zhuǎn)接通道AE，與此同時(shí)，氣缸6的活塞桿左移帶動(dòng)切刀5移開(kāi)出料口B的位置；
當(dāng)氣缸6和氣缸7的活塞桿都達(dá)到了形成末端時(shí)，氣缸7桿觸動(dòng)機(jī)械換向閥，使氣缸7、6的運(yùn)動(dòng)同時(shí)停止；又通過(guò)氣控系統(tǒng)控制，氣缸8活塞向右移動(dòng)，使計(jì)量料缸9的活塞右移排餡，餡由A通道經(jīng)轉(zhuǎn)閥缺口槽擠入E通道，排出定量的餡料，并經(jīng)B口成型；氣缸8活塞桿達(dá)到排料行程后，立即觸動(dòng)機(jī)械閥，同時(shí)停止運(yùn)動(dòng)，氣控系統(tǒng)同時(shí)又使氣缸7和氣缸6活塞桿運(yùn)動(dòng)，氣缸7活塞桿帶動(dòng)轉(zhuǎn)閥4轉(zhuǎn)回到原位，使AD通道連通，氣缸6活塞桿帶動(dòng)切刀5右移切下定量、定型的餡料，并把料口B堵住。到此完成了一個(gè)自動(dòng)循環(huán)周期。[8][9]
2.3.5 該方案的優(yōu)點(diǎn)：
本來(lái)在設(shè)計(jì)中考慮到，完成計(jì)量缸、轉(zhuǎn)動(dòng)閥和切料刀三個(gè)執(zhí)行件的自動(dòng)工作循環(huán)，可由凸輪控制和氣動(dòng)控制兩種方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。
若采用凸輪控制，需要把三條凸輪曲線集中在一個(gè)圓柱上，這樣多條凸輪曲線的圓柱凸輪的加工難度很大，而且精度要求很高，制造費(fèi)用很高，而且這種系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)，無(wú)法根據(jù)實(shí)際狀況來(lái)實(shí)現(xiàn)三者的自動(dòng)循環(huán)的調(diào)節(jié)。
氣動(dòng)控制系統(tǒng)的采用使整個(gè)機(jī)構(gòu)有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：
1.動(dòng)作的順序協(xié)調(diào)性容易保證；可根據(jù)實(shí)際情況方便的進(jìn)行相互動(dòng)作時(shí)間的調(diào)節(jié)。
2.氣動(dòng)控制元件已成批生產(chǎn)，市場(chǎng)很容易買到，組裝極為方便，使該裝置的制造周期短，加工成本可以降低。
3.體積小、重量輕、安裝、拆卸都很方便。
4.氣動(dòng)控制，在食品包裝機(jī)械中應(yīng)用日益廣泛、安全、衛(wèi)生、不污染食品，更不污染環(huán)境。
5.集氣動(dòng)、機(jī)械、電氣為一體，順應(yīng)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)。[10]
3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 轉(zhuǎn)閥閥芯設(shè)計(jì)及配件的選取
閥芯的設(shè)計(jì)我們采用的是一種在軸中間切去一部分，利用這一部分來(lái)儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)運(yùn)餡料。下面附上閥芯結(jié)構(gòu)圖：
圖2 轉(zhuǎn)閥閥芯結(jié)構(gòu)圖
根據(jù)春卷餡尺寸可得下餡體積為：
V1=πd22×h=π×1522×80=14137.16mm3
因此轉(zhuǎn)閥空間必須等于和大于下餡體積：設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)閥芯圖如下
V2=πD22-12×L×sinθ×h=π×5022-12×45.83×sin133°×20=14172.87mm3
V2>V1滿足要求。
軸承的選取：
由于轉(zhuǎn)閥芯兩側(cè)需要軸承做支撐且僅受徑向力，于是根據(jù)圖3常用深溝球軸承的規(guī)格和尺寸表選用深溝球軸承6004 GB/T 276-1994。[11]
表1 深溝球軸承的規(guī)格和尺寸表
鍵的選擇：
根據(jù)軸徑和下表平鍵規(guī)格[12][13]
表2 平鍵規(guī)格和尺寸表
平鍵選擇b×h×l=3mm×3mm×6mm
3.2 轉(zhuǎn)閥閥體的設(shè)計(jì)
由于我們的轉(zhuǎn)閥采用的是容積定量的方式，那么我們的轉(zhuǎn)閥閥體就需要與閥芯來(lái)配合，設(shè)計(jì)是就必須適應(yīng)閥芯的形狀，有特別的是閥體上方有進(jìn)料口，下方有出料口，閥芯一側(cè)還要輔以真空負(fù)壓裝置，所以這樣的閥體難以一次加工，就需要我們做一個(gè)特別的設(shè)計(jì)來(lái)裝配，下圖是我們的轉(zhuǎn)閥閥體設(shè)計(jì)圖。
圖3 轉(zhuǎn)閥閥體圖
3.3 負(fù)壓真空裝置的設(shè)計(jì)
負(fù)壓真空裝置主要與轉(zhuǎn)閥相連，當(dāng)負(fù)壓真空裝置與進(jìn)料口接通時(shí)，氣缸帶動(dòng)活塞移動(dòng)，腔內(nèi)氣壓降低，餡料被擠入轉(zhuǎn)閥計(jì)量料腔內(nèi)，當(dāng)負(fù)壓真空裝置與出料口接通時(shí)，氣缸反向運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)活塞移動(dòng)，腔內(nèi)氣壓升高，餡料被推出。下圖為負(fù)壓真空部分結(jié)構(gòu)圖：
圖4 負(fù)壓真空部分結(jié)構(gòu)圖
3.4 氣缸的選取
3.4.1 氣動(dòng)技術(shù)在行業(yè)中的應(yīng)用
20世紀(jì)60年代，氣動(dòng)技術(shù)主要用于比較繁重的作業(yè)領(lǐng)域作為輔助傳動(dòng)?，F(xiàn)在，在工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，為了保證產(chǎn)品質(zhì)量的均一性，為了能減輕單調(diào)或繁重的體力勞動(dòng)、提高生產(chǎn)效率，為了降低成本，都已廣泛使用了氣動(dòng)技術(shù)。在縫紉機(jī)、自行車、手表、洗衣機(jī)、自動(dòng)和半自動(dòng)機(jī)床等許多行業(yè)的零件加工和組裝生產(chǎn)線上，工件的搬運(yùn)、轉(zhuǎn)位、定位、夾緊、進(jìn)給、裝卸、轉(zhuǎn)配、清洗、檢測(cè)等許多工序都使用氣動(dòng)技術(shù)。氣動(dòng)木工機(jī)械可完成掛膠、壓合、切割、刨光、開(kāi)槽、組裝等許多作業(yè)。自動(dòng)噴氣織布機(jī)、自動(dòng)清洗機(jī)、冶金機(jī)械、印刷機(jī)械、建筑機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、制鞋機(jī)械、塑料制品生產(chǎn)線、人造革生產(chǎn)線、玻璃制品加工線等許多場(chǎng)合，都大量使用了氣動(dòng)技術(shù)。
氣動(dòng)技術(shù)還廣泛應(yīng)用于化肥、化工、糧食、食品、藥品等許多行業(yè)，實(shí)現(xiàn)粉狀、粒狀、塊狀物料的自動(dòng)計(jì)量包裝。用于煙草工業(yè)的自動(dòng)卷煙合自動(dòng)包裝等許多工序。用于對(duì)粘稠液體（如油漆、油墨、化妝品、牙膏等）和有毒氣體（如煤氣等）的自動(dòng)計(jì)量灌裝。
由此可見(jiàn)，氣動(dòng)技術(shù)在各行各業(yè)已得到廣泛的應(yīng)用。
3.4.2 氣動(dòng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)
氣動(dòng)技術(shù)與其他的傳動(dòng)和控制方式相比，主要有以下優(yōu)點(diǎn)：
1.氣動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便、安裝維護(hù)簡(jiǎn)單。壓力等級(jí)低，故使用安全。
2.工作介質(zhì)是取之不盡、用之不竭的空氣，空氣本身不花錢。排氣處理簡(jiǎn)單，不污染環(huán)境，成本低
3.輸出力及工作速度的調(diào)節(jié)非常容易。氣缸動(dòng)作速度一般為50～500mm/s，比液壓和電氣方式的動(dòng)作速度快。
4.可靠性高，使用壽命長(zhǎng)。電器元件的有效動(dòng)作次數(shù)約為數(shù)百萬(wàn)次，而SMC的一般電磁閥的壽命大于3000萬(wàn)次，小型閥超過(guò)2億次。
5.利用空氣的可壓縮性，可貯存能量，實(shí)現(xiàn)集中供氣。可短時(shí)間釋放能量，以獲得間歇運(yùn)動(dòng)中的高速響應(yīng)?？蓪?shí)現(xiàn)緩沖。對(duì)沖擊負(fù)載和過(guò)負(fù)載有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。在一定條件下，可使氣動(dòng)裝置有自保能力。
6.全氣動(dòng)控制具有防火、防爆、耐潮的能力。與液壓方式相比，氣動(dòng)方式可在高溫場(chǎng)使用。
7.由于空氣流動(dòng)損失小，壓縮空氣可集中供應(yīng)，遠(yuǎn)距離輸送。
因此，下餡機(jī)構(gòu)中多處采用了氣動(dòng)技術(shù)，以高效、環(huán)保的完成下餡步驟。
3.4.3 抽餡氣缸的選擇
我們先進(jìn)行氣缸的設(shè)計(jì)計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇較合適的氣缸。
1、抽餡氣缸設(shè)計(jì)與計(jì)算
氣缸設(shè)計(jì)步驟
（1）根據(jù)工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)要求和結(jié)構(gòu)要求選擇氣缸的類型和安裝方式。參考表3氣缸的類型和表4氣缸的安裝形式，我們選擇雙作用普通氣缸，安裝方式選擇固定式氣缸軸向支座MS1式。[14]
表3 氣缸的類型（部分）
表4 氣缸的安裝方式
（2）根據(jù)工作機(jī)構(gòu)載荷及速度要求，計(jì)算氣缸直徑。
根據(jù)[14]Page 24-30
D=(1.01~1.09)4F2πpη
式中系數(shù)在缸徑較大時(shí)取小值，缸徑較小時(shí)取大值。
其中，F(xiàn)2——活塞桿的拉力（N）；
D——活塞直徑（mm）；
p——?dú)飧坠ぷ鲏毫Γ≒a）；
η——載荷率，一般η=0.3~0.5速度高時(shí)取小值，速度低時(shí)取大值。
根據(jù)工作情況，我們預(yù)計(jì)F2=60N，p=2.02×105Pa，我們?nèi)ˇ?0.5，由于缸徑較小，所以
D=1.01×4×60π×2.02×105×0.5=27.502 mm
參考表5缸筒內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)
表5 氣缸的內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)
圓整后取D=32mm。
（3）由氣缸直徑及工作壓力，計(jì)算、選擇缸筒壁厚，計(jì)算活塞桿直徑。
計(jì)算活塞桿直徑：
由于活塞桿直徑需要預(yù)設(shè)，根據(jù)表6活塞桿直徑系列，預(yù)設(shè)活塞桿直徑d=12mm
表6 活塞桿標(biāo)準(zhǔn)外徑尺寸
因?yàn)橛?jì)量料缸行程為25 mm，據(jù)[14]Page 24-40，氣缸（活塞）行程與其使用場(chǎng)合及工作機(jī)構(gòu)的行程比有關(guān)。多數(shù)情況下不應(yīng)該使用滿行程，以免活塞與缸蓋相碰撞，尤其用于夾緊等機(jī)構(gòu)，為保證夾緊效果，必須按計(jì)算行程多加10~20 mm的行程余量。
綜上我們?cè)O(shè)定活塞長(zhǎng)度為L(zhǎng)=60mm。
活塞桿長(zhǎng)度與直徑滿足L?10d,因此只需按條件強(qiáng)度計(jì)算
d≥4F1πσp
式中，F(xiàn)1——?dú)飧椎耐屏Γ∟）；
σp——活塞桿材料的許用應(yīng)力（Pa），σp=σb/S；
σb——材料的抗拉強(qiáng)度（Pa）；
S——安全系數(shù)，S≥1.4。
活塞桿材料選用45鋼[15][16]，其σb?600MPa，取S=2，則σp=σb/S=300MPa。
取F1=100N
d≥4×100π×300×106=0.651
滿足條件，所以活塞桿直徑為d=12mm。
（4）缸筒壁厚的計(jì)算：
缸筒直接承受壓力，需要一定厚度。由于一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比δ/D≤1/10,所以通?？砂幢”谕补接?jì)算
δ=Dpt2σ
式中δ——?dú)飧淄驳谋诤瘢╩m）；
D——?dú)飧淄矁?nèi)徑（mm）；
pt——?dú)飧自囼?yàn)壓力，一般取pt=1.5p；
p——?dú)飧坠ぷ鲏毫Γ≒a）；
σ ——缸筒材料許用應(yīng)力（Pa），σ=σb/S；
σb——材料的抗拉強(qiáng)度（Pa）；
S——安全系數(shù)，一般取6~8。
根據(jù)常用缸筒材料我們選擇鑄鐵HT150，其σ=30MPa故
δ=32×1.5×2.02×1052×30×106=0.16 mm
通常計(jì)算出的缸筒壁厚都相當(dāng)薄，考慮到機(jī)械加工[17]，以及缸筒兩端要安裝缸蓋等需要，往往需要將氣缸筒壁厚做適當(dāng)加厚，且參考表24.2-7 氣缸筒壁厚盡量選用標(biāo)準(zhǔn)壁厚的鋼管。
所以我們?nèi)ˇ?2 mm。
考慮到經(jīng)濟(jì)實(shí)用以及支持名族品牌的情況下，根據(jù)以上計(jì)算參考下表
表7 QGAⅡ系列氣缸安裝尺寸
我們選擇國(guó)產(chǎn)氣缸型號(hào)為QGA Ⅱ 32×40 MS1 。
3.4.4 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)閥閥芯運(yùn)動(dòng)氣缸的選擇
同樣先進(jìn)行氣缸的設(shè)計(jì)計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇較合適的氣缸。
1、驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)閥閥芯運(yùn)動(dòng)氣缸設(shè)計(jì)與計(jì)算
氣缸設(shè)計(jì)步驟
（1）根據(jù)工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)要求和結(jié)構(gòu)要求選擇氣缸的類型和安裝方式。
參考表3氣缸的類型和表4氣缸的安裝形式，我們選擇雙作用普通氣缸，安裝方式選擇固定式氣缸軸向支座MS1式。
（2）根據(jù)工作機(jī)構(gòu)載荷及速度要求，計(jì)算氣缸直徑。
根據(jù)[14]Page 24-30
D=(1.01~1.09)4F2πpη
式中系數(shù)在缸徑較大時(shí)取小值，缸徑較小時(shí)取大值。
其中，F(xiàn)2——活塞桿的拉力（N）；
D——活塞直徑（mm）；
p——?dú)飧坠ぷ鲏毫Γ≒a）；
η——載荷率，一般η=0.3~0.5速度高時(shí)取小值，速度低時(shí)取大值。
根據(jù)工作情況，我們預(yù)計(jì)F2=100N，p=2.7×105Pa，我們?nèi)ˇ?0.5，由于缸徑較小，所以
D=1.01×4×100π×2.7×105×0.5=31.018 mm
參考表5缸筒內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)，圓整后取D=32mm。
（3）由氣缸直徑及工作壓力，計(jì)算、選擇缸筒壁厚，計(jì)算活塞桿直徑。
計(jì)算活塞桿直徑：
由于活塞桿直徑需要預(yù)設(shè)，根據(jù)表6活塞桿直徑系列，預(yù)設(shè)活塞桿直徑d=12mm
因?yàn)橛?jì)量料缸行程為45mm，據(jù)[14]Page 24-40，氣缸（活塞）行程與其使用場(chǎng)合及工作機(jī)構(gòu)的行程比有關(guān)。多數(shù)情況下不應(yīng)該使用滿行程，以免活塞與缸蓋相碰撞，尤其用于夾緊等機(jī)構(gòu)，為保證夾緊效果，必須按計(jì)算行程多加10~20 mm的行程余量。
綜上我們?cè)O(shè)定活塞長(zhǎng)度為L(zhǎng)=80mm。
活塞桿長(zhǎng)度與直徑滿足L?10d,因此只需按條件強(qiáng)度計(jì)算
d≥4F1πσp
式中，F(xiàn)1——?dú)飧椎耐屏Γ∟）；
σp——活塞桿材料的許用應(yīng)力（Pa），σp=σb/S；
σb——材料的抗拉強(qiáng)度（Pa）；
S——安全系數(shù)，S≥1.4。
活塞桿材料選用45鋼，其σb?600MPa，取S=2，則σp=σb/S=300MPa。
取F1=100N
d≥4×100π×300×106=0.651
滿足條件，所以活塞桿直徑為d=12mm。
（4）缸筒壁厚的計(jì)算：
缸筒直接承受壓力，需要一定厚度。由于一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比δ/D≤1/10,所以通?？砂幢”谕补接?jì)算
δ=Dpt2σ
式中δ——?dú)飧淄驳谋诤瘢╩m）；
D——?dú)飧淄矁?nèi)徑（mm）；
pt——?dú)飧自囼?yàn)壓力，一般取pt=1.5p；
p——?dú)飧坠ぷ鲏毫Γ≒a）；
σ ——缸筒材料許用應(yīng)力（Pa），σ=σb/S；
σb——材料的抗拉強(qiáng)度（Pa）；
S——安全系數(shù)，一般取6~8。
根據(jù)常用缸筒材料我們選擇鑄鐵HT150，其σ=30MPa故
δ=32×1.5×2.7×1052×30×106=0.22 mm
通常計(jì)算出的缸筒壁厚都相當(dāng)薄，考慮到機(jī)械加工，以及缸筒兩端要安裝缸蓋等需要，往往需要將氣缸筒壁厚做適當(dāng)加厚，且參考表24.2-7 氣缸筒壁厚盡量選用標(biāo)準(zhǔn)壁厚的鋼管。
所以我們?nèi)ˇ?2 mm。
考慮到經(jīng)濟(jì)實(shí)用以及支持名族品牌的情況下，根據(jù)以上計(jì)算參考表7
我們選擇國(guó)產(chǎn)氣缸型號(hào)為QGA Ⅱ 32×50 MS1 。
3.4.5 驅(qū)動(dòng)切刀氣缸的選擇
氣缸設(shè)計(jì)步驟
（1）根據(jù)工作機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)要求和結(jié)構(gòu)要求選擇氣缸的類型和安裝方式。
參考3氣缸的類型和表4氣缸的安裝形式，我們選擇雙作用普通氣缸，安裝方式選擇固定式氣缸軸向支座MS1式。
（2）根據(jù)工作機(jī)構(gòu)載荷及速度要求，計(jì)算氣缸直徑。
根據(jù)[14]Page 24-30
D=(1.01~1.09)4F2πpη
式中系數(shù)在缸徑較大時(shí)取小值，缸徑較小時(shí)取大值。
其中，F(xiàn)2——活塞桿的拉力（N）；
D——活塞直徑（mm）；
p——?dú)飧坠ぷ鲏毫Γ≒a）；
η——載荷率，一般η=0.3~0.5速度高時(shí)取小值，速度低時(shí)取大值。
根據(jù)工作情況，我們預(yù)計(jì)F2=10N，p=1.0×105Pa，我們?nèi)ˇ?0.5，由于缸徑較小，所以
D=1.01×4×10π×1×105×0.5=15.958 mm
參考表24.2-4缸筒內(nèi)徑系列，圓整后取D=16mm。
（3）由氣缸直徑及工作壓力，計(jì)算、選擇缸筒壁厚，計(jì)算活塞桿直徑。
計(jì)算活塞桿直徑：
由于活塞桿直徑需要預(yù)設(shè)，根據(jù)表5活塞桿直徑系列，預(yù)設(shè)活塞桿直徑d=6mm
因?yàn)榍械缎谐虨?5 mm，據(jù)[14]Page 24-40，氣缸（活塞）行程與其使用場(chǎng)合及工作機(jī)構(gòu)的行程比有關(guān)。多數(shù)情況下不應(yīng)該使用滿行程，以免活塞與缸蓋相碰撞，尤其用于夾緊等機(jī)構(gòu)，為保證夾緊效果，必須按計(jì)算行程多加10~20 mm的行程余量。
綜上我們?cè)O(shè)定活塞長(zhǎng)度為L(zhǎng)=40mm。
活塞桿長(zhǎng)度與直徑滿足L?10d,因此只需按條件強(qiáng)度計(jì)算
d≥4F1πσp
式中，F(xiàn)1——?dú)飧椎耐屏Γ∟）；
σp——活塞桿材料的許用應(yīng)力（Pa），σp=σb/S；
σb——材料的抗拉強(qiáng)度（Pa）；
S——安全系數(shù)，S≥1.4。
活塞桿材料選用45鋼，其σb?600MPa，取S=2，則σp=σb/S=300MPa。
取F1=100N
d≥4×100π×300×106=0.651
滿足條件，所以活塞桿直徑為d=6mm。
缸筒壁厚的計(jì)算：
缸筒直接承受壓力，需要一定厚度。由于一般氣缸缸筒壁厚與內(nèi)徑之比δ/D≤1/10,所以通?？砂幢”谕补接?jì)算
δ=Dpt2σ
式中δ——?dú)飧淄驳谋诤瘢╩m）；
D——?dú)飧淄矁?nèi)徑（mm）；
pt——?dú)飧自囼?yàn)壓力，一般取pt=1.5p；
p——?dú)飧坠ぷ鲏毫Γ≒a）；
σ ——缸筒材料許用應(yīng)力（Pa），σ=σb/S；
σb——材料的抗拉強(qiáng)度（Pa）；
S——安全系數(shù)，一般取6~8。
根據(jù)常用缸筒材料我們選擇鑄鐵HT150，其σ=30MPa故
δ=16×1.5×1×1052×30×106=0.04 mm
通常計(jì)算出的缸筒壁厚都相當(dāng)薄，考慮到機(jī)械加工，以及缸筒兩端要安裝缸蓋等需要，往往需要將氣缸筒壁厚做適當(dāng)加厚，且參考表24.2-7 氣缸筒壁厚盡量選用標(biāo)準(zhǔn)壁厚的鋼管。
所以我們?nèi)ˇ?1 mm。
考慮到經(jīng)濟(jì)實(shí)用以及支持名族品牌的情況下，根據(jù)以上計(jì)算參考表8
表8 QGX系列微型氣缸
我們選擇國(guó)產(chǎn)氣缸型號(hào)為QGX 16×S MS1
3.4.6 氣動(dòng)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)圖與工作原理：
工藝流程框圖：
轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)90°
轉(zhuǎn)閥轉(zhuǎn)90°°°°°°
排料
吸料
排
切刀前進(jìn)切料
切刀后退
圖5 工藝流程框圖
當(dāng)輸入啟動(dòng)信號(hào)后，整個(gè)機(jī)構(gòu)將按如上步驟運(yùn)動(dòng)。
該裝置的工作循環(huán)圖的確定：
1.循環(huán)時(shí)間T的確定：由已知條件 1000個(gè)/時(shí),則
T=3600s/1000=3.6s/個(gè)
2.氣缸7和6兩者執(zhí)行件互不影響，為提高產(chǎn)量，兩者可以同時(shí)動(dòng)作，時(shí)間重疊。
3.三個(gè)氣缸的工作、停止、退回時(shí)間皆取0.9s。
4.該裝置的工作循環(huán)圖為[18]
圖6 工作循環(huán)圖
3.5 電機(jī)的選擇
1.電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)的選擇：
選擇Y系列三相異步電機(jī)，此系列電動(dòng)機(jī)屬于一般用途的全封閉自扇冷電動(dòng)
機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，價(jià)格低廉，壽命長(zhǎng)，使用維護(hù)方便，性能優(yōu)良，體積小，重量輕，適用于不易燃，不易爆，無(wú)腐蝕性氣體和無(wú)特殊要求的機(jī)械。Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)具有以下良好性能和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。
（1）效率水平較高。Y系列小型三相異步電動(dòng)機(jī)保持了J02系列電動(dòng)機(jī)效率水平比較高的優(yōu)點(diǎn)，其效率加權(quán)平均值比J02系列高出0.413%，達(dá)到了國(guó)際水平。由于電動(dòng)機(jī)效率水平的提高，就給社會(huì)帶來(lái)了巨大的節(jié)電經(jīng)濟(jì)效益。
（2）起動(dòng)性能較好。Y系列全系列電動(dòng)機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩比J02系列電動(dòng)機(jī)的平均值高33%，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩達(dá)到JQ02系列高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)的水平，其最小轉(zhuǎn)矩均保證在0.8倍的額定轉(zhuǎn)矩以上，并且大部分還達(dá)到或超過(guò)1倍的額定轉(zhuǎn)矩。因此，其起動(dòng)性能非常優(yōu)良，帶負(fù)載起動(dòng)也十分順利。
（3）噪聲低振動(dòng)小。Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)規(guī)定有聲功率噪聲標(biāo)準(zhǔn)，按噪聲限值分為l級(jí)和2級(jí)，以供用戶選用。由于該系列采用電機(jī)專用軸承，因而運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲大為降低，經(jīng)實(shí)測(cè)其噪聲低于J02系列實(shí)際水平約5→10分貝，振動(dòng)也比J02系列電動(dòng)機(jī)有較大地減小。????
（4）防護(hù)性能較好。Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已滿足了對(duì)外界固體物和濺水的防護(hù)要求，這樣就能有效防止異物對(duì)電動(dòng)機(jī)和人體的危害。????
（5）運(yùn)行可靠使用壽命長(zhǎng)。Y系列（IP44）三相異步電動(dòng)機(jī)的繞組均采用B級(jí)絕緣材料。當(dāng)海拔不超過(guò)1000米，冷卻空氣的溫度不超過(guò)40℃時(shí)，電動(dòng)機(jī)定子繞組的溫升限度（電阻法）不超過(guò)80K。因而，除極少數(shù)規(guī)格外電動(dòng)機(jī)一般均有15K以上的溫升裕度。較大的溫升裕度則能延長(zhǎng)電動(dòng)機(jī)的使用壽命，并提高電動(dòng)機(jī)運(yùn)行的可靠性。????
（6）外形美觀大方。Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)的端蓋、接線盒、風(fēng)罩等主要結(jié)構(gòu)部件的外形，都比傳統(tǒng)老產(chǎn)品要美觀、大方。
（2）電動(dòng)機(jī)容量選擇：
根據(jù)已知條件知攪拌器所需扭矩大約為T=250N?m，轉(zhuǎn)速約60r/min
攪拌器軸的有效功率為：P=T×n9549=250×609549=1.57kW
我們假設(shè)電機(jī)的效率η=0.8
那么電機(jī)的功率Pd=Pη=1.570.8=1.96kW
則取同步轉(zhuǎn)速為：1500 r/min
根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，由下表查出適用的電動(dòng)機(jī)型號(hào)：
表9 電機(jī)型號(hào)（部分）
此選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y100L1-4，其滿載轉(zhuǎn)速n=1430r/min 。[19][20]
3.6 機(jī)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
機(jī)架的主要作用就是支撐各個(gè)零部件，需要考慮各零部件如何安裝在其上，根據(jù)其他零部件的裝配情況，設(shè)計(jì)如何在機(jī)架上安裝，我們做出如下設(shè)計(jì)
圖7 機(jī)架圖
4 鍵的校核計(jì)算
對(duì)于平鍵連接，可能的實(shí)效形式有較弱零件（通常為轂）的工作面被壓潰（靜連接）或磨損（動(dòng)連接）和鍵的剪斷等。對(duì)于實(shí)際采用的材料組合和標(biāo)準(zhǔn)尺寸來(lái)說(shuō)，壓潰常是主要的實(shí)效形式。因此，通常只做鍵連接的擠壓強(qiáng)度計(jì)算。[21]
在計(jì)算中，假設(shè)載荷沿鍵的長(zhǎng)度和高度均勻，則其強(qiáng)度條件為
σp=4Tdhl≤σp（Mpa）
式中 σp——許用擠壓用力；
T——扭矩，單位為N?mm；
l——工作長(zhǎng)度，單位為mm。對(duì)A型鍵l=L-b,B型鍵l=L,C型鍵l=L-b/2；
L——公稱長(zhǎng)度，單位為mm；
d——軸徑，單位為mm；
h——鍵的高度，單位為mm。
已知T=，b×h×L=3mm×3mm×6mm，d=10mm
于是σp=4Tdhl=4×1000010×3×(10-3)=57.1MPa≤σp=125
表10 鍵聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力和許用壓強(qiáng)
5. 總結(jié)
畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們整個(gè)機(jī)械專業(yè)課程學(xué)習(xí)中的重要一環(huán)，它不僅僅是對(duì)我們四年的學(xué)習(xí)的一個(gè)考核，更是一種把機(jī)械設(shè)計(jì)理念深入骨髓的一種訓(xùn)練，更是鞏固一切知識(shí)的重要階段。通過(guò)畢業(yè)計(jì)使我從各個(gè)方面都受到了機(jī)械設(shè)計(jì)的訓(xùn)練，對(duì)機(jī)械方面有關(guān)各個(gè)零部件的有機(jī)結(jié)合有了深刻的認(rèn)識(shí)。
在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，培養(yǎng)了我綜合應(yīng)用機(jī)械設(shè)計(jì)課程及其他課程的理論知識(shí)和應(yīng)用生產(chǎn)實(shí)際知識(shí)解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，更加熟練的掌握專業(yè)軟件，重要的是讓我發(fā)現(xiàn)自己的知識(shí)漏洞，在這些過(guò)程中我們深刻地認(rèn)識(shí)到了自己在知識(shí)的理解和接受應(yīng)用方面的不足，在今后的學(xué)習(xí)過(guò)程中我會(huì)更加用心。
雖然我的設(shè)計(jì)還很粗糙，而且并沒(méi)有進(jìn)行實(shí)際加工，而我也相信實(shí)際中問(wèn)題可能會(huì)更多，但是我相信我們的設(shè)計(jì)理念是對(duì)的，我們的設(shè)計(jì)方向也是對(duì)的。但是也由于我們的水平不高，未能設(shè)計(jì)出更好的產(chǎn)品，我相信我今后一定會(huì)踏實(shí)學(xué)習(xí)，不斷積累技術(shù)，為將來(lái)能設(shè)計(jì)出更好的產(chǎn)品為民族為祖國(guó)爭(zhēng)光。
在此次設(shè)計(jì)中我還有一點(diǎn)體會(huì)，就是好的設(shè)計(jì)不光只是設(shè)計(jì)技術(shù)好，最重要的事要把握好行業(yè)發(fā)展的方向，做面向于消費(fèi)者的產(chǎn)品，注重用戶體驗(yàn)，才能獲得市場(chǎng)的和消費(fèi)者的認(rèn)可。
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附錄：開(kāi)題報(bào)告
春卷自動(dòng)生產(chǎn)線上餡料自動(dòng)計(jì)量定形部分的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1.題目背景和意義:
春卷是一種深受大眾喜愛(ài)，還要經(jīng)歷人為計(jì)重、下餡、包制成型等多的美食，每年的需求量巨大，不僅國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上需求量大，國(guó)際市場(chǎng)也不容小覷，新加坡華人改造的春卷皮機(jī)一年銷售額就有16億美金。但是春卷的制作卻頗費(fèi)周章，除了需要制作非常薄的面皮以外道工序，特別是手工包制春卷需要耗費(fèi)大量人力，且衛(wèi)生條件也非常不好，制作效果不佳。春卷作為一種傳統(tǒng)食品，以往食用多為在家里自包自吃，對(duì)春卷餡的大小沒(méi)有要求。
隨著食品加工業(yè)的發(fā)展，春卷作為一種速凍便攜食品，已出現(xiàn)將包好的春卷進(jìn)行銷售。要實(shí)現(xiàn)工業(yè)化流水標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，包好的春卷作為銷售產(chǎn)品，其外觀大小、重量及陷料與面皮的比例都有一定的規(guī)格。在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上，春卷成型設(shè)備還處在初研階段，還未有一點(diǎn)的市場(chǎng)占有，設(shè)備產(chǎn)品參差不齊。由于春卷成型過(guò)程中最重要的注餡工序技術(shù)難度大，注餡定量不準(zhǔn)，產(chǎn)品成型不規(guī)范。己有的食品注餡機(jī)一般屬于灌腸式設(shè)備，只能用于流質(zhì)或糜狀物物料，且不易走量，不能用于春卷制作，現(xiàn)有的餃子機(jī)在實(shí)際操作過(guò)程中，不能滿足春卷加工對(duì)蔬菜長(zhǎng)纖維餡料注出、定量準(zhǔn)確、落點(diǎn)位置可控的要求，導(dǎo)致餡料材質(zhì)單一，這些都對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量、效率、成本造成不利影響。
本設(shè)計(jì)基于上述原因，擬創(chuàng)新設(shè)計(jì)一種春卷的自動(dòng)成型裝置，以替代人力，不僅大大提高生產(chǎn)效率，而且還能提高產(chǎn)品的衛(wèi)生質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)檢索，目前我國(guó)內(nèi)地近兩年才檢索到同類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)專利或是產(chǎn)品銷售，但是產(chǎn)品還未經(jīng)市場(chǎng)檢驗(yàn)，而且還有很大改進(jìn)空間。國(guó)外雖然有同類產(chǎn)品，但是價(jià)格昂貴，一臺(tái)春卷成型機(jī)的售價(jià)就要高達(dá)近200萬(wàn)人民幣，這對(duì)于春卷生產(chǎn)這類本小利薄的小型食品加工企業(yè)來(lái)說(shuō)是屬于望塵莫及的價(jià)格，不可能購(gòu)買用于生產(chǎn)，因此，我們的設(shè)計(jì)屬于改良產(chǎn)品設(shè)計(jì)，它可以替代進(jìn)口商品，且據(jù)我們估算，如果能制造成功，其價(jià)格也就是不超過(guò)進(jìn)口價(jià)格的三分之一，將大大減輕企業(yè)成本。從而可以使企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中輕松勝出。
2.國(guó)內(nèi)外研究綜述:
速凍食品源于 1928年的美國(guó),1953年以來(lái)美國(guó)有關(guān)行業(yè)系統(tǒng)地研究了速凍食品,提出了著名的 T、T 、T概念 ,并制定了 《冷凍食品制造法規(guī)》 , 從此 , 速凍食品實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn) , 并開(kāi)始進(jìn)入超級(jí)市場(chǎng) ,深受廣大消費(fèi)者的青睞。
1973 年北京、青島、上海3 個(gè)速凍食品廠同時(shí)從日本引進(jìn)螺旋式速凍機(jī) , 開(kāi)始了我國(guó)速凍食品的新發(fā)展。20 世紀(jì) 80 年代,隨著引進(jìn)設(shè)備的不斷增加和各種國(guó)產(chǎn)設(shè)備的研制成功 , 我國(guó)的速凍食品加工工藝逐漸向國(guó)際水平靠攏 ,目前我國(guó) 速凍方便食品的出口量已躍居全球第一位。
但應(yīng)當(dāng)看到 , 目前我國(guó)速凍食品無(wú)論是數(shù)量上還是品種上都遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)需要。我國(guó)速凍食品的加工技術(shù)和國(guó)外差距仍較大 , 產(chǎn)品的保質(zhì)期較短 , 前處理技術(shù)和解凍技術(shù)較落后 , 冷藏鏈不健全。另外我國(guó)大多數(shù)速凍食品機(jī)械主要依賴進(jìn)口 , 不能適應(yīng)我國(guó)速凍食品的發(fā)展需要。
尤其是我們的名族品牌傳統(tǒng)食品春卷的速凍工業(yè)化生產(chǎn)更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)際社會(huì)，早幾年間，新加坡華人生產(chǎn)的春卷皮已行銷世界，國(guó)外各項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成熟，但是由于機(jī)器成本非常昂貴，國(guó)內(nèi)企業(yè)負(fù)擔(dān)不起。特別是我們鄰國(guó)日本已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)走在我們前頭。
據(jù)中國(guó)食品報(bào)報(bào)道，2012年國(guó)內(nèi)才首次實(shí)現(xiàn)春卷注餡自動(dòng)化生產(chǎn)，這一生產(chǎn)線至少能節(jié)約 20個(gè)工人是國(guó)內(nèi)自動(dòng)化程度最高的春卷設(shè)備線。這套設(shè)備主要
解決了人工注餡的問(wèn)題。它通過(guò)餡料自動(dòng)輸入、自動(dòng)控制、自動(dòng)輸出和帶有面皮切刀的面皮傳送帶，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)注餡的全過(guò)程。當(dāng)春卷皮通過(guò)制皮機(jī)進(jìn)入注餡程序時(shí)，餡料在電子屏幕的控制下，將設(shè)置好的量自動(dòng)落入剛好傳送過(guò)來(lái)的春卷皮上，而春卷皮也同時(shí)被切刀切出部分?jǐn)嗪?，帶著注好的餡料進(jìn)入下一個(gè)傳送帶。由于每一排只有三個(gè)，工人們可在十秒左右完成包制，并將包好的春卷放入春卷盒。
該設(shè)備不僅首次實(shí)現(xiàn)春卷注餡的自動(dòng)化，它不僅性能穩(wěn)定，在很大程度上提高了春卷的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品品質(zhì)，而且在春卷制作過(guò)程中減少了人工對(duì)餡料的接觸，提高了春卷生產(chǎn)環(huán)節(jié)的安全系數(shù)。
同時(shí)我們經(jīng)過(guò)調(diào)研發(fā)現(xiàn)內(nèi)地市場(chǎng)上春卷成型機(jī)在國(guó)內(nèi)有多家企業(yè)在售，說(shuō)明國(guó)內(nèi)企業(yè)已經(jīng)感覺(jué)到春卷走向工業(yè)化生產(chǎn)的必然，也都在積極解決春卷生產(chǎn)中的問(wèn)題，我們也希望能夠通過(guò)自己的研究給國(guó)內(nèi)春卷生產(chǎn)帶來(lái)更好的技術(shù)和產(chǎn)品。
3.主要內(nèi)容與待解決的問(wèn)題:
該題目屬于食品自動(dòng)化生產(chǎn)專用機(jī)械，根據(jù)它將餡料用面皮自動(dòng)包裹成型的實(shí)際工作狀況。通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)目前大部分的餡料食品（主要是春卷）生產(chǎn)廠家都是使用人工在進(jìn)行生產(chǎn)，效率低、質(zhì)量差，衛(wèi)生條件不佳，其主要原因是春卷成型機(jī)主要是國(guó)外進(jìn)口，價(jià)格昂貴，企業(yè)無(wú)法承受，鑒于此，我們擬設(shè)計(jì)生產(chǎn)一款價(jià)格比較低廉，效果好，效率高的自動(dòng)化生產(chǎn)機(jī)械，本設(shè)計(jì)就是針對(duì)這種機(jī)械裝備中的自動(dòng)成型部分進(jìn)行的設(shè)計(jì)，用機(jī)械來(lái)完成其間的各種動(dòng)作。
設(shè)計(jì)主要是對(duì)春卷皮中所包餡料自動(dòng)計(jì)量、定型、定位下料，并能依據(jù)傳感器判定春卷皮是否已經(jīng)到位。該過(guò)程主要由如下部分：餡料的供應(yīng)部分，粘稠餡料的抽取部分，餡料的計(jì)量部分，餡料的定型及切斷部分組成。本設(shè)計(jì)根據(jù)上述過(guò)程用機(jī)器完成獨(dú)立操作，配合采用汽缸系統(tǒng)來(lái)做執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并配以自動(dòng)電控系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)不僅要求要設(shè)計(jì)出全套的傳動(dòng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的裝配圖，并拆出其中的重要零件或部件圖，同時(shí)還要求設(shè)計(jì)初步的電控系統(tǒng)圖和氣動(dòng)系統(tǒng)圖。
主要設(shè)計(jì)要求：
1、 繪制完成春卷計(jì)量定型部分機(jī)構(gòu)傳動(dòng)總圖
2、 繪制完成氣動(dòng)圖
3、 依據(jù)傳動(dòng)總圖繪制完成其中重要零部件工作圖
4、 完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份。
待解決的問(wèn)題主要如下：
1、 餡料的定型與定量實(shí)現(xiàn)人為控制；
2、 實(shí)現(xiàn)落點(diǎn)位置可控；
3、克服傳統(tǒng)注餡機(jī)的缺點(diǎn),可以完成長(zhǎng)纖維餡料的輸送注餡工作；
4、工藝流程順暢,效率高,成本低；
5、整機(jī)價(jià)格低廉、性價(jià)比高。
4.設(shè)計(jì)方法與實(shí)施方案
本設(shè)計(jì)在基于機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化、力學(xué)、材料學(xué)、工業(yè)設(shè)計(jì)等相關(guān)專業(yè)學(xué)科的知識(shí)體系的前提下完成產(chǎn)品發(fā)明和制作，應(yīng)用機(jī)械專業(yè)的相關(guān)知識(shí)完成產(chǎn)品的總體設(shè)計(jì)，應(yīng)用力學(xué)，材料學(xué)的相關(guān)知識(shí)完成對(duì)產(chǎn)品的受力、壽命，成本等方面的檢測(cè)。
該春卷注餡機(jī)，其特征在于它包括餡料輸入機(jī)構(gòu)、控制機(jī)構(gòu)、餡料輸出機(jī)
構(gòu)、帶有面皮切刀的面皮傳送帶和機(jī)架;餡料輸入機(jī)構(gòu)是由攪盤推進(jìn)器和餡斗構(gòu)成，攪盤推進(jìn)器置于餡斗內(nèi);餡料輸出機(jī)構(gòu)是由與餡斗輸出端相連接的定量餡缸、與定量餡缸輸出端連接的餡料傳送通道、與餡料傳送通道相連接的注餡盒及注粗糊裝置所構(gòu)成。控制機(jī)構(gòu)包括通過(guò)鏈輪與電機(jī)相連接的主軸、離合控制機(jī)構(gòu)及依各傳動(dòng)構(gòu)件與主軸相連接的各輸出端，依各傳動(dòng)構(gòu)件與主軸相連接的各輸出端是攪盤推進(jìn)器、餡料控制機(jī)構(gòu)、注餡控制機(jī)構(gòu)、面皮步進(jìn)傳送帶、面皮傳送帶上的切刀、面皮快速傳送帶及注粗糊裝置;離合控制機(jī)構(gòu)的離合工作面一端與餡料控制機(jī)構(gòu)的輸入端相連接，由依傳動(dòng)構(gòu)件控制的注粗糊裝置與注餡盒注出口工作同步。
使用方法與工作過(guò)程為:
將餡料放進(jìn)餡斗，經(jīng)過(guò)螺旋絞盤的擠壓后進(jìn)入定量餡缸，在餡料控制機(jī)構(gòu)控制下的推進(jìn)餡桿I 的作用下將餡料推進(jìn)到餡料傳送通道，再經(jīng)過(guò)餡料控制機(jī)構(gòu)控制下的推進(jìn)餡桿II 的作用將餡料推進(jìn)到注餡盒，進(jìn)入注餡盒后，餡料控制機(jī)構(gòu)中的注餡桿向下推動(dòng)將餡料完全注出，無(wú)溢餡現(xiàn)象產(chǎn)生，餡料通過(guò)注餡盒口注出準(zhǔn)確落在下方傳送帶上的春卷皮相對(duì)應(yīng)的位置，切刀與面皮的步進(jìn)是同步的，面皮向前前進(jìn)一步，切刀切一刀，然后面皮再通過(guò)快速傳送帶進(jìn)入工人的操作空間。其中，定量餡缸的出餡量是通過(guò)調(diào)節(jié)作用于餡料推進(jìn)活塞的推進(jìn)餡桿I 的凸輪結(jié)構(gòu)的行程，導(dǎo)致作用于上述推進(jìn)餡桿I 推進(jìn)度的改變，達(dá)到調(diào)節(jié)出餡量的目的。在注餡過(guò)程中會(huì)有注餡桿回帶餡料的現(xiàn)象，注餡桿底端均勻分布有多個(gè)氣孔，氣動(dòng)控制開(kāi)關(guān)控制空氣通過(guò)氣孔排出，將回帶的餡料推凈，克服了回帶餡料的現(xiàn)象。注餡桿與注漿裝置同步工作，在面皮上呈對(duì)角線位置同時(shí)注出餡料和粗糊，由操作工完成春卷成型。
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