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畢業(yè)設(shè)計（論文）中期報告 題目： 水果削皮機的工業(yè)工程設(shè)計 院（系） 機電工程學(xué)院 專 業(yè) 工業(yè)工程 班 級 110217 姓 名 學(xué) 號 110217114 導(dǎo) 師 2015年 5 月 13 日 一、 設(shè)計進展狀況 1. 外文翻譯 已經(jīng)完成英文文獻《Design and Development of an Apparatus for Grating and Peeling Fruits and Vegetables》的翻譯和修正。 2. 問卷調(diào)查分析 通過問卷調(diào)查，了解現(xiàn)有水果削皮機的不足之處和改進型水果削皮機的市場所在，對所要設(shè)計的產(chǎn)品有一個大致方向上的把握。 圖1.問卷調(diào)查統(tǒng)計圖 由圖表可知，水果削皮機的市場是廣闊的，擁有多種功能、操作簡便、售價合理的削皮機設(shè)計尤其受到喜愛。 3. 水果削皮機的設(shè)計 3.1 設(shè)計原理概述 本課題的設(shè)計采用不銹鋼的支架，用真空原理的塑料吸盤來固定機子，方便而牢固；利用彈性削皮刀具仿形能力強，以適應(yīng)不同橢圓度和凹凸面，刀頭從蘋果頂部開始旋轉(zhuǎn)，直到蘋果底部。蘋果削皮挖心切片機主要由傳動、操縱、工作三部分組成工作部分主要由挖心切片刀、叉刀、削皮刀、吸盤、手柄、傳動軸等組成，工作時 （1） 按住底座，搬動吸盤拉桿，將機器固定在桌面上； （2） 壓下削皮刀頭，將自動調(diào)節(jié)彈簧扣?。? （3） 按住調(diào)節(jié)卡扣，使其處于松開狀態(tài)，同時將螺桿伸到最大位置； （4） 將蘋果垂直直接插入固定針，調(diào)節(jié)到合適的位置可松開調(diào)節(jié)可扣； （5） 松開自動調(diào)整彈簧，刀片頂部旋轉(zhuǎn)螺絲調(diào)節(jié)，越寬削皮越厚，寬度越小削皮越??； （6） 另一只手搖動手柄沿著順時針方向； （7） 側(cè)面刀片為切片中間固定去核，一個蘋果從削皮、切片、去核、一次性就能完成，非常方便； （8） 最后留在叉刀頭上的蘋果核用手小心除去。 3.2.整體設(shè)計 外觀的設(shè)計理念以美觀小巧精致為指導(dǎo)思想，將水果削皮機設(shè)計成一種不僅實用而且美觀的物品。在實用的同時，還可以美化家居，讓人有一種美的感覺，使產(chǎn)品成為一種藝術(shù)品。 表1.水果削皮機明細表 圖2.蘋果削皮機正面實體圖 圖3.蘋果削皮機側(cè)面實體圖 3.3. 工作部件設(shè)計 3.3.1 削皮刀片的設(shè)計 (1)削皮刀片材料選擇 水果酸性大，腐蝕性強，要求削皮刀具具有較高的防銹能力。本機選擇了價格便宜且具有一定防銹能力的鋁合金刀片作為削皮刀片的選用材料 (2)刀具的外形確定 前提條件:1)蘋果的外形是頂部、底部凹陷的近似圓形，凹陷處外 圓直徑d1，d2最大直徑17毫米。如圖所示 圖4. 刀具切削示意圖 2)為了增加蘋果頂部和底部的去皮面積，必須使刃線運動到圖中的C位置，削皮刀具的切削路徑應(yīng)始終和回轉(zhuǎn)中心線B-B1垂直。 3)削皮厚度考慮,為了達到削皮薄，去皮效果好的目的，去皮厚底應(yīng)在0.6到1.2mm之間。 將該機器的切削刀片設(shè)計成弧形，彎曲弧度由市場上能買到的去皮刀片模擬實驗得出，刀片切入角度應(yīng)該能夠和根據(jù)蘋果大小和形狀的不同進行調(diào)整，所以，刀具與刀具臺之間設(shè)計成活動的，用蝶形螺栓進行固定，以實現(xiàn)角度的要求。因為刀具臺和刀具之間是活動的，彈簧1作用力壓迫刀具和刀具臺與蘋果果皮接觸，這時就不需要擔心去皮厚度，厚度等于刀具臺與刀具之間的距離。 表2.切削刃寬對比表 （3）實驗與分析 在壓于刀具后面彈簧不變的情況下，用弧長為12mm和24mm的刀片分別進行削皮加工，實驗結(jié)果如下： 刃寬（mm） 削皮厚度（mm） 去皮干凈程度 加工后表面光潔度 12 24 0.2---0.3 0.4---0.6 欠好 好 較好 好 當刃寬為12mm（窄）時，因刃線與蘋果的頂部和底部不能保持相切，產(chǎn)生尖點接觸，加上到頭重量輕、徑向跳動大、容易出現(xiàn)漏削狀況，去皮干凈程度和表面光潔度下降；又因刀頭重量輕，吃刀深度淺，使得切削厚度有所下降。當刃寬為24mm時，其削皮厚度雖然比刃寬為12mm是略有增加，但其他兩項指標均優(yōu)于前者，故本機采用刃寬為24mm。 （4）切削角度 這里主要指刃傾角λ，契角β，前角γ,后角α.如下圖所示.由于果品物料 的組織松軟,含有大量的水分,表皮組織又有較高的韌性,所以在切削加工過程中,要求刀具鋒利.擠壓力小,為此,對上述角度提出如下要求: 1）刃傾角λ 刃傾角λ是切削刃和切削速度V的垂直間的夾角，如圖a所示。有了人傾角,即可進行斜交切割.斜角切割有以下兩點好處:a. 減少了道具在切削過程中的實際工作契角β和刃圓半徑Ra,又因斜角切削不會改變刀具的刃磨角度,從而保證了刀具的耐用度；b.斜角切割時,切削速度V的方向不垂直于切削刃,沿著切削刃方向有一個速度分量V刃，故切削刃相對于蘋果除了“切”之外，還有“割”的作用，從而使切削刀刃顯得更加鋒利，減少了削皮厚度。所以斜角切削省力省功，加工質(zhì)量高。本機先用λ=5o 。 2）契角β 如圖b所示，為了使刀具更鋒利，降低切削加工的擠壓力，食品刀具的契角一般都很小，但刀具的契角過小將使刀具的耐用度下降，導(dǎo)致加工產(chǎn)品質(zhì)量降低。對于水果類的切削刀具，一般β=5o～20o ，單片刀片的契角β=17o 。 3）前角γ前角的大小直接影響著刀具的鋒利和牢固程度，影響切削作用和擠推作用的比例，決定刀具的切削性能。在保證刀具具有一定的耐用度下，盡量加大前角使刀刃鋒利，以增加刃切作用減小擠推作用。本機選用：γ=63o～68o. 4）后角α 后角的作用主要是在切削過程中減小后刃面與加工對象（已加工表面）之間的摩擦，在水果加工中，二者之間的摩擦阻力很小，所以后角大小的選擇不是主要矛盾。由圖4（c）知，契角β，前角γ,后角α三者的和為90度，前面已選前角為63o～68o，契角為17度，故本機后角為5o～10o。此數(shù)值基本符合加工塑性大或彈性大的金屬材料的后角取值范圍。 圖4a 切削角度示意圖 圖4b 契角示意圖 圖4c切削角度示意圖 （5）削皮機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點 安裝削皮刀片的削皮刀架由2Cr不銹鋼制作而成，其彎曲程度由之前確定的刀具角度確定，滿足要求即可。因加工對象的最大直徑為90mm。則要求刀架上的刀具能以半徑R=50mm的圓旋轉(zhuǎn)，以滿足切削要求。假設(shè)刀具臺的原動力彈簧為0，則刀具臺能夠轉(zhuǎn)動270度，完全能滿足要求。本機采用螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧，壓著刀具臺使削皮刀片在加工對象表變有一定壓力，能隨著被切削物形狀的變化而變化，達到削皮的目的。 通過實驗知，刀刃個刀具臺之間的距離為1mm左右時，削皮質(zhì)量較好（皮薄、已加工表面光滑、切削阻力小；小于此數(shù)值時，刀刃在蘋果表面易脫落，增加了漏削率；大于此數(shù)值時，增加了切削過程中的推擠作用，已加工表面的光潔度下降。這個距離不是固定不變的，可以隨水果的大小而適當改變，有刀具上的蝶形螺母控制，簡單易操作。 圖5 刀具實體圖 3.3.2挖心切片刀幾何參數(shù)的確定 選幾種直徑分別為70,80,90mm的蘋果，進行測定，取算術(shù)平均值填入表中，由數(shù)據(jù)知，蘋果心直徑為30mm，長度為38mm，頂尾部下陷最大直徑為17mm。以上數(shù)據(jù)作為設(shè)計挖心刀的尺寸依據(jù)。該機挖心刀刃部非常鋒利，刀的端部做成契型，便于入切，采用斜角切入，加上橫斷刀的配合，使該機挖心切削阻力小，出渣容易. 圖6蘋果核示意圖 表1.常見蘋果的尺寸調(diào)查 由以上數(shù)據(jù)確定出挖心刀去核直徑為20mm，能最大限度的提高水果出肉率，較少切削過程中的浪費。 圖5 挖心切片刀片 該刀片為硬度較高的鋁合金材料制成，在切削進給過程中，果核將沿圓孔型刀具直線前進，果肉隨著進給軸的運動，被孔邊緣的弧形刀片切割成螺旋狀，最終果核將留在叉刀之上，實現(xiàn)果肉和果核的分離。 3.3.3 固定吸盤的選擇 圖6 常用吸盤示意圖 吸盤是一種帶密封唇邊的，在與被吸物體接觸后形成一個臨時的密封空間，通過抽走或是稀釋密封空間里的空氣，產(chǎn)生內(nèi)外壓強差而進行工作的一種氣動原件，生產(chǎn)。 生產(chǎn)真空吸盤的材料一般為各種橡膠、塑料和金屬，我們經(jīng)常見到的真空吸盤是NR、SI、FKM、NE、EPDM、SE等多種橡膠制造的，如果按吸盤的形狀分類，可分為扁平吸盤，橢圓吸盤和異性吸盤等你，本機采用扁平真空吸盤，其特點是易耗損、易使用、無污染、不傷工件等特點。 真空吸盤的吸力計算公式為 W=(PxC)/101x10.13 本機設(shè)計采用的吸盤模型如圖7所示 圖7 吸盤模型 如圖所示，本機采用的吸盤由底蓋、彎曲拉桿、底座、外殼三部分組成，根據(jù)吸盤的工作原理，將以上三部分組裝起來，工作時，擺動彎曲拉桿，利用彎曲拉桿擠壓吸盤，達到固定機器的作用。吸盤面積可以適當增大，在理想狀態(tài)下，達到將水果削皮機吸在墻體上的效果，節(jié)約擺放空間。 二、 存在問題及解決方措施。 1. 總體設(shè)計還需注重細節(jié)，不夠完善 本設(shè)計的許多地方還需要該進，如彈簧的選擇，連桿長度要求等都是在未經(jīng)科學(xué)計算的情況下自行設(shè)計的，如果要做出實物模型，會出現(xiàn)許多的小毛病，有可能影響削皮質(zhì)量。雖然大致裝配圖已經(jīng)完成，大體設(shè)計方案已經(jīng)確定，但是裝配細節(jié)上也有瑕疵，還需要該進。 2. 進給軸長度和導(dǎo)程還需要實驗是數(shù)據(jù)確定。 3. 前期的設(shè)計主要是為了實現(xiàn)削皮機的功能而設(shè)計的，并未做過多的人機原理分析，需要在后期的工作中加強。 三、 后期工作安排 1. 完善水果削皮機裝配圖，細致入微 在前期的設(shè)計過程中，圖紙裝配設(shè)計方面存在一些問題，如彈簧的選擇和裝配，去核切片刀的安裝位置及其所存在的安裝不緊密的問題，其次，需要的緊固件，螺釘螺母的選擇，這些問題影響著最終的削皮效果，需要認真完善。 2. 完成各工件的數(shù)據(jù)計算，確保設(shè)計的可行性 前期雖然進行了一部分的計算，如刀具和吸盤，但在這些還遠遠不夠，進給軸和叉刀的合理選擇，機架整體的受力情況都需要清析的理論支持，這將使后兩周的主要工作。 3.對已有設(shè)計方案進行基于人機工程原理的改善，使水果削皮機更加貼近使用者，貼近我們的生活。 4. 后期進度計劃 第11周 完善水果削皮機各工作部件的計算，包括進行受力分析。 第12周 對計算后不符合要求的尺寸進行修改。 第13周 完善設(shè)計裝配圖的各個細節(jié)。 第14周 運用人機工程學(xué)原理對設(shè)計的水果削皮機進行改善。 第15周 完善該進細節(jié)，將該水果削皮機與市場上的水果削皮機設(shè)計方案進行比較。 第16周 構(gòu)建評價體系和評價模型，得出該削皮機設(shè)計方案的市場潛力評分。 第17周 撰寫論文。 第18周 論文修改及終稿完成，準備答辯。 注：1、正文：宋體小四號字，行距22磅。 2、中期報告裝訂入畢業(yè)設(shè)計（論文）附件冊。