豆干片自动上装系统总体设计毕业设计Word文件下载.doc
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2.4单通道振动盘料斗的设计 13
2.4．1振动盘料斗设计 13
2.4．2振动器设计 16
2.5双通道震动盘的设计 20
2.5．1振动器设计 22
2.7振动盘涂层 27
2.8振动盘技术参数 28
2.8振动盘的调整步骤与要点 29
3滑道设计 31
4气动传动设计 33
4.1气压传动的系统分析 33
4.1.1气压传动的组成及工作原理 33
4.2.1气缸的性能 40
4.2.2缓冲装置 44
4.2.3连接与密封 44
4.2.4气缸筒与气缸盖的设计 44
活塞与活塞杆 46
气动装置的密封 49
5.1机架的概念及分类 56
5.1.1机架的概念 56
5.1.2机架按外形分类 56
5.1.3机架按制造方法和材料分类 56
5.1.4机架按力学模型分类 56
5.2机架设计的准则 57
5.2.1工况要求 57
5.2.2刚度要求 57
5.2.3强度要求 57
5.2.4稳定性要求 58
5.2.5美观 58
5.2.6其他 58
5.3机架设计的一般要求 58
5.4机架的设计步骤 59
5.5机架结构选择的一般原则 59
5.6机架的设计与计算 60
5.7机架设计的技术要求 61
致谢 62
参考文献 64
附录：
65
外文资料与中文翻译 65
ii
前言
目前，食品安全是大家特别关注的一个问题，随着社会发展人们对食品营养，卫生，安全要求越来越严格。
而人们在追求优质营养的时候很容易选择豆干，营养丰富，含有大量蛋白质、脂肪、碳水化合物，还含有钙、磷、铁等多种人体所需的矿物质。
豆腐干在制作过程中会添加
食盐、茴香、花椒、大料、干姜等调料，既香又鲜，久吃不厌，被誉为“素火腿”。
社会需求很大然而豆干的加工还是人工的，存在着很大的食品安全隐患，并且生产效率比较低。
尤其在豆干片加工企业需要花费大量的人力劳动从而完成排序部分。
所以说，本次豆干片自动上装系统设计，不管是对食品加工工业的发展还是对企业社会的利益增长都是具有重要价值和意义的。
所以我们选择做豆干片自动上装系统总体设计，这次设计符合我们专业的培训目标，可以体现综合训练的要求，而且，本次设计题目符合现代社会食品加工工业的发展要求，是具有重大的现实价值。
本次设计也是对我能力的一种考试，是检查自我是否是合格的本科毕业生的一次考核。
道路是曲折的，前途是光明的。
梅花香自苦寒来，宝剑锋从磨砺出。
由于我国机械自动化，或者说是食品机械自动化还远远落后于发达国家，缺少成功的经验，同样，豆干片是我们的传统特色美食，国内外没有过自动上装的成功经验，所以我们在设计过程中没有成功案例可循，首次进行设计，由于实际生存知识的欠缺和设计经验的缺乏。
还有许多地方不足和错误，希望老师指出指导！
1总体方案的制定
1.1设计目的和意义
豆干有抗氧化的功效。
所含的植物雌激素能保护血管内皮细胞，使其不被氧化破坏。
如果经常食用就可以有效地减少血管系统被氧化破坏。
另外这些雌激素还能有效地预防骨质疏松、乳腺癌和前列腺癌的发生，是更年期的保护神。
丰富的大豆卵磷脂有益于神经、血管、大脑的发育生长。
比起吃动物性食品或鸡蛋来补养、健脑，豆干都有极大的优势，因为豆干在健脑的同时，所含的豆固醇还抑制了胆固醇的摄入。
大豆蛋白可以显著降低血浆胆固醇、甘油三酯和低密度脂蛋白，同时不影响血浆高密度脂蛋白。
所以大豆蛋白恰到好处地起到了降低血脂的作用，保护了血管细胞，有助干预防心血管疾病。
所以在这个人们越来越追求食品营养安全的大氛围下，豆干越来越受亲睐。
然而，豆干的生产包装却依然是人工排序上料。
这影响了企业的生产，也威胁着这一行业的食品安全。
所以做这个课题也是很迫切的任务。
1.2总体方案的确定
经过一段时间的毕业实习和对课题的调查研究，我们大致的确定了一下这个总体方案。
总体方案我们分两大部分组成：
排序部分和上装部分。
而这两部分的主体设计是振动盘的设计和气缸的设计。
确定的方案流程如下图：
豆干进入供拣系统
在供拣系统的第一级排序上升
在供拣系统的第二级剔除不合格排序的豆干
在供拣系统的第三级按同步速度离开分拣系统
根据测量的尺寸计算分拣物件的滑块个数，并跟踪物件
根据同步信息，在指定格口处驱动预定数目得滑块按照特定曲线连续运动，推动物件进入格口，使豆干落到包装系统中
2振动盘的设计
2.1振动盘的发展过程振动盘的发展过程
国内振动机械新技术
a、预防长距离振动输送机产生弹性弯曲的新技术
b、保持振动盘振动稳定的新技术
c、消除构件焊接内应力的新技术
d、防止螺钉和螺帽松动的新技术
e、防止筛孔堵塞的技术
f、提高筛面耐磨性的技术
g、二次隔振减小传给基础振动的技术
h、减少振动机起动通过共振振幅的技术
国内振动盘新产品
1）激振器偏转式大型冷矿振动筛
2）惯性共振式概率筛
3）20-40米长的平衡加隔振动的大长度振动输送机
4）新型振动压路机
5）大宽度新型摊铺机
6）750吨振动沉拔桩机
7）实现振动同步传动的自同步振动给料机
8）双激振器自同步振动破碎机
国内振动盘发展展望
A,大力加强研究振动盘理论与技术的研究,一方面深入开展振动盘的基础理论与工作机理的研究,如加强非线性振动机的理论,振动的稳定性等,另一方面加强实际技术的应用等,如筛面耐磨性和延长筛机寿命研究等
B,应该大力开展振动盘实际应用的研究与开发工作,扩大振动技术的应用领域与范围,将振动盘广泛应用于各个领域和各种工艺过程.
C,特别要加强振动盘技术与信息技术,即多煤体技术,集成电路技术,光导纤维技术,网络技术和人工智能技术的结合,使振动盘的理论与技术成为一种以智力为依托的高新技术.振动盘是振动式料斗的工作原理不同于机械传动的料斗，它借助于电磁力产生微小的振动，依靠惯性力和摩擦力的综合作用驱使豆腐干向前运动，并在运动中自动定向。
这种料斗装置的主要优点：
（1）送料和定向过程中没有机械的搅拌、撞击、和强烈的摩擦作用，因而工作稳定。
对于柔软富有弹性的豆干用这种料斗是很合适的，因此我们采用振动盘作为筛选排序装置。
（2）结构简单，易于维护，比较耐用。
（3）通用性强。
对于豆干形状的变化，我们只要稍作调整，就仍然可以使用。
振动盘在使用中的缺点和局限性：
（1）工作中有噪声，特别当豆干较大或结构参数设计得不合理时噪声尤大，以致扰乱周围工作环境。
因此必须合理地设计和调整，使之减小和避免噪声，同时，振动盘对于尺寸和重量较大的豆干不甚合适。
（2）必须保持料斗中洁净的工作环境，当有豆干碎渣时，必须给予清理，否则将影响送料速度和工作效果。
2.2振动盘的原理
2.2．1振动盘的原理分析
图2-2
图1-1系工作原理示意图。
滑道2用板弹簧3支承在底座6上。
电磁振动器的铁芯和线圈4固定在底座6上，衔铁5固定在滑道2的底部。
滑道2与水平面呈很小的角度，弹簧3与铅垂面呈角。
当以工频交流电或经半波整流通入线圈后，在电流从0到周期内吸力逐渐增大，滑道吸引向左运动，而当电流从最大逐渐到零时，滑道在板弹簧的作用下向右回复。
由此不断产生往复振动，处于滑道上的工件1便产生自左向右，由低到高的移动。
工件在滑道上向上移动有如下几种可能情况（图2-2）：
（1）如图2-2a所示，当滑道借弹簧力向上升移时，工件与滑道一同上升，从A移到B,其速度的方向为板弹簧末端所划过圆弧的切向。
同时由于是加速度运动，当弹簧回复到原状时，滑道升移的速度虽然减小到零，但工件还有一定的惯性，有继续向上运动的趋势。
当电磁线圈和铁芯吸引衔铁时，滑道向下移动，其速度比升移时的速度要大，如果此时滑道向下移动的垂直分加速度大于工件的自由落体的重力加速度g,则工件将产生“瞬时腾空”现象。
等到工件下落与滑道接触时，已落在C点，然后又被滑道升移带到D点，如此继续，工件便不断向上移动。
此时，工件具有较大的送料速度，但运动平稳性较差。
实际上，工件以单纯的腾空飞跃的方式向上运动的情况是较少的，往往同时伴随着工件在滑道上的滑移运动。
（2）如图2-2b所示，如果工件“腾空”时间少于滑道下移回行时间，即滑道降移的垂直分加速度小于工件的重力加速度g时，则工件开始由于惯性“腾空”很短暂的时间，然后落在滑道上的C点并一同下移到D点，再被滑道带着向上。
在这种情况下工件向上移动的平均速度要比单纯“腾空”有所减小。
（3）滑道向下回程的加速度不够大，工件不能“腾空”，这时工件一方面在滑道上向上移动，同时又被带回后退一定距离（图2-2C）,因而工件上移的平均速度更低。
当振动式料斗的参数设计或调整不当时，工件有可能随着滑道上下而在原地跳动不前。
（4）当料斗的结构参数和工作参数选择恰当时，工件在不产生“腾空”的情况下，也能以较高的平均速度向上滑移。
如图2-2d所示，当滑道带着工件以加速度向右上方升移时，工件上所受的惯性力为m，此惯性力使工件向下滑移。
只要滑倒向上的加速度不超过某一临界值，由于摩擦阻力的作用，工件就不会向下滑移。
从2-2d所示平衡力系可得：
m+mgsin=
msin+mgcos=
所以 =
式中—— 工件与滑道间的摩擦系数。
当滑道因电磁吸力作用带着工件以加速度向左下方降移时，工件上所受的惯性力m驱使工件向上滑移。
当超过某一临界值时，工件就可以可以克服摩擦阻力向上滑移。
从2-2e所示平衡力系可得：
mcos-mgsin=
mgcos-msin=
所以=
由此可见，只要振动料斗的结构设计合理，工作参数调整适当，工件就能连续地向上滑移。
在这种情况下，工件的平均速度虽不及“腾空飞跃”高，但运动平稳，有利于自动定向。
振动料斗在实际工作过程中，由于受多种因素的影响，工件的移动过程可能是上述几种情况兼有的复杂过程，而且移动速度也不可能是恒定的，因此一般均以其平均速度表示。
图2-3运动分析
供料机构的任务是把待加工的物品（工件）从存料器（料箱）中分离出来，按照自动机的加工要求，定量、定时、定向地送到加工位置。
供料机构主要由四大部分（机构、装置）组成。
2.3振动盘的定向方法
在振动式料斗中，是以剔除法来进行定向的。
一般都在螺旋料道的最上一层，根据工件的形状特性和定向要求，安装一些剔除构件，或将某一段料道开出缺口、槽子，或做出斜面等，将不符合定向要求的工件剔除，使之重新落入料斗底部，而让正确定向的工件通过。
这样的结果就能满足都干的定向问题。
图2-4定向方法实例
图（a）为凸缘定向分选结构，通过在料斗内壁适当位置设置一段凸缘，容许大头向下的正立物品顺利通过，倒立、侧卧者则被剔除并落回料斗，实现定向分选。
图（b）和图（c）适用于王冠瓶盖及有凸缘瓶盖的定向分选。
图（b）为限制板结构，限制板与螺旋输送道间的距离只容许一个瓶盖自由通过，重叠的盖受阻并被分隔开，下面的盖从限制板下通过，上面的盖受限制板的阻挡而落回料斗，未能分离开的重叠盖都落回料斗。
图（c）是拱桥结构，一般设置在限制板结构之后，适用于盖口向上的送料场合，方位合乎要求的盖通过拱桥结构继续前进，不合要求的盖从剔除孔落回料斗。
图（d）和图（e）为缺口结构，适用于小杯、小盖、小盒等的定向分选，通常直接在输送槽或道上开设特定形状的缺口，盖口朝上者可通过，盖口朝下者剔除回料斗。
图（f）为凸块结构，适用于高度大于直径的圆柱或圆筒形盖、塞的分选。
在螺旋输送道上高度大于物件直径但小于物件高度的位置处设置特殊形状的凸块，物件直立者输送至凸块处即被推倒或剔除回料斗。
为使圆柱形物品沿输送道前进时，其中心线与输送道中心线方向一致，将设置凸块结构之后的螺旋输送道逐步减小宽度，这样，不符合定向的又被除，实现二次定向分选
挡条是常用于保证零件单项纵向的机构，剔除静置其他零件之上的零件。
它还用于剔除那些直立方向上移动的零件。
如果零件楔形挤入挡条下，使用这种机构将会出现阻塞，这种阻塞机构与零件的几何结构有关。
据曲线图可以确定最大可接受挡条斜角，它与由阻塞角表示的零件几何结构有关。
通过的零件层与挡条之间的最大间隙近似等于零件的厚度。
可以确定其最小间隙，它是输送速度的函数。
当值达时，对进给速度的影响可以忽略不计。
2.4单通道振动盘料斗的设计
2.4．1振动盘料斗设计
圆盘料斗应尽量做得轻巧些，一般都用铸铝制成整体式然后将螺旋料道车出。
对于大、中型的料斗也有用薄钢板拼焊而成。
圆盘料斗的主要结构参数是：
螺旋料道的升角、升距t和中径D。
A料道的螺旋升角：
升角愈小，工件的平均速度愈高，但料道的螺旋圈数增多。
当工件的高度或直径较大时还会料斗直径显著增大。
值也不能太大，当增加到一极限值时，工件将不能向上滑移。
根据前所分析工件在料道滑移的条件可知，角的极限值与角和摩擦系数有关，
从公式=
=
使可得：
tgtgtg
即tg
所选取的值应比为小，一般为1到5.根据实际应用取1
B料道螺旋升距t:
应保证两层料道之间不让两个工件重叠通过，其升距可按下式决定：
t=1.6h+s（毫米）
式中h——工件在料道上的高度或直径（毫米）；
取10mm。
S——料道板的厚度（毫米）取10mm
t=1.6h+s=26mm
C螺旋料道的中径D和料道外径D：
中径D取决于升角和升距t：
D=（毫米）
圆盘料道的外径：
D=D+b+2e（毫米）
式中：
b——料道的宽度（毫米）；
e——料斗壁厚（毫米）
D==480mm
（2）支撑弹簧
支撑弹簧的刚度须根据料斗振动系统的自振频率及料斗折算到弹簧支承点上的折算质量进行计算，一般计算过程繁杂而且不易准确。
所以生产中常用类比法确定板弹簧的截面尺寸，而后在调试时做出适当的修正。
支撑弹簧的倾斜度决定于螺旋料道的振动升角的大小。
根据理论分析和实践证明，角不易过大和过小，一般在10到25范围内选取。
较小时，工件向前的分速度大，但“瞬时腾空”的作用减小，适宜于精密、细小工件的送料；
角较大时，腾空抛掷的作用加强，送料平均速度较大，适于形状简单，易于定向和生产率要求较高的情况。
角过大，会使工件前进的分速度减小，且腾空前进的距离缩短，向上抛掷工件的作用太强，以致显著降低送料平均速度，产生较大的噪声。
一般当振动器不经整流时取为10到16经半波整流时取为20到25。
故β取230
对于圆盘形料斗，一般支撑弹簧固定点的分布圆直径2r比料斗的螺旋料道的中径D要小，所以支撑弹簧的倾斜角不等于角，为了得到选定的角，须用下式换算：
tg=
即
故ψ取670
2.4．2振动器设计
振动器可以利用机械传动的曲柄连杆、偏心凸轮等作为热振源。
但由于这种装置的结构复杂，体积大振动频率低，所以在自动料斗中很少应用，一般可用于直槽式振动输送装置和螺旋式振动提升装置。
国外也有采用压缩空气作为振动源的振动器。
因为气动振动器噪声较大，而且不如电源使用方便，故一般并不推荐采用。
最常用的是电磁式振动器。
在生产中通常有三种制作方法：
A按交流电磁铁的型式和尺寸，用硅钢片冲制铁芯和衔铁，再根据所需要的吸引力绕制线圈。
自制铁芯时须注意硅钢片应平整，在叠层铆合时必须压紧，以免存在气隙而影响使用效果。
B采用小功率变压器的铁芯硅钢片，当没有条件自制硅钢片铁芯时，这是一种比较经济实用的办法。
C用标准的交流电磁铁改装，将铁芯上的阻尼环卸去，使其通入交流电后产生振动。
通常多采用牵引力为8公斤和5公斤的两种。
严格的设计计算电磁铁的需用功率和结构尺寸较为复杂，一般多根据所需的吸引力，振动频率、弹簧刚度等参考现有资料类比确定，然后通过实验进行调整修改。
振动器的铁芯和衔铁的间隙应注意调整适当。
在电压和弹簧杆刚度一定的情况下，间隙过大可能使电磁吸力不够，从而必须加大电压增加功率消耗。
调整间隙时应使衔铁被吸引后与铁芯间保持一最小间隙，避免与铁芯碰撞而完全破坏振动节奏，以致料斗不能正常工作，并引起很大的噪声。
一般间隙为0.4-1毫米左右。
振动器的线圈可以直接接入工业频率为50赫兹的交流电源，此时振动器的振动频率为100赫兹；
也可以经过半波整流的交流电，此时振动频率为50赫兹。
不经过整流的振动器线路最为简单，振动频率高而振幅较小，工件在料道上运动较平稳，但振动节奏不够明显，噪声较大，适用于小而轻的工件。
经半波整流后，频率虽然减低一半，但振动节奏分明，料斗振幅加大，而且更易保证料道降移的加速度高于升移的加速度，有利于工件向上滑行，因而保证较高的送料生产率。
当振动式料斗采用三个振动器时，这三个线圈将并联接入电源中。
图2-5标准的铁芯硅钢片
需要调节送料速度时，可以在电路中接入变阻器或自偶调压器调节电压。
2.4.3盘顶设计
以直径分类:
有Ф80，Ф170~Ф1200mm等十多种型号．以顶盘外形分类：
直螺纹顶盘，等分线顶盘，锥形顶盘；
以制人材料分类：
不锈钢304顶盘，塑脂顶盘，铸铝合金顶盘，可适合大多数工件的安向输送．
（1）自动排序上料,提高生产效率。
（2）定向精确，使用方便，使用成本低。
（3）使用寿命3-10年。
（4）对工件的磨损小。
通过对顶盘先进加工工艺研究的加深和应用，对顶盘的涂层、铝氧化、光洁度处理等方面取得了长足的进步，其中涂层的耐磨性、粘结强度、防震性等方面已接近国际同类产品的水平。
充分保证工件传送过程中的特殊技术要求。
不锈钢或铸铝合金制作，定向轨道较长，供料充足，刚性强，适合分辩特征明显，易定向工件的高速传送。
等分线顶盘不锈钢或铸铝合金加工，刚性较强，定向装置简单，易加工，易疏散工件，适合在料盘内易重叠、分辩特征明显的工件传送。
直螺纹顶盘 全部不锈钢制作，定向范围广，刚性好。
相对贮料空间大，可根据工件特征加装多个简单或复杂的分辩模块，适合分辩复杂，在料盘内不易堵塞通道的工件传送。
硬氧化铝顶盘提高铝合金表面硬度、耐磨，光洁度高。
喷脂顶盘减震，耐磨，降低噪音，防止工件在振盘内碎裂，划伤。
喷漆加工简单，外观一致性好，根据用户要求搭配与主机相宜的颜色。
光面处理顶盘光洁度好，处理复杂能适合不同工作环境。
根据设计要求取锥形盘。
2.4.4振动盘底盘
盘底是振动送料器的驱动装置，其型号以电磁铁安装位置的不同分类：
正拉ＺＬ 侧拉ＣＬ。
正拉ＺＬ底盘：
（电磁铁安装在顶盘正下方）驱动力强，振幅大，噪音低，速度快，承重性好，可适应不现工作环境，适合传送分辩特征明显的工作
侧拉ＣＬ底盘：
电磁铁位于振盘侧面，振幅小，振动平稳、噪音较低，适合分辩特征不明显，分辩要求高的工件传。
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