菠萝削皮机的设计毕业论文.docx
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菠萝削皮机的设计毕业论文
菠萝削皮机的设计毕业论文
前言
菠萝，原名：
凤梨，别名：
露兜子，拉丁文名：
Ananascomosus.凤梨科、凤梨属植物，凤梨俗称为菠萝，为著名热带水果之一，菠萝原产于南美洲巴西、巴拉圭的亚马逊河流域一带，16世纪从巴西传入中国。
现在已经流传到整个热带地区。
其可食部分主要由肉质增大之花序轴、螺旋状排列于外周的花组成，花通常不结实，宿存的花被裂片围成一空腔，腔藏有萎缩的雄蕊和花柱。
叶的纤维甚坚韧，可供织物、制绳、结网和造纸。
菠萝果实品质优良，营养丰富，据分析每100克果肉中含全糖12-16克、有机酸0.6克、蛋白质0.4-0.5克、粗纤维0.3-0.5克，并含多种维生素，其中维生素C含量高达42毫克。
此外，钙、铁、磷等含量丰富。
可以说菠萝是最好的水果之一。
科学研究表明癌症与人体缺失维生素有很大关系，人类是非常特殊的物种，我们自身无法产生所需的维生素。
当我们年龄开始增长，抵抗力开始下降，各种疾病都会找上门来。
如果能多食水果补充大量的维生素，我们完全可以抵御很多的疾病。
菠萝作为大家非常喜爱的水果之一，它完全可以胜任补充维生素的重任。
它不仅富含大量的维生素，而且口感非常的好。
但唯一的缺点就是削皮工作比较困难，一般的家庭在购买菠萝的时候都是让卖水果的人削好后拿回家再吃，现今社会空气污染比较严重，大量有害颗粒会附着在菠萝上，食用后对人体造成伤害。
所以有了设计菠萝削皮机的想法。
2 菠萝削皮机的研究现状
原本我国初级农产品质量比较差，加工增值程度比较低，缺乏一定的国际竞争力。
最近几年
就现在情况来看，我国的水果加工工业已经具备了相当不错的技术水平和生产规模。
随着工业的进步，产品加工质量明显大幅度提高。
加工增值程度比以前高了许多，对我国农产品出口起到了推波助澜的作用。
所以加大农产品加工机械的研发是提高出口水平的先决条件。
3设计的主要任务和研究容
本设计主要是对菠萝削皮机的整体装置设计和计算进行分析探讨，然后对液压控制系统，电气控制系统，传感器的应用与检测系统，传动机构和工作机构等组成部分，进行设计和计算。
主要流程：
设计背景分析---总体方案分析---结构与案例分析---系统适用性分析。
4菠萝削皮机的系统设计思路
目前菠萝的加工行业中还是广泛的使用人工来去皮的，这种方式费时耗力，工作效率低，为解决人工的不足而设计一种能够降低人工的工作量，提高劳动效率的半自动皮机装置。
2现在菠萝去皮方式及所用工具调查
（1）手动菠萝去皮方式
手动菠萝去皮方式是目前比较常见的一种凤梨去皮方式，也是传统的凤梨去皮方式，其原理是首先通过削刀或刮刀去除外皮，然后再用深V字形刀去除钉扣。
下面就是一些手动去皮的例子：
刮除外皮以后，再用去钉刀把果眼清除干净，就是我们常吃的菠萝了。
近年来市面上出现了一种从菠萝部去肉的快速便捷的削皮刀。
它的原理就是通过一把螺旋刀具旋紧菠萝部，把菠萝肉切削成螺旋状整体拉出来，但这种方法使果肉的浪费较多，下面就展示一下其切削过程：
此种刀具款式新颖，效率较高，比传统的削皮速度快好多倍，但是缺点也比较多，一是其果肉浪费的太多，二是人工操作有些还在室外，卫生无法控制。
（2）机械菠萝削皮方式
由于手工削皮存在费工、费时、而且不卫生等缺点，设计需针对工厂，店铺等对快速卫生去皮的要求。
市面上也存在几种快速去皮菠萝机，下面就分析一下：
这种机器采用PLC控制，机器由削皮刀、削眼刀、机械手、定果叉、PLC等组成的。
运动有电脑控制，由于刀具能够自动跟踪菠萝外形伸缩，因而去皮和去果眼带肉少，是菠萝的浪费减少。
机械去果眼可以大幅度减少成本。
试机前先测量菠萝皮的厚度和果钉深度，更换刀具，在数控触摸屏上设定参数和编写程序，把菠萝放进工作台，机器就可以同时将果皮和果眼削下来。
加工参数：
加工能力:
300—500个/小时
效果：
一次去除果皮和果眼
削皮厚度：
2—6毫米（可调）
削果眼深度：
5—7毫米（可调）
菠萝外形：
粗、细、高、矮、畸形均可
电机功率：
1.5千瓦电压：
220伏
重量：
150千克外形尺寸：
1200x700x1900
经过了解，该设计因为需要多个传感器及需要PLC控制等，制造成本较高，对于小店、小铺来说投资太大，所以一般大中型企业才使用。
3菠萝去皮机设计方案的分析与确定
（1）方案一
本方案用的是摩擦原理分析如下：
本机采用立式结构，主要有摩擦圆筒、工作转盘、机架和传动部分。
1）工作圆筒：
工作圆筒部分包括圆柱形摩擦滚筒好人倒梯形容屑槽。
它是由不锈钢薄钢板卷焊而成（采用不锈钢是因为它具有良好的耐腐蚀性能承受一定的冲击载荷，具有较高的硬度和耐磨性，尤其是对于水果类的产品加工，效果更好）。
筒壁为粗糙表面，以棕刚玉掺环氧树脂浇注、烘干而成。
圆筒的侧壁开有带活门的出料口，物料块茎在离心力的作用下甩出来，碰在出料门的壁上并改变方向，以便于物料的收集。
出料口和排渣口的方位可根据接收容器的放置和方便操作来确定。
2）工作转盘：
工作转盘是物料去皮过程中产生机械作用的主要部件。
根据菠萝的生物学特性及物理特性，吸收手工去皮的基本原理，确定转盘的基本形状为圆盘形，转盘表面为中心向四周辐射的凸起波纹状。
为增大物料和转盘的摩擦，用棕刚玉掺环氧树脂通过模型浇注在盘的顶面上一起转动的挡水环，以防止清洗水进入轴承。
1菠萝入口2筒盖3插板4圆筒5出料口6底座7机架8联轴器9电机10变速机构11橡胶挡板12磨盘
3）传动系统：
该传动系统采用V带一级传动。
电机安装在机架上，整机结构简单、紧凑。
工作圆筒下面设置有排泄口，清洗水连同果皮果渣一起从这里排出。
4）工作原理：
它以电动机为动力，通过齿轮带动圆筒底部的磨盘旋转。
磨盘上表面中间低、边缘高，呈波浪形。
菠萝块茎进入筒，由于离心力和相互碰撞作用，在筒不停地上、下、左、右翻滚，与筒壁不断的摩擦；而圆筒上的弹板将菠萝块茎弹回，在磨盘和弹板共同作用下菠萝就被磨去了外皮，达到了菠萝去皮的效果。
去皮结束时加入清水，然后打开侧门，块茎从侧门排出，果皮果屑随水从流从磨盘的周围间隙排出。
但本机器效率不高，当去皮机工作时，工作转盘旋转，物料由斗形进料口加入，物料落到旋转圆盘表面上的波纹凸起上时，受离心力的作用由工作圆盘的中心向外运动，同时被抛起向筒壁的粗糙表面并产生摩擦。
物料不断的沿工作圆筒壁运动，上升到顶盖，又被顶盖挡回落入工作盘表面。
物料在这样的往复运动过程中，被猛烈翻滚搅动，从而形成了与盘与筒壁及颗粒之间的以翻转、摩擦揉搓为主，撞击为辅的综合机械作用效果，从而达到去皮的目的。
在摩擦去皮的同时，从进水口注入清水，及时将去掉的皮通过转盘与筒壁的缝隙冲至排渣口排出机体。
在不停机的情况下，打开卸料口的活门，物料在离心力的作用下被甩出活门。
卸料前应停止注水，以防止活门打开后水从出料口溅出。
（2）方案二
该设计采用切削表皮的方式来达到去皮的效果，其刀具是采用的“V”型刀具来剔除果眼及菠萝表皮，对于果眼以外的部分则采用切削方法来切削。
基本结构如图所示：
1、外壳2、基座3、上顶盖4、上顶盖及对顶螺母5、下顶盖6、下顶钉7、V型刀具一8、V型刀具二9、蝴蝶夹紧卡子10、开口槽11、夹紧滑动梯形槽12、夹紧T型销13、刀具夹紧法兰盘体14、刀片15、刀片16、进给螺纹套管17、直齿圆锥齿轮18、直齿圆锥齿轮
V型刀具去钉示意图
其机构各部件作用：
1、外壳：
机械外壳2、基座：
用于机构的稳定3、上顶盖：
用来遮挡切屑飞溅及外部灰尘进入4、上顶盖及对顶螺母：
上顶钉用来固定菠萝上部，对顶螺母用来固定上顶钉，两螺母对顶拧紧后使旋和螺纹受到附加的压力和摩擦力作用，当菠萝再被切削有轴向跳动时，该摩擦力仍然存在其特点，结构简单5、下顶盖：
与下顶钉配合来支撑固定菠萝下部6、下顶钉：
用来固定菠萝，与上顶钉配合使用7、V型刀具：
固定刀具，随着动力传到刀具法兰带动V型刀剔除果眼，V型刀具两面均为刀刃8、V型刀具：
沿刀杆可上下移动刀具，用来确定菠萝果眼之间的距离进而确定转速，沿开槽口
（一）移动V型刀具使其对准果眼，调整摇动手柄，选取合适转速，切削菠萝9、蝴蝶夹紧卡子：
用于配合V型刀具
（二）选取正确位置10、开口槽
（一）：
V型刀具
（二）沿开口槽
（一）上下移动，上面的刻度用来选择转速11、夹紧滑动梯形槽：
当下顶盖上放上待切削菠萝时，转动夹紧T型销12使刀具夹紧法兰盘体13上的刀架沿夹紧滑动梯形槽向中心夹紧，实施对波罗的夹紧12、夹紧T型销：
转动夹紧T型销，使刀具夹紧法兰盘体13向夹紧实现定位13、刀具夹紧法兰盘体：
刀具夹紧法兰盘体上由四把可移动的刀杆，上面有两把V型槽刀，V型刀具
（一）和V型刀具
（二），还有两把与菠萝表面平行的刀，片刀
（一）与片刀
（二），其V型刀具
（一）与片刀
（一）、片刀
（二）在同一水平面上
14、片刀
（一）：
用来切削菠萝的表面的毛刺和菠萝皮15、片刀
（二）：
同片刀
（一）16、进给螺纹套管：
上面选用传动螺纹，用于传递功，实现回转运动与直线运动。
传动螺纹的牙型有梯形、矩形等，此处选用的是矩形螺纹，大径为14mm，螺距为2mm，中经为11.8mm17、直齿圆锥齿轮
（一）：
与进给螺纹套管固连18、直齿圆锥齿轮
（二）：
与直齿圆锥齿轮
（一）啮合传递动力19、开口槽
（二）：
在外壳
（一）上，当下顶针插入菠萝后另一端卡在外壳上的槽与上顶针一起固定菠萝20、齿轮变速机构：
对于不同大小的菠萝提供三种变速，有一个三联滑移齿轮和同轴上的三个齿轮构成21、摇动手柄：
用来提供动力，可向外壳
（一）伸入拉出，控制某个齿轮和三联滑移齿轮
3 菠萝削皮机的性能要求
为了安全应尽量应用自动化技术，并保证一定的削皮去钉成功率。
整个系统结构稳定，不仅节省时间更要有非常高的安全性。
考虑到家用的问题，应尽量考虑它的制造成本。
综上所述，这个设计应该满足并具备的性能有以下几点：
（1）设计中要注意系统的稳定性和运动的平衡性。
（2）保证它的制造成本能让大部分家庭接受，并在这个基础上保证它的使用寿命。
（3）保证削皮去钉的成功率，并尽可能的减少材料的浪费。
（4）考虑家用的问题，应尽量减小系统运行中的噪音。
（5）设计时考虑它的体积大小，不能太过庞大占用家庭空间。
（6）整机设计出来后要有一定的改进空间，以防出现问题后整机报废。
4 菠萝削皮机的设计方案
设计的总体方案是要设计出一种既可以削去菠萝外皮，又可以同时去掉菠萝表面的菠萝钉。
这个方案可以达到同时削皮去钉的目的。
操作非常的方便，结构比较简单，简易操作的同时又提高了生产效率，并且具有非常高的安全性，不会对操作人员造成任何伤害。
拥有比较高的削皮去钉成功率，相比以往的削皮机，在减少浪费上有一定提高，比较大的程度上减少削皮去钉过程中菠萝的浪费，由于特殊的设计结构，它可以应对不同的尺寸的菠萝，不会因为个体差别而降低削皮去钉的效率。
考虑到这个设计可能会应用于家庭，所以在选择零部件时考虑到了成本问题，有不错的性价比。
4.1 整体结构介绍
菠萝削皮机由液压控制系统，电气控制系统，液压与检测系统，传动机构和工作机构组成。
这个菠萝削皮机包括电动机、带传动、传动螺杆、支承螺杆、上夹具、下夹具、切削刀具体和上下料机构八个主要部分组成。
其中切削刀具体是包括了环形固定体、管形活动轴、活动体、削皮丝、去钉刀、小弹簧和大弹簧等多个活动体组成漏斗形开口装置，下夹具用于放置菠萝，上夹具负责将菠萝夹紧。
上下夹具保证了菠萝在切削过程中的稳定性。
两个电动机一个负责给链传动提供动力，另外一个负责给菠萝提供旋转所需的动力。
如图所示，菠萝削皮机切削菠萝时，由机械手将菠萝放在下托盘上，液压缸在接收到信号时，上爪盘向下压住菠萝，然后刀具缓慢推进，使刀具触碰到菠萝表层，下托盘带动菠萝开始旋转，菠萝在自身旋转和刀头在丝杠作用下的上下运动的配合中完成削皮动作。
削皮完成后，上爪盘上升松开菠萝，再有机械手取下菠萝，一个菠萝的削皮工作就完成了。
液压控制系统
液压控制系统原理图：
本系统采用的是一个单向减压回路，用以保证菠萝爪盘的上下抓紧活动能够顺利进行。
液压缸的主要尺寸的确定：
1）工作压力P的确定。
工作压力P可以根据机器的类型来初步确定，我选定的工作压力P取值1500N。
2）确定液压缸径D和活塞杆直径d。
查液压传动表2-3可知液压缸的径D为100mm，活塞杆直径d为20mm。
3）计算在各个工作阶段液压缸所需的流量
所以液压缸选择单作用液压缸，可以选用单作用活塞缸。
电气控制系统
该菠萝削皮机采用的是220V交流电作为动力源，其负载只由一个交流电动机组成。
电气控制系统由简单的PLC控制电路组成，其主要功能是能控制电动机的正反转和实现正反转的互锁。
为了使电机能够实现正反转，可以采用两只接触器KM1，KM2换接电动机三相电源的相序，为了防止短路事故，电路中应采取按钮和接触器的双重互锁。
正反转电路如图所示：
传感器与检测系统
传感器和检测系统在系统的应用中主要作用是对刀具上下极限位置的限位，控制刀具的上位移和下位移的距离。
传动机构
该装置机箱部轴之间的所有传动均采用圆柱齿轮传动。
因为它具有瞬时传动比恒定，传动效率高，寿命长结构紧凑等特点。
因为这些优点为菠萝加工
4.2 刀具结构
这个设计的最重要的部分就是刀具，它设计是否合理决定了削皮去钉工作的成功率，由于菠萝的菠萝的特殊结构，使用单个刀头明显不足以完成削去去钉的工作。
设计初期设计出来的刀具是叉状的，刀具部具有小弹簧以确保刀头时刻紧贴菠萝表面，两个弹簧刀头水平呈一定的角度，这样做的目的是为了在切削过程中两个刀头能负责两个螺旋线，增加去钉的成功率。
但设计出来发现稳定性可能会比较差，高速旋转的菠萝会引起这种叉状刀口剧烈震动。
根据这种情况，我最终决定还是采用弹簧刀头的设计，但不采用这种呈一定角度的叉状刀头。
为了提高刀头的稳定性，我设计了这个环形的刀具，间隔20度角平均分布了13个去钉刀、活动体、环形固定体、削皮丝。
每个小刀具均由螺帽进行固定。
活动体通过管型的活动轴与环形固定体连接，它的活动轴是空心的腔体，在环形固定体与活动体的之间的活动轴外面设置了大弹簧，部设置有小弹簧。
环形固定体尾端外面有螺纹并由螺母进行固定。
保证了管型活动轴不会脱离环形固定体。
这个刀具的优点还在于它可以通过减少去钉刀来实现对不同水果的削皮工作。
例如可以只使用一个去钉刀来对苹果进行削皮工作，非常的有实用性。
可以随意变化切削对象。
拆装简单方便。
4.3 夹具的设计
在给菠萝削皮去钉工作中，菠萝位置如果不固定不仅无法进行削皮去钉的工作，还会给造作人员带来危险。
所以设计上下夹具是非常重要的。
为了操作人员的安全和操作的舒适度。
再根据菠萝的外形，设计了这个夹具。
三个抓钉可以完全将菠萝固定。
在电机旋转过程中菠萝不会出现晃动的现象，可以移动的上夹具可以保证对不同长度的菠萝进行夹紧。
既方便又安全。
再联合环形的刀具，完全能够保证机构在运行中的稳定性
4.4 整机结构
通过初期设计及修改，最终确定了整机的结构，机构包括上夹具和下夹具，其中下夹具是固定的，而上夹具是活动的。
先把菠萝固定在下夹具上，然后使用上夹具将菠萝整体固定。
在方案三中已经初步描述菠萝去皮机的结构，其中机器中去钉器包括环形固定体、管形活动轴、活动体、削皮丝、去钉刀、小弹簧、大弹簧，用于放置菠萝的活动体是由多个活动轴机构组成漏斗形开口装置，所述活动体由上大下小的半锥形体与一支离的圆弧体连接成一体，半锥形体向漏斗形开口倾斜，半锥形体与圆弧之间的角度大于90°，环形固定体位于活动体的外围，与活动体通过跟管形活动轴连接，活动轴为空心腔体，位于环形固定体与活动体之间的活动轴外周设置大弹簧，活动体可向后挤压大弹簧，从而扩大由多个活动体组成的用于放置菠萝漏斗形开口装置的直径。
活动轴空心腔体设有小弹簧，小弹簧一端通过活动轴壁台阶固定，另一端与环绕活动体各管形活动轴空心腔体的削皮丝，各活动轴前端设有三角形去钉刀，从活动体圆周侧伸入中心。
活动轴穿过环形固定体，其外端设有螺纹，与螺母，放置管形活动轴脱离环形固定体，便于小弹簧的装入。
大弹簧位于管形活动轴外周，可以控制管形活动轴的运动，使管形活动轴的折面紧靠菠萝表面。
小弹簧位于管形活动轴空腔，可以控制削皮丝的紧度，以利于削皮丝对菠萝表皮的切割。
三角形去钉刀是根据菠萝表皮的花器有序排列成，根据每个花器中间有一个黑色的菠萝钉的规律进行挖去菠萝钉，该装置去钉刀为13个，活动轴与活动体制造成一体式结构，活动轴与活动体也可以焊接成一体或者其他方式固定连接。
各活动轴前端也可以去除三角形去钉刀，由平面或者弧面封闭，菠萝削皮去钉器只削皮不去钉，削皮丝是细小的钢丝穿过在各个管形活动轴里面的小弹簧离心端，在小弹簧的作用下绑紧，以利对菠萝削皮。
使用本菠萝去皮机时，先用水果刀却去菠萝头尾部，固定在抓盘上，再放入活动体组组成的漏斗形入口，使菠萝表皮的花器对准三角形去钉刀，机械力旋转菠萝的同时菠萝刀具沿着菠萝钉的螺旋纹旋转向上移动，菠萝削皮去钉器各活动体在菠萝转动，刀具上升的作用下，活动体向外扩，挤压大弹簧，同时又在大弹簧的作用下自然调整，以利于菠萝削皮去钉，并确保削皮的厚度保持一致，然后出来的将是削皮去钉后完全是果肉的菠萝，且保证最大限度地减少削皮去钉时对菠萝果肉的浪费。
如果用于某些只削皮不去钉的场合，不用装去钉装置，使用时只要将菠萝放入菠萝削皮去钉器入口。
5 菠萝去皮机的总体及部件结构设计与校核
5.1 菠萝去皮机的总体结构设计
5.1.1 运动的合成
根据菠萝的结构，菠萝表面的花苞片及“果眼”的分布形状如图4所示。
菠萝通常呈现未对称性的左右螺旋线排列，左右螺旋线的螺旋线的螺旋升角均约为40，每条螺旋线绕菠萝均为7/12圈，每个菠萝的螺旋线数为13条左右，而菠萝的高度与其直径之比为1.5左右，其高度一般在160mm——280mm围之。
故水平方向转动7/12圈则竖直方向上升1.5D 设定每个菠萝去皮时间为20s，则：
min/472012/7rsrr
min/9205.1菠萝rs
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