餐具分揀裝置的設(shè)計(jì)

北京理工大學(xué)珠海學(xué)院2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)前言1.1小組課題綜述1.1.1餐具自動(dòng)清洗機(jī)市場(chǎng)背景中國(guó)餐飲行業(yè)發(fā)展迅速，企業(yè)數(shù)量巨大，消費(fèi)者離開后往往會(huì)產(chǎn)生大量帶有剩菜殘?jiān)坝臀鄣牟途卟捅P。人工收集餐盤并傾倒剩菜、清洗餐盤餐具再將其分類，效率低下，勞動(dòng)強(qiáng)度大，為應(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求，有些企業(yè)和學(xué)校會(huì)選擇使用餐具自動(dòng)清洗機(jī)。餐具清洗機(jī)的分類有多種，根據(jù)使用場(chǎng)所的不同有酒店，食堂，消毒公司，家用洗碗機(jī)等。目前市面上的全自動(dòng)洗碗機(jī)可以分為兩大類，主要是家用和商用，全自動(dòng)家用洗碗機(jī)因其體積功率較小一般來(lái)說(shuō)只適用于家庭，而商用洗碗機(jī)根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不同可分為箱式和傳送式兩類。表1.按結(jié)構(gòu)分類的家用洗碗機(jī)特點(diǎn)分揀機(jī)器在目前不管是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外市場(chǎng)大多使用特殊結(jié)構(gòu)，通過餐具本身的幾何特征不同而用不同結(jié)構(gòu)將其分篩開來(lái)，多數(shù)使用長(zhǎng)龍式或斜坡式，分揀速度快，分揀餐具的數(shù)量一次也可以達(dá)到數(shù)十個(gè)或上百，帶有分揀機(jī)構(gòu)的洗碗機(jī)機(jī)身十分龐大且長(zhǎng)度很長(zhǎng)，整機(jī)占地面積較大，耗費(fèi)電量多，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜不易于安裝或修理，只適用于大型企業(yè)，一般食堂或?qū)W校不適用此種類型的機(jī)器。圖1.1清洗分揀一體化機(jī)器目前國(guó)內(nèi)市面上的洗碗機(jī)產(chǎn)品多為單獨(dú)清洗各類餐具或單獨(dú)分揀餐具的機(jī)器，抑或是“一條龍服務(wù)”式，在這臺(tái)機(jī)清洗完人工搬至下臺(tái)機(jī)進(jìn)行分揀。國(guó)外的餐具自動(dòng)回收清洗的科技水平較高，機(jī)器自動(dòng)化程度高，可以滿足更多需求，與此同時(shí)帶來(lái)的也是更高的造價(jià)，再者，由于中外餐飲文化的差異，若非是直接定做，否則難以有現(xiàn)成的機(jī)器可供使用，種種原因使得該設(shè)備的成本更高，企業(yè)難以輕易抉擇。鑒于此，設(shè)計(jì)一種適用于國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀的洗碗機(jī)是很有實(shí)用價(jià)值的。本文設(shè)計(jì)的餐具自動(dòng)清洗機(jī)是專門為食堂餐盤及餐具設(shè)計(jì)的。與市面上洗碗機(jī)最大不同的一點(diǎn)便是它具備清洗與分揀一體化功能。清潔完畢后的餐盤，筷子，勺子可以被機(jī)器分揀開來(lái)，而不需要再進(jìn)行人工分揀，實(shí)現(xiàn)更高程度的機(jī)械自動(dòng)化，真正做到節(jié)省人力資源，使分揀操作不再繁雜，降低工作人員勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)帶來(lái)更大的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，該食堂餐具自動(dòng)清洗機(jī)為餐盤及餐具量身定做，適用于最常見的食堂不銹鋼餐盤，雖適用范圍不廣，但針對(duì)性極高，能給餐具清洗帶來(lái)更好的體驗(yàn)感。該機(jī)器所具備的清潔功能雖遜色于超聲波洗碗機(jī)的清潔能力，占地面積中等大小，但其經(jīng)濟(jì)性和所具備的性能十分適用于學(xué)校食堂及各企業(yè)食堂場(chǎng)所。1.1.2小組總體設(shè)計(jì)目前，餐具自動(dòng)清洗機(jī)的設(shè)計(jì)問題主要有三個(gè)：餐具的清洗效率和清洗效果是清洗機(jī)最關(guān)鍵的問題，清洗效果的好壞決定了這款機(jī)器的價(jià)值，食物中各種成分如何有效的被去除是設(shè)計(jì)中首要解決的問題。餐具分大中小餐具，在一般的清洗過程中，餐具容易發(fā)生位置的滑動(dòng)或者掉落。設(shè)計(jì)的傳動(dòng)裝置需既能固定住餐具又方便后期的分揀。需要實(shí)現(xiàn)餐盤、勺子、筷子三者的單獨(dú)分離并且收納，且不需太大程度的人工介入，實(shí)現(xiàn)較高程度的機(jī)械自動(dòng)化。為解決這三個(gè)問題，我們有如下設(shè)計(jì)方案：圖1.2清洗分揀流程圖將需要清洗的餐盤餐具人工放置于傳送帶上，傳送帶為鑲嵌結(jié)構(gòu)，帶有豎直桿，可支撐餐盤豎直放置，節(jié)省空間，鑲嵌結(jié)構(gòu)的連接處間距較小，勺筷可以擺放于連接處上方清洗，傳送帶將其運(yùn)輸進(jìn)清洗區(qū)（為半封閉空間）。清洗區(qū)分兩級(jí)清洗，查閱資料我們知道淀粉類污漬在65℃時(shí)呈α淀粉狀態(tài)，蛋白質(zhì)污漬在60℃以上污漬固化，脂肪類污漬在45℃以上，餐盤上殘留的廚余一般分為以上三類?？紤]到餐盤清洗時(shí)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，我們采用溫度從低到高進(jìn)行的兩級(jí)清洗。首次清洗時(shí)設(shè)置水溫在60℃左右，這樣能一次保證三種污漬的清洗效果。水泵將水流抽入水箱之中，與洗滌劑混合并在水箱中升溫,然后再經(jīng)由管道向外噴射，噴管的受到螺旋噴頭的阻礙而旋轉(zhuǎn)形成多層傘狀熱水流沖刷餐具與勺筷。通過高壓水的沖刷、熱水浸泡的溶解變性以及洗滌劑對(duì)油污的分解等三重作用,可以成功將分解后的污物沖刷排出。不僅如此，整個(gè)過程由于沒有人為接觸,所以不會(huì)出現(xiàn)餐具的二次污染。第二次噴淋水流的溫度是85℃的高溫水，進(jìn)行二次清潔，主要目的是過清消毒。另外還增加了烘干操作，使餐盤洗完更無(wú)菌無(wú)水滋。圖1.3清洗機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖3.清洗完畢后的餐具餐盤從清洗區(qū)域出口傳送出來(lái)。在餐盤與勺筷的分揀中我們選擇利用傳送間隙的大小來(lái)分揀,在所有餐具經(jīng)清洗后傳送到輸送帶末端，傳送帶在盡頭循環(huán)，餐具會(huì)因盡頭截?cái)喽匀宦湎?，下方設(shè)置有多個(gè)無(wú)動(dòng)力輥筒形成的斜坡，輥筒間隙大于勺筷小于餐盤，勺筷會(huì)在間隙中落下；盤因其長(zhǎng)度較長(zhǎng)，而輥筒間隙遠(yuǎn)小于餐盤長(zhǎng)度且稍低于傳送帶高度，將滑落與輥筒上依靠自身重量在斜坡上傳輸。斜坡終點(diǎn)為餐具收納區(qū)域，完成餐盤與勺筷的分揀。4.余下的勺筷于傳送帶末端落入出口為窄長(zhǎng)方形的漏斗，傾瀉出時(shí)勺筷擺放角度一致。漏斗底下放置有斜坡式輥筒傳動(dòng)裝置，因輥筒擺放角度與勺筷一致，各輥筒之間縫隙大于筷子直徑小于勺子大小。傳動(dòng)時(shí)筷子于縫隙中落下，勺子傳動(dòng)至裝置末端落下，勺筷成功分揀。1.1.3小組任務(wù)分工該食堂餐具自動(dòng)清洗機(jī)主要分為清洗與分揀兩大功能，其中餐盤餐具的清洗由組員關(guān)志明負(fù)責(zé)，餐具餐盤分揀與勺筷分揀由組員張曉麗負(fù)責(zé)。1.2分揀裝置的市場(chǎng)狀態(tài)自動(dòng)化分揀裝置能針對(duì)所需的物品根據(jù)自己的要求篩選結(jié)果，市面上目前較常使用的幾類分揀裝置按機(jī)器結(jié)構(gòu)和原理可分為以下幾個(gè)：表2.分揀裝置類別根據(jù)以上幾種類型的分揀結(jié)構(gòu)可以判斷得出，設(shè)計(jì)分揀裝置的最初依據(jù)都是根據(jù)需要被分揀的物品的一些特征，如大小，形狀，重量等。根據(jù)特征的不同而設(shè)計(jì)相關(guān)結(jié)構(gòu)來(lái)分揀物品。本次我們需要設(shè)計(jì)的是專門為餐具分揀的機(jī)器，市面上具有餐具分揀結(jié)構(gòu)的洗碗機(jī)機(jī)身都較為龐大，長(zhǎng)度較長(zhǎng)，洗滌過程中部分需要人工翻動(dòng)餐具表面使后續(xù)分揀能順利進(jìn)行，自動(dòng)化程度還不是很高。因長(zhǎng)龍式分揀機(jī)器所需成本較高，占地面積大，暫不適用于中小企業(yè)或?qū)W校，但在要降低人力成本及提高清洗效率的前提下，需要有適合他們的自動(dòng)清洗分揀設(shè)備出現(xiàn)。所以設(shè)計(jì)一款適用于中小型企業(yè)或?qū)W校食堂的自動(dòng)清洗分揀裝置是被市場(chǎng)所需求的。圖1.4長(zhǎng)龍式分揀機(jī)器1.3本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)及特點(diǎn)餐具自動(dòng)清洗機(jī)需要實(shí)現(xiàn)清洗，分揀兩個(gè)主要功能。本人負(fù)責(zé)的分揀部分的研究目的是為了將清洗后的三種餐具分揀開并回收好，同時(shí)要求不需人工操作，所以分揀裝置的要求主要有以下幾點(diǎn)：將清洗后的餐盤與勺筷分揀開來(lái)，并實(shí)現(xiàn)餐盤的回收。將勺子與筷子單獨(dú)分揀開來(lái)，并實(shí)現(xiàn)兩者分揀后的回收。實(shí)現(xiàn)上續(xù)功能時(shí)，除人工放置餐具以外，要求無(wú)需人工操作，實(shí)現(xiàn)較高程度的機(jī)械自動(dòng)化。特點(diǎn)：目前市面上較少洗碗機(jī)有結(jié)合分揀功能，將清洗與分揀合并在一起可以極大效率提高餐盤的回收效果。帶有分揀功能的其他洗碗機(jī)多為長(zhǎng)龍式，機(jī)身龐大，耗能多成本高，本次設(shè)計(jì)的分揀裝置只需利控制輥筒裝置的傳動(dòng)縫隙大小便可有效分揀，成本低，機(jī)子小巧靈活，與市面上現(xiàn)有的分揀機(jī)構(gòu)大有不同，更加適用于中小企業(yè)與學(xué)校食堂。2總體設(shè)計(jì)此次研究主要針對(duì)商用洗碗機(jī)的清洗與分揀。根據(jù)大量資料的查閱，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上多數(shù)商用洗碗機(jī)根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不同可分為兩大類，分別是箱式和傳送式。根據(jù)食堂所需要求我們選擇設(shè)計(jì)傳送式洗碗機(jī)。設(shè)計(jì)過程中先需要了解所要分揀的物件的幾何特征與重量等特征，如餐盤大小、薄厚，勺子長(zhǎng)度，筷子長(zhǎng)度與直徑，確保傳送帶的設(shè)計(jì)能在有限范圍內(nèi)最大量輸送并可以清洗干凈餐具。通過網(wǎng)上資料的搜尋對(duì)比和自己的想法結(jié)合后，通過各個(gè)餐具外形體積不同的特征作為分揀的要點(diǎn)。初步確定機(jī)器結(jié)構(gòu)后確定標(biāo)準(zhǔn)件與非標(biāo)準(zhǔn)間等零部件的選擇與校核，采用3D繪圖軟件對(duì)洗碗機(jī)的清洗和分揀部分的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與三維建模，通過對(duì)零部件的選擇和設(shè)計(jì)，再通過它們之間的裝配關(guān)系，最后形成我們所設(shè)想的機(jī)器完整結(jié)構(gòu)；最終通過導(dǎo)出裝配圖和主要零部件工程圖及必要的數(shù)值計(jì)算，完成機(jī)器的設(shè)計(jì)。2.1原理分析該餐具自動(dòng)清洗機(jī)主要分為清洗與分揀。通過變速器主軸的勻速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)傳送帶與分揀裝置運(yùn)作，運(yùn)輸過程中餐具接受噴淋裝置清洗，噴淋水使用水循環(huán)系統(tǒng)。分揀部分利用各個(gè)餐具的不同的幾何特征采用特殊結(jié)構(gòu)分篩。餐盤與勺筷分揀區(qū)域利用無(wú)動(dòng)力輥筒，餐盤從傳送帶落于輥筒上依靠自重滑落，勺筷落于輥筒間隙中。其中勺筷分揀區(qū)使用的輥筒裝置利用電機(jī)帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，再結(jié)合雙排鏈輪與鏈條讓輥筒轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)從而達(dá)到利用間隙分揀勺筷的效果。2.2方案分析及選擇方案一：餐盤與餐具的分揀：內(nèi)凹傳送帶上放置著餐盤與餐具，傳送帶在傳送的過程中，下方的磁力在一處地點(diǎn)失去磁力，然后傳送帶的一側(cè)逐漸升高，形成一個(gè)具有坡度的傳送帶，勺筷因沒有磁力作用，沿著坡度向側(cè)方滾動(dòng)，側(cè)方有鐵片遮擋，使傳送帶與鐵片呈V型，防止餐具飛出。這樣，餐盤繼續(xù)停留在傳送帶上傳送至餐盤清洗處，而勺子筷子則被傾斜處下方的水箱收納。圖2.1餐盤狀卡槽傳送帶圖2.2二層振動(dòng)箱勺子與筷子的分揀：勺子筷子清洗完成后，水箱傾倒，使勺筷落入二層網(wǎng)狀振動(dòng)箱內(nèi)，網(wǎng)孔比筷子的直徑稍大而小于勺子的勺頭大小，振動(dòng)箱持續(xù)抖動(dòng)使筷子掉落至振動(dòng)箱一層。而勺子因?yàn)闊o(wú)法掉落，處于振動(dòng)箱二層，達(dá)到勺筷分揀的效果。方案二：勺筷與餐盤的分揀：將帶有油污的勺筷和餐盤放置于傳送帶上，傳送帶寬度略寬于餐盤寬度，兩側(cè)帶有卡槽可恰好使餐盤定向穩(wěn)定傳動(dòng)。餐具被傳送到某一固定位時(shí)，該位置頂部設(shè)有通電磁鐵，通電時(shí)磁鐵將不銹鋼勺筷吸附，吸附后移至另一位置進(jìn)行后續(xù)工作，而餐盤由于卡槽設(shè)計(jì)不會(huì)被吸附。圖2.3分揀流程圖2.4卡槽結(jié)構(gòu)示意勺子與筷子的分揀：將烘干后的勺筷傾倒入一立方漏斗中，漏斗底部開口為窄長(zhǎng)方形，使勺筷傾瀉出時(shí)擺放角度一致。漏斗底下放置有斜坡式橫欄傳動(dòng)裝置，橫欄擺放角度與勺筷一致，各橫欄之間縫隙大于筷子直徑小于勺子大小。傳動(dòng)時(shí)筷子于縫隙中落下，勺子傳動(dòng)至裝置末端落下，勺筷成功分揀。圖2.5勺筷分揀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案比較及確定：分揀過程主要有兩個(gè)內(nèi)容，分別是餐盤與勺筷的分揀，勺子與筷子的分揀。先從餐盤與勺筷的分揀分析起，方案一中餐盤與勺筷的分揀利用坡度使勺筷沿著坡道滾下，投入清洗處，餐盤因卡槽原因不會(huì)下落傳送至清洗此，該方法無(wú)法保證分揀成功率，在進(jìn)入斜坡時(shí)，多個(gè)餐盤上的勺筷落下順序不同，部分勺筷在前一個(gè)餐盤未到清洗區(qū)時(shí)便落下，易卡在前一個(gè)餐盤底下帶入餐盤清洗區(qū)，而方案二使用使用到磁力分類餐盤與勺筷，利用卡槽卡住餐盤的設(shè)計(jì)在抵抗磁力時(shí)，長(zhǎng)期使用的話卡槽磨損程度高，機(jī)器壽命低，餐盤兩側(cè)也容易產(chǎn)生痕跡，所以在思考過后，通過清洗方案的前期設(shè)定（所有餐具使用傳送帶傳送并清洗），在餐盤與勺筷的分揀中我們選擇截?cái)嗍椒謷?，如圖所示：圖2.6洗碗機(jī)末端輥筒斜坡設(shè)計(jì)在所有餐具經(jīng)清洗后傳送到輸送帶末端，傳送帶在盡頭循環(huán)，勺筷會(huì)因盡頭截?cái)喽匀宦湎?，下方設(shè)置有勺筷分揀裝置，而餐盤因其長(zhǎng)度較長(zhǎng)，而截?cái)嗫臻g遠(yuǎn)小于餐盤長(zhǎng)度且稍低于傳送帶高度，會(huì)滑落到后方一斜坡上，完成餐盤于勺筷的分揀。而在勺子與筷子的分揀過程中，方案一使用的網(wǎng)格震動(dòng)分篩勺筷法分揀成功率不易控制，在震動(dòng)過程中容易有筷子混夾在勺子中，增加后續(xù)人工分揀手續(xù)，震動(dòng)分篩且容易產(chǎn)生噪音，在震動(dòng)過程中也易使勺筷發(fā)生碰撞刮花，反觀方案二中經(jīng)漏斗導(dǎo)向后使用斜坡式輥筒傳動(dòng)裝置分揀勺筷的成功率更易提高，且分揀完后便能直接進(jìn)行回收，方便快捷所以在勺筷分揀的方案中我們選擇了方案二。3設(shè)計(jì)過程此次設(shè)計(jì)的餐具清洗分揀機(jī)適用于市面上最常見規(guī)格的餐具，其中有：尺寸為265*365*3mm的餐盤，重量為360g/個(gè)；長(zhǎng)度為22cm，最大直徑為6mm的筷子，勺子尺寸為172*37mm。放置方式：餐盤放置于傳送帶時(shí)將餐盤豎直放置，長(zhǎng)度為265mm的位置貼合于傳送帶底部，勺筷橫放，傳送帶一排放置兩列。14627_WPSOffice_Level23.1餐盤與勺筷分揀的設(shè)計(jì)3.1.120256_WPSOffice_Level3餐盤與勺筷分揀的設(shè)計(jì)理念與要求設(shè)計(jì)理念：要實(shí)現(xiàn)餐盤與勺筷分揀的功能，我們需要了解所要分揀的物品的外形特征。知道餐盤與勺筷體積的大小差異較大，再結(jié)合清洗時(shí)傳送帶的移動(dòng)方式，我們決定采用截?cái)鄠魉蛶?，在后方設(shè)置帶有間隙的無(wú)動(dòng)力輥筒的方法分揀餐盤與勺筷。在傳送帶將餐具傳送至末端時(shí)，會(huì)被傳送至輥筒斜坡上，輥筒與輥筒的中心距大于勺筷大小，小于餐盤長(zhǎng)度，所以勺筷會(huì)落與輥筒間隙中，而餐盤會(huì)因輥筒傾斜放置依靠自身重量下滑。要求：依靠輥筒間隙來(lái)分揀餐盤與勺筷，需要滿足以下幾個(gè)要求：傳動(dòng)帶末端距離第一個(gè)輥筒的間隙需保證不會(huì)使餐盤落下。輥筒與輥筒之間的距離需保證能使勺筷落下，但不會(huì)讓餐盤翻轉(zhuǎn)或傾斜插入間隙當(dāng)中。無(wú)動(dòng)力輥筒要保證使餐盤能依靠自身重力滑下，輥筒表面需有一定粗糙度與餐盤產(chǎn)生足夠摩擦力。由于餐盤在傳送帶是兩列清洗，在斜坡上也是兩列，輥筒中間需添加隔板放置餐盤滑落時(shí)偏移碰撞。3.1.220256_WPSOffice_Level3無(wú)動(dòng)力輥筒和軸承的選用圖3.1無(wú)動(dòng)力輥筒參數(shù)無(wú)動(dòng)力輥筒的規(guī)格我們選擇市面上最常見的型號(hào)，選用碳鋼筒體材料進(jìn)行鍍鋅處理。再根據(jù)所設(shè)計(jì)的機(jī)型尺寸大小，我們可以確定下輥筒外形尺寸為：輥筒直徑φ60mm，軸徑φ12mm，壁厚為2mm，長(zhǎng)度L根據(jù)清洗機(jī)寬度可確認(rèn)為1300mm，W為1200mm。表3.動(dòng)力輥筒技術(shù)參數(shù)表根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，動(dòng)力輥筒載荷小，承受載荷方向主要為徑向載荷，轉(zhuǎn)速低，允許安裝空間為小軸，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表13-2，我們可以選擇深溝球軸承。軸徑為φ12mm，根據(jù)表13-11得知我們選擇的深溝球軸承型號(hào)為6001，內(nèi)徑為12mm,外徑為28mm,厚度為8mm。因此處為無(wú)動(dòng)力托輥且載荷較小無(wú)沖擊，軸承壽命計(jì)算可省略。圖3.2無(wú)動(dòng)力輥筒的三維設(shè)計(jì)圖圖3.3無(wú)動(dòng)力輥筒的二維零件圖3.1.320256_WPSOffice_Level3無(wú)動(dòng)力輥筒斜坡的設(shè)計(jì)綜合考慮清洗部分傳送帶的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)后，第一個(gè)輥筒與傳送帶的輥筒中心距為280mm，斜坡的輥筒與輥筒的中心距為110mm，共計(jì)十一根，坡度為13.5°，采用M8內(nèi)螺紋的安裝方式。如下圖所示：圖3.4無(wú)動(dòng)力輥筒斜坡的三維設(shè)計(jì)圖14627_WPSOffice_Level23.2勺筷分揀裝置的設(shè)計(jì)3.2.1勺筷分揀裝置的設(shè)計(jì)理念和要求20256_WPSOffice_Level3設(shè)計(jì)理念：勺筷分揀裝置其實(shí)就是設(shè)有我們所要求距離的輥筒裝飾，市面上的輥筒裝置多應(yīng)用于傳送物品，但我們注意到輥筒裝置存在一定的縫隙，同時(shí)每個(gè)輥筒的轉(zhuǎn)動(dòng)也能使物品能得到位置的移動(dòng)，所以在綜合考慮了勺筷的特征后，我們決定用帶有斜度的輥筒裝置來(lái)分篩勺筷。因勺子特征并不是平面的而是翹起，勺面呈隆起形，而筷子較為細(xì)長(zhǎng)，可以在經(jīng)過導(dǎo)向漏斗后將勺筷落于分篩裝置上，在傳動(dòng)過程中因兩者的外形特征而使筷子落下勺子被傳送至終點(diǎn)。20256_WPSOffice_Level3要求：若要實(shí)現(xiàn)筷子落下而勺子能穩(wěn)定被傳送，需要滿足以下幾個(gè)要求：兩個(gè)輥筒的距離不得小于筷子最大直徑與不得大于勺子最小橫截面寬度。勺筷通過導(dǎo)向漏斗落下時(shí)不得對(duì)其本身外形有損壞，所以輥筒面可多設(shè)置一層包膠防止碰撞。鏈傳動(dòng)速度不宜過快，輥筒傳送速度設(shè)為v=0.6m/s。3.2.2滾子鏈與鏈輪輥筒的設(shè)計(jì)鏈條傳動(dòng)中我們需要使用到的是傳動(dòng)用短節(jié)距精密滾子鏈，該滾子鏈分為A系列（應(yīng)用于工況較為惡劣的環(huán)境），B系列（在一般情況下使用）兩種，根據(jù)分揀機(jī)使用的場(chǎng)所判定，我們決定使用B系列傳動(dòng)用短節(jié)距精密滾子鏈。材料為合金鋼。接頭處采用開口銷連接。此處我們使用的托輥為雙鏈輪動(dòng)力輥筒，由于載荷要求不高，我們采用鑄焊方式將輥筒與鏈輪一體化，不需插入鍵；輥筒材料為碳鋼，表面處理鍍鋅，安裝方式采用內(nèi)螺紋。圖3.5雙鏈輪輥筒傳動(dòng)示意（18484_WPSOffice_Level31）鏈條的設(shè)計(jì) 滾子鏈的規(guī)格、基本參數(shù)與尺寸應(yīng)符合表GB1243.1-83規(guī)定：圖3.6鏈條參數(shù)示意因我們所需的滾裝裝置不作傳輸作用，輥筒與鏈條負(fù)荷較小，通過間隙分篩勺筷的載荷可忽略不計(jì)，鏈傳動(dòng)尺寸越大承載能力越強(qiáng)，但伴隨著越高的運(yùn)動(dòng)不均勻性，且增大振動(dòng)噪音，所以在鏈條的選擇上我們可以選擇較小鏈號(hào)的鏈條，為后面電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)減少負(fù)荷。所以我們選擇06B號(hào)鏈條。表4B系列鏈條標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)即：鏈條節(jié)距P=9.525mm；滾子直徑dl=6.35mm；內(nèi)節(jié)內(nèi)寬b1=5.72mm；銷軸直徑d2=3.28mm；銷軸長(zhǎng)度Lmin=13.15mm，Lcmax=14.1mm；內(nèi)鏈板高度h2=8.2mm；鏈板厚度t/T=1.3mm；初定中心距a0=47.5mm，如圖所示：圖3.7鏈節(jié)的三維設(shè)計(jì)圖圖3.8鏈節(jié)的零件二維圖（2）5172_WPSOffice_Level3滾子鏈鏈輪的設(shè)計(jì)滾子鏈鏈輪已標(biāo)準(zhǔn)化（按3RGB1244-85規(guī)定制造），設(shè)計(jì)時(shí)主要確定結(jié)構(gòu)與尺寸：圖3.9鏈輪參數(shù)示意滾子鏈鏈輪主要尺寸為分度圓直徑d、齒頂圓直徑da、齒根圓直徑df、遲側(cè)凸緣直徑dg?；緟?shù)鏈輪齒數(shù)z=12計(jì)算主要尺寸：分度圓直徑：mm節(jié)圓直徑：齒頂圓直徑：齒根圓直徑：分度圓弦齒高：齒側(cè)凸緣直徑：取dg=29mm齒寬：（3）鏈輪中心距與鏈條節(jié)數(shù)的計(jì)算初定中心距：a0=47.5mm根據(jù)節(jié)距計(jì)算初定中心距：鏈條節(jié)數(shù)： 鏈條長(zhǎng)度：計(jì)算中心距：47.625mm實(shí)際中心距：根據(jù)市面上食堂使用的筷子我們可知筷子桿部最大直徑一般為6mm，綜合考慮得出輥筒直徑為41mm，所以由該水平中心距配合而出的輥筒裝置的縫隙符合我們對(duì)分揀勺筷的要求。（4）鏈輪輥筒的尺寸計(jì)算圖3.10雙排鏈輪輥筒內(nèi)部示意由前面數(shù)據(jù)可得我們所需輥筒直徑為41mm，又考慮到輥筒表面需進(jìn)行包膠處理防止勺筷落下時(shí)碰撞損傷，所以我們選擇直徑為38mm的輥筒，后續(xù)在輥筒表面設(shè)置厚度為1.5mm的包膠即可。筒體選用碳鋼材質(zhì)進(jìn)行鍍鋅處理。查前面表2可知輥筒尺寸為：輥筒直徑；軸徑，壁厚，長(zhǎng)度，軸底部螺紋孔選擇M6。圖3.11鏈輪輥筒整體的三維設(shè)計(jì)圖（5）軸承的選用與壽命計(jì)算此處實(shí)際應(yīng)用需求和軸徑都與前文無(wú)動(dòng)力輥筒參數(shù)相同，所以軸承這里也選擇相同型號(hào)：深溝球軸承6001.表5.深溝球軸承參數(shù)基本壽命計(jì)算：式中：P為當(dāng)量動(dòng)載荷；C為基本額定動(dòng)載荷，對(duì)于向心軸承，C為徑向載荷，此處C=Cr=5.1KN；n為轉(zhuǎn)速，；?為壽命指數(shù)，球軸承?=3，滾子軸承?=10/3；計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷式中：為載荷系數(shù)，載荷性質(zhì)為輕微沖擊，查表得=1x為徑向動(dòng)載荷系數(shù)，查表得x=1y為軸向動(dòng)載荷系數(shù)，查表得y=0為徑向載荷，均布在每個(gè)輥筒上的物品的質(zhì)量(kg)，約是0.03kg，鏈條的質(zhì)量（kg）=0.2kg，單個(gè)輥筒自重=0.3kg所以所以當(dāng)量動(dòng)載荷所以該軸承的基本壽命為：圖3.12鏈輪輥筒局部的三維設(shè)計(jì)圖圖3.13鏈輪輥筒總裝的二維零件圖3.2.3勺筷方向定位漏斗的設(shè)計(jì)為使得落在輥筒裝置上的勺筷方向與輥筒間隙水平，我們需要設(shè)置一個(gè)漏斗放置于傳送帶末端的下方，當(dāng)勺筷運(yùn)輸至傳送帶末端自然掉落，落在底下承接的漏斗上，經(jīng)過斜坡控制勺筷方向再同一豎直平面，從而使輥筒裝置能更好的對(duì)勺筷進(jìn)行分揀。圖3.14導(dǎo)向漏斗的三維設(shè)計(jì)圖圖3.15導(dǎo)向漏斗的零件二維圖3.2.4勺筷分揀輥筒裝置整體裝配輥筒裝置采用有一定傾角的支架安裝，支架采用30×30mm的鋁型材焊接而成，型材上打M6沉頭孔對(duì)滾軸的內(nèi)螺紋進(jìn)行銜接固定，下方放置收納裝置。圖3.16輥筒裝置的三維設(shè)計(jì)圖圖3.17輥筒裝置傳動(dòng)與安裝的三維設(shè)計(jì)圖圖3.18單邊輥筒支架的零件二維圖3.3動(dòng)力輥筒輸送牽引力的計(jì)算與電機(jī)的選擇由于我們?cè)O(shè)計(jì)的是雙鏈傳動(dòng)，輸送牽引力計(jì)算公式為：式中：f——摩擦系數(shù)；?D——傳動(dòng)輥筒直徑(mrn)?；d——傳動(dòng)輥筒鏈輪分度圓直徑(mln)；Q——傳動(dòng)系數(shù)；傳動(dòng)系數(shù)：?式中：i為對(duì)傳動(dòng)輥筒鏈傳動(dòng)效率損失系數(shù)，i=0.01～0.03，i值與工作條件有關(guān)，潤(rùn)滑情況越好值數(shù)越小；這里我們?nèi)=0.01，n是傳動(dòng)輥筒數(shù)=8。所以傳動(dòng)系數(shù)：?jiǎn)蝹€(gè)傳動(dòng)輥筒計(jì)算載荷，式中：a為傳動(dòng)輥筒與傳動(dòng)滾子數(shù)量比，a=Ci/Cd=5/154=0.052?；?mr為均布在每個(gè)輥筒上的物品的質(zhì)量(kg)，約是0.03kg；me——一圈鏈條的質(zhì)量（kg）=0.2kg，=單個(gè)輥筒轉(zhuǎn)動(dòng)部分的質(zhì)量（kg）=0.3kg所以傳動(dòng)輥筒計(jì)算載荷：表6.滾子摩擦系數(shù)表由計(jì)算可知作用在單個(gè)滾子上的載荷為0~100N，勺筷與滾子接觸的材料為金屬，所以查表可得f=0.04。所以動(dòng)力輥筒輸送牽引力：電機(jī)的選擇已知輥筒裝置傳送速度v=0.6m/s計(jì)算功率：電機(jī)功率式中：P——電機(jī)功率(KW)；?Po——傳動(dòng)輥筒軸計(jì)算功率(KW)；?K——功率安全系數(shù)，K=1.2～1.5，取1.45；?n——驅(qū)動(dòng)裝置效率，n=0.65～0.85，取0.65。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)參考JB/T9616-1999后，我們選擇的電機(jī)是三相異步電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為Y100L2-6-B8，其主要參數(shù)如下：額定功率：1.5w；同步轉(zhuǎn)速：1000r/min；滿載轉(zhuǎn)速n1：940r/min；堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩比額定轉(zhuǎn)矩：2.0；最大轉(zhuǎn)矩比額定轉(zhuǎn)矩：2.2；外形：機(jī)座不帶地腳、端蓋有凸緣；由輥筒傳送速度可得輥筒轉(zhuǎn)速：，輥筒裝置與電機(jī)的傳動(dòng)比：3.4V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)（1）確定計(jì)算功率與選擇v帶型號(hào)計(jì)算功率：式中：KA——工作情況系數(shù)；P——電機(jī)額定功率；已知本次設(shè)計(jì)的滾筒裝置工作情況為小載荷低沖擊慢速傳動(dòng)，根據(jù)食堂工作時(shí)間可判斷機(jī)器每日工作時(shí)間為2~8小時(shí)。查表可得工作情況系數(shù)KA=1.2；所以計(jì)算功率：根據(jù)計(jì)算功率和電機(jī)滿載轉(zhuǎn)速940r/min我們可以從普通V帶選型圖中選取V帶型號(hào)為A型帶。（2）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑查《機(jī)械手冊(cè)》表8-6和表8-8，初選小帶輪基準(zhǔn)直徑D1=75mm。由可得查V帶輪得基準(zhǔn)直徑系列表，取近似值D2=255.5mm（3）驗(yàn)算帶速＜25m/s，帶速符合要求。（4）中心距與帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度計(jì)算初定中心距：由公式得：231.35＜a0＜661，取a0=400mm所需基準(zhǔn)帶長(zhǎng)：根據(jù)普通V帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度系列取相近的基準(zhǔn)帶長(zhǎng)Ld=1400mm所以（5）驗(yàn)算小輪包角，包角大小合適。（6）計(jì)算帶的根數(shù)帶的根數(shù)：式中：——普通V帶的基本額定功率，查表得P0=0.51kw；——功率增量，查表可得功率增量；——包角修正系數(shù)，查表得；——修正系數(shù)，查表得；——帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度，查表得；所以：≈3根符合帶的根數(shù)限制，所以帶的根數(shù)為3。（7）計(jì)算單根V帶的初拉力的最小值F0與壓軸力Fp單根V帶的初拉力的最小值式中q為V帶每米長(zhǎng)的質(zhì)量，查表得q=0.1kg/m，所以：壓軸力的最小值為：（8）帶輪的設(shè)計(jì)A.帶輪的參數(shù)選擇材料選擇：本設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)速要求不高，帶輪材料選擇HT200。帶輪結(jié)構(gòu)：因小帶輪基準(zhǔn)直徑為75mm，大帶輪基準(zhǔn)直徑D2=255.5mm，都小于300mm，所以采用腹板式結(jié)構(gòu)。小帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸此次帶傳動(dòng)選擇帶型為A型，查表得頂部寬對(duì)帶輪：基準(zhǔn)寬度；基準(zhǔn)線上槽深；基準(zhǔn)線下槽深；槽間距；槽邊距；最小輪緣厚度；所以外徑；輪緣寬度；輪轂長(zhǎng)度L取B同值，L=B=48mm；；；鍵的選擇：電機(jī)輸出軸直徑d=28，查表選鍵槽型號(hào)為圓頭普通A鍵，鍵寬度；鍵長(zhǎng)度；鍵高度。材料選取為45鋼。圖3.20小帶輪的三維設(shè)計(jì)圖圖3.21小帶輪的二維零件圖C.大帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸d取輥筒軸直徑，d=12mm；外徑；；圖3.23大帶輪的三維設(shè)計(jì)圖圖3.24大帶輪的二維零件圖綜合上述，V帶傳動(dòng)的數(shù)據(jù)如下：表7.V帶傳動(dòng)參數(shù)首根輥筒軸加長(zhǎng)，伸出型材支架90mm，穿過型材的位置增加深溝球軸承6001，減少軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)對(duì)支撐架的磨損?？拷渭芤欢税惭b直徑為24mm，長(zhǎng)20mm的套筒。帶輪輪轂內(nèi)側(cè)安裝螺釘緊固于軸上。圖3.25滾筒裝置的傳動(dòng)示意圖3.5餐盤收納裝置的設(shè)計(jì)3.5.1餐盤收納裝置的設(shè)計(jì)理念與要求當(dāng)餐盤落至輥筒上依靠自身重量和輥筒形成的斜坡往下滑時(shí)，滑至末端餐盤的分揀即結(jié)束。需要進(jìn)行餐盤收納，由于斜坡末端高度始終是固定的，餐盤傳送至此落下完成收納，但地平面距離斜坡末端高度太大或許會(huì)使餐盤收到損傷，若收納區(qū)設(shè)置的較高則無(wú)法一次性收集較多餐盤，人工拿取頻率高。所以我們需要設(shè)置一個(gè)承載不同而高度會(huì)自動(dòng)變化的收納臺(tái)，使餐盤落在收納臺(tái)上的高度不會(huì)過高而又能承載足夠數(shù)量的餐盤。所以這里我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)彈簧承重臺(tái)，由選定彈簧系數(shù)的壓縮彈簧與重量較輕薄的支撐板制成。當(dāng)數(shù)個(gè)餐盤重疊，其重量將彈簧座下壓，數(shù)個(gè)重疊的餐盤本身帶有的高度在空間上替換了原本支撐板的高度，所以新的餐盤下落時(shí)支撐板距離斜坡高度變化不大，不會(huì)由碰撞且能承載較多餐盤。3.5.2彈簧和支撐板的設(shè)計(jì)參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)——第十六章圓柱螺旋彈簧》，彈簧選擇圓形截面圓柱螺旋壓縮彈簧，材料選用碳素彈簧鋼絲CB/T4357-1989。已知一個(gè)餐盤重量是360g，傳送帶一行放置兩列餐盤，支撐板由四個(gè)彈簧支承。所以單個(gè)彈簧承重為：兩餐盤重疊后厚度會(huì)增高1.5mm，所以我們需要彈簧支承板在每次承載多一個(gè)餐盤的變形量控制在1.5mm左右，所以：根據(jù)圓柱螺旋彈簧的標(biāo)準(zhǔn)尺寸系列表，結(jié)合實(shí)際需求，試選彈簧參數(shù)如下：彈簧絲直徑d=3mm；彈簧中徑D2=42mm；彈簧指數(shù)C=8；有效圈數(shù)n=50，死圈數(shù)n2=2，總?cè)?shù)n1=52；彈簧節(jié)距；彈簧螺旋角；彈簧絲長(zhǎng)度；彈簧自由高度；彈簧勁度系數(shù)；式中：G——彈簧材料的切變模量；（鋼為8×104MPa，青銅為4×104MPa）受到載荷后的變形量≈1.5mm。綜合上述計(jì)算，所選彈簧系數(shù)符合我們的設(shè)計(jì)需求。圖3.26彈簧的二維零件圖彈簧自由長(zhǎng)度為709mm，餐盤在斜坡落下高度為768mm，選擇1300×400×2mm的PVC板，密度為1.4g/立方厘米，重量可忽略不計(jì)，PVC板底部與殼體打5mm深的孔，彈簧扣進(jìn)去后采用點(diǎn)焊方式安裝。綜合pvc板高度10mm后，彈簧支承板高度為714mm，該高度差可保證餐盤由足夠空間落下又不會(huì)受到損傷，符合實(shí)際需求。圖3.27彈簧支承板的三維設(shè)計(jì)圖圖3.28彈簧支撐板的二維零件圖為使彈簧支承板的高度在變化時(shí)不會(huì)左右偏移，需使PVC板周邊貼合整體外殼運(yùn)動(dòng)，外殼后端需開槽方便后期工人收取餐盤。如下圖所示：圖3.29彈簧支承板的安裝效果三維圖彈簧支撐板高度為714mm，餐盤高度為3mm，厚度為1.5mm，彈簧全部壓縮后支撐板高度為161mm，為了延長(zhǎng)彈簧使用壽命，我們選擇不將其壓到極限，設(shè)置最低高度為200mm左右，所以支撐板可以疊加餐盤數(shù)量N為：3.6勺筷收納裝置的設(shè)計(jì)3.6.1勺筷收納裝置的設(shè)計(jì)理念與要求在餐具分揀結(jié)束后需要進(jìn)行餐具的收納，收納分為勺子和筷子?？曜雍蜕鬃油庑翁卣魃隙加蟹执箢^和小頭，分大小頭整理的工序按以往流程來(lái)說(shuō)多數(shù)為人工進(jìn)行，效率不是很高，且與餐具清洗一樣勞動(dòng)強(qiáng)度高。因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)收納裝置可以實(shí)現(xiàn)收納及大小頭的整理。因勺筷的大小頭設(shè)計(jì)原因，利用其重心與整體中心不一致的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一個(gè)橫隔擋板，當(dāng)勺筷傳送至相應(yīng)位置時(shí)因重心的影響而使大頭或者小頭偏向兩邊的收集箱，最終呈現(xiàn)大頭朝下小頭朝上的效果。需要明確勺筷重心位置，準(zhǔn)確定下隔斷擋板設(shè)計(jì)的位置，確保大小頭整理效果。3.6.2勺筷收納裝置的設(shè)計(jì)過程3.6.2.1重心位置的確認(rèn)筷子重心的確認(rèn)：選擇一根傳送帶所適用的筷子并水平放置在直尺上，筷子和直尺方向和長(zhǎng)度一致，先用手調(diào)節(jié)筷子使它的大頭伸出直尺一段距離，觀察大頭會(huì)自動(dòng)往下沉?xí)r的長(zhǎng)度，判斷得出在當(dāng)筷子伸出去101.5mm以上時(shí)會(huì)自動(dòng)翻轉(zhuǎn)下掉。由此可判斷出筷子重心不在中心，在距離大頭101.5mm的位置，即當(dāng)橫隔板在中心位時(shí)，筷子一定會(huì)發(fā)生翻轉(zhuǎn)使大頭下落，小頭朝上。勺子重心的確認(rèn)：方法同理筷子重心的確認(rèn)，多次試驗(yàn)后可以確定勺子重心在距離大頭75mm左右的位置。圖3.30筷子的重心示意圖圖3.31勺子的重心示意圖3.6.2.2筷子整理裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)勺筷在動(dòng)力輥筒裝置處得到分揀，勺子被傳送至輥筒末端，筷子從輥筒間隙下落，所以我們需要在輥筒下方設(shè)計(jì)一個(gè)帶有斜度的平面使筷子因滾動(dòng)而滑落至整理收納區(qū)域，因筷子本身外形為圓柱形，在有一定斜度的平面會(huì)自帶動(dòng)力滾落。斜坡與柱腳采用M8螺栓連接，相對(duì)于使用傳送帶，設(shè)置一個(gè)斜坡有更大的經(jīng)濟(jì)性。圖3.32勺筷整理裝置的三維設(shè)計(jì)圖圖3.33勺筷分揀整理整體的三維設(shè)計(jì)圖斜坡的末尾設(shè)置有勺筷收納一體化的收納箱，箱中部有三角形隔板，當(dāng)筷子經(jīng)斜坡滑落至此時(shí)，因重心與中心位置不同，筷身會(huì)偏向重的一邊，最終呈現(xiàn)大頭朝下小頭朝上的整理效果。勺子收納原理如上。因勺子位于動(dòng)力輥筒傳送，無(wú)需額外設(shè)置斜坡，被傳送至輥筒末端時(shí)掉落下方的整理收納盒便可完成整理。勺子收納與筷子收納盒相連處設(shè)置有突起部分防止筷子滑落時(shí)意外滑到勺子收納區(qū)。圖3.34勺筷收納盒的二維零件圖圖3.35斜坡的二維零件圖3.7標(biāo)準(zhǔn)件的選擇參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)——第四篇連接與緊固》表4-21，選擇六角頭螺栓C級(jí)（GB/T5781-2000）。型號(hào)：M8