完整版（2022年）花式立体冰激凌机构设计本科毕业设计.docx

完整版（2022年）摘要立体花式冰淇淋成型机是生产高档花式冰淇淋的自动化设备，主要有步进输送带、取杯机械手、灌注造型头及分接盒四大部分构成。我们对现有的冰淇淋设备进行了改良设计，对其机械机构，控制系统进行全面改进设计，大大改善了原有设备的技术性能，改造后的成型机结构受力合理，有较高的安全系数和较长的使用寿命。这不仅使冰淇淋生产质量明显提高，而且节约了大量的维修及设备更新费用，增加了企业的效益。为期三个月的毕业设计期间，我们完成了立体花式冰淇淋成型机的机架结构设计、造型机械手设计、气动系统设计和分接盒设计，并编写了系统控制程序。本说明书对机架结构及传动部件、灌注造型头、气动控制系统等作了详尽的叙述，并给出了已经调试过的、可行的软件程序。由于水平有限，错误之处在所难免，恳请老师们批评指正。关键词：立体花式冰淇淋，成型机，人机界面ABSTRACTTheformerforthree-dimensionalpatternice-creamisanautomaticequipmentproducinghighgradepatternice-cream.Itismainlycomposedoffourparts:thestep-conveyer-belt,therobotichandsforpositioningnewcups,nozzlesfordosage&shapingandcontrolbox.Wehaveimprovedthedesignaddressingontheexistingequipment.Itsmechanicalbodyandcontrolsystemhavebeencomprehensivelyconducted,greatlyimprovingthetechnicalperformanceoftheoriginalequipment.Theimprovedmachinehasreasonableforcestructure,ahigherfactorofsafetyandlongerservicelife.Itnotonlysignificantlyimprovesthequalityoficecreamproduction,butalsosavesalotofmaintenanceandequipmentcosts,increasingtheeffectivenessoftheenterprise.Duringtheperiodofthreemonths,wecompletedthedesignoftheframeoftheformer,nozzlesfordosageandshaping,pneumaticcontrolsystemandcontrolbox.Alsowecompiledtheprogramforsystemcontrol.Inthisdirection,weexhaustivelydescribedtheframeandtransfercomponents,nozzlesfordosageandshaping,pneumaticcontrolsystem.Andtheproven,availablecontrolprogramisgiven.Duetothelimitedlevel,theremustbesomeerrorsinmydesign.Isincerelyexpectteacherstogivemecriticismandcorrection.Keywords:Three-dimensionalpatternice-cream,FormingMachine,Humanmachineinterface摘要1ABSTRACT.第一章绪论1第二章设计方案的确定42.1 工艺方案的分析42.2 设计方案论证与比较6第三章冰淇淋成型机机械结构设计83.1 传动部分C3.2 棘轮机构103.3 输送带143.4 料斗组件的设计163.5 模具头组件153.6 果酱加注机组件17第四章气动系统设计184.1 输送带与其他执行器的互锁184.2 挡料气缸、送料气缸及切料气缸194.3 气动系统原理图204.4 气动元件的选择204.5 控制方案的确定21第五章控制系统硬件及软件设计225.1 可编程控制器225.2 触摸屏235.3 PLC盒设计275.4 可编程控制器的接线及分接盒配置27第六章总结29参考文献30致谢31第一章绪论冰淇淋是从中世纪早期的普通冰饮料和冰水发展而成的。随着浓缩和干燥牛乳的发展，巴氏杀菌器和均质机的引进，冷冻机和其他加工设备的改进,1879年生产了冰淇淋苏打，1904年出现蛋卷冰淇淋，1921年出现紫雪糕。大约在1920年冰淇淋开始被普遍认为是一种有营养的、美味可口的冷饮食品，引起了人们的重视，成为不平常的冷饮品。冷冻技术和运输业的进一步发展，家庭冰箱的普及和冷饮包装的改进，为冰淇淋工业的发展创造了有利条件，开拓了更广阔的消费市场。我国的冰淇淋生产虽然起步较晚，但发展很快。我国的冷饮工业始于20世纪20年代，当时是采用冰块冷冻方法自制自销。冰淇淋产品向天然、保健、功能化发展，未来食品发展趋势总的是要适合人们对营养的追求。近年来提出“三低一高”即低脂肪、低糖、低盐、高蛋白，这也是冰淇淋产品的发展趋势。美国食品消费有一大趋势，即讲究风味、方便、追求新鲜，非常注重健康食品、功能食品、多食果蔬，以吃为乐趣等。欧洲主要国家与美国的趋势差不多，消费者更注意方便与健康。无脂肪、低热量、不含糖的冰淇淋发展很快，如不含乳的莎贝特阳和含少量乳制品的雪贝特是当今国内外较流行的冷冻饮品。此外还有开发带果蔬、谷类、含钙质等的冰淇淋，国外的“鲜果脆冰”是属于冰品和冰淇淋组合型冷饮，它的特点是采用大冰块刨成碎冰晶和鲜果汁、绿茶、红豆、糖浆调配混合而成,可配花色雪糕线生产出夹心型雪糕，配冰淇淋灌装机生产出花色杯型“雪可特”和“鲜果脆冰杯”，该产品在香港、欧美、东南亚地区深受广大消费者欢迎，特别是夏季儿童喜爱，现在我国南方市场开始流行。冰淇淋成型机是冰淇淋生产中必不可少的重要设备，然而成型机的性能不高，制约了我国高档软冰淇淋行业的发展。国内市场上有国产的和国外的软冰淇淋成型机，但都存在一定的问题：国产软冰淇淋成型机虽然便宜，但制冷量不够，不能将高品质的软冰淇淋浆料很好地成型；国外制造的软冰淇淋成型机虽然能够很好地将软冰淇淋浆料成型，但价格太高，国内的客户很少。因此要解决设备成型性能和价格之间的矛盾，一要在现有国产设备的基础上，加大软冰淇淋成型机的制冷量；二要采取其他配套措施，以系统的眼光来对待成型问题，需对国产软冰淇淋成型机的整体结构进行改进；三要降低高性能软冰淇淋成型机的制造成本、提高设备的市场竞争力。因此，其整体设计对保证产品质量和提高生产效率非常重要。尤其需要对冰淇淋成型机的一些关键设计进行分析研究，并提出相应的改进建议，使改造后的结构受力合理，有较高的安全系数和较长的使用寿命，从而能够改善原有设备的技术性能，提高冰淇淋生产质量，节约大量的维修及设备更新费用，增加企业的效益。本课题目的是针对现有的冰淇淋设备进行改良设计，对其机械机构，控制系统进行全面改进设计。与现有技术相比，本实用新型具有以下特点：一是结构设计新颖，独特，实用；二是全电路控制，电机转速可调，简单，可靠；三是整机体积较小，便于操作，无需再添加和配套其它设备即可使用，有效降低成本；四是更换不同成形孔或装有不同口味冰淇淋的胶杯即可压出不同形状和口味的冰淇淋，快捷、方便、卫生。同时在原有基础上，加入现有的电子产品，使成型机既具有机械的优点，又有现代机电产品的优势，真正成为符合我国实际的冰淇淋成型设备，从而促进冰淇淋行业的健康发展。第二章设计方案的确定2.1 工艺方案的分析挡料汽缸切料汽缸料斗组件电磁铁zI-MI4送料气缸HHH料泵组件图21冰淇淋成型机加工过程示意图冰淇淋成型机的加工过程如图2错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。错误！未找到引用源。传动气缸动作带动棘轮传动机构旋转一定的角度，从而传动带移动一个杯子的距离。棘轮机构中有一离合器保证了在传动气缸收缩时传动带不会反向运动。料斗组件中存放的是冰淇淋料，电磁铁控制料斗组件的开关。当传送带停止运动时，料斗打开冰淇淋料流入杯子中。同时根据不同的需要，打开料泵组件，注入不同的原料。可以在造型部分加入不同的造型模具，利用这些模具制出不同的花型。再利用切料汽缸将花型切开，将加工好的花型放入到杯子中，接着进行人工加盖、贴标签、速冻等操作。成型机每6秒一个工作节拍，这样可以保证日产量很大，放杯盒取杯均是由人工完成，又可以大大减少设备的成本，进而生产的冰淇淋的成本不高，非常适合中小企业。如果对此设备进一步缩小，可以为家庭使用。料斗组件造型放盖、贴标签速冻取杯图2-2冰淇淋工艺流程图所设计的立体花式冰淇淋成型机由机架及传动部件、灌注造型头、料泵组件、控制系统组成。控制系统主要有可编程控制器(PLC)、人机界面(HMI)、气缸、各种传感器等组成。PLC具有可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、功能强大、更加人性化的特点。人机界面是在操作人员和机器设备之间作双向沟通的桥梁，用户可以自由的组合文字、按钮、图形、数字等来处理或监控管理及应付随时可能变化信息的多功能显示屏幕。使用人机界面能够明确指示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变的简单生动，并且可以减少操作上的失误。在冰淇淋成型机中引入PLC和FM,既可以增加设备的稳定性，又可以提高生产效率，进一步提高设备的附加值。2.2 设计方案论证与比较这次设计的课题是在原有成型机的基础上改进的。首先原有的成型机体积大，结构复杂，维修困难，采用MCS-51控制系统；其次，控制面板上需要安装许多按钮，操作复杂，功能增加的同时，工作参数的调整数量也相应的增加；再者，功能的增加使设备的工位增多，这样对故障的排除提出了新的要求。从而使成型机制造成本很高，成型机的市场售价也很高，生产出的立体花式冰淇淋价格相应也高，这些都影响了成型机的经济效益。在这种情况下，我们提出了对成型机进行改造的课题。在保留原有成型机优点的同时，我们对成型机作了改进：把原有的控制系统改为PLC进行控制，利用人机界面进行操作。从而增加了设备的可靠性，易于排除故障，提高生产率。采用人机界面之后，用户可以根据操作要求，通过屏幕转换来加以解决。对于运行参数的修改和设定，也可以将其设计在屏幕上运行显示和调整。进入正常运行后，还可以根据实际的工况环境，对一些参数进行调整。其次，可以为故障的查找提供相应的提示。在屏幕界面设计时，可先将每一功能部件均简化成示意图，图中将各信号点在相应的部位列出，当设备有故障时，通过程序判断将相应的部位画面在屏中自动的显示出来，帮助用户到相应的工位上去找故障点，这样就能迅速、准确排除故障，减少查找故障的时间而造成平均产量的下降。另外，在设备调试期间，调试人员可根据部件示意图的动态效果，在屏上观察各个部件得运行情况，由此来判断各输入输出点的接线及状态是否正确，给调试带来方便。在正常的生产期间，操作人员也可直接通过查看屏幕了解设备的运行情况。