全自動(dòng)殺魚機(jī)設(shè)計(jì)

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1、中國計(jì)量學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 全自動(dòng)殺魚機(jī)設(shè)計(jì) 摘要:全自動(dòng)殺魚機(jī)，主要對(duì)一般食用魚類進(jìn)行刮鱗、剖腹、挖腸、清洗等前期自動(dòng)化處理。本文旨在基于PLC控制技術(shù)，以及先進(jìn)光電檢測(cè)方法，設(shè)計(jì)一臺(tái)根據(jù)魚類不同可實(shí)現(xiàn)自主調(diào)節(jié)的殺魚機(jī)。本文主要包括殺魚機(jī)空間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、魚頭夾持部件設(shè)計(jì)、魚尾夾持部件設(shè)計(jì)、刮鱗部件設(shè)計(jì)、剖腹部件設(shè)計(jì)、挖腸部件設(shè)計(jì)以及清洗部件設(shè)計(jì)。 由于魚類大小不一，殺魚機(jī)基于光電檢測(cè)技術(shù)和PLC控制技術(shù)設(shè)計(jì)完善的魚體檢測(cè)運(yùn)送方案，該方案集魚體檢測(cè)、運(yùn)送于一體，同時(shí)確定后續(xù)處理的工作行程，方便快捷，實(shí)用可靠。 由于殺魚機(jī)是對(duì)活魚進(jìn)行處理，魚體必須進(jìn)行固定，在魚的夾持固定方案中采用魚頭、

2、魚尾雙夾持的方案。結(jié)合相應(yīng)的控制保證了后續(xù)刮鱗、剖腹等處理的順利進(jìn)行。 針對(duì)魚體厚度的不同，在刮鱗部件的設(shè)計(jì)中采用了彈性設(shè)計(jì)方案，該方案部件工作過程中，滾筒始終緊貼魚體，并保持相對(duì)壓力，輕松將魚鱗刮除，同時(shí)保證不損傷魚體。 在剖腹部件中，設(shè)計(jì)一個(gè)V形保持架，剖刀與保持架保證相對(duì)位置。這使得剖刀在保持架幫助下沿魚腹中線將魚體剖開。 整機(jī)控制器選用了日本三菱公司的系列的可編程控制器，它具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、實(shí)用性和通用性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。 關(guān)鍵詞: 全自動(dòng)殺魚機(jī)；魚頭、魚尾夾持部件；剖腹部件；挖腸部件。 The d

3、esign of automatic fish killing machine Abstract: Automatic fish killing machine, mainly on the general consumption of fish scales to scratch, laparotomy, intestinal digging, cleaning and other pre-processed automatically. The study is based on the PLC-based control technology, and advanced optoe

4、lectronic detection methods, to design an automatic fish killing machine, witch can deal different fish under the self-regulated. In the article, there are including the design of spatial structure of machine, the design of parts gripper head, the design of fish holding parts, scraping scales parts

5、design, parts design section, dug intestinal cleansing component design and component design. Since the sizes of fish, the Automatic fish killing machine based on the photoelectric detection technology and PLC control technology designed to improve the delivery of fish detection program. In this pr

6、ogram, fish testing program and delivery works together, at the same time working to determine follow-up visit, convenient, practical and reliable. Since the Automatic fish killing machine for processing fish, fish must be fixed. It chooses the program witch both the head and fish tail fixed clamp

7、ing, with the control combined with the corresponding follow-up, to ensure that scratch the scales of the section dealing with the smooth conduct of such. A flexible design used in the design of scraping scales for the thickness for the different fish. In this program, the drum has always been clos

8、e to fish and to maintain the relative pressure, easy to scale curettage, at the same time to ensure that fish do not damage during components process. In the Section components, a V-shaped cage is designed, autopsy knife to ensure and maintain the relative positions of aircraft, which help the pos

9、t-mortem knife cut open the fish in maintaining the aircraft along the midline to fish. Machine controller selected Mitsubishi's range of programmable logic controller, which has high reliability, strong anti-interference ability, practicality and the advantages of high universality. Keywords:

10、Automatic fish killing machine ； the head, tail clamping components; section components; dug intestinal parts 目 次 摘要 Ⅰ 目次 Ⅲ 1. 前言 1 1.1國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 1 1.全自動(dòng)殺魚機(jī)設(shè)計(jì)思路 3 1.3全自動(dòng)殺魚機(jī)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 4 1.4全自動(dòng)殺魚機(jī)設(shè)計(jì)意義 5 2.機(jī)械結(jié)構(gòu)及工作原理設(shè)計(jì) 6 2.1機(jī)械結(jié)構(gòu)及工作原理設(shè)計(jì) 5 2.1.1整機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)空間布置設(shè)計(jì) 6 2.1.2整機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理設(shè)計(jì) 7 2.1

11、.3殺魚機(jī)魚體大小檢測(cè)原理設(shè)計(jì) 8 2.2殺魚機(jī)機(jī)械零部件設(shè)計(jì) 9 2.2.1魚頭夾持部件的結(jié)構(gòu)及工作原理設(shè)計(jì) 9 2.2.2魚尾夾持部件的結(jié)構(gòu)及工作原理設(shè)計(jì) 10 2.2.3刮鱗夾持部件的結(jié)構(gòu)及工作原理設(shè)計(jì) 12 2.2.4剖腹部件的結(jié)構(gòu)及工作原理設(shè)計(jì) 13 2.2.5挖腸部件的機(jī)構(gòu)及工作原理設(shè)計(jì) 15 2.2.6清洗部件的機(jī)構(gòu)及工作原理設(shè)計(jì) 15 3. 控制電路設(shè)計(jì) 16 3.1全自動(dòng)殺魚機(jī)控制時(shí)序 16 3.2魚身夾持控制原理 16 3.3刮鱗控制原理 17 3.4剖腹、挖腸控制原理 18 3.5殺魚機(jī)控制器選擇 19 4. 機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算 21 4.1機(jī)械傳

12、動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 21 4.1.1錐齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算 21 4.1.2圓柱直齒齒輪、齒條設(shè)計(jì)計(jì)算 24 4.1.3鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 25 4.1.4螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 26 4.1.5絲桿耐磨性驗(yàn)算 26 4.2主軸設(shè)計(jì)計(jì)算 27 4.3 主軸有限元分析 29 5.全自動(dòng)殺魚機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié)與展望 30 5.1整機(jī)創(chuàng)新性分析 30 5.2整機(jī)采用機(jī)構(gòu)與傳動(dòng)對(duì)比分析 30 5.3全自動(dòng)殺魚機(jī)應(yīng)用前景 31 5.4殺魚機(jī)設(shè)計(jì)中問題與總結(jié) 31 5.5 展望 32 參考文獻(xiàn) 33 34 1. 前言 作為海洋和湖泊中主要

13、生物的魚類，具有高蛋白、低脂肪，是人們生活中主要拾取的蛋白來源。魚類作為食用商品的最好形式要體現(xiàn)出食用方便、安全衛(wèi)生、富有營養(yǎng)。不含骨刺的魚片、魚塊、魚絲和魚糜等為最好形式。這些產(chǎn)品必須在較低的環(huán)境溫度下，通過魚類處理機(jī)械、水產(chǎn)品加工機(jī)械來完成。通過魚類機(jī)械化加工處理，可保證魚類加工后剩余邊角和廢棄物的鮮度和集中度，為進(jìn)一步發(fā)展魚類的精深加工創(chuàng)造條件，使魚類加工的產(chǎn)品向多樣化、系列化、高附加值方向發(fā)展。通過對(duì)魚類的綜合加工利用，向市場(chǎng)和消費(fèi)者提供優(yōu)質(zhì)魚類系列產(chǎn)品，豐富市場(chǎng)，提高經(jīng)濟(jì)效益。魚類前處理設(shè)備主要對(duì)捕獲后的魚類進(jìn)行清洗、分級(jí)、排列、“三去”（去頭、去內(nèi)臟、去鱗）、開片、去皮等加工處理。

14、加工成魚片、魚塊、“三去”整魚，通過速凍、單凍，生產(chǎn)出冷凍魚片、冷凍魚塊和冷凍整魚。通過烹飪加工成即食食品和干制品等產(chǎn)品，滿足人們的生活需求。 魚類的加工要求主要以魚體的大小，魚類的品種特點(diǎn)而定。魚體大的經(jīng)濟(jì)魚類主要作前處理加工，剖腹去內(nèi)臟、去鰓后速凍或作開片、切塊處理，加工成冷凍魚片、冷凍魚塊等速凍產(chǎn)品，通過鹽漬風(fēng)干，加工成魚干或通過烹飪加工，生產(chǎn)出即食食品、魚罐頭等產(chǎn)品。本文意在設(shè)計(jì)一臺(tái)具有全自動(dòng)處理功能的魚類前期處理機(jī)械。 1.1國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 國內(nèi)水產(chǎn)品加工業(yè)的發(fā)展是從二十世紀(jì)80 年代中期逐步開始的。通過設(shè)備的引進(jìn)，然后對(duì)引進(jìn)設(shè)備進(jìn)行消化吸收，并結(jié)合國內(nèi)水產(chǎn)原料的特點(diǎn)和人們的消

15、費(fèi)習(xí)慣，研制出適合國內(nèi)特點(diǎn)的水產(chǎn)品加工機(jī)械。在魚類前處理加工機(jī)械方面：研制了魚類切頭機(jī)、剖腹去內(nèi)臟機(jī)、魚片去皮機(jī)、立式、臥式洗魚機(jī)等單機(jī)。目前國產(chǎn)的組合去頭、去內(nèi)臟、開片的魚類處理生產(chǎn)線還是處于空白狀態(tài)。近20 年來，雖然我國水產(chǎn)品加工業(yè)有了長足的發(fā)展，但和發(fā)達(dá)國家相比，仍存在有很多不足。主要體現(xiàn)在水產(chǎn)品的加工資源嚴(yán)重衰退、基礎(chǔ)研究薄弱、加工與綜合利用率比較低、加工產(chǎn)品品種少、附加值低、裝備落后、質(zhì)量管理和標(biāo)準(zhǔn)體系不健全等方面。[1] 目前國內(nèi)運(yùn)用的技術(shù)都存在很大的缺陷，如下圖所示，理想機(jī)械除鱗設(shè)備主要由旋轉(zhuǎn)滾筒11、進(jìn)料斗8、出料斗1、調(diào)節(jié)螺釘4、除鱗部件9、1 0等構(gòu)成。 圖1.1

16、 除鱗機(jī)裝置結(jié)構(gòu)圖 1.出料斗 2.回收槽 3.機(jī)架 4.調(diào)節(jié)螺釘 5.電動(dòng)機(jī) 6.帶傳動(dòng) 7.軸承座 8.進(jìn)料斗 9.刀孔 10.刀具 11.滾筒 12.閥門 13.插銷 14.噴頭 15.悶頭 16．水管 旋轉(zhuǎn)滾筒式是一個(gè)帶孔的圓筒， 滾筒用厚度為1．5咖～2．0 mm的不銹鋼沖孔后卷成圓柱，按制造工藝的要求設(shè)計(jì)成幾段制造，然后焊角鋼聯(lián)接以增加簡(jiǎn)體的剛度。滾筒上的孔直徑遠(yuǎn)大于加工對(duì)象的魚鱗， 有助于魚鱗的回收， 并有利于水流通過清洗魚鱗。 得出結(jié)論如下: 1. 提出采用旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，依靠魚體表面與筒壁內(nèi)表面的搓擦來出去魚鱗的原理，經(jīng)理論及實(shí)驗(yàn)證明簡(jiǎn)單可行。

17、 2. 提出的橫軸水平旋轉(zhuǎn)式滾筒除鱗裝置， 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理緊湊，設(shè)備簡(jiǎn)單，制造方便，易操作。設(shè)備融除鱗、清洗、回收、輸送等功能于一體。 3. 本項(xiàng)技術(shù)是一種量大面廣的淡水魚機(jī)械除鱗的新技術(shù)，針對(duì)鰱鳙等大宗低值的水產(chǎn)品，將除鱗、洗魚等多道工序減縮為一次性聯(lián)合作業(yè)工序，減少了魚體與機(jī)械裝置接觸的次數(shù)。降低了損傷魚體結(jié)構(gòu)、進(jìn)而影響食品風(fēng)味的可能性，提高了生產(chǎn)效率，保證了下道工序的需求，減少了機(jī)具投資，并節(jié)約了能耗。該機(jī)械裝置適合我國廣大湖區(qū)、沿海、沿江地區(qū)的眾多中小型魚類食品加工廠使用； 4. 為使除鱗裝置工作可靠，滾筒應(yīng)傾斜一定角度， 以增加作用距離， 延長工作時(shí)間， 并有助于物料的運(yùn)輸。實(shí)踐

18、證明：傾斜角度以2 0—3 0為宜。 5. 通過有限元理論對(duì)魚體在滾筒中的拋射和翻滾運(yùn)動(dòng)的分析表明： 在以上過程中，魚體的生物應(yīng)力未達(dá)到或超過魚體的生物屈服應(yīng)力， 因此魚體內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒有被破壞， 從而保證所加工魚的質(zhì)量。 6. 刀具的形狀有助于增強(qiáng)除鱗效果。刀具越粗糙除鱗效果越明顯。 7. 時(shí)間t及轉(zhuǎn)速n對(duì)除鱗比P有顯著影響，在一定的時(shí)間范圍內(nèi)，時(shí)間越長，除鱗面積越大；時(shí)間t及轉(zhuǎn)速n對(duì)感官評(píng)價(jià)得分有非常顯著的影響，隨著時(shí)間及轉(zhuǎn)速n的增加，感官評(píng)價(jià)得分下降[2]。 除上訴機(jī)械設(shè)備，國內(nèi)市場(chǎng)中還出現(xiàn)過其它相關(guān)魚類加工機(jī)械。刮鱗器是可應(yīng)用于魚類加工行業(yè)的一種新型工具。其以高效、高質(zhì)可替代8名

19、工人的手工操作，充分達(dá)到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于操作、安全可靠的功效。而且主機(jī)可置于地面或是掛于墻壁之上，通過一套軟軸傳動(dòng)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)手持旋轉(zhuǎn)刮具，輕松刮去各種有鱗魚類的魚鱗。手柄內(nèi)裝有防水裝置，可確保軸承類傳動(dòng)裝置的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，且可將手柄及旋轉(zhuǎn)刮具隨時(shí)置于水中清洗，使刮鱗工作更加自如。主機(jī)外殼及手柄均采用不銹鋼及鋁合金制成，抗銹、抗腐蝕性能好，完全適合于魚類加工行業(yè)使用 圖1.2 除鱗器外觀圖 1.2 全自動(dòng)殺魚機(jī)設(shè)計(jì)思路 目前魚類剖殺多為手工操作：用鋼絲刷去除魚鱗、用刀剖開魚腹、用手抓取魚腸等物（如圖1.3所示）。手工剖殺的方法存在著很多缺陷：效率低、尤其存在安全隱患；同時(shí)會(huì)使殺魚工人

20、手上腥味難當(dāng)；冬天殺魚時(shí)，容易使手生凍瘡；此外，對(duì)魚鱗和魚腸又缺乏集中處理，對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生了不良影響。 圖1.3 傳統(tǒng)殺魚工具及場(chǎng)景圖 殺魚機(jī)具備刮鱗、剖腹、挖腸及清洗功能，且應(yīng)具有智能性。針對(duì)以上功能，結(jié)合市場(chǎng)中運(yùn)用的各類魚類處理機(jī)械的結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)，殺魚機(jī)功能部件應(yīng)包括：魚體夾持部件、刮鱗部件、剖腹部件、挖腸部件、清洗部件。 魚體夾持部件設(shè)計(jì)是殺魚機(jī)工作的基礎(chǔ)，同時(shí)是魚體檢測(cè)的實(shí)施部件。由于殺魚機(jī)是針對(duì)處理活魚而設(shè)計(jì)，故魚體夾持部件采用魚頭、魚尾夾持相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。 基于國內(nèi)已趨于成熟的刮鱗設(shè)備，刮鱗部件結(jié)構(gòu)采用雙層旋轉(zhuǎn)滾筒式，滾筒上植鋼絲，利用鋼絲與魚體接觸

21、，同時(shí)兩層滾筒與機(jī)架采用彈性連接。 1.3 全自動(dòng)殺魚機(jī)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 1.3.1設(shè)計(jì)基本要求 （1）全自動(dòng)殺魚機(jī)及其所有零部件應(yīng)設(shè)計(jì)正確、結(jié)構(gòu)合理、遵守機(jī)械、電氣方面的通用技術(shù)要求； （2）制造全自動(dòng)殺魚機(jī)和零部件應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和合適的性能； （3）全自動(dòng)殺魚機(jī)和零部件應(yīng)具有良好的維修和保養(yǎng)，處于正常的工作狀態(tài)； （4）需要潤滑的零部件應(yīng)裝有符合要求的潤滑裝置； （5）輸入電源為220V通用交流電源 1.3.2整機(jī)性能要求 （1） 當(dāng)電源為額定頻率和額定電壓、整機(jī)正常工作時(shí)，無工作噪音，運(yùn)行平穩(wěn)； （2） 對(duì)于大小不同的魚，全自動(dòng)殺魚機(jī)能自主性調(diào)節(jié)，全過程運(yùn)行自動(dòng)化； （3

22、） 刮鱗部件工作中不得損傷魚肉，刮鱗效果不小于80%； （4） 剖腹、刮腸部件工作行程可隨魚大小變動(dòng)，剖腹軌跡應(yīng)在魚中線，魚腸等物挖除效果良好； （5） 清洗完成后，魚身及魚腹應(yīng)無魚鱗等雜物； （6） 全自動(dòng)殺魚機(jī)整機(jī)外形不超過1M*1M*1M，正常運(yùn)行功率不超過150W； （7） 全自動(dòng)殺魚機(jī)為24小時(shí)工作機(jī)械，工作壽命不的少于5年。 1.4 全自動(dòng)殺魚機(jī)設(shè)計(jì)意義 中國是一個(gè)水產(chǎn)大國，但還不是一個(gè)水產(chǎn)強(qiáng)國，與發(fā)達(dá)國家相比還有相當(dāng)大的差距。2003 年國內(nèi)水產(chǎn)品加工量占總產(chǎn)量的比例約35%，世界發(fā)達(dá)國家達(dá)60%-90%，而國內(nèi)冷凍品、干制品和煙熏制品約占加工量的75%。

23、據(jù)報(bào)道，我國水產(chǎn)加工的利潤率僅為10%-18%，而日本為113%，美國為91%，印度為44%?？梢娢覈a(chǎn)品加工以粗加工為主，高附加值產(chǎn)品更是寥寥無幾。目前國內(nèi)魚類前處理加工大部分還是手工操作為主，一般的冷凍加工企業(yè)基本不作去頭、剖腹去內(nèi)臟處理，只是整理裝盤隨后速凍。所以說中國水產(chǎn)品加工機(jī)械的發(fā)展任重而道遠(yuǎn)。目前國內(nèi)在魚類開片等前處理加工方面，基本以手工操作為主，即人工開片。這樣操作勞動(dòng)強(qiáng)度大，手指容易劃傷，生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品容易升溫而影響產(chǎn)品質(zhì)量。 自1969年美國數(shù)字設(shè)備公司研制出第一臺(tái)可編程控制器PDE-14以來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，可編程控制器（PLC）的功能不斷擴(kuò)充。由于能夠?yàn)?/p>

24、自動(dòng)化控制應(yīng)用提供安全可靠和比較完善的解決方案，適合于當(dāng)前工業(yè)企業(yè)對(duì)自動(dòng)化的需要，長期以來，PLC始終處于工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的主戰(zhàn)場(chǎng)，為各種各樣的自動(dòng)化控制設(shè)備提供了非?？煽康目刂茟?yīng)用。 針對(duì)當(dāng)前殺魚過程中的各種缺陷，基于PLC在工業(yè)控制領(lǐng)域的優(yōu)良控制特性，結(jié)合國內(nèi)漁業(yè)加工機(jī)械發(fā)展，設(shè)計(jì)了全自動(dòng)殺魚機(jī)。它運(yùn)用PLC 穩(wěn)定可靠的控制特性，將殺魚過程自動(dòng)化，同時(shí)對(duì)魚鱗等物進(jìn)行集中處理，解決了傳統(tǒng)殺魚過程中的一些問題，減輕了殺魚者的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也填補(bǔ)了國內(nèi)漁業(yè)加工機(jī)械在此方面的空白。 2. 機(jī)械機(jī)構(gòu)及工作原理設(shè)計(jì) 2.1機(jī)械結(jié)構(gòu)及工作原理設(shè)計(jì) 2.1.1整機(jī)結(jié)構(gòu)及工

25、作原理設(shè)計(jì) 根據(jù)總體設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和性能要求得出:全自動(dòng)殺魚機(jī)可在PLC的控制下自動(dòng)完成刮鱗、剖腹、挖腸、清洗等動(dòng)作。故將全自動(dòng)殺魚機(jī)分為機(jī)械、電控兩部分。機(jī)械部分包括魚頭夾持部件、魚尾夾持部件、剖腹部件、刮腸部件、清洗部件個(gè)部分（詳細(xì)工作原理見2.1）電控部分分為硬件部分（PLC控制器、控制電路板）及軟件部分（詳細(xì)控制過程見3）。其總體機(jī)械結(jié)構(gòu)和功能如下圖所示： 圖2.1 殺魚機(jī)工作流程圖 其中，上圖2-1中，1～9表示如下動(dòng)作： 1.進(jìn)魚，啟動(dòng)殺魚機(jī)； 2.刮鱗裝置正轉(zhuǎn)將魚送進(jìn)，夾魚尾裝置夾持魚尾； 3.魚尾固定后，刮鱗裝置繼續(xù)正轉(zhuǎn)，將魚全部送入； 4.將魚全部

26、送入后，夾持魚頭； 5.魚頭夾持完成，刮鱗開始； 6.刮鱗結(jié)束，剖腹裝置伸出并后移，剖腹開始； 7.剖腹延時(shí)后，刮腸裝置伸出并后移，刮腸開始； 8.刮腸結(jié)束，清洗信號(hào)發(fā)出，開始清洗； 9.清洗完成，整機(jī)復(fù)位待機(jī)。 2.1.2整機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)空間布置設(shè)計(jì) 魚加工 出入口 魚尾夾持部件 魚尾夾持部件運(yùn)動(dòng)行程 魚頭夾持部件 魚尾光電檢測(cè)頭 控制器及控制電路 魚頭處光電檢測(cè)頭 整機(jī)控制輸入 剖腹挖腸部件運(yùn)動(dòng)限位開關(guān) 剖腹挖腸部件 剖腹挖腸部件限位開關(guān) 圖2.2 殺魚機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)空間布置圖（俯視） 如圖2.2所示，整機(jī)機(jī)械

27、布置情況，用于清洗的水槽以及接水管道布置于整機(jī)最底部，之上加裝收集魚鱗以及魚腹中雜物的格網(wǎng)。剖腹部件與挖腸部件空間上采用前后布置。上圖中雙向箭頭表示部件的運(yùn)動(dòng)行程方向，實(shí)際運(yùn)動(dòng)行程利用控制軟件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。在各運(yùn)動(dòng)行程兩邊安裝導(dǎo)軌。魚頭處光電傳感器安裝于魚頭夾持部件前部，而魚尾處光電傳感器安裝于魚尾夾持部件中部。剖腹挖腸部件中剖腹刀以及挖腸刀運(yùn)動(dòng)行程上裝載限位開關(guān)。清洗部件中水泵放置于水箱中，噴頭裝于各部件上，盡量避免清洗水沖擊動(dòng)力電機(jī)，以及相應(yīng)電子元件。 2.1.3殺魚機(jī)魚體大小檢測(cè)原理設(shè)計(jì) 夾魚尾部件初始位置 夾魚頭部件 夾魚尾部件 魚尾光電傳感器 魚頭光電傳感器 魚的入

28、口 圖2.3 殺魚機(jī)魚體大小檢測(cè)原理圖 檢測(cè)方法如下： 將魚放入，起動(dòng)整機(jī)，當(dāng)魚尾處光電傳感器感應(yīng)魚尾進(jìn)入后，夾緊魚尾，后移，同時(shí)滾筒反轉(zhuǎn)將魚拖入機(jī)器，當(dāng)魚頭進(jìn)入后，魚頭部件處光電傳感器脫開，此時(shí)加緊魚頭。圖2-1-2中剖腹挖腸部件的行程控制開關(guān)裝于魚尾夾持部件上用于直接控制剖腹挖腸的行程。 2.2殺魚機(jī)機(jī)械零部件設(shè)計(jì) 2.2.1魚頭夾持部件的結(jié)構(gòu)及工作原理設(shè)計(jì) 如圖2.4、2.5所示，魚頭夾持部件包括上下夾板、退魚頭部件、鋼針以及動(dòng)力裝置。其中退魚頭部件由頂桿、頂桿套、退魚頭擋板組成；而動(dòng)力裝置包括動(dòng)力電機(jī)、左右旋絲桿、同步帶傳動(dòng)等。夾魚頭裝置有兩個(gè)工位：

29、夾持工位、待機(jī)工位。啟動(dòng)整機(jī)放入活魚后，光電開關(guān)發(fā)出信號(hào)，動(dòng)力電機(jī)啟動(dòng)，經(jīng)帶傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)，帶動(dòng)上下夾板將魚頭夾緊。此過程中，退魚頭部件的頂桿套內(nèi)彈簧將受壓縮，且退魚頭擋板回縮。在彈簧作用下，退魚頭擋板將魚推出鋼針，從而將魚順利退出。（詳細(xì)退魚頭工作原理見后）部件運(yùn)動(dòng)行程通過行程開關(guān)控制，同時(shí)限制鋼針扎入魚頭的深度。 1. 同步帶傳動(dòng) 2. 螺母套 3. 上下夾板 4. 剛針 5. 擋板 6. 左右旋絲桿 7. 螺母 8. 退魚頭部件(包括頂桿、頂桿套、彈簧) 圖2.4 殺魚機(jī)魚頭夾持部件原理簡(jiǎn)圖 夾板 退魚頭擋板 鋼針 機(jī)架 退魚頭頂桿 帶傳動(dòng) 左右旋動(dòng)

30、力絲桿 圖2.5 殺魚機(jī)魚頭夾持部件三維模型 1. 頂桿套 2. 彈簧 3. 頂桿 4. 夾板 5. 連接螺釘 6. 鋼針 7. 擋板 圖2.6 殺魚機(jī)退魚頭工作結(jié)構(gòu)圖 如上圖所示，退魚頭結(jié)構(gòu)主要由頂桿、以及頂桿套、彈簧等組成。夾魚頭過程中，夾板帶動(dòng)頂桿運(yùn)動(dòng)，當(dāng)擋板接觸魚頭后，頂桿不動(dòng)，而頂桿套隨夾板繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，套中彈簧受壓縮；魚后續(xù)處理完成后，夾板松開魚頭，此時(shí)擋板在彈簧作用力下將魚頭外推，最終將魚頭推出夾魚頭部件，實(shí)現(xiàn)魚頭定位和推送。 2.2.2 魚尾夾持部件的結(jié)構(gòu)及工作原理的設(shè)計(jì) 圖2.7 殺魚機(jī)魚尾夾持部件原理簡(jiǎn)圖 1.曲柄、2.電

31、機(jī)、電機(jī)架、3.連桿、4.滑塊、5.下夾板、6.固定夾、7.板橫移部件（滑塊、絲桿、以及鏈傳動(dòng)等）。 如圖2.7、2.8所示魚尾夾持部件包括連桿機(jī)構(gòu)、夾板、以及橫移部件。其中橫移部件由螺旋傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、動(dòng)力電機(jī)等組成。魚送入后，在光電開關(guān)作用下，動(dòng)力電機(jī)啟動(dòng)，經(jīng)連桿機(jī)構(gòu)使夾板上移夾緊魚尾。魚尾夾緊以后，橫移部件帶動(dòng)整個(gè)魚尾夾持裝置后移，直至下一控制信號(hào)出現(xiàn)。 機(jī)架 連桿機(jī)構(gòu) 橫移部件 夾板部件 夾魚頭裝置 圖2.8 殺魚機(jī)魚尾夾持部件三維模型 固定擋板 工作角度120° 連桿機(jī)構(gòu) 連桿機(jī)構(gòu)工作行程 滑塊 圖2.9 連桿機(jī)構(gòu)快速加緊示意圖 見圖2.9，

32、魚尾夾持部件中連桿機(jī)構(gòu)采用了具有急回特性的結(jié)構(gòu)。連桿機(jī)構(gòu)工作角度為120°，此間即滑塊上移加緊魚尾的工作過程。這使得加緊魚尾的時(shí)間更短，提高工作精度，減小工作中風(fēng)險(xiǎn)。 2.2.3刮鱗部件的結(jié)構(gòu)及工作原理設(shè)計(jì) 如圖2.10、2.11所示，刮鱗裝置包括上下兩個(gè)滾筒及其動(dòng)力部件、縱移部件、橫移部件。其中，縱移部件由導(dǎo)桿、滑塊、彈簧等組成，而橫移部件包括動(dòng)力電機(jī)、螺旋傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)等。啟動(dòng)整機(jī)后，滾筒動(dòng)力電機(jī)正轉(zhuǎn)經(jīng)齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)滾筒旋轉(zhuǎn)，將魚拖入。此過程中，縱移部件在彈簧作用下，可根據(jù)魚的大小自行調(diào)節(jié)。魚夾持完成后，滾筒橫移至第二工位。在軟件控制下，滾筒反轉(zhuǎn)并前移開始刮鱗，在第一工位完成刮鱗后，退至第

33、二工位待機(jī)。 魚頭夾持裝置 機(jī)架 橫移部件 滾筒 縱移部件 圖2.9 刮鱗部件三維模型圖 1. 橫向滑塊 2. 卡座 3. 彈簧 4. 齒輪傳動(dòng) 5. 滾筒 6. 限位卡塊 7. 縱向滑塊 8. 支撐桿 9. 橫向機(jī)架 10. 螺旋傳動(dòng)(絲桿螺母、(絲桿螺母套) 圖2.10 刮鱗部件原理簡(jiǎn)圖 由上圖可見，在刮鱗部件豎直移動(dòng)部件中，下部設(shè)計(jì)彈性連接結(jié)構(gòu)，上部依靠自重緊壓限位卡快，魚體進(jìn)入后，上下部分開。刮鱗過程中，上下滾筒都緊貼魚體，并保持一定壓力。在滾筒鋼刷采用仿形設(shè)計(jì)，對(duì)鋼刷進(jìn)行修整，使之與魚體外形相仿，加大鋼刷工作時(shí)與魚體的接觸面積。 2.2.

34、4剖腹部件的結(jié)構(gòu)及工作原理設(shè)計(jì) 如圖2.11、2.12所示，剖腹部件主要由主板、附板、剖腹部件、橫移部件、縱移部件等組成。其中剖腹部件包括：刀及刀架、扶持架?？v移部件由螺旋傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、動(dòng)力電機(jī)組成。橫移部件則包括齒輪齒條機(jī)構(gòu)動(dòng)力電機(jī)等。完成刮鱗動(dòng)作后，在軟件控制下，縱移部件中的動(dòng)力電機(jī)啟動(dòng)，經(jīng)帶傳動(dòng)和螺旋傳動(dòng)，使剖腹刀縱移伸入魚腹，同時(shí)橫移部件中的電機(jī)帶動(dòng)主板橫移，將魚腹剖開。為保證剖腹軌跡應(yīng)在魚腹中線，剖腹部件中在剖刀空間位置之前設(shè)計(jì)可伸縮的魚身扶持架，剖腹過程中扶持架始終對(duì)稱性卡住魚身，剖刀面則和對(duì)稱面重合。為保持剖腹質(zhì)量，利用PLC控制，將剖刀進(jìn)刀量和魚身扶持架前后伸縮運(yùn)動(dòng)結(jié)合起來，

35、實(shí)現(xiàn)變軌跡的具有自適應(yīng)性的剖腹功能，詳細(xì)控制見3.4 。 限位開關(guān) 與附板彈性連接 剖刀 V形卡持架 圖2.11 剖腹部件原理結(jié)構(gòu)圖 上圖表示剖腹部件中剖刀與V形卡持架之間的位置關(guān)系。剖腹動(dòng)作開始后，剖刀和卡持架同時(shí)向前移動(dòng)。當(dāng)卡持架接觸魚腹時(shí)，剖刀繼續(xù)向前深入，直至接觸到限位開關(guān)，而后后退一小段距離，并保持與卡持架的空間位置。剖腹部件橫移過程中，若V形架有前后移動(dòng)，剖刀將跟隨其運(yùn)動(dòng)。 橫移部件 主板 縱移部件 剖腹部件 附板 圖2.12 剖腹、挖腸部件三維模型 2.2.5 挖腸部件的結(jié)構(gòu)及工作原理設(shè)計(jì) 如圖2.13所

36、示，挖腸裝置包括：主板、附板、挖腸刀、縱移部件等組成。其中縱移部件由螺旋傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、動(dòng)力電機(jī)組成，而主板直接和剖腹主板相連。剖腹裝置橫移一段距離后，其縱移部件中的電機(jī)開始工作，使挖腸刀伸入魚腹，此時(shí)刮腸裝置主板和剖腹裝置主板一起橫移，逐漸將魚腸刮出魚腹。 橫移部件 挖腸刀 縱移部件 主板 附板 圖2.13 剖腹、挖腸部件三維模型 2.2.6 清洗部件的結(jié)構(gòu)及工作原理設(shè)計(jì) 該裝置主要包括水箱、增壓泵、輸水管以及水管接頭、電磁閥等構(gòu)成。剖腹、刮腸動(dòng)作完成后，在控制信號(hào)作用下，電磁閥打開，水泵開始供水，整機(jī)各個(gè)部位的水管噴頭開始噴水清洗。

37、 3. 控制電路設(shè)計(jì) 3.1 全自動(dòng)殺魚機(jī)控制時(shí)序 圖3.1殺魚機(jī)整機(jī)工作時(shí)序圖 如上圖所示，整機(jī)控制包括：夾持、刮鱗、剖腹刮腸、清洗、復(fù)位等。其中夾持動(dòng)作包括魚頭夾持控制以及魚尾夾持控制。整機(jī)控制時(shí)序大致可描述為：?jiǎn)?dòng)整機(jī)，在控制信號(hào)作用下，先進(jìn)行魚頭魚尾夾持控制，此過程結(jié)束同時(shí)向刮鱗部件發(fā)出啟動(dòng)控制信號(hào)。同理完成剖腹、刮腸、清洗等其它動(dòng)作的控制。全部動(dòng)作結(jié)束后，進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，詳細(xì)控制時(shí)序見后。 圖3.2殺魚機(jī)整機(jī)起動(dòng)控制程序梯形圖 3.2 魚身夾持控制原理 如圖3-7所示，該過程控制包括：送魚、夾魚尾、夾魚頭等。所控對(duì)象為刮鱗部件中的滾筒電機(jī)1、夾

38、魚尾電機(jī)2、夾魚頭電機(jī)3。圖中1～5表示控制信號(hào)為： 1. 啟動(dòng)開關(guān)，光電開關(guān)1閉合，滾筒動(dòng)力電機(jī)1正轉(zhuǎn)信號(hào)； 2. 魚送入，光電開關(guān)2閉合，夾魚尾電機(jī)2正轉(zhuǎn)信號(hào)； 3. 行程開關(guān)1閉合，電機(jī)2停，電機(jī)1正轉(zhuǎn)信號(hào)； 4. 光電開關(guān)1斷開，電機(jī)1停，夾魚頭電機(jī)3正轉(zhuǎn)信號(hào)； 5. 行程開關(guān)3閉合，電機(jī)3停，刮鱗信號(hào)。 圖3.3魚夾持工作時(shí)序圖 圖3.4魚夾持控制程序梯形圖 光電開關(guān)1安裝于夾魚頭部件中，放入魚以后，光電開關(guān)1被擋，在PLC控制下，滾筒將魚拖入，當(dāng)魚尾擋住光電開關(guān)2，滾筒停，加緊魚尾，之后滾筒繼續(xù)正轉(zhuǎn)，同時(shí)夾魚尾部件后移，當(dāng)魚完全進(jìn)入而光電開關(guān)1斷開

39、時(shí)，滾筒停，加緊魚頭。經(jīng)以上過程，魚的大小已測(cè)定，刮鱗、剖腹、挖腸等動(dòng)作行程確定。 3.3 刮鱗控制原理 如下圖所示，主要控制刮鱗滾筒動(dòng)力電機(jī)1、前后移動(dòng)電機(jī)4。 圖3.5刮鱗工作時(shí)序圖 其中圖3.5中1～4表示信號(hào)為： 1.行程開關(guān)3閉合，刮鱗開始； 2.行程開關(guān)5閉合，滾筒移動(dòng)電機(jī)4正轉(zhuǎn)信號(hào)； 3.行程開關(guān)6閉合，電機(jī)4反轉(zhuǎn)信號(hào)； 4.行程開關(guān)5閉合，電機(jī)1、4停，剖腹、刮腸開始信號(hào)； 圖3.6刮鱗控制梯形圖 經(jīng)魚身夾持過程后，魚已經(jīng)完成定位，并且魚的大小已經(jīng)測(cè)定。在定位完成后，刮鱗部件先向后移至魚尾，之后前移滾筒同時(shí)反轉(zhuǎn)刮鱗，完成刮鱗后退至魚尾

40、處。 3.4 剖腹、挖腸控制原理 圖3.7剖腹、挖腸工作時(shí)序圖 如上圖所示，該過程包括：剖刀伸縮、挖腸刀伸縮、主板前后移動(dòng)。被控對(duì)象有：剖腹刀伸縮電機(jī)5、主板移動(dòng)動(dòng)力電機(jī)6、挖腸刀伸縮電機(jī)7。圖中1～8表示的信號(hào)為： 1. 行程開關(guān)5閉合，電機(jī)5正轉(zhuǎn)、刮腸開始信號(hào)； 2. 行程開關(guān)7閉合，電機(jī)5停、電機(jī)6反轉(zhuǎn)信號(hào)； 3. 行程開關(guān)8閉合，電機(jī)6停、電機(jī)7正轉(zhuǎn)信號(hào)； 4. 行程開關(guān)9閉合，電機(jī)7停、電機(jī)6反轉(zhuǎn)信號(hào)； 5. 行程開關(guān)10閉合，電機(jī)6停、電機(jī)5反轉(zhuǎn)信號(hào)； 6. 行程開關(guān)11閉合，電機(jī)5停、電機(jī)6反轉(zhuǎn)信號(hào)； 7. 行程開關(guān)12閉合，電機(jī)6停、電機(jī)7反轉(zhuǎn)信號(hào)；

41、 8. 行程開關(guān)13閉合，電機(jī)7停、電機(jī)6反轉(zhuǎn)、清洗信號(hào)。 圖3.8剖腹、挖腸工作控制梯形圖 刮鱗完成以后，魚身扶持架向前伸出，剖刀緊隨扶持架之后，當(dāng)扶持架卡住魚身后，刀繼續(xù)向前伸將魚腹剖開，此時(shí)剖腹部件和刮腸部件同時(shí)后移，當(dāng)扶持架退至最大限位時(shí)，剖刀后移；當(dāng)扶持架退至最小限位時(shí)，剖刀前移。經(jīng)上訴過程，剖刀即可沿魚腹中線并以固定深度剖開魚腹。 3.5 殺魚機(jī)控制器選擇 PLC是以微處理器為主的一種工業(yè)控制裝置，PLC系統(tǒng)能很好地完成工業(yè)實(shí)時(shí)順序控制、條件控制、計(jì)數(shù)控制、步進(jìn)控制等功能；能夠完成模／數(shù)(A／D)、數(shù)／模(D／A)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理、通訊聯(lián)網(wǎng)、實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能

42、。 DCS(Distributed Control System)，分散控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，國內(nèi)一般習(xí)慣稱為集散控制系統(tǒng)。DCS是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和圖形顯示技術(shù)等4C技術(shù)于一體的系統(tǒng)。具有：完備的開放系統(tǒng)，可靠性高，功能全，采用網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)，具有綜合性和專業(yè)性，實(shí)現(xiàn)了人機(jī)對(duì)話技術(shù)，系統(tǒng)擴(kuò)展靈活，管理能力強(qiáng)等特點(diǎn)。由于工業(yè)生產(chǎn)過程是一個(gè)分散系統(tǒng)，而監(jiān)視、操作和最佳化管理應(yīng)以集中為好。在2O世紀(jì)7O年代中期產(chǎn)生了集散控制系統(tǒng)。與常規(guī)的集中式控制系統(tǒng)相比有如下特點(diǎn)： l 實(shí)現(xiàn)了分散控制。它使得系統(tǒng)控制危險(xiǎn)性分散、可靠性高、投資減小、維護(hù)方便。 l 實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)視、操作和管理。使

43、得管理與現(xiàn)場(chǎng)分離，管理更能綜合化和系統(tǒng)化。 l 采用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，這是DCS的關(guān)鍵技術(shù)，它使得控制與管理都具實(shí)時(shí)性，并解決系統(tǒng)的擴(kuò)充與升級(jí)問題。 DCS控制系統(tǒng)一經(jīng)出現(xiàn)就受到工業(yè)控制界的青睞，基于PLC的DCS系統(tǒng)目前在國內(nèi)外都得到了廣泛的應(yīng)用 FCS(Fieldbus control system)，現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱。是目前世界上最新型的控制系統(tǒng)。FCS主要有以下特點(diǎn)： l FCS系統(tǒng)的核心是總線協(xié)議，即總線標(biāo)準(zhǔn)。開放的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)具有高度的互操作性，就一個(gè)特定類型的現(xiàn)場(chǎng)總線而言，只要遵循該類型現(xiàn)場(chǎng)總線的總線協(xié)議，對(duì)其產(chǎn)品是開放的，并具有互操作性。 l FCS系統(tǒng)的基礎(chǔ)

44、是數(shù)字智能現(xiàn)場(chǎng)裝置，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有高度的分散性；通過使用現(xiàn)場(chǎng)總線，用戶可以大量減少現(xiàn)場(chǎng)接線，用單個(gè)現(xiàn)場(chǎng)儀表可實(shí)現(xiàn)多變量通信，不同制造廠生產(chǎn)的裝置間可以完全互操作，增加現(xiàn)場(chǎng)一級(jí)的控制功能，系統(tǒng)集成大大簡(jiǎn)化，并且維護(hù)十分簡(jiǎn)便。 l FCS系統(tǒng)的本質(zhì)是信息處理現(xiàn)場(chǎng)化，采用現(xiàn)場(chǎng)總線后，可以從現(xiàn)場(chǎng)得到更多的信息，大大提高線纜傳輸信息的能力，另一方面要讓大量信息在現(xiàn)場(chǎng)就地完成處理，減少現(xiàn)場(chǎng)與控制機(jī)房之間的信息往返。 因此，系統(tǒng)安全性高，擴(kuò)展靈活，可大大降低安裝成本。2O世紀(jì)九十年代走向?qū)嵱没默F(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，是目前自動(dòng)化技術(shù)中的一個(gè)熱點(diǎn)，正受到國內(nèi)外自動(dòng)化設(shè)備制造商與用戶強(qiáng)烈的關(guān)注。 可編程控制器是

45、一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)成品，與其它控制器相比具有很多優(yōu)點(diǎn)： 1. 以可編程控制器為核心構(gòu)造控制系統(tǒng)所需周期短 2. 可編程控制器通用性和適應(yīng)性強(qiáng) 3. 可編程控制器的可靠性高、抗干擾能力強(qiáng) 4. 可編程控制器的維護(hù)性好 5. 可編程控制器的體積小、能耗低 基于以上特色，結(jié)合殺魚機(jī)控制特性，選用日本三菱公司的系列的可編程控制器。 4. 機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1 機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1.1 錐齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 由于齒輪工作可靠、使用壽命長，傳動(dòng)比穩(wěn)定，傳動(dòng)效率高，因此作品的主動(dòng)力傳動(dòng)采用齒輪傳動(dòng)， 由于電機(jī)軸線與主軸垂直，需要改變傳動(dòng)方向，此處采用錐齒輪傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)幾何計(jì)算

46、如下： 表4.1 錐齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算表 設(shè)計(jì)內(nèi)容 設(shè)計(jì)計(jì)算說明 設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果 1. 選擇齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) (1) 殺魚機(jī)為一般機(jī)械，速度不高，選用8級(jí)精度的錐齒輪 (2) 材料的選擇。參考[1]（濮良貴等，機(jī)械設(shè)計(jì)[M]，高等教育出版社）表10-1選擇錐齒輪材料為45#鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為260HBS (3) 齒數(shù)比為：u=1 (4) 錐齒輪齒數(shù) 錐齒輪:45# 260HBS 設(shè)計(jì)內(nèi)容 設(shè)計(jì)計(jì)算說明 設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果 2.

47、 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 參考[1]錐齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算公式: (1) 確定公式中各計(jì)算數(shù)值 l 選載荷系數(shù)K=1.3； l 計(jì)算錐齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩. 9.55 l 參考[1]選取錐齒輪傳動(dòng)的齒寬系數(shù)=0.3 l 參考[1]表10-6查得材料的彈性影響系數(shù) l 參考[1]圖10-21d按齒面硬度查得錐齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限為 l 參考[1]式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)系數(shù) l 參考[1]中圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù) l 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1%,安全系數(shù)S=1.由式10-12得: (2) 計(jì)算 l 試算錐齒輪平均分度圓直徑 l 取模

48、數(shù)m=1，則錐齒輪分度圓直徑 mm K=1.3 9.55 9550 =0.3 錐齒輪分度圓直徑為： D=20mm 3.按齒根彎曲強(qiáng)度進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算

49、 參考[1]錐齒輪齒根彎曲強(qiáng)度進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算公式如下： (1) 確定上式中各計(jì)算數(shù)值 l 選載荷系數(shù)K=1.3； l 錐齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 9.55 l 參考[1]選取錐齒輪傳動(dòng)的齒寬系數(shù)=0.3 l 參考[1]表10-6查得材料的彈性影響系數(shù) l 參考[1]圖10-21d按齒面硬度查得錐齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限為 （2）計(jì)算 所以 齒輪滿足設(shè)計(jì)要求。 K=1.3 9550 =0.3 4.1.2 圓柱直齒齒輪 齒條機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 表4.2 圓柱直齒齒輪

50、齒條機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算表 設(shè)計(jì)內(nèi)容 設(shè)計(jì)計(jì)算說明 設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果 1.選定齒輪的類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 1．根據(jù)傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)； 2．殺魚機(jī)為一般工作機(jī)器，速度低，故選用8級(jí)精度（GB10095-18）； 3．材料選擇。查表齒輪選用40cr（調(diào)質(zhì)）硬度280HBS；齒條選用45#（調(diào)質(zhì)）硬度240HBS，兩者硬度差為40HBS。 4．傳動(dòng)比：u=1； 5．齒輪齒數(shù)20。 u=1 z=20 2. 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)直齒圓柱齒輪 參考[1]齒輪齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算公式如下： l 確定

51、公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1）選載荷系數(shù)K=1.3； 2）齒輪傳遞的轉(zhuǎn)距=3000N×mm； 3）查表齒寬系數(shù)=1； 4）齒輪接觸強(qiáng)度極限； 5）由于殺魚機(jī)需長時(shí)間使用，接觸疲勞壽命系數(shù)=0.90； 6）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。 取安全系數(shù)S=1 =0.9×550 =522.5 查表，得材料的彈性硬性系數(shù) l 計(jì)算 1）計(jì)算齒輪分度圓直徑d； d=2.32mm=16.42mm 2）取模數(shù)m=1，實(shí)際齒輪分度圓直徑 d=m×z=1×20=20＞16.42mm.； 3）按照齒根彎曲強(qiáng)度校核，齒輪滿足設(shè)計(jì)要求 （詳細(xì)過程從略）。 K=1.

52、3 =3000N×mm =0.90 S=1 d≥16.42mm 4.1.3 鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 因傳動(dòng)距離較大，且考慮到鏈傳動(dòng)成本較低，不需要很大的張緊力，作用在軸上的載荷較小，且工況要求低，刮鱗部件、夾魚尾部件中采用鏈傳動(dòng)。具體設(shè)計(jì)如下： 1．由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表9－6得：工況系數(shù)=1.0, 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖9－13得：鏈輪齒數(shù)系數(shù)K=2.0, 2．=13 （主動(dòng)鏈輪的齒數(shù)） 3．=13

53、 （被動(dòng)鏈輪的齒數(shù)） 4．設(shè)計(jì)功率=1.0×2.0×5=10W （鏈傳動(dòng)的傳遞功率） 主軸轉(zhuǎn)速 =150r\min 選節(jié)距為p=6.35mm （選用小節(jié)距的鏈） 鏈輪軸孔直徑 初定中心距 =30p=40×6.35=254mm 5．鏈速：n= =0.4125m/s 6．人工定期潤滑 =2 =93,為避免過渡連接鏈節(jié)數(shù)圓整為：94 4.1.4 螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 在刮鱗裝置中，提升動(dòng)力絲桿的連接、緊固示意圖如下： 圖4.1絲桿連接緊固示意圖 根據(jù)上圖，得出絲桿

54、受力圖如下： 圖4.2絲桿受力圖 其中： 絲桿大徑d=12mm； 小徑 =10mm； 梯形螺紋螺距p=3mm，材料為45號(hào)鋼，螺母材料聚四氟乙烯； 螺桿全長L=150mm； 有效行程H=90mm。 4.1.5絲桿耐磨性驗(yàn)算 查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，螺旋傳動(dòng)中，滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)計(jì)算部分的工作壓強(qiáng) p＝式中 =0.5，P=1.5mm，n=H／P=60，代入上式中得: P=5.74N／， 絲桿往復(fù)移動(dòng)速度較低，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取 =8N／，即p＜ 絲桿耐磨性符合要求，選用合理。 4.1.6 主軸設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)對(duì)殺魚機(jī)整機(jī)工作的分析，主軸受力簡(jiǎn)圖如下圖。其中A點(diǎn)為

55、聯(lián)軸器，B、D點(diǎn)為固定軸承支撐點(diǎn)，C區(qū)為滾筒主軸受力區(qū)。 圖4.3主軸受力模型圖 圖4.4主軸彎矩扭矩圖 根據(jù)上述簡(jiǎn)圖，分別按水平面和垂直面計(jì)算各力產(chǎn)生的彎矩，并按計(jì)算結(jié)果分別做出水平面上彎矩MH圖(圖4-2（a）)和垂直面上的彎矩MV圖（圖4-2（b））。 根據(jù)主軸受力情況畫出扭矩圖（圖4-2（c）） 上圖中，彎矩M=2000Nmm=2N×m、扭矩T=1000Nmm=1N×m 考慮軸應(yīng)力循環(huán)特性，計(jì)算應(yīng)力為： 軸的許用應(yīng)力[]=200 根據(jù)=； = 軸的最小直徑d≥=9.2mm 取安全系數(shù)S=1.4，實(shí)

56、際選用的軸直徑為15＞d×S 因此主軸滿足設(shè)計(jì)要求。 4.2 主軸有限元分析 對(duì)于殺魚機(jī)的傳動(dòng)而言，最危險(xiǎn)桿件為主軸。設(shè)計(jì)主軸長度為341mm，材料選用45#鋼材，軸的兩端固定，所受扭矩為2.5 N·m（小于2 N·m即可驅(qū)動(dòng)殺魚機(jī)正常工作，此處取2.5 N·m校核軸的強(qiáng)度），且平行于軸向截面，并承受500N的力。 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，在Solidworks軟件上生成模型，并確定各項(xiàng)參數(shù)，完成設(shè)定后，運(yùn)行軟件，進(jìn)行應(yīng)力分析，在結(jié)果欄中得到圖示數(shù)據(jù)。此時(shí)，最低安全系數(shù)S=6.0 ，可見軸的強(qiáng)度足夠。顯示應(yīng)力分布圖以及桿件變形情況如下圖所示： 圖4.5主軸有限元

57、分析圖 5. 全自動(dòng)殺魚機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié)與展望 5.1 整機(jī)創(chuàng)新性分析 1. 在刮鱗部件中，根據(jù)魚的外形，對(duì)滾筒上的鋼刷進(jìn)行了仿生設(shè)計(jì)，滾筒與機(jī)架采用非剛性連接，根據(jù)不同大小的魚，鋼刷始終與魚身緊密接觸并保持設(shè)定壓力； 2. 魚尾夾持裝置橫移部件中，螺母套與螺母采用非剛性連接，螺母可在其中滑動(dòng)，使之對(duì)魚身的夾持更加可靠； 3. 在剖腹部件上，設(shè)計(jì)了V形卡持架，剖腹時(shí)，它可保證剖腹刀沿魚腹中線后移，使剖腹更順利； 4. 剖腹主板采用非剛性連接，使V形卡持架在剖腹過程中能根據(jù)魚腹形狀自適應(yīng)調(diào)節(jié)，前后伸縮；而在軟件控制下，

58、剖腹刀與V形卡持架之間始終保持一定距離，使剖刀可沿魚腹曲線將魚腹剖開； 5. 整機(jī)集魚身的夾持、刮鱗、剖腹、挖腸、清洗等多種功能于一體，完成了殺魚動(dòng)作的自動(dòng)化。 5.2 整機(jī)采用機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)對(duì)比分析 為完成設(shè)定的動(dòng)作，全自動(dòng)殺魚機(jī)采用了鏈傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、螺旋傳動(dòng)等傳動(dòng)，以及連桿機(jī)構(gòu)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)等，有效地完成了預(yù)期的功能。下表為作品采用的傳動(dòng)方式及所用機(jī)構(gòu)： 表5.1 機(jī)械傳動(dòng)性能分析表 傳動(dòng)類型 所屬部件 性能分析 螺旋傳動(dòng) 整機(jī)主傳動(dòng)，魚頭魚尾夾持部件、刮鱗裝置、剖腹刮腸裝置 傳動(dòng)平穩(wěn)，工作壽命長；保證整機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行。 齒輪傳動(dòng)

59、刮鱗裝置 傳動(dòng)效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)平穩(wěn)，縮小刮鱗裝置空間。 鏈傳動(dòng) 刮鱗裝置、魚尾夾持部件 傳動(dòng)效率高，整體尺寸小，機(jī)構(gòu)緊湊，能在惡劣環(huán)境中使用，在刮鱗裝置、魚尾夾持部件中，實(shí)現(xiàn)較大中心距傳動(dòng)。 同步帶傳動(dòng) 魚頭夾持部件 傳動(dòng)平穩(wěn)、精度高、載荷大。 滾珠絲桿傳動(dòng) 剖腹裝置 傳動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)力矩大，精度高；在剖腹裝置伸縮部件中，快速精準(zhǔn)傳遞較大力矩。 連桿機(jī)構(gòu) 魚尾夾持部件 具有死點(diǎn)急回特性，使對(duì)魚尾夾持更穩(wěn)定。 齒輪齒條機(jī)構(gòu) 剖腹刮腸裝置 傳動(dòng)平穩(wěn)，效率高，行程大；該機(jī)構(gòu)能較精確、平穩(wěn)地實(shí)現(xiàn)剖腹刮腸裝置的縱向移

60、動(dòng)。 5.3 全自動(dòng)殺魚機(jī)應(yīng)用前景 隨著人們生活水平的不斷提高，對(duì)魚類產(chǎn)品的消費(fèi)量也越來越大，然而傳統(tǒng)的殺魚方法具有一定的缺陷。尤其對(duì)于大型魚類加工企業(yè)，傳統(tǒng)的手工殺魚已經(jīng)成為企業(yè)發(fā)展的障礙，而對(duì)于小型魚類售賣點(diǎn)，日趨高漲的環(huán)保呼聲也對(duì)傳統(tǒng)殺魚方法提出了嚴(yán)格的要求。對(duì)于企業(yè)而言，本作品可改進(jìn)成為全自動(dòng)生產(chǎn)線，既便捷又實(shí)惠；對(duì)小型魚類經(jīng)營商，它又有清潔快速，對(duì)環(huán)境影響小，操作簡(jiǎn)單，維修方便等特點(diǎn)，因此本作品有較好的市場(chǎng)前景。 5.4殺魚機(jī)設(shè)計(jì)中問題分析與總結(jié) 整機(jī)工作流暢，過程中首先利用先進(jìn)的光電傳感技術(shù)對(duì)魚體進(jìn)行大小檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果調(diào)節(jié)刮鱗、剖腹、挖腸部件運(yùn)動(dòng)行程，

61、實(shí)現(xiàn)了整機(jī)工作的自動(dòng)化和智能化。刮鱗部件中設(shè)置了彈性元件，在刮鱗過程中，滾筒始終和魚體接觸，并保持設(shè)定壓力，輕松將魚鱗刮除，同時(shí)保證不損傷魚體。整個(gè)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行的相對(duì)順利，特別是在指導(dǎo)老師的密切監(jiān)督與熱情關(guān)注下，設(shè)計(jì)進(jìn)度比較合適，整個(gè)過程都盡然有序。在同事的幫助下，我攻破了很多學(xué)習(xí)期間沒有涉及到的難關(guān)。當(dāng)然，在設(shè)計(jì)過程中也難免的遇到了一些問題。 殺魚機(jī)工作的基礎(chǔ)是對(duì)魚體大小的檢測(cè)，在這方面，作為一個(gè)機(jī)械專業(yè)的學(xué)員難度相對(duì)大。檢測(cè)手段的選擇、檢測(cè)電子元件的選用都是難題，為此我請(qǐng)教多個(gè)相關(guān)專業(yè)的老師以及同學(xué)，在他們的幫助下，順利完成了這一基礎(chǔ)工作。 刮鱗部件中滾筒鋼針與魚體接觸壓力設(shè)定也是殺魚

62、機(jī)設(shè)計(jì)過程中一個(gè)棘手的問題。接觸壓力過大會(huì)刮傷魚肉，壓力過小就不能刮除魚鱗，在老師和同學(xué)的大力幫助下，通過多次試驗(yàn)，更換多次彈簧，最終完成設(shè)定。 剖腹部件中，剖刀與卡持架在工作期間保持一定得空間位置，這對(duì)電機(jī)控制提出很高的要求。對(duì)此部分的編程控制也相對(duì)不易。 在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中也學(xué)到了許多東西，特別是在解決問題的時(shí)候?qū)υS多知識(shí)有了更深刻的了解。比如說工程圖繪制的一些標(biāo)準(zhǔn)，三維設(shè)計(jì)軟件運(yùn)用更熟練了，對(duì)機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)和控制策略有了初步的認(rèn)識(shí)，對(duì)以后工作很有意義。 5.5展望 國內(nèi)水產(chǎn)品加工機(jī)械通過引進(jìn)、消化吸收、研制，近幾年來得到了快速的發(fā)展，水產(chǎn)加工產(chǎn)品和與水產(chǎn)相關(guān)產(chǎn)品琳瑯滿目，基本

63、滿足人們的生活需求。但國內(nèi)市場(chǎng)上還看不到有海、淡水魚類的冷凍魚片、調(diào)味魚片等產(chǎn)品的供應(yīng)。冷凍整魚基本上是沒有經(jīng)“三去”加工處理。中國是一個(gè)水產(chǎn)大國，但還不是一個(gè)水產(chǎn)強(qiáng)國，與發(fā)達(dá)國家相比還有相當(dāng)大的差距。2003 年國內(nèi)水產(chǎn)品加工量占總產(chǎn)量的比例約35%，世界發(fā)達(dá)國家達(dá)60%~90%，而國內(nèi)冷凍品、干制品和煙熏制品約占加工量的75%。據(jù)報(bào)道，我國水產(chǎn)加工的利潤率僅為10%~18%，而日本為113%，美國為91%，印度為44%?？梢娢覈a(chǎn)品加工以粗加工為主，高附加值產(chǎn)品更是寥寥無幾。目前國內(nèi)魚類前處理加工大部分還是手工操作為主，一般的冷凍加工企業(yè)基本不作去頭、剖腹去內(nèi)臟處理，只是整理裝盤隨后速凍

64、。所以說中國水產(chǎn)品加工機(jī)械的發(fā)展任重道遠(yuǎn)。 目前國內(nèi)在魚類開片等前處理加工方面，基本以手工操作為主，即人工開片。這樣操作勞動(dòng)強(qiáng)度大，手指容易劃傷，生產(chǎn)效率低，產(chǎn)品容易升溫而影響產(chǎn)品質(zhì)量。 目前漁區(qū)漁民經(jīng)濟(jì)收益也不是很高，國內(nèi)勞動(dòng)力成本相對(duì)比較便宜，既于目前國內(nèi)的實(shí)際情況，在魚類前處理加工機(jī)械方面應(yīng)首先發(fā)展半機(jī)械化、半自動(dòng)化魚類去頭、去內(nèi)臟、開片設(shè)備和組合生產(chǎn)線，逐步替代手工操作。在半機(jī)械化、半自動(dòng)化的基礎(chǔ)上逐步研制發(fā)展自己的魚類前處理加工設(shè)備和生產(chǎn)線。豐富國內(nèi)市場(chǎng)，填補(bǔ)國內(nèi)無冷凍魚片供應(yīng)的局面。為魚類的綜合加工利用創(chuàng)造一個(gè)良好的基礎(chǔ)環(huán)境。隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長和國內(nèi)廣闊的消費(fèi)市場(chǎng)，烹飪前無須加

65、工的冷凍魚片和調(diào)味魚片等將會(huì)越來越受到消費(fèi)者的青睞。相關(guān)的魚類前處理設(shè)備也會(huì)迎來一個(gè)快速的發(fā)展期。 參考文獻(xiàn) [1] 徐中偉，魚類前處理的發(fā)展前景和方向.現(xiàn)代漁業(yè)信息[J].2007.12 [2] 何偉 李威 淡水魚機(jī)械除鱗裝置.漁業(yè)機(jī)械[J].2005年第五期 [3] 刷魚機(jī).維普資訊 . [4] 魚內(nèi)臟挖取機(jī). 維普資訊 . [5] 張南林譯,型中上層魚類和底棲魚類的加工機(jī)械.漁業(yè)機(jī)械儀器[J].1990.6 [6] 侯崇升，光電編碼器在剪切鋼板長度測(cè)量中的應(yīng)用.傳感技術(shù)[J].2005年24卷第七期 [7] 祝欣榮，微機(jī)控制的精密自動(dòng)長度測(cè)量[J]

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