全自动削面机的设计

徐兴宇++王宏立++姚利辉++刘勇飞++章贞华++刘宏栋

摘 要：针对传统人工刀削面制作过程中，面条薄厚不均、削面速度慢、效率低、工作强度大等问题，设计了一种智能控制的自动削面机，用机械代替手工削面。该机由机架、托面板、摆臂机构、左右平移机构、垂直移动机构、电气控制系统等组成，具有面片薄厚均匀、削面速度快、效率高等特点，利于降低人工成本，实现削面加工的机械化。

关键词：削面机；全自动；设计；PLC

中图分类号：TH122 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）29-0028-03

刀削面是我国传统的面食品种，为“中国五大面食”之一，因其具有风味独特、内虚外筋、柔软光滑、易于消化等特点，深受广大群众欢迎，成为我国西北、东北、华北地区的传统风味美食。刀削面好吃，可做起来并不容易。传统的刀削面大多由人工制作，削面速度慢，效率低，工作强度大，手艺难于掌握。若削面者技术不佳，则切削出来的面条形状各异，薄厚不一，影响面条的口感。经营刀削面的人力成本高，难以形成规模化经营。

本项目设计、制造一种智能控制的自动削面机，用机械代替手工削面，按预先编制的程序完成标准化的削面工作，面片宽窄、薄厚可调，削面速度快、效率高，工作过程稳定，降低了管理成本。项目的研发与应用可有效地减轻削面工人的工作强度，拥有自动削面机，省时、省力、省心，具有重要的实际应用意义。

1 自动削面机的总体设计

自动削面机总体结构如图1所示，由左右平移机构1、垂直移动机构2、摆臂机构3、托面板4、PLC电气控制系统5、机架6等组成。

考虑机器实际应用大小的限制，全自动削面机上所完成的运动由步进电机和雨刷电机驱动。托面板安装在垂直移动机构上，用于支承面团；摆臂机构用于实现削面时削面刀片的圆弧摆臂运动；垂直移动机构用于实现托面板的垂直移动；左右平移机构用于实现托面板的水平移动；削面刀片的运动、托面板的运动均由PLC系统控制。

2 机械部分设计

2.1 机架

机架是削面机的支承骨架，由40×40×4mm角钢焊接而成。机架侧面总体形状为L形，下部为底座，上部为机身。削面机其他组成部分安装在机架上。

2.2 摆臂机构

摆臂机构如图2所示，由触发器1、限位开关2、大臂杆3、前臂杆4、削面刀片5、涡轮蜗杆减速器6和雨刷电机7组成。大臂杆固定在削面机的机架上部，大臂杆前端铰接前臂杆，前臂杆前端固定有削面刀片。雨刷电机和涡轮蜗杆减速器固定在大臂杆前端下部，限位开关固定在大臂杆前端上部。雨刷电机的旋转运动经过涡轮蜗杆减速器，驱动前臂杆做往复圆弧摆臂运动，由削面刀片完成削面动作。前臂杆上摆到最大角度，触发器触发限位开关，左右平移机构带动托面板做横向水平移动。

2.3 左右平移机构

左右平移机构用于实现托面板及其上面团的左右水平移动。其结构如图3所示，由水平直线导轨1、水平丝杠2、水平限位开关3、平移底板4、滑块5、螺母6、步进电机7、触发器8组成。水平直线导轨和步进电机固定在机架上，水平限位开关固定在直线导轨上。步进电机轴上固联水平丝杠，两者同轴。平移底板上固定有滑块、螺母和触发器。水平丝杠和螺母形成配合副，水平丝杠转动，螺母可沿着丝杠轴向移动。滑块与水平直线导轨形成配合副，滑块在直线导轨上左右水平移动。工作时，步进电机驱动水平丝杠旋转，螺母在丝杠轴向水平移动。螺母带动底板及其上滑块沿着直线导轨水平移动，完成托面板的左右间歇平移。平移底板左右移动的极限位置由两个限位开关控制。

2.4 垂直移动机构

垂直移动机构用于实现托面板及其上面团的上下竖直移动。其结构如图4所示，由垂直限位开关1、垂直导轨2、垂直丝杠3、步进电机4、螺母5、触发器6、滑块7、垂直底板8组成。垂直底板上固定有滑块、螺母和触发器。螺母和垂直丝杠形成配合副，丝杠转动，螺母沿着丝杠轴向竖直移动。垂直导轨与滑块形成配合副，滑块可沿着导轨上下垂直移动。垂直导轨和步进电机固定在左右平移机构的平移底板上，垂直限位开关固定在垂直导轨上。步进电机轴上固定联接垂直丝杠，两者同轴。工作时，步进电机驱动丝杠旋转，螺母在丝杠轴向竖直移动。螺母带动垂直底板及其上滑块沿导轨垂直移动，固定在垂直底板上的托面板做垂直升降移动。垂直底板上下移动的极限位置由两个限位开关控制。

3 电气控制系统设计

全自动削面机电气控制系统由24V电源、三菱FX2N可编程控制器（PLC）、步进电机驱动器、继电器、步进电机、雨刷电机等组成，控制系统联接如图5所示。

PLC的I/O分配表编制如下：

输入口X：

X00：启动摆臂 X01：急停 X02：右移手动

X03：左移手动 X04：上移手动 X05：下移手动

X06：右移限位 X07：左移限位 X10：上移限位

X11：下移限位 X12：自動 X13：回参

X14：手动 X15：行程开关（摆臂） X16：停止

输出口Y：

Y00：接步进电机驱动器脉冲端口DIR+

Y01：接步进电机方向端口PUL+端口

Y02：接步进电机驱动器脉冲端口DIR+

Y03：接步进电机方向端口PUL+端口

Y04：接继电器（控制摆动电机）

4 工作过程

图6为设计的全自动削面机实物图。待切面团放在托面板上后，先要利用垂直移动机构调整托面板的高低位置，使面团与削面刀片垂直接近，保持合适距离，然后进行自动削面工作。

摆臂机构的雨刷电机通电工作，通过涡轮蜗杆减速器降速，驱动前臂杆做圆弧摆臂运动，带动其前端削面刀片完成一次往复削面动作。前臂杆摆回到最上端位置时，触发器触发限位开关，PLC程序控制左右平移机构工作；左右平移机构的步进电机带动水平丝杠旋转，丝杠上螺母沿着丝杠轴向水平移动，螺母带动平移底板、滑块沿着水平导轨移动。平移底板上固定有垂直移动机构及托面板，因此带动托面板及其上面团完成一次间歇的水平左右移动，面团待切部位移到切面刀下部。然后PLC系统控制摆臂机构完成一次削面动作。摆臂削面动作和左右平移动作交替循环进行；当完成面团的一层切削后，触发器触发水平限位开关，垂直移动机构工作。步进电机驱动垂直丝杠旋转，螺母沿着垂直丝杠上下移动。螺母带动垂直底板、滑块沿垂直导轨上下移动。垂直底板上固定的托面板垂直升降，削面刀片可切入面团要求的深度。然后摆臂机构和左右平移机构交替动作，完成下一层面团的切削。

5 结束语

全自动削面机经实际使用，效果良好。该机可代替传统人工削面，降低厨房的成本支出。具有结构简单、体积小巧、调整灵活、操作方便、工作效率高、健康卫生的优点，促进了厨房标准化和机械化的实现。

参考文献：

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