徐興宇++王宏立++姚利輝++劉勇飛++章貞華++劉宏棟

摘 要：針對傳統(tǒng)人工刀削面制作過程中，面條薄厚不均、削面速度慢、效率低、工作強度大等問題，設(shè)計了一種智能控制的自動削面機，用機械代替手工削面。該機由機架、托面板、擺臂機構(gòu)、左右平移機構(gòu)、垂直移動機構(gòu)、電氣控制系統(tǒng)等組成，具有面片薄厚均勻、削面速度快、效率高等特點，利于降低人工成本，實現(xiàn)削面加工的機械化。

關(guān)鍵詞：削面機；全自動；設(shè)計；PLC

中圖分類號：TH122 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）29-0028-03

刀削面是我國傳統(tǒng)的面食品種，為“中國五大面食”之一，因其具有風(fēng)味獨特、內(nèi)虛外筋、柔軟光滑、易于消化等特點，深受廣大群眾歡迎，成為我國西北、東北、華北地區(qū)的傳統(tǒng)風(fēng)味美食。刀削面好吃，可做起來并不容易。傳統(tǒng)的刀削面大多由人工制作，削面速度慢，效率低，工作強度大，手藝難于掌握。若削面者技術(shù)不佳，則切削出來的面條形狀各異，薄厚不一，影響面條的口感。經(jīng)營刀削面的人力成本高，難以形成規(guī)模化經(jīng)營。

本項目設(shè)計、制造一種智能控制的自動削面機，用機械代替手工削面，按預(yù)先編制的程序完成標(biāo)準化的削面工作，面片寬窄、薄厚可調(diào)，削面速度快、效率高，工作過程穩(wěn)定，降低了管理成本。項目的研發(fā)與應(yīng)用可有效地減輕削面工人的工作強度，擁有自動削面機，省時、省力、省心，具有重要的實際應(yīng)用意義。

1 自動削面機的總體設(shè)計

自動削面機總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，由左右平移機構(gòu)1、垂直移動機構(gòu)2、擺臂機構(gòu)3、托面板4、PLC電氣控制系統(tǒng)5、機架6等組成。

考慮機器實際應(yīng)用大小的限制，全自動削面機上所完成的運動由步進電機和雨刷電機驅(qū)動。托面板安裝在垂直移動機構(gòu)上，用于支承面團；擺臂機構(gòu)用于實現(xiàn)削面時削面刀片的圓弧擺臂運動；垂直移動機構(gòu)用于實現(xiàn)托面板的垂直移動；左右平移機構(gòu)用于實現(xiàn)托面板的水平移動；削面刀片的運動、托面板的運動均由PLC系統(tǒng)控制。

2 機械部分設(shè)計

2.1 機架

機架是削面機的支承骨架，由40×40×4mm角鋼焊接而成。機架側(cè)面總體形狀為L形，下部為底座，上部為機身。削面機其他組成部分安裝在機架上。

2.2 擺臂機構(gòu)

擺臂機構(gòu)如圖2所示，由觸發(fā)器1、限位開關(guān)2、大臂桿3、前臂桿4、削面刀片5、渦輪蝸桿減速器6和雨刷電機7組成。大臂桿固定在削面機的機架上部，大臂桿前端鉸接前臂桿，前臂桿前端固定有削面刀片。雨刷電機和渦輪蝸桿減速器固定在大臂桿前端下部，限位開關(guān)固定在大臂桿前端上部。雨刷電機的旋轉(zhuǎn)運動經(jīng)過渦輪蝸桿減速器，驅(qū)動前臂桿做往復(fù)圓弧擺臂運動，由削面刀片完成削面動作。前臂桿上擺到最大角度，觸發(fā)器觸發(fā)限位開關(guān)，左右平移機構(gòu)帶動托面板做橫向水平移動。

2.3 左右平移機構(gòu)

左右平移機構(gòu)用于實現(xiàn)托面板及其上面團的左右水平移動。其結(jié)構(gòu)如圖3所示，由水平直線導(dǎo)軌1、水平絲杠2、水平限位開關(guān)3、平移底板4、滑塊5、螺母6、步進電機7、觸發(fā)器8組成。水平直線導(dǎo)軌和步進電機固定在機架上，水平限位開關(guān)固定在直線導(dǎo)軌上。步進電機軸上固聯(lián)水平絲杠，兩者同軸。平移底板上固定有滑塊、螺母和觸發(fā)器。水平絲杠和螺母形成配合副，水平絲杠轉(zhuǎn)動，螺母可沿著絲杠軸向移動?；瑝K與水平直線導(dǎo)軌形成配合副，滑塊在直線導(dǎo)軌上左右水平移動。工作時，步進電機驅(qū)動水平絲杠旋轉(zhuǎn)，螺母在絲杠軸向水平移動。螺母帶動底板及其上滑塊沿著直線導(dǎo)軌水平移動，完成托面板的左右間歇平移。平移底板左右移動的極限位置由兩個限位開關(guān)控制。

2.4 垂直移動機構(gòu)

垂直移動機構(gòu)用于實現(xiàn)托面板及其上面團的上下豎直移動。其結(jié)構(gòu)如圖4所示，由垂直限位開關(guān)1、垂直導(dǎo)軌2、垂直絲杠3、步進電機4、螺母5、觸發(fā)器6、滑塊7、垂直底板8組成。垂直底板上固定有滑塊、螺母和觸發(fā)器。螺母和垂直絲杠形成配合副，絲杠轉(zhuǎn)動，螺母沿著絲杠軸向豎直移動。垂直導(dǎo)軌與滑塊形成配合副，滑塊可沿著導(dǎo)軌上下垂直移動。垂直導(dǎo)軌和步進電機固定在左右平移機構(gòu)的平移底板上，垂直限位開關(guān)固定在垂直導(dǎo)軌上。步進電機軸上固定聯(lián)接垂直絲杠，兩者同軸。工作時，步進電機驅(qū)動絲杠旋轉(zhuǎn)，螺母在絲杠軸向豎直移動。螺母帶動垂直底板及其上滑塊沿導(dǎo)軌垂直移動，固定在垂直底板上的托面板做垂直升降移動。垂直底板上下移動的極限位置由兩個限位開關(guān)控制。

3 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計

全自動削面機電氣控制系統(tǒng)由24V電源、三菱FX2N可編程控制器（PLC）、步進電機驅(qū)動器、繼電器、步進電機、雨刷電機等組成，控制系統(tǒng)聯(lián)接如圖5所示。

PLC的I/O分配表編制如下：

輸入口X：

X00：啟動擺臂 X01：急停 X02：右移手動

X03：左移手動 X04：上移手動 X05：下移手動

X06：右移限位 X07：左移限位 X10：上移限位

X11：下移限位 X12：自動 X13：回參

X14：手動 X15：行程開關(guān)（擺臂） X16：停止

輸出口Y：

Y00：接步進電機驅(qū)動器脈沖端口DIR+

Y01：接步進電機方向端口PUL+端口

Y02：接步進電機驅(qū)動器脈沖端口DIR+

Y03：接步進電機方向端口PUL+端口

Y04：接繼電器（控制擺動電機）

4 工作過程

圖6為設(shè)計的全自動削面機實物圖。待切面團放在托面板上后，先要利用垂直移動機構(gòu)調(diào)整托面板的高低位置，使面團與削面刀片垂直接近，保持合適距離，然后進行自動削面工作。

擺臂機構(gòu)的雨刷電機通電工作，通過渦輪蝸桿減速器降速，驅(qū)動前臂桿做圓弧擺臂運動，帶動其前端削面刀片完成一次往復(fù)削面動作。前臂桿擺回到最上端位置時，觸發(fā)器觸發(fā)限位開關(guān)，PLC程序控制左右平移機構(gòu)工作；左右平移機構(gòu)的步進電機帶動水平絲杠旋轉(zhuǎn)，絲杠上螺母沿著絲杠軸向水平移動，螺母帶動平移底板、滑塊沿著水平導(dǎo)軌移動。平移底板上固定有垂直移動機構(gòu)及托面板，因此帶動托面板及其上面團完成一次間歇的水平左右移動，面團待切部位移到切面刀下部。然后PLC系統(tǒng)控制擺臂機構(gòu)完成一次削面動作。擺臂削面動作和左右平移動作交替循環(huán)進行；當(dāng)完成面團的一層切削后，觸發(fā)器觸發(fā)水平限位開關(guān)，垂直移動機構(gòu)工作。步進電機驅(qū)動垂直絲杠旋轉(zhuǎn)，螺母沿著垂直絲杠上下移動。螺母帶動垂直底板、滑塊沿垂直導(dǎo)軌上下移動。垂直底板上固定的托面板垂直升降，削面刀片可切入面團要求的深度。然后擺臂機構(gòu)和左右平移機構(gòu)交替動作，完成下一層面團的切削。

5 結(jié)束語

全自動削面機經(jīng)實際使用，效果良好。該機可代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工削面，降低廚房的成本支出。具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小巧、調(diào)整靈活、操作方便、工作效率高、健康衛(wèi)生的優(yōu)點，促進了廚房標(biāo)準化和機械化的實現(xiàn)。

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