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(qiáng)度大等問題，設(shè)計(jì)了一種智能控制的自動(dòng)削面機(jī)，用機(jī)械代替手工削面。該機(jī)由機(jī)架、托面板、擺臂機(jī)構(gòu)、左右平移機(jī)構(gòu)、垂直移動(dòng)機(jī)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(diǎn)，利于降低人工成本，實(shí)現(xiàn)削面加工的機(jī)械化。

關(guān)鍵詞：削面機(jī)；全自動(dòng)；設(shè)計(jì)；PLC

中圖分類號：TH122 文獻(xiàn)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(dú)特、內(nèi)虛外筋、柔軟光滑、易于消化等特點(diǎn)，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(qiáng)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(xiàng)目設(shè)計(jì)、制造一種智能控制的自動(dòng)削面機(jī)，用機(jī)械代替手工削面，按預(yù)先編制的程序完成標(biāo)準(zhǔn)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(xiàng)目的研發(fā)與應(yīng)用可有效地減輕削面工人的工作強(qiáng)度，擁有自動(dòng)削面機(jī)，省時(shí)、省力、省心，具有重要的實(shí)際應(yīng)用意義。

1 自動(dòng)削面機(jī)的總體設(shè)計(jì)

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

考慮機(jī)器實(shí)際應(yīng)用大小的限制，全自動(dòng)削面機(jī)上所完成的運(yùn)動(dòng)由步進(jìn)電機(jī)和雨刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)。托面板安裝在垂直移動(dòng)機(jī)構(gòu)上，用于支承面團(tuán)；擺臂機(jī)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)削面時(shí)削面刀片的圓弧擺臂運(yùn)動(dòng)；垂直移動(dòng)機(jī)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)托面板的垂直移動(dòng)；左右平移機(jī)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)托面板的水平移動(dòng)；削面刀片的運(yùn)動(dòng)、托面板的運(yùn)動(dòng)均由PLC系統(tǒng)控制。

2 機(jī)械部分設(shè)計(jì)

2.1 機(jī)架

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

2.2 擺臂機(jī)構(gòu)

擺臂機(jī)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(jī)7組成。大臂桿固定在削面機(jī)的機(jī)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(jī)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(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)過渦輪蝸桿減速器，驅(qū)動(dòng)前臂桿做往復(fù)圓弧擺臂運(yùn)動(dòng)，由削面刀片完成削面動(dòng)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(jī)構(gòu)帶動(dòng)托面板做橫向水平移動(dòng)。

2.3 左右平移機(jī)構(gòu)

左右平移機(jī)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)托面板及其上面團(tuán)的左右水平移動(dòng)。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(jìn)電機(jī)7、觸發(fā)器8組成。水平直線導(dǎo)軌和步進(jìn)電機(jī)固定在機(jī)架上，水平限位開關(guān)固定在直線導(dǎo)軌上。步進(jìn)電機(jī)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(dòng)，螺母可沿著絲杠軸向移動(dòng)?；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(dòng)。工作時(shí)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)水平絲杠旋轉(zhuǎn)，螺母在絲杠軸向水平移動(dòng)。螺母帶動(dòng)底板及其上滑塊沿著直線導(dǎo)軌水平移動(dòng)，完成托面板的左右間歇平移。平移底板左右移動(dòng)的極限位置由兩個(gè)限位開關(guān)控制。

2.4 垂直移動(dòng)機(jī)構(gòu)

垂直移動(dòng)機(jī)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)托面板及其上面團(tuán)的上下豎直移動(dòng)。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(jìn)電機(jī)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(dòng)，螺母沿著絲杠軸向豎直移動(dòng)。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(dòng)。垂直導(dǎo)軌和步進(jìn)電機(jī)固定在左右平移機(jī)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(jìn)電機(jī)軸上固定聯(lián)接垂直絲杠，兩者同軸。工作時(shí)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，螺母在絲杠軸向豎直移動(dòng)。螺母帶動(dòng)垂直底板及其上滑塊沿導(dǎo)軌垂直移動(dòng)，固定在垂直底板上的托面板做垂直升降移動(dòng)。垂直底板上下移動(dòng)的極限位置由兩個(gè)限位開關(guān)控制。

3 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

全自動(dòng)削面機(jī)電氣控制系統(tǒng)由24V電源、三菱FX2N可編程控制器（PLC）、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、繼電器、步進(jìn)電機(jī)、雨刷電機(jī)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(dòng)擺臂 X01：急停 X02：右移手動(dòng)

X03：左移手動(dòng) X04：上移手動(dòng) X05：下移手動(dòng)

X06：右移限位 X07：左移限位 X10：上移限位

X11：下移限位 X12：自動(dòng) X13：回參

X14：手動(dòng) X15：行程開關(guān)（擺臂） X16：停止

輸出口Y：

Y00：接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器脈沖端口DIR+

Y01：接步進(jìn)電機(jī)方向端口PUL+端口

Y02：接步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器脈沖端口DIR+

Y03：接步進(jìn)電機(jī)方向端口PUL+端口

Y04：接繼電器（控制擺動(dòng)電機(jī)）

4 工作過程

圖6為設(shè)計(jì)的全自動(dòng)削面機(jī)實(shí)物圖。待切面團(tuán)放在托面板上后，先要利用垂直移動(dòng)機(jī)構(gòu)調(diào)整托面板的高低位置，使面團(tuán)與削面刀片垂直接近，保持合適距離，然后進(jìn)行自動(dòng)削面工作。

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

5 結(jié)束語

全自動(dòng)削面機(jī)經(jīng)實(shí)際使用，效果良好。該機(jī)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(diǎn)，促進(jìn)了廚房標(biāo)準(zhǔn)化和機(jī)械化的實(shí)現(xiàn)。

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