摘 要

本课题的研究对象是往复式振动茶叶理条机。根据茶叶理条工序的要求，电机传动给曲柄连杆机构带动槽锅做往复运动，使茶叶在锅槽内翻滚、转动和挤压以实现理条作用。因此需设计出曲柄连杆机构来实现槽锅的往复运动。同时针对茶叶品种不同所需振动加工的频率不同，本设计还增加了变频调速系统，通过FX2N系列PLC进行编程，控制FN-A500变频器来实现对电机的变频调速。最后通过威纶通触摸屏搭建人机界面，实现对电机的变频控制。

本次设计的机构与电气控制部分由AUTO CAD绘制，机构模型由SOLIDWORKS进行建模。

关键词：茶叶理条机；曲柄连杆；变频调速；人机界面

Abstract

The object of application of this subject is reciprocating vibration tea straightener.According to the requirements of tea sorting process, the motor drives the crank connecting rod mechanism to drive the pot to do reciprocating motion, so that the tea rolls, rotates and extrudes in the pot to achieve sorting effect.Therefore, it is necessary to design a crank-connecting rod mechanism to realize reciprocating motion of the pot.At the same time, the frequency of vibration processing for different tea varieties is different.This design also adds a frequency conversion speed regulation system, which is programmed by FX2N series PLC and controlled by FN-A500 frequency converter to realize frequency conversion speed regulation of motor.Finally, the man-machine interface is built through the Vilon touch screen to realize the frequency conversion control of the motor.

The mechanism and electrical control part of the design is drawn by AUTO CAD, and the three-dimensional modeling of the mechanism is drawn by SOLIDWORKS.

Key words : Tea Stripper；Crank connecting rod；frequency control；Interface

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1茶叶理条机的作用及意义 1

1.2茶叶理条机的现状及发展趋势 1

1.3茶叶理条机的理条机理 2

1.4研究内容和方法 2

第二章 结构设计 3

2.1.曲柄连杆机构结构设计及运动分析 3

2.2.槽锅尺寸确定 4

2.3理条传动机构设计 5

2.3.1传动方案设计 5

2.3.2电机的选取 5

2.3.3带轮设计 6

2.3.4曲轴设计 8

2.3.5连杆设计 10

2.3.6连杆处轴瓦尺寸 11

2.3.7导轨与导轨滑块的选取 12

2.3.8机体的设计 13

第三章 强度校核 15

3.1连杆强度计算 15

3.2曲柄强度校核 15

3.3轴承校核 18

第四章 电气设计 19

4.1调速方案的选择 19

4.2电气部分硬件的选择 19

4.2.1PLC的选型 19

4.2.2变频器的选型 21

4.2.3触摸屏和信息显示界面 22

4.3变频调速系统设计 23

4.3.1外部电路设计 23

4.3.2变频器参数设置 24

4.3.3PLC程序的编制 25

4.3.3.1 GX developer编程软件的介绍 25

4.3.3.2程序的编制 26

4.3.3.3 PLC程序测试 29

4.4人机界面设计 30

参考文献 35

致谢 36

附录 37

第一章 绪论

1.1茶叶理条机的作用及意义

自21世纪以来，我国经济水平快速发展，人民生活质量不断提高，作为世界上最主要的茶叶生产与消费国，人们对茶叶的饮用需求增加，以及茶叶品质的要求也不断增加。茶叶的初始制造过程中的关键工艺是理条，其对茶叶的品质有着非常重要的作用。茶叶理条机是茶叶初加工过程中一个重要的茶叶加工机器。茶叶理条机是以槽锅往复运动方式与我国制茶的传统工艺相结合设计而成^[1]。目前，常用的茶叶理条机器为茶叶振动理条机，其具有稳定的结构，操作简单，便于流水线作业等优点，被广泛应用于茶叶加工中。振动理条机根据对茶叶进行往复振动摩擦，使茶叶塑造成紧、细、直的外形^[2]，同时也要避免摩擦过度破坏茶叶色泽而其影响茶叶品质，因此控制理条机的振动频率也十分重要。

本课题的应用对象为茶叶生产中茶叶成形工艺中的振动机械。茶叶成形时通过往复运动使茶叶由平叶成卷叶，因此需要设计成形机的结构部分，转速调速控制系统。可以在实际生产中根据茶叶不同采取不通的生产方式。

1.2茶叶理条机的现状及发展趋势

最早的茶叶是由中国生产的，后来被世界认可，茶叶也深受世界人民的喜爱。如今，世界上有50多个国家地区生产茶叶，超过160个国家的人民有饮茶习惯^[3]。外国茶叶生产的技术和品茶习惯都来源于我国。国外较早开发进行机械制茶的国家是日本，日本在制茶机械的研发和管理方面较为先进，它还通过与其他先进制造业结合，发展机械制茶的生产水平。 中国的机械制茶技术发展较晚。首先，主要从其他发达国家学习先进的机械制茶技术并引进机器，然后我国开始自主研究和开发各种制茶机械，并逐步将其应用于生产。目前为止，本国超过90%的大宗茶实现了机械化加工，同时50%以上的名茶实现了加工机械化^[4]。

目前，中国的茶叶理条机主要分为几种类型，如往复式、连续式和杀青多功能式等。在我国使用较为广泛的茶叶理条机的机型是往复式振动茶叶理条机。在国内，张圣杰^[5]进行对茶叶理条运动分析与装备关键技术研究，优化设计后提出欠驱动多杆水平振动机构，并通过ADAMS软件进行模拟仿真，得到理论理条效果较佳。张小福^[6]对茶叶理条机进行综合分析，并在传动方式方面提出将气动技术引入到茶叶初制加工机械中，解决传动结构复杂等缺点。李兵^[7]发布了对六安瓜片做形机的总体方案设计，使做形机提高了6%的成条率。

在国外,B.Li^[8]等人基于蚁群算法和Matlab的基础上，建立了茶叶理条机优化设计的数学模型，对关键传动优化结果进行优化仿真，最后进行验证，结果使噪声降低，产茶率提高6%，该研究可为茶叶理条机的改进提供理论依据。Jianzhong Lin^[9]等人在研究茶叶在机器中的动态性能的基础上，设计了一种新型圆柱茶叶理条机，包括茶叶理条机理论分析和传统茶叶理条机存在的问题。结果表明，新型圆柱形茶叶梳理机可以比传统机器更有效地提高茶叶的密封性和适用性。Slepyan ^[10]等人对振动学方面进行深入研究，并设计了一个简单的动态模型的振动筛操作参数共振模式，其成果对振动机械的改进有着有利的影响。

通过了解国内外茶叶理条机发展情况，了解到茶叶理条机主要存在的问题有曲柄连杆机构驱动振动影响较大^[11]，同时现今理条机槽锅的振动频率不能自主可控等问题有待改进解决。

1.3茶叶理条机的理条机理

往复式茶叶理条机工作原理是通过曲柄连杆机构带动锅槽做往复运动，使茶叶在锅槽内滚动、翻动和挤压以实现理条作用^[12]。槽锅内的茶叶在热辐射作用下蒸发叶中的水分，并挥发青草气味，使得茶叶中的组织软化,同时在惯性力的作用下，槽锅运动将茶叶不断摩擦、挤压，让茶叶在槽内滚动成条形，在较短的时间内时使茶叶的叶芽变得紧直拔尖，色泽绿润，以达到理条的目的^[13]。

1.4研究内容和方法

首先根据茶叶理条的要求研究设计茶叶理条机的传动机构，通过分析茶叶理条机所要实现的运动方式，分析理条机中曲柄连杆机构的工作特性并运用机械原理与机械设计理论等知识对槽锅、传动装置、曲柄、连杆、机架等进行设计与改进，在保证实现曲柄连杆带动锅槽运动的状态下设计好机构尺寸，并进行理论校核。

然后对电气部分进行设计，研究内容有通过运用变频器与plc控制对电机进行变频调速，并设计建立人机界面，通过触摸屏对电机进行调速控制，以实现对不同茶叶所需加工频率不同而使电机转速满足加工要求。

第二章 结构设计

2.1.曲柄连杆机构结构设计及运动分析

茶叶理条机的运动机构多数采用的是偏置曲柄连杆机构，偏置式曲柄连杆机构具有急回特性，可满足槽锅往复运动不同的速度要求，使茶叶在槽锅中上下翻滚程度加强，有利于实现对茶叶的理条作用。机构简图如下图所示：

图2.1往复式茶叶理条机曲柄连杆机构机构简图

图中主动件曲柄AB绕A点旋转，通过连杆BC带动滑块（锅槽）做往复直线运动，从而使槽锅对茶叶进行理条作用^[14]。其中由机械原理中的知识可以知道，压力角影响偏置式曲柄连杆机构的工作性能，最大压力角的大小不仅决定这茶叶理条的效果，同时也影响机器运动的平稳性、产生震动与噪声的大小。主动件曲柄通过连杆作用于从动件滑块的力沿连杆BC方向与其作用点C的绝对速度间所夹的锐角为压力角。在偏置式曲柄连杆机构中，当曲柄AB垂直于槽锅运动方向时，其压力角最大。

通过初步设计，取锅槽振幅为120mm，初取曲柄长度mm，连杆mm，偏心距，极位夹角，行程速度变化系数K=1.024。

确定尺寸后计算的出最大压力角为：

（2.1）

传动角与压力角互余，其中理条机锅槽振动频率120-240次/min，而高速与大功率传动机械中，满足要求。

同时槽锅位移：

(2.2)

将位移S对时间t求导，的滑块速度v：

(2.3)

在竖直方向上有：

(2.4)

两边分别对t求导得：

(2.5)

曲轴转速：

(2.6)

所以槽锅的速度和加速度为：

(2.7)

(2.8)

由几何知识可知，在槽锅处于极限位置时，其加速度最大。

当槽锅距离曲轴最远时，,由几何关系得-5.46°，代入式中得加速度大小为。

当锅槽距离曲轴最近是，，由几何关系得，代入式中得加速度大小为。

因为槽锅往复振幅为120mm，设其振动频率范围定为180-240次/min，当振动频率为240次/min时及4次/s（槽锅均速为960mm/s）。因曲柄为匀速转动，行程速度变化系数K=1.024，当槽锅移动到中点时，α=15.9°，β=78.6°，代入公式得槽锅最大速率约为1560mm/s。

2.2.槽锅尺寸确定

本次设计所用的槽锅是U型多槽型槽锅，其质量约为150kg，槽锅的参数如下表所示。

表2.1槽锅参数

图2.1锅槽建模

2.3理条传动机构设计

2.3.1传动方案设计

传动方案如下：

图2.2传动方案

2.3.2电机的选取

由于设置了减速机构，所以可以根据工作条件选取电动机，设槽锅材质为不锈钢质量约为150kg，茶叶加工一次最多加工50kg，导轨摩擦系数约为0.15，工作时所需的最大功率约为，电机所需的功率为：

（2.9）

（2.10）

根据所需转速与简化机构设计，参考《机械设计课程设计》149页选取 Y160M1型号电机。

表2.1电机参数

2.3.3带轮设计

取槽锅往复运动次数 =180~240r/min，所以传动比。

1）确定计算功率

(2.11)

2）选择带型

根据计算功率和小带轮转速选择A型V带^[15]。

3）确定带轮的基准直径和

（1）选取小带轮直径

（2）验算小带轮带速：

lt; (2.12)

（3）从动轮基准直径

(2.13)

4）确定带的基准长度和传动中心距^[16]

根据，初步确定中心距

根据公式计算所需的基准长度

以上是毕业论文大纲或资料介绍，该课题完整毕业论文、开题报告、任务书、程序设计、图纸设计等资料请添加微信获取，微信号：bysjorg。

相关图片展示：