土豆切片机的设计
随着科学技术的不断发展，农业机械技术也得到了大规模的应用。
本文所设计的土豆切片机是一种体积比较小、结构比较简单。
适用于家庭、餐厅、小作坊的小型农产品加工机械。
土豆切片机设计的整个过程，其中主要包括总体方案的确定，各部件的设计与计算，总装与部装图纸以及各零件的图纸。
完成了全部设计后，对切片机进行了评价，指出它的特点、优势之处，以及存在的一些不足，并提出了一些改进的措施。
1 前言
薯类作物在我国分布很广，有二十多个省、自治区种植，是我国主要粮食作物之一，马铃薯还是一种很好的蔬菜作物。
我国薯类作物种植面积1.4亿亩左右，总产量达2~3千万吨，是世界上产薯最多的国家[1]。
在茎块作物的加工过程中需将其切成片。
因此切片机应运而生。
现在市场上，切片机械己经比较常见了，但是这些机械只适合产业化的生产，而没有适合农民作坊生产的切片机器；另外市场上的这些机械对切片物体的尺寸有着严格要求，不太适合块茎类蔬菜。
因此根据市场需求，对块茎类疏菜，如:红薯、土豆等，进行切片，而且要求切片、大小厚度一致、均匀，效率要比较高，这些要求超出了手工的要求，加之一些营养成分较高的新鲜蔬菜不易保存，需进行加工保存，如:土豆，所以更需一种能切片的小型机器。
该机器能满足切片大小厚度一致、均匀，效率较高，提高了劳动效率，改善了劳动质量，让人从切片劳动中解放出来，这样既减轻了农民在加工中的劳动强度，也增加了农民的收入，有利于机械化在农村的发展。
2 国内外概况
2.1 国外切片概况
目前，国内外已有一些产家研制和生产了此种机器。
在国外的公司，如:美国的哈克逊公司生产了BIZERBA SE12、FAC F300半自动切片机，BIZERBA SE12D自动切片机:意大利碧佳ES25、ES30斜刀式切片机:韩国的地质公司的肉类切片机等[2]。
瑞士Meyer-Burger AG公司的TS系列机，日本Tokyo Semitsu 株式会社的TSK（若干）系列机，日本Okamoto Machine 株式会社的ASM系列机，美国STC公司的STC系列机等。
我国的切片的研究开发方面虽然已有30年的历史，近几年来切片机的研制发展也非常迅速，但是与发达国家相比目前仍然有一定的距离。
但我国的切片机方面仍然没有根本性突破。
2.2 国内切片概况
在国内的公司有:马鞍山华宝机械设备有限公司生产的落地式切片、北京雅宝食品机械厂生产QR-300型自动切片机、沈阳清宝食品机械有限公司生产的CWS-350A。
山东省诸城市大洋食品机械厂的大洋牌土豆切片机有400型、600型、江阴鑫达药化机械的中药切片机等。
这些机器的特点是生产率大，速度快，适合于大型的场合[3]。
价格比较贵，对于农民的作坊生产来说不适合。
3 土豆切片机总体方案的确定
3.1 结构特点与工作原理
3.1.1 结构特点
根据本设计的要求及适用面来确定切片机的形式：本设计中我采用卧式切片机，因为卧式切片机的装料和卸料都比较容易，结构简单，操作和维修便易，而且卧式相对立式工作时产生的震动小，有益于机械的正常工作，是非常适合作坊的机械。
卧式切片机有电机、旋转刀盘、皮带传动装置以及输入输出物料装置等组成。
本机构主要有以下优点：
(1)、降低了人们的劳动强度，提高了工作效率。
(2)、切片的厚度一致性高，损耗低。
(3)、切削种类多，能对土豆、红薯、洋葱等进行切削。
(4)、结构简单紧凑。
3.1.2 工作原理及工作条件
卧式切片机采用电动机作为动力，皮带轮传动减速装置带动输出轴转动，轴的末端接一旋转刀盘，刀盘上的刀片随着刀盘转动，把马铃薯切成片[4]。
切片的厚度出刀片与刀盘间的垫片厚度在控制。
此外，切片与起丝的转换可以通过更换切片来实现。
如图所示：
1-刀盘2-传动轴3-皮带以及皮带轮4-电动机
图1 土豆切片机原理图
Fig.1 Electric voltage of potato slicing machine
3.2 机构的组成部分及特点
3.2.1 电动机
由于卧式切片机的生产效率为500kg/h,所以选择的电动机为YB132S1-2, 其额定功率为5.22KW，同步转速 n=2000/min(选定计算过程见后面 ).
3.2.2 皮带传动装置
切片机选择V带轮作为传动装置，传动比为4。
3.2.3 轴
轴的材料为45号钢，轴的固定选用深沟球轴承：采用轴肩定位
4 传动设计计算、零部件的强度、刚度计算
4.1 动力计算
4.1.1 主要参数
刀盘直径:根据红薯的外型尺寸，切片时所需的速度、生产率等条件，确定刀盘直径为300mm
切削力:由资料查得到刀片单位长度承受的切削力至少为0.3 kg/mm.下面
是直刃刀片和圆弧刃刀片在切削中受力的对比，从而选择刀片[5]。
直刃刀片和圆弧刃刀片在切削中受力数据资料如下:
对直刃刀片而言直刃刀片在切削中的受力数据如下表：
表1直刃刀片分析
Table 1 The analyzing of straight bit
编号项目切削面积切削阻力平均切削阻力切削长度平均切削阻力
cm2 kg kg/cm2 mm kg/mm
1 顺行2.4×1.3 2.
2 0.705 24 0.092
逆行 1.4×0.6 5 5.952 14 0.375
2 顺行1.6×0.8 2 0.694 16 0.125
逆行 1.4×0.6 2 1.786 15 0.133
3 顺行0.7×1.3 2 2.198 13 0.667
逆行 1.0×0.5 1.5 3 10 0.15
4 顺行1.9×1.2 3 1.316 9 0.158
逆行 0.7×0.6 3.5 8.333 7 0.5 5 顺行 1.9×0.8 1.5 0.987 19 0.79 逆行 0.9×0.8 3 4.167 9 0.333 6 顺行 1.2×0.7 2 1.681 12 0.167 逆行 1.2×0.6 2
2.778 12
0.167
平均
2.799
0.258
圆刃刀片在切削中的受力数据如下表：
表2圆刃刀片分析 Table 2 The analyzing of arc bit
编号
项目 切削面积 切削阻力 cm2 kg
平均切削阻力 切削长度 平均切削阻力 kg/cm2 mm kg/mm 1
顺行 2.4×0.5 1.5
逆行 1.4×0.6 2.5
2
顺行 1.5×0.7 2
逆行 1.4×0.8 1.5 1.905 16 0.133
1.339 15 0.107
3
顺行 1.7×0.3 1.5 0.629 13 0.088 逆行 1.0×0.5 1 2 10 0.1
4
顺行 1.8×0.7 2.5 1.984 9 0.139 逆行 0.7×0.6 2 8.477 7 0.286
5
顺行 1.8×0.2 1 0.455 19 0.056 逆行 0.9×0.8 2 2.778 9 0.222
6
顺行 1.9×0.1 2 0.887 12 0.05 逆行 1.2×0.6 1.5 2.083 12 0.125 平均 1.92 0.133
以上两表可以看出圆刃刀片要比直刃刀片省力50%左右，所以本设计采用圆刃刀片，材料选用45#。
4.12 土豆在料斗、刀片间被切削的受力分析
rpm
86.504n 42.07.0001.0033.1001.05.5619360500n =⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=
土豆在切削时的受力情况示意图
1-刀盘 2-土豆 3-料斗壁 图2 土豆受力分析图 Fig.2 Bean stress analysis
红薯在切削时，刀片给红薯一切削力P ，同时入料斗也给红薯一反力N,N 分解为水
平分力R1.和垂直分力N1，形成一对力矩M1=R1L2,M2 =N1L1，要使红薯不跳动,不转动，
保持平衡则需PL2=MI+M2。
方向相反。
4.13 输出轴的转速计算
由小时生产效率500kg/h 来确定转速n
Q=60×nZ ×V ×P ×K 1×K 2 (1)
Z=1 V=S ×L Q=500kg/h K1=0.7 K2=0.2
取L=0.5，P=1.033×10×0.001来确定n ，则
Z 是料斗中出现的刀片数量； L 是切片厚度； Q 是该设备的生产率；s K1是刀片利用率； K2是刀盘的不旋空概率； 因此我们将转速定为n=500rpm 。