（机械工程专业论文）yqc1000b型直线式多用切菜机的电气智能化改进.pdf

天津_ 天学t 程硕i 论文 中文摘要 y q c i o o o b 型直线式多用切菜机是目前市场上最受欢迎的一种切菜机。它 模拟手工切菜的方式，可对蔬菜进行切片和切丝加工，具有适用范围广、切 出的菜段形状规则的特点。 本文论述主要是针对y q c i o o o b 型切菜机实现其电气智能化而作的一些 改进。分别从机械结构和电气控制两方面对原切菜机作了比较详细的分析， 并且指出了原切菜机的一一些不足。主要表现在调整方法复杂、控制系统落后、 人机界面差、噪音大等方面。 针对以j 二缺点，分别采用了一系列方法对原切菜机进行了改进。例如， 为了实现菜段宽度自动调整的功能，采用了新型的摆角可调的六连杆机构代 替了原来的机构，并采用了a d m a s 软件对新机构进行了仿真，保证了新机构 的运行可靠。采用了串级电极无级调速系统代替了原有的机械调速系统，即 简便了控制由降低了成本，减少了嗓音。采用了以m i c r o c h i p 公司生产的 p i c l 6 c 7 3 单片机为主的控制电路代替了原有的继电器控制电路，从而可以对 整个切菜机系统进行整体控制，实现了切菜机的电气智能化，使切菜机操作 简便，提高了整机的可靠性。另外，采用了l e d 发光数码管显示，可是用户 方便的了解系统的运行状态，优化了人机界面。 最后，对y q c l 0 0 0 b 型切菜机的实验测试证明，对它的改进设计是成功的。 关键词：切菜机电机调速p i c 单片机控制智能化 第1 页共4 负 天津大学i 程碗士论文 a b s t r a c t y q c l 0 0 0 bm u l t i f i m c t i o nv e g e t a b l ec u t t i n gm a c h i n ei st h ec o o k i n gm a c h i n e t h a ti st h eb e s tr e c e p t i o ni nm a r k e ta tp r e s e n t i ts i m u l a t e sp r o c e s sv e g e t a b l ei n h a n dm a d e i ti s p r o v i d e dw i t hw i d ea p p l i c a t i o n r e g u l a rp r o c e s s e d v e g e t a b l e a p p e a r a n c e a r t i c l ed i s c u s sd e s i g na i ma ti m p r o v e dy q c10 0 0 bv e g e t a b l ec u t t i n gm a c h i n e w i t he l e c t r o n i c ，a n a l y z ef o r m e rv e g e t a b l ec u t t i n gm a c h i n ew i t hm e c h a n i s ma n d e l e c t r i cc o n t r o li nd e t a i l ，p o i n to u tf o r m e rv e g e t a b l ec u t t i n gm a c h i n es h o r t a g e s ， f o r e x a m p l e ，c o m p l e xa d j u s tm e t h o d ，l o w - g r a d ec o n t r o ls y s t e m ，n oi n t e r f a c e b e t w e e n p e r s o na n dm a c h i n e ，l a r g en o i s e e t c a i ma tt h ea b o v e m e n t i o n e ds h o r t c o m i n g ；a d o p tas e r i e so fn e w d e s i g np l a n s t o m a k et h ef o r m e rv e g e t a b l ec u t t i n gm a c h i n eb e t t e r f o r e x a m p l e ，i no r d e rt o a c h i e v ef u n c t i o nw h i c ha u t o m a t i ca d j u s tv e g e t a b l es e c t i o nw i d t h u s en e w s t y l e w a ya n g l ea d j u s t a b l es i x - p o l em e c h a n i s mr e p l a c ef o r m e rm e c h a n i s m ，s i m u l a t e n e wm e c h a n i s mw o r ks t a g ew i t ha d m a ss o f t w a r ee n s u r ec r e d i b i l i t yw h i c hn e w m e c h a n i s mr u n s u s es t e e p l e s r e g u l a t e - s p e e d u s u a l l y m o t o r s y s t e mr e p l a c e s f o r m e rm a c h i n e - r e g u l a t e s p e e ds y s t e m s i m p l i f yc o n t r o l ，r e d u c ec o s ta n dl o w e r n o i s e ，u s e c o n t r o l c i r c u i t r y w h i c hi n c l u d ep i c l 6 c 7 3 s i n g l ec h i pc o m p u t e r p r o d u c e db ym i c r o c h i pc o m p a n y f o r m e r r e l a y c o n t r o lc i r c u i t r y ，p u tc o n c e n t r a t i n g c o n t r o li nt h ew h o l ev e g e t a b l ec u t t i n gm a a b i n ei n t o e x e c u t i o n ，c o n v e r tt h e v e g e t a b l ec u t t i n g m a c h i n et oe l e c t r o n i c w i s d o m ；s i m p l i f yo p e r a t ev e g e t a b l e c u t t i n gm a c h i n e ，i m p r o v e t h ew h o l e v e g e t a b l ec u t t i n gc r e d i b l ed e g r e e o n t h es i d e ， d i s p l a yb yl e d ，m a k eu s e rk n o ww h a ts t a g e t h em a c h i n ei si n g o o dt i m e o p t i m i z e i n t e r f a c eb e t w e e n p e r s o na n d m a c h i n e i nt h e e n d ，d e s i g ni ny q c l 0 0 0 bt y p ev e g e t a b l ec u t t i n gm a c h i n ep r o v e s s u c c e s s f u lw i t ht e s tj t k e yw o r d s ：v e g e t a b l ec u t t i n g m a c h i n e s t e e p l e s - r e g u l a t e - s p e e d m o t o r p i c s i n g l ec h i pc o m p u t e r c o n t r o l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得鑫盗盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的周志对本研究所做的任何贡献均己在论文中 作了明确的泌明并表示了谢意。 学位论文作者签名 才交k 签字目期湿形年月纩日 学位论文版权使用授权书 本7 、产他沦文f l i 嚣宠令了解丞鎏盘兰彳i 天像f 7 7 、f 尘j l j 。似沦文的j 捌定。 ：姒盘婆盘望一j 【将。j ! 1 、沦9 f l j 个m - e 邮，i j , j7 ；编八f j 足数j l l ：j 进h 。榆 嗽， 聚j 1 1 影r 、缩t ，e 1 。m 等恒制下r 保存、“编l 、j 供 削f f n f c j 嗣意。1 产 校向国家有关部门或：| ! 儿构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 制讧删懈私：牙友谤 够私 签字闩期：砂7 年f 月形f i 箨字f 1 期 朋绣 气以惭f ，r ；h 第一章切菜机的靛疑动态积谭题介绍 第一章切菜机的发展动态和课题介绍 1 1 引言 近年来，特别是改革开放以后，随着经济的发展，人民物质生活和精神生活 水平的提高，人们对衣食住行等自己最基本的需要也越来越多，消费也越来越大。 “民以食为天”，饮食作为人类的第一需要，其行业的发展速度也越来越快。据 统计，从1 9 8 0 年到2 0 0 0 年这短短的2 1 年中，其食品工业总产值的平均增长速 度为1 3 1 ，远远高于其他工业的发展速度。在2 0 0 0 年的食品工业的生产总值 为8 4 3 4 亿元，利税位1 4 3 0 3 亿元，出口创汇为1 3 2 3 亿美元。食品工业已逐渐 成为我国新的支柱产业。 随着饮食工业的兴起，饮食机械行业也逐渐成为一个蓬勃发展、欣欣向荣的 新兴行业。饮食机械的范围很广，包括粮油加工设备、饮料纯水设备、小食品加 机械、罐装、封口设备等，切菜机作为饮食机械的一个重要组成部分，也同益 受到了人们的关注，越来越多的企业已加入到这一领域。 1 2 国内外切菜机系列的发展动态 切菜机是1 9 6 3 年由法国发明家韦尔登发明的，并获得了专利。它的结构和 原理极为简单：在一个圆筒形容器内放置一把刀，刀贴近容器底部和器壁快速旋 转，由此对蔬菜进行加工。几年之后，自动切菜机正式投放市场，参与市场竞争。 与此同时，韦尔登又不断地调查，获取反馈信息，根据实际操作中存在的一些小 小的弊端，进行了坚持不懈的探索。1 9 7 1 年3 月1n ，他为家庭主妇设计出一 种“魔法”搅拌器，它集切、拌、揉诸多功能于体。到现在，切菜机的发展已 有将近四十年的历史了，其功能也越来越强大。 目前，在国内外有着各种各样的切菜机，主要有以下几种： 多功能旋转式切菜机，其原理是使需要切的蔬 菜高速旋转，利用离一1 5 , 力使蔬菜紧贴刀片进行加工， 是一个蔬菜加 行业、食品行业、脱水蔬菜厂、速 冻食品二次加工常用的机器。使用它可将有固定形 状的如：芥菜、萝h 、上豆等块茎切制成所需厚度 的片和丝，一般采用防腐铝外壳及高级合金钢刀片， 具有结构紧凑、合理、操作简便、调整维修方便、 耐腐蚀的特点。其缺点是：切片或切丝的形状不规 第章趣杂辊的发最砖态和漂鼍介绍 1 3 课题提出的目的 则，厚度不均。 离心式切莱机采用先进工作原理，其特点为结构紧 凑、坚固耐用、易于维修，可提高生产率，降低劳 动强度，对萝h 、土豆、白薯、圆白菜、苤兰等根 茎类菜可加工成菜丝、菜条、菜片、广泛适合于大、 中型酱菜厂和速冻食品厂使用。 切丁机性能优于其它机器，可一道工序完成块条的 加工，省时省力，操作方便，适合芥菜、萝1 - 、黄 瓜( 包括咸制黄瓜) 、土豆、洋葱、香瓜、胡萝h 、 苹果等圆型蔬菜、水果的加工。该机特点是结构紧 凑，设计先进，使用方便，能耗低效率高。 圆盘切口机是酱菜加工业、食品行业及农产品 二次加工的主要机械设备之。它将芥菜、萝h 等 有固有形状的块茎切成片，两现翻转后呈交错9 0 度 切口。该机特点是一台结构新颖，技术先进，操作 方便，安全可靠和具有较高效率的生产设备。 直线式多用切菜机，本机模拟手工切菜原理， 采用无级调节机构和离心式切片机构等先进技术研 制而成复合式多用切菜机，广泛适用于各种根、茎、 叶类蔬菜和海带等多种食品的加工。可切制片、块、 丁、丝、菱形、曲线等多种花样。该机设计先进， 节能高效居同类产品领先水平。其缺点是电机调速 精度低，切丝长度不易控制，噪音大，电气化程度 低，成本高。 第一章切亲机的发疑动态和谍趣彳 绍 在以上五种类型中，因为直线式多用切菜机加工范围广，加工出来的蔬菜形 状规则，节能高效且价格优于国外同类水平，因此更加受到了广大用户的欢迎。 但它的缺点是： 1 3 1 由于采用的是机械式无级变速，所以调速范围小，成本高。 切菜机调速的目的是，针对不同材质的蔬菜，由于其软硬不同，为了保证切 菜质量，当碰到材质硬的蔬菜时，就应该降低切刀的速度，反之，则应提高切刀 的速度。使用机械式无级变速装置，它的调速范围为最大只能达到4 倍，如果再 大就会增加机械磨损，降低机器使用寿命。当切刀速度调整不精确时，则会降低 切莱形状的质量。另外，因为采用的是机械式无机变速，其成本较高，体积较大， 机械噪音大。 1 3 2 由于采用的是手动调节切丝长度，必须依靠经验，且不容易一 次调节成功，调节费时费力。 当需要调节切丝的宽度时，一般都必须先进行试切，再根据切出来的菜丝长 度与要求切的长度进行比较进行调节。又因为其用手动调节，当切丝长度精度要 求较高时，就更不易达到要求。 1 3 3 由于直线式多用切菜机电气化程度低，所以控制起来比较复杂。 原有的直线式多用切菜机由于采用的是继电器控制，其可靠性差，容易出故 障，且控制起来比较复杂，不易操作。 1 4 课题的研究内容； 针对直线式多用切菜机存在的以上问题，对其结构和电器控制方面进行了仔 细的研究，拟采用以下方法去解决以上问题。 1 4 1 采用电子式无级调速代替机械式无级调速。 采用串极式电子式无缴调速，它使用串极式电动机，通过调节串极式电动机 的电压来调节电机速度。使用起来比较方便，且成本较低。另外，当所需切的蔬 菜菜质硬时，它会自动降低电机的速度，所以更加有效的提高切菜的质量。 1 4 2 采用新型的六连杆摆动机构代替原机构 为了能自动调节切丝氏度，必须改变原来的结构，采用一种新型的、方便自 动调节行程的往复式摆动机构，通过调节电机的转动来调节摆杆的位置，从而调 节切丝的宽度，这样叮大大提高切丝的精度，且操作简单易行，不易出错。 第一章协桑机的发疆动态丰h 课惩舟绍 1 4 3 采用美国m i g r o c h i p 公司生产的pj c 单片机进行智能化集中控 制。 美国m i c r o c h i p 技术公司推出的p i c8 位微控制器系列是业内率先采用的精 简指令集计算机( r i s c r e d u c e di n s t r u c t i o ns e tc o m p u t e r ) 结构的高性能价格比 的嵌入式控制器( e m b e d d e dc o n 仃o l l e r ) 。其特点是：高速度、低工作电压、低 功耗、较大的输入输出直接驱动能力、一次性编程( o t p o n et i m ep r o g r a m m a b l e ) 芯片的低价位、小体积。采用这种单片机进行控制，可大大提高原机的电气智能 化水平，可靠性较高，控制简单。 1 5 课题提出意义 1 5 1 目前切菜机采用的凋速方法一般是机械式无级调速，或者根本不进行调 速，这样对切菜机切出菜段的形状有很大的影响，国内现有的切菜机中采用电子 调速来控制切刀速度的结构很少，采用电子调速的大都是国外厂家，其价格很高。 因此采用的这种串激电机调速的方法，不但大大提高了切菜菜段形状的规则性， 而且也减少了成本，降低了噪音，十分有利于切菜机的市场推广。 1 5 2 采用新型的、自动调节行程的往复摆动机构来代替以往的手动调节行程 机构。在市场上，目前还都是采用人工来调节行程，从而调节切出菜丝的长度的 机构，即不准确也费时费力。因此，这种自动调节行程的往复摆动机构从切菜机 的结构上也是一种创新。 1 5 3 使用m i c r o c h i p 公司生产的p i c 单片机进行智能化控制，不仅使原来的 电气控制线路变的简单，而且因为实行了集中控制，大大提高了整机的使用可靠 性、简便易操作。 因此，通过对直线式多用切菜机进行上述改造，即可大大的降低了该产品的 制造成本，又可以提高该机的可靠性、操作也变得比较简便。 1 6 完成的工作及时间 1 6 1 从2 0 0 1 年6 月到1 0 月间，对y q c l 0 0 0 b 型切菜机的机械部分和电气 部分进行了方案设计和选择，主要是针对机械式无级变速和行程可调的往复摆动 机构进行了改进，采用了串激式电机凋速代替机械式无级变速，使用新的、自动 调节行程的往复摆动机构代替以前的结构，并对方案进行论证和确定。 1 6 2 从2 0 0 1 年1 0 月到2 0 0 2 年2 月问，对y q c i o o o b 型切菜机的机械部分 电气部分进行设计和外加工制作，并组装成成品。 第“章切茕执的靛鹱动态和课题夼绍 1 6 3 从2 0 0 2 年2 月到4 月，对制作好的成品进行对比试验和性能试验，对 不足之处加以改进。 1 6 4 从2 0 0 2 年4 月到2 0 0 2 年6 月，进行论文写作。 第二章协豢机的m 枸设计及其改进方案 第二章切菜机的机构设计及其改进方案 2 1 原切菜机的结构总述： y q c l o o o 型直线式多用切莱机模拟手工切菜原理，采用无级调节机构和 离心式切片机构等先进技术研制而成复合式多用切菜机，广泛适用于各种 根、茎、叶类蔬菜和海带等多种食品的加工，可切制片、块、丁、丝、菱形、 曲线等多种花样。该机设计先进，节能高效居同类产品领先水平。其缺点是： 电机调速精度低，切丝长度不易控制，噪音大，电气化程度低，成本高。它 的结构如图2l 所示： 2 2 各部分结构简述： 2 2 1 无级变速机构： 图2 - 1 原切菜机系统机构图 2 2 ，1 1 功用：采用机械无级变速器能简化机械变速系统，能得到晟合理的速度 用米适应工艺参数多边或连续变化的工作要求，可在运转过程中变速，操作简单 易于实现自动化。并可能在较大变速范围满足恒功率的传动要求。 2 2 1 2 组成及工作原理： 第二章切蔡机的机构设计捷其改进方案 1 、2 传动机构3 、加压机构4 、调速机构 图2 2 无级变速机构 图2 - 2 所示的是一种摩擦式传动无级变速系统，它通常由传动机构、加 压装置和调速机构三部分组成。机构1 、2 的压紧力为q 产生的摩擦力为f = f q 来传递动力，压紧力由加压装置3 产生，为防止因压紧力不足而打滑，应使 有效圆周力p f ，调速机构4 用来改变传动构件的相对位置，即调节被动件 2 的直径d 2 来改动传动壁，实现无级调速的目的。当被动件2 的直径d 2 由 d 。i n 变为d 。时。 传动比 i 。n = n 2 i l l m i n = 去( 1 - 0 ( 2 - 1 ) i 。晋= 瓦d i ( 1 - 砖 ( 2 - 2 ) 则该机构的调速范围为 r 苦瓜d 2 r t a a x ( 2 _ 3 ) 转差率 e 1 - r 1 2 n m 。i n 是( 2 - 4 ) 其中转差率反映了转差率在受载前后转速损失情况，它与负载大小、输 出转速、摩擦副材质、表面状况( 粗糙度、硬度) 润滑条件及传动系统的刚 度有关，事物机变速的主要指标之一。转差率的值大，会导致传动效率低， 发热磨损大，因此传动范围会受到限制。 无级调速机构的特点是：恒功率特性好、可升速降速，结构简单、维修 第二章切菜帆的机捣设计歧其改进方集 方便、成本较低，可制成独立部件、适应性好。变速范围为1 0 - 4 0 。但是靠 磨擦来传递动力，传动件压力大，易于磨坏和发热，寿命较低、承受过载和 冲击能力差。因有滑动，不以满足严格的传动比要求，不宜用于机床等没备 内的传动链。 无级调速机构可分为：锥盘环盘式无级变速系统，钢环分离式锥式无级 变速系统、单杠杆弹簧式宽v 带无级变速系统、宽v 带式无级变速系统等。 y q c l 0 0 0 直线式多用切菜机采用的是宽v 带无级变速系统，它的结构如图 2 3 所示。 图2 - 3 宽v 带无级变速机构 带轮1 由两片相同的圆锥形盘组成，它们绕固定轴线a a 转动，并可沿 轴线a a 方向互相靠近或离远。同样，带轮2 亦由两片相同的圆锥形盘组成， 它们可绕固定轴线b b 转动，并可沿b b 相对移动。带轮1 和带轮2 间用宽 v 型带3 传动。当带3 在轮1 的较大半径处接触时，带3 将相应的在轮2 的 较小半径接触，其传动比1 1 1 2 取决于带轮1 和带轮2 接触处的半径。 u ，：= 等= 面n l = 西r l ( 2 - 5 ) 2 n 2k 2 式中h 2 、n 2 、1 1 2 、分别为带轮1 和带轮2 的角速度和转速；r 1 、r 2 分别为带轮l 矛u 带轮2 上与带3 接触处的半径。由于r l 、r 2 可以按工作需 要任意变化，因此机构可以获得无级变速。这种机构适用丁二平行轴传动，对 称渊速型，调速范围为k = 3 6 机械效率为o ，8 0 ，9 。 2 2 2 切片机构 切片机构是y o c l 0 0 0 型直线式多用切菜机的一个重要组成部分，它的作用 第二章谤菜机的祝枷设计硬其改进方案 是将蔬菜加工成片状体，以便于进一步加工。它的结构如图2 4 所示。 图2 - 4 切片机构 1 、切片机箱2 、拨动臂3 、切片刀 拨动臂在传动机构的带动下，在机箱内高速旋转，带动机箱内的被加工蔬 菜也高速旋转。由于离心力的作用，使被加工的蔬菜紧贴与机箱内表面，当蔬 菜运行到切片刀的位置时，就会被切去一片，而很大的离心力又保证蔬菜不会 随便翻滚，这样，蔬菜就会被加工成一片片的，落到下面的传送带上。通过改 变切片刀与桃箱内壁的夹角a ，我们就可以很方便得得到各种厚度的蔬菜片。 2 2 3 传送带和切丝机构 在切丝机构中，为了模拟手工切丝的原理，要求传送带间歇运动，切丝刀 上下直线运动，而且要保证在切丝刀向下运行直到最底端时，传送带应该静止， 当切丝刀向上运动时，传送带才能运动。因此，切菜机菜对这两种机构使用了 同一个动力源，这样就可以从机械结构方面严格保证了这两种运动的同步，其 结构如图2 5 所示。 第二章切某枫的机构设计爰冀改进古集 图2 5 传送带和切丝机构 件1 和件2 、3 构成一个间歇摆动机构，件l 是一个超越离合器，当件3 带动杆2l 甸右下方运动时，超越离合器结合，带动传送带5 相左运动，当件 3 带动杆2 向左上方运动时，超越离合器脱开，传送带5 静止。如此循环， 从而带动传送带5 间歇向前运动。 超越离合器是一种靠主从部分的相对运动速度变化或回转方向变换自 动接合或脱开的离合器。它从结构上可主要分为嵌合式超越离合器和磨擦式 超越离合器。嵌合式超越离合器的结构简单，制造容易，叮靠性高，但结合 时有冲击和噪音，常用于转速差小的场合。摩擦式超越离合器结合平稳无冲 击、空行程较短，可在任何转差下结合，应用较广泛，其传递范围可从 i 1 0 0 0 0 0 n m 。其主要作用是实现变速、防止逆转和问歇运动。 y q c l 0 0 0 型直线式多用切菜机的超越离合器就采用的是摩擦是超越离 合器。它的结构如图2 - 6 所示 第二牵切菜执的机拇设计瑟其改进力寨 1 、外壳2 、星轮3 、滚柱4 、项销5 、弹簧 图2 - 6 摩擦式超越离合器 件l 主动时，当n l = n 2 时，离台器结合，当n l n 2 时，离合器超越； 件2 主动时，当一1 3 1 = 一n 2 时，离合器结合，当n 2 n i 时，离合器超越。即可 在一个方向可使离合器超越。特点是滚子数量少、接触应力高、承载能力低， 运动系统可多样化。滚柱在滚道内自由转动，磨损均匀，磨损后仍能保持圆柱 形，短时过载滚柱打滑不会损坏离合器。转矩减小后仍能正常工作，但自锁性 能较差，工艺性差、加工困难，装配精度要求高。 件l 和杆2 、件3 组成了一个曲柄摇杆机构机构，如图2 - 7 所示。通过调 节杆3 的摆角0 ，就可以调节传送带5 每一次的前进距离，从而可以调节切丝 的宽度。 图2 7 曲柄摇杆机构 其中杆3 的摆角。与件2 和杆1 的长度有关，如图2 7 ，根据三角形余弦 定理可得： o + 1 。2 一( w + 】。2 )l 。2 十搿( 1 0 一o ) 廿= ”c c 0 s 面j = ：_ 一1 i i 一 从上式我们可以看出，当 。也随之减小，凶此，当调节 1 。增大时，则摆角0 随之增加 1 。的长度，就可以改变摆角0 ( 26 ) 反之，则摆角 从而实现调节 第二章切菜机的机构1 2 计及其改进方案 切丝宽度的目的。 2 3 对原切菜机机构的改进。 通过对原来y q c l 0 0 0 型切菜机的结构原理进行分析可知，它的缺点是： 2 3 1 使用机械无级变速器，结构复杂，是靠调节两个锥形圆盘的间距来改变 皮带轮的直径，从而改变传动比来实现速度调节，调节复杂、精度较低，且由 于传动部件较多，噪声较大。 2 3 2 利用调节杆1 的直径调节切丝的长度，由于必须是手工调节，因此常常 一次丌i 能调节出所需要的切丝长度，要反复试切，费时费力。 对于第一个缺点，采用电气方法直接对电机进行调速来实现，这将在下一 章论述，现在主要对第二个缺点进行改进。关于行程可调的往复摆动机构有很 多种，例如改变摇杆长度来调节行程的平面铰链四杆机构( 原来机构) 、调节机 架尺寸或位置来改变行程的机构、使用凸轮轮廓可变幻的凸轮连杆机构等等。 在这旱，经过论证选择的是摆角可调的六杆机构，因为相比之下，它即不象原 机构那样不容易实现自动化，又比凸轮轮廓可变换的凸轮连杆机构的结构简单， 易于制作。它的原理图如图2 8 所示 a i 图2 - 8 摆角可调的六连杆机构 该机构由曲柄摇杆机构a o a b b o 和摆动四杆机构b o b c c o 串结而成。摆动 四杆机构b o b c c o 固定机架铰b 。就在轴向b o lb 0 2 上移动，两极端位置分别为 b o lb o ：，b 。点可在这两极端位置间任意调节。若杆长b o b - b c ，则当机架铰 b 0 处于以c o 为中心，杆长c o c 位半径的圆弧l ，从动摆杆c o c 静止不动；而 第二牵协菜执的机构设计发奠改避方案 当机架铰b o 处于b o 时，从动摆杆c o c 的摆角最大。具体分析如下 图2 9 曲柄摇杆机构摆角分析 对于由o a b b o 组成的曲柄摇杆机构，如图2 - 9 所示，取为a o 原点，设杆 a n a 长为a ，杆a b 长为b ，杆bb o 长为c ，轴向b o lb 0 2 的倾斜度为0 ，轴b o l b 0 2 与x 轴交点h 和a o 足巨离为h ，b o 与h 点的距离为z ，则杆b 0 1b 0 2 与x 轴 的最大摆角的余弦为： 炉卫粤三型(2-7cos ) 驴1 一百j 一 7 则杆b 。b 0 2 与x 轴的最小摆角的余弦 c o s 忙鱼学 其中1 为a 。b 的长度，它的大, j , y o ： 1 = 、瓜孓f 瓦五丽 则榴1 8 0 2 的摆角为 叫一ar c o s 2 c 、厅再 丽五万 ( 2 8 ) ( 2 9 ) 第二章切菜辊的机构设计熨其改进青案 2c、j。h。z。+。z。2。-。2。h。z。c。o。s。0 ( 2 1 0 ) 图2 1 0 双摇杆机构摆角分析 对于摆动四杆机榴0 b c c o ，如图2 - 1 0 所示，取点c o 的座标为( x 3 ，y 3 ) 点c 的座标为( x 4 ，y 4 ) 点b 的座标为( x 5 ，y 5 ) ，点b o 的座标为( x 6 ，y 6 ) 设杆c c 。长为g ，杆b c 长为f ，杆长b o b 为e ，当杆b o i b 0 2 的摆角为咖和曲 。时，杆c c o 的摆角分别为y ，和y 。，则根据图2 1 0 可得： x 42 9 c o syl十x 3 y 42 y 3 一g s m y x 6 2 e c o s1 l r 十x 5 ( 2 一1 1 ) ( 2 1 2 ) ( 2 1 3 ) y 6 = y 5 一e s i n 1 l r( 2 1 4 ) 其中x 6 = h z c o s 0 则f - 、厂兀i i r f 瓦j 万丁 = 、厂可面i i 万五忑赢币可丽f 面鬲f 瓦再五可 ( 2 1 5 ) 于是 4 菊章切菜魂魄辊构设计驶j i 改进方案 f = 9 2 c o s 2 yl + x 2 3 + h 2 + z 2 c o s 2 0 + e 2 c o s 2 1 i r + g x 3 c o sy1 g h c o syl + g z c o s 0c o syl + g e c o syi c o sl l r x 3 h + z c o s0 + x 3 e c o s1 l r h e c o s1 l ，h z c o s0 + z e c o s1 l rc o s0 + 9 2 s i n 2y 】+ y 2 3 + z 2 s i n 20 + e 2 s i n 21 1 r g y 3 s iny 】一g z s i nyl s in0 + g e s i nys i n1 i r y 3 z s i n0 一y 3 es i n1 l r - z e s i l l0s i n1 l r = 9 2 + x 2 3 + y 2 3 + h 2 + z e 2 + g e c o s ( v yi ) + g e c o s ( 8 一￥【) + z e c o s ( v 8 ) + g c o sy ( x 3 一h ) + x 3 h + x x z c o s0 + x 3 ec o s0 一h z c o so + h e c o s l l r y 3 9 s i n y 】一z s i n0 一y 3 es i i lv 由以e ( 2 - 1 1 ) ( 2 1 2 ) ( 2 - 1 3 ) ( 2 1 4 ) 式可得到y 。与z 的关系： 同理可得： y1 = f i ( a ，b ，c ，e ，f , g ，h ，0 ，x 3 ，y 3 ，z ) y 产f ? ( a ，b ，c ，e ，f , g , h ，9 ，x 3 ，y 3 ，z ) 通过对以上机构的分析，只要机构各部件选择好适当的尺i r 和位置，就可 以通过公式yl = f t ( z ) ，yz = f z ( z ) ，也就是通过调节位置z 来控制机构摆角的变 化，因此，可用一个小电机代替手工来旋转螺杆，调节位置z ，通过对b 。的位 置监测来控制电机运转，从而可达到自动控制行程的目的。如果通过计算的方 式来确定各参数，则必须解一个很大的方程组，而如果使用了一个运动软件 a d a m s ，则可以对该机构进行仿真求解。 2 4a d m a s 简介 为了设计机构各部件的尺寸和位置，用传统的画图方式或计算方式即麻烦 又不能保证精度，而使用a d m a s 软件则可以精确的设计，而且还可以直观的 看出各部分的运动情况。 美国m d i ( m e c h a n i c a ld y n a m i c si n c ) 公司开发的a d a m s ( a u t o m a t i c d y n a m i ca n a l y s i so f m e c h a n i c a ls y s t e m ) 软件，是世界上最具权威性的，使用 范围最广的机械系统动力学分析软件。用户使用a d a m s 软件，可以自动生成 包括机一电液一体化在内的、任意复杂系统的多体动力学数字化虚拟样机模型， 能为用户提供从产品概念设计、方案论证、详细设计、到产品方案修改、优化、 试验规划甚至故障诊断各阶段、全方位、高精度的仿真计算分析结果，从而达 到缩短产品行发周期、降低开发成本、提高产品质量及竞争力的目的。由于 a d a m s 具有通用、精确的仿真功能，方便、友好的用户界丽和强大的图形动 画显示能力，所以该软件己在全世界数以干计的著名大公司中得到成功的应 用。 第一二牵谢蔡机的机构设计驶j i 改进方案 2 5 、o 在产品丌发过程中，通过应用a d a m s 软件会收到 明显效果： 分析时间由数月减少为数日 降低工程制造和测试费用 在产品制造出之前，就可以发现并更正设计错误， 完善设计方案 在产品开发过程中，减少所需的物理样机数量 当进行物理样机测试有危险、费时和成本高时， 可利用虚拟样机进行分析和仿真 缩短产品的开发周期 2 4 2a d a m sr 1o 最新版本的商业标准模块包括： a v i e w ( 前、后置处理器包含模型建构、函数建构器、客户化接口设计、 动画控制及输出、实验设计及最佳化设计等) a s o l v e r ( 求解核心器，含运动、( 准) 静定、动力学的线性及非线性分 析，可与c + + 或f o r t r a n 结合，提供无限制分析空间) a p o s t p r o c e s s o r ( 加强型且独立型之后置处理器，提供后分析数据的整合， 以及动画及分析图表的资料整理于单一窗口中) a d a m s v i e w 是a d a m s 系列产品的核心模块之一，是以用户为中心的交互式 图形环境。它将简单的图标、菜单、鼠标点取操作与交互式图形建模、仿真计 算、动画显示、x y 曲线图处理、结果分析和数据打印等功能完美地集成在一 起。 a d a m s v i e w 采用简单的分层方式完成建模工作，提供了丰富的零件几何图 形库、约束库和力力矩库，并且支持布尔运算，采用p a r a s o l i d 作为实体建 模的核，支持f o r t r a n 7 7 和f o r t r a n 9 0 中所有函数。 a d a m s v i e w 采用用户熟悉的m o t i f 界面( u n i x 系统) 和w i n d o w s 界面( n t 系统) ，提供了相对任意参考坐标系方便定位的功能，从而大大提高了快速建 模能力。在a d a m s v i e w 巾，用户利用t a b l ee d i t o r ，可像用e x c e l 一样方便地 编辑模型数据；同时还提供了p l o tb r o w s e r 和f u n c t i o nb u i l d e r 工具包：具 有d s ( 设计研究) 、d o e ( 实验设计) 、o p t i m i z e ( 优化) 功能，可使用户方 便地进行优化工作。 第二章甜菜执魏融构鞋计及 ；改进方案 a d a m s v ie w 有自己的高级编程语言，支持命令行输入命令和c + + 语言，有 丰富的宏命令以及快捷方便的图标、菜单和对话框创建和修改工具包，而且具 有在线帮助功能。 a d a m s s o l v e r ( 求解器) a d a m s s o l v e r 是a d a m s 系列产品的核心模块之 ”_ ，是a d a m s 产品系列中处于心脏地位的仿真“发动 机”。该软件自动形成机械系统模型的动力学方程， 提供静力学、运动学和动力学的解算结果。 a d a m s s o l v e r 有各种建模和求解选项，以便精确有效地解决各种工程应用问 题。 a d a m s s o l v e r 可以对刚体和弹性体进行仿真研究。为了进行有限元分析和 控制系统研究，除满足用户输出位移、速度、加速度和力等的要求外，还可输 出用户自己定义的数据。用户可以通过运动副、运动激励，高副接触、用户定 义的子程序等添加不同的约束，同时可求解运动副之间的作用力和反作用力， 或施加单点外力。 h d & m s p o s t p r o e e s s o r ( 专用后处理模块) 为提高a d a m s 仿真结果的后处理能力，m d i 公司开发了 a d a m s p o s t p r o c e s s o r 模块。陔模块用来输出高性能的动画，各种数据曲线， 该模块还可以进行曲线编辑和数字信号处理等，使用户可以方便、快捷地观察、 研究a d a m s 的仿真结果。a d a m s p o s t p r o c e s s o r 既可以在a d a m s v i e w 环境中运 行，也可脱离a d a m s v ie w 环境独立运行。 主要特点如下： 快速高质量的动画显示，便于从可视化角度深入 理解设计方案的有效性 使用树状搜索结构，层次清晰，并可快速检索对 象 丰富的数据作图、数据处理及文件输出功能 灵活多变的窗口风格，多窗厂j 画面分割显示及多 页面存储 多视窗动画与曲线结果同步显示，并可录制成电 影文件 完备的曲线数据统计功能：如均值、均方根、极值、斜率等 第二幸切某机的机构设计及其改进方案 丰富的数据处理功能：曲线的代数运算、反向、偏置、缩放、编辑、f f t 变换、滤波、波特图等。 新特征： 目e g d 口、为光滑消隐的柔体动砸提供了更优的内存管理模式 国口、在p l o t 图表中，可生成位图 国固口、增设了页眉与页脚 罾蜀d 口、强化了曲线编辑工具栏功能 宜口、支持m o d es h a p ea n i m a t i o n s 鱼受d 口、m o d es h a p ea n i m a t i o n s 可记录为下列标准图形文件格式： g i f 、 $ j p g * 、b m p 、x p m 、 a v i ( 仅由n t 系统支持) 等 国t 圈0 口、在日期、分析名称、页数等方面增加了图表动i 可功能 国q 固0 口、可进行几何属性的细节的动态演示 国口、支持s p a c e b a l1 与s p a c e m o u s e a d a m s i n s i g h t ( 试验设计与分析模块) a d a m s i n s i g h t 是基于网页技术的新模块，利用该模 块，工程师可以方便地将仿真试验结果置于i n t r a n e t 或 e x t r a n e t 网页上，这样，企业不同部门的人员( 设计工 程师、试验工程师、计划采购管理销售部门人员) 都 可以共享分析成果，加速决策进程，最大限度地减少决 策的风险。 应用a d a m s i n s i g h t ，工程师可以规划和完成一系列 仿真试验，从而精确地预测所设计的复杂机械系统在各种工作条件下的性能， 并提供了对试验结果进行各种专业化的统计分析工具。a d a m s i n s i 曲t 是选装 模块，既可以在a d a m s v i e w ，a d a m s c a r ，a d a m s p r e 环境中运行，也可脱离 a d a m s 环境嗨独运行。 应用a d a m s i n s i g h t ，可以将上述全部的设计要求有机地集成为体，提 出最佳的设计方案，并保证试验分析结果具有足够的工程精度 2 5 、各参数的确定 冈为这次是对原切菜机的改进，凼此有些部件是借用原机构的，尺_ 、j 不能 第二章切菜祝的机构设计致j i 改进方案 改变。通过使用a d m a s 软件的仿真，确定好的切菜机总体结构。 图2 11 切丝传送带机构各部分尺寸 当切菜机各部件如图所示时，根据a d m a s 软件彷真，在初始位置时，杆3 和杆2 的距离最大，此时杆1 的摆角最大为6 6 。，传送带每次向前的距离为 3 0 m m ，随着调节电机1 0 的转动，杆3 逐渐向杆2 靠近，此时杆1 的摆角将会 随之减小，当杆3 和杆2 重合时，杆1 的摆角将为0 。，此时传送带将静止不 动。 为了确定杆3 和杆2 的距离与切丝长度的关系，对做好的切菜机进行了切 菜实验，经过实验测试，发现它们之间的对应关系如下： 单位：i n t o 切丝长度 杆距z 切丝长度杆距z 切丝长杆距z 度 l3 8 01 14 0 2 32 17 6 6 6 第一章切菜拙的执秘设待硬拜改i f 方案 27 5 91 24 3 2 62 28 0 4 5 3 1 1 3 91 34 7 8 22 38 5 0 1 41 5 1 81 45 0 8 62 49 0 3 2 01r9 9 1 55 4 6 5 2 5 9 5 6 4 62 3 4 21 65 7 6 92 61 0 1 7 1 72 5 8 l 1 7 6 1 4 82 7 1 0 7 7 8 82 9 61 86 5 2 82 83 8 6 9 3 2 6 41 96 9 0 72 91 1 9 9 3 1 03 6 d 32 07 2 8 73 01 2 6 0 2 通过对切菜机的机构的改进和具体的实验测试，为以后对切菜的进行电气 智能化改造奠定了良好的物质基础。 第三章系统设计和电机诵逮 第三章系统设计和电机调速 对y q c l 0 0 0 直线式多用切菜机进行的机