固态食品无菌灌装设备关键技术的研究

作     者：张丹静 

作者单位：江南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：石秀东

授予年度：2015年

学科分类：0832[工学-食品科学与工程（可授工学、农学学位）] 08[工学] 083201[工学-食品科学] 

主      题：空间向量 凸轮连杆 型线规划 动态特性 模态 

摘      要：无菌灌装设备的工作性能直接影响到包装产品的质量。目前,与国外先进技术相比,我国无菌包装机械的设计和制造水平都相对较低。为此,我们需要在现有技术的基础上,加快自主创新的步伐,提高国内包装设备的竞争力。本文针对无菌灌装设备,采用数学解析法对空间吸包机构进行运动学分析和机构优化,运用虚拟样机技术对压包机构的运动特性进行了分析,同时对凸轮型线进行了优化,本文还研究了热封摆臂的动态特性和凸轮的模态。本文所做的主要研究如下:1.对空间吸包机构进行研究。在空间向量的理论基础上,采用数学解析的方法,建立了吸包机构的运动学数学模型,并用MATLAB绘制了相应的运动规律曲线。研究了杆EF的长度对吸包头运动规律的影响,从分析结果可以看出,一定程度上可以通过调节杆EF的长度来优化运动规律曲线。同时研究了杆EF和杆NO E的长度与吸包头转角的关系,结果表明,当改变连杆NO E的长度时,总转角变化比较明显,而连杆EF长度变化对总转角影响甚小,对初始角和终止角影响相对比较明显。因此,在装配过程中,可通过调节连杆NO E和连杆EF的长度来获得合适的吸包头转角,使得吸包机构能够准确地实现其功能。2.对压包机构的运动特性和凸轮型线进行分析和优化。通过分析压包机构的自由度得出压包头的运动与凸轮型线为一一对应的关系。采用五次多项式来规划压包头的运动,在ADAMS中对凸轮型线进行反求;求解出每一组试验下凸轮型线的压力角,并在UG中观察型线的曲率变化情况,最终选取出最优凸轮型线;对比不同时间规划下的凸轮型线的运动学特性,观察其变化规律;通过对比优化前后凸轮的运动规律曲线,得出优化后的凸轮型线运动过程更为平稳和精确的结论。3.对热封机构凸轮摆臂进行动力学特性研究。以热封凸轮摆臂和滚子为对象,通过有限元手段进行动力学有限元分析,分析结果表明热封凸轮摆臂与销轴连接处比较薄弱,需要对这部分进行加强处理。考虑增加热封摆臂的宽度,尤其是中间与销轴连接部分的宽度,同时去除热封凸轮摆臂中间部分的一些材料,不影响结构强度的前提下,减轻整个结构的重量。改进后的结构强度满足使用要求,整个结构更加轻巧,便于安装、搬运和维修。4.对凸轮模态进行研究。利用有限元软件ABAQUS对凸轮进行了自由模态和约束模态的分析,获得了凸轮在两种状态下的模态频率和模态振型,并对凸轮自由模态和约束模态的振型结果进行了详细的分析评价,对分析结构在未知外界激励的状况下具有重要的参考价值。