双道无菌砖包设备动态性能研究及结构优化

作     者：薛兵财 

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：2014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：动力学有限元法 组合优化策略 型线规划 反求理论 动态特性 

摘      要：近些年，无菌砖包食品越来越受到消费者的青睐，然而由于国外跨国公司对高速无菌砖包技术的垄断和国内该技术的研究不足，致使了国内无菌砖包食品价格居高不下，制约了我国无菌砖包产业的健康发展。 本文针对双道无菌砖包设备，重点研究了热封机构的动态特性、真空吸包机构的动态特性以及机架和凸轮轴的动态特性。 首先对设备的热封机构进行了动力学有限元分析，发现了热封机构主动销轴、被动销轴、主动轴段1和被动轴段1均存在结构强度问题，通过MIGA与NLPQL组合优化策略对热封机构存在问题的销轴及轴段进行组合优化设计，获得了最优热封机构模型参数，使得热封机构的结构强度和可靠性有很大的提高。同时设计了碟簧缓冲机构，缓和热封机构的冲击。 其次对真空吸包机构进行了运动学研究，在ADAMS软件中，结合反求理论和型线规划理论，以五次多项式曲线规划吸包头的运动历程，来实现对凸轮型线的逆解;通过系列实验，以反求后凸轮型线的压力角和曲率半径参数作为评价指标，选择了本课题最优凸轮型线，并对实验中各凸轮型线的运动学特性做了规律研究;文中还对优化前后凸轮型线进行了运动学上的对比分析，得出优化后的凸轮型线运动过程更为平稳、运动更为精确的结论。 随后基于虚拟样机对吸包头的转角特性进行了探讨，揭示了吸包头初始角和终止角与真空吸包机构的连杆5和连杆6之间的相互关系，发现在进行设备装配时，先调整连杆5的长度，获得合适总转角，再微调连杆6获得设计要求的初始角和终止角。该研究可以实现科学装配，杜绝装配过程的盲目性。 最后对设备的机架和凸轮轴进行了动态研究，在模态理论的基础之上对机架的振动特性做了详细的研究，得到了机架、钢板1、钢板2以及组合体的各阶模态振型和固有圆频率，通过与工作频率对比发现均远离工作频率，不会发生共振;同时结合ADAMS对两凸轮轴和机架支座进行了结构受力分析，获得了受力参数，随后将数据加载到模型并进行有限元受力分析，分析中发现机架的板2在工作中存在隐患，并通过增加支撑梁的方法对危险部位进行了结构加强处理，而两传动轴的分析结果表明传动轴不存在结构强度不足问题。