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固态食品无菌灌装设备关键技术的研究

固态食品无菌灌装设备关键技术的研究

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作者：张丹静江南大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：空间向量凸轮连杆型线规划动态特性模态

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双道无菌砖包设备动态性能研究及结构优化

双道无菌砖包设备动态性能研究及结构优化

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作者：薛兵财江南大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：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

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