米线切割机翻转机构的设计与改进

　　摘要: 以给某米线生产企业研制的一台米线切割机为研究对象，介绍了米线切割机的组成及工作原理。针对米线切割 机上料总成中存在的晃动过大、发生错杆、掉杆、部分零部件磨损严重等问题，对其翻转机构进行改进设计，并利用 Adams软件对其运动轨迹进行模拟仿真，有效减少了运动中的刚性冲击，再通过 SolidWorks 软件对改进前后的翻转机构进 行三维建模并利用 Simulation 插件进行静力学分析。有限元分析结果表明改进后的机构在很大程度上增加了机构运动的平 稳性，更好地实现送料总成有序、不间断地稳定送料，实现了米线切割机连续稳定地作业。

　　关键词: 翻转机构; 运动仿真; 静力分析; 结构改进

　　0 前言

　　切割机在食品生产、加工中应用十分广泛，可以 对各种块状、条状、片状食品进行切割。目前对于条 状食品的切割有粉丝切割机、面条切割机、米线切割 机等等，将长条状的粉丝、米线、面条切割成短短的 一扎，从而方便了食品的包装、销售。但是，单就从 米线的生产过程中，这些米线的切割还并未实现自动 化生产。

　　这些米线的切割是以人工为主，机器辅助， 即工人手工从烘干架上取下几杆米线，然后抱到切割 机上辅助切割。在这种环境下，工人的体力劳动强度 高而且工作风险也比较大。 米线切割机正是用来解放人力，用机器来替代人 工自动执行将烘干后的米线输送到切割刀片附近并完 成切割，再自动送出进行包装，从而减少了人力以及工作风险，实现全自动加工。而原有的米线切割机送 料总成在运行过程中存在晃动问题，导致气缸、旋转 轴等零部件磨损严重，甚至发生错杆、掉杆等情况。 且由于其动作频繁，导致送料总成成为了米线切割机 中故障率最高的工位。

　　为了保障设备的正常运行，降 低设备的故障率，在原来送料总成的基础上，对机构 进行改进，设计了一种新型的送料总成翻转机构，通 过 SolidWorks 软 件 对 设 备 进 行 三 维 建 模 并 分 析、 Adams软件对改进机构简图进行模拟仿真，得到了翻 转机构工作速度、加速度等数据，并对设备的运动状 态进行拟合，解决了错杆、掉杆的问题。

　　1 米线切割机的工作原理

　　以给某米线生产企业研制的一台米线切割机为研 究对象，采用模块化设计思想进行设计[1]，其主要由切割总成、工作总成、送料总成及相关附件装置组成。切割总成包括两部 分组成，一部分为: 三相异步电机提供动力，通过 V 带传动从而带动装有五片锯片的转轴转动; 另一部分为: 伺服电机提供动力驱动滚珠丝杠，在直线导轨的 导向作用下实现切割平台的往复直线运动。

　　工作总成 主要分有牵引机构、主压机构、副压机构、出料输送 机构四部分，牵引机构是伺服电机通过减速器减速、 同步带传动，拉动牵引手臂沿着直线导轨直线往复运 动; 主压机构和副压机构都是气缸作为动力源，利用 直线轴承的导向作用实现往复直线运动带动固定有海 绵的尼龙板完成压紧与松开的动作; 出料输送机构由 电机带动滚筒来实现传送带的载物传送。

　　送料总成由 传送系统、闸门机构、取料机构以及翻转机构组成， 传送系统由步进电机通过链传动从而带动米线杆的输 送; 闸门机构上安装有计数装置，当数目达到要求， 由气缸通过 Y 接头连接带有锥度的钢轴完成隔离作 用; 翻转机构是由气缸作用于焊接在旋转轴中间的铁 柄完成翻转动作，位于翻转板顶端两侧通过螺纹连接 有取料机构，取料机构是由气缸作用于取料勾并通过 直线滑轨的导向作用实现其功能。工作时，搭载有米线的米线杆通过链条将数杆米 线送到闸门机构附近，由计数装置数三杆，闸门机构 关闭。

　　翻板机构通过翻转带动取料机构到达固定位 置，由取料机构进行取料，再由翻转机构将取完的三 杆米线送入工作总成上牵引机构的牵引手臂里，牵引 手臂拉动米线到达给定位置后主压机构和副压机构完 成将米线压紧的动作。然后三相异步电机带动锯片转 轴转动，再由伺服电机驱动滚珠丝杠实现切割平台的 往复运动从而完成切割。完成切割后，出料输送机构将 切好后的米线输送到捆扎口进行打包，如此循环动作。

　　2 翻转机构的改进

　　2. 1 翻转机构的第一次改进

　　翻转板与旋转轴为一个整体，旋转轴中间焊接有一根铁柄，旋转轴 与底座之间为转动副连接。气缸推出和拉回的往复直 线运动通过作用于铁柄实现翻板由竖直位置翻转到水 平位置。由于零件安装的预留空间有限，气缸作用的 铁柄较短，而翻转板尺寸相对较大，且翻转板在受不 均衡重载条件下往复翻转，故翻转板在绕轴翻转过程 中会产生一定幅度的晃动，从而带动位于翻转板顶部 的取料机构存在一定程度的晃动。

　　由此造成的后果: ( 1) 送料总成的安全性下降，会发生错杆、掉杆等 情况; ( 2) 加速了零部件的磨损，例如轴承的损坏， 气缸在晃动过程中加速磨损。针对这些问题，对原机 构进行了第一次改进[2-3]，遵循减少成本的原则，并 未对原机构的运动状态进行改动，而是气缸的作用点 改变，使原来由费力杠杆改为省力结构。

　　第一次改进的翻转机构仍采用气缸作为动力源， 由于力的作用点发生改变，考虑零件安装的空间限 制，气缸的行程由原来的 300 mm 调整为 1 000 mm， 在翻转过程中也很好地解决了翻板在转动过程中的晃 动。但是由于气缸在推出的最大位置时整体长度大于 2 000 mm，因自重和运动，气缸整体会弯曲变形并产 生震动，故加速气缸活塞杆的疲劳断裂以及活塞的磨 损[4]，导致机器不能长期稳定运行。针对这些亟需解 决的问题，再次对翻转机构进行改进，并保证原有的 功能。

　　2. 2 新翻转机构

　　2. 2. 1 新翻转机构结构

　　新翻转机构整体采用演化的平面四连杆机构[5]， 并且用伺服电机作为驱动力[6]，从根本上消除了因气 缸磨损而出现故障以及翻转板受不平衡载荷晃动造成 错杆、掉杆，增加了米线切割机运行的平稳性，延长 其使用寿命。伺服电机通过减 速器将动力传给主动轴，主动轴与从动轴由链条进行 传动[7]。

　　链条端部的链节经过去除滚子和套筒而将销 轴与连接块的孔配合形成一个封闭的链条。在原有翻转板两侧安装了两个带有轨道槽的铁板，一根阶梯轴 穿过轨道槽，两端分别与链条上连接块的孔配合。故 实现了链条带动连接块和阶梯轴沿着斜面上下平动， 也就带动了翻转机构的翻转。为了减少阶梯轴在运动 过程中与轨道槽的滑动摩擦，特意在轴上装有轴承， 再用螺钉锁紧挡圈限制轴承沿轴向窜动，避免了滑动 摩擦造成的零部件磨损[8]。

　　2. 2. 2 新翻转机构的理论计算

　　已知翻转板的工作状态: 初始在与水平面夹角为 99°的位置，取料后向下翻转到与水平面夹角为 9°的 位置送料; 送完料后再翻转到初始位置。

　　3 翻转板的有限元分析

　　在整个翻转机构中，翻转板承载着取料机构、物料和自身重力在外力推动下实现精确取料和送料，有较大的应力集中和形变。针对改进前后的翻转板利用 SolidWorks 软件 Simulation 插件对改进前后的翻转板 建立模型进行静力学分析[11-12]。

　　机械论文投稿刊物：《机床与液压》(MachineTool&Hydraulics)杂志创刊于1973年，由中国科学技术协会主管，中国机械工程学会、广州机械科学研究院联合主办的全国性科技刊物，面向国内外公开发行，国内统一刊号：CN44-1259/TH，国际标准刊号：ISSN1001-3881，邮发代号：46-40，国外代号：BM550，国内外公开发行，2004年从双月刊变更为月刊，2010年从月刊变更为半月刊。

　　4 结论

　　以全自动米线切割机的翻转机构为研究对象，针对原始翻转机构工作过程中运行晃动、错杆、掉杆等 问题，进行了改进设计。在改进过程中，不断改进机 构运动方式，最终采用了演化四连杆机构。然后再针 对翻转机构在运动过程城中出现的刚性冲击，利用 Adams 软件进行运动仿真，再通过控制伺服电机对其 运动进行相近拟合，有效地减少了运动过程中冲击、 振动。

　　最后利用 SolidWorks 软件 Simulation 插件对改 进前后的翻转板进行静力学分析，有限元分析结果表 明: 翻转板原始结构在结构改进前后位移都很大程度 减小，增加了机构运动的平稳性。通过对全自动米线 切割机翻转机构的改进，翻转机构工作过程中运行晃 动、错杆、掉杆等问题得到了很好的解决，更好地实 现了送料总成有序、不间断地稳定送料，实现了全自 动米线切割机连续稳定作业。

　　参考文献:

　　[1]马力，张志，朱钒，等.液压拉深机模块化设计方法研究 [J].机床与液压，2000( 4) : 70-71.

　　[2]卢圣春.塑料件样品模具结构改进设计[J].机床与液压，2010，38( 18) : 102-103.

　　[3]林娟颖，刘晓颖，蔡伯阳，等.动梁式龙门铣床传动部件 基座结构改进设计[J].机械设计与研究，2017，33( 5) : 197-199.

　　作者：朱家诚，魏泽旭，方明进，王亚东

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