用于肉串穿串工序的間歇旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)

程書斌

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用于肉串穿串工序的間歇旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)

程書斌1,2

（1.華僑大學(xué) 機(jī)電及自動(dòng)化學(xué)院，福建 廈門 361021；2.漳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 電子工程系，福建 漳州 363000）

為改變?nèi)獯止ご┐?，采用機(jī)械串穿作業(yè)。本文介紹穿串機(jī)器工作臺(tái)部分，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)可設(shè)置多組模具，采用槽輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作臺(tái)多工位的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及其間歇停頓控制，以實(shí)現(xiàn)模具組在不同方位工作。為穿串工藝的改進(jìn)提供一種可行的方案。

間歇機(jī)構(gòu)；槽輪；設(shè)計(jì)

1 問題提出

肉串的傳統(tǒng)加工工藝過程是：下料—配料—滾揉—穿串—速凍—包裝。就加工過程整體而言，除了穿串，其它的加工工序基本都實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化或自動(dòng)化。而穿串仍然是人工完成，這種加工形式不衛(wèi)生、不安全、生產(chǎn)效率不高。

2 解決方案

為改進(jìn)肉串穿串工序，實(shí)現(xiàn)穿串工序過程自動(dòng)化，這里提出采用回轉(zhuǎn)式型腔模具實(shí)現(xiàn)物料的成型對(duì)中，配合插簽動(dòng)作以完成自動(dòng)化穿串?；剞D(zhuǎn)式型腔模具有三個(gè)工位（如圖1所示）：工位1（θ1狀態(tài)），落料（模具截面處于水位方位，物料在重力作用下落料）；工位2（θ2狀態(tài)），成型（模具型腔容積最小，物料對(duì)中便于插簽穿串）；工位3（θ3狀態(tài)），打開—脫模（模具開口向下，物料在重力作用下脫模）。本文設(shè)計(jì)搭載模具的間歇旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，以滿足回轉(zhuǎn)式型腔模具在落料、成型（插簽）、脫模等工位能位于不同方位及停留足夠的時(shí)間。

3 間歇旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)

3.1 間歇旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)概況

間歇旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)（如圖2所示）搭載4組模具，分別處于上下左右四個(gè)方位，每組雙排共15個(gè)模具，保證同組同時(shí)工作的模具數(shù)為14個(gè)，另一個(gè)待機(jī)或機(jī)外檢修。工作臺(tái)采用順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。按旋轉(zhuǎn)順序模具組在上方位、右方位、下方位和左方位循環(huán)間歇停留。

分析一組模具在不同方位的狀態(tài)。

上方位：落料、成型。右方位：插簽，下排脫模，上排模具保持成型工位。下方位：本組模具沒有動(dòng)作，其他三組模具在相應(yīng)的方位有動(dòng)作。左方位：另一排模具此時(shí)處于下排，脫模。

圖2 旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)圖

圖3 槽輪機(jī)構(gòu)

為保證每個(gè)工位都有足夠的停留時(shí)間，確定工作臺(tái)在固定方位上停留時(shí)間為9s，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)間為3s。工作臺(tái)的周期為48s，由于有四組模具同時(shí)工作，所以每12s可以完成14串肉串的加工。

3.2 控制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

間歇運(yùn)動(dòng)是輸入構(gòu)件連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，輸出構(gòu)件作周期性停歇間隔的運(yùn)動(dòng)。停歇是間歇運(yùn)動(dòng)的主要特點(diǎn)，停歇是機(jī)構(gòu)中構(gòu)件在一個(gè)周期性運(yùn)動(dòng)中的非運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的選型和設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工藝要求、機(jī)械結(jié)構(gòu)的組成和機(jī)構(gòu)本身的運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行。應(yīng)考慮工藝操作時(shí)間和輔助操作時(shí)間的比例、運(yùn)動(dòng)和停歇精度，以及動(dòng)力性能等因素，可歸納為：①停歇準(zhǔn)確可靠性；②運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性；③可調(diào)節(jié)性；④結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)單及良好的工藝性。

基于以上考慮，選槽輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作臺(tái)多工位的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及其間歇停頓控制，實(shí)現(xiàn)了模具組在不同方位工作。

3.2.1 槽輪機(jī)構(gòu)的基本形式和工作特點(diǎn)

槽輪機(jī)構(gòu)（如圖3）由帶有均布的開口徑向直線槽的槽輪和帶有圓銷的撥盤組成。撥盤連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，圓銷進(jìn)入輪槽驅(qū)動(dòng)輪槽轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)撥盤轉(zhuǎn)過的角度為2槽輪相應(yīng)轉(zhuǎn)過的角度2后，撥盤上的圓銷開始離開槽輪。撥盤繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)2–2角期間，從動(dòng)槽輪停歇。這樣便實(shí)現(xiàn)了將主動(dòng)撥盤的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)變換為從動(dòng)槽輪的單向步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，即間歇運(yùn)動(dòng)。為保證圓銷離開槽輪后槽輪的定位，在撥盤上固連一帶缺口的圓盤——定位板，其半徑與槽輪上兩輪槽之間的圓弧輪廓，即定位弧的半徑相同。為避免槽輪開始運(yùn)動(dòng)和停歇瞬間出現(xiàn)剛性沖擊，撥盤上柱銷中心的線速度應(yīng)與輪槽中心線的方向一致。

3.2.2 基本運(yùn)動(dòng)參數(shù)

槽輪有均勻分布的徑向槽，撥盤以角速度1作等速轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)所撥盤轉(zhuǎn)過的角度為2。與槽輪相應(yīng)轉(zhuǎn)過的角度2的關(guān)系為：

2+2=（1）

2=2/（2）

由式（1）和式（2）可得：

2=-2=-2/（3）

轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)一周的時(shí)間=2/1，槽輪運(yùn)動(dòng)時(shí)間為f=2/1，槽輪停歇時(shí)間為d=(2-2)/1=-f，運(yùn)行系數(shù)=f/為：

=f/=(2/1)/(2/1)=2/2=(-2/)/2=1/2-1/（4）

靜止系數(shù)=d/為：

=d/=(-f)/=1-=1/2+1/（5）

它們分別說明轉(zhuǎn)臂回轉(zhuǎn)一周的時(shí)間內(nèi)，槽輪的轉(zhuǎn)位時(shí)間和靜止時(shí)間所占的百分比。由上式可知，外槽輪機(jī)構(gòu)中槽輪的靜止系數(shù)總大于0.5，即槽輪的靜止時(shí)間總大于運(yùn)動(dòng)時(shí)間。將=60/1代入（4）式、（5）式可得：

f=((-2)/)(30/1) （s）

d=((+2)/)(30/1) （s）

式中：1—轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)速（r/min）。

轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)速為：

1=((+2)/)(30/d) （r/min）

外槽輪的動(dòng)停比為：

=f/d=1-4/(+2)

槽輪機(jī)構(gòu)的基本運(yùn)動(dòng)參數(shù)見表1。

表1 槽輪機(jī)構(gòu)的基本運(yùn)動(dòng)參數(shù)

3.2.3 幾何尺寸參數(shù)計(jì)算

槽輪機(jī)構(gòu)的中心距根據(jù)槽輪機(jī)構(gòu)的應(yīng)用場(chǎng)合來選定。槽輪槽數(shù)和轉(zhuǎn)臂上圓銷數(shù)目根據(jù)具體的工作要求確定。其它幾何尺寸（參照?qǐng)D3）便可以相應(yīng)算出。

主動(dòng)轉(zhuǎn)臂上鎖止弧所對(duì)中心角應(yīng)與槽輪在靜止時(shí)的轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)角相等，故

=2-2

鎖止弧的半徑0應(yīng)為：

0=1––T

式中：1—撥盤上圓銷中心的軌跡半徑，—槽輪在槽口處的厚度，T—撥盤上圓銷的半徑。

槽輪的槽頂高為：

=sin(/)

外槽輪中其余尺寸間關(guān)系如下：

1=sin(/)

=1+–+T+

式中：1—撥盤上圓銷中心的軌跡半徑，—槽輪的槽深，T—撥盤上圓銷的半徑，—撥銷與輪槽底部的徑向間隙，根據(jù)結(jié)構(gòu)大小決定，一般可選3~6mm。

撥盤的回轉(zhuǎn)軸如果支承在槽輪的而側(cè)面，則其軸頸1應(yīng)滿足下列條件：

1<2(–2)

槽輪的直徑2應(yīng)滿足：

2<2(–1–T–)

根據(jù)工作需要，選定槽數(shù)=4、轉(zhuǎn)臂上圓銷數(shù)目=1和槽輪在槽口處的厚度＝5mm，=4mm，中心距=400mm和T=10mm。

利用上述公式，可以求得槽輪機(jī)構(gòu)的其他幾何參數(shù)，見表2。

表2 槽輪機(jī)構(gòu)的幾何尺寸參數(shù)

4 結(jié)論

槽輪機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造容易、工作可靠和機(jī)械效率高等特點(diǎn)。但槽輪機(jī)構(gòu)在工作時(shí)，槽輪的角速度不是常數(shù)，在轉(zhuǎn)位開始與終止時(shí)，均存在角加速度，從而產(chǎn)生沖擊，并且它隨速度的增加及槽輪槽數(shù)的減小而加劇，故一般不宜用于高速場(chǎng)合。本設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速不高，采用槽輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行工作臺(tái)多工位的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)及其間歇停頓控制，實(shí)現(xiàn)了模具組在不同方位工作。為肉串穿串工藝機(jī)械化或自動(dòng)化提供了一種可行的方案。

[1] 孫恒,陳作模,葛文杰.機(jī)械原理[M].北京:高等教育出版社, 2006.

[2] 張慶霞,王興貴.虛擬樣機(jī)技術(shù)在槽輪機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].中國(guó)制造業(yè)信息化, 2005(12): 36-38.

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The Design of Intermittent Rotary Worktable Used For Skewering

CHENG Shu-bin1,2

(1.Electromechanical and automation institute, Huaqiao University , Xiamen, Fujian,361021, China;2.Electronic engineering department, Zhangzhou Institute of Technology, Zhangzhou, Fujian, 363000, China)

It introduces skewering process by machine instead of by hand. This article mainly introduces the worktable of skewer machine. Rotary worktable can install multiple group mould. Using sheave wheel mechanism for multistage motion and intermittent pause of the rotary worktable, the mould group can work in different directions. And it can provide workable program for the improvement of skewering workmanship.

intermittent pause mechanism; sheave wheel; design

（責(zé)任編輯：季平）

2011－01－08

程書斌（1979－），男，福建武夷山人，講師，華僑大學(xué)在職研究生，研究方向：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造。

TP271＋.2

A

1673-1417（2011）01-0013-04