用于肉串穿串工序的间歇旋转工作台设计

程书斌



用于肉串穿串工序的间歇旋转工作台设计

程书斌1,2

（1.华侨大学 机电及自动化学院，福建 厦门 361021；2.漳州职业技术学院 电子工程系，福建 漳州 363000）

为改变肉串手工穿串，采用机械串穿作业。本文介绍穿串机器工作台部分，旋转工作台可设置多组模具，采用槽轮机构进行工作台多工位的旋转运动及其间歇停顿控制，以实现模具组在不同方位工作。为穿串工艺的改进提供一种可行的方案。

间歇机构；槽轮；设计

1 问题提出

肉串的传统加工工艺过程是：下料—配料—滚揉—穿串—速冻—包装。就加工过程整体而言，除了穿串，其它的加工工序基本都实现了机械化或自动化。而穿串仍然是人工完成，这种加工形式不卫生、不安全、生产效率不高。

2 解决方案

为改进肉串穿串工序，实现穿串工序过程自动化，这里提出采用回转式型腔模具实现物料的成型对中，配合插签动作以完成自动化穿串。回转式型腔模具有三个工位（如图1所示）：工位1（θ1状态），落料（模具截面处于水位方位，物料在重力作用下落料）；工位2（θ2状态），成型（模具型腔容积最小，物料对中便于插签穿串）；工位3（θ3状态），打开—脱模（模具开口向下，物料在重力作用下脱模）。本文设计搭载模具的间歇旋转工作台，以满足回转式型腔模具在落料、成型（插签）、脱模等工位能位于不同方位及停留足够的时间。

3 间歇旋转工作台的设计

3.1 间歇旋转工作台概况

间歇旋转工作台（如图2所示）搭载4组模具，分别处于上下左右四个方位，每组双排共15个模具，保证同组同时工作的模具数为14个，另一个待机或机外检修。工作台采用顺时针旋转。按旋转顺序模具组在上方位、右方位、下方位和左方位循环间歇停留。

分析一组模具在不同方位的状态。

上方位：落料、成型。右方位：插签，下排脱模，上排模具保持成型工位。下方位：本组模具没有动作，其他三组模具在相应的方位有动作。左方位：另一排模具此时处于下排，脱模。

图2 旋转工作台的结构图

图3 槽轮机构

为保证每个工位都有足够的停留时间，确定工作台在固定方位上停留时间为9s，旋转运动时间为3s。工作台的周期为48s，由于有四组模具同时工作，所以每12s可以完成14串肉串的加工。

3.2 控制机构设计

间歇运动是输入构件连续转动时，输出构件作周期性停歇间隔的运动。停歇是间歇运动的主要特点，停歇是机构中构件在一个周期性运动中的非运动状态。间歇运动机构的选型和设计应根据工艺要求、机械结构的组成和机构本身的运动特性进行。应考虑工艺操作时间和辅助操作时间的比例、运动和停歇精度，以及动力性能等因素，可归纳为：①停歇准确可靠性；②运动的平稳性；③可调节性；④结构尽可能简单及良好的工艺性。

基于以上考虑，选槽轮机构进行工作台多工位的旋转运动及其间歇停顿控制，实现了模具组在不同方位工作。

3.2.1 槽轮机构的基本形式和工作特点

槽轮机构（如图3）由带有均布的开口径向直线槽的槽轮和带有圆销的拨盘组成。拨盘连续转动，圆销进入轮槽驱动轮槽转动；当拨盘转过的角度为2槽轮相应转过的角度2后，拨盘上的圆销开始离开槽轮。拨盘继续转动2–2角期间，从动槽轮停歇。这样便实现了将主动拨盘的连续转动变换为从动槽轮的单向步进运动，即间歇运动。为保证圆销离开槽轮后槽轮的定位，在拨盘上固连一带缺口的圆盘——定位板，其半径与槽轮上两轮槽之间的圆弧轮廓，即定位弧的半径相同。为避免槽轮开始运动和停歇瞬间出现刚性冲击，拨盘上柱销中心的线速度应与轮槽中心线的方向一致。

3.2.2 基本运动参数

槽轮有均匀分布的径向槽，拨盘以角速度1作等速转动，当所拨盘转过的角度为2。与槽轮相应转过的角度2的关系为：

2+2=（1）

2=2/（2）

由式（1）和式（2）可得：

2=-2=-2/（3）

转臂转一周的时间=2/1，槽轮运动时间为f=2/1，槽轮停歇时间为d=(2-2)/1=-f，运行系数=f/为：

=f/=(2/1)/(2/1)=2/2=(-2/)/2=1/2-1/（4）

静止系数=d/为：

=d/=(-f)/=1-=1/2+1/（5）

它们分别说明转臂回转一周的时间内，槽轮的转位时间和静止时间所占的百分比。由上式可知，外槽轮机构中槽轮的静止系数总大于0.5，即槽轮的静止时间总大于运动时间。将=60/1代入（4）式、（5）式可得：

f=((-2)/)(30/1) （s）

d=((+2)/)(30/1) （s）

式中：1—转臂的转速（r/min）。

转臂的转速为：

1=((+2)/)(30/d) （r/min）

外槽轮的动停比为：

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

槽轮机构的基本运动参数见表1。

表1 槽轮机构的基本运动参数

3.2.3 几何尺寸参数计算

槽轮机构的中心距根据槽轮机构的应用场合来选定。槽轮槽数和转臂上圆销数目根据具体的工作要求确定。其它几何尺寸（参照图3）便可以相应算出。

主动转臂上锁止弧所对中心角应与槽轮在静止时的转臂转角相等，故

=2-2

锁止弧的半径0应为：

0=1––T

式中：1—拨盘上圆销中心的轨迹半径，—槽轮在槽口处的厚度，T—拨盘上圆销的半径。

槽轮的槽顶高为：

=sin(/)

外槽轮中其余尺寸间关系如下：

1=sin(/)

=1+–+T+

式中：1—拨盘上圆销中心的轨迹半径，—槽轮的槽深，T—拨盘上圆销的半径，—拨销与轮槽底部的径向间隙，根据结构大小决定，一般可选3~6mm。

拨盘的回转轴如果支承在槽轮的而侧面，则其轴颈1应满足下列条件：

1<2(–2)

槽轮的直径2应满足：

2<2(–1–T–)

根据工作需要，选定槽数=4、转臂上圆销数目=1和槽轮在槽口处的厚度＝5mm，=4mm，中心距=400mm和T=10mm。

利用上述公式，可以求得槽轮机构的其他几何参数，见表2。

表2 槽轮机构的几何尺寸参数

4 结论

槽轮机构具有结构简单、制造容易、工作可靠和机械效率高等特点。但槽轮机构在工作时，槽轮的角速度不是常数，在转位开始与终止时，均存在角加速度，从而产生冲击，并且它随速度的增加及槽轮槽数的减小而加剧，故一般不宜用于高速场合。本设计的转速不高，采用槽轮机构进行工作台多工位的旋转运动及其间歇停顿控制，实现了模具组在不同方位工作。为肉串穿串工艺机械化或自动化提供了一种可行的方案。

[1] 孙恒,陈作模,葛文杰.机械原理[M].北京:高等教育出版社, 2006.

[2] 张庆霞,王兴贵.虚拟样机技术在槽轮机构优化设计中的应用[J].中国制造业信息化, 2005(12): 36-38.

[3] 赵艳华,陈伟.放映机间歇机构的设计研究[J].现代机械,2003(4): 26-27.

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

（责任编辑：季平）

2011－01－08

程书斌（1979－），男，福建武夷山人，讲师，华侨大学在职研究生，研究方向：计算机辅助设计与制造。

TP271＋.2

A

1673-1417（2011）01-0013-04