组合式U型锅体振幅运动机构的设计

0 引 言

    目前，饮品和制药业对产品品质和需求飞速变化，推动了相应的先进加工机械的大力发展[1]。组合式 U 型锅体结构越来越多地被应用到药材和饮品中，如茶叶的整形加工。U 型锅体被加热后，往复运动，对放入其内的物料进行抛转、摩擦、挤压，促使物料发生一定的化学和物理变化，达到物料条索紧直、滋味香醇的效果[2]。在这些 工艺的实施过程中，决定物料品质的主要因素除了锅体的形状、锅体受热温度，还与物料在锅体中的运动方式密切相关。现有锅体运动主要采用油槽滑轨方式或轴承 导轨方式，工作过程中，锅体运动轨迹为单方向上往复运动，使得物料在锅内沿锅体内壁滑动，在高速时，也会产生一定的翻转，但幅度很小，对物料的翻炒作用有 限，无法进一步提升物料成形效果和品质。

    该文介绍了一种能够更好实现物料加工的新型传动机构。采用电磁调速电机带动偏心装置旋转，偏心装置与连杆连接，连杆另一端铰接锅体上，驱动锅体作往复振幅 摆动，通过调节电磁调速电机速度可以调节锅体的摆动频率，进而调节锅内物料的翻转情况。锅体自身做 2 个方向上的圆弧运动，带动锅内的物料抛转、摩擦、挤压，加工出物料成形效果更好，滋味更醇香。

1 结构分析

    该文介绍的振幅运动机构如图1 所示，包括支撑座 1 以及与支承座 1 铰接的摆杆 2，摆杆 2 的另一端铰接在U 型锅体 3 上，U 型锅体 3 同时铰接在杆 4 的一端，连杆 4 的另一端铰接在偏心轮 5 上，偏心轮 5 中心与连接座 6 同轴铰接在一起，偏心装置 5 传动连接有动力驱动系统。工作时，偏心装置 5在动力系统的作用下旋转，驱动连杆 4 运动，连杆4带动摆杆 2 上铰接点，由于摆杆 2 下端铰接固定，所以只能绕下端摆动，固定在摆杆 2 另一端的U型锅体在连杆 4 和摆杆 2 的共同作用下做二维弧线运动。

2 运动学分析[3]

    将摆杆机构简化成运动学模型，如图 2 所示。

    整个摆杆机构可简化为一四连杆机构，O 点为固定点，OB 作为驱动杆，以角速度 ω 绕 O 点旋转，摆杆 OB 与连杆 AB 在 B 点铰接，OB 杆带动连杆AB运动，连杆 AB 与摆杆 AC 在 A 点铰接，C 点固定，连杆AB带动摆杆 AC 运动，交接点 A 就产生y向和 z 向的位移、速度和加速度，多槽锅位于机构的A点[5]。

2.1 模型结构运动位移分析[6]

    对模型中结构进行分析，建立机构位移的矢量方程如下：

    由 α=ωt，可得到 XA和 YA相对于杆 OB 转动角速度 ω 和时间 t 的函数