1. 研究目的与意义
肉质检测的项目通常有肉新鲜度检测，药物残留检测，微生物检测，肉质等级检测等。本肉类自动检测机器的检测项目是药物残留检测。
禽畜的疾病难以避免，蓄养过程中常常要使用疫苗或者药物。虽然在保证畜牧业的稳定生产方面起了很大作用，但一些药物在使用后会残留在动物体内一段时间，甚至一直存在。酶联免疫分析技术(enymelinkedimmunosorbentassay，ELISA)便是一项应用很广的肉类药物残留检测技术。常见的药物残留有链霉素、氯霉素、四环素族、泰乐菌素、恩诺沙星等近二十种常用药物，相对应的酶联免疫试剂也多达几十种。因此对某一批生肉进行药物残留检测时，常常需要十几种乃至更多种类的酶联免疫试剂测试。
由于进行药物残留检测时常常需要进行几十种药物的酶联免疫试剂测试，如果全以人工进行，无疑会使得检测成本大大上升。所以，检测过程的自动化乃是大势所趋。
2. 课题关键问题和重难点
二、课题关键问题及难点：
（1）装刀臂上要求装至少24个刀头，因而如何实现24个刀头同时平稳的高速转动是本课题一大难点；
（2）因为每个试管内放置的被检测的肉样品只有2克左右，考虑到试管的直径，刀头的尺寸较小。为了达到足够的绞碎效果，需要对对刀头的特别设计；
3. 国内外研究现状（文献综述）
多轴同动铰刀臂是肉类自动检测机器上的一个部件。其主要功能是将试管中的肉样品绞碎，然后带走滤网，并在清洗池中清洗刀头。
李秀婷等在[1]《动物源性食品中药物残留的快速检测技术研究进展》中阐述了动物源性食品中药物残留的状况以及当前快速检测技术的发展。目前常用的动物源性食品中药物残留的快速检测技术有：（1）免疫学技术；（2）生物传感器技术；（3）高效薄层色谱技术[2]。
免疫学技术主要是基于抗原抗体特异性识别并发生结合反应的分析检测技术，主要包括放射免疫技术（radioimmunoassay，RIA）、荧光免疫技术(fluoresence immunoassay，FIA)及酶免疫技术等，其中最常用的是以抗原或抗体的固相化及其酶标记为基础的酶联免疫技术(enymelinked immunosorbent assay，ELISA)，其具有特异性强、灵敏度高、方便快速等优点。
本课题采用的检测技术便是免疫学技术中的酶联免疫技术。
将酶免分析检测的过程自动化可以很大的提高监测效率。朱圣领[3]提出了一种自动酶免分析仪的加样模块的设计。作者对悬臂的受力形变进行了分析，以检验悬臂受重力影响，会不会在取或者加血样和试剂时，产生误差。这点对于本课题设计有很大的借鉴意义。
铰刀臂需要装24把铰刀，实现24刀的传动是个关键问题。戴蕴久[4]在《曲柄摇板传动多头钻》中提出了一种多刀头同时转动的方案。如图1所示，
1-钻体；2、8、9-铜套；3、19、20-螺钉；4-钻盖；5-被动偏心轴；
6-传动摇板；7-主动偏心轴；10-钻卡头；11、13-销子；12-连接柄
14、15-加油孔；16-油标；17-放油孔；18-油封
图1 多头钻示意图
当主动偏心轴7转动时，传动摇板6就随着摆动(平动)，于是就将五个被动偏心轴5同时都摇转了，即为我们所需的五个主轴，它们的转速、转向与钻床主轴的转速、转向完全相同。这种设计需要较好的润滑效果。铜套2、8的外圆配有拜形蓄油槽，槽内装有棉线绳，润滑油通过铜套上的油孔渗入内壁油槽内进行润滑，传动摇饭与被动偏心轴5采用飞溅式润滑;铜套9与被动偏心轴5，配合面的润滑是在铜套内壁上开有三道上开下闭的油槽，利用钻体内渗下来的油进行润滑。
林章源[5]就曲柄摇板传动提出了一个详细、使用的传动设计。如图2所示，
1-动力头输出轴；2-偏心轮；3-拐板；
4-拐销；5-钻杆
图2 曲柄摇板传动原理图
铰刀头设计方面，因为自动酶免分析仪刀头要在试管中把肉绞碎，这使得铰刀的直径很小，同时还要保证绞肉过程中产生的热量对监测不会产生影响。童宝宏等[6]在《影响绞肉机工作品质的产品设计因素分析》中分别从驱动机构设计、供料机构设计、切割机构设计和通风散热结构设计等方面入手，分析目前的设计特点及其对绞肉机工作品质的影响情况。童宝宏认为绞肉机的十字刀片作旋转运动，相同条件下，刀刃离旋转中心点越远，绞肉线速度越快，则所产生的热量也越大，因此绞肉的线速度不能很高。另外，在刀片转速一定的情况下，刀片前角大，切割肉所需的力和切割肉所产生的热都小。但当前角很大时，因刀具散热体积小会使切割肉时所产生的温度不能很快冷却。合理设计刀刃后角，一方面可以减小后刀面与格板表面的摩擦，另一方面可以在前角不变的情况下，增大后角能使刀刃锋利，降低在绞肉过程中肉料的变形能和产生的热量。
胡阳[7]等认为，金属刀头表面参数如粗糙度对肉制品加工质量有很大影响。例如由于表面粗糙度不同，绞肉时产生的热量也会有很大的不同。
豆浆机的设计与课题所需要的绞肉部分的设计有相似之处。吴风丽[8]在《QYYXZ型豆浆机的创新设计》中简述了传统豆浆机原理，并在此基础上对其进行了一些创新和改进。传统豆浆机整机由机头、电动粉碎部件和过滤装浆部件等三部分组成。电动粉碎部件由单相交流串激式电机和粉碎刀组成。电机安装在机座内转轴伸出外部，末端装有s形不锈钢粉碎刀，刀刃呈锯齿状，便于破碎豆子。刀片如图3所示。吴凤丽运用精确合理的涡流力学原理设计出X型强力旋风刀片，并且同时使用三个这样的刀片以增强绞碎效果。
王观等[10]认为，刀具倾角α较大时，其打击力较大，切向力较小，制作豆浆时，豆渣率小，豆渣的粒度、硬度小，从而导致豆浆中更多营养物质混入到豆渣中，使得豆浆中蛋白质、游离氨基酸、总糖、脂肪含量少，黏度大；轴向力较大时，其对物料的搅拌更均匀，温度分布的均匀性较好。
刀头的安装也是一个关键，因为刀头密集排列，所以装刀机构不能过大。商顺德、黄昆[11]在《钻、铣削主轴刀具夹紧方式及自动松拉刀系统》一文中介绍了几种应用于小功率金属切削钻、铣削电主轴内的刀具夹紧方式及自动松拉刀系统。手动夹紧方式一般采用螺母压紧式弹簧夹头或夹头自带螺纹式夹紧方式，如采用ER系列夹头等。其优点是电主轴结构简单，制造容易，夹紧可靠。关于自动松拉刀系统作者说明了工作原理及结构形式，包括自动夹紧机构、松刀气缸、关键零件（夹头、碟形弹簧）。最后，作者介绍了自动松拉刀系统使用中常出现的两种故障及解决办法，包括掉刀，和夹头打不开。
《弹簧夹头图集》12一文中给出了23中弹簧夹头的结构示意图，包括向固定式弹簧夹头、向移动式弹簧夹头、间锥套式弹簧夹头等。对装刀设计有很多有价值的借鉴之处。
还有就是关于滤网的装卸，使用电磁铁装置可以使得滤网的装卸设计变得简单一些。丁玉红[13]在《一种小型直流电磁铁的结构设计》中从电磁铁结构形式的选择、磁极形状的选择、铁心的设计、线圈的设计、控制部分的设计等方面介绍了一种小型直流电磁铁的结构设计方法,提出了一种电磁铁设计新思路。其设计的优点是减小了产品体积、增大了电磁铁初始吸力、降低了线圈温升。
参考文献
[1]李秀婷,孙宝国,吕跃钢,宋焕禄,宋红霞.动物源性食品中药物残留的快速检测技术研究进展[J].食品科学,2012,34:288-289.
[2]韩立,张跃京,李华岑,宋善道,班付国.薄层色谱技术在中兽药分折与检测中的应用[J].河南畜牧兽医(综合版),2009,07:11-12.
[3]朱圣领.全自动酶免分析仪的工作机理及关键技术的研究[D]. 苏州：苏州大学硕士学士论文,2013.
[4]戴蕴久.曲柄摇板传动多头钻[J]. 机械工人.冷加工,1979,03:23-25.
[5]林章源.双拐板传动24轴多头钻床[J]. 造船技术,1978,05:45-48.
[6]童宝宏,许正华,宋斌,刘元倩,孙军.影响绞肉机工作品质的产品设计因素分析[J].食品与机械,2012,01:112-114
[7]胡阳,李思廷.肉制品的加工工艺及加工中的关键控制点[J].农业工程技术(农产品加工),2012,6:38-42.
[8]吴风丽. QYYXZ型豆浆机的创新设计[D]. 山东：山东大学硕士学士论文,2005.
[9]王观,赵莉君,熊善柏,李前荣,吴明川,赵思明.豆浆机刀具结构及其力学效应对豆浆品质的影响[J].食品科学,2011,07:162-167.
[10]商顺德,黄昆.钻铣削主轴刀具夹紧方式及自动松拉刀系统[J].现代零部件,2005(12)32(4):152-154.
[11]丁玉红.一种小型直流电磁铁的结构设计[J].机电元件,2008,04:34-36.
4. 研究方案
工作台总体布局：工作台面的布局
图4 工作台面布局
如图所示，刀臂人工装载刀头完成后，移动到样本位2上将肉样绞碎，到卸网位置3上脱卸掉过滤网，再到洗刀位1将用过的刀头清洗干净，回归0位，等待下一次动作。
硬件设计方案：
图5 总体设计方案
加虚框的为硬件部分。
1、悬臂式xyz三轴滑台：
检测仪所需的三轴滑台可以直接购入，不需要再自行设计制造。初步选用银光VINKO的IRV3-4型三轴滑台。其功能是：XZ轴架设干两条平行移动的Y轴上，工作范围为XYZ空间。Z轴滑座固定于X轴滑座，Z轴本体上下移动。如图
图6 银光IRV3-4型悬臂式三轴滑台
其xy方向行程为800*800mm，z方向行程依装刀臂行程需求而定。
2、刀具装夹设计：
刀具的装夹采用ER弹簧夹头，其规格为ER8，具体参数见图7。由这些参数可知，刀具的直径应在1~5mm之间，初步定为4mm。
图7 ER8弹簧夹头参数
刀具装夹的装配示意图见8。
图8 弹簧夹头装配示意图
3、多刀头转动的设计
目前的设计方案有两种，第一种是将24个刀头分成三组，每组由一个电机驱动八个刀头共同运转。两种传动方案如图9.
图9 两种刀具的驱动设计
第一种传动方案中，八个刀头由齿轮传动（中间轮为主动轮）。电机的转速经减速机构减速后传递到中间轮，再驱动八个刀头。第二种传动方案中，采用同步传送带来使得主动轮带动刀头转动。相比之下，齿轮传动更为可靠，而且效率高，第一种传动方案更适合。
第二种设计方案采用曲柄摇板传动。其结构示意图、传动原理图见图10、11相比于三一重工设计方案，这种方案的优点在于少了许多渡轴，主轴箱的结构得到简化，体积能减少。缺点在于驱动主动偏心轴需要输出功率足够大的电机，普通交流电机或难以满足。
1-钻体；2、8、9-铜套；3、19、20-螺钉；4-钻盖；5-被动偏心轴；
6-传动摇板；7-主动偏心轴；10-钻卡头；11、13-销子；12-连接柄
14、15-加油孔；16-油标；17-放油孔；18-油封
图10 曲柄摇板传动示意图
4-拐销；5-钻杆
图11 曲柄摇板传动原理图
4、刀片的设计：
课题中的刀片的设计主要参照豆浆机的刀片设计。因为其直径要小于试管的直径，故采用小直径的螺旋刀片设计。保持一定的螺旋倾斜角度，这样刀片在旋转时会产生一个立体空间，粉碎效果彻底。但其产生的强大离心力会将肉末或试剂甩出，对其他试管内的样品造成污染。所以，刀片的螺旋角度一方面要尽可能的取得良好的绞碎效果，另一方面也要确保绞碎时不会有肉液从试管中溅出。为了获得较好的绞碎效果，本设计拟采用双S形刀片，示意图见图12。
图12双S形刀片
为了保证肉或者试剂不从试管中溅出，除了刀片的设计，试管的长度直径比也应大些。本课题中拟采用20*180mm规格的平底玻璃试管。因而，三轴滑台的z方向的行程应大于150mm。
刀片绞碎时会产生大量的热，如果温度过高，可能会使测试结果产生误差。因而必须要对其进行热量计算。
5、滤网的设计
为了防止滤网移动时滤网内的残余试剂滴落到别的试管，采用一简易的遮盖机构，如图13。使用大力矩舵机来驱动遮盖装置。
为方便自动装卸，可以将一排四个试管内的滤网组合在一起。滤网的装卸借助于装刀臂上的电磁铁完成。如图14所示，下端颜色较深部分为滤网。
图14 滤网示意图
5. 工作计划
五、工作计划
毕业设计前一学期末完成英文翻译，收集、查阅、文献资料并准备开题报告。
第1周 完成英文翻译，提交英文翻译给指导老师批阅。英文翻译经指导老师批阅合格并确认后，译文和原文均上传至毕业设计管理系统。译文封面用标准模板。
以上是毕业论文开题报告，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
