一、研究目的及意义

肉质检测的项目通常包括肉类新鲜度检测、药物残留检测、微生物检测、肉质检测等。这种肉类自动检测机的检测项目是药物残留检测。

禽畜疾病在所难免，养殖过程中经常使用疫苗或药物。虽然对保障畜牧业的稳定生产起到了很大的作用，但有些药物在使用后会在动物体内保留一段时间，甚至永远存在。酶联免疫吸附试验（ELISA）是一种应用广泛的肉类药物残留检测技术。常见的药物残留包括链霉素、氯霉素、四环素、泰乐菌素、恩诺沙星等近20种常用药物，并有数十种相应的ELISA试剂。因此，在对一批生肉进行药物残留检测时，往往需要进行十几种甚至更多种类的ELISA检测。

因为药物残留检测往往需要几十种药物的ELISA检测绞肉机工作原理，如果全部由人工进行，检测成本无疑会大大增加。因此，检验过程的自动化是大势所趋。

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二、项目的关键问题和难点

二、课题的关键问题和难点：

（1）刀臂上至少需要安装24个刀头，如何实现24个刀头同时稳定高速旋转是本课题的一大难点；

(2)由于每个试管中待测的肉样只有2克左右，考虑到试管的直径，刀头尺寸较小。为达到足够的破碎效果，需要对刀头进行特殊设计；

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三、国内外研究现状（文献综述）

多轴联动铰刀臂是肉类自动检测机上的一个部件。它的主要作用是将试管中的肉样切碎，然后取下滤网，在清洗池中清洗刀头。

[1]“动物源性食品中药物残留快速检测技术的研究进展”，李秀婷等。阐述了动物源性食品中药物残留的现状及当前快速检测技术的发展。目前，常用的动物源性食品药物残留快速检测技术有：（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-抗体特异性识别结合反应的分析检测技术，主要包括放射免疫分析（RIA）、荧光免疫技术（FIA）和酶免疫技术，其中最常用的是抗原或抗体。酶联免疫吸附技术（assay，ELISA）基于抗体的固定化及其酶标，具有特异性强、灵敏度高、方便快捷等优点。

本课题采用的检测技术是免疫学技术中的酶联免疫吸附技术。

ELISA检测过程自动化可以大大提高监测效率。朱胜玲[3]提出了一种全自动酶免疫分析仪上样模块的设计。作者通过分析悬臂的受力和变形来检查悬臂是否受重力影响，在取或添加血样和试剂时会产生误差。这一点对于本课题的设计有很大的参考意义。

铰刀臂需要配备24把铰刀，实现24刀的传动是关键问题。戴云玖[4]在《曲柄振动器驱动多头钻机》中提出了多刀头同时旋转的方案。如图1所示，

1-钻体；2、8、9-铜套；3、19、20-螺丝；4-钻盖；5-被动偏心轴；

6-传动摇板；7-主动偏心轴；10钻夹头；11、13针；12连接手柄

14、15-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摆动（平移），所以五个被动偏心轴5同时转动，也就是我们需要的五根主轴，它们的转速，转动完全一样钻机主轴的转速和转速。这种设计需要更好的润滑。铜套2、8外圈设有弓形储油槽，槽内装有棉绳。润滑油通过铜套上的油孔渗入内壁上的油槽进行润滑。传动振动台和从动偏心轴5采用飞溅润滑；

林章元 [5] 提出了一种详细而实用的曲柄摇杆传动的传动设计。如图2所示，

1-动力头输出轴；2-偏心轮；3-转盘；

4转销；5钻管

图2 曲柄摇杆传动示意图

在铰刀头的设计上，由于全自动酶免疫分析仪刀头需要在试管中切肉，这使得铰刀的直径非常小，同时需要保证切碎过程中产生的热量不会影响监测。童宝红等。[6]在《影响绞肉机工作质量的产品设计因素分析》中从驱动机构设计、进料机构设计、切割机构设计、通风散热结构设计等方面分析了当前的设计特点及其设计。对绞肉机工作质量的影响。童宝红认为，绞肉机的十字刀片是旋转的。在同样的条件下，刀片离旋转中心越远，绞肉机的转速越快，产生的热量就越大，所以绞肉机的转速不能很高。另外，当刀片速度恒定时，刀片的前角大，切肉所需的力和切肉产生的热量都小。但前角较大时，由于刀具散热量小，切肉时产生的温度无法快速冷却。合理设计叶片后角，一方面可以减少叶片表面与格栅表面的摩擦，另一方面在前角保持不变的情况下，增加后角可以使刀片锋利，减少磨肉过程中的肉量。材料的变形能和热量产生。

胡洋[7]等认为金属刀盘的表面粗糙度等参数对肉制品的加工质量影响很大。例如，磨肉时产生的热量会因表面粗糙度而有很大差异。

豆浆机的设计与项目所需绞肉部分的设计类似。吴凤礼[8]在《QYYXZ豆浆机创新设计》中简要介绍了传统豆浆机的原理，并在此基础上进行了一些创新和改进。传统豆浆机由机头、电动粉碎部分和过滤打浆部分三部分组成。电动粉碎部分由单相交流串联电动机和粉碎刀组成。电机安装在机座内，转轴向外伸出，末端装有S型不锈钢粉碎刀，刀片呈锯齿状，便于粉碎豆类。刀片如图 3 所示。

图3 传统豆浆机刀片

王冠等。[10]认为当刀具倾角α越大时，打击力越大，切向力越小。制作豆浆时，豆渣率小，豆渣的粒度和硬度小，导致豆浆中的营养成分较多。混入豆渣中，豆浆中蛋白质、游离氨基酸、总糖和脂肪含量较少，粘度较高；轴向力越大，物料搅拌越均匀，温度分布越均匀。

刀盘的安装也是一个关键，因为刀盘排列密集，所以刀盘安装机构不能太大。尚顺德、黄坤[11]在《钻铣主轴刀具夹持与自动拉刀系统》一文中介绍了小功率金属切削钻头和铣削电主轴使用的几种刀具夹持方式和自动刀具夹持方式。松式拉刀系统。手动夹持方式一般采用螺母压紧式弹簧夹头或自带螺纹夹持方式的夹头，如ER系列夹头。优点是电主轴结构简单，制造容易，装夹可靠。关于自动松拉系统，作者讲解了工作原理和结构，包括自动夹紧机构、松动气缸、关键部件（卡盘、碟形弹簧）。最后，作者介绍了自动拉刀松动系统使用中的两种常见故障及解决方法，包括刀具掉落和卡盘无法打开。

文章《弹簧夹头图集》12给出了23个弹簧夹头的结构示意图，包括固定弹簧夹头、活动弹簧夹头和锥套式弹簧夹头。刀具设计有很多宝贵的经验。

还有滤网的装卸。电磁铁装置的使用可以使滤网的装卸设计更加简单。丁玉红[13]在《小型直流电磁铁的结构设计》中从电磁铁结构选择、磁极形状选择、铁芯设计、线圈设计、控制部分设计等方面介绍了一种小型直流电磁铁。基于结构设计方法，提出了电磁铁设计的新思路。其设计的优点是减小了产品体积，增加了电磁铁的初始吸力，降低了线圈的温升。

参考

[1] 李秀婷，孙保国，吕跃刚，宋焕禄，宋红霞。动物源性食品中药物残留快速检测技术研究进展[J]. 食品科学，2012，34：288-289。

[2] 韩立，张跃景，李华岑，宋善道，班富国。薄层色谱在中兽药分离检测中的应用[J]. 河南畜牧兽医（综合版），2009，07：11-12。

[3] 朱胜玲．全自动酶免疫分析仪工作机理及关键技术研究[D]. 苏州：苏州大学硕士、学士论文，2013.

[4] 戴云久．曲柄摇杆驱动多头钻[J]. 机械。冷作，1979，03：23-25。

[5] 林章元. 双回转板驱动24轴多头钻床[J]. 造船技术，1978，05:45-48。

[6]童宝红,徐正华,宋斌,刘元谦,孙军.影响绞肉机工作质量的产品设计因素分析[J]. 食品与机械, 2012, 01: 112-114

[7] 胡洋，李思婷。肉制品加工工艺及加工关键控制点[J]. 农业工程技术（农产品加工），2012，6：38-42。

[8] 吴凤礼．QYYXZ豆浆机创新设计[D]. 山东：山东大学硕士、学士论文，2005。

[9] 王冠，赵立军，熊山白，李千荣，吴铭传，赵思明。豆浆机结构及机械效应对豆浆品质的影响[J]．食品科学，2011，07：162-167。

[10]尚顺德，黄坤．钻铣主轴刀具的装夹方法及自动松拉系统[J]. 现代零件，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. 研究计划

工作台总体布局：工作台面布局

图 4 工作台面布局

如图所示，刀臂手动装好刀头后，移动到样品位置2将肉样切碎，卸料位置3取下滤网，再到洗刀位置1进行清洁用过的刀头 清洁，返回 0 位，等待下一步动作。

硬件设计方案：

图5 总体设计方案

虚线框部分为硬件部分。

1、悬臂xyz三轴滑台：

探测器所需的三轴滑台可直接购买，无需自行设计制造。初步选用银光VINKO的IRV3-4三轴滑台。它的作用是：XZ轴架设在两个平行移动的Y轴上，工作范围为XYZ空间。Z轴滑块固定在X轴滑块上，Z轴本体上下移动。如图所示

图6 银光IRV3-4悬臂三轴滑轨

其xy方向行程为800*800mm，z方向行程由刀臂行程要求决定。

2. 刀具夹紧设计：

刀具采用ER筒夹夹头装夹，其规格为ER8，具体参数如图7所示。从这些参数可以看出，刀具直径应在1～5mm之间，初始设定为4毫米。

图7 ER8筒夹夹头参数

刀架装配图见图8。

图8 弹簧夹头总成示意图

3、多刀头旋转设计

目前有两种设计方案。一是将24个刀头分成三组，每组由电机驱动，与8个刀头一起工作。两种传输方案如图 9 所示。

图 9 两种工具的驱动设计

在第一种传动方案中，八个刀盘由齿轮传动（中间轮为主动轮）。电机的转速经减速机构减速后传递给中间轮，进而驱动八个刀盘。第二种传动方案采用同步输送带，使主动轮带动刀盘转动。相比之下，齿轮传动更可靠、更高效，第一种传动方案更合适。

第二种设计方案采用曲柄摇板传动。其结构示意图和传动原理图如图10和图11所示。与三一重工的设计方案相比，该方案的优点是交叉轴少了很多，简化了主轴箱结构，可以减少音量。缺点是驱动主动偏心轴需要有足够大输出功率的电机，这是普通交流电机难以满足的。

1-钻体；2、8、9-铜套；3、19、20-螺丝；4-钻盖；5-被动偏心轴；

6-传动摇板；7-主动偏心轴；10钻夹头；11、13针；12连接手柄

14、15-油孔；16-油标；17-放油孔；18-油封

图10 曲柄摇板传动示意图

1-动力头输出轴；2-偏心轮；3-转盘；

4转销；5钻管

图11 曲柄摇板传动示意图

4.刀片设计：

本课题中刀片的设计主要参考豆浆机的刀片设计。因为它的直径小于试管的直径，所以采用了小直径的螺旋叶片设计。保持一定的螺旋倾角，使叶片在旋转时产生立体空间，破碎效果完成。然而，它产生的强大离心力会将碎肉或试剂抛出，污染其他试管中的样品。因此，一方面，刀片的螺旋角应尽可能好，以达到良好的切碎效果，另一方面，还要保证切碎时不会有肉液溅出试管。为了获得更好的破碎效果，本设计拟采用双S型刀片，

图 12 双 S 刀片

为了保证肉或试剂不会从试管中溢出，除了刀片的设计外，试管的长径比也应较大。本项目拟使用20*180mm规格的平底玻璃试管。因此，三轴滑台z方向的行程应大于150mm。

刀片切碎时会产生大量热量，如果温度过高，会使测试结果失真。因此绞肉机工作原理，必须计算热量。

5.过滤器的设计

为了防止在移动过滤器时过滤器中的残留试剂滴落到其他试管中，使用了简单的盖板机构，如图13所示。使用大扭矩伺服驱动盖板装置。

图 13 简单的覆盖机制

为了方便自动装卸，一排四个试管中的过滤器可以组合在一起。滤网的装卸是靠装料臂上的电磁铁来完成的。如图 14 所示，底部较暗的部分是滤镜。

图14 滤网示意图

五、工作计划

五、工作计划

在毕业项目前的学期末完成英文翻译，收集、查阅、记录和准备开学报告。

在第一周完成英文翻译，并将英文翻译提交给导师审批。英文翻译经导师审核确认后，翻译和原文均会上传到毕业设计管理系统。翻译封面的标准模板。

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