【正文】 處理。(3) 后處理是對計算結(jié)果(應(yīng)力、應(yīng)變或振型等)進行必要的處理，并按一定有限單元法具有如下優(yōu)點：1）分析對象的幾何形狀適應(yīng)性強；2）適用范圍廣；3）較好的穩(wěn)定性和收斂性?？梢岳贸绦蛱峁┑母鞣N求解方法進行選擇求解。3)確定施加邊界條件(結(jié)構(gòu)所受的載荷和約束)。對于幾何形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，可以直接讀取CAD軟件的相關(guān)格式，或者以IGES等文件格式作為中介，從CAD系統(tǒng)中獲取結(jié)構(gòu)的幾何模型，輸入有限元分析軟件。許多商用有限元軟件不僅提供了與主流CAD系統(tǒng)的接口，自己本身也又很好的實體建模性能有限元軟件都提供了一種以上的網(wǎng)格劃分方法，以供使用者根據(jù)計算要求進行選擇。(1) 前處理是對計算對象網(wǎng)格劃分、形成計算模型的過程。計算單元應(yīng)力最后就可利用公式(43)和已求得的節(jié)點位移計算各單元的應(yīng)力，并加以整理得出想要的結(jié)果[20][21]。求解未知節(jié)點位移由集合起來的平衡方程組(45)解出未知位移。一般來說，集合所依據(jù)的理由是要求所有相臨的單元在公共結(jié)點處的位移相等。二是將作用于各單元的等效節(jié)點力集合成總的載荷列陣。根據(jù)選定的位移模式，就可以導(dǎo)出用節(jié)點位移表示單元內(nèi)任意一點位移的關(guān)系式，其矩陣形式是：{u}= [N]{δ}＇ (41)(41)式中{u}——單元內(nèi)任意一點的位移列陣{δ}＇——單元的節(jié)點位移列陣[N]——形函數(shù)矩陣，它的元素是位置坐標的函數(shù)分析單元的力學(xué)性質(zhì)位移模式選定以后，根據(jù)單元的材料性質(zhì)、形狀、尺寸、節(jié)點數(shù)目、位置及其含義等，進行單元的力學(xué)特性分析，包括如下三步：(1)利用幾何方程，由位移表達式(41)導(dǎo)出節(jié)點位移表示單元應(yīng)變的關(guān)系式：{ε}= [B]{δ}＇ (42)(42)式中{ε}——單元內(nèi)任意一點的應(yīng)變列陣[B]——單元應(yīng)變矩陣(2)利用本構(gòu)方程，由應(yīng)變的表達式(42)導(dǎo)出節(jié)點位移表示單元應(yīng)力的關(guān)系式：{σ}= [D]{ε}= [D][B]{δ}＇ (43)(43)式中{σ}——單元內(nèi)任意一點的應(yīng)力列陣[D]——與單元材料有關(guān)的彈性矩陣(3)利用變分原理，建立作用于單元上的節(jié)點力與節(jié)點位移之間的關(guān)系式，即單元的平衡方程為：{ f }＇= [K] ＇{δ}＇ (44)(44)式中[K] ＇——單元剛度矩陣，[K] =∫∫∫[B][D][B] dxdydz式(44)的積分應(yīng)普及整個單元的體積。其原因是因為多項式的數(shù)學(xué)運算(微分和積分)比較方便，并且由于所有光滑函數(shù)的局部，都可以用多項式逼近，至于多項式的項數(shù)和階次的選擇，則要考慮單元的自由度和解的收斂性要求，一般來說，多項式的項數(shù)應(yīng)等于單元的自由度數(shù)，它的階次應(yīng)包括常數(shù)項和線性項等。選擇適當?shù)奈灰坪瘮?shù)是有限單元法分析中的關(guān)鍵。位移法易于實現(xiàn)計算自動化，所以在有限單元法中位移法應(yīng)用范圍最廣。選擇節(jié)點力作為基本未知量時稱為力法。選擇位移模式在完成結(jié)構(gòu)的離散化之后，就可以對單元進行特性分析。單元節(jié)點的設(shè)置、性質(zhì)、數(shù)目等應(yīng)視問題的性質(zhì)、描述變形形態(tài)的需要和計算精度而定。目前，有限元法在許多科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域和實際工程問題中都得到了廣泛的應(yīng)用，如機械制造、材料加工、航空航天、土木建筑、電子電氣、國防軍工、船舶、鐵道、汽車和石化能源等，并得到了普遍重視。第四章 自動化盤式揉捻機主要機械部件有限元分析 Solidworks有限元分析簡介 有限單元法分析 有限單元法（finite element method,簡稱FEM）是求解數(shù)理方程的一種數(shù)值計算方法，是將彈性理論、計算數(shù)學(xué)和計算機軟件結(jié)合在一起的一種數(shù)值分析技術(shù)，是解決工程實際問題的一種有力的數(shù)值計算工具。它主要包括桶蓋、懸梁、副軸、軸承、絲杠螺母、錐齒輪以及自動施加壓力的步進電動機等部件。揉桶上部的揉桶蓋裝有加壓裝置用于控制揉桶蓋的上下位置，從而實現(xiàn)揉捻時對揉捻葉的加壓。揉盤的上面裝揉桶，揉桶上裝有揉桶蓋。： 自動化盤式揉捻機步進電動機固定架設(shè)計 步進電動機固定架固定于揉桶固定架的一個臂上，并主要用來固定自動化加壓裝置的步進電動機，其材料選擇為碳鋼，并用M16螺栓組進行固定連接，： 異步電動機減速箱作為支撐件的簡化設(shè)計 異步電動機減速箱作為揉盤的一個支撐支座，該支座分為上下兩節(jié)，上面一節(jié)兼作減速箱，并用M16的螺栓與揉盤進行連接，： 自動化盤式揉捻機揉盤設(shè)計 揉盤是一個由邊緣向中間逐漸下凹的鑄鐵圓盤，通常做成花盤形，上鋪銅板或不銹鋼板，板上裝有12到20月牙形棱骨，用于增加揉搓力，本設(shè)計選擇12根棱骨。其固定螺栓選擇M10x30，： 自動化盤式揉捻機揉桶固定架設(shè)計 揉桶固定架主要是用來固定揉桶，在其中一個臂上固定步進電動機及其自動化加壓裝置的副軸，并且在揉捻機工作時受到茶葉的反作用力，故在固定自動化加壓裝置的副軸處進行加厚，其材料選擇為HT200，固定軸的固定螺栓選擇M14，固定揉桶的半圓頭螺栓選擇M14，： 自動化盤式揉捻機自動化加壓裝置副軸設(shè)計揉捻機在經(jīng)過自動化改造后，將在副軸頂端加裝上一個傳感器，來控制工作時加壓蓋對茶葉的壓力，并將數(shù)據(jù)傳遞給步進電動機，副軸一側(cè)開槽，將內(nèi)部裝有的絲杠的轉(zhuǎn)動，變成直線移動輸出，從而實現(xiàn)自動化控制。：第三章 自動化盤式揉捻機結(jié)構(gòu)設(shè)計 自動化盤式揉捻機結(jié)構(gòu) 自動化盤式揉捻機結(jié)構(gòu)示意圖：1三相異步電動機、2減速箱、3步進電動機、4步進電動機固定架5副軸、6懸臂、7加壓蓋組件8揉桶、9揉桶固定架、10曲臂、11揉盤、12出茶門組件、13揉捻機支撐件 自動化盤式揉捻機結(jié)構(gòu)示意圖：揉桶（直徑x高）550x400揉桶容葉量3040kg曲臂中心距200mm配用電機揉桶回轉(zhuǎn)速度4648r/min外形尺寸（長x寬x高）1700x1650x1520mm 自動化盤式揉捻機機架設(shè)計自動化盤式揉捻機機架設(shè)計是指揉捻機各機械部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計，其中主要包括揉捻機腿部支撐件設(shè)計、轉(zhuǎn)動曲臂設(shè)計、揉桶固定架設(shè)計、自動化加壓裝置副軸、步進電動機固定結(jié)構(gòu)設(shè)計、異步電動機減速箱作為支撐件的簡化設(shè)計。PLC控制變頻器從而控制交流異步電動機的速度，并可從變頻器返回一個實際速度值便于對電機運行速度的監(jiān)控。被逐漸揉捻成條，并使部分葉細胞破碎而茶汁外溢，以達到揉捻目的。此外，揉捻機揉桶的旋轉(zhuǎn)方向?qū)τ谌嗄砥焚|(zhì)十分重要，自上向下看，應(yīng)是順時針轉(zhuǎn)動，絕不允許反方向運行，否則將造成揉捻葉條索松散并造成跑茶。茗茶加工主要有6CR．6CR．26CR．30和6CR．35等型號。在這方面的基礎(chǔ)之上，編寫WINCC FLEXIBLE組態(tài)程序，制定不同茶品的揉捻工藝（時間、壓力、轉(zhuǎn)速），利用西門子10寸的mp227觸摸屏實時記錄實時數(shù)據(jù)，并對整個系統(tǒng)進行控制與監(jiān)控。揉桶上裝有壓蓋，揉桶可由傳動機構(gòu)帶動在揉盤上空作平面轉(zhuǎn)動，并與揉盤互相配合，完成揉捻作業(yè)。揉捻機以其揉筒外徑厘米數(shù)作為型號標定依據(jù)，如6CR．55C型揉捻機，即揉桶外徑為55cm的揉捻機，大宗茶加工常用的揉捻機型號有6CR．45型、．65型等。三個支座同時也兼作機架，帶動揉桶框架運轉(zhuǎn)的三只曲臂就裝在三個支座中的三根立軸上，其中一只為主動曲臂，揉盤的中心裝有可供開啟和關(guān)閉的出茶門。揉盤是一個由邊緣向中間逐漸下凹的鑄鐵圓盤，通常做成花盤形，上鋪銅板或不銹鋼板，板上裝有十幾根月牙形棱骨，用于增加揉搓力。加工前，把每一過程的時間參數(shù)輸入上位機中，再由上位機傳輸給PLC, PLC根據(jù)輸入的時間參數(shù)控制主電機和壓力系統(tǒng)的運行。總之，要根據(jù)各茶種的特征，葉質(zhì)老嫩、勻度和殺青質(zhì)量來制定。 揉捻過程控制介紹過程控制其實就是時間控制?，F(xiàn)在，在手輪的位置上裝一個步進電機，改手輪轉(zhuǎn)動為步進電機帶動絲桿轉(zhuǎn)動。角沿管壁開鑿的斜槽，鋼管中心是一根絲桿，可以帶動加壓臂上的螺母沿著豎直長槽上下移動，并沿著斜槽移離揉桶上方，便于上葉?？刂茖ο蟛竭M電機PLC 圖21壓力控制 把加壓型式由55型的雙滑柱加壓改為4045型的單滑柱絲桿浮動加壓(見圖2一圖23)。 壓力控制介紹壓力控制是整個控制系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，利用壓蓋的升降來控制桶內(nèi)茶葉所受到的壓力。變頻調(diào)速技術(shù)是目前世界上技術(shù)先進、使用成熟、性能可靠的調(diào)速方式，它實現(xiàn)了電機轉(zhuǎn)速連續(xù)無級調(diào)速。但是不同的茶種、茶質(zhì)和殺青質(zhì)量，需用不同的轉(zhuǎn)速揉捻，雖然只是些微的變化，也體現(xiàn)茶葉加工的精細程度。 揉桶轉(zhuǎn)速控制介紹 原6CR55型茶葉揉捻機有一齒輪減速機構(gòu)，輸出轉(zhuǎn)速為50士1r/min(見表21)。如果在運行當中遇到問題，但是可以通過手動解決，那么，先可以按下暫停，然后再切換到手動狀態(tài)，進行手動操作。運行當中的重要數(shù)據(jù)，在停電后能夠得到保持，恢復(fù)供電后，也能繼續(xù)工作。如果在揉捻過程當中，系統(tǒng)檢測到異?，F(xiàn)象，系統(tǒng)會報警。揉捻結(jié)束后，出茶門自動打開，等待下茶。按下開始按鈕，茶葉揉捻機會進入自動運行狀態(tài)，隨后進入初始化狀態(tài)，再進行故障自檢，一切正常后，如果沒有新的數(shù)據(jù)輸入，系統(tǒng)會自動載入上次數(shù)據(jù)。 第二章 揉捻機自動化簡要介紹及其總體方案設(shè)計本著操作簡便，安全可靠，生產(chǎn)效率高的目標，茶葉揉捻機控制部分應(yīng)達到以下工作要求。本項目擬通過高校與茶葉裝備制造企業(yè)和茶葉加工企業(yè)的強強聯(lián)合攻關(guān)，針對目前國內(nèi)茶葉揉捻機的自動化程度低、適應(yīng)性差的問題，結(jié)合我省綠茶產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀，研發(fā)一種高適應(yīng)性、低成本的茶葉揉捻加工裝備。 目前，世界產(chǎn)茶發(fā)達國家茶葉機械化生產(chǎn)發(fā)展速度很快，尤其是日本、印度、斯里蘭卡等國家。食品工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展過程大體要經(jīng)歷五個階段，即機械化階段、初級自動化階段、自動控制階段、數(shù)據(jù)化階段、高級自動化階段(無人化階段)。浙江省和安徽省分別就揉捻機技術(shù)進行