新型切菜机结构设计及模态分析

针对切菜机，提出了新型结构设计并且说明了运行原理。运用Solidworks三维建模软件对总体结构进行简化建模，采用Workbench有限元软件对切菜机刀具进行静态结构分析和模态分析，计算并分析了其前四阶固有频率和模态振型。将刀具简化为单自由度系统，经过理论验证了其可行性。最后对刀具进行拓扑优化，总变形和前四阶固有频率皆有提升。

古往今来，粮食问题一直都是重中之重。毛泽东同志曾说过，农业关系国计民生极大。要注意，不抓粮食很危险，不抓粮食总有一天要天下大乱。中国是拥有14 亿人口的大国，一旦粮食发生危机，其后果确实不堪设想。现如今，随着城市化的日益推进，乡村种植是最大的来源，因为供需的不对等且人们生活水平的不断提高，生活节奏加快，对营养丰富、口感上佳的散养禽类的需求越来越大，进而所需的蔬菜喂养也更大。鲍乐祥[1]等结合组态控制技术，利用MCGS 设计切菜机的控制系统，运用PLC 和TDA1085C 完成对两个调速电机以及一个调节长度电机的控制，实现了速度和长度的精确控制。冯明佳[2]等设计了一款由摇轮、机架、案板和刀具组成的简易家庭版小型机械。高航[3]等提出基于PID 控制对切菜机进行设计和研究。提出的设计方案模仿人工切割动作，利用刀片对蔬菜进行横向纵向切割，可以看出部分结构过于简单，虽然相比人工切割方式有较大的提高，但是在加工过程中还不能连续送料、切割；部分结构虽能保持良好的切割稳定性，但结构太大且成本过高，不适合当前家庭需求。为解决现有技术中存在的缺陷，本文提出了一种新型切菜机及对刀具进行改良。

2. 总体结构及其工作原理 2.1. 总体结构 如下图1、图2、表1 所示，新型切菜机由送料机构和切削机构两大系统组成。

Figure 1. Structure diagram of automatic vegetable cutting machine 图1. 自动切菜机结构示意图