1 真空吸盘的结构和工作原理
吸盘部件是整个设备中较为重要的一个部分，如图1所示。由于切割不同型号的烟叶大小变化范围不大，故采用固定大小吸盘。设计吸盘时，在吸盘中心与烟叶中心重合的情况下，使其小孔的边缘尺寸大于最大烟叶的外形尺寸，设计众多小孔为了将烟叶更好的吸附在吸盘上。当风机运行时，产生正负压。
吸盘的上下两部分通过均匀分布在边缘的六个螺钉来连接，吸盘上部与悬臂则通过法兰相连，并保证气密性。由于是悬臂运行，故材料重量不能过大，由于底面要加工非常多的小孔，故要求材料易于加工，不易变形，经过参考资料后，选择吸盘的材料为硬铝合金。
图1 刚性吸盘整体结构
2 真空吸盘的静力学分析过程
为了便于对真空吸盘进行有限元分析，我们对其进行适当的简化。利用ANSYS Workbench软件建立真空吸盘的有限元模型。选择的材料为硬铝合金，因为它具有良好的耐蚀性，且易加工。查手册知，该材料的弹性模量为E=7.1x1010Pa，泊松比ν=0.33，密度ρ=2700kg/m3。对吸盘进行网格划分。再根据吸盘的受力分析，施加边界载荷条件。得到真空吸盘的总变形图图2和等效应力云图图3。
图2 真空吸盘的总变形云图
图3 真空吸盘的等效应力云图
由图2可知，吸盘的最大变形量发生在下吸盘沉头孔边缘处，大小为0.033mm，远远小于真空吸盘的许用变形值。且根据图3可知，它的最大应力发生在上吸盘体螺纹孔处，应力大小为11.21MPa，远小于硬铝材料的屈服极限124MPa，表明它满足强度要求。
3 真空吸盘的优化设计
吸盘的尺寸外观都是依据经验而设计的，且吸盘的制造精度和加工较为复杂，所以为了节省材料，我们对真空吸盘进行轻量化设计。
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3.1 真空吸盘轻量化的数学模型
（1）设计变量：参考吸盘实际工作情况，选择真空吸盘中对它质量影响较大的参数作为优化参数。选定X1、X2、X3和X4这4个设计变量，其中X1表示吸盘的壁厚；X2表示吸盘的长度；X3表示吸盘的宽度；X4表示槽式上吸盘的高度。
设定所要满足的尺寸要求为：10mm≤X1≤20mm，395mm≤ X2≤ 475mm，115mm≤ X3≤ 165mm，15mm≤ X4≤ 45mm。
3.转移了批发给销售企业带来的巨额亏损，卸下了高成本包袱，使省市销售公司效益好转，将极大调动销售企业员工积极性，经营行为与效益目标一致，而不是在保后路和创效益间徘徊，从而更好地实现网络开发与增销上量。
（2）约束条件：由于吸盘材料有许用应力，要保证其正常工作，则实际工作载荷下的最大等效应力值应该符合以下条件：
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式中，[σ]s为吸盘材料的许用应力；Smax为吸盘在实际工作载荷下的等效应力最大值
（3）目标函数：当吸盘结构满足刚度和强度时，我们通过优化分析，得出吸盘的最小重量，从而实现轻量化，目标函数为：
其中J=3, γs为球坐标空间球面RT不稳定性线性增长率, 函数,θ,t)和φj(r,φ,θ,t)分别为j阶扰动界面和j阶流体扰动速度势函数. 速度势函数φ(r,φ,θ,t)满足Laplace方程(1)以及边界条件▽φ|r→+∞=0. 按照初始条件, s1,1,1=-1和s0,0,0=r0. 在Fourier谐波扰动幅值中的相合系数sj,n,m(j,n,m=1, 2, 3)和γs为关注的待求量.
式中，F为吸盘的重量。
总结上述内容，可得真空吸盘的数学模型为
3.2 吸盘结构轻量化的实现及优化后吸盘的验证分析
建立好吸盘的轻量化模型后，再使用ANSYS Workbench中的Design Exploration模块对其进行优化分析，结合15次迭代的动态观察，得出相应参数的变化过程曲线，如图4～6所示。
图4 吸盘设计变量的变化过程曲线
图5 吸盘约束参数的变化过程曲线
图6 吸盘目标函数的变化过程曲线
结合上述图示分析，迭代到第12次时，轻量化参数是最优解。此时重新优化后的真空吸盘重量为1.83kg，相比优化前的2.36kg降低了22.6%。虽然最大等效应力有所提高，从11.21MPa提高到14.18MPa，但是也低于材料的许用应力124MPa，仍然满足设计要求。通过优化，新款的真空吸盘结构更有优势，不仅减少了制造成本，同时也提升了工作效率。我们将优化后的吸盘进行仿真试验，得出其优化后的静强度和静刚度都符合要求。将优化后的真空吸盘在茄衣茄套切片设备中试用，发现效果较好。
干预前两组血糖水平均差异无统计学意义（P>0.05），干预后观察组的FPG、2 hBG、HbA1c水平均显著低于对照组（P<0.05），见表 1。
4 结语
本文根据茄衣茄套切片设备功能的需求，设计出具有良好工作性能的真空吸盘，并对它进行仿真分析和试用得到下列结论：
（1）通过借鉴迷你上皮机吸风系统设计出新的真空吸盘的结构模型，并且根据吸盘的工作过程进行受力分析，为进一步的有限元分析提供参考。
（2）并使用Ansys Workbench软件进行静力学分析和优化设计，得到最优设计参数的真空吸盘。
（3）将优化后的真空吸盘在茄衣茄套切片设备中试用，发现效果较好。
参考文献：
