辣椒去核間歇式輸送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和工作原理,農(nóng)業(yè)機(jī)械化論文

辣椒去核間歇式輸送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和工作原理,農(nóng)業(yè)機(jī)械化論文我們國家辣椒的總產(chǎn)量居世界之首，年產(chǎn)量達(dá)2800萬t多，約為世界辣椒產(chǎn)量的46%，同時(shí)每年還以9%的速度增長，辣椒去核是辣椒進(jìn)行深加工前的一個(gè)重要工序，當(dāng)前國內(nèi)辣椒產(chǎn)品的加工大多采用手工去核，費(fèi)工又費(fèi)時(shí)。個(gè)別企業(yè)開場使用一種輥?zhàn)邮降睦苯啡ズ藱C(jī)械，通過兩個(gè)輥?zhàn)酉鄬D(zhuǎn)動將辣椒壓破，到達(dá)辣椒核與辣椒肉的分離;但用這種方式方法去核對辣椒肉的傷害比擬大，且辣椒肉與辣椒籽混在一塊，不利于辣椒絲和辣椒片的制作。本文所介紹的辣椒去核機(jī)是通過一種間歇式的鏈條輸送機(jī)構(gòu)配合其他機(jī)構(gòu)共同作用，實(shí)現(xiàn)辣椒核與辣椒肉的有效分離，并且在加工經(jīng)過中辣椒肉遭到的傷害較小。間歇式鏈條輸送機(jī)構(gòu)是辣椒去核機(jī)的重要組成部分，本文著重介紹該辣椒去核機(jī)間歇式輸送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，并應(yīng)用RecurDyn軟件對輸送機(jī)構(gòu)的鏈輪和鏈條進(jìn)行了動態(tài)仿真，得到主要工作部件的運(yùn)動動態(tài)特性曲線，并對機(jī)構(gòu)的干預(yù)情況進(jìn)行檢查，進(jìn)而為該機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供必要的參考。1間歇式輸送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和工作原理圖1為辣椒去核機(jī)的原理構(gòu)造圖，圖2為輸送機(jī)構(gòu)原理圖。工作時(shí)，動力由電機(jī)輸入到凸輪分割器，凸輪分割器上裝有兩個(gè)輸出軸，分別為傳動主軸和主軸;傳動主軸連接主動鏈輪，通過傳輸鏈條帶動中從動鏈輪和左從動鏈輪做間歇轉(zhuǎn)動;整個(gè)鏈條每間隔一個(gè)鏈節(jié)的附板上都安裝有盛放辣椒的錐形槽，主軸上固定有壓緊裝置下凸輪、切割裝置下凸輪及沖核裝置凸輪盤，3個(gè)凸輪分別驅(qū)動壓緊架、切割架和沖頭運(yùn)動，使辣椒壓頭、切刀、辣椒沖頭到達(dá)預(yù)定位置。為使辣椒在壓緊和沖核時(shí)鏈條的波動性較小，在鏈條下方設(shè)置支撐板。由于主動鏈輪與左從動鏈輪之間的中心距較大，在輸送經(jīng)過中鏈條可能會出現(xiàn)跳齒或者波動較大的現(xiàn)象，在下邊鏈條靠近左從動鏈輪處設(shè)置張緊輪，以使鏈條傳動愈加平穩(wěn)?！緢D1-2】當(dāng)主動鏈輪驅(qū)動鏈條運(yùn)動時(shí)，辣椒從料斗落入錐心槽中，并隨之移動，多余的辣椒會被定位板阻擋于輸送途中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了辣椒的排隊(duì)和上料。辣椒輸送經(jīng)過與去核的經(jīng)過都是以6個(gè)辣椒為一個(gè)單元。主動鏈輪和中從動鏈輪之間的鏈條上方為辣椒的加工位置。辣椒隨錐形槽移動到加工位置時(shí)，主動鏈輪停止驅(qū)動鏈條，此時(shí)辣椒上壓頭落下，夾緊辣椒;然后辣椒切刀下落，將露在錐形槽外端的辣椒尖部切掉，完成切割后，切刀立即回到原位;在切刀離開工作位置后，辣椒沖頭開場做往復(fù)直線運(yùn)動，并將辣椒核沖掉，待辣椒沖頭和上壓頭都退回原位，主動鏈輪繼續(xù)驅(qū)動鏈條移動，錐形槽內(nèi)已去核的辣椒被移出加工位置，未去核的辣椒再次經(jīng)排隊(duì)、上料，隨錐形槽進(jìn)入加工位置。如此循環(huán)往復(fù)，利用輸送機(jī)構(gòu)的周期性間歇運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)辣椒的去核。2關(guān)鍵參數(shù)確實(shí)定2．1輸送機(jī)構(gòu)的工作參數(shù)首先，初步給定凸輪分割器輸出到主軸的轉(zhuǎn)速為30r/min;然后，根據(jù)凸輪連桿部分的仿真結(jié)果，并充分考慮裝置的壓緊、切割、沖核經(jīng)過所用時(shí)間，確定了凸輪分割器驅(qū)動鏈輪做間歇式轉(zhuǎn)動的工作周期為1．3s。華而不實(shí)，6個(gè)辣椒輸送到工作位置的時(shí)間為0．4s，間歇時(shí)間為0．9s。2．2輸送鏈條的參數(shù)根據(jù)辣椒的尺寸選擇鏈條型號，錐形槽中間直徑約比被加工最大辣椒的中間直徑(平均中徑)大2～3mm。同時(shí)，還必須考慮錐形槽與鏈條附板的安裝構(gòu)造，初步確定鏈條的節(jié)距，根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算，即【1】華而不實(shí)，P為鏈條的節(jié)距;D中=30為被加工辣椒的中間直徑，mm。可選擇10A型帶附板滾子鏈，此時(shí)節(jié)距P=15．875。2．3鏈輪的設(shè)計(jì)由于辣椒間歇式輸送裝置每周期中運(yùn)動的時(shí)間為0．4s，在這里時(shí)間內(nèi)輸送鏈條需走過6個(gè)錐形槽的距離L(L=362．5mm)，可知鏈條為低速運(yùn)行，所以由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊可確定小鏈輪的齒數(shù)z小=19。由于傳動比在3左右時(shí)，鏈條傳動時(shí)不易出現(xiàn)跳齒和脫齒現(xiàn)象，所以選用大鏈輪齒數(shù)為z大=60。此時(shí)，大小鏈輪傳動比i=z大/z小3．16。中間鏈輪僅起使加工位置的錐形槽處于水平狀態(tài)的支撐作用，所以選用z中=31。根據(jù)各個(gè)鏈輪齒數(shù)和鏈條的節(jié)距，能夠算得各鏈輪的分度圓直徑，即【2】根據(jù)鏈條在0．4s運(yùn)動的距離，能夠計(jì)算出大鏈輪轉(zhuǎn)動的角度為144。3柔性體三維模型的建立與仿真分析3．1軟件介紹RecurDyn軟件是由韓國FunctionBay公司開發(fā)的新一代多體系統(tǒng)動力學(xué)仿真軟件，合適求解大規(guī)模的多體動力學(xué)問題，且有專門用于解決鏈傳動問題的子模塊。所以，本文采用RecurDyn軟件進(jìn)行三維建模與仿真。3．2柔性體三維模型的建立在RecurDyn軟件的Chain子模塊中，根據(jù)ISO606標(biāo)準(zhǔn)選擇型號為10A的滾子鏈。華而不實(shí)，滾子、套筒、鏈板等零件的尺寸系統(tǒng)自動按標(biāo)準(zhǔn)算出，按此參數(shù)生成鏈節(jié)的三維模型。由已經(jīng)知道的鏈輪齒數(shù)和鏈條型號，根據(jù)ISO606標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)自動計(jì)算出鏈輪分度圓直徑、齒寬、鏈輪寬度等尺寸，然后即可生成鏈輪三維模型。圖3為鏈條與鏈輪的裝配及布置圖。為使每組6個(gè)辣椒在加工時(shí)完全位于主動鏈輪與中間鏈輪之間，主動鏈輪與中從動鏈輪之間的水平距離根據(jù)排放8個(gè)辣椒錐形槽所需鏈條的長度來確定。綜合考慮料斗與定位板的尺寸后，中間鏈輪與左從動鏈輪之間的距離按著排放10辣椒錐心槽所需鏈條的長度來確定;然后，通過ChainAssemble命令對鏈條和鏈輪進(jìn)行裝配，該裝配經(jīng)過由軟件鏈條子系統(tǒng)自動完成;系統(tǒng)裝配完之后，若發(fā)現(xiàn)齒輪與鏈條沒有正確嚙合，此時(shí)必須通過RecurDyn中ObjectControl命令來旋轉(zhuǎn)相關(guān)鏈輪，使鏈條與所有鏈輪恰好嚙合?！緢D3】3．3動態(tài)仿真與分析為了加快計(jì)算機(jī)求解速度，取辣椒輸送機(jī)構(gòu)中單排鏈條和鏈輪在運(yùn)動的前兩個(gè)周期進(jìn)行仿真。由于凸輪分割器中凸輪曲線用變梯形曲線，所以此處可用step階躍函數(shù)來對鏈輪角速度進(jìn)行仿真。在3個(gè)鏈輪中心全部添加旋轉(zhuǎn)副，然后在主動鏈輪的旋轉(zhuǎn)副上添加角速度驅(qū)動，令驅(qū)動函數(shù)為【公式】由于研究輸送經(jīng)過中的平穩(wěn)性，關(guān)注的重點(diǎn)是處于鏈條水平位置的部分，所以取靠近中從動鏈輪的鏈節(jié)作為研究對象。該鏈節(jié)編號為160，可通過此鏈節(jié)觀察鏈條在仿真的周期內(nèi)的運(yùn)動特性。設(shè)置仿真結(jié)束時(shí)間2．6s，仿真步數(shù)為150，進(jìn)行仿真，結(jié)果如此圖4所示?！緢D4】由圖4可知，鏈輪帶動鏈條做間歇式的周期運(yùn)動。在一個(gè)周期開場的0～0．1s間，主動輪角速度從零逐步增大，然后趨于恒定。之后，再以恒定角速度運(yùn)行0．2s。在0．3～0．4s間，主動輪角速度速度又逐步減小到0。此運(yùn)動時(shí)間內(nèi)，該輸送裝置要實(shí)現(xiàn)辣椒的排隊(duì)和上料的工序，同時(shí)把沖核完成的辣椒運(yùn)送到工作位置外。在0．4～1．3s間，鏈條和鏈輪處于靜止階段，此時(shí)處于加工位置的辣椒需要完成壓緊、切尖和去核的工序，之后進(jìn)入下一個(gè)周期。圖5為主動輪角加速度和角位移的運(yùn)動曲線。華而不實(shí)，粗實(shí)線為主動輪角位移曲線，細(xì)實(shí)線為主動輪角加速度曲線。在主動輪角速度增大和減小的時(shí)候(見圖4)，其角加速度都是先增大然后再減小為零;當(dāng)主動輪角速度為勻速時(shí)，其角加速度為零，而其角位移一直處于增大階段。在第2周期時(shí)，由于角位移增大到，所以在運(yùn)動曲線上的角位移突變到－，繼續(xù)按原方式計(jì)算，確保系統(tǒng)中角位移曲線能表示出在－～之間。在運(yùn)動結(jié)束后，能夠觀察到每周個(gè)期主動鏈輪轉(zhuǎn)過的角位移為144，符合鏈條設(shè)計(jì)時(shí)所要求運(yùn)動的距離?！緢D5】圖6為編號160的鏈節(jié)在鏈輪轉(zhuǎn)動時(shí)y方向上的振動位移圖，能夠用來觀察鏈條和鏈輪在運(yùn)動經(jīng)過中的穩(wěn)定性。由于該鏈節(jié)處于整個(gè)鏈條上部分的水平一段，所以當(dāng)鏈輪轉(zhuǎn)動時(shí)，該鏈節(jié)隨著鏈條水平運(yùn)動，同時(shí)會產(chǎn)生y方向上的振動。由該位移圖可知:此鏈節(jié)在水平運(yùn)動時(shí)其y方向上振動的最大位移與最小位移之差為2mm，相對于主動鏈輪與中從動鏈輪的中心距離要小很多，所以整個(gè)鏈條在輸送經(jīng)過中的運(yùn)動比擬平穩(wěn)。在1．3～1．7s時(shí)，該鏈節(jié)轉(zhuǎn)過鏈輪，所以運(yùn)動曲線出現(xiàn)了下滑;在1．7～2．6s時(shí)，主動鏈輪靜止，該鏈節(jié)不再運(yùn)動，所以運(yùn)動曲線為水平直線。由上述鏈條鏈輪構(gòu)造的仿真結(jié)果可知，該鏈條鏈輪構(gòu)造的設(shè)計(jì)與實(shí)際要求鏈條鏈輪的工作情況相符。在運(yùn)動經(jīng)過中，鏈條與鏈輪的嚙合不會產(chǎn)生干預(yù)，能夠?qū)崿F(xiàn)平穩(wěn)的間歇式運(yùn)動，知足設(shè)計(jì)要求。【圖6】4結(jié)論1)由模擬仿真可知，所選型號的鏈條與相對位置確定的各鏈輪在裝配時(shí)不產(chǎn)生干預(yù)，盛放辣椒的錐形槽在轉(zhuǎn)過鏈輪位置時(shí)不會出現(xiàn)互相干預(yù)，并且各個(gè)零件的設(shè)計(jì)尺寸在大小上能夠匹配，驗(yàn)證了該構(gòu)造在設(shè)計(jì)上的合理性。2)由鏈輪轉(zhuǎn)動經(jīng)過中鏈條的模擬動畫可知，鏈輪和鏈條的運(yùn)動比擬平穩(wěn)，并得到該機(jī)構(gòu)任意時(shí)刻鏈輪與鏈節(jié)運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)曲線，進(jìn)而確定了該構(gòu)造能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)定的間歇式運(yùn)動，理論上驗(yàn)證了該構(gòu)造在運(yùn)動上的可行性。3)該機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與仿真和實(shí)際情況比擬一致。鏈條鏈輪間歇運(yùn)動的間歇時(shí)間與對辣椒的壓緊、切尖和沖核各階段所需時(shí)間相匹配。在實(shí)際生產(chǎn)中，可通過選用不同型號的伺服電機(jī)或凸輪分度器來改變主軸和傳動主軸的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)不同的高速間歇輸送，知足不同生產(chǎn)率的需求。以下為參考文獻(xiàn):［1］鄒高峰．早春辣椒育苗與高產(chǎn)栽培技術(shù)［J］．辣椒雜志，2020(2):30－32．［2］唐文波，王春耀，郭亞平．辣椒定向去