雞蛋自動(dòng)分級生產(chǎn)線中檢測裝置的設(shè)計(jì)探討

李 斌

（江蘇畜牧獸醫(yī)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 泰州 225300）

1 雞蛋檢測裝置的總體布局設(shè)計(jì)

如圖1所示為雞蛋自動(dòng)分級生產(chǎn)線的檢測裝置，能夠在線實(shí)時(shí)檢測雞蛋的各項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)，即通過利用內(nèi)、外部品質(zhì)檢測的方式，對蛋殼裂紋、蛋形指數(shù)、重量、表面色澤、新鮮度等項(xiàng)目進(jìn)行檢測；之后將檢測所得的數(shù)據(jù)（即每個(gè)雞蛋的品質(zhì)特征參數(shù)）傳輸?shù)接?jì)算機(jī)系統(tǒng)，以便利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對雞蛋的等級進(jìn)行綜合評價(jià)，并進(jìn)行分級；然后把不同等級的雞蛋分別放到不同的包裝傳輸帶上進(jìn)行分級包裝；最后，是產(chǎn)品輸出環(huán)節(jié)，只需將包裝好的雞蛋送到產(chǎn)品輸出帶即可，這就是雞蛋自動(dòng)分級包裝的全過程。

如圖1所示為該檢測裝置的總體布局圖，其中安裝有各種不同的檢測模塊以完成多種項(xiàng)目的檢測，同時(shí)，為完成雞蛋的柔性輸送，還配有一套雞蛋的傳輸系統(tǒng)。

圖1 雞蛋檢測裝置總體布局圖

2 在設(shè)計(jì)軟件Pro／M中設(shè)計(jì)凸輪結(jié)構(gòu)

工作狀態(tài)中的凸輪機(jī)構(gòu)是作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，其角速度（ε）是一定的，同時(shí)，從動(dòng)件推桿開始以一定運(yùn)動(dòng)規(guī)律的速度作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，在此過程中，在凸輪上就會(huì)留下滾子中心的運(yùn)動(dòng)軌跡[1]。此時(shí)，可利用設(shè)計(jì)軟件Pro／Mechanism（即P r o／M）進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，進(jìn)而對凸輪上滾子中心的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行分析和記錄，就能得到凸輪的理論輪廓線。還需要進(jìn)入Pro／Mech anism用所得的軌跡線進(jìn)行實(shí)體建模，主要是建立凸輪坯、推桿、機(jī)架的三維模型，通過記錄各種有效的機(jī)構(gòu)參數(shù)等，最后便能得到所設(shè)計(jì)的凸輪。如表1所示為凸輪從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的構(gòu)造，其中的結(jié)構(gòu)參數(shù)為：凸輪坯直徑（d）為115 m m；滾子直徑（d1）為 15 m m；平地推桿寬度（l）為 100 m m；凸輪轉(zhuǎn)速（ε）為 12deg/sec；回程運(yùn)動(dòng)角（δ01）為 120°；近休止角為；升程（h）為50 m m。為快速配合生產(chǎn)線完成雞蛋的稱重，推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律需滿足以下要求：首先，各運(yùn)動(dòng)部件相互之間不發(fā)生干涉；其次有較長的遠(yuǎn)休時(shí)間確保電子稱得到的數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確的，電子秤安裝在推桿上；再次，在推桿與雞蛋基礎(chǔ)的過程中，為確保蛋殼不發(fā)生破損，需要較慢的運(yùn)動(dòng)速度。

表1 運(yùn)動(dòng)規(guī)律構(gòu)造

3 間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化

在雞蛋自動(dòng)分級檢測裝置中，雞蛋的傳輸鏈需要實(shí)現(xiàn)一定周期性的停歇，運(yùn)動(dòng)的時(shí)間段用于實(shí)現(xiàn)雞蛋的傳輸，停歇的時(shí)間段用于檢測裝置中各個(gè)檢測模塊對不同項(xiàng)目的檢測。為了實(shí)現(xiàn)雞蛋的平穩(wěn)傳輸，確保雞蛋不發(fā)生破損，則需要間歇機(jī)構(gòu)滿足動(dòng)停比較小的要求，盡量地保持雞蛋傳輸過程的平穩(wěn)，不出現(xiàn)沖擊，為此，可選擇使用槽輪機(jī)構(gòu)。

（1）槽輪的參數(shù)化建模。本次設(shè)計(jì)的槽輪機(jī)構(gòu)的參數(shù)化建模是在設(shè)計(jì)軟件P r o/E中進(jìn)行的，將參數(shù)添加到P r o/E參數(shù)工具中；再進(jìn)入P r o/E關(guān)系工具中添加關(guān)系，關(guān)系對話框；進(jìn)一步通過實(shí)體建模，得到槽輪機(jī)構(gòu)的三維實(shí)體模型。這種參數(shù)化的模型是可以根據(jù)需要靈活改變的，若要改變槽輪機(jī)構(gòu)的造型和尺寸，只需通過修改參數(shù)對話框中的已知參數(shù)即可，而不用重新建模。

（2）槽輪運(yùn)動(dòng)特性的優(yōu)化。要實(shí)現(xiàn)槽輪運(yùn)動(dòng)特性的優(yōu)化，可以采用槽輪機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)的組合機(jī)構(gòu)在撥盤轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，會(huì)帶動(dòng)撥銷在凸輪的槽中間運(yùn)動(dòng)，而在撥銷的兩邊都存在凸起圓柱，這樣，槽輪也會(huì)被帶動(dòng)著轉(zhuǎn)動(dòng)起來。此時(shí)，槽輪的角速度和角加速度的變化規(guī)律是由凸輪上槽的形狀控制的，最終所得的優(yōu)化后的槽輪角速度和角加速度曲線。

（3）雞蛋傳輸鏈動(dòng)力特性分析。在雞蛋自動(dòng)分級生產(chǎn)線中，傳輸鏈條占據(jù)著非常重要的地位，它具有傳輸和翻轉(zhuǎn)雞蛋的功能，在工作狀態(tài)時(shí)，不僅要實(shí)現(xiàn)雞蛋的平穩(wěn)傳輸，同時(shí)還要讓雞蛋能夠不停翻轉(zhuǎn)以便進(jìn)行全方位的檢測。該設(shè)計(jì)中的傳輸鏈條主要是將雞蛋托架連接在套筒滾子鏈上，雞蛋的運(yùn)動(dòng)就靠鏈輪帶動(dòng)，鏈輪與間歇傳動(dòng)裝置是相互連接的。在經(jīng)過對槽輪運(yùn)動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化之后，其運(yùn)動(dòng)的角速度和角加速度會(huì)反應(yīng)到雞蛋傳輸鏈條上，檢測雞蛋傳輸鏈能否安全可靠地完成傳輸任務(wù)，就需要對傳輸過程中雞蛋之間的受力狀況進(jìn)行有限元分析。如圖2所示為雞蛋和傳輸鏈的有限元模型。根據(jù)槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的角加速度，能夠計(jì)算出鏈條上的線加速度，進(jìn)而邊能算出傳輸過程中雞蛋所受的慣性力的大小。傳輸中的雞蛋所受應(yīng)力的具體計(jì)算為：

傳輸鏈的最大加速度（a）為242.94m m/s2,那么，傳輸過程中雞蛋所受的加速推力（F）為0.05N，所受重力（G）為0.0572 N。之后在A B A Q U S中進(jìn)行加載求解，可得到雞蛋在傳輸鏈上的受力情況.

圖2 雞蛋和傳輸鏈的有限元模型

蛋殼上的最大應(yīng)力＜所能承受的最大應(yīng)力，并且要相差較大；與此同時(shí)，在承受重力的同時(shí)，沒有加速度推力的一側(cè)的應(yīng)力＜有加速度推力的一側(cè)的應(yīng)力。

4 結(jié)語

綜上所述，在雞蛋自動(dòng)分級檢測裝置的設(shè)計(jì)中，可以充分利用P r o/E軟件創(chuàng)建檢測模型，要盡量優(yōu)化其中的凸輪、間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等，提高整個(gè)檢測裝置工作的安全性與可靠性，從而確保雞蛋自動(dòng)分級生產(chǎn)線的有序、高效運(yùn)行。

[1]李璨，張憲民.機(jī)械原理[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2004.

[2]寧欣.禽蛋的分級、檢測與包裝[J].中國家禽，2004,26（12）：56-60.

[3]鄒慧君.機(jī)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M].上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2000.