沈鋌 吳超杰 謝佰均 戴惠亮 曹建波

摘要：根據(jù)雙鍋曲亳炒干機(jī)的調(diào)幅結(jié)構(gòu)和變速機(jī)構(gòu)。文針對(duì)其原有的手動(dòng)機(jī)構(gòu)優(yōu)化為自動(dòng)調(diào)幅機(jī)構(gòu)，替代原有的調(diào)幅手柄，改為電動(dòng)調(diào)幅，并優(yōu)化原有的牙嵌式離合器來適應(yīng)自動(dòng)的調(diào)幅方式并使調(diào)幅過程更加平順。原有的變速機(jī)構(gòu)為皮帶式無級(jí)調(diào)速機(jī)構(gòu)，其摩擦損失大，其輸出轉(zhuǎn)矩隨著轉(zhuǎn)速的上升而下降，且調(diào)速過程需要手動(dòng)操作擰動(dòng)調(diào)節(jié)螺母進(jìn)行操作，較為不便?，F(xiàn)將其調(diào)速方式改為vvvf變頻調(diào)速，在工頻內(nèi)實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，且省去了機(jī)械調(diào)速機(jī)構(gòu)，提高效率。通過這兩個(gè)機(jī)構(gòu)的改進(jìn)能夠進(jìn)一步提升該機(jī)的效率，降低操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，為自動(dòng)化控制提供基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：雙鍋炒茶機(jī);自動(dòng)調(diào)幅

引言

炒茶的歷史悠久，傳統(tǒng)的炒茶工藝繁瑣，勞動(dòng)強(qiáng)度高，炒茶的效率較為低下，茶葉炒制的質(zhì)量也不穩(wěn)定。近年來，隨著茶葉市場(chǎng)的加速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)成品茶葉的需求量越來越大，機(jī)器炒茶已經(jīng)取代了幾乎所有的中低端茶葉[1]。在此背景下，雙鍋曲亳炒干機(jī)由此而生，雙鍋炒干機(jī)區(qū)別于普通的球型炒干機(jī)，本產(chǎn)品設(shè)有無級(jí)變速機(jī)構(gòu)、不停機(jī)的調(diào)幅機(jī)構(gòu)和強(qiáng)熱風(fēng)排濕結(jié)構(gòu)。大體的結(jié)構(gòu)已基本定型，效率的提升空間比較有限。雙鍋曲亳炒干機(jī)主要由機(jī)體，皮帶無級(jí)調(diào)速機(jī)構(gòu)，三相異步電動(dòng)機(jī)，電爐，風(fēng)機(jī)，機(jī)架，鍋沿，鍋體，曲軸和鍋鏟，風(fēng)管，離合器總成，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)以及電氣箱組成，該機(jī)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，操作方便，可靠性好，但自動(dòng)化程度還不夠高，本文對(duì)原機(jī)型的改動(dòng)程度較小，整體的機(jī)械結(jié)構(gòu)保持不變，對(duì)電路的改動(dòng)也較小，大幅提高該機(jī)器的自動(dòng)化程度。

1.設(shè)備結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

60雙鍋炒干機(jī)有兩幅不同的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，對(duì)應(yīng)著不同的搖桿長(zhǎng)度。動(dòng)力通過三相異步電動(dòng)機(jī)由皮帶傳動(dòng)至軸1，軸一兩頭分別裝有相同長(zhǎng)度的曲柄，將動(dòng)力輸出至左右兩邊。軸1一端輸出兩端曲柄，對(duì)應(yīng)不同的搖桿長(zhǎng)度，搖桿空套在軸2，沒有離合器的結(jié)合，并不能帶動(dòng)鍋鏟運(yùn)動(dòng)，作業(yè)時(shí)，需要滑動(dòng)軸2上的離合器，通過與左右兩端的搖桿牙嵌式離合器的結(jié)合來傳動(dòng)帶動(dòng)鍋鏟運(yùn)動(dòng)。此過程通過扳動(dòng)撥桿來實(shí)現(xiàn)。

當(dāng)操作調(diào)整幅度時(shí)，理論上可以不停機(jī)操作，但對(duì)離合器以及變速機(jī)構(gòu)的沖擊較大，導(dǎo)致離合器的使用壽命大幅下降。倘若停機(jī)操作，則需要將離合器上的齒互相對(duì)準(zhǔn)才能切入，操作較為吃力?，F(xiàn)對(duì)其離合器結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，從原先的4個(gè)齒變成6個(gè)齒，且齒上有較大的倒角，方便離合器之間的滑動(dòng)，降低 直接沖擊帶來的磨損，增強(qiáng)調(diào)幅時(shí)的導(dǎo)向型，使調(diào)幅過程更加平順。且由于該離合器頻繁結(jié)合與分離，故材料需進(jìn)行表面淬火等熱處理來提升其強(qiáng)度，硬度以及耐磨性，延長(zhǎng)使用壽命[3]。離合器上開有安裝撥叉的槽，通過推動(dòng)波叉來使得離合器左右滑移從而嚙合左右翻炒半軸進(jìn)行擺動(dòng)。撥叉通過氣缸的推動(dòng)進(jìn)行滑移，縮短時(shí)間，提高自動(dòng)化程度。

氣缸選用小型單出桿雙作用式氣缸，缸徑40mm，伸出端軸頸10mm，行程20mm，移動(dòng)速度為50～200mm/s，氣壓可以適應(yīng)0.1～1mpa，反應(yīng)速度快，能承受較大的沖擊載荷。若移動(dòng)部件采用步進(jìn)電機(jī)及螺旋傳動(dòng)，對(duì)設(shè)備的安裝精度要求較高，且由于在生產(chǎn)過程中需要頻繁調(diào)幅，對(duì)絲杠以及電機(jī)的沖擊也較大，長(zhǎng)久以往，可靠性將會(huì)降低，步進(jìn)電機(jī)加絲杠傳動(dòng)價(jià)格也較氣缸高，該傳動(dòng)方式對(duì)控制要求較高，需要配套步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，或者普通電機(jī)配套位置傳感器。故選用普通氣缸提供動(dòng)力，只需控制一個(gè)電磁換向閥即可工作，可靠性高，能夠適應(yīng)頻繁往復(fù)的調(diào)幅[2]。

2.關(guān)鍵部位的受力分析

在對(duì)該設(shè)備的優(yōu)化過程中，主要對(duì)滑移的牙嵌式離合器以及撥叉進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，來滿足改進(jìn)后的需要。由于不能改變其總體尺寸，牙嵌式離合器經(jīng)過改進(jìn)后強(qiáng)度較于原來的牙嵌式離合器有所降低，故需對(duì)其進(jìn)行受力分析。通過solidworks軟件分析得其力學(xué)性能滿足使用需求，且余量較大。應(yīng)力圖如圖1所示。

撥叉為剖分式結(jié)構(gòu)，由于撥叉只收氣缸的推力，且力不大，選用普通碳鋼為材料，其力學(xué)性能也遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足使用需求[3]。應(yīng)力圖如圖2所示。

3.設(shè)備改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)與前景

基于原有60型雙鍋炒干機(jī)的結(jié)構(gòu)不發(fā)生任何改變，僅需改動(dòng)一些零部件，對(duì)炒茶性能沒有影響，改進(jìn)后的零部件尺寸大致相同，無需進(jìn)行另外的改動(dòng)與配合。替代原有的手動(dòng)調(diào)幅手柄，使操作過程更加的省力進(jìn)一步提高了該機(jī)型的自動(dòng)化程度，在炒茶過程中無需停機(jī)操作，用氣缸進(jìn)行滑移調(diào)頻，對(duì)機(jī)構(gòu)的沖擊小。自動(dòng)調(diào)幅機(jī)構(gòu)的改進(jìn)能在未來適應(yīng)自動(dòng)化的生產(chǎn)的需求，是自動(dòng)炒茶生產(chǎn)線的硬件基礎(chǔ)，在自動(dòng)化生產(chǎn)線中，可以用PLC等控制器控制多臺(tái)炒茶機(jī)的自動(dòng)炒茶，自動(dòng)根據(jù)茶葉的炒制程度進(jìn)行調(diào)幅，進(jìn)一步的提高生產(chǎn)效率。

4.結(jié)語

自動(dòng)調(diào)幅式雙鍋炒茶機(jī)，根據(jù)上述分析研究，具有如下特點(diǎn)：

1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化調(diào)幅，適當(dāng)降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

2.更加高效，未來自動(dòng)化生產(chǎn)過程能提高其效率。

3.調(diào)幅能夠在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中進(jìn)行，無需停機(jī)操作。

4.調(diào)幅過程對(duì)離合器的磨損降低，有效提高設(shè)備使用壽命。

參考文獻(xiàn)

[1]葉永林，劉廣，小型炒茶機(jī)：中國(guó)，02281638.0 [P].2003-10-01.

[2]濮良貴 陳國(guó)定 吳立言.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社.2006

[3]單祖輝，材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社.