陶帥

（遼寧建筑職業(yè)學院 遼寧遼陽 111000）

上料作為我國農(nóng)副產(chǎn)品加工的重要一環(huán)，多使用人工或者半自動裝置，對一般農(nóng)副產(chǎn)品如稻谷等，加工需要利用料斗傾斜式的半自動上料方法。但對雞蛋、桃子等容易破損的農(nóng)副產(chǎn)品加工時，還需要依賴傳統(tǒng)人工上料方法，導致工作人員勞動強度大，且生產(chǎn)效率不掛鉤，無法滿足新時期自動化、規(guī)?；?、智能化生產(chǎn)線需求。國外部分發(fā)達國家早已開始研究大規(guī)模自動上料機械，并獲得較好的經(jīng)濟效益。自動上料機械是雞蛋自動加工生產(chǎn)線過程中比較關鍵的一環(huán)，有利于解決雞蛋加工環(huán)節(jié)人工上料存在的不足之處，如生產(chǎn)效率偏低、人畜共患疾病等問題。但國內(nèi)自動上料機械自動化、生產(chǎn)效率均比較低，產(chǎn)品質(zhì)量并不穩(wěn)定。有學者研究指出，在雞蛋生產(chǎn)線上的上料裝置，其可通過吸盤上料當作自動上料機械手末端執(zhí)行設備［1］。本文以雞蛋上料機械為對象，對其原理、主要部件等部分展開介紹，不僅可以縮短上料機械樣機試制周期，也能為上料樣機安裝提供一定的參考。

1 自動加工生產(chǎn)線上料機械概述

雞蛋自動加工生產(chǎn)線上料裝置主要由蛋盤分類回收、吸盤擺臂等設備組成，其結(jié)構如圖1所示。蛋盤分類回收主要包含空蛋盤堆垛、非空蛋盤輸送等；吸盤擺臂則由曲柄遙桿及一對齒輪放大機構構成，能確保吸盤組件時間運動中一直處在水平條件下同步帶角度補償機構。載蛋盤裝置通過模塊帶進行輸送，對載滿雞蛋的蛋盤進行恰當?shù)亩ㄎ?。依托人工，將整盤雞蛋放在傳送設備之上，雞蛋跟隨著運動進入吸蛋位置，吸盤擺臂將其運動到雞蛋上方，向下垂直。由電氣系統(tǒng)恰當控制下吸盤吸氣，吸取整盤的雞蛋。該裝置能夠一次吸取兩盤雞蛋（60枚），蛋盤借助載蛋盤傳送設施受到作用的影響將載蛋盤傳輸至模塊帶上，直到運動至蛋盤分類回收處。在吸盤擺臂對雞蛋進行吸取后，由于齒輪放大、曲柄遙桿等方面的影響，快速完成吸蛋擺放操作。這一環(huán)節(jié)中，由于受到縱向氣缸驅(qū)動帶來的影響，兩盤蛋縱向分開適當?shù)木嚯x。受到橫向氣缸驅(qū)動的影響，滑塊分合機構可以把每一盤雞蛋5 列橫向分開，達到雞蛋加工生產(chǎn)線中傳送蛋棍的間距要求。以上操作順利完成后，借助電力系統(tǒng)把吸盤吸氣閥進行關閉，吸盤與大氣相連。因重力的影響，雞蛋自動落至加工生產(chǎn)線中，隨之，吸盤擺臂設備回到吸蛋處，復位各吸嘴，準備進行下次吸蛋操作，整個上料周期完成。

圖1 上料機械結(jié)構示意圖

2 上料機械主要部件設計

2.1 蛋盤輸送設計

自動上料機械若無法確保原材料持續(xù)不斷的供給，就不能稱為自動上料機械［2］。雞蛋自動加工生產(chǎn)線上料機械也不例外，為確保整盤雞蛋連續(xù)輸送至雞蛋裝置下，必須配置運行穩(wěn)定、速度適當及與已有蛋盤相互匹配的輸送系統(tǒng)，蛋盤輸送部分如圖2所示。

圖2 蛋盤輸送部分簡圖

蛋盤需要在輸送鏈條下進行向前運動，這種狀況下，要確保蛋盤與鏈條一同運動，不會將蛋盤拉傾斜或者翻倒。因紙質(zhì)蛋盤耐磨性不佳，極易發(fā)生損毀，因此，本次所用蛋盤均為塑料蛋盤。為確保蛋盤實際運動過程中與輸送機架保持平行，按照塑料蛋盤的形狀設計出支撐三角棍（見圖3），它們對稱安裝在蛋盤輸送機架上。加之，單排鏈條難以有效帶動蛋盤向前移動，此處，設計蛋盤卡棍將其固定到輸送鏈條上，蛋盤卡棍受到帶動推進蛋盤就會向前運動。

圖3 蛋盤支撐三角棍

2.2 吸盤擺動部分

吸蛋設備必須在輸送機架與打蛋機間開展往復擺動，從而把曲柄搖桿連續(xù)運動變?yōu)閾u桿往復擺動?；诖?，設計相應的曲柄搖桿機構開展吸蛋往復操作。曲柄搖桿機構見圖4。

圖4 曲柄搖桿機構示意圖

曲柄搖桿不同桿長計算如下：當擺臂的長度是（L）564mm，如果吸盤擺動至蛋盤上部進行吸蛋操作，上頂點與輸送機架間的高度（h）為96mm，基于此，獲得吸蛋裝置擺角（?）為162o，擺臂齒輪與擺臂進行固定連接，而擺臂齒輪轉(zhuǎn)動角事實上為擺臂擺動角度，因兩個齒輪齒數(shù)之比為1：3，因此，搖桿固定齒輪擺角就是擺臂擺角的1/3，ψ=54o。此處，行程速度系數(shù)K為1.03，得到：

根據(jù)上述式子，代入K值，獲得極位夾角?=2.6o。

2.3 蛋盤回收部分

因吸蛋設備設計的吸嘴主要通過氣動系統(tǒng)進行控制，任意系統(tǒng)并非絕對穩(wěn)定，有可能出現(xiàn)雞蛋并未完全被蛋盤吸起的情況。基于此，設計所需的蛋盤回收裝置。而空蛋盤、非空蛋盤若混合在一起，非空蛋盤僅占少數(shù)，這種情況下，必須將非空蛋盤上的雞蛋及時挑出來，這會引起不必要的麻煩，在一定程度上加大額外工作量。如果想及時回收空蛋盤、非空蛋盤，有效降低工作人員的工作量，必須設計空蛋盤及非空蛋盤這兩類回收設備。

蛋盤回收操作原理如下：若蛋盤通過測蛋擋板時，當?shù)氨P上缺少雞蛋，并未觸動相應的擋板，與其緊挨著的傳感器并未觸發(fā)。如果蛋盤運動至收集架下方，控制系統(tǒng)及時開啟頂起氣缸，蛋盤頂至空蛋盤收集架實現(xiàn)回收空蛋盤操作［3-4］。對蛋盤進行回收時，檢測蛋盤是否有遺留雞蛋裝置具有重要的意義，它能夠準確檢測蛋盤是否遺留雞蛋，與推走、頂起氣缸運動存在密切的聯(lián)系。按照蛋盤尺寸，設計相應的測蛋擋板，蛋盤中蛋與蛋兩者的距離、齒與齒的中心距均為50mm，而測蛋擋板上配置的U 型孔其中心距為25mm［5］。依據(jù)雞蛋情況，恰當調(diào)整其安裝高度，便于提升檢測效率。

檢測雞蛋裝置工作原理為：若蛋盤存在雞蛋，雞蛋及時觸動測蛋擋板中5 個齒中的任何一個，從而帶動著傳感器連接件開展運動，順利實現(xiàn)雞蛋檢測功能。

3 整體仿真研究

虛擬樣機就是集合不同新興技術為一體的類型，對仿真技術以及制造信息實施集成處理，上述技術用在全生命周期比較復雜的系統(tǒng)內(nèi)，便于對系統(tǒng)開展全面的管理。對雞蛋自動上料機所有機械設計完成后，對其運動學開展仿真分析［6］。開展仿真操作基礎在于創(chuàng)建新的運動場景，在UG 內(nèi)打開裝配完成的三維圖，單擊開始按鈕，隨之下拉菜單選定“運動仿真”命令，順利進入運動仿真模塊。對上料機械開展仿真研究，現(xiàn)場使用量角器、加速度儀、直尺等檢測上料裝置擺桿末端最大水平度Vx、水平及垂直位移x、y、垂直速度Vy等指標情況，及其獲取最大數(shù)值時曲柄相對位置角（?x、?vx、?ɑx、?y、?vy、?ɑy），與獲取的仿真數(shù)據(jù)展開對比，見表1。通過運動仿真研究，能有效優(yōu)化設計參數(shù)，對各零部件的設計進行完善處理，進一步確定這些部件的參數(shù)信息。通過分析發(fā)現(xiàn)，仿真數(shù)值與實測值大致相同，位移出現(xiàn)較小的誤差是由于測量精度引起的；角度存在微小誤差，除受到測量精度的影響外，零部件運動過程中受力變形也是常見的因素。

表1 比較仿真與實測結(jié)果

4 結(jié)語

綜上所述，雞蛋自進料至包裝均通過單個、不接觸人的處理，展現(xiàn)出操作簡單、可靠性高等特點。雞蛋自動上料機械使用吸盤自動上料裝置完成自動上料操作，通過曲柄搖桿機構對吸蛋裝置往復運動進行控制，順利實現(xiàn)吸蛋、放蛋操作。本文在闡述雞蛋自動上料機械工作原理基礎上，介紹吸盤擺動、蛋盤回收等部分設計情況，對雞蛋自動上料機械仿真結(jié)果證實，各項運動參數(shù)仿真與樣機實測數(shù)值存在較小的誤差，表明理論分析及仿真結(jié)果的正確性、實用性。