鄭占賀，王瑩，任文營(yíng)，鄭紹成

青飼機(jī)青貯塊間歇型自動(dòng)撐袋機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化

鄭占賀1，王瑩2，任文營(yíng)1，鄭紹成3

（1.華北理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，河北 唐山 063021；2.唐山師范學(xué)院 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，河北 唐山 063000；3.唐山鑫萬(wàn)達(dá)實(shí)業(yè)股份有限公司，河北 唐山 063000）

為青飼機(jī)青貯塊成型后的套袋裝置中的撐袋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一款基于連桿開槽的偏置曲柄滑塊與雙滑塊組合的間歇型機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)可停歇的撐袋功能，并具有急回特性，提高工作效率。分析人工撐袋過程，進(jìn)行撐袋機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，推導(dǎo)該機(jī)構(gòu)的停歇時(shí)間與連桿滑槽長(zhǎng)度的數(shù)學(xué)關(guān)系式，通過Matlab優(yōu)化偏置曲柄滑塊的桿長(zhǎng)參數(shù)，并利用Solidworks進(jìn)行建模仿真，模擬撐袋機(jī)構(gòu)的運(yùn)行，對(duì)比分析3種不同行程速比系數(shù)下?lián)未鼨C(jī)構(gòu)桿長(zhǎng)參數(shù)與各自運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。從3組數(shù)據(jù)中選取1組相對(duì)合適的參數(shù)進(jìn)行公式驗(yàn)證，得出撐袋機(jī)構(gòu)具有停歇功能和急回特性，仿真結(jié)果與解析公式計(jì)算結(jié)果一致。撐袋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，滿足工藝要求，為青貯塊的自動(dòng)化裝袋提供了可行方案。

撐袋機(jī)構(gòu)；組合機(jī)構(gòu)；間歇機(jī)構(gòu)；優(yōu)化仿真

隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技的飛速發(fā)展，青飼料收獲機(jī)逐漸代替人工收獲玉米秸稈、高粱、牧草等農(nóng)作物[1]。如今國(guó)內(nèi)外青飼機(jī)的制造技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越成熟，但是在青貯塊成型以后對(duì)其進(jìn)行套袋的技術(shù)還有很大的研究空間[2]?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外許多企業(yè)針對(duì)青飼機(jī)壓成型的青貯塊，在袋裝過程中依然使用人工進(jìn)行套袋，這就會(huì)產(chǎn)生工作量大、效率低的難題，因此，對(duì)自動(dòng)套袋工藝進(jìn)行研究，并設(shè)計(jì)開發(fā)與設(shè)備配套的套袋裝置是十分必要和有實(shí)際意義的。

撐袋機(jī)構(gòu)是在各類食品及藥品包裝機(jī)械中應(yīng)用較廣泛的一類包裝輔助機(jī)構(gòu)，屬于中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，其主要功能是撐開包裝袋的袋口，便于后續(xù)的主要包裝操作。近年來(lái)，很多學(xué)者對(duì)滿足不同包裝要求的各種類型的撐袋機(jī)構(gòu)進(jìn)行了研究，如河北農(nóng)業(yè)大學(xué)的柏亞萌等[3]研究了一種水果套袋機(jī)器人，對(duì)整個(gè)套袋過程中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)分別進(jìn)行了設(shè)計(jì)及分析，其中撐袋環(huán)節(jié)采用真空負(fù)壓的方式實(shí)現(xiàn)撐袋功能，整個(gè)裝置具有檢測(cè)系統(tǒng)，可以進(jìn)行果實(shí)識(shí)別和避障。該裝置實(shí)現(xiàn)了幼果套袋的自動(dòng)化與智能化。徐雪萌等[4]研究了掛面包裝機(jī)的撐袋機(jī)構(gòu)，其撐開袋口的機(jī)構(gòu)是滑塊擺桿機(jī)構(gòu)，同時(shí)配合多種氣缸達(dá)到撐開袋口裝入掛面的功能，求解了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)曲線，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)構(gòu)的可靠性，解決了包裝袋落料的問題。這些機(jī)構(gòu)的研究，解決了水果自動(dòng)套袋和掛面撐袋機(jī)構(gòu)的問題，極大地實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)的自動(dòng)化，但對(duì)應(yīng)用于青飼機(jī)青貯塊套袋操作的撐袋機(jī)構(gòu)研究尚屬空白。

間歇機(jī)構(gòu)大致可以分為兩大類：一類如針輪機(jī)構(gòu)、槽輪機(jī)構(gòu)等；另一類如凸輪–連桿組合機(jī)構(gòu)等組合型[5]，例如呂方梅[6]研究了高速模切機(jī)的凸輪與五桿機(jī)構(gòu)，為低副結(jié)構(gòu)間歇機(jī)構(gòu)提供了可靠的理論基礎(chǔ)。通過查閱文獻(xiàn)可知，大多數(shù)學(xué)者都是對(duì)凸輪與不完全齒輪間歇機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究[7]，應(yīng)用連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)間歇功能的裝置和文獻(xiàn)少之又少[8]。連桿機(jī)構(gòu)具有價(jià)格便宜，壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，因此其應(yīng)用越來(lái)越廣泛，越來(lái)越受企業(yè)的青睞。

文中針對(duì)青飼機(jī)壓成型的青貯塊，在分析其自動(dòng)套袋工藝流程的基礎(chǔ)上，選擇偏置曲柄滑塊–雙滑塊組合機(jī)構(gòu)作為撐袋機(jī)構(gòu)本體進(jìn)行設(shè)計(jì)，并對(duì)其結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)青飼機(jī)青貯塊的自動(dòng)套袋。

1 青貯塊自動(dòng)套袋工藝及機(jī)構(gòu)組成

依據(jù)青貯塊袋裝流程，如圖1所示，在青飼機(jī)出料口處設(shè)計(jì)了自動(dòng)套袋裝置[9]，該裝置由撐袋機(jī)構(gòu)和套袋機(jī)構(gòu)組成，見圖2。撐袋機(jī)構(gòu)處在撐袋工位，用來(lái)將青貯袋袋口完全撐開；套袋工位在出料筒前端，套袋機(jī)構(gòu)沿滑軌平移實(shí)現(xiàn)在撐袋工位取撐開口的青貯袋和在套袋工位套袋的操作。顯然，為保證套袋機(jī)構(gòu)能穩(wěn)定可靠地取到袋子，要求所設(shè)計(jì)的撐袋機(jī)構(gòu)把袋口撐開以后有一定的停留時(shí)間。

圖1 青貯塊袋裝流程

圖2 自動(dòng)套袋裝置

2 間歇型撐袋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 基本結(jié)構(gòu)組成和工作原理

撐袋機(jī)構(gòu)是連接取袋及套袋操作的一個(gè)中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，主要由兩大部分組成，一部分結(jié)構(gòu)由偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和雙滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)而成的組合機(jī)構(gòu)，見圖3。該結(jié)構(gòu)由固定銷軸、轉(zhuǎn)盤曲柄、開槽連桿、連接滑塊、連接桿、底座、外支撐、滑塊、導(dǎo)桿和撐袋桿組成。其功能是將由取袋機(jī)構(gòu)運(yùn)來(lái)的青貯專用袋袋口完全撐開，使袋口截面成為一個(gè)長(zhǎng)方形，如圖4中線框所示。其執(zhí)行部件為4個(gè)完全相同的撐袋桿，分別與導(dǎo)桿上的4個(gè)滑塊連接。通過偏置曲柄滑塊–雙滑塊機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)4個(gè)撐袋桿在平面內(nèi)的縮放，從而完成青貯袋口的撐開。選擇偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，是因?yàn)槠们瑝K機(jī)構(gòu)具有急回特性，在生產(chǎn)實(shí)際當(dāng)中可以很好地提高工作效率[10]。

圖3 撐袋裝置主要結(jié)構(gòu)

另一部分為移動(dòng)撐袋機(jī)構(gòu)的裝置，主要由氣缸、推桿支座、底板、滑塊、滑軌、移動(dòng)板等組成，見圖4。其主要功能是撐袋前將撐袋結(jié)構(gòu)向前移動(dòng)，使撐袋桿進(jìn)入青貯袋口里，以便實(shí)現(xiàn)袋口的撐開；撐袋后套袋機(jī)構(gòu)抓袋，撐袋結(jié)構(gòu)向后退回，使撐袋桿離開青貯袋口，以便套袋機(jī)構(gòu)攜袋到套袋工位進(jìn)行套袋操作。

撐袋機(jī)構(gòu)的工作原理：取袋機(jī)構(gòu)將青貯袋送到撐袋工位后，由開袋吸盤吸開袋口，撐袋機(jī)構(gòu)沿底板向前滑動(dòng)，隨著撐袋桿向前伸進(jìn)袋子，偏置曲柄滑塊–雙滑塊組合機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)盤曲柄以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，然后帶動(dòng)開槽連桿運(yùn)動(dòng)，使得撐袋桿順著長(zhǎng)方形對(duì)角線方向運(yùn)動(dòng)到長(zhǎng)方形的4個(gè)角，從而將袋口完全撐開，見圖4。顯然，撐袋桿移動(dòng)的距離應(yīng)為撐開袋口截面長(zhǎng)方形對(duì)角線的一半。

圖4 撐袋機(jī)構(gòu)前視圖

整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中，當(dāng)轉(zhuǎn)盤曲柄上的圓銷在開槽連桿的滑槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，撐袋桿處于停歇狀態(tài)，方便撐袋桿在取袋機(jī)構(gòu)將袋子送到撐袋工位后進(jìn)入青貯袋口，以及便于袋口撐開后套袋機(jī)構(gòu)有足夠時(shí)間抓取撐開的青貯袋口。

2.2 偏置曲柄滑塊–雙滑塊組合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于袋口的撐開形狀是長(zhǎng)方形（見圖4），4個(gè)撐袋桿分布在長(zhǎng)方形的對(duì)角線上呈對(duì)稱分布，運(yùn)動(dòng)規(guī)律一致，為了簡(jiǎn)化計(jì)算選取其中一個(gè)桿進(jìn)行分析。所設(shè)計(jì)的偏置曲柄滑塊–雙滑塊機(jī)構(gòu)為一個(gè)串聯(lián)式組合機(jī)構(gòu)，包含曲柄1、連桿2和4、滑塊3和5共5個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，見圖5。其中，桿件1、2和4的長(zhǎng)度分別為1、2和4，偏置曲柄滑塊的偏心距為，機(jī)構(gòu)輸出構(gòu)件滑塊5的導(dǎo)路與曲柄軸的距離為。該機(jī)構(gòu)在滑塊3和5處共2個(gè)移動(dòng)副，、、和處均為轉(zhuǎn)動(dòng)副，且處為復(fù)合鉸鏈，所以機(jī)構(gòu)包含5個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副。

由自由度計(jì)算公式可得該組合機(jī)構(gòu)的自由度為：

(1)

圖5 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

通常在進(jìn)行組合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，先做其中一個(gè)子機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)綜合，然后通過機(jī)構(gòu)共有構(gòu)件，再做另一個(gè)子機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)綜合與設(shè)計(jì)[11]。在文中設(shè)計(jì)的撐袋機(jī)構(gòu)中，選取偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為前置機(jī)構(gòu)，雙滑塊機(jī)構(gòu)為后接機(jī)構(gòu)，兩基本機(jī)構(gòu)共有的運(yùn)動(dòng)構(gòu)件為滑塊3。由機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖可知，以點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，選取偏置曲柄某一運(yùn)動(dòng)位置，可寫出該偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程的解析表達(dá)式：

式中：3為滑塊3與軸的距離；θ為桿件與軸的夾角。

由式（2）消去2后，可求出機(jī)構(gòu)共有運(yùn)動(dòng)構(gòu)件滑塊3的位移：

再寫出雙滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程的解析表達(dá)式：

式中：5為滑塊5與軸的距離。

由此，可得滑塊5的位移為：

將式（3）帶入式（5），得到組合機(jī)構(gòu)輸出與輸入之間的關(guān)系式為：

可見，5可以由1、2、4、等參數(shù)表示。給定一組曲柄長(zhǎng)度1、連桿長(zhǎng)度2和4、偏心距和距離，即可求出輸出構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)距離，從而獲得青貯袋撐開袋口的尺寸。

2.3 開槽連桿滑槽長(zhǎng)度設(shè)計(jì)

為了滿足工藝要求，偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的滑塊在近端和遠(yuǎn)端時(shí)，要有一定的停歇，所設(shè)計(jì)的連接曲柄1和滑塊3的連桿2是開槽連桿，其上的滑槽長(zhǎng)度決定著撐袋桿停歇時(shí)間的長(zhǎng)短[12]。圖6所示為撐袋桿在離底座最近時(shí)，曲柄1與開槽連桿2的位置，此時(shí)滑塊3處于近端點(diǎn)2。如轉(zhuǎn)盤曲柄繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，在一定旋轉(zhuǎn)角度內(nèi)，曲柄的圓銷會(huì)在連桿滑槽內(nèi)移動(dòng)，此時(shí)連桿2和滑塊3不動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了撐袋桿在近端的停歇。

圖6 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)近端停歇位置

圖6中，在△202中，由余弦定理可得：

式中：為滑槽長(zhǎng)度。

由于曲柄與開槽連桿重合所以與互為補(bǔ)角，由此可求得曲柄轉(zhuǎn)過的弧度：

停歇時(shí)間為：

聯(lián)立式（7）—（9），可得出滑塊3在近端時(shí)的停歇時(shí)間與槽口長(zhǎng)度之間的關(guān)系式：

當(dāng)滑塊3到達(dá)遠(yuǎn)端位置C1時(shí)，曲柄與開槽連桿也共線，其位置見圖7。此時(shí)，曲柄與滑槽連桿不僅共線而且重合。

同理，在△101中，由余弦定理可知：

可以求出滑塊3在遠(yuǎn)端時(shí)的停歇時(shí)間與槽口長(zhǎng)度之間的關(guān)系式：

由此，可以得出滑塊3在近端2與遠(yuǎn)端12種情況下滑槽長(zhǎng)度與時(shí)間的關(guān)系，從而得到撐袋桿在兩極限位置的停歇時(shí)間，通過改變滑槽的長(zhǎng)度可以獲得撐袋桿不同的停歇時(shí)間。

3 間歇型撐袋機(jī)構(gòu)桿長(zhǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

3.1 建立優(yōu)化模型及其約束條件

由上述分析可知，如果已知青貯袋撐開袋口的尺寸要求，即5已知，撐袋機(jī)構(gòu)的各組成構(gòu)件的尺寸參數(shù)會(huì)有多種可能，這里就存在結(jié)構(gòu)參數(shù)最優(yōu)化的問題[13]。根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中其傳動(dòng)角的大小是不斷變化的。為保證機(jī)構(gòu)每一瞬時(shí)都有良好的傳力性能，在實(shí)際工程當(dāng)中把最小傳動(dòng)角min作為衡量機(jī)構(gòu)傳動(dòng)性能的標(biāo)準(zhǔn)，min越大，表示其傳動(dòng)性能越好。如圖5所示，機(jī)構(gòu)min出現(xiàn)在曲柄1與滑塊3導(dǎo)路垂直的位置，此時(shí)，min可表示為：

顯然，想要使得min最大，可以轉(zhuǎn)化為求cosmin最小，即優(yōu)化模型為：

對(duì)于前置的偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，當(dāng)滑塊3處于兩極限位置1和2時(shí)，在△12中，由余弦定理可得：

式中：為極位夾角，=180o×(?1)/(+1)；為行程速比系數(shù)，通常在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)直接給定；為滑塊3的行程。

在△12中，由正弦定理可得：

以上為優(yōu)化模型需滿足的約束條件。該模型既含有不等式約束又含有等式約束，可選擇求解約束極小值的基本函數(shù)fmincon進(jìn)行求解[14-15]。

3.2 優(yōu)化實(shí)例

在工程實(shí)際問題中一般已知行程速比系數(shù)和行程，根據(jù)任務(wù)要求，可選取3組偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)進(jìn)行對(duì)比?？赏ㄟ^計(jì)算求得，計(jì)算過程如下。

通過企業(yè)實(shí)際測(cè)量可以測(cè)得出料口的寬度和高度分別為355 mm和325 mm，包裝袋在未張開時(shí)長(zhǎng)度為720 mm，其技術(shù)參數(shù)見表1。為滿足青貯袋撐袋要求，撐開袋口的形狀為長(zhǎng)方形（見圖4），由出料口的尺寸可以設(shè)定其撐開袋子的長(zhǎng)和寬分別為375 mm和345 mm。

表1 技術(shù)參數(shù)

Tab.1 Technical data

初步定撐袋桿的直徑為10 mm。由勾股定理求得每個(gè)撐袋桿（即滑塊5）的行程，然后取整得出：

對(duì)于后接的雙滑塊機(jī)構(gòu)，因?yàn)?>5，且受工作空間尺寸限制，選定兩滑塊間的連桿的長(zhǎng)度4為326 mm，滑塊3的行程取整得出：

考慮偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中滑塊實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸的影響，連桿4與滑塊3中心并不重合，式中，為連桿4與滑塊3中心偏置的距離。

以最小傳動(dòng)角作為優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，選取轉(zhuǎn)盤曲柄、連桿的長(zhǎng)度和偏距為設(shè)計(jì)變量。通過Matlab建立偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型[16]，編寫優(yōu)化程序（見圖8），進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，得出不同取值時(shí)，機(jī)構(gòu)參數(shù)的最優(yōu)解并取整。由于滑槽長(zhǎng)度影響撐袋桿初始位置的距離，滑槽過長(zhǎng)會(huì)對(duì)取袋后初始袋口張開程度要求較高，因此初步設(shè)定滑槽長(zhǎng)度為8 mm，見表2。

圖8 優(yōu)化程序

表2 機(jī)構(gòu)的參數(shù)優(yōu)化結(jié)果

Tab.2 Optimization results of mechanism parameters

4 撐袋機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真

采用傳統(tǒng)建立實(shí)體模型的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)的周期長(zhǎng)、效率低，耗費(fèi)的人力物力太大，而用三維軟件進(jìn)行虛擬模型的建立可以提高效率、降低成本[17]。以實(shí)例中優(yōu)化計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)（參數(shù)見表2），選用Solidworks建立撐袋機(jī)構(gòu)虛擬裝配體，并運(yùn)用其自帶的motion模塊進(jìn)行仿真分析。圖9為在轉(zhuǎn)盤曲柄處施加一個(gè)轉(zhuǎn)速=20 r/min的馬達(dá)，所得到的一個(gè)撐袋桿的仿真運(yùn)動(dòng)曲線。

圖9 位移曲線

從圖9可以看出，機(jī)構(gòu)進(jìn)程曲線相較于回程曲線要平緩一點(diǎn)，符合機(jī)構(gòu)具有急回特性的要求。保留2位小數(shù)對(duì)整體時(shí)間基本無(wú)影響，因此當(dāng)形程速比系數(shù)=1.10時(shí)，曲線在0～0.32 s和1.58～1.80 s時(shí)間段內(nèi)位移值一定；當(dāng)=1.25時(shí)，曲線在0～0.35 s和1.64～1.88 s時(shí)間段內(nèi)位移值一定；當(dāng)=1.39時(shí)，曲線在0～0.37 s和1.68～1.91 s時(shí)間段內(nèi)位移值一定，這說(shuō)明撐袋機(jī)構(gòu)具有停歇功能，符合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。

從圖10可以看出，行程速比系數(shù)=1.10比=1.25和=1.39一開始的速度突變較大，機(jī)構(gòu)容易產(chǎn)生較大的震動(dòng)。從圖11可以看出，當(dāng)=1.10和=1.39時(shí)都存在較大的加速度突變，而=1.25時(shí)加速度變化相對(duì)平緩，相對(duì)而言沒有很大的沖擊，更符合設(shè)計(jì)要求。

圖10 速度曲線

圖11 加速度曲線

將表2中的=1.25的機(jī)構(gòu)已知參數(shù)帶入式（10）和式（12）中進(jìn)行驗(yàn)證（通常保留2位小數(shù)，對(duì)結(jié)果基本無(wú)影響），得出結(jié)果如下：

顯然，解析計(jì)算結(jié)果和機(jī)構(gòu)仿真結(jié)果基本一致，說(shuō)明模型正確。

5 結(jié)語(yǔ)

通過分析青貯塊的套袋工藝，針對(duì)青飼機(jī)青貯塊的套袋裝置中的撐袋機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，使其袋子撐口的尺寸及形狀達(dá)到了工藝所需的要求，同時(shí)機(jī)構(gòu)具有停歇特性，可以很好地銜接取袋機(jī)構(gòu)和套袋機(jī)構(gòu)，解決了青貯袋自動(dòng)撐袋口的難題，實(shí)現(xiàn)了青飼機(jī)青貯塊的自動(dòng)套袋操作。

所設(shè)計(jì)的撐袋機(jī)構(gòu)利用偏置曲柄滑塊和雙滑塊組合連桿機(jī)構(gòu)，在連桿處設(shè)計(jì)一個(gè)滑槽實(shí)現(xiàn)了機(jī)構(gòu)的停歇功能，并通過公式推導(dǎo)確定停歇時(shí)間，通過仿真建模驗(yàn)證了機(jī)構(gòu)可行性，為連桿類停歇機(jī)構(gòu)提供了一個(gè)新的設(shè)計(jì)思路。

計(jì)算了不同行程速比系數(shù)下機(jī)構(gòu)的桿件參數(shù)，并比較了其運(yùn)動(dòng)規(guī)律，結(jié)果表明=1.25時(shí)，具有停歇功能的運(yùn)動(dòng)特性較平穩(wěn)，沖擊較小。

[1] 劉忠寬, 劉振宇, 李江, 等. 中國(guó)青貯飼料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀分析[J]. 草學(xué), 2020(1): 70-75.

LIU Zhong-kuan, LIU Zhen-yu, LI Jiang, et al. Analysis on the Development Status of Chinese Silage Feed Industry[J]. Prataculture & Animal Husbandry, 2020(1): 70-75.

[2] 包攀峰, 呂江南, 王加躍, 等. 青貯飼料收獲機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀與對(duì)策[J]. 糧食與飼料工業(yè), 2018(1): 42-45.

BAO Pan-feng, LYU Jiang-nan, WANG Jia-yue, et al. Research Progress and Suggestions on Harvesting Machiner for Silage Fodder[J]. Cereal & Feed Industry, 2018(1): 42-45.

[3] 柏亞萌, 張德林, 程園. 水果套袋機(jī)器人[J]. 河北農(nóng)機(jī), 2021(3): 38-39.

BAI Ya-meng, ZHANG De-lin, CHENG Yuan. Fruit Bagging Robot[J]. Hebei Farm Machinery, 2021(3): 38-39.

[4] 徐雪萌, 陳留記, 王志山, 等. 給袋式掛面包裝機(jī)撐袋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析[J]. 包裝工程, 2019, 40(15): 181-188.

XU Xue-meng, CHEN Liu-ji, WANG Zhi-shan, et al. Design and Analysis of Bag-Opening Mechanism of Automatic Bag-Delivering Machine for Dried Noodles[J]. Packaging Engineering, 2019, 40(15): 181-188.

[5] 鄒慧君, 殷鴻梁. 間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用創(chuàng)新[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2008: 1-8.

ZOU Hui-jun, YIN Hong-liang. Design and Application Innovation of Intermittent Motion Mechanism[M]. Beijing: China Machine Press, 2008: 1-8.

[6] 呂方梅. 一種新型模切機(jī)間歇機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)學(xué)[J]. 包裝工程. 2020, 41(12): 204-209.

LYU Fang-mei. Design and Kinematics of a New Intermittent Mechanism for Die Cutting Machine[J]. Packaging Engineering, 2020, 41(13): 204-209.

[7] 張曉瑞, 張立中, 李小明. 雙凸輪和不完全齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]. 長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2019, 42(4): 9-14.

ZHANG Xiao-rui, ZHANG Li-zhong, LI Xiao-ming. Design of Double Cam and Incomplete Gear Transmission[J]. Journal of Changchun University of Science and Technology, 2019, 42(4): 9-14.

[8] 張春, 胡小春, 林佳裔. 平面復(fù)合連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及可動(dòng)性分析[J]. 機(jī)械設(shè)計(jì)與制造, 2020(1): 48-51.

ZHANG Chun, HU Xiao-chun, LIN Jia-yi. The Design and Movability Analysis of Planar Combined Bar Mechanism[J]. Machinery Design & Manufacture, 2020(1): 48-51.

[9] 王瑩, 李晨輝, 任文營(yíng). 三自由度青儲(chǔ)飼料打包機(jī)出料筒套袋裝置: 中國(guó), 112550837A[P]. 2022-03-18.

WANG Ying, LI Chen-hui, REN Wen-ying. Three-Degree- of-Freedom Bagging Device for Discharging Barrel of Ensilage Packaging Machine: China, 112550837A[P]. 2022-03-18.

[10] HE Zhen-zhi. Analysis on the Quick-Return Kinematic Characteristics of the On-Line Slider Elliptic Crank Mechanism[C]// Proc. of the 2016 International Conf. Mechatronics and Manufacturing[MMT 2016], New Jersey: World Scientific, 2017: 137-146.

[11] 呂庸厚, 沈愛紅. 組合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用創(chuàng)新[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2008.

LYU Yong-hou, SHEN Ai-hong. Design and Application Innovation of combined Mechanism[M]. Beijing: China Machine Press, 2008

[12] 張國(guó)全. 搖塊式擺動(dòng)導(dǎo)桿滑槽間歇機(jī)構(gòu)在小袋包裝機(jī)上的應(yīng)用[J]. 糧油加工與食品機(jī)械, 2000(1): 19-20.

ZHANG Guo-quan. The Application of the Intermittent Mechanism of the Rocking Block Swing Guide Rod Chute in the Small Bag Packaging Machine[J]. Grain and Oil Processing and Food Machinery, 2000(1): 19-20.

[13] HAN Ji-guang, ZHANG Chuan-yan, ZUN Wei-yang. Analysis and Synthesis of the In-Line Slider-Elliptic Crank Dwell Mechanism[J]. International Journal of Control and Automation, 2014, 7(10): 233-242.

[14] 龔純, 王正林. 精通MATLAB優(yōu)化計(jì)算[M]. 4版. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2016.

GONG Chun, WANG Zheng-lin. Proficient in MATLAB Optimization Calculation[M]. 4th ed. Beijing: Publishing House of Electronics Industry, 2016.

[15] 朱天天, 鄧援超, 夏萬(wàn). 利用連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)紙盒折邊裝置鏟刀軌跡的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]. 包裝工程, 2021, 42(23): 232-237.

ZHU Tian-tian, DENG Yuan-chao, XIA Wan. Optimal Design of Cutter Track of Paper Box Edge Folding Device by Connecting Rod Mechanism[J]. Packaging Engineering, 2021, 42(23): 232-237.

[16] 曹保金, 秦小嶼. MATLAB優(yōu)化工具箱在機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代機(jī)械, 2009(6):11-13.

CAO Bao-jin, QIN Xiao-yu. Application MATLAB Optimization Toolbox in Mechanical Optimization Design[J]. Modern Machinery, 2009(6):11-13.

[17] 蔡文書, 程志紅, 沈春豐. 基于SolidWorks的液壓支架三維建模和運(yùn)動(dòng)仿真[J]. 煤礦機(jī)械, 2008, 29(11): 165-167.

CAI Wen-shu, CHENG Zhi-hong, SHEN Chun-feng. 3D Modeling and Dynamic Simulation of Hydraulic Support with Solidworks[J]. Coal Mine Machinery, 2008, 29(11): 165-167.

Design and Optimization of Intermittent Automatic Bag-supporting Mechanism for Silage Block in Fodder Machine

ZHENG Zhan-he1, WANG Ying2, REN Wen-ying1, ZHENG Shao-cheng3

(1. College of Mechanical Engineering, North China University of Science and Technology, Hebei Tangshan 063021, China; 2. School of Physical Science and Technology, Tangshan Normal University, Hebei Tangshan 063000, China; 3. Tangshan Xinwanda Industrial Co., Ltd., Hebei Tangshan 063000, China)

The work aims to design an intermittent mechanism based on the combination of the connecting rod slotted offset crank-slider and the double-slider for the bag-supporting structure in the bagging device used after the formation of silage block in fodder machine, so as to realize the bag-supporting function of stopping and emergency returning, thus improving work efficiency. The artificial bag-supporting process was analyzed to design the bag-supporting mechanism and deduce the mathematical relationship between the stop time of the mechanism and the length of the connecting rod slot. Then, the rod length parameters of the offset crank-slider were optimized by Matlab, and Solidworks was used to establish model to simulate the operation of the bag-supporting mechanism. Finally, the rod length parameters and movement characteristics of the bag-supporting mechanism under three different stroke speed ratio coefficients were compared and analyzed. A set of relatively suitable parameters was selected from three sets of data to verify the formula, indicating that the bag-supporting mechanism had the function of stopping and emergency returning, and the simulation results were consistent with the calculation results of the analytical formula. The bag-supporting mechanism is reasonably designed, which meets the technological requirements, and provides a feasible solution for the automatic bagging of silage blocks.

bag-supporting structure; combination mechanism; intermittent mechanism; optimization simulation

TB486

A

1001-3563(2023)03-0179-08

10.19554/j.cnki.1001-3563.2023.03.022

2022?04?20

河北省科技廳科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目（19027216Z）

鄭占賀（1996—），男，碩士生，主攻機(jī)構(gòu)學(xué)與機(jī)械動(dòng)力學(xué)。

王瑩（1981—），女，博士，副教授，碩導(dǎo)，主要研究方向?yàn)闄C(jī)構(gòu)學(xué)與機(jī)械動(dòng)力學(xué)。

責(zé)任編輯：曾鈺嬋