蓮籽分級機(jī)構(gòu)設(shè)計及其運(yùn)動分析

劉守祥 付新祥 許登旭

(長江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,湖北 荊州 434023) (湖北省洪湖市農(nóng)業(yè)局,湖北 洪湖 434200) (湖北省洪湖市職業(yè)技能培訓(xùn)中心，湖北 洪湖 434200)

蓮籽分級機(jī)構(gòu)設(shè)計及其運(yùn)動分析

劉守祥 付新祥 許登旭

(長江大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,湖北 荊州 434023) (湖北省洪湖市農(nóng)業(yè)局,湖北 洪湖 434200) (湖北省洪湖市職業(yè)技能培訓(xùn)中心，湖北 洪湖 434200)

根據(jù)蓮籽尺寸分布規(guī)律，設(shè)計了將蓮籽分為三級的振動分選機(jī)構(gòu)，簡述了其工作原理，并對蓮籽在振動篩面上運(yùn)動進(jìn)行了分析。

蓮籽； 分級機(jī)構(gòu)； 運(yùn)動分析

蓮籽屬堅果類水產(chǎn)品，呈橢球狀，由于其個體大小尺寸隨機(jī)性強(qiáng)，使得蓮籽穿芯工序依然靠人工去完成，制約了蓮籽穿芯作業(yè)實施機(jī)械化的進(jìn)程[1]。針對這一現(xiàn)狀，筆者對湖北省洪湖地區(qū)生產(chǎn)的去殼紅蓮個體尺寸進(jìn)行了隨機(jī)抽樣調(diào)查，結(jié)果表明多數(shù)去殼紅蓮長徑分布在10.5～15.4 mm、中徑在9.7～13.2 mm之間?？紤]到蓮籽在穿芯過程中所需的夾緊力以及在保證物理特性不變的條件下蓮籽能承受的夾緊力等因素，擬設(shè)計去殼紅蓮以中徑為準(zhǔn)分為三級的蓮籽分級機(jī)構(gòu)，以更好地實現(xiàn)蓮籽穿芯作業(yè)的機(jī)械化。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計與工作原理

1.曲柄連桿機(jī)構(gòu);2.喂料閥門;3.料斗; 4.二級連體振動篩;5.機(jī)架;6.吊桿;7.收集箱圖1 機(jī)構(gòu)示意圖Figure 1 Schematic diagram of the machine

蓮籽分級機(jī)構(gòu)主要由料斗、振動篩、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、機(jī)架等部件構(gòu)成[2]，如圖1所示。其中振動篩體由兩平行且等長的吊桿掛接在機(jī)架上，在篩體的左側(cè)裝有曲柄連桿機(jī)構(gòu)，篩體與曲柄通過連桿采用鉸接方式連接；第一級振動篩篩孔直徑為11.2 mm，第二級篩孔直徑為12.5 mm。在振動篩體的下方布有收集箱。

工作時，振動篩在曲柄帶動下，沿曲柄中心和連桿與篩體鉸接點的連線方向開始振動，蓮籽從料斗連續(xù)喂入，首先在第1級振動篩上做往復(fù)上下滑動(上滑距離大于下滑距離)的直線運(yùn)動，中徑小于11.2 mm蓮籽將穿過篩孔，開始進(jìn)行第一次分級；當(dāng)振動篩反向運(yùn)動時，蓮籽在慣性力的作用下克服本身的重力離開篩面，再著落在篩面上上下滑動，增加蓮籽與篩孔接觸的機(jī)會；依此循環(huán)，完成蓮籽的第1次分離；中徑大于或等于11.2 mm的蓮籽停留在篩體上，由于上滑距離大于下滑距離，蓮籽將依序流向第2級振動分離篩，完成第二級分離；停留在篩面上的蓮籽直接向后拋出進(jìn)入收集箱。如此反復(fù)循環(huán)完成蓮籽的分級。

2 蓮籽在篩面上的運(yùn)動分析

圖2 蓮籽在曬面上運(yùn)動分析Figure 2 The motion analysis of the lotus seeds in the vibration sieve

在篩面上的蓮籽，必須相對篩面滑動或離開篩面

才能落于篩孔完成蓮籽的分選。設(shè)曲柄長度為r，曲柄運(yùn)動角速度為ω，篩面與水平方向夾角為α，蓮籽單粒質(zhì)量為m，與篩面間的摩擦角為φ；篩體吊桿的長度相等、遠(yuǎn)大于篩體的擺幅、且相互平行，則可認(rèn)為曬體上各點運(yùn)動軌跡相同，且可簡化為一條直線[2](圖2)。設(shè)曬體的運(yùn)動以X方向為正，故曬體在任意時刻t的運(yùn)動可表述為：

位移x=-rcosωt

速度v=rωsinωt

加速度a=rω2cosωt

2.1 蓮籽在曬面上滑動的條件

當(dāng)曲柄位于X負(fù)半軸時，篩體加速度為正指向右方，此時，蓮籽受重力mg、篩面的支撐力N和慣性力I、摩擦力F作用；其中：

I=mrω2cosωt

N=mgcosα+Isin(α+γ)

F=Ntgφ=[mgcosα+mrω2cosωtsin(α+γ)]tgφ

設(shè)蓮籽沿曬面向下滑動的加速度為a蓮，則有[3]：

ma蓮=Icos(α+γ)-mgsinα-F

整理后得：

(1)

當(dāng)曲柄位于X正半軸時，篩體加速度為負(fù)指向左方，設(shè)蓮籽沿篩面向上滑動，同理可得蓮籽向上滑動曲柄的極限轉(zhuǎn)速為：

(2)

由式(1)和(2)可知,合理選擇曲柄轉(zhuǎn)速n，即可保證蓮籽在篩面上滑動，且上滑距離大于下滑距離，增加蓮籽穿過篩孔的機(jī)率，保證蓮籽按設(shè)定的尺寸進(jìn)行分級。

2.2 蓮籽在篩面上躍起的條件

當(dāng)曲柄位于X正半軸時，篩面對蓮籽的支撐力為：

N=mgcosα-Isin(α+γ)

當(dāng)N≤0時，蓮籽可離開篩面被拋起，即有

Isin(α+λ)gt;mgcosα

3. 小結(jié)

(1)蓮籽沿篩面上下滑動和離開篩面是實施分級的關(guān)鍵，因而，合理確定曲柄的轉(zhuǎn)速和篩體的振幅(γ角的大小和吊桿的長度)，即可提高蓮籽分級的精度。

(2)蓮籽按中徑分為三級后，使同一級別蓮籽中徑差異控制在1.5 mm以內(nèi)，可以提高蓮籽在穿芯過程中夾緊定位的精度，進(jìn)而提高蓮芯的穿凈率。

[1]劉守祥，錢 麗.蓮籽穿芯部件的設(shè)計及相關(guān)參數(shù)的試驗分析[J].長江大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)農(nóng)學(xué)卷，2008，5(2)：79～81.

[2]北京農(nóng)業(yè)工程大學(xué).農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)(下)(第2版)[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2003.95～99.

[3]同濟(jì)大學(xué)理論力學(xué)教研室.理論力學(xué) [M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1990.256～288.

2009-08-31

湖北省荊州市科技發(fā)展計劃項目(20091P030—3)

劉守祥(1964—)，男,湖北洪湖人,高級工程師,主要從事農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械化的研究.

10.3969/j.issn.1673-1409(S).2009.04.022

TH12

A

1673-1409(2009)04-S074-03