一種流水線雞蛋整理裝置的研制

潘乃康， 軒亮， 熊文昌， 李斌

（江漢大學(xué)機(jī)電與建筑工程學(xué)院，武漢 430056）

0 引言

隨著人們生活水平的提高，市場對雞蛋需求量增大，養(yǎng)雞場的規(guī)模也越來越大，但相對而言，養(yǎng)雞場對于雞蛋清撿工作不是特別重視，大多數(shù)是人工將雞蛋撿取到雞蛋盤并轉(zhuǎn)運(yùn)堆放，這一過程不僅花費(fèi)了大量的人力和時(shí)間，而且還考驗(yàn)了工作者的耐心和技巧，要確保雞蛋在被抓取的過程中不破裂。另一方面，隨著科技高速發(fā)展，人工漸漸被機(jī)器取代。就養(yǎng)雞場來說，越來越多的流水線裝置取代人工為養(yǎng)雞場清撿和收集雞蛋，但這一類的裝置不可避免地有電力消耗過大、成本高額、維修困難等缺點(diǎn)。

該流水線整理裝置一方面取代人工，節(jié)省人力強(qiáng)度，提高雞蛋的清撿效率；另一方面相比同類產(chǎn)品，不僅具有效率高、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，而且結(jié)構(gòu)簡單，體型上精致小巧，節(jié)省電力，方便轉(zhuǎn)移安裝，也方便維修。

1 設(shè)計(jì)方案

1.1 總體方案設(shè)計(jì)

為了取代人工實(shí)現(xiàn)流水線整理雞蛋，設(shè)計(jì)要求該裝置在工作時(shí)按圖1來運(yùn)行。

圖1 工作流程圖

雞籠的雞蛋通過斜槽到達(dá)該流水線雞蛋整理裝置，如圖2所示，為了完成第一步分揀多個(gè)雞蛋的工作，設(shè)計(jì)了分揀裝置，具有將無序的雞蛋均勻有序分揀的功能；雞蛋通過分揀裝置后，需要設(shè)計(jì)一種接蛋裝置來完成第二步工作，能安全有效地將雞蛋接收并放置到處于接收裝置下方的雞蛋盤；對于放置滿雞蛋的雞蛋盤，需要設(shè)計(jì)一種傳送帶來完成第三步工作，將雞蛋盤輸送到下一步的工作區(qū)域，考慮到傳送帶與下一個(gè)裝置之間有較大的間隙，不利于雞蛋盤的平穩(wěn)傳送，設(shè)計(jì)一個(gè)過渡裝置，用于傳送帶與下一個(gè)裝置之間的連接；為了完成最后的雞蛋盤堆放及轉(zhuǎn)運(yùn)工作，設(shè)計(jì)最后的可轉(zhuǎn)移的收集裝置，具有收納雞蛋盤并自由轉(zhuǎn)運(yùn)的功能。

圖2 流水線整理裝置總體結(jié)構(gòu)

1.2 分揀裝置設(shè)計(jì)

這一部分的目標(biāo)是完成分揀雞蛋的工作。養(yǎng)雞場內(nèi)雞蛋通過斜槽到分揀裝置上，如圖3所示，設(shè)計(jì)了一種分蛋盤來承接這些雞蛋，為了達(dá)到分揀雞蛋的功能，分蛋盤與水平面有5°的傾角，分蛋盤有5個(gè)滑槽。這樣雞蛋在分蛋盤上會受斜面影響，向斜側(cè)5個(gè)滑槽滑下。為了讓這些雞蛋能均勻地滑到各個(gè)雞蛋滑槽內(nèi)，在雞蛋盤內(nèi)部設(shè)計(jì)電動機(jī)帶動的偏心輪機(jī)構(gòu)，偏心輪機(jī)構(gòu)安裝在U形朔料框架上，U形框架一側(cè)與分蛋盤用兩個(gè)鉸鏈連接，另一側(cè)與分蛋盤可分開，其機(jī)構(gòu)簡圖如圖4所示。工作時(shí)電動機(jī)帶動偏心輪轉(zhuǎn)動，與偏心輪接觸的分蛋盤一側(cè)受到鉸鏈約束，只能一側(cè)上下擺動，雞蛋受分蛋盤的輕微擺動效果，均勻地滑動到5個(gè)滑槽內(nèi)。為了達(dá)到雞蛋分揀的有序性，在分蛋盤上面設(shè)計(jì)了旋轉(zhuǎn)門，通過一側(cè)齒輪配合傳動，旋轉(zhuǎn)門上附有傳感器。當(dāng)受到每一個(gè)滑槽內(nèi)的雞蛋帶來的壓力時(shí)，傳感器感應(yīng)，電動機(jī)轉(zhuǎn)動使旋轉(zhuǎn)門旋轉(zhuǎn)一個(gè)相位，讓一排雞蛋順利滑下，并且擋住了即將到來的雞蛋，當(dāng)滑槽內(nèi)雞蛋都滑到旋轉(zhuǎn)門時(shí)，旋轉(zhuǎn)門再次旋轉(zhuǎn)一個(gè)相位。

圖3 分揀裝置示意圖

圖4 分揀裝置內(nèi)部機(jī)構(gòu)簡圖

1.3 接蛋裝置設(shè)計(jì)

雞蛋通過旋轉(zhuǎn)門后，為了依次接到雞蛋，設(shè)計(jì)了帶有叉子的接蛋裝置，如圖5所示，叉子通過連桿機(jī)構(gòu)連接，雞蛋落入接蛋裝置，被叉子接住，叉子上的傳感器感應(yīng)，使得電動機(jī)帶動連桿機(jī)構(gòu)向下運(yùn)動，叉子受連桿機(jī)構(gòu)的作用向下，最后分開，雞蛋落入下面的雞蛋盤，之后叉子受連桿機(jī)構(gòu)的作用又返回到原始位置。考慮到雞蛋落入叉子上可能會有破損，在叉子上包裹硅膠，這樣使得叉子具有一定的彈性，這樣保證了雞蛋落到叉子上時(shí)不會與叉子產(chǎn)生強(qiáng)烈的碰撞。

圖5 接蛋裝置示意圖

1.3 傳送部分設(shè)計(jì)

為了簡化設(shè)計(jì)，源于生活用于生活，直接選用傳送帶輸送雞蛋盤，如圖6所示，傳送帶的支撐架由角鋼組成，步進(jìn)電動機(jī)作為動力源，由接蛋裝置叉子上的傳感器控制，當(dāng)接蛋裝置放置一排雞蛋，傳送帶帶動雞蛋盤行進(jìn)一個(gè)蛋距；第二個(gè)傳送帶是過渡裝置，如7所示，第1個(gè)傳送帶與下一個(gè)裝置的間距較大，為保證雞蛋盤輸送的平穩(wěn)性，設(shè)計(jì)一個(gè)非自動的小型傳送帶，用于雞蛋盤在兩個(gè)裝置間的過渡。

圖6 傳送帶示意圖

圖7 過渡裝置示意圖

1.4 收集裝置設(shè)計(jì)

為了達(dá)到收集堆放多個(gè)雞蛋盤的功能，設(shè)計(jì)了一種具有多層結(jié)構(gòu)的收集裝置，如圖8所示，多層隔板由兩根絲桿和兩根光桿支撐，每一層可以放置一個(gè)雞蛋盤，收集裝置的動力源來自電動機(jī)，電動機(jī)通過減速器減速后，通過一對錐齒輪變向，與錐齒輪同軸的絲桿轉(zhuǎn)動，帶動多層隔板往上移動，其中兩根絲桿放在對角處，另外用于支撐的兩根光桿放在另一個(gè)對角處。當(dāng)雞蛋盤由傳送帶傳送到收集裝置上的一個(gè)隔板時(shí)，隔板上的傳感器感受到一定壓力，控制電動機(jī)開始轉(zhuǎn)動，多層隔板受絲桿和光桿的運(yùn)動往上移動兩個(gè)隔板的間距，下一個(gè)隔板接著接收雞蛋，當(dāng)每一層隔板都放置雞蛋盤之后，傳感器控制電動機(jī)反轉(zhuǎn)，承載著所有雞蛋盤的多層隔板隨著絲桿光桿運(yùn)動回到原來位置。為了方便收集裝置轉(zhuǎn)運(yùn)，設(shè)計(jì)了萬向輪和扶手，當(dāng)一個(gè)收集裝置所有隔板的都載有雞蛋時(shí)，可以轉(zhuǎn)運(yùn)走，換第二個(gè)收集裝置繼續(xù)接收雞蛋盤。

圖8 收集裝置示意圖

2 工作原理

首先，對養(yǎng)雞場雞蛋與分揀盤連接傳送部分說明一下。將傳送帶輸送機(jī)養(yǎng)雞場的雞籠配套連接，雞籠設(shè)計(jì)為傾斜結(jié)構(gòu)，雞下蛋后，雞蛋直接滾到傳送帶輸送機(jī)上，再由輸送機(jī)傳到分蛋盤上，進(jìn)行分揀。

其次，分蛋盤內(nèi)部有電動機(jī)帶動的偏心輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)雞蛋由V形槽直接無序地放入分蛋盤，分蛋盤通過偏心輪機(jī)構(gòu)上下擺動使無序的雞蛋能分別均勻地進(jìn)入到5個(gè)滑槽內(nèi)，完成雞蛋的第一次分揀。在此過程中，雞蛋通過斜槽引導(dǎo)，由無序方向變成豎向方向經(jīng)滑槽滑下。

雞蛋在每個(gè)滑槽內(nèi)后，分蛋盤每個(gè)滑槽上設(shè)有旋轉(zhuǎn)門，旋轉(zhuǎn)門設(shè)有壓敏傳感器，當(dāng)每個(gè)旋轉(zhuǎn)門都感受雞蛋時(shí)，會同時(shí)旋轉(zhuǎn)，控制了每排雞蛋出來，經(jīng)后面S形導(dǎo)管滑入下面的雞蛋盤。因?yàn)殡u蛋從斜槽出來時(shí)是豎向的，所以當(dāng)雞蛋經(jīng)過S形管出來到下面的雞蛋盤時(shí)會立在雞蛋盤里面。

第3部分是蛋盤傳送裝置，蛋盤放在傳送皮帶上，設(shè)置好傳送皮帶的速度，讓雞蛋每一排每一排落入雞蛋盤。雞蛋盤經(jīng)傳送帶送到后面的收集裝置。在收集裝置和傳送帶上間添加了一個(gè)滾輪橋，考慮到傳送帶與收集裝置由于結(jié)構(gòu)影響間距太大，這個(gè)滾輪橋裝置用于連接傳送帶和收集裝置，將雞蛋盤更好地傳送到收集裝置上。

最后一部分是收集裝置，收集裝置里設(shè)計(jì)了齒輪傳動升降裝置，它分有很多小層，每一層可以放一個(gè)雞蛋盤，當(dāng)一個(gè)雞蛋盤放入第1層時(shí)，壓力傳感器受到一定的壓力作出感應(yīng)，電動機(jī)啟動，第1層會上升，第2層會接替接收下一個(gè)雞蛋盤。

3 參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算

分揀裝置是整個(gè)流水線里最重要的部分，考慮到分揀裝置內(nèi)部的凸輪大小對分揀效果有很大的影響，故對凸輪進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算，并對與旋轉(zhuǎn)門配合的齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

根據(jù)實(shí)際禽蛋機(jī)擺動幅度要求為200～300 mm范圍內(nèi),取幅度A=300 mm,則（r+e+r-e）/2=300 mm；那么偏心輪直徑d=600 mm；偏心輪轉(zhuǎn)速n=40～80 r/min。

因?yàn)槊總€(gè)雞蛋的質(zhì)量約為50 g,電動機(jī)也只需較小功率即可查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊得：可選Y～90L-6型號的電動機(jī)：P=1.0 kW；n=910 r/min；總傳動比i=11～22，取合適傳動比i=15。采用雙級傳動i1=3，i2=5；取z1=17,則z2=51；取z3=19，則z4=95；z1和z2互為質(zhì)數(shù)，z3和z4也互為質(zhì)數(shù)，都符合要求。

取m1=1.5,m2=2, 由d=mz得：d1=25.5 mm,d2=76.5 mm;d3=38 mm;d4=190 mm，查手冊可知，齒輪的齒寬系數(shù)φd=0.3。

由齒寬公式b=φdd得：b1=7.65 mm,b2=22.95 mm;b3=11.4 mm,b4=57 mm。

齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核：

齒面接觸疲勞強(qiáng)度滿足要求。

齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核：

齒根彎曲疲勞強(qiáng)度滿足要求。

4 受力分析及強(qiáng)度校核

主要是對分揀雞蛋的旋轉(zhuǎn)門及配對的齒輪進(jìn)行強(qiáng)度校核，旋轉(zhuǎn)門主體為朔料框架，齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），在旋轉(zhuǎn)門每一片扇葉上施加雞蛋撞進(jìn)時(shí)所帶來的力，軸上加上力矩，得出校核結(jié)果，強(qiáng)度校核如圖9所示。

圖9 旋轉(zhuǎn)門校核圖

由圖9可知，軸上的最大應(yīng)力分布為1.304 MPa，遠(yuǎn)小于鋼的許用應(yīng)力。

5 結(jié)語

該設(shè)備通過多個(gè)傳送帶和傳感器結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了物品流水線有序傳送。該設(shè)備可應(yīng)用于各大小養(yǎng)雞場，具有高效率清撿雞蛋的功能，大量減少了對雞蛋清撿的工作，實(shí)現(xiàn)了養(yǎng)雞場的智能化管理。

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