密集烤房傾斜夾取式裝煙機(jī)設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

摘要：針對密集烤房裝煙勞動強(qiáng)度大、裝煙效率低、裝煙設(shè)備不適用等問題，基于密集烤房及煙竿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種傾斜夾取式裝煙機(jī)，主要由動力平臺、升降裝置、夾取裝置組成。提出一種由夾取機(jī)構(gòu)和傾斜機(jī)構(gòu)組成的煙竿夾取裝置，闡述其工作原理，對傾斜過程進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析。設(shè)計(jì)一種由提升機(jī)構(gòu)和舉升機(jī)構(gòu)組成的升降裝置，分析門架系統(tǒng)的受力情況，并利用ANSYS Workbench軟件對門架系統(tǒng)進(jìn)行有限元分析。在密集烤房內(nèi)進(jìn)行裝煙試驗(yàn)，并分別設(shè)置人工和舉升式裝煙機(jī)裝煙兩組對照試驗(yàn)。結(jié)果表明，傾斜夾取式裝煙機(jī)能夠滿足密集烤房裝煙要求，平均裝煙成功率為96.7%，平均煙竿偏移率為4.8%，平均裝煙速率是人工裝煙的4.1倍，從而驗(yàn)證該傾斜夾取式裝煙機(jī)理論分析與設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性及合理性。

關(guān)鍵詞：煙葉烘烤；裝煙機(jī)；升降裝置；傾斜夾取裝置

中圖分類號：S229+.2" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " " 文章編號：2095?5553 （2024） 10?0119?07

Design and experiment of inclined clamping tobacco loading machine in bulk curing barn

Fu Delong1， Zhang Xiaoliang2， Sun Xiwen1， Luo Zhenbao1， Zhao Erwei1， Xie Shouyong2

（1. Bijie City Tobacco Company of Guizhou Province， Bijie， 551700， China；

2. School of Engineering and Technology， Southwest University， Chongqing， 400715， China；）

Abstract： In order to solve the problems of high labor intensity， low efficiency and inapplicability of tobacco loading equipment in bulk curing barn， and based on the structural characteristics of bulk curing barn and tobacco rod， an inclined clamping tobacco loading machine was designed in this paper， which was mainly composed of power platform， lifting device and gripping device. A rod clamping device composed of a clamping mechanism and an inclined mechanism was proposed， and the kinematics analysis of the inclined process was carried out. At the same time， a lifting device was designed， which was consisted of a lifting mechanism and a lifting mechanism. The force of the gantry system was analyzed， and the finite element analysis of the gantry system was carried out with ANSYS Workbench software. The tobacco loading test was carried out in the bulk curing barn， and two groups of control tests were set up for manual and lifting tobacco loading. Through experiments， it was found that the inclined clamping tobacco loading machine could meet the requirements of tobacco loading in the bulk curing barn. The average tobacco loading success rate was 96.7 %， the average tobacco rod offset rate was 4.8 %， and the average tobacco loading rate was 4.1 times than that of manual tobacco loading. Therefore， the accuracy and rationality of the theoretical analysis and design of the inclined clamping tobacco loader are verified.

Keywords： tobacco leaf roasting; tobacco loading machine； lifting device； gripping device

0 引言

烤煙作為我國重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，其機(jī)械化種植、植保、采收、烘烤、加工一直是國內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)[1?3]。密集烤房因其在煙葉烘烤過程中具有裝煙量大，省工、節(jié)能，專業(yè)化烘烤程度高等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用[4， 5]。裝煙是密集烤房煙葉烘烤中一個(gè)非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，其作業(yè)的好壞直接決定著煙葉烘烤后的質(zhì)量[6]。目前，鮮煙葉的裝炕主要由人工完成，其勞動強(qiáng)度大，安全隱患高，生產(chǎn)成本高，裝煙密度較難保證，烤后煙葉質(zhì)量參差不齊，嚴(yán)重制約煙草產(chǎn)業(yè)機(jī)械化發(fā)展[7， 8]。

國內(nèi)外學(xué)者對密集烤房裝煙設(shè)備進(jìn)行了廣泛的研究，研制出了舉升式[9]、抓取式[10]、移動式[11]等多種裝煙設(shè)備。其中國外對裝煙設(shè)備的研究主要以大型烤房散葉烘烤裝煙為主，并通過采用叉車式或安裝在烤房內(nèi)的提升裝置完成裝煙[12?15]，其機(jī)械化程度高，生產(chǎn)成本低，但因其特殊的烤房結(jié)構(gòu)與裝煙方式，在國內(nèi)具有較大的局限性。國內(nèi)學(xué)者王建安[16]研制了一種煙葉烘烤環(huán)節(jié)的機(jī)械化裝煙設(shè)備，主要由移動裝置和提升裝置組成，其采用煙夾傾斜的方式裝煙，有效避免了煙夾與墻面的干涉，但由于裝置過高，在裝煙過程中容易側(cè)翻；彭才望等[17]設(shè)計(jì)了一種SJ-100型自走式煙草上房機(jī)，升降裝置和擺放裝置均采用平行四邊形機(jī)構(gòu)，煙夾位于左右兩懸臂上，一次裝煙量為150 kg，但由于整個(gè)機(jī)器過長過寬，在烤房內(nèi)作業(yè)困難；張小亮等[18， 19]提出了一種密集烤房傾斜旋轉(zhuǎn)式裝煙機(jī)，裝煙時(shí)，在傾斜機(jī)構(gòu)和水平移動裝置的配合下使得煙夾與墻面保持一定的距離，采用兩級升降系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)煙葉的舉升，下層裝煙時(shí)載煙桿可傾倒90°，有效避免了載煙裝置與煙葉的干涉，該裝煙機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、裝煙效果良好等特點(diǎn)?，F(xiàn)階段大部分裝煙機(jī)的研究主要基于梳式煙夾，針對普通煙竿及彈簧煙竿的裝煙機(jī)鮮有研究。

基于此，本文參照GB/T 23219—2008《烤煙烘烤技術(shù)規(guī)程》及鮮煙葉物理特性[20]，針對普通煙竿和彈簧煙竿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用抓取的方式，設(shè)計(jì)一種傾斜夾取式裝煙機(jī)，對關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，運(yùn)用有限元的方法對門架系統(tǒng)進(jìn)行分析，加工樣機(jī)并進(jìn)行裝煙性能試驗(yàn)，以期為后續(xù)密集烤房裝煙機(jī)的研制和優(yōu)化提供參考。

1 整機(jī)結(jié)構(gòu)及技術(shù)參數(shù)

1.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)

研制的密集烤房傾斜夾取式裝煙機(jī)（圖1）主要由煙竿夾取裝置、升降裝置、動力平臺組成。

動力平臺采用前輪轉(zhuǎn)向后輪驅(qū)動的四輪輪系行走方式，且為電機(jī)驅(qū)動；升降裝置為鏈輪鏈條提升機(jī)構(gòu)和液壓油缸舉升機(jī)構(gòu)組成的兩級升降系統(tǒng)，有效降低了整機(jī)的高度；煙竿夾取裝置由傾斜機(jī)構(gòu)和夾取機(jī)構(gòu)組成。裝煙時(shí)，各裝置相互配合完成煙竿的夾取、運(yùn)送、升降和擺放作業(yè)。裝煙機(jī)技術(shù)參數(shù)如表1所示。

1.2 工作原理

作業(yè)時(shí)，裝煙機(jī)各裝置處于初始狀態(tài)，人工將編有煙葉的煙竿提升至夾取裝置處，夾取機(jī)構(gòu)依次完成3竿煙竿的夾取，傾斜機(jī)構(gòu)動作，使得煙竿繞中心旋轉(zhuǎn)一定的角度，煙竿傾斜；啟動行走裝置，運(yùn)送煙竿至裝煙位置，此時(shí)升降裝置動作，使得煙竿上升至烘烤架上方8 mm處，煙竿通過傾斜機(jī)構(gòu)回正，準(zhǔn)備煙竿擺放工作；煙竿夾取機(jī)構(gòu)動作，載煙板向下運(yùn)動，煙竿在自身重力的作用下掉落至烘烤架上，移動動力平臺向后運(yùn)動一定距離，啟動升降裝置，使得夾取裝置下降至初始位置，整機(jī)退出烤房，裝煙完成。

2 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

2.1 夾取裝置

2.1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)普通煙竿及彈簧煙竿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種煙竿夾取裝置，可實(shí)現(xiàn)3竿煙的夾取、傾斜及擺放作業(yè)。該裝置主要由夾取機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)單元、傾斜電動推桿、鋼絲繩限位座、煙竿固定桿、載煙支撐架等組成，如圖2所示。其中滑塊及導(dǎo)軌組成的滑動機(jī)構(gòu)可對旋轉(zhuǎn)單元安裝板之間的距離進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)彈簧煙竿和常規(guī)木制煙竿裝煙密度的不同。

作業(yè)前，先將傾斜電動推桿收縮至初始狀態(tài)，3個(gè)煙竿固定桿恢復(fù)至水平位置，此時(shí)夾取電動推桿處于未伸長狀態(tài)，鋼絲繩處于松弛狀態(tài)，載煙板在限位銷和載煙板回位彈簧的作用下處于水平狀態(tài)，如圖3所示。載煙時(shí)，將載有煙葉的煙竿從下方靠近載煙板，載煙板在與煙竿接觸后沿傳動銷向上轉(zhuǎn)動，此時(shí)載煙板回位彈簧被拉伸，隨著煙竿的繼續(xù)提升，載煙板與煙竿的位置發(fā)生變化。當(dāng)載煙板端部脫離煙竿時(shí)，載煙板將會在彈簧的作用下向下旋轉(zhuǎn)至水平位置，煙竿成功放于槽型保持架內(nèi)，煙竿放置于載煙板上。為了防止煙竿過重使得載煙板打開，設(shè)計(jì)了一種載煙板限位銷，使得載煙板的位置相對固定。裝煙時(shí)，傾斜電動推桿向前伸長，第一個(gè)煙竿固定桿在連桿和旋轉(zhuǎn)單元的作用下傾斜一定角度，同時(shí)第二、第三煙竿固定桿在傾斜左連桿、傾斜右連桿的推動下也隨之傾斜，從而使得煙竿傾斜一定的角度，便于裝煙機(jī)進(jìn)入烤房以及煙竿升降，當(dāng)煙竿運(yùn)動至裝煙位置時(shí)，啟動夾取電動推桿向前伸長，在鋼絲繩限位座的作用下，鋼絲繩被拉伸，限位銷隨鋼絲繩離開載煙板，煙竿在自身的重力下推動載煙板向下旋轉(zhuǎn)，載煙桿掉落至烘烤架上，完成煙竿的擺放作業(yè)。

2.1.2 傾斜過程運(yùn)動學(xué)分析

傾斜機(jī)構(gòu)是保證裝煙機(jī)順利進(jìn)入烤房及升降的關(guān)鍵，可提高裝煙的效率和成功率。本文根據(jù)密集烤房及夾取機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出了一種中心旋轉(zhuǎn)式傾斜機(jī)構(gòu)，即3個(gè)煙竿同時(shí)繞自身中心旋轉(zhuǎn)。圖4是傾斜機(jī)構(gòu)的運(yùn)動的示意圖，從圖4中可以看出，電動推桿的移動端B通過連桿BO1與旋轉(zhuǎn)單元O1的轉(zhuǎn)軸連接，固定端E與旋轉(zhuǎn)單元固定板連接。當(dāng)電動推桿BE以速度v向前伸出時(shí)，驅(qū)動連桿BO1繞O1點(diǎn)轉(zhuǎn)動，從而使得與轉(zhuǎn)動軸連接的夾取機(jī)構(gòu)以及煙竿轉(zhuǎn)動，第二、第三煙竿固定桿通過傾斜左連桿AH和傾斜右連桿CD實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動。

由于所設(shè)計(jì)的夾取裝置要根據(jù)煙竿類型的不同來調(diào)整煙竿固定桿之間的距離，且煙竿固定桿傾斜后桿件之間的距離小于未傾斜時(shí)的間距，故傾斜左連桿AH和傾斜右連桿CD采用直桿件與圓環(huán)的組合設(shè)計(jì)。GZSM-06-02型密集烤房的規(guī)格為8 m×2.7 m×3.2 m，單倉的寬度為1.35 m，而常規(guī)木制煙竿的長度為1 420～1 450 mm，直徑為23～33 mm，編煙后煙竿端部空留長度為50～100 mm，故煙竿固定桿的長度設(shè)計(jì)為1 340 mm。煙竿傾斜時(shí)，煙竿左端向后旋轉(zhuǎn)，為保證煙竿旋轉(zhuǎn)到位，其第三旋轉(zhuǎn)單元安裝板與升降裝置之間的距離FO3滿足式（1）。

[FO3=FG?cotα1] （1）

式中： FG——外門架中心至門架立柱端面的距離，mm；

α1——煙竿的最大傾斜角，（°）。

[α1=arccosb-2b1a] （2）

式中： a——煙竿的長度，取1 450 mm；

b——密集烤房單倉的寬度，1 350 mm；

b1——烘烤架的寬度，40 mm。

已知外門架寬為700 mm，將已知數(shù)據(jù)代入式（1）和式（2）得α1=28.8°，F(xiàn)O3=545.6 mm。裝煙時(shí)，煙竿間距一般為110～120 mm，故載煙支撐架水平段的長度為780 mm。

煙竿在傾斜過程中，其轉(zhuǎn)動角速度的大小直接影響著夾取裝置的穩(wěn)定性，當(dāng)角速度ω過大時(shí)，其沖擊和振動也就越大，影響裝置的使用壽命，但當(dāng)角速度ω過小時(shí)，其裝煙速率過低，不利于生產(chǎn)，故需對傾斜過程進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析，由圖4可知，連桿在B1點(diǎn)處滿足式（3）。

[vB1=ωlBO1v=vB1cosα] （3）

式中： [α]——煙竿的傾斜角度，（°）；

[ω]——煙竿的轉(zhuǎn)動角速度，rad/s；

[vB1]——連桿在B1處的切向速度，mm/s；

v——電動推桿的伸長速度，mm/s；

[lBO1]——連桿的長度，mm/s。

由式（3）可知，連桿在B1處的切向速度[vB1]隨著傾斜角α的增大而增大，即煙竿旋轉(zhuǎn)的角速度ω隨傾斜角α增大。當(dāng)電動推桿伸長的速度一定時(shí)，其連桿的長度越小時(shí)，煙竿旋轉(zhuǎn)的角速度ω就越大，故在滿足電動推桿安裝位置的條件下，其連桿的長度不應(yīng)較小?？紤]到實(shí)際裝煙效率以及各裝置運(yùn)行情況，本文選擇速度為30 mm/s，行程為40 mm的電動推桿，其次連桿的長度為60 mm。

2.2 升降裝置

2.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

針對密集烤房的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及裝煙要求，本文設(shè)計(jì)一種由鏈輪鏈條提升機(jī)構(gòu)和液壓油缸舉升機(jī)構(gòu)組成的兩級升降系統(tǒng)，如圖5所示。

在滿足上層裝煙要求的情況下有效降低了整機(jī)高度。鏈輪鏈條提升機(jī)構(gòu)主要由外門架、升降電機(jī)、減速器、提升鏈條、鏈輪等組成；液壓油缸舉升機(jī)構(gòu)主要由內(nèi)門架、油缸、舉升鏈條、門架限位機(jī)構(gòu)、滑動機(jī)構(gòu)等組成。內(nèi)、外門架的立柱是承受載荷的主要構(gòu)件，同時(shí)又可作為滾輪的運(yùn)動導(dǎo)軌，本文外門架立柱采用H型鋁，其側(cè)向剛度大，抗彎能力強(qiáng)，內(nèi)門架立柱采用C型鋁，內(nèi)外門架組合方式為并列式。煙竿夾取裝置通過螺栓連接在滑動機(jī)構(gòu)上，滑動機(jī)構(gòu)以內(nèi)門架為導(dǎo)軌，通過其上的橫縱向滾輪，在液壓油缸的推動下做上下運(yùn)動；內(nèi)門架以外門架為導(dǎo)軌，以自身的橫縱向滾輪為滾子，在升降電機(jī)的驅(qū)動下，做上下運(yùn)動。滑動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖6所示。

2.2.2 受力分析

門架系統(tǒng)作為升降裝置的主要承載部件，其受力情況對裝置的設(shè)計(jì)具有重要意義。在計(jì)算內(nèi)門架外力時(shí)，可將滑動機(jī)構(gòu)、載煙支撐架視為一個(gè)整體，滑動機(jī)構(gòu)滾輪作用于內(nèi)門架立柱翼緣，為便于分析和計(jì)算滾輪對內(nèi)門架的壓力，可將滑動機(jī)構(gòu)左右兩滾輪等效為一個(gè)滾輪，滾輪中心位于內(nèi)門架中心線上，滾輪直徑等于內(nèi)門架內(nèi)寬，如圖7所示。根據(jù)作用于分離體的載荷[Q0、G1、FT]，通過解平衡方程式，可求出滑動機(jī)構(gòu)滾輪的壓力。

對A點(diǎn)求矩，由ΣMA=0，可得

[2P1c2+FTR1-Q0（C+e1）-G1（k1+R1）=0] （4）

由于式中R1非常小，在計(jì)算中通常將[FTR1]忽略不計(jì)，此外由ΣX=0可知，P1=P2，整理式（4）得

[P1=P2=Q0（C+e1）+G1（k1+R1）2c2] （5）

式中： P1、P2——滑動機(jī)構(gòu)上、下滾輪的受力，N；

c2——滑動機(jī)構(gòu)上滾輪與下滾輪在垂直方向的距離，260 mm；

[FT]——舉升鏈條的拉力，N；

e1——載煙支撐架垂直段前端至滾輪中心的距離，132 mm；

G1——滑動機(jī)構(gòu)和載煙支撐架的重量，N；

k1——水平方向上滑動機(jī)構(gòu)和載煙支撐架裝置的重心與舉升鏈條的距離，62 mm；

C——載煙裝置及煙葉的重心與載煙支撐架之間的距離，521 mm；

R1——舉升鏈條與滾輪中心之間的距離，25 mm。

將已知數(shù)據(jù)代入式（5）計(jì)算可得P1=P2=1 011 N，取內(nèi)門架為分離體，將求得的滾輪壓力P1、P2作用于內(nèi)門架上，此時(shí)內(nèi)門架還受到門架滾輪的作用力，即外門架作用于內(nèi)門架的力，舉升液壓油缸推動時(shí)對內(nèi)門架的壓力[FN1]以及提升鏈條對內(nèi)門架的拉力[FL]，如圖8（a）所示。

對B點(diǎn)求矩，由ΣMB=0，可得

[P2（c3-c2）+P3c1+FTe2-P1c3=0] （6）

由于式中e2非常小，在計(jì)算中通常將[FTe2]忽略不計(jì)，同時(shí)由ΣX=0，即P2-P1+P3-P4=0可知，P3=P4，整理式（6）得

[P3=P4=P1c3-P2（c3-c2）c1] （7）

式中： P3、P4——外門架受到滾輪的壓力，N；

c1——內(nèi)門架上滾輪與下滾輪在垂直方向的距離，202 mm；

e2——舉升鏈條至液壓油缸中心線的距離，30 mm；

c3——滑動機(jī)構(gòu)上滾輪與內(nèi)門架下滾輪在垂直方向的距離，804 mm。

將已知數(shù)據(jù)代入式（7）計(jì)算可得P3=P4=1 623 N，內(nèi)門架的滾輪壓力，對外門架而言，是其外載荷，其受力情況如圖8（b）所示。

2.2.3 門架系統(tǒng)有限元分析

為提高門架的工作性能、作業(yè)的穩(wěn)定性及安全性，結(jié)合門架系統(tǒng)受力分析結(jié)果對載煙支撐架、門架進(jìn)行有限元分析，校核強(qiáng)度與剛度。在進(jìn)行有限元分析前，需建立門架系統(tǒng)有限元模型，將簡化后的模型導(dǎo)入ANSYS Workbench18.0中，并添加材料屬性，數(shù)值如表2所示。

根據(jù)門架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征，采用六面體單元對其進(jìn)行網(wǎng)格劃分，其中載煙支撐架網(wǎng)格單元大小為6 mm，內(nèi)門架網(wǎng)格單元大小為8 mm，外門架網(wǎng)格單元大小為10 mm，經(jīng)過網(wǎng)格劃分后的有限元模型如圖9所示。

在建立完有限元模型后，還需對門架系統(tǒng)各構(gòu)件的結(jié)合部進(jìn)行接觸對設(shè)置，由于各零部件皆為焊接或螺栓剛性連接，故全設(shè)為綁定。最后結(jié)合門架系統(tǒng)受力分析結(jié)果對其進(jìn)行載荷和約束施加。圖10（a）為載煙支撐架等效應(yīng)力云圖，應(yīng)力最大值為115.21 MPa，位于載煙支撐架與斜支撐桿的焊接區(qū)域，載煙支撐架的材料為Q235，其屈服極限為235 MPa，兩者的比值為2.04，符合設(shè)計(jì)要求。圖10（b）為載煙支撐架位移云圖，可以看出該載煙支撐架尖端處的變形最大，且最大變形為2.8 mm，其變形量符合載煙裝置的裝煙要求。

內(nèi)門架的應(yīng)力云圖和變形云圖如圖11所示?？梢钥闯觯瑑?nèi)門架在作業(yè)時(shí)相當(dāng)于一個(gè)懸臂梁，頂端產(chǎn)生最大變形量為1.65 mm，內(nèi)門架允許的最大變形量[f1=L1/200=6.65] mm，L1為內(nèi)門架長度，因此內(nèi)門架剛度滿足設(shè)計(jì)要求。舉升液壓油缸安裝座和門架下橫梁焊接部位、滑動機(jī)構(gòu)滾輪和內(nèi)門架翼緣接觸部位、提升鏈條連接件等主要承載部位均有一定的應(yīng)力集中，其中液壓油缸安裝座處的應(yīng)力最大，應(yīng)力值為53.62 MPa，內(nèi)門架的材料為6063T6鋁合金，其屈服強(qiáng)度為240 MPa，內(nèi)門架的強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

為了校核外門架的力學(xué)性能，得到外門架的應(yīng)力云圖和變形云圖如圖12所示。

可以看出，內(nèi)門架滑動機(jī)構(gòu)滾輪和外門架翼緣接觸部位應(yīng)力較大，最大應(yīng)力值為38.81 MPa，外門架的材料內(nèi)門架相同，其屈服極限為240 MPa，安全系數(shù)為6.18，符合設(shè)計(jì)要求。外門架在作業(yè)時(shí)，也相當(dāng)于一個(gè)懸臂梁，其最大變形量在門架上端，最大值為1.55 mm，外門架允許的最大變形量[f2=L2/200=9.4] mm，[L2]為外門架長度，因此外門架剛度滿足設(shè)計(jì)要求。

3 裝煙試驗(yàn)

3.1 試驗(yàn)條件

為驗(yàn)證密集烤房傾斜夾取式裝煙機(jī)的工作性能與作業(yè)效果，本文對裝煙機(jī)分別進(jìn)行三維建模、樣機(jī)研制和裝置調(diào)試工作，并于2022年9月22日前往重慶市彭水縣潤溪鄉(xiāng)白果村進(jìn)行密集烤房裝煙試驗(yàn)。裝煙所用的烤房為GZSM-06-02型臥式密集烤房，符合《密集烤房技術(shù)規(guī)范》，本次試驗(yàn)使用普通木制煙竿進(jìn)行編煙和裝煙作業(yè)，經(jīng)測量其長度為1 420～1 460 mm，直徑為24～33 mm，試驗(yàn)煙葉為上部煙葉，每竿編煙130～150片，編煙后煙竿重10～13 kg，煙竿兩端空留長度為56～102 mm。

3.2 試驗(yàn)方法及評價(jià)指標(biāo)

為檢驗(yàn)傾斜夾取式裝煙機(jī)的作業(yè)效率以及裝煙效果，分別設(shè)置人工裝煙和傾斜舉升式裝煙機(jī)裝煙兩個(gè)對照組，其中傾斜舉升式裝煙機(jī)為西南大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院丘陵山區(qū)農(nóng)業(yè)裝備重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研制。GZSM-06-02型臥式密集烤房為上、中、下3層，為記錄裝煙機(jī)在各層的裝煙數(shù)據(jù)，需在每層各進(jìn)行10組裝煙試驗(yàn)（每層共裝30竿），具體試驗(yàn)方案如表3所示。

依據(jù)密集烤房烘烤技術(shù)要求，以裝煙成功率Q1、偏移率Q2、裝煙速率Q3作為裝煙效果的評價(jià)指標(biāo)，裝煙成功率是裝煙過程中，煙竿成功上炕的概率；煙竿偏移率是煙竿擺放過程中，煙竿之間實(shí)際距離與標(biāo)準(zhǔn)距離之間的差值大于15 mm的概率；裝煙速率指一個(gè)人在單位時(shí)間內(nèi)的裝煙量。計(jì)算如式（8）～式（10）所示。

[Q1=NM×100%] （8）

[Q2=N1N-1×100%] （9）

[Q3=Nmi=110Ti] （10）

式中： M——煙夾總竿數(shù)，竿；

N——成功裝煙數(shù)，竿；

N1——煙竿實(shí)際間距與理論間距之間差值大于15的個(gè)數(shù)；

m——裝煙所用人數(shù)；

Ti——第i組裝煙所用時(shí)間，min。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

按照試驗(yàn)方案進(jìn)行裝煙試驗(yàn)，試驗(yàn)過程中記錄成功裝煙數(shù)、裝煙所用時(shí)間，并計(jì)算對應(yīng)評價(jià)指標(biāo)。裝煙試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。傾斜夾取式裝煙機(jī)作業(yè)效果良好，煙竿夾取裝置能夠順利完成裝煙動作，且對煙葉無損傷，傾斜舉升式裝煙機(jī)在下層裝煙時(shí)對煙葉有一定的損傷。裝煙機(jī)在進(jìn)入烤房時(shí)，煙竿兩端基本與墻面無碰撞，升降過程中，煙竿保持穩(wěn)定，無明顯晃動，上層裝煙時(shí)，夾取裝置能順利推出。傾斜夾取式裝煙機(jī)第2、第3層的裝煙成功率分別為96.7%和93.3%，其主要原因?yàn)檠b煙機(jī)在行走過程中偏向于內(nèi)層，煙竿上升過程中會被烘烤架阻擋，導(dǎo)致煙竿掉落；在煙竿偏移率方面，其偏移率明顯低于傾斜舉升式裝煙機(jī)，滿足烘烤要求；由于傾斜夾取式裝煙機(jī)每次裝3竿煙，其裝煙速率明顯高于人工裝煙，平均速率為每人3竿/min。

4 結(jié)論

1） 針對密集烤房、煙竿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用抓取式裝煙方式，設(shè)計(jì)一種傾斜夾取式裝煙機(jī)，其主要由動力平臺、升降裝置、夾取裝置組成。對傾斜運(yùn)動過程進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析，確定其結(jié)構(gòu)參數(shù)，對升降裝置門架系統(tǒng)進(jìn)行受力分析，并運(yùn)用ANSYS Workbench軟件對門架系統(tǒng)進(jìn)行有限元分析。

2） 對傾斜夾取式裝煙機(jī)進(jìn)行三維建模、樣機(jī)研制以及裝置調(diào)試，并在密集烤房內(nèi)進(jìn)行裝煙試驗(yàn)。設(shè)置人工裝煙和傾斜舉升式裝煙機(jī)裝煙兩個(gè)試驗(yàn)對照組，通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，傾斜夾取式裝煙機(jī)能夠滿足鮮煙葉裝煙要求，平均裝煙成功率為96.7%，平均煙竿偏移率為4.8%，平均裝煙速率為每人3竿/min，是人工裝煙的4.1倍，驗(yàn)證該傾斜夾取式裝煙機(jī)理論分析與設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性及合理性。

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