一种流水线鸡蛋整理装置的研制

2018-03-05潘乃康轩亮熊文昌李斌

机械工程师 2018年2期

潘乃康，轩亮，熊文昌，李斌

（江汉大学机电与建筑工程学院，武汉 430056）

0 引言

随着人们生活水平的提高，市场对鸡蛋需求量增大，养鸡场的规模也越来越大，但相对而言，养鸡场对于鸡蛋清捡工作不是特别重视，大多数是人工将鸡蛋捡取到鸡蛋盘并转运堆放，这一过程不仅花费了大量的人力和时间，而且还考验了工作者的耐心和技巧，要确保鸡蛋在被抓取的过程中不破裂。另一方面，随着科技高速发展，人工渐渐被机器取代。就养鸡场来说，越来越多的流水线装置取代人工为养鸡场清捡和收集鸡蛋，但这一类的装置不可避免地有电力消耗过大、成本高额、维修困难等缺点。

该流水线整理装置一方面取代人工，节省人力强度，提高鸡蛋的清捡效率；另一方面相比同类产品，不仅具有效率高、成本低廉等优点，而且结构简单，体型上精致小巧，节省电力，方便转移安装，也方便维修。

1 设计方案

1.1 总体方案设计

为了取代人工实现流水线整理鸡蛋，设计要求该装置在工作时按图1来运行。

图1 工作流程图

鸡笼的鸡蛋通过斜槽到达该流水线鸡蛋整理装置，如图2所示，为了完成第一步分拣多个鸡蛋的工作，设计了分拣装置，具有将无序的鸡蛋均匀有序分拣的功能；鸡蛋通过分拣装置后，需要设计一种接蛋装置来完成第二步工作，能安全有效地将鸡蛋接收并放置到处于接收装置下方的鸡蛋盘；对于放置满鸡蛋的鸡蛋盘，需要设计一种传送带来完成第三步工作，将鸡蛋盘输送到下一步的工作区域，考虑到传送带与下一个装置之间有较大的间隙，不利于鸡蛋盘的平稳传送，设计一个过渡装置，用于传送带与下一个装置之间的连接；为了完成最后的鸡蛋盘堆放及转运工作，设计最后的可转移的收集装置，具有收纳鸡蛋盘并自由转运的功能。

图2 流水线整理装置总体结构

1.2 分拣装置设计

这一部分的目标是完成分拣鸡蛋的工作。养鸡场内鸡蛋通过斜槽到分拣装置上，如图3所示，设计了一种分蛋盘来承接这些鸡蛋，为了达到分拣鸡蛋的功能，分蛋盘与水平面有5°的倾角，分蛋盘有5个滑槽。这样鸡蛋在分蛋盘上会受斜面影响，向斜侧5个滑槽滑下。为了让这些鸡蛋能均匀地滑到各个鸡蛋滑槽内，在鸡蛋盘内部设计电动机带动的偏心轮机构，偏心轮机构安装在U形朔料框架上，U形框架一侧与分蛋盘用两个铰链连接，另一侧与分蛋盘可分开，其机构简图如图4所示。工作时电动机带动偏心轮转动，与偏心轮接触的分蛋盘一侧受到铰链约束，只能一侧上下摆动，鸡蛋受分蛋盘的轻微摆动效果，均匀地滑动到5个滑槽内。为了达到鸡蛋分拣的有序性，在分蛋盘上面设计了旋转门，通过一侧齿轮配合传动，旋转门上附有传感器。当受到每一个滑槽内的鸡蛋带来的压力时，传感器感应，电动机转动使旋转门旋转一个相位，让一排鸡蛋顺利滑下，并且挡住了即将到来的鸡蛋，当滑槽内鸡蛋都滑到旋转门时，旋转门再次旋转一个相位。

图3 分拣装置示意图

图4 分拣装置内部机构简图

1.3 接蛋装置设计

鸡蛋通过旋转门后，为了依次接到鸡蛋，设计了带有叉子的接蛋装置，如图5所示，叉子通过连杆机构连接，鸡蛋落入接蛋装置，被叉子接住，叉子上的传感器感应，使得电动机带动连杆机构向下运动，叉子受连杆机构的作用向下，最后分开，鸡蛋落入下面的鸡蛋盘，之后叉子受连杆机构的作用又返回到原始位置。考虑到鸡蛋落入叉子上可能会有破损，在叉子上包裹硅胶，这样使得叉子具有一定的弹性，这样保证了鸡蛋落到叉子上时不会与叉子产生强烈的碰撞。

图5 接蛋装置示意图

1.3 传送部分设计

为了简化设计，源于生活用于生活，直接选用传送带输送鸡蛋盘，如图6所示，传送带的支撑架由角钢组成，步进电动机作为动力源，由接蛋装置叉子上的传感器控制，当接蛋装置放置一排鸡蛋，传送带带动鸡蛋盘行进一个蛋距；第二个传送带是过渡装置，如7所示，第1个传送带与下一个装置的间距较大，为保证鸡蛋盘输送的平稳性，设计一个非自动的小型传送带，用于鸡蛋盘在两个装置间的过渡。

图6 传送带示意图

图7 过渡装置示意图

1.4 收集装置设计

为了达到收集堆放多个鸡蛋盘的功能，设计了一种具有多层结构的收集装置，如图8所示，多层隔板由两根丝杆和两根光杆支撑，每一层可以放置一个鸡蛋盘，收集装置的动力源来自电动机，电动机通过减速器减速后，通过一对锥齿轮变向，与锥齿轮同轴的丝杆转动，带动多层隔板往上移动，其中两根丝杆放在对角处，另外用于支撑的两根光杆放在另一个对角处。当鸡蛋盘由传送带传送到收集装置上的一个隔板时，隔板上的传感器感受到一定压力，控制电动机开始转动，多层隔板受丝杆和光杆的运动往上移动两个隔板的间距，下一个隔板接着接收鸡蛋，当每一层隔板都放置鸡蛋盘之后，传感器控制电动机反转，承载着所有鸡蛋盘的多层隔板随着丝杆光杆运动回到原来位置。为了方便收集装置转运，设计了万向轮和扶手，当一个收集装置所有隔板的都载有鸡蛋时，可以转运走，换第二个收集装置继续接收鸡蛋盘。

图8 收集装置示意图

2 工作原理

首先，对养鸡场鸡蛋与分拣盘连接传送部分说明一下。将传送带输送机养鸡场的鸡笼配套连接，鸡笼设计为倾斜结构，鸡下蛋后，鸡蛋直接滚到传送带输送机上，再由输送机传到分蛋盘上，进行分拣。

其次，分蛋盘内部有电动机带动的偏心轮机构，当鸡蛋由V形槽直接无序地放入分蛋盘，分蛋盘通过偏心轮机构上下摆动使无序的鸡蛋能分别均匀地进入到5个滑槽内，完成鸡蛋的第一次分拣。在此过程中，鸡蛋通过斜槽引导，由无序方向变成竖向方向经滑槽滑下。

鸡蛋在每个滑槽内后，分蛋盘每个滑槽上设有旋转门，旋转门设有压敏传感器，当每个旋转门都感受鸡蛋时，会同时旋转，控制了每排鸡蛋出来，经后面S形导管滑入下面的鸡蛋盘。因为鸡蛋从斜槽出来时是竖向的，所以当鸡蛋经过S形管出来到下面的鸡蛋盘时会立在鸡蛋盘里面。

第3部分是蛋盘传送装置，蛋盘放在传送皮带上，设置好传送皮带的速度，让鸡蛋每一排每一排落入鸡蛋盘。鸡蛋盘经传送带送到后面的收集装置。在收集装置和传送带上间添加了一个滚轮桥，考虑到传送带与收集装置由于结构影响间距太大，这个滚轮桥装置用于连接传送带和收集装置，将鸡蛋盘更好地传送到收集装置上。

最后一部分是收集装置，收集装置里设计了齿轮传动升降装置，它分有很多小层，每一层可以放一个鸡蛋盘，当一个鸡蛋盘放入第1层时，压力传感器受到一定的压力作出感应，电动机启动，第1层会上升，第2层会接替接收下一个鸡蛋盘。

3 参数设计计算

分拣装置是整个流水线里最重要的部分，考虑到分拣装置内部的凸轮大小对分拣效果有很大的影响，故对凸轮进行参数设计计算，并对与旋转门配合的齿轮进行设计计算。

根据实际禽蛋机摆动幅度要求为200～300 mm范围内,取幅度A=300 mm,则（r+e+r-e）/2=300 mm；那么偏心轮直径d=600 mm；偏心轮转速n=40～80 r/min。

因为每个鸡蛋的质量约为50 g,电动机也只需较小功率即可查机械设计手册得：可选Y～90L-6型号的电动机：P=1.0 kW；n=910 r/min；总传动比i=11～22，取合适传动比i=15。采用双级传动i1=3，i2=5；取z1=17,则z2=51；取z3=19，则z4=95；z1和z2互为质数，z3和z4也互为质数，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，查手册可知，齿轮的齿宽系数φd=0.3。

由齿宽公式b=φdd得：b1=7.65 mm,b2=22.95 mm;b3=11.4 mm,b4=57 mm。

齿面接触疲劳强度校核：