鲜莲子全自动通芯机定位机构设计与研究

2019-08-17朱建锡张加清叶烺晴

时代农机 2019年5期

陈斌，朱建锡，郑涛，张加清，叶烺晴

（1.浙江省农业机械研究院，浙江金华 321017；2.永康市第一中学，浙江金华 321300）

莲子是我国的特产之一，湖南、江西、福建、浙江等省都是闻名的莲子产区[1-2]。从2001年以来，莲子市场需求量每年都有明显的增长[3]。鲜莲子采摘后烘干前需要去除莲仁里有苦味的莲芯，使莲仁更美味的同时，又获得经济、药用价值较高的莲芯。

在莲子通芯加工的过程中，莲子通芯机因其具有自动化程度和工作效率高，而且保证莲仁品质等优点在莲子加工中已得到使用。根据查阅研究文献，近年来研究学者已在通芯装置[4-5]、通芯方式[6-7]等方面对通芯机进行了研究，但对莲子通芯机的定位机构研究和设计相对较少，然而定位机构是莲子通芯机的重要机构之一，定位机构对于降低莲子破损率和保证莲子品质具有重要作用。因此，对通芯机定位机构的设计和应用具有重要意义。

1 定位机构设计

1.1 莲子定位的设计方案

莲子定位的设计方案如图1所示。下滚轮都向同一方向旋转，在滚轮的摩擦力、莲子的重力和惯性的作用下，莲子不断调整位姿，根据能量最小原理，最终莲子长径与滚轮轴线接近平行，然后上滚轮再向下压，完成莲子的定位。莲子定位机构将通芯钢针位置与莲子直径关联起来，莲子定位机构中的弹簧设计使得不同直径莲子的轴线与钢针轴线保持一致，实现莲子的精准定位。

图1 莲子定位过程

1.2 主要设计参数的计算

根据对莲仁短径的测量统计：莲子莲仁短径分布范围为14.7～17.3mm，最大短径平均为16.5mm。因此设计的滚轮夹持机构应能够满足以上莲仁的定位夹持。以平均短径16.5mm为设计参数，通过绘制几何图形可知，当设计的滚轮直径为14mm，外凸缘直径为18mm，滚轮中心矩为23.36mm，下滚轮中心与莲仁中心所成的角度可达100°，两滚轮之间最小距离为9.36mm，能够充分满足对不同莲仁的夹持要求。

图2 莲仁定位夹持几何图形

1.3 滚轮结构设计

通过绘制几何图形与参考莲仁平均长径尺寸，遵照机械设计原理和基本力学知识，确定滚轮外径为14mm，凸缘外径为18mm，内径为7mm，长度为34mm。其中，下滚轮需要能够在电机的驱动下实现旋转，因此设有键槽与驱动轴配合；上滚轮在莲仁定位的过程中需要能够实现空转，因此在滚轮的两端处各安装一个轴承。

图3 定位机构上下滚轮

1.4 滚轮转速确定与电机选型

根据滚动导正原理，分析滚轮转速对莲子定位效果的影响。电机通过同步带轮带动双辊轮同方向旋转，并通过变频器来调节电机的转速，莲子导正的仿真试验表明：莲子较好的导正转速在240～310r/min范围内，莲子导正后跳动平稳；当转速超过350r/min，莲子导正效果明显变差，甚至会被滚轮旋转带出定位通芯区域。综合设计指标，确定负载转速为280r/min，通过查阅相关电机知识与产品资料，最终确定选择直流电压为12V，额定负载转速为280r/min的直流减速电机作为滚轮的驱动电机。