鸡蛋自动分级生产线中检测装置的设计探讨

李 斌

（江苏畜牧兽医职业技术学院，江苏 泰州 225300）

1 鸡蛋检测装置的总体布局设计

如图1所示为鸡蛋自动分级生产线的检测装置，能够在线实时检测鸡蛋的各项品质指标，即通过利用内、外部品质检测的方式，对蛋壳裂纹、蛋形指数、重量、表面色泽、新鲜度等项目进行检测；之后将检测所得的数据（即每个鸡蛋的品质特征参数）传输到计算机系统，以便利用计算机系统对鸡蛋的等级进行综合评价，并进行分级；然后把不同等级的鸡蛋分别放到不同的包装传输带上进行分级包装；最后，是产品输出环节，只需将包装好的鸡蛋送到产品输出带即可，这就是鸡蛋自动分级包装的全过程。

如图1所示为该检测装置的总体布局图，其中安装有各种不同的检测模块以完成多种项目的检测，同时，为完成鸡蛋的柔性输送，还配有一套鸡蛋的传输系统。

图1 鸡蛋检测装置总体布局图

2 在设计软件Pro／M中设计凸轮结构

工作状态中的凸轮机构是作匀速转动，其角速度（ε）是一定的，同时，从动件推杆开始以一定运动规律的速度作往复直线运动，在此过程中，在凸轮上就会留下滚子中心的运动轨迹[1]。此时，可利用设计软件Pro／Mechanism（即P r o／M）进行运动仿真，进而对凸轮上滚子中心的运动轨迹进行分析和记录，就能得到凸轮的理论轮廓线。还需要进入Pro／Mech anism用所得的轨迹线进行实体建模，主要是建立凸轮坯、推杆、机架的三维模型，通过记录各种有效的机构参数等，最后便能得到所设计的凸轮。如表1所示为凸轮从动件运动规律的构造，其中的结构参数为：凸轮坯直径（d）为115 m m；滚子直径（d1）为 15 m m；平地推杆宽度（l）为 100 m m；凸轮转速（ε）为 12deg/sec；回程运动角（δ01）为 120°；近休止角为；升程（h）为50 m m。为快速配合生产线完成鸡蛋的称重，推杆的运动规律需满足以下要求：首先，各运动部件相互之间不发生干涉；其次有较长的远休时间确保电子称得到的数据是准确的，电子秤安装在推杆上；再次，在推杆与鸡蛋基础的过程中，为确保蛋壳不发生破损，需要较慢的运动速度。

表1 运动规律构造

3 间歇运动机构的设计和优化

在鸡蛋自动分级检测装置中，鸡蛋的传输链需要实现一定周期性的停歇，运动的时间段用于实现鸡蛋的传输，停歇的时间段用于检测装置中各个检测模块对不同项目的检测。为了实现鸡蛋的平稳传输，确保鸡蛋不发生破损，则需要间歇机构满足动停比较小的要求，尽量地保持鸡蛋传输过程的平稳，不出现冲击，为此，可选择使用槽轮机构。

（1）槽轮的参数化建模。本次设计的槽轮机构的参数化建模是在设计软件P r o/E中进行的，将参数添加到P r o/E参数工具中；再进入P r o/E关系工具中添加关系，关系对话框；进一步通过实体建模，得到槽轮机构的三维实体模型。这种参数化的模型是可以根据需要灵活改变的，若要改变槽轮机构的造型和尺寸，只需通过修改参数对话框中的已知参数即可，而不用重新建模。

（2）槽轮运动特性的优化。要实现槽轮运动特性的优化，可以采用槽轮机构和凸轮机构的组合机构在拨盘转动的过程中，会带动拨销在凸轮的槽中间运动，而在拨销的两边都存在凸起圆柱，这样，槽轮也会被带动着转动起来。此时，槽轮的角速度和角加速度的变化规律是由凸轮上槽的形状控制的，最终所得的优化后的槽轮角速度和角加速度曲线。

（3）鸡蛋传输链动力特性分析。在鸡蛋自动分级生产线中，传输链条占据着非常重要的地位，它具有传输和翻转鸡蛋的功能，在工作状态时，不仅要实现鸡蛋的平稳传输，同时还要让鸡蛋能够不停翻转以便进行全方位的检测。该设计中的传输链条主要是将鸡蛋托架连接在套筒滚子链上，鸡蛋的运动就靠链轮带动，链轮与间歇传动装置是相互连接的。在经过对槽轮运动进行优化之后，其运动的角速度和角加速度会反应到鸡蛋传输链条上，检测鸡蛋传输链能否安全可靠地完成传输任务，就需要对传输过程中鸡蛋之间的受力状况进行有限元分析。如图2所示为鸡蛋和传输链的有限元模型。根据槽轮转动时的角加速度，能够计算出链条上的线加速度，进而边能算出传输过程中鸡蛋所受的惯性力的大小。传输中的鸡蛋所受应力的具体计算为：

传输链的最大加速度（a）为242.94m m/s2,那么，传输过程中鸡蛋所受的加速推力（F）为0.05N，所受重力（G）为0.0572 N。之后在A B A Q U S中进行加载求解，可得到鸡蛋在传输链上的受力情况.

图2 鸡蛋和传输链的有限元模型

蛋壳上的最大应力＜所能承受的最大应力，并且要相差较大；与此同时，在承受重力的同时，没有加速度推力的一侧的应力＜有加速度推力的一侧的应力。

4 结语

综上所述，在鸡蛋自动分级检测装置的设计中，可以充分利用P r o/E软件创建检测模型，要尽量优化其中的凸轮、间歇运动机构等，提高整个检测装置工作的安全性与可靠性，从而确保鸡蛋自动分级生产线的有序、高效运行。

[1]李璨，张宪民.机械原理[M].武汉：武汉理工大学出版社，2004.

[2]宁欣.禽蛋的分级、检测与包装[J].中国家禽，2004,26（12）：56-60.

[3]邹慧君.机构系统设计[M].上海：上海科学技术出版社，2000.