基于SolidWorks鸡蛋剥皮机的设计

王亮 易湘斌 梁泽芬

摘要 对设计的鸡蛋剥皮机进行计算机冲击力模拟仿真和简化模型试验。在SolidWorks中建立剥皮机的三维模型，运用Motion模块，模拟鸡蛋冲击力大小，并通过设置不同的破碎辊转速，分析冲击力大小变化趋势，然后根据模拟结果设定简化试验模型破碎辊的速度，验证冲击力对鸡蛋壳的破坏情况，试验摩擦辊对破碎蛋壳的剥皮效果。计算机仿真结果表明：随着破碎辊转速的提高，鸡蛋所受冲击力也随之增加，当破碎辊转速为150 r/min时，达到了破碎蛋壳所需力的大小。简化试验模型验证了计算机模拟结果的正确性以及剥皮机要取得较好的效果，需要对鸡蛋施加10 N左右的压力。采用破碎辊破碎蛋壳及橡胶摩擦辊去皮的方法是可行的，可为相关企业开发新的设备提供技术参考。

关键词 鸡蛋剥皮机;破碎辊;冲击力; Motion

中图分类号 TB472文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2019）10-0185-02

Abstract The computerized impact simulation and simplified model experiments were carried out on the designed egg peeling machine. The 3D model of the peeling machine was built in SolidWorks， and the Motion module was used to simulate the impact force of the egg. By setting different crushing roller speeds， the impact force trend was analyzed， and then the speed of the experimental model crushing roller was set according to the simulation result. Verify the damage of the egg shell by the impact force， and test the peeling effect of the friction roller on the broken egg shell. The computer simulation results show that with the increase of the speed of the crushing roller， the impact force of the egg also increases. When the speed of the crushing roller is 150r/min， the force required to break the eggshell is reached. The simplified experimental model verifies the correctness of the computer simulation results and the skinning mechanism needs to achieve better results. It is necessary to apply a pressure of about 10N to the eggs. It is feasible to use the crushing roller to break the eggshell and the rubber friction roller to peel the skin， and provide technical reference for the related enterprises to develop new equipment.

Key words Egg peeling machine;Crushing roll;Impact force;Motion

随着生活水平的提高，人们外出就餐的机会大大增加，随之而来的饮食安全问题已不可忽视。鸡蛋营养丰富，蛋白质的氨基酸比例很适合人体生理需要，易为机体吸收，利用率在98%以上，是人类经常食用的食物之一[1-2]。但是在特定情况下，自己动手剥鸡蛋很不卫生，也影响健康。目前市面上已经有鸡蛋剥皮机产品问世，但这类产品主要采用类似振动筛的方式实现鸡蛋壳的破碎，机器噪声比较高，整机功率较大。为此，笔者针对日常生活中的饮食健康问题，参照现有的同类产品，创新性地设计了鸡蛋壳破碎装置，旨在减小机器噪声、降低整机功率、减小机器体积，方便餐饮店使用。

1 鸡蛋剥皮流程分析

机器要完成鸡蛋剥皮有3个过程。

1.1 鸡蛋入料数量控制 为了保证在剥皮过程中，不出现鸡蛋堆积的问题，从漏斗中流出的鸡蛋数量要通过机械方式进行控制，确定鸡蛋进入的顺序和数量，避免在蛋壳破碎时鸡蛋发生堆积。

1.2 蛋壳破碎过程 鸡蛋进入蛋壳破碎装置中，要求破碎装置既能完成蛋壳的破碎，又不能对鸡蛋造成损伤，还要保证装置工作时噪声小。

1.3 剥皮过程 经过破碎装置破碎蛋壳后，鸡蛋被输送到剥皮装置中，剥皮装置采用摩擦去皮方式，即2个圆柱摩擦辊反方向转动，依靠摩擦辊与鸡蛋壳之间的摩擦力实现鸡蛋去皮。

通过对3个流程的分析，结合机械原理知识完成了鸡蛋剥皮机三维模型的建立，如图1所示。鸡蛋数量控制由凸轮机构实现，蛋壳破碎由破碎辊实现，鸡蛋的输送由螺旋机构实现[3-4]，剥皮过程由橡胶摩擦辊实现。

2 鸡蛋壳破碎理论分析

根据材料力学知识，当物体所受应力达到材料屈服强度时，材料即发生永久变形。由赫兹理论得出最大接觸应力公式[5]：

σH=36π3ρ1+ρ2ρ1ρ2Fn

1-μ21E1+1-μ22E2（1）

式（1）中，ρ1、ρ2為两物体接触点处的曲率半径（mm）;μ1、μ2为两物体的泊松比;E1、E2为两物体的弹性模量（MPa）;Fn为接触力（N）。

分析公式发现，当2个物体形状尺寸、材料参数不变时，最大接触应力与接触力大小有关系。

由弹性力学可知，冲击力的大小与2个碰撞物体的材料属性、距离、速度有关系。而鸡蛋的材料属性难以准确确定，故采用计算机模拟的方法，近似计算冲击力，计算冲击力的三维模型如图2所示。

3 鸡蛋冲击模型仿真

在SolidWorks中建立鸡蛋剥皮机的三维模型，给电机加旋转马达以驱动机构的运转。由于实际中，破碎辊通常用腰背按摩棍制作，鸡蛋壳的主要成分是碳酸钙[6]，碳酸钙是一种比较脆的物质，因此为简化模型，近似选择鸡蛋壳材料是尼龙，破碎辊的材料是橡胶，其余参数默认。

在SolidWorks中，有2种模型（泊松模型和冲击模型[7-8]）来定义接触参数，计算接触力。

泊松模型基于对恢复系数的使用，关系式定义如下：

v′2-v′1=e（v1-v2）  （2）

式（2）中，v1和v2为碰撞前的速度（mm/s）;v′1和v′2为碰撞后的速度（mm/s）;e为恢复系数。

该模型适用于计算碰撞时系统能量损失的模拟。所以在模拟鸡蛋破碎时不采用该计算模型，选用冲击模型。

冲击模型中，计算冲击力的表达式如下：

Fn=k（x0-x）e-cv（3）

式（3）中，Fn为接触力（N）;x0 为接触前位移（mm）;x 为接触后位移（mm）;k为接触刚度（N/mm）;e为弹力指数;c为阻尼系数（N·sec/mm）;v为法向相对速度（mm/s）。

由于鸡蛋的材料属性难以确定，故选择SolidWorks预定义的材料尼龙和橡胶（非润滑），近似模拟冲击力的大小。

物体所受冲击力的大小与冲击物体的速度有关，因此给破碎辊设定不同的转速，模拟破碎辊在不同转速下对鸡蛋冲击力大小的变化趋势，模拟数据导出整理后得图3。

4 试验验证

4.1 破碎试验 为降低试验成本，试验模型中，破碎辊部件

选用常见的室外健身用的腰背按摩棍，制作的简化试验模型

4.2 摩擦剥皮试验 将蛋壳均匀破碎的鸡蛋放在橡胶摩擦辊上，然后给橡胶摩擦辊施加一定转速，发现剥皮效果不是特别理想，分析原因发现：由于鸡蛋质量较轻，造成蛋壳与摩擦辊的摩擦力过小。经过改进，给鸡蛋施加10 N左右的压力，重新进行试验，效果较好。

5 结论

通过SolidWorks模拟仿真破碎辊对鸡蛋冲击力的大小，

设定不同转速，发现鸡蛋所受冲击力是不同的，随着转速的提高，冲击力增大，最后通过简化试验模型验证破碎辊转速达到150 r/min时，能够实现鸡蛋壳的破碎。摩擦去皮试验时，需要对鸡蛋施加10 N左右压力，才能取得较好的剥皮效果。因此，通过破碎辊与螺旋机组合机械结构，可以完成鸡蛋壳破碎和鸡蛋输送，利用橡胶辊摩擦实现蛋壳去除。该研究可以为企业开发类似产品提供技术参考。

参考文献

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