一種流水線雞蛋整理裝置的研制

潘乃康， 軒亮， 熊文昌， 李斌

（江漢大學機電與建筑工程學院，武漢 430056）

0 引言

隨著人們生活水平的提高，市場對雞蛋需求量增大，養雞場的規模也越來越大，但相對而言，養雞場對于雞蛋清撿工作不是特別重視，大多數是人工將雞蛋撿取到雞蛋盤并轉運堆放，這一過程不僅花費了大量的人力和時間，而且還考驗了工作者的耐心和技巧，要確保雞蛋在被抓取的過程中不破裂。另一方面，隨著科技高速發展，人工漸漸被機器取代。就養雞場來說，越來越多的流水線裝置取代人工為養雞場清撿和收集雞蛋，但這一類的裝置不可避免地有電力消耗過大、成本高額、維修困難等缺點。

該流水線整理裝置一方面取代人工，節省人力強度，提高雞蛋的清撿效率；另一方面相比同類產品，不僅具有效率高、成本低廉等優點，而且結構簡單，體型上精致小巧，節省電力，方便轉移安裝，也方便維修。

1 設計方案

1.1 總體方案設計

為了取代人工實現流水線整理雞蛋，設計要求該裝置在工作時按圖1來運行。

圖1 工作流程圖

雞籠的雞蛋通過斜槽到達該流水線雞蛋整理裝置，如圖2所示，為了完成第一步分揀多個雞蛋的工作，設計了分揀裝置，具有將無序的雞蛋均勻有序分揀的功能；雞蛋通過分揀裝置后，需要設計一種接蛋裝置來完成第二步工作，能安全有效地將雞蛋接收并放置到處于接收裝置下方的雞蛋盤；對于放置滿雞蛋的雞蛋盤，需要設計一種傳送帶來完成第三步工作，將雞蛋盤輸送到下一步的工作區域，考慮到傳送帶與下一個裝置之間有較大的間隙，不利于雞蛋盤的平穩傳送，設計一個過渡裝置，用于傳送帶與下一個裝置之間的連接；為了完成最后的雞蛋盤堆放及轉運工作，設計最后的可轉移的收集裝置，具有收納雞蛋盤并自由轉運的功能。

圖2 流水線整理裝置總體結構

1.2 分揀裝置設計

這一部分的目標是完成分揀雞蛋的工作。養雞場內雞蛋通過斜槽到分揀裝置上，如圖3所示，設計了一種分蛋盤來承接這些雞蛋，為了達到分揀雞蛋的功能，分蛋盤與水平面有5°的傾角，分蛋盤有5個滑槽。這樣雞蛋在分蛋盤上會受斜面影響，向斜側5個滑槽滑下。為了讓這些雞蛋能均勻地滑到各個雞蛋滑槽內，在雞蛋盤內部設計電動機帶動的偏心輪機構，偏心輪機構安裝在U形朔料框架上，U形框架一側與分蛋盤用兩個鉸鏈連接，另一側與分蛋盤可分開，其機構簡圖如圖4所示。工作時電動機帶動偏心輪轉動，與偏心輪接觸的分蛋盤一側受到鉸鏈約束，只能一側上下擺動，雞蛋受分蛋盤的輕微擺動效果，均勻地滑動到5個滑槽內。為了達到雞蛋分揀的有序性，在分蛋盤上面設計了旋轉門，通過一側齒輪配合傳動，旋轉門上附有傳感器。當受到每一個滑槽內的雞蛋帶來的壓力時，傳感器感應，電動機轉動使旋轉門旋轉一個相位，讓一排雞蛋順利滑下，并且擋住了即將到來的雞蛋，當滑槽內雞蛋都滑到旋轉門時，旋轉門再次旋轉一個相位。

圖3 分揀裝置示意圖

圖4 分揀裝置內部機構簡圖

1.3 接蛋裝置設計

雞蛋通過旋轉門后，為了依次接到雞蛋，設計了帶有叉子的接蛋裝置，如圖5所示，叉子通過連桿機構連接，雞蛋落入接蛋裝置，被叉子接住，叉子上的傳感器感應，使得電動機帶動連桿機構向下運動，叉子受連桿機構的作用向下，最后分開，雞蛋落入下面的雞蛋盤，之后叉子受連桿機構的作用又返回到原始位置。考慮到雞蛋落入叉子上可能會有破損，在叉子上包裹硅膠，這樣使得叉子具有一定的彈性，這樣保證了雞蛋落到叉子上時不會與叉子產生強烈的碰撞。

圖5 接蛋裝置示意圖

1.3 傳送部分設計

為了簡化設計，源于生活用于生活，直接選用傳送帶輸送雞蛋盤，如圖6所示，傳送帶的支撐架由角鋼組成，步進電動機作為動力源，由接蛋裝置叉子上的傳感器控制，當接蛋裝置放置一排雞蛋，傳送帶帶動雞蛋盤行進一個蛋距；第二個傳送帶是過渡裝置，如7所示，第1個傳送帶與下一個裝置的間距較大，為保證雞蛋盤輸送的平穩性，設計一個非自動的小型傳送帶，用于雞蛋盤在兩個裝置間的過渡。

圖6 傳送帶示意圖

圖7 過渡裝置示意圖

1.4 收集裝置設計

為了達到收集堆放多個雞蛋盤的功能，設計了一種具有多層結構的收集裝置，如圖8所示，多層隔板由兩根絲桿和兩根光桿支撐，每一層可以放置一個雞蛋盤，收集裝置的動力源來自電動機，電動機通過減速器減速后，通過一對錐齒輪變向，與錐齒輪同軸的絲桿轉動，帶動多層隔板往上移動，其中兩根絲桿放在對角處，另外用于支撐的兩根光桿放在另一個對角處。當雞蛋盤由傳送帶傳送到收集裝置上的一個隔板時，隔板上的傳感器感受到一定壓力，控制電動機開始轉動，多層隔板受絲桿和光桿的運動往上移動兩個隔板的間距，下一個隔板接著接收雞蛋，當每一層隔板都放置雞蛋盤之后，傳感器控制電動機反轉，承載著所有雞蛋盤的多層隔板隨著絲桿光桿運動回到原來位置。為了方便收集裝置轉運，設計了萬向輪和扶手，當一個收集裝置所有隔板的都載有雞蛋時，可以轉運走，換第二個收集裝置繼續接收雞蛋盤。

圖8 收集裝置示意圖

2 工作原理

首先，對養雞場雞蛋與分揀盤連接傳送部分說明一下。將傳送帶輸送機養雞場的雞籠配套連接，雞籠設計為傾斜結構，雞下蛋后，雞蛋直接滾到傳送帶輸送機上，再由輸送機傳到分蛋盤上，進行分揀。

其次，分蛋盤內部有電動機帶動的偏心輪機構，當雞蛋由V形槽直接無序地放入分蛋盤，分蛋盤通過偏心輪機構上下擺動使無序的雞蛋能分別均勻地進入到5個滑槽內，完成雞蛋的第一次分揀。在此過程中，雞蛋通過斜槽引導，由無序方向變成豎向方向經滑槽滑下。

雞蛋在每個滑槽內后，分蛋盤每個滑槽上設有旋轉門，旋轉門設有壓敏傳感器，當每個旋轉門都感受雞蛋時，會同時旋轉，控制了每排雞蛋出來，經后面S形導管滑入下面的雞蛋盤。因為雞蛋從斜槽出來時是豎向的，所以當雞蛋經過S形管出來到下面的雞蛋盤時會立在雞蛋盤里面。

第3部分是蛋盤傳送裝置，蛋盤放在傳送皮帶上，設置好傳送皮帶的速度，讓雞蛋每一排每一排落入雞蛋盤。雞蛋盤經傳送帶送到后面的收集裝置。在收集裝置和傳送帶上間添加了一個滾輪橋，考慮到傳送帶與收集裝置由于結構影響間距太大，這個滾輪橋裝置用于連接傳送帶和收集裝置，將雞蛋盤更好地傳送到收集裝置上。

最后一部分是收集裝置，收集裝置里設計了齒輪傳動升降裝置，它分有很多小層，每一層可以放一個雞蛋盤，當一個雞蛋盤放入第1層時，壓力傳感器受到一定的壓力作出感應，電動機啟動，第1層會上升，第2層會接替接收下一個雞蛋盤。

3 參數設計計算

分揀裝置是整個流水線里最重要的部分，考慮到分揀裝置內部的凸輪大小對分揀效果有很大的影響，故對凸輪進行參數設計計算，并對與旋轉門配合的齒輪進行設計計算。

根據實際禽蛋機擺動幅度要求為200～300 mm范圍內,取幅度A=300 mm,則（r+e+r-e）/2=300 mm；那么偏心輪直徑d=600 mm；偏心輪轉速n=40～80 r/min。

因為每個雞蛋的質量約為50 g,電動機也只需較小功率即可查機械設計手冊得：可選Y～90L-6型號的電動機：P=1.0 kW；n=910 r/min；總傳動比i=11～22，取合適傳動比i=15。采用雙級傳動i1=3，i2=5；取z1=17,則z2=51；取z3=19，則z4=95；z1和z2互為質數，z3和z4也互為質數，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，查手冊可知，齒輪的齒寬系數φd=0.3。

由齒寬公式b=φdd得：b1=7.65 mm,b2=22.95 mm;b3=11.4 mm,b4=57 mm。

齒面接觸疲勞強度校核：

齒面接觸疲勞強度滿足要求。

齒根彎曲疲勞強度校核：

齒根彎曲疲勞強度滿足要求。

4 受力分析及強度校核

主要是對分揀雞蛋的旋轉門及配對的齒輪進行強度校核，旋轉門主體為朔料框架，齒輪材料為40Cr（調質），在旋轉門每一片扇葉上施加雞蛋撞進時所帶來的力，軸上加上力矩，得出校核結果，強度校核如圖9所示。

圖9 旋轉門校核圖

由圖9可知，軸上的最大應力分布為1.304 MPa，遠小于鋼的許用應力。

5 結語

該設備通過多個傳送帶和傳感器結合，實現了物品流水線有序傳送。該設備可應用于各大小養雞場，具有高效率清撿雞蛋的功能，大量減少了對雞蛋清撿的工作，實現了養雞場的智能化管理。

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