CN102717914B - 一种禽蛋大小头自动定向排列装置的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种禽蛋大小头自动定向排列装置的设计方法，自动定向排列装置包括依序排列的分列区间、翻转区间和合并区间，通过公式计算出禽蛋在支撑辊子上完成分列区间分列轴向运动的最大位移量A-L所需的时间t ₁，由时间t ₁和公式得到分列区间长度；通过公式计算出翻转区间限位导向杆弯曲段的长度W；再计算出翻转区间长度D ^＇、禽蛋在支撑辊子上完成合并区间合并轴向运动的最大位移量所需的时间t ₂以及合并区间长度；由B、D ^＇和P之和再加进料区间和出料区间的长度得到工作区域总长；本发明优化了区间及限位导向杆弯曲段的结构参数，从而进一步优化整机结构尺寸，可提高禽蛋与支撑辊子之间的传动效率。

Description

一种禽蛋大小头自动定向排列装置的设计方法

技术领域

本发明涉及禽蛋大小头自动定向排列装置的设计方法，尤其涉及装置中分列区间结构参数长度和翻转区间结构参数的设计，属于装置结构参数的设计方法，得到长度方向结构紧凑的装置。

背景技术

鲜禽蛋大小头定向排列是禽蛋分级包装商品化处理工序之一，主要目的是让所有的禽蛋大头都朝一个方向，在包装后禽蛋都会呈大头向上放置在蛋盒或蛋盘中，可以防止蛋黄粘结在蛋壳上，延长保存期。

如图1和图2所示，鲜禽蛋大小头自动定向排列装置主要是由机架7、辊链输送系统2、限位导向杆4、传动与驱动系统等组成，其中，辊链输送系统是由链轮、空心销轴链、支撑辊子心轴和多个圆柱型的支撑辊子1等组成的辊链输送系统2，辊链输送系统2由调速系统6控制，支撑辊子1在两侧空心销轴链的牵引下作匀速移动，同时支撑辊子1与机架7的轨道上的橡胶垫5接触，在摩擦力作用下作同向转动，支撑辊子1两两间隔相等，等中心距布置。位于支撑辊子1上面的限位导向杆4是由两个直段和一个弯段组成的一根杆，在支撑辊子1轴向两侧的2根限位导向杆4之间形成1个处理通道。根据禽蛋在定向排列工作区域不同运动情况，自动定向排列工作区域依序排列着分列区间、翻转区间和合并区间3个区间，分列区间的前段是进料区间，合并区间的后段是出料区间。在辊链输送系统2和限位导向杆4的作用下，禽蛋3依序经过各个区间后，实现自动定向排列。装置工作时，禽蛋3沿小头端所指方向在两支撑辊子1上作轴向运动（沿辊间的移动和绕自身长轴径的转动），大小头指向不一致的禽蛋3分别靠近处理通道两侧的限位导向杆4，形成大小头指向一致的两列；其中一列在限位导向杆4弯曲段的作用下翻转，实现大小头指向与另一列一致，最后形成大小头指向一致的一列输出。因此，在鲜禽蛋大小头自动定向排列装置中分列区间和翻转区间结构该装置的核心。

目前，日本国特许厅的公开实用新案“卵の方向整列装置（实开平7-21504）”、日本国特许厅的公开特许公报“鶏卵の方向を揃える装置（实开平9-1150938）”、日本国特许厅的公开特许公报“卵の方向整列装（实开平11-147508）”，美国专利“Egg Orientation Means(US4382501)”、“Apparatus for Orienting Eggs in a Egg Handling Systems（US4645058）”、“Egg Orienting Apparatus（US5176243）”，这些公开文献中的大小头自动定向排列及装置都涉及到禽蛋在输送支撑辊子摩擦力驱动下实现大小头指向相反禽蛋的分列运动和翻转运动，但都未涉及到在输送支撑辊子摩擦力驱动下实现大小头指向相反禽蛋的分列区间结构参数和翻转区间结构参数及限位导向杆弯曲段结构参数弯角及长度的设计，无法实现禽蛋大小头自动定向排列装置中禽蛋大小头自动定向排列工作区域长度的优化，从而无法得到长度方向结构紧凑的装置。

发明内容

 本发明的目的是为克服现有禽蛋大小头自动定向排列装置工作区域的缺陷而提供一种禽蛋大小头自动定向排列装置的设计方法，可以优化禽蛋大小头自动定向排列工作区域各区间长度，从长度上提高其紧凑性。 

   为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：自动定向排列装置包括依序排列的分列区间、翻转区间和合并区间，禽蛋由一定中心距的两等径等速同方向转动的相邻支撑辊子支撑，禽蛋长轴径指向与支撑辊子轴线方向一致且在相邻支撑辊子所作用的摩擦力驱动下绕其长轴径作旋转运动，并在相邻支撑辊子之间沿支撑辊子轴线方向向小头侧作轴向移动，轴向运动范围在两侧限位导向杆所形成通道的宽度范围内，禽蛋同时随辊链输送系统作移动，在分列区间和合并区间的两侧限位导向杆与支撑辊子的轴向垂直，在翻转区间的两侧限位导向杆为弯曲段，依次按照下述步骤设计：（1）通过公式A-L                                                

计算出禽蛋在支撑辊子上完成分列区间分列轴向运动的最大位移量A-L所需的时间t ₁；

，ω为支撑辊子的角速度；r为支撑辊子的半径；

为分列区间禽蛋运动时间t ₁时禽蛋长轴径与支撑辊子轴线之间偏转角；v为链辊输送速度；k为滑动修正系数，取0.55-0.76；A为两侧限位导向杆所形成通道的宽度；L为禽蛋的长轴径；（2）由时间t ₁和公式

得到分列区间长度

；（3）通过公式W=X/sinα计算出翻转区间限位导向杆弯曲段的长度W；X为禽蛋轴向翻转滚动距离；α为限位导向杆弯曲段弯曲角；（4）由长度W、弯曲角α和公式D ^＇ =Wcosα+ H +d计算出翻转区间长度D ^＇ ，H为两支撑辊子之间的中心距；d为支撑辊子直径；（5）通过公式

计算出禽蛋在支撑辊子上完成合并区间合并轴向运动的最大位移量A-X-0.57Q-L所需的时间t ₂；为合并区间禽蛋长轴径与支撑辊子轴线之间偏转角；Q为禽蛋的最大短径；（6）通过公式

计算出合并区间长度；（7）由所述分列区间长度B、所述翻转区间长度D ^＇和所述合并区间长度P之和，再加进料区间和出料区间的长度，得到自动定向排列装置的工作区域总长。

本发明采用上述技术方案后具有如下有益效果：

1、本发明基于交错轴摩擦轮机构和凸轮机构传动原理，合理设计禽蛋大小头定向排列中分列区间长度和翻转区间长度以及限位导向杆弯曲段弯角与长度，克服了经验估算的不足，优化了定向装置分列区间、合并区间和翻转区间（辊子停转区间）以及限位导向杆弯曲段的结构参数，从而进一步优化整机结构尺寸。

2、本发明可通过选择适当的材料和加工要求，降低禽蛋与支撑辊子之间的滑动，提高禽蛋与支撑辊子之间的传动效率。

3、在结构参数一定时，可以通过调整输送速度实现分列和合并以及翻转的速度。

4、有利于进一步分析禽蛋轴向运动和翻转运动。

附图说明

图1是禽蛋大小头自动定向排列装置的结构主视图；

     图2是图1中工作区域的俯视图；

     图3是图2中分列区间禽蛋输送位移与轴向位移关系示意图；

 图4是图2中翻转区间禽蛋输送示意图；

 图5是图4中翻转区间几何尺寸示意图；

图6是图4中翻转区间的长度尺寸示意图；

 图中：1支撑辊子； 2辊链输送系统；3禽蛋；4限位导向杆；5橡胶垫；6调速系统；7机架。

具体实施方式

参见图1和图2，禽蛋大小头自动定向排列装置包括依序排列的分列区间、翻转区间和合并区间，在分列区间内，禽蛋3由一定中心距的两等径等速同方向转动的相邻支撑辊子1支撑，禽蛋长轴径指向与支撑辊子轴线方向一致；禽蛋3在相邻支撑辊子1所作用的摩擦力驱动下绕其长轴径作旋转运动，并在相邻支撑辊子之间沿支撑辊子轴线方向向小头侧作轴向运动，禽蛋长轴径与支撑辊子轴线之间的夹角（偏转角）为β（图2），禽蛋同时随链辊输送系统作移动；禽蛋的轴向运动范围取决于两根限位导向杆所形成通道的宽度A。在分列区间和合并区间的两侧限位导向杆是两个直段，并与支撑辊子的轴向垂直，在翻转区间的两侧限位导向杆为弯曲段。 

一、首先设计分列区间长度如下：

（a）禽蛋3在两支撑辊子上的轴向位移

由于禽蛋3与支撑辊子1之间的传动关系属于交错轴摩擦轮传动，根据交错轴摩擦轮传动原理，禽蛋3在两支撑辊子1上轴向运动的理论位移按下列公式计算：

根据装置传动关系，其中：

= v，即有：

；

S—禽蛋3在两支撑辊子上的轴向位移，mm；ω—支撑辊子1的角速度，1/s，r—支撑辊子1的半径，mm；t——禽蛋3运动时间，s；β——禽蛋长轴径与支撑辊子1轴线之间偏转角，（°）；v——链辊输送速度，mm/s。 

由于禽蛋3与支撑辊子1之间的传动存在滑动，因此禽蛋3在支撑辊子1上的轴向运动的实际位移按下列公式计算：

                            （1）

其中： k——滑动修正系数，一般为0.55-0.76（与禽蛋、装置结构和运动参数等有关）。

（b）分列区间链辊输送位移

的计算

                             （2）

（c）计算分列区间长度

参见图3可知，禽蛋3在支撑辊子1上轴向运动的最大位移量为A-L，由式（1）可知，禽蛋3经一定时间轴向运动后，即可达到所需的最大位移量A-L，设完成该最大位移量的运动时间为t ₁，禽蛋3分列区间长度取决于禽蛋3在两侧限位导向杆所形成通道内轴向运动的时间，则有：

                      （3）

其中：A——两侧限位导向杆所形成通道的宽度，mm；L——禽蛋3的长轴径，mm；——禽蛋3运动时间t ₁时禽蛋长轴径与支撑辊子轴线之间偏转角，（°）。

由式（3）得出时t ₁，再代入式（2）计算出分列区间禽蛋运动时间t ₁内链辊输送位移

，可得分列区间长度B：

B=

                              （4）

即当禽蛋3经过长度为B的分列区间时，可以使禽蛋3从一侧限位导向杆4运动到另一侧限位导向杆4处。

二、设计翻转区间限位导向杆弯曲段弯角和长度以及区间长度如下：

（a）设计翻转区间限位导向杆弯曲段结构参数弯角和长度

参见图4和图5，禽蛋3从起始状态到临界状态（即禽蛋长轴径垂直于支撑辊子轴线）的这个翻转过程中，禽蛋3与支撑辊子1和限位导向杆4的弯曲段之间组成的作用关系属于凸轮机构的传动关系，根据凸轮机构传动原理，限位导向杆4弯曲段的结构参数按如下公式进行设计计算：

W=X/sinα                               （5）

式中  W——限位导向杆4弯曲段长度，mm；X——禽蛋3轴向翻转滚动距离，mm；α——限位导向杆4弯曲段弯曲角，（°）。

    为了确保禽蛋3越过临界状态实现可靠翻转，以及考虑禽蛋3长径的离散性和翻转滚动时的滑动，位限位导向杆4弯曲段的结构参数按如下公式进行实际设计：

W=X/sinα+ΔW                            （6）

式（6）中：ΔW——限位导向杆弯曲段长度增加量，mm。

（b）设计翻转区间（辊子停转区间）长度

为了实现禽蛋3的可靠翻转，禽蛋3两侧的支撑辊子1应停止转动。因此，翻转区间结构参数长度的设计即为支撑辊子停转区间长度的设计，由图2、图5和图6可知，支撑辊子1停转区间长度D ^＇ ：

D ^＇ =D +H +d                           (7) 

其中：D=Wcosα

式中  D ^＇——支撑辊子停转区长度，mm；D——限位导向杆弯曲（导向）段在输送方向上的投影长度，mm；H——支撑辊子中心距，mm；d——支撑辊子直径，mm。

三、设计合并区间结构参数长度

如图2和图3所示，由于合并区间禽蛋3在支撑辊子1上轴向运动与分列区间相同，禽蛋3在支撑辊子1上轴向运动的最大位移量为A-X-0.57Q-L，由式（1）可知，禽蛋3经一定时间轴向运动后，即可达到所需的最大位移量A-X-0.57Q-L，设完成该最大位移量的运动时间为t ₂，则

                    （8）

其中：A——两侧限位导向杆4所形成通道的宽度，mm；X——禽蛋3轴向翻转滚动距离，mm；Q——禽蛋3的最大短径，mm；L——禽蛋3的长轴径，mm；

——禽蛋3运动时间t ₂时禽蛋长轴径与支撑辊子轴线之间偏转角，（°）。

由式（8）得出时间t ₂，再代入式（2）计算出合并区间的禽蛋3运动时间t ₂内链辊输送位移

，可得合并区间长度P如下：

 

                                （9）

即当禽蛋3经过长度为P的合并区间时，可以使禽蛋3从翻转完成状态运动到另一侧限位导向杆4处。

四、设计排列装置自动定向排列工作区域的总长

禽蛋大小头自动定向排列装置的禽蛋大小头自动定向排列工作区域的总长是由分列区间长度B、翻转区间长度D ^＇和合并区间长度P之和形成，加上进料区间和出料区间的长度可得出自动定向排列装置的工作区域的总长。

  以下提供本发明的3个实施例：

实施例1

      根据两侧限位导向杆4所形成通道的宽度A为150mm、辊链输送速度v为57mm/s和草鸡蛋的长轴径L为49.1mm（200枚草鸡蛋中最小值）以及草鸡蛋在支撑辊子上的偏转角

，由式（3）

得到

，其中k=0.64，计算得出完成轴向运动的最大位移量A-L（即100.9mm）所需的时间t₁约为8.7s，再将t₁代入式（4），即得出草鸡蛋分列区间长度B为495.9mm。经修正的实际设计值为550mm。当辊子直径为40mm，两支撑辊子1之间中心距57.15mm，设限位导向杆4弯曲段弯曲角α为20°，50枚草鸡蛋在两支撑辊子1上完成翻转时，50枚草鸡蛋中最大轴向滚动翻转距离X为35.2mm，由式（5）计算得弯角20°时限位导向杆导向段长度W为102.9mm。经修正的实际设计值为150mm。再由式（7）计算得出翻转区间（即辊子停转区间）长度为193.8mm。经修正的实际设计值为250mm。与计算分列区间长度B同样方法计算草鸡蛋合并区间长度P为199.5mm。经修正的实际设计值为250mm。计算得到草鸡蛋大小头自动定向排列装置的自动定向排列工作区域的总长（修正后）为1050mm。

实施例2

 根据通道的宽度A为150mm、辊链输送速度v为57mm/s和洋鸡蛋的长轴径L为51.1mm（200枚洋鸡蛋中最小值）以及洋鸡蛋在支撑辊子上的偏转角

，由式（3）得到

，其中k=0.63，计算得出完成轴向运动的最大位移量A-L（即98.9mm）所需的时间t₁约为7.3s，再将t₁代入式（4）（即

）得出洋鸡蛋分列区间长度B为416.1mm。经修正的实际设计值为550mm。当辊子直径为40mm，两支撑辊子之间中心距57.15mm，设限位导向杆弯曲段弯曲角α为20°，50枚洋鸡蛋在两支撑辊子上完成翻转时，50枚草鸡蛋中测得最大轴向滚动翻转距离X为42.1mm，由式（5）计算得弯角20°时限位导向杆导向段长度W为123.1mm。经修正的实际设计值为150mm。再由式（7）计算得出翻转区间（即辊子停转区间）结构参数长度为212.8mm。经修正的实际设计值为250mm。与计算分列区间长度B同样方法计算出洋鸡蛋合并区间长度P为179.4mm。经修正的实际设计值为250mm。洋鸡蛋大小头自动定向排列装置的自动定向排列工作区域的总长（修正后）为1050mm。

实施例3

      根据通道的宽度A为150mm、辊链输送速度v为57mm/s和鸭蛋的长轴径L为52.9mm（200枚鸭鸡蛋中最小值）以及鸭蛋在支撑辊子上的偏转角，由式（3）得到

，其中k=0.67，计算得出完成轴向运动的最大位移量A-L（即97.1mm）所需的时间t₁约为9.3s，再将t₁代入式（4）（即

）得出鸭蛋分列区间长度B为530.1mm。经修正的实际设计值为550mm。辊子直径为40mm，两支撑辊子之间中心距57.15mm，设限位导向杆弯曲段弯曲角α为20°，50枚鸭蛋在两支撑辊子上完成翻转时，50枚草鸡蛋中测得最大轴向滚动翻转距离X为45.2mm，由式（5）计算得弯角20°时限位导向杆导向段长度W为132.2mm。经修正的实际设计值为150mm。再由式（7）计算得出翻转区间（即辊子停转区间）结构参数长度为222.0mm。经修正的实际设计值为250mm。与计算分列区间长度B同样方法可计算得到鸭蛋合并区间长度P为205.8mm。经修正的实际设计值为250mm。鸭蛋大小头自动定向排列装置的自动定向排列工作区

域的总长（修正后）为1050mm。

Claims (2)

1.一种禽蛋大小头自动定向排列装置的设计方法，自动定向排列装置包括依序排列的分列区间、翻转区间和合并区间，禽蛋由一定中心距的两等径等速同方向转动的相邻支撑辊子支撑，禽蛋长轴径指向与支撑辊子轴线方向一致且在相邻支撑辊子所作用的摩擦力驱动下绕其长轴径作旋转运动，并在相邻支撑辊子之间沿支撑辊子轴线方向向小头侧作轴向移动，轴向运动范围在两侧限位导向杆所形成通道的宽度范围内，禽蛋同时随辊链输送系统作移动，在分列区间和合并区间的两侧限位导向杆与支撑辊子的轴向垂直，在翻转区间的两侧限位导向杆为弯曲段，其特征在于依次按照下述步骤进行：

（1）通过公式A-L                                               

计算出禽蛋在支撑辊子上完成分列区间分列轴向运动的最大位移量A-L所需的时间t ₁；

，ω为支撑辊子的角速度；r为支撑辊子的半径；

为分列区间禽蛋运动时间 t ₁时禽蛋长轴径与支撑辊子轴线之间偏转角；v为链辊输送速度；k为滑动修正系数，取0.55-0.76；A为两侧限位导向杆所形成通道的宽度；L为禽蛋的长轴径；

（2）由时间t ₁和公式

得到分列区间长度

；

（3）通过公式W=X/sinα计算出翻转区间限位导向杆弯曲段的长度W；X为禽蛋轴向翻转滚动距离；α为限位导向杆弯曲段弯曲角；

（4）由长度W、弯曲角α和公式D ^＇ =Wcosα+ H +d计算出翻转区间长度D ^＇ ，H为两支撑辊子之间的中心距；d为支撑辊子直径；

 （5）通过公式

计算出禽蛋在支撑辊子上完成合并区间合并轴向运动的最大位移量A-X-0.57Q-L所需的时间t ₂；

为合并区间禽蛋运动时间t ₂时禽蛋长轴径与支撑辊子轴线之间偏转角；Q为禽蛋的最大短径；

（6）通过公式计算出合并区间长度；

（7）由所述分列区间长度B、所述翻转区间长度D ^＇和所述合并区间长度P之和，再加进料区间和出料区间的长度，得到自动定向排列装置的工作区域总长。

2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于：所述禽蛋为草鸡蛋、洋鸡蛋或鸭蛋。

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