CN106984535B

CN106984535B - 一种用于蛆料分离的并联振动筛

Info

Publication number: CN106984535B
Application number: CN201710155534.5A
Authority: CN
Inventors: 杨启志; 蔡静; 孙梦涛; 石新异; 徐莉; 衣巴尔; 周昕
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2017-03-16
Filing date: 2017-03-16
Publication date: 2020-05-01
Anticipated expiration: 2037-03-16
Also published as: CN106984535A

Abstract

本发明公开了一种用于蛆料分离的并联振动筛，具体涉及利用固体畜禽粪便养殖蝇蛆业领域。它包含了静平台、第一支链、第二支链、第三支链以及筛框；第一支链、第二支链以及第三支链的末端运动副虎克铰均与筛框相连接，同时启动各个支链的动力源，驱动三条支链即可实现筛框绕Y轴的转动和绕X轴的转动振动，以及沿着Y轴的平移振动和沿着Z轴的平移振动。本发明设计的基于并联机构的蝇蛆分离振动筛，能够弥补现有蝇蛆分离处理技术的不足，实现蝇蛆和固体畜禽粪颗粒的快速可控分离，大大地提高了筛分效率，而且整体设备的空间体积较小，刚度大，筛分性能稳定可靠，对工厂化应用具有现实意义。

Description

一种用于蛆料分离的并联振动筛

技术领域

本发明主要涉及固体农业废弃物处理中的农业生物物料多维振动筛分设备领域，尤其涉及的是一种用于蛆料分离的并联振动筛。

技术背景

振动筛是处理物料颗粒分级和分选的设备，目前已经成熟应用于化工、冶金、煤炭、建筑、石油、水利等工业部门，也普遍地应用于农业谷物筛分、种子分选、有机肥料的翻抛等农业领域。这些传统振动筛的运动轨迹单一、物料在筛网上很难快速均匀分布、易于堵塞筛网、透筛率低、自由度低、设备整体体积过大、成本较高、并且容易引起共振从而降低振动筛的使用寿命，一般多为直线振动筛、圆振动筛。

利用固体畜禽粪便来饲养蝇蛆一方面可以消耗大量的固体畜禽粪便减少环境污染，另一方面可以为规模化养殖业提供所需要的高蛋白活体饵料。目前，畜禽粪养殖蝇蛆行业的现状主要是采用人工操作为主，机械化和自动化程度较低，以分散的小规模个体养殖户为主，工厂化程度较低，其中最关键的问题是缺少蝇蛆养殖生产链中成熟蝇蛆与畜禽粪培养基的快速可控式分离技术，目前几乎为不可控的利用蝇蛆生物学特性的非机械式分离技术，效率低而且不可控。

本发明设计的基于并联机构的蝇蛆分离振动筛，能够弥补现有蝇蛆分离处理技术的不足，实现蝇蛆和固体畜禽粪颗粒的快速可控分离，大大地提高了筛分效率，而且整体设备的体积较小，刚度大，筛分性能稳定可靠，对工厂化应用具有现实意义。其中，并联机构(Parallel Mechanism，简称PM)，定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。其中，任一基本回路数为ν的并联机构(PKM，parallel kinematic mechanism)是由动平台(Movingplatform)、静平台(fixed based)及两者之间并联(ν+1)个单开链支路组成，该概念来源于《机器人机构拓扑结构学》，机械工业出版社第55页。

发明内容

本发明针对现有的技术存在的问题，提供了一种用于蛆料分离的并联振动筛，该装置运用并联机构技术处理蛆料分离问题，能够解决目前固体畜禽粪养殖蝇蛆的关键问题，实现蛆料的快速可控式机械分离，大大提高蛆料分离的筛分效率，并且并联机构具有其自身的优越性，且该装置的刚度大、总体尺寸较小、驱动装置可以位于或者接近于机架，整体质量较轻，本发明的并联机构蛆料振动筛对实现工厂化应用具备现实意义。

本发明技术实现是通过以下方案实现的：一种用于蛆料分离的并联振动筛，该并联振动筛包括静平台、第一支链、第二支链、第三支链以及筛框；所述第一支链、第二支链以及第三支链的末端的运动副虎克铰均与筛框相连接；所述筛框位于静平台的正下方；所述第一支链首端的球副与静平台相连接，所述第三支链首端的主动锥齿轮通过动力源与静平台相连，且主动锥齿轮与静平台中的导轨呈垂直位置关系。

所述第一支链包括球副、虎克铰Ⅰ、转动副和连杆；所述四个转动副与四个连杆相互连接组成一个平行四边形结构；所述球副通过连杆Ⅰ与连杆Ⅱ相连接；所述连杆Ⅵ一端设置在连杆Ⅴ上，Ⅵ连杆另一端带动与虎克铰Ⅰ相连接的筛框做绕Y轴的转动和绕X轴的转动运动。

所述第二支链包括滑块、滑槽、转动轮、曲柄、转动副、固定导轨槽、连杆Ⅶ和虎克铰Ⅱ；所述滑块、滑槽和转动轮、曲柄组成了曲柄滑块机构，所述滑槽固定在转动轮上，所述第二支链首端为转动轮，第二支链中的连杆Ⅶ穿过固定导轨槽，且其轴线与固定导轨槽的轴线方向保持平行位置关系；所述连杆Ⅶ的首端与转动副相连接，末端与虎克铰Ⅱ相连接，从而实现筛框的沿着Y轴的平移振动。

所述第三支链包括锥齿轮、连杆Ⅷ、移动副和虎克铰Ⅲ；从动锥齿轮输出轴与连杆Ⅷ相连接，连杆Ⅷ通过移动副与虎克铰Ⅲ相连接；从而带动筛框实现沿着Z轴的平移振动。

所述第一支链、第二支链以及第三支链的末端运动副虎克铰均与筛框相连接，同时启动第一支链、第二支链以及第三支链的动力源即可实现筛框绕Y轴的转动和绕X轴的转动振动，以及沿着Y轴的平移振动和沿着Z轴的平移振动；第一支链的转动副，第二支链的转动轮和第三支链的主动锥齿轮是各自支链上动力输入的主动副。

该分离振动筛可以根据使用者的客观需要，任意启动各个支链的动力源，启动组合可以为：单独启动方式第一支链单独启动、第二支链单独启动、第三支链单独启动；两两组合启动方式：同时启动第一支链和第二支链、同时启动第一支链和第三支链、同时启动第二支链和第三支链；三条支链全部启动方式：同时启动第一支链、第二支链和第三支链，根据不同的启动方式，筛框可以获得不同的振动筛分运动方式。

所述动力源为电机。

所述静平台为四边形框架。

有益效果：

1.该装置运用并联机构技术处理蛆料分离问题，能够解决目前固体畜禽粪养殖蝇蛆的关键问题，实现蛆料的快速可控式机械分离，大大提高蛆料分离的筛分效率，并且并联机构具有其自身的优越性，且该装置的刚度大、总体尺寸较小、驱动装置可以位于或者接近于机架，整体质量较轻，本发明的并联机构蛆料振动筛对实现工厂化应用具备现实意义。

2.筛框连接的运动副均采用虎克铰连接，而传统振动筛设计时采用球副或者转动副通常在负载运转时，球副或者转动副通常由于强度不够产生运转紧急卡死状态，导致动力输入电机瞬间停转，在不可预估的瞬间也有可能瞬间恢复工作，存在较大的安全隐患问题。而本发明的振动筛，可以克服传统振动筛在振动频率上偏小、支链刚度不够、筛分性能不理想的困难，在启动振动筛三条支链的动力源的时候，可以根据需要调节第二支链的动力源的转速，得到最佳的振动频率以及振动筛分效果，但是振动筛的其他支链上动力源产生的运动不受影响。

3.本发明的振动筛可以实现筛框绕Y轴的转动和绕X轴的转动，沿着Y轴的平移振动和沿着Z轴的平移振动筛分运动，其中振动筛绕Y轴转动的振动筛分是通过球副、连杆、由转动副和连杆组成的平行四边形结构、连杆，以及虎克铰所组成的支链实现振动筛分的；振动筛绕X轴的转动是通过球副、连杆、由转动副和连杆组成的平行四边形结构、连杆，以及虎克铰所组成的支链实现振动筛分的；沿着Z轴的平移振动是通过锥齿轮转动并且改变运动反向带动锥齿轮转动，锥齿轮沿着连杆推动移动副在Z轴方向沿着直线运动，通过移动副的直线运动带动与筛框相连的虎克铰运动，最终带动筛框实现沿着Z轴做竖直方向的平移运动。

附图说明

图1所示为本发明的总装机构原理示意图；

图2所示为本发明图1中的第一支链机构的结构示意图；

图3所示为本发明图1中的第二支链机构的结构示意图；

图4所示为本发明图1中的第三支链机构的结构示意图。

附图标记如下：

1-球副；2-连杆Ⅰ；3-转动副Ⅰ；4-连杆Ⅱ；5-转动副Ⅱ；6-连杆Ⅸ；7-连杆Ⅹ；8-转动副Ⅲ；9-连杆Ⅴ；10-转动副Ⅳ；11-连杆Ⅺ；12-虎克铰Ⅰ；13-滑块；14-滑槽；15-转动轮；16-曲柄；17-转动副Ⅴ；18-固定导轨槽；19-连杆Ⅶ；20-虎克铰Ⅱ；21-筛框；22-虎克铰Ⅲ；23-移动副；24-连杆Ⅷ；25-从动锥齿轮；26-主动锥齿轮；27-导轨；28-静平台Ⅰ；29-静平台Ⅱ。

具体实施方式

本发明技术实现是通过以下方案实现的：一种用于蛆料分离的并联振动筛，其包括静平台、第一支链、第二支链、第三支链以及筛框，其中筛框位于静平台的正下方；第一支链的首端球副与静平台相连，末端与筛框相连接；第二支链首端与动力输入转动轮相连，末端与筛框相连；第三支链首端锥齿轮与静平台相连，末端虎克铰与筛框相连。初始安装时，静平台所在平面和筛框所在的平面是相互平行的。

第一支链包括球副1、虎克铰Ⅰ12、四个转动副3、5、8、10、六个连杆2、4、6、7、9、11；转动副Ⅰ3的两端与连杆Ⅱ4和连杆Ⅸ6相连接，转动副Ⅱ5的两端与连杆Ⅱ4和连杆Ⅹ7相连接，转动副Ⅲ8的两端与连杆Ⅸ6和连杆Ⅴ9相连接，转动副Ⅳ10的两端与连杆Ⅹ7和连杆Ⅴ9相连接，转动副3、5、8、10和连杆4、6、7、9相互连接组成一个平行四边形结构。启动第一支链的动力源，通过由转动副3、5、8、10和连杆4、6、7、9相互连接组成一个平行四边形结构将动能传递给与筛框21相连接的虎克铰Ⅰ12，从而带动筛框21实现绕Y轴的转动和绕X轴的转动。

第二支链包括滑块13、滑槽14、转动轮15、曲柄16、转动副17、固定导轨槽18、连杆Ⅶ19、虎克铰Ⅱ20。滑块13、滑槽14和转动轮15、曲柄16组成了曲柄滑块机构，滑槽14固定在转动轮15上，连杆Ⅶ19的轴线与固定导轨槽18的轴线平行，连杆Ⅶ19的首端与转动副17相连接，末端与虎克铰Ⅱ20相连接。空载静止时，曲柄滑块机构13、14、16的位置随意，但是连杆Ⅶ19的轴线方向必定与固定导轨槽18的轨道轴线方向保持平行位置关系。启动第二支链的动力源，转动轮15获得相应的动力进行转动，滑块13在转动轮15的转动带动下，在滑槽18进行来回反复滑动，曲柄16在滑块13的运动下，进行圆周转动，曲柄16带动连杆Ⅶ19沿着固定导轨槽18进行往复直线运动，连杆Ⅶ19带动与筛框21相连接的虎克铰Ⅱ20运动，从而实现筛框21的沿着Y轴的平移振动。

第三支链包括锥齿轮26、25、连杆Ⅷ24、移动副23、虎克铰Ⅲ22。启动第三支链的动力源时，动力源通过主动锥齿轮26转动带动锥齿轮25改变转动方向进行转动，随着从动锥齿轮25转动带动移动副23沿着连杆Ⅷ24在Z轴方向运动，最后通过虎克铰Ⅲ22传递到筛框21，从而带动筛框21实现沿着Z轴的平移振动。

上面所述的三条支链即第一支链、第二支链以及第三支链的末端运动副虎克铰12、20、22共同与筛框21相连接，输入各个支链的动力源，驱动三条支链即可实现筛框绕Y轴的转动和绕X轴的转动，沿着Y轴的平移振动和沿着Z轴的平移振动。第一支链的转动副5，第二支链的转动轮15和第三支链的主动锥齿轮26是各自支链上动力输入的主动副。

本发明提及的一种用于蛆料分离的并联振动筛，包含第一支链、第二支链、第三支链、静平台28、29以及筛框21。其中筛框21位于静平台28、29的正下方位置；第一支链的首端与静平台Ⅱ29的轴向位置在初始安装时呈垂直方向位置关系，静平台Ⅱ29上侧的轨道相对第一支链首端在工作时相对静止，末端与筛框21相连接；第二支链的首端与动力源的输入的转动轮15相连接，末端的虎克铰Ⅱ20与筛框21相连接，在安装的过程中连杆Ⅶ19的轴线方向与固定导轨槽18的槽形轴线的方向呈平行位置关系；第三支链的首端主动锥齿轮26与静平台Ⅰ28的轨道27相连接，并且轨道27的轨道轴线方向与主动锥齿轮26的安装轴线呈垂直方向位置关系，轨道27上安装有带动主动锥齿轮26运动的电机，末端的虎克铰Ⅲ22与筛框21相连接，在初始安装的时候，第三支链与筛框21呈垂直位置关系；初始安装结束后，静平台28、29所在平面与筛框21的所在平面呈平行位置关系，第一支链和第三支链的轴线与静平台28、29以及筛框21呈垂直位置关系；第二支链的曲柄滑块13、14、16机构的位置任意，但是第七连杆19的轴线位置必须与固定导轨槽18的槽形轴线的方向呈平行位置关系。第一支链包括球副1、虎克铰Ⅰ12、转动副3、5、8、10和连杆2、4、6、7、9、11；转动副3的两端与连杆Ⅰ4和第三连杆6相连接，转动副5的两端与连杆Ⅰ4和连杆Ⅹ7相连接，转动副8的两端与第三连杆6和连杆9相连接，转动副10的两端与连杆Ⅹ7和连杆9相连接，转动副3、5、8、10和连杆4、6、7、9相互连接组成一个平行四边形结构。第二支链包括滑块13、滑槽14、转动轮15、曲柄16、转动副17、固定导轨槽18、连杆Ⅶ19、虎克铰Ⅱ20；滑块13、滑槽14和转动轮15、曲柄16组成了曲柄滑块机构，滑槽14固定在转动轮15上，连杆Ⅶ19的轴线与固定导轨槽18的轴线平行，连杆Ⅶ19的首端与转动副17相连接，末端与虎克铰Ⅱ20相连接；空载静止时，曲柄滑块机构13、14、16的位置任意，但是第七连杆19的轴线方向必定与固定导轨槽18的轨道轴线方向保持平行位置关系。第三支链包括锥齿轮26、25、连杆Ⅷ24、移动副23和虎克铰Ⅲ22。同时启动三条支链的动力源，可以实现筛框21绕Y轴的转动和绕X轴的转动，沿着Y轴的平移振动和沿着Z轴的平移振动筛分运动。

本发明的工作过程如下：

启动第一支链的动力源，电机带动转动副5转动，并且带动四个转动副3、5、8、10和四个连杆4、6、7、9相互连接组成一个平行四边形结构做一定幅度的摆动振动，通过连杆11带动与虎克铰Ⅰ12相连接的筛框21做绕Y轴的转动和绕X轴的转动运动；启动第二支链的动力源，电机带动转动轮15转动，曲柄滑块13、14、16机构在转动轮15的转动下带动连杆Ⅶ19在固定导轨槽18的槽线方向做往复平移运动，从而带动与虎克铰Ⅱ20相连的筛框21在Y轴方向做直线平移运动；启动第三支链的动力源，电机带动主动锥齿轮26转动，通过齿轮啮合改变转向并且带动从动锥齿轮25转动，移动副23在从动锥齿轮25转动的带动下，在Z轴方向做直线平移运动，从而带动与虎克铰Ⅲ22相连的筛框21做沿着Z轴方向的垂直运动。同时启动三条支链的动力源，可以使得筛框21实现绕Y轴的转动和绕X轴的转动的振动筛分运动，以及沿着Y轴的平移振动和沿着Z轴的平移振动筛分运动。本发明的基于并联机构的蛆料分离振动筛在实际应用的时候，可以根据使用者的客观需要，任意启动各个支链的动力源，启动组合可以为：单独启动方式第一支链单独启动、第二支链单独启动、第三支链单独启动；两两组合启动方式：同时启动第一支链和第二支链、同时启动第一支链和第三支链、同时启动第二支链和第三支链；三条支链全部启动方式：同时启动第一支链、第二支链和第三支链，根据不同的启动方式，筛框21可以获得不同的振动筛分运动方式。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种用于蛆料分离的并联振动筛，其特征在于：该并联振动筛包括静平台(28、29)、第一支链、第二支链、第三支链以及筛框(21)；所述第一支链、第二支链以及第三支链的末端的运动副虎克铰Ⅰ(12)、虎克铰Ⅱ(20)、虎克铰Ⅲ(22)均与筛框(21)相连接；所述筛框(21)位于静平台(28、29)的正下方；所述静平台(28、29)包括静平台Ⅰ(28)、静平台Ⅱ(29)；所述第一支链首端的球副(1)与静平台Ⅱ(29)相连接，所述第三支链首端的主动锥齿轮(26)通过动力源与静平台Ⅰ(28)相连，且主动锥齿轮(26)与静平台Ⅰ(28)中的导轨(27)呈垂直位置关系；

所述第一支链包括球副(1)、虎克铰Ⅰ(12)、转动副Ⅰ(3)、转动副Ⅱ(5)、转动副Ⅲ(8)、转动副Ⅳ(10)和连杆(2、4、6、7、9、11)；所述连杆(2、4、6、7、9、11)包括连杆Ⅰ(2)、连杆Ⅱ(4)、连杆Ⅸ(6)、连杆Ⅹ(7)、连杆Ⅴ(9)、连杆Ⅵ(11)；转动副Ⅰ(3)、转动副Ⅱ(5)、转动副Ⅲ(8)、转动副Ⅳ(10)与连杆Ⅱ(4)、连杆Ⅸ(6)、连杆Ⅹ(7)、连杆Ⅴ(9)相互连接组成平行四边形结构；所述球副(1)通过连杆Ⅰ(2)与连杆Ⅱ(4)相连接；所述连杆Ⅵ(11)一端固定设置在连杆Ⅴ(9)上，连杆Ⅵ(11)另一端带动与虎克铰Ⅰ(12)相连接的筛框(21)做绕Y轴的转动和绕X轴的转动运动；

所述第二支链包括滑块(13)、滑槽(14)、转动轮(15)、曲柄(16)、转动副(17)、固定导轨槽(18)、连杆Ⅶ(19)和虎克铰Ⅱ(20)；所述滑块(13)、滑槽(14)和转动轮(15)、曲柄(16)组成曲柄滑块机构，所述滑槽(14)固定在转动轮(15)上，所述第二支链首端为转动轮(15)，第二支链中的连杆Ⅶ(19)穿过固定导轨槽(18)，且其轴线与固定导轨槽(18)的轴线方向保持平行位置关系；所述连杆Ⅶ(19)的首端与转动副(17)相连接，末端与虎克铰Ⅱ(20)相连接，从而实现筛框(21)的沿着Y轴的平移振动；

所述第三支链包括锥齿轮(26、25)、连杆Ⅷ(24)、移动副(23)和虎克铰Ⅲ(22)；所述锥齿轮(26、25)包括从动锥齿轮(25)与主动锥齿轮(26)；从动锥齿轮(25)输出轴与连杆Ⅷ(24)相连接，连杆Ⅷ(24)通过移动副(23)与虎克铰Ⅲ(22)相连接；从而带动筛框(21)实现沿着Z轴的平移振动。

2.根据权利要求1所述的用于蛆料分离的并联振动筛，其特征在于：所述第一支链、第二支链以及第三支链的末端运动副虎克铰Ⅰ(12)、虎克铰Ⅱ(20)、虎克铰Ⅲ(22)均与筛框(21)相连接，同时启动第一支链、第二支链以及第三支链的动力源即可实现筛框绕Y轴的转动和绕X轴的转动振动，以及沿着Y轴的平移振动和沿着Z轴的平移振动；第一支链的转动副Ⅱ(5)，第二支链的转动轮(15)和第三支链的主动锥齿轮(26)是各自支链上动力输入的主动副。

3.根据权利要求2所述的用于蛆料分离的并联振动筛，其特征在于：用于蛆料分离的并联振动筛可以根据使用者的需要，任意启动各个支链的动力源，启动组合可以为：单独启动方式第一支链单独启动、第二支链单独启动、第三支链单独启动；两两组合启动方式：同时启动第一支链和第二支链、同时启动第一支链和第三支链、同时启动第二支链和第三支链；三条支链全部启动方式：同时启动第一支链、第二支链和第三支链，根据不同的启动方式，筛框(21)可以获得不同的振动筛分运动方式。

4.根据权利要求1或者3任一项所述的用于蛆料分离的并联振动筛，其特征在于：所述动力源为电机。

5.根据权利要求2所述的用于蛆料分离的并联振动筛，其特征在于：所述动力源为电机。