莲籽分级机构设计及其运动分析

刘守祥 付新祥 许登旭

(长江大学机械工程学院,湖北 荆州 434023) (湖北省洪湖市农业局,湖北 洪湖 434200) (湖北省洪湖市职业技能培训中心，湖北 洪湖 434200)

莲籽分级机构设计及其运动分析

刘守祥 付新祥 许登旭

(长江大学机械工程学院,湖北 荆州 434023) (湖北省洪湖市农业局,湖北 洪湖 434200) (湖北省洪湖市职业技能培训中心，湖北 洪湖 434200)

根据莲籽尺寸分布规律，设计了将莲籽分为三级的振动分选机构，简述了其工作原理，并对莲籽在振动筛面上运动进行了分析。

莲籽； 分级机构； 运动分析

莲籽属坚果类水产品，呈椭球状，由于其个体大小尺寸随机性强，使得莲籽穿芯工序依然靠人工去完成，制约了莲籽穿芯作业实施机械化的进程[1]。针对这一现状，笔者对湖北省洪湖地区生产的去壳红莲个体尺寸进行了随机抽样调查，结果表明多数去壳红莲长径分布在10.5～15.4 mm、中径在9.7～13.2 mm之间。考虑到莲籽在穿芯过程中所需的夹紧力以及在保证物理特性不变的条件下莲籽能承受的夹紧力等因素，拟设计去壳红莲以中径为准分为三级的莲籽分级机构，以更好地实现莲籽穿芯作业的机械化。

1 整机结构设计与工作原理

1.曲柄连杆机构;2.喂料阀门;3.料斗; 4.二级连体振动筛;5.机架;6.吊杆;7.收集箱图1 机构示意图Figure 1 Schematic diagram of the machine

莲籽分级机构主要由料斗、振动筛、曲柄连杆机构、机架等部件构成[2]，如图1所示。其中振动筛体由两平行且等长的吊杆挂接在机架上，在筛体的左侧装有曲柄连杆机构，筛体与曲柄通过连杆采用铰接方式连接；第一级振动筛筛孔直径为11.2 mm，第二级筛孔直径为12.5 mm。在振动筛体的下方布有收集箱。

工作时，振动筛在曲柄带动下，沿曲柄中心和连杆与筛体铰接点的连线方向开始振动，莲籽从料斗连续喂入，首先在第1级振动筛上做往复上下滑动(上滑距离大于下滑距离)的直线运动，中径小于11.2 mm莲籽将穿过筛孔，开始进行第一次分级；当振动筛反向运动时，莲籽在惯性力的作用下克服本身的重力离开筛面，再着落在筛面上上下滑动，增加莲籽与筛孔接触的机会；依此循环，完成莲籽的第1次分离；中径大于或等于11.2 mm的莲籽停留在筛体上，由于上滑距离大于下滑距离，莲籽将依序流向第2级振动分离筛，完成第二级分离；停留在筛面上的莲籽直接向后抛出进入收集箱。如此反复循环完成莲籽的分级。

2 莲籽在筛面上的运动分析

图2 莲籽在晒面上运动分析Figure 2 The motion analysis of the lotus seeds in the vibration sieve

在筛面上的莲籽，必须相对筛面滑动或离开筛面

才能落于筛孔完成莲籽的分选。设曲柄长度为r，曲柄运动角速度为ω，筛面与水平方向夹角为α，莲籽单粒质量为m，与筛面间的摩擦角为φ；筛体吊杆的长度相等、远大于筛体的摆幅、且相互平行，则可认为晒体上各点运动轨迹相同，且可简化为一条直线[2](图2)。设晒体的运动以X方向为正，故晒体在任意时刻t的运动可表述为：

位移x=-rcosωt

速度v=rωsinωt

加速度a=rω2cosωt

2.1 莲籽在晒面上滑动的条件

当曲柄位于X负半轴时，筛体加速度为正指向右方，此时，莲籽受重力mg、筛面的支撑力N和惯性力I、摩擦力F作用；其中：

I=mrω2cosωt

N=mgcosα+Isin(α+γ)

F=Ntgφ=[mgcosα+mrω2cosωtsin(α+γ)]tgφ

设莲籽沿晒面向下滑动的加速度为a莲，则有[3]：

ma莲=Icos(α+γ)-mgsinα-F

整理后得：

(1)

当曲柄位于X正半轴时，筛体加速度为负指向左方，设莲籽沿筛面向上滑动，同理可得莲籽向上滑动曲柄的极限转速为：

(2)

由式(1)和(2)可知,合理选择曲柄转速n，即可保证莲籽在筛面上滑动，且上滑距离大于下滑距离，增加莲籽穿过筛孔的机率，保证莲籽按设定的尺寸进行分级。

2.2 莲籽在筛面上跃起的条件

当曲柄位于X正半轴时，筛面对莲籽的支撑力为：

N=mgcosα-Isin(α+γ)

当N≤0时，莲籽可离开筛面被抛起，即有

Isin(α+λ)gt;mgcosα

3. 小结

(1)莲籽沿筛面上下滑动和离开筛面是实施分级的关键，因而，合理确定曲柄的转速和筛体的振幅(γ角的大小和吊杆的长度)，即可提高莲籽分级的精度。

(2)莲籽按中径分为三级后，使同一级别莲籽中径差异控制在1.5 mm以内，可以提高莲籽在穿芯过程中夹紧定位的精度，进而提高莲芯的穿净率。

[1]刘守祥，钱 丽.莲籽穿芯部件的设计及相关参数的试验分析[J].长江大学学报(自然科学版)农学卷，2008，5(2)：79～81.

[2]北京农业工程大学.农业机械学(下)(第2版)[M].北京：中国农业出版社，2003.95～99.

[3]同济大学理论力学教研室.理论力学 [M].上海：同济大学出版社，1990.256～288.

2009-08-31

湖北省荆州市科技发展计划项目(20091P030—3)

刘守祥(1964—)，男,湖北洪湖人,高级工程师,主要从事农产品加工机械、农业机械化的研究.

10.3969/j.issn.1673-1409(S).2009.04.022

TH12

A

1673-1409(2009)04-S074-03