红枣自动分选机卸料装置的设计与虚拟试验.doc

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红枣自动分选机卸料装置的设计与虚拟试验

红枣自动分选机卸料装置的设计与虚拟试验 O??引言 ????卸料装置是红枣自动分选机的核心硬件之一,功能是对已判定等级的水果实施自动分级卸料,使不同等级的水果在不同分级出口脱离水果输送线。现有的卸料装置有气动式卸料、推挽式和组合式输送卸料装置。气动式水果分级装置的卸料速度较慢。推挽式分级机构用步进电机作为执行器,需要增加单独的控制装置。组合式输送卸料装置能够实现水果的平稳卸料,但需要设置独立的卸料台,致使水果分选机的整体结构复杂[4-5]。本文设计了一种执行机构简单可靠的卸料装置,并应用多体动力学软件ADAMS建立卸料装置的虚拟样机模型,对杠杆长度进行虚拟单因素试验,并进行了不同质量红枣的卸料试验,为卸料装置的设计与性能研究提供了一个可行的方法。 ????1??卸料装置的设计 ????目前,我国种植范围和产量最大的鲜食枣品种为冬枣,其尺寸和果质量如表1所示[6-7]。针对冬枣的外形尺寸,输送装置配套选用C208A型输送链,每个外链节上安装一个输送装置,任意两个前后相邻的输送装置均可托起并搓动1个红枣。 ????1.1??电磁铁选型与卸料杠杆 ??设计分选速度为5个/s,普通直流牵引电磁铁的操作频率无法满足应用要求,故选择GS32型电磁铁,其工作频率为16Hz,行程末吸力约为10N。由于GS32为拉动式电磁铁,其额定行程仅为5mm,无法满足实时卸料要求,故设计卸料托杆铰接在衔铁末端(如图1所示),并在销孔处与机架铰接。卸料托杆左段为斜直线,以适应红枣输送装置间距小的特点,右段母线为R= 102mm的圆弧,使卸料过程更平滑。为研究其卸料性能,设计3个行程放大倍数分别为4,3,2的卸料托杆,分别称其为托杆1、托杆2和托杆3。电磁铁本体固定在机架上,卸料托杆将衔铁的直线运动转化为绕销孔的转动。经过计算,所需电磁铁的最小吸力为1.144N,满足使用要求。 1.2卸料装置的工作原理 ??卸料装置的结构如图2所示。 ??当输送装置运动到图像采集区域时,布置在该区域导轨两侧的摩擦带将滚轮托起并将其搓动;同时,相邻两个滚轮带动其上方的红枣转动,使得高速摄像机采集到完整的红枣表面图像。在经过图像采集阶段后,滚子在自重作用下回到低位,红枣下落到架托上,同时图像处理系统将相应的等级信号传递给控制系统。当携带红枣的输送装置运动到相应的分级口时,若等级控制信号为高电平且光电开关被触发,则电磁铁得电并托起托架卸料端,红枣滑落输送装置并进入缓冲料斗。 ????2??卸料装置虚拟样机的建立 ????冬枣的果实近椭圆形,果面平整光洁,果质量8~35g[6-7]。依据其特点,在CATIA中建立了2个冬枣的数字模型,如表2所示。 ????将SimDesinger嵌入CATIA的DUM模块,利用CATIA装配组件时建立的约束自动生成ADAMS中对应的约束关系,建立该装置的虚拟样机。由于MD.ADAMS材料库中没有尼龙和橡胶,分别按照文献[9]中的参数定义,并依次给各零件选择对应的材料。 ????2.1??定义驱动和运动副 ????给各零部件定义运动副,给输送链条和红枣定义如图2所示方向的恒定驱动260mm/s。ADAMS中有两种计算碰撞接触力的方法,分别是补偿法和冲击函数法。补偿法需确定惩罚系数和补偿系数,其中对惩罚系数的取值要求较高,仿真时容易发散,且更适用于连续接触方式。因此,本文选用适于计算间歇接触的冲击函数法计算碰撞接触力,其计算公式为 ? ????托架和卸料托杆的材料均为尼龙,其接触刚度为3800N/mm,根据工程实践经验取接触约束的参数,如表3所示。 ? ????若将卸料托杆与衔铁销轴连接处设置为带间隙的,接触约束会大幅延长仿真时间,为使运动模型简洁清晰,将衔铁的直动规律转化为卸料托杆的转动规律特性。在卸料托杆与机架铰接处,定义回转驱动Motion1。卸料动作完成后,作用在衔铁末端的弹簧使其迅速归位。为避免由于开始的冲击造成速度突变,卸料托杆的转角位移驱动以阶跃函数STEP施加,即STEP(time,O,O,O.011,0) +STEP(time,0.011,0,0.025,- 22.62d)+ STEP( time,0.025,0,0.043,0)+STEP(time,0.043,0,0.063,22.62d)????(2)由于MSC开发的SimDesinger构建于CAITA V5体系,能够以集成和可扩展方式获取ADAMS的数据,故选用SimDesinger作为从CATIA到ADAMS的数据交换软件,将其嵌入CATIA的DUM模块,利用CATIA装配组件时建立的约束,自动生成ADAMS中对应的约束关系,从而建立该装置的虚拟样机,见图3所示。 ????2.2创建虚拟传感器 ????该虚拟样机中,将传感器虚拟模型上表面的中心点定义为Marker_l点,选择

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