小型手动式红枣去核机的设计与试验

文中设计一种小型手动式红枣去核装置,该装置主要采用弧形凸轮轴系作为去核构件的导向机构,通过弧形凸轮轴系驱动去核构件进行上下往复直线运动;采用钢珠弹簧定位送料准确,并利用钢珠弹簧带动顶核杆运动,实现枣核分离,主要对关键组件弧形凸轮轴系、去核构件、矩形刀架进行结构设计。装置外壳材料采用工程塑料3D打印,成本低,利于普及。试验表明:该装置操作简单,最低生产率约为2500粒/h,最低去核率达到95%以上,破损率低于3%。     

红枣去核机技术研究进展

对国内外红枣去核机器的发展情况进行综述,重点对国内现有的各种去核机进行论述,从结构组成、工作原理和特征方面进行深入的分析。在此基础上,从机器主传动机构工作方式、上料装置结构、去核方式以及枣的定位方式四个方面进行梳理和分类。针对现有红枣去核机普遍存在的不足,如破碎率高、枣核残留比例高及可靠性低等问题,通过分析指出定位不准确是导致破碎率、枣核残留比例高的主要因素,也是影响去核效果的关键因素。进而对现有的定位方式进行深入的结构分析和原理说明,指出各种定位方法的特点。最后,结合红枣去核行业发展的要求和国内产业发展规划,对红枣去核机技术的发展方向进行展望,提出四个重点发展的方向。     

小白杏去核机构的设计及试验分析

小白杏去核加工是杏子精深加工的重要一环。目前中国小白杏的去核方法主要靠人工进行鲜杏去核,生产效率低,且去核过程中的果肉和果汁的损失率较高。鉴于此状况,本文介绍了一种以气泵为动力的机构,通过气力伸缩气缸带动冲核机构往复运动。设计的冲核机构中的冲杆长度为156 mm,冲头直径为7.4 mm,冲杆末端的翅片长径为50 mm,通过对去核机构的试验,验证该去核机构的果肉和果汁的损失率约为2.458%,低于5%,运行可靠。     

转盘式全自动红枣去核机的设计

为解决目前红枣人工去核过程中劳动强度大、工作效率低、卫生条件差、安全隐患多以及加工的产品质量难以控制等问题,设计了一种多工位转盘式全自动红枣去核机。该装置采用电动机输出的动力经减速器减速后带动两个弧面分度凸轮机构同时进行间歇转位运动和提升运动,使转盘的转位及滑板的上下运动相配合,加上新型扶正去核杆的使用,一次性完成红枣的扶正、定位、去核三道工序,完成红枣的去核任务。同时,对全自动红枣去核机的整机结构在Pro/E软件中进行三维实体建模,并且设计加工出了试验装置。结果证明,该装置各部件组装合理,去核效果理想,可以进行后续的物理样机制作。     

基于恒力机构的香蕉落梳装置设计与自适应性分析

针对香蕉机械化落梳过程中出现的自适应性差的问题,设计了基于恒力机构的可自适应环抱蕉茎插切式香蕉落梳装置,并对落梳装置的径向自适应性和转动自适应性进行了分析。采用两斜置压缩弹簧的结构,引入负刚度,再与正刚度的水平压缩弹簧并联组成恒力机构,提高了落梳刀具组对果轴粗细的径向自适应性,对恒力机构的力-位移特性曲线和刚度-位移特性曲线进行分析,并优选关键参数,得出斜置压缩弹簧的刚度系数k1=12 N/mm,水平压缩弹簧的刚度系数k2=3 N/mm,初始状态斜置压簧的倾斜角θ0=36. 87°,恒力行程对应的落梳刀组包络圆直径范围为80～100 mm,对应的恒力f=180 N。在加载有扭簧的虎克铰链基础上设计了可释放两个转动自由度的落梳刀盘,根据测定的香蕉果轴弯曲度设置刀盘旋转角范围为±10°,根据建立的三维模型中的几何参数得出,落梳刀具末端的工作空间是一个半径为300 mm的球面。对落梳刀具末端的柔度矩阵进行分析,结果显示,落梳刀盘旋转角为0°,即刀盘与机架上底面平行时线柔度最大,最大值为0. 818 2 mm/N,落梳刀盘旋转角为10°时线柔度最小,最小值为0. 77 mm/N,说明落梳刀具末端的线柔度随刀盘旋转角的增大而减小。试验结果表明,梳柄切口符合试验指标的蕉梳占所有样本的81. 25%,切口质量良好,该装置设计合理,且满足实际落梳作业的要求。     

永磁压缩弹簧式溢流阀的设计与试验研究

针对螺旋压缩弹簧在液压元件使用过程中的疲劳断裂、氢脆断裂、腐蚀断裂、松弛、塑性变形、永久变形等失效模式,提出了非接触式永磁压缩弹簧式液压阀的设计理念,对永磁压缩弹簧式溢流阀的基本结构、工作原理、电磁力、刚度特性进行了研究,通过解析法和试验验证法对永磁压缩弹簧进行了设计,充分利用磁场力优于螺旋压缩机械弹簧的特性段,设计出了永磁压缩弹簧式溢流阀,并对设计出的溢流阀进行了试验验证.结果表明,当永磁阀芯与永磁底座之间的间隙为0.4～1.2 mm时,磁场力保持70±5 N基本不变;在溢流阀的阶跃响应试验中,永磁压缩弹簧式溢流阀的压力波动比为11.7%,小于螺旋压缩机械弹簧式溢流阀压力波动比22.8%;在相同技术指标的条件下,永磁压缩弹簧式溢流阀的体积较螺旋压缩弹簧式溢流阀小37.5%.因此,可以充分利用永磁压缩弹簧的优势在液压阀设计方面进行深入研究.     

辣椒去核机冲核凸轮机构的设计

简要介绍了辣椒去核机的结构及其工作原理,并着重介绍了冲核凸轮装置。根据凸轮机构之间的协调运动关系,确定杆件的参数范围,运用反转法推导出凸轮轮廓曲线理论方程。运用MatLab软件编写出凸轮轮廓生成器程序,并给出凸轮轮廓线以及轮廓线上各点的坐标值。通过对凸轮轮廓线的设计,完成了辣椒去核机冲核装置重要零部件的设计,并编写参数化的凸轮轮廓线生成程序,为后序结构优化设计提供依据。     

步行式插秧机等径凸轮强制推秧装置反求设计与试验

为解决共轭凸轮推秧装置结构尺寸过大的问题,提出了等径凸轮推秧装置。该推秧装置由等径凸轮控制推秧杆运动。根据推秧杆农艺要求及椭圆齿轮行星系驱动机构构造了推秧杆的理想运动学曲线,建立了该推秧装置的反求模型。基于VB 6.0编写了其反求设计及仿真软件,得到一组满足农艺要求的参数,包括机构参数和等径凸轮廓线。根据这组参数研制了该推秧装置并进行高速录像试验。理论分析及试验结果表明,该推秧装置能够满足推秧杆的农艺要求,且具有比共轭凸轮推秧装置更小巧的结构尺寸。     

谐波凸轮的设计改进及其试验

控制谐波凸轮缓冲段加速度变化率能解决谐波凸轮逼近算法中的问题——缓冲段加速度曲线的剧烈波动。按此法设计的TC87和TY90B系列直喷柴油机配气机构验证了改进算法的优点。     

打结器咬绳机构线接触凸轮设计与载荷分析

针对打结器咬绳机构钩钳受载大、滚子磨损严重的问题,通过对咬绳机构的运动学分析建立了圆柱凸轮轮廓曲面的计算模型,使滚子与凸轮保持线接触的同时钩钳以正弦加速度规律张合。对咬绳机构进行力学分析并结合压簧压缩量和捆绳拉力测试,解析求解钩钳在咬合位置的静力学模型,得出钩钳咬合力的最佳变化范围为300.64~329.89 N。解析求解钳咬机构的动力学模型得出,当钩钳咬合力处于最佳变化范围时,圆柱凸轮的接触力介于240~330 N之间,其峰值可以用于检验滚子的接触疲劳强度,指导钩钳和滚子的材料选择。打结器样机捆扎5 000捆稻麦秸秆的田间试验发现,按预设的压簧压缩量7.5 mm和捆绳初始拉力35 N,钩钳尾部的滚子没有明显磨损,表明钩钳的咬合力控制合适,线接触凸轮改善了滚子的接触受载情况,达到了抗冲击和耐磨的设计要求。     

植物茎秆柔性夹持装置刚柔耦合仿真与试验

针对现有植物茎秆夹持装置存在夹伤茎秆、夹持行程及夹持力不可调等问题,设计一种植物茎秆柔性夹持装置,夹持手内置弹簧可实现植物茎秆柔性夹持,能进行夹持力与夹持行程双调节,更好适应植物茎秆在力学试验、嫁接、茎秆切割试验等领域夹持需求。基于所建立夹持装置刚柔耦合仿真模型,进行夹持力、夹持行程、弹簧刚度等多因素动力学对比仿真与试验分析,以弹簧刚度为设计变量进行灵敏度及稳定性分析,研究不同弹簧刚度对柔性夹持装置夹持性能的影响。仿真与试验结果表明：装置最大夹持直径为68.8 mm,基于所构建夹持装置精准夹持力模型,可平稳调控夹持行程、速度及夹持力;随着弹簧刚度的增加,夹持力逐渐变大,夹持稳定性增加,综合比较发现当弹簧刚度为10 N/mm时,可满足装置施加400 N切割力时植物茎秆稳定夹持需求,柔性夹持力波动较小,能有效避免损伤植物茎秆。     

基于参数化设计的育苗杯制作机结构计算

以2RBW-1500型育苗杯制作机为基础,分析其组成机构。采用NURBS曲线原理拟合焊接凸轮轮廓曲线,将得到的曲线控制点输入Solidworks编辑宏,从而精确设计凸轮廓线。同时,分析了六杆输入机构顶端滑块的位移、速度、加速度,并得到运动的数学方程式。基于Solid Works-motion平台上的运动分析,构建运动模型,得到焊接推杆及六杆机构滑块的位移、速度、加速度的时间曲线,并就曲线意义及某些特征点做了合理解释。最后,结合整个机械,分析运动的联动性,并在模型上印证结果,从而验证结构设计的合理性和正确性。     

柴油机配气机构两种凸轮型线的设计及性能对比

利用几何法和函数法对4125柴油机配气机构的凸轮型线进行设计,通过计算和比较两种凸轮型线下挺柱运动的位移、速度和加速度曲线得出:几何凸轮型线的换气时面值大,有利于提高发动机的充量系数,但在气门开启和关闭的瞬间以及速度的绝对值达到最大时,挺柱的加速度均发生突变,因此,采用几何凸轮的配气机构将产生较大的振动和噪声;函数凸轮挺柱的加速度连续光滑变化,在整个工作阶段,无加速突变,并且其最大加速度的绝对值约为几何凸轮挺柱最大加速度绝对值的1/2,所以,采用函数凸轮的配气机构工作平稳,产生的振动和噪声小,但对进气充量有不利影响,可通过增大气门直径或采用多气门等工程上常用的措施加以改善.     

一种移栽机栽植器凸轮摆杆机构设计与运动学分析

针对贵州丘陵山地小地块移栽作业特点和需要,依托2ZBZ-2A型自走式半自动移栽机,设计改进了一种通过凸轮摆杆机构结合拉线控制的鸭嘴栽植器结构。通过建立栽植器凸轮摆杆机构数学模型,搭建了凸轮摆杆机构主要结构参数与鸭嘴开合规律间的关系。基于对栽植器栽植轨迹特点和投苗时序的分析,采用盘式凸轮零部件生成器对所涉及的凸轮摆杆机构进行了三维虚拟设计,并结合从动摆杆运动学特征曲线对鸭嘴开合特征进行了分析,表明该机构能够满足设计功能要求。同时,开展了栽植器凸轮摆杆机构的样机试制和试验,试验结果表明:移栽机正常作业过程中,鸭嘴接苗准确,鸭嘴开合振动量小,工作较为平稳,基本无带苗、夹苗现象。     

水稻芽种偏心顶杆式精量播种机设计

水稻芽种脆性大、含水率高、强度低,现有的水稻播种机大都不能满足直播要求。播种机的排种器采用偏心机构,由种轮带动推种杆、连杆等运动,偏心轴固定不动,推种杆在种轮中伸缩,推种杆与种轮形成的型孔深度随推种杆的运动而变化,从而实现播种机的精量排种。室外试验表明,播种破胸芽种时每穴1-3粒种子合格率达95%以上,破碎率低,能满足水稻芽种的精量播种要求。     

步行式插秧机共轭凸轮推秧装置动力学分析与试验

为深入研究步行式插秧机共轭凸轮推秧装置的动力学特性,建立了共轭凸轮推秧装置的动力学模型,采用由Visual Basic 6.0编写的动力学辅助分析软件进行动力学分析,建立了三维模型并加以虚拟仿真.通过理论计算和仿真结果对比,其吻合程度高,表明动力学分析模型是可靠的,可为动力学优化提供数学模型以及后续强度计算和结构设计提供依据.通过与传统的推秧装置比较,配置共轭凸轮推秧装置的步行式插秧机分插机构支座处具有较小的力、力的波动和噪声,表明共轭凸轮推秧装置具有较好的动力学特性.     

一种补偿分插机构非匀速齿轮传动侧隙的机构设计

针对高速插秧机非匀速齿轮传动型分插机构存在齿轮侧隙,导致栽植臂出现晃动影响取秧和插秧准确性的问题,通过将盘形凸轮与行星轮固结于一体在行星轮轴上,利用弹簧将铰接在行星架上的摆杆进行力封闭,设计了一种补偿分插机构非匀速齿轮传动侧隙的摆动从动件凸轮机构。通过静力矩分析得出摆动凸轮机构在行星架中的安装条件,估算了非匀速齿轮传动的侧隙和侧隙引起的行星轮转角误差。利用ADAMS软件仿真了分插机构各级齿轮啮合的接触力变化情况和行星轮轴力矩特性曲线。结果表明,在栽植臂阻力矩和惯性力矩的反驱动作用下,该侧隙补偿机构始终施加给予行星轮转向相反的补偿力矩,能使各级齿轮啮合力不为0,始终保持轮齿接触,不发生齿轮倒转引起的冲击,保证了栽植臂取秧位置稳定、插秧位置准确和分插机构的运行的稳定性。     

行为—结构演化序参量与运算

在系统层次研究设计的一般规律,以典型机构为实例,讨论结构演变过程,用宏观序参量加以描述,并通过设计机器人动作规划实现序列序参量运算,通过机构设计实例加以验证;用协同学序参量的概念描述行为-结构映射过程,揭示行为-结构映射的内在规律,在此基础上,进一步提出用设计机器人(D-Robot)执行序参量运算实现自动设计和分析,以实现往复运动行为的机构设计为例验证了方法的有效性。提出D-Robot通用模版,并以此为框架编制凸轮机构设计和分析D-Robot动作规划,实现了凸轮机构设计和分析自动设计。输入条件是从动件尖端运动轨迹,输出包括凸轮理论和实际廓线、速度和加速度运动分析、凸轮力分析、动平衡、速度波动及飞轮设计、运动模拟及设计分析报告。     

自激振动深松机关键部件仿真设计及试验

针对深松整地机存在的耕作阻力大、能耗高等问题,设计了一种自激振动深松机。基于Adams建立弹簧刚度系数分别为260N/mm和475N/mm的两种自激振动总成动力学仿真模型,得到振动频率分别为7Hz和9Hz,平均振幅分别为0.102m和0.036m,弹簧最大压缩力分别为9421N和9021N,分析发现选择直径20mm、中径80mm、刚度472N/mm的压缩弹簧具有更好的深松减阻效果。基于Ansys Workbench建立整机关键部件有限元仿真模型,对松土铲进行静力学分析,结果表明:施加5000N载荷时,最大形变为0.24169mm,最大应力为214.2MPa,满足强度要求;弹簧模态分析中,固有频率最小为69.133Hz,满足设计要求。田间试验结果表明:自激振动深松机深松深度为382mm,深松耕深稳定性系数为96.8%,地表10cm内碎土率达到62.8%,整机性能满足深松机评定指标。     

滚筒式烟草排种器设计

针对机械式烟草排种器充种率低、种子损伤率高、清种困难以及小颗粒单粒播种难度大等问题,设计了滚筒式烟草排种器。通过对凸轮瞬间清种性能的分析,设计了凸轮轮廓曲线;通过对充种性能和种子损伤情况的分析,设计了滚筒和料仓相对位置关系。分析表明,凸轮推程阶段采用余弦加速度轮廓曲线、回程采用正弦加速度轮廓曲线时,清种效果较好;当12.4°≤≤45°时,充种率和种子损伤率得到保证。所设计烟草排种器结构简单,综合性能良好,能较好地满足烟草播种要求。