糖果包装机双曲柄连杆送糖机构的运动学分析

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1、糖果包装机双曲柄连杆送糖机构的运动学分析刘志雄何有璋成都摧华食品厂食品机械教研室摘要本文以?一? ?型糖果 包装机为例,甘双曲柄 连杆式送糖机构进行运动学分析,提供了主要参数的选择方法,导出 了保证上下夹块不发生干涉的理论 角位 差的计算公 式,编出求解角位差的超越方程的计算程序。同时还探计 了提高送 糖稳 定性的措施。现有糖果 包装 机大 多采 用六工 位间歇式包装 工艺,送糖一般采 用 连杆式或凸轮 机构?。连杆 机构便于制 造,使 用中磨损 也较凸轮 机构小,但设 计较为困难,往往 因设计或调试 不 当造 成夹 持 不稳、错位,甚 至将塘块 夹碎 或 变形。本文以? ?一? ?型搪果 包

2、装机 为例,对双 曲柄 连杆式送糖机构进行 运动 学分 析,通过微型计算机计算,确定合理的 调整参数,并 对该 机构的改进 作 了探讨,一、送糖机构的工作过程? ? 一?型糖果 包装机 采用 双 曲柄连 杆式送塘机构实现 由下 向上送糖。其 工作原理如图?。?一?糖块 与糖纸 由分糖盘 间歇式地送到特 定位 置定 位。?二?上下 夹块?由曲柄带动,将糖块夹 持 向上运送到 钳糖中心 位置?,?处,收 到日期?年?月?日图?送糖 机 构示意图?、蜗 柱凸轮?、下曲柄盘?、上曲柄盘?、连杆?、上送糖杆?、下送糖杆?、固 定糖轨道?、分糖盘?、粉糖手在 上升 过程中,借助 附件 作 用,完 成糖纸

3、向糖块两侧的 包叠 动作。?三?糖块到达钳糖中心的瞬 间,由钳第?期糖果 包装机双曲栖连杆送糖机构 的运动学分析糖手迅 急夹持糖块,上下夹块应 当迅 速分开,再退回原有位置,开始第二轮送搪作业。? ?一? ?烈糖果包 装 机为了实现在钳糖位置 时迅 速分开上下 夹 块,是通过 调节,使下夹块在钳糖位置为上止 点,而此时上夹块仍处于 上升区段,待继续 上升一段时间后?钳糖手 巳移 走?再下降至起始 位置。二、基本参数的确定?一?上下夹块的位移方程的建立?。下夹 块的位 移方程以下 夹块的 上止 点 位 置 为 坐标原点?图?,建立下 夹块的位移 方程? ?一? ?甲?一?一? ? 日? ?将“?

4、 ?日? ?甲?”入代入,并用二项 式定 理化简 可 得?二?一? ? 甲一告入?甲?式 中?下 夹块 的位移量? ?下夹的 曲柄半径? ?甲曲柄转 角? ?“?连杆长度? ?久?无量纲?上夹块的位 移方 程当下夹块 由下 止 点 回升到 导 轨平面时,上夹块应下降到下 止 点并达到糖块上 表面 位置,达到共同夹持 糖块的目的。故上 夹块的下止点位 置高 出下夹块下止 点 位置? ?取?二?,并且 上夹块曲柄落后下夹块 曲柄乙角。故上夹块 位移方程应为?,二?,?一?甲一乙?一士入?中一各?、 ?式 中?乙一角位差?“?其余符 号意义同?式。?二?送糖有效行程?的选定送糖有效行程?指上下 夹持

5、糖块由固定的送糖轨道 表面 向上送到糖钳 中 心位 置的距离?图?。有效行 程?应 当尽 量 缩 短,使 结构紧凑,送搪稳定,提高 作业速度。但 因 相应构件空间尺 寸过小会造成设计 和维 护方面的 困难,? ?型包糖机?二?。?三?曲柄半径?和轨道平面高度?的确定下夹 块从钳糖手中心?下夹块最高位 置?下 降,通过分糖盘糖孔,到达搪轨道平面?即 图?中的位置?时,分糖盘开始旋转。当卞夹块继续往 下运 动,到达最低点,然后又回升到位 置?时,分糖盘转到特定 位置停止。夹块 曲柄 与蜗柱凸轮传动比?,因此,蜗柱 凸轮转过?。,曲柄也转过? ?。在图?中,这段运动表示为由位置?经?转动 到?。在

6、这?。范围内,下夹块巳 退出分糖盘,分糖盘在这段时间内完成一次供糖动 作。当曲柄由?经?转动 到?,再由?经图?夹块曲柄连杆 机构图?曲柄 转动 相位?四川工业学院学报? ?台?年?转到?时,曲柄转动? ? “?图?,下?二?一?一? ?夹块 由糖轨道 平面?上升到上止 点?,完由于 上夹块有效行程 应与下 夹块有效行成送糖动 作,即一次有效行程,然 后退回到程相同,故同样 可计算得? ?位置?图?。?四?两曲柄 角位差的选 择下 夹 块一曲 柄 由?转动到?时?转角根 据式?和式?取曲柄不同的甲?二? ?“?,下夹块坐标可 由式?代转角甲二?,甲二? ?。,甲? ?” 可以作 出得?下夹块

7、位移轨迹图线?和按 角位 差乙二?。,?一?甲,一十久?甲?乙?,乙二?的上 夹块 位 移 轨迹图线当曲柄再转动到?转角甲? ?。?。 ,? 。,?。 。?图?。时,? 夹块 坐标?“?一? ?“甲?一士入?甲?两 式 相减有?一?、?一?甲?一士久?艺甲?一?一?甲,一去入?甲?将?“? ? ?,印? ?,甲?代入,并取入二? ?,可解 得? ? ?据此 可求轨道平面高度?以下夹块 最 低位 置为基准?从 图?可见,在己?时上夹 块位移 曲线?。 ,与下 夹 块位移曲 线?是等距的,但在乙?时,上下 夹 块 在低位 无 急速 夹持功作,在高位 无急速 松 开动作,故不 适 应送糖机构的要 求

8、。从图?可以看出,按 前面 分析角位 差各? ?。时,可以保 证上下夹块在道轨平面夹住糖块,上 升到 钳糖手 中心时上 下夹块分开,然 而此 曲线?。与下夹块 轨迹?不但 等距,而 且相交,在甲二? 。处相交最大,因 此,糖块被 夹碎 是必然 的,并且损 坏构件,这是 包装作业 不允 许的。以曲线?为基础,以搪块厚 度?之?作一个等距曲线?,此 曲 线?是实际运动曲线,上夹块运动轨迹 曲线?应 与 曲线?贴 合,才能 达到稳定 夹持送搪的目的。目前生产 的? ? 一?型糖果 包 装机,两曲柄的角度差都是靠调试实 现的,往往因调配不当造 成夹 持 不稳或 压碎糖块,影响正常 运行。因此计算合理的

9、角位 差,便 成为调试 工 作的关键,这 在微 机上进行 计算是容易解决的。卯出理。?曲彻娜?日夕?劣?三、角位差的计算程序 图?夹块位移?。 。 ?各二? ?。时上夹块位移?。?己二? ?。时上下夹块位移?上 夹块理论位移?。?乙二? ?时上 夹块 位移?下夹块位移曲线?。?乙? ?时上夹块位移?一?程 序的说明令?,一?一?式中?一夹块间隙偏差?上夹块位移? ?!下 夹块位移( m m)H糖块厚度( m m )第l期糖果 包装 机双曲柄 连 杆送糖机 构的运动学分析为了保 证 不夹 碎糖块和稳定 运 送,在送糖有效行程内,上下 夹块间隙的 最小值应等于糖 块厚 度H。即夹块间隙偏 差F的

10、最小值应为零: F_i。二(X;一X:)i。一H=o(5)将(2 )、(3)式代入 (4)有:F=R一1一e o s(甲一乙)一士入5inZ(甲一乙 )+N一R:1一e os( p一于入sin Z( p一H(6)要满足F,:i。二O,则应有:三里。印1甲二甲。二R;5in(甲一乙 )N一上下夹块下止.点位置差 (m m )A、B一送糖起始位置和终了位置时下夹块曲柄转角甲A、甲。的值(r ad )J、K一角位差乙的初 始取值范围(rad )U、V一糖块 厚 度H的变化 范周(m m)D一 角位差乙竹代号(rad )X一曲柄转角甲的代号(rad )F:一夹块间隙偏差方程 (6)F:一夹块间隙偏差方

11、程的导数方程 (7 )E一二分法求根的精度(rad)E:一二 分法求根的精度值(m m)一入5in(甲一乙)e o s(甲一乙)一R:5in甲一入sin甲e o s甲= =0(1 )燕 弄 图5门川州州创州一和F 、二、。二“对于一定的角位差乙。,若一昌互 印 !甲二甲。旦需苦煮 架会,且F、二、。=。,贝。为 所枣的角位差。由于式( 6)和式 (7 )都 是超 越方程,不能用代数的解法 求根,故 采 用“二分法”逐 步扫 描出足够精度的根值。3(二)源程序框图符号说明:R:,R:一上、下夹块曲柄半径 (m m)一 从,从一上、下 夹块曲柄半径R, R:与连杆长度L的比 值(无量纲):X二(A

12、 +压)八夕二F( X,认鹅嶂、丽命去盗面桨Rl,R.八t=一二一八,二产二硬-L一 L(三 ) 计算结果在T R S一8 0微型计算机上计算时,假定搪块厚度H在8一1 8m m之间 变化,相应计算结果计味项钊单位一一月任.咬1八d一q白八Q糖块厚度H理论 角位差乙低位 间隙偏差F.高位间隙偏 差F、mm89)29。 5329。06mm361 2 712。 1111. 913】 。 710。19。 5417。74mm2。 2。 11 9。 619。6 92 8 7 8:1_11厂扭,竺 7四川工业学院学报1986年理论 角位差各,低位 夹块 间 隙 偏差F。,高位夹块 间隙偏差Fb的计算结果如

13、 表所示。(四)结 果 分析一角位差 的确定从计算结 果可知,当糖厚为1 0mm时,角位差6二2 8, 12,其 上夹 块运 动轨迹 曲线AZ。 (见图4)与 曲线C中段是 吻合的,即有夹持 送糖作用,而在低 位和高位没有。就中段而 言,这种夹 持作用也是不存 在 的。因为刚体的夹持 在 理论上 存在,实际 中因制造及 装 配误差都达不 到 这样的精度,为解决 中段、低 位和高 位的夹持,假想糖的厚度 为 1 8m m时,其 角 位 差 为乙二2 0。,上夹块运动 轨迹 曲线A:。完 全与 曲线C脱离,则中段保 持有810mm的 I b J 隙,低 位有15 m m的间隙,高位有 2 3m m

14、的 间隙,上夹块按 最大间隙 设计为柔性夹块 则解决了低位和高位的夹 持问题,而 中段也处于 柔性的夹持 之中,这就 达到了稳 定夹持 送糖的 目的,而不会造成糖块的碎 裂。在实际的包装 作业 中,糖块的厚 度也 是有 极 小的变 化的,这 种变 化,柔性 的夹持也很 能满足需 要。所以,结论:角位差乙二2 0”是合理 的。四、提高运送稳定性的措施以上计算提供了合理设计和调试双曲柄连杆 式送糖机构的基本 方法。这样调整 出的送糖机构,保证糖块 不 会因上下 夹块运动不协 调而造成压碎或变形,也 能保证搪块在中 间区段稳定运送。但是在运 动初 期和运送终 点,上下 夹块 间距明显 大于搪块厚度。

15、尽管采 用了柔性夹持 件,似有可能造成夹持不稳或 错位。采用以下 措施 可以进 一步改善运送稳定性。(一)尽可能减小 送糖有效 行程由以上分析知 夹块间隙 变 化的最大 值Fm.:发生在 送糖 开始(甲二印.),和终了(甲=甲、 ),在合 理的角位差乙二乙。时,存在一个相位 角甲。满足F们、甲二、。二o将甲二甲。,甲二甲二和印二甲:代入式 (6)有:F.二R,1一e o s(甲。一乙。 )一告入5inZ(甲二一乙。 )+N一RZ1一e o n甲。一去入sin“甲.)一H(9)F、=R,z一e o s(甲、一己。)一士入5in忍(甲、一乙。 )+N一R:(l一e o n甲。一告久sin名甲、 )(10)F。二O由式(g)和(10)可知:夹块间隙极根偏差F.F、与 曲柄半径R:、 R,成正比,而曲柄半径又取决 于送糖有效行程的大 小。因此,在结 构允许的前 提下,减小送搪有效行 程,有利 于提高送糖工 作稳定性。(二)合理 减小两曲柄 角 位差由图4和表可知:角 位差是造 成上、下夹 块 间距 变 化的根 本