5bf-3型水果分级机分级机构动力学分析

5bf-3型水果分级机分级机构动力学分析

1机械系统运动性能的解机械动态分析对于设计新的机械系统和了解现有机械系统的运动性能是必要的。水果输送装置和分级机构是5BF-3型水果分级机的核心部件,对柑橘在该阶段进行动力学分析是研究分级性能的关键。25分级间隙分级机构由倒V面、水果输送带及分级木辊轴组成,如图1所示。分级级数为6,相邻级差为5mm,木辊轴与水果输送带之间的分级间隙依次增大。水果在输送带及分级木辊轴共同作用下沿倒V面运动,到达分级间隙等于或大于水果直径位置时,穿过间隙滚落,实现分级。3柑橘分类动态分析3.1通过对柑橘动力轴的分析与水平面成一定角度的输送辊轴组成水果输送装置,如图2所示。柑橘在输送辊轴上有两种情况,下面分别讨论。3.1.1输送辊轴与水平面夹角的确定以柑橘为研究对象的受力情况,如图2(b)所示,忽略柑橘与输送辊轴间的瞬时碰撞,柑橘动力学方程为:求解得ε=5g(cosα-μsinα)/2(1-μ)rsinθ。其中m为柑橘质量;μ为柑橘与输送辊轴滑动摩擦系数;Jo为柑橘转动惯量;N1、N2分别为输送辊轴支承力;F1、F2分别为柑橘表面滑动摩擦力。可见,柑橘运动角加速度ε与r、μ和α有关,滑动摩擦系数μ由辊轴材料性质确定,故只需对α讨论。则式(3)对α求导得g(-sinα-μsinα)燮0;可见,ε随α的增大而减小;根据柑橘的输送要求,显然有α+θ燮90°,且柑橘质心与输送辊轴质心的夹角θ一般在45°左右,因此得出输送辊轴与水平面的夹角α应该小于45°。5BF-3型水果分级机输送辊轴与水平面的夹角取α=18°,满足机构运动学要求。3.1.2柑橘1的受力平衡方程水果大批量输送不可避免会出现重叠现象(如图3),Fx为x方向水平合力;N31为柑橘3给柑橘1的反力;F31为柑橘3与柑橘1的摩擦力;Fg1、Fg2为输送辊轴1,2分别给柑橘的摩擦力,则柑橘1的受力平衡方程为:ΣFx=N31cosβ-Fg1-F31sinβ(4);在柑橘打滑瞬间,柑橘与输送辊轴,柑橘之间的摩擦力都为大小F=μN的滑动摩擦力,将其代入(4)得:ΣFx=N31(cosβ-μ1sinβ)-μNg1(5)。式中Ng1为辊轴给柑橘1的反力,μ1为柑橘之间的摩擦系数。由5BF-3型水果分级机的工作原理和柑橘打蜡表面光洁度可知μ1、μ、Ng1值都很小,故式(5)可简化成:ΣFx=N31cosβ叟0(6);这表明柑橘1和柑橘3在与水平面成α角的x方向上具有运动加速度,经过一定的输送时间,柑橘能成行整齐地排列在输送辊轴之间,保证分级精度。3.2柑橘分级运动分析柑橘在分级机构的运行轨迹,柑橘尺寸大于分级间隙时,柑橘在输送带上沿分级木辊轴向下一分级区域运动。柑橘进入其所属的第n个分级区域前,其在分级机构上的x方向位移等于前(n-1)个分级轴段的长度和,y方向位移为2.5(n-1)。下面对柑橘在其属于分级区域内的运动进行分析。以柑橘初始位置的质心为原点,输送带运动方向为x轴,建立柑橘进入分级机构的运动模型(见图3),得柑橘的运动微分方程:由5BF-3型水果分级机的分级原理知,柑橘质心运动轨迹越过分级辊轴的轴心线即代表分级成功,即其运行距离为di/2+r,则φ=di/2r+1,柑橘质心在y方向的初速ω0=0,求得柑橘的运动时间t及柑橘质心在y方向的运动距离Sy:3.2.1y方向上的柑橘动态分析3.2.2柑橘质心分级机构的初始速度vo设柑橘在输送带的带动下以初始角速度v0从上一级分级辊轴运动至相邻级分级辊轴,其运动模型,如图4所示。柑橘在x方向的运动方程和动量矩方程为:Sx=v0t+at2/2,Joε=Fr(10),整理得Sx=v0t-5Ft2/4m(11)。设v0=v,且因-5Ft2/4m是由输送带摩阻力导致的柑橘角加速度所产生的位移项很小,可忽略,则有注:Sx-x方向运动距离;Vo-初始速度,v0=ω0r;a-加速度,a=-εr;F-摩擦力。柑橘进入有效分级辊轴段时,正确分级条件是:相应分级辊轴的轴段长度L必须大于柑橘在其尺寸所对应的级别中x方向运动的距离S,则有可见,分级辊轴的直径di以及输送带与水平面的夹角γ由分级机构结构尺寸确定;柑橘半径r是一个,在50~90mm的随机参数;根号项数值变化不大,决定分级成功与否的主要因素是输送带运行速度v,其与辊轴长度L成正比。改变v能体现分级木辊轴对分级的影响,故实验研究中将其取为试验参数。特别地,柑橘直径小于等于分级机构最小分级间隙时,柑橘应在第一级实现分级。柑橘质心分级成功的运行距离为d1/2+D,则φ=(d1+2D)/2r;柑橘运动时间和其在x方向运动距离。因D值通常大于柑橘直径,所以公式(14)中的S1大于公式(12)中的Sx值,这也正是5BF-3型水果分级机第一级分级辊轴的长度要略大于其它分级辊轴长度的原因之一。4足运动学(1)5BF-3型水果分级机输送辊轴与水平面