邱顯焱+++趙朕祥+++謝雨杰+++孫嘉徽

摘 要：文章利用計(jì)算機(jī)輔助軟件Matlab、Pro/E以及ADAMS對(duì)粽子自動(dòng)扎線機(jī)的排線機(jī)構(gòu)進(jìn)行了凸輪輪廓線設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)以及動(dòng)力學(xué)的仿真分析，充分驗(yàn)證了直動(dòng)滾子凸輪的可行性，所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的扎線動(dòng)作和工藝過(guò)程，為實(shí)現(xiàn)粽子扎線工藝的自動(dòng)化提供了有效的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：粽子；扎線機(jī)；排線機(jī)構(gòu)；運(yùn)動(dòng)仿真

粽子自動(dòng)扎線機(jī)是粽子包裝機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，主要功能包括粽子的夾粽機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、壓線機(jī)構(gòu)、排線機(jī)構(gòu)、打結(jié)機(jī)構(gòu)和切線機(jī)構(gòu)等。其中，排線機(jī)構(gòu)的功能是在繞線過(guò)程中控制棉線與粽子的相對(duì)位置，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律為復(fù)雜的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。綜合結(jié)構(gòu)和加工工藝等各方面因素，考慮到凸輪機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)需要的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，且具有導(dǎo)向、傳動(dòng)和控制機(jī)構(gòu)等多種功能，以及空間體積小、構(gòu)件數(shù)目少、運(yùn)行可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)，本文采用純機(jī)械凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)排線功能，如圖1所示：

1 排線凸輪參數(shù)的擬定與分析

排線機(jī)構(gòu)的功能是在繞線過(guò)程中控制棉線與粽子的相對(duì)位置，使面線能夠按照人工手工扎線的工藝完成繞線。粽子在自動(dòng)扎線的過(guò)程中對(duì)繞線的要求為：為粽子上料后，由夾粽機(jī)構(gòu)夾住粽子的前后兩個(gè)方向，棉線在粽子的初始位置繞線兩圈；排線桿向左勻速移動(dòng)前進(jìn)，使得棉線按固定螺距在粽子的中間部分均勻地繞三道；排線桿向左移動(dòng)到最遠(yuǎn)端，完成最后的兩道扎線的纏繞動(dòng)作；隨后排線桿后退一定的距離，此時(shí)兩股線被送入打結(jié)桿的勾槽中；排線桿將兩股線送入夾線嘴后迅速移動(dòng)并后退；排線桿向右移動(dòng)到初始位置，此時(shí)夾粽機(jī)構(gòu)松開(kāi)，粽子掉入容器中，完成一個(gè)扎線動(dòng)作。綜上所述排線桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，得到排線桿的運(yùn)功規(guī)律示意圖，如圖2所示即為排線凸輪的一個(gè)完整的運(yùn)動(dòng)循環(huán)。

通過(guò)對(duì)排線桿的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖和排線桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律明細(xì)圖的分析，將排線凸輪劃分為十部分，并對(duì)每一部分進(jìn)行分解和分析，使之得到符合所需要的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。通過(guò)分析和模擬得到各運(yùn)動(dòng)部分的參數(shù)如表1所示：

2 排線凸輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)凸輪機(jī)構(gòu)的時(shí)候，凸輪的基本尺寸和凸輪輪廓曲線必須要根據(jù)凸輪機(jī)構(gòu)的工作性能要求和使用場(chǎng)合，首先要考慮設(shè)計(jì)從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合的基本要求，應(yīng)使各段不同運(yùn)動(dòng)的位移之和等于總的升程；所有曲線接合處的速度、加速度必須相等；對(duì)于高速凸輪機(jī)構(gòu)，還應(yīng)使各曲線接合處的躍度相等。排線凸輪機(jī)構(gòu)選用的是正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律。其方程如下所示：

將表1的排線凸輪機(jī)構(gòu)參數(shù)帶入到以上公式中去，通過(guò)Matlab編程仿真得到的凸輪輪廓曲線如圖3所示。通過(guò)凸輪的輪廓曲線進(jìn)一步可以仿真出從動(dòng)件的位移曲線如圖4所示。將圖4按照正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律仿真出的從動(dòng)件的位移曲線與圖2我們所設(shè)計(jì)排線桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律明細(xì)圖進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩者基本吻合，各個(gè)參數(shù)的設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)優(yōu)化得到了更為精確的凸輪輪廓與凸輪的尺寸。

我們已經(jīng)得知凸輪的輪廓坐標(biāo)，可導(dǎo)入到Pro/E中得到樣條曲線，再經(jīng)過(guò)拉伸即可得到凸輪的三維模型，如圖5。通過(guò)保存副本命令轉(zhuǎn)換后的格式類型為.x_t格式即可導(dǎo)入到ADAMS中進(jìn)行動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，經(jīng)過(guò)ADAMS軟件后處理分析模塊得到各曲線如圖6所示，A曲線為從動(dòng)件的位移曲線，與前面仿真結(jié)果基本吻合，結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的排線凸輪機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

在對(duì)排線機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，充分利用計(jì)算機(jī)輔助軟件Matlab、Pro/E以及ADAMS。通過(guò)運(yùn)用所掌握的知識(shí)找到凸輪輪廓線，通過(guò)Pro/E建模以及ADAMS進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)以及動(dòng)力學(xué)的仿真分析，充分驗(yàn)證了直動(dòng)滾子凸輪的可行性，具有可靠的理論依據(jù)。

綜上所述，本文設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的扎線動(dòng)作和工藝過(guò)程，通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助軟件得到了排線凸輪的輪廓線和排線桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并且完成了樣機(jī)模型的建立，為實(shí)現(xiàn)粽子扎線工藝的自動(dòng)化提供了有效的理論依據(jù)。

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