部雙雙　邵云飛

摘要： 針對(duì)傳統(tǒng)的手工修補(bǔ)漁網(wǎng)方法存在的效率低，且易對(duì)漁民身體造成傷害的問(wèn)題，本文基于Solidworks建立了自動(dòng)漁網(wǎng)修補(bǔ)機(jī)的三維模型，分析了自動(dòng)漁網(wǎng)修補(bǔ)機(jī)的針頭運(yùn)動(dòng)軌跡部分、絲杠橫向傳動(dòng)部分、雙滾輪縱向傳動(dòng)部分、輔助清理部分的結(jié)構(gòu)和原理，給出了自動(dòng)漁網(wǎng)修補(bǔ)機(jī)的樣機(jī)。該機(jī)構(gòu)主要是通過(guò)機(jī)頭與傳動(dòng)部分的配合，并采用傳統(tǒng)的嵌補(bǔ)法與現(xiàn)代縫紉機(jī)相結(jié)合的方法對(duì)破損漁網(wǎng)進(jìn)行橫縱修補(bǔ)，修補(bǔ)的形狀為矩形。該自動(dòng)漁網(wǎng)修補(bǔ)機(jī)的效率高于傳統(tǒng)手工漁網(wǎng)修補(bǔ)，對(duì)以后漁網(wǎng)修補(bǔ)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化具有重要的意義。

關(guān)鍵詞： 漁網(wǎng)； 修補(bǔ)機(jī)； 嵌補(bǔ)法； 鏈條傳動(dòng)

中圖分類(lèi)號(hào)： TH122文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

為改善人民生活及維護(hù)國(guó)家海洋權(quán)益，發(fā)展?jié)O業(yè)具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和戰(zhàn)略意義[1]。漁業(yè)的產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后和相關(guān)服務(wù)行業(yè)的同步發(fā)展推動(dòng)新材料、新技術(shù)、新工藝和新設(shè)備等高新技術(shù)的發(fā)展[2]。許多研究者對(duì)漁網(wǎng)編織機(jī)構(gòu)[3]進(jìn)行了研究，曹清林等人[4]對(duì)漁網(wǎng)編織設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了研究與分析，并提出了優(yōu)化傳動(dòng)系統(tǒng)，提高光、機(jī)、電、氣、液等一體化和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)；徐鳳梅等人[5]對(duì)有結(jié)針織設(shè)備的鉤針運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了研究，主要是包括擺動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)復(fù)合運(yùn)動(dòng)，并進(jìn)一步采用解析法研究綜合機(jī)構(gòu)尺度，得到了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的輪廓曲線(xiàn)；近年來(lái)，一些學(xué)者對(duì)縫紉機(jī)附屬產(chǎn)品進(jìn)行了研究，朱光堯等人[6]分析了縫紉機(jī)附屬產(chǎn)品的現(xiàn)狀，提出機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)是縫紉機(jī)附屬產(chǎn)品行業(yè)的發(fā)展目標(biāo)；王瑋等人[7]闡述了漁業(yè)機(jī)械儀器標(biāo)準(zhǔn)化工作進(jìn)展，提出今后標(biāo)準(zhǔn)化工作的重點(diǎn)是采用國(guó)際先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)等；Mihoko Wakamatsu等人[8]對(duì)小型漁業(yè)的發(fā)展進(jìn)行了分析，提出促使附近小型漁業(yè)相互合作，以解決漁業(yè)收益不平衡的方法；Y.T.Kim等人[9]通過(guò)對(duì)加入不同土樣制備的試樣的應(yīng)力應(yīng)變分析，得出廢舊的漁網(wǎng)抗壓強(qiáng)度最大提高約025%。漁網(wǎng)的儲(chǔ)存與修補(bǔ)有各種方法，比較經(jīng)濟(jì)快速的方法為嵌補(bǔ)法?；诖耍瑸楦淖兊托实膫鹘y(tǒng)漁網(wǎng)修補(bǔ)現(xiàn)狀，本文對(duì)漁網(wǎng)自動(dòng)修補(bǔ)機(jī)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)提高了漁民的工作效率，對(duì)今后漁網(wǎng)修補(bǔ)的自動(dòng)化發(fā)展具有重要意義。

1漁網(wǎng)修補(bǔ)機(jī)的工作原理

自動(dòng)漁網(wǎng)修補(bǔ)機(jī)整體模型如圖1所示。自動(dòng)漁網(wǎng)修補(bǔ)機(jī)主要分四部分工作：針頭上下運(yùn)動(dòng)、縫紉機(jī)橫向傳動(dòng)、漁網(wǎng)縱向傳動(dòng)和垃圾清理。

利用傳統(tǒng)的嵌補(bǔ)法在漁網(wǎng)破損的地方嵌入1張面積適中的新漁網(wǎng)，首先機(jī)頭座在電機(jī)2的帶動(dòng)下橫向運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)一條橫向的修補(bǔ)線(xiàn)跡，然后4個(gè)滾輪在電機(jī)1的帶動(dòng)下通過(guò)鏈傳動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，使?jié)O網(wǎng)做縱向運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)一條縱向修補(bǔ)線(xiàn)跡。在橫向與縱向傳動(dòng)過(guò)程中，針頭在電機(jī)3的帶動(dòng)下做連續(xù)上下運(yùn)動(dòng)。重復(fù)以上運(yùn)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)一個(gè)矩形的修補(bǔ)線(xiàn)跡，將新加的漁網(wǎng)與破損漁網(wǎng)縫補(bǔ)在一起。

2漁網(wǎng)修補(bǔ)機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該漁網(wǎng)修補(bǔ)機(jī)由主體修補(bǔ)機(jī)構(gòu)和輔助清理機(jī)構(gòu)組成，主要傳動(dòng)方式為鏈傳動(dòng)[10]。主體修補(bǔ)機(jī)構(gòu)由機(jī)頭修補(bǔ)、絲杠橫向傳動(dòng)及雙滾筒縱向運(yùn)動(dòng)組成[12]。根據(jù)人機(jī)工程學(xué)需要，該漁網(wǎng)修補(bǔ)機(jī)的機(jī)身設(shè)計(jì)為長(zhǎng)1 000 mm，寬600 mm，高800 mm。其中，滾筒直徑60 mm，長(zhǎng)度750 mm，材質(zhì)為PVC和尼龍棒。

2.1針頭運(yùn)動(dòng)軌跡

針頭運(yùn)動(dòng)主要依據(jù)縫紉機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理[13]，縫補(bǔ)所需要的漁線(xiàn)由另設(shè)的線(xiàn)輪提供，400針/min左右。線(xiàn)跡是底線(xiàn)和面線(xiàn)在縫料內(nèi)鉸合而成的機(jī)結(jié)。縫補(bǔ)時(shí)，面線(xiàn)由機(jī)針引入縫料下部，機(jī)針由最低點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，漁線(xiàn)在機(jī)針和漁網(wǎng)之間形成一個(gè)梨形線(xiàn)環(huán)，旋梭帶著線(xiàn)環(huán)旋轉(zhuǎn)使其與底線(xiàn)交織，挑線(xiàn)桿帶著漁線(xiàn)向上收緊，在兩層縫料之間和底線(xiàn)形成一個(gè)鉸合點(diǎn)[14]，重復(fù)上述動(dòng)作即可形成一條直線(xiàn)軌跡。同時(shí)，由于齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)光軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，使光軸上的錐齒輪帶動(dòng)挑魚(yú)線(xiàn)機(jī)構(gòu)[15]與鉤魚(yú)線(xiàn)機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)配合，針頭跳動(dòng)2次，旋梭轉(zhuǎn)動(dòng)1圈。針頭運(yùn)動(dòng)軌跡如圖2所示。

2.2絲杠橫向傳動(dòng)

絲杠橫向傳動(dòng)裝配圖如圖3所示。該部分由光軸（長(zhǎng)700 mm）、絲杠（長(zhǎng)700 mm）、電機(jī)、橫向傳動(dòng)鏈輪、橫向傳動(dòng)鏈條等組成，由于橫向傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)單，選用功率較小的電機(jī)即可，因此動(dòng)力來(lái)源選用220 V，功率45 W交流步進(jìn)電機(jī)比較經(jīng)濟(jì)適用。由于絲杠具有傳動(dòng)平穩(wěn)、均勻，且傳動(dòng)距離短等優(yōu)點(diǎn)，所以選用絲杠作為橫向傳動(dòng)的主要工作部分，負(fù)責(zé)橫向運(yùn)動(dòng)的傳送，服務(wù)于形成電機(jī)的橫向線(xiàn)跡。機(jī)頭的橫向運(yùn)動(dòng)是電機(jī)帶動(dòng)絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)絲杠上的大螺母水平橫向傳動(dòng)，大螺母帶動(dòng)整個(gè)機(jī)頭部分的橫向運(yùn)動(dòng)[1518]。

2.3雙滾輪縱向傳動(dòng)部分

該部分由4個(gè)拉網(wǎng)滾輪、電機(jī)及縱向傳動(dòng)鏈條等組成。由于需要比較平穩(wěn)的傳送漁網(wǎng)來(lái)配合機(jī)頭的橫向修補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，因此選用220 V，45 W的交流步進(jìn)電機(jī)作為動(dòng)力來(lái)源。為了減輕機(jī)架的重量，選用尼龍材料的滾輪，滾輪主要是負(fù)責(zé)漁網(wǎng)的縱向運(yùn)送，以便形成縱向線(xiàn)跡，完成方形軌跡的修補(bǔ)。漁網(wǎng)的縱向運(yùn)動(dòng)是電機(jī)帶動(dòng)中間鏈輪作主動(dòng)輪，然后通過(guò)鏈條帶動(dòng)其余2個(gè)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)兩對(duì)滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，由于力的相對(duì)作用進(jìn)而將滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為漁網(wǎng)在水平平面縱向運(yùn)動(dòng)[19]。雙滾輪縱向傳動(dòng)裝配圖如圖4所示。

2.4輔助清理

輔助清理機(jī)構(gòu)采用毛刷與鋪展平臺(tái)配合，對(duì)漁網(wǎng)進(jìn)一步清理，以延長(zhǎng)漁網(wǎng)的使用壽命[16]。毛刷固連在移動(dòng)框架上，壓制桿起到整理壓平漁網(wǎng)的作用，保證了漁網(wǎng)的平整。當(dāng)滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)漁網(wǎng)平動(dòng)時(shí)，毛刷固定不動(dòng)，漁網(wǎng)的平動(dòng)使兩者之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，利用兩者之間的摩擦力將漁網(wǎng)上落葉之類(lèi)的雜質(zhì)通過(guò)平臺(tái)上的細(xì)孔漏到下面的垃圾盒里，將漁網(wǎng)平展在平臺(tái)上，還能進(jìn)行晾曬，從而達(dá)到一定程度的清理，輔助清理部分如圖5所示。

3結(jié)束語(yǔ)

本文主要對(duì)漁網(wǎng)自動(dòng)修補(bǔ)機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究，自動(dòng)漁網(wǎng)修補(bǔ)機(jī)是在漁網(wǎng)鋪板的平臺(tái)上工作。該機(jī)器能夠?qū)崿F(xiàn)針頭的上下運(yùn)動(dòng)，機(jī)頭的橫向運(yùn)動(dòng)，漁網(wǎng)的縱向運(yùn)動(dòng)，3種運(yùn)動(dòng)的配合實(shí)現(xiàn)了破損漁網(wǎng)的嵌入式修補(bǔ)功能，大大提高了修補(bǔ)漁網(wǎng)的效率。但該機(jī)器只實(shí)現(xiàn)了漁網(wǎng)的自動(dòng)修補(bǔ)，還存在傳動(dòng)速度不高，修補(bǔ)方法比較單一等缺陷，但在傳統(tǒng)手工修補(bǔ)漁網(wǎng)方面實(shí)現(xiàn)了較大突破，對(duì)今后漁網(wǎng)修補(bǔ)向自動(dòng)化方面發(fā)展具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]葛相安， 劉世祿.我國(guó)漁業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、問(wèn)題及出路[J]. 中國(guó)漁業(yè)經(jīng)濟(jì)， 2009， 27（4）： 512.

[2]高帥. 漁網(wǎng)的動(dòng)態(tài)仿真及可視化研究[D]. 大連： 大連海事大學(xué)， 2011.

[3]郭一敏. 漁網(wǎng)織機(jī)單向網(wǎng)結(jié)網(wǎng)片的編織結(jié)構(gòu)裝置[J]. 機(jī)械工程師， 2009（5）： 8586.

[4]曹清林， 夏衛(wèi)， 崔榮. 漁網(wǎng)編織設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 紡織導(dǎo)報(bào)， 2014（8）： 5460.

[5]徐鳳梅， 曹娟娟， 曹清林. 有結(jié)針織設(shè)備上鉤針運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]. 紡織導(dǎo)報(bào)， 2015（9）： 4046.

[6]朱光堯， 王道良. 談縫紉機(jī)附屬產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)[J]. 紡織器材， 2006，33（2）： 5455.

[7]王瑋， 李燕， 石瑞， 等. 我國(guó)漁業(yè)機(jī)械儀器標(biāo)準(zhǔn)化概況[J]. 漁業(yè)現(xiàn)代化， 2010， 37（5）： 6467.

[8]Wakamatsu M， Wakamatsu H. The Certification of SmallScale Fisheries[J]. Marine Policy， 2017，77： 97103.

[9]Kim Y T， Kim H J， Lee G H. Mechanical Behavior of Lightweight Soil Reinforced with Waste Fishing Net[J]. Geotextiles & Geomembranes， 2008， 26（6）： 512518.

[10]侯新鋼. 步進(jìn)鏈傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)影響因素分析[D]. 天津： 天津大學(xué)， 2007.

[11]冉紹伯. 鏈傳動(dòng)動(dòng)態(tài)特性參數(shù)測(cè)試及實(shí)驗(yàn)研究[D]. 成都： 西南交通大學(xué)， 2011.

[12]甘周群. 大型臥式立體編織機(jī)錐齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析[D]. 上海： 東華大學(xué)， 2016.

[13]苗苗， 曹巨江. 基于Pro_E和3DSMax的縫紉機(jī)原理仿真動(dòng)畫(huà)制作研究[J]. 現(xiàn)代計(jì)算機(jī)， 2014（2）： 6871.

[14]馬海友， 李年春， 張勛， 等. 高強(qiáng)高韌聚乙烯節(jié)能耐磨漁網(wǎng)研究[C]∥2012 年中國(guó)水產(chǎn)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集. 上海： 中國(guó)水產(chǎn)學(xué)會(huì)， 2012： 258259.

[15]朱引引， 曹巨江， 馬金鋒. 縫紉機(jī)挑線(xiàn)機(jī)構(gòu)的仿真分析[J]. 制造業(yè)自動(dòng)化， 2013， 35（20）： 8182.

[16]李建萍. 傳統(tǒng)漁網(wǎng)編織材料考[J]. 中國(guó)水產(chǎn)， 2011（11）： 80.

[17]師忠秀. 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)[M]. 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 2003.

[18]姜玉其. 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案及機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)[M]. 北京： 高等教育出版社， 1991.

[19]Ma G， Branscomb D J， Beale D G. Modeling of the Tensioning System on a Braiding Machine Carrier[J]. Mechanism & Machine Theory， 2012， 47（1）： 4661.

[20]Guyader G， Gabor A， Hamelin P. Analysis of 2D and 3D Circular Braiding Processes： Modeling the Interaction Between the Process Parameters and the PreForm Architecture[J]. Mechanism & Machine Theory， 2013， 69（6）： 90104.