周二剛

雞蛋分級(jí)包裝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)

周二剛

（山西職業(yè)技術(shù)學(xué)院，太原 030032）

為了提高我國(guó)鮮雞蛋分機(jī)加工的效率和質(zhì)量，需設(shè)計(jì)一臺(tái)高效、穩(wěn)定的雞蛋分級(jí)包裝生產(chǎn)線(xiàn)。根據(jù)雞蛋分級(jí)加工包裝的具體需求，基于凸輪齒輪等機(jī)械結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)原理，設(shè)計(jì)一臺(tái)雞蛋分級(jí)包裝生產(chǎn)線(xiàn)，此雞蛋分級(jí)包裝生產(chǎn)線(xiàn)由一臺(tái)1 000W的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)鏈及齒輪等傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)雞蛋的稱(chēng)量、分級(jí)、裝托等工序。按設(shè)計(jì)加工完成后，安裝樣機(jī)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得出此雞蛋分級(jí)包裝系統(tǒng)測(cè)量誤差正確分級(jí)率為97%，對(duì)100枚雞蛋重復(fù)20次實(shí)驗(yàn)僅有3枚破損，破損率較低。經(jīng)測(cè)試，其生產(chǎn)率最高為35 000枚/h。此雞蛋分級(jí)包裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，符合市場(chǎng)需求，為國(guó)內(nèi)雞蛋初加工提供了一種技術(shù)方案。

雞蛋；分級(jí)包裝；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；實(shí)驗(yàn)

隨著人們生活質(zhì)量的提高，對(duì)食品的品質(zhì)要求越來(lái)越高，雞蛋作為日常餐桌上重要的組成，其品質(zhì)越來(lái)越受到重視，人們?cè)桨l(fā)注重它的品質(zhì)和品牌，對(duì)鮮蛋進(jìn)行分級(jí)、包裝，形成品牌效應(yīng)的需求越來(lái)越高[1-3]。雞蛋分級(jí)包裝是雞蛋售前處理的一道重要工序，目前，發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)雞蛋分級(jí)包裝的效率較高，其分級(jí)包裝生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)效率最高能達(dá)到18萬(wàn)枚/h，而國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上一般的雞蛋稱(chēng)量分級(jí)機(jī)生產(chǎn)效率普遍為20 000枚/h左右[4-6]。文中結(jié)合一般中小型企業(yè)對(duì)雞蛋分級(jí)包裝的實(shí)際需求，研究了一臺(tái)生產(chǎn)效率為35 000枚/h的雞蛋稱(chēng)量、分級(jí)包裝生產(chǎn)線(xiàn)。

1 雞蛋分級(jí)包裝生產(chǎn)線(xiàn)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理

此雞蛋分級(jí)包裝生產(chǎn)線(xiàn)主要由稱(chēng)量部分、翻轉(zhuǎn)分級(jí)裝置、自動(dòng)降托機(jī)、傳送蛋盤(pán)部分、自動(dòng)裝托部分和機(jī)架等組成。

雞蛋從圖1中箭頭位置進(jìn)入生產(chǎn)線(xiàn)，沿6條輸送線(xiàn)進(jìn)入電子稱(chēng)量，電子稱(chēng)量采用的是零速稱(chēng)量[7]，即在稱(chēng)量時(shí)雞蛋是靜止的；電子稱(chēng)量后，雞蛋被撥板送入翻轉(zhuǎn)分級(jí)裝置，使雞蛋的大頭朝上，并將6條輸送線(xiàn)上的雞蛋并為單排；在雞蛋稱(chēng)量完成時(shí)，上位機(jī)已經(jīng)對(duì)每個(gè)雞蛋做了定位和分級(jí)，通過(guò)PLC控制相應(yīng)的卸料電磁閥，將每個(gè)等級(jí)的雞蛋分入相應(yīng)的蛋盤(pán)中，然后蛋盤(pán)會(huì)進(jìn)入相應(yīng)的裝托機(jī)中，各個(gè)等級(jí)的降托機(jī)在上位機(jī)的控制下會(huì)自動(dòng)將紙漿蛋盤(pán)降落，從而實(shí)現(xiàn)雞蛋的稱(chēng)量分級(jí)包裝。

1.稱(chēng)量部分；2.翻轉(zhuǎn)分級(jí)裝置；3.自動(dòng)降托機(jī)；4.傳送蛋盤(pán)部分；5.自動(dòng)裝托部分；6.機(jī)架。

雞蛋分級(jí)包裝生產(chǎn)線(xiàn)的傳動(dòng)原理見(jiàn)圖2，雞蛋分級(jí)包裝生產(chǎn)線(xiàn)由一臺(tái)1 000 W的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)通過(guò)鏈傳動(dòng)將動(dòng)力傳輸給傳動(dòng)軸，過(guò)渡鏈輪1、過(guò)渡鏈輪2、過(guò)渡鏈輪3均與傳動(dòng)軸固連，通過(guò)過(guò)渡鏈輪3將動(dòng)力傳送到稱(chēng)量裝置，通過(guò)過(guò)渡鏈輪1將動(dòng)力傳送到翻轉(zhuǎn)分級(jí)裝置，稱(chēng)量部分和翻轉(zhuǎn)分級(jí)部分的動(dòng)力通過(guò)一個(gè)電機(jī)輸出，其動(dòng)作能夠協(xié)調(diào)一致，從而降低雞蛋的破損率。

稱(chēng)量鏈輪、稱(chēng)量張緊鏈輪、齒輪1、齒輪2及其他連接鏈輪組成稱(chēng)量部分的輸送鏈，其中稱(chēng)量張緊鏈輪為張緊輪，齒輪1與齒輪2的材料為塑料，齒輪1與撥蛋板固連在一起，在稱(chēng)量輸送鏈上，每4個(gè)鏈節(jié)裝有一個(gè)托輥，送鏈上的鏈輪齒數(shù)均為16齒，鏈輪每轉(zhuǎn)1周，處理4排雞蛋，旋轉(zhuǎn)撥蛋板也剛好轉(zhuǎn)1周。輸送線(xiàn)主動(dòng)鏈輪、輸送線(xiàn)張緊鏈輪、翻轉(zhuǎn)鏈輪及其他連接鏈輪組成單排分級(jí)輸送鏈，其動(dòng)力通過(guò)過(guò)渡鏈輪1傳輸，其中輸送線(xiàn)張緊鏈輪為張緊輪。翻轉(zhuǎn)鏈輪、翻轉(zhuǎn)偏心鏈輪和其他連接鏈輪組成翻轉(zhuǎn)部分，其動(dòng)力通過(guò)翻轉(zhuǎn)鏈輪傳輸，翻轉(zhuǎn)擺桿鏈輪是張緊輪，翻轉(zhuǎn)擺桿鏈輪也起過(guò)渡的作用，翻轉(zhuǎn)偏心鏈輪與翻轉(zhuǎn)小鏈輪相連接，而翻轉(zhuǎn)小鏈輪與6個(gè)執(zhí)行單元相連。

1.稱(chēng)量鏈輪；2.稱(chēng)量張緊鏈輪；3.輸送線(xiàn)主動(dòng)鏈輪； 4.輸送線(xiàn)張緊鏈輪；5.翻轉(zhuǎn)鏈輪；6.翻轉(zhuǎn)擺桿鏈輪； 7.翻轉(zhuǎn)偏心鏈輪；8.傳動(dòng)軸；9.過(guò)渡鏈輪1；10.過(guò)渡鏈輪2； 11.過(guò)渡鏈輪3；12.齒輪1；13.齒輪2；14.翻轉(zhuǎn)小鏈輪。

2 關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 稱(chēng)量部分

此雞蛋分級(jí)包裝生產(chǎn)線(xiàn)上的6條輸送線(xiàn)同時(shí)稱(chēng)量[8-9]。稱(chēng)量部分結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3，鏈輪每轉(zhuǎn)1周，帶動(dòng)凸輪和撥蛋片轉(zhuǎn)動(dòng)1周，4片撥蛋片均勻布置在與凸輪鏈接的軸上，因此鏈輪每轉(zhuǎn)動(dòng)1周會(huì)撥蛋4次，總共24枚雞蛋。凸輪圓周方向均勻分布4個(gè)葉片，因此，凸輪每轉(zhuǎn)1周會(huì)使搖桿搖擺4次，當(dāng)搖桿向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，雞蛋沿著撥蛋片的滑動(dòng)到支架上，進(jìn)行稱(chēng)量，同時(shí)搖桿向下運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)量完成后，旋轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)的下一片撥蛋片將雞蛋撥走，使雞蛋沿著導(dǎo)蛋槽進(jìn)入下一環(huán)節(jié)。導(dǎo)蛋槽的間隔板由橡膠制成，可有效減少雞蛋的損傷。

1.凸輪；2.搖桿；3.稱(chēng)量傳感器；4.保護(hù)傘；5.支撐桿； 6.支架7.導(dǎo)蛋槽；8.撥蛋片；9.齒輪；10.鏈輪。

2.2 翻轉(zhuǎn)部分

雞蛋翻轉(zhuǎn)分級(jí)部分為整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)的核心部分，其基本結(jié)構(gòu)如圖4所示，由動(dòng)力部分、執(zhí)行部分和機(jī)架組成。動(dòng)力部分主要由曲柄鏈輪、擺桿鏈輪、偏心鏈輪及鏈條等組成[10-11]。其中擺桿鏈輪的一端通過(guò)1段鏈條和1個(gè)拉簧固定在機(jī)架上。執(zhí)行部分與動(dòng)力部分末端的6個(gè)鏈輪連接。執(zhí)行部分由6個(gè)執(zhí)行單元組成，并通過(guò)1根長(zhǎng)導(dǎo)桿連接在一起，因此可以使6個(gè)執(zhí)行單元的動(dòng)作一致，從而降低破損率。

圖4 翻轉(zhuǎn)部分結(jié)構(gòu)

執(zhí)行單元的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5。稱(chēng)量完成的雞蛋沿導(dǎo)蛋槽進(jìn)入蛋托2中，然后蛋夾3落下將雞蛋固定在蛋托上，保證在翻轉(zhuǎn)的過(guò)程中雞蛋不脫落，同時(shí)保證雞蛋不被夾破，這個(gè)力度的把握由夾蛋扭簧10決定[12-14]。執(zhí)行單元在擺桿7的帶動(dòng)下逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，在導(dǎo)桿1的作用下，蛋托順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)竭_(dá)最低點(diǎn)時(shí)，蛋夾松開(kāi)，雞蛋實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)，蛋夾松開(kāi)的位置由扇形板5決定，然后雞蛋掉入分級(jí)通道中。動(dòng)作完成后執(zhí)行單元在復(fù)位扭簧9的作用下實(shí)現(xiàn)復(fù)位，重復(fù)上述動(dòng)作。

1.導(dǎo)桿；2.蛋托；3.蛋夾；4.彈片；5.扇形板；6.固定塊；7.擺桿； 8.撥桿9.復(fù)位扭簧；10.夾蛋扭簧；11.安裝板；12.軸套。

2.3 裝托部分

裝托部分的結(jié)構(gòu)是一個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，裝托單元組件在曲柄和導(dǎo)桿的作用下進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)。其結(jié)構(gòu)如圖6所示，由于雞蛋的外形差異較大，所以托盤(pán)的中心距差異較大。目前，市場(chǎng)上的雞蛋托盤(pán)的中心距一般為47～53 mm，為了使裝托機(jī)構(gòu)適應(yīng)不同中心距的托盤(pán)，設(shè)計(jì)有不同安裝孔的調(diào)節(jié)板，通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)板上條孔的安裝位置來(lái)配合不同中心距的托盤(pán)。

1.曲柄；2.導(dǎo)桿；3.運(yùn)動(dòng)板；4.裝托單元； 5.旋轉(zhuǎn)塊；6.調(diào)節(jié)板。

3 樣機(jī)實(shí)驗(yàn)

雞蛋分級(jí)包裝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)加工完成后的樣機(jī)局部圖見(jiàn)圖7。

圖7 樣機(jī)局部圖

在超市購(gòu)買(mǎi)100枚完好的新鮮雞蛋并將其編號(hào)，采用精度為0.01 g的電子稱(chēng)將每個(gè)雞蛋稱(chēng)量并記錄分級(jí)，分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：質(zhì)量70～100 g為一級(jí)；質(zhì)量63～70 g為二級(jí)；質(zhì)量55～63 g為三級(jí)；質(zhì)量50～55 g為四級(jí)；質(zhì)量45～50 g為五級(jí)；然后將100枚雞蛋放入分級(jí)樣機(jī)中進(jìn)行分級(jí)包裝。

系統(tǒng)將每個(gè)雞蛋的稱(chēng)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在PLC的寄存器中，讀取寄存器數(shù)據(jù)，然后與電子秤稱(chēng)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，統(tǒng)計(jì)分析后得到100枚雞蛋的測(cè)量誤差范圍分布，見(jiàn)表1。

表1 誤差范圍分布

Tab.1 Range of error

由表1分析可得，測(cè)量誤差在1 g以?xún)?nèi)的雞蛋數(shù)量占86%，誤差在1.5 g以?xún)?nèi)的雞蛋數(shù)量占96%。

造成誤差的主要原因：雞蛋稱(chēng)量時(shí)靜止時(shí)間太短，稱(chēng)量傳感器不是很靈敏；生產(chǎn)線(xiàn)運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)影響稱(chēng)量傳感器精度；稱(chēng)量精度受到控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方法的影響[15]。

雞蛋的等級(jí)分布見(jiàn)表2，實(shí)際查看后得到，1枚實(shí)際為三級(jí)的雞蛋被分為二級(jí)，1枚實(shí)際為四級(jí)的雞蛋被分為三級(jí)，1枚實(shí)際為五級(jí)的雞蛋被分為四級(jí)，因此雞蛋的正確分級(jí)率為97%。經(jīng)分析，被分級(jí)錯(cuò)誤的雞蛋質(zhì)量恰好接近于等級(jí)分界線(xiàn)，由于存在測(cè)量誤差，使得此雞蛋的等級(jí)被錯(cuò)分。

表2 等級(jí)分布

Tab.2 Distribution of level

另外，重復(fù)20次實(shí)驗(yàn)后，有3枚雞蛋破損，全部出現(xiàn)在稱(chēng)量后撥蛋片撥走雞蛋的過(guò)程中，分析原因可能是撥蛋片與導(dǎo)蛋槽之間存在一定擠壓，后續(xù)可改進(jìn)這部分結(jié)構(gòu)。

經(jīng)測(cè)試，此雞蛋分級(jí)包裝生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)率最高為35 000枚/h，達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語(yǔ)

文中針對(duì)國(guó)內(nèi)雞蛋初加工技術(shù)的短板設(shè)計(jì)了一臺(tái)雞蛋分級(jí)包裝生產(chǎn)線(xiàn)，對(duì)其基本結(jié)構(gòu)和工作原理進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，對(duì)其關(guān)鍵部分，即稱(chēng)量部分、翻轉(zhuǎn)部分和裝托部分的結(jié)構(gòu)作了具體介紹。通過(guò)樣機(jī)實(shí)驗(yàn)得到，該分級(jí)包裝生產(chǎn)線(xiàn)的分級(jí)率為97%，具有較小的誤差率和破損率，分級(jí)包裝生產(chǎn)率為35 000枚/h，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，為國(guó)內(nèi)雞蛋初加工提供了一種技術(shù)方案。

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Design and Experiment of Egg Grading and Packaging System

ZHOU Er-gang

(Shanxi Polytechnic College, Taiyuan 030032, China)

The work aims to design an efficient and stable egg grading and packaging production line to improve the efficiency and quality of fresh egg processing by extension machine in China. According to the specific requirements of graded processing and packaging of eggs and based on the transmission principle of CAM gear and other mechanical structures, an egg grading and packaging production line was designed. The egg grading and packaging production line was actuated by a 1 000 W motor and was driven by chains and gears to realize the procedures of weighing, grading and loading of eggs. After processing according to the design, the prototype was installed and the experiment was carried out. It was found that the correct grading rate of the measurement error of the egg grading and packaging system was 97%, and 3 eggs were damaged after 20 repeated experiments on 100 eggs, with a low breakage rate. The highest productivity was 35 000 eggs per hour after testing. The egg grading and packaging system designed meets the design requirements, meets the market demand, and provides a technical solution for graded processing of eggs in China.

eggs; grading and packaging; structural design; experiment

TB486

A

1001-3563(2022)19-0268-05

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.19.032

2021–12–15

山西省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃“1331工程”研究專(zhuān)項(xiàng)課題（ZX—18130）

周二剛（1981—），男，碩士，講師，主要研究方向:從事電氣控制，自動(dòng)控制。

責(zé)任編輯：曾鈺嬋