對(duì)蝦分級(jí)設(shè)備定量上料裝置的設(shè)計(jì)與仿真

馬駿原，弋景剛，張秀花，王澤河，楊淑華，袁永偉，孔德剛

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，河北 保定 071001）

我國(guó)是對(duì)蝦主要生產(chǎn)國(guó)家之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年我國(guó)對(duì)蝦養(yǎng)殖量約為181.5 多萬t，捕撈量約為21.5 萬t［1］。為匹配對(duì)蝦高產(chǎn)量的現(xiàn)狀，對(duì)蝦機(jī)械化加工也需要進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率。對(duì)蝦分級(jí)就是將對(duì)蝦按照尺寸的大小分為多個(gè)等級(jí)，便于后續(xù)的品質(zhì)區(qū)分和機(jī)械化加工，是絕大部分對(duì)蝦機(jī)械化加工的第一道工序。提高對(duì)蝦分級(jí)的效率，可以為其余的加工工序的效率提升奠定基礎(chǔ)。

我國(guó)大部分企業(yè)正在使用的是對(duì)輥式對(duì)蝦分級(jí)機(jī)，通過上料裝置使對(duì)蝦落入反向旋轉(zhuǎn)的對(duì)輥之間，輥傾斜放置，為直徑逐漸減小的階梯型，從而使兩輥間隙逐漸增大。當(dāng)對(duì)蝦體厚大于兩輥間隙時(shí)對(duì)蝦會(huì)沿著輥軸向下滑，當(dāng)體厚小于間隙時(shí)，會(huì)從間隙下落，落入下方對(duì)應(yīng)分級(jí)的出料輸送帶上，實(shí)現(xiàn)按對(duì)蝦體厚分級(jí)［2］。

為進(jìn)一步提高對(duì)輥式分級(jí)機(jī)的分級(jí)效率，李影欣研究了輥傾斜角和分級(jí)效率的關(guān)系［3］，龔宇針對(duì)對(duì)輥式魚苗分級(jí)設(shè)備進(jìn)行了設(shè)計(jì)和參數(shù)優(yōu)化［4］。但是他們兩位僅在輥組機(jī)構(gòu)上做研究，未研究上料機(jī)構(gòu)對(duì)對(duì)蝦分級(jí)效率和精度的影響。楊淑華等基于TRIZ理論為輥式對(duì)蝦分級(jí)機(jī)增加了1 組打散輥，防止對(duì)蝦堆積并對(duì)其定向［5］，熊師等針對(duì)去頭對(duì)蝦設(shè)計(jì)了逐只分離裝置和定向輸送裝置［6-7］，對(duì)對(duì)蝦上料的研究均集中在去頭和剝殼裝置的背腹定向上［8,13］，對(duì)對(duì)蝦分級(jí)機(jī)的上料機(jī)構(gòu)的研究比較缺乏。本研究通過離散元仿真研究輥式對(duì)蝦分級(jí)機(jī)所需的最佳上料參數(shù)，據(jù)此設(shè)計(jì)1 種新型的對(duì)蝦上料機(jī)構(gòu)。

1 最佳上料參數(shù)的確定

為了得到對(duì)蝦分級(jí)機(jī)所需最佳上料參數(shù)，為之后上料裝置的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，使用EDEM 軟件對(duì)對(duì)蝦分級(jí)機(jī)進(jìn)行仿真模擬。

1.1 EDEM 模型建立

通過查閱資料和實(shí)際測(cè)量得到，成熟對(duì)蝦的體長(zhǎng)大部分在120 ～200 mm 之間，最長(zhǎng)可達(dá)230 mm［14］。厚度在10 ～18 mm 之間，按照對(duì)蝦分級(jí)工藝，對(duì)蝦分級(jí)前，會(huì)放入冰水混合物中減小活性使其昏厥，然后上料分級(jí)。如圖1 所示，即為昏厥的對(duì)蝦。

圖1 昏厥對(duì)蝦Fig. 1 Fainting shrimp

此時(shí)的對(duì)蝦安靜且身體柔軟，自然狀態(tài)下略有弧度，基本處于伸直狀態(tài)，非常適合分級(jí)［15］。

為還原真實(shí)對(duì)蝦上料分級(jí)狀態(tài)，保證仿真結(jié)果真實(shí)可靠，以1 頭130 mm 長(zhǎng)對(duì)蝦模型為藍(lán)本，去除足，觸角，尾肢等對(duì)上料效果影響較小的部位［16］，對(duì)主體部分使用EDEM 軟件顆粒建模，模型如圖2所示。針對(duì)5 級(jí)分級(jí)，自定義5 種對(duì)應(yīng)尺寸的對(duì)蝦顆粒模型，各占20%。

圖2 對(duì)蝦顆粒建模圖Fig. 2 Modeling diagram of shrimp particles

為提升仿真速度，合理有效進(jìn)行模擬，將對(duì)蝦分級(jí)機(jī)模型進(jìn)行抽象簡(jiǎn)化，僅保留1 組分級(jí)輥和出料機(jī)構(gòu)，將出料輸送帶更改為儲(chǔ)料池，將分級(jí)完成的對(duì)蝦收集以便于后期數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與整理，將簡(jiǎn)化后的模型導(dǎo)入離散元仿真軟件EDEM。仿真效果如圖3 所示［17,19］。

圖3 分級(jí)機(jī)仿真效果圖Fig. 3 Simulation effect diagram of classifier

分級(jí)輥為不銹鋼材質(zhì)，查閱相關(guān)資料，確定材料屬性和接觸屬性如表1、表2 所示［20］。

表1 材料屬性Table 1 Material properties

表2 接觸屬性Table 2 Contact propertics

1.2 分級(jí)評(píng)定指標(biāo)確定

查閱相關(guān)資料［21］，并結(jié)合分級(jí)機(jī)實(shí)際工作情況，以分級(jí)成功率P1、分級(jí)正確率P2、成功分級(jí)效率η1，正確分級(jí)效率η2作為分級(jí)作業(yè)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，其定義為：

其中，t為分級(jí)時(shí)間，n1為在時(shí)間t內(nèi)，成功落入出料儲(chǔ)料池中的對(duì)蝦數(shù)量，n2為在時(shí)間t內(nèi)，落入了正確分級(jí)所對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)料池的對(duì)蝦數(shù)量，n3為時(shí)間t內(nèi)，入料到分級(jí)輥間的對(duì)蝦數(shù)量。

1.3 入料姿態(tài)范圍確定

定義對(duì)蝦背脊線和輥軸線夾角為姿態(tài)角θ，如圖4 所示。對(duì)蝦在姿態(tài)角為0°時(shí)，才可實(shí)現(xiàn)體厚剛小于輥間隙時(shí)，就從間隙滑落。只要對(duì)蝦與輥軸線存在夾角就需要一段滑動(dòng)過程，借助輥的轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整到姿態(tài)角約等于0°，若姿態(tài)角過大，則有可能無法調(diào)整姿態(tài)，從輥間隙中飛出，分級(jí)失敗。通過仿真，確定不影響分級(jí)精度的姿態(tài)角范圍。

圖4 姿態(tài)角示意圖Fig. 4 Schematic diagram of attitude angle

在分級(jí)輥的入料位置生成顆粒工廠，以24 g/s的速度生成對(duì)蝦模型，通過調(diào)整顆粒工廠的方向向量，分別生成姿態(tài)角0°、15°、30°、45°的對(duì)蝦，記錄這4 種姿態(tài)角下，對(duì)蝦分級(jí)的效果，因?yàn)樵撛囼?yàn)旨在確定分級(jí)精度和姿態(tài)角的關(guān)系，故而以分級(jí)成功率P1和5 個(gè)級(jí)別的分級(jí)正確率P2作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，最終結(jié)果如表3 所示。

表3 姿態(tài)角影響Table 3 The influence of attitude angle

通過觀察表3，結(jié)合仿真效果可以得到，姿態(tài)角為0°時(shí)分級(jí)效果最好，15°時(shí)，對(duì)蝦落入輥間隙后能夠很快調(diào)整姿態(tài)，分級(jí)精度基本未受影響，30°時(shí)，前2 級(jí)的精度受到姿態(tài)調(diào)整慢的影響有所下降，45°時(shí)，分級(jí)正確率和分級(jí)成功率降幅明顯。綜合考慮，分級(jí)機(jī)對(duì)入料姿態(tài)角的需求為0°～30°。

1.4 入料速度確定

現(xiàn)有對(duì)蝦分級(jí)機(jī)上料裝置尺寸和上料速度均有所不同，對(duì)一現(xiàn)有分級(jí)機(jī)上料裝置的上料速度進(jìn)行測(cè)算，其2 板條間距約為100 mm，上料輸送帶線速度大約為250 mm/s，1 排板條能為1 個(gè)輥組上料0 ～4只對(duì)蝦，所以設(shè)計(jì)試驗(yàn)中上料速度分別為2、4、6、8 只/s。

尺寸自定義模式中，顆粒工廠生成速度只能以質(zhì)量為指標(biāo)，仿真模型中，5 種尺寸的對(duì)蝦平均質(zhì)量大約為8 g/只。為了模擬真實(shí)上料中對(duì)蝦以不同姿態(tài)角上料的情況，設(shè)置5 個(gè)顆粒工廠同時(shí)工作，每個(gè)顆粒工廠上料速度為設(shè)計(jì)值的1/5，分別生成姿態(tài)角0°、-15°、15°、-30°、30°的對(duì)蝦，為模仿對(duì)蝦排隊(duì)逐只上料的情況，需使5 個(gè)顆粒工廠輪流產(chǎn)生對(duì)蝦，設(shè)置5 個(gè)顆粒工廠逐個(gè)開始生成對(duì)蝦，為后4 個(gè)顆粒工廠開始時(shí)間增加延時(shí)。對(duì)應(yīng)設(shè)置的參數(shù)如表4 所示。

表4 入料速度仿真參數(shù)Table 4 Feeding speed simulation parameters

以分級(jí)成功率P1、分級(jí)正確率P2、成功分級(jí)效率η1，正確分級(jí)效率η2作為指標(biāo)分析仿真結(jié)果，如表5 所示。

表5 入料速度影響Table 5 The influence of feeding speed

統(tǒng)計(jì)各入料速度下，每10 s 的分級(jí)正確率，將其整理為折線圖，如圖5 所示，以觀察分級(jí)正確率變化趨勢(shì)。

圖5 分級(jí)正確率—時(shí)間折線圖Fig. 5 Line chart of classification accuracy-time

觀察表5 和圖5，結(jié)合仿真效果可知，上料速度2、4、6 只/s 時(shí)，分級(jí)正確率和分級(jí)成功率沒有明顯差異，但是分級(jí)效率逐漸增加。上料速度為8 只/s 時(shí)，對(duì)蝦出現(xiàn)堆積情況，20 s 以前，未出現(xiàn)堆積，分級(jí)成功率和分級(jí)正確率和低上料速度時(shí)相近，23 s 時(shí)出現(xiàn)堆積，開始出現(xiàn)竄出分級(jí)輥間的對(duì)蝦，分級(jí)失敗的情況增加。而且由于堆積的對(duì)蝦相互影響，分級(jí)正確率也有所下降。鑒于仿真中的對(duì)蝦顆粒模型未模仿出最大尺寸對(duì)蝦，綜合考慮，對(duì)蝦分級(jí)機(jī)的上料速度應(yīng)小于6 只/s，設(shè)計(jì)為5 只/s。

1.5 重疊上料對(duì)對(duì)蝦分級(jí)精度影響分析

對(duì)蝦上料裝置難免會(huì)遇到多只對(duì)蝦堆疊上料的情況，為驗(yàn)證堆疊上料對(duì)分級(jí)精度的影響設(shè)置以下3 組仿真。第一組設(shè)置1 個(gè)顆粒工廠，以40 g/s 度生成對(duì)蝦，單只上料的情況，第二組設(shè)置2 個(gè)顆粒工廠，同時(shí)生成對(duì)蝦，1 個(gè)以40 g/s 速度生成，另一個(gè)以4 g/s 的速度生成，模擬偶爾出現(xiàn)堆疊上料的情況，第三組設(shè)置2 個(gè)顆粒工廠，1 個(gè)以40 g/s 的速度生成對(duì)蝦，另一個(gè)生成速度設(shè)置為20 g/s，模擬連續(xù)出現(xiàn)堆疊上料的情況，以分級(jí)成功率P1、分級(jí)正確率P2作為指標(biāo)分析仿真結(jié)果，結(jié)果如表6 所示。

表6 對(duì)蝦堆疊影響Table 6 The effect of shrimp stacking

觀察表6 可得，間歇堆疊時(shí)，僅有堆疊上料的對(duì)蝦會(huì)相互糾纏而影響分級(jí)精度，正常逐只上料的部分精度和全部逐只上料的分組精度基本一致，沒有出現(xiàn)堆積現(xiàn)象。而連續(xù)堆疊上料的對(duì)蝦，會(huì)出現(xiàn)短暫性的堆積，產(chǎn)生分級(jí)失敗的對(duì)蝦，并影響到正常逐只上料的對(duì)蝦。綜上所述，偶發(fā)性的堆疊，對(duì)分級(jí)精度影響較小，大量的堆疊上料會(huì)產(chǎn)生影響分級(jí)精度。

2 上料裝置結(jié)構(gòu)和工作原理

由上一章可以得到，對(duì)蝦分級(jí)機(jī)所需的上料裝置，需要實(shí)現(xiàn)以5 只/s 的速度逐只上料，并保證對(duì)蝦以小于30°的姿態(tài)角落入分級(jí)輥間。傳統(tǒng)的上料裝置無法完成這一動(dòng)作。傳統(tǒng)的上料裝置通過輸送帶上的板條撈取儲(chǔ)料池中的對(duì)蝦完成上料。若板條寬度過大，在同一位置會(huì)撈取多只對(duì)蝦，影響分級(jí)效果。因此，輸送帶上的板條被設(shè)計(jì)的非常窄，保證每個(gè)板條最多能撈取1 排蝦，但是這樣就會(huì)導(dǎo)致大面積的板條空載，上料效率非常低。為達(dá)到按需求定量逐只上料的目的，設(shè)計(jì)了1 種新型的上料裝置。

2.1 總體結(jié)構(gòu)

該上料裝置由儲(chǔ)料池，上料輸送帶，入料導(dǎo)料板，上料導(dǎo)料板，出料導(dǎo)料板，定量擋板，梳齒板條等結(jié)構(gòu)組成，如圖6 所示。

圖6 上料裝置結(jié)構(gòu)圖Fig. 6 Structure diagram of feeding device

上料輸送帶通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)鏈輪鏈條傳動(dòng)，先水平運(yùn)動(dòng)，后向上爬升，水平部分浸入儲(chǔ)料池中，上方覆蓋有入料導(dǎo)料板，在對(duì)蝦落入儲(chǔ)料池時(shí)改變其姿態(tài)，使其脊背線盡量與上料方向垂直。輸送帶上均勻布置梳齒板條，根據(jù)所用分級(jí)機(jī)分級(jí)輥組的數(shù)量，梳齒板條設(shè)有對(duì)應(yīng)數(shù)量的梳齒組組成的撈取結(jié)構(gòu)，本例中每個(gè)板條有6 個(gè)撈取結(jié)構(gòu)。各撈取結(jié)構(gòu)之間設(shè)置上料導(dǎo)料板，防止對(duì)蝦堆積在無梳齒組的部分，無法被撈取上料。定量擋板兩端分別固定在儲(chǔ)料池和上料輸送帶支撐架上，整體懸空覆蓋在輸送帶之上，其水平部分和輸送帶平行，在傾斜部分和輸送帶存在1 個(gè)小夾角，越向上，擋板和輸送帶之間間距越大。板條為梳型，定量擋板上有和梳齒對(duì)應(yīng)的槽口，梳齒從定量擋板的槽口伸出到定量擋板上方。在輸送帶出料位置的正下方設(shè)置有出料導(dǎo)料板，用以改變對(duì)蝦姿態(tài)，使其以脊背線平行于分級(jí)輥軸的姿態(tài)落入2 輥間隙之間。

2.2 工作原理

新型上料裝置通過逐漸減少上料板條的空間來保證每次定量上料1 只對(duì)蝦。將該上料裝置分為3個(gè)區(qū)域：撈取區(qū)、定量區(qū)、出料區(qū)，如圖7 所示。輸送帶平動(dòng)的部分為撈取區(qū)，梳齒板條從儲(chǔ)料池中撈取大量對(duì)蝦進(jìn)入定量區(qū)。在定量區(qū)，輸送帶和定量擋板存在1 個(gè)很小的夾角，隨著梳齒板條向上爬升，輸送帶和定量擋板之間的間隙逐漸變大，梳齒板條和定量擋板之間的空擋逐漸減小，多只對(duì)蝦會(huì)因?yàn)榭臻g的變小而被擠出梳齒板條落回儲(chǔ)料池，當(dāng)空間減小到僅余1 只對(duì)蝦時(shí)，定量擋板再次彎折，在定量區(qū)最后一段和輸送帶保持平行，保證有足夠時(shí)間使多余對(duì)蝦滑落回儲(chǔ)料池。進(jìn)入出料區(qū)后，對(duì)蝦隨輸送帶轉(zhuǎn)動(dòng)，落入下方分級(jí)輥間隙，完成上料。

圖7 上料裝置原理圖Fig. 7 Schematic diagram of the feeding device

3 上料裝置關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)與參數(shù)確定

3.1 梳齒板條尺寸與形狀設(shè)計(jì)

每條梳齒板條共有6 個(gè)撈取部分，每個(gè)撈取部分對(duì)應(yīng)1 對(duì)分級(jí)輥組，撈取部分間隔與輥組間隔一致，下端固定在不銹鋼沖孔板式輸送帶上，隨輸送帶運(yùn)動(dòng)。

每個(gè)撈取部分均為1 組梳齒組，對(duì)蝦身體存在錐度，所以對(duì)蝦尾部落入兩梳齒間時(shí)可能被2 個(gè)梳齒夾住提起，因此兩梳齒間距應(yīng)大于對(duì)蝦身體最厚處。但這樣有可能導(dǎo)致對(duì)蝦從2 個(gè)梳齒間滑落，滯留在梳齒間的縫隙無法再被其它梳齒撈起，因此將梳齒板條設(shè)計(jì)為2 排1 組，前后梳齒交錯(cuò)排布。梳齒和定量擋板上的槽口間隔對(duì)應(yīng)，梳齒寬度即為槽口寬度。若梳齒寬度過大，對(duì)蝦有可能從槽口落入定量擋板和輸送帶間的縫隙，因此槽口寬度應(yīng)小于最小對(duì)蝦的體厚，設(shè)計(jì)槽口寬度和槽口間距均為9 mm，小于最小對(duì)蝦體厚，因此梳齒間隔為27 mm，大于最大對(duì)蝦體厚。對(duì)蝦不計(jì)算較薄和質(zhì)量較小的尾肢和觸角等部分，長(zhǎng)度大概為總長(zhǎng)的0.8 倍，設(shè)置梳齒組有5 個(gè)梳齒，整個(gè)梳齒組寬度為153 mm，大于最大對(duì)蝦的體長(zhǎng)的1/2，小于最小對(duì)蝦體長(zhǎng)的2 倍。保證大尺寸對(duì)蝦重心一定在梳齒組上，不會(huì)滑落，對(duì)于小尺寸對(duì)蝦，梳齒組沒有足夠的空間并排容納2只。梳齒組尺寸如圖8 所示。

圖8 梳齒組尺寸示意圖Fig. 8 Schematic diagram of comb group size

為了保證在撈取區(qū)能夠穩(wěn)定的撈取對(duì)蝦，梳齒最開始探出的定量擋板的長(zhǎng)度要足夠長(zhǎng)，設(shè)計(jì)為40 mm，保證能夠撈取2 只對(duì)蝦以上。測(cè)量現(xiàn)有的對(duì)蝦上料裝置的板條長(zhǎng)度為6 mm，所以設(shè)計(jì)板條升到最高處時(shí)，探出部分長(zhǎng)度為6 mm，即定量擋板與輸送帶的最大間距為32 mm。如圖9 所示，為板條形狀示意圖。

圖9 梳齒形狀示意圖Fig. 9 Schematic diagram of comb tooth shape

為了防止對(duì)蝦在梳齒組探出部分逐漸縮小的過程中，被梳齒和定量擋板夾傷，設(shè)計(jì)板條向后傾倒，保證梳齒和定量擋板間夾角為鈍角。為防止對(duì)蝦因慣性下落，導(dǎo)致梳齒空載，在梳齒尾端加入一定弧度，擋住體厚較大的對(duì)蝦。

3.2 梳齒板條間距與輸送帶上料速度確定

梳齒板條的間距要適合沖孔板式輸送帶節(jié)距，經(jīng)過選型，確定沖孔板式輸送帶節(jié)距為31.75 mm。若梳齒板條間距過小，會(huì)導(dǎo)致較大的對(duì)蝦難以準(zhǔn)確落入2 板條之間，出現(xiàn)有的板條之間沒有落入對(duì)蝦的情況，導(dǎo)致有板條空載。若梳齒板條間距過大，2個(gè)板條間落入過多的對(duì)蝦，但是最后對(duì)蝦會(huì)反復(fù)被撈起、排出，影響對(duì)蝦品質(zhì)。綜合考慮，確定每2 節(jié)輸送帶設(shè)置1 排板條，所以板條間距為63.5 mm。為保證每秒上料5 只對(duì)蝦，上料輸送帶的速度vd應(yīng)為：

由上文得到2 個(gè)板條間距sd為63.5 mm。代入公式得到輸送帶線速度為0.317 5 m/s，所以取輸送帶線速度為0.3 m/s。

3.3 出料導(dǎo)料板的設(shè)計(jì)

重新設(shè)計(jì)出料導(dǎo)料板，如圖10 所示。

圖10 出料導(dǎo)料板示意圖Fig. 10 Schematic diagram of discharge guide plate

使用鋼板彎折而成，整體內(nèi)壁為1 整個(gè)曲面，防止對(duì)蝦在邊角和轉(zhuǎn)折處堆積，同時(shí)縮小出料口大小，使其呈條形，盡量減小對(duì)蝦下落時(shí)的姿態(tài)角。

4 上料裝置仿真及效果驗(yàn)證

繼續(xù)使用上文搭建的對(duì)蝦顆粒模型，為驗(yàn)證上料裝置對(duì)各種尺寸對(duì)蝦的上料情況，顆粒半徑大小分布設(shè)置為隨機(jī)，縮放比例上下限分別為1.8 倍和0.8 倍，對(duì)應(yīng)的對(duì)蝦體長(zhǎng)為104 ～234 mm，能夠涵蓋所有大小的對(duì)蝦。

將上料裝置進(jìn)行簡(jiǎn)化，將梳齒組縮減為2 組，去除鏈輪鏈條和支撐機(jī)架，簡(jiǎn)化為輸送帶、梳齒板條、定量擋板、儲(chǔ)料池、入料導(dǎo)料板、上料導(dǎo)料板、出料導(dǎo)料板7 個(gè)部分，導(dǎo)入EDEM 軟件。梳齒板條僅導(dǎo)入2 排，其余通過延時(shí)復(fù)制功能生成。仿真開始時(shí)開始生成梳齒板條，同時(shí)生成大量對(duì)蝦，模仿儲(chǔ)料池中現(xiàn)有的對(duì)蝦。在3 s 后減少對(duì)蝦生成數(shù)量，模仿正常的2 級(jí)上料情況。20 s 后停止對(duì)蝦生成，觀察不存在2 級(jí)上料的情況。仿真效果如圖11 所示。

圖11 上料裝置仿真效果圖Fig. 11 Simulation effect drawing of feeding device

圖中對(duì)蝦的顏色表示其受力情況，觀察圖11得到，對(duì)蝦普遍受力在0.2 N 以下，基本沒有受力在1 N 以上的情況。上料過程中受力非常小，不會(huì)在上料過程中受到損傷，能夠保證對(duì)蝦品質(zhì)。

4.1 上料評(píng)價(jià)指標(biāo)確定

為驗(yàn)證上料裝置是否能夠達(dá)到上文試驗(yàn)中的理想?yún)?shù)，定義3 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)：上料速度v、姿態(tài)正確率A1、逐只上料率A2，公式如下

式中t為時(shí)間，n為時(shí)間t內(nèi)，從出料導(dǎo)料板中落下的對(duì)蝦數(shù)量，以完全離開出料導(dǎo)料板下端面為準(zhǔn)，n1為時(shí)間t內(nèi)，以小于30°的姿態(tài)角從出料導(dǎo)料板中落下的對(duì)蝦數(shù)量，同樣以完全離開出料導(dǎo)料板下端面為準(zhǔn)。s為時(shí)間t內(nèi)完成上料的梳齒組數(shù)，s1為上料數(shù)量為1 只的梳齒組數(shù)。因?yàn)榘鍡l生成需要時(shí)間，第一排板條到達(dá)輸送帶頂端的時(shí)間為7.03 s。所以統(tǒng)計(jì)時(shí)間區(qū)間設(shè)置為7 ～30 s。

4.2 仿真結(jié)果分析

出現(xiàn)4 只姿態(tài)角大于30°的對(duì)蝦，均為2 只由1 個(gè)梳齒上料的對(duì)蝦，相互影響的結(jié)果，姿態(tài)正確率A1為98.1%。統(tǒng)計(jì)逐只上料率A2為90.2%，梳齒組上料情況如表7 所示。

表7 梳齒組上料情況Table 7 Feeding situation of comb group

其中空載大多是因?yàn)閹字粚?duì)蝦相互糾纏，從梳齒組上掉落時(shí)連帶其他對(duì)蝦一同掉落，上料2 只的情況大多是尺寸較小的2 只對(duì)蝦尾部相對(duì)，互相堆疊導(dǎo)致的，未出現(xiàn)同時(shí)上料3 只以上的情況?？傮w上上料失誤的概率較小，對(duì)分級(jí)精度影響較小。

最終得到7 ～30 s 間的2 排梳齒組的上料速度分別為4.52、4.57 只/s，每秒統(tǒng)計(jì)1 次上料速度v，繪制成折線圖如圖12 所示。

圖12 上料速度—時(shí)間折線圖Fig. 12 Line graph of the feeding speed-classifier

觀察圖12 可知，9 s 以后，2 排上料梳齒組的上料速度在3 ～6 只/s 浮動(dòng)，波動(dòng)的原因主要因?yàn)榭蛰d和2 只上料對(duì)速度的影響，而且對(duì)蝦若在下落時(shí)落在出料導(dǎo)料板上，沿板壁下滑，速度會(huì)下降，導(dǎo)致本應(yīng)在這一秒完成出料的對(duì)蝦延時(shí)到下一秒。綜合考慮，該上料裝置基本按照理想狀態(tài)實(shí)現(xiàn)逐只排隊(duì)定量上料，滿足設(shè)計(jì)需求。

5 結(jié)論

（1）通過仿真模擬分級(jí)過程，得到最適宜對(duì)蝦分級(jí)的上料參數(shù)為：以5 只/s 的速度逐只上料，并保證對(duì)蝦以小于30°的姿態(tài)角落入分級(jí)輥間。該上料方式下，對(duì)蝦分級(jí)效率快，精度高。

（2）設(shè)計(jì)了1 種新型的上料裝置，該裝置能夠按照上述參數(shù)定量上料，確定了新型對(duì)蝦上料裝置的主要結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵參數(shù)，通過EDEM 仿真得到其在23 s 內(nèi)的姿態(tài)正確率A1為98.1%，逐只上料率A2為90.2%，2 排梳齒組的上料速度分別為4.52、4.57 只/s。