引言
我國辣椒的總產量居世界之首，年產量達 2 800萬 t 多，約為世界辣椒產量的 46% ，同時每年還以 9%的速度增長，辣椒去核是辣椒進行深加工前的一個重要工序，目前國內辣椒產品的加工大多采用手工去核，費工又費時。個別企業開始使用一種輥子式的辣椒去核機械，通過兩個輥子相對轉動將辣椒壓破，達到辣椒核與辣椒肉的分離; 但用這種方法去核對辣椒肉的傷害比較大，且辣椒肉與辣椒籽混在一塊，不利于辣椒絲和辣椒片的制作。
本文所介紹的辣椒去核機是通過一種間歇式的鏈條輸送機構配合其他機構共同作用，實現辣椒核與辣椒肉的有效分離，并且在加工過程中辣椒肉受到的傷害較小。間歇式鏈條輸送機構是辣椒去核機的重要組成部分，本文著重介紹該辣椒去核機間歇式輸送機構的設計，并應用 RecurDyn 軟件對輸送機構的鏈輪和鏈條進行了動態仿真，得到主要工作部件的運動動態特性曲線，并對機構的干涉情況進行檢查，從而為該機構的設計提供必要的參考。
1 間歇式輸送機構的設計和工作原理
圖 1 為辣椒去核機的原理結構圖，圖 2 為輸送機構原理圖。工作時，動力由電機輸入到凸輪分割器，凸輪分割器上裝有兩個輸出軸，分別為傳動主軸和主軸; 傳動主軸連接主動鏈輪，通過傳輸鏈條帶動中從動鏈輪和左從動鏈輪做間歇轉動; 整個鏈條每間隔一個鏈節的附板上都安裝有盛放辣椒的錐形槽，主軸上固定有壓緊裝置下凸輪、切割裝置下凸輪及沖核裝置凸輪盤，3 個凸輪分別驅動壓緊架、切割架和沖頭運動，使辣椒壓頭、切刀、辣椒沖頭到達預定位置。為使辣椒在壓緊和沖核時鏈條的波動性較小，在鏈條下方設置支撐板。由于主動鏈輪與左從動鏈輪之間的中心距較大，在輸送過程中鏈條可能會出現跳齒或者波動較大的現象，在下邊鏈條靠近左從動鏈輪處設置張緊輪，以使鏈條傳動更加平穩?！緢D1-2】
當主動鏈輪驅動鏈條運動時，辣椒從料斗落入錐心槽中，并隨之移動，多余的辣椒會被定位板阻擋于輸送途中，從而實現了辣椒的排隊和上料。辣椒輸送過程與去核的過程都是以 6 個辣椒為一個單元。主動鏈輪和中從動鏈輪之間的鏈條上方為辣椒的加工位置。辣椒隨錐形槽移動到加工位置時，主動鏈輪停止驅動鏈條，此時辣椒上壓頭落下，夾緊辣椒; 然后辣椒切刀下落，將露在錐形槽外端的辣椒尖部切掉，完成切割后，切刀立即回到原位; 在切刀離開工作位置后，辣椒沖頭開始做往復直線運動，并將辣椒核沖掉，待辣椒沖頭和上壓頭都退回原位，主動鏈輪繼續驅動鏈條移動，錐形槽內已去核的辣椒被移出加工位置，未去核的辣椒再次經排隊、上料，隨錐形槽進入加工位置。如此循環往復，利用輸送機構的周期性間歇運動，實現辣椒的去核。
2 關鍵參數的確定
2． 1 輸送機構的工作參數
首先，初步給定凸輪分割器輸出到主軸的轉速為30r / min; 然后，根據凸輪連桿部分的仿真結果，并充分考慮裝置的壓緊、切割、沖核過程所用時間，確定了凸輪分割器驅動鏈輪做間歇式轉動的工作周期為 1． 3s。其中，6 個辣椒輸送到工作位置的時間為 0． 4s，間歇時間為 0． 9s。
2． 2 輸送鏈條的參數
根據辣椒的尺寸選擇鏈條型號，錐形槽中間直徑約比被加工最大辣椒的中間直徑\\( 平均中徑\\) 大 2 ～3mm。同時，還必須考慮錐形槽與鏈條附板的安裝結構，初步確定鏈條的節距，根據下式進行計算，即【1】
其中，P 為鏈條的節距; D中= 30 為被加工辣椒的中間直徑，mm?？蛇x擇 10A 型帶附板滾子鏈，此時節距 P=15． 875。
2． 3 鏈輪的設計
由于辣椒間歇式輸送裝置每周期中運動的時間為 0． 4s，在此時間內輸送鏈條需走過 6 個錐形槽的距離 L\\( L =362． 5mm\\) ，可知鏈條為低速運行，所以由機械設計手冊可確定小鏈輪的齒數 z小= 19。由于傳動比在 3 左右時，鏈條傳動時不易出現跳齒和脫齒現象，所以選用大鏈輪齒數為 z大= 60。此時，大小鏈輪傳動比 i= z大/ z小≈3． 16。中間鏈輪僅起使加工位置的錐形槽處于水平狀態的支撐作用，所以選用 z中=31。根據各個鏈輪齒數和鏈條的節距，可以算得各鏈輪的分度圓直徑，即【2】
根據鏈條在 0． 4s 運動的距離，可以計算出大鏈輪轉動的角度為 144°。
3 柔性體三維模型的建立與仿真分析
3． 1 軟件介紹
RecurDyn 軟件是由韓國 FunctionBay 公司開發的新一代多體系統動力學仿真軟件，適合求解大規模的多體動力學問題，且有專門用于解決鏈傳動問題的子模塊。所以，本文采用 RecurDyn 軟件進行三維建模與仿真。
3． 2 柔性體三維模型的建立
在 RecurDyn 軟件的 Chain 子模塊中，按照 ISO606 標準選擇型號為 10A 的滾子鏈。其中，滾子、套筒、鏈板等零件的尺寸系統自動按標準算出，按此參數生成鏈節的三維模型。由已知的鏈輪齒數和鏈條型號，根據 ISO 606 標準系統自動計算出鏈輪分度圓直徑、齒寬、鏈輪寬度等尺寸，然后即可生成鏈輪三維模型。
圖 3 為鏈條與鏈輪的裝配及布置圖。為使每組 6個辣椒在加工時完全位于主動鏈輪與中間鏈輪之間，主動鏈輪與中從動鏈輪之間的水平距離按照排放 8個辣椒錐形槽所需鏈條的長度來確定。綜合考慮料斗與定位板的尺寸后，中間鏈輪與左從動鏈輪之間的距離按著排放 10 辣椒錐心槽所需鏈條的長度來確定; 然后，通過 Chain Assemble 命令對鏈條和鏈輪進行裝配，該裝配過程由軟件鏈條子系統自動完成; 系統裝配完之后，若發現齒輪與鏈條沒有正確嚙合，此時必須通過 RecurDyn 中 Object Control 命令來旋轉相關鏈輪，使鏈條與所有鏈輪恰好嚙合?！緢D3】
3． 3 動態仿真與分析
為了加快計算機求解速度，取辣椒輸送機構中單排鏈條和鏈輪在運動的前兩個周期進行仿真。由于凸輪分割器中凸輪曲線用變梯形曲線，所以此處可用step 階躍函數來對鏈輪角速度進行仿真。在 3 個鏈輪中心全部添加旋轉副，然后在主動鏈輪的旋轉副上添加角速度驅動，令驅動函數為【公式】
因為研究輸送過程中的平穩性，關注的重點是處于鏈條水平位置的部分，所以取靠近中從動鏈輪的鏈節作為研究對象。該鏈節編號為 160，可通過此鏈節觀察鏈條在仿真的周期內的運動特性。設置仿真結束時間 2． 6s，仿真步數為 150，進行仿真，結果如圖 4所示?！緢D4】
由圖 4 可知，鏈輪帶動鏈條做間歇式的周期運動。在一個周期開始的 0 ～ 0． 1s 間，主動輪角速度從零逐漸增大，然后趨于恒定。之后，再以恒定角速度運行 0． 2s。在 0． 3 ～0． 4s 間，主動輪角速度速度又逐漸減小到 0。此運動時間內，該輸送裝置要實現辣椒的排隊和上料的工序，同時把沖核完成的辣椒運送到工作位置外。在 0． 4 ～ 1． 3s 間，鏈條和鏈輪處于靜止階段，此時處于加工位置的辣椒需要完成壓緊、切尖和去核的工序，之后進入下一個周期。圖 5 為主動輪角加速度和角位移的運動曲線。其中，粗實線為主動輪角位移曲線，細實線為主動輪角加速度曲線。在主動輪角速度增大和減小的時候\\( 見圖 4\\) ，其角加速度都是先增大然后再減小為零;當主動輪角速度為勻速時，其角加速度為零，而其角位移一直處于增大階段。在第 2 周期時，由于角位移增大到 π，所以在運動曲線上的角位移突變到－π，繼續按原方式計算，確保系統中角位移曲線能表達在－π～ π 之間。在運動結束后，可以觀察到每周個期主動鏈輪轉過的角位移為 144°，符合鏈條設計時所要求運動的距離?！緢D5】
圖 6 為編號 160 的鏈節在鏈輪轉動時 y 方向上的振動位移圖，可以用來觀察鏈條和鏈輪在運動過程中的穩定性。由于該鏈節處于整個鏈條上部分的水平一段，所以當鏈輪轉動時，該鏈節隨著鏈條水平運動，同時會產生 y 方向上的振動。由該位移圖可知: 此鏈節在水平運動時其 y 方向上振動的最大位移與最小位移之差為 2mm，相對于主動鏈輪與中從動鏈輪的中心距離要小很多，所以整個鏈條在輸送過程中的運動比較平穩。在 1． 3 ～ 1． 7s 時，該鏈節轉過鏈輪，所以運動曲線出現了下滑; 在 1． 7 ～ 2． 6s 時，主動鏈輪靜止，該鏈節不再運動，所以運動曲線為水平直線。
由上述鏈條鏈輪結構的仿真結果可知，該鏈條鏈輪結構的設計與實際要求鏈條鏈輪的工作情況相符。在運動過程中，鏈條與鏈輪的嚙合不會產生干涉，可以實現平穩的間歇式運動，滿足設計要求?！緢D6】
4 結論
1\\) 由模擬仿真可知，所選型號的鏈條與相對位置確定的各鏈輪在裝配時不產生干涉，盛放辣椒的錐形槽在轉過鏈輪位置時不會出現相互干涉，并且各個零件的設計尺寸在大小上能夠匹配，驗證了該結構在設計上的合理性。
2\\) 由鏈輪轉動過程中鏈條的模擬動畫可知，鏈輪和鏈條的運動比較平穩，并得到該機構任意時刻鏈輪與鏈節運動學、動力學曲線，從而確定了該結構可以實現預定的間歇式運動，理論上驗證了該結構在運動上的可行性。
3\\) 該機構的設計與仿真和實際情況比較一致。
鏈條鏈輪間歇運動的間歇時間與對辣椒的壓緊、切尖和沖核各階段所需時間相匹配。在實際生產中，可通過選用不同型號的伺服電機或凸輪分度器來改變主軸和傳動主軸的轉速，從而實現不同的高速間歇輸送，滿足不同生產率的需求。
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