银耳自动翻转机构的设计与试制*
Design and trial production of tremella automatic turnover mechanism
刘方明王丰
（福建省机械科学研究院，福建福州350005）
摘要：银耳加工需经清洗烘干工序，目前银耳清洗后的翻转、排布、装匾以及竹匾堆叠均为人工作业，劳动强度大、人工成本高、生产效率低，且银耳叶片易损伤，已成为银耳加工中整体机械化生产的短板。现亟需研发银耳自动翻转排布装匾生产线以取代人工作业，而银耳自动翻转机构是该生产线的关键部件。本文介绍了银耳自动翻转机构的设计和样机试制，并通过合理的试验测试出了满足设计要求的最高翻转朝向一致率以及相应各层输送线的最佳传送速度。
关键词：银耳；自动翻转机构；朝向一致率；正交试验法
中图分类号：S226.9S567.34文献标识码：A文章编号：1005-1937（2020）04-012-05
Abstract：Tremella processing requires cleaning and drying process.At prent，the flipping，arrangement，plaque mounting and bamboo plaque stacking after tremella cleaning are manual opera
tions，which are labor intensive，high labor costs，low efficiency，andtremella leaves are easily damaged.It has become the shortcoming of overall mechanized production in the processing of tremella. There is an urgent need to develop a tremella automatic turnover production line to replace manual work，and the tremella automatic turnover mechanism is a key component of the production line.This paper introduces the design and prototype trial production of the tremella automatic turnover mechanism，and through reasonable experiments，the highest turning direction consistency rate and the optimal transmission speed of the corresponding layers of the conveyor line that meets the design requirements.
Key words：tremella；automatic turnover mechanism；direction consistency rate；orthogonal test
福建省古田县银耳产量约占全国产量的95%。为了方便运输和储存，当地新鲜银耳采摘后，一般要送进银耳加工企业进行烘干处理。根据前期对当地加工企业的实际生产工艺调研，银耳在烘干前要先清洗再翻转成耳片面朝上的一致方向并整齐排布在竹匾上，最后将竹匾堆叠成适宜高度置于小推车上送入烘干室烘干。目前银耳清洗后的翻转、排布、装匾以及竹匾堆叠均为人工作业。随着前端自动清洗设备的研发和后端烘干设备的自动化，使得中间的银耳翻转、排布、装匾以及竹匾堆叠工序成为整体机械化生产的短板。人工作业强度高、效率低、人工成本高，且因工作粗暴造成银耳损伤严重，使得生产企业迫切需要银耳自动翻转排布堆匾生产线替代人工作业。
银耳在清洗设备中清洗时，在水池中无序堆积并随水流一起运动，因而银耳清洗后出料时，银耳耳片面的朝向呈不一致状态。为解决银耳耳片面翻转成一致方向的难题，项目组通过前期预研，利用银耳外形和密度差异所造成的重心偏置，通过机械装置实现银耳翻面后朝向一致，具有较高的工作稳定性，该装置已通过项目原理验证。该预研成果为本文项目的开展提供了理论和工程基础。
本文在前期预研的基础上，进一步结合企业实际生产状况，对银耳翻转工艺进行深入分析和研究，设计出能够满足实际生产要求的银耳自动翻转机构，为整条全自动生产线的研发打下重要基础。为满足实际生产需要，设计应满足如下要求：1）银耳翻面朝向一致率≥95%；2）叶片损伤率≤1%；3）小时生产率：≥5000朵/h。
1结构设计
1.1总体设计
银耳自动翻转机构总体结构如图1所示，分为上中下三层水平传送的输送线。上层和中层输送
*2020年省属公益类科研院所基本科研专项（2020R11010005-3）
作者简介：刘方明（1969—），男，高级工程师，主要从事机械设计及制造工作。
王丰（1975—），男，工程师，主要从事机械设计及制造工作。
图1银耳自动翻转机构总体结构图
1.上层输送线；
2.中层输送线；
3.下层输送线；
4.传动电机；
5.翻转装置A；
6.翻转装置B
线运动方向相反，上层和下层输送线运动速度和方向相同。中层输送线和上下层输送线的运动方向相反，中层输送线大于或等于上下层输送线的运动速度。每层输送线都采用了自带不锈钢链板的链传动装置，链板宽度L1均为1200mm。由一台可手动无极调速的电机同时带动并控制三层输送线传送速度。翻转装置A位于上层和中层输送线之间，翻转装置B位于中层和下层输送线之间。L2为上层和中层输送线的高度距离，L3为翻转装置A导向槽纵长方向的距离。可根据每个生产批次银耳的不同大小类型调整L2和L3的数值。在保证银耳能够顺利传送的情况下，L2和L3的数值越小翻转一致性效果越好[1]。
该机构的工作流程如图2所示，图中箭头为每层输送线银耳的传送方向。上层输送线和下层输送线运动方向相同，上、下层输送线和中层输送线运动方向相反。堆挤在一起朝向不一致的银耳先从清洗机出料滑板滑入翻转机构上层输送线的进料端。由于输送线的传送速度比清洗机出料速度快，银耳前后会拉开一定的距离，进入翻转机构A 后不会相互干扰影响，有利于提高翻转成功率。银耳经上层输送线的出料端进入翻转装置A，翻转为耳片面水平方向，再落入中层输送线进料端链板上，银耳被翻转成耳片面朝下的一致方向。再由中层输送线的出料端经翻转装置B落入下层输送线进料端，银耳将翻转成耳片面朝上的一致方向，最后从下层输送线出料端出料。
1.2传动系统
如图3所示，链轮A、链轮B和链轮C分别带动上、中、下3层带不锈钢链板的链条传动，链轮A、链轮B和链轮C的节距和齿数相同。链轮D、链轮E、
图2银耳自动翻转机构工作流程图
1.上层输送线；
2.中层输送线；
3.下层输送线；
4.清洗机出料滑板；
5.翻转装置A；
6.翻转装置B；
7.耳片面朝下银耳；
8.耳片面朝上银耳；
9.耳片面水平银耳
1
3
5
6
7
8
13
2
12
14
9
10
11
4
图3翻转机构传统系统示意图
1.上层输送线；
2.中层输送线；
3.下层输送线；
4.链条A；
5.链轮D；
6.链轮E；
7.链轮F；
8.张紧链轮；
9.链轮A；10.链轮B；11.链轮C；12.传动轴A；13.传动轴B；14.传动轴C
链轮F、张紧链轮和链条A构成1套链传动系统，链轮B为驱动轮，链轮A和链轮C为从动轮。由链条A所绕的方向可知，链轮B和链轮D转动方向相同，链轮B和链轮C转动方向相反。链轮A和链轮D安装在传动轴A上，转速和转动方向相同。链轮B和链轮E安装在传动轴B上，转速和转动方向相同。链轮C和链轮F安装在传动轴C上，转速和转动方向相同。这样上层输送线和下层输送线传动方向相同，上层输送线和中层输送线传动方向相反。传动轴B为直连电机的减速机输出轴，通过无极变速器可控制中层输送线的传送速度和链轮C的转速。通过改变链轮D和链轮E的齿数比可以改变上层和中层输送线的速比，通过改变链轮E和链轮F的齿数比可以改变中层和下层输送线的速比。1.3局部结构
如图4所示，在有水的工作环境下，输送线采用自带片状不锈钢链板的链传动装置。片状不锈钢链板能使输送线不易积水，传送平稳、翻转效果
好。侧挡板防止银耳在传送时从侧面掉出输送带。限高辊轴位于上层输送线上方。银耳从清洗机出料滑板滑入上层输送线后，有时两朵银耳会沿高度方向堆叠2层，这样进入翻转装置A 后会堵塞在导向槽
内，影响翻转效果。限高辊轴的作用是使这样堆叠2层的银耳分开，保证银耳只能单层通过辊轴下方。翻转装置A 位于上层和中层输送线之间，采用了参考文献[1]中翻面装置C 的翻转原理和结构。当银耳通过翻转装置A 落于中层输送线出料端链板上时，将翻转成耳片面朝下的一致方向。目前该装置已通过实用新型专利授权。
5
3
1
2
4
图4
1.不锈钢链板；
2.侧挡板；
3.限高辊轴；
4.传送链条；
5.翻转装置A
2
4
3
1
图5
1.翻转装置B ；
2.导向槽内侧导向面；
慢节奏的歌曲3.中层输送线；
4.下层输送线
4
61
3
2
5图6
1.上层输送线；
2.中层输送线；
oppo刷机教程3.翻转装置A ；
4.耳片面朝上银耳；
5.耳片面朝下银耳；
6.耳片面水平银耳
如图5所示，翻转装置B 位于中层和下层输送线之间，其导向槽的导向面为圆弧面。当银耳从中层输送线出料端以耳片面朝下方向进入翻转装置B 时，在传送惯性和重力的作用下会贴着导向槽内侧的导向面运动，银耳出翻转装置B 时将翻转成耳片面朝上方向落入下层输送线进料端。
2输送线传送速度
本翻转机构前端为银耳清洗机，翻转机构三层
输送线的链板宽度为1200mm ，和清洗机出料滑板的宽度相同。根据在古田当地企业的工艺调研结果，实际生产时清洗机银耳出料时一般排列紧密且沿高度方向堆叠3层，出料速度为12mm/s 。而银耳进入翻转装置A 和翻转装置B 都不能沿高度方向堆叠，要求单层传送，并前后能适当拉开一定的距离，否则会堵塞导向槽。前后银耳还要拉开一定的距离，避免翻转时相互干扰。为了满足实际生产效率要求，提高翻转朝向一致率，翻转机构三层输送线的传送速度都应大于清洗机出料速度的3倍（＞36mm/s ）。但输送线传送速度并非越快越好，原因如下：
1）上层输送线
上层输送线速度太快银耳进入翻转装置A 后会因为过大的传送惯性而出现振动现象，影响翻转效果。
2）中层输送线
按参考文献[1]中翻面装置C 的翻转原理，理论上银耳出翻转装置A 以耳片面水平朝向落于中层
输送线进料端链板上时，中层输送线为静止状态最
爱情和婚姻的区别好，速度过快会导致银耳不能按正常的重心方向偏移翻转成耳片面朝上方向。
如图6所示，如果中层输送线和上层输送线传送速度相同，当上方银耳出翻转装置A 后落下时，
下方银耳有时还未完全传出中层输送线进料端落下区域，上方耳片面水平朝向的银耳会落压在下方耳片面朝下的银耳上，而不是落在不锈钢链板上，严重影响翻转效果。因此中层输送线传送速度应大于上层输送线。
3）下层输送线
下层输送线传送速度不宜过快，出料过快将影响下一步的银耳排布装匾工序。只需和中层输送线传送速度相同，不会出现堵塞翻转装置B 出口即可。回乡
通过以上描述可知，各层输送线传送速度对翻转朝向一致率有着明显影响，因此应通过合理的试验以确定：a）翻转机构最高翻转朝向一致率；b）各层输送线的最佳传送速度。
2.1试验方案
上层输送线、中层输送线、下层输送线传送速度分别为V1、V2和V3。通过以上分析V2=V3＞V1＞36 mm/s。如图3所示，链轮A的转速为n1，链轮B的转
速为n2，链轮C的转速为n3。链轮A、链轮B、链轮C 的节距和齿数都相同。
V3/V2=n3/n2
V2/V1=n2/n1
先设定链轮E的齿数为Z5=18。链轮D的齿数为Z4，链轮F的齿数为Z6。链轮D的转速为n4、链轮E的转速为n5、链轮F的转速为n6。
n1=n4，n2=n5，n3=n6
Z6/Z5=n5/n6=n1/n2=V2/V1
Z4/Z5=n5/n4=n2/n1=V2/V1
链轮F的齿数为Z6为：
Z6=V2/V1×Z2=1×18=18
链轮D的齿数为Z4为：
Z4=V2/V1×Z5＞18
如上所述，为了进一步确定各层输送线传送速度和链轮D的齿数Z4的最佳数值，还需要进行具体试验。
试验过程为，将翻转机构置于清洗机出料滑板下端，将新鲜银耳以正常生产时相同的密度倒入清洗机的水池中。清洗机按正常生产流程将银耳浸泡清洗后出料，出料速度为12mm/s。银耳从清洗机出料滑板滑入翻转机构，经三层输送线翻转成耳片面朝下一致方向后出料。
如表1所示，本试验采用正交试验法。两个因素分别为上层输送线传送速度V1，链轮D的齿数Z4，每个因素取三个水平数值，且Z4＞18。如表2所示，按正交表L9（34）调整A、B两个因素的水平数值，C、D因素为空列。按试验号共进行9组试验。每组试验都采用同一生产批次的银耳，数量为500朵。
另外再取2个生产批次的银耳，重复上面的试验过程各进行9组试验。
表1翻转机构因素水平表
水平
1
2
3
因素A
V1/（mm/s）
40
60
80
因素B
毛毯英文Z4
21
24
27
表2翻转机构正交试验方案
试验号
1
2
3小人的意思
4
5
6
7
8
9
因素
A
1
1
1
2
2
2帅气男生壁纸
3
3
3
B
1
2
3
1
2
3
1
2
3
C（空列）
1
2
3
2
3
1
3
1
2
D（空列）
1
2
3
3
1
2
2
3
1 2.2试验结果数据表
分别统计3个生产批次的银耳每组试验中出料时耳片面朝下银耳的数量，计算每组耳片面朝下的朝向一致率和朝向一致率平均值。试验结果如表3所示。
表3装置C正交试验结果数据表
试验号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
试验结果
生产批次1
朝向一致率
/%
88.6
90.4
91.8
93.2
95.4
93
84.8
88.2
85.6
生产批次2
朝向一致率
/%
89.6
91.2
92.6
92.4
96.8
91.8
86.4
90
85.4
生产批次3
朝向一致率
/%
89.6
91.2
92.6
92.4
96.8
91.8
86.4
90
二见一树
85.4
朝向一致率
平均值/%
89.1
90.8
92.2
92.8
96.1
92.4
85.6
89.1
85.5
2.3试验结果分析
1）银耳朝向一致率
根据表3的数据，试验号5的朝向一致率平均值最高为96.1%，达到设计要求。
2）各层输送线最佳传送速度
根据试验号5的数据，上层输送线的传送速度V1=60mm/s、链轮D的齿数Z4=24。此时中层输送线的传送速度V2为：
V2/V1=n2/n1=n5/n4=Z4/Z5
V2=V1×Z4/Z5=60×24/18=80mm/s
此时下层输送线的传送速度V3为：
V3=V2=80mm/s
3）叶片损伤率
通过试验过程观察，由于翻转装置A和翻转装置B都采用了内侧光滑弧面的导向槽在传送中实现银耳翻面，在输送过程中叶片基本无损伤，叶片损伤率＜1%，达到了设计要求。
3生产率
根据2.1中的分析可知，当翻转机构各层输送线传送速度＞36mm/s，即可满足实际生产要求。而上层输送线取最佳传送速度为60mm/s、中层和下层输送线取最佳传送速度为80mm/s时，远超过最低速度要求。因此翻转机构实际生产率将由前端清洗机的生产率决定。实际生产中清洗机的出料速度为12mm/s，银耳排满出料链板并在高度方向堆叠3层，出料滑板宽度为1200mm，以每朵银耳的平均直径为150mm计算，此时小时生产率Q为：Q=3600×12×3×（1200÷150）÷150=6912朵/h 设计指标小时生产率Q e为5000朵/h，Q＞Q e，翻转机构的生产率能达到设计要求。
4结语
通过银耳自动翻转机构样机的设计、试制和各层输送线的速度调试试验，证明了在银耳类型、大小、形状不一致的情况下，不采用复杂的智能设备，在银耳清洗后使用简易的机械结构即能在翻转朝向一致率和生产率上满足实际生产要求。本机构制造成本低、工作稳定性好、不易损伤银耳叶片，为银耳自动翻转排布装匾生产线整机的研发和试制打下了良好的基础。
参考文献：
[1]刘方明，陈红勇.银耳三种自动翻面装置的对比试验与分析[J].木工机床，2019（4）：29-34.
[2]李杨.皮蛋包泥糠机的设计与试制[D].武汉：华中农业大学，2013.
[3]施培阔，方叶祥，黄秀玲.玩具厂装配流水线的瓶颈分析与平衡改善[J].工业工程，2009（6）：127-130.
（收稿日期：2020.09.25）
