吴广河，邓书花
(青岛港湾职业技术学院，山东 青岛 266404)
摘 要：基于需拣选的蛤蜊的特点，设计了自动拣选蛤蜊的设备，利用密度法和离心法自动将空壳蛤蜊、鲜活蛤蜊和死后进入泥沙的蛤蜊分成3层。经过仿真分析，设备结构强度和刚度满足使用要求。通过实际应用证明，该设备代替人工拣选蛤蜊能显著提高生产效率，减轻劳动强度。
关键词：蛤蜊；拣选；仿真分析
蛤蜊是一种营养丰富的美味佳肴，我国年产万吨以上。蛤蜊要经过分级、拣选和清洗等工序才能上市。蛤蜊拣选处理时间不能超过3 h，不然蛤蜊就会死掉。目前，蛤蜊市场没有专用拣选设备，大部分蛤蜊用分级筛可以将蛤蜊按几何尺寸大小分成若干级别，但空壳蛤蜊和死后进入泥沙的蛤蜊却没有办法用机械分拣出来，只能由人工靠经验分拣。一般处理工序为：首先将蛤蜊放入分级筛，通常按几何尺寸分为4个等级；然后人工挑选空壳蛤蜊、死蛤蜊，接着用清水冲洗；最后装袋冷藏进入批发市场。小型蛤蜊加工厂雇佣8～10个人采用上述工序，每日可拣选处理蛤蜊约1 t，劳动强度较大，生产效率较低。本文将介绍一种蛤蜊拣选专用设备的设计。
需要拣选出的蛤蜊有2种情况：一是空壳，外表如同好蛤蜊，但没有蛤蜊肉，与好蛤蜊相比，其密度小；二是死后壳内进入泥沙的蛤蜊，与好蛤蜊相比，其密度大。
本文设计的蛤蜊拣选专用设备是利用密度法和离心法来拣选蛤蜊。蛤蜊分拣过程是首先搅拌装置使圆桶中的混合液(加入适量细泥沙的水)具备一定的初速度；然后将搅拌装置通过升降装置移至圆桶外，加入待分拣的蛤蜊，再将搅拌装置放入圆桶内，使蛤蜊混合液再次加速；当蛤蜊在离心力作用下分层聚集时，将搅拌装置移至桶外停止旋转。此时，在最上面的是空壳的蛤蜊，最下层的是密度最大(死后进入泥沙)的蛤蜊，中间层是鲜活的好蛤蜊。
本设备主要结构包括传动装置、搅拌装置、升降装置和圆桶[1](见图1)。
图1 蛤蜊拣选机总体结构
2.1 传动装置
传动装置的功能是将电动机的动力和转速传递到搅拌轴，并且可以根据拣选蛤蜊的质量来选择搅拌装置的转速，以使蛤蜊在最佳离心力作用下实现分层聚集。离心力大小计算公式为：
F=mω2r
式中，F是离心力大小；m是蛤蜊的质量；ω是圆桶中混合液的转速；r是蛤蜊在圆桶中的旋转半径。
传动装置包括电动机、驱动轮、无级变速机构、传动轮和搅拌轴，其具体结构如图2所示。电动机驱动轴上安装有驱动轮，驱动轮通过传动带带动无级变速机构中的变速轮转动，由变速轮带动传动轮和搅拌轴一起旋转。
图2 传动装置
无级变速机构的具体结构如图3所示，包括变速轮、中间活动轮、支架和变速手柄。其基本工作原理是通过变速手柄转动使变速轮支架绕其轴心摆动，以此改变变速轮与驱动轮距离L1和变速轮与传动轮距离L2的大小。当变速轮支架逆时针摆动时，L1变大、L2变小，一级传动带张紧力增大，二级传动带张紧力减小，此时，中间活动轮将向二级传动带一侧移动，使得无级变速机构之间的传动比减小，搅拌轴转速上升；反之，搅拌轴转速下降。最大传动比计算公式为：
最大传动比
同理，可计算出最小传动比。本设备最大传动比为10.35，最小传动比为5.39。
图3 无级变速机构
2.2 搅拌装置
搅拌装置的功能是使圆桶中的混合液具有合适的初速度，在加入蛤蜊再次工作后，使蛤蜊在混合液中具有适当的旋转速度以产生离心力，使不同密度的蛤蜊实现分层聚集。其结构的设计对运行阻力、混合液的旋转速度、设备的工作寿命有决定性的影响[2]。
搅拌装置的具体结构如图4所示，包括螺旋叶片和叶片支架，螺旋叶片焊接到叶片支架上，然后固定到搅拌轴上[3]。
图4 搅拌装置
2.3 升降装置
升降装置的功能是在搅拌装置使混合液具有一定的初速度后，将搅拌装置升起到圆桶上面，然后转到圆桶外面，以方便加入待拣选的蛤蜊。加入蛤蜊后再将搅拌装置放入圆桶中，使蛤蜊混合液进一步加速。
升降装置的结构如图5所示，包括离合手柄、活动离合套、升降螺杆和升降螺母。其工作原理如下：当离合手柄向上，使活动离合套与驱动轮上的轮齿啮合时，升降螺杆即开始绕升降螺母旋转，并带动传动装置及搅拌装置一起上升；当搅拌装置升至超过圆桶上沿时，分离手柄下移，使升降螺杆停止转动，此时即可将搅拌装置旋转至圆桶外面，加入待分拣的蛤蜊后，再通过升降装置将搅拌装置放入圆桶中。
图5 升降装置
本设备中，螺旋搅拌装置受力最复杂，工作条件最恶劣，所以对此装置进行应力、应变及安全系数仿真分析。以驱动功率2.2 kW、转速150 r/min、混合液密度1.6 g/m3为载荷条件，对叶片支架上下端面进行约束建立仿真条件[4]。通过ANSYS软件进行有限元分析，其变形云图[5]、应力云图和安全系数分布云图分别如图6～图8所示。
图6 变形云图
图7 应力云图
图8 安全系数分布云图
由图6可知，旋转中心的变形量较小，叶片边缘变形最大，最大值为14.3 mm，满足刚度要求[6]。由图7和图8可知，叶片根部所受应力最大，应力集中处局部极限值为136 MPa，绝大部分应力值<50 mpa。叶片材料为不锈钢，其屈服极限为205="" mpa。所以此处安全系数="">4，结构强度满足要求[7]。
本设备通过仿真分析满足结构强度和刚度要求。本设备已获国家发明专利授权，专利号：ZL201510056798.6[8]，并已经投入实际生产应用。应用结果表明，本设备可以实现蛤蜊的有效拣选，1台设备由2个人操作，每天即可处理蛤蜊1 t以上，劳动生产率有了较大提高，劳动强度也有了明显下降。
参考文献：
[1] Sclater N, Chironis N P. 机械设计实用机构与装置图册[M]. 邹平，译.北京：机械工业出版社，2007.
[2] 成大先.机械设计手册[M].5版.北京：化学工业出版社，2008.
[3] 周重凯，黄亚宇，李俏，等.基于EDEM和ANSYS Workbench加料机混料过程的研究[J].新技术新工艺，2015(7):74-76.
[4] 周力，杨建辉，侯友良.基于ANSYS的搅拌臂和搅拌叶片的仿真分析[J].软件，2012,33(10):91-92.
[5] 郑彬，唐克伦，牟宗魁. 基于SolidWorks搅拌器叶片建模与ANSYS数据交换的研究[J].煤矿机械，2010,31(5):220-222.
[6] 林亮亮，杨宏晓，董玉刚. 基于EDEM的双排叶片对搅拌质量影响的研究[J].建筑机械，2016(5):48-51.
[7] 张志民，樊习刚，周志刚，等.基于ANSYS的摆线齿锥齿轮有限元模态分析与研究[J].新技术新工艺，2015(1):100-102.
[8] 吴广河. 一种蛤蜊分拣专用设备：中国，201510056798.6 [P].2016-09-14.
* 山东省高等学校科技计划项目(J15LB74)
责任编辑 郑练
An Equipment Design for Clam Sorting
WU Guanghe, DENG Shuhua
(Qingdao Harbour Vocational and Technical College, Qingdao 266404, China)
Abstract：The automatic sorting equipment for selecting clams is designed, based on the characteristics of clams. The shell clams, fresh clams and dead clams are divided automatically into three layers with the density and the centrifugation method. The simulation analysis proves that the strength and rigidity of the equipment meet the requirements. The practical application shows that the equipment could greatly improve productivity and reduce labor intensity.
Key words：clams, select, simulation analysis
中图分类号：TH 122
文献标志码：A
作者简介：吴广河(1973-)，男，硕士，副教授，主要从事机械工程等方面的研究。
收稿日期：2016-10-27
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