水果检测装置夹持臂的有限元分析

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1、2015年2月农机化研究第2期水果检测装置夹持臂的有限元分析王宝，杨杰，王运祥，马本学，高国刚，王静(石河子大学机械电气工程学院，新疆石河子832003)摘要:夹持翻转机构是大型水果无损检测装置的关键部件，主要功能是夹持哈密瓜后翻转，对其瓜体全表面进行图像采集，为无损检测分析提供数据。图像采集对机构的稳定性要求较高，其强度和稳定性直接影响检测效果。为此，运用Pro/E建立了检测装置的三维模型，并用有限元分析软件ANSYS对夹持翻转机构进行了不同工况下的静态分析及模态分析，得到夹持臂在工作时的应力应变云图及模态频率。分析表明，影响夹持机构振动特性

2、的模态频率主要集中在8Hz左右，为其机构设计与优化提供了理论依据。关键词:检测装置;夹持机构;有限元;静态分析;模态分析;水果中图分类号:S126;TH122文献标识码:A文章编号:1003－188X(2015)02－0062－04DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2015.02.015因此，为保证夹持翻转机构在检测过程中具有足0引言够的强度，用有限元分析软件对机构进行了静力学分基于图像与光谱信息融合技术的自动化检测分析，得到机构在工作时的变形和应力大小。为保证夹级装置具有快速采集、连续存储信息、智能化分析等持翻转机构在检测过程

3、中具有良好的动态特性，对夹特点，并且能排除外部因素带来的干扰，实现了定量持臂进行了模态分析，通过求解得出机构的固有频［4］描述水果各分级指标及快速无损检测，其分级精度较率，避免共振现象的出现，保证图像采集的平稳性。［1］高。随着市场需求的不断提高，对瓜果检测装置的1检测装置CAD建模稳定性提出了更高的要求。夹持翻转机构是检测装置的主要受力部件，力源于瓜果、输送带和启停等带现代设计方法中，对于复杂的实体建模一般借助［8］来的冲击载荷。因此，在所需转速的要求下，影响夹CAD软件实现。本案例采用Pro/E软件进行实体持翻转机构稳定性的主要因素是材料的

4、选取和装配建模，通过Pro/E的转换文件将其分析模型导入AN-体的参数设计，稳定性差就会出现失真或采集效果差SYS软件中，进行有限元分析。该检测装置机构简等现象。在振动诊断中，各种振动量的测量及分析部单，主要由机架、传送装置和夹持翻转机构组成，其三分以现场产生振动的机器为准。检测装置在工作过维模型如图1所示。程中，作用在其上的机械激振力也直接影响了装置的工作性能。［2－3］机械激振力来源有以下几点:①装置自身因素引起的激励;②夹持器夹持瓜果瞬间产生的激励;③电机在工作过程中产生的啮合激励;④在工作过程中夹持机构往复运动引起的激振力。引起共振主要

5、是由于夹持翻转机构的某一阶固有频率与激振力的激振频率接近，从而导致检测装置在作业时产生较大［5］的共振和位移，使分析结果准确性受到影响。收稿日期:2014－03－25基金项目:国家自然科学基金项目(61263041)作者简介:王宝(1986－)，男，山东禹城人，硕士研究生，(E－mail)wangbao86866@163．com。1．翻转主轴2．传送带3．夹持器4．夹持臂5．待测瓜果6．机架通讯作者:马本学(1970－)，男，山东章丘人，教授，博士生导师，图1检测装置三维模型(E－mail)mbx_shz@163．com。Fig．13Dmode

6、lofthedetectiondevice·62·2015年2月农机化研究第2期力部件，所以n值取为2，则［σ］=79MPa。2夹持翻转机构工况分析3)软件分析:Pro/E与ANSYS协同分析流程，如在对瓜果进行采集图像的过程中，夹持臂所受载图3所示。荷变化主要出现在两个位置:①刚刚对瓜果夹持翻转4)分析结果。网格划分的前处理中在Element的水平位置;②瓜果运动到与水平呈90°角的位置，即Type选不用定义实常数10node187单元。关键点建采集图像位置，如图2所示。立在夹持臂与夹持器铰接部位。定义单元长度为0．02m，划分采用自由网格，

7、从而得到2849个单元、5687个节点，如图4所示。图2工况位置示意图Fig．2LocationsofWorkingConditions待检测产品在上述两个位置的受力大小不一样，影响了材料的选取，并对夹持翻转机构产生了载荷冲击力。为使摄像机提取到准确的图像数据，应分别对两种受力状态夹持臂进行静态分析，得到最优设计。3夹持臂的静态分析3．1夹持臂的受力分析夹持臂是检测装置的主要受力部件，其载荷主要图3Pro/E与ANSYS联合分析流程来自于待测瓜果。结合两种工况冲击载荷的作用，分Fig．3Pro/EandANSYSCollaborativeAna

8、lysisProcess析如下:水平位置时，夹持臂受力为垂直于夹持臂向下20N;90°角位置时，夹持臂受力为沿臂的方向向下20N。夹持臂的力臂长为0．