一種三重刺網(wǎng)合成設(shè)備的設(shè)計與應(yīng)用

朱金達 高思齊 ?；⒗?崔洪斌 劉慶磊

（河北科技大學(xué)，河北石家莊，050018）

近30年來，黃海渤海地區(qū)的皮皮蝦和梭子蟹等經(jīng)濟甲殼類動物因其具有較好的商業(yè)品質(zhì)和較高的市場價格，被漁民們爭相捕撈。三重刺網(wǎng)對甲殼類動物具有較強的捕撈能力，且捕撈作業(yè)成本低，捕撈技術(shù)要求簡單，對漁船裝備的要求也比較低，因此被中小漁船廣泛采用。由于頻繁地捕撈作業(yè)和甲殼類動物易使?jié)O網(wǎng)纏繞，漁網(wǎng)的完整性容易被破壞，導(dǎo)致漁民對漁網(wǎng)的需求量劇增[1?4]。

目前三重刺網(wǎng)的合網(wǎng)制作仍然是依靠手工操作來完成，人工合網(wǎng)效率低、勞動強度大并且生產(chǎn)成本高。為了提高三重刺網(wǎng)生產(chǎn)效率，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，本研究設(shè)計了一種三重刺網(wǎng)合成設(shè)備，代替人工完成合網(wǎng)操作，從而提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，滿足生產(chǎn)需求。

1 三重刺網(wǎng)合成設(shè)備的總體方案設(shè)計

1.1 三重刺網(wǎng)合網(wǎng)工藝

經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，漁民使用的三重刺網(wǎng)主要是由單層漁網(wǎng)合成，漁網(wǎng)參數(shù)示意圖如圖1所示，漁網(wǎng)原料參數(shù)如下。

圖1 漁網(wǎng)參數(shù)示意圖

網(wǎng)衣類別材質(zhì)顏色網(wǎng)衣尺寸L1/mm網(wǎng)衣拉伸范圍L2/mm網(wǎng)衣總體高度L3/m合成漁網(wǎng)長度L/m大網(wǎng)目復(fù)絲錦綸黑色2500～5003.030小網(wǎng)目單絲錦綸白色250～504.630

三重刺網(wǎng)的合網(wǎng)工藝要求如圖2所示。其中，桿1、桿2、桿3為儲料桿，桿4為匯總桿。首先將兩條大網(wǎng)目網(wǎng)衣的上綱網(wǎng)眼分別穿在桿1和桿3上，將小網(wǎng)目網(wǎng)衣的上綱網(wǎng)眼穿在桿2上。按照合網(wǎng)要求比例1∶18進行合網(wǎng)任務(wù)（即1個大網(wǎng)目網(wǎng)衣網(wǎng)眼對應(yīng)18個小網(wǎng)目網(wǎng)衣網(wǎng)眼），分別取桿1和桿3上的一個大網(wǎng)目網(wǎng)衣網(wǎng)眼掛在桿4上，然后取18個桿2上的小網(wǎng)目網(wǎng)衣網(wǎng)眼掛在桿4上，循環(huán)執(zhí)行此動作直至大、小網(wǎng)目網(wǎng)衣均從桿1、桿2、桿3上掛在桿4上，完成三重刺網(wǎng)合網(wǎng)工作。

圖2 三重刺網(wǎng)合網(wǎng)方式示意圖

1.2 三重刺網(wǎng)合成設(shè)備方案設(shè)計

三重刺網(wǎng)合成設(shè)備采用雙工位對稱布局與首尾同時加工的方式進行三重刺網(wǎng)的合成，總體布局如圖3所示。主要合網(wǎng)流程為人工將漁網(wǎng)掛在儲料桿上，再經(jīng)過漁網(wǎng)合成輸送鉤將三條單網(wǎng)分別定量運送到匯總桿上，最終將已經(jīng)合成的漁網(wǎng)取下，并把等待加工的漁網(wǎng)掛好整理好，完成一次工作循環(huán)。

圖3 總體布局

雙工位與首尾同時加工的方案采用雙工位人員輔助工作與機器合成工作分離執(zhí)行的方式，優(yōu)點在于雙工位設(shè)計避免人機工作互相干擾，且充分利用了勞動者的時間，對稱布局同時進行漁網(wǎng)上下綱合成，提高合網(wǎng)效率，且使合成任務(wù)銜接緊密。

雙工位加工布局如圖4所示。機器在工位2進行合網(wǎng)工作時，工人將工位1上已經(jīng)合成的漁網(wǎng)取下，并把等待加工的漁網(wǎng)掛好整理好，當(dāng)機器將工位2上的漁網(wǎng)合好后自動換位，再去已經(jīng)做好準(zhǔn)備工作的工位1，以此類推反復(fù)進行三重刺網(wǎng)的合成工作。

圖4 雙工位加工布局

三重刺網(wǎng)擁有上下綱，需要將漁網(wǎng)的上下兩部分都進行合網(wǎng)任務(wù)，由于漁網(wǎng)在合成過程中中間部分不需要其他的操作，所以采用對稱布置，如圖5所示。

圖5 首尾同時加工布局

將兩個相同的漁網(wǎng)合成裝置相隔1 m對稱放置，如A區(qū)域和B區(qū)域，既能保證漁網(wǎng)處于松弛狀態(tài)，也能預(yù)留出足夠的工人操作空間，同時也減小機器所占空間，提高機器合網(wǎng)效率。

1.3 合網(wǎng)運動工作原理

合網(wǎng)運動工作原理如圖6所示。人工將漁網(wǎng)掛在儲料桿上并將漁網(wǎng)一端掛在儲料桿右側(cè)的凸起上，漁網(wǎng)合成輸送鉤沿著軌跡a→b→c→d→e→f→g→h運動，在此過程中，完成漁網(wǎng)狀態(tài)從最初在儲料桿上均勻散布到最后定量運送到合網(wǎng)桿上。a過程讓輸送鉤進入凹槽，然后b過程直線運動將散布漁網(wǎng)推至凸起處讓漁網(wǎng)進入輸送鉤凹槽，c過程將漁網(wǎng)抬起，d過程跨越凸起和匯總桿，在此過程開始時輸送鉤張開，讓漁網(wǎng)網(wǎng)眼可以套在匯總桿上，e過程和f過程輸送鉤下降并后移，依靠匯總桿上的凹槽和輸送鉤的閉合使?jié)O網(wǎng)退出輸送鉤，g和h過程為復(fù)位過程，返回下一次動作起始點，這一系列動作的執(zhí)行可以完成漁網(wǎng)在3個儲料桿與匯總桿之間的交接。

圖6 漁網(wǎng)合成原理圖

2 試驗數(shù)據(jù)分析及工藝參數(shù)確定

2.1 儲料桿工藝參數(shù)確定

由于漁網(wǎng)屬于柔性材料，易纏繞，在進行合網(wǎng)工作之前首先需要把漁網(wǎng)均勻散布在儲料桿上，以便進行漁網(wǎng)網(wǎng)目數(shù)目的確定進而保證合網(wǎng)質(zhì)量，機器通過傳感器實現(xiàn)漁網(wǎng)散布的功能比較麻煩，因此本設(shè)計選擇從儲料桿的整體狀態(tài)、截面形狀、表面光潔度、弧度著手解決問題，盡量讓漁網(wǎng)在儲料桿上通過機械結(jié)構(gòu)完成均勻散布。

通過對漁網(wǎng)儲料桿的整體形狀對比，發(fā)現(xiàn)在水平、豎直以及弧度桿這3種整體形狀中，弧度桿最符合設(shè)計要求，設(shè)計的弧度桿如圖7所示。

圖7 弧度儲料桿上的漁網(wǎng)狀態(tài)

利用弧度桿的豎直桿段（1號區(qū)域）進行漁網(wǎng)散布，漁網(wǎng)滑過弧度桿段（2號區(qū)域）賦予其一定的張緊力，使?jié)O網(wǎng)在水平桿段（3號區(qū)域）時散布更加均勻且網(wǎng)目張開大小均勻，有利于漁網(wǎng)網(wǎng)目的確定，并且增加了輸送鉤的下鉤空間，有利于三重刺網(wǎng)合網(wǎng)工作的順利進行。并且弧度桿進行漁網(wǎng)散布，機構(gòu)整體高度降低，可操作空間增加，有利于機械設(shè)備的調(diào)整及工人上下網(wǎng)等輔助工作的開展。

試驗發(fā)現(xiàn)影響漁網(wǎng)儲料桿均勻散網(wǎng)功能的因素還有桿的截面形狀、截面尺寸、弧度半徑、材料表面光潔度等。因此通過使用不同的材料、不同折彎半徑進行測試獲得試驗數(shù)據(jù)，見表1。

表1 不同漁網(wǎng)儲料桿材料、截面形狀等試驗效果對比

通過數(shù)據(jù)和試驗效果綜合分析，兩種儲料桿都應(yīng)使用材料為8鎳18鉻的圓形截面不銹鋼管，小網(wǎng)目漁網(wǎng)使用的不銹鋼鋼管直徑為9.5 mm，弧度彎曲半徑為350 mm；大網(wǎng)目漁網(wǎng)使用的不銹鋼鋼管，直徑為19 mm，弧度彎曲半徑為400 mm。

2.2 匯總桿工藝參數(shù)確定

匯總桿用于漁網(wǎng)合成的主要桿之一，主要是接收來自漁網(wǎng)輸送鉤送來的漁網(wǎng)，3份漁網(wǎng)交錯匯聚在匯總桿上，實現(xiàn)三重刺網(wǎng)合網(wǎng)要求。

為方便實現(xiàn)輸送鉤上的漁網(wǎng)退下且漁網(wǎng)掛在匯總桿上，設(shè)計如圖8所示的結(jié)構(gòu)，使用直徑為10 mm的8鎳18鉻圓形不銹鋼鋼管，開出寬6 mm的凹槽。在使用時，當(dāng)漁網(wǎng)完全套在匯總桿時，輸送鉤閉合從凹槽內(nèi)后退，讓凹槽兩側(cè)凸起擋住漁網(wǎng)后退，使?jié)O網(wǎng)與輸送鉤分離，此時漁網(wǎng)依靠重力下落，不影響下次漁網(wǎng)的交接。

圖8 匯總桿結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 輸送鉤工藝參數(shù)確定

輸送鉤是三重刺網(wǎng)自動合成設(shè)備的關(guān)鍵部件，是直接與漁網(wǎng)接觸的執(zhí)行部件，直接決定漁網(wǎng)合網(wǎng)質(zhì)量。經(jīng)過手工模擬設(shè)備動作試驗，發(fā)現(xiàn)輸送鉤需要保證漁網(wǎng)在桿上滑動時不相對于輸送鉤旋轉(zhuǎn)（即避免出現(xiàn)菱形漁網(wǎng)網(wǎng)目拉直對角，使下一漁網(wǎng)網(wǎng)目脫離合網(wǎng)點），經(jīng)過試驗最終選擇如圖9所示的輸送鉤狀態(tài)。

圖9 三維軟件構(gòu)建輸送鉤

試驗時使用電火花線沿路徑切割1 mm厚的彈簧鋼板，將切好的輸送鉤黏連在鑷子上，模擬機械末端開合運動，如圖10所示，漁網(wǎng)在掛往匯總桿時利用開合運動使?jié)O網(wǎng)張開，便于將漁網(wǎng)掛在匯總桿上。

圖10 試驗使用輸送鉤

3 三重刺網(wǎng)合成設(shè)備實物樣機試驗

機械設(shè)備的運動實現(xiàn)如圖11所示。主合網(wǎng)機構(gòu)含有6個運動，包含5個直線運動和1個回轉(zhuǎn)運動。1號直線運動和3號回轉(zhuǎn)運動實現(xiàn)對工位1與工位2之間的加工轉(zhuǎn)換；2號直線運動主要實現(xiàn)輸送鉤與待合成漁網(wǎng)儲料桿的對位；4號直線運動與5號直線運動實現(xiàn)輸送鉤圖6的a→b→c→d→e→f→g→h的運動；6號直線運動實現(xiàn)漁網(wǎng)輸送鉤的開合動作。

圖11 三重刺網(wǎng)合成機構(gòu)實物樣機

三重刺網(wǎng)的人工合網(wǎng)效率為80 m/h，使用三重刺網(wǎng)實物樣機進行漁網(wǎng)合成試驗，經(jīng)過大量試驗得出該設(shè)備的平均合網(wǎng)效率為110 m/h，并且一個熟練工人可以同時操作4臺合網(wǎng)設(shè)備，所以使用合網(wǎng)設(shè)備后合網(wǎng)效率可以提高將近5倍，大大提高了合網(wǎng)速度，降低了合網(wǎng)成本。

4 結(jié)論

三重刺網(wǎng)合成設(shè)備是針對漁業(yè)普遍使用的三重刺網(wǎng)進行單層漁網(wǎng)合成加工為三重刺網(wǎng)的設(shè)備，滿足人工合成向機械合成發(fā)展的要求，解決了目前人工合網(wǎng)效率低、勞動力缺乏、三重刺網(wǎng)供不應(yīng)求的情況，解放了勞動力，提高了生產(chǎn)效率，同時提高了生產(chǎn)質(zhì)量；且該設(shè)備適應(yīng)性強，可以自動識別故障及調(diào)整合網(wǎng)比例，可以完成多種型號的三重刺網(wǎng)合網(wǎng)任務(wù)，為社會的漁業(yè)發(fā)展提供了便利。