本發(fā)明涉及食品包裝，具體涉及一種基于edem的數(shù)顆式包裝模型設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

1、包裝機(jī)械增速較快，在機(jī)械工業(yè)里占據(jù)很重要的部分，往往是生產(chǎn)線的最后一道線。自動(dòng)化包裝能夠自動(dòng)提供袋子和包裝物，完成物料的吸附、輸送、夾持、稱量、封口等工序。傳統(tǒng)包裝機(jī)主要建立在固定容積或者稱重的基礎(chǔ)上，固定容積往往是液體或者是小的顆粒物，如米粒、綠豆等，而稱重是把物料堆進(jìn)行分料，然后通過(guò)數(shù)學(xué)處理得到一定重量的包裝。隨著人們健康意識(shí)提升，對(duì)堅(jiān)果需求增加，出現(xiàn)了每日?qǐng)?jiān)果等產(chǎn)品。人們?cè)絹?lái)越重視每天的營(yíng)養(yǎng)吸收量，固定顆數(shù)的包裝形式能夠滿足人們對(duì)每天營(yíng)養(yǎng)攝入的控制。

2、現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足：

3、1.堅(jiān)果下料過(guò)多時(shí)，理料過(guò)程中由于下料轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速不夠、圓周下料口密集度和毛刷及擋板位置等不合理會(huì)引起多顆下料。

4、2.下料不及時(shí)，主要由于堅(jiān)果堆積引起的堵塞或轉(zhuǎn)速較快引起的堅(jiān)果未來(lái)得及進(jìn)入下料轉(zhuǎn)盤空倉(cāng)中，造成的堅(jiān)果下料的遺漏。如圖1所示。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是避免傳統(tǒng)人工數(shù)顆形式，在真空?qǐng)?jiān)果包裝機(jī)基礎(chǔ)上建立更合適的數(shù)顆理料線。

2、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：一種基于edem的數(shù)顆式包裝模型設(shè)計(jì)方法，包括離心理料機(jī)構(gòu)、傳送帶、出料口，離心理料機(jī)構(gòu)中部設(shè)置圓錐轉(zhuǎn)盤，圓錐轉(zhuǎn)盤底面環(huán)繞有下料轉(zhuǎn)盤，毛刷設(shè)置在下料口的上方，擋板設(shè)置在下料轉(zhuǎn)盤上，下料轉(zhuǎn)盤開設(shè)有若干個(gè)凹槽，該方法基于edem離散元仿真軟件，建立毛刷位置模型、圓錐轉(zhuǎn)盤錐度模型、圓錐轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速模型和擋板角度模型。

3、優(yōu)選的，在edem設(shè)置數(shù)顆理料線優(yōu)化度量標(biāo)準(zhǔn)和仿真軟件設(shè)置，數(shù)顆理料線優(yōu)化度量標(biāo)準(zhǔn)包括復(fù)落時(shí)間間隔t1、漏落時(shí)間間隔為tinteral和快速性k，復(fù)落時(shí)間間隔t1，t1滿足不等式：

4、

5、其中：n為下料轉(zhuǎn)盤的凹槽的個(gè)數(shù)；ω為下料轉(zhuǎn)盤角速度，單位為rad/s；

6、當(dāng)前后顆粒漏落料時(shí)二者之間的漏落時(shí)間間隔為tinteral，漏落時(shí)間間隔滿足不等式：

7、快速性n1為t單位時(shí)間內(nèi)正確數(shù)顆組數(shù)，t為正確數(shù)顆n1組數(shù)所用的時(shí)間。

8、優(yōu)選的，仿真軟件設(shè)置包括堅(jiān)果顆粒屬性設(shè)置、設(shè)備屬性設(shè)置、傳送帶屬性設(shè)置、顆粒工廠的設(shè)置和固相物理模型的選擇；堅(jiān)果顆粒屬性設(shè)置為在edem中新建材料“particle”，設(shè)置堅(jiān)果物理參數(shù)；設(shè)備屬性設(shè)置中設(shè)置鋼材密度為7930kg/m3,泊松比為0.3，剪切模量為7.423×1010pa；根據(jù)表中設(shè)置設(shè)備intersections，即堅(jiān)果與設(shè)備之間的力學(xué)關(guān)系，包括顆粒與鋼板間的碰撞恢復(fù)系數(shù)、靜摩擦系數(shù)與滾動(dòng)摩擦系數(shù)。傳送帶屬性設(shè)置包括數(shù)顆理料線的傳送帶使用綠皮橡膠材料，設(shè)置鋼材密度為1kg/m3,泊松比為0.47，剪切模量為2.667×106pa，根據(jù)表中設(shè)置設(shè)備的intersections，即堅(jiān)果與設(shè)備之間的力學(xué)關(guān)系，包括顆粒與皮帶間的碰撞恢復(fù)系數(shù)、靜摩擦系數(shù)與滾動(dòng)摩擦系數(shù)；顆粒工廠的設(shè)置需設(shè)置在幾何模型內(nèi)以避免仿真速度被減緩的情況，在edem中的離心理料機(jī)構(gòu)內(nèi)部，圓錐轉(zhuǎn)盤上部設(shè)置顆粒生成工廠，顆粒工廠生成面的尺寸設(shè)置為：300mm×300mm；固相物理模型的選擇在edem仿真設(shè)置中選擇hertz-mindlin(no-slip)模型作為顆粒間的接觸模型、采用標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)摩擦模型(standard?roll?ing?friction)對(duì)模擬中顆粒的碰撞進(jìn)行計(jì)算。

9、優(yōu)選的，圓錐轉(zhuǎn)盤錐度模型基于淺倉(cāng)模型，堅(jiān)果顆粒在圓錐轉(zhuǎn)盤與外壁之間符合淺倉(cāng)模型：

10、fn2-fl-fr＝0

11、

12、其中：fn2為圓錐轉(zhuǎn)盤外環(huán)對(duì)堅(jiān)果顆粒支持力；fl為上層堅(jiān)果顆粒對(duì)下層堅(jiān)果沿y方向的壓力；fr為堅(jiān)果顆粒離心力；fv為上層堅(jiān)果顆粒對(duì)下方堅(jiān)果顆粒的沿重力方向的垂直壓力，k為fl與fv的比值；為內(nèi)摩擦角；γ為重度，單位為kn/m3；zh為堅(jiān)果所在位置的深度；m是單個(gè)堅(jiān)果質(zhì)量；r為圓錐底面半徑，結(jié)合離心力和上式得：

13、

14、優(yōu)選的，圓錐轉(zhuǎn)盤錐度模型中圓錐轉(zhuǎn)盤母線與地面夾角分別設(shè)置為20°，25°，35°，40°；圓錐轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速模型建模時(shí)將轉(zhuǎn)速分別設(shè)置為0.25rad/s、0.3rad/s、0.35rad/s、0.4rad/s、0.45rad/s和0.5rad/s；擋板角度模型建模時(shí)選擇角度為初始、25°，20°，15°。

15、本發(fā)明的有益效果如下：1.結(jié)合實(shí)際數(shù)顆包裝的需求，確定理料包裝機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，并擁有良好的效果。

16、2.毛刷位置、圓錐轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速及錐度、下料口以及對(duì)應(yīng)擋板的優(yōu)化使得數(shù)顆包裝線綜合性能大幅提高。

17、3.該模型設(shè)計(jì)方法分毛刷位置模型、圓錐轉(zhuǎn)盤錐度模型、圓錐轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速模型和擋板大小模型四種建模類型，各個(gè)模型分別模擬得出對(duì)比數(shù)據(jù)，進(jìn)而得到每種結(jié)構(gòu)的最優(yōu)選擇。

技術(shù)特征：

1.一種基于edem的數(shù)顆式包裝模型設(shè)計(jì)方法，包括離心理料機(jī)構(gòu)(1)、傳送帶(2)、出料口(3)，離心理料機(jī)構(gòu)(1)中部設(shè)置圓錐轉(zhuǎn)盤(13)，圓錐轉(zhuǎn)盤(13)底面環(huán)繞有下料轉(zhuǎn)盤(14)，毛刷(12)設(shè)置在下料口(11)的上方，擋板(16)設(shè)置在下料轉(zhuǎn)盤(14)上，下料轉(zhuǎn)盤(14)開設(shè)有若干個(gè)凹槽(141)，其特征在于：該方法基于edem離散元仿真軟件，建立毛刷(12)位置模型、圓錐轉(zhuǎn)盤(13)錐度模型、圓錐轉(zhuǎn)盤(13)轉(zhuǎn)速模型和擋板(16)角度模型。

2.如權(quán)利要求1所述的基于edem的數(shù)顆式包裝設(shè)計(jì)方法，其特征在于：在edem設(shè)置數(shù)顆理料線優(yōu)化度量標(biāo)準(zhǔn)和仿真軟件設(shè)置，數(shù)顆理料線優(yōu)化度量標(biāo)準(zhǔn)包括復(fù)落時(shí)間間隔t1、漏落時(shí)間間隔為tinteral和快速性k，復(fù)落時(shí)間間隔t1，t1滿足不等式：

3.如權(quán)利要求2所述的基于edem的數(shù)顆式包裝設(shè)計(jì)方法，其特征在于：仿真軟件設(shè)置包括堅(jiān)果顆粒屬性設(shè)置、設(shè)備屬性設(shè)置、傳送帶屬性設(shè)置、顆粒工廠的設(shè)置和固相物理模型的選擇；堅(jiān)果顆粒屬性設(shè)置為在edem中新建材料“particle”，設(shè)置堅(jiān)果物理參數(shù)；設(shè)備屬性設(shè)置中設(shè)置鋼材密度為7930kg/m3,泊松比為0.3，剪切模量為7.423×1010pa；根據(jù)表中設(shè)置設(shè)備intersections，即堅(jiān)果與設(shè)備之間的力學(xué)關(guān)系，包括顆粒與鋼板間的碰撞恢復(fù)系數(shù)、靜摩擦系數(shù)與滾動(dòng)摩擦系數(shù)。傳送帶屬性設(shè)置包括數(shù)顆理料線的傳送帶使用綠皮橡膠材料，設(shè)置鋼材密度為1kg/m3,泊松比為0.47，剪切模量為2.667×106pa，根據(jù)表中設(shè)置設(shè)備的intersections，即堅(jiān)果與設(shè)備之間的力學(xué)關(guān)系，包括顆粒與皮帶間的碰撞恢復(fù)系數(shù)、靜摩擦系數(shù)與滾動(dòng)摩擦系數(shù)；顆粒工廠的設(shè)置需設(shè)置在幾何模型內(nèi)以避免仿真速度被減緩的情況，在edem中的離心理料機(jī)構(gòu)(1)內(nèi)部，圓錐轉(zhuǎn)盤(13)上部設(shè)置顆粒生成工廠，顆粒工廠生成面的尺寸設(shè)置為：300mm×300mm；固相物理模型的選擇在edem仿真設(shè)置中選擇hertz-mindlin(no-slip)模型作為顆粒間的接觸模型、采用標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)摩擦模型(standardrolling?friction)對(duì)模擬中顆粒的碰撞進(jìn)行計(jì)算。

4.如權(quán)利要求3所述的基于edem的數(shù)顆式包裝設(shè)計(jì)方法，其特征在于：圓錐轉(zhuǎn)盤(13)錐度模型基于淺倉(cāng)模型，堅(jiān)果顆粒在圓錐轉(zhuǎn)盤(13)與外壁(15)之間符合淺倉(cāng)模型：

5.如權(quán)利要求3所述的基于edem的數(shù)顆式包裝設(shè)計(jì)方法，其特征在于：圓錐轉(zhuǎn)盤(13)錐度模型中圓錐轉(zhuǎn)盤(13)母線與地面夾角分別設(shè)置為20°，25°，35°，40°；圓錐轉(zhuǎn)盤13轉(zhuǎn)速模型建模時(shí)將轉(zhuǎn)速分別設(shè)置為0.25rad/s、0.3rad/s、0.35rad/s、0.4rad/s、0.45rad/s和0.5rad/s；擋板(16)角度模型建模時(shí)選擇角度為初始、25°，20°，15°。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及食品包裝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于EDEM的數(shù)顆式包裝模型設(shè)計(jì)方法。包括離心理料機(jī)構(gòu)、傳送帶、出料口，離心理料機(jī)構(gòu)中部設(shè)置圓錐轉(zhuǎn)盤，圓錐轉(zhuǎn)盤底面環(huán)繞有下料轉(zhuǎn)盤，毛刷設(shè)置在下料口的上方，擋板設(shè)置在下料轉(zhuǎn)盤上，下料轉(zhuǎn)盤開設(shè)有若干個(gè)凹槽，該方法基于EDEM離散元仿真軟件，建立毛刷位置模型、圓錐轉(zhuǎn)盤錐度模型、圓錐轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速模型和擋板大小模型。毛刷位置、圓錐轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速及錐度、下料口以及對(duì)應(yīng)擋板的優(yōu)化使得數(shù)顆包裝線綜合性能大幅提高。

技術(shù)研發(fā)人員：王勇,黃超,阮志成
受保護(hù)的技術(shù)使用者：合肥工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2