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摘要： 针对传统的手工修补渔网方法存在的效率低，且易对渔民身体造成伤害的问题，本文基于Solidworks建立了自动渔网修补机的三维模型，分析了自动渔网修补机的针头运动轨迹部分、丝杠横向传动部分、双滚轮纵向传动部分、辅助清理部分的结构和原理，给出了自动渔网修补机的样机。该机构主要是通过机头与传动部分的配合，并采用传统的嵌补法与现代缝纫机相结合的方法对破损渔网进行横纵修补，修补的形状为矩形。该自动渔网修补机的效率高于传统手工渔网修补，对以后渔网修补实现自动化具有重要的意义。
关键词： 渔网； 修补机； 嵌补法； 链条传动
中图分类号： TH122文献标识码： A
为改善人民生活及维护国家海洋权益，发展渔业具有重大的现实意义和战略意义[1]。渔业的产前、产中、产后和相关服务行业的同步发展推动新材料、新技术、新工艺和新设备等高新技术的发展[2]。许多研究者对渔网编织机构[3]进行了研究，曹清林等人[4]对渔网编织设备发展现状进行了研究与分析，并提出了优化传动系统，提高光、机、电、气、液等一体化和计算机控制技术；徐凤梅等人[5]对有结针织设备的钩针运动进行了研究，主要是包括摆动和转动复合运动，并进一步采用解析法研究综合机构尺度，得到了机构运动的轮廓曲线；近年来，一些学者对缝纫机附属产品进行了研究，朱光尧等人[6]分析了缝纫机附属产品的现状，提出机电一体化的设计是缝纫机附属产品行业的发展目标；王玮等人[7]阐述了渔业机械仪器标准化工作进展，提出今后标准化工作的重点是采用国际先进标准等；Mihoko Wakamatsu等人[8]对小型渔业的发展进行了分析，提出促使附近小型渔业相互合作，以解决渔业收益不平衡的方法；Y.T.Kim等人[9]通过对加入不同土样制备的试样的应力应变分析，得出废旧的渔网抗压强度最大提高约025%。渔网的储存与修补有各种方法，比较经济快速的方法为嵌补法。基于此，为改变低效率的传统渔网修补现状，本文对渔网自动修补机进行了结构设计。该设计提高了渔民的工作效率，对今后渔网修补的自动化发展具有重要意义。
1渔网修补机的工作原理
自动渔网修补机整体模型如图1所示。自动渔网修补机主要分四部分工作：针头上下运动、缝纫机横向传动、渔网纵向传动和垃圾清理。
利用传统的嵌补法在渔网破损的地方嵌入1张面积适中的新渔网，首先机头座在电机2的带动下横向运动实现一条横向的修补线迹，然后4个滚轮在电机1的带动下通过链传动而转动，使渔网做纵向运动，实现一条纵向修补线迹。在横向与纵向传动过程中，针头在电机3的带动下做连续上下运动。重复以上运动，可实现一个矩形的修补线迹，将新加的渔网与破损渔网缝补在一起。
2渔网修补机的结构设计
该渔网修补机由主体修补机构和辅助清理机构组成，主要传动方式为链传动[10]。主体修补机构由机头修补、丝杠横向传动及双滚筒纵向运动组成[12]。根据人机工程学需要，该渔网修补机的机身设计为长1 000 mm，宽600 mm，高800 mm。其中，滚筒直径60 mm，长度750 mm，材质为PVC和尼龙棒。
2.1针头运动轨迹
针头运动主要依据缝纫机的结构和原理[13]，缝补所需要的渔线由另设的线轮提供，400针/min左右。线迹是底线和面线在缝料内铰合而成的机结。缝补时，面线由机针引入缝料下部，机针由最低点向上运动时，渔线在机针和渔网之间形成一个梨形线环，旋梭带着线环旋转使其与底线交织，挑线杆带着渔线向上收紧，在两层缝料之间和底线形成一个铰合点[14]，重复上述动作即可形成一条直线轨迹。同时，由于齿轮的转动带动光轴的转动，使光轴上的锥齿轮带动挑鱼线机构[15]与钩鱼线机构协调配合，针头跳动2次，旋梭转动1圈。针头运动轨迹如图2所示。
2.2丝杠横向传动
丝杠横向传动装配图如图3所示。该部分由光轴（长700 mm）、丝杠（长700 mm）、电机、横向传动链轮、横向传动链条等组成，由于横向传动运动简单，选用功率较小的电机即可，因此动力来源选用220 V，功率45 W交流步进电机比较经济适用。由于丝杠具有传动平稳、均匀，且传动距离短等优点，所以选用丝杠作为横向传动的主要工作部分，负责横向运动的传送，服务于形成电机的横向线迹。机头的横向运动是电机带动丝杠的转动，实现丝杠上的大螺母水平横向传动，大螺母带动整个机头部分的横向运动[1518]。
2.3双滚轮纵向传动部分
该部分由4个拉网滚轮、电机及纵向传动链条等组成。由于需要比较平稳的传送渔网来配合机头的横向修补运动，因此选用220 V，45 W的交流步进电机作为动力来源。为了减轻机架的重量，选用尼龙材料的滚轮，滚轮主要是负责渔网的纵向运送，以便形成纵向线迹，完成方形轨迹的修补。渔网的纵向运动是电机带动中间链轮作主动轮，然后通过链条带动其余2个链轮转动，实现两对滚筒的转动，由于力的相对作用进而将滚筒的转动转化为渔网在水平平面纵向运动[19]。双滚轮纵向传动装配图如图4所示。
2.4辅助清理
辅助清理机构采用毛刷与铺展平台配合，对渔网进一步清理，以延长渔网的使用寿命[16]。毛刷固连在移動框架上，压制杆起到整理压平渔网的作用，保证了渔网的平整。当滚筒的转动带动渔网平动时，毛刷固定不动，渔网的平动使两者之间产生相对滑动，利用两者之间的摩擦力将渔网上落叶之类的杂质通过平台上的细孔漏到下面的垃圾盒里，将渔网平展在平台上，还能进行晾晒，从而达到一定程度的清理，辅助清理部分如图5所示。
3结束语
本文主要对渔网自动修补机构进行研究，自动渔网修补机是在渔网铺板的平台上工作。该机器能够实现针头的上下运动，机头的横向运动，渔网的纵向运动，3种运动的配合实现了破损渔网的嵌入式修补功能，大大提高了修补渔网的效率。但该机器只实现了渔网的自动修补，还存在传动速度不高，修补方法比较单一等缺陷，但在传统手工修补渔网方面实现了较大突破，对今后渔网修补向自动化方面发展具有重要意义。 参考文献：
[1]葛相安， 刘世禄.我国渔业发展现状、问题及出路[J]. 中国渔业经济， 2009， 27（4）： 512.
[2]高帅. 渔网的动态仿真及可视化研究[D]. 大连： 大连海事大学， 2011.
[3]郭一敏. 渔网织机单向网结网片的编织结构装置[J]. 机械工程师， 2009（5）： 8586.
[4]曹清林， 夏卫， 崔荣. 渔网编织设备发展现状[J]. 纺织导报， 2014（8）： 5460.
[5]徐凤梅， 曹娟娟， 曹清林. 有结针织设备上钩针运动结构设计[J]. 纺织导报， 2015（9）： 4046.
[6]朱光尧， 王道良. 谈缝纫机附属产品的开发[J]. 纺织器材， 2006，33（2）： 5455.
[7]王瑋， 李燕， 石瑞， 等. 我国渔业机械仪器标准化概况[J]. 渔业现代化， 2010， 37（5）： 6467.
[8]Wakamatsu M， Wakamatsu H. The Certification of SmallScale Fisheries[J]. Marine Policy， 2017，77： 97103.
[9]Kim Y T， Kim H J， Lee G H. Mechanical Behavior of Lightweight Soil Reinforced with Waste Fishing Net[J]. Geotextiles & Geomembranes， 2008， 26（6）： 512518.
[10]侯新钢. 步进链传动系统动力学影响因素分析[D]. 天津： 天津大学， 2007.
[11]冉绍伯. 链传动动态特性参数测试及实验研究[D]. 成都： 西南交通大学， 2011.
[12]甘周群. 大型卧式立体编织机锥齿轮传动系统设计与分析[D]. 上海： 东华大学， 2016.
[13]苗苗， 曹巨江. 基于Pro_E和3DSMax的缝纫机原理仿真动画制作研究[J]. 现代计算机， 2014（2）： 6871.
[14]马海友， 李年春， 张勋， 等. 高强高韧聚乙烯节能耐磨渔网研究[C]∥2012 年中国水产学会学术年会论文摘要集. 上海： 中国水产学会， 2012： 258259.
[15]朱引引， 曹巨江， 马金锋. 缝纫机挑线机构的仿真分析[J]. 制造业自动化， 2013， 35（20）： 8182.
[16]李建萍. 传统渔网编织材料考[J]. 中国水产， 2011（11）： 80.
[17]师忠秀. 机械原理课程设计[M]. 北京： 机械工业出版社， 2003.
[18]姜玉其. 机构运动方案及机构设计[M]. 北京： 高等教育出版社， 1991.
[19]Ma G， Branscomb D J， Beale D G. Modeling of the Tensioning System on a Braiding Machine Carrier[J]. Mechanism & Machine Theory， 2012， 47（1）： 4661.
[20]Guyader G， Gabor A， Hamelin P. Analysis of 2D and 3D Circular Braiding Processes： Modeling the Interaction Between the Process Parameters and the PreForm Architecture[J]. Mechanism & Machine Theory， 2013， 69（6）： 90104.
关键词： 渔网； 修补机； 嵌补法； 链条传动
中图分类号： TH122文献标识码： A
为改善人民生活及维护国家海洋权益，发展渔业具有重大的现实意义和战略意义[1]。渔业的产前、产中、产后和相关服务行业的同步发展推动新材料、新技术、新工艺和新设备等高新技术的发展[2]。许多研究者对渔网编织机构[3]进行了研究，曹清林等人[4]对渔网编织设备发展现状进行了研究与分析，并提出了优化传动系统，提高光、机、电、气、液等一体化和计算机控制技术；徐凤梅等人[5]对有结针织设备的钩针运动进行了研究，主要是包括摆动和转动复合运动，并进一步采用解析法研究综合机构尺度，得到了机构运动的轮廓曲线；近年来，一些学者对缝纫机附属产品进行了研究，朱光尧等人[6]分析了缝纫机附属产品的现状，提出机电一体化的设计是缝纫机附属产品行业的发展目标；王玮等人[7]阐述了渔业机械仪器标准化工作进展，提出今后标准化工作的重点是采用国际先进标准等；Mihoko Wakamatsu等人[8]对小型渔业的发展进行了分析，提出促使附近小型渔业相互合作，以解决渔业收益不平衡的方法；Y.T.Kim等人[9]通过对加入不同土样制备的试样的应力应变分析，得出废旧的渔网抗压强度最大提高约025%。渔网的储存与修补有各种方法，比较经济快速的方法为嵌补法。基于此，为改变低效率的传统渔网修补现状，本文对渔网自动修补机进行了结构设计。该设计提高了渔民的工作效率，对今后渔网修补的自动化发展具有重要意义。
1渔网修补机的工作原理
自动渔网修补机整体模型如图1所示。自动渔网修补机主要分四部分工作：针头上下运动、缝纫机横向传动、渔网纵向传动和垃圾清理。
利用传统的嵌补法在渔网破损的地方嵌入1张面积适中的新渔网，首先机头座在电机2的带动下横向运动实现一条横向的修补线迹，然后4个滚轮在电机1的带动下通过链传动而转动，使渔网做纵向运动，实现一条纵向修补线迹。在横向与纵向传动过程中，针头在电机3的带动下做连续上下运动。重复以上运动，可实现一个矩形的修补线迹，将新加的渔网与破损渔网缝补在一起。
2渔网修补机的结构设计
该渔网修补机由主体修补机构和辅助清理机构组成，主要传动方式为链传动[10]。主体修补机构由机头修补、丝杠横向传动及双滚筒纵向运动组成[12]。根据人机工程学需要，该渔网修补机的机身设计为长1 000 mm，宽600 mm，高800 mm。其中，滚筒直径60 mm，长度750 mm，材质为PVC和尼龙棒。
2.1针头运动轨迹
针头运动主要依据缝纫机的结构和原理[13]，缝补所需要的渔线由另设的线轮提供，400针/min左右。线迹是底线和面线在缝料内铰合而成的机结。缝补时，面线由机针引入缝料下部，机针由最低点向上运动时，渔线在机针和渔网之间形成一个梨形线环，旋梭带着线环旋转使其与底线交织，挑线杆带着渔线向上收紧，在两层缝料之间和底线形成一个铰合点[14]，重复上述动作即可形成一条直线轨迹。同时，由于齿轮的转动带动光轴的转动，使光轴上的锥齿轮带动挑鱼线机构[15]与钩鱼线机构协调配合，针头跳动2次，旋梭转动1圈。针头运动轨迹如图2所示。
2.2丝杠横向传动
丝杠横向传动装配图如图3所示。该部分由光轴（长700 mm）、丝杠（长700 mm）、电机、横向传动链轮、横向传动链条等组成，由于横向传动运动简单，选用功率较小的电机即可，因此动力来源选用220 V，功率45 W交流步进电机比较经济适用。由于丝杠具有传动平稳、均匀，且传动距离短等优点，所以选用丝杠作为横向传动的主要工作部分，负责横向运动的传送，服务于形成电机的横向线迹。机头的横向运动是电机带动丝杠的转动，实现丝杠上的大螺母水平横向传动，大螺母带动整个机头部分的横向运动[1518]。
2.3双滚轮纵向传动部分
该部分由4个拉网滚轮、电机及纵向传动链条等组成。由于需要比较平稳的传送渔网来配合机头的横向修补运动，因此选用220 V，45 W的交流步进电机作为动力来源。为了减轻机架的重量，选用尼龙材料的滚轮，滚轮主要是负责渔网的纵向运送，以便形成纵向线迹，完成方形轨迹的修补。渔网的纵向运动是电机带动中间链轮作主动轮，然后通过链条带动其余2个链轮转动，实现两对滚筒的转动，由于力的相对作用进而将滚筒的转动转化为渔网在水平平面纵向运动[19]。双滚轮纵向传动装配图如图4所示。
2.4辅助清理
辅助清理机构采用毛刷与铺展平台配合，对渔网进一步清理，以延长渔网的使用寿命[16]。毛刷固连在移動框架上，压制杆起到整理压平渔网的作用，保证了渔网的平整。当滚筒的转动带动渔网平动时，毛刷固定不动，渔网的平动使两者之间产生相对滑动，利用两者之间的摩擦力将渔网上落叶之类的杂质通过平台上的细孔漏到下面的垃圾盒里，将渔网平展在平台上，还能进行晾晒，从而达到一定程度的清理，辅助清理部分如图5所示。
3结束语
本文主要对渔网自动修补机构进行研究，自动渔网修补机是在渔网铺板的平台上工作。该机器能够实现针头的上下运动，机头的横向运动，渔网的纵向运动，3种运动的配合实现了破损渔网的嵌入式修补功能，大大提高了修补渔网的效率。但该机器只实现了渔网的自动修补，还存在传动速度不高，修补方法比较单一等缺陷，但在传统手工修补渔网方面实现了较大突破，对今后渔网修补向自动化方面发展具有重要意义。 参考文献：
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[8]Wakamatsu M， Wakamatsu H. The Certification of SmallScale Fisheries[J]. Marine Policy， 2017，77： 97103.
[9]Kim Y T， Kim H J， Lee G H. Mechanical Behavior of Lightweight Soil Reinforced with Waste Fishing Net[J]. Geotextiles & Geomembranes， 2008， 26（6）： 512518.
[10]侯新钢. 步进链传动系统动力学影响因素分析[D]. 天津： 天津大学， 2007.
[11]冉绍伯. 链传动动态特性参数测试及实验研究[D]. 成都： 西南交通大学， 2011.
[12]甘周群. 大型卧式立体编织机锥齿轮传动系统设计与分析[D]. 上海： 东华大学， 2016.
[13]苗苗， 曹巨江. 基于Pro_E和3DSMax的缝纫机原理仿真动画制作研究[J]. 现代计算机， 2014（2）： 6871.
[14]马海友， 李年春， 张勋， 等. 高强高韧聚乙烯节能耐磨渔网研究[C]∥2012 年中国水产学会学术年会论文摘要集. 上海： 中国水产学会， 2012： 258259.
[15]朱引引， 曹巨江， 马金锋. 缝纫机挑线机构的仿真分析[J]. 制造业自动化， 2013， 35（20）： 8182.
[16]李建萍. 传统渔网编织材料考[J]. 中国水产， 2011（11）： 80.
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[18]姜玉其. 机构运动方案及机构设计[M]. 北京： 高等教育出版社， 1991.
[19]Ma G， Branscomb D J， Beale D G. Modeling of the Tensioning System on a Braiding Machine Carrier[J]. Mechanism & Machine Theory， 2012， 47（1）： 4661.
[20]Guyader G， Gabor A， Hamelin P. Analysis of 2D and 3D Circular Braiding Processes： Modeling the Interaction Between the Process Parameters and the PreForm Architecture[J]. Mechanism & Machine Theory， 2013， 69（6）： 90104.