一種新型橫向收集機的設計與研究

呂瑞毅

（東方機器制造（昆明）有限公司，云南 昆明 650217）

1 概述

目前，在各類盒裝品自動包裝生產線上，條狀盒裝品（其長度大于寬度、高度兩倍以上，以下簡稱條狀物）在輸送線上大多是沿其縱向輸送以節省輸送線的占用空間。在進入下一步裝箱工序前，又要求轉換為沿其橫向輸送，這就需要一種被稱為橫向收集機的設備。橫向收集機主要由縱向輸入部和橫向推出部，兩大部分組成。在縱向輸入部，要對多條通道上沿縱向無規則隨機輸送來的條狀物，進行有序化收集整理，排列整齊后，送入橫向推出部，由橫向推板機構將條狀物橫向推出，完成橫向收集過程。

2 技術領域及背景技術

現階段在線運行的橫向收集機，大多采用電氣控制系統來實現對條狀物的收集整理。但因電氣控制必然存在控制檢測元件，電氣控制系統設計、編程較為復雜且動作停頓次數頻繁，響應速度較慢，制約橫向收集的速度，滿足不了下工序裝箱的提速要求，進而影響整條生產線的生產效率。

圖1 設計方案示意圖

在電子技術廣泛應用于機電一體化產品的今天，能否對傳統機械產品的設計作深度優化，超脫原有產品的形態特征，這就成為新的課題，值得深入探究。為了深層次挖掘機械設計的潛能，創造獨特全新產品，從而簡化產品設計，節約制造成本。本文提出一種全機械傳動無級調速橫向收集機的設計研究。

3 設計理念

橫向收集機能夠對多條通道上沿縱向輸送來的條狀物進行收集整理，排列整齊后，沿其橫向輸出，完成橫向收集過程。實現這一過程的關鍵在于，如何在連續輸送中，對多路無規則隨機輸送來的條狀物進行有序化收集整理。為此，考慮采用“一抬”“二擋”“三推”三個步驟來實現。通過“一抬”，對條狀物進行初步整理；經過“二擋”，使初步整理的條狀物排列整齊，然后一起送入橫向推板通道；進而完成“三推”。

4 設計方案

為實現設計理念，解決其技術問題所選取的設計方案是，通過兩段輸送機構與兩組凸輪上抬機構和凸輪擋位機構相結合，再加上橫向推板機構來實施。整機采用無級調速全機械傳動的方式，每個機構之間的運動狀態相互匹配并與條狀物輸送速度相匹配，以保證快速、協調運行, 設計方案如圖1所示。

如圖，上述兩段輸送機構，前段為皮帶輸送機構1，后段為輥筒輸送機構2；在輥筒輸送機構2之間安置凸輪上抬機構3和凸輪擋位機構4；輥筒輸送機構2尾部為橫向推板通道5；其上方為橫向推板機構6。

整個設備采用一臺電機驅動，通過傳動機構使原動力傳遞到所有運動機構，按照各運動機構的需要，精確設計傳動比，讓所有運動機構協調運行。

n-減速機輸出轉速 （r/min）

η-傳動效率

減速機特性如圖2所示。

為了“以不變應萬變”（傳動比為“不變”， 無規則隨機輸送為“萬變”），必須精確計算“一抬”的夾持與釋放和“二擋”的檔位與放行的時間和輸送速度。收集整理及排列整齊的時間和相位，由對應凸輪的形狀和相位決定并與輸送速度相匹配，輥筒輸送機構各輥筒的線速度與皮帶輸送機構的線速度并不完全相同，這些要素的協調匹配由精確設計的傳動比確定，是“以不變應萬變”的關鍵所在，參見圖3。

機構線速度的計算公式為

式中Vn-V1V2V3V4各機構對應線速度 （mm/s）

Dn-D1D2D3D4各機構對應計算直徑（mm）

π-圓周率

n -減速機輸出轉速（r/min）

in-i1i2i3i4各機構對應傳動比

結語

設備啟動時，所有運動機構同時運行。各機構之間連續不間斷的協調配合，使整機能夠“以不變應萬變”，有效地解決了條狀物橫向收集速度慢的問題。而且整機運行無需任何控制檢測裝置，只保留必要的故障保護檢測裝置，因而整機運行可靠性提高，穩定性增強，故障率降低，可提高整線的生產能力。該設備可以在運行時，不停機進行速度調節，且速度調節平滑無跳躍。能夠做到任意時刻、任意位置停機，再次啟動，仍然能正常運行。由于簡化了電氣控制系統的設計，從而節省了電氣元器件采購，節約了制造成本，節省了能源消耗。

圖3 機構時序圖

圖2 減速機特性圖

根據本文提出的設計研究，已經設計制造出全機械傳動無極調速橫向收集機（該產品已獲國家專利，專利號：201320420024.3），現已投用于實際生產線，現場在線運行狀況良好。實現了在提高產品技術性能的同時，增強了產品競爭能力。

[1]機械設計手冊編委會.機械設計手冊.北京：機械工業出版社，2004.

[2]黃靖遠，高志，陳祝林.機械設計學（第3版）.北京：機械工業出版社，2006.

[3]王躍進.機械原理.北京：北京大學出版社，2009.

[4]牟致忠.機械可靠性—理論方法應用.北京：機械工業出版社，2011.