料斗式振動上料裝置設計及應用

2014-11-26 02:58:24楊軍安

新疆有色金屬 2014年1期

關鍵詞：振動

楊軍安

（新疆眾和股份有限公司烏魯木齊830013）

1 引言

任何復雜、龐大的自動化生產設備都可以分解一個個相對簡單的機構。機構是自動化生產的最基本得組成部分。在自動化機械上，要完成整個工序動作，首先必須將工件移送到操作位置或定位夾具上，自動上料系統是自動化機械或生產線不可或缺的基本部分。本問從夾緊機構、換向機構以及隔料機構等方面對自動上料系統進行整體設計，確定上料機構的基本結構，最后概述了自動上料系統在實際應用中的一些解決問題。

2 自動上料機構的工作流程

自動上料機構的任務就是自動地把待加工工件定時、定量、定向地送到加工、裝配、測試設備的相應位置，以便縮短輔助時間，提高勞動生產率，穩定產品質量和改善勞動條件。

自動化上料時任務，是把坯料、工件或產品，以一定的方位，按照一定的生產節拍，自動地傳送到相應的加工、裝配或測試分類崗位上，以縮短輔助時間，提高勞動生產率，穩定產品質量和改善工人勞動條件等。它是實現單機自動化、建立自動生產線和自動化工廠的基本條件之一[1]。

2.1 自動上料機構的分類

自動上料機構按工件(材料)形狀、尺寸等特征，可分以下四類[1-2]：

（1）粉、液料自動上料機構，主要是解決自動定量上料問題。

（2）管、棒料自動上料機構，主要是解決按工件所需長度周期地自動送料問題。

（3）卷料(絲、帶料)自動上料機構，主要是解決材料的校直機構、放料和制動機構、送料機構等問題。

（4）件料自動上料機構，件料因料性質、工件尺寸大小及形狀復雜程度差異很大，故供料裝置也截然不同。

料斗式上料機構的特點是能自動定向。適用于工件尺寸較小，外形簡單，易于自動定向排列，且上料頻繁的場合；料倉式上料機構的特點是需要人工排料。適用于工件尺寸與重量較大，外形復雜，難于自動定向排列，或加工周期較長，上料不頻繁，沒有必要采用自動化程度更高的料斗式上料[2]。

2.2 上料機構各主要部件的應用特點

2.2.1 料斗式上料機構的特點是能自動定向

適用于工件尺寸較小，外形簡單，易于自動定向排列，且上料頻繁的場合；料倉式上料機構的特點是需要人工排料。適用于工件尺寸與重量較大，外形復雜，難于自動定向排列，或加工周期較長，上料不頻繁，沒有必要采用自動化程度更高的料斗式上料。

2.2.2 料倉式上料機構

根據上料功能的需要，上料機構由料倉、輸料槽、隔料器、上料器、定向機構及驅動裝置等組成。料倉(包括輸料槽)主要用以儲存和輸送已定向的工件[3]。

（1）上料器

上料器是將已定向的工件，按一定的生產節拍和方位送到機器工座位置的裝置，其基本動作夾緊和傳送。夾緊的方法有機械、電磁、真空和粘附力等幾種方式。工件的傳送運動，常分直線往返式、往返擺動式、旋轉式和復合運動式四種。傳送動力有機械的、氣動的，液壓的和機電聯動等幾種。上料器的選用和設計，應根據工件的幾何形狀及其材料特性、定位精度、生產率以及機器結構布局等因素決定[3-5]。

（2）隔料器

隔料器是控制工件從料倉進入上料器或直接送到工作位置的機構，可分直線往返式隔料器、搖擺式隔料器、旋轉式隔料器[3～5]，見表1。

表1 隔料器種類

（3）定向機構

定向機構的工作方法和類型使工件從成堆散亂的狀態下獲得定向，主要采用下列方法：

①抓取法：利用運動著的定向機構抓取工件的一些特殊表面如凸肩，內孔、凹槽等，使之分離出來并定向排列。如螺釘類工件的扇形定向機構，套管類工件的桿式、鉤式定向機構。

②型孔選取法：利用定向機構上一定形狀尺寸的孔穴進行篩選分離，只有工件的位置及形狀相應于這一型孔的，才能通過而獲得定向排列。如圓盤式、圓管式、半管式等定向機構。

3 上料方案的確定

由于在架臺上所貼矩形薄片狀，體積小，并且分正反面。上料須滿足以下幾個要求：

（1）薄片須方向一致，該上料機構要有定向機構，且誤差盡可能小。

（2）確保薄片上料時有序的依次下來，避免重疊現象發生。

（3）提高設備生產率和工人勞動生產率、顯著減輕工人的勞動強度。

（4）工作穩定可靠，運轉噪聲小，不會損傷端子，使用壽命長。

（5）結構緊湊簡單，最大限度采用標準化零部件，通用性好，易于制造和維修，成本低。

3.1 料斗式振動上料裝置工作原理

利用振動產生運動和動力的機構稱振動機構，廣泛用于散狀物料的搗實、裝卸、輸送、篩選、研磨、粉碎、混合等工藝中。如圖1所示利用電磁振動的供料機構，當交流電輸入鐵芯線圈5，產生頻率50 Hz的斷電磁力時，吸引固定在料道上的銜鐵6，使槽體向左下方向運動；當電磁力迅速減少并趨近零時，槽體在板簧2的作用下，向右上方作復位運動，如此周而復始便使槽體產生微小的振動[4～5]。

圖1 料斗式振動上料裝置結構

當槽體在電磁鐵作用下向左下方運動時，由于慣性力的作用，工件將按原來運動方向向前拋射(或稱跳跌)，工件在空中微量跳跌后，又落到槽體上。這樣，槽體經過一次振動后，在槽體上的工件就向上移動一定的距離，直至出料口，從而達到供料的目的。顯然，在槽體的空間位置、工件和槽體的摩擦系數等一定時，工件的運動狀態與槽體的加速度有關。

3.2 料斗式振動上料工件運動狀態建模

了對工件運動狀態進行理論分析，以便合理地確定料斗的基本參數，需要建立工件沿料槽運動的微分方程：如圖2工件受力分析所示[5]。

圖2 工件受力分析

工件沿水平直槽相對運動的微分方程表示

式中：m為工件的質量（kg）；xˉ為工件沿x 軸的相對加速度(mm/s2)；F 為工件與料槽間的動摩擦力（N）；αX為料槽在X軸的分加速度(mm/s2)。

設料槽的位移s、速度v、加速度分別表示

式中：A1/2為料槽的振幅（mm）；ω為料槽的角頻率（1/m）；T為瞬時時間（s）。

料槽在x與y軸方向分加速度分別

式中β為振動方向角，即料槽振動方向與工件沿料槽運動方向間的夾角。

摩擦力F的方向取決于相對運動方向，即

式中：μ為工件與料槽面間的動摩擦系數；N為料槽對工件的反作用力（N）。

由圖1得

式中：g為重力加速度（mm/s2）。

經整理后得

式中上面的符號適用于工件沿料槽向前滑移，下面的符號適用于工件沿料槽向后滑移。工件向前、向后滑移，或脫離料槽“瞬時騰空”，跳躍前進，決定于慣性力和摩擦力等阻力對工件綜合作用的結果。只有當與料槽平行的慣性力分量大于靜摩擦力等阻力時，工件才有可能向前或向后滑移。由于工件質量是常數，頻率在選用電磁振動器時已經確定，所以慣性力又主要受料槽振幅大小的影響。試驗證明：振幅太小，則慣性力也太小，不能克服工件和料槽面間的摩擦阻力，故工件只能隨料槽一起振動，而不能向前或向后滑移；只有當振幅達到某臨界值時，工件才能相對料槽移動，而在開始向前移動的一瞬間，作用在工件上的所有力，在其移動方向上的投影應等于零，即