真空成型機穩定性和精度提高的研究

徐敏， 李健

（廣西科技大學 機械工程學院，廣西 柳州 545006）

0 引言

真空成型機應用廣泛，是一種用于硅酸鈣板、石棉水泥瓦以及其它板材生產過程中對上一道工序傳遞來的坯料進行切邊、成型和堆垛時的機械加工設備。原有的設備主要由機架和裝在機架滑軌上的滑車組合而成，在滑車上裝有抽風機、真空系統、橫刀架、吸模盤及成型模等部件。由于滑車驅動結構為擺桿式，當滑車達到最大加速度時，滑車的晃動會比較大，定位精度明顯下降［1］，而且當滑車晃動變大時，會引起真空成型機的發生故障的概率增高，維修的費用變大，使用壽命縮短等問題。為了降低加工時定位精度引起的誤差，減少維修支出的費用，長期保持對坯料的加工定位精度，改進原有真空成型機的結構是非常必要的。本文通過分析原有的真空成型機結構，對其相應的機構進行了改進，目前該真空成型機已應用于實踐，具有良好的使用效果，提高了生產效益。

1 原有真空成型機的結構缺陷

牽引件直接與滑車聯接，組合剛度大，緩沖行程短，容易引起滑車的晃動，對吸模盤、成型模、橫刀架等部件工作有重大影響［2］，而且當滑車晃動變大時，會引起真空成型機的發生故障的概率增高，維修的費用變大，使用壽命縮短等一系列問題。

動力機構通過牽引件與滑車聯接，由于該牽引件是擺桿式機構，具有較長的運動鏈，導致機構占用空間大；工作時，擺桿各構件的尺寸誤差及運動副中的間隙將產生較大的累計誤差，大大地降低了其運動精度和效率［3］。

抽風機和真空系統置于滑車上，增大了滑車的負載，在傳動時易產生系統慣性力，一般的平衡方法難以抵消，增大了滑車運行時的動載荷［4］，當其行走至最大加速度時，滑車的晃動比較大，定位精度明顯降低。運行過程滑車的速度及加速度受到一定的影響。

2 改進后真空成型機的結構

改進后的真空成型機在原有的技術基礎上改進了一種合理、經濟、使用效率高的新型真空成型機的結構，如圖1所示。在機架5上設有滑軌，滑軌上則裝有滑車9，在滑車9上分別裝有前緩沖裝置10和后緩沖裝置8，前緩沖裝置的左側裝有活動架17，如圖2所示，右側裝有固定架18，彈簧的兩側分別裝有減振器15［5］，拉桿14穿過固定架與活動架相連接。在機架5上位于滑車9行程外的兩端分別安裝有一個具有索輪結構的主動導向輪12和從動導向輪1，主動導向輪12由擺線針輪減速機與電機構成的動力機構13驅動，鋼絲繩11作為主動導向輪牽引件，通過前緩沖裝置10鋼絲繩與滑車9連接，鋼絲繩11的一端固定在前緩沖裝置9的拉桿上，另一端繞過主動導向輪12和從動導向輪1固定在后緩沖裝置8的拉桿上，從而把有動力驅動的牽引件與滑車9聯接起來［6］。在機架5左端裝設有一套抽風機6和一套真空系統7。在滑車9上裝設有吸模盤部件2，成型模部件3，橫刀架部件4。

3 改進后真空成型機的工作原理

改進后的真空成型機通過數控操作系統控制著真空成型機的運行，在輸送裝置上裝有傳感器，當上一道工序的待工件傳送到輸送機上時，控制系統接收到信息，即指令裝有鋼絲繩11的牽引部件帶動前緩沖裝置10的拉桿14動作，從而驅動滑車9往復運動，滑車移動速度通過可編程序控制器控制擺線針輪減速機進行調節。驅動機構驅動滑車在不同的工位上對輸送機上的待加工件進行加工。其中橫刀架部件4的功能是對坯料進行切邊，吸模盤部件2的功能是通過抽風機6和真空系統7提供動力對坯料進行吸附，成型模部件3的功能是對坯料進行快速成型加工。

圖1 改進后真空成型機結構

圖2 減振結構

4 改進前后方案對比

改進前滑車的驅動機構是擺桿式，占用空間大，定位精度低；滑車與牽引件直接聯接，緩沖行程短，組合剛度大，容易引起滑車的晃動，高速運行不平穩［8］；抽風機和真空系統置于滑車上，增大了滑車的負載，當其行走至最大加速度時，滑車的晃動比較大，定位精度得不到保證。

改進后動力部件通過鋼絲繩帶動滑車運行，占用空間少，調整簡單，移動速度平穩可靠，滑車的運行最大加速度可達50 m/min，速度提高了16 m/min，提高率達40%；滑車與牽引部件之間通過緩沖裝置連接，緩沖裝置裝設有一個彈簧結構，彈簧的兩側分別裝有減振器，滑車一方面借助緩沖裝置的彈性元件來緩和沖擊力，另一方面在彈性元件變形過程中，減振器將利用摩擦和材料內部阻尼吸收沖擊能量［9］，因此當滑車在行走至最大加速度時，其動作仍然十分穩定，無晃動和沖擊現象，而且能夠保證加工時工件的準確定位，從而降低故障率，延長機器的使用壽命；抽風機及真空系統置于滑車行程外左端，減輕了滑車的負載，降低了滑車運行時的動載荷，當其行走至最大加速度時，滑車的晃動比較小，定位精度明顯提高；該真空成型機結構簡單，操作方便，改裝量少，造價低。

5結語

由于采用了改進后的結構方案，保證了生產環節中對坯料的定位精度，防止了滑車工作時的晃動，滑車調整方便，加工動作穩定可靠，加工表面質量符合切邊、成型加工工藝要求，有效地提高了整臺機器的使用壽命，適應了生產需要［7］。

本文主要針對原有真空成型機的驅動機構結構復雜，滑車快速運行不平穩，加工時定位精度不高等問題，對該真空成型機的驅動結構、滑車與牽引部件的聯接方式進行了改進，進而實現了板材坯料的高效、穩定、大批量生產。實際生產中，該真空成型機在滿足生產需要的前提下大大降低了勞動強度，減少了加工輔助時間，提高了經濟效益，對其它同類零件生產也有借鑒意義。

［1］ 張建中.機械制造工藝學［M］.北京：國防工業出版社，2009.

［2］ 成大先.機械設計手冊：第3卷［M］.北京：化學工業出版社，2008.

［3］ 任利惠，周勁松，沈鋼.跨坐式獨軌車輛動力學模型及仿真［J］.中國鐵道科學，2004，25(5)：26-31.

［4］ 廖漢元.機械原理［M］.北京：機械工業出版社，2007.

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［6］ 嚴雋耄，傅茂海.車輛工程［M］.3版.北京：中國鐵道出版社，2008.

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［9］ 宋貴芳，佟繼龍.彈簧緩沖結構在冶金車輛中的應用［J］.機械工程師，2013（5）：192-193.