磁力輸送線的探索與研究

楊胡坤+王守龍+劉宏源

摘 要：帶式輸送線作為遠近距離物料輸送技術得到了廣泛的應用，對于爬坡輸送受到了很大的局限性，市面上爬坡式輸送線主要是鏈板帶占據，但鏈式輸送線存在較大的缺點。針對上述問題，基于磁懸浮理論，提出了將磁力與皮帶結合作為物料爬坡輸送線領域的設計方案，該技術是將磁盤中磁鐵通過合理排列并于皮帶通過合理接觸輸送鐵質物品，特別是食品行業中的鐵質罐體輸送方面有了廣泛的用途。

關鍵詞：爬坡式輸送線；磁懸浮；磁盤；鐵質罐體

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.04.189

1 輸送線磁盤原理

磁盤是利用磁通的連續性原理及磁場的疊加原理設計的，永磁吸盤的磁路設計成多個磁系，實現工作磁極面上磁場強度的相加，特別是中間運輸物品的通道實現了磁性疊加，從而達到吸持鐵質物品的目的[1]。其工作原理如下圖所示，在爬坡狀態下，N級和S級疊加正好吸附了鐵質物品貼在輸送帶上，從而達到了物品不會在運輸中出現脫落或者翻轉，正好實現了爬坡輸送機的目的。

設計永磁吸盤時，首先應精心設計磁路，良好的磁路結構可以盡量讓更多的磁通量聚集在工作表面中去，滿足輸送重量的要求，而且可以盡量少用釹鐵硼材料。同時，設計磁路時還應仔細考慮較易實現工作卸載。解決永磁吸盤吸力很大，物品在輸送線過度中出現物品不移動等技術難點。強力磁盤的磁路設計有2種磁鐵，分別為Y35鐵氧體和N42釹鐵硼磁鋼兩部分。強磁與普通磁鐵的搭配正好達到了目的，同時降低價錢成本問題。

2 輸送線中磁盤作用及其結構

一般磁鐵磁極面的布置在所示的磁性盒中并列排著數列磁鐵集磁板材料的選擇根據磁感應強度H（是磁導率，H是磁場強度），集磁板的磁導率越大，產生的磁感應強度就越大。純鐵是理想的集磁板材料，在外加磁場作用下，能夠產生很大的磁感應強度。但由于純鐵在提煉過程中，去除影響磁導率的雜質要花費很大代價，故價格太高。所以在滿足磁性力要求下，可采用含碳量低的低碳鋼來代替，一般可選用保證化學成分含量的乙類低碳鋼B1與B2甲類鋼A3含碳量較高，磁導率較差，應盡量避免采用。

磁性盒的回路組合在磁性盒中，漏磁對磁性的影響很大，所以在組成磁性盒時必須形成閉合回路，防止空氣中磁場的損耗，故在磁性盒的底面需增加1塊磁導率大的軟鋼，使磁性盒在吸住罐身底邊時產生閉合回路。

磁鐵與集磁板高度、集磁板間距和厚度的選擇集磁板磁化后，在磁性盒的兩端面形成N與S磁極。由于在集磁板的直角處產生的磁力線密度密，為了充分發揮直角處所產生的磁感應強度，故集磁板應比磁鐵高出2～3mm.兩塊集磁板之間距離越大，所產生的磁力線高度越高，可以吸引較遠的物體。由于磁性輸送帶傳送中空罐的罐圈與磁性盒中集磁板距離比較近，所以集磁板之間距離適當近一些。集磁板之間的距離越近，產生的磁力線高度越低，密度越大，穿過罐身的磁力線越多，吸力就越大。集磁板太厚，磁化達不到飽和，雖然與集磁板厚度試驗圖罐底接觸面可以增加，但單位面積產生的磁感應強度就小了；集磁板太薄，磁感應強度過飽和會限制磁能積的增強，同時還會減少罐身的接觸面積，減小罐身的吸力。所以要注意選取集磁板將要達到磁飽和時的厚度。在選取集磁板厚度時，可采用所示的方法，用導磁體試A點的磁力，如磁力小，表示磁板未達到飽和，集磁板太厚；如A點的磁力大，表示集磁板磁場達到了飽和，集磁板太薄。

磁性盒的組裝磁性盒組裝時，盒內的磁鐵與集磁板應相互夾緊。磁性盒的四周應與導磁材料空出一段距離，以防止磁性盒磁場散發，避免降低磁性盒的磁場強度。由于罐底離集磁板頂部越近，吸引力就越大，故磁性盒的頂面封板應選用0.5mm的薄不銹鋼板。在滿足強度條件下，也要采用較薄的平皮帶，并使其緊邊緊貼磁性盒輸送。

3 磁力輸送線的優點

（1）輸送帶運行平穩、不偏跑、工作效率高、安全可靠。由于是電磁力支撐工作并且有導向功能，能夠連續穩定地支撐輸送帶懸浮運行，平穩地輸送物料且不散落、不揚塵。（2）運行阻力小，所需張力小，輸送帶磨損很小，且無撕裂現象發生，輸送帶的使用壽命能夠延長很多倍。（3）磁力輸送線是目前耗能少，運行經濟的輸送線，且結構簡單、便于維護。應用場合廣泛，采用專用的食品級輸送帶，可滿足食品、制藥、日用化工等行業的要求。

4 磁力輸送機設計及參數計算

已知條件：輸送速度：24m/min，罐頭外部尺寸：直徑105mm，高度70mm，罐頭質量：大約2斤。

4.1 輸送帶的選擇

由于食品行業輸送過程中缺少不了水和動植物油，皮帶的選用應綜合考慮環境對皮帶的壽命影響及其輸送能力為標準。食品行業用的最多的就是PU和PVC，最大的區別就是PU完全可以放心的用在食品行業，而PVC不可以，若長時間跟油類接觸那就回導致塑化劑析出進入食物中對人身體產生巨大的危害。也就是說PU可以輸送包裝厚的食品，也可以輸送未包裝的，而PVC只能輸送包裝后的食品。

4.2 電機功率選擇

根據設計公式：Fu=fLg[Qro+Qru+（2Qb+Qg）*cosθ]式中各參數含義：

f—模擬摩擦系數，一般取值0.25； L—輸送機長度（頭、尾滾筒中心距），m；g—重力加速度，g=9.8m/s2；Qb—每米長輸送帶的質量，kg/m；Qg—每米長輸送物料的質量，kg/m；Qro—上分支托輥轉動質量，kg/m；Qru—下分支托輥轉動質量kg/m；根據P=Fu（v/u）（u為效率），確定功率，然后放大得到電機功率P1=P*（2～5）得到電機功率，查找手冊確定，輸送線長度6米，罐頭直徑105，得到輸送線罐頭輸送數量為6000/105=57，根據Fu=fLg[Qro+Qru+（2Qb+Qg）*cosθ]得到Fu=215N，其中省略了托輥及其皮帶質量由P=Fu（v/u）=98（w） P1=4P=0.4（kw），選擇主動滾筒的外徑為76mm，一分鐘轉的圈數n=24/（76*3.14）*1000=101圈，選用紫光電機，通過查找手冊確定減速機的減速比，確定電機型號。

5 結語

本文主要闡述了磁力輸送線的主要工作原理和設計方法，結合普通帶式輸送機的設計規范和相關設計手冊，詳細分析計算了磁力輸送線主要部件基本參數，為食品廠磁力輸送設備打下了基礎。

參考文獻：

[1]呂梟，唐敦兵，臧鐵鋼，施文仁.物料輸送線磁力驅動器有限元分析[J].機電一體化，2011：44-48.

[2]宋凱，白迎召.金屬罐磁力提升裝置：CN105564903A，2014-10-08

[3]張鉞主編.新型帶式輸送機設計手冊[K].冶金工業出版社，2012（02）.