李濤濤,馬銘柱,陳定方,張高作

(1武漢理工大學智能制造與控制研究所,湖北 武漢 430063;2青島海西重機固定資產(chǎn)管理部,山東 青島 266530;3中國海洋大學MBA教育中心,山東 青島 266000)

在廢舊易拉罐的分類回收中,需要按照易拉罐的材制進行分類,然后按類別進行金屬的熔煉、回收等.現(xiàn)在的分類回收主要靠人工,而且回收的易拉罐其形狀未經(jīng)壓扁,在運輸過程中占用不必要的運輸空間[1].本文設計出易拉罐分類壓扁裝置—新型易拉罐自動分類處理機,可以較好解決上述問題.

1 整機機構設計

該易拉罐分類處理機主要由送料傳送機構、電磁分離裝置和回收壓扁機構組成.該易拉罐自動分類處理機可以實現(xiàn)準確分離大量錯亂堆積的鐵制、鋁制混合易拉罐的目的.

1.1 送料傳送裝置

1.1.1 送料裝置設計 送料裝置的主要作用是對混合的鐵制易拉罐與鋁制易拉罐加以約束和梳理,將它們以單排的方式輸送到傳送帶上,使它們進行單排傳送.

它由一個傾斜的板子和周圍的擋板組成.將易拉罐倒入送料裝置后,在自身重力作用下,它們會沿著斜板下滑,在周圍板子約束下以單排形式到達送料口處,然后落到傳送帶上.送料裝置如圖1所示.

1.1.2 傳送裝置設計 在該機器中,使用傳送帶作為傳送裝置.為了防止在傳送過程中易拉罐從傳送帶掉落下來,在傳送帶的兩旁裝了合適高度的擋板(圖2).

1.2 電磁分離裝置

1.2.1 電磁鐵的設計 電磁鐵是電磁分離裝置核心構件,它的作用是在機器工作過程中提供吸引力,將鐵制易拉罐從傳送帶上吸引出來.由于該機器電磁鐵的功能與起重電磁鐵中的電磁鐵有異曲同工之妙,所以,擬在該機器中采用與起重電磁鐵同種類型的電磁鐵——圓盤式電磁鐵.其結構組成及外形如圖3所示.

圖3 圓盤式電磁鐵示意圖及圓盤式電磁鐵

在該機器中,電磁分離裝置由兩個相同的電磁鐵構成,它們對稱布置于傳送帶兩側.雙電磁鐵的設計旨在提高機器的工作效率,為了防止易拉罐在傳送帶上進行傳送的過程中由于受到雙側吸引而發(fā)生混亂,在傳送帶的中間放置一個隔板,這樣便使易拉罐在隔板雙側同時進行單排傳送,很好地提高了工作效率.雙電磁鐵效果如圖4所示.

圖4 結構效果圖

1.2.2 電磁鐵工作控制電路 在設計過程中,運用裝有電磁繼電器和自動間斷式工作的電路開關來實現(xiàn)電磁鐵工作狀態(tài)的轉變.電磁鐵工作控制電路如圖5所示.

圖5 電磁鐵控制電路

在該電路中,電磁鐵的工作狀態(tài)由電磁繼電器控制,而電磁繼電器中電流的有無由自動開關控制,自動開關間歇性工作,每隔相應的時間就會自行斷開、閉合.當自動開關斷開時,電磁繼電器處于斷電狀態(tài),與銜鐵相連的接線柱接通上端的接線柱,電磁鐵處于工作狀態(tài),對易拉罐進行吸引分離;而一段時間后,自動開關閉合,電磁繼電器的電路接通,電磁繼電器產(chǎn)生磁場,將銜鐵吸下.此時,下端的接線柱接通,電磁鐵中的電流被切斷,磁性消失,釋放已吸引的鐵制易拉罐.

1.3 回收和壓扁裝置

壓扁裝置安裝在回收箱體內(nèi)部.它們的主要作用是先對分離完畢的易拉罐進行量的積累,然后將適當數(shù)量的易拉罐壓扁.

吸引鐵制易拉罐的電磁鐵磁性消失后,鐵制易拉罐在自身重力作用下掉入已經(jīng)放置好的回收箱中,而鋁制易拉罐則是在被傳送到傳送帶的末端時,掉入放置好的回收箱中.回收箱的設計如圖6所示.

圖6 回收箱的設計

2 基于3dmax的工作過程仿真

2.1 基于solidworks的特征模型的建立

產(chǎn)品的總體設計過程主要包含總體方案設計、性能優(yōu)化與仿真、結構特征建模、分析評價4個部分[2].因此,完成整機機構設計后有必要對其進行仿真分析,以便優(yōu)化分析設計結果.

在三維建模軟件Solidworks中建立送料傳送裝置、電磁分離裝置、回收壓扁裝置等各個組成部分三維模型,并進行整機的虛擬裝配完成整機虛擬樣機.虛擬裝配前可以考慮2種方案[2-3]:方案一,直接插入零件完成整個裝配過程、先完成需要的子裝配體,插入子裝配體完成整個裝配;方案二,選用方案時因人而異,裝配前考慮方案的優(yōu)化對裝配完成后的后期工作有很好的幫助.

2.2 基于3ds max的運動學仿真

完成了作品在solidworks中的建模與裝配后,將建立的虛擬樣機另存為wrl格式導入3ds max中進行作品虛擬樣機的運動學和動力學仿真[4].3ds max中通過貼圖和材質(zhì)賦予實現(xiàn)逼真的易拉罐虛擬建模.作品仿真的效果如圖7所示.

3 結論

通過對整機的建模、仿真分析、樣機試制等工作,可以得出該易拉罐分類處理機具有以下優(yōu)點:

1)機械化、自動化程度、工作效率高;

2)操作簡單,應用范圍廣.按下電動機按扭,機器便可進行自動送料、分類和壓扁工作.

3)成本低廉,使用壽命長.保證使用壽命的前提下,采用塑料材料制作,成本明顯降低,能滿足更為廣泛的消費人群.

[1]梅州電臺.公共場所亂丟垃圾現(xiàn)象嚴重,呼吁市民養(yǎng)成文明習慣[EB/OL].2009-07-23)http://www.gdmztv. com/radio/dtxw/2009-07-29/1248849717d11220.html.

[2]張爭艷,陳定方,劉 李.基于特征建模技術的雙級減速箱的虛擬設計[J].湖北工業(yè)大學學報,2008(3):46-48.

[3]Zhang Zhengyan,Zhen Yu,Chen Dingfang,etc.Virtual prototyping of the megawatt level wind generator planetary gear speeder[C]∥ICMET,2009:25-29.

[4]騰龍視覺設計工作室.3dsmax7中文版動畫技術案例精解[M].北京:科學出版社,2005.