賀東坤

(新巴爾虎左旗環(huán)境保護(hù)局 環(huán)境監(jiān)測(cè)站，內(nèi)蒙古 新巴爾虎左旗 021200)

自動(dòng)化彈藥輸送線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

賀東坤

(新巴爾虎左旗環(huán)境保護(hù)局 環(huán)境監(jiān)測(cè)站，內(nèi)蒙古 新巴爾虎左旗 021200)

隨著軍工行業(yè)的發(fā)展，對(duì)炮彈參數(shù)的檢測(cè)技術(shù)和效率提出了更高的要求，本文針對(duì)彈體幾何外形的特點(diǎn)與測(cè)量要求，設(shè)計(jì)了一套自動(dòng)化彈藥輸送線。該機(jī)構(gòu)能把待測(cè)炮彈按照指定的輸送節(jié)拍穩(wěn)定地輸送到測(cè)量工位，同時(shí)實(shí)現(xiàn)彈藥的定位和回轉(zhuǎn)。本文所設(shè)計(jì)的彈藥輸送線類(lèi)似于產(chǎn)品加工業(yè)中運(yùn)用的自動(dòng)化生產(chǎn)線，它是輸送機(jī)構(gòu)、隨行夾具、旋轉(zhuǎn)裝置以及卸載機(jī)構(gòu)按照檢測(cè)需求的合理組合，它能使大批量炮彈幾何特征量檢測(cè)達(dá)到自動(dòng)(或半自動(dòng))化。該機(jī)構(gòu)可以縮短檢測(cè)周期，并大大減少檢測(cè)人員的工作強(qiáng)度。

輸送線;步進(jìn)電機(jī);鏈傳動(dòng);幾何特征量

1 彈藥輸送線的布局形式和工作原理

本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)化彈藥輸送線是指由傳輸設(shè)備和附加設(shè)備(旋轉(zhuǎn)裝置、彈藥卸載機(jī)構(gòu))通過(guò)合理的組合，使其能夠有效地配合測(cè)量設(shè)備(測(cè)量設(shè)備不在本文論述范圍內(nèi))進(jìn)行彈藥幾何特征量檢測(cè)的自動(dòng)化測(cè)量線。傳輸部分主要由鏈板式輸送機(jī)構(gòu)和彈藥夾具等機(jī)構(gòu)組成，這些機(jī)構(gòu)組成了一個(gè)環(huán)形循環(huán)系統(tǒng)，在專(zhuān)用機(jī)械手(機(jī)械手不在本文論述范圍內(nèi))的配合下可以持續(xù)不斷的將待測(cè)炮彈輸送至指定的工位進(jìn)行檢測(cè)，做到了彈藥移動(dòng)過(guò)程無(wú)人工參與，有力地配合了檢測(cè)裝置工作，提升了檢測(cè)效率。彈藥輸送線的布局形式如圖1所示，九個(gè)彈藥夾具在傳送鏈上均勻分布，機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)全部彈藥夾具在步進(jìn)電機(jī)(如圖2所示，位于傳送臺(tái)底部，主動(dòng)鏈輪的下方)的驅(qū)動(dòng)下按圖1所示方向做同步運(yùn)動(dòng)。整個(gè)機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)方便其附加設(shè)備和測(cè)量設(shè)備的安裝，也便于檢測(cè)人員進(jìn)行觀察。步進(jìn)電機(jī)由可編程序邏輯控制器進(jìn)行控制，傳動(dòng)速度可以根據(jù)工作要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。

彈藥輸送機(jī)工作時(shí)，先由專(zhuān)用機(jī)械手將待測(cè)彈藥豎直穩(wěn)定地放置在工位1的彈藥夾具中，彈藥夾具8隨著夾具底座9(底座下方安裝有四個(gè)萬(wàn)向輪)在傳送鏈的帶動(dòng)下步進(jìn)式地運(yùn)行，彈藥被傳送到工位2時(shí)由專(zhuān)用的激光器(激光器不在本文論述范圍內(nèi))對(duì)彈體進(jìn)行打標(biāo)、編號(hào)、劃線以及除漆。彈藥被傳送到工位3時(shí)，為配合檢測(cè)設(shè)備工作，旋轉(zhuǎn)裝置開(kāi)始運(yùn)行，它帶動(dòng)夾具和待測(cè)炮彈以炮彈的軸線為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)(旋轉(zhuǎn)角度大于360°)，同時(shí)檢測(cè)設(shè)備開(kāi)始對(duì)炮彈進(jìn)行相應(yīng)幾何特征量的檢測(cè)。旋轉(zhuǎn)裝置由可編程序邏輯控制器以及位置傳感器進(jìn)行控制，測(cè)量工作結(jié)束時(shí)，旋轉(zhuǎn)裝置自動(dòng)退至初始狀態(tài)，當(dāng)下一個(gè)彈藥到達(dá)工位3時(shí)旋轉(zhuǎn)裝置又自動(dòng)執(zhí)行上述動(dòng)作。同理，本文所設(shè)計(jì)彈藥輸送線的工位4與工位3的各機(jī)構(gòu)執(zhí)行相同的動(dòng)作，只是待測(cè)的幾何參數(shù)不同。當(dāng)彈藥被輸送到工位5時(shí)彈藥卸載機(jī)構(gòu)自動(dòng)啟動(dòng)，將豎直傳送的炮彈平穩(wěn)地水平放置在傳送帶上，在由傳送帶將炮彈傳送到測(cè)量工作臺(tái)，以便進(jìn)行后續(xù)參數(shù)的檢測(cè)以及合膛工作。

2 鏈傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算

本文設(shè)計(jì)的彈藥輸送線的動(dòng)力由步進(jìn)電機(jī)提供，整個(gè)鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由動(dòng)力部分支架(支架位于傳送臺(tái)面底部)支撐。該機(jī)構(gòu)分為驅(qū)動(dòng)、從動(dòng)兩個(gè)部分，結(jié)構(gòu)如圖2、圖3所示。

圖1 彈藥輸送線布局圖

圖2 傳送鏈驅(qū)動(dòng)部分三維結(jié)構(gòu)圖

圖3 傳送鏈從動(dòng)部分三維結(jié)構(gòu)圖

夾具底座9(見(jiàn)圖1)與推板6(見(jiàn)圖2)通過(guò)兩個(gè)M8的螺釘固定為一體，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，待測(cè)炮彈便隨著彈藥夾具做步進(jìn)式的環(huán)形運(yùn)動(dòng)，本文所設(shè)計(jì)鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所用的部件均為標(biāo)準(zhǔn)件，并通過(guò)理論計(jì)算進(jìn)行選型。內(nèi)、外鏈節(jié)的形式如圖4所示。

圖4 鏈節(jié)結(jié)構(gòu)圖

(1)電機(jī)功率的計(jì)算:

傳送鏈運(yùn)作時(shí)所需功率計(jì)算公式為:

式中:KA—工況系數(shù)，取1.3;

P—額定功率，7.5kw;

將數(shù)據(jù)代入式2.1得:Pc=KA·P=1.3×7.5=9.75kw

需要傳遞的額定功率按下式計(jì)算:

式中:KZ—從動(dòng)鏈輪齒數(shù)系數(shù)，取KZ=1.34;

KL—驅(qū)動(dòng)輪齒數(shù)系數(shù)，取KL=1.34;

KP—單排鏈排數(shù)系數(shù)，取KP=1.0;

(2)鏈條相關(guān)參數(shù)計(jì)算:

初選類(lèi)型為16A的鏈條，其鏈節(jié)距P=25.4mm。

鏈節(jié)數(shù)LP應(yīng)按下式計(jì)算:

式中:P—鏈節(jié)距;

Z1—從動(dòng)鏈輪齒數(shù)25;

Z2—驅(qū)動(dòng)輪齒數(shù)25;

a0—鏈傳動(dòng)中心距，取a0=113P;

將數(shù)據(jù)帶入式3得:LP=251，取整后LP=252。

該構(gòu)所需的鏈條尺寸按下式計(jì)算:

式中:LP—鏈節(jié)數(shù);

P—鏈節(jié)距;

將數(shù)據(jù)代入式4得鏈條長(zhǎng)度:L=LP·P=252×25.4=6400mm

鏈傳動(dòng)中心距計(jì)算公式為:

將以上數(shù)據(jù)代入式5得中心距a=3212.8mm。固中心距符合設(shè)計(jì)的要求，調(diào)整時(shí)應(yīng)使其大于2P，Δa≥2P=50.8mm

所以實(shí)際安裝的中心距為:a'=a-Δa=3212.8-50.8=3162mm

傳動(dòng)裝置的運(yùn)行速度按下式計(jì)算:

式中:n1—驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)速，500r/min;

輸送機(jī)的拉力計(jì)算公式為:

將相關(guān)數(shù)據(jù)代入式(7)得，輸送機(jī)工作拉力:F=1000×7.5/5.3=1415.1N

壓軸力計(jì)算公式為:

式中:KQ—壓軸力系數(shù)，取KQ=1.2;

將數(shù)據(jù)代入式8得:FQ=KQ·F=1.2×1415.1=1698.1N

設(shè)計(jì)結(jié)果:主動(dòng)鏈輪和從動(dòng)鏈輪齒數(shù)均為25，壓軸力FQ=1698.1N，最終確定選取型號(hào)為16A-1×136GB1243.1-83的滾子鏈條。

3 彈藥夾具和旋轉(zhuǎn)裝置的設(shè)計(jì)

夾具結(jié)構(gòu)如圖5所示，本文設(shè)計(jì)了彈藥夾具和旋轉(zhuǎn)裝置，使炮彈到達(dá)測(cè)量工位3、4時(shí)能夠圍繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，從而配合測(cè)量設(shè)備完成檢測(cè)工作。

支柱4下方設(shè)有插槽，使夾具與其底座固定。傳輸過(guò)程中卡軸10在壓簧8的作用下始終位于夾具1下方的通孔中。旋轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)如圖6所示，當(dāng)彈藥到達(dá)測(cè)量工位時(shí)，氣缸10推動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置向炮彈方向移動(dòng)，解鎖頂桿4將解鎖軸推開(kāi)使夾具解鎖，此時(shí)尼龍壓板2與夾具接觸，同時(shí)帶動(dòng)夾具和炮彈旋轉(zhuǎn)，檢測(cè)完畢后，旋轉(zhuǎn)裝置退至初始狀態(tài)，卡軸10在壓簧8的作用下將夾具再次固定，彈藥被穩(wěn)定的傳送至下一工位。氣缸相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算如下:

圖5 彈藥夾具三維圖

圖6 彈藥旋轉(zhuǎn)裝置三維圖

3.1 氣缸負(fù)載的計(jì)算

該氣缸為橫向氣缸，并且工作部件都在光軸6上運(yùn)動(dòng)，所以主要工作載荷是滑塊5和光軸6之間的摩擦力。本設(shè)計(jì)中氣缸總載荷按下式計(jì)算:

式中:m1—滑塊、電機(jī)安裝板、支撐塊的總重量，m1=4kg;

m2—電機(jī)和尼龍壓板的質(zhì)量，m2=3.05kg;

m3—推桿質(zhì)量，m3=1.59kg;

μ—摩擦力系數(shù)，取μ=0.17;

將數(shù)據(jù)代入式(9)，得氣缸的總載荷:

由于活塞桿和筒壁之間存在摩擦力，所以實(shí)際總載荷F0應(yīng)按下式計(jì)算:

式中:β—負(fù)載率，取β=0.5;

將數(shù)據(jù)代入式(10)可得:F0=F總/β=97.7/0.5=195.4N

3.2 氣缸內(nèi)徑的確定

內(nèi)徑大小計(jì)算公式為:

式中:F0—極限載荷(N);

P0—?dú)飧椎墓ぷ鲏毫?，取P0=0.4(MPa);

通過(guò)GB/T2348-1933標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行圓整，最后取D=32mm。

活塞桿的直徑:d=0.3D=9.6mm，取d=10mm。

缸筒厚度的確定:

依據(jù)《液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè)》得厚度的計(jì)算公式為:

式中:δ—缸筒壁厚(m);

D—?dú)飧變?nèi)徑(m);

P—極限壓力，取0.9(MPa);

［σ］—許用應(yīng)力(MPa);

上式中:σb-45鋼的抗拉強(qiáng)度6×106Pa;

n-安全系數(shù)，取n=5;

圓整后，取δ=12mm。

4 卸載機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的彈藥卸載機(jī)構(gòu)如圖7所示。

圖7 彈藥卸載機(jī)構(gòu)三維圖

本文在自動(dòng)化彈藥輸送線的整體方案設(shè)計(jì)中，在傳送臺(tái)旁邊設(shè)有一個(gè)彈藥卸載工位(即圖1中的工位5)，以便使豎直傳送的炮彈能夠平穩(wěn)地水平放置在傳送帶(傳送帶從光軸7和絲杠6上方通過(guò))上，彈藥經(jīng)傳送帶被傳送至測(cè)量工作臺(tái)進(jìn)行后續(xù)參數(shù)的檢測(cè)。該卸載機(jī)構(gòu)等效于一個(gè)四自由度的機(jī)械手，利用它可以使炮彈從輸送線上自動(dòng)下架。具體結(jié)構(gòu)如圖7所示，四個(gè)關(guān)節(jié)分別由氣缸和電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，手部底座4可實(shí)現(xiàn)0～180°的擺動(dòng)，該機(jī)構(gòu)整體寬500mm、長(zhǎng)1600mm、機(jī)架上方的安裝板到地面的距離為465mm，最大水平移動(dòng)距離為600mm，最大垂直移動(dòng)距離為500mm，通過(guò)底部的調(diào)整座10可以對(duì)卸載機(jī)構(gòu)的高度進(jìn)行調(diào)整，以便使傳送帶不與卸載機(jī)構(gòu)發(fā)生摩擦。整個(gè)工作過(guò)程由PLC和傳感器控制，當(dāng)彈藥到達(dá)工位5時(shí)卸載機(jī)構(gòu)自動(dòng)工作。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)本論文針對(duì)炮彈幾何參數(shù)檢測(cè)的需求，設(shè)計(jì)了一套彈藥輸送機(jī)構(gòu)，它能夠配合檢測(cè)設(shè)備對(duì)不同型號(hào)炮彈進(jìn)行綜合檢測(cè)，大大提高了檢測(cè)效率，對(duì)今后研制類(lèi)似的自動(dòng)化裝置也有重要的參考價(jià)值。

(2)待測(cè)炮彈的直徑范圍為50mm～250mm，差距較大，本文設(shè)置了夾持范圍分別為50mm～100mm、100mm～150mm、150mm～200mm、200mm～250mm的四套夾具，將待測(cè)炮彈分成四個(gè)批次進(jìn)行檢測(cè)，更換夾具這一步驟還需人工完成。

［1］關(guān)慧貞，馮辛安.機(jī)械制造輸送設(shè)計(jì)［J］.機(jī)械自動(dòng)化，2011(4):26-32.

［2］李志強(qiáng).發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線平衡問(wèn)題研究［J］.北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，25(5):10-15.

［3］王勁松，李海蘭，馮進(jìn)良.彈藥幾何特征量檢測(cè)設(shè)備研制方案［J］.科學(xué)技術(shù)與工程，2010，27(1):11-15.

［4］van Zant，Peter.Microchip Fabrication:A Practical Guide to Semiconductor Processing［M］.New York:McGran-Hill，1996.

Design for the Structure of Ammunition Transport Line

HE Dong-kun
(Enviromental Detection Station，Xinbaerhuzuoqi Enviromental Protection Bureau，Xinbaerhuzuoqi 021200，China)

The development of the military industry puts forward higher requirements for detection technology and efficiency of projectile parameters.In view of the characteristics and measurement demands of geometric shape of projectile body，this paper designs a set of automated ammunition conveyor line，which can stably transport awaiting ammunition to measurement situation，and achieve the poisoning and rotation.The designed ammunition conveyor line，with the rational combination of conveying mechanism，movable fixture，rotary device and unloading mechanism，is similar to the automatic production line of product processing industry，making geometrical characteristics detection of mass ammunition reach automation or semi-automation.This device can shorten test period and decrease labor intensity.

conveyor line;stepper motor;chain driving;geometry characteristic value

TJ410.6

A

1009-3907(2013)12-1549-06

2013-10-23

賀東坤(1987-)，男，內(nèi)蒙古呼倫貝爾人，碩士，主要從事精密測(cè)控技術(shù)與儀器方面研究。

責(zé)任編輯:

吳旭云