呂瑞毅

（東方機(jī)器制造（昆明）有限公司，云南 昆明 650217）

1 概述

目前，在各類盒裝品自動包裝生產(chǎn)線上，條狀盒裝品（其長度大于寬度、高度兩倍以上，以下簡稱條狀物）在輸送線上大多是沿其縱向輸送以節(jié)省輸送線的占用空間。在進(jìn)入下一步裝箱工序前，又要求轉(zhuǎn)換為沿其橫向輸送，這就需要一種被稱為橫向收集機(jī)的設(shè)備。橫向收集機(jī)主要由縱向輸入部和橫向推出部，兩大部分組成。在縱向輸入部，要對多條通道上沿縱向無規(guī)則隨機(jī)輸送來的條狀物，進(jìn)行有序化收集整理，排列整齊后，送入橫向推出部，由橫向推板機(jī)構(gòu)將條狀物橫向推出，完成橫向收集過程。

2 技術(shù)領(lǐng)域及背景技術(shù)

現(xiàn)階段在線運(yùn)行的橫向收集機(jī)，大多采用電氣控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對條狀物的收集整理。但因電氣控制必然存在控制檢測元件，電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、編程較為復(fù)雜且動作停頓次數(shù)頻繁，響應(yīng)速度較慢，制約橫向收集的速度，滿足不了下工序裝箱的提速要求，進(jìn)而影響整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。

圖1 設(shè)計(jì)方案示意圖

在電子技術(shù)廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化產(chǎn)品的今天，能否對傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)作深度優(yōu)化，超脫原有產(chǎn)品的形態(tài)特征，這就成為新的課題，值得深入探究。為了深層次挖掘機(jī)械設(shè)計(jì)的潛能，創(chuàng)造獨(dú)特全新產(chǎn)品，從而簡化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，節(jié)約制造成本。本文提出一種全機(jī)械傳動無級調(diào)速橫向收集機(jī)的設(shè)計(jì)研究。

3 設(shè)計(jì)理念

橫向收集機(jī)能夠?qū)Χ鄺l通道上沿縱向輸送來的條狀物進(jìn)行收集整理，排列整齊后，沿其橫向輸出，完成橫向收集過程。實(shí)現(xiàn)這一過程的關(guān)鍵在于，如何在連續(xù)輸送中，對多路無規(guī)則隨機(jī)輸送來的條狀物進(jìn)行有序化收集整理。為此，考慮采用“一抬”“二擋”“三推”三個步驟來實(shí)現(xiàn)。通過“一抬”，對條狀物進(jìn)行初步整理；經(jīng)過“二擋”，使初步整理的條狀物排列整齊，然后一起送入橫向推板通道；進(jìn)而完成“三推”。

4 設(shè)計(jì)方案

為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)理念，解決其技術(shù)問題所選取的設(shè)計(jì)方案是，通過兩段輸送機(jī)構(gòu)與兩組凸輪上抬機(jī)構(gòu)和凸輪擋位機(jī)構(gòu)相結(jié)合，再加上橫向推板機(jī)構(gòu)來實(shí)施。整機(jī)采用無級調(diào)速全機(jī)械傳動的方式，每個機(jī)構(gòu)之間的運(yùn)動狀態(tài)相互匹配并與條狀物輸送速度相匹配，以保證快速、協(xié)調(diào)運(yùn)行, 設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

如圖，上述兩段輸送機(jī)構(gòu)，前段為皮帶輸送機(jī)構(gòu)1，后段為輥筒輸送機(jī)構(gòu)2；在輥筒輸送機(jī)構(gòu)2之間安置凸輪上抬機(jī)構(gòu)3和凸輪擋位機(jī)構(gòu)4；輥筒輸送機(jī)構(gòu)2尾部為橫向推板通道5；其上方為橫向推板機(jī)構(gòu)6。

整個設(shè)備采用一臺電機(jī)驅(qū)動，通過傳動機(jī)構(gòu)使原動力傳遞到所有運(yùn)動機(jī)構(gòu)，按照各運(yùn)動機(jī)構(gòu)的需要，精確設(shè)計(jì)傳動比，讓所有運(yùn)動機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)運(yùn)行。

n-減速機(jī)輸出轉(zhuǎn)速 （r/min）

η-傳動效率

減速機(jī)特性如圖2所示。

為了“以不變應(yīng)萬變”（傳動比為“不變”， 無規(guī)則隨機(jī)輸送為“萬變”），必須精確計(jì)算“一抬”的夾持與釋放和“二擋”的檔位與放行的時間和輸送速度。收集整理及排列整齊的時間和相位，由對應(yīng)凸輪的形狀和相位決定并與輸送速度相匹配，輥筒輸送機(jī)構(gòu)各輥筒的線速度與皮帶輸送機(jī)構(gòu)的線速度并不完全相同，這些要素的協(xié)調(diào)匹配由精確設(shè)計(jì)的傳動比確定，是“以不變應(yīng)萬變”的關(guān)鍵所在，參見圖3。

機(jī)構(gòu)線速度的計(jì)算公式為

式中Vn-V1V2V3V4各機(jī)構(gòu)對應(yīng)線速度 （mm/s）

Dn-D1D2D3D4各機(jī)構(gòu)對應(yīng)計(jì)算直徑（mm）

π-圓周率

n -減速機(jī)輸出轉(zhuǎn)速（r/min）

in-i1i2i3i4各機(jī)構(gòu)對應(yīng)傳動比

結(jié)語

設(shè)備啟動時，所有運(yùn)動機(jī)構(gòu)同時運(yùn)行。各機(jī)構(gòu)之間連續(xù)不間斷的協(xié)調(diào)配合，使整機(jī)能夠“以不變應(yīng)萬變”，有效地解決了條狀物橫向收集速度慢的問題。而且整機(jī)運(yùn)行無需任何控制檢測裝置，只保留必要的故障保護(hù)檢測裝置，因而整機(jī)運(yùn)行可靠性提高，穩(wěn)定性增強(qiáng)，故障率降低，可提高整線的生產(chǎn)能力。該設(shè)備可以在運(yùn)行時，不停機(jī)進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，且速度調(diào)節(jié)平滑無跳躍。能夠做到任意時刻、任意位置停機(jī)，再次啟動，仍然能正常運(yùn)行。由于簡化了電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，從而節(jié)省了電氣元器件采購，節(jié)約了制造成本，節(jié)省了能源消耗。

圖3 機(jī)構(gòu)時序圖

圖2 減速機(jī)特性圖

根據(jù)本文提出的設(shè)計(jì)研究，已經(jīng)設(shè)計(jì)制造出全機(jī)械傳動無極調(diào)速橫向收集機(jī)（該產(chǎn)品已獲國家專利，專利號：201320420024.3），現(xiàn)已投用于實(shí)際生產(chǎn)線，現(xiàn)場在線運(yùn)行狀況良好。實(shí)現(xiàn)了在提高產(chǎn)品技術(shù)性能的同時，增強(qiáng)了產(chǎn)品競爭能力。

[1]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊編委會.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

[2]黃靖遠(yuǎn)，高志，陳祝林.機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)（第3版）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[3]王躍進(jìn).機(jī)械原理.北京：北京大學(xué)出版社，2009.

[4]牟致忠.機(jī)械可靠性—理論方法應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.