李紅雙，何 勍

(1．沈陽(yáng)航空航天大學(xué)北方科技學(xué)院，遼寧沈陽(yáng) 110136;2．遼寧工業(yè)大學(xué)振動(dòng)工程研究所，遼寧錦州 121001)

0 引言

目前，用于物料輸送的裝置很多，由于驅(qū)動(dòng)裝置而導(dǎo)致機(jī)器體積太大，輸送過(guò)程噪音無(wú)法控制，且很難實(shí)現(xiàn)高精度輸送，往往適用于大流量的散體物料輸送［1］?，F(xiàn)代化技術(shù)在不斷發(fā)展，物料輸送行業(yè)已有輸送裝置不能完全滿(mǎn)足需求。輸送裝置體積小、無(wú)噪聲與結(jié)構(gòu)多樣化成為物料輸送領(lǐng)域市場(chǎng)需求的焦點(diǎn)。為此，在超聲電機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，筆者提出了一種用于高頻物料輸送的新型壓電輸送振子，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)數(shù)值研究，為高頻物料精密輸送裝置的創(chuàng)新設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。

1 壓電輸送振子輸送機(jī)理分析

高頻物料精密輸送裝置振子材料經(jīng)有限元軟件ANSYS分析優(yōu)選為不銹鋼，與壓電陶瓷片通過(guò)特定的粘接工藝組成一體作為壓電輸送振子如圖1所示。此裝置的主要部件為帶有粘接壓電陶瓷片的金屬體，它決定著高頻精密輸送裝置的輸送速率。物料輸送裝置在工作中利用輸送振子上的壓電陶瓷片作為激振源，輸送表面為金屬?gòu)椥泽w的矩形平面。在激振源作用下壓電輸送振子產(chǎn)生一階縱向振動(dòng)模態(tài)，此振動(dòng)模態(tài)下對(duì)應(yīng)的頻率為高頻輸送的諧振頻率，在此頻率驅(qū)動(dòng)下，壓電振子輸送面上物料開(kāi)始做單向輸送，實(shí)現(xiàn)高頻物料精密輸送裝置振動(dòng)輸送。

其中，驅(qū)動(dòng)部件壓電輸送振子是高頻物料精密輸送裝置的核心部件，是作為高頻振動(dòng)產(chǎn)生和傳送的路線(xiàn)，對(duì)系統(tǒng)的輸送性能有很大影響［2］。裝置輸送的物料可以是顆?；蛘邏K體(直徑mm級(jí))，根據(jù)實(shí)際需求，輸送長(zhǎng)度與寬度可采用設(shè)置多個(gè)輸送振子在長(zhǎng)度和寬度上進(jìn)行布置，以滿(mǎn)足輸送要求，多個(gè)輸送振子可實(shí)現(xiàn)同頻驅(qū)動(dòng)，對(duì)輸送裝置性能沒(méi)有影響［3］。

圖1 壓電輸送振子

2 輸送振子實(shí)驗(yàn)數(shù)值分析

壓電輸送振子實(shí)驗(yàn)研究為高頻物料精密輸送裝置的性能分析提供了依據(jù)。實(shí)驗(yàn)所用測(cè)試儀器分別為功率放大器、信號(hào)發(fā)生器、激光測(cè)振儀與示波器等儀器，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得:驅(qū)動(dòng)電壓為120 Vp－p時(shí)，壓電輸送振子一階縱向振動(dòng)激振頻率為34．773 kHz，而有限元軟件分析壓電輸送振子激振頻率為35．177 kHz，二者相差0．404 kHz，由于壓電輸送振子在實(shí)際加工過(guò)程中產(chǎn)生的誤差、壓電陶瓷片與輸送振子之間實(shí)際粘貼位置與設(shè)計(jì)位置存在誤差以及實(shí)驗(yàn)測(cè)試誤差等因素影響，實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果與有限元理論計(jì)算有較小偏差。

高頻物料精密輸送裝置中輸送面振幅的分布對(duì)整個(gè)輸送裝置的輸送性能會(huì)產(chǎn)生很大的影響。實(shí)測(cè)對(duì)輸送面長(zhǎng)度方向進(jìn)行測(cè)試，以軸向尺寸大的一側(cè)為起始點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，步長(zhǎng)為2．5 mm，均勻移動(dòng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，測(cè)試壓電振子輸送面在長(zhǎng)度方向上振幅分布情況如圖2。由圖2可看出，輸送面振幅分布存在很小偏差，產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因主要是由于輸送面軸向尺寸不等導(dǎo)致的。

由于壓電輸送振子采用斜面作為輸送面，使得輸送面軸向尺寸長(zhǎng)度不一致，壓電振子輸送面軸向尺寸大的一側(cè)定義為高輸送面，小的一側(cè)定義為低輸送面。在輸送面寬度方向上，以步長(zhǎng)為2．5 mm作為測(cè)試點(diǎn)，測(cè)試寬度方向上壓電輸送振子在高低輸送面上的振幅分布情況如圖3所示。通過(guò)曲線(xiàn)可看出，輸送面振幅寬度方向上高低輸送面振幅分布比較均勻，但高低輸送面振幅之間存在7．51%的相對(duì)偏差。

圖2 振子長(zhǎng)度方向振幅分布

圖3 寬度方向振幅分布曲線(xiàn)

物料輸送裝置的輸送速率主要取決于輸送面振幅的大小。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試知物料輸送裝置在工作中驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)輸送面振幅影響比較大，圖4為在不同驅(qū)動(dòng)電壓下振幅分布曲線(xiàn)。通過(guò)曲線(xiàn)可以看出:驅(qū)動(dòng)電壓與振幅呈線(xiàn)性關(guān)系變化。

壓電輸送振子只有在諧振頻率下才能達(dá)到最佳輸送效果，輸送振子在此頻率下輸送面振幅達(dá)到最大，物料輸送速率最大，輸送裝置的輸送性能最佳。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試發(fā)現(xiàn):當(dāng)振動(dòng)頻率達(dá)到諧振頻率時(shí)，輸送面振幅達(dá)到最大，在共振頻率兩側(cè)，振幅呈線(xiàn)性遞增和遞減趨勢(shì)變化，圖5為實(shí)驗(yàn)測(cè)試幅頻特性曲線(xiàn)。

圖4 驅(qū)動(dòng)電壓與振幅關(guān)系曲線(xiàn)

圖5 振子幅頻特性曲線(xiàn)

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)用于高頻物料精密輸送的壓電振子進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明該輸送振子驅(qū)動(dòng)電壓為120 Vp－p，諧振頻率為34．773 kHz時(shí)，輸送面振幅最大，輸送效果最佳;輸送面振幅在長(zhǎng)度與寬度方向上分布比較均勻。此壓電輸送振子實(shí)驗(yàn)研究為高頻物料精密輸送裝置的系列化設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

［1］ 聞邦椿，劉樹(shù)英，何勍著．振動(dòng)機(jī)械的理論與動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001．

［2］ 李紅雙．一種新型超聲振動(dòng)輸送裝置的研究［J］．機(jī)械工程師，2014(11):28－29．

［3］ 何 勍，金 峰，王宏祥，等．塊體物料的超聲振動(dòng)輸送及同步驅(qū)動(dòng)［J］．振動(dòng)、測(cè)試與診斷，2012(Z1):111－114，154．