劉青苑

(上海隧道工程有限公司機械制造分公司，上海 200120)

自動售貨機在人們?nèi)粘Ｉ钪邪缪菰絹碓街匾慕巧?，可全天候工作，售貨便利，無需專人看管，空間需求小，售貨范圍廣。目前，應用于自動售貨機上的商品送出機構種類較多，較經(jīng)典的有彈簧推動式、轉(zhuǎn)盤送出式、電磁鐵夾持式等。彈簧推動式結構簡單，是由螺旋式彈簧和連在彈簧1端的電機構成，電機轉(zhuǎn)動1圈就帶動彈簧轉(zhuǎn)動1圈，同時推出1個易拉罐。缺點是每根彈簧所裝的罐體數(shù)量有限，需要維護人員根據(jù)實時售出情況人工補充罐。轉(zhuǎn)盤送出式機構有1個很大的喇叭狀罐體存儲容器，下面是1個周邊有若干個圓槽的轉(zhuǎn)盤，通過轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動使罐體落入轉(zhuǎn)盤周邊槽內(nèi)而被售出。該送出機構需要較大的轉(zhuǎn)矩驅(qū)動，占用空間大，缺點是易卡死。電磁鐵夾持式結構簡單，反應靈敏，缺點是電磁鐵夾持器成本高、易損壞、難維護[1-4]。

移動凸輪機構具有快速將轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成移動的功能，通過廓線可以控制移動從動件位移特性，可隨時實現(xiàn)停留、逆向等動作，本設計采用雙廓復合凸輪，用于大容量罐體存儲容器的機械式出罐機構，其機械結構簡單、制造成本低、售貨反應快[5-8]。

1 移動凸輪出罐要求

該出罐機構采用凸輪驅(qū)動接罐板和擋罐板交替協(xié)同運動完成罐體的出罐，如圖1所示。設接近儲罐倉的方向為X方向，遠離儲罐倉的方向為-X方向，利用雙廓復合移動凸輪完成出罐過程。圓柱凸輪旋轉(zhuǎn)360°，依靠其雙凸輪廓線的作用，接罐板和擋罐板按一定順序完成隔罐、落罐、回擋、復位4個動作。

凸輪雙凸輪廓線驅(qū)動2個單罐出罐循環(huán)時序圖，如圖2所示。移動凸輪廓線方程采用一次多項式運動和正弦運動組合，ab及de段采用一次多項式運動規(guī)律，bc及ef段采用正弦運動，具體廓線方程將后續(xù)研究。

圖1 出罐運動示意圖

(a)接罐板運動位移曲線

(b)擋罐板運動位移曲線圖2 接罐板和擋罐板運動位移曲線

2 出罐機構設計

圖3為雙廓復合移動凸輪式出罐機構:步進電動機1固定安裝在由鋼板焊接而成的支撐架2上，輸出軸通過聯(lián)軸器3與圓柱凸輪6的伸出軸相連接，步進電動機1輸出軸安裝位置磁條4，附近安裝有傳感器5，圓柱凸輪6通過軸承安裝在支撐架2上。圓柱凸輪6由兩段直徑不同的圓柱構成，大直徑圓柱上開有凸輪槽A，小直徑圓柱上開有凸輪槽B，下移動從動件8裝有滾子7，滾子7安裝在凸輪槽A中，上移動從動件10裝有滾子9，滾子9安裝在凸輪槽B中，大圓柱廓線的寬度與滾子7相一致，小圓柱廓線的寬度與滾子9相一致，在支撐架2上安裝有下導套11和上導套12，下導套11對下移動從動件8起導向作用，上導套12對上移動從動件10起導向作用。下移動從動件8的右端裝有接罐板13，上移動從動件10的右端裝有擋罐板14。具有傾斜通道的儲罐倉15安裝在支撐架2上，儲罐倉15內(nèi)裝有單排飲料罐。最下面的飲料罐編號為16，下面數(shù)第二個飲料罐編號為17。磁條4與傳感器5檢測標定位置：下移動從動件8位于X方向最遠端，上移動從動件10位于X方向最近端。接罐板13接載儲罐倉中的單排飲料罐。此時處于待售狀態(tài)。

3 出罐工作過程

以重復單罐逐一供貨方式完成多罐飲料的出罐過程，電動機1轉(zhuǎn)一周360°可售出一罐飲料。待售狀態(tài)下，當控制系統(tǒng)接到該飲料購買信號后，按購買數(shù)量編制多個單罐出罐控制信號。工作過程如下。

1)隔罐：步進電動機1由0°轉(zhuǎn)至90°，如圖4(a)所示。

當步進電動機1由0°轉(zhuǎn)至90°，上移動從動件10向X方向運動到最遠端，擋罐板14伸到16和17號飲料罐的中間，此過程中下移動從動件8處于休止狀態(tài)，接罐板13不運動。

2)落罐：步進電動機1由90°轉(zhuǎn)至180°，如圖4(b)所示。

步進電動機1由90°轉(zhuǎn)至180°，下移動從動件8向-X方向運動，隨著接罐板13回縮到儲罐倉出料罐口外部，使16號飲料罐落出儲罐倉，此時上移動從動件10處于休止狀態(tài)，擋罐板14隔住隨之下落的17號飲料罐及上邊所有的飲料罐。

3)回擋：步進電動機1由180°轉(zhuǎn)至270°，如圖4(c)所示。

步進電動機1按圖中箭頭方向由180°轉(zhuǎn)至270°，上移動從動件10處于休止狀態(tài)，擋罐板14靜止，隔住17號飲料罐及上邊所有的飲料罐，下移動從動件8運動到X方向最遠端，接罐板13重新?lián)踝迋}出料罐口。

4)復位：步進電動機1由270°轉(zhuǎn)至360°，如圖4(d)所示。

步進電動機1由270°轉(zhuǎn)至360°，下移動從動件8處于休止狀態(tài)，接罐板13繼續(xù)擋住儲罐倉出料罐口。上移動從動件10向-X方向運動，隨著擋罐板14后退，17號飲料罐及上邊所有的飲料罐在儲罐倉下落，被接罐板13接住。

通過以上4個步驟,步進電機轉(zhuǎn)過了360°,完成了單罐的出罐,裝置自動恢復到初始狀態(tài)。通過位置磁條4及附近安裝的傳感器5控制步進電機的初始狀態(tài)，定位精度。如果一次購買多個罐,可通過控制系統(tǒng)設計在每個單罐的出罐中間有數(shù)秒的停歇，保證17號飲料罐充分落到接罐板13后再開始下一次單罐出罐。

(a)隔罐

(c)回檔

(d)復位

圖4 出罐工作過程

4 結語

圍繞自動售貨機的機械式出罐機構開展研究，一個復合雙廓凸輪同時驅(qū)動2個從動件，通過廓線控制從動件交替工作，穩(wěn)定完成出罐，凸輪僅僅360°轉(zhuǎn)即可完成售罐，售貨效率高。凸輪廓線方程采用一次多項式運動規(guī)律和正弦運動組合，從動件往返及停留處無沖擊，移動圓柱凸輪廓線可使從動件反行程自鎖，實現(xiàn)預定位置的擋罐板和接罐板的鎖緊。該機構加工簡單、成本低，可與蛇形大容量罐體存儲倉配套，可以減少定期加罐次數(shù)，可應用于遠地及人口密集處的售貨。