分析液壓閥芯零件自動供料系統(tǒng)設(shè)計

卞浩

摘要：為了更好的滿足綜采作業(yè)面上液壓閥芯智能化裝配生產(chǎn)的實際需求，本課題設(shè)計研發(fā)了一套較完整的閥芯自動供料系統(tǒng)，及解讀了該系統(tǒng)的技術(shù)要求、整個結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵部件設(shè)計等?；诂F(xiàn)場運行發(fā)現(xiàn)，本系統(tǒng)能安全、準(zhǔn)確的完成閥芯零件的自動化供料任務(wù)，明顯提升了產(chǎn)品裝配質(zhì)量，和設(shè)計要求相吻合。

關(guān)鍵詞：液壓閥芯;自動供料;電動機(jī);系統(tǒng)設(shè)計

引言

液壓閥芯為液壓支架電控系統(tǒng)的主要構(gòu)成，有產(chǎn)品批量大、供貨周期要求短暫等特征。人力手工裝配是傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，實施階段暴露出生產(chǎn)效率低、產(chǎn)品裝配質(zhì)量波動性較大等問題，為了彌補以上不足及更好的滿足液壓閥芯持續(xù)增長的市場需求，筆者所在團(tuán)隊自主開發(fā)了一套完整的液壓閥芯自動裝配生產(chǎn)線，其較好的滿足了全自動化供料需求，具有較寬廣的應(yīng)用前景。

1、自動供料技術(shù)

1.1振動式

這是當(dāng)下金屬小型零部件自動購料時的常用方式之一。振動盤與直線送料器等是其主要實現(xiàn)形式。電磁鐵布置在其料斗下方，彈簧鋼板將盤體和底座連接在一起，電磁鐵控制器依照預(yù)設(shè)頻率為電磁鐵供電，誘導(dǎo)彈簧鋼板生成振動力，進(jìn)而使料斗繞著自身垂直軸進(jìn)行扭擺振動。在扭擺力作用下，零件順著料斗中的螺旋軌道轉(zhuǎn)動，按設(shè)計姿態(tài)供料至出料口。

1.2滾筒式料倉

其工作原理可以做出如下闡述：電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)內(nèi)的滾筒持續(xù)運轉(zhuǎn)，筒內(nèi)特有結(jié)構(gòu)拾取零件，當(dāng)滾筒運轉(zhuǎn)到頂端時，零件會自動墜落至傳送機(jī)構(gòu)導(dǎo)軌，此時導(dǎo)軌就可以利用傾斜或振動設(shè)計的方式，把部分工件運輸?shù)教囟ú课弧?/p>

1.3提升式料倉

多使用該系統(tǒng)完成螺釘、金屬彈片等零部件的供料任務(wù)，和振動式及滾筒式供料相比較，這種供料模式下零件之間的碰撞次數(shù)較少，故而不會對零件形成較大的損傷。系統(tǒng)的工作原理：利電動機(jī)或氣缸應(yīng)用多級抬升階梯把料倉中的物料運輸至出料口，有上料形式簡易、系統(tǒng)穩(wěn)定性優(yōu)良等特征。

1.4托盤式

這是一種很傳統(tǒng)的供料形式，在當(dāng)下手工生產(chǎn)線多數(shù)金屬零件供料領(lǐng)域中有較廣泛應(yīng)用，將這種供料方法用在自動生產(chǎn)線內(nèi)，需要配置更多的智能化設(shè)施，改造成本偏高、占地空間較大等不足，但在靈敏性、柔性方面占據(jù)優(yōu)勢。

2、設(shè)計整個結(jié)構(gòu)

綜合以上供料系統(tǒng)的優(yōu)劣勢及設(shè)計技術(shù)要求，尤其是供料階段嚴(yán)禁對零件及密封錐面造成多余損傷，以及符合供料節(jié)奏與兼顧裝配精準(zhǔn)度要求，本課題設(shè)計研發(fā)了一套旋轉(zhuǎn)分度頂升供料系統(tǒng)（圖1）[1]。本系統(tǒng)主要由物料旋轉(zhuǎn)、頂升及上料系統(tǒng)三部分構(gòu)成，其中物料旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)共計有16個工位，每次用盡單個工位的物料分度盤便會旋轉(zhuǎn)一個工位，負(fù)責(zé)把下一個工位的物料供應(yīng)給頂升系統(tǒng);頂升系統(tǒng)主要是依照節(jié)律朝上推送物料;上料系統(tǒng)能利用安置在平移電缸上的氣動三爪夾取特定部位的回液閥芯，使閥芯在制定位置蘸取適量潤滑油，隨后將其規(guī)范的裝配至生產(chǎn)線工件中，此時一個供料工藝程序就結(jié)束了。

以上供料系統(tǒng)不僅能較好的滿足設(shè)計技術(shù)要求，還具備如下幾個優(yōu)勢[2]：（1）應(yīng)用機(jī)械式的凸輪分度結(jié)構(gòu)，能精準(zhǔn)定位，運行可靠性較高;（2）在多功能傳感器協(xié)助下實現(xiàn)定位于檢測工件質(zhì)量，使被裝配產(chǎn)品方向的達(dá)標(biāo)率得到更大保障;（3）系統(tǒng)是模塊化設(shè)計，和生產(chǎn)線能達(dá)到快速拆卸與拼裝;（4）系統(tǒng)運行噪聲<40dB，符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，較好的保證了現(xiàn)場作業(yè)人員的身體健康。

3、設(shè)計重要結(jié)構(gòu)

3.1凸輪分度系統(tǒng)

在自動供料系統(tǒng)內(nèi)，設(shè)計凸輪分割器被公認(rèn)為是一項重要的工作內(nèi)容，本課題選用了盤輸出精密凸輪間歇式分割器，工作原理：實現(xiàn)輸入軸上方球形凸輪和輸出軸上滾針軸承勻稱分布的從動輪之間的無縫隙垂直嚙合，凸輪輪廓面層的曲線段對從動輪的滾針軸承運轉(zhuǎn)過程提供較大的驅(qū)動力，引領(lǐng)了輸出軸轉(zhuǎn)位，直線段的作用主要是使分割器靜止，且完成精準(zhǔn)定位與自鎖定。大部分工況下，球面凸輪旋轉(zhuǎn)一圈，輸出軸就執(zhí)行完一個轉(zhuǎn)位與一個暫停的分度過程。精準(zhǔn)定位、使用年限長久等均是凸輪分割器持有的優(yōu)勢，本系統(tǒng)選用了雙導(dǎo)程分割器，分度精準(zhǔn)性±60"，設(shè)計中空法蘭盤能節(jié)約組裝空間，為其他輔助裝置的安裝創(chuàng)造了便利條件。

在凸輪分割器自體實現(xiàn)合理選型設(shè)計的基礎(chǔ)上，也要做好輸入軸驅(qū)動電動機(jī)的設(shè)計工作，其內(nèi)的關(guān)鍵一點是測算旋轉(zhuǎn)電動機(jī)的功率值。本課題科技物料旋轉(zhuǎn)部分的旋轉(zhuǎn)盤半徑R1=300mm，厚H=16mm，選用Q235A作為旋轉(zhuǎn)盤材料，工件方位半徑R2=320mm，各工位滿載工況下工件總重量m1=2㎏，各工位夾具重m2=0.5㎏，旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)由16個工位構(gòu)成，分割器導(dǎo)程數(shù)m=2，設(shè)計各工位旋轉(zhuǎn)、景致靜止時間分別是T1、T2，對應(yīng)的時間分別是1s、1/3s，輸入軸轉(zhuǎn)速n=45r/min，選用三相異步電動機(jī)作為系統(tǒng)的電動機(jī)，額定電壓220V，結(jié)合以上主要參數(shù)的設(shè)計情況，測算出驅(qū)動級的最小輸出功率[3]：

分割器驅(qū)動角

旋轉(zhuǎn)盤質(zhì)量W0=35.27㎏;

工件總質(zhì)量W1=32㎏;

工位夾具質(zhì)量W2=32㎏。

據(jù)此能測算出旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動慣量、工件轉(zhuǎn)動慣量及工位夾具轉(zhuǎn)動慣量依次是1.59、3.48、0.87㎏/㎡，總轉(zhuǎn)動慣量是5.94㎏/㎡。

輸出軸最大加速度是8.53rad/s2;

負(fù)載總力矩是54.09N/m，實際負(fù)載轉(zhuǎn)矩108.18N/m;

測算出輸入軸轉(zhuǎn)矩8.92N/m;

最后，計算得出電動機(jī)的輸入功率P=0.07kW。

結(jié)合以上的計算結(jié)果，選擇系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電動機(jī)起動環(huán)節(jié)的最大功率應(yīng)在0.07kW以上，為確保系統(tǒng)運行過程的可靠性，結(jié)合經(jīng)驗值旋轉(zhuǎn)分度系統(tǒng)取電動機(jī)功率200W。

3.2物料載體模塊

參照設(shè)計要求，工件手工補料間隔時間應(yīng)>2h且嚴(yán)禁發(fā)生停機(jī)補料情況，系統(tǒng)還要具備缺料預(yù)警功能。模塊設(shè)計時，通常會把載體模塊內(nèi)的直線軸承和球頭柱塞作為關(guān)鍵部件，其中直線軸承被安裝在本體中，作用以定位為主;工裝共計設(shè)計了3個球頭柱塞，選用的球頭柱塞內(nèi)帶有彈簧，可以對柱體形成一定維持力，同時規(guī)避發(fā)生柱體不能被拔出的情況。

和物料載體模塊頂端相對應(yīng)的設(shè)計以紅外傳感器檢測系統(tǒng)為主，頂升氣缸每向上運動一個位置，回液閥芯工件抵達(dá)檢測位，紅外傳感器為能夠自動檢出是否存有工件，檢測輸出信號分別是1、0時，分別代表該位置存在、沒有工件，把系統(tǒng)信號傳輸至頂升氣缸，氣缸朝上運動一個位置，如此反復(fù)循環(huán)[4]。若直至頂升氣缸上限位依然沒有檢測到工件，那么氣缸會下移至原始位，和下限位傳感器完成冗余分析后，分割器旋轉(zhuǎn)一個工位，按照這樣的方式轉(zhuǎn)動3個工位，上部檢測傳感器輸出值依然是0時，系統(tǒng)就會發(fā)出缺料報警信號，提醒操作人員進(jìn)行補料。

結(jié)束語：

本課題研發(fā)出的旋轉(zhuǎn)分度頂升供料系統(tǒng)較好的解除了液壓閥芯自動供料階段容易損傷部分產(chǎn)品的問題，且使零件安裝面的合格率達(dá)到了100%。本系統(tǒng)作為自動裝配生產(chǎn)鏈上的重要構(gòu)成，自投用以來，運行狀態(tài)安穩(wěn)，符合設(shè)計要求，值得推廣。

參考文獻(xiàn)：

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