工业炸药裹包装置上翻包机构的图解法设计.pdf

2 0 0 9 年8 月工业炸药裹包装置上翻包机构的图解法设计宋少云等 3 3 工业炸药裹包装置上翻包机构的图解法设计。 宋少云∞张国全∞巫纯辉⑦ 肖开文圆 ①武汉工业学院机械学院 湖北武汉，4 3 0 0 2 3 ②广东梅州振声包装技术有限公司 广东梅州，5 1 4 7 9 5 [ 摘要] 使用图解法对工业炸药中包包装线上裹包装置中的翻包机构进行了设计。在介绍了问题的背景后，使 用图解法首先确定气缸的行程及其规格，然后通过从一边试探的方式，三次试探就得到了问题的解答。研究表明， 这种图解法对该类带气缸的连杆机构设计具有普遍的借鉴意义。 [ 关键词] 工业炸药裹包装置翻包机构图解法 [ 分类号] T D 2 3 5 ．2 1 早在1 9 9 5 年，针对我国炸药包装质量太差的现 状，孙绩珍1 就提出要加大对乳化炸药包装工艺设 备的引进与研究。此后一段时期，不少研究工作者 就工业炸药的包装工艺设备进行了研究。2 0 0 4 年， 杨民刚【2 1 对我国工业炸药包装工艺设备的现状进 行了总结，并阐述了以后的发展方向，此后，国内多 个科研单位和大专院校展开了对工业炸药包装工艺 的研究。如杨民刚对码垛工艺技术的研究和对装箱 工艺的研究呤’‘】，张进、巫纯辉、肖开文等对裹包工 艺的研究等哺】，这些研究大大加快了我国工业炸药 中包包装工艺的研究步伐。 为了防潮，工业粉状炸药药卷一般都需要用裹 包装置进行封装。裹包结束后，为了进行立式抽真 空，需要把裹包后的中包翻转9 0 0 后再通过皮带机 传输到热合设备下进行抽真空和热合。设计师在设 计这类机构时，只是给出了气缸的大致规格，并未确 定其裹包机构中气缸缸体销轴的安装位置以及活塞 杆与翻斗的连接位置。在安装现场发现，装配工在 安装这类气缸时遇到较大的困难。他们通过试错法 进行反复调试，即便是经验丰富的安装工，也需要一 个上午的时间才能大致确定铰链的地方，而且也只 能是近似解，这给包装线的快速上市带来了不小的 困难。笔者以A U T OC A D 作为图解工具，最后得到 了这类问题的通用解法，现提出来与诸位设计师探 讨。 1 问题描述 裹包装置中用于中包翻转的机构如图l 所示。 该机构的工作原理如下气缸缸体内通人压缩 图1 中包翻转机构图 空气以后，推动活塞杆，活塞杆通过Y 型接头与翻 斗铰接。翻斗受到Y 型接头的推动后，绕安装耳旋 转9 0 。以接收从裹包装置中推出的包裹好的中包。 然后活塞杆反向运动，通过翻转斗把中包转蓟竖直 位置。 气缸缸体和机架之间可发生相对转动，因此是 转动副；气缸缸体和活塞杆之间可发生相对移动，因 此是移动副；活塞杆与Y 型接头通过螺纹连接在一 起，成为一个构件；该构件与翻斗之间可发生相对转 动，是转动副；翻斗与机架之间是转动副。最后得到 的机构运动简图如图2 所示。 2 设计任务的确定 已知条件如图2 所示，A D 杆长度3 4 0i n ／l l ，铰 链A 的位置确定，铰链曰和C 的位置均未确定，但 A D 杆初始位置必须竖直向下，而翻转后的位置必须 水平向右。 设计任务要求选择气缸规格，确定铰链召和 铰链C 的位置，使得当气缸处于零程和满程时，A D 收稿日期2 0 0 9 - 0 3 - 0 1 作者简介宋少云 1 9 7 2 一 ，男，博士，副教授，研究方向机械设计、虚拟样机技术、多场耦合、计算机仿真和机器人技术。E - m a i l ∞, n g - a l l a o y u n w h p u ．e d u ．c n 万方数据 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s第3 8 卷第4 期 图2 机构运动简图 含部分约束条件 可以旋转9 0 0 。 约束条件 1 铰链B 位于A D 之间某点。 2 铰链C 与铰链A 的垂直距离最大4 1 2m i l l ， 最小3 7 2l r l n l 。 3 设计过程 3 ．1 确定气缸的行程 图3 铰链B 的位置是关键。铰链B 若靠近D ，则气 缸活塞杆转动9 0 。时行程较大，需要的时间长，翻包 效率低，而且当活塞杆较长时，可能发生压杆失稳的 问题；若铰链B 靠近A ，虽然可以提高效率并减小压 杆失稳的几率，但是这使得外伸梁的外伸端过长，从 而使得A D 内部弯曲应力增大，强度方面受到影响。 综合上述两种因素，初步取中间点为铰链B 的初始 值。 D 图3 确定气缸的行程 当取得铰链B 的初始值以后，以A 为圆心，旋 转9 0 0 以后得到曰的新位置，量取B B ’的长度为2 4 1 r l L r n 。此时可以选择行程为2 0 0r n m 或者2 5 0I l L r n 的 气缸。由于该翻包机构的效率是整条包装线的瓶 颈，所以选取2 0 0f i l m 的气缸以加快翻包速度。这 样确定的活动铰链中心将向A 点移动，此时可提高 效率而降低强度，但考虑到中包质量只有4k g ，因此 强度问题并不占据主要地位。 查询库存，得到行程2 0 0m m 的气缸相关参数。 当气缸处于零程时，气缸缸体与机架的连接孔中心 距离Y 型接头连接孔的中心距离为3 9 6m m ，即图1 中的B C 杆零程尺寸为3 9 6n 瑚，则满程时B C 的尺 寸为5 9 61 1 1 1 1 1 。 3 ．2 试探法求解 活动铰链B 和固定铰链C 的位置均未知。但 铰链B 的可行域为d O 线段，而铰链C 的可行域为 一个面域，因此从铰链B 出发进行试探为较好的选 择。 在选择气缸规格时，选择了A D 的中间值作为 初始值。这里首先以该点进行试探。方法是以曰 点为圆心作3 9 6n l r l l 的圆，以B 点为圆心作5 9 6r l l r n 的圆，如果二者交于铰链C 的可行域内，则认为找 到了问题的一个可行解。选取该点试探，交点交于 面域之上；将点从初始值往上移动2 0I n l “ n ，发现交点 在面域之上；继续往上，减小步长移动1 0m l n ，采用 上述方式进行图解，结果两圆交于可行域内，如图4 所示，因此三次试探找到了问题的解。 图4 试探法求解中问铰链和固定铰链位置 测量该点与铰链A 的距离，并重新绘制机构运 动简图如图5 所示 零程状态 ，这里铰链曰与C 的 位置已经完全确定。显然，这只是问题的一种可行 解。对于实际设计而言，已经足够。如果再考虑到 强度问题和效率问题作为约束条件，需要用相关的 优化算法来求解。 图5 问题的解答 万方数据 2 0 0 9 年8 月工业炸药裹包装置上翻包机构的图解法设计宋少云等 3 5 ， 4 结语 工程设计中存在大量的机构设计问题，用图解 法设计是一种较好的选择。由于A U T OC A D 软件 是所有机械设计工程师都十分熟悉的软件，因此直 接用A u t oC A D 作为设计工具则更具备优势。上述 求解方式不仅可用于设计摆动气缸，对类似的其它 机构设计也具有一定的借鉴作用。 参考文献 [ 1 ] 孙绩珍．对我国乳化炸药包装质量的探析[ J ] ．爆破器 [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] 材，1 9 9 5 ，2 4 4 1 0 1 2 ． 杨明刚．工业炸药包装工艺设备现状及发展方向[ J ] ． 煤矿爆破，2 0 0 4 ， 6 5 2 3 2 5 。 杨明刚．小药卷炸药中包自动整列码垛工艺技术[ J ] ． 煤矿爆破，2 0 0 6 ， 7 2 2 4 2 6 ． 杨明刚．工业炸药小药卷中包装箱工艺技术[ J ] ．爆破 器材，2 0 0 7 ，3 6 5 6 8 ． 张进，巫纯辉，肖开文，张国全．工业炸药中包裹包工 艺研究[ J ] ．爆破器材，2 0 0 8 ，3 7 3 1 I 1 3 ． G r a p h i c a lM e t h o dD e s i g no fT u r n i n gP a c k a g eM e c h a n i s mi n W r a p p i n gM a c h i n eo fI n d u s t r i a lE x p l o s i v e S O N GS h a o y u n ∞，Z H A N GG u o q u u n ∞，W UC h u n h u i 。，X I A OK a i w e n 童 M a c h l n eE n g i n e e r i n gD e p a r t m e n t ，W u h a nP o l y t e c h n i cU n i v e r s i t y H u b e iW u h a n ，4 3 0 0 2 3 窑 G u a n g d o n gM e i z h o uZ h e n S h e n gP a c k i n gT e c h n o l o g yC o ．，L t d ． G u a n o n gM e i z h o u ，5 1 4 7 9 5 [ A B S T R A C r ]G r a p h i c a lm e t h o di su s e dt od e s i g nt h et u r n i n gp a c k a g em e c h a n i s mo fw r a p p i n gm a c h i n eo np a d 吲n g 。p r o d u c tl l n eo fi n d u s t r i a le x p l o s i v em i d d l ep a c k a g e ．A f t e rt h eb a c k g r o u n do fp r o b l e mh a sb e e nd e s c r i b e d ，g r a p h i c a lm e t h o d i su s e dt od e t e r m i n et h es t r o k eo fc y l i n d e r ，a n dt h e na p p r o x i m a t i o nm e t h o di su s e dt h r e e t i m e st og e tt h ea n s w e r ．I ts u g g e s t s t h a tt h ep r o p o s a lg r a p h i c a lm e t h o di so fu n i v e r s a lm e a n i n gt os y s t e mo fb a r sW i t l lc y l l n d e r ． [ 1 E Yw 0 R D S ] i n d u s t r i a le x p l o s i v e ，w r a p p i n gm a c h i n e ，t u r n i n gp a c k a g em e c h a n i s m ，g r a p h i c a lm e t h o d 上接第3 2 页[ 2 ] 霍永基．建筑结构爆破振动效应及安全分析研究[ J ] ． 对于周围环境复杂，有重点保护的爆破工程，应 爆破，2 0 0 3 ，2 0 1 l - 6 ． 进行振动监测，掌握振动的衰减规律和被保护目标 [ 3 ] M o o r e ，A J a n dR i c h a r d s ，A B S t r u c t u r a lr e s p o n s eo f 的响应参量，优化爆破设计方案。 b r i c kv e n e e rh o u s e st Ob l a s tv i b r a t i o n ，P r o c A n n u a lc o n - 4 爆破时，规模越大，炸药量越多，则地震波1 ‰喊仰E x p l o s i 哪a n dB l a s t i n g 把。h n ‘q u e ，I S E E , 箜鐾苎登釜 毫篓 登翌璺璺苎篓丝兰篓妻性产。4 ，2 G 0 酯0 3 7 , 笼2 急嚣安全规程。s ，． 生不利的影响，因此尽可能采用微差爆破技术。 { 5 ；A d h i k a r i ，G ．支．。。i X i 二R ．N ．G u p t ac a t 。g o r i ． 5 在地震波的运动上，采用方向减震控制，使 z a t i 。no f v i b r a t i ∞f r e q u e n c yb a s e d 伽。t r u 咖托嘲p o n 嘲 附近建筑和民房避开最小抵抗线的相反方向，有效v i 。．a ．v i sv i b r a t i o ns t a n d a r d 。J o u r n a lo fM i n ∞。M e t a l s ＆ 地保护重点建筑物。 F u e l s 。N o v e m b e r ，2 0 0 4 ．2 7 5 - 2 7 7 ，2 6 8 ． 参考文献[ 6 ] 曹孝君，张继春，吕林和．频率对爆破地震作用下结构 [ 1 ] 孟吉复，惠鸿斌．爆破测试技术[ M ] ．北京冶金工业的动力响应的影响研究[ J ] ．爆破，2 0 0 6 6 ．5 7 - 5 9 ． G r o u n dV i b r a t i o nM o n i t o r i n ga n dC o n t r o lo ft h eM a s sR o c kB l a s t i n gE x c a v a t i o nn e a rB u i l d i n g L ID e l l n ∞，L I UQ i 嘲①，G A OZ h e 唧∞ [ A B S T R A C T ] D e e p h o l em i l l i s e c o n db l a s t i n gi sa p p l i e dt os t o n eq u a r r y i n g ，r e s u l t i n gi nr e d u c e dh a r m f u lb l a s t i n gv i b r a - t h ec o r l c r e t of a c t o r y ，t h em o n i t o r i n gm e t h o di sp r e s e n t e di nt l l i Bp a p e r ，a n dh o wt oc o n t r o lt h ee f f e c to fb l a s t i n gv i b r a t i o nt o t h eb u i l d i n gi sd i s c u s s e da tt h es a m et i m e ． 万方数据