一种高速药卷堆码装置推送机构的研究.pdf

2 0 1 2 年4 月 一种高速药卷堆码装置推送机构的研究康晓娟等 3 7 一种高速药卷堆码装置推送机构的研究 康晓娟 向同燕 李全华王云亮 武汉人天包装技术有限公司 湖北武汉，4 3 0 2 0 5 [ 摘要] 利用摇杆的预定急回运动设计了曲柄摇杆滑块机构。采用计算机软件生成凸轮模型。并对凸轮机构进 行运动分析，得出摆动从动件凸轮机构在运动过程中的速度与加速度曲线，通过正确选择凸轮从动件运动规律，来 减小推药过程中推药板对药组的冲击力，实现柔性推送药卷的目的。整个机构以2s 为一个周期，停歇l1 5 ，推送的 进程和回程在1s 内完成。 [ 关键词]药卷堆码装置推送机构曲柄摇杆滑块机构摆动从动件凸轮机构运动分析 【分类号] T S 0 4 T i l l 2 2T I Y 2 3 5 ．2 l 引言 长期以来，工业炸药的包装存在着燃烧爆炸、机 械伤害、电气伤害、物体打击、毒物、噪声、粉尘等主 要危险和有害因素⋯，所以大批炸药生产厂家纷纷 上马炸药自动化包装生产线。近年来，随着市场的 发展，许多厂家研制的炸药自动装药机生产速度越 来越高。但目前市场上的药卷装箱生产线中的自动 堆码装置，由于存在堆码速度低和经常卡药卷的缺 点，严重制约着炸药自动化包装生产线的产能。如 何根据工作相位要求达到大行程间歇式推送药组的 目的，且在推送过程中，冲击力不能过大，以免药组 向前冲是在设备开发过程中需要解决的新问题。 l 推送机构的结构设计H 1 根据新型高速堆码装置的工作循环图，推送装 置的工作相位如图1 。图l 中横坐标为相位旋转角 度，纵坐标为推送行程。由图l 可见推送装置所要 达到的行程为5 2 0I T l r n ，运动规律是0 ～1 8 0 。机构作 往复运动，1 8 0 3 6 0 。机构休止等待。根据行程及相 位要求．可选择曲柄摇杆滑块机构和摆动从动件凸 轮机构组合而成的复合机构。曲柄摇杆机构具有往 复运动的特性，而凸轮机构可实现机构休止等待。 又由于凸轮机构往往不能提供大的摆角，所以要增 加齿轮传动机构来放大凸轮从动件的摆角。经过分 析后确定推送装置的机构简图如图2 所示。 推送机构由摆动从动件盘型凸轮机构、齿轮传 动机构及曲柄摇杆滑块机构组成。工作过程中，凸 轮以3 0r ／r a i n 的速度匀速转动，凸轮带动折杆作往 复摆动，折杆另一端与不完全大齿轮固联，所以折杆 摆动带动大齿轮以折杆中心为圆心摆动，不完全大 棚住转角／4 图l推送装置的工作相位图 1 一盘型凸轮；2 一折杆；3 一大齿轮；4 一小齿轮； 5 一曲柄；6 一长连杆；7 一摇杆；8 一短连杆；9 一滑块；1 0 一药组 图2 推送装置的机构简图 齿轮的摆动通过小齿轮放大后传递给曲柄，曲柄带 动摇杆作往复摆动，而摇杆通过短连杆带动滑块滑 动。这样原动力从盘型凸轮最后传递到滑块，由滑块 上的推药板将药组推送到目标位置，进行下道工序。 2曲柄摇杆滑块机构的结构尺寸设计【3 引 根据空间大小可暂定曲柄摇杆的长度为6 0 0 1 “ ／1 ／／I ，为了降低曲柄摇杆机构在极限位置的刚性冲 ◆收稿日期2 0 1 1 1 1 1 6 作者简介康晓娟 1 9 8 0 一 ．女．硕士。主要从事民用爆破器材包装设备的研究与设计工作。E - m m l 5 4 9 5 2 2 4 3 9 q q ．t o m 万方数据 3 8 爆破器材E x p l o s i v e M a t e r i a l s 第4 1 卷第2 期 击，选取行程速比变化系数K 1 ．1 ，极位夹角0 为 0 1 8 0 0 K 1 ／ K 1 1 将x 代入式 1 ，得0 8 ．5 7 0 。 如图3 所示，在摇杆上选择c 点为摇杆与长连 杆的铰接点，设定c ，D 长度为2 3 0r n r r l ，C 。D 和c 2 D 为摇杆的极限位置。连接C ，和c 2 ，作三角形 C 。C 2 肘，其中，c ，肘垂直于C ，c 2 ，此时 [ C lc 2 M 9 0 0 一0 图3 曲柄摇杆滑块机构简图 单位m m 以C 2 M 的中点0 为圆心，以C 肘长为直径作 圆，曲柄旋转中心便在此圆上。根据机构尺寸要求， 在圆上选择A 点为曲柄的旋转中心。作图得 CBB A 5 1 8 ．1 1 6 1 u 2u 2 c l 马一曰A 3 2 8 ．5 6 2 2 由式 2 得到长连杆的长度为4 2 3 m m ，曲柄长 度为9 5m m 。短连杆的尺寸根据空间位置确定为 2 3 9m m 。从图3 可以看出。摇杆处于极限位置时曲 柄位于A B 。及A B 处，此时曲柄与长连杆共线，且曲 柄极限位置的夹角为1 7 1 。，这样曲柄摇杆滑块机构 设计完毕。但是在生产中要求所设计的曲柄摇杆机 构不但能实现预期的运动，而且还希望在传递功率 时有良好的传动性能，即驱动力应能尽量发挥有效 作用，为了保证机构传动良好，要保证最小传动角 7 曲≥4 0 。。为此可以找出本机构中出现最小传动角 的位置，如图4 所示，当曲柄A B 转到与机架A D 重 图4曲柄摇杆机构简图 叠共线的位尉B ’时，传动角出现极值，传动角在极 限位置的值为 ‰。1 8 0 。一a r c c o s 垒奎掣 3 y 面 o L 卫弋芒盟 3 式中- ．a 为曲柄A B 的长度；6 为连杆B C 的长度；c 为 摇杆D C 的长度；d 为机架A D 的长度。 前面曲柄摇杆机构的尺寸已经确定。所以将a 、 6 A d 的值代人式 3 得到y 曲 4 7 ．1 3 。，满足1 面。 ≥4 0 。的条件，证明本机构具有良好的传动性能。 3 摆动从动件盘型凸轮机构尺寸设计“ 川 为减轻推药板对药组的冲击力，凸轮从动件的 运动规律选用正弦加速度运动规律，其推程时的运 动方程为 渤【妾一下s i n 2 “ r r 6 ／6 0 】I ∥ h w [ 1 一c o s 2 q r 6 ／6 0 ] 俄 口 2 ．r c h w 2 s i n 2 “ r r 8 ／6 0 瞩J 回程时的运动方程为 s h i l _ 一6 sinZ～7r3／80]80 - - “ h w [ C O S 2 r r 6 ／6 0 一1 ] ／赢 口 一2 ．t r h w 2 s i n 2 “ r r S ／8 ’o 衙 4 5 式中s 为摆杆位移；是为摆杆行程；5 为凸轮转角；民 为推程运动角；磊为回程运动角；6 0 为凸轮角速度；t ， 为从动件角速度；口为从动件角加速度。 这种运动规律的速度曲线和加速度曲线都是始 终连续变化的，它没有刚性冲击，也没有柔性冲击， 可以更好地保护药组。 凸轮的设计计算是非常复杂的，作为生产企业， 为了更快地将产品投入市场，通常采用计算机软件 设计凸轮。根据空间尺寸要求，如图5 所示，初步设 定凸轮基本参数 图5摆动从动件盘型凸轮机构筒图 万方数据 2 0 1 2 年4 月一种高速药卷堆码装置推送机构的研究康晓娟等 3 9 基圆半径r b 6 0 m m1 滚子半径r I l O m m I 中心距口 1 2 5 m m} 6 摆杆长厶 1 1 4 ．6 m mI 凸轮转速，I 3 0 r ／m i n i 凸轮转速为3 0r ／m i n 。折杆摆动的角度按照空 间尺寸要求确定为3 3 0 ，按照推送机构的工作相位 可以确定凸轮的运动规律参数为 最大摆角9 3 3 。 推程角妒1 8 5 。 远停角妒2 1 0 。 回程角妒3 8 5 。 7 将式 6 和式 7 代人计算设计软件，得到从动 件的运动规律如图6 、图7 、图8 所示。从图中可以 看出从动件在运动方向改变时其角速度及角加速度 均是连续平滑过渡的，这样可以有效降低冲击力。 为了改善凸轮受力情况，通常规定凸轮机构的最大 压力角a ～应小于某一许用压力角[ a ] ，即a 。。≤ [ a ] 。根据实践经验，推荐的许用压力角取值为推 程 工作行程 摆动从动件取[ a ] 3 5 4 5 0 ，回程 空回行程 摆动从动件取[ a ] 7 0 8 0 0 。 经过软件计算后得到推程最大压力角为 3 9 ．0 7 1 0 ，回程最大压力角为5 2 ．5 6 7 0 。满足a ～≤ [ a ] 的要求，所以设计的凸轮具有良好的传动性能。 由于凸轮从动件的摆角在0 3 3o 之间变换，而 摇杆达到极限位置时曲柄的极限位置夹角为1 7 lo ， 这样就要求不完全大齿轮与小齿轮的传动比i 1 7 1 ／3 3 5 ．2 ，设定小齿轮齿数为2 0 ，则不完全大齿 3 5 3 0 t2 5 毒2 0 垃1 5 最I O 5 0 ．5 蔚l 蚀转知矿 图6 凸轮摆动从动件运动规律 图7 摆动从动件角速度曲线图 州l 位转m 妒／口 图8 摆动从动件角加速度曲线图 轮齿数为2 0 5 ．2 1 0 4 ，齿轮模数取2 ，这样齿轮传 动机构的尺寸也可以确定。 4 机构性能比较 在研制本机构前，采用的是以电机为原动力的 曲柄摇杆机构，为了与其它机构配合使用，配置传感 器控制电机的启停，用变频器控制电机在推送过程 中的速度变化。这种机构的特点是采用电控方式控 制推送运动，可以满足动作要求，但是在生产效率、 稳定性、成本、能耗方面并不理想。表l 为本机构与 旧机构性能对照情况。 表1 本机构与旧机构性能对照 5 结束语 设计的机构已经在实际中使用，由于凸轮及折 杆在加工制造时会产生误差，无法非常精确地控制 折杆的摆动角度，而摆动角度经过齿轮传动机构放 大后，使得曲柄的起始位置不处于极限位置，在推送 药组时会出现推不到位或者推药板退回时又向前运 动一小段距离的现象。将折杆与滚子之间做成可调 连接，可以方便调节摆杆长度。从而微量调节摆杆的 摆动角度，补偿加工制造带来的误差。经过一段时 间的使用，本套机构能够在lm i n 内完成3 0 次间歇 式推送运动，完全可以满足设计要求。 参考文献 [ 1 】常新岩，谢永吉，郑永芬．工业炸药自动包装线的安全 性探讨[ J ] ．爆破器材，2 0 0 9 ，3 8 1 8 ．1 0 ． 万方数据 4 0 爆破器材E x p l o s i v e M a t e r i a l s 第4 1 卷第2 期 舒服华，王洪平．横包机烟包推送机构的运动分析与 改造[ J ] ．烟草科技，2 0 0 7 ，2 3 5 2 1 6 ．1 9 ． 冯霞，贺蜀山．曲柄摇杆机构设计中的禁区[ J ] ．机械， 2 0 0 4 ，3 1 8 2 4 - 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t i o no fo s c i l l a t i n gf o l l o w e rc a m ．T h ei m p a c tf o r c eo fp u s h i n gs l a bC a nb ed e c r e a s e dd u r i n gm o t i o nb yt h ec o r r e c ts e l e c t i o no f c a mm o t i o nl a w ．O ft h e28c y c l eo fw h o l ed e v i c e ，i ti ss t o p p e df o r18 ，a n dt h eg oa n dr e t u r np r o c e s so fp u s h i n gc o m p l e t e i nt h eo t h e r18 ． [ K E YW O R D S ]e x p l o s i v er o l ls t o c k i n gd e v i c e ，p u s h i n ge q u i p m e n t ，c r a n kr o c k e rs l i d i n g - b l o c k ，o s c i f l a f i n gf o l l o w e r c a m 。m o t i o na n a l y s i s 上接第3 6 页爆炸与冲击，2 0 0 3 ，2 3 1 3 7 加． 隔2 m 处再设一道3 0 c m 左右的钢筋混凝凝土墙。 [ 5 ] 夏志成，王静，施翠英．内爆炸作用下抗爆单元防护隔 参考文献 爆墙厚度计算[ J ] ．弹箭与制导学报，2 0 0 9 ，2 9 1 1 4 4 [ 1 ] 蔡军锋，易建政，张晓倩．坑道内爆毁伤效应与隔爆防 1 4 7 ’ 护研究综述[ J ] ．地下空间与工程学报，2 0 0 9 ，5 2 [ 6 ] 顾文彬，孔劲松，吴腾芳，等．环状分布装药容器中爆 3 5 4 - 3 5 7 ． 炸载荷研究[ J ] ．爆破器材，1 9 9 9 ，2 8 5 1 9 - 2 1 ． [ 2 3 李秀地，郑颖人，郑云木，等．坑道内冲击波冲量传播 [ 73 吴世永，张舵，卢芳云坑道内爆炸波的传播规律研究 规律的试验研究[ J ] ．爆破器材，2 0 0 7 ，3 6 3 4 - 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m u t ac a l c u l a t i o na 坨u s e dt oa n a l y z et h eb l a s td e s t r u c t i o ne f f e c t ．a n dat h i c k n e s sc a l c u l a t i o nm e t h o do ft h ee x p l o s i o np r o t e e t i o nw a l lu n d e rt h eb l a s ts h o c kw a v el o a di sp r o p o s e d ．T h et h i c k n e s so ft h ee x p l o s i o np r o t e c t i o nw a l lu n d e rac e r t a i nb l a s t s h o c kw 帆i sa l s os t u d i e d ．t op r o v i d er e f e r e n c e sf o rs a f e t ye v a l u a t i o n ． [ K E YW O R D S ] p r o t e c t i o nw a l l ，b l a s tw a v e ，e x p l o s i v em s g s z i n e ，t u n n e l 1 J 1 J 1 J 1 J 1 J 1 J 口 B H b ∞ “ 万方数据