郭世行,江 帆,龔斌斌

(中國計量學院機電工程學院,浙江杭州310018)

步進電機是機電一體化的關鍵產(chǎn)品之一,廣泛應用在各種自動化控制系統(tǒng)和精密機械等領域.步進電機由定子與轉(zhuǎn)子組成.定子的內(nèi)壁加工了許多工作凹槽(稱為內(nèi)孔),為了保證高質(zhì)量地安裝激勵線圈,必須保持定子內(nèi)壁的內(nèi)孔的清潔度[1].因此,步進電機的定子內(nèi)孔加工完成后務必對其進行清洗.目前步進電機定子內(nèi)孔的清洗大都由人工完成,需要大量的勞動力和勞動時間,并且清洗液(汽油)對人體健康有一定的危害,這顯然是不符合ISO1800的要求.基于此,我們設計一臺步進電機定子內(nèi)孔自動沖洗機,旨在依靠機械自動化設備替代人工勞動,解決繁瑣的步進電機定子自動清洗工作[2].

1 總體設計

圖1 自動沖洗系統(tǒng)流程圖Figure 1 Flow chart of automatic washing system

當清洗槽中排滿預定個數(shù)即30(5×6)個時,自動成組,并與整體分離.然后推動布滿定子的洗槽到達清洗位置,清洗液自動噴出,自動清洗定子內(nèi)孔.清洗完成后,由自動落料機構(gòu)將定子落入接收盤中,完成定子內(nèi)孔自動清洗.在定子自動清洗的同時,并行完成定子自動成組與分離.如此循環(huán),完成定子的自動連續(xù)清洗[3].

1.1 系統(tǒng)總體構(gòu)成

整個系統(tǒng)由自動進料、自動推進和自動沖洗落料等三個部分組成.系統(tǒng)流程,如圖1.

在自動進料系統(tǒng)中,由皮帶輸送線實現(xiàn)自動進料,步進電機定子經(jīng)過平皮帶帶動和工位板的定位作用,實現(xiàn)步進電機定子在清洗槽中整齊排列。當清洗槽中布滿定子時曲柄滑塊機構(gòu)下壓,阻止后續(xù)步進電機進入清洗槽。然后,啟動自動推進系統(tǒng)的鏈條傳動電機,由鏈條輸送線將步進電機定子向清洗位置推進。在清洗位置設有專門的檢測裝置,當檢測到定子到達預定的清洗位置時,自動沖洗落料系統(tǒng)中的步進電機控制的曲柄滑塊機構(gòu)帶動刷子實現(xiàn)步進電機定子的自動清洗。整個清洗工作達到設定的清洗次數(shù)后即告完成。最后由自動沖洗落料系統(tǒng)中的凸輪機構(gòu)實現(xiàn)步進電機定子的自動落料[4].

1.2 系統(tǒng)總體方案

總體方案,如圖2.

圖2 總體方案圖Figure 2 Overall scheme

整個自動清洗系統(tǒng)(圖2)由自動進料系統(tǒng)、自動推進系統(tǒng)與自動清洗落料系統(tǒng)組成.步進電機定子經(jīng)過自動進料系統(tǒng)中的平皮帶帶動和工位板同時作用來實現(xiàn)在清洗槽中整齊排列,當清洗槽中排滿預定個數(shù)即30個時,曲柄滑塊機構(gòu)下壓,阻止后續(xù)步進電機定子的進料,然后由自動推進系統(tǒng)中驅(qū)動鏈條的電機啟動,步進電機定子開始推進.當光電傳感器檢測到清洗槽到達預定的清洗位置時,由步進電機控制的曲柄滑塊機構(gòu)帶動刷子開始上下運動,同時清洗液噴出,清洗步進電機定子,當上下清洗次數(shù)達到預定次數(shù)時即可完成清洗工作[3].最后,凸輪機構(gòu)開始工作,進行自動落料.落料完畢后接著清洗槽返回,定子重新開始排序,如此往復,完成清洗工作[5].

2 自動進料系統(tǒng)設計

自動進料系統(tǒng),如圖3,其主要功能是定子自動分組與隔離.由于皮帶機的傳動裝置具有傳送平穩(wěn)、噪聲低的特點,可方便地實現(xiàn)步進電機定子自動向前運動.而工位板起導向作用,引導定子進入清洗槽.自動進料系統(tǒng)由進料機構(gòu)與清洗槽機構(gòu)組成.

圖3 自動進料機構(gòu)原理圖Figure 3 Schematic diagram of automatic feeding mechanism

2.1 進料機構(gòu)

進料時,皮帶是連續(xù)運動的.當清洗槽未到進料工位時,要求步進電機定子停止進料,因此要設計一個以曲柄滑塊機構(gòu)為主的定子阻擋機構(gòu),這個機構(gòu)通過曲柄滑塊機構(gòu)的下壓來實現(xiàn)阻擋電機定子前進運動,其工作原理,如圖4.

圖4 定曲柄滑塊子阻擋機構(gòu)原理圖Figure 4 Schematic diagram of crank slider stop institutions

當不需要進行分料時,電機啟動,帶動曲柄轉(zhuǎn)動,滑塊壓桿下行,步進電機定子被滑塊壓桿擋住,此時雖然皮帶仍在傳動,但是不進行分料.當需要分料時,滑塊壓桿上行復位,步進電機定子重新進料及分料[6].

2.2 清洗槽機構(gòu)

針對典型的外徑為 Ф 36 mm的圓柱形步進電動機定子為沖洗原型設計自動沖洗機及其清洗槽.清洗槽設計時考慮了清洗方式為多個步進電機定子直立清洗,經(jīng)過分析決定一次沖洗30個(即5×6).30個步進電機定子通過自動進料機構(gòu)已經(jīng)整齊地排列在清洗槽中,為自動清洗作好了充分準備[7].清洗槽的工作原理,如圖5.

圖5 清洗槽原理圖Figure 5 Schematic diagram of clean settings

3 自動推進系統(tǒng)設計

為了高效率地清洗步進電機定子,采用多個步進電機定子一起沖洗.因為清洗液有腐蝕作用,清洗裝置不便直接安裝在皮帶輸送線之后.所以必須設計一個推進裝置,將清洗槽自動推進清洗位置.其工作原理,如圖6.

圖6 推進系統(tǒng)原理圖Figure 6 Schematic diagram of promote system

推進裝置的工作原理是清洗槽通過鏈條拖動清洗槽沿導軌直線運動,鏈條和清洗槽之間通過鉸鏈連接,方便后面清洗完之后的自動落料.整個推進裝置由步進電機控制.為保持傳動的平衡與正確,采用了鏈輪張力自動調(diào)節(jié)與控制[8].

4 自動清洗落料系統(tǒng)設計[9]

自動清洗系統(tǒng)的主要功能是實現(xiàn)需求多個定子的自動清洗和清洗后的自動落料.因此自動清洗系統(tǒng)由自動清洗機構(gòu)與自動落料機構(gòu)組成.

4.1 自動清洗機構(gòu)[10]

為實現(xiàn)多個步進電機定子一起沖洗,設計了如圖7的自動清洗機構(gòu).自動清洗機構(gòu)由刷子架與曲柄滑塊機構(gòu)組.刷子架周邊有擋板擋著,刷子旁邊有孔,還有導向槽,通過曲柄滑塊機構(gòu)運動推動刷子架上下運動來實現(xiàn)定子自動清洗.

圖7 清洗機構(gòu)原理圖Figure 7 Schematic diagram of cleaning institutions

4.2 自動落料機構(gòu)[10]

自動落料機構(gòu),如圖8.圖中凸輪機構(gòu)是用于步進電機定子內(nèi)孔清洗完畢后,通過電機轉(zhuǎn)動頂清洗槽的一側(cè),使清洗槽翻轉(zhuǎn)而進行定子落料.已知凸輪的基圓半徑r0=150 mm,凸輪以角速度 ω逆時針方向回轉(zhuǎn),由于只是讓凸輪實現(xiàn)落料,推桿的行程為80 mm足夠(電機定子高度為37 mm),滾子半徑為r=40 mm.

圖8 落料機構(gòu)原理圖Figure 8 Schematic diagram of fell material institutions

5 結(jié) 語

本文研發(fā)的一套步進電機定子內(nèi)孔自動沖洗系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)步進電機定子的自動進料、自動推進、自動清洗落料,實現(xiàn)步進電機自動清洗的全過程自動化.設計完成的自動清洗系統(tǒng)經(jīng)企業(yè)應用表明其性能穩(wěn)定,經(jīng)濟成本低,而且提高了工作效率,并便于維修,受到了步進電機生產(chǎn)企業(yè)的肯定.

步進電機定子內(nèi)孔自動沖洗系統(tǒng)及其裝置不僅僅可以用在步進電機定子內(nèi)孔自動沖洗上,而且如果對此裝置稍做改進也可以用在類似的圓柱形有孔物體的自動清洗工序過程中,因此該裝置具有很好的市場前景.

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