盧志斌

（廣州市輕工職業(yè)學(xué)校，廣東廣州 510650）

包裝機(jī)械輸送線結(jié)構(gòu)改進(jìn)

盧志斌

（廣州市輕工職業(yè)學(xué)校，廣東廣州 510650）

產(chǎn)品包裝要經(jīng)過(guò)若干工序，通過(guò)輸送線在不同的設(shè)備之間輸送半成品。生產(chǎn)線組裝或改造時(shí)，常發(fā)生被供送物件傾倒的故障。通過(guò)建立被供送物體的力學(xué)模型，求解其運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性條件，得到輸送線結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)整的方法，在實(shí)際應(yīng)用中取得良好效果。

包裝機(jī)械；輸送線；變道對(duì)接；運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.10.31

1 問(wèn)題及產(chǎn)生背景

產(chǎn)品的包裝要經(jīng)歷灌裝、密封、貼標(biāo)噴碼和裝盒裝箱等若干過(guò)程，每道工序用不同功能的設(shè)備來(lái)完成。上一道工序完成后，通過(guò)輸送線把半成品輸送至下一道工序。某調(diào)味品生產(chǎn)廠家為適應(yīng)產(chǎn)品多樣化的包裝需求，添置了一臺(tái)設(shè)備，其輸出輸送線采用變道對(duì)接方式進(jìn)入下游設(shè)備。如圖1所示，虛線表示輸送線，上方是新增設(shè)備的輸出輸送線，下方為下游設(shè)的備輸入輸送線，兩輸送線速度調(diào)整為大小方向相同。采用引導(dǎo)擋板（傾斜的粗實(shí)線）來(lái)引導(dǎo)物件跨越上下游輸送線，引導(dǎo)擋板的安裝角度為α。設(shè)備調(diào)試時(shí)發(fā)生物件向前進(jìn)方向的右側(cè)傾倒的情況。根據(jù)常規(guī)經(jīng)驗(yàn)，在右側(cè)加裝附加擋板后，解決了向右傾倒的問(wèn)題，但卻發(fā)生了向后傾倒的情況。

2 故障分析

圖 1中，N是引導(dǎo)擋板施加給物件的正壓力，F(xiàn)是N引起的摩擦力，F(xiàn)=μcN（μc是引導(dǎo)擋板與物件之間的摩擦因數(shù)）。取動(dòng)坐標(biāo)系y軸的方向與N一致，指向物件運(yùn)動(dòng)方向的右側(cè)；z軸通過(guò)物件重心，方向與物體所受重力相反；x軸符合右手定則，與F方向相同（與物件速度v方向相反）。放置在輸送線上的物件的重量為G，重心在z點(diǎn)（圖2），左側(cè)受到引導(dǎo)擋板施加的力N；底部受到與G大小相等方向相反的支承力Nd，作用點(diǎn)位于底面中心。物件在變道過(guò)程中與輸送線之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，受到摩擦力 Fd，F(xiàn)d=μdNd=μdG （μd是輸送線與物件之間的摩擦因數(shù)），F(xiàn)d可以分解為平行和垂直于輸送線方向的兩個(gè)分量F1和F2，N可以分解為平行和垂直于輸送線的兩個(gè)分力N1和N2（圖1），N1=Nsinα，N2=Ncosα。在 N1的阻礙下，物件沿輸送線運(yùn)動(dòng)方向的速度v1小于輸送線的速度，發(fā)生向前的摩擦力F1；在N2的作用下，物件產(chǎn)生垂直輸送線的速度v2，F(xiàn)2的方向與v2相反。物件平行于引導(dǎo)擋板的速度v是v1和v2的合成。

圖1 輸送線變道對(duì)接

圖2中，F(xiàn)3、F4和F5是Fd在Y方向和X方向上的分解，F(xiàn)3=F1sinα+F2cosα，F(xiàn)4=F2sinα，F(xiàn)5=F1cosα。當(dāng)物件沿引導(dǎo)擋板勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，在Y方向上，N-F3=0，在Z方向上，Nd-G=0。研究圖2a，取d1為力矩中心，合成力矩M=Ndr+F3×0+Nh-Gr，其中，r是物件底部半徑。將 Nd-G=0 代入 M=Ndr+F3×0+Nh-Gr，得 M=N×h。物件處于力矩不平衡狀態(tài)，在順時(shí)針力矩Nh的作用下發(fā)生繞d1的轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致物件向右傾倒的故障發(fā)生。加裝附加擋板后（圖2a虛線）后，附加擋板施加的正壓力N′對(duì)d1產(chǎn)生逆時(shí)針力矩N′h′，防止了物件向右側(cè)的傾倒。

由于設(shè)備和物件的多樣性，加裝附加擋板的方法在某些場(chǎng)合會(huì)引發(fā)向后傾倒的故障。在ZX平面（圖 2b）上，引導(dǎo)擋板作用于物件的摩擦力F產(chǎn)生逆時(shí)針力矩Fh=μcNh，物件存在繞d2點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)向后傾倒的趨勢(shì)。附加擋板加入后，又增加了逆時(shí)針力矩 F′h′=μbN′h（′μb是附加擋板與物件之間的摩擦因數(shù)），在 Fh 和F′h′的共同作用下，原來(lái)不至于發(fā)生傾倒的物件就有可能發(fā)生向后傾倒的故障。

圖2 物件受力分析

3 改進(jìn)及效果

通過(guò)研究具體情況決定棄用附加擋板，采用降低h的方法，原理如圖2c所示。把引導(dǎo)擋板施加給物件的N和F合成總反力R，R=sqr（tN2+F2）。在順時(shí)針力矩 Rh 作用下，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生時(shí)，Nd的作用點(diǎn)移動(dòng)至d（d的位置在物件前進(jìn)方向的右后方，根據(jù)μc大小來(lái)確定），Nd與G構(gòu)成逆時(shí)針力偶Gs。只要保證Rh＜Gs，物件將恢復(fù)到圖2a，b的狀態(tài)，忽略小幅擺動(dòng)加速度的影響，物件將維持在小幅顛簸狀態(tài)。由于s的最大值是物件底面半徑r，理論上只要滿足Rh＜Gr，物件將保持小幅顛簸狀態(tài)而不傾倒。對(duì)于不同材料和形狀的物件、不同材料和運(yùn)動(dòng)速度的輸送線，以及不同材料和安裝角度的引導(dǎo)版，安裝高度h的最佳值不同。通過(guò)試驗(yàn)的方法來(lái)確定h，解決了物件向右傾倒的問(wèn)題，同時(shí)不發(fā)生向后傾倒的故障。

TH6

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〔編輯 凌 瑞〕