牟葆田 佟河亭 張宏翔

摘要：針對(duì)電熱毯生產(chǎn)線的布局和生產(chǎn)要求，本文以針盤下降設(shè)備為例，對(duì)針盤的循環(huán)設(shè)備進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。介紹了組成針盤下降設(shè)備各個(gè)機(jī)構(gòu)和原理，對(duì)針盤夾持下降裝置和導(dǎo)軌開(kāi)合裝置進(jìn)行分析。同時(shí)，為保證各部分機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能和順序，對(duì)定位氣缸、導(dǎo)軌開(kāi)合裝置和推動(dòng)氣缸的氣動(dòng)回路進(jìn)行設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了針盤的自動(dòng)循環(huán)以及與生產(chǎn)線其他設(shè)備的配合，形成完整的電熱毯自動(dòng)化生產(chǎn)線，提高了電熱毯的生產(chǎn)效率，滿足了廠家的生產(chǎn)要求。該研究有利于電熱毯的自動(dòng)化生產(chǎn)，具有較大的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：電熱毯; 針盤; 循環(huán)設(shè)備; 氣路控制

電熱毯是一種柔性電熱取暖產(chǎn)品[1]，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、使用方便[2]，在國(guó)際和國(guó)內(nèi)擁有巨大的市場(chǎng)需求[3]。傳統(tǒng)的電熱毯生產(chǎn)主要是人工操作，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，生產(chǎn)效率極低。近年來(lái)，隨著工業(yè)自動(dòng)化在工業(yè)生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，許多專家學(xué)者對(duì)電熱毯自動(dòng)加工設(shè)備進(jìn)行研究。東莞市利瀚機(jī)械有限公司[4]研制的電熱毯加工機(jī)，能完成自動(dòng)送料、自動(dòng)布料、全自動(dòng)繞線、超聲波焊接、自動(dòng)切邊及橫切的工序，但該設(shè)備無(wú)法實(shí)現(xiàn)流水作業(yè)，不適宜大規(guī)模批量生產(chǎn)[5];連建永[6]設(shè)計(jì)的電熱毯自動(dòng)生產(chǎn)裝置，實(shí)現(xiàn)了隨著布料傳送隨時(shí)鋪線、隨時(shí)熱壓粘合的機(jī)械化加工生產(chǎn)方式，但此設(shè)備采用熱風(fēng)焊接[7]的方式粘合電熱毯底料與頂料，需要加膠，不夠環(huán)保，焊接產(chǎn)品的效果并不理想[8];趙朋[9-11]設(shè)計(jì)的電熱毯加工設(shè)備，能夠完成自動(dòng)上料，加熱，復(fù)合工作，但此設(shè)備布線工序仍需要手工操作，效率較低。因此，本文利用cero2.0三維設(shè)計(jì)軟件，對(duì)針盤循環(huán)設(shè)備[12]進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并利用液壓氣動(dòng)仿真軟件對(duì)設(shè)備氣動(dòng)回路[13]進(jìn)行設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了針盤的自動(dòng)循環(huán)利用，同時(shí)能夠與其它設(shè)備配合，實(shí)現(xiàn)電熱毯生產(chǎn)線的整體運(yùn)行，提高電熱毯生產(chǎn)加工的效率。該設(shè)計(jì)具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

1 針盤循環(huán)設(shè)備的結(jié)構(gòu)與工作原理

根據(jù)場(chǎng)地條件，電熱毯生產(chǎn)線采用一字型布局[14]，由底料放置，布線，頂料放置，超聲波焊接，切割分離及針盤循環(huán)等生產(chǎn)設(shè)備組成。其中，針盤循環(huán)設(shè)備由針盤下降設(shè)備及針盤提升設(shè)備組成。電熱毯在切割分離工位完成后，由輸送帶送至指定位置，而空針盤則傳送至針盤下降工位。通過(guò)針盤下降設(shè)備，針盤從上層導(dǎo)軌下落到下層導(dǎo)軌。針盤底部帶有齒條，經(jīng)動(dòng)力裝置傳送，針盤從針盤下降設(shè)備，運(yùn)動(dòng)到底料放置設(shè)備前端的針盤提升工位。

通過(guò)針盤提升設(shè)備，針盤從下層導(dǎo)軌提升到上層導(dǎo)軌，并運(yùn)動(dòng)到底料放置設(shè)備，開(kāi)始新一輪電熱毯加工。針盤下降和提升設(shè)備原理相同，工作方式相反。

1.1 針盤下降設(shè)備結(jié)構(gòu)與工作原理

針盤下降設(shè)備主要由機(jī)架、氣缸、傳感器、導(dǎo)軌開(kāi)合裝置、夾持下降裝置和動(dòng)力裝置組成。針盤下降設(shè)備整體模型如圖1所示。其工作原理為：針盤從左側(cè)運(yùn)動(dòng)到下降設(shè)備后停止，光電傳感器A檢測(cè)到針盤后，定位氣缸[15]開(kāi)始工作，將針盤推動(dòng)到預(yù)定位置，此時(shí)，針盤滾輪正好停留在上層開(kāi)合導(dǎo)軌位置上，電機(jī)通過(guò)鏈傳動(dòng)，帶動(dòng)夾持裝置中的V型塊上升，托住針盤輪軸后繼續(xù)上升，直至針盤滾輪脫離導(dǎo)軌，停止上升，然后導(dǎo)軌開(kāi)合裝置打開(kāi)上層活動(dòng)導(dǎo)軌。電機(jī)反轉(zhuǎn)，夾持下降裝置帶動(dòng)針盤下落，直至針盤滾輪落在下層導(dǎo)軌，V型塊脫離針盤輪軸停止，此時(shí)傳感器B檢測(cè)到針盤到位，發(fā)出訊號(hào)，使上層導(dǎo)軌閉合，為下一個(gè)針盤到位做準(zhǔn)備。同時(shí)，機(jī)架下部推動(dòng)氣缸推送針盤，使針盤底部齒條與動(dòng)力裝置中的齒輪嚙合，動(dòng)力裝置再將針盤運(yùn)送至下一工作單元。

1.2 針盤夾持下降裝置

為了實(shí)現(xiàn)針盤平穩(wěn)下放，需保證4個(gè)夾持V型塊運(yùn)動(dòng)的同步性。同時(shí)，考慮針盤質(zhì)量較大（約150 kg），所以采用鏈傳動(dòng)的方式。鏈傳動(dòng)是在2個(gè)或者多于2個(gè)鏈輪之間用鏈作為撓性拉曳元件的一種嚙合傳動(dòng)形式[16]。鏈傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是無(wú)彈性打滑和整體打滑現(xiàn)象，能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比，傳動(dòng)效率較高，傳動(dòng)尺寸比較緊湊，不需要很大的張緊力[17]。針盤夾持下降裝置整體模型如圖2所示。電機(jī)經(jīng)減速器驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸上的4個(gè)鏈輪。其中，外側(cè)的2個(gè)鏈輪通過(guò)鏈條A帶動(dòng)右側(cè)4個(gè)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)比為1∶1。底部?jī)?nèi)側(cè)4個(gè)鏈輪通過(guò)鏈條B帶動(dòng)頂部4個(gè)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)比為1∶1。夾持V型塊通過(guò)銷軸固定在鏈條B上。整個(gè)下降裝置采用一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，保證4個(gè)夾持塊運(yùn)動(dòng)的同步性。為避免針盤下降時(shí)產(chǎn)生高度方向的傾斜，夾持塊上有滾輪，嵌入到鋁合金型材的凹槽內(nèi)導(dǎo)向，防止夾持塊運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，保證針盤運(yùn)行平穩(wěn)。針盤利用氣缸定位存在一定的誤差，影響精度，夾持塊設(shè)計(jì)成V型結(jié)構(gòu)可以很好的解決這一問(wèn)題。

1.3 導(dǎo)軌開(kāi)合裝置

導(dǎo)軌開(kāi)合裝置實(shí)現(xiàn)活動(dòng)導(dǎo)軌的打開(kāi)和閉合，導(dǎo)軌開(kāi)合裝置如圖3所示。導(dǎo)軌連接板和銷軸B通過(guò)焊接的方式與活動(dòng)導(dǎo)軌固定。銷軸A焊接在固定導(dǎo)軌上，活動(dòng)導(dǎo)軌與固定導(dǎo)軌以及活動(dòng)導(dǎo)軌與氣缸利用銷連接。夾持V型塊托住針盤輪軸后，氣缸縮回帶動(dòng)活動(dòng)導(dǎo)軌完全打開(kāi)，（見(jiàn)圖3b）。針盤滾輪落到下層導(dǎo)軌后，氣缸伸出推動(dòng)活動(dòng)導(dǎo)軌閉合。由銷軸B運(yùn)動(dòng)軌跡線和活動(dòng)導(dǎo)軌頂點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡線[18]可知，要實(shí)現(xiàn)導(dǎo)軌開(kāi)合，活動(dòng)導(dǎo)軌與固定導(dǎo)軌的接觸面應(yīng)設(shè)計(jì)為帶有一定傾斜角度，同時(shí)氣缸選型時(shí)，安裝方式選用擺動(dòng)底座式[19]。

2 氣動(dòng)回路設(shè)計(jì)

為保證各部分機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能和順序，需要對(duì)相關(guān)機(jī)構(gòu)氣動(dòng)回路進(jìn)行設(shè)計(jì)[20]。氣動(dòng)控制原理圖如圖4所示。

2.1 定位氣缸氣路設(shè)計(jì)

定位氣缸工作原理：當(dāng)接收到位置傳感器A發(fā)送的信號(hào)，2DT通電，壓縮空氣經(jīng)氣動(dòng)二聯(lián)件1、減壓閥2、電磁換向閥3左位進(jìn)入氣缸5無(wú)桿腔，活塞桿伸出推動(dòng)針盤到預(yù)定位置。有桿腔的空氣通過(guò)單向節(jié)流閥4、電磁換向閥3排出。氣缸推力由減壓閥2控制，運(yùn)動(dòng)速度由單向節(jié)流閥4控制。夾持塊托住針盤輪軸后，氣缸5復(fù)位。

2.2 導(dǎo)軌開(kāi)合裝置氣路設(shè)計(jì)

導(dǎo)軌開(kāi)合裝置工作原理：當(dāng)針盤定位完成后，向電磁換向閥8發(fā)送延時(shí)信號(hào)，4DT通電，壓縮空氣經(jīng)減壓閥7、二位五通換向閥8右位，進(jìn)入4個(gè)氣缸的有桿腔，氣缸10活塞桿帶動(dòng)導(dǎo)軌下移，導(dǎo)軌打開(kāi)。氣缸無(wú)桿腔的空氣通過(guò)單向節(jié)流閥9、電磁換向閥8排出。氣缸推力大小由減壓閥7控制，運(yùn)動(dòng)速度由單向節(jié)流閥9控制。接收位置傳感器B發(fā)送的信號(hào)，氣缸10復(fù)位。

2.3 推動(dòng)氣缸氣路設(shè)計(jì)

推動(dòng)氣缸工作原理：當(dāng)收到位置傳感器B發(fā)送的信號(hào)，6DT通電，壓縮空氣經(jīng)電磁換向閥12左位，進(jìn)入氣缸14無(wú)桿腔，活塞桿推動(dòng)針盤，使針盤底部齒條與動(dòng)力裝置中齒輪嚙合。有桿腔的空氣通過(guò)單向節(jié)流閥13、電磁換向閥12排出。運(yùn)動(dòng)速度由單向節(jié)流閥13控制。動(dòng)力裝置開(kāi)始工作，氣缸14復(fù)位。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文主要對(duì)電熱毯生產(chǎn)線針盤循環(huán)設(shè)備的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。根據(jù)電熱毯生產(chǎn)線的布局與生產(chǎn)要求，利用creo2.0設(shè)計(jì)了針盤循環(huán)設(shè)備的三維結(jié)構(gòu)。同時(shí)，利用氣動(dòng)仿真軟件對(duì)設(shè)備的氣動(dòng)回路進(jìn)行仿真，保證機(jī)構(gòu)功能與順序的實(shí)現(xiàn)。該設(shè)計(jì)可以與電熱毯生產(chǎn)線其它設(shè)備銜接，形成電熱毯自動(dòng)化生產(chǎn)線，減少人力成本，提高產(chǎn)能。該研究具有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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