劉木林，潘 波，葉華龍，周大威，耿傳熙，何笑筱，許益玉

（邁得醫(yī)療工業(yè)設(shè)備股份有限公司，浙江 臺州 317607）

近年來，全自動安全式注射針、采血針產(chǎn)品不斷出現(xiàn)在醫(yī)療行業(yè)市場上[1-2]。全自動產(chǎn)品一般使用彈簧作為儲能零件，彈簧單道供料較簡單，彈簧分離器配合振盤就可實現(xiàn)，但是在凈化車間，空間較緊張的情況下，一次做多道的供料，就需要多個振盤，占用較大的空間。因此亟需研發(fā)占地面積較小的多料道彈簧供料裝置。

1 設(shè)備的結(jié)構(gòu)及工作原理

多料道彈簧供料裝置由進(jìn)料倉（存料倉）、回料倉、分離裝置、回料裝置、分選裝置幾部分組成。其核心的分離原理和彈簧分離機最大的區(qū)別在于，彈簧分離機使用離心“甩”物料撞擊筒壁，通過電機的高速旋轉(zhuǎn)，當(dāng)彈簧的線徑較小的情況下，物料極易被拉伸失效，損壞物料；而多料道彈簧供料裝置通過高壓風(fēng)機，讓物料在管壁內(nèi)加速，撞擊到分離板上，讓彈簧壓縮撞擊，極大地減少物料變形，同時撞擊力大小可通過風(fēng)力大小和撞擊板的硬度調(diào)整，極大程度減少了物料的損傷問題[3-4]。彈簧實物如圖1所示。

圖1 彈簧實物圖

1.1 整體架構(gòu)

此彈簧供料裝置由進(jìn)料倉（存料倉）、回料倉、分離裝置、回料裝置、分選裝置幾部分組成。進(jìn)料倉是人工加料的位置，客戶根據(jù)需求將批量存在纏繞狀態(tài)的物料放進(jìn)倉內(nèi)，物料通過進(jìn)料倉前端的進(jìn)料管道，將物料送入底部回料倉內(nèi)。進(jìn)料倉前有物料傳感器，控制物料進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)的數(shù)量，回料倉內(nèi)通過底部高壓風(fēng)機產(chǎn)生的壓力在回料倉內(nèi)形成負(fù)壓，將物料吸入管道后送往頂部的分離裝置內(nèi)，分離裝置頂部有帶孔分離板，物料無法通過，氣流被排出。分離后的物料落入分選裝置內(nèi)，通過分選裝置分選，單一分離的物料被送出裝置，還存在纏繞情況的物料通過回料管道，送進(jìn)回料裝置并再次送往分離裝置循環(huán)，直到所有的物料均被分離送出，以實現(xiàn)自動供料的目的。多料道彈簧供料裝置軸側(cè)圖和側(cè)視圖如圖2所示。

圖2 多料道彈簧供料裝置軸側(cè)圖和側(cè)視圖

1.2 實施路徑

1.2.1 分選裝置

分離后的彈簧物料落進(jìn)分選裝置內(nèi)，分選裝置由雙直振驅(qū)動的料道組成，物料通過分離模塊落進(jìn)V形料道內(nèi)，隨機落下的物料被概率性地分到料道內(nèi)，并在直振的驅(qū)動下，送出至變距料道；通過變距料道的引導(dǎo)將原先緊挨在一起的物料慢慢分開，按設(shè)計要求，被分成需要的道數(shù)和中心距，接著分開的物料被送進(jìn)理料段內(nèi)，理料段將橫向堆疊的物料排除，只剩下上下堆疊的物料，進(jìn)入最終的分選料道，分選料道將疊層物料排除，只剩單一物料，被送向出料口。所有纏繞的物料均掉入底下的返回料道，通過回料管道，送入回料裝置。分選裝置軸側(cè)圖如圖3所示。

圖3 分選裝置軸側(cè)圖

1.2.2 回料裝置

通過回料管道的物料和加料管道的物料都被送進(jìn)回料裝置，底部高壓風(fēng)機帶動的高壓氣流，通過圖4的結(jié)構(gòu)，使進(jìn)料口位置產(chǎn)生負(fù)壓，將加入的物料吸進(jìn)送料管道，并在管道內(nèi)加速，送往分離裝置。

圖4 回料裝置側(cè)視圖

1.2.3 分離裝置

通過管道加速的物料被送入分離裝置，分離裝置的組成如圖5所示。被加速的物料通過進(jìn)料口，撞擊在分離板上，物料有概率性地分離出單一的散料，通過擋料板滑落至出口。分料板根據(jù)彈簧的剛度，選擇對應(yīng)硬度的帶孔聚氨酯材料，加速的氣流通過排氣口和分離板上的孔被排除，物料因為質(zhì)量的原因，落入擋料板從而掉落。出料口位置的傳感器，根據(jù)物料掉落密度，從而判斷進(jìn)料倉是否向循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)加料。

圖5 分離裝置側(cè)視圖

2 控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 控制系統(tǒng)整體設(shè)計

整個裝置的控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是分選裝置、進(jìn)料裝置和分離裝置的控制及系統(tǒng)和主機交互工作狀態(tài)。通過PLC（Programmable Logic Controller）實時控制進(jìn)料系統(tǒng)的進(jìn)料量，讓整體循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)的物料在可控范圍內(nèi)[5]。同時通過工作過程的監(jiān)控判斷物料是否正常輸出、高壓風(fēng)機是否正常工作等狀態(tài)。整機控制方案如圖6所示。

圖6 控制系統(tǒng)方案圖

2.2 PLC控制系統(tǒng)

本設(shè)備整體控制系統(tǒng)以PLC為核心，完成分選裝置、進(jìn)料裝置、分離裝置的控制，同時裝配Proface觸摸屏實現(xiàn)人機交互，通過傳感器反饋，展示系統(tǒng)工作狀態(tài)，同時配合系統(tǒng)和主機間的信號交互，實現(xiàn)了彈簧有序供料[6-7]。另外系統(tǒng)設(shè)計了與變頻器的通訊，可以通過觸摸屏直接寫入頻率等變頻器參數(shù)，簡化了變頻器的參數(shù)設(shè)置。并且系統(tǒng)包含配方功能，能夠?qū)崿F(xiàn)物料變更后一鍵切換配方參數(shù)，減少了人工反復(fù)設(shè)置參數(shù)的操作，降低設(shè)置錯誤率，方便易用。

整體控制系統(tǒng)以PLC為核心，選用了三菱變頻器、Proface觸摸屏和正泰電器等硬件。

2.3 人機界面設(shè)計

本設(shè)備使用了Proface人機界面，通過與PLC的組態(tài)，能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備的運行監(jiān)控及操作。根據(jù)設(shè)計的實用性原則，觸摸屏畫面以自動伸出畫面為主界面。有設(shè)定運行參數(shù)、位置參數(shù)和手動操作的按鈕窗口，能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)的設(shè)定及手動操作等。

根據(jù)設(shè)計的實用性原則，觸摸屏畫面以生產(chǎn)畫面為主界面，下設(shè)運動參數(shù)、工藝設(shè)定、模具控制等子窗口，通過按鈕切換進(jìn)入。主畫面主要顯示設(shè)備實時工況，如圖7所示。

圖7 人機界面主畫面

3 結(jié)論

本設(shè)備通過采用柔性分離、多級篩選、負(fù)壓回料，可控間歇進(jìn)料等技術(shù)，解決了彈簧多道供料的需求，極大減少了多料道需求自動化設(shè)備彈簧供料的難題，其柔性分離彈簧的方式對彈簧無損傷且分離效果明顯。相比振動盤單道供料，此多料道彈簧供料裝置解決了占用面積大、供料效率低、道數(shù)少等問題。