牛瑞坤,王海巧

(金陵科技學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院,江蘇 南京 211169)

0 引 言

直線振動(dòng)送料器的工作原理為:通過激振源使系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng),兩側(cè)的彈簧片將頂盤的運(yùn)動(dòng)分解成為上下和左右的運(yùn)動(dòng),其頂盤的運(yùn)動(dòng)軌跡即為橢圓運(yùn)動(dòng)軌跡,物料在頂盤上跟隨頂盤一起振動(dòng),利用物料自重以及與頂盤接觸摩擦來推動(dòng)物料的前進(jìn)[1,2]。

國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的振動(dòng)送料器通常存在噪音高、耗電量大、對(duì)產(chǎn)品損傷大等問題。但是日本等國(guó)外生產(chǎn)的送料器產(chǎn)品價(jià)格又過于昂貴,因此,面對(duì)這一局面,國(guó)內(nèi)廠商有必要對(duì)送料器的結(jié)構(gòu)原理及物料輸送特點(diǎn)進(jìn)行研究,并設(shè)計(jì)出一種可代替國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)振動(dòng)送料器和價(jià)格昂貴的進(jìn)口送料器產(chǎn)品。

傳統(tǒng)的直線振動(dòng)送料器分為電磁式和壓電式兩種。國(guó)外對(duì)于電磁式的研究始于上世紀(jì)60年代,一直到上世紀(jì)末達(dá)到頂峰[3]。日本的昕芙旎雅有限公司針對(duì)電磁式運(yùn)行的穩(wěn)定性,在送料器底座上設(shè)置了兩個(gè)對(duì)稱送料槽,來消除料槽的相互作用力[4]。針對(duì)送料器的噪音,中國(guó)航天工業(yè)部702研究所在送料器料槽的后板和肋板上開孔,并在電磁振動(dòng)器和料槽之間的連接處安裝彈性元件[5-8]。日本神鋼電機(jī)株式會(huì)社對(duì)送料器的控制器進(jìn)行了改進(jìn),即利用信號(hào)與電磁鐵電壓間的相位差,依據(jù)相位差的偏差值和基準(zhǔn)值,以此來設(shè)定振動(dòng)送料器的振動(dòng)頻率。

壓電式振動(dòng)送料器最早在上世紀(jì)70年代末期由日本的特殊陶業(yè)株式會(huì)社提出,隨后很多研究人員在此基礎(chǔ)上對(duì)其又進(jìn)行了大量的研究[9-11]。本世紀(jì)初,中國(guó)臺(tái)灣的YUNG Ting等人研制了一種新型的行波式壓電送料器,其最大振幅可達(dá)0.9 μm。大連理工大學(xué)的焦其偉等人[12-14]采用國(guó)產(chǎn)的壓電雙晶片,研制了一種直線振動(dòng)送料器,利用雙彈簧片分別與壓電雙晶片兩端連接,以此來放大直線振動(dòng)送料器的振幅。吉林大學(xué)的楊志剛教授團(tuán)隊(duì)[15-20]研制出了一種垂直驅(qū)動(dòng)和慣性式驅(qū)動(dòng)的振動(dòng)送料器,即分別利用環(huán)形壓電振子和慣性組合壓電振子對(duì)送料器進(jìn)行驅(qū)動(dòng),其最大振幅可達(dá)0.8 μm。

相對(duì)電磁式振動(dòng)送料器,壓電式振動(dòng)送料器具有噪聲小、輸送平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)[21，22],但成本要遠(yuǎn)高于電磁式振動(dòng)送料器,同時(shí)其控制器結(jié)構(gòu)也較為復(fù)雜。

基于以上分析,結(jié)合壓電式、電磁式振動(dòng)送料器的特點(diǎn),筆者設(shè)計(jì)一種新型驅(qū)動(dòng)方式的直線振動(dòng)送料器。該送料器是利用離心電機(jī)作為激振源,通過支撐彈簧片傳遞動(dòng)力。筆者對(duì)物料的運(yùn)動(dòng)形式、物料的輸送狀態(tài)以及裝置的動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行研究,并對(duì)該裝置進(jìn)行仿真分析,最后進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)測(cè)試。

1 工作原理及基本結(jié)構(gòu)

筆者所設(shè)計(jì)的離心電機(jī)驅(qū)動(dòng)式送料器是以離心電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源。離心電機(jī)通電轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)帶動(dòng)頂板一起運(yùn)動(dòng),使頂板產(chǎn)生一個(gè)向下的力或向右的力,兩側(cè)的彈簧片把頂板的運(yùn)動(dòng)分解并放大,其運(yùn)動(dòng)分解為前后運(yùn)動(dòng)和上下運(yùn)動(dòng),這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)方向的軌跡的合成是一個(gè)橢圓運(yùn)動(dòng)軌跡,從而使物料進(jìn)行傳輸。

因此,物料能被直線振動(dòng)送料器所驅(qū)動(dòng)必須具有一定的振幅,并且要具有一定傾斜角的彈簧片,最后還要滿足物料和頂板之間具有足夠的摩擦力。在振動(dòng)時(shí),豎直方向上的運(yùn)動(dòng)使物料與頂板脫離,水平方向的運(yùn)動(dòng)使物料與頂板產(chǎn)生相對(duì)位移。當(dāng)頂板的這種運(yùn)動(dòng)持續(xù)發(fā)生時(shí),物料就會(huì)順著頂板的方向向前移動(dòng)。

離心電機(jī)式直線送料器的結(jié)構(gòu)主要包括頂板、離心電機(jī)、支撐彈簧片、底座和減震腳5部分,如圖1所示。

圖1 離心電機(jī)式直線送料器結(jié)構(gòu)圖1—頂板;2—離心電機(jī);3—支撐彈簧片;4—底座;5—減震腳

離心電機(jī)在頂板下方的中間位置,通過環(huán)氧樹脂膠和頂板相連接。當(dāng)離心電機(jī)正向通直流電時(shí),離心電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),偏心軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力,帶動(dòng)頂板上下方向和前后方向做往復(fù)運(yùn)動(dòng),頂板同時(shí)將力傳遞給支撐彈簧片,支撐彈簧片起到放大頂板運(yùn)動(dòng)軌跡的作用,使得送料器獲得了較大的振幅和輸出力;當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)頻率與系統(tǒng)的固有頻率相等時(shí),整個(gè)裝置達(dá)到共振狀態(tài),此時(shí)離心電機(jī)帶動(dòng)頂板產(chǎn)生的上下和前后方向的運(yùn)動(dòng)振幅達(dá)到最大值。如此反復(fù)循環(huán),從而使頂板產(chǎn)生物料輸送能力。

彈簧片剛度和傾斜角度對(duì)放大頂板振幅有較大的影響,實(shí)驗(yàn)中可以通過改變支撐彈簧片的剛度以及調(diào)整傾斜角度來輸送不同種類的物料。

筆者通過對(duì)直線振動(dòng)送料器的設(shè)計(jì)和分析,制作了離心式直線振動(dòng)送料器樣機(jī)。樣機(jī)參數(shù)如下:頂板長(zhǎng)和寬分別為84 mm和27 mm,材料為鋁合金,支撐彈簧片尺寸為95 mm×24 mm×1 mm,材料為錳鋼;支撐彈簧片的傾角為75°,底座尺寸為110 mm×40 mm×20 mm,材料為鑄鐵;減震腳尺寸為直徑為10 mm×10 mm的橡膠減震器;離心電機(jī)用M20電機(jī),電機(jī)規(guī)格為10 mm×15 mm,用直流電源給電機(jī)施加電壓。

2 送料器動(dòng)力學(xué)模型

2.1 整體模型分析

根據(jù)機(jī)械振動(dòng)理論,筆者將離心電機(jī)式直線振動(dòng)送料器系統(tǒng)簡(jiǎn)化為動(dòng)力學(xué)模型,如圖2所示。

圖2 振動(dòng)送料器力學(xué)模型m1—頂板和電機(jī)的質(zhì)量;m2—底座和支撐彈簧片的質(zhì)量;k1—支撐彈簧片的剛度;k2—橡膠底座剛度;c—支撐彈簧片阻尼;F—初始激振力，即離心電機(jī)做離心運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力，F(xiàn)=mw2R

筆者把質(zhì)量m1和m2的靜平衡位置作為起始坐標(biāo)原點(diǎn),在離心電機(jī)振動(dòng)過程中任意時(shí)刻t,質(zhì)量m1和m2相對(duì)于地面所做的位移分別為x1和x2,利用牛頓第二定律可得動(dòng)力學(xué)微分方程:

(1)

設(shè)該微分方程特解為:

(2)

式中:A1—頂板的振幅;A2—底座的振幅。

如果不計(jì)阻尼,即c=0時(shí),筆者把式(2)代入式(1),經(jīng)化簡(jiǎn)得:

(3)

由于k1遠(yuǎn)大于k2,所以假設(shè)k2=0,由此可得系統(tǒng)的固有頻率為:

(4)

系統(tǒng)的固有頻率不會(huì)隨著初始條件的變化而變化。因此,可以把雙自由度質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化為單自由度單質(zhì)點(diǎn)的強(qiáng)迫振動(dòng)系統(tǒng),如圖3所示。

圖3 力學(xué)模型簡(jiǎn)化圖

(5)

式中:F—力;m—等效質(zhì)量;c—系統(tǒng)阻尼;k1—支撐彈簧剛度。

則強(qiáng)迫振動(dòng)的振幅為:

(6)

幅值比:

(7)

2.2 頂板參數(shù)對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響

動(dòng)摩擦系數(shù)μ、振動(dòng)升角α、頂板升角β為頂板的3個(gè)最主要參數(shù),這3個(gè)參數(shù)是物料輸送中最為重要的參數(shù)。

(1)由結(jié)構(gòu)可知,α+β<90°,則:

(8)

通過上述關(guān)系式可知:無論β、β、μ如何取值,隨著振幅的增加,物料總是會(huì)在正向滑移之后產(chǎn)生騰空現(xiàn)象;

(2)當(dāng)β>tan-1μ時(shí),則μ-tanβ<0,μ-cotα<0,此時(shí)有:

(9)

A0>A+1>A-1

(10)

上式說明:當(dāng)β>tan-1μ時(shí),隨著振幅的增加,物料首先會(huì)向著相反方向滑移;之后再正向滑移,最后騰空運(yùn)動(dòng),一共3個(gè)過程。

(3)當(dāng)β0,這時(shí)α的取值分以下幾種情況討論:

A-1>A0>A+1

(11)

通過上式可知:物料運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是先經(jīng)過正向滑移,再騰空跳動(dòng),最后再向相反方向滑移。

但是在實(shí)際的工業(yè)中,一般μ<0.5,這時(shí)候α>90°-tan-1μ>63°,此時(shí)的振動(dòng)升角很大,會(huì)嚴(yán)重影響物料輸送的平穩(wěn)性以及物料的輸送速度,因此這種設(shè)計(jì)在實(shí)際中基本不用。

此時(shí)有:

(12)

A0>A+1>A-1

(13)

通過上式可知:隨著振幅的增加,物料會(huì)先向著相反方向滑移,進(jìn)而正向滑移,最后騰空跳躍運(yùn)動(dòng)。

(14)

所以有:

A-1>A0>A+1

(15)

上式說明:隨著振幅的增加,物料首先會(huì)向著正向滑移,之后做騰空跳躍運(yùn)動(dòng),最后再向相反方向滑移。

3 送料器系統(tǒng)仿真分析

為了研究直線振動(dòng)送料器的共振頻率,并且確定振動(dòng)送料器所需要的振型,筆者采用ANSYS仿真軟件對(duì)整個(gè)系統(tǒng)裝置進(jìn)行模態(tài)分析及諧響應(yīng)分析。

系統(tǒng)的前四階模態(tài)位移云圖如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)前四階振動(dòng)模態(tài)

由圖4可以看出:

一階振型為送料器頂板隨著支撐彈簧片左右和上下運(yùn)動(dòng),二階振型為頂板隨著支撐彈簧片前后方向搖擺運(yùn)動(dòng),支撐彈簧片產(chǎn)生一定的扭轉(zhuǎn)變形;三階振型為支撐彈簧片左右方向上對(duì)稱振動(dòng),頂板隨著支撐彈簧片的運(yùn)動(dòng)上下運(yùn)動(dòng),并沒有左右的運(yùn)動(dòng)狀態(tài);四階模態(tài)為支撐彈簧片左右方向上在同一時(shí)間內(nèi)同一方向振動(dòng),頂板處于靜止?fàn)顟B(tài)。通過對(duì)以上四階模態(tài)進(jìn)行仿真分析可知,一階模態(tài)即為所需要的振動(dòng)模態(tài)。

選取振動(dòng)模態(tài)后,筆者對(duì)針線振動(dòng)送料器進(jìn)行諧響應(yīng)分析。

當(dāng)給送料器的頂板施加一個(gè)離心力為F的載荷時(shí),該裝置的一階共振頻率為121 Hz,通過離心電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度公式可計(jì)算出離心力F為2.3 N。

通過仿真得其頻率與振幅的關(guān)系,如圖5所示。

圖5 頻率-振幅仿真曲線

當(dāng)電機(jī)頻率在127 Hz時(shí),系統(tǒng)的振幅達(dá)到最大值,其水平方向和豎直方向最大振幅分別為1.85 mm和1.05 mm。

4 實(shí)驗(yàn)研究

4.1 電壓特性

因?yàn)樵撗b置使用的是離心電機(jī),離心電機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一周對(duì)應(yīng)樣機(jī)的一個(gè)振動(dòng)頻率周期,所以首先要研究電壓與頻率的相互關(guān)系。

離心電機(jī)最高能承受的電壓為10 V,因此,筆者以0.2 V為一個(gè)步長(zhǎng),調(diào)節(jié)電壓從0～8 V,測(cè)量其頻率。

測(cè)得的電壓與頻率關(guān)系如圖6所示。

圖6 電壓-頻率特性曲線

由圖6可以看出,當(dāng)電壓在0.4 V以下時(shí),電機(jī)無轉(zhuǎn)動(dòng);當(dāng)調(diào)節(jié)電壓至0.4 V以上時(shí),電機(jī)的頻率隨電壓的增大不斷增大,并且呈正相關(guān)關(guān)系。

其次,筆者采用多普勒三維激光測(cè)振儀(SPV-300)對(duì)直線振動(dòng)送料器的振幅進(jìn)行測(cè)試。

三維激光測(cè)振實(shí)驗(yàn)圖如圖7所示。

圖7 三維激光測(cè)振實(shí)驗(yàn)圖

此處主要對(duì)樣機(jī)頂板的振動(dòng)情況進(jìn)行測(cè)試。在測(cè)試時(shí),筆者采用外接信號(hào)的方法,通過直流電源給樣機(jī)施加電壓,調(diào)節(jié)電壓的大小,每調(diào)節(jié)一次電壓,用激光測(cè)振儀測(cè)試一次,記錄一次數(shù)據(jù)。

筆者調(diào)節(jié)電壓從0.4 V～8 V,每測(cè)試一次調(diào)節(jié)電壓0.2 V,用三維測(cè)振儀對(duì)直線振動(dòng)送料器進(jìn)行頻率掃描,測(cè)得水平方向和垂直方向頻率與振幅的關(guān)系。

振幅—振動(dòng)頻率特性曲線圖如圖8所示。

圖8 振幅—振動(dòng)頻率特性曲線圖

通過圖8電壓與頻率的關(guān)系,可換算成振動(dòng)頻率,最后可測(cè)得振幅與振動(dòng)頻率的關(guān)系以及振幅與振動(dòng)速度的關(guān)系。

水平方向與垂直方向的振動(dòng)速度與振幅的關(guān)系如圖9所示。

圖9 振動(dòng)速度—振動(dòng)頻率特性曲線

由圖9可知:送料器振幅和振動(dòng)速度隨著頻率的增大而增大,到125 Hz時(shí)達(dá)到共振,振幅和振動(dòng)速度也達(dá)到最大值,送料器水平方向和垂直方向最大振幅分別為0.99 mm和0.7 mm;之后隨著振動(dòng)頻率的增大,其振幅和振動(dòng)速度逐漸下降。

由以上分析可知,通過理論仿真所得到的共振頻率為127 Hz。通過理論建?？芍?實(shí)際工作頻率要小于諧振頻率,其工作頻率為125 Hz,與理論仿真基本一致。

送料器實(shí)際振幅與理論仿真所計(jì)算的振幅不一致的原因,首先是仿真計(jì)算過程中定子結(jié)構(gòu)的等效簡(jiǎn)化,其次是零件加工和裝配存在誤差,不能達(dá)到理想的狀態(tài)。

4.2 頻率特性

通過對(duì)樣機(jī)的振動(dòng)頻率測(cè)試可知,其共振頻率為125 Hz,即為樣機(jī)的一階共振頻率。所對(duì)應(yīng)的電壓為3.6 V。

筆者首先調(diào)節(jié)電壓至3.6 V,使其達(dá)到一階共振頻率125 Hz,用三維激光測(cè)振儀對(duì)送料器樣機(jī)頂板上表面的振型進(jìn)行測(cè)試,其振型如圖10所示。

圖10 送料器頂板運(yùn)動(dòng)軌跡圖

圖10中,黑色網(wǎng)格為初始水平位置,深灰色和淺灰色網(wǎng)格為在t時(shí)刻的位置。送料器施加電壓,其運(yùn)動(dòng)軌跡從初始位置運(yùn)動(dòng)到圖10(a)位置,再通過圖10(b)位置運(yùn)動(dòng)到圖10(c)位置,如此反復(fù)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),頂板運(yùn)動(dòng)的軌跡經(jīng)測(cè)試為橢圓運(yùn)動(dòng)。該測(cè)試結(jié)果與前面動(dòng)力學(xué)仿真一階模態(tài)相吻合。

4.3 輸送性能

接下來要對(duì)振動(dòng)送料器的送料速度進(jìn)行實(shí)驗(yàn),即調(diào)節(jié)電機(jī)電壓從0.4 V到7 V,使電機(jī)產(chǎn)生不同轉(zhuǎn)速,從而產(chǎn)生不同的激振頻率。首先,筆者選用OT-10A銅端子作為輸送物料,對(duì)電機(jī)送料速度與頻率的關(guān)系進(jìn)行測(cè)試;然后,再選取OT-16A和OT-25A的銅端子與OT-10A進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn),對(duì)不同重量下的物料傳輸速度進(jìn)行研究。

振動(dòng)送料器實(shí)驗(yàn)裝置如圖11所示。

圖11 振動(dòng)送料器樣機(jī)實(shí)物圖

首先,筆者選用OT-10A銅端子作為輸送物料,對(duì)電機(jī)送料速度與頻率的關(guān)系進(jìn)行測(cè)試。

頻率-送料速度特性曲線如圖12所示。

圖12 頻率-送料速度特性曲線

由圖12可知:

當(dāng)電機(jī)頻率從0上升至125 Hz時(shí),送料器的送料速度隨電機(jī)頻率的增大而增大;當(dāng)頻率大于90 Hz時(shí),振動(dòng)送料器的送料速度斜率最大,迅速增加較快,并在125 Hz時(shí)送料速度達(dá)到最大值,其最大送料速度為123 mm/s;當(dāng)電機(jī)的振動(dòng)頻率繼續(xù)增加時(shí),電機(jī)的送料速度隨頻率的增大而減小,在125 Hz～150 Hz階段,速度減小較為明顯。

為了研究不同重量下的物料在開始移動(dòng)時(shí),直線振動(dòng)送料器的振幅,筆者選取OT-10A、OT-16A和OT-25A的銅端子進(jìn)行實(shí)驗(yàn),即分別將這3個(gè)不同大小的端子依次放到直線振動(dòng)送料器的頂板上,調(diào)節(jié)直線振動(dòng)送料器的電壓,直至物料開始有輕微運(yùn)動(dòng),然后再在三維測(cè)振儀下測(cè)試該電壓下振動(dòng)送料器的振幅大小。

重量與振幅的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 重量與振幅的關(guān)系

通過表1測(cè)試數(shù)據(jù)可知:物料的重量越大,輸送所需要的振幅就越大。

接下來筆者再逐漸增大電壓,即增大送料器的振幅,并分別對(duì)3個(gè)端子的輸送速度進(jìn)行對(duì)比。

不同重量的物料速度與振動(dòng)頻率的對(duì)比數(shù)據(jù)如圖13所示。

圖13 不同重量的物料速度與振動(dòng)頻率的關(guān)系

通過圖13可知:在相同振動(dòng)頻率條件下,直線振動(dòng)送料器物料的傳輸速度隨著物料重量的增加而降低;相對(duì)而言,質(zhì)量輕的物料,受送料器振幅的影響更大。

接下來,筆者研究摩擦系數(shù)與物料輸送速度的關(guān)系,即首先選取4個(gè)OT-10A的銅端子(銅端子表面經(jīng)過處理,因此比較光滑),在第1個(gè)端子底部涂抹上潤(rùn)滑油,標(biāo)記為A;第2個(gè)端子不做任何處理,標(biāo)記為B;用80目的粗砂紙對(duì)第3個(gè)端子底部進(jìn)行打磨,使其底部變得粗糙,該端子標(biāo)記為C;第4個(gè)端子底部粘貼薄的硅橡膠墊片,該端子標(biāo)記為D(這4個(gè)端子的底部的粗糙度從小到大依次為A、B、C、D);調(diào)節(jié)電壓電壓至3.6 V,使直線振動(dòng)送料器裝置至共振狀態(tài),將3個(gè)物料分別放在送料器的頂板上,最后查看其輸送速度。

不同粗糙度的物料輸送速度結(jié)果如表2所示。

表2 不同粗糙度的物料輸送速度

通過表2可知:隨著物料與頂板之間的摩擦系數(shù)的增加,物料的輸送速度也隨之增加。因此在工業(yè)生產(chǎn)中,可以通過增大底部與送料槽的摩擦力來提高送料器的輸送速度。

在直線振動(dòng)送料器的頂板上放置一個(gè)送料料斗,可以通過料斗與頂板之間放置墊片的方法來調(diào)節(jié)料斗的傾斜角度。

按照物料輸送的方向,筆者設(shè)置水平方向?yàn)?°,物料沿輸送方向上升視為正角度,沿輸送方向下降視為負(fù)角度;現(xiàn)設(shè)置兩個(gè)角度,分別為-5°和5°,調(diào)節(jié)電壓至3.6 V,使振動(dòng)送料器至共振狀態(tài);選取OT-10A的銅端子分別對(duì)這3種傾角下的物料輸送速度進(jìn)行測(cè)試。

不同傾角下的物料輸送速度測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表3 不同傾角下的物料輸送速度

通過表3數(shù)據(jù)可知:物料輸送的速度隨著料斗傾角的減小而增大。

因此,在工業(yè)生產(chǎn)中,為了保證物料輸送的平穩(wěn)性,提高生產(chǎn)效率,一般會(huì)采用略微向下傾斜的角度進(jìn)行物料輸送,這樣物料不會(huì)出現(xiàn)前端因?yàn)楹蠖宋锪陷斔吐霈F(xiàn)堆積以及卡槽現(xiàn)象。但是料斗的傾角一般會(huì)根據(jù)輸送的物體種類而調(diào)整,料斗傾角過大會(huì)導(dǎo)致物料的滾落,從而導(dǎo)致物料卡槽。

為了研究支撐彈簧片的傾角對(duì)物料傳輸速度的影響,筆者用3D打印機(jī)設(shè)計(jì)了角度分別為5°、10°兩種角度的塑料材質(zhì)的楔形塊(每一種角度的楔形塊個(gè)數(shù)為4個(gè));原支撐彈簧片在樣機(jī)上的安裝傾角為75°,楔形塊安放在直線振動(dòng)送料器支撐彈簧片的安裝位置,致使支撐彈簧片的傾角分別為70°、65°。進(jìn)而研究75°、70°、65° 3種傾角情況下對(duì)物料輸送產(chǎn)生的影響。調(diào)節(jié)電源電壓至裝置的共振頻率下,依次將OT-10A、OT-16A、OT-25A端子分別放在3種傾角下的直線振動(dòng)送料器上,記錄傳輸速度。測(cè)試結(jié)果如表4所示。

表4 支撐彈簧片在不同傾角下的傳輸情況

改變支撐彈簧片的角度,即改變了垂直方向和水平方向振幅的分配量。通過表4可知,隨著傾角的減小,直線振動(dòng)送料器頂板的切向振幅越來越大,豎直方向振幅越來越小。輸送OT-10A端子時(shí),隨著傾角的減小,輸送速度逐漸增大。輸送OT-16A、OT-25A兩種端子時(shí),隨著傾角的減小,物料的輸送速度減小。這說明在輸送質(zhì)量較輕的物料時(shí),傾角越大速度越快;輸送質(zhì)量較大的物體時(shí),傾角越大,速度越小。

由對(duì)物料的平穩(wěn)性研究可以知道:在75°傾角下物料輸送平穩(wěn)性最好;隨著傾角的降低,其平穩(wěn)性越來越差,綜合物料的輸送速度和物料的平穩(wěn)性來看,75°傾角的輸送效果最好。因此,在實(shí)際應(yīng)用中,通常都用75°傾角的直線振動(dòng)送料器。

4.4 不同振動(dòng)送料器性能對(duì)比實(shí)驗(yàn)

筆者調(diào)節(jié)電機(jī)的頻率使設(shè)計(jì)的振動(dòng)給料器工作在共振條件下,用OT-10A銅端子作為輸送物料,與同型號(hào)的日本壓電式振動(dòng)送料器以及同型號(hào)的電磁式振動(dòng)送料器做對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

物料輸送情況以及其他相關(guān)參數(shù)如表5所示。

表5 送料器參數(shù)對(duì)比表

由表5可知:在同為共振狀態(tài)下,離心電機(jī)式振動(dòng)送料器的驅(qū)動(dòng)電壓最小,僅為3.6 V;噪音較壓電式振動(dòng)送料器和電磁式振動(dòng)送料器小20 dB以上;自身總重量?jī)H為其他兩款送料器的1/5左右;

相較于其他兩款送料器,雖然離心電機(jī)式直線振動(dòng)送料器送料速度較慢(123 mm/s),但其速度相差不大,且其輸出的平穩(wěn)性較好。

5 結(jié)束語

針對(duì)現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中,國(guó)內(nèi)產(chǎn)振動(dòng)送料器噪音大、成本高、輸送不穩(wěn)定,而國(guó)外振動(dòng)送料器造價(jià)高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題,筆者對(duì)振動(dòng)送料器進(jìn)行了研究,設(shè)計(jì)了一種用離心電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)源的直線振動(dòng)送料器,對(duì)送料器進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真,并設(shè)計(jì)了樣機(jī),對(duì)其性能進(jìn)行了測(cè)試,其主要結(jié)論如下:

(1)采用三維測(cè)振儀,對(duì)送料器振幅、振動(dòng)速度進(jìn)行了測(cè)試,結(jié)果顯示,送料器的振幅、振動(dòng)速度和送料速度均在125 Hz時(shí)達(dá)到最大值;送料器水平方向和垂直方向最大振幅分別為0.99 mm和0.7 mm,最大送料速度為123 mm/s;

(2)隨著物料與頂板之間的摩擦系數(shù)的增加,物料的輸送速度也隨之增加。因此,在工業(yè)生產(chǎn)中,可以通過增大底部與送料槽的摩擦力來提高其輸送速度。在工業(yè)生產(chǎn)中,為了保證物料輸送的平穩(wěn)性,提高生產(chǎn)效率,可采用略微向下傾斜的角度進(jìn)行物料輸送,以防物料出現(xiàn)堆積以及卡槽現(xiàn)象。在輸送輕物料時(shí),傾角越大速度越快;輸送大質(zhì)量物體時(shí),傾角越大,速度越小;

(3)與電磁式直線振動(dòng)送料器和壓電式直線振動(dòng)送料器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對(duì)比,結(jié)果顯示,研制的離心驅(qū)動(dòng)式振動(dòng)送料器的質(zhì)量為電磁式送料器的30%,噪音為電磁式的45%,電能消耗略高于壓電式振動(dòng)送料器;送料速度較其他兩款略低,但輸送平穩(wěn)性較好。

在筆者目前的研究中,由于實(shí)驗(yàn)條件的限制,沒有對(duì)物料與送料器接觸摩擦、送料器材質(zhì)對(duì)物料的影響等進(jìn)行研究,在后期的工作中,筆者將會(huì)開展這兩個(gè)方面的相關(guān)研究。