直線式振動送料器研究現狀與發展趨勢

蘇 江

（吉林大學珠海學院機電工程系，廣東珠海 519000）

科技發展使企業的自動化程度越來越高。振動送料器是自動加工和自動裝配系統中的一種供料裝置，實現了工廠里的加工、裝配、檢查、計數和包裝等工序的自動化和無人化，使零部件能夠自動沿著一定方向作穩定供給。振動送料器按照輸送方式可以分為直線式和旋轉式。本文將從結構、原理、特點及應用范圍方面分析直線式振動送料器技術研究現狀，提出直線式振動送料器的未來發展趨勢。

1 直線式振動送料器研究現狀

1.1 直線式電磁振動送料器

直線式電磁振動送料器在國內外自動化生產線上獲得了廣泛應用，直線式電磁振動送料器結構如圖1所示，主要由料盤、電磁鐵、主振彈簧片、底座和橡膠底腳等組成。

其工作原理是:當電源接通，激振電磁鐵產生吸力，在電磁吸力作用下，料盤（頂盤）偏離靜平衡位置向下移動，并且迫使彈簧片產生彈性變形。當電磁吸力消失時，由于彈簧片已儲存了足夠的彈性變形能，迫使料盤急劇改變運動方向，并且超越原來的靜平衡位置達到某一上限。如此上下循環往復，形成高頻微幅振動，同時促使料盤內被供送物件沿著直線滑道作快速平穩的相對運動并自動定向排列，最后逐個由排料口排出［1］。

近年來由于電子技術的進步，國內外研制開發的送料器變頻變壓電源，使得直線式電磁送料器的輸送速度可以進行調節，更好地滿足了工業自動化生產線的要求。但目前的直線式電磁振動送料器仍然存在體積大、重量大;結構復雜，調整不方便;工作噪聲大;消耗能源大等缺點。

1.2 直線式壓電振動送料器

1977年日本科技人員利用壓電陶瓷作為驅動源［2］，研制出直線式壓電振動送料器，較好地解決了電磁振動送料器存在的問題。日本在壓電振動送料裝置的理論、設計與計算的研究比較深入完整，也推出了多種直線式壓電振動送料裝置。在國內，吉林大學壓電驅動研究中心對直線式壓電振動送料器進行了深入研究，并申請了送料器專利。目前研發的直線式壓電振動送料器有四種形式:分別是直接驅動式、慣性驅動式、垂直驅動式和行波驅動式。

日本Sanki公司研制的直接驅動式壓電振動送料器如圖2所示，它由頂盤、壓電雙晶片、彈簧片和底座等組成。工作時在壓電雙晶片上施加交流電壓使之彎曲振動，與壓電雙晶片固定連接的彈簧片隨之彎曲振動從而帶動頂盤偏離靜平衡位置產生上下與左右搖擺的復合振動，從而使物料按照直線方向進行輸送。

日本學者加藤一路等［3］研制的慣性驅動式壓電振動送料器如圖3所示，它由頂盤、壓電雙晶片、慣性塊、支撐彈簧片和底座等組成。給頂盤上的壓電雙晶片施加交流電壓，壓電雙晶片和慣性塊組成的壓電振子產生彎曲振動，其振動通過頂盤傳遞給支撐彈簧片，從而帶動支撐彈簧片發生彈性變形，形成了上下與左右搖擺的復合振動，構成驅動物料輸送的能力。

吉林大學的張長健等［4］人研制的垂直驅動式壓電振動送料器如圖4所示，它由頂盤、圓形壓電雙晶片、彈性調整片、支撐彈簧片和底座等組成。基本工作原理是:給圓形壓電雙晶片施加交流電壓，圓形壓電雙晶片所產生的彎曲振動通過與彈性調整片配合垂直作用于頂盤，并帶動支撐彈簧片發生彈性變形，形成頂盤表面的上下與左右搖擺的復合振動，從而構成驅動物料直線移動的能力。

臺灣中原大學的Yung Ting教授［5］研制了一種行波驅動式壓電振動給料器如圖5所示，它由一組連接在一起的雙壓電晶片和固定在壓電雙晶片上的平板組成，通過給奇數和偶數位置壓電雙晶片施加相位不同的交流電壓信號從而使其產生行波，帶動物料產生橢圓運動，形成了直線輸送物料的能力。其結構如圖5所示。

直線式壓電振動送料器，由于采用壓電陶瓷元件作為其驅動部件，相比傳統的電磁振動送料器具有以下特點:

（1）結構簡單，安裝和維護更加方便;

（2）應用壓電片作為驅動源，噪聲小，無需電動機、電磁激振器等驅動裝置，也無需軸、桿和皮帶等機械傳動部件，結構簡單，易于加工制作;

（3）改變驅動信號中的幅值、脈寬及頻率中的任意一個，都可以調節輸送率，控制參數多，可控性好;

（4）不產生干擾電磁場，也不受電磁干擾信號的影響;

（5）在共振狀態下工作，因此能量消耗少;

（6）驅動力略顯不足，無法輸送過重的料件，因此這類裝置大多應用于物料的微量或精量輸送。

1.3 直線式超聲波振動送料器

近幾年，隨著超聲波技術的發展，出現了新型的超聲波振動送料裝置。日本最早對超聲波振動輸送裝置進行了研究，在實驗研究和應用方面都處于領先地位。超聲波振動輸送裝置是超聲馬達技術的延伸，是對傳統振動送料裝置的改進，但是在原理上遠遠不同于傳統的送料裝置。其原理是利用20 kHz以上頻率的超聲波代替傳統振動方式驅動給料器工作，從而形成一種噪聲小、無電磁干擾、輸送速度快、能夠輸送輕薄細小物料而且不污染環境的新型振動給料技術。現在研究出的超聲波輸送裝置主要有以下兩種:

第一種超聲波輸送裝置如圖6所示，振動平臺下固定兩個換能器，一個發射聲波，一個接收聲波，通過在振動平臺上形成的行波來輸送物體［6］。

另一種是Takeh iro Takano教授［7］研制的基于超聲波的粉體輸送裝置如圖7所示。超聲波粉體輸送裝置在原理上完全不同于傳統的粉體輸送裝置，它是利用環形壓電陶瓷片的逆壓電效應產生的超聲振動在輸送管中激起衰減行波，該衰減行波導致輸送管管壁質點產生橢圓運動從而驅動粉體運動。作為一種新型的粉體輸送裝置，行波型超聲粉體輸送裝置具有結構簡單、控制精度高和噪聲小等優點，非常適合于少量或微量粉體物料的精確定量輸送，在化工、食品和制藥等工業領域具有廣闊的應用前景。

2 直線式振動送料器發展趨勢

通過對國內外直線式振動送料器發展現狀分析，未來直線式振動送料器將朝著以下幾個方向發展:

（1）驅動方式多樣化。送料器從早期的單一電磁鐵驅動發展到現在的壓電、超聲波等多種驅動方式，以適應不同物料的輸送要求。

（2）驅動控制智能化。隨著電子技術的發展，送料器控制器對送料器電壓、頻率等參數可以在較大范圍內調整，通過增加傳感器實現送料器輸送的智能化控制。

（3）送料裝置低噪聲。早期的電磁鐵驅動方式使得送料器在工作時產生了很大的噪聲，最新研究的超聲波驅動方式，由于系統工作在超聲頻率，送料器的工作噪聲顯著降低。

3 結語

本文對目前存在的多種直線式振動送料器逐一進行了分析比較，從結構、原理、特點及應用范圍方面做了較為詳細的論述，并展望了未來送料器發展趨勢。在能源日益緊缺的當今世界，節能型低噪音振動送料器的研究日益受到各國科學家的重視，特別是壓電振動送料器在國外一些生產線上得到了廣泛應用。在全社會倡導節能和不斷改善工人工作環境的的背景下，更多新型的振動送料器還有待于我們進一步研究和開發。

［1］湯瑞.輕工機械設計［M］.上海:同濟大學出版社，1992:55－71.

［2］特殊陶業株式會社.壓電振動搬送裝置.日本，52－61087［P］.1977－5－4.

［3］加藤一路，藤井隆良.壓電驅動型送料器以及壓電元件驅動型送料器.日本，CN1380234A［P］.2002－11－20.

［4］張長健.垂直驅動式壓電直線振動給料器的機理分析及實驗研究［D］.長春:吉林大學，2007.

［5］Yung Ting，Ho－Chin Jar，Chung－Yi Lin，et al.A new typeof parts feeder driven by bimorph piezo actuator［J］.Ultrasonics，2005，43（7）:566－573.

［6］上羽貞行.超聲波馬達的理論與運用［M］.楊志剛，譯.上海:上?？萍汲霭嫔纾?998:46－50.

［7］Takeh iro Takano，Yo sh iro Tomikawa.Excitation of a progressive wave in lossy ultrasonic transmission line and an application to a powder feeding device［J］.SmartStract，1998（7）:417－421.