超市貨架層板端部折彎設(shè)備的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

謝洪德，劉 明，蘇建國(guó)

（山東科技職業(yè)學(xué)院，山東 濰坊 261053）

目前我國(guó)超市貨架生產(chǎn)企業(yè)中，在超市貨架層板產(chǎn)品生產(chǎn)線上折彎?rùn)C(jī)只是完成單一的、特定的折彎工序，功能要求特定專一，成本相對(duì)數(shù)控折彎?rùn)C(jī)要低很多，但效率較高。實(shí)際生產(chǎn)中折彎?rùn)C(jī)分為兩類：一次折彎成型設(shè)備和二次折彎成型設(shè)備。無(wú)論哪種折彎設(shè)備，折彎時(shí)壓緊需要1個(gè)液壓缸，折彎需要1個(gè)液壓缸。2個(gè)液壓缸的運(yùn)動(dòng)具有一定的邏輯關(guān)系，靠傳感器檢測(cè)并有PLC控制電磁閥來(lái)保證液壓缸運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性。液壓缸往復(fù)動(dòng)作的延時(shí)性影響了生產(chǎn)效率。要提高生產(chǎn)效率必須縮短油缸動(dòng)作銜接時(shí)間，這就需要對(duì)壓緊和折彎?rùn)C(jī)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

1 壓板隨動(dòng)設(shè)計(jì)方案

貨架層板端部折彎分為一次折彎和二次折彎，對(duì)于一次折彎前面的各種折彎方式都能實(shí)現(xiàn)，但是對(duì)于二次折彎，由于壓板是上下運(yùn)動(dòng)，所以很難實(shí)現(xiàn)層板折彎后的卸料問(wèn)題。

國(guó)外貨架層板端部折彎設(shè)備是采用兩端同時(shí)折彎后，伺服電機(jī)帶動(dòng)滾珠絲桿旋轉(zhuǎn)從而帶動(dòng)兩端折彎設(shè)備向中間快速移動(dòng)，然后壓板抬起，隨后卸下折彎后的貨架層板。由于折彎設(shè)備較重慣量較大，移動(dòng)時(shí)又需要快速，所以消耗的功率也很大。由于移動(dòng)位置要求精確，所以對(duì)于軟件和硬件要求都很高，隨之而來(lái)的是成本高，運(yùn)行費(fèi)用高。

圖1 翻轉(zhuǎn)壓板示意圖

國(guó)內(nèi)貨架層板端部折彎設(shè)備是采用壓板旋轉(zhuǎn)兩端折彎或壓板上下直線運(yùn)動(dòng)前后端順序折彎。壓板上下直線運(yùn)動(dòng)前后端順序折彎前面已經(jīng)介紹過(guò)了，下面來(lái)介紹一下壓板旋轉(zhuǎn)兩端同時(shí)折彎（如圖1所示）。墊板2固定在機(jī)架上，當(dāng)層板1隨傳送帶向前運(yùn)動(dòng)到接近工作位置時(shí)，升降氣缸快速向下運(yùn)動(dòng)，然后推送氣缸快速伸出，推動(dòng)層板快速移動(dòng)到折板上的限位位置，兩端壓板3分別繞一回轉(zhuǎn)中心快速向下做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)壓緊層板工件，兩端折板快速折彎并返回，兩端壓板快速反向回轉(zhuǎn)升起，層板工件隨傳送帶進(jìn)入下一工序。整個(gè)過(guò)程傳送帶一直連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。由于壓板做的是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從圖1中不難看出，層板工件的一次折彎不影響壓板的返回。每端壓板的回轉(zhuǎn)動(dòng)作必須有單獨(dú)的執(zhí)行液壓缸來(lái)完成，而且邏輯動(dòng)作要求非常準(zhǔn)確。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有資料的反復(fù)研究，并到生產(chǎn)一線與有經(jīng)驗(yàn)的工人師傅多次交流，最后決定改進(jìn)壓板結(jié)構(gòu)，將單一壓板改為復(fù)合壓板（如圖2所示）。貨架層板1運(yùn)動(dòng)到工作位置時(shí)固定壓板3帶動(dòng)斜塊4和活動(dòng)壓板5同時(shí)向下運(yùn)動(dòng)，斜塊先接觸層板和墊板2，固定壓板繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，在斜塊的作用下活動(dòng)壓板橫向伸出，最后壓緊層板，折板上下運(yùn)動(dòng)完成二次折彎。固定壓板向上運(yùn)動(dòng)，活動(dòng)壓板在彈簧作用力下向上運(yùn)動(dòng)的同時(shí)橫向退回，運(yùn)動(dòng)方向是沿垂直α角方向，斜塊在活動(dòng)壓板作用力下不動(dòng)，當(dāng)活動(dòng)壓板橫向移動(dòng)到極限位置后，斜塊、活動(dòng)壓板和固定壓板再同時(shí)向上移動(dòng)到指定位置。

圖2 隨動(dòng)壓板示意圖

壓板上下移動(dòng)的距離直接影響折彎速度，壓板上下移動(dòng)的距離取決于層板折彎高度和斜塊移動(dòng)距離Y值。層板二次折彎高度不能改變，活動(dòng)壓板橫向移動(dòng)距離X由層板一次折彎高度決定不能改變，所以只有減小Y值，由圖2中可以看出：

由上式可以看出夾角α與Y值成反比，夾角α取值越大越好，但是夾角α超過(guò)90°減去摩擦角Φf時(shí)，活動(dòng)壓板將無(wú)法運(yùn)動(dòng)。如圖3所示，F(xiàn)R=FN+Fs，它與支承面間的夾角Φ將隨主動(dòng)力的變化而變化，當(dāng)物體達(dá)到臨界平衡位置時(shí)，Φ角達(dá)到其最大值Φf。全約束力和其法線之間的夾角其最大值Φf即為摩擦角。

圖3 摩擦角Φf圖解

由圖3可知，角Φf與滑動(dòng)摩擦系數(shù)f的關(guān)系為：

式中參數(shù)說(shuō)明：Φf為摩擦角；f為摩擦系數(shù)。

鋼與鋼的摩擦系數(shù)查資料為0.2，代入式1.3得：

從而得到斜塊角度α的范圍：

即：11.3°＜α＜78.7°

一次折彎高度6～8mm，取X=10，α=60°

2 壓緊折彎關(guān)聯(lián)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

壓緊折彎關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)采用如下方案（如圖4所示）。墊板3和機(jī)架固定在一起，導(dǎo)向限位桿6上端通過(guò)螺紋和墊板聯(lián)接，對(duì)折板5下限位。彈簧4內(nèi)部有一個(gè)導(dǎo)向套，對(duì)彈簧導(dǎo)向和對(duì)折板上限位。折板聯(lián)接液壓缸活塞桿，液壓缸缸體固定在浮動(dòng)機(jī)架上，浮動(dòng)機(jī)架又和組合壓板聯(lián)接，浮動(dòng)機(jī)架通過(guò)導(dǎo)向裝置上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。如圖4（b），液壓缸活塞桿縮回時(shí)，折板通過(guò)導(dǎo)向定位桿懸在下限位置，浮動(dòng)機(jī)架通過(guò)液壓缸處在上限位置，組合壓板裝置隨浮動(dòng)機(jī)架升到最高位置，此時(shí)工件貨架層板可以進(jìn)行裝卸。當(dāng)層板工件裝夾完成后，液壓缸活塞桿開(kāi)始伸出，由于浮動(dòng)機(jī)架的重力作用帶動(dòng)活動(dòng)壓板組件開(kāi)始向下運(yùn)動(dòng)，首先活動(dòng)壓板組件的斜塊接觸墊板上的貨架層板，然后活動(dòng)壓板向右下移動(dòng)，直至移動(dòng)到極限位置，液壓缸通過(guò)浮動(dòng)機(jī)架的重力和彈簧壓力把貨架層板壓緊，油缸活塞桿克服彈簧力推動(dòng)折板繼續(xù)向上運(yùn)動(dòng)對(duì)層板進(jìn)行折彎，達(dá)到右圖狀態(tài)。油缸電磁閥接到信號(hào)后動(dòng)作，液壓缸活塞桿回縮，首先是折板在彈簧力的作用下向下退到導(dǎo)向限位桿的限位位置，然后液壓缸活塞桿繼續(xù)回縮，液壓缸缸體帶動(dòng)浮動(dòng)機(jī)架和活動(dòng)壓板組件向上運(yùn)動(dòng)，最后達(dá)到右圖狀態(tài)，完成折彎整個(gè)過(guò)程。

圖4 貨架層板端部折彎原理圖

3 創(chuàng)新設(shè)計(jì)前后設(shè)備性能參數(shù)對(duì)比

對(duì)圖5所示圖紙中的100×40cm超市貨架層板進(jìn)行了生產(chǎn)測(cè)試，將測(cè)試數(shù)據(jù)與設(shè)備改進(jìn)前、國(guó)外相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備的性能參數(shù)進(jìn)行比較，結(jié)果如表1所示。

表1 超市貨架層板端部折彎設(shè)備性能參數(shù)對(duì)比表

圖5 超市貨架層板生產(chǎn)圖紙

從表1中可以看出，文章設(shè)計(jì)改進(jìn)后的超市貨架層板端部折彎設(shè)備，相對(duì)于國(guó)產(chǎn)傳統(tǒng)型設(shè)備而言，具有精度高（2倍以上）、生產(chǎn)效率高（接近2倍）、廢料率大幅降低等優(yōu)點(diǎn)；相對(duì)于國(guó)外較先進(jìn)設(shè)備如意大利GASPARINI設(shè)備而言，其精度與生產(chǎn)效率與國(guó)外設(shè)備接近，但廢料率較低。

文章中研制的超市貨架層板端部折彎設(shè)備，相對(duì)國(guó)外同類設(shè)備來(lái)說(shuō)，通過(guò)在設(shè)計(jì)中創(chuàng)新性地增加了關(guān)鍵執(zhí)行元件——浮動(dòng)機(jī)架，使得由原來(lái)的雙油缸驅(qū)動(dòng)變成了單油缸驅(qū)動(dòng)，從而降低了設(shè)備的生產(chǎn)成本。雙油缸驅(qū)動(dòng)控制時(shí)靠壓力傳感器發(fā)出信號(hào)使兩個(gè)油缸聯(lián)動(dòng)，控制復(fù)雜，耗時(shí)較大；單油缸驅(qū)動(dòng)使兩個(gè)動(dòng)作有機(jī)的連續(xù)起來(lái)，使控制更加簡(jiǎn)單，并且動(dòng)作連續(xù)、節(jié)約時(shí)間，大大提高了工作效率，提高了設(shè)備的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

［1］陳萬(wàn)英，高建，潘志華.折彎?rùn)C(jī)壓力不均勻分布研究［J］.鍛壓裝備與制造技術(shù)，2011，24（6）：1102-1106.

［2］蔡中義，李軍，吳成玉，等.數(shù)控板料折彎工藝研究［J］.煤礦機(jī)械，2013，27（9）：1956-1963.

［3］謝傳鋒，王琪.理論力學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，2015.