電熱毯生產線針盤循環設備的結構設計

牟葆田 佟河亭 張宏翔

摘要：針對電熱毯生產線的布局和生產要求，本文以針盤下降設備為例，對針盤的循環設備進行結構設計。介紹了組成針盤下降設備各個機構和原理，對針盤夾持下降裝置和導軌開合裝置進行分析。同時，為保證各部分機構實現相應的功能和順序，對定位氣缸、導軌開合裝置和推動氣缸的氣動回路進行設計。該設計實現了針盤的自動循環以及與生產線其他設備的配合，形成完整的電熱毯自動化生產線，提高了電熱毯的生產效率，滿足了廠家的生產要求。該研究有利于電熱毯的自動化生產，具有較大的應用前景。

關鍵詞：電熱毯; 針盤; 循環設備; 氣路控制

電熱毯是一種柔性電熱取暖產品[1]，經濟實惠、使用方便[2]，在國際和國內擁有巨大的市場需求[3]。傳統的電熱毯生產主要是人工操作，費時費力，生產效率極低。近年來，隨著工業自動化在工業生產中的廣泛應用，許多專家學者對電熱毯自動加工設備進行研究。東莞市利瀚機械有限公司[4]研制的電熱毯加工機，能完成自動送料、自動布料、全自動繞線、超聲波焊接、自動切邊及橫切的工序，但該設備無法實現流水作業，不適宜大規模批量生產[5];連建永[6]設計的電熱毯自動生產裝置，實現了隨著布料傳送隨時鋪線、隨時熱壓粘合的機械化加工生產方式，但此設備采用熱風焊接[7]的方式粘合電熱毯底料與頂料，需要加膠，不夠環保，焊接產品的效果并不理想[8];趙朋[9-11]設計的電熱毯加工設備，能夠完成自動上料，加熱，復合工作，但此設備布線工序仍需要手工操作，效率較低。因此，本文利用cero2.0三維設計軟件，對針盤循環設備[12]進行結構設計，并利用液壓氣動仿真軟件對設備氣動回路[13]進行設計。該設計實現了針盤的自動循環利用，同時能夠與其它設備配合，實現電熱毯生產線的整體運行，提高電熱毯生產加工的效率。該設計具有實際應用價值。

1 針盤循環設備的結構與工作原理

根據場地條件，電熱毯生產線采用一字型布局[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等生產設備組成。其中，針盤循環設備由針盤下降設備及針盤提升設備組成。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。通過針盤下降設備，針盤從上層導軌下落到下層導軌。針盤底部帶有齒條，經動力裝置傳送，針盤從針盤下降設備，運動到底料放置設備前端的針盤提升工位。

通過針盤提升設備，針盤從下層導軌提升到上層導軌，并運動到底料放置設備，開始新一輪電熱毯加工。針盤下降和提升設備原理相同，工作方式相反。

1.1 針盤下降設備結構與工作原理

針盤下降設備主要由機架、氣缸、傳感器、導軌開合裝置、夾持下降裝置和動力裝置組成。針盤下降設備整體模型如圖1所示。其工作原理為：針盤從左側運動到下降設備后停止，光電傳感器A檢測到針盤后，定位氣缸[15]開始工作，將針盤推動到預定位置，此時，針盤滾輪正好停留在上層開合導軌位置上，電機通過鏈傳動，帶動夾持裝置中的V型塊上升，托住針盤輪軸后繼續上升，直至針盤滾輪脫離導軌，停止上升，然后導軌開合裝置打開上層活動導軌。電機反轉，夾持下降裝置帶動針盤下落，直至針盤滾輪落在下層導軌，V型塊脫離針盤輪軸停止，此時傳感器B檢測到針盤到位，發出訊號，使上層導軌閉合，為下一個針盤到位做準備。同時，機架下部推動氣缸推送針盤，使針盤底部齒條與動力裝置中的齒輪嚙合，動力裝置再將針盤運送至下一工作單元。

1.2 針盤夾持下降裝置

為了實現針盤平穩下放，需保證4個夾持V型塊運動的同步性。同時，考慮針盤質量較大（約150 kg），所以采用鏈傳動的方式。鏈傳動是在2個或者多于2個鏈輪之間用鏈作為撓性拉曳元件的一種嚙合傳動形式[16]。鏈傳動的主要優點是無彈性打滑和整體打滑現象，能保持準確的平均傳動比，傳動效率較高，傳動尺寸比較緊湊，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。電機經減速器驅動傳動軸上的4個鏈輪。其中，外側的2個鏈輪通過鏈條A帶動右側4個鏈輪轉動，傳動比為1∶1。底部內側4個鏈輪通過鏈條B帶動頂部4個鏈輪轉動，傳動比為1∶1。夾持V型塊通過銷軸固定在鏈條B上。整個下降裝置采用一個電機驅動，保證4個夾持塊運動的同步性。為避免針盤下降時產生高度方向的傾斜，夾持塊上有滾輪，嵌入到鋁合金型材的凹槽內導向，防止夾持塊運動旋轉，保證針盤運行平穩。針盤利用氣缸定位存在一定的誤差，影響精度，夾持塊設計成V型結構可以很好的解決這一問題。

1.3 導軌開合裝置

導軌開合裝置實現活動導軌的打開和閉合，導軌開合裝置如圖3所示。導軌連接板和銷軸B通過焊接的方式與活動導軌固定。銷軸A焊接在固定導軌上，活動導軌與固定導軌以及活動導軌與氣缸利用銷連接。夾持V型塊托住針盤輪軸后，氣缸縮回帶動活動導軌完全打開，（見圖3b）。針盤滾輪落到下層導軌后，氣缸伸出推動活動導軌閉合。由銷軸B運動軌跡線和活動導軌頂點運動軌跡線[18]可知，要實現導軌開合，活動導軌與固定導軌的接觸面應設計為帶有一定傾斜角度，同時氣缸選型時，安裝方式選用擺動底座式[19]。

2 氣動回路設計

為保證各部分機構實現相應的功能和順序，需要對相關機構氣動回路進行設計[20]。氣動控制原理圖如圖4所示。

2.1 定位氣缸氣路設計

定位氣缸工作原理：當接收到位置傳感器A發送的信號，2DT通電，壓縮空氣經氣動二聯件1、減壓閥2、電磁換向閥3左位進入氣缸5無桿腔，活塞桿伸出推動針盤到預定位置。有桿腔的空氣通過單向節流閥4、電磁換向閥3排出。氣缸推力由減壓閥2控制，運動速度由單向節流閥4控制。夾持塊托住針盤輪軸后，氣缸5復位。

2.2 導軌開合裝置氣路設計

導軌開合裝置工作原理：當針盤定位完成后，向電磁換向閥8發送延時信號，4DT通電，壓縮空氣經減壓閥7、二位五通換向閥8右位，進入4個氣缸的有桿腔，氣缸10活塞桿帶動導軌下移，導軌打開。氣缸無桿腔的空氣通過單向節流閥9、電磁換向閥8排出。氣缸推力大小由減壓閥7控制，運動速度由單向節流閥9控制。接收位置傳感器B發送的信號，氣缸10復位。

2.3 推動氣缸氣路設計

推動氣缸工作原理：當收到位置傳感器B發送的信號，6DT通電，壓縮空氣經電磁換向閥12左位，進入氣缸14無桿腔，活塞桿推動針盤，使針盤底部齒條與動力裝置中齒輪嚙合。有桿腔的空氣通過單向節流閥13、電磁換向閥12排出。運動速度由單向節流閥13控制。動力裝置開始工作，氣缸14復位。

3 結束語

本文主要對電熱毯生產線針盤循環設備的結構進行研究。根據電熱毯生產線的布局與生產要求，利用creo2.0設計了針盤循環設備的三維結構。同時，利用氣動仿真軟件對設備的氣動回路進行仿真，保證機構功能與順序的實現。該設計可以與電熱毯生產線其它設備銜接，形成電熱毯自動化生產線，減少人力成本，提高產能。該研究具有較高的實際應用價值。

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