基于振動盤的方形水準泡自動分選機構的設計與研究

俞龍杰，赫龍澤，李 白，顏晨歡，阮嘉宏，章超杰，江曉亮

(衢州學院 機械工程學院，浙江 衢州 324000)

0 引言

水準泡作為一種測量儀器，被用來測量水平或鉛垂位置的精準度。水準泡分類主要包括普通式長水準泡、補償式長水準泡、電子水準泡、電子補償器、塑料水準泡等三百種具體品種，廣泛應用于機械、設備和車床等大型設備的調平。

目前水準泡的市場開拓還在繼續(xù)進行中，產品的創(chuàng)新、簡潔和安全也在繼續(xù)研究開發(fā)當中。水準泡對于我們機器設備的制造以及安裝具有很大作用。沒有水準泡的輔助，我們的機器設備制造會有很多不便之處。

水準泡的制備過程主要包括水準泡的分選、注水、加蓋等。在水準泡的制作中，國內水準泡生產廠家制造工藝還比較落后，自動裝配技術水平比較低，所以水準泡的分選主要依靠人工，分選速度慢，耗費人力物力，并且生產成本比較高。生產出來的水準泡存在精度差，且生產成本比較高以及生產效率低等缺點，在市場對水準泡需求大的情況下，有研制水準泡自動分選裝置的必要。水準泡的自動化分選機構可以在很大程度上節(jié)約勞動力成本，進而降低企業(yè)的生產成本。

本文以方形水準泡作為研究對象，進行方形水準泡自動分選機構的設計與研究。通過研究自動化分選機器的原理，從而實現(xiàn)對方形水準泡的自動分選。通過對方形水準泡自動分選機構的設計，提高方形水準泡的分選效率、降低水準泡的生產成本，從而增加產品在市場上的競爭力。

1 方形水準泡裝配現(xiàn)狀

到目前為止方形水準泡生產裝配技術主要有兩種方式，即人工裝配和半自動化的機器裝配，而國內在水準泡的制造中還是以人工裝配為主。我國現(xiàn)在的自動化生產的技術手段不高，使得國內市場大多的水準泡都是采用人工裝配。

近年來，由于“機器換人”的提出以及我國自動化生產技術不斷的提升，為了契合我國現(xiàn)代工廠自動化流水線對生產效率和成本的要求，并且可以進一步滿足我國生產生活的需求，各種產品生產的自動化設計和研究都被提上日程。國內一些廠家也開始研究和設計水準泡的自動分選和自動裝配，從而提高生產效率并且降低生產成本。到目前為止，國內廠家生產水準泡只能通過簡單的機械半自動化裝配的技術，在分揀過程中無法調整水準泡的方向，需要工作人員在旁邊不斷調整。

方形水準泡在測量儀器上的使用很廣泛，水準泡的自動分選機構具有很好的發(fā)展前景。

2 方形水準泡自動分選機構的設計思路

根據(jù)自動分選需要，我們設計了一種方形水準泡分選機機構，如圖1所示。以下簡單概述該設計的工作流程。

圖1 基于振動盤的方形水準泡自動分選機構

首先，振動盤部分的裝料盤中需放入方形水準泡的物料，接著振動盤開始工作，在脈沖電磁鐵的作用下，振動盤產生振動，料盤內的方形水準泡物料也隨之產生振動，實現(xiàn)方形水準泡物料沿螺旋料槽通道上升的送料過程。方形水準泡物料與料槽通道間接觸，利用接觸產生的摩擦力帶動方形水準泡物料向上輸送，一直到方形水準泡物料來到分料區(qū)域。方形水準泡在振動盤中緩慢上升的時候，可以分為兩種不同的狀態(tài)，由于水準泡裝配前兩端不同，一端有一個直徑為8 mm的深孔，可以根據(jù)方形水準泡結構設計分選結構。我們設計的分選結構主要是一個鉤子的裝置，鉤子裝置后面軌道比前段軌道高度低，使其調整方向，可以使水準泡以同一方向排列，從而實現(xiàn)方形水準泡的自動分選。

3 方形水準泡自動分選機構的工作原理

自動分選機構分選部分的合理設計對產品的生產成本減少和產品的生產效率有著重要影響，它的結構設計與送料模塊以及裝配機構相互作用，相互聯(lián)系。通過產品的結構以及原理的設計，分選功能要包括對水準泡的準確快速的分選以及將水準泡準確地傳送到下一環(huán)節(jié)。

振動盤對于產品的自動裝配有著至關重要的作用，可以幫助零部件達到精確分選的目的。在方形水準泡自動分選機的設計中，采用振動盤來分選水準泡，可以有效的把方形水準泡挨個有序地排列在軌道上，從而實現(xiàn)自動裝配的功能。

由圖2所示水準泡振動盤的剖面圖可知，在振動盤的裝料盤底部有一塊脈沖電磁鐵，在脈沖電磁鐵的作用下，裝料盤隨著電磁鐵上下振動，并且在底部彈簧片支撐下使其在電磁鐵的帶動下作垂直的繞軸扭擺振動。裝料盤中的水準泡可以在繞軸扭擺振動的作用下沿特定的軌道緩慢上升。沿軌道緩慢上升時經過鉤子裝置，使有深孔的一端可以被分選機構的鉤子鉤住(圖3)，鉤子可以繞軸轉動，方形水準泡前進到低導軌時，另一端先下落(圖4)，在摩擦力的作用下前進，而被鉤子卡住的一端自然傾斜直至落到軌道上(圖5)，這時，鉤子在重力作用下自然復位。有孔的一端就朝向后面，而沿導軌上升前進的前端沒有孔的方形水準泡不會被鉤住(圖6)，從而自然滑動到下一軌道(圖7)，有孔一端自然朝后，從而可以做到分選的作用。

圖2 振動盤結構圖

圖3 水準泡方向調整示意圖朝向位置(1) 圖4 水準泡方向調整示意圖朝向位置(2)

圖5 水準泡方向調整示意圖朝向位置(3) 圖6 水準泡方向調整示意圖背向位置(1)

圖7 水準泡方向調整示意圖背向位置(2)

4 方形水準泡自動分選機構的確定

4.1 方形水準泡的規(guī)格大小及結構特點

圖8 方形水準泡

我們以市場上常見的方形水準泡為基礎，如圖8所示，方形水準泡長40 mm，兩端寬15 mm，一端沒有加蓋時是直徑8 mm的深孔。

4.2 振動盤

根據(jù)方形水準泡的結構以及形狀尺寸的分析，設計振動盤裝料盤的直徑為500 mm，設計振動盤螺旋槽軌道的寬度為25 mm，使方形水準泡能夠按一定擺向沿螺旋槽軌道前進。

對于振動盤螺旋槽軌道斜面與振動盤料盤底面的夾角即軌道斜面傾角，傾角越大，給料量就越大，但通常傾角為0°～10°，為了實現(xiàn)方形水準泡的快速分選，我們設計軌道斜面傾角為10°。

圖9 振動盤螺旋槽軌道

振動盤螺旋槽軌道通常的螺旋圈數(shù)為1.5～3.5圈。結合設計的裝置的分選原理以及為提高分選效率，設計該振動盤螺旋圈數(shù)為2圈。如圖9為振動盤螺旋槽軌道。

4.3 鉤子及落差軌道

根據(jù)方形水準泡的結構以及形狀的分析，設計鉤子高90 mm，直徑2 mm，鉤子底端距軌道端面7 mm。鉤子彎曲部分采用微圓弧設計，并且鉤子端長度為14 mm，使鉤子既能鉤住方形水準泡，又能在方形水準泡落到低軌道并前行時方便脫落。鉤子由螺栓連接固定在裝料盤上方軌道上，并且可以繞螺栓轉動一定角度。

圖10 鉤子模型圖

為輔助分選，鉤子后面是比前面軌道低一些的軌道，落差即高度差為20 mm。如圖10是鉤子的模型圖，如圖11和圖12是落差軌道的平面模擬圖。

圖11 朝向位置的分選模擬流程圖 圖12 背向位置的分選模擬流程圖

5 結語

本文通過對方形水準泡自動分選機構的原理進行深入的分析，并且借鑒現(xiàn)有自動生產技術的優(yōu)勢，根據(jù)方形水準泡在裝配時存在的難點，設計了合理的功能方案原理，并在合理方案的基礎上確定了主要零部件的尺寸和功能。

通過實際模擬測試，此方形水準泡分選機構，結構穩(wěn)定，分選速度可達到30個/min。振動盤的傳送功能良好，其分選機構的工作情況正常，可完整實現(xiàn)機構目的，分選準確度高，可解決人工分選效率低的弊端，降低人工成本，滿足大批量生產的要求。