分析液壓閥芯零件自動供料系統設計

卞浩

摘要：為了更好的滿足綜采作業面上液壓閥芯智能化裝配生產的實際需求，本課題設計研發了一套較完整的閥芯自動供料系統，及解讀了該系統的技術要求、整個結構及關鍵部件設計等。基于現場運行發現，本系統能安全、準確的完成閥芯零件的自動化供料任務，明顯提升了產品裝配質量，和設計要求相吻合。

關鍵詞：液壓閥芯;自動供料;電動機;系統設計

引言

液壓閥芯為液壓支架電控系統的主要構成，有產品批量大、供貨周期要求短暫等特征。人力手工裝配是傳統的生產模式，實施階段暴露出生產效率低、產品裝配質量波動性較大等問題，為了彌補以上不足及更好的滿足液壓閥芯持續增長的市場需求，筆者所在團隊自主開發了一套完整的液壓閥芯自動裝配生產線，其較好的滿足了全自動化供料需求，具有較寬廣的應用前景。

1、自動供料技術

1.1振動式

這是當下金屬小型零部件自動購料時的常用方式之一。振動盤與直線送料器等是其主要實現形式。電磁鐵布置在其料斗下方，彈簧鋼板將盤體和底座連接在一起，電磁鐵控制器依照預設頻率為電磁鐵供電，誘導彈簧鋼板生成振動力，進而使料斗繞著自身垂直軸進行扭擺振動。在扭擺力作用下，零件順著料斗中的螺旋軌道轉動，按設計姿態供料至出料口。

1.2滾筒式料倉

其工作原理可以做出如下闡述：電動機驅動系統內的滾筒持續運轉，筒內特有結構拾取零件，當滾筒運轉到頂端時，零件會自動墜落至傳送機構導軌，此時導軌就可以利用傾斜或振動設計的方式，把部分工件運輸到特定部位。

1.3提升式料倉

多使用該系統完成螺釘、金屬彈片等零部件的供料任務，和振動式及滾筒式供料相比較，這種供料模式下零件之間的碰撞次數較少，故而不會對零件形成較大的損傷。系統的工作原理：利電動機或氣缸應用多級抬升階梯把料倉中的物料運輸至出料口，有上料形式簡易、系統穩定性優良等特征。

1.4托盤式

這是一種很傳統的供料形式，在當下手工生產線多數金屬零件供料領域中有較廣泛應用，將這種供料方法用在自動生產線內，需要配置更多的智能化設施，改造成本偏高、占地空間較大等不足，但在靈敏性、柔性方面占據優勢。

2、設計整個結構

綜合以上供料系統的優劣勢及設計技術要求，尤其是供料階段嚴禁對零件及密封錐面造成多余損傷，以及符合供料節奏與兼顧裝配精準度要求，本課題設計研發了一套旋轉分度頂升供料系統（圖1）[1]。本系統主要由物料旋轉、頂升及上料系統三部分構成，其中物料旋轉系統共計有16個工位，每次用盡單個工位的物料分度盤便會旋轉一個工位，負責把下一個工位的物料供應給頂升系統;頂升系統主要是依照節律朝上推送物料;上料系統能利用安置在平移電缸上的氣動三爪夾取特定部位的回液閥芯，使閥芯在制定位置蘸取適量潤滑油，隨后將其規范的裝配至生產線工件中，此時一個供料工藝程序就結束了。

以上供料系統不僅能較好的滿足設計技術要求，還具備如下幾個優勢[2]：（1）應用機械式的凸輪分度結構，能精準定位，運行可靠性較高;（2）在多功能傳感器協助下實現定位于檢測工件質量，使被裝配產品方向的達標率得到更大保障;（3）系統是模塊化設計，和生產線能達到快速拆卸與拼裝;（4）系統運行噪聲<40dB，符合國家現行標準，較好的保證了現場作業人員的身體健康。

3、設計重要結構

3.1凸輪分度系統

在自動供料系統內，設計凸輪分割器被公認為是一項重要的工作內容，本課題選用了盤輸出精密凸輪間歇式分割器，工作原理：實現輸入軸上方球形凸輪和輸出軸上滾針軸承勻稱分布的從動輪之間的無縫隙垂直嚙合，凸輪輪廓面層的曲線段對從動輪的滾針軸承運轉過程提供較大的驅動力，引領了輸出軸轉位，直線段的作用主要是使分割器靜止，且完成精準定位與自鎖定。大部分工況下，球面凸輪旋轉一圈，輸出軸就執行完一個轉位與一個暫停的分度過程。精準定位、使用年限長久等均是凸輪分割器持有的優勢，本系統選用了雙導程分割器，分度精準性±60"，設計中空法蘭盤能節約組裝空間，為其他輔助裝置的安裝創造了便利條件。

在凸輪分割器自體實現合理選型設計的基礎上，也要做好輸入軸驅動電動機的設計工作，其內的關鍵一點是測算旋轉電動機的功率值。本課題科技物料旋轉部分的旋轉盤半徑R1=300mm，厚H=16mm，選用Q235A作為旋轉盤材料，工件方位半徑R2=320mm，各工位滿載工況下工件總重量m1=2㎏，各工位夾具重m2=0.5㎏，旋轉系統由16個工位構成，分割器導程數m=2，設計各工位旋轉、景致靜止時間分別是T1、T2，對應的時間分別是1s、1/3s，輸入軸轉速n=45r/min，選用三相異步電動機作為系統的電動機，額定電壓220V，結合以上主要參數的設計情況，測算出驅動級的最小輸出功率[3]：

分割器驅動角

旋轉盤質量W0=35.27㎏;

工件總質量W1=32㎏;

工位夾具質量W2=32㎏。

據此能測算出旋轉盤轉動慣量、工件轉動慣量及工位夾具轉動慣量依次是1.59、3.48、0.87㎏/㎡，總轉動慣量是5.94㎏/㎡。

輸出軸最大加速度是8.53rad/s2;

負載總力矩是54.09N/m，實際負載轉矩108.18N/m;

測算出輸入軸轉矩8.92N/m;

最后，計算得出電動機的輸入功率P=0.07kW。

結合以上的計算結果，選擇系統旋轉電動機起動環節的最大功率應在0.07kW以上，為確保系統運行過程的可靠性，結合經驗值旋轉分度系統取電動機功率200W。

3.2物料載體模塊

參照設計要求，工件手工補料間隔時間應>2h且嚴禁發生停機補料情況，系統還要具備缺料預警功能。模塊設計時，通常會把載體模塊內的直線軸承和球頭柱塞作為關鍵部件，其中直線軸承被安裝在本體中，作用以定位為主;工裝共計設計了3個球頭柱塞，選用的球頭柱塞內帶有彈簧，可以對柱體形成一定維持力，同時規避發生柱體不能被拔出的情況。

和物料載體模塊頂端相對應的設計以紅外傳感器檢測系統為主，頂升氣缸每向上運動一個位置，回液閥芯工件抵達檢測位，紅外傳感器為能夠自動檢出是否存有工件，檢測輸出信號分別是1、0時，分別代表該位置存在、沒有工件，把系統信號傳輸至頂升氣缸，氣缸朝上運動一個位置，如此反復循環[4]。若直至頂升氣缸上限位依然沒有檢測到工件，那么氣缸會下移至原始位，和下限位傳感器完成冗余分析后，分割器旋轉一個工位，按照這樣的方式轉動3個工位，上部檢測傳感器輸出值依然是0時，系統就會發出缺料報警信號，提醒操作人員進行補料。

結束語：

本課題研發出的旋轉分度頂升供料系統較好的解除了液壓閥芯自動供料階段容易損傷部分產品的問題，且使零件安裝面的合格率達到了100%。本系統作為自動裝配生產鏈上的重要構成，自投用以來，運行狀態安穩，符合設計要求，值得推廣。

參考文獻：

[1]楊豐毓，楊勝強，郭策，等.煤礦液壓閥芯的MPF制備與加工研究[J].煤礦機械，2020，v.41;No.387（05）：107-110.

[2]謝賽.論電液控換向閥閥芯自動裝配生產線設計[J].中國設備工程，2020，No.445（09）：83-85.

[3]戚振紅，徐明，荊興亞，等.工程機械鑄造多路閥閥體加工技術探究[J].液壓氣動與密封，2019，039（009）：94-96.

[4]覃杰，吳紅光.某調速器插裝式液壓閥組節流問題淺析[J].水電站機電技術，2019，042（012）：65-67，74.