多料道彈簧供料裝置的研制

劉木林，潘 波，葉華龍，周大威，耿傳熙，何笑筱，許益玉

（邁得醫療工業設備股份有限公司，浙江 臺州 317607）

近年來，全自動安全式注射針、采血針產品不斷出現在醫療行業市場上[1-2]。全自動產品一般使用彈簧作為儲能零件，彈簧單道供料較簡單，彈簧分離器配合振盤就可實現，但是在凈化車間，空間較緊張的情況下，一次做多道的供料，就需要多個振盤，占用較大的空間。因此亟需研發占地面積較小的多料道彈簧供料裝置。

1 設備的結構及工作原理

多料道彈簧供料裝置由進料倉（存料倉）、回料倉、分離裝置、回料裝置、分選裝置幾部分組成。其核心的分離原理和彈簧分離機最大的區別在于，彈簧分離機使用離心“甩”物料撞擊筒壁，通過電機的高速旋轉，當彈簧的線徑較小的情況下，物料極易被拉伸失效，損壞物料；而多料道彈簧供料裝置通過高壓風機，讓物料在管壁內加速，撞擊到分離板上，讓彈簧壓縮撞擊，極大地減少物料變形，同時撞擊力大小可通過風力大小和撞擊板的硬度調整，極大程度減少了物料的損傷問題[3-4]。彈簧實物如圖1所示。

圖1 彈簧實物圖

1.1 整體架構

此彈簧供料裝置由進料倉（存料倉）、回料倉、分離裝置、回料裝置、分選裝置幾部分組成。進料倉是人工加料的位置，客戶根據需求將批量存在纏繞狀態的物料放進倉內，物料通過進料倉前端的進料管道，將物料送入底部回料倉內。進料倉前有物料傳感器，控制物料進入循環系統的數量，回料倉內通過底部高壓風機產生的壓力在回料倉內形成負壓，將物料吸入管道后送往頂部的分離裝置內，分離裝置頂部有帶孔分離板，物料無法通過，氣流被排出。分離后的物料落入分選裝置內，通過分選裝置分選，單一分離的物料被送出裝置，還存在纏繞情況的物料通過回料管道，送進回料裝置并再次送往分離裝置循環，直到所有的物料均被分離送出，以實現自動供料的目的。多料道彈簧供料裝置軸側圖和側視圖如圖2所示。

圖2 多料道彈簧供料裝置軸側圖和側視圖

1.2 實施路徑

1.2.1 分選裝置

分離后的彈簧物料落進分選裝置內，分選裝置由雙直振驅動的料道組成，物料通過分離模塊落進V形料道內，隨機落下的物料被概率性地分到料道內，并在直振的驅動下，送出至變距料道；通過變距料道的引導將原先緊挨在一起的物料慢慢分開，按設計要求，被分成需要的道數和中心距，接著分開的物料被送進理料段內，理料段將橫向堆疊的物料排除，只剩下上下堆疊的物料，進入最終的分選料道，分選料道將疊層物料排除，只剩單一物料，被送向出料口。所有纏繞的物料均掉入底下的返回料道，通過回料管道，送入回料裝置。分選裝置軸側圖如圖3所示。

圖3 分選裝置軸側圖

1.2.2 回料裝置

通過回料管道的物料和加料管道的物料都被送進回料裝置，底部高壓風機帶動的高壓氣流，通過圖4的結構，使進料口位置產生負壓，將加入的物料吸進送料管道，并在管道內加速，送往分離裝置。

圖4 回料裝置側視圖

1.2.3 分離裝置

通過管道加速的物料被送入分離裝置，分離裝置的組成如圖5所示。被加速的物料通過進料口，撞擊在分離板上，物料有概率性地分離出單一的散料，通過擋料板滑落至出口。分料板根據彈簧的剛度，選擇對應硬度的帶孔聚氨酯材料，加速的氣流通過排氣口和分離板上的孔被排除，物料因為質量的原因，落入擋料板從而掉落。出料口位置的傳感器，根據物料掉落密度，從而判斷進料倉是否向循環系統內加料。

圖5 分離裝置側視圖

2 控制系統設計

2.1 控制系統整體設計

整個裝置的控制系統的主要任務是分選裝置、進料裝置和分離裝置的控制及系統和主機交互工作狀態。通過PLC（Programmable Logic Controller）實時控制進料系統的進料量，讓整體循環系統內的物料在可控范圍內[5]。同時通過工作過程的監控判斷物料是否正常輸出、高壓風機是否正常工作等狀態。整機控制方案如圖6所示。

圖6 控制系統方案圖

2.2 PLC控制系統

本設備整體控制系統以PLC為核心，完成分選裝置、進料裝置、分離裝置的控制，同時裝配Proface觸摸屏實現人機交互，通過傳感器反饋，展示系統工作狀態，同時配合系統和主機間的信號交互，實現了彈簧有序供料[6-7]。另外系統設計了與變頻器的通訊，可以通過觸摸屏直接寫入頻率等變頻器參數，簡化了變頻器的參數設置。并且系統包含配方功能，能夠實現物料變更后一鍵切換配方參數，減少了人工反復設置參數的操作，降低設置錯誤率，方便易用。

整體控制系統以PLC為核心，選用了三菱變頻器、Proface觸摸屏和正泰電器等硬件。

2.3 人機界面設計

本設備使用了Proface人機界面，通過與PLC的組態，能夠實現設備的運行監控及操作。根據設計的實用性原則，觸摸屏畫面以自動伸出畫面為主界面。有設定運行參數、位置參數和手動操作的按鈕窗口，能夠實現參數的設定及手動操作等。

根據設計的實用性原則，觸摸屏畫面以生產畫面為主界面，下設運動參數、工藝設定、模具控制等子窗口，通過按鈕切換進入。主畫面主要顯示設備實時工況，如圖7所示。

圖7 人機界面主畫面

3 結論

本設備通過采用柔性分離、多級篩選、負壓回料，可控間歇進料等技術，解決了彈簧多道供料的需求，極大減少了多料道需求自動化設備彈簧供料的難題，其柔性分離彈簧的方式對彈簧無損傷且分離效果明顯。相比振動盤單道供料，此多料道彈簧供料裝置解決了占用面積大、供料效率低、道數少等問題。