板材自动上料机关键结构的设计与传动系统仿真分析

板材自动上料机关键结构的设计与传动系统仿真分析

邢志强;张宽;姜新波

【摘要】为了提高板材自动上料的效率,设计一台可以适用于大幅面板材自动上料的设备,并对其传动系统进行设计,运用SolidWorks 2010软件建立板材自动上料机传动系统的三维模型和ADAMS软件对传动系统进行仿真分析.从仿真分析的结果可以看出,板材自动上料机的升降机构在工作过程中运动平稳,与设计要求相符合,可以满足实际生产要求.

【期刊名称】《机械工程师》

【年(卷),期】2016(000)005

【总页数】3页(P219-221)

【关键词】上料机;升降机构;转动机构;仿真分析

【作者】邢志强;张宽;姜新波

【作者单位】黑龙江省中小企业服务中心,哈尔滨 150001;东北林业大学,哈尔滨150040;东北林业大学,哈尔滨 150040

【正文语种】中文

【中图分类】TH122;TP391.7

随着社会的不断发展，板式家具生产企业的规模也在不断地扩大，传统人工上料已经不能满足实际的生产需求，而且还会增加工人的劳动强度。目前，板式家具生产线的应用越来越广泛，板材的自动上料设备就成为其重要组成部分之一。现在板材自动上料设备多数都带有龙门架，其优势在于可以对大幅面的板材进行自动上料运

送，板材运送距离范围大而且还可以随时调整，但其不足之处就是占地面积大。为了使板材加工生产线的结构更加紧凑，设计一台板材自动上料设备是非常有必要的。板材自动上料机的传动系统是其重要的组成部分，目前自动上料设备对板材运送的方式为：通过吸盘组将板材吸住，再经由升降机构将板材提升到预定的高度，通过龙门横梁上的横向移动机构对板材进行横向运送，最后升降机构带着板材下降，完成板材的自动上料。

工作时，板材自动上料机的升降机构先下降到预设高度，吸盘组件将板材吸住，再通过升降机构将板材举升到一定高度，转动机构顺时针旋转120°到达上料位置上方，最后升降机构下降到上料位置，板材与吸盘组件脱开完成一次上料工作，重复以上工作过程就可以实现板材的连续自动上料。

如图1所示，板材自动上料机主要由吸盘臂、升降机构、吸盘组件和转动机构组成，并且吸盘臂在圆周上按120°布置，其优点是整机受力均匀，上料工作连续性好。

2.1 板材自动上料机吸盘组件的设计

吸盘组件是板材自动上料机的重要组成部分之一，其布局设计是否合理直接影响对板材吸附的稳定性和安全性。根据设计的要求，上料板材最大直径d=1000 mm，最大厚度h=40 mm，最大质量m1=5 kg。

板材在吸附后，吸盘组件和板材受力平衡：

式中：n为吸盘个数；F为单个吸盘的吸附力；m1为单个板材的质量；m2为单

个吸盘的质量。

故每个吸盘组件由20个吸盘组成，在X、Y方向上按5×4分配，如图2所示。2.2 板材自动上料机传动系统的设计

板材自动上料机的传动系统由升降机构和转动机构组成。升降机构的动力由一台交流伺服电机（带制动）提供，其技术参数为：额定功率1 kW，额定转矩4N·m，

最大转矩12 N·m，额定电流4.5 A，最高转速3000 r/min，升降机构的升降是由丝杠螺母副和滑块导轨来实现，丝杠螺母副带动吸盘组实现上升和下降工作，滑块导轨为其导向。转动机构的动力由一台步进电机提供，其技术参数为：基本步距角1.2°，保持转矩4 N·m，额定电流2 A，再通过减速器和平台桌面型弧面凸轮分割器带动整台设备实现顺时针圆周方向间歇运动。

根据丝杠轴向载荷受力的大小和升降的距离，现对丝杠进行设计。丝杠所受的轴向载荷为吸盘臂、伺服电机、吸盘组等零部件的重力，再加上板材的重量，共受到轴向载荷N约为3010 N。丝杠承受轴向载荷为

式中：K为颠覆力矩作用系数，取K=1.15；f为摩擦因数，取f=0.16；N为丝杠

所受轴向压力。

由于丝杠螺母副的螺母旋转方向与运动方向垂直，而且在径向方向上由导轨滑块对称布置，故径向力Fx可以忽略不计，即Fx=0，则

根据所受载荷对丝杠进行设计，如图3所示，其直径d=25 mm，螺距p=4 mm，长度L=180 mm，右旋。

虚拟样机分析软件ADAMS越来越广泛地应用到各行各业中，其动力学仿真及分

析可以很好地反映出实际的工作状态，运用SolidWorks 2010建立传动系统的三维模型，将其导入ADAMS软件中，由于自动上料机的零部件较多，需要对其三

维模型进行简化再导入ADAMS软件中进行仿真分析（如图4所示）。

根据板材自动上料机的工作原理，对导入ADAMS软件中传动系统添加相应的约

束（如表1所示）、力和驱动等（如图5所示）。

由于板材自动上料机升降机构和旋转机构的运动都是间歇的，故需要对旋转驱动1和旋转驱动2进行step函数的编写，具体如下：

旋转驱动1：step（time，0，0d，4，10800d）+step （time，8，0d，12，-10800d）；旋转驱

当板材自动上料机开始工作时，0～4 s旋转驱动1转动30圈（10 800°），此时升降机构上升120 mm；4～8 s旋转驱动2顺时针转动120°；8～12 s旋转驱动

2反向转动30圈（10 800°），此时升降机构下降120 mm，完成一次工作过程，依次重复上述过程从而实现板材的连续自动上料。

根据分析的结果（如图6～图8所示）可以看出，板材自动上料机在一次上料工作时，升降机构上升120 mm、下降120 mm，同时旋转驱动1转动30圈（即10 800°），旋转驱动2转动120°，满足实际工作和设计的要求。从分析结果还可以看出板材自动上料机在对板材上料时工作平稳。

根据实际生产需求对自动上料机进行合理的设计，并运用SolidWorks软件对板材自动上料机进行三维模型的建立，ADAMS软件对传动系统进行仿真分析。通过运用ADAMS软件对板材自动上料机的传动系统进行仿真分析，从分析结果的曲线

可以看出传动系统具有较高的转动精度，即升降机构可以精准地升降120mm，转动机构可以按顺时针方向准确地转动120°，并自锁。从以上分析可以看出所设计

的板材自动上料机完全符合设计和实际生产的要求。

【相关文献】

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