振动料斗的研究现状

振动料斗的研究现状

钱晓栋

摘要:振动料斗是一种利用振动对小型工件进行连续定向送料的装置 ,广泛用于食品加工、制药及电子元器件装配等许多生产领域[1]。本文简要叙述振动料斗的基本工作原理、研究现状。

关键词:振动料斗驱动电路料斗样式动态仿真

1.引言

振动料斗，英文vibratory bowls，是一种连续的送料装置。如图 1 所示 ,电磁振动料斗主要由料斗 1、支撑弹簧 3、电磁振动器 4 和 5、底座 6 等几部分组成。在电磁振动器产生的激振力和支撑弹簧的弹力的作用下 ,振动料斗产生振动 ,从而引起工件 2 沿料斗倾斜面向前滑动[2]。

振动料斗优点有: ①送料和定向过程中没有机械搅动 ,撞击和强烈的摩擦作用 ,因此一般不致于破坏件料的精度和加工表面 ,也不会产生堵塞现象 ,对于已经加工的件料 ,以及薄壁、弹性、脆性

制件使用这种料斗是很合适的; ②送料率高 ,且送料速度易于调整;

③结构简单 ,易于维护,比较耐用。缺点主要就是由噪声，不宜输送尺寸重量较大或者有油污、水渍的工件。[1,3]

2.工作原理

2.1送料原理

振动料斗是一种应用最为广泛的连续送料装置 ,如图 2 所示。由具有螺旋料槽的料盘 ,支承弹簧 ,电磁振动器 ,底座及减振底脚等基本构件组成。当电磁铁线圈中通入交变电流后 ,料盘被带动 ,作小振幅高频率的上下往复振动 ,并通过倾斜安装的支承弹簧同时产生微振幅往返扭振。工件在惯性力、重力和摩擦力的综合作用下 ,沿料盘内壁的螺旋槽向上移动 ,并在上移过程中通过定向机构自动定向 ,然后由料盘上部出口处进入输料槽 ,送往加工位置。通过改变电磁铁线圈的输入电压 ,可以调整料盘的振幅 ,进而调整料斗的送料率[1 ,3 ]。

图2

2.2物料定向运动状态的确定

物料在槽中的运动大致有3种形式，即滑行运动、抛掷运动和滑

行抛掷运动。为了提高生产率，同时减少给料槽体的磨损，最好选用抛掷运动状态。即物料沿槽体作抛掷运动，物料每次被抛起之后，都前进一个微小距离，从而实现物料的连续输送。

简单的分析图3：

1、摩擦力和重力X方向的分力决定物料的滑动。

2、重力Y方向的分力和槽对工件的支撑力决定工件的抛掷。

图3

可知：控制这几个力就能控制其运动状态

2.3直线料斗的工作原理

假设与水平面有一倾斜角α(料斗升角,α一般为1 ～ 3°) 的料槽,在振动策动力的作用下, 得到一个与水平面成β角的振动运动,如图4。

图4

2.4“ 瞬时腾空”现象：

料斗工作时, 料槽依靠弹力斜向上移, 其速度自零开始从小到大, 工件与料槽共同斜向上移, 此时工件已具备动能。当料槽速度由大到小直至零的过程中, 工件则不受料槽约束, 依靠惯性单独前移。所以在电磁铁工作吸合衔铁时, 料槽快速斜向下移, 而工件仍有上移惯性, 工件便会出现“ 瞬时腾空”现象。

2.5料斗的三种工作状态

2.5.1工件“ 瞬时腾空” 时间≥料斗下移回行时间

在这种情况下, 工件与料槽再次接触时,工件就前进了一步。如图

一所示, 工件由位置“1”移至位置“2”。这样, 再振动一次工件就沿料槽前行一步。

2.5.2工件“瞬时腾空”时间< 料斗下移回行时间

如图所示, 此时工件返回至料槽上的小段距离将随料槽回行下移, 出现“进两步, 退一步”现象。这样再振动一次移动的距离就较小。

2.5.3工件无“瞬时腾空”时间

若工件的惯性冲量不够, 且料槽下移速度较慢, 工件便不能实现“瞬时腾空”。即料槽回行时, 工件一方面在斜槽上滑移, 同时又被带回一段距离。这样, 工件的移动速度就减慢, 甚至不能实现送料。

3.研究现状

3.1 驱动电路

振动料斗依靠料盘振动来实现工件定向与传输 ,因此振动料斗驱动信号直接影响着振动料斗的工作性能。在驱动电路方面有着很多问题。

首先，电磁振动料斗是一电磁线圈，呈现感性，驱动电路应能满足感性负载的要求。

其次，驱动电路要能改变线圈的驱动信号频率和电流。由于被上料的工件各异，料斗也要随之变化，不仅激励振动的电磁力要变化，振动频率也要改变，以便产生不同频率和幅度的机械振动来适应传送各种工件的要求。而改变线圈的电流就能变化电磁力[4,5]。

3.2 料斗样式

近年来,国外开始研究椭圆振动料斗亦称异相位振动料斗。如图5，由于有相差位料槽的运动轨迹为一椭圆,故称为椭圆振动或异相位振动。实验证明,当位相角选择适当时,椭圆振动可显著提高物料的输送速度,而且物料的输送速度不受摩擦系数的影响研究现状[5,6,7]

图5

此外,目前还出现一种脉冲振动料斗,过去的电磁振动料斗所加电压多为正弦波，实验证明 ,脉冲波有利于物料输送速度的提高。

目前国外市场上用的较好的是分离式料斗，如图6，其主要特点是料斗底与料斗体分离，并且可转动。这样大大减小了物料数量对料斗送料速度的影响[6]。

图6

3.3振动料斗的动态仿真

由于在振动料斗的设计与制造过程中存在着许多棘手的问题,因此,在实际制造与加工过程中 ,只能边调整边修磨 ,加工周期很长。

若能在实际加工之前就可知某设计是否可行 ,那无疑是很有意义的。基于实例推理技术(CBR)是人工智能中新崛起的一项重要技术 ,其核心是在问题求解时直接利用以往的成功经验 ,应用计算机解决生产中的设计问题。振动料斗智能选型系统是建立在实例推理(CBR)理论基础上的自动化选型系统 ,其基本推理步骤是: ①提出问题:输入零件初始条件 ,输出要求及其相关信息; ②提取实例:根据要求从实例库中提取一组与当前问题相似的实例; ③评价实例:从相似实例中找出最优解实例形成目标解决方案[8]。

4.总结

电磁振动料斗从20世纪20年代发展着至今，已经有了非常显著的成就，Precision Feeding & Sales, Inc的振动料斗在合适的条件下可达到600件每分钟的传输速度，并且能够多道传输[10]，而且现在也有在研究让振动料斗在加入了ARTMAP技术后能自己根据零件外貌调整的技术[9],相信在以后技术更加成熟之后，振动料斗就会在工业的传输上起到很关键的作用。

参考文献：

【1】韩良，徐卫良. 振动料斗的研究状况与前景展望 1999

【2】周家春.电磁振动料斗的工作特性分析 1998

【3】徐祥和，韩良，王兴松. 电子精密机械设计. 东南大学出版社，2000

【4】查明瑞. 电磁振动料斗的驱动电路 2005

【5】白拴堂. 电磁振动料斗的最佳工作状态 1999